JP2004116320A

JP2004116320A - 内燃機関の燃料制御装置

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Publication number: JP2004116320A
Application number: JP2002277827A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Miyashita; 宮下　茂樹; Hiroshi Tanaka; 田中　比呂志; Jun Hasegawa; 長谷川　純; Masakazu Yamamoto; 山本　正和
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】触媒温度が高温の場合に機関が始動された場合であってもＨ_２Ｓの排出量を最小限に抑える。
【解決手段】内燃機関の排気を浄化するＮＯ_Ｘ吸蔵触媒３４と、ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒３４の温度を検知する水温センサ４２を備え、始動時にＮＯ_Ｘ吸蔵触媒３４の温度が所定値（Ｔ）以上である場合には高温再始動判定フラグを立ち上げ、排気空燃比が通常よりもリーン側となるように制御する。これにより、高温再始動時に排出されるＨ_２Ｓ量を低減することができる。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は内燃機関の燃料制御装置に関し、特に、内燃機関の排気ガスを浄化する触媒を備えた内燃機関に適用して好適である。
【０００２】
【従来の技術】
近年、希薄（リーン）燃焼型の内燃機関の排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）を浄化するべくＮＯ_Ｘ触媒が実用化されている。ＮＯ_Ｘ触媒は、例えばアルミナを担体としてバリウム（Ｂａ）などのアルカリ土類と白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持されたものであり、排気ガス中のＮＯ_Ｘは硝酸イオン（ＮＯ_３ ⁻）の形でＮＯ_Ｘ触媒内に吸蔵される。そして、ＮＯ_Ｘ触媒は内燃機関がリーン空燃比にて運転中にあるときにはその排気ガス中のＮＯ_Ｘを吸蔵する一方、内燃機関の排気空燃比が理論空燃比以下のリッチ空燃比で運転されるときにはその吸蔵したＮＯ_Ｘを放出し還元する機能を有している。
【０００３】
ところが、燃料および機関の潤滑油内にはイオウ（Ｓ）が含まれているので、排気ガス中にもイオウが含まれる。このため、ＮＯ_Ｘ触媒は排ガス中のイオウ成分をＢａＳＯ_４などの硫酸塩として吸蔵してしまい、イオウ成分により被毒（Ｓ被毒）される性質を有する。ＮＯ_Ｘ触媒に吸蔵されたイオウ成分はＮＯ_Ｘに比べて安定性が高いため、排気空燃比を燃料リッチにしてもＮＯ_Ｘ触媒から放出されず、ＮＯ_Ｘ触媒中に次第に蓄積される。そして、ＮＯ_Ｘ触媒内のイオウ成分の量が増大するとＮＯ_Ｘ触媒が吸収しうるＮＯ_Ｘの量が次第に低下し、ＮＯ_Ｘ触媒がＮＯ_Ｘをほとんど吸収できなくなるという問題を生ずる。
【０００４】
そこで、Ｓ被毒されたＮＯ_Ｘ触媒の温度を高めるとともにＮＯ_Ｘ触媒を還元雰囲気下におくことにより、吸蔵されたイオウ成分をＮＯ_Ｘ触媒から離脱させ、ＮＯ_Ｘの吸蔵能力を回復させることが知られている。しかし、Ｓ被毒したＮＯ_Ｘ触媒を再生する際には、例えば下記の化学式によりＮＯ_Ｘ触媒から脱離したイオウ成分（ＳＯ_Ｘ）が排ガス中の炭化水素（ＨＣ）と反応し、イオウ化合物（硫化水素：Ｈ_２Ｓ）が一時的に多量に生成される。
ＢａＳＯ_４＋ＣＯ→ＢａＣＯ_３＋ＳＯ_２
ＳＯ_２＋Ｈ_２→Ｈ_２Ｓ＋Ｏ_２
このような硫化水素は強い臭気を発生させる性質があり、大気中に放出されると車両の周囲で異臭を放つため、好ましいものではない。
【０００５】
ＮＯ_Ｘ触媒がＳＯ_Ｘ脱離温度域にあるとき、排気空燃比がリッチであるほどＳＯ_Ｘが多く排出される。また、ＮＯ_Ｘ触媒へのＳ付着量が多いほどＨ_２Ｓは大量に排出される。そして、ＳＯ_Ｘの排出量が増えると、結果的に多量のＨ_２Ｓが生成されてしまう。
【０００６】
このようなＮＯ_Ｘ触媒再生時の硫化水素の発生を抑制するため、例えば、特開平１１−１０７８０９号公報には、排出ガス温度に応じて触媒再生時のリッチ化度合いを変更することが記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−１０７８０９号公報
【特許文献２】
特開２０００−１９９４２４号公報
【特許文献３】
特公平３−６２８９３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、触媒再生時以外であっても、排気空燃比、触媒温度、触媒へのＳ付着量等が一定の条件に達すれば、ＮＯ_Ｘ触媒からＨ_２Ｓが排出されるという問題がある。
【０００９】
特に希薄燃焼型の内燃機関では、良好なエンジン始動性、ドライバビリティを確保するため、始動時に空燃比を燃料リッチにする必要がある。機関冷間始動時はＮＯ_Ｘ触媒の温度も低いためＨ_２Ｓの排出は抑えられるが、ＮＯ_Ｘ触媒の温度が高い場合、例えば、エンジン停止後にＮＯ_Ｘ触媒が十分に冷え切らない状態で再始動されたような場合は、多量のＨ_２Ｓが排出されるという問題が生じる。
