JP2024035392A - 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】酸化触媒のカーボン被毒が進行することを抑止する。【解決手段】内燃機関の排気通路に設けた酸化触媒（ＤＯＣ）の温度が、活性化温度より低い状態のとき（Ｓ１０で肯定判定）、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが所定値Ｍ１以上であれば（Ｓ１２で肯定判定）、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが少ないほど、触媒床温が高くなるよう、ＤＯＣ７０の昇温し、吸着したＨＣを脱離する。この際、酸化触媒（ＤＯＣ）の昇温は、活性化温度より高くならないよう実行する。【選択図】図５

Description

本開示は、内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法に関する。

特開２０１６－２０５３４１号公報（特許文献１）には、内燃機関の排気通路に設けた酸化触媒のＨＣ（炭化水素）被毒を回復するため、酸化触媒のＨＣ付着量を推定し、推定されたＨＣ付着量が閾値を超えた場合に、酸化触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下するとともに排気の温度を上昇させるＨＣ被毒回復制御を行うことが開示されている。

特開２０１６－２０５３４１号公報

特許文献１に開示された技術では、ＨＣ被毒回復制御時に、酸化触媒の急激な温度上昇を抑制し、触媒床温が過度に高い温度まで上昇しないようにするため、排気中の酸素濃度を低下している。

しかし、酸化触媒の温度が活性化温度以上であり、酸化触媒が活性化していると、付着していたＨＣの燃焼が促進され、触媒床温が上昇する。この際、触媒床温がＨＣの脱水素化反応が生じる温度まで上昇し、かつ、触媒表面部分において酸素濃度が不足するほどＨＣ付着量が多いと、付着したＨＣの脱水素化反応によって、触媒表面にカーボンが生成され、酸化触媒のカーボン被毒が進行する。

本開示の目的は、内燃機関の排気通路に設けた酸化触媒のカーボン被毒が進行することを抑止することである。

本開示の内燃機関の制御装置は、排気通路に酸化触媒を備えた内燃機関の制御装置である。制御装置は、酸化触媒の温度が活性化温度より低い状態において、酸化触媒に吸着された炭化水素の量であるＨＣ吸着量が所定値以上になったとき、酸化触媒を昇温する昇温制御を実行する。

この構成によれば、酸化触媒の温度が活性化温度より低い状態において、酸化触媒に吸着された炭化水素の量であるＨＣ吸着量が所定値以上になったとき、酸化触媒が昇温され、吸着されていた炭化水素（ＨＣ）が脱離する。酸化触媒の温度が活性化温度より低い状態におけるＨＣ吸着量が多い場合であっても、ＨＣが触媒から脱離し、かつ、活性化温度より低い温度まで、酸化触媒を昇温すれば、吸着していたＨＣを脱離でき、ＨＣ吸着量を減少できるので、カーボン被毒を抑制できる。また、酸化触媒の温度が活性化温度より低い状態におけるＨＣ吸着量が少ない場合には、酸化触媒の温度が、ＨＣの脱水素化反応が生じる温度まで上昇しても、触媒表面において酸素濃度が不足することがないので、カーボンが生成されることなく、カーボン被毒を抑制することができる。

好ましくは、所定値は、酸化触媒が活性化温度を超え、酸化触媒に吸着されていた炭化水素が燃焼すると、酸化触媒の温度が、炭化水素が脱水素化反応を開始する温度以上になる、ＨＣ吸着量に相当する値である。昇温制御では、酸化触媒を、活性化温度より低い温度に昇温する。

この構成によれば、ＨＣ吸着量が所定値以上になり、酸化触媒が活性化温度を超えて活性化したとき、酸化触媒に吸着されていたＨＣ（炭化水素）の燃焼が促進され、酸化触媒の温度が、ＨＣが脱水素化反応を開始する温度以上になる可能性がある場合、酸化触媒が、活性化温度より低い温度まで昇温される。これにより、吸着されていたＨＣが、触媒から脱離し、ＨＣ吸着量が減少する。その後、酸化触媒の温度が活性化温度を超えても、ＨＣ吸着量が少ないので、ＨＣが脱水素化反応を開始する温度以上になり難い。また、脱水素化反応を開始する温度以上になっても、ＨＣ吸着量が少ないので、触媒表面において酸素濃度が不足することがなく、カーボンが生成されないので、カーボン被毒を抑制することができる。

好ましくは、昇温制御において、ＨＣ吸着量が少ないほど、酸化触媒の温度が高くなるよう制御するようにしてよい。

吸着されていたＨＣが脱離し、ＨＣ吸着量が小さくなると、ＨＣの燃焼によって酸化触媒の温度が急激に上昇し難くなる。また、酸化触媒の温度が高いほど、ＨＣの脱離速度が速くなる。したがって、昇温制御において、ＨＣ吸着量が少ないほど、酸化触媒の温度が高くなるよう制御することにより、触媒表面にカーボンが生成されることなく、ＨＣの脱離を早めることが可能になる。

好ましくは、所定値は、酸化触媒が活性化温度を超え、酸化触媒に吸着されていた炭化水素が燃焼した際、酸化触媒の温度が、炭化水素が脱水素化反応を開始する温度を超えない、ＨＣ吸着量に相当する値である。

