内燃機関の排気浄化装置

【課題】脱離ＨＣの酸化のための空燃比のリーン制御を負荷に応じて変化させることにより、リーン制御中のＮＯｘの排出を極力低減する。
【解決手段】排気通路３に配置した三元触媒９と、その下流に配置したＨＣの吸着機能と酸化機能をもつＨＣ処理装置１０とを備える。ＨＣ処理装置１０でのＨＣの脱離を判定したら、ＨＣの脱離中は空燃比をリーン制御する。このとき機関負荷を検出し、負荷に応じてＨＣ脱離時の空燃比のリーン度合いを補正する。これにより、脱離ＨＣの酸化機能を維持する一方で、三元触媒でのリーン制御中のＮＯｘの還元機能を維持し、ＮＯｘの排出量を減らす。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の排気通路に三元触媒と共にその下流にＨＣ吸着機能を有する触媒を介装したものが知られている（例えば特開平７－１４４１１９号参照）。これは機関の始動直後など、三元触媒が活性温度に達していない冷間運転時に生じるＨＣを一次的にＨＣ吸着触媒に吸着し、外部への排出を抑制するものである。
【０００３】このＨＣ吸着触媒は、所定の温度以上では、吸着していたＨＣを脱離してしまうので、この脱離温度に達すると、空燃比を一次的にリーン化し、酸素雰囲気のもとで脱離したＨＣを触媒内で酸化するようにしている。
【０００４】この場合、空燃比のリーン化を脱離したＨＣ量に対応して正確に制御するために、特開平６－８１６３７号にもあるが、ＨＣ吸着触媒の下流側に空燃比センサを設置し、リーン度合いを目標値にフィードバック制御したり、あるいはＨＣの脱離開始までの燃料供給量を積算して吸着量を推定し、これに対応してリーン度合いを制御したりしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＨＣ吸着触媒からＨＣが脱離するときに、空燃比をリーン化すると、この間に排気中に含まれるＮＯｘについては、上流の三元触媒での還元作用が弱くなるため、ＮＯｘの多くがそのまま排出されてしまう。
【０００６】とくにリーン制御中に機関が高負荷状態になると、エンジンから排出されるＮＯｘが急増するため、ＮＯｘ排出量の増大が問題となる。
【０００７】本発明は、このような問題を解決するために提案されたもので、脱離ＨＣの酸化のための空燃比のリーン制御を負荷に応じて変化させることにより、ＮＯｘの排出を極力低減することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、排気通路に配置した三元触媒と、その下流に配置したＨＣの吸着機能と酸化機能をもつＨＣ処理装置と、ＨＣ処理装置でのＨＣの脱離を判定する手段と、ＨＣの脱離判定中は空燃比をリーンに制御する手段とを備えた内燃機関において、機関負荷を検出する手段と、負荷に応じてＨＣ脱離時の前記空燃比のリーン度合いを補正する手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】第２の発明は、第１の発明において、前記空燃比の補正手段は、負荷が大きくなるほどリーン度合いを小さくする。
【００１０】第３の発明は、第１の発明において、前記空燃比の補正手段は、アイドル運転時にリーン度合いを大きくする。
【００１１】第４の発明は、第１の発明において、前記空燃比の補正手段は、減速時にリーン度合いを大きくする。
【００１２】第５の発明は、第１～第４の発明において、前記空燃比の補正手段は、ＨＣの脱離開始からの時間が長くほるほどリーン度合いを小さくする。
【００１３】第６の発明は、第１から第５の発明において、前記空燃比の補正手段は、リーン制御中に所定の高負荷に移行したら一時的に空燃比をリッチ化する。
【００１４】
【発明の作用、効果】本発明によれば、ＨＣ処理装置からのＨＣの脱離時に空燃比をリーン制御するにあたり、そのときの負荷に応じてリーン度合いを補正している。このため、ＨＣ処理装置での脱離ＨＣの酸化機能は維持する一方で、その上流における三元触媒でのＮＯｘ還元機能が低下するのを防いでいる。したがって排気中のＮＯｘが増加する負荷の大きい運転時など、リーン度合いを減らすことにより、ＮＯｘ還元率を高め、ＮＯｘの排出量の増大を抑制できる。
【００１５】第３、第４の発明では、負荷の小さいアイドル時や減速時など、もともとＮＯｘの少ない運転時には、リーン度合いを大きくして、ＨＣ処理装置での脱離ＨＣの酸化作用の確実性を高められる。
