JP2012122411A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒の破損を防止する内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】コンプレッサとタービンとを有する過給機と、タービンに連通した排気通路と、タービンをバイパスして排気通路に連結したバイパス通路と、バイパス通路に設けられた触媒と、バイパス通路を開閉可能な開閉弁と、開閉弁を制御する制御部と、触媒に流入する前後での排気の温度を検出する温度検出手段と、触媒に燃料を供給する前後の温度検出手段の検出結果に基づいて触媒の劣化を判定する判定処理を実行する判定手段と、を備え、前記制御部は、判定処理によって触媒に残存した未燃燃料の量を推定し、推定された未燃燃料の量が閾値を超えている場合には前記判定処理終了後も所定期間前記開閉弁を開状態にする。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、排気通路上に設けられた過給気のタービンをバイパスして前記排気通路に連結されたバイパス通路と、バイパス通路に設けられた触媒とを備えた装置が開示されている。また、このような触媒に燃料を供給して、触媒に流入する前後の排気の温度に基づいて触媒の劣化を判定する技術がある。

特開２００４−９２４１３号公報

バイパス通路には開閉弁が設けられている。触媒の劣化判定時に触媒に燃料を供給するために開閉弁が開かれる。この際に触媒に未燃燃料が残存する場合がある。この状態で触媒の劣化判定処理が終了し開閉弁が閉じられ再度開閉弁が開かれると、運転条件によっては触媒に残存した未燃燃料が燃焼して触媒の温度が急上昇し、触媒が破損する恐れがある。

そこで、触媒の破損を防止する内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。

上記課題は、コンプレッサとタービンとを有する過給機と、前記タービンに連通した排気通路と、前記タービンをバイパスして前記排気通路に連結したバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられた触媒と、前記バイパス通路を開閉可能な開閉弁と、前記開閉弁を制御する制御部と、前記触媒に流入する前後での排気の温度を検出する温度検出手段と、前記触媒に燃料を供給する前後の前記温度検出手段の検出結果に基づいて前記触媒の劣化を判定する判定処理を実行する判定手段と、を備え、前記制御部は、前記判定処理によって前記触媒に残存した未燃燃料の量を推定し、推定された未燃燃料の量が閾値を超えている場合には前記判定処理終了後も所定期間前記開閉弁を開状態にする、内燃機関の制御装置によって達成できる。

触媒の劣化判定処理後も所定期間開閉弁が開いていることにより、劣化判定処理後も所定期間触媒に排気ガス中の酸素が供給され、触媒に残存した未燃燃料の燃焼を促進させることができる。これにより、触媒の劣化判定処理の終了後開閉弁が閉じられて再び開いた際に、触媒に残存した未燃燃料が燃焼して触媒が高温化して触媒が破損することを防止できる。

触媒の破損を防止する内燃機関の制御装置を提供できる。

本実施例の内燃機関の制御装置を示す図である。 ＥＣＵが実行する制御の一例を示したフローチャートである。 閾値の設定の説明図である。

図１は、本実施例の内燃機関の制御装置を示す図である。内燃機関１には、排気通路３と吸気通路４が接続されている。排気通路３の途中には、過給機５のタービンハウジング５０が配置されている。排気通路３においてタービンハウジング５０より上流の部位と下流の部位は、バイパス通路３０によって連通している。排気通路３において、バイパス通路３０の接続部よりも下流側にはメイン触媒２０が設けられている。メイン触媒２０の前後には排気の温度を検出するための温度センサ１３、１４が設けられている。

バイパス通路３０には、開閉弁３１、触媒３２、温度センサ１７、１８が配置されている。温度センサ１７、１８は、触媒３２の前後に配置されている。温度センサ１７、１８は、触媒３２に流入する前後での排気の温度を検出する。触媒３２は、炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化して浄化する酸化触媒である。触媒３２は酸化触媒に限定されず、燃料が供給された場合に燃料が酸化反応して温度が上昇する触媒であればよい。触媒３２は、例えば三元触媒やＮＯｘ触媒であってもよい。

排気通路３には燃料添加弁４０が設けられている。燃料添加弁４０は、排気通路３とバイパス通路３０とが連通した部分よりも上流側に設けられている。開閉弁３１がバイパス通路３０を開いている場合、燃料添加弁４０から噴射された燃料の一部は、バイパス通路３０を通過して触媒３２に供給される。燃料添加弁４０による燃料噴射はＥＣＵ８からに指令に基づいて実行される。尚、燃料添加弁４０は、エキゾーストマニホールドに設けてもよい。