この構成によれば、ＨＣ吸着量が所定値以上になり、昇温制御によって酸化触媒を昇温したとき、酸化触媒が活性化温度を超えて活性化し、酸化触媒に吸着されていたＨＣの燃焼が促進されても、酸化触媒の温度が、脱水素化反応を開始する温度を超えることなく、吸着されていたＨＣが脱離する。この際、脱水素化反応を開始する温度を超えないので、触媒表面にカーボンが生成されない。したがって、ＨＣ吸着量が、ＨＣの脱水素化反応によってカーボンを生成する量を上回ることがないので、カーボン被毒を抑制することができる。また、昇温制御では、酸化触媒を、活性化温度より高い温度に昇温するようにしてもよい。これにより、カーボン被毒の進行を抑制しつつ、吸着されていたＨＣを早期に除去できる。

本開示の内燃機関の制御方法は、排気通路に酸化触媒を備えた内燃機関の制御方法であって、酸化触媒の温度が活性化温度より低い状態において、酸化触媒に吸着された炭化水素の量であるＨＣ吸着量が所定値以上になったとき、酸化触媒の温度を昇温し、酸化触媒に吸着された炭化水素を脱離させる。

この方法によれば、酸化触媒の温度が活性化温度より低い状態において、酸化触媒に吸着された炭化水素の量であるＨＣ吸着量が所定値以上になったとき、酸化触媒を昇温し、酸化触媒に吸着された炭化水素を脱離させる。酸化触媒の温度が活性化温度より低い状態におけるＨＣ吸着量が多い場合であっても、ＨＣが触媒から脱離し、かつ、活性化温度より低い温度まで、酸化触媒を昇温すれば、吸着していたＨＣを脱離でき、ＨＣ吸着量を減少できるので、カーボン被毒を抑制できる。また、酸化触媒の温度が活性化温度より低い状態におけるＨＣ吸着量が少ない場合には、酸化触媒の温度が、ＨＣの脱水素化反応が生じる温度まで上昇しても、触媒表面において酸素濃度が不足することがないので、カーボンが生成されることなく、カーボン被毒を抑制することができる。

好ましくは、所定値は、酸化触媒が前記活性化温度を超え、酸化触媒に吸着されていた炭化水素が燃焼すると、酸化触媒の温度が、炭化水素が脱水素化反応を開始する温度以上になる、ＨＣ吸着量に相当する値であってよく、酸化触媒を、活性化温度より低い温度へ昇温し、酸化触媒に吸着された炭化水素を脱離させるようにしてもよい。

この方法によれば、ＨＣ吸着量が所定値以上になり、酸化触媒が活性化温度を超えて活性化したとき、酸化触媒に吸着されていたＨＣの燃焼が促進され、酸化触媒の温度が、ＨＣが脱水素化反応を開始する温度以上になる可能性がある場合、酸化触媒が、活性化温度より低い温度まで昇温される。これにより、吸着されていたＨＣが、触媒から脱離し、ＨＣ吸着量が減少する。その後、酸化触媒の温度が活性化温度を超えても、ＨＣ吸着量が少ないので、ＨＣが脱水素化反応を開始する温度以上になり難い。また、脱水素化反応を開始する温度以上になっても、ＨＣ吸着量が少ないので、触媒表面において酸素濃度が不足することがなく、カーボンが生成されないので、カーボン被毒を抑制することができる。

好ましくは、所定値は、酸化触媒が前記活性化温度を超え、酸化触媒に吸着されていた炭化水素が燃焼した際、酸化触媒の温度が、炭化水素が脱水素化反応を開始する温度を超えない、ＨＣ吸着量に相当する値であってよく、酸化触媒を、活性化温度より高い温度へ昇温し、酸化触媒に吸着された炭化水素を脱離させるようにしてもよい。

この方法によれば、ＨＣ吸着量が所定値以上になり、酸化触媒を活性化温度より高い温度へ昇温して、酸化触媒に吸着されていたＨＣの燃焼が促進されても、酸化触媒の温度が、脱水素化反応を開始する温度を超えることなく、吸着されていたＨＣが脱離し、触媒表面にカーボンが生成されない。したがって、ＨＣ吸着量が、ＨＣの脱水素化反応によってカーボンを生成する量を上回ることがないので、カーボン被毒を抑制することができる。

