JP2005023856A

JP2005023856A - エンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JP2005023856A
Application number: JP2003190901A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Kaneko; 浩昭金子; Hitoshi Onodera; 仁小野寺
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-07-03
Filing date: 2003-07-03
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】エンジン１の冷間始動時に、排気通路７に配置された触媒（ＮＯｘトラップ触媒）１２の早期活性を図る。
【解決手段】エンジン始動後の回転変動などから燃料性状を判定する。触媒１２が活性していない場合は、空燃比をリッチ化して、排気温度を上昇させるが、燃料性状が重質であるほど、リッチ化の度合を小さくし（リーン制御）、軽質であるほど、リッチ化の度合を大きくする（ストイキ制御）。上流側の触媒１１が活性化した後は、下流側の触媒１２が活性化するまで、空燃比をストイキに制御する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気浄化装置に関し、特に排気浄化触媒の早期活性化を図る技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１には、ディーゼルエンジンの排気浄化触媒の被毒状態を回復させるため、低回転、低出力の状態であっても、高い触媒床温度を実現する技術が開示されている。
【０００３】
すなわち、ディーゼルエンジンの空気過剰率の値としては通常使用されることがない１．０〜１．５の値となるように、ＥＧＲバルブ及び吸気シャッタを制御すると共に、排気中の残存酸素量に応じて軽油添加装置によって排気中に炭化水素（軽油）を混入させる。添加した軽油が触媒において酸化反応を起こすことにより、触媒床の温度が４５０ ℃以上の高温まで上昇し、触媒に付着しているＳＯＦのような被毒物質が除去されて、触媒の浄化能力が回復する。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１８０２４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の技術は、触媒が十分に活性している条件の下での、触媒昇温制御であり、始動直後の低温時のような触媒の活性が十分でない条件で同制御を実施すると、排気中の炭化水素は触媒での酸化反応を起こさず、排気の大幅な悪化をまねく結果となる。
【０００６】
そこで、冷間始動時における触媒の早期活性化を実現するための昇温制御が求められる。
また、この際には、エンジンの供給される燃料の性状に注意を払う必要があり、例えばセタン価が小さく、重質であるほど、着火性が悪化するので、排気空燃比が通常よりもリッチになることから、燃料性状を考慮して、昇温制御を行うことが求められる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は、排気浄化触媒の活性状態と、エンジンに供給される燃料の性状とを検出し、エンジンが始動された後、排気浄化触媒が活性化していない時に、排気温度を上昇させるためのエンジンの制御パラメータを、検出された燃料性状に応じた値に制御して、排気温度を上昇させる構成とする。
【０００８】
【発明の効果】
本発明によれば、触媒が活性化していない時に、昇温制御を行うに際し、燃料性状によって制御を補正するので、冷間始動時に燃料性状に依らず触媒を早期活性化することが可能となり、有害な排気成分を十分に浄化できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示すシステム図である。
【００１０】
エンジン１は通常リーン運転されるディーゼルエンジンであり、燃料タンク２内の燃料を圧送する燃料噴射ポンプ３と、燃料噴射ポンプ３からの高圧燃料を気筒内に直接燃料噴射する燃料噴射弁４とを備えている。
【００１１】
エンジン１の吸気通路５には、吸入空気量を制御可能な吸気絞り弁６を備えている。また、吸気通路５には、排気通路７に接続したＥＧＲ通路８が接続され、ＥＧＲ制御弁９によりＥＧＲ量を制御可能である。
【００１２】
燃料噴射ポンプ３、吸気絞り弁６、ＥＧＲ制御弁９は、制御装置１０により制御され、この制御装置１０には、図示は省略するが、エンジン１に流入する吸入空気量を検出するエアフローメータにより検出される吸入空気量Ｑａ、回転数センサにより検出されるエンジン回転数Ｎｅ、アクセルペダルセンサにより検出されるアクセルペダル踏込み量（アクセル開度）ＡＰＯなどの信号が入力されている。