【００１０】
図１１は、ＮＯ_Ｘ触媒が高温状態にある場合において、始動時及び始動直後の排気空燃比と、排気ガス中のＨ_２Ｓ濃度を示すタイミングチャートである。ここで、図１１（Ａ）はＮＯ_Ｘ触媒へ流入する排気ガスの排気空燃比を、図１１（Ｂ）はＮＯ_Ｘ触媒から排出された排気ガス中のＨ_２Ｓ濃度を示している。
【００１１】
図１１（Ａ）に示すように、エンジンの始動性を良好に確保するためには始動時に供給する燃料を増量して空燃比を燃料リッチにする必要がある。このような燃料リッチな雰囲気下でＮＯ_Ｘ触媒が高温状態にあると、ＮＯ_Ｘ触媒中の硫酸塩が分解され、図１１（Ｂ）に示すように排気ガス中のＨ_２Ｓ量は人が異臭を感じるレベルＬに達してしまう。更に、始動直後は通常アイドリング状態で車両が停止しているため、車両の周囲にＨ_２Ｓの異臭が拡がることになり好ましくない。
【００１２】
特開平１１−１０７８０９号公報に記載された方法は、触媒再生時のＨ_２Ｓ排出の抑制に着目しているため、機関の高温再始動時におけるＨ_２Ｓ発生を抑えることはできない。また、同公報に記載された方法では、触媒再生時のＨ_２Ｓ発生を抑えるため、排出ガス温度が高いときには濃化の度合いを小さくして理論空燃比付近にしているが、高温再始動時にそのまま適用した場合、エンジン始動性、ドライバビリティ等を劣化させる要因となる。
【００１３】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、触媒温度が高い状況下で機関が始動された場合でもＨ_２Ｓの排出量を最小限に抑えることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記の目的を達成するため、排気中のイオウ成分を吸着、吸収又はその両方にて選択的に保持し、触媒温度が高温で排気空燃比が燃料リッチとなったときに、吸蔵したイオウ成分を排出する排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の温度を直接又は間接的に検知する触媒温度検知手段と、始動時に排気空燃比を燃料リッチとし、始動後に排気空燃比をリーン側に向かって制御する燃料制御手段と、始動時の前記排気浄化触媒の温度に基づいて、前記排気空燃比のリーン側への制御を補正するリーン化補正手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の発明は、上記の目的を達成するため、請求項１記載の内燃機関の燃料制御装置であって、前記リーン化補正手段は、前記排気浄化触媒へのイオウ成分の付着量が多いほどリーン化の速度を大きくすることを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の発明は、上記の目的を達成するため、請求項１記載の内燃機関の燃料制御装置であって、前記リーン化補正手段は、前記排気浄化触媒の温度が高いほどリーン化の速度を大きくすることを特徴とする。
【００１７】
請求項４記載の発明は、上記の目的を達成するため、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の燃料制御装置であって、前記排気浄化触媒の上流側又は下流側に配置され、前記排気空燃比を検出するセンサと、内燃機関に燃料と空気の混合気を供給する混合気供給手段とを備え、前記燃料制御手段は、前記センサの検出値に応じて前記混合気供給手段から内燃機関へ供給する混合気の空燃比を制御することを特徴とする。
【００１８】
請求項５記載の発明は、上記の目的を達成するため、請求項４記載の内燃機関の燃料制御装置であって、内燃機関の始動後、前記センサの出力が所定の活性判定電圧に達した際に、前記センサがその機能を発揮する活性状態になったと判定する活性判定手段を備え、前記燃料制御手段は、前記センサが活性状態になったと判定された時点から排気空燃比をリーン側に向かって制御し、前記リーン化補正手段は、前記排気浄化触媒へのイオウ成分の付着量が多いほど前記活性判定電圧を小さくすることを特徴とする。
【００１９】
請求項６記載の発明は、上記の目的を達成するため、請求項４記載の内燃機関の燃料制御装置であって、内燃機関の始動後、前記センサの出力が所定の活性判定電圧に達した際に、前記センサがその機能を発揮する活性状態になったと判定する活性判定手段を備え、前記燃料制御手段は、前記センサが活性状態になったと判定された時点から排気空燃比をリーン側に向かって制御し、前記リーン化補正手段は、前記排気浄化触媒の温度が高いほど前記活性判定電圧を小さくすることを特徴とする。
【００２０】