【００１６】第５の発明では、ＨＣ脱離開始直後に脱離量が多く、時間の経過とともに徐々に脱離量が少なくなるＨＣ処理装置のＨＣ脱離特性に適合した過不足のない量の酸素をＨＣ処理装置に供給できる。
【００１７】第６の発明では、空燃比のリーン制御中に高負荷に移行したときは、一時的にリッチ空燃比とすることにより、それまでのリーン制御によって三元触媒にストレージされていた酸素を速やかに放出させ、三元触媒を三元点近傍に戻すことができ、以降の高負荷におけるＮＯｘ還元性能を確保することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の最良の実施形態を図面にしたがって説明する。
【００１９】図１において、１は内燃機関、２はその吸気通路、３は排気通路である。４は吸気通路２の途中に設けたエアフローメータ、５と６はスロットル弁と、その開度を検出するスロットル開度センサである。７は機関吸気ポートに燃料を噴射供給する燃料噴射弁、８は点火栓である。
【００２０】９は排気通路３に介装した三元触媒、１０はその下流に配置され、排気低温時には排気中のＨＣを吸着すると共に、排気温度の上昇により吸着されたＨＣの脱離時にはこれを酸化する触媒機能を併有するＨＣ処理装置である。１１は三元触媒９の上流に配置された空燃比センサ、１２はＨＣ処理装置１０の温度を検出する温度センサである。
【００２１】１３は前記エアフローメータ４からの吸入空気量信号、図示しない回転数センサからの機関回転数信号、空燃比センサ１１からの排気空燃比信号、スロットル開度センサ６からのスロットル開度信号等にもとづいて、空燃比や点火時期を制御するコントローラである。
【００２２】とくにこのコントローラ１３は、ＨＣ処理装置１０が吸着したＨＣの脱離時期を判定し、このときに空燃比を一時的にリーンに制御することでＨＣの酸化を行うにあたり、そのときの運転条件、すなわち負荷状態に応じてリーン度合いを補正（変化）させ、ＨＣの浄化機能を保ちつつ、三元触媒９でのＮＯｘの浄化率の悪化を抑制するようになっている。
【００２３】この空燃比のリーン制御について、図２のフローチャートにしたがって、詳しく説明する。なお、このフローは所定の単位時間でもって繰り返される。
【００２４】まず、ステップＳ１で機関のコールド状態にあるかどうかの判定を行う。このコールド状態とは、ＨＣ処理装置１０がＨＣを吸着しうる状態にあるかどうかを判定するもので、もし処理装置の温度が十分に高く、ＨＣが完全に脱離してしまっているならば、そのまま制御を終了する。
【００２５】コールド状態のときは、ステップＳ２に進んで、ＨＣ処理装置１０が吸着したＨＣの脱離開始状態にあるかどうか判定する。この脱離開始の判定は温度センサ１２の出力に基づいて行われるが、これに限らず、例えば運転開始からの履歴等に基づいて触媒温度を推定し、判断することもできる。ＨＣの脱離開始と判断されたときは、ステップＳ３で脱離が終了したかどうかを、例えば脱離開始後の経過時間等に基づいて判断する。ＨＣの脱離が開始されてから終了するまでの時間は、脱離開始時のＨＣの吸着量、そのときの排気流量などによっても変化するので、これらに対応して判定される。
【００２６】ＨＣの脱離中であると判定されると、ステップＳ４に移行して、機関の負荷条件を推定（検出）する。負荷条件の推定は、機関回転数、車速、スロットル開度、アイドルスイッチのオンオフ、吸入空気量、エンジンブースト等のパラメータに基づいて推定される。
【００２７】そして、ステップＳ５ではこの推定負荷に基づいて空燃比のリーン度合いを決定し、燃料噴射弁からの噴射量を制御する。空燃比は、そのときの負荷が大きくなるほど、つまりＮＯｘが発生しやすい状態になるほどリーン度合いを小さくし、これによりＨＣ処理装置での脱離ＨＣの酸化処理を維持しつつ、その上流の三元触媒でのＮＯｘの還元処理能力を高め、ＮＯｘの排出を抑制する。
【００２８】また空燃比のリーン化は、ＮＯｘの発生が極めて少ないアイドル時などリーン度合いを最大にし、同じく減速時などの過渡運転時にもリーン度合いを大きくする。さらに、上記いずれの場合についても、脱離開始からの時間の経過に伴い徐々にリーン度合いを小さくしていくことで、脱離開始後の時間経過とともに徐々に脱離量が減少していく特性に適合させられる。
【００２９】このようにして、ＨＣの脱離中は空燃比のリーン度合いをそのときの負荷状態に応じて制御し、ＨＣの酸化と共にＮＯｘの低減を図る。