本開示によれば、内燃機関の排気通路に設けた酸化触媒のカーボン被毒が進行することを抑止することができる。

本実施の形態に係る内燃機関の全体構成図である。 ＤＯＣに吸着されたＨＣの量（ＨＣ吸着量）とＤＯＣの温度（触媒床温）の関係を示した図である。 本実施の形態において、Ｅ／Ｇ－ＥＣＵに構成される機能ブロックを示す図である。 ＨＣ吸着量とＤＯＣの温度の関係を示した図である。 内燃機関が車両の動力源として用いられているとき、Ｅ／Ｇ－ＥＣＵで実行されるＨＣ脱離制御の処理を説明するフローチャートである。 Ｅ／Ｇ－ＥＣＵで実行される、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆ算出ルーチンの一例を示すフローチャートである。 本実施の形態の効果を説明する図である。 実施の形態２において、Ｅ／Ｇ－ＥＣＵで実行されるＨＣ脱離制御の処理を説明するフローチャートである。 実施の形態２において、Ｅ／Ｇ－ＥＣＵで実行されるＨＣ吸着量Ｃｓｏｆ算出ルーチンを示すフローチャートである。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態（実施の形態１）に係る内燃機関の全体構成図である。内燃機関１は、圧縮自己着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）であり、内燃機関本体１０のシリンダ（気筒）１２に形成された燃焼室に、燃料噴射弁（インジェクター）１４から燃料を噴射し、圧縮自己着火を行う内燃機関である。燃料噴射弁１４から噴射される燃料は、軽油であってよく、菜種油や廃食用油等の生物由来油を原料としたバイオディーゼル燃料であってもよい。また、バイオディーゼル燃料を軽油に混合した、バイオ燃料混合軽油を燃料として用いてもよい。

内燃機関１の吸気通路２０には、エアクリーナ２２、インタークーラ２４、および吸気絞り弁（電子制御スロットル）２６が設けられており、エアクリーナ２２で異物が除去された新気（空気）は、ターボ過給機３０のコンプレッサ３２で過給（圧縮）され、インタークーラ２４で冷却されて、吸気マニホールド２８に供給され、吸気ポートから各燃焼室に供給される。

燃焼室から排出される排気（排気ガス）は、排気マニホールド４０に集められ、排気通路４２を介して、外気に放出される。また、排気の一部は、排気再循環通路（ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路）５０に設けられたＥＧＲクーラ５１、ＥＧＲ弁５２を介して、吸気マニホールド（吸気通路）２８に還流される。

排気通路４２には、上流側から、ターボ過給機３０のタービン３４、酸化触媒７０、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）７２、選択還元触媒７４、酸化触媒７６が設けられている。酸化触媒７０は、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）を二酸化炭素（ＣＯ２）に酸化し、排気中の炭化水素（ＨＣ）を水（Ｈ２Ｏ）とＣＯ２に酸化する。また、排気中の一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ２）に酸化する。これは、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元反応は、ＮＯとＮＯ２が１：１の比率のとき、反応速度が速いため、ディーゼル内燃機関の排気中にはＮＯが多く含まれているため、排気中のＮＯをＮＯ２に酸化して、ＮＯとＮＯ２の比を１：１に近づけるためである。

ＤＰＦ７２は、排気中の微粒子を捕集し、捕集した微粒子を適宜燃焼除去することにより、浄化する。選択還元触媒７４は、排気中のＮＯｘを還元浄化する触媒であり、たとえば、セラミック担体に銅（Ｃｕ）イオン交換ゼオライトを触媒として担持し、アンモニア（ＮＨ３）を還元剤として用いることにより、高い浄化率を示すものである。還元剤として利用するアンモニアは、選択還元触媒７４の上流の排気通路４２に供給した尿素水を加水分解することにより生成する。選択還元触媒７４の上流の排気通路には、尿素添加弁（尿素水噴射インジェクター）８０が設けられ、尿素水タンク８２から図示しないポンプによって圧送される尿素水を、尿素添加弁８０から、選択還元触媒７４の上流の排気通路４２に噴射する。

内燃機関１は、制御装置として、Ｅ／Ｇ－ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００を備える。Ｅ／Ｇ－ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、処理プログラム等を記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等からなるメモリ１０２、各種信号を入出力するための入出力ポート（図示せず）等を含み、メモリ１０２に記憶された情報、各種センサからの情報に基づいて、所定の演算処理を実行する。そして、Ｅ／Ｇ－ＥＣＵ１００は、演算処理の結果に基づいて、内燃機関１を制御する。たとえば、内燃機関１を車両の動力源として用いる場合には、アクセル開度センサ１５１で検出したアクセル開度ＡＰと車速センサ１５２で検出した車速ＳＰＤとから要求トルクを算出し、要求トルクに見合うトルクが内燃機関１から出力される燃料噴射量Ｑｆと燃料噴射時期を求め、燃料噴射量と燃料噴射時期を制御する。

また、各種センサとして、本実施の形態では、内燃機関１には、エンジン回転速度ＮＥを検出する回転数センサ１５３、冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ１５４、酸化触媒７０の触媒温度（触媒床温）Ｔｃを検出する温度センサ１５５、等が設けられている。

酸化触媒（以下、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）とも称する）７０は、たとえば、セラミック製のモノリス担体に、白金やパラジウム等の貴金属を触媒として担持したものである。ＤＯＣ７０の触媒活性化は、ＤＯＣ７０の温度（触媒温度）に依存する。本実施の形態において、ＤＯＣ７０の浄化率（ＨＣの浄化率）が、５０％となる触媒温度は、たとえば、２５０℃である。本実施の形態では、浄化率が５０％になる温度を活性化温度と称するが、触媒が触媒作用を開始する温度を活性化温度としてもよい。

