JP2013234608A - 排気浄化装置の昇温制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、酸化触媒とＮＯ_Ｘ触媒が直列に配置された排気浄化装置の昇温制御システムにおいて、大気中に排出される未燃燃料成分の量を少なく抑えつつ、排気浄化装置を昇温させることを課題とする。
【解決手段】本発明は、酸化触媒及びＮＯ_Ｘ触媒が活性していないときは、酸化触媒に対する未燃燃料成分の供給を停止するとともにスロットル弁の開度を通常開度より小さい第１開度に制御し、酸化触媒のみが活性しているときは、酸化触媒へ未燃燃料成分を供給するとともに、スロットル弁の開度を酸化触媒へ供給される未燃燃料成分の量の比例した開度に増加させ、酸化触媒及び酸化触媒の温度が活性しているときは、酸化触媒に対する未燃燃料成分の供給を停止するとともに、スロットル弁の開度を通常開度へ増加させるようにした。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に配置された排気浄化装置の昇温制御システムに関する。

従来、内燃機関を搭載した車両においては、ＮＯ_Ｘ触媒や酸化触媒等の排気浄化用触媒を内装した排気浄化装置が内燃機関の排気通路に配置されている。排気浄化用触媒は活性温度以上のときに浄化能力を発揮するため、内燃機関が冷間始動された場合等は排気浄化装置を早期に昇温させる必要がある。

排気浄化装置を昇温させる技術としては、内燃機関の冷間始動時から所定期間は吸気絞り弁を全開にするとともに、燃料噴射量の増量及び燃料噴射時期の遅角を行い、前記所定期間経過後は吸気絞り弁を全閉にするとともに、燃料噴射時期を進角させる技術が提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。

特開２００１−２２７３８１号公報 特開２００１−２８０１８４号公報 特開２００３−１４８２２５号公報

ところで、内燃機関の冷間始動時から所定期間において吸気絞り弁が全開にされると、排気の流量が増加する。そのため、燃料噴射量の増量や燃料噴射時期の遅角が実施されても、排気の温度があまり上昇せず、排気浄化用触媒の温度上昇速度が遅くなる可能性がある。また、排気の流量が増加すると、排気浄化用触媒から排気に持ち去られる熱量が増加し、排気浄化用触媒の温度上昇速度が遅くなる可能性もある。

一方、前記所定期間の経過後において吸気絞り弁が全閉にされると、排気中に含まれる未燃燃料成分が大幅に増加する可能性がある。そのため、排気浄化用触媒の酸化能力に対して未燃燃料成分の量が過多となり、大気中に排出される未燃燃料成分の量が増加する可能性もある。

本発明は、上記したような種々の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、酸化触媒とＮＯ_Ｘ触媒が直列に配置された排気浄化装置の昇温制御システムにおいて、大気中に排出される未燃燃料成分の量を少なく抑えつつ、排気浄化装置を昇温させることができる技術の提供にある。

本発明は、上記した課題を解決するために、以下のような手段を採用した。すなわち、本発明は、
内燃機関の排気通路に配置される酸化触媒、及び酸化触媒より下流の排気通路に配置されるＮＯ_Ｘ触媒を具備する排気浄化装置と、
前記酸化触媒へ未燃燃料成分を供給することにより前記排気浄化装置を昇温させる昇温手段と、
内燃機関の吸気通路に配置されたスロットル弁と、
前記酸化触媒の温度を検出する第１検出手段と、
前記ＮＯ_Ｘ触媒の温度を検出する第２検出手段と、
前記第１検出手段及び前記第２検出手段が検出する温度に応じて、前記昇温手段及び前記スロットル弁を制御する制御手段と、
を備える排気浄化装置の昇温制御システムにおいて、
前記制御手段は、
前記酸化触媒の温度が該酸化触媒の活性温度である第１温度より低く且つＮＯ_Ｘ触媒の温度が該ＮＯ_Ｘ触媒の活性温度である第２温度より低いときは、前記昇温手段による未燃燃料成分の供給を停止するとともに、前記スロットル弁の開度を前記酸化触媒の温度が第１温度以上且つ前記ＮＯ_Ｘ触媒が第２温度以上であるときの開度である通常開度より小さい第１開度に制御し、
前記酸化触媒の温度が前記第１温度以上であり且つ前記ＮＯ_Ｘ触媒の温度が前記第２温度より低いときは、前記昇温手段から前記酸化触媒へ未燃燃料成分を供給させるとともに、前記スロットル弁の開度を前記第１開度より大きく且つ前記通常開度より小さな開度であって、前記酸化触媒へ供給される未燃燃料成分の量に比例した開度に増加させ、
前記酸化触媒の温度が前記第１温度以上であり且つ前記ＮＯ_Ｘ触媒の温度が前記第２温度以上であるときは、前記昇温手段による未燃燃料成分の供給を停止するとともに、前記スロットル弁の開度を前記通常開度へ増加させるようにした。