【００３０】次に全体的な作用について説明する。
【００３１】機関のコールド運転時など三元触媒９が活性化する前の状態にあっては、排気中のＨＣは触媒で酸化されないが、ＨＣ処理装置１０で吸着され、外部への放出が防止される。
【００３２】ＨＣ処理装置１０では排気温度が上昇し、所定の温度に達すると、それまで吸着保持されていたＨＣが脱離を始める。この脱離したＨＣの排出を防ぐため、脱離開始が判定されると、コントローラ１３により空燃比のリーン化制御が行われる。空燃比をリーンにすることで、排気中の酸素濃度が増し、脱離したＨＣをＨＣ処理装置１０の触媒機能で酸化処理することができる。
【００３３】ただし、この空燃比のリーン化により、上流側の三元触媒９は、酸化還元作用のうち、還元作用の働きが弱まり、排気中のＨＣ、ＣＯの酸化はできても、ＮＯｘの還元が不十分になる。
【００３４】そこでコントローラ１３は、ＨＣの脱離中の負荷状態を判断し、負荷が大きいときほど空燃比のリーン化度合いを小さくする。排気中のＮＯｘ量は、機関負荷に依存して変動し、負荷の増大に応じて排出量も増える傾向がある。したがって、このような状態では、空燃比のリーン化度合いを小さくすると、三元触媒９でのＮＯｘ還元作用が強まり、ＮＯｘの浄化率の悪化を抑制できる。
【００３５】ただしこの場合でも、空燃比自体はリーンであるので、ＨＣ処理装置１０での脱離ＨＣの酸化機能は維持され、ＨＣの排出量も抑制される。
【００３６】排気中のＮＯｘ量はエンジン負荷が小さいとき、例えばアイドル時や減速時などには非常に少なく、このようなときには三元触媒９での還元作用が弱くても問題はなく、したがってこの状態では、空燃比のリーン度合いを脱離ＨＣの特性に合わせて大きくすることで、ＨＣの酸化処理の確実性を高める。
【００３７】なお、ＨＣの脱離に対しての空燃比のリーン制御中に機関が高負荷に移行したら、空燃比を一時的に理論空燃比よりもリッチな状態すると、それまで三元触媒９にストレージされていた酸素が消費され、触媒中の酸素が減り、三元触媒内を三元点に戻すことができ、高負荷での良好なＮＯｘ還元特性を確保できる。
【００３８】上記において、ＨＣ処理装置１０としては、同一の触媒担体の上流側にゼオライト等のＨＣ吸着剤を担持させ、下流側に触媒を担持させたり、あるいは互いに混合状態にして担持させたり、触媒担体の表層に触媒、深層にＨＣ吸着剤を担持させたりすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す概略構成図。
【図２】空燃比のリーン制御の内容を示すフローチャート。
【符号の説明】
１内燃機関
２吸気通路
３排気通路
９三元触媒
１０ＨＣ処理装置
１２温度センサ
１３コントローラ

【特許請求の範囲】
【請求項１】排気通路に配置した三元触媒と、その下流に配置したＨＣの吸着機能と酸化機能をもつＨＣ処理装置と、ＨＣ処理装置でのＨＣの脱離を判定する手段と、ＨＣの脱離判定中は空燃比をリーンに制御する手段とを備えた内燃機関において、機関負荷を検出する手段と、負荷に応じてＨＣ脱離時の前記空燃比のリーン度合いを補正する手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】前記空燃比の補正手段は、負荷が大きくなるほどリーン度合いを小さくする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】前記空燃比の補正手段は、アイドル運転時にリーン度合いを大きくする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】前記空燃比の補正手段は、減速時にリーン度合いを大きくする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】前記空燃比の補正手段は、ＨＣの脱離開始からの経過時間が長くなるほどリーン度合いを小さくする請求項１～４のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】前記空燃比の補正手段は、リーン制御中に所定の高負荷に移行したら一時的に空燃比をリッチ化する請求項１～５のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。

【図１】

【図２】

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