JP2005325795A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents
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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
【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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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- 2004-05-17 JP JP2004145935A patent/JP2005325795A/ja not_active Withdrawn
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