酸化触媒及びＮＯ_Ｘ触媒が活性していないときに、昇温手段による未燃燃料成分の供給が停止されると、酸化触媒及びＮＯ_Ｘ触媒において反応することなく大気中へ排出される未燃燃料成分の量を少なく抑えることができる。また、スロットル弁の開度が第１開度に絞られると、内燃機関から排出される排気の絶対量が減少するため、酸化触媒やＮＯ_Ｘ触媒から排気に持ち去られる熱量を減少させることができる。なお、ここでいう「第１開度」は、たとえば、混合気の燃焼安定性を損なわない最小の開度である。

したがって、酸化触媒及びＮＯ_Ｘ触媒が活性していないときに、昇温手段による未燃燃料成分の供給が停止されるとともにスロットル弁の開度が第一開度に絞られると、大気中に排出される未燃燃料成分の量が少なく抑えられるとともに、酸化触媒及びＮＯ_Ｘ触媒が昇温し易くなる。

酸化触媒が活性し、且つＮＯ_Ｘ触媒が活性していないときに、昇温手段から酸化触媒へ未燃燃料成分が供給されるとともに、スロットル弁の開度が昇温手段から酸化触媒へ供給される未燃燃料成分の量に比例して増加されると、未燃燃料成分と酸素を含んだ排気が酸化触媒へ流入するようになる。その結果、酸化触媒において未燃燃料成分と酸素が反応して熱を発生する。未燃燃料成分と酸素の反応熱は酸化触媒と該酸化触媒から流出する排気（言い換えると、ＮＯ_Ｘ触媒へ流入する排気）を昇温させる。

なお、第２開度は、酸化触媒へ流入する未燃燃料成分の量と空気の量との比が理論空燃比となる開度であってもよい。その場合、排気流量の過剰な増加を抑えつつ、未燃燃料成分を酸化触媒において酸化させることが可能になる。つまり、酸化触媒やＮＯ_Ｘ触媒から排気へ持ち去られる熱量を最小限に抑えつつ、酸化触媒において酸化されない未燃燃料成分を可及的に減らすことができる。

したがって、酸化触媒が活性し且つＮＯ_Ｘ触媒が活性していないときに、昇温手段から酸化触媒へ未燃燃料成分を供給させるとともに、スロットル弁の開度が第１開度より大きく且つ通常開度より小さな第２開度に増加されると、大気中に排出される未燃燃料成分を少なく抑えつつ、酸化触媒及びＮＯ_Ｘ触媒を早期に昇温させることが可能になる。

また、酸化触媒及びＮＯ_Ｘ触媒が活性したときは、昇温手段による未燃燃料成分の供給
が停止されるとともに、スロットル弁の開度が通常開度に戻される。その結果、未燃燃料成分の不要な消費が抑えられるとともに、スロットル開度の絞りによるポンプ損失の増加が抑えられる。

よって、本発明の排気浄化装置の昇温制御システムによれば、大気中へ排出される未燃燃料成分の増加を抑えつつ、排気浄化装置を昇温させることができる。

本発明に係わる排気浄化装置の昇温制御システムにおいて、制御手段は、酸化触媒の温度が第１温度未満であり、且つＮＯ_Ｘ触媒の温度が第２温度未満であるときに、前記内燃機関の機関運転状態が所定の高負荷運転領域にある場合は、スロットル弁の開度を通常開度まで増加させるようにしてもよい。

ここでいう「所定の高負荷運転領域」は、スロットル弁の開度が通常開度より絞られている場合における酸化触媒の温度上昇量に対し、スロットル弁の開度が通常開度である場合における酸化触媒の温度上昇量が多くなると考えられる運転領域であり、予め実験等を利用した適合処理によって求められた運転領域である。

内燃機関の運転状態が上記したような高負荷運転領域にあるときに、スロットル弁の開度が通常開度より絞られると、内燃機関の出力が運転者の要求出力より小さくなるとともに、酸化触媒及びＮＯ_Ｘ触媒の温度上昇速度が遅くなる。これに対し、内燃機関の運転状態が上記した高負荷運転領域にあるときに、スロットル弁の開度が通常開度まで増加されると、内燃機関の出力低下を抑えつつ、酸化触媒及びＮＯ_Ｘ触媒の温度上昇速度を高めることができる。すなわち、内燃機関の出力低下を抑えつつ、酸化触媒及びＮＯ_Ｘ触媒の活性時期を早めることができる。

なお、制御手段は、酸化触媒の温度が第１温度未満であり、且つＮＯ_Ｘ触媒の温度が第２温度未満であるときに、第１開度が下限値より小さくなる場合は、スロットル弁の開度を下限値まで増加させるようにしてもよい。ここでいう「下限値」は、内燃機関から排出されるスモークの量が許容量以下となる最小のスロットル開度である。