請求項７記載の発明は、上記の目的を達成するため、請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の燃料制御装置であって、内燃機関の始動後、前記排気浄化触媒の温度が所定値以下となった場合には、前記排気空燃比をストイキに制御することを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００２２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる内燃機関の燃料制御装置及びその周辺の構造を説明するための図である。本実施形態の内燃機関１０は希薄燃焼型の内燃機関である。内燃機関１０には吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２は、上流側の端部にエアフィルタ１６を備えている。エアフィルタ１６には、吸気温ＴＨＡ（すなわち外気温）を検出する吸気温センサ１８が組みつけられている。
【００２３】
エアフィルタ１６の下流には、エアフロメータ２０が配置されている。エアフロメータ２０は、吸気通路１２を流れる空気流入量Ｇａを検出するセンサである。エアフロメータ２０の下流には、スロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２の近傍には、スロットル開度ＴＡを検出するスロットルセンサ２４と、スロットルバルブ２２が全閉となることでオンとなるアイドルスイッチ２６とが配置されている。
【００２４】
スロットルバルブ２２の下流には、サージタンク２８が設けられている。また、サージタンク２８の更に下流には、内燃機関１０の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁３０が配置されている。
【００２５】
排気通路１４には、上流側触媒（スタートキャタリスト）３２と下流側触媒（ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒）３４とが直列に配置されている。上流側触媒３２は比較的小容量の触媒とされ、内燃機関１０に近い位置に配置されていることから、機関冷間始動時等に短時間で活性化温度まで昇温し、主として始動直後の排気浄化を行う。
【００２６】
また、本実施形態において、下流側触媒３４は流入する排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯ_Ｘを吸着、吸収またはその両方にて選択的に保持（吸蔵）し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比となったときに、吸蔵しているＮＯ_Ｘを排気中の還元成分（ＨＣ，ＣＯ）を用いて還元浄化するものである。
【００２７】
排気通路１４には、上流側触媒３２の上流に空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）３５が配置されている。空燃比センサ３５は排気ガス中の酸素濃度を検出するセンサであって、上流側触媒３２に流入する排気ガス中の酸素濃度に基づいて内燃機関１０で燃焼に付された混合気の空燃比を検出するものである。
【００２８】
また、下流側触媒３４の下流に、サブＯ_２センサ３８が配置されている。サブＯ_２センサ３８は、排気ガス中の酸素濃度が所定値より大きいか小さいかを検出するためのセンサであって、センサ位置の排気空燃比がストイキよりも燃料リッチになると０．４５Ｖ以上の出力を発生し、排気空燃比がストイキよりも燃料リーンになると０．４５Ｖ以下の出力を発生する。酸素濃度が所定値よりも大きいか小さいかの判定は、サブＯ_２センサ３８の出力と所定の判定電圧を比較して行う。通常、判定電圧は０．４５Ｖに設定されており、サブＯ_２センサ３８の出力が０．４５Ｖ以上のときは酸素濃度が所定値より大きいものとして判定出力“１”が出力される。出力が０．４５Ｖより小さいときは酸素濃度が所定値より小さいものとして判定出力“０”が出力される。
【００２９】
サブＯ_２センサ３８によれば、下流側触媒３４の下流に、燃料リッチな排気ガス（ＨＣ，ＣＯを含む排気ガス）、或いは燃料リーンな排気ガス（ＮＯ_Ｘを含む排気ガス）が流出してきたかを判断することができる。
【００３０】
図１に示すように、本実施形態の燃料制御装置はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）４０を備えている。ＥＣＵ４０には、上述した各種センサおよび燃料噴射弁３０に加えて、内燃機関１０の冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ４２や、車速ＳＰＤを検出する車速センサ４４などが接続されている。
【００３１】
図１に示すシステムにおいて、内燃機関１０から排出される排気ガスは、先ず、上流側触媒３２で浄化される。そして、下流側触媒３４では、上流側触媒３２で浄化し切れなかった排気ガスの浄化処理が行われる。上流側触媒３２は、燃料リッチな排気ガス中に酸素を放出し、また、燃料リーンな排気ガス中の過剰酸素を吸蔵することで排気ガスの浄化を図る。また、下流側触媒３４は、上流側触媒３２からの排気ガスの排気空燃比がリーン空燃比であるときにはその排気ガス中のＮＯ_Ｘを吸蔵する一方、排気空燃比が理論空燃比以下のリッチ空燃比であるときにはその吸蔵したＮＯ_Ｘを放出して還元する。
【００３２】
