JP2005113691A - 排気浄化触媒の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 硫化水素の車室内への流入を確実に抑制することを可能とした排気浄化触媒の制御装置を提供する。
【解決手段】 エンジンＥＣＵ４は、車室内外差圧センサ５の出力から車内圧が車外圧を下回っていると判定した場合や、窓全閉スイッチ７の出力からいずれかの窓が開いていると判定した場合には、車室内へ排気ガスが流入する可能性があると判定し、燃料噴射装置２１による燃料噴射量等を制御することで、燃焼室１２へ供給される混合気の空燃比が燃料リッチになるのを抑制し、これにより、排気浄化触媒３１へ導入される排ガスが燃料リッチ状態になるのを抑制して、Ｈ_２Ｓの発生を抑制する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両に搭載されるエンジン等の排気浄化のために用いられる吸蔵触媒等の排気浄化触媒の作動を制御するものであり、特に吸蔵触媒における触媒再生に伴う吸蔵ガス還元の制御に関する。

自動車のエンジンから排出される排ガス中のＮＯｘ等の汚染物質を吸着させて取り除き、排ガスを浄化する装置として吸蔵触媒が知られている。こうした吸蔵触媒の吸蔵容量には限界があるため、吸蔵容量の限界近くに達した場合には、燃料リッチな排ガスを通過させて汚染物質を分解して、使用可能な吸蔵容量を増大させる再生処理を行う必要がある。
再生処理中には、通常時よりエミッションが悪化するほか、騒音、悪臭を発生させることがある。このため、特許文献１の技術では、ナビゲーションシステムからの情報により生活ゾーンや環境保護区域外を走行している場合に再生処理を行うことで、こうした地域において付加的な汚染を発生させるのを抑制しようとするものである。
特表２００３−５１１６０１号公報（段落００１４〜００１７、図２）

ところで、ガソリン、軽油等の燃料中には、硫黄分が含まれており、その燃焼によって生成されるＳＯｘは、ＮＯｘ、煤とともに排気浄化触媒へと吸着される。そして、ＳＯｘを吸着した状態で、燃料リッチな排ガスが吸蔵触媒に導入されると、吸着されていたＳＯｘは、Ｈ_２と反応して硫化水素（Ｈ_２Ｓ）を生成することがある。硫化水素には特有の腐卵臭があり、低濃度でも人が感じやすい性質を有する。これが車室内に入り込むと、乗員が不快感を感ずるおそれがある。

そこで本発明は、硫化水素の車室内への流入を確実に抑制することを可能とした排気浄化触媒の制御装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る排気浄化触媒の制御装置は、車両に搭載される機関の排気を浄化する吸蔵触媒の作動を制御する制御装置であって、車室内への排気ガス流入可能性を判定し、流入可能性ありと判定した場合は、触媒へのリッチガス供給を抑止する制御を行うことを特徴とする。

硫化水素は、燃料リッチな排ガスが触媒に導入された場合に生成される。そこで、車室内への排気ガスの流入可能性の判定を行い、流入する可能性がある場合には、燃料リッチな排ガスの触媒への供給を抑止して、硫化水素の生成を防止する。

流入可能性の判定は、具体的には、車両の窓の開閉状態を検知する手段をさらに備え、全ての窓が全閉状態でない場合には、車室内への排気ガス流入可能性ありと判定するとよい。あるいは、車室内と外との圧力差を検知する手段をさらに備えており、車室内圧力が車室外圧力より低い場合に、車室内への排気ガス流入可能性ありと判定するとよい。

触媒への燃料リッチガス供給の抑止は、機関に供給する燃料の増量制御を禁止するか、機関の空燃比を希薄化することで行うとよい。後者の場合は、合わせて機関の空燃比学習を禁止することが好ましい。

また、触媒温度を計測する手段をさらに備えており、計測温度が所定範囲内の場合に燃料リッチガス供給抑止制御を実行することが好ましい。燃料リッチガスによって触媒で硫化水素が生成される温度範囲は限定されている。この温度範囲外では、硫化水素の生成は抑制されるので、硫化水素の生成可能性の高い所定の温度範囲内の場合に燃料リッチガス供給抑止制御を実行するものである。

車室内への排ガスの流入可能性がある場合には、触媒への燃料リッチガスの供給を抑止することで、触媒で悪臭原因となる硫化水素が生成されるのを抑制し、車室内へ排ガスが流入した場合でも、悪臭により乗員が不快感を感じることがなく、その快適性が確保される。

