JP2005325795A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＨＣトラップから脱離されたＨＣを速やかに吸気系に還流させながらＨＣトラップの昇温を促進することができるエンジンの排気浄化装置を提供する。
【解決手段】 エンジン１の排気系に設けられた排気管１２に並列にバイパス通路１５を設け、該バイパス通路内にＨＣトラップ１６を介装すると共に、該ＨＣトラップから脱離されたＨＣを吸気系に還流するＥＧＲ通路１９を有すると共に、ＨＣトラップからのＨＣの脱離状態を検出する車速センサ，排温センサ１８及びスロットルポジションセンサ６等と、エンジンの内部ＥＧＲ量を変更可能な可変バルブタイミング機構２Ａと、ＥＧＲ通路から吸気系に還流される外部ＥＧＲ量を変更可能なＥＧＲ制御弁２０と、車速センサ，排温センサ１８及びスロットルポジションセンサ６等の検出信号によりＨＣトラップからのＨＣの脱離が不十分であると判断されると可変バルブタイミング機構によって内部ＥＧＲ量を減少させると共にＥＧＲ制御弁２０によって外部ＥＧＲ量を増大させる電子制御ユニット（ＥＣＵ）８とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンの排気系に未燃炭化水素（ＨＣ）を吸着するＨＣトラップを備えたエンジンの排気浄化装置に関するものである。

エンジンの冷態始動時に排気中のＨＣを吸着するＨＣトラップを三元触媒とともに排気系に配置し、三元触媒が活性化するまでの間ＨＣをＨＣトラップに吸着させるようにして、冷態始動時のＨＣ排出量を低減する技術は従来より知られている。

そして、ＨＣトラップが昇温され、そこから脱離されたＨＣを吸気系に還流する手法が、特許文献１や特許文献２に開示されている。即ち、特許文献１には、バイパス式ＨＣトラップにおいてＨＣトラップからの脱離が不十分の時に点火リタード及び吸気量を増大して排気ガス温度を上昇させてＨＣトラップの昇温を行う技術が開示され、また、特許文献２には、排気管上流に触媒を設けその下流にバイパス式のＨＣトラップを設け、排ガス温度がＨＣ放出温度以上になるとＨＣをＥＧＲ通路を介して吸気系に還流させる技術が開示されているのである。

特開２００２−１６８１６９号公報 特開平０４−１７７１０号公報（図１）

ところで、前記特許文献１や特許文献２の手法においては、ＨＣトラップからのＨＣ脱離時（ＨＣ脱離開始温度は１５０℃位）に、ＥＧＲ（排気還流）装置によって脱離されたＨＣを吸気系に還流するようになっている。

そのため、走行中の運転条件（例えば、低速運転若しくは低負荷運転領域）によってＥＧＲガス温度が低い場合やＥＧＲ流量が少ない場合、ＨＣトラップの温度が完全脱離温度（４００℃位）まで十分昇温せず、ＨＣトラップに吸着されたＨＣを完全に脱離することができないという課題を有している。

そこで、特許文献１では、点火時期を遅角して排気ガス温度を上昇させたのちにＥＧＲを還流させている。しかしながら、ＨＣトラップから脱離されたＨＣの還流量に関して考慮されていないため、排気ガス温度が上昇しても排気ガス温度を昇温させている途中でエンジン停止操作が行われると、ＨＣトラップから脱離されたＨＣを吸気系に還流することができずＨＣトラップからＨＣが完全に脱離できないという問題点があった。

一方、点火時期等を変更せずに、内部ＥＧＲを増やせば排気ガス温度が上がりＨＣトラップの昇温が促進される。ところが、燃焼が成立するために燃焼室に供給可能なＥＧＲ量には制限があるため、内部ＥＧＲを増やすと必然的に外部ＥＧＲを減少させなければならず、その結果、ＨＣトラップから脱離したＨＣの吸気系への還流量が減少するため、やはり、ＨＣトラップからＨＣが完全に脱離できないという問題がある。

そこで、本発明の目的は、ＨＣトラップから脱離されたＨＣを速やかに吸気系に還流させながらＨＣトラップの昇温を促進することができるエンジンの排気浄化装置を提供することにある。

