JPH1047112A

JPH1047112A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JPH1047112A
Application number: JP9126843A
Authority: JP
Inventors: Tsukasa Kuboshima; 司窪島; Hajime Suguro; 肇勝呂; Kanehito Nakamura; 兼仁中村; Koichi Ohata; 耕一大畑
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 1998-02-17
Anticipated expiration: 2017-05-16
Also published as: JP3900590B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ドライバビリティ、燃費、エミッションの悪
化を抑えながら、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。【解決手段】内燃機関用排気浄化装置の触媒の温度が
常に触媒の作用に適した特定の温度範囲内にあるように
制御するために、触媒温度と触媒入口の排気温度の大小
関係と、車両の運転状態に応じて、吸気絞り弁１３と排
気還流制御弁１６の開度を制御する。例えば車両の加速
時において排気温度が触媒温度よりも高くなった時に
は、運転に支障がない程度に吸気絞り弁１３を小さく閉
じると共に、排気還流制御弁１６を小さく開いて、触媒
を迅速に昇温させる。車両の減速中や停車状態のアイド
リング中において排気温度が触媒温度よりも低くなった
時には、吸気絞り弁１３を大きく閉じると共に、排気還
流制御弁１６を大きく開いて触媒を保温し、次の加速時
に直ちに高い浄化効率が得られるように準備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、通過流量補正手段は、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、吸気絞り弁と排気還流
制御弁とに信号を与えて触媒を通過する排気流量（以下
通過流量）を減少させ、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
する排気の流量を吸気絞り弁と排気還流制御弁とにより
制御する。すなわち、Ｔｇ＜Ｔｃで、かつ車両減速時お
よびアイドリング時には、通過流量の減少補正量を増加
させる。これはドライバビリティや燃費への影響が小さ
いため、可能な限り通過流量を減少させて排気浄化手段
を保温し、その後の加速時に速やかに排気浄化手段を昇
温させるためである。一方、車両加速時には通過流量の
減少補正量を減少させる。これ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、その減少量を減少させるとともにシリンダ内の余剰
空気を減少させることによって排気を昇温させ、より速
やかに排気浄化手段を昇温させるためである。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
費および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】請求項５の発明によると、ＴｇおよびＴｃ
の大小と車両の運転状態に応じて、吸気絞り弁と排気還
流制御弁の開度を変更して吸入空気量と排気還流量とを
独立に制御する。すなわち、Ｔｇ＜Ｔｃでかつ車両減速
時およびアイドリング時には、排気還流量を増加させ、
通過流量を可能な限り減少させて排気浄化手段を保温す
る。それに対して車両加速時には、ドライバビリティや
燃費に影響がない程度に低温新気の流入を抑制するとと
もに、高温排気を還流させて排気浄化手段を昇温させ
る。その際に、排気の通過流量減少量とシリンダ内の余
剰空気減少量を独立に制御して、排気浄化手段の温度低
下を効果的に防止する。

【００１３】一方、Ｔｇ＞Ｔｃの場合は通過流量を増加
させるが、車両加速時はドライバビリティや燃費への影
響がない程度にシリンダ内の余剰空気を減少させて排気
を昇温させるとともに、高温排気を還流させて排気浄化
手段を昇温させる。その際に排気還流制御弁の開度を小
さくして、吸気量減少分だけ排気還流量が増加すること
によって余剰空気減少の効果がなくなるのを防ぐ。

【００１４】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、燃費および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。請求項６の発明に
よると、通過流量変更手段として過給装置のウェイスト
ゲートバルブを用いて請求項２の排気浄化装置と同様の
効果を得ることができる。本発明ではさらに、排気浄化
手段の温度が設定値よりも低くかつ車両加速時以外の場
合は過給量を減少し、多量の低温排気により排気浄化手
段が冷却されるのを防ぐ。これにより、その後の加速時
に排気浄化手段の温度をより速やかに昇温させることが
できるので、効率よく排気を浄化することが可能とな
る。

【００１５】請求項７の発明によると、排気浄化手段の
温度が所定値よりも低いか、あるいは高いときには通過
流量を減少させる操作を中止する。これにより、排気浄
化手段の作用に適した温度から大きくはずれた状態にお
いて無理な制御を行うことによって、ドライバビリティ
や燃費あるいはエミッションが大きく悪化するのを回避
することができる。

【００１６】請求項８の発明によると、運転状態検出手
段によって検出した内燃機関の出力が大きいときは、排
気の通過流量を減少させる操作を中止する。すなわち、
通過流量を減少させる操作を過度に行うと加速性能など
のドライバビリティが悪化するため、機関の出力が所定
値よりも大きい場合は制御を中止する。なお、機関の出
力が大きい場合は排気温度が高いため、排気流量を減少
させなくても排気浄化手段の温度が速やかに上昇し、浄
化性能の低下はほとんど生じない。

【００１７】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。

【００１８】

【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（吸気通
路）内に吸気絞り弁１３（通過流量変更手段）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（通過流量変更手段）
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と排気還流制御弁１６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。

【００１９】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、Ｅ
ＣＵ１８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。