さらに、触媒温度が所定の温度範囲内にあり、硫化水素の生成可能性が高い場合のみにこの燃料リッチガスの抑制制御を行い、それ以外の場合には、リッチガスの導入を許可することで、硫化水素の生成抑制と、触媒の再生とを両立させることができる。このため、再生動作を抑制することにより、触媒が吸蔵容量に達するのを防止することができ、吸蔵容量に達した場合に起こる排ガスのエミッション低下を予防することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明に係る排気浄化触媒の制御装置を搭載した車両の全体構成を示す概略図である。この車両には、ガソリン等の硫黄分が含まれる燃料を用いる内燃機関であるエンジン１が搭載されている。ここでは、１気筒のみの構成を示しているが、エンジン１は、多気筒式であってもよい。エンジン１はシリンダ１０内に往復運動するピストン１１が配置されており、このピストン１１の往復運動により内容積が可変とされる燃焼室１２を備えている。燃焼室１２には、それぞれ吸気弁２０、排気弁３０を挟んで、吸気管２、排気管３が接続されている。また、燃焼室１２上部には、ピストン１１に対向して点火プラグ１３が配置されている。また、クランクシャフトには、その回転角を検出するクランク角センサ１５が、シリンダにはエンジン冷却水温を検出する水温センサ１４がそれぞれ配置されている。

吸気管２上には、上流側から、エアフィルタ２６、吸気温センサ２５、スロットルバルブ２３、燃料噴射装置２１が配置されている。スロットルバルブ２３は、アクセルペダル８に接続されたアクセル開度センサ８１の出力に応じてスロットルモータ２２によってその開度が制御される。さらに、スロットルバルブ２３の開度を検出するスロットル開度センサ２４を備えている。

排気管３上には、上流側から、排気温センサ３２、吸蔵触媒からなる排気浄化触媒３１が配置されており、排気浄化触媒には触媒温度を検出する触媒温センサ３３が取り付けられている。

また、車両は、車室内と車室外の圧力差を検出する車室内外差圧センサ５と、車速センサ６を備えるほか、車両の開閉可能な窓（サンルーフ、ムーンルーフ等を含む。）には、窓が全閉状態のときにオンになり、それ以外のときはオフとなる窓全閉スイッチ７が配置される。エンジン１の制御を行うエンジンＥＣＵ４には、各センサの出力が入力されるとともに、燃料噴射装置２１、スロットルモータ２２の作動を制御する。

このエンジン１においては、燃料は、燃料噴射装置２１から噴射されて、吸気管２内を流れる空気とともに吸気弁２０の開弁時に燃焼室１２内へと送られる。燃焼室１２では、この混合気に点火プラグ１３により点火して燃焼させ、その燃焼エネルギでピストン１１を往復駆動させる。このピストン１１の往復駆動はコンロッドによりクランクシャフトの回転運動へと変換され、出力される。燃焼室１２で燃料の燃焼により生成された排ガスは、排気弁３０の開弁時に排気管３へと送られる。そして、排気浄化触媒３１にＮＯｘ、ＳＯｘ等の汚染物質を吸着させることで除去して浄化し、大気中へと放出する。

排気浄化触媒３１への吸蔵容量には、限界があるため、吸蔵限界に達する前に、吸蔵した汚染物質を脱離させて吸蔵可能な容量を回復する再生処理を行う必要がある。具体的には、燃料噴射装置２１から燃焼に寄与する量を超える燃料を噴射して、排気中に燃料を残存させることで燃料リッチな排ガスを排気管３へと送り込む。この排ガス中の燃料によりＮＯｘを還元することで再生を行う。

このとき、同時に吸着されていたＳＯｘが還元されてＨ_２Ｓが生成される場合がある。このＨ_２Ｓは特有の腐乱臭を有し、低濃度でも異臭として不快感を感ずるので、本発明においては、その車室内への流入を抑制する制御を行う。以下、この抑制制御について具体的に説明する。

図２は、その制御の基本フローを示すフローチャートである。この処理は、エンジンＥＣＵ４により、エンジン１の始動から停止までの間、所定のタイミングで繰り返し実行される。まず、車室内への排ガスの流入可能性を判定する（ステップＳ１０）。ここで、流入可能性ありと判定した場合には、フラグＦginに１がセットされ、可能性なしと判定した場合には、フラグＦginには０がセットされる。次に、フラグＦginの値がチェックされる（ステップＳ２０）。フラグＦginが０の場合には、その後の処理をスキップして処理を終了する。一方、フラグＦginが１の場合には、燃料リッチ排ガスの燃焼室１２からの排出、つまり、燃料リッチ排ガスの排気浄化触媒３１への導入、を抑制する処理を行う（ステップＳ３０）。