たとえば、内燃機関１が車両の動力源として用いられる場合、停車等によってアイドリング運転が長時間継続している場合や、渋滞等で極低速運転が継続している場合等、ＤＯＣ７０の温度が活性化温度以下に低下する場合がある。この場合、排気中のＨＣ（炭化水素）の多くは浄化されず、排気中のＨＣがＤＯＣ７０に吸着し、ＤＯＣ７０の表面がＨＣで覆われる。この状態で、車両が加速を行うと、排気温度が上昇し、ＤＯＣ７０の温度も上昇する。図２は、ＤＯＣ７０に吸着されたＨＣの量（ＨＣ吸着量）とＤＯＣ７０の温度（触媒床温）の関係を示した図である。図２において、縦軸は触媒床温であり、横軸は、車両が加速を開始した時点からの時間（経過時間）を示している。本実施の形態において、ＤＯＣ７０の活性化温度は、約２５０℃であり、ＨＣの脱水素化反応の開始温度は、約４００℃である。

図２において、実線は、ＤＯＣ７０のＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが少ないとき（Ｃｓｏｆ＝α）の触媒床温の推移であり、二点鎖線は、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが多いとき（Ｃｓｏｆ＝δ）の触媒床温の推移を示している。ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが少ないとき（Ｃｓｏｆ＝α）には、実線で示すように、車両の加速の開始とともに触媒床温が上昇し、活性化温度を超えるが、吸着されているＨＣが少ないので、ＨＣが燃焼しても触媒床温が急激に上昇することなく、触媒昇温が脱水素化反応の開始温度まで上昇することはない。

ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが多いとき（Ｃｓｏｆ＝δ）には、二点鎖線で示すように、車両の加速の開始とともに触媒床温が上昇し活性化温度を超えると、吸着されているＨＣが多いため、ＨＣの燃焼により触媒床温が急激に上昇するとともに、触媒昇温が脱水素化反応の開始温度を超えて上昇する。ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが多いので、ＤＯＣ７０の表面部分において酸素不足が発生し易く、吸着しているＨＣの脱水素化反応によって、ＤＯＣ７０の表面にカーボンが生成し、ＤＯＣ７０のカーボン被毒が進行する。

本実施の形態では、ＤＯＣ７０の温度が活性化温度より低い状態で、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが所定値以上になったとき、ＤＣＯ７０を活性化温度を超えない範囲で昇温し、ＤＯＣ７０に吸着されているＨＣを脱離して、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆを小さくする。これにより、車両の加速等によって、ＤＯＣ７０の温度が上昇しても、カーボンが生成されないようにし、ＤＯＣ７０のカーボン被毒を抑制する。

図３は、本実施の形態において、Ｅ／Ｇ－ＥＣＵ１００に構成される機能ブロックを示す図である。図３において、触媒低温状態検出部１１０は、ＤＣＯ７０の温度が、活性化温度より低い状態を検出または推定する。たとえば、温度センサ１５５で検出した触媒温度Ｔｃに基づいて、ＤＣＯ７０の温度が、活性化温度より低い状態を検出してもよい。また、エンジン回転速度ＮＥ、燃料噴射量Ｑｆおよび冷却水温ＴＨＷに基づいて、排気温度を算出し、算出した排気温度から、ＤＯＣ７０の温度が活性化温度より低い状態を推定してもよい。あるいは、内燃機関１のアイドリング状態が所定時間以上継続した場合に、ＤＯＣ７０の温度が活性化温度より低い状態であると推定してもよい。

ＨＣ吸着量推定部１２０は、ＤＯＣ７０に吸着されているＨＣの量（ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆ）を推定する。たとえば、予め実験等によって、冷却水温ＴＨＷ、エンジン回転速度ＮＥおよび燃料噴射量Ｑｆをパラメータとした吸着量算出用マップを作成しておく。そして、冷却水温ＴＨＷ、エンジン回転速度ＮＥおよび燃料噴射量Ｑｆを用いて、吸着量算出用マップからＨＣ吸着量加減算値を求め、ＨＣ吸着量加減算値により、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆを更新することにより、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆを推定する。

触媒昇温制御部１３０は、触媒低温状態検出部１１０で、ＤＣＯ７０の温度が活性化温度より低い状態であることを検出しているとき、ＨＣ吸着量推定部１２０で推定したＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが所定値Ｍ１以上になると、ＤＯＣ７０を昇温する。所定値Ｍ１は、ＤＯＣ７０が昇温されて活性化温度を超え、ＤＯＣ７０に吸着されていたＨＣが燃焼すると、ＤＯＣ７０の温度が脱水素化反応を開始する温度以上になるＨＣ吸着量Ｃｓｏｆに相当する値である。たとえば、図２の一点鎖線に示すように、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが、γ（α＜γ＜δ）であるとき、触媒床温が上昇し活性化温度を超えると、吸着されているＨＣの燃焼により触媒床温が上昇し、触媒床温が脱水素化反応の開始温度を超えて上昇する。本実施の形態では、このγに相当するＨＣ吸着量Ｃｓｏｆを、所定値Ｍ１に設定している。