【００１３】
エンジン１の排気通路７には、三元触媒１１が備えられ、その下流側にＮＯｘトラップ触媒１２が備えられている。
ＮＯｘトラップ触媒１２は、排気雰囲気がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、トラップしたＮＯｘを排気雰囲気がストイキないしリッチのときに脱離浄化するものである。尚、ＮＯｘトラップ機能は低温から発現するが、脱離浄化特性を示すのは触媒の活性化が条件となる。
【００１４】
ＮＯｘトラップ触媒１２の上流側の触媒１１は、ここでは三元触媒としているが、少なくともＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈのいずれかを含み、少なくとも酸化機能を有する触媒であればよい。
【００１５】
ここで、三元触媒１１及びＮＯｘトラップ触媒１２には、それぞれの活性化の検出のため、温度センサ１３、１４が取付けられ、これらの検出信号は制御装置１０に入力されている。尚、温度センサ１３、１４は、触媒１１、１２近傍の排気温度を検出するものであってもよい。
【００１６】
次に、冷間始動時に、ＮＯｘトラップ触媒（及び三元触媒）の早期活性化を図るための昇温制御について、説明する。
図２は触媒早期活性化制御のフローチャートであり、エンジンキースイッチＯＮと同時に実行される。
【００１７】
Ｓ１でエンジンを始動した後、ＮＯｘトラップ触媒の温度Ｔ２を検出し、これが活性化温度Ｔ２０より低く、活性していない場合は、Ｓ３へ進む。尚、ＮＯｘトラップ触媒の活性化温度Ｔ２は、図３（Ｂ）に示すように、そのＮＯｘ浄化効率が所定値に達する温度である。
【００１８】
Ｓ３では、燃料性状の検出のため、エンジン回転数Ｎｅを数サイクルにわたって読込み、回転変動（最大回転数と最小回転数との偏差）ΔＮｅを算出する。
Ｓ４では、回転変動ΔＮｅを基準値ΔＮｅ０と比較し、ΔＮｅ＞ΔＮｅ０の場合は、Ｓ５へ進んで燃料性状は重質（セタン価＝低、芳香族炭化水素含有率＝高）と判定し、逆にΔＮｅ＜ΔＮｅ０の場合は、Ｓ６へ進んで燃料性状は軽質（セタン価＝高、芳香族炭化水素含有率＝低）と判定する。
【００１９】
図４（Ａ）は燃料のセタン価と相対密度との関係を示したもので、セタン価が低いほど（重質であるほど）、相対密度が大きくなることを示している。また、図４（Ｂ）は燃料の芳香族炭化水素含有率と相対密度との関係を示したもので、芳香族炭化水素含有率が高いほど（重質であるほど）、相対密度が大きくなることを示している。
【００２０】
燃料性状が重質の場合は、Ｓ７へ進み、排気温度上昇のために、空燃比を通常値よりリッチ化するが、リッチ化の程度を小さくして、リーンにとどめる。燃料が重質の場合、密度が高く、燃焼室内で燃えにくいことから、排気空燃比がよりリッチ化するからである。
【００２１】
燃料性状が軽質の場合は、Ｓ８へ進み、排気温度上昇のために、空燃比を通常値よりリッチ化するが、リッチ化の程度を大きくして、ストイキに制御する。燃料が軽質の場合、密度が低く、燃焼室内で燃えやすいことから、排気ガスの熱量を確保する必要があるからである。
【００２２】
尚、空燃比の制御は、燃料噴射ポンプによる燃料噴射量、吸気絞り弁、ＥＧＲ制御弁などを制御することによって行う。
いずれの場合も、この後は、Ｓ９又はＳ１０で、ＮＯｘトラップ触媒上流の三元触媒の温度Ｔ１を検出し、これが活性化温度Ｔ１０より高くなって、活性化したか否かを判定し、三元触媒が活性化するまで、Ｓ７又はＳ８での昇温制御を続ける。尚、三元触媒の活性化温度Ｔ１は、図３（Ａ）に示すように、そのＨＣ浄化効率が所定値に達する温度である。
【００２３】
そして、三元触媒が活性化（Ｔ１＞Ｔ１０）した段階で、Ｓ１１へ進む。
Ｓ１１では、空燃比をストイキに制御する。三元触媒が活性化したので、その反応熱を利用して、ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気温度の上昇を図り、排気ガスの熱量を確保するためである。
【００２４】
そして、Ｓ１２で、ＮＯｘトラップ触媒の温度Ｔ２を検出し、これが活性化温度Ｔ２０より高くなって、活性化したか否かを判定し、ＮＯｘトラップ触媒が活性化するまで、Ｓ１１での昇温制御を続ける。
【００２５】
そして、ＮＯｘトラップ触媒が活性化（Ｔ２＞Ｔ２０）した段階で、Ｓ１３へ進み、昇温制御を終了する。
これにより、ＮＯｘトラップ触媒が活性化するので、低温かつリーン雰囲気でトラップしたＮＯｘをリッチスパイク制御により脱離浄化可能となる。
【００２６】
本実施形態によれば、燃料性状が重質であるほど、リッチ化の度合を小さく（リーンに）、軽質であるほど、リッチ化の度合を大きく（ストイキに）制御するので、冷間始動時に燃料性状に依らず触媒を早期活性化することが可能となり、有害な排気ガス成分を十分に浄化できる。