図３〜図６は、ステップＳ１０の車室内流入可能性判定処理のいくつかの例を詳細に示すフローチャートである。まず、基本形態である図３に示される処理から説明する。まず、窓全閉スイッチ７の出力を調べる（ステップＳ１２）。全ての窓に取り付けられた窓全閉スイッチ７がオンになっている場合、つまり、全ての窓が完全に閉じられている場合には、窓からの排気の流入可能性はないと判定して、ステップＳ１８へと移行して、フラグＦginに０をセットして処理を終了する。これに対して、いずれかの窓が完全には閉じられておらず、窓全閉スイッチ７のいずれかの出力がオフになっている場合には、ステップＳ１７へと移行して、フラグＦginに０をセットして処理を終了する。すなわち、窓の開閉状態から排気ガスの車室内流入可能性を判断する。

図４に示される処理は、図３に示される処理のステップＳ１２とステップＳ１７との間にステップＳ１３〜Ｓ１５を追加したものである。具体的には、いずれかの窓が完全には閉じられておらず、窓全閉スイッチ７のいずれかの出力がオフになっている場合には、ステップＳ１３へと移行して、触媒温センサ３３の出力から触媒温度ｔｃａｔを読み込む。そして、ステップＳ１４、Ｓ１５において、読み込んだｔｃａｔをしきい値ＬｔｃａｔおよびＨｔｃａｔと比較する。ここで、Ｌｔｃａｔ＜Ｈｔｃａｔであり、例えば、Ｌｔｃａｔ＝５００℃、Ｈｔｃａｔ＝８００℃である。ｔｃａｔがＬｔｃａｔより低いか、Ｈｔｃａｔを超えている場合には、ステップＳ１８へと移行してフラグＦginに０をセットして処理を終了する。これに対して、ｔｃａｔがＬｔｃａｔ以上Ｈｔｃａｔ以下の場合には、ステップＳ１７へと移行してフラグＦginに１をセットして処理を終了する。

触媒温度が低い場合には、ＳＯｘは脱離されることはなく吸着されたままである（排ガス中のＳＯｘも吸着される。）ため、Ｈ_２Ｓが生成されるおそれは少ない。一方、触媒温度が十分に高ければ、脱離したＳＯｘと、還元されることなくそのまま排出されるため、この場合もＨ_２Ｓが生成されるおそれは少ない。この処理では、しきい値と測定した触媒温度ｔｃａｔをとを比較し、Ｈ_２Ｓが生成される可能性がある場合にのみ、流入可能性ありと判定するので、窓のいずれかが開いている場合でも、Ｈ_２Ｓが生成される可能性が低い場合には、燃料リッチ排ガスを供給して触媒再生を行うことができ、触媒の再生を確実に行うことができる。

図５に示される処理は、図４に示される処理のステップＳ１５とステップＳ１７との間にさらにステップＳ１６の判定処理を追加したものである。このステップＳ１６では、車速センサ６で測定した車速Ｖをしきい値Ｖｔｈ（例えば、１０ｋｍ／ｈ）と比較する。車速Ｖがしきい値Ｖｔｈ以上の場合には、ステップＳ１８へと移行してフラグＦginに０をセットして処理を終了する。これに対して、車速Ｖがしきい値Ｖｔｈ未満の場合には、ステップＳ１７へと移行してフラグＦginに１をセットして処理を終了する。

車速Ｖが十分に速ければ、車両後部から排出される排ガスが車室内へと流入してくる可能性は低い。本実施形態では、このような場合には、フラグＦginを０に設定してリッチガス供給抑止制御を行わないことで、排気浄化触媒３１の再生動作を可能とする。一方、低速時や停止時といった車両後部から排出される排ガスが車室内へと流入してくる可能性の高い状況下で、かつ、Ｈ_２Ｓの生成可能性の高い条件下においては、フラグＦginを１に設定してリッチガス供給抑止制御を行うことで、Ｈ_２Ｓ自体の生成を抑制する。

図６は、図３の判定処理のステップＳ１２に代えてステップＳ１１の処理を実行するものである。この判定処理においては、車室内外差圧センサ５の出力から車内圧（車室内圧力）が車外圧（車室外圧力＝大気圧）より高い場合には、車室外から車室内に空気が流入することはなく、排ガスが車室内に流入する可能性はないと判定する。このように差圧を用いると、窓全てに窓全閉スイッチ７を設けることなく、排ガスの車室内への流入可能性を精度良く判定することができる。

なお、図４、図５の処理においてもステップＳ１１に代えて、図６のステップＳ１２の処理を行うことが可能である。また、図３、図６の処理に図５のステップＳ１６の車速による流入可能性の判定処理を追加してもよい。