触媒昇温制御部１３０によるＤＯＣ７０の昇温は、排気温度を上昇することによって行う。たとえば、内燃機関１がアイドリング状態であれば、アイドリング回転速度を上昇すするアイドルアップを実行して（エンジン回転速度を上昇して）、排気温度を上昇させてよい。また、電子制御スロットル２６の開度を絞るとともに燃料噴射量Ｑｆを増量して、排気温度を上昇するようにしてもよい。触媒昇温制御部１３０は、ＤＯＣ７０の温度が活性化温度より高くならないよう、ＤＯＣ７０の温度を、活性化温度より低い温度に昇温する。

触媒昇温制御部１３０は、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆに応じて、ＤＯＣ７０の温度を制御するようにしてもよい。図４は、ＨＣ吸着量ＣｓｏｆとＤＯＣ７０の温度の関係を示した図である。図４において、縦軸は触媒床温であり、横軸はＨＣ吸着量Ｃｓｏｆである。触媒昇温制御部１３０は、図４の実線に示すよう、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが小さくなるほど、触媒床温が高くなるよう、ＤＯＣ７０の昇温を行う。ＤＣＯ７０に吸着されていたＨＣが脱離し、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが小さくなると、ＨＣの燃焼によってＤＯＣ７０の温度が急激に上昇し難くなる。また、ＤＯＣ７０の温度が高いほど、ＨＣの脱離速度が速くなる。したがって、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが少ないほど、ＤＯＣ７０の温度が高くなるよう制御することにより、触媒表面にカーボンが生成されることなく、ＨＣの脱離を早めることが可能になる。

触媒昇温制御部１３０によって、ＤＯＣ７０が昇温されると、ＤＯＣ７０に吸着されていたＨＣが脱離するので、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが少なくなる。ＨＣの脱離により、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが所定値Ｍ２以下になると、触媒昇温制御部１３０は、ＤＯＣ７０の昇温を停止する。所定値Ｍ２は、（車両の加速等によって）ＤＯＣ７０の温度（触媒床温）が活性化温度を超え、ＨＣが燃焼しても、触媒床温が脱水素化反応の開始温度を超えない値であり、たとえば、図２におけるαに相当する値であってよい。

このように、本実施の形態では、触媒昇温制御部１３０は、触媒低温状態検出部１１０で、ＤＣＯ７０の温度が活性化温度より低い状態であることを検出しているとき、ＨＣ吸着量推定部１２０で推定したＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが所定値Ｍ１以上になると、ＤＯＣ７０を昇温する。触媒昇温制御部１３０は、ＤＯＣ７０の温度が活性化温度より高くならないよう、ＤＯＣ７０の温度を、活性化温度より低い温度に昇温する。ＤＯＣ７０が昇温されると、ＤＯＣ７０に吸着されていたＨＣが脱離し、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが所定値Ｍ２以下になると、触媒昇温制御部１３０は、昇温を停止する。その後、車両の加速等によって、ＤＯＣ７０の温度（触媒床温）が活性化温度を超え、ＨＣが燃焼しても、触媒床温が脱水素化反応の開始温度を超えないので、カーボンが生成されず、ＤＯＣ７０のカーボン被毒を抑制することができる。また、車両の加速等によって、ＤＯＣ７０の温度が活性化温度を超え、触媒床温が脱水素化反応の開始温度を超えた場合であっても、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが少ないので、触媒表面において酸素濃度が不足することがなく、カーボンが生成されないので、ＤＯＣ７０のカーボン被毒を抑制することができる。

図５は、内燃機関１が車両の動力源として用いられているとき、Ｅ／Ｇ－ＥＣＵ１００で実行されるＨＣ脱離制御の処理を説明するフローチャートである。このフローチャートは、内燃機関１の作動中に、所定期間毎に繰り返し処理される。

まず、ステップ（以下、ステップを「Ｓ」と略す）１０では、触媒低温走行状態であるか否かを判定する。触媒低温走行状態とは、ＤＯＣ７０の温度が、活性化温度より低い状態で車両が走行（停車も含む）している状態である。たとえば、触媒温度Ｔｃが活性化温度より低いとき、あるいは、エンジン回転速度ＮＥ、燃料噴射量Ｑｆおよび冷却水温ＴＨＷから算出した排気温度から、ＤＯＣ７０の温度が活性化温度より低い状態であると推定されるとき、あるいは、内燃機関１のアイドリング状態が所定時間以上継続した場合に、触媒低温走行状態であると判定してよい。触媒低温走行状態であると、Ｓ１０において、肯定判定されＳ１１へ進む。ＤＯＣ７０が活性化温度より高い場合は、触媒低温走行状態でなく、否定判定され、今回のルーチンを終了する。

Ｓ１１では、フラグＦが１であるか否かを判定する。フラグＦの初期値（デフォルト）は０であり、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが所定値Ｍ１以上になり、ＤＯＣ７０が昇温制御されているとき、フラグＦが１に設定される。フラグＦが０のときには、否定判定されＳ１２へ進み、フラグＦが１のときには、肯定判定されＳ１４へ進む。

