JP3653562B2

JP3653562B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP3653562B2
Application number: JP13869497A
Authority: JP
Inventors: 司窪島; 兼仁中村; 耕一大畑; 肇勝呂
Original assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-05-28
Filing date: 1997-05-28
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2016-05-17
Also published as: JPH1068315A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気中に含まれるＮＯｘやパティキュレートなどの有害成分を浄化する内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンなどの内燃機関から排出されるＮＯｘを浄化するために排気管内に触媒が設置されるが、この場合、触媒によるＮＯｘ浄化率は図２に示すように所定温度範囲（たとえば２００から４００℃）においてのみ高いことが一般的に知られている。
【０００３】
しかし、エンジンの排気温度はその運転状態、したがって車両の運転状態によって大きく変化するものであるため、高いＮＯｘ浄化率が得られる触媒温度を長時間にわたって維持することはできない。そのため、運転状態によってＮＯｘ浄化率が低くなる時期があるという問題がある。
そこで、特開平４−２２４２２１号公報には、触媒出口温度（触媒出口の排気温度）を検出し、それが所定温度範囲よりも低い場合には吸気絞り弁などを制御して空気過剰率を減少させ、所定温度範囲よりも高い場合には空気過剰率を増加させるという方法が記載されている。すなわち、触媒出口温度が低い場合には吸気絞り弁を閉じてシリンダ内の余剰空気を減らすことによって排気温度を昇温させ、逆に触媒温度が高い場合には吸気絞り弁を開いてシリンダ内の余剰空気を増やすことによって排気温度を降温させて、運転状態が変化しても高いＮＯｘ浄化率が得られる範囲内となるように触媒温度を制御するものである。
【０００４】
しかし、この方法では加・減速を繰り返す実際の走行状態ではＮＯｘ浄化率があまり向上しないという問題がある。たとえば図３に示すような市街地走行時に頻繁に生じる走行パターンでは、走行状態の変化（定速、減速、停止、加速）に対して触媒出口温度の変化は触媒の熱容量のために大きく遅れる。これに対し、触媒出口温度のみを検出して前記の制御を行うと、検出温度がＮＯｘ浄化に適した温度範囲から外れる図３中のＡ（加速の途中から定速にかけて）の範囲においてのみ吸気絞り弁を閉じることとなる。しかし、吸気絞り弁を閉じても熱容量のために触媒温度の変化は徐々に生じるので、触媒温度が大きく上昇するのは図３中のＢ（定速走行時）の範囲となる。そのため、エンジンの負荷が大きくＮＯｘ排出量が多い加速時には制御の効果が現れず、エンジンの負荷が小さくて、もともとＮＯｘの排出量が少ない定速時においてのみＮＯｘを低減することができるに過ぎない（図３のＣ参照）。したがって、従来技術によっては、ＮＯｘ浄化率をあまり向上させることができないという問題がある。
【０００５】
また、温度のみを検出して制御を行うため、たとえば図３に示す例において温度が低い状態では、車両が加速中であっても吸気絞り弁を閉じることになる。しかし車両の運転状態を考慮しないで加速時に無理に吸気を絞ると、エンジンの燃焼状態が悪化して出力が低下するため、ドライバビリティが大きく悪化するという結果を招くことになる。また、それを補うために燃料噴射量を増加させると、燃費が大きく悪化することになる。一方、ドライバビリティと燃費の悪化を抑えるために吸気絞り弁の操作量を小さくすると、触媒温度の昇温および降温量が小さくなり、制御の効果が小さくなってしまうという問題がある。
【０００６】