第１開度が下限値より小さくなるときに、スロットル弁の開度が下限値まで増加されると、スモークの発生量が許容量以下となる範囲において酸化触媒の温度を上昇させることができる。

本発明によれば、酸化触媒とＮＯ_Ｘ触媒が直列に配置された排気浄化装置の昇温制御システムにおいて、大気中に排出される未燃燃料成分の量を少なく抑えつつ、排気浄化装置を昇温させることができる。

本発明を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。 酸化触媒の温度と浄化率の相関を示す図である。 選択還元型触媒の温度と浄化率の相関を示す図である。 昇温制御の実行手順を示すタイミングチャートである。 第１の実施例においてＥＣＵが昇温制御を行う際に実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。 スロットル弁の開度を通常開度に増加させる運転領域を示す図である。 第２の実施例においてＥＣＵが昇温制御を行う際に実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。

以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

＜実施例１＞
先ず、本発明の第１の実施例について、図１乃至図５に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）であるが、希薄燃焼運転可能な火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）であってもよい。

内燃機関１には、吸気通路２と排気通路３が接続されている。吸気通路２は、大気中から取り込まれた新気（空気）を内燃機関１の気筒へ導く通路である。排気通路３は、内燃機関１の気筒内から排出される既燃ガス（排気）を流通させるための通路である。

吸気通路２の途中には、スロットル弁４が配置されている。スロットル弁４は、吸気通路２の通路断面積を変更することにより、内燃機関１の気筒内に吸入される空気量を調整する弁機構である。なお、スロットル弁４は、弁体と該弁体を開閉駆動するための電動機とを備え、電動機は後述するＥＣＵ１０によって制御される。

排気通路３の途中には、第１触媒ケーシング５と第２触媒ケーシング６が上流側から直列に配置されている。第１触媒ケーシング５は、筒状のケーシング内に酸化触媒とパティキュレートフィルタを内装している。その際、酸化触媒は、パティキュレートフィルタの上流に配置される触媒担体に担持されてもよく、あるいはパティキュレートフィルタに担持されてもよい。

また、第２触媒ケーシング６は、筒状のケーシング内に、選択還元型触媒が担持された触媒担体を収容したものである。触媒担体は、たとえば、コーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼から成るハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの基材に、アルミナ系又はゼオライト系の活性成分（担体）をコーティングしたものである。さらに、触媒担体には、酸化能を有する貴金属触媒（たとえば、白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）等）が担持されている。このように構成される選択還元型触媒は、本発明に係わるＮＯ_Ｘ触媒に相当する。

なお、第２触媒ケーシング６の内部において、選択還元型触媒より下流には酸化触媒を担持した触媒担体が配置されるようにしてもよい。その場合の酸化触媒は、後述する還元剤添加弁７から選択還元型触媒へ供給される還元剤のうち、選択還元型触媒をすり抜けた還元剤を酸化するための触媒である。

第１触媒ケーシング５と第２触媒ケーシング６との間の排気通路３には、ＮＨ_３又はＮＨ_３の前駆体である還元剤を排気中へ添加（噴射）するための還元剤添加弁７が取り付けられている。還元剤添加弁７は、ニードルの移動により開閉される噴孔を有する弁装置である。還元剤添加弁７は、ポンプ７０を介して還元剤タンク７１に接続されている。ポンプ７０は、還元剤タンク７１に貯留されている還元剤を吸引するとともに、吸引された還元剤を還元剤添加弁７へ圧送する。還元剤添加弁７は、ポンプ７０から圧送されてくる還元剤を排気通路３内へ噴射する。なお、還元剤添加弁７の開閉タイミングやポンプ７０の吐出圧力は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０によって電気的に制御されるようになっている。

ここで、還元剤タンク７１に貯留される還元剤としては、尿素やカルバミン酸アンモニ
ウム等の水溶液や、ＮＨ_３ガスを用いることができる。本実施例では、還元剤として、尿素水溶液を用いる例について述べる。

還元剤添加弁７から尿素水溶液が噴射されると、該尿素水溶液が排気とともに第２触媒ケーシング６へ流入する。その際、尿素水溶液が排気や第２触媒ケーシング９の熱を受けて熱分解又は加水分解される。尿素水溶液が熱分解又は加水分解されると、アンモニア（ＮＨ_３）が生成される。このようにして生成されたアンモニア（ＮＨ_３）は、選択還元型触媒に吸着又は吸蔵される。選択還元型触媒に吸着又は吸蔵されたアンモニア（ＮＨ_３）は、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）と反応して窒素（Ｎ_２）や水（Ｈ_２Ｏ）を生成する。つまり、アンモニア（ＮＨ_３）は、窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）の還元剤として機能する。その際、選択還元型触媒の広い範囲においてアンモニア（ＮＨ_３）が均一に吸着されていると、選択還元型触媒における窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）の浄化率を高めることができる。

このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ１０が併設されている。ＥＣＵ１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等を備えた電子制御ユニットである。ＥＣＵ１０は、第１排気温度センサ８、第２排気温度センサ９、クランクポジションセンサ１１、アクセルポジションセンサ１２、及びエアフローメータ１３等の各種センサと電気的に接続されている。

第１排気温度センサ８は、第１触媒ケーシング５より下流、且つ第２触媒ケーシング６より上流の排気通路３に配置され、第１触媒ケーシング５から流出する排気の温度に相関する電気信号を出力する。第２排気温度センサ９は、第２触媒ケーシング６より下流の排気通路３に配置され、第２触媒ケーシング６から流出する排気の温度に相関する電気信号を出力する。クランクポジションセンサ１１は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力する。アクセルポジションセンサ１２は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する電気信号を出力する。エアフローメータ１３は、内燃機関１に吸入される空気量（吸入空気量）に相関する電気信号を出力する。

ＥＣＵ１０は、内燃機関１に取り付けられた各種機器（たとえば、燃料噴射弁等）、スロットル弁４、還元剤添加弁７、及びポンプ７０等と電気的に接続されている。ＥＣＵ１０は、前記した各種センサの出力信号に基づいて、内燃機関１の各種機器、スロットル弁４、還元剤添加弁７、及びポンプ７０等を電気的に制御する。たとえば、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の燃料噴射制御や、還元剤添加弁７から間欠的に還元剤を噴射させる添加制御等の既知の制御に加え、第１触媒ケーシング５の酸化触媒や第２触媒ケーシング６の選択還元型触媒の昇温制御を実行する。以下、本実施例における昇温制御の実行方法について述べる。

内燃機関１が冷間始動されたときは、酸化触媒及び選択還元型触媒が活性していない状態、すなわち、酸化触媒が排気中の未燃燃料成分（ＨＣやＣＯ等）を酸化することができず、且つ選択還元型触媒が排気中の窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）を還元することができない状態になる。その場合、酸化触媒及び選択還元型触媒を早期に活性させる必要がある。

酸化触媒及び選択還元型触媒を早期に活性化させる方法としては、酸化触媒より上流の排気通路３に燃料を添加したり、あるいは燃料噴射弁からポスト噴射を行ったりすることにより、未燃燃料成分を酸化触媒へ供給する方法が知られている。この方法は、未燃燃料成分が酸化触媒で酸化される際に発生する熱を利用して、酸化触媒や選択還元型触媒を昇温させようとするものである。

ところで、酸化触媒の温度が該酸化触媒の活性温度（酸化触媒の少なくとも一部におい
て未燃燃料成分が酸化し得る最低の温度）より低い場合は、該酸化触媒の温度上昇に対して、該酸化触媒の浄化率（未燃燃料成分の浄化率）がほとんど上昇しない。ここで、酸化触媒の温度（床温）と浄化率との関係を図２に示す。図２に示すように、酸化触媒の温度が所定の温度（第１温度）Ｔｅ１未満であるときは、該酸化触媒の温度が上昇しても、該酸化触媒の浄化率がほとんど上昇しない。

ここでいう「第１温度」は、酸化触媒の少なくとも一部が活性（部分活性）する温度である。言い換えると、酸化触媒の温度上昇に応じて浄化率も十分に上昇し得る最低の温度であり、予め実験等を利用した適合処理によって求められた温度である。

酸化触媒の温度が前記第１温度Ｔｅ１未満のときに、酸化触媒へ未燃燃料成分が供給されると、酸化触媒に供給された未燃燃料成分の大部分が酸化されずに大気中に排出されてしまい、大気中に排出される未燃燃料成分の量が却って増加する可能性がある。

そこで、本実施例の昇温制御では、ＥＣＵ１０は、酸化触媒の温度が第１温度Ｔｅ１未満であり、且つ選択還元型触媒が活性していないときは、酸化触媒に対する未燃燃料成分の供給が停止されるようにした。ただし、未燃燃料成分の供給が停止されると、酸化触媒の温度上昇速度が遅くなる可能性があるため、スロットル弁４の開度を通常開度より小さな第１開度に絞るようにした。ここでいう「通常開度」は、酸化触媒及び選択還元型触媒が活性しているときの開度に相当する。また、「第１開度」は、内燃機関１の気筒内における混合気の燃焼安定性を損なわない最小の開度である。

スロットル弁４の開度が第１開度に絞られると、内燃機関１から排出される排気の流量が減少する。内燃機関１から排出される排気の流量が減少すると、酸化触媒から排気に伝達される熱量（排気が酸化触媒から持ち去る熱量）が減少する。その結果、酸化触媒及び選択還元型触媒が活性していないときは、大気中に排出される未燃燃料成分の量を減少させつつ、酸化触媒の温度を上昇させることができる。さらに、内燃機関１から排出される排気の流量が減少すると、該内燃機関１から排出されるＮＯ_Ｘの絶対量も減少するため、大気中に排出されるＮＯ_Ｘの量を減少させることも可能になる。