【００２０】ＥＣＵ１８は、入力回路に回転数センサ３
０、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。

【００２１】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Ｔ
ｃ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。（運転状態検出手段）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Ｎ
Ｏｘ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。

【００２２】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。Ｓ１
０２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Ｂ
０）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。

【００２３】一方、Ｓ１０２の判定において触媒温度Ｔ
ｃ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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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Ｓ
１０９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。

【００２７】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、Ａ
０＞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＜Ｂ
１）高温排気を還流させる（たとえば排気還流率５〜２
０％の間の値）。

【００２８】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Ｂ
３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Ｓ１０
３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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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。

【００３６】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，Ｐ
ｄ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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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３
４、圧力センサ３５からの信号を読み込む。そして、Ｓ
１０１４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Ｓ
１０３へ進み、従来と同様な排気還流量制御を行う。

【００４２】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。

【００４３】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１
０２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３３
１を、トラップフィルタ１７１よりも下流側の排気管１
４内に設置した点に特徴を有するものである。

【００４４】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。

【００４５】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。

【００４６】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５
３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５
０を開く（従来と同様な制御によるバルブ開度をＣＯと
する）。

【００４７】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、Ｓ１１
２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、Ｓ１
０９１、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＜Ｃ
２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４
０〜６０％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。

【００４８】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。

【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。

【００５０】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Ｓ１
０２４へ進み、ウェイストゲートバルブ開度をＣ４（Ｃ
４＞Ｃ２）とする。

【００５１】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。

【００５２】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、Ｓ１０２
３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Ｓ１
０２２へ進み、以下、第７実施例の場合と同様に制御を
行う。

【００５３】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。例
えば、排気通路中に介装された排気浄化手段と、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て、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
ていることで以下のような効果を奏する。すなわち、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。

【００５４】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。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３２３３…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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１Ａ 43/00 ＺＡＢ 43/00 ＺＡＢ３０１３０１Ｋ３０１Ｔ３０１Ｎ 45/00 ＺＡＢ 45/00 ＺＡＢ３０１３０１Ｆ３１０３１０Ｒ３６０３６０ＣＦ０２Ｍ 25/07 ＺＡＢＦ０２Ｍ 25/07 ＺＡＢ５５０５５０Ｒ (72)発明者大畑耕一愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気通路中に介装された排気浄化手段
と、吸気通路中に介装された吸気絞り弁、および前記排気通
路から前記吸気通路への排気還流量を制御する排気還流
制御弁を有し、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て、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
流量変更手段の前記吸気絞り弁および前記排気還流制御
弁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。
【請求項２】車両の運転状態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、
前記吸気絞り弁の開度を小さくするとともに排気流量制
御弁の開度を大きくして、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、前記運転状態検出手
段が、車両が加速時であることを検出したときには、前
記吸気絞り弁の開度を大きくするとともに前記排気還流
制御弁の開度を小さくして前記排気浄化手段を通過する
排気流量の減少補正量を減少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。
【請求項３】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。
【請求項４】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。
【請求項５】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場合のうち車両加速時には、前記吸
気絞り弁の開度をＡ１とするとともに、前記排気還流制
御弁の開度をＢ１とし、車両減速時およびアイドリング
時には前記吸気絞り弁の開度をＡ２（Ａ２＜Ａ１）とす
るとともに、前記排気還流制御弁の開度をＢ２（Ｂ２＞
Ｂ１）とし、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
化手段の温度が低い場合のうち車両加速時には、前記吸
気絞り弁の開度をＡ３（Ａ３＞Ａ１）とするとともに、
前記排気還流制御弁の開度をＢ３（Ｂ３＜Ｂ１）とし、車両の運転状態に応じて、吸入空気量と排気還流量とを
独立に変更するように前記吸気絞り弁と前記排気還流制
御弁の開度を制御することを特徴とする請求項１ないし
請求項４の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】前記通過流量変更手段は、過給装置のウ
ェイストゲートバルブを有し、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排気浄化手
段の温度が高い場合のうち、車両加速時には前記ウェイ
ストゲートバルブのバルブ開度をＣ１とし、車両減速時
およびアイドリング時にはバルブ開度をＣ２（Ｃ２＞Ｃ
１）とし、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
化手段の温度が低い場合のうち、車両加速時にはバルブ
開度をＣ３（Ｃ３＜Ｃ１）とし、前記排気浄化手段の温
度が所定値Ｔ１よりも低くかつ車両加速時でないときに
はバルブ開度をＣ４（Ｃ４＞Ｃ２）とすることを特徴と
する請求項１ないし請求項４の何れかに記載の内燃機関
の排気浄化装置。内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】前記通過流量補正手段は、前記排気浄化
手段の温度が所定値Ｔ１よりも低いか、あるいは第２の
所定値Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ２）よりも高いときは、前記排気
浄化手段を通過する排気流量を減少させる操作を中止す
ることを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れかに
記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】前記通過流量補正手段は、前記運転状態
検出手段によって検出した内燃機関の出力が所定値より
も大きいときは、前記排気浄化手段を通過する排気流量
を減少させる操作を中止することを特徴とする請求項２
ないし請求項７の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装
置。