さらに、エンジン始動の直後のように排気や触媒の温度がきわめて低い状態でも吸気を絞る結果、多量のパティキュレートやＣＯ，ＨＣが触媒によって浄化されることなく排出され、エミッションが大幅に悪化するという問題もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、ドライバビリティや燃費、或いはエミッションの悪化を抑えたうえで、触媒の温度が触媒の作用に適した温度範囲内にあるように制御することによって、高効率でＮＯｘやパティキュレートなどの有害成分を浄化することができる内燃機関の排気浄化装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によると、排気通路中に介装され、エンジン運転時の常時において上流側よりの全ての排気を内部通過させる排気浄化手段の入口部の排気温度（以下、Ｔｇという）が排気浄化手段の温度（以下、Ｔｃ）よりも低い場合には触媒を通過する排気流量（以下通過流量）を、エンジンから排気通路に排出される排ガスの流量の変更によって減少させ、多量の低温排気が通過することによって排気浄化手段が冷却されるのを防止する。逆にＴｇ＞Ｔｃの場合には、エンジンから排気通路に排出される排ガスの流量の変更によって多量の高温排気を排気浄化手段内へ導入し、排気浄化手段を速やかに昇温させることによって排気浄化に適した温度になるように制御する。これにより排気浄化性能の大幅な向上が可能となる。
【０００９】
請求項２の発明によると、
請求項１の発明に加えて、車両の運転状態に応じて排気浄化手段を通過する排気の流量を制御する。すなわち、Ｔｇ＜Ｔｃで、かつ車両減速時あるいはアイドリング時には、可能な限り通過流量を減少させて排気浄化手段を保温することによって、その後の加速時に速やかに排気浄化手段を昇温させる。それに対して、車両加速中や定速走行中（アイドルを除く）は、無理に通過流量を減少させるとドライバビリティや燃費への影響が大きいため通過流量減少量を減少させる。これにより、排気浄化手段の昇温による排気浄化性能向上と、燃費やドライバビリティ悪化の抑制を両立させることが可能となる。
【００１０】
請求項３の発明によると、
排気浄化手段の温度をその前後の排気温度から推定するため、排気浄化手段の温度を検出するためのセンサを直接に排気浄化手段の内部に設ける必要がない。したがって、排気浄化手段の構成をより簡素化したうえで、前述の場合と同様な効果を得ることができる。
【００１１】
請求項４の発明によると、
排気浄化手段としてＮＯｘ還元触媒、酸化触媒、またはトラップフィルタ、あるいは、これらのうちの複数のものの組み合わせを用いる。
請求項１または２の発明にＮＯｘ還元触媒を用いると、触媒温度を所定温度範囲内に制御することによって高いＮＯｘ浄化率を得ることができる。酸化触媒においては、触媒を活性化温度以上とすることによって高効率で排気を浄化することができる。また、パティキュレートを捕集するトラップフィルタにおいては、フィルタを高温に昇温することによって、捕集したパティキュレートを焼却してフィルタを再生することができる。
【００１２】
本発明は、以上の特徴を持った内燃機関の排気浄化装置である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
本発明をディーゼルエンジンに適用した、第１の実施例を図１および図４から図６の各図面を用いて説明する。
この排気浄化装置１０は、図１に示すように、ディーゼルエンジン１１の吸気管１２内に吸気絞り弁１３を、吸気管１２と排気管１４（排気通路）とを接続する排気還流管１５内に排気還流制御弁１６を、排気管１４内に触媒コンバータ１７（排気浄化手段）を、また、吸気絞り弁１３（通過流量変更手段）と排気還流制御弁１６（通過流量変更手段）の開度を制御するＥＣＵ（制御ユニット）１８（通過流量補正手段）を有する。
【００１４】
吸気絞り弁１３はステップモータ、ＤＣモータなどの電気モータあるいは負圧を用いて開度を変更するバタフライ式のバルブである。排気還流制御弁１６は、たとえば図４に示すように、通常はダイヤフラム室１６１を大気と連通させるとともに、スプリング１６２の力によって排気還流管１５の通路を閉じているが、ＥＣＵ１８の指令によって電磁弁１９に電圧が加えられると、ダイヤフラム室１６１と大気との間の連通が遮断され、真空ポンプ２０の負圧がダイヤフラム室１６１へ導入されることにより、排気還流管１５の通路が開いて排気を吸気管１２へ還流させる。その際に、電磁弁１９に印加する電圧パルスのデューティ比を変更することによって、ダイヤフラム室１６１内の圧力を調整して排気還流制御弁１６の開度を変更する。触媒コンバータ１７はセラミックあるいは金属等の担体に、たとえばＣｕ−ゼオライトやＰｔ−ゼオライトなどの、ディーゼル排気中等の酸素過剰雰囲気中でもＮＯｘを還元浄化可能な触媒を担持したものである。