Ｓ１２では、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが、所定値Ｍ１以上か否かを判定する。図６は、Ｅ／Ｇ－ＥＣＵ１００で実行される、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆ算出ルーチンの一例を示すフローチャートである。このフローチャートは、内燃機関１の作動中に、所定期間毎に繰り返し処理される。まず、Ｓ２０では、フラグＦが１であるか否かを判定する。フラグＦが０であるときは、否定判定されＳ２１へ進み、フラグＦが１であるときは、肯定判定されＳ２２へ進む。

Ｓ２１では、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆの加減算値±ｃを算出する。加減算値±ｃは、たとえば、冷却水温ＴＨＷ、燃料噴射量Ｑｆおよびエンジン回転速度ＮＥをパラメータとした三次元マップを用いて算出する。三次元マップは、予め実験等により、単位時間当たりに、ＤＯＣ７０に吸着するＨＣ量（＊ｃ）／ＤＯＣ７０から脱離するＨＣ量（＊ｃ）を求め作成され、メモリ１０２に格納されている。この三次元マップは、排気温度が低い運転領域では、ＨＣがＤＯＣ７０に吸着されるので、加減算値は、正（＋＊ｃ）の値になり、排気温度が高い運転領域では、ＨＣがＤＯＣ７０から脱離するので、加減算値は、負（－＊ｃ）の値になる。Ｓ２１では、冷却水温ＴＨＷ、燃料噴射量Ｑｆおよびエンジン回転速度ＮＥに基づいて、三次元マップから加減算値（±＊ｃ）を求め、本ルーチンの演算周期を乗算して、加減算値±ｃとして算出し、Ｓ２３へ進む。

Ｓ２２では、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆの減算値－ｃを算出する。Ｓ２２が処理されるのは、ＤＯＣ７０が昇温制御されているとき（Ｓ１４（図５参照）が処理されているとき）である。減算値－ｃは、たとえば、ＤＯＣ７０の温度Ｔｃを用いて算出される。メモリ１０２には、ＤＯＣ７０の温度Ｔｃをパラメータとして、単位時間当たりにＤＯＣ７０から脱離するＨＣ量（＊ｃ）のマップが格納されている。このマップは、予め実験等により作成され、一般的に、温度Ｔｃが高いほど、脱離するＨＣ量（＊ｃ）が大きな値になる。Ｓ２２では、ＤＯＣ７０の温度Ｔｃに基づいて、マップから脱離するＨＣ量（＊ｃ）を求め、本ルーチンの演算周期を乗算して、減算値－ｃとして算出し、Ｓ２３へ進む。

Ｓ２３では、メモリ１０２から、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆの前回値Ｃｓｏｆ（ｎ）を読み出し、前回値Ｃｓｏｆ（ｎ）に、Ｓ２２で算出した加減算値±ｃ、あるいは、Ｓ２３で算出した減算値－ｃを加算することにより、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆを算出する。そして、算出したＨＣ吸着量Ｃｓｏｆを、前回値Ｃｓｏｆ（ｎ）としてメモリに記憶する（書き換える）。なお、前回値Ｃｓｏｆ（ｎ）に「－ｃ」を加算するとは、Ｃｓｏｆ（ｎ）から「ｃ」を減算することである。

続くＳ２４では、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが、０より小さいか否かを判定する。ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが０より小さいとき（Ｃｓｏｆ＜０）、肯定判定されＳ２５へ進む。ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが０以上である場合（Ｃｓｏｆ≧０）には、否定判定され、今回のルーチンを終了する。Ｓ２５では、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆを０に設定し、今回のルーチンを終了する。

図５を参照して、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが所定値Ｍ１以上のとき（Ｃｓｏｆ≧Ｍ１）、Ｓ１２で肯定判定されＳ１３へ進む。ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが所定値Ｍ１より小さいとき（Ｃｓｏｆ＜Ｍ１）、否定判定され、今回のルーチンを終了する。

Ｓ１３では、フラグＦを１に設定したあと、Ｓ１４へ進む。Ｓ１４では、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆに応じて、図４に示すように、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが少ないほど、触媒床温が高くなるよう、ＤＯＣ７０の昇温を行う。本実施の形態では、ＤＯＣ７０の昇温動作は、排気温度の上昇である。たとえば、内燃機関１がアイドリング状態であれば、アイドルアップを実行して、排気温度を上昇させてよい。また、電子制御スロットル２６の開度を絞るとともに燃料噴射量Ｑｆを増量して、排気温度を上昇するようにしてもよい。なお、ＤＯＣ７０の昇温は、ＤＯＣ７０の温度が活性化温度より高くならないよう実行される。

続くＳ１５では、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが、所定値Ｍ２以下であるか否かを判定する。ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが所定値Ｍ２以下である場合（Ｃｓｏｆ≦Ｍ２）、肯定判定されＳ１６へ進む。ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが所定値Ｍ２より大きいとき（Ｃｓｏｆ＞Ｍ２）、否定判定され、今回のルーチンを終了する。Ｓ１６では、ＤＯＣ７０の昇温動作を停止して、ＤＯＣ７０の昇温を停止するとともに、フラグＦを０に設定したあと、今回のルーチンを終了する。