吸気通路４の途中には、過給機５のコンプレッサハウジング５１が配置されている。吸気通路４においてコンプレッサハウジング５１より下流には、インタークーラ６が配置されている。インタークーラ６より下流の吸気通路４には、スロットル弁７が配置されている。スロットル弁７より下流の吸気通路４には、吸気圧センサ１１が取り付けられている。

過給機５においては、タービンハウジング５０とその内部に配設されたタービン５００により遠心式タービンが構成され、コンプレッサハウジング５１とその内部に配設されたコンプレッサ５０１により遠心式コンプレッサが構成される。タービン５００及びコンプレッサ５０１はタービンシャフトにより同軸に連結され、排気ガスによってタービン５００が回転駆動されたとき、コンプレッサ５０１も回転駆動され、吸気通路４内の吸気を過給するようになっている。

内燃機関１には、電子制御ユニット即ちＥＣＵ８が併設されている。ＥＣＵ８は、クランクポジションセンサ９、吸気圧センサ１１、エアフローメータ１２、温度センサ１３、１４、１７、１８等の各種センサの出力信号に基づいて、スロットル弁７、開閉弁３１、燃料添加弁４０等を制御する。アクセル開度センサ１０は、ドライバにより操作されるアクセルペダルの開度を検出する。

次に、ＥＣＵ８が実行する制御について説明する。図２は、ＥＣＵ８が実行する制御の一例を示したフローチャートである。ＥＣＵ８は、触媒３２の劣化判定処理が終了したか否かを判定する（ステップＳ１）。尚、この際には開閉弁３１は開いた状態にある。否定判定の場合には再度ステップＳ１の処理が実行される。

肯定判定の場合、触媒３２上の残存する未燃燃料を算出する（ステップＳ２）。触媒３２上に残存する未燃燃料の多くは、触媒３２の劣化判定処理時に４０から触媒３２に供給された燃料である。具体的には、４０にから噴射された燃料量から触媒３２で燃焼に供された燃料量を減算することにより、触媒３２上に残存する未燃燃料を算出する。触媒３２で燃焼に供された燃料量は、劣化判定処理時に触媒３２を通過した排気ガスの量と触媒３２の温度上昇量とにより推定する。触媒３２の温度上昇量は、温度センサ１７、１８からの出力値に基づいて推定する。触媒３２を通過する排気ガスの量は、排気通路３内又はエキゾーストマニホールド内の圧力と、内燃機関１から排出される排気ガス全体の量と、触媒３２を通過する排気ガスの量との関係が規定されたマップに基づいて算出する。このマップは、予め実験により求められたものでありＥＣＵ８のＲＯＭに記憶されている。ここで、排気ガス全体の量を、内燃機関１に供給される吸入空気量で代用する。排気通路３内又はエキゾーストマニホールド内の圧力は、不図示の圧力センサにより検出する。

次に、ＥＣＵ８は、推定した未燃燃料の量が、閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ３）。閾値は、ＥＣＵ８のＲＯＭに記憶されている。推定した未燃燃料の量が閾値を超えた場合には、触媒３２が一端閉じて再び開いた再に触媒３２上の未燃燃料が急激に燃焼して触媒３２が破損する恐れがあるとして、所定期間開閉弁３１を開いた状態に維持する（ステップＳ４）。推定した未燃燃料の量が閾値以下の場合には、触媒３２が破損するおそれはないとして、直ちに開閉弁３１を閉じた状態にする（ステップＳ５）。尚、推定した未燃燃料が閾値を超えている場合には、ＥＣＵ８は、開閉弁３１を開いた状態に維持しつつ再度ステップＳ２、Ｓ３の処理を実行する。これにより、推定した未燃燃料が閾値以下となるまで、開閉弁３１は開いた状態に維持される。即ち、開閉弁３１は所定期間開いた状態となる。

このように、触媒３２の劣化判定処理が終了した後の触媒３２に残存した未燃燃料の量に基づいて、触媒３２が破損するおそれがあるか否かを判定し、開閉弁３１の状態を制御する。これにより、触媒３２に残存した未燃燃料の量が多い場合には、開閉弁３１を所定期間開いた状態に維持することにより、未燃燃料の燃焼を促進することができる。これにより、触媒３２の破損を防止できる。

また、触媒３２に残存した未燃燃料の量が少ない場合には、開閉弁３１を直ちに閉じることにより、排気を５００に供給することができ、内燃機関１の出力効率の低下を抑制できる。