上述したように、下流側触媒３４はＮＯ_Ｘのみならず、排ガス中に含まれるイオウ成分の酸化物ＳＯ_Ｘを硫酸バリウムＢａＳＯ_４などの硫酸塩Ｘ−ＳＯ_４として保持し、硫酸塩Ｘ−ＳＯ_４で被毒（Ｓ被毒）される性質を有している。本実施形態の燃料制御装置は、下流側触媒３４からのＨ_２Ｓの排出を抑えるため、特に始動直後の排気空燃比が燃料リッチな状態において、下流側触媒３４からのＳＯ_Ｘの排出量を最小限に抑える制御を行う。
【００３３】
図２は、本実施形態の燃料制御装置の制御に関わる各波形を示すタイミングチャートである。ここで、図２（Ａ）は下流側触媒３４の触媒温度を示している。触媒温度は、例えば水温センサ４２で検出した水温から間接的に推定することができるが、下流側触媒３４に設けた温度センサから直接求めても良い。また、図２（Ｂ）は高温始動判定フラグ、図２（Ｃ）はエンジン回転数、図２（Ｄ）は下流側触媒３４に流入する排気ガスの排気空燃比（触媒前空燃比）、図２（Ｅ）は下流側触媒３４から排出された排ガス中のＨ_２Ｓ濃度の波形をそれぞれ示している。本実施形態では、これらの波形に基づいてＥＣＵ４０において以下の制御を行う。
【００３４】
図２（Ｃ）に示すように、始動によりエンジン回転数は増加し、その後、定常状態のアイドリング回転数へ移行する。図２（Ａ）に示すように、エンジンの始動時に触媒温度がＨ_２Ｓ排出温度（Ｔ）以上の高温である場合、図２（Ｂ）に示すように高温始動判定フラグを立ち上げる。触媒温度が６５０℃〜８００℃のとき、Ｈ_２Ｓが下流側触媒３４から脱離し易いため、Ｈ_２Ｓ排出温度（Ｔ）は例えば６５０℃に設定しておく。
【００３５】
そして、高温始動判定フラグの立ち上がりにより、高温時にエンジン再始動（高温再始動）がされたことが認識される。そして、高温再始動の場合は、図２（Ｄ）中の実線に示すように排気空燃比を高温再始動でない場合（図２（Ｄ）中の破線）に比べてリーン側に制御する。
【００３６】
本実施形態の内燃機関は希薄燃焼型の内燃機関であるため、図２（Ｄ）に示すように、その始動時には良好な始動性を確保するため空燃比が燃料リッチに制御される。そして、高温再始動の場合は、排気空燃比が始動直後の燃料リッチの状態から直ちにストイキ側へ制御され、その後、わずかにリーンな値に制御される。更に時間が経過して図２（Ａ）に示すように触媒温度がＨ_２Ｓ排出温度（Ｔ）以下となった後は、図２（Ｄ）に示すように空燃比はストイキに制御される。
【００３７】
そして、本実施の形態の燃料制御装置は、始動直後に排気空燃比を燃料リッチの状態から弱リーンの状態へ移行させる時間を下流側触媒３４のＳ被毒量または触媒温度に応じて可変する。すなわち、燃料リッチの状態から弱リーンの状態へ移行させる速度（リーン化速度）をＳ被毒量（Ｓ付着量）または触媒温度に応じて制御する。具体的には、燃料噴射弁３０から噴射する燃料の噴射時間を制御し、内燃機関１０へ供給する混合気の空燃比を変更することで排気空燃比のリーン化速度を制御する。
【００３８】
ここで、Ｓ被毒量は下流側触媒３４に吸蔵されているイオウ成分の量であり、イオウ成分は元々燃料中に含まれることから、Ｓ被毒量は燃料噴射弁３０から噴射した燃料量に応じて増加し、高温下の還元雰囲気によりイオウ成分を浄化するＳ被毒回復制御によって減少する。従って、Ｓ被毒量は、燃料噴射量とＳ被毒回復制御の実行履歴から求めることができる。また、下流側触媒３４の触媒温度は図２（Ａ）と同様に水温センサ４２で検出した内燃機関１０の水温等から求めることができる。
【００３９】
図３は、下流側触媒３４のＳ被毒量または触媒温度に応じてリーン化速度を可変させる方法を示す模式図である。図３に示すように、Ｓ被毒量が多い場合にはリーン化速度を速くし、Ｓ被毒量が少ない場合にはリーン化速度を遅くする。また、触媒温度に応じてリーン化速度を可変する場合は、触媒温度が高いほどリーン化速度を速くし、触媒温度が低いほどリーン化速度を遅くするように制御を行う。
【００４０】
ＳＯ_Ｘが脱離温度域にあるとき、下流側触媒３４へのＳ付着量が多いほど、又は下流側触媒３４の温度が高温であるほどＨ_２Ｓは大量に排出される。図３に示すようにＳ付着量が多いほど、又は触媒温度が高温になるほどリーン化速度を大きくすることで排気空燃比が燃料リッチの状態にある時間を短縮することができ、Ｈ_２Ｓの排出量を最小限に抑えることができる。また、Ｓ付着量が少ないとき、又は触媒温度が低温の場合にはＨ_２Ｓの排出量が許容レベルになるため、燃料リッチの時間を増やすことで始動性を良好に保つことができる。更に、排気空燃比がストイキ側に達した後、わずかにリーンな値に制御することでＨ_２Ｓの排出を確実に抑止できる。
【００４１】
なお、図３の特性を求める際には、下流側触媒３４のＳ被毒量、リーン化速度をパラメータとして可変しながらＨ_２Ｓ排出量を実際に測定し、Ｈ_２Ｓ排出量が臭気を感じるレベル（Ｌ）以下となる場合の被毒量、リーン化速度の値を求める。これにより、図３の特性を得ることができる。
【００４２】
