JP2005023856A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【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
【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
9 EGR制御弁
10 制御装置
11 三元触媒
12 NOxトラップ触媒
13、14 温度センサ
Claims (7)
- 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。
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