【００１５】
ＥＣＵ１８は、入力回路に回転数センサ３０、負荷センサ３１、排気温度センサ３２、触媒温度センサ３３、車速センサ３４を接続するとともに、出力回路に吸気絞り弁１３、排気還流制御弁１６を開閉するための電磁弁１９を電気的に接続して、それらのセンサによって検出されたエンジン回転数、エンジン負荷、排気温度、触媒温度および車両速度がメモリに予め入力されたパターンと照合され、吸気絞り弁１３と電磁弁１９すなわち排気還流制御弁１６を開閉制御する。
【００１６】
回転数センサ３０はクランクシャフトあるいは燃料噴射ポンプに配置されてエンジン回転数Ｎｅを検出し、負荷センサ３１はアクセルペダルあるいは燃料噴射ポンプに配置されてアクセル開度Ｔｈを検出し、温度センサ３２は触媒コンバータ１７よりも上流側の排気管１４内に配置されて排気温度Ｔｇを検出し、温度センサ３３は触媒コンバータ１７内に配置されて触媒温度Ｔｃを検出し、また、車速センサ３４は図示しないトランスミッションシャフトに配置されて車速Ｖ１を検出する。（回転数センサ３０、負荷センサ３１、車速センサ３４が運転状態検出手段に相当）
このように構成される排気浄化装置において、通常はエンジン回転数やエンジン負荷などに応じて、予めＥＣＵ内のメモリに入力されているパターンにしたがって排気還流制御を行う。これによりエンジンから排出されるＮＯｘが低減される。そして、所定の条件下において、触媒昇温のための吸気絞り弁と排気還流制御弁の開度制御を行い、触媒によるＮＯｘ浄化率を向上させるようにする。
【００１７】
次に、上記排気浄化装置の作動を、図５に示すフローチャートを用いて説明する。
このフローチャートにおいては、上記のような各センサからの信号を受けて、吸気絞り弁１３と排気還流制御弁１６を制御する部分を示した。
まずＳ（ステップ）１０１においては、回転数センサ３０、負荷センサ３１、温度センサ３２および３３、車速センサ３４からの信号を読み込む。Ｓ１０２においては、読み込んだ触媒温度Ｔｃが低温設定値Ｔ１（たとえば５０〜１００℃の間の値）と高温設定値Ｔ２（たとえば３００〜５００℃の間の値）の間にあるか否かを判定する。もしＴｃ＜Ｔ１ならば、吸気絞り弁を閉じる等の制御を行っても燃費が悪化するだけであって触媒は活性化せず、制御によって増加した排気中の有害成分が触媒によって浄化されることなく排出されてしまうので、Ｓ１０３へ進んで、ＥＣＵ１８内のメモリに記憶されているパターンにしたがって従来と同様に排気還流量制御（吸気絞り弁開度Ａ０、還流制御弁開度Ｂ０）を行い、Ｓ１０１へ戻る。もしＴｃ＞Ｔ２ならば触媒温度が高すぎて、それ以上触媒を昇温させてもＮＯｘ浄化率が向上しないため、同様にＳ１０３へ進む。そして従来と同様に排気還流量制御を行い、Ｓ１０１へ戻る。
【００１８】
一方、Ｓ１０２の判定において触媒温度ＴｃがＴ１とＴ２の間にある場合はＳ１０４へ進み、アクセル開度Ｔｈを設定値Ｔｈ０（たとえば開度４０〜６０％の間の値）と比較する。Ｔｈ＞Ｔｈ０の場合は、急加速等によってエンジン負荷が大きくて排気温度が高いため、特別に昇温させなくても触媒温度が速やかに上昇する。従って、制御によるドライバビリティおよび燃費の悪化を回避するためにＳ１０３へ進み、従来と同様な排気還流量制御を行った後にＳ１０１へ戻る。一方、Ｔｈ＜Ｔｈ０の場合にはＳ１０５へ進み、今回読み込んだ車速Ｖ１と前回読み込んだ車速Ｖ０から加速度ａを計算する。
【００１９】
次にＳ１０６に進んで、Ｓ１０１において読み込んだ排気温度Ｔｇが触媒温度Ｔｃよりも小さいか否かを判定する。Ｔｇ＜Ｔｃの場合はＳ１０７へ進み、Ｓ１０５において計算した加速度ａの正負を判定する。ａの値が正の場合は車両が加速中であるためＳ１０８へ進み、ドライバビリティや燃費への影響がない程度に吸気絞り弁を小さく閉じて（開度Ａ１）低温新気の流入を抑制する（たとえば吸気減少率２０〜４０％の間の値）とともに、排気還流制御弁を小さく開き（開度Ｂ１）、高温排気を還流させる（たとえば排気還流率１０〜３０％の間の値）ことによって触媒を昇温させる。すなわち、触媒通過流量とシリンダ内の空気量を独立に制御することによって触媒の温度低下を効果的に防止する。そして、再びＳ１０１へ戻って処理を繰り返す。
【００２０】
