JP4816286B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
機関負荷に応じて排気温度の上昇方法を変更することで、排気通路のNOx吸収材から付着したイオウ成分を放出するために行う排気(ないしNOx吸収材)温度の上昇を、燃費悪化、トルク低下、スモーク発生を抑制しつつ合理的に遂行する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2001−152835号公報 特開2004−150296号公報 特開2000−18020号公報 特開2003−97256号公報 特開2002−122019号公報 特開2005−337103号公報
ところで、排気中のHCを除去する酸化機能を有する触媒は、HC吸着量が飽和して下流にHCを排出してしまうことがある。このHC排出抑制を目的として、触媒のHC浄化率を向上させるが、燃費悪化などの不具合が随伴して発生する場合がある。このため、特許文献1のように、HC排出抑制を、随伴して発生する不具合を抑制しつつ合理的に遂行することが望まれている。
本発明の目的とするところは、内燃機関の排気浄化装置において、酸化機能を有する触媒よりも下流へHCが排出されることを合理的に抑制し、かつ、随伴して発生する不具合を抑制する技術を提供することにある。
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
内燃機関の排気通路に配置された酸化機能を有する触媒と、
前記触媒に吸着したHCの吸着量を推定するHC吸着量推定手段と、
前記触媒よりも下流にHCが排出されることを抑制するHC排出抑制手段と、
前記HC吸着量推定手段が推定するHC吸着量が所定量以上となったときに、前記HC排出抑制手段を用いて前記触媒よりも下流にHCが排出されることを抑制する制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。
本発明では、HC吸着量推定手段が推定するHC吸着量が所定量以上となったときに、HC排出抑制手段を用いて触媒よりも下流にHCが排出されることを抑制する。
これによると、触媒よりも下流にHCが排出される可能性が高くなった場合にだけHCの排出を抑制するので、HC排出抑制手段を用いる機会を低減することができ、酸化機能を有する触媒よりも下流へHCが排出されることを合理的に抑制することができ、かつ、随伴して発生する燃費悪化などの不具合を抑制することができる。
ここで、所定量とは、HC吸着量がそれよりも多くなったときに、触媒でHCが吸着しきれなくなり、触媒からHCが排出され、例えばスモークを発生させてしまう可能性のあ
る量である。
また、本発明においては、HC排出抑制手段が複数存在し、制御手段は、状況に応じた優先順位に従って複数のHC排出抑制手段の中から用いる手段を選択するとよい。
これによると、それぞれの状況において、HC排出抑制効果の高いHC排出抑制手段や、随伴して発生する燃費悪化などの不具合が少ないHC排出抑制手段の優先順位を高く設定し、優先順位の高いHC排出抑制手段から選択して用いることができる。よって、触媒よりも下流へHCが排出されることをより合理的に抑制することができ、かつ、随伴して発生する不具合をより抑制することができる。
そして、例えば、制御手段は、低圧条件下では、空気量を確保可能なHC排出抑制手段を優先して選択することにより、また、低温条件下では、吸気温度を上昇可能なHC排出抑制手段を優先して選択することにより、燃費悪化の不具合を生じる場合を抑制する。
本発明によると、内燃機関の排気浄化装置において、酸化機能を有する触媒よりも下流へHCが排出されることを合理的に抑制することができ、かつ、随伴して発生する不具合を抑制することができる。
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
<実施例1>
図1は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置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、4つの気筒2を有する水冷式の4サイクル・ディーゼルエンジンである。ここで、各気筒2には、グロープラグ3が設けられている。グロープラグ3は、電熱線が組み込まれており、各気筒2の燃焼室内ガスを直接暖めるものである。
また、内燃機関1には、吸気通路4及び排気通路5が接続されている。内燃機関1に接続された吸気通路4の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ6のコンプレッサハウジング6aが配置されている。
コンプレッサハウジング6aよりも下流の吸気通路4には、吸気と外気とで熱交換を行うインタークーラ7が配置されている。そして、インタークーラ7よりも下流の吸気通路4には、電熱線によって該吸気通路4内を流通する吸気を直接暖めるインテークヒータ8が設けられている。
一方、内燃機関1に接続された排気通路5の途中には、ターボチャージャ6のタービンハウジング6bが配置されている。また、タービンハウジング6bよりも下流の排気通路5には、酸化触媒9が配置されている。なお、本実施例では酸化触媒9であるが、例えば、三元触媒などの酸化機能を有する触媒であればよい。
酸化触媒9よりも下流の排気通路5には、該排気通路5内を流通する排気の流量を調節し、排気通路5内の背圧を調整する背圧調整弁10が設けられている。
なお、本実施例に係るターボチャージャ6は可変ノズルターボチャージャである。ここで、該ターボチャージャ6のタービンハウジング6bの概略構成について図2に基づいて