上記したように未燃燃料成分の供給が停止されるとともにスロットル弁４の開度が第１開度に絞られると、酸化触媒の温度が選択還元型触媒の温度より先に上昇する。そして、酸化触媒の温度が前記第１温度Ｔｅ１以上に上昇すると、該酸化触媒の温度が上昇するにつれて浄化率も上昇する。

そこで、ＥＣＵ１０は、酸化触媒の温度が第１温度Ｔｅ１以上であり、且つ選択還元型触媒が活性していないときは、未燃燃料成分を酸化触媒へ供給する。酸化触媒へ供給される未燃燃料成分の量は、酸化触媒が浄化し得る未燃燃料成分の最大量に設定される。前記最大量は、酸化触媒の浄化率をパラメータとして演算することができる。なお、前述の図２に示したように、酸化触媒の浄化率は該酸化触媒の温度に相関するため、酸化触媒の温度をパラメータとして前記最大量が演算されてもよい。

ところで、酸化触媒が前記最大量の未燃燃料成分を浄化するためには、未燃燃料成分の量に見合った酸素が必要となる。そこで、ＥＣＵ１０は、スロットル弁４の開度を前記第１開度より大きな第２開度へ増加させる。ただし、第２開度が不用意に大きくされると、排気の温度が低下するとともに、酸化触媒や選択還元型触媒から排気へ伝達される熱量が増加する。

よって、第２開度は、酸化触媒（第１触媒ケーシング５）へ流入する排気の空燃比（言い換えると、酸化触媒へ供給される未燃燃料成分の量と空気の量との比率）が理論空燃比
となる開度であることが望ましい。第２開度は、内燃機関１の気筒内で消費される空気量（酸素量）をパラメータとして演算することができる。内燃機関１の気筒内で消費される空気量（酸素量）は燃料噴射量に相関するため、燃料噴射量をパラメータとして第２開度が演算されてもよい。

酸化触媒の温度が第１温度Ｔｅ１以上であり、且つ選択還元型触媒が活性していないときに、上記した方法により未燃燃料成分の供給量及びスロットル弁４の開度が制御されると、未燃燃料成分の供給量及びスロットル弁４の開度は、酸化触媒の温度（酸化触媒の浄化率）が上昇するにつれて多くなる。その結果、酸化触媒の温度を速やかに上昇させることができる。酸化触媒の温度が上昇すると、それに応じて第２触媒ケーシング６へ流入する排気の温度も上昇する。よって、選択還元型触媒の温度も速やかに上昇させることができる。

選択還元型触媒の温度が活性温度以上に上昇したときに、ＥＣＵ１０は、未燃燃料成分の供給を停止するとともに、スロットル弁４の開度を通常開度まで増加させる。なお、ここでいう「選択還元型触媒の活性」は、選択還元型触媒の一部が活性する状態であってもよいが、選択還元型触媒の略全体が活性する状態であることが望ましい。

ここで、選択還元型触媒の温度と浄化率との関係を図３に示す。図３中のＴｅ２は選択還元型触媒の略全体が活性する温度（完全活性温度）であり、図３中のＴｅ３は選択還元型触媒の一部が活性する温度（部分活性温度）である。

選択還元型触媒の温度が部分活性温度Ｔｅ３以上となったときに未燃燃料成分の供給が停止されるとともにスロットル弁４の開度が通常開度まで増加されると、その後の低負荷運転時や減速運転時に選択還元型触媒が失活する可能性がある。選択還元型触媒が失活すると、昇温制御を再度実行する必要があるため、燃料消費量の増加を招く可能性がある。

これに対し、選択還元型触媒が完全活性温度Ｔｅ２以上となったときに未燃燃料成分の供給が停止されるとともにスロットル弁４の開度が通常開度まで増加されると、その後の低負荷運転時や減速運転時に選択還元型触媒が失活し難くなる。その結果、昇温制御が再度実行される可能性が低くなり、燃料消費量の増加を抑制することができる。なお、完全活性温度Ｔｅ２は、本発明に係わる第２温度に相当するため、以下では完全活性温度Ｔｅ２を第２温度Ｔｅ２と記す。

次に、本実施例における昇温制御の実行手順について図４に沿って説明する。図４は、昇温制御の実行手順を示すタイミングチャートである。図４において、内燃機関１の始動時（図４中のｔ０）から酸化触媒の温度が第１温度Ｔｅ１に達するまで（図４中のｔ１）の期間は、ＥＣＵ１０は、未燃燃料成分の供給を停止（燃料添加又はポスト噴射を停止）するとともに、スロットル弁４の開度を通常開度θ０より小さい第１開度θ１まで減少させる。