本実施の形態よれば、ＤＯＣ７０の温度が活性化温度より低い状態であることを検出しているとき、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが所定値Ｍ１以上になると、ＤＯＣ７０を昇温する。ＤＯＣ７０の昇温動作は、ＤＯＣ７０の温度が活性化温度より高くならないよう、ＤＯＣ７０の温度を、活性化温度より低い温度に昇温する。ＤＯＣ７０が昇温されると、ＤＯＣ７０に吸着されていたＨＣが脱離し、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが所定値Ｍ２以下になると、昇温を停止する。したがって、ＤＯＣ７０の温度が活性化温度より低い状態のときに、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが所定値Ｍ１以上になると、ＤＯＣ７０の温度を、活性化温度より低い温度に昇温し、ＨＣを脱離する。これにより、車両の加速等によって、ＤＯＣ７０の温度（触媒床温）が活性化温度を超え、ＨＣが燃焼しても、触媒床温が脱水素化反応の開始温度を超えないので、カーボンが生成されず、ＤＯＣ７０のカーボン被毒を抑制することができる。

図７は、本実施の形態の効果を説明する図である。図７において、縦軸はＤＯＣ７０の浄化性能であり、横軸はＤＯＣ７０の使用時間である。なお、図７は、内燃機関１を車両の動力源に用いた場合の例であり、使用時間は、車両の運転時間に相当する。また、浄化性能は、ＤＯＣ７０が新品のときの浄化性能を１００としている。図７において、実線は、図５に示した、ＨＣ脱離制御を実行した場合の浄化性能の推移を示しており、一点鎖線は、ＨＣ脱離制御を実行しない場合の浄化性能の推移を示している。ＨＣ脱離制御を実行しない場合、ＤＯＣ７０のカーボン被毒が進行するため、一点鎖線で示すように、使用時間の経過とともに、浄化性能が低下する。ＨＣ脱離制御を実行すると、ＤＯＣ７０のカーボン被毒を抑制できるため、実線に示すよう、使用時間が経過しても、浄化性能を維持することが可能になる。

（実施の形態２）
上記実施の形態（実施の形態１）では、ＤＯＣ７０の温度を、活性化温度より低い温度に昇温し、ＨＣの脱離を行っている。実施の形態２では、ＤＯＣ７０の温度を、活性化温度より高い温度へ昇温する。図８は、実施の形態２において、Ｅ／Ｇ－ＥＣＵ１００で実行されるＨＣ脱離制御の処理を説明するフローチャートである。実施の形態２においても、内燃機関１は車両の動力源として用いられている。このフローチャートは、図５のフローチャートのＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１５を、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ３３に置き換えたものである。図８において、図５と同じ処理については、その説明を省略する。

Ｓ３１では、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが所定値Ｒ１以上か否かを判定する。図９は、実施の形態２において、Ｅ／Ｇ－ＥＣＵ１００で実行されるＨＣ吸着量Ｃｓｏｆ算出ルーチンを示すフローチャートである。図９は、図６のフローチャートにおいて、Ｓ２０およびＳ２２を廃止したものであり、他の処理は、図６の処理と同じであるので、その説明を省略する。

Ｓ３１において、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが所定値Ｒ１以上のとき（Ｃｓｏｆ≧Ｒ１）、Ｓ３１で肯定判定されＳ１３へ進む。ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが所定値Ｒ１より小さいとき（Ｃｓｏｆ＜Ｒ１）、否定判定され、今回のルーチンを終了する。所定値Ｒ１は、ＤＯＣ７０が活性化温度を超えるよう昇温され、吸着していたＨＣが燃焼したときに、ＤＯＣ７０の温度Ｔｃ（触媒床温）が、ＨＣの脱水素化反応を開始する温度を超えない、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆに相当する値である。たとえば、図２の破線に示すように、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが、β（α＜β＜γ）であるとき、触媒床温が上昇し活性化温度を超え、吸着していたＨＣが燃焼しても、触媒床温は脱水素化反応の開始温度を上回ることがない。実施の形態２では、このβに相当するＨＣ吸着量Ｃｓｏｆを、所定値Ｒ１に設定している。

Ｓ３２では、ＤＯＣ７０の昇温を行う。実施の形態２においても、ＤＯＣ７０の昇温動作は、排気温度を上昇することである。内燃機関１がアイドリング状態であれば、アイドルアップを実行して、排気温度を上昇させてよい。また、電子制御スロットル２６の開度を絞るとともに燃料噴射量Ｑｆを増量して、排気温度を上昇するようにしてもよい。Ｓ３２では、ＤＯＣ７０の温度が活性化温度より高くなるよう、排気温度を上昇させる。

続くＳ３３では、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが、所定値Ｒ２以下であるか否かを判定する。ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが所定値Ｒ２以下である場合（Ｃｓｏｆ≦Ｒ２）、肯定判定されＳ１６へ進む。ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが所定値Ｒ２より大きいとき（Ｃｓｏｆ＞Ｒ２）、否定判定され、今回のルーチンを終了する。所定値Ｒ２は、実施の形態１における所定値Ｍ１と同じ値であってよく、たとえば、図２におけるαに相当する値であってよい。