Ｓ１０７の判定においてａの値が負の場合は車両が減速中であり、ドライバビリティや燃費への影響が小さいためＳ１０９へ進み、吸気絞り弁を大きく閉じる（開度Ａ２、Ａ２＜Ａ１）とともに、排気還流制御弁を大きく開く（開度Ｂ２、Ｂ２＞Ｂ１）ことによって低温の新気の流入を抑制すると同時に排気還流量を増加させ、可能な限り触媒を通過する排気流量を減少（たとえば吸気減少率５０〜８０％の間の値、排気還流率５０〜８０％の間の値）させて触媒を保温する。そして、やはりＳ１０１へ戻る。
【００２１】
また、Ｓ１０７の判定においてａが０の場合は、Ｓ１１０において車速Ｖ１が０か否かを判定する。もし、Ｖ１が０ならば車両が停止していてエンジンがアイドリング状態であるため、前述の場合と同様にＳ１０９へ進む。Ｖ１が０でなければ車両は定速走行中であるからＳ１０３へ進み、吸気絞り弁開度をＡ０、排気還流制御弁開度をＢ０とし、従来と同様な排気還流量制御を行う。すなわち、定速走行中はＮＯｘ排出量が少ないため燃費の悪化抑制を優先し、無理な制御を避ける。
【００２２】
Ｓ１０６の判定においてＴｇ＞Ｔｃの場合はＳ１１１へ進み、Ｓ１０５において計算した加速度ａが正か否かを判定する。ａの値が正で車両が加速中の場合はＳ１１２へ進み、ドライバビリティや燃費への影響がない程度に吸気絞り弁を小さく閉じる（開度Ａ３、Ａ０＞Ａ３＞Ａ１）とともに、シリンダ内の余剰空気を減少させる（たとえば、吸気減少率１０〜３０％の間の値）ことによって排気温度を昇温させる。それと同時に排気還流制御弁を小さく開いて（開度Ｂ３、Ｂ３＜Ｂ１）高温排気を還流させる（たとえば排気還流率５〜２０％の間の値）。
【００２３】
この場合は、吸気を絞ることによって吸気量が減少した分だけ排気還流量が増加して余剰空気減少の効果がなくなるのを防ぐため、排気還流制御弁開度Ｂ３を小さく設定する。すなわち、触媒通過流量を増加するうえに、排気温度をさらに上昇させて、より速やかに触媒を昇温させることが狙いである。ａの値が正でない場合、すなわち車両が減速中か停止している時はＳ１０３へ進み、吸気絞り弁開度をＡ０、排気還流制御弁開度をＢ０とし、従来と同様な排気還流量制御を行う。すなわち、燃費悪化抑制を優先する。
【００２４】
以上の処理を、たとえば１秒に１回の割合で繰り返して実行する。
第１実施例の効果を図６に示すタイムチャートにより説明する。
図６は市街地走行時に頻繁に生じる走行パターン（図３の例と同じ）に本発明を適用した例であり、ここでは常に、Ｔ１＜Ｔｃ＜Ｔ２で、かつＴｈ＜Ｔｈ０であるものとする。
【００２５】
排気温度Ｔｇ＜触媒温度Ｔｃとなる場合のうち、車両減速および停止中のＤでは吸気絞り弁を大きく閉じるとともに、排気還流制御弁を大きく開くことによって排気還流量を増やす。これにより、触媒温度はほとんど低下しないで高温のままに保持され、次の加速時において触媒は初期から高効率でＮＯｘを浄化することができる。
【００２６】
加速開始時である図６中のＥでは、ドライバビリティや燃費への影響がない程度に吸気絞り弁を小さく閉じて低温新気の流入を抑制するとともに、排気還流制御弁を小さく開き高温排気を還流させることによって触媒を昇温させる。これによって、加速開始時に触媒に低温の排気が流入して触媒温度が低下するのを防止することができ、ＮＯｘ浄化率が高い温度範囲内に触媒温度を保持することができる。そして、定速走行中である図６中のＧでは、従来と同様な排気還流量制御を行う。
【００２７】
排気温度Ｔｇ＞触媒温度Ｔｃとなる場合のうち、車両加速中である図６のＦでは、吸気絞り弁を小さく閉じてシリンダ内の余剰空気を減少させることによって排気を昇温させる。それと同時に排気還流制御弁を小さく開き、高温の排気を還流させる。すなわち、触媒通過流量を増加させたうえに排気温度をさらに上昇させることによって、より速やかに触媒を昇温させる。その他の定速走行状態においては従来の排気還流量制御を行う。
【００２８】
このように制御すれば、ドライバビリティや燃費の悪化を抑制したうえで、触媒温度をＮＯｘ浄化率が高い範囲内に維持することができる。したがって、エンジンからのＮＯｘ排出量が多くなる加速時にも初期から触媒が活性化しているので、ＮＯｘ浄化率を大きく向上させることが可能となる（図６のＨ参照）。
以上の説明から明らかになったように、本発明の第１実施例によれば、通常走行時には排気温度が触媒によるＮＯｘ浄化に適した温度よりも低い場合が多いディーゼルエンジンにおいて、ドライバビリティや燃費の悪化を抑制したうえで、速やかに触媒温度を昇温させることによって触媒によりＮＯｘを効率よく浄化することが可能となる。