上記目的を達成するための請求項１に係る発明は、エンジンの排気系に設けられた排気通路に並列にバイパス通路を設け、該バイパス通路内にＨＣトラップを介装すると共に、該ＨＣトラップから脱離されたＨＣを吸気系に還流するＥＧＲ通路を有したエンジンの排気浄化装置であって、前記ＨＣトラップからのＨＣの脱離状態を検出する脱離状態検出手段と、前記エンジンの内部ＥＧＲ量を変更可能な内部ＥＧＲ調整手段と、前記ＥＧＲ通路から吸気系に還流される外部ＥＧＲ量を変更可能な外部ＥＧＲ調整手段と、前記脱離状態検出手段により前記ＨＣトラップからのＨＣの脱離が不十分であると判断されると前記内部ＥＧＲ調整手段によって内部ＥＧＲ量を減少させるとともに前記外部ＥＧＲ調整手段によって外部ＥＧＲ量を増大することにより吸気へのＨＣ還元量を増加するＥＧＲ制御手段と、を備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、前記エンジンの排気浄化装置はエンジンの点火時期を制御する点火時期制御手段をさらに備え、前記脱離状態検出手段により前記ＨＣトラップからのＨＣの脱離が不十分であると判断されると前記点火時期制御手段によってエンジンの点火時期を遅角することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、排気ガス温度を検出する排気ガス温度検出手段をさらに備え、
前記点火時期制御手段は前記排気ガス温度検出手段によって排気ガスの昇温度合が所定値よりも小さい場合に点火時期を遅角することを特徴とする。

請求項４に係る発明は、排気弁と、開弁時期が変更可能な吸気弁とを備え、前記内部ＥＧＲ調整手段は、エンジンの吸気弁の開弁時期を変更する可変バルブタイミング機構であって、吸気弁の開弁時期を遅角することにより内部ＥＧＲ量を減少させることを特徴とする。

請求項５に係る発明は、前記内部ＥＧＲ調整手段によって減少された内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ調整手段によって増加された外部ＥＧＲ量がほぼ同量となるように内部ＥＧＲ調整手段と外部ＥＧＲ調整手段を制御することを特徴とする。

請求項６に係る発明は、前記ＥＧＲ制御手段の積算時間が第１所定時間を経過すると前記ＥＧＲ制御手段による制御を停止することを特徴とする。

請求項７に係る発明は、前記点火時期制御手段の積算時間が第２所定時間を経過すると前記点火時期制御手段による制御を停止することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ＨＣトラップからのＨＣ排出量を外部ＥＧＲ量を増大することによって確保しつつ、しかも内部ＥＧＲ量を低減することにより適正なＥＧＲ量を維持しながら外部ＥＧＲ量を増大して吸気へのＨＣ還元量を増加でき、ひいてはＨＣトラップの早期完全脱離が達成できる。

請求項２の発明によれば、ＨＣトラップの早期昇温が図れ、ＨＣの脱離時期をコントロールすることができる。

請求項３の発明によれば、排気ガスの昇温を速やかに行うことができる。

請求項４の発明によれば、内部ＥＧＲ量を減少させながら燃費を向上させることができる。

請求項５の発明によれば、燃焼安定性を悪化させずに吸気へのＨＣ還元量を増加させることができる。

請求項６の発明によれば、途中で本制御が切れることにより、吸気へのＨＣ還元量が不十分となることが防止される。

請求項７の発明によれば、途中で本制御が切れることにより、吸気へのＨＣ還元量が不十分となることが防止される。

以下、本発明に係るエンジンの排気浄化装置を実施例により図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例を示すエンジンの排気浄化装置の概略構成図、図２は同じく制御処理のフローチャートである。

図１に示すように、エンジン１の吸気ポート（図示しないが、吸気弁装置２で開閉される）には、吸気マニホールド３，吸気管４及びエアークリーナ５が接続されて吸気系が構成されている。この吸気系には、電子制御式等のスロットルバルブ６が介装され、その開度がスロットルポジションセンサ７で検出されて電子制御ユニット（ＥＣＵ，ＥＧＲ制御手段）８に入力されている。また、吸気系にはカルマン渦流式等のエアーフローセンサ９が介装され、その吸気量信号が電子制御ユニット（ＥＣＵ）８に入力されている。