説明する。図2に示すように、タービンハウジング6bには、可変ノズル6cを構成する複数のノズルベーン6dがタービンホイール6eの周囲に設けられている。ノズルベーン6dが制御されることで可変ノズル6cの開口量が制御される。このようにノズルベーン6dを制御することによってターボチャージャ6による過給圧を上昇または低下させることができる。
以上述べたように構成された内燃機関1には、該内燃機関1を制御するための電子制御ユニットであるECU11が併設されている。このECU11は、内燃機関1の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関1の運転状態を制御するユニットである。
また、ECU11には、運転者がアクセルペダル12を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ13、及び機関回転速度を検出するクランクポジションセンサ14が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がECU11に入力されるようになっている。
一方、ECU11には、グロープラグ3、インテークヒータ8、背圧調整弁10、及びノズルベーン6dが電気配線を介して接続されており、該ECU11によりこれらの機器が制御される。
ここで、図3は酸化触媒9のHC吸着量やHC排出量の推移を示したタイムチャートである。酸化触媒9においては、HC吸着量が飽和すると、HCを下流に排出するHC排出量が急激に増加し、スモークを発生させてしまう。
また、図4は酸化触媒9の触媒温度に対するHC浄化率を示したグラフである。酸化触媒9においては、触媒温度が高くなると活性化し、触媒温度が高いほどHC浄化率が高くなっている。
本実施例では、図3及び図4を考慮して、酸化触媒9よりも下流にHCを排出されることを抑制する制御(HC排出抑制制御)を行う。具体的には、酸化触媒9のHC吸着量が所定量以上となったときに、酸化触媒9を昇温し、酸化触媒9を活性化して浄化率を向上させることで酸化触媒9よりも下流にHCが排出されることを抑制する制御を行う。
ここでの所定量とは、HC吸着量がそれよりも多くなったときに、酸化触媒9のHC吸着量が飽和し、酸化触媒9からHCが排出され、スモークを発生させてしまう可能性のある量である。
つまり、図3に示すように、HC吸着量が飽和するとHCを下流に排出する量が急激に増加するため、HC吸着量が飽和する前に酸化触媒9を昇温する。すると、図4に示すように、触媒温度が高いほど酸化触媒9は活性化され、HC浄化率が高くなるので、酸化触媒9を昇温後には、酸化触媒9でのHCの除去量が増大する。これにより、酸化触媒9に吸着されたHCを除去すると共に、酸化触媒9の下流にHCが排出されてしまうことを抑制する。
なお、酸化触媒9を昇温させるためには、排気温度を上昇させなければならず、内燃機関1のポンプ損失を増加させるか、圧縮端温度を上昇させることが考えられ、本実施例では以下の(1)〜(5)の手段を採用している。ここで、本実施例における(1)〜(5)の手段が、本発明におけるHC排出抑制手段に相当する。
(1)内燃機関の機関回転数上昇、
(2)背圧調整弁開度の閉じ側への制御、
(3)インテークヒータによる吸気暖め、
(4)グロープラグによる燃焼室内ガス暖め、
(5)ノズルベーン開度の閉じ側への制御
ここで、(1)〜(5)の手段を実行すると、燃費悪化という不具合が随伴して発生する。ただし、(1)〜(5)の手段を実行する場合の燃費悪化の不具合の影響度合いは、環境条件や運転条件に応じて異なる。
このため、本実施例では、図5に示すように、環境条件や運転条件に応じて、実行する(1)〜(5)の手段に優先順位を付与した。
なお、(1)〜(5)の手段に付与される優先順位は、最上位の順位の手段でHC排出抑制効果が不十分の場合に次の順位の手段も加えて実行し、十分なHC排出抑制効果が得られるまで下位の順位の手段を次々に加えて実行するものである。
具体的には、環境条件として低圧条件下、運転条件として機関回転数が低回転の場合には、優先順位は(1)→(5)→(2)の順とされている。
環境条件として低圧条件下、運転条件として機関回転数が中〜高回転の場合には、優先順位は(5)→(2)の順とされている。
環境条件として低温条件下、運転条件として機関回転数が低回転の場合には、優先順位は(4)→(3)→(1)→(5)→(2)の順とされている。
環境条件として低温条件下、運転条件として機関回転数が中〜高回転の場合には、優先順位は(4)→(3)→(5)→(2)の順とされている。
なお、低圧条件下で、(2)及び(5)の手段が実行され、(3)及び(4)の手段が実行されない理由は、空気量を確保可能な(2)及び(5)の手段を選択し、低圧条件下ではHC排出抑制効果が少ないにもかかわらず燃費悪化が生じてしまう(3)及び(4)の手段が実行されることを防止するためである。
また、低温条件下で、(4)及び(3)の手段が優先されている理由は、(4)及び(3)の手段では吸気温度を上昇可能であり、(5)及び(2)の手段に比べてHC排出抑制効果が高く燃費悪化を比較的抑制できるからである。
本実施例では、上記のように、HC吸着量が所定量以上となったときに、環境条件や運転条件に応じて優先順位を付与した(1)〜(5)の手段を選択して実行することにより酸化触媒9を昇温する。これにより、酸化触媒9よりも下流にHCが排出される可能性が高くなった場合にだけHCの排出を抑制し、HCの排出を抑制するが随伴して燃費悪化という不具合を発生させてしまう(1)〜(5)の手段を用いる機会を低減している。