図４は、リーン化速度を可変した場合の図２（Ｄ）の排気空燃比の波形を示している。例えばＳ被毒量に応じてリーン化速度を可変する場合、Ｓ被毒量が少ない場合は、図４（Ａ）に示すように排気空燃比の燃料リッチのピークからストイキに到達させる目標時間ｔ_Ａを長くしてリーン化速度を遅くする。Ｓ被毒量が多い場合は、図４（Ｂ）に示すように目標時間をｔ_Ａより短いｔ_Ｂに設定してリーン化速度を速くする。触媒温度に応じてリーン化速度を可変する場合も同様の制御を行う。この際、図４に示すように燃料リッチな排気空燃比のピーク値は変更せずに目標時間のみを変更する。燃料リッチな空燃比のピーク値を一定に保つことで、リーン化速度を変更した場合であっても良好な始動性を得ることができる。排気空燃比を燃料リッチにした後、実際にＨ_２Ｓが排出されるまでには一定の時間遅れが存在するため、始動時の燃料リッチな排気空燃比自体は変更しなくても、Ｈ_２Ｓが実際に排出されるまでの間に空燃比をリーン化していくことで、始動性を確保しつつＨ_２Ｓ発生を抑制できる。
【００４３】
このように、高温再始動があった場合は、始動直後の燃料リッチの状態からストイキ側へ排気空燃比を制御し、Ｓ付着量が多いほど、又は触媒温度が高温になるほどリーン化速度を大きくすることで、図２（Ｅ）に示すように始動時のＨ_２Ｓの排出量を人が臭気を感じるレベルＬ以下に抑制することができる。これにより、Ｈ_２Ｓに起因する異臭が車両の周囲に拡がることを抑止できる。
【００４４】
リーン化速度の制御は、空燃比センサ３５の検出値を燃料噴射弁３０における燃料噴射量にフィードバックするメインフィードバック（メインＦ／Ｂ）、サブＯ_２センサ３８の検出値を燃料噴射弁３０における燃料噴射量にフィードバックするサブフィードバック（サブＦ／Ｂ）を用いて制御することができる。図５はメインＦ／Ｂ及びサブＦ／Ｂを示す模式図である。
【００４５】
図５は、内燃機関１０が＃１〜＃４の４気筒で構成される場合に、上流側触媒３２が２つ設けられ、それぞれの上流側触媒３２の上流に空燃比センサ３５が配置された例を示している。図５に示す構成では、空燃比センサ３５からＥＣＵ４０を介して燃料噴射弁３０に達するループがメインＦ／Ｂとなる。また、下流側触媒３４の下流側に配置されたサブＯ_２センサ３８からＥＣＵを介して燃料噴射弁３０に達するループがサブＦ／Ｂとなる。
【００４６】
メインＦ／Ｂでリーン化速度を制御する場合は、空燃比センサ３５で排気空燃比をモニタしながら燃料噴射弁３０の燃料噴射量を制御してリーン化速度を可変する。一方、サブＦ／Ｂでリーン化速度を制御する場合は、サブＯ_２センサ３８の出力に基づいて燃料噴射弁３０の燃料噴射量を制御する。触媒温度がＨ_２Ｓ排出温度以下となった後は、通常のストイキ制御として、メインＦ／Ｂにより空燃比をＡ／Ｆ＝１４．７に制御し、更に、サブＦ／Ｂの検出値で補正することにより下流側触媒３４から排出される排気の空燃比をストイキに制御する。
【００４７】
次に、図６及び図７のフローチャートに基づいて、本実施形態の燃料制御装置の制御の手順について説明する。最初に、図６のフローチャートに基づいて始動時の状態が高温再始動であるか否かを判定する。先ず、ステップＳ１ではエンジンの水温などから下流側触媒３４の触媒温度（ｅｃａｔｔｅｍｐ）を検出する。次のステップＳ２では触媒温度（ｅｃａｔｔｅｍｐ）とＨ_２Ｓ排出温度（ＫＣＡＴＴＥＭＰ）を比較し、ｅｃａｔｔｅｍｐ≧ＫＣＡＴＴＥＭＰの場合にはステップＳ３へ進む。ｅｃａｔｔｅｍｐ≧ＫＣＡＴＴＥＭＰでない場合にはステップＳ４へ進む。
【００４８】
ステップＳ３、ステップＳ４では高温再始動判定のためのフラグ（ｘｈｓｔａｒｔ）の状態を設定する。ステップＳ３へ進んだ場合は、ｅｃａｔｔｅｍｐ≧ＫＣＡＴＴＥＭＰであるため、ｘｈｓｔａｒｔ＝１とし、フラグ（ｘｈｓｔａｒｔ）を高温再始動の状態に設定する。一方、ステップＳ４へ進んだ場合は、ｘｈｓｔａｒｔ＝０とし、フラグ（ｘｈｓｔａｒｔ）を高温再始動ではない状態（通常の始動）に設定する。
【００４９】
フラグ（ｘｈｓｔａｒｔ）の状態を設定した後は、図７のフローチャートの手順で制御を行う。先ず、ステップＳ１１ではエンジンの始動があったか否かを検出する。始動があった場合はステップＳ１２へ進み、始動がなかった場合は初期状態へ戻る（ＲＥＴＵＲＮ）。ステップＳ１２では、図６で設定したフラグ（ｘｈｓｔａｒｔ）の状態を読み出し、ｘｈｓｔａｒｔ＝１のときはステップＳ１３へ進む。
【００５０】
ステップＳ１３では下流側触媒３４へのイオウ成分の付着量（Ｓ被毒量：ｅｑｓｏｘｃｎｔ）を算出する。上述のようにＳ被毒量は、燃料噴射量とＳ被毒回復制御の実行履歴から求めることができ、過去の燃料噴射とＳ被毒回復制御の実行履歴から算出する。次のステップＳ１４ではＳ被毒量からリーン化速度を算出する。ここでは、図３の模式図をマップとして用い、Ｓ被毒量に応じたリーン化速度をマップから算出する。
【００５１】
次のステップＳ１５ではステップＳ１４で算出したリーン化速度に応じて空燃比リーン化制御を行う。ここでは、燃料噴射弁３０から噴射する燃料の噴射時間を可変し、図３、図４で説明したようにＳ被毒量が多くなるほどリーン化速度を大きくして空燃比リーン化制御を行う。
【００５２】
一方、ステップＳ１２でｘｈｓｔａｒｔ＝１でないときは、ステップＳ１６へ進み、リーン化速度を変更することなく通常の空燃比制御を行う。
【００５３】
なお、触媒温度に応じてリーン化速度を可変する場合も、図６及び図７と同様の手順で行うことができる。この場合、ステップＳ１３で触媒温度を検出し、ステップＳ１４で触媒温度を図３のマップに当てはめてリーン化速度を求め、ステップＳ１５でリーン化速度に応じた制御を行う。