前記吸気弁装置２には、吸気弁の開弁時期を変更する可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ，内部ＥＧＲ調整手段）２Ａが装着され、電子制御ユニット（ＥＣＵ）８からの制御信号により吸気弁と排気弁のオーバーラップ期間が増減制御し得るようになっている。

エンジン１の排気ポート（図示しないが、排気弁装置１０で開閉される）には、排気マニホールド１１と床下の排気管（排気通路）１２が接続され、排気系が構成されている。排気管１２の途中には排気中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯxを浄化する三元触媒１３が介装される。また、排気管１２には、三元触媒１３の下流に位置して切換弁１４が設けられ、この切換弁１４をバイパスするバイパス通路１５が排気管１２に並列に設けられる。このバイパス通路１５には、排気中のＨＣを吸着するＨＣトラップ１６が介装されると共に、その下流には調圧バルブ１７が介装される。また、ＨＣトラップ１６上流のバイパス通路１５には、該通路内の排気ガス温度を検出する排温センサ（排気ガス温度検出手段）１８が設けられ、その検出信号が電子制御ユニット（ＥＣＵ）８に入力されている。

前記切換弁１４は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）８によりエンジン１の運転条件に応じて開閉制御される。つまり、エンジン１の始動直後は閉じられ、その後ＨＣトラップ１６からＨＣの脱離が起こり始める、又は三元触媒１３が活性した時点、又はエンジン１の負荷が所定値以上となったところで開けられるのである。また、前記調圧バルブ１７は、バイパス通路１５内の圧力が上昇すると開くリリーフバルブで構成されるが、前記切換弁１４の閉時に開とされ、開時に閉とされるオン／オフ式のバルブでも良い。

前記ＨＣトラップ１６下流のバイパス通路１５と吸気マニホールド３とは、ＥＧＲ（排気還流）通路１９で接続され、このＥＧＲ通路１９には、電子制御ユニット（ＥＣＵ）８により開閉制御されるＥＧＲ制御弁（外部ＥＧＲ調整手段）２０が介装される。

また、前記電子制御ユニット（ＥＣＵ）８には、クランク角センサ２１からのエンジン回転数信号，水温センサ２２からのエンジン冷却水温度（水温）信号及び車速センサ（図示せず）からの車速信号が入力されると共に、インジェクタへの燃料噴射信号と点火コイルへの点火時期信号を出力するようになっている。

このように構成されるため、エンジン１の始動直後は切換弁１４を閉じ、バイパス通路１５へ排気を導入してＨＣトラップ１６へＨＣを吸着させると共に、調圧バルブ１７により排気系の圧力を高め、エンジン１からのＨＣ排出を抑える。

その後、ＨＣトラップ１６の温度が例えば１５０℃（ＨＣ脱離開始温度）に昇温されたら切換弁１４を開けると共に、エンジン冷却水温度が高くなりＥＧＲが導入可能となった時に通常のＥＧＲ制御（通常時のＥＧＲ開度マップを使用）を行い、吸着したＨＣを吸気系へ戻し、燃焼させる。

この際、電子制御ユニット（ＥＣＵ）８は、ＨＣトラップ１６に吸着されたＨＣが完全に脱離されていないと判断すると、図２のフローチャートに示すように、強制ＨＣ排出モードの制御動作を行うと共に、必要に応じてＨＣトラップ昇温モードの制御動作を行う。

即ち、ステップＰ１で前回ＨＣトラップ昇温モード中又は強制ＨＣ排出モード中か否かを判断し、可であればステップＰ２でＶＶＴ最遅角、即ち可変バルブタイミング機構２Ａにより吸気弁の開弁時期を遅角させて吸気弁と排気弁のオーバーラップ期間を減少させると共に、ステップＰ３でＶＶＴ最遅角時のＥＧＲ開度マップ（通常時と別マップ）によりＥＧＲ制御弁２０を制御してＥＧＲを行う。尚、排気弁装置１０側にＶＶＴを備えている場合は排気弁の閉弁時期を進角するようにしてオーバーラップ期間を減少させることは言うまでもない。但し、排気弁の閉弁時期を遅角すると膨張比が小さくなり燃費が悪化する可能性が有るため好ましくは吸気弁の開弁時期を遅角することが好ましい。