この実施の形態２によれば、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆが所定値Ｒ１以上になると、ＤＯＣ７０が活性化温度より高い温度へ昇温され、吸着されていたＨＣの燃焼が促進され、ＨＣが脱離する。この際、ＤＯＣ７０の温度が、脱水素化反応を開始する温度を超えないので、触媒表面にカーボンが生成されない。したがって、ＨＣ吸着量Ｃｓｏｆは、ＨＣの脱水素化反応によってカーボンが生成される量を上回ることがなく、カーボン被毒を抑制することができる。

上記実施の形態では、ＤＯＣ７０の昇温は、排気温度を上昇することによって行っていたが、ＤＯＣ７０の昇温は、これに限られない。たとえば、電気ヒータを用いて、ＤＯＣ７０の昇温を行ってもよい。

本開示における実施態様を例示すると、次のような態様を例示できる。

１）排気通路に酸化触媒を備えた内燃機関の制御装置であって、内燃機関は車両の動力源であり、制御装置は、内燃機関のアイドリング状態が所定時間以上継続したとき、酸化触媒に吸着された炭化水素の量であるＨＣ吸着量が所定値以上の場合、酸化触媒を活性化温度より低い温度へ昇温する昇温制御を実行する。

２）上記１において、所定値は、酸化触媒が活性化温度を超え、酸化触媒に吸着されていた炭化水素が燃焼すると、酸化触媒の温度が、炭化水素が脱水素化反応を開始する温度以上になる、ＨＣ吸着量に相当する値である。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 内燃機関、１０ 内燃機関本体、１２ シリンダ（気筒）、１４ 燃料噴射弁、２０ 吸気通路、２２ エアクリーナ、２４ インタークーラ、２６ 吸気絞り弁（電子制御スロットル）、２８ 給気マニホールド、３０ ターボ過給機、３２ コンプレッサ、３４ タービン、４０ 排気マニホールド、４２ 排気通路、５０ ＥＧＲ通路、５１ ＥＧＲクーラ、５２ ＥＧＲ弁、７０ 酸化触媒（ＤＯＣ）、７２ ＤＰＦ、７４ 選択還元触媒、７６ 酸化触媒、８０ 尿素添加弁、８２ 尿素水タンク、１００ Ｅ／Ｇ－ＥＣＵ、１０１ ＣＰＵ。１０２ メモリ、１１０ 触媒低温状態検出部、１２０ ＨＣ吸着量推定部、１３０ 触媒昇温制御部、１５１ アクセル開度センサ、１５２ 車速センサ、１５３ エンジン回転速度センサ、１５４ 水温センサ、１５５ 温度センサ。

Claims (8)

1. 排気通路に酸化触媒を備えた内燃機関の制御装置であって、
   前記酸化触媒の温度が活性化温度より低い状態において、前記酸化触媒に吸着された炭化水素の量であるＨＣ吸着量が所定値以上になったとき、
   前記酸化触媒を昇温する昇温制御を実行する、内燃機関の制御装置。
2. 前記所定値は、前記酸化触媒が前記活性化温度を超え、前記酸化触媒に吸着されていた前記炭化水素が燃焼すると、前記酸化触媒の温度が、前記炭化水素が脱水素化反応を開始する温度以上になる、ＨＣ吸着量に相当する値であり、
   前記昇温制御では、前記酸化触媒を、前記活性化温度より低い温度に昇温する、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記昇温制御において、前記ＨＣ吸着量が少ないほど、前記酸化触媒の温度が高くなるよう制御する、請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記所定値は、前記酸化触媒が前記活性化温度を超え、前記酸化触媒に吸着されていた前記炭化水素が燃焼した際、前記酸化触媒の温度が、前記炭化水素が脱水素化反応を開始する温度を超えない、ＨＣ吸着量に相当する値である、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記昇温制御では、前記酸化触媒を、前記活性化温度より高い温度に昇温する、請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 排気通路に酸化触媒を備えた内燃機関の制御方法であって、
   前記酸化触媒の温度が活性化温度より低い状態において、前記酸化触媒に吸着された炭化水素の量であるＨＣ吸着量が所定値以上になったとき、前記酸化触媒を昇温し、前記酸化触媒に吸着された前記炭化水素を脱離させる、内燃機関の制御方法。
7. 前記所定値は、前記酸化触媒が前記活性化温度を超え、前記酸化触媒に吸着されていた前記炭化水素が燃焼すると、前記酸化触媒の温度が、前記炭化水素が脱水素化反応を開始する温度以上になる、ＨＣ吸着量に相当する値であり、
   前記酸化触媒を、前記活性化温度より低い温度へ昇温し、前記酸化触媒に吸着された前記炭化水素を脱離させる、請求項６に記載の内燃機関の制御方法。
8. 前記所定値は、前記酸化触媒が前記活性化温度を超え、前記酸化触媒に吸着されていた前記炭化水素が燃焼した際、前記酸化触媒の温度が、前記炭化水素が脱水素化反応を開始する温度を超えない、ＨＣ吸着量に相当する値であり、
   前記酸化触媒を、前記活性化温度より高い温度へ昇温し、前記酸化触媒に吸着された前記炭化水素を脱離させる、請求項６に記載の内燃機関の制御方法。

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