【００５４】
以上説明したように実施の形態１によれば、高温再始動の場合には下流側触媒３４のＳ被毒量、又は触媒温度に応じてリーン化速度を可変するようにしたため、始動時におけるＨ_２Ｓの排出量を最少限に抑えることができる。また、燃料リッチな排気空燃比のピーク値は変更せずにリーン化速度のみを可変するようにしたため、リッチ空燃比自体を変更する場合と比べて、良好な始動性、ドライバビリティを確保することができる。
【００５５】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２は、実施の形態１と同様に下流側触媒のＳ付着量又は触媒温度に応じてリーン化速度を可変するものであるが、具体的にサブＯ_２センサ３８の活性判定電圧を可変することでリーン化速度を制御するようにしたものである。
【００５６】
図８は、本実施形態の燃料制御装置での制御に関わる各パラメータの波形を示すタイミングチャートである。本実施形態では、これらの波形に基づいてＥＣＵ４０において以下の制御を行う。ここで、図８（Ａ）は下流側触媒３４の触媒温度、図８（Ｂ）は高温始動判定フラグ、図８（Ｃ）はエンジン回転数、図８（Ｄ）はサブＯ_２センサ３８による活性判定出力（ｘｓｏｘａｃｔ）の波形をそれぞれ示している。また、図８（Ｅ）はサブＯ_２センサ３８の生出力波形をそれぞれ示しており、生出力は排気空燃比が燃料リッチになるほど増加する。また、図８（Ｆ）の破線は目標空燃比を示しており、実線は下流側触媒３４へ流入する排気ガスの排気空燃比の波形を示している。図８（Ａ）〜図８（Ｃ）の各波形は図２（Ａ）〜図２（Ｃ）の各波形と同様である。
【００５７】
サブＯ_２センサ３８は、それ自体が所定の温度（３００℃〜４００℃程度）に達するまでは活性状態にならず、センサとして機能しない。このため、始動時には、サブＯ_２センサ３８を活性させるための加熱が行われる。サブＯ_２センサ３８が活性状態に達したか否かの判定は、サブＯ_２センサ３８の生出力が活性判定電圧に到達したか否かによって判定される。
【００５８】
サブＯ_２センサ３８の活性状態と下流側触媒３４の暖機状態には関係があり、通常の始動の場合は、サブＯ_２センサ３８が活性していれば下流側触媒３４も暖機したと判断できる。そして、下流側触媒３４が暖機していれば目標空燃比をリーン側に制御してもドライバビリティの悪化は抑えられる。従って、サブＯ_２センサ３８が活性状態に達すると、図８（Ｄ）に示すように活性判定出力（ｘｓｏｘａｃｔ）を“１”とし、始動時の燃料リッチな空燃比を燃料リーンにする制御を開始する。
【００５９】
一方、高温再始動の場合、始動時に下流側触媒３４は既に殆ど暖機されており、Ｈ_２Ｓ放出温度域に達している。始動時には空燃比を燃料リッチにしているため、高温再始動の場合にサブＯ_２センサ３８が活性するまで待機していると、この間に下流側触媒３４からＨ_２Ｓが排出されてしまう。
【００６０】
本実施形態の燃料制御装置は、高温再始動時に始動直後の早い段階から目標空燃比を燃料リーンにしてＨ_２Ｓの発生を抑える。このため、サブＯ_２センサ３８の出力が小さい段階で目標空燃比をリーン側へ移行させる。より詳細には、サブＯ_２センサ３８の活性判定電圧を通常の０．４５Ｖから０．２Ｖへ変更している。活性判定電圧を小さくした場合であっても、実際の排気空燃比に対してサブＯ_２センサ３８の出力には応答遅れが生じるため、センサ出力が活性判定電圧に到達するまでには一定の時間を要する。本実施形態ではこの応答遅れを利用して、センサ出力が０．２Ｖの活性判定電圧を超えるまでは目標空燃比を燃料リッチに制御している。これにより、始動直後の一定の時間だけ目標空燃比を燃料リッチにすることができ、エンジン始動性、ドライバビリティを向上させることができる。
【００６１】
図８（Ｅ）中、破線は活性判定電圧を０．４５Ｖとした場合のサブＯ_２センサ３８の出力波形を示しており、実線は活性判定電圧を０．２Ｖとした場合のサブＯ_２センサ３８の出力波形を示している。このように、活性判定電圧を０．４５Ｖから０．２Ｖに変更することで、図８（Ｄ）に示す活性判定出力の立ち上がり時刻ｔ_１を、活性判定電圧が０．４５Ｖの場合の立ち上がり時刻ｔ_２に比べて始動直後のより速いタイミングにすることができる。これにより、排気空燃比を燃料リッチの状態からリーン側へ移行させるタイミングを早めることが可能となり、リーン化速度を速くすることが可能となる。
【００６２】
そして、図８（Ｆ）の排気空燃比の波形に示すように、時刻ｔ_１経過後、直ちに排気空燃比をリーン側へ制御することができ、始動直後のＨ_２Ｓの排出を最小限に抑えることができる。なお、活性判定のみをサブＯ_２センサ３８の出力に基づいて行い、実際の排気空燃比の制御はメインＦ／Ｂで制御してもよい。
【００６３】
図９は、下流側触媒３４のＳ被毒量または触媒温度に応じてサブＯ_２センサ３８の活性判定電圧を可変させる方法を示す模式図である。図９に示すように、Ｓ被毒量が多い場合には活性判定電圧を小さくし、Ｓ被毒量が少ない場合には活性判定電圧を大きくする。同様に、触媒温度に応じて活性判定電圧を可変する場合、触媒温度が高いほど活性判定電圧を小さく、触媒温度が低いほど活性判定電圧を大きくするように制御を行う。