続いて、酸化触媒の温度が第１温度Ｔｅ１に達した時点（図４中のｔ１）から選択還元型触媒の温度が第２温度Ｔｅ２に達するまで（図４中のｔ２）の期間では、ＥＣＵ１０は、未燃燃料成分の供給を開始（燃料添加又はポスト噴射を開始）するとともに、スロットル弁４の開度を第１開度θ１より大きく且つ通常開度θ０より小さな開度（第２開度）θ２に増加させる。その際、未燃燃料成分の供給量は、酸化触媒の温度（浄化率）が上昇するにつれて増加される。また、スロットル弁４の開度（第２開度θ２）も、未燃燃料成分の供給量が増加されるにつれて増加される。

選択還元型触媒の温度が第２温度Ｔｅ２に達した後（図４中のｔ２以降）は、ＥＣＵ１
０は、未燃燃料成分の供給を停止するとともに、スロットル弁４の開度を通常開度θ０まで増加させる。

このような手順により昇温制御が実行されると、大気中に排出される未燃燃料成分の量やＮＯ_Ｘの量を少なく抑えつつ、酸化触媒及び選択還元型触媒を昇温させることができる。また、昇温制御に伴う燃料消費量の増加も少なく抑えることができる。

以下、本実施例における昇温制御の具体的な実行手順について図５に沿って説明する。図５は、ＥＣＵ１０が昇温制御を実行する際に実行する処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されており、ＥＣＵ１０によって周期的に実行される。

図５の処理ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、先ずＳ１０１において酸化触媒の温度Ｔｃａｔ１及び選択還元型触媒の温度Ｔｃａｔ２を読み込む。酸化触媒の温度Ｔｃａｔ１と選択還元型触媒の温度Ｔｃａｔ２は、酸化触媒と選択還元型触媒の各々に温度センサを取り付けて測定されてもよいが、第１排気温度センサ８及び第２排気温度センサ９の出力信号を代替値として用いてもよい。すなわち、第１排気温度センサ８の出力信号が酸化触媒の温度Ｔｃａｔ１の代替値とされ、第２排気温度センサ９の出力信号が選択還元型触媒の温度Ｔｃａｔ２の代替値とされてもよい。その場合、第１排気温度センサ８が本発明に係わる第１検出手段に相当し、第２排気温度センサ９が本発明に係わる第２検出手段に相当する。

Ｓ１０２では、ＥＣＵ１０は、前記Ｓ１０１で読み込まれた選択還元型触媒の温度Ｔｃａｔ２が第２温度Ｔｅ２未満であるか否かを判別する。Ｓ１０２において肯定判定された場合（Ｔｃａｔ２＜Ｔｅ２）は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０３へ進む。

Ｓ１０３では、ＥＣＵ１０は、前記Ｓ１０１で読み込まれた酸化触媒の温度Ｔｃａｔ１が第１温度Ｔｅ１未満であるか否かを判別する。Ｓ１０２において肯定判定された場合（Ｔｃａｔ１＜Ｔｅ１）、言い換えると、酸化触媒が部分活性しておらず、且つ選択還元型触媒が完全活性していない場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０４へ進む。

Ｓ１０４では、ＥＣＵ１０は、酸化触媒に対する未燃燃料成分の供給を停止（燃料添加又はポスト噴射を停止）するとともに、スロットル弁４の開度を第１開度まで減少させる。その場合、大気中に排出される未燃燃料成分の量やＮＯ_Ｘの量を減少させつつ、酸化触媒の温度を上昇させることができる。

また、前記Ｓ１０３において否定判定された場合（Ｔｃａｔ１≧Ｔｅ１）、言い換えると、酸化触媒が部分活性しており、且つ選択還元型触媒が完全活性していない場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０５へ進む。

Ｓ１０５では、ＥＣＵ１０は、酸化触媒に対する未燃燃料成分の供給を実行（燃料添加又はポスト噴射を実行）するとともに、スロットル弁４の開度を第２開度θ２まで増加させる。その際、ＥＣＵ１０は、酸化触媒の温度（浄化率）に応じて未燃燃料成分の供給量を変更するとともに、未燃燃料成分の供給量に応じて第２開度θ２を変更する。このように未燃燃料成分の供給量及び第２開度θ２が調整されると、酸化触媒や選択還元型触媒から排気に伝達される熱量の増加や大気中に排出される未燃燃料成分量の増加を抑制しつつ、酸化触媒及び選択還元型触媒を速やかに昇温させることができる。

また、前記Ｓ１０２において否定判定された場合（Ｔｃａｔ２≧Ｔｅ２）は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０６へ進む。Ｓ１０６では、ＥＣＵ１０は、酸化触媒に対する未燃燃料成分の
供給を停止（燃料添加又はポスト噴射を停止）するとともに、スロットル弁４の開度を通常開度θ０まで増加させる。ところで、前記Ｓ１０２において否定判定される場合としては、酸化触媒の温度Ｔｃａｔ１が第１温度Ｔｅ１以上であり、且つ選択還元型触媒の温度Ｔｃａｔ２が第２温度Ｔｅ２以上である場合と、酸化触媒の温度Ｔｃａｔ１が第１温度Ｔｅ１未満であり、且つ選択還元型触媒の温度Ｔｃａｔ２が第２温度Ｔｅ２以上である場合が考えられる。しかしながら、酸化触媒の温度Ｔｃａｔ１が第１温度Ｔｅ１未満であっても、選択還元型触媒の温度Ｔｃａｔ２が第２温度Ｔｅ２以上であれば、排気中の未燃燃料成分を還元することは可能であるため、未燃燃料成分の供給が停止されてもよい。よって、燃料消費量の増加を抑えることができる。