次に、本実施例によるHC排出抑制制御のフローについて説明する。図6は、本実施例によるHC排出抑制制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。ここで、本フローの制御を行うECU11が、本発明における制御手段に相当する。
ステップS101では、ECU11は、酸化触媒9のHC吸着量を算出する。HC吸着量は、アクセル開度センサ13で検出する機関負荷及びクランクポジションセンサ14で検出する機関回転数などに基づく運転状態から算出した内燃機関1のHC排出量、触媒温
度、並びに排気温度などによって導かれる。ここで、本ステップを行うECU11が、本発明におけるHC吸着量推定手段に相当する。
ステップS102では、ECU11は、酸化触媒9のHC吸着量が所定量以上となったか否かを判断する。所定量は、HC吸着量がそれよりも多くなったときに、酸化触媒9のHC吸着量が飽和し、酸化触媒9からHCが排出され、スモークを発生させてしまう可能性のある量であり、予め実験などから求められている量である。
ステップS102においてHC吸着量が所定量より少なく否定判定された場合には、ECU11は、本ルーチンを一旦終了する。また、HC吸着量が所定量以上であると肯定判定された場合には、ステップS103へ進む。
ステップS103では、ECU11は、酸化触媒9でのHCの除去量を増大させるために、酸化触媒9を昇温させる目標触媒温度を算出する。
なお、目標触媒温度は、HC吸着量に応じて変化する予め定められた温度である。HC吸着量と目標触媒温度との関係は予め実験などにより求めてマップ化し、ECU11に記憶させておく。
ステップS104では、ECU11は、HC排出抑制手段としての(1)〜(5)の手段の中から実際に酸化触媒9を昇温させる手段の選定を行う。すなわち、環境条件や運転条件に応じて図5に示す優先順位に基づいて、(1)〜(5)の手段の中から実行する手段を決定する。この際、現状の酸化触媒9の温度からステップS103で算出した目標触媒温度までの温度幅が大きい程、選定する手段の数を増加させる。なお、図5の環境条件や運転条件に応じる優先順位は予めECU11に記憶させておく。
例えば、低温条件下、機関回転数が低回転の場合で、目標触媒温度までの温度幅が小さな幅であれば、(4)の手段だけを選定する。低圧条件下、機関回転数が低回転の場合で、目標触媒温度までの温度幅が中くらいの幅であれば、(1)及び(5)の手段を選定する。低温条件下、機関回転数が中〜高回転の場合で、目標触媒温度までの温度幅が大きな幅であれば、(4)、(3)、(5)、及び(2)の手段を選定する。
ステップS105では、ECU11は、ステップS104で選定した手段を用いて実際に酸化触媒9を昇温させ、HC排出抑制を実行する。
以上説明したように、本実施例によれば、酸化触媒9よりも下流にHCが排出される可能性が高くなった場合にだけHCの排出を抑制する。また、HCの排出を抑制するための酸化触媒9を昇温させる温度幅に応じてHCの排出を抑制する手段の数を変更する。これにより、HCの排出を抑制する手段を用いる機会を不足無く低減して適切に用いることができる。よって、酸化触媒9よりも下流へHCが排出されることを合理的に抑制することができ、かつ、随伴して発生する燃費悪化という不具合を抑制することができる。
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。
実施例1に係る内燃機関とその吸・排気系を示す図である。 実施例1に係るターボチャージャのタービンハウジングの概略構成を示す図である。 実施例1に係る酸化触媒のHC吸着量及びHC排出量の推移を示すタイムチャートである。 実施例1に係る酸化触媒の触媒温度に対するHC浄化率を示すグラフである。 実施例1に係る(1)〜(5)の手段の優先順位を示す図である。 実施例1に係るHC排出抑制制御のフローを示すフローチャートである。
符号の説明
1 内燃機関
2 気筒
3 グロープラグ
4 吸気通路
5 排気通路
6 ターボチャージャ
6a コンプレッサハウジング
6b タービンハウジング
6c 可変ノズル
6d ノズルベーン
6e タービンホイール
7 インタークーラ
8 インテークヒータ
9 酸化触媒
10 背圧調整弁
11 ECU
12 アクセルペダル
13 アクセル開度センサ
14 クランクポジションセンサ

Claims (1)

  1. 内燃機関の排気通路に配置された酸化機能を有する触媒と、
    前記触媒に吸着したHCの吸着量を推定するHC吸着量推定手段と、
    前記触媒よりも下流にHCが排出されることを抑制するHC排出抑制手段と、
    前記HC吸着量推定手段が推定するHC吸着量が所定量以上となったときに、前記HC排出抑制手段を用いて前記触媒よりも下流にHCが排出されることを抑制する制御手段と、
    を備え、
    前記触媒よりも下流にHCが排出されることを抑制するために夫々異なる機器を制御する前記HC排出抑制手段を複数有し、
    前記制御手段は、状況に応じた優先順位に従って複数の前記HC排出抑制手段の中から用いる手段を選択するものであって、
    低圧条件下では、空気量を確保可能な前記HC排出抑制手段を優先して選択し、
    低温条件下では、吸気温度を上昇可能な前記HC排出抑制手段を優先して選択することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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