これにより、吸気系への排気ガスの吹き返し量（内部ＥＧＲ量）が減少し、その分外部ＥＧＲ量を増大させられるのである。即ち、内部ＥＧＲ量は吸気弁の開弁時期と相関関係が成立するため、ＶＶＴ作動状態に応じてＥＧＲ開度を設定することにより、ＥＧＲの総量を変化させずにＨＣ還元量を増大させられるのである。因みに、ＥＧＲの総量が増大方向に変化すると燃焼が悪化するので内部ＥＧＲの減少量と外部ＥＧＲの増加量は略同一である。また、この時ＨＣトラップ１６は脱離開始温度を越えているので外部ＥＧＲ量を積極的に増加させた方が、脱離されたＨＣを速やかに吸気系へ還流することができる。

一方、ステップＰ１で否であれば、ステップＰ４で車速センサからの検出信号とタイマーにより低速走行が所定時間継続したか否かを判断し、可であればステップＰ５で強制ＨＣ排出モードに移行し、前述したステップＰ２及びステップＰ３を実行する。一方、否であれば後述するステップＰ８に移行する。

次に、ステップＰ６で前述したＥＧＲ開度制御の積算時間が所定時間を超えたか否かを判断し、可であれば、ＨＣトラップ１６は脱離が完了したと見なすことができるので、ステップＰ７で強制ＨＣ排出モードを取り消す。そして、ステップＰ８で通常時のＥＧＲ開度マップによりＥＧＲ制御弁２０を制御してＥＧＲを行うと共に、ステップＰ９でエンジン１の点火時期を通常の点火時期（＝基本点火時期＋水温等による他の補正量）に制御して制御動作を終了する。

一方、ステップＰ６で否であり、かつステップＰ１０で排温センサ１８からの検出信号によりＨＣトラップ１６の昇温度合が所定値より小さいと判断した場合には、ステップＰ１１でＨＣトラップ昇温モードに移行し、ステップＰ１２でエンジン１の点火時期を通常の点火時期より遅角する（点火時期＝基本点火時期＋ＨＣトラップ昇温リタード補正量＋水温等による他の補正量）。この時のＨＣトラップ昇温リタード補正量は、運転条件により燃焼の安定性（健全性）が異なるのでエンジン１の負荷と回転に応じて変更する。

これにより、前述したＥＧＲ開度制御により排気ガスを昇温しようとした場合に懸念される燃焼速度の低下に伴うドライバビリティの悪化を抑えつつ、排気ガス及びＨＣトラップ１６の昇温を促進することができる。

次に、ステップＰ１３で前述したＨＣトラップ昇温制御の積算時間が所定時間を超えたか否かを判断し、可であれば、ＨＣトラップ１６が完全に昇温しＨＣがＨＣトラップ１６から完全に脱離する温度に達したと見なすことができるので、ステップＰ１４でＨＣトラップ昇温モードを取り消して前述したステップＰ８に移行する。一方、否であれば制御動作を終了するとともにステップＰ１０が成立する限りＨＣトラップ昇温モードが継続される。

このようにして、ＥＧＲ開度制御又はＨＣトラップ昇温制御の何れか一方の積算時間が所定値を越えるとＨＣトラップ１６は完全に脱離されていると見なせるので通常の制御に復帰する。尚、ＥＧＲ開度制御（強制ＨＣ排出モード）の積算時間>ＨＣトラップ昇温制御（ＨＣトラップ昇温モード）の積算時間とするが、これはＥＧＲ開度制御のみでＨＣトラップ１６の完全脱離を行おうとすると排気ガスの昇温が緩慢であるため当然のことながらＨＣの完全脱離に至るために必要な時間が長くなるためである。また、通常制御への復帰のキーとなる時間が制御の継続時間ではなく積算時間である理由は、ＨＣトラップ昇温制御やＥＧＲ開度制御が運転状態の変化によって途中で切れる可能性があるため積算時間としている。尚、冷態始動直後以外は、切換弁１４は開のままで、その時はＨＣトラップに供給される排気ガス量はＥＧＲに引く分のみと少ない。従って、三元触媒１３がＨＣトラップの上流、下流にあっても積算時間で良い。