以上述べたようにＥＣＵ１０が図５の処理ルーチンを実行することにより、本発明に係わる昇温手段及び制御手段が実現される。その結果、大気中に排出される未燃燃料成分やＮＯ_Ｘの量、並びに昇温制御に伴う燃料消費量の増加を少なく抑えつつ、酸化触媒及び選択還元型触媒を昇温させることができる。

＜実施例２＞
次に、本発明の第２の実施例について図６及び図７に基づいて説明する。ここでは、前述した第１の実施例と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。

前述した第１の実施例と本実施例との相違点は、酸化触媒の温度Ｔｃａｔ１が第１温度Ｔｅ１未満であり、且つ選択還元型触媒の温度Ｔｃａｔ２が第２温度Ｔｅ２未満であるときに、内燃機関１の運転状態が所定の高負荷運転領域に属する場合は、スロットル弁４の開度が第１開度θ１から通常開度θ０まで増加される点にある。

ここでいう「所定の高負荷運転領域」は、スロットル弁４の開度が第１開度θ１である場合における酸化触媒（又は選択還元型触媒）の温度上昇量に比して、スロットル弁４の開度が通常開度θ０である場合における酸化触媒（又は選択還元型触媒）の温度上昇量が多くなる運転領域である。

内燃機関１の運転状態が上記した高負荷運転領域に属するときに、スロットル弁４の開度が第１開度θ１に絞られると、内燃機関１の出力が運転者の要求出力より小さくなるとともに、酸化触媒及び選択還元型触媒の温度上昇速度が遅くなる。これに対し、内燃機関１の運転状態が上記した高負荷運転領域に属するときに、スロットル弁４の開度が通常開度θ０まで増加されると、内燃機関１の出力低下を抑えつつ、酸化触媒及び選択還元型触媒の温度上昇速度を高めることができる。すなわち、内燃機関１の出力低下を抑えつつ、酸化触媒及び選択還元型触媒媒の活性時期を早めることができる。

なお、所定の高負荷運転領域は、予め実験等を利用した適合処理によって求められていてもよい。その際、図６に示すように、高負荷運転領域Ｘと機関負荷（アクセル開度）と機関回転数の関係をマップ化しておき、そのマップをＥＣＵ１０のＲＯＭに格納しておくようにしてもよい。

また、排気の流量（吸入空気量）、酸化触媒へ流入する排気の温度、酸化触媒の温度Ｔｃａｔ１、及び酸化触媒の熱容量等をパラメータとして、スロットル弁４の開度が第１開度θ１である場合及び通常開度θ０である場合の各々における酸化触媒の温度上昇量を演算し、それらの演算結果を比較するようにしてもよい。

以下、本実施例における昇温制御の実行手順について図７に沿って説明する。図７は、ＥＣＵ１０が昇温制御を行う際に実行する処理ルーチンである。図７において、前述した
第１の実施例と同様の処理については、同一の符号が付されている。

図７の処理ルーチンにおいて、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０３で肯定判定された場合（Ｔｃａｔ１＜Ｔｅ１）に、Ｓ２０１の処理を実行する。Ｓ２０１では、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態が高負荷運転領域Ｘに属するか否かを判別する。具体的には、ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ１１の出力信号に基づいて演算される機関回転数とアクセルポジションセンサ１２の出力信号（アクセル開度）により定まる運転状態が前述の図６に示した高負荷運転領域Ｘに属するか否かを判別する。

前記Ｓ２０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０４の処理を実行する。一方、前記Ｓ２０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０６へ進み、未燃燃料成分の供給を停止するとともにスロットル弁４の開度を通常開度θ０に設定する。その場合、機関出力の低下を抑えつつ、酸化触媒及び選択還元型触媒を昇温させることができる。なお、ＥＣＵ１０は、前記Ｓ２０１において肯定判定された場合に、スロットル弁４の開度を通常開度θ０に設定するとともに、少量の未燃燃料成分を酸化触媒へ供給するようにしてもよい。内燃機関１が高負荷運転されているときにスロットル弁４の開度が通常の開度に設定されるとともに、少量の未燃燃料成分が酸化触媒へ供給されると、酸化触媒及び選択還元型触媒の温度上昇速度を一層大きくすることができる。その結果、酸化触媒及び選択還元型触媒をより早期に活性させることができる。