（第２実施例）
第１実施例においては温度センサ３３によって触媒コンバータ１７内の温度を検出した（図１）のに対し、第２実施例の排気浄化装置１０１においては、図７に示すように、温度センサ３３１を触媒コンバータ１７よりも下流側の排気管１４内に設置した点に特徴がある。
【００２９】
すなわち、制御に用いる触媒温度Ｔｃを直接に測定するのではなく、触媒上流側の排気温度Ｔｇ１と、触媒下流側の排気温度Ｔｇ２から触媒温度Ｔｃを推定するものである。これにより、触媒コンバータ１７内に温度センサを取り付ける必要がなくなるため、触媒の構成をより簡素化することが可能となる。その他の構成は第１実施例と同様である。
【００３０】
次に、第２実施例の排気浄化装置１０１の作動を、図８に示すフローチャートを用いて説明する。以下、図５に示した第１実施例のフローチャートに対して異なる部分のみについて説明する。図５では、Ｓ（ステップ）１０１において、回転数センサ３０、負荷センサ３１、温度センサ３２および３３、車速センサ３４からの信号を読み込んだが、図８ではＳ１０１１において温度センサ３３の代わりに温度センサ３３１の信号を読み込む。
【００３１】
そして、Ｓ１０１２において触媒上流側の排気温度Ｔｇ１と触媒下流側の排気温度Ｔｇ２から触媒温度Ｔｃを求める。これは予めＥＣＵ１８内のメモリに記憶させてあるマップあるいは計算式によって算出される。マップについては実験的に測定して決定する。また、この計算式については、たとえば、
Ｔｃ＝ｐ×Ｔｇ１＋ｑ×Ｔｇ２（ｐ，ｑは実験から求めた係数）
とするなど、触媒前後の排気温度Ｔｇ１，Ｔｇ２をもとにして算出する。その後にＳ１０２へ進むが、以下の処理は第１実施例の場合と同様であって、第２実施例は第１実施例と同様な効果をあげることができる。
（第３実施例）
本例は、第１実施例における触媒コンバータ１７にＮＯｘ触媒を担持させる代わりに、排気中のＨＣやＣＯを酸化浄化するところの、たとえばＰｔ，ＰｄあるいはＲｈなどの酸化触媒を担持させた点に特徴があるものであり、その他の構成は図１に示した第１実施例の場合と同様である。
【００３２】
第３実施例においては、第１実施例の場合と同様に、図５に示すフローチャートにしたがって制御を行う。そこで、第１実施例と異なる部分のみについて説明することにする。第１実施例ではＳ１０２において、触媒温度Ｔｃ＞設定値Ｔ２の場合に昇温制御を中止した。これは図２に示すように触媒の温度が高すぎると触媒によるＮＯｘ浄化率が低下してしまうためである。この温度Ｔ２はたとえば３００〜５００℃の間の値であった。それに対して、本例において用いる酸化触媒は温度が高いほど浄化性能が向上するため、制御を中止する高温設定値Ｔ２は触媒の耐久性やサルフェートの発生抑制の点から決定される。これはたとえば４００〜６００℃の間の値である。その他は第１実施例と同様である。
【００３３】
第３実施例によれば、ドライバビリティや燃費の悪化を抑制したうえで、速やかに触媒温度を昇温させることによって、その触媒によりＨＣやＣＯを効率よく浄化することが可能となる。
（第４実施例）
本例は、第２実施例における触媒コンバータ１７にＮＯｘ触媒を担持させる代わりに、第３実施例と同様に排気中のＨＣやＣＯを酸化浄化するところの、たとえばＰｔ、ＰｄあるいはＲｈなどの酸化触媒を担持させた点に特徴を有するものであるが、第３実施例がその他の構成においては図１に示した第１実施例の場合と同様としているのと異なり、第４実施例におけるその他の構成は図７に示した第２実施例の場合と同様となっている。したがって、装置の作動を示すフローチャートも第２実施例の説明において示した図８と同様である。第４実施例は触媒の構成を簡素化したうえで、第３実施例と同様の効果をあげることができる。
（第５実施例）
本発明の第５実施例の全体構成を図９に示す。
【００３４】
本例の排気浄化装置１０２は、図１に示した第１実施例に対して、触媒コンバータ１７の代わりにトラップフィルタ１７１を設置し、圧力センサ３５をトラップフィルタ１７１よりも上流側の排気管１４内に追加した点に特徴を有するものである。