このようにして、本実施例によれば、ＨＣトラップ１６の残留ＨＣをなくし、ＨＣ低減能力を維持でき、冷態始動時のＨＣを低減することができる。

尚、本実施例の変形例としては、三元触媒１３の上流側の排気管１２に並列なバイパス通路１５を設け、該バイパス通路１５にＨＣトラップ１６を配置しても良い。また、三元触媒１３とＨＣトラップ１６を一体化しても良い。いわば、ＨＣトラップ１６は始動時のＨＣを吸着するものであるので、他の運転状態における排ガス成分の浄化についてはどのような排ガス浄化システムを用いても良い。また、特許文献１のような構造であれば、ＨＣトラップ上流にＥＧＲ取り出し口を配置することも可能である。

本発明の一実施例を示すエンジンの排気浄化装置の概略構成図である。 同じく制御処理のフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン、２ 吸気弁装置、２Ａ 可変バルブタイミング機構、３ 吸気マニホールド、４ 吸気管、５ エアークリーナ、６ スロットルバルブ、７ スロットルポジションセンサ、８ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）、９ エアーフローセンサ、１０ 排気弁装置、１１ 排気マニホールド、１２ 排気管、１３ 三元触媒、１４ 切換弁、１５ バイパス通路、１６ ＨＣトラップ、１７ 調圧バルブ、１８ 排温センサ、１９ ＥＧＲ通路、２０ ＥＧＲ制御弁、２１ クランク角センサ、２２ 水温センサ。

Claims (7)

1. エンジンの排気系に設けられた排気通路に並列にバイパス通路を設け、該バイパス通路内にＨＣトラップを介装すると共に、該ＨＣトラップから脱離されたＨＣを吸気系に還流するＥＧＲ通路を有したエンジンの排気浄化装置であって、
   前記ＨＣトラップからのＨＣの脱離状態を検出する脱離状態検出手段と、
   前記エンジンの内部ＥＧＲ量を変更可能な内部ＥＧＲ調整手段と、
   前記ＥＧＲ通路から吸気系に還流される外部ＥＧＲ量を変更可能な外部ＥＧＲ調整手段と、
   前記脱離状態検出手段により前記ＨＣトラップからのＨＣの脱離が不十分であると判断されると前記内部ＥＧＲ調整手段によって内部ＥＧＲ量を減少させるとともに前記外部ＥＧＲ調整手段によって外部ＥＧＲ量を増大することにより吸気へのＨＣ還元量を増加するＥＧＲ制御手段と、
   を備えることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. 請求項１において、
   前記エンジンの排気浄化装置はエンジンの点火時期を制御する点火時期制御手段をさらに備え、
   前記脱離状態検出手段により前記ＨＣトラップからのＨＣの脱離が不十分であると判断されると前記点火時期制御手段によってエンジンの点火時期を遅角することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
3. 請求項２において、
   排気ガス温度を検出する排気ガス温度検出手段をさらに備え、
   前記点火時期制御手段は前記排気ガス温度検出手段によって排気ガスの昇温度合が所定値よりも小さい場合に点火時期を遅角することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
4. 請求項１において、
   排気弁と、開弁時期が変更可能な吸気弁とを備え、
   前記内部ＥＧＲ調整手段は、エンジンの吸気弁の開弁時期を変更する可変バルブタイミング機構であって、吸気弁の開弁時期を遅角することにより内部ＥＧＲ量を減少させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
5. 請求項１において、
   前記内部ＥＧＲ調整手段によって減少された内部ＥＧＲ量と外部ＥＧＲ調整手段によって増加された外部ＥＧＲ量がほぼ同量となるように内部ＥＧＲ調整手段と外部ＥＧＲ調整手段を制御することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
6. 請求項１において、
   前記ＥＧＲ制御手段の積算時間が第１所定時間を経過すると前記ＥＧＲ制御手段による制御を停止することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
7. 請求項２において、
   前記点火時期制御手段の積算時間が第２所定時間を経過すると前記点火時期制御手段による制御を停止することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。

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