【００２７】
また、排気通路７の上流側に配置された触媒１１が活性化した後は、排気空燃比をストイキに制御することで、上流側の触媒１１の反応熱を利用して、下流側に配置された触媒１２を早期活性化できる。
【００２８】
図５は他の実施形態での触媒早期活性化制御のフローチャートであり、図２とは、Ｓ７’、Ｓ８’の部分のみが異なる。
すなわち、本実施形態では、排気温度を上昇させるためのエンジンの制御パラメータとして、空燃比に代えて、燃料噴射時期を用いている。
【００２９】
燃料性状が重質の場合は、Ｓ６’へ進み、排気温度上昇のために、燃料噴射時期を通常値より遅角するが、遅角量を小さくする。燃料が重質の場合、密度が高く、燃焼室内で燃えにくいことから、排気温度が上昇気味となるからである。
【００３０】
燃料性状が軽質の場合は、Ｓ８’へ進み、排気温度上昇のために、燃料噴射時期を通常値より遅角するが、遅角量を大きくする。燃料が軽質の場合、密度が低く、燃焼室内で燃えやすいことから、排気温度が低下気味となるからである。
【００３１】
本実施形態によれば、燃料性状が重質であるほど、燃料噴射時期の遅角量を小さく、軽質であるほど、遅角量を大きくするので、冷間始動時に燃料性状に依らず触媒を早期活性化することが可能となり、有害な排気ガス成分を十分に浄化できる。
【００３２】
尚、以上では、ＮＯｘトラップ触媒の早期活性化制御について説明したが、他の触媒（例えばＨＣトラップ触媒）の早期活性化制御についても本発明を適用可能である。
【００３３】
また、燃料性状については、回転変動から判別したが、燃料性状（密度等）を直接検知可能なセンサを用いてもよい。
また、燃料性状については、重質、軽質のいずれであるかを判別したが、より細かく検出して、より細かくリッチ化の度合などを制御することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すシステム図
【図２】触媒早期活性化制御のフローチャート
【図３】活性化温度の説明図
【図４】燃料性状の説明図
【図５】他の実施形態での触媒早期活性化制御のフローチャート
【符号の説明】
１ディーゼルエンジン
３燃料噴射ポンプ
４燃料噴射弁
５吸気通路
６吸気絞り弁
７排気通路
９ＥＧＲ制御弁
１０制御装置
１１三元触媒
１２ＮＯｘトラップ触媒
１３、１４温度センサ

Claims

エンジンの排気通路に配置される排気浄化触媒と、
排気浄化触媒の活性状態を検出する活性状態検出手段と、
エンジンに供給される燃料の性状を検出する燃料性状検出手段と、
エンジンが始動された後、排気浄化触媒が活性化していない時に、排気温度を上昇させるためのエンジンの制御パラメータを、検出された燃料性状に応じた値に制御して、排気温度を上昇させる排気昇温手段と、
を含んで構成されるエンジンの排気浄化装置。
前記制御パラメータは、空燃比であり、
前記排気昇温手段は、エンジンが始動された後、排気浄化触媒が活性化していない時に、空燃比を、通常時よりもリッチ側で、かつ検出された燃料性状に応じた値に制御して、排気温度を上昇させるものであることを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。
前記排気昇温手段は、燃料性状が重質であるほど、リッチ化の度合を小さく、軽質であるほど、リッチ化の度合を大きくすることを特徴とする請求項２記載のエンジンの排気浄化装置。
前記制御パラメータは、燃料噴射時期であり、
前記排気昇温手段は、エンジンが始動された後、排気浄化触媒が活性化していない時に、燃料噴射時期を、通常時よりも遅角側で、かつ検出された燃料性状に応じた値に制御して、排気温度を上昇させるものであることを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気浄化装置。
前記排気昇温手段は、燃料性状が重質であるほど、燃料噴射時期の遅角量を小さく、軽質であるほど、遅角量を大きくすることを特徴とする請求項４記載のエンジンの排気浄化装置。
前記排気浄化触媒の上流側に配置され、少なくとも酸化機能を有する触媒と、この上流側の触媒の活性状態を判定する活性状態判定手段と、を備え、
上流側の触媒が活性化した後は、下流側の触媒が活性化するまで、空燃比をストイキに制御することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。
前記排気浄化触媒は、排気雰囲気がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、トラップしたＮＯｘを排気雰囲気がストイキないしリッチのときに脱離浄化可能なＮＯｘトラップ触媒であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。