トラップフィルタ１７１はセラミック等の多孔質材料からなるハニカム状格子により、多数の流路が形成されたもので、その流路の入口と出口が封鎖材により交互に目封じされている。その表面に、たとえばアルミナのウォッシュコート層を設け、ＰｔやＰｄなどの貴金属あるいはＣｕなどの卑金属触媒を担持させて、フィルタ再生時のパティキュレート（排気中のカーボンを主とする微粒子）の燃焼温度を低下させている。
【００３５】
このように構成される排気浄化装置において、トラップフィルタ１７１にパティキュレートが堆積すると目詰まりを起こすため、圧力センサ３５によって検出される排気の圧力が高くなる。この圧力センサ３５の出力と回転数センサ３０、負荷センサ３１の出力に基づいて、ＥＣＵ１８によってトラップフィルタ１７１におけるパティキュレートの堆積量ｍが計算される。
【００３６】
そして、その堆積量ｍが、パティキュレートの燃焼除去による再生処理が必要となる設定値ｍ０（たとえば１０ｇ）を越えた場合にのみ、フィルタを昇温させる制御を行う。
次に、第５実施例の排気浄化装置１０２の作動を図１０に示すフローチャートを用いて説明する。以下、図５に示した第１実施例の場合のフローチャートと異なる部分のみについて説明する。第５実施例ではＳ１０１３において、回転数センサ３０、負荷センサ３１、温度センサ３２および３３、車速センサ３４、圧力センサ３５からの信号を読み込む。そして、Ｓ１０１４においてこれらの信号に基づいて、ＥＣＵ１８によってトラップフィルタ１７１におけるパティキュレート堆積量ｍが計算される。次にＳ１０１５へ進み、パティキュレート堆積量ｍとパティキュレートの燃焼除去（再生）が必要となる堆積量の設定値ｍ０とを比較する。ｍ＜ｍ０の場合はフィルタ再生の必要がないためＳ１０３へ進み、従来と同様な排気還流量制御を行う。
【００３７】
第５実施例においてはトラップフィルタに触媒を担持させてパティキュレートの燃焼温度を低減させているため、排気温度が高い高速走行時にはトラップフィルタ上に捕捉されたパティキュレートは自然に燃焼する。しかし、排気温度が低い渋滞走行などでは、トラップフィルタ上のパティキュレートは燃焼することなく堆積し、設定値ｍ０を越えることとなる。その場合にはＳ１０２１へ進んで、温度センサ３３によって検出されるトラップフィルタの温度Ｔｆを所定値Ｔ１，Ｔ２と比較する。それ以後は第１実施例の場合（図５）と同様に昇温制御を行い、トラップフィルタ上でのパティキュレートを焼却してトラップフィルタ１７１を再生させる。
【００３８】
第５実施例によれば、ドライバビリティや燃費の悪化を抑制したうえで、速やかにトラップフィルタ１７１の温度を昇温させてトラップフィルタを再生することができるため、トラップフィルタに堆積したパティキュレートを効率よく除去することが可能となる。
（第６実施例）
図１１に示すように、第６実施例の排気浄化装置１０３は、前述の第５実施例の排気浄化装置１０２において、温度センサ３３によってトラップフィルタ１７１内の温度を検出した（図９参照）のと異なり、同様なトラップフィルタ１７１に対して温度センサ３３１を、トラップフィルタ１７１よりも下流側の排気管１４内に設置した点に特徴を有するものである。
【００３９】
第６実施例の排気浄化装置１０３の作動は図１２のフローチャートに示されているが、図１０に示した第５実施例の場合と異なる部分のみについて説明する。第６実施例では、トラップフィルタ１７１の温度を直接に検出する温度センサを設けていないので、図１０と同様なＳ１０１５の判定においてｍ＞ｍ０の場合にはＳ１０１６へ進み、トラップフィルタ上流側の排気温度Ｔｇ１と、トラップフィルタ下流側の排気温度Ｔｇ２から、間接的にトラップフィルタ温度Ｔｆを求める。そして、Ｓ１０２１へ進む。その他の処理は図１０に示す第５実施例の場合と同様である。
【００４０】
第６実施例によると、トラップフィルタの構成をより簡素化したうえで、第５実施例と同様の効果を得ることができる。
（第７実施例）
前述の第１実施例においては、ＮＯｘ触媒内の排気通過量を変更する手段として吸気絞り弁１３と排気還流制御弁１６を用いたのに対して、図１３に示す本例の排気浄化装置１０４では、過給装置（ターボチャージャ）のウェイストゲートバルブ５０を用いる点に特徴がある。以下、第１実施例と異なる部分についてのみ説明する。
【００４１】