【００６４】
下流側触媒３４のＳ被毒量が多い場合、または触媒温度が高い場合にはＨ_２Ｓが排出され易いので、より早くリーンにするよう制御を行うことが望ましい。従ってこの場合には活性判定電圧を小さくして、空燃比のリーン化を早い段階から行なうようにする。一方、Ｓ被毒量が少ない場合、または触媒温度が低い場合はＨ_２Ｓは排出されにくいので、始動性を重視するとともに吸蔵されたＮＯ_Ｘの還元を促進するため遅めにリーン化するようにする。
【００６５】
次に、図１０のフローチャートに基づいて、本実施形態の燃料制御装置の制御の手順について説明する。実施の形態２では、図６で説明した高温再始動判定の手順については実施の形態１と同様に行ない、その後、図１０のフローチャートに従って制御を行う。先ず、ステップＳ２１ではエンジンの始動があったか否かを検出する。始動があった場合はステップＳ２２へ進み、始動がなかった場合は初期状態へ戻る（ＲＥＴＵＲＮ）。ステップＳ２２では、高温再始動判定のフラグ（ｘｈｓｔａｒｔ）の状態を判定し、ｘｈｓｔａｒｔ＝１のときはステップＳ２３へ進む。
【００６６】
ステップＳ２３では、燃料噴射とＳ被毒回復制御の実行履歴からＳ被毒量（ｅｑｓｏｘｃｎｔ）を算出し、次のステップＳ２４ではＳ被毒量からサブＯ_２センサ３８の活性判定電圧を算出する。ここでは、図９の模式図をマップとして用い、Ｓ被毒量に応じた活性判定電圧を算出する。
【００６７】
次のステップＳ２５では、ｘｓｏｘａｃｔ＝１であるか否かを判定し、サブＯ_２センサ３８の活性状態を判別する。サブＯ_２センサ３８が活性済である場合、すなわちｘｓｏｘａｃｔ＝１のときはステップＳ２８へ進む。これにより、１回でもサブＯ_２センサ３８が活性済と判定された場合は、ステップＳ２８で空燃比リーンのフィードバック制御が行われる。一方、ｘｓｏｘａｃｔ＝１でない場合はステップＳ２６へ進む。
【００６８】
ステップＳ２６では、サブＯ_２センサ３８の出力（ｅｓｏｘｖ）とステップＳ２４で算出した活性判定電圧を比較し、ｅｓｏｘｖ≧（算出した活性判定電圧）の場合にはステップＳ２７へ進む。ｅｓｏｘｖ≧（算出した活性判定電圧）でないときは、初期状態へ戻る（ＲＥＴＵＲＮ）。
【００６９】
ステップＳ２７では、ｘｓｏｘａｃｔ＝１に設定し、サブＯ_２センサ３８が活性済であること、すなわち、サブＯ_２センサ３８の出力が活性判定電圧に達していることを認識する。そして、次のステップＳ２８では空燃比リーンのフィードバック制御を行う。
【００７０】
ステップＳ２２でｘｈｓｔａｒｔ＝１でないときは、高温再始動ではないため、ステップＳ２９へ進んでリーン化速度を変更することなく通常の空燃比制御を行う。
【００７１】
なお、触媒温度に応じて活性判定電圧を可変する場合は、ステップＳ２３で触媒温度を検出し、ステップＳ２４で触媒温度を図９のマップに当てはめてリーン化速度を求め、ステップＳ２８でリーン化速度に応じた制御を行う。
【００７２】
以上説明したように実施の形態２によれば、下流側触媒３４のＳ被毒量又は触媒温度に応じてサブＯ_２センサ３８の活性判定電圧を変更するようにしたため、始動直後の燃料リッチの状態からリーン側へ制御するタイミングを可変することができる。これにより、実施の形態１と同様にリーン化速度を可変することができ、Ｓ被毒量が多い場合または触媒温度が高い場合には、より早くリーンにするよう制御を行うことで、Ｈ_２Ｓの排出量を最小限に抑えることができる。
【００７３】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００７４】
請求項１記載の発明によれば、始動時に排気空燃比を燃料リッチとし、排気浄化触媒の温度に基づいて排気空燃比のリーン側への制御を補正するようにしたため、排気浄化触媒から排出されるイオウ成分を最小限に抑えるとともに、良好な始動性、ドライバビリティを確保できる。
【００７５】
請求項２記載の発明によれば、排気浄化触媒へのイオウ成分の付着量が多いほどリーン化の速度を大きくすることで、排気空燃比を速やかにリーン側へ移行させることができ、排気浄化触媒から排出されるイオウ成分を最小限に抑えることができる。
【００７６】
請求項３記載の発明によれば、排気浄化触媒の温度が高いほどリーン化の速度を大きくすることで、排気空燃比を速やかにリーン側へ移行させることができ、排気浄化触媒から排出されるイオウ成分を最小限に抑えることができる。
【００７７】
請求項４記載の発明によれば、排気空燃比を検出するセンサの検出値に応じて混合気供給手段から内燃機関へ供給する混合気の空燃比を制御することで、排気空燃比を高い精度で制御することができる。
【００７８】
請求項５記載の発明によれば、排気浄化触媒へのイオウ成分の付着量が多いほど活性判定電圧を小さくすることで、始動から活性判定電圧に達するまでの時間を早めることができ、空燃比をリーン側に切り換える制御を始動から短時間の間に行うことができる。これにより、排気空燃比を速やかにリーン側へ移行させることができ、排気浄化触媒から排出されるイオウ成分を最小限に抑えることができる。
【００７９】