なお、本実施例では、酸化触媒の温度Ｔｃａｔ１が第１温度Ｔｅ１未満であり、且つ選択還元型触媒の温度Ｔｃａｔ２が第２温度Ｔｅ２未満であるときに、内燃機関１が高負荷運転されると、スロットル弁４の開度が第１開度θ１から通常開度θ０まで増加される例について述べたが、酸化触媒の温度Ｔｃａｔ１が第１温度Ｔｅ１以上であり、且つ選択還元型触媒の温度Ｔｃａｔ２が第２温度Ｔｅ２未満であるときに、内燃機関１が高負荷運転された場合も、スロットル弁４の開度が第２開度θ２から通常開度θ０まで増加されてもよい。

また、本実施例では、内燃機関１の運転状態が所定の高負荷運転領域に属するときに、スロットル弁４の開度を増加させる例について述べたが、スロットル弁４の第１開度θ１が下限値より小さくなる場合に、スロットル弁４の開度を下限値まで増加させるようにしてもよい。ここでいう「下限値」は、内燃機関１から排出されるスモークの量が許容量以下となる最小のスロットル開度である。第１開度θ１が下限値より小さくなるときに、スロットル弁４の開度が前記下限値まで増加されると、スモークの発生量が許容量以下となる範囲において酸化触媒及び選択還元型触媒の昇温を図ることができる。

１ 内燃機関
２ 吸気通路
３ 排気通路
４ スロットル弁
５ 第１触媒ケーシング
６ 第２触媒ケーシング
７ 還元剤添加弁
８ 第１排気温度センサ
９ 第２排気温度センサ
１０ ＥＣＵ
１１ クランクポジションセンサ
１２ アクセルポジションセンサ
１３ エアフローメータ
７０ ポンプ
７１ 還元剤タンク

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に配置される酸化触媒、及び酸化触媒より下流の排気通路に配置されるＮＯ_Ｘ触媒を具備する排気浄化装置と、
   前記酸化触媒へ未燃燃料成分を供給することにより前記排気浄化装置を昇温させる昇温手段と、
   内燃機関の吸気通路に配置されたスロットル弁と、
   前記酸化触媒の温度を検出する第１検出手段と、
   前記ＮＯ_Ｘ触媒の温度を検出する第２検出手段と、
   前記第１検出手段及び前記第２検出手段が検出する温度に応じて、前記昇温手段及び前記スロットル弁を制御する制御手段と、
   を備える排気浄化装置の昇温制御システムにおいて、
   前記制御手段は、
   前記酸化触媒の温度が該酸化触媒の活性温度である第１温度より低く且つＮＯ_Ｘ触媒の温度が該ＮＯ_Ｘ触媒の活性温度である第２温度より低いときは、前記昇温手段による未燃燃料成分の供給を停止するとともに、前記スロットル弁の開度を前記酸化触媒の温度が前記第１温度以上且つ前記ＮＯ_Ｘ触媒が前記第２温度以上であるときの開度である通常開度より小さい第１開度に制御し、
   前記酸化触媒の温度が前記第１温度以上であり且つ前記ＮＯ_Ｘ触媒の温度が前記第２温度より低いときは、前記昇温手段から前記酸化触媒へ未燃燃料成分を供給させるとともに、前記スロットル弁の開度を前記第１開度より大きく且つ前記通常開度より小さな開度であって、前記昇温手段から前記酸化触媒へ供給される未燃燃料成分の量に比例した第２開度に増加させ、
   前記酸化触媒の温度が前記第１温度以上であり且つ前記ＮＯ_Ｘ触媒の温度が前記第２温度以上であるときは、前記昇温手段による未燃燃料成分の供給を停止するとともに、前記スロットル弁の開度を前記通常開度へ増加させることを特徴とする排気浄化装置の昇温制御システム。
2. 請求項１において、前記制御手段は、前記酸化触媒の温度が前記第１温度以上であり且つ前記ＮＯ_Ｘ触媒の温度が前記第２温度より低いときは、前記酸化触媒へ供給される未燃燃料成分の量と空気の量との比が理論空燃比となるように、前記スロットル弁の開度を増加させることを特徴とする排気浄化装置の昇温制御システム。
3. 請求項１又は２において、前記制御手段は、前記酸化触媒の温度が前記第１温度未満であり、且つ前記ＮＯ_Ｘ触媒の温度が前記第２温度未満であるときに、前記内燃機関の運転状態が所定の高負荷運転領域に属する場合は、前記スロットル弁の開度を前記通常開度まで増加させることを特徴とする排気浄化装置の昇温制御システム。
4. 請求項１乃至３の何れか１項において、前記制御手段は、前記酸化触媒の温度が前記第１温度未満であり、且つ前記ＮＯ_Ｘ触媒の温度が前記第２温度未満であるときに、前記第１開度が下限値より小さくなる場合は、前記スロットル弁の開度を前記下限値まで増加させることを特徴とする排気浄化装置の昇温制御システム。

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