次に、閾値について説明する。閾値は、以下のような複数の観点に基づいてそれぞれ設定することができる。例えば、閾値は、内燃機関１が取り得る運転状態の中で吸入空気量が最低値の場合に開閉弁３１が開いた場合であっても、触媒３２が溶解して破損しないような未燃燃料量の値に設定される。このような閾値は、実験により算出される。吸入空気量が最低値となる場合を基準として開閉弁３１の開閉の可否を決定する理由は、通過するガスの比熱が最小の状態でも、即ち通過するガスにより触媒３２から持ち去られる熱量が最小の場合であっても、触媒３２の破損を防止することができるからである。

また、例えば閾値は、排気ガスの流量及び温度に応じて、触媒３２が破損する恐れがある触媒３２に残存した未燃燃料の量を閾値として設定してもよい。具体的には、排気ガスの流量及び温度に応じて触媒３２が破損する恐れがある未燃燃料の量をマップ化して、このマップに基づいて閾値を設定してもよい。

また、例えば閾値は、触媒３２が未燃燃料（ＨＣ）により被毒して性能が低下しない閾値に設定してもよい。これにより、触媒３２が被毒する恐れがある場合には、開閉弁３１を開いて触媒３２上の未燃燃料の燃焼が促進される。尚、この際の閾値は固定値でもよい。

また、触媒３２が未燃燃料（ＨＣ）により被毒して性能が低下しない閾値に設定する場合、閾値を、触媒３２を通過する排気ガスの量と触媒３２の熱劣化時間とのマップにより算出されるＨＣ被毒量に基づいて設定してもよい。図３Ａは、触媒３２が未燃燃料により被毒しても性能が低下しない閾値に設定する場合のマップである。このマップは、熱劣化時間により補正されている。熱劣化時間とは、触媒３２が高温の排気ガスに晒された時間であり、運転期間を示す。図３Ｂのように、熱劣化時間に応じて、触媒３２の性能の低下が生じない許容される未燃燃料の被毒量は減少する。また、図３Ｃに示すように、触媒３２に通過するガス量が増大するほど、触媒３２の温度は上昇するが、熱劣化が生じると触媒３２の温度も低下する。図３Ａに示したマップは、熱劣化時間や、触媒３２を通過するガス量により補正されている。尚、触媒３２を通過するガス量は、排気通路３内の圧力と排気ガス量とのマップに基づいて算出する。熱劣化時間は、ＥＣＵ８が運転期間中にカウントしたカウンタ値に基づいて算出する。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

上記実施例においては、燃料添加弁４０から触媒３２に燃料を供給して触媒３２の劣化判定処理を行った。しかしながら、内燃機関１を駆動するために設けられているインジェクタを利用して触媒３２の劣化判定処理を実行してもよい。この場合、燃料噴射弁にポスト噴射をさせ、空燃比がリッチ側に制御された排気を触媒３２に供給することにより劣化判定処理を実行する。ポスト噴射とは、インジェクタから内燃機関１の燃焼室に膨張行程又は排気行程で燃料を噴射することである。膨張行程又は排気行程で噴射された燃料は燃焼室では燃焼されずに触媒３２へと供給することが可能となる。この場合、内燃機関１に燃料を供給可能なインジェクタが、触媒３２に燃料を供給可能な供給手段に相当する。この場合、燃料添加弁４０は設けなくてもよい。

１ 内燃機関
３ 排気通路
５ 過給機
８ ＥＣＵ（制御部）
１７、１８ 温度センサ
３０ バイパス通路
３１ 開閉弁
３２ 触媒
４０ 燃料添加弁
５００ タービン
５０１ コンプレッサ

Claims (3)

1. コンプレッサとタービンとを有する過給機と、
   前記タービンに連通した排気通路と、
   前記タービンをバイパスして前記排気通路に連結したバイパス通路と、
   前記バイパス通路に設けられた触媒と、
   前記バイパス通路を開閉可能な開閉弁と、
   前記開閉弁を制御する制御部と、
   前記触媒に流入する前後での排気の温度を検出する温度検出手段と、
   前記触媒に燃料を供給する前後の前記温度検出手段の検出結果に基づいて前記触媒の劣化を判定する判定処理を実行する判定手段と、を備え、
   前記制御部は、前記判定処理によって前記触媒に残存した未燃燃料の量を推定し、推定された未燃燃料の量が閾値を超えている場合には前記判定処理終了後も所定期間前記開閉弁を開状態にする、ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記制御部は、前記触媒に残存した未燃燃料の量に応じて、前記判定処理終了後の前記開閉弁が開状態に維持する期間を変更する、請求項１の内燃機関の制御装置。
3. 前記閾値は、吸入空気量が最も低い値で内燃機関が運転している場合に前記開閉弁が開いた場合に、前記触媒が破損しない値である、請求項１又は２の内燃機関の制御装置。
   
   

Images