排気管１４内には排気タービン５１と、その上流側と下流側を結ぶバイパス管５２を設け、バイパス管５２の途中にウェイストゲートバルブ５０を設ける。排気タービン５１は吸気管１２内の吸気タービン５３とシャフト５４によって結合されている。ウェイストゲートバルブ５０は、たとえば図１４に示すように、通常はダイヤフラム室５０１を大気と連通させるとともに、スプリング５０２の力によりバイパス管５２の通路を閉じているが、ＥＣＵ１８の指令によって電磁弁１９に電圧が加わると、ダイヤフラム室５０１と大気との連通が遮断されて、真空ポンプ２０の負圧がダイヤフラム室５０２へ導入され、バイパス管５２の通路を開いて排気をバイパスさせる。その際に、電磁弁１９に印加される電圧パルスのデューティ比を変更することによってダイヤフラム室５０２内の圧力を変化させて、ウェイストゲートバルブ５０の開度を変更する。また、吸気タービン５３の下流側の吸気管１２内に圧力センサ５５を設けて、通常は圧力センサ５５の出力が設定値を越えた場合にエンジンを保護するためにウェイストゲートバルブ５０を開く（従来と同様な制御によるバルブ開度をＣＯとする）。
【００４２】
第７実施例の排気浄化装置１０４の作動を図１５のフローチャートに示す。第１実施例においては、図５に示すＳ１０３、Ｓ１０８、Ｓ１０９、Ｓ１１２において吸気絞り弁と排気還流制御弁の開度を決定したのに対して、本例ではＳ１０３１、Ｓ１０８１、Ｓ１０９１、Ｓ１１２１においてウェイストゲートバルブの開度を決定する。その際のバルブ開度はＣ３＜Ｃ１＜Ｃ２とし、たとえばバルブ開度Ｃ１では吸気減少率が２０〜４０％の間の値、バルブ開度Ｃ２では吸気減少率が４０〜６０％の間の値、バルブ開度Ｃ３では吸気減少率が１０〜３０％の間の値などとする。その他は第１実施例の場合と同様である。
【００４３】
以上、通過流量変更手段として過給装置のウェイストゲートバルブ５０のみを用いた場合について説明したが、先に説明した吸気絞り弁や排気還流制御弁などと組み合わせてもよいことは言うまでもない。
また、排気浄化手段としてＮＯｘ触媒の他に、酸化触媒やトラップフィルタを用いてもよい。
【００４４】
さらに、排気浄化手段の温度を直接検出する代わりに、排気浄化手段の上流側と下流側の排気温度をそれぞれ検出し、それらに基づいて算出してもよい。
（第８実施例）
本例は第７実施例と同様に、図１３に示した排気浄化装置１０４の構成において、図１６に示すフローチャートにしたがって制御を行う。以下、第７実施例と異なる部分についてのみ説明する。
【００４５】
第８実施例では、Ｓ１０１において各信号を読み込んだ後に、Ｓ１０５１において加速度ａを計算し、Ｓ１０２１において触媒温度Ｔｃが低温設定値Ｔ１よりも大きいか否かを判定する。もし、Ｔｃ＜Ｔ１の場合はＳ１０２３へ進み、Ｓ１０５１において求めた加速度ａが正か否かを判定する。そして、ａ≦０ならばＳ１０２４へ進み、ウェイストゲートバルブ開度をＣ４（Ｃ４＞Ｃ２）とする。
【００４６】
すなわち、触媒温度がきわめて低くかつ車両が加速中でない場合に通常の制御を行うと、ほとんどの場合に圧力センサ５５によって検出される圧力が所定値を越えないため、排気タービン５１すなわち吸気タービン５３が回転することによって余剰空気がエンジンのシリンダ内へ導入される。その結果、低温の排気が多量に触媒を通過するため触媒が冷却され、触媒の活性化が困難となる。
【００４７】
そこで本例ではそのような状態を検出し、Ｓ１０２４においてウェイストゲートバルブをたとえば全開とすることによって余剰空気を減少させて、排気温度を昇温させることにより触媒を活性化させる。しかし加速時にこの制御を行うと、過給の効果がなくなってドライバビリティが悪化する可能性があるため、Ｓ１０２３においてａ＞０の場合はＳ１０３１へ進み、従来と同様な制御を行う。加速時は排気温度が高いため、従来と同様な制御でも触媒の早期に活性化させることができる。一方、Ｓ１０２１においてＴｃ＞Ｔ１の場合はＳ１０２２へ進み、以下、第７実施例の場合と同様に制御を行う。
【００４８】
以上、排気の通過流量変更手段として過給装置のウェイストゲートバルブのみを用いた場合について説明したが、先に説明した吸気絞り弁や排気還流制御弁などと組み合わせてもよいことは言うまでもない。
また、排気浄化手段としてＮＯｘ触媒の他に酸化触媒やトラップフィルタを用いてもよい。
【００４９】
さらに、排気浄化手段の温度を直接検出する代わりに、排気浄化手段の上流側と下流側の排気温度を検出し、それらをもとにして計算して求めてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例としての排気浄化装置を示す全体構成図である。