請求項６記載の発明によれば、排気浄化触媒の温度が高いほど活性判定電圧を小さくすることで、始動から活性判定電圧に達するまでの時間を早めることができ、空燃比をリーン側に切り換える制御を始動から短時間の間に行うことができる。これにより、排気空燃比を速やかにリーン側へ移行させることができ、排気浄化触媒から排出されるイオウ成分を最小限に抑えることができる。
【００８０】
請求項７記載の発明によれば、排気浄化触媒の温度が所定値以下となった場合には排気空燃比をストイキ制御することで、イオウ成分の排出が少ない状態においては通常の機関運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１にかかる内燃機関の燃料制御装置及びその周辺の構造を説明するための図である。
【図２】実施の形態１の燃料制御装置の制御に関わる各波形を示すタイミングチャートである。
【図３】下流側触媒のＳ被毒量、または触媒温度に応じてリーン化速度を可変させる方法を示す模式図である。
【図４】リーン化速度を可変した場合の排気空燃比の波形を示す特性図である。
【図５】燃料制御装置のメインＦ／Ｂ及びサブＦ／Ｂを示す模式図である。
【図６】実施の形態１の燃料制御装置の制御の手順を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態１の燃料制御装置の制御の手順を示すフローチャートである。
【図８】実施の形態２の燃料制御装置の制御に関わる各波形を示すタイミングチャートである。
【図９】下流側触媒のＳ被毒量、または触媒温度に応じてサブＯ_２センサの活性判定電圧を可変させる方法を示す模式図である。
【図１０】実施の形態２の燃料制御装置の制御の手順を示すフローチャートである。
【図１１】従来の内燃機関において、始動時及び始動直後の排気空燃比と、排出されるＨ_２Ｓの濃度を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０　内燃機関
１２　吸気通路
１４　排気通路
３０　燃料噴射弁
３２　上流側触媒
３４　下流側触媒（ＮＯ_Ｘ吸蔵触媒）
３５　空燃比センサ
３８　サブＯ_２センサ
４０　ＥＣＵ
４２　水温センサ

Claims

排気中のイオウ成分を吸着、吸収又はその両方にて選択的に保持し、触媒温度が高温で排気空燃比が燃料リッチとなったときに、吸蔵したイオウ成分を排出する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の温度を直接又は間接的に検知する触媒温度検知手段と、
始動時に排気空燃比を燃料リッチとし、始動後に排気空燃比をリーン側に向かって制御する燃料制御手段と、
始動時の前記排気浄化触媒の温度に基づいて、前記排気空燃比のリーン側への制御を補正するリーン化補正手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料制御装置。
前記リーン化補正手段は、前記排気浄化触媒へのイオウ成分の付着量が多いほどリーン化の速度を大きくすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料制御装置。
前記リーン化補正手段は、前記排気浄化触媒の温度が高いほどリーン化の速度を大きくすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃料制御装置。
前記排気浄化触媒の上流側又は下流側に配置され、前記排気空燃比を検出するセンサと、
内燃機関に燃料と空気の混合気を供給する混合気供給手段とを備え、
前記燃料制御手段は、前記センサの検出値に応じて前記混合気供給手段から内燃機関へ供給する混合気の空燃比を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の燃料制御装置。
内燃機関の始動後、前記センサの出力が所定の活性判定電圧に達した際に、前記センサがその機能を発揮する活性状態になったと判定する活性判定手段を備え、
前記燃料制御手段は、前記センサが活性状態になったと判定された時点から排気空燃比をリーン側に向かって制御し、
前記リーン化補正手段は、前記排気浄化触媒へのイオウ成分の付着量が多いほど前記活性判定電圧を小さくすることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の燃料制御装置。
内燃機関の始動後、前記センサの出力が所定の活性判定電圧に達した際に、前記センサがその機能を発揮する活性状態になったと判定する活性判定手段を備え、
前記燃料制御手段は、前記センサが活性状態になったと判定された時点から排気空燃比をリーン側に向かって制御し、
前記リーン化補正手段は、前記排気浄化触媒の温度が高いほど前記活性判定電圧を小さくすることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の燃料制御装置。
内燃機関の始動後、前記排気浄化触媒の温度が所定値以下となった場合には、前記排気空燃比をストイキに制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の燃料制御装置。