次に、図２に示されるステップＳ３０のリッチ排ガス排出抑制処理の具体的な処理内容を２つ例示する。図７、図８はこれらの処理を示すフローチャートであり、前述した図３〜図６の処理、および、これらの変形形態のいずれとも組み合わせることが可能である。

まず、図７の処理においては、パワー増量を禁止する（ステップＳ３１）。つまり、燃料噴射装置２１からの燃料噴射量の増量を禁止することで、燃料リッチな混合気が燃焼室１２に供給されるのを抑制し、これにより、排気浄化触媒３１へ燃料リッチな排ガスが導入されるのを抑制する。

一方、図８に示される処理においては、燃料噴射量のフィードバック制御における学習制御の学習禁止フラグをオンにし（ステップＳ３２）、基本燃料噴射量ｋｔｐをα（α＜１であり、例えば、０．９５に設定される。）倍する（ステップＳ３３）。この基本燃料噴射量ｋｔｐとは、図示していないエアフローメータで計測した吸入空気量Ｇａと、クランク角センサ１５で計測したクランク角の時間変化から求まるエンジン回転数ＮＥからストイキ燃焼を行うのに必要とされる１気筒あたりの燃料噴射量として求められる。この処理形態では、通常よりリーンな混合気を燃焼室１２に供給することで、排気浄化触媒３１へも燃料リーンな排ガスを導入するものであり、これにより、排気浄化触媒３１へ燃料リッチな排ガスが導入されるのを抑制する。

このように排ガスの車室内への流入可能性があると判定した場合には、排気浄化触媒３１への燃料リッチな排ガスの導入を抑制することで、Ｈ_２Ｓの発生を抑制するので、排ガスが車室内へと流入した場合でも、乗員がＨ_２Ｓ特有の腐乱臭を感ずるのを防止でき、乗員が不快に感ずることがない。

本発明に係る排気浄化触媒の制御装置を搭載した車両の全体構成を示す概略図である。 図１の制御装置の制御の基本フローを示すフローチャートである。 図２のステップＳ１０の車室内流入可能性判定処理を示すフローチャートである。 図３の処理に処理を追加したフローチャートである。 図４の処理にさらに処理を追加したフローチャートである。 図３の処理の変形処理のフローチャートである。 図２に示されるステップＳ３０のリッチ排ガス排出抑制処理の具体的な処理内容を例示するフローチャートである。 図２に示されるステップＳ３０のリッチ排ガス排出抑制処理の具体的な処理内容を例示する別の処理のフローチャートである。

符号の説明

１…エンジン、２…吸気管、３…排気管、４…エンジンＥＣＵ、５…車室内外差圧センサ、６…車速センサ、７…窓全閉スイッチ、８…アクセルペダル、１０…シリンダ、１１…ピストン、１２…燃焼室、１３…点火プラグ、１４…水温センサ、１５…クランク角センサ、２０…吸気弁、２１…燃料噴射装置、２２…スロットルモータ、２３…スロットルバルブ、２４…スロットル開度センサ、２５…吸気温センサ、２６…エアフィルタ、３０…排気弁、３１…排気浄化触媒、３２…排気温センサ、３３…触媒温センサ、８１…アクセル開度センサ。

Claims (7)

1. 車両に搭載される機関の排気を浄化する吸蔵触媒の作動を制御する制御装置であって、
   車室内への排気ガス流入可能性を判定し、流入可能性ありと判定した場合は、前記触媒への燃料リッチガス供給を抑止する制御を行うことを特徴とする排気浄化触媒の制御装置。
2. 車両の窓の開閉状態を検知する手段をさらに備えており、全ての窓が全閉状態でない場合には、車室内への排気ガス流入可能性ありと判定することを特徴とする請求項１記載の排気浄化触媒の制御装置。
3. 車室内と外との圧力差を検知する手段をさらに備えており、車室内圧力が車室外圧力より低い場合に、車室内への排気ガス流入可能性ありと判定することを特徴とする請求項１記載の排気浄化触媒の制御装置。
4. 前記機関に供給する燃料の増量制御を禁止することで前記触媒への燃料リッチガス供給を抑止する制御を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の排気浄化触媒の制御装置。
5. 前記機関の空燃比を希薄化することで前記触媒への燃料リッチガス供給を抑止する制御を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の排気浄化触媒の制御装置。
6. 前記燃料リッチガス供給抑止制御の際に、機関の空燃比学習を禁止することを特徴とする請求項５に記載の排気浄化触媒の制御装置。
7. 触媒温度を計測する手段をさらに備えており、計測温度が所定範囲内の場合に燃料リッチガス供給抑止制御を実行する請求項１〜６のいずれかに記載の排気浄化触媒の制御装置。

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