【図２】触媒によるＮＯｘ浄化率の温度による変化を示す線図である。
【図３】従来技術の問題点を説明するための走行パターンのタイムチャートである。
【図４】第１実施例の排気浄化装置の一部を拡大して示す概念的断面図である。
【図５】第１実施例の排気浄化装置の作動を示すフローチャートである。
【図６】第１実施例の効果を説明するための走行パターンのタイムチャートである。
【図７】本発明の第２実施例としての排気浄化装置を示す全体構成図である。
【図８】第２実施例の排気浄化装置の作動を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第５実施例としての排気浄化装置を示す全体構成図である。
【図１０】第５実施例の排気浄化装置の作動を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第６実施例としての排気浄化装置を示す全体構成図である。
【図１２】第６実施例の排気浄化装置の作動を示すフローチャートである。
【図１３】本発明の第７実施例としての排気浄化装置を示す全体構成図である。
【図１４】第７実施例の排気浄化装置の一部を拡大して示す概念的断面図である。
【図１５】第７実施例の排気浄化装置の作動を示すフローチャートである。
【図１６】第８実施例の排気浄化装置の作動を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１１ディーゼルエンジン
１２吸気管
１３吸気絞り弁
１４排気管
１５排気還流管
１６排気還流制御弁
１７触媒コンバータ
１８制御ユニット（ＥＣＵ）
１９電磁弁
２０真空ポンプ
３０回転数センサ
３１負荷センサ
３２、３３温度センサ
３４車速センサ
３５圧力センサ
５０ウェイストゲートバルブ
５１排気タービン
５２バイパス管
５３吸気タービン
５５圧力センサ
１７１トラップフィルタ
３３１温度センサ

Claims

排気通路中に介装され、エンジン運転時の常時において上流側よりの全ての排気を内部通過させる排気浄化手段と、
前記排気浄化手段を通過する排気の流量を変更する通過流量変更手段と、
前記排気浄化手段の入口部の排気温度を検出する排気温度検出手段と、
前記排気浄化手段の温度を検出、あるいは推定する排気浄化手段の温度検出手段と、
前記排気温度検出手段の出力と前記排気浄化手段の温度検出手段の出力とを比較する温度比較手段と、
前記温度比較手段の出力をもとにした前記エンジンから前記排気通路に排出される排気の流量の変更に際し、前記排気浄化手段の入口部の排気の温度よりも前記排気浄化手段の温度が高いときは、前記排気浄化手段を通過する排気流量を減少させ、前記排気浄化手段の入口部の排気の温度よりも前記排気浄化手段の温度が低いときは、前記排気浄化手段を通過する排気の流量を増加させるように前記通過流量変更手段に対し信号を与える通過流量補正手段と、
を備えていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
更に、車両の運転状態を検出し車両が減速時もしくはアイドリング時であることを検出する運転状態検出手段を有し、
前記通過流量補正手段は、前記温度比較手段と前記運転状態検出手段の出力をもとにして、前記排気浄化手段の入口部の排気温度よりも前記排気浄化手段の温度が高いときのうち、前記運転状態検出手段が、車両が減速時もしくはアイドリング時であることを検出したときには、その他の場合よりも前記排気浄化手段を通過する排気流量の減少補正量を増加させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記排気温度検出手段は、前記排気浄化手段の入口部および出口部の排気温度を検出する手段を有し、
前記排気浄化手段の温度検出手段は、
前記排気温度検出手段の出力した前記排気浄化手段の入口部および出口部の排気温度をもとにして、前記排気浄化手段の温度を推定する温度推定手段と、
を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記排気浄化手段として、ＮＯｘ還元触媒、または酸化触媒、またはトラップフィルタ、またはこれらのうちの複数のものの組み合わせを備えていることを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。