JP2006336530A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
内燃機関から排出される排気ガスを、排気ガス浄化装置により、適切に浄化する。
【解決手段】
排気ガス浄化装置は、内燃機関の排気管の途中に配置され、該排気管を介して放出される排気ガスを浄化する触媒と、前記内燃機関に対して運転の停止を行うべき旨の命令が与えられた際に、所定の遅延期間だけ前記停止を遅延させる遅延手段と、前記遅延期間に、前記排気ガスの空燃比がリーンになるように前記内燃機関を制御する制御手段とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば自動車のエンジンなどの、内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。

自動車等のエンジンには、排気中に含まれるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、及びＮＯｘ（窒素酸化物）等の有害成分等の低減を目的として、その排気系統に触媒が配置されている。一般に、エンジンを停止させる際には、エンジンが空転して排気管に設けられた触媒がリーン雰囲気に曝されることにより、ＮＯｘが触媒から脱離し、或いは排気ガス浄化機能が低下するために、排気ガスが触媒によっては浄化されずに排出されてしまうということが問題となる。尚、「リーン雰囲気」或いは「リーン状態」とは、空燃比が理論空燃比より大きい、即ち燃料の割合が低い（リーン）状態を言う。逆に、空燃比が理論空燃比より小さい、即ち燃料の割合が高い（リッチ）状態を、「リッチ雰囲気」或いは「リッチ状態」と言う。そこで従来から、このような排気ガス浄化機能の劣化に係る不具合に対処するために各種の技術が提案されている。

例えば、イグニッションスイッチをオフ操作する際、空燃比を所定期間リッチとするように制御し、触媒が極端なリーン状態となることを抑制することでＮＯが触媒から脱離してしまうことを防ぐ技術が提案されている（特許文献１参照）。また、イグニッションスイッチをオフ操作する際、燃料噴射を停止させ、所定時間だけクランキングして機関残留燃料を排出する装置が提案されている（特許文献２参照）。更に、ディーゼルエンジンの停止時に、イグニッションスイッチをオフ操作してから経過した時間に応じて燃料噴射量を減少させ、エンジン回転数を徐々に低減させる装置が提案されている（特許文献３参照）。

特開２００４−１１５３３号公報 特許２５９１３０９ 特開２０００−３２８９８６号公報

しかしながら、前述の特許文献１から特許文献３に開示されている技術には、以下のような問題が生じ得る。

即ち、特許文献１に開示された技術によれば、空燃比が所定期間リッチとされるため、排気管内で水が発生しやすい状況となり、発生した水が完全に排気されないまま触媒内に残留する可能性が往々にしてある。特許文献２に開示された技術によれば、イグニッションスイッチをオフ操作する際、クランキングが行われるものの、空燃比は特に制御されておらず、リッチ状態となる可能性もある。特許文献３に開示された技術によれば、エンジン停止時に燃料供給量を段階的に切換られるものの、この燃料供給量の変化が触媒に及ぼす影響については触れられていない。そのため、次回におけるエンジン始動時に、触媒の活性低下を引き起こしてしまうという可能性がある。

本発明は、例えば上述した問題点に鑑みてなされたものであり、エンジン始動時に触媒を早期活性化することが可能な排気ガス浄化装置を提供することを課題とする。

本発明の排気ガス浄化装置は上記課題を解決するために、内燃機関の排気管の途中に配置され、該排気管を介して放出される排気ガスを浄化する触媒と、前記内燃機関に対して運転の停止を行うべき旨の命令が与えられた際に、所定の遅延期間だけ前記停止を遅延させる遅延手段と、前記遅延期間に、前記排気ガスの空燃比がリーンになるように前記内燃機関を制御する制御手段とを備える。

本発明の排気ガス浄化装置によれば、例えば自動車のエンジンなどの、内燃機関の通常の運転中には、排気管の途中に配置された触媒によって、該排気管を介して放出される排気ガスが浄化される。触媒は、燃焼室から排出される排気ガス中に含まれるＮＯｘのみならず、ＣＯやＨＣ等の有害物質を取り除くことが可能に構成されており、好適には、例えば三元触媒を有する。

ここで特に、例えばイグニションスイッチ用のキーを操作してエンジンを停止させるなど、内燃機関に対して運転の停止を行うべき旨の命令が与えられたとする。通常であれば、このようにキーがオフ操作されると、即座に、内燃機関の運転（即ち、燃焼室内の燃焼処理等）は、停止されることになる。しかるに本発明によれば、運転の停止を行うべき旨の命令が与えられると、例えばＥＣＵ等のコントローラの一部からなる遅延手段によって、所定の遅延期間だけ、この停止が遅延される。即ち、例えばキー操作の後の数秒や数十秒といった遅延期間中には、内燃機関の運転は、命令に反して継続される。この遅延手段による遅延期間に、例えばＥＣＵ等のコントローラの一部からなる制御手段によって、排気ガスの空燃比がリーンになるように内燃機関は制御される。例えば、制御手段によって、電子燃料供給システムによる燃焼室内への燃料供給量が相対的に減少されたり、燃焼室内に吸入される吸入空気量が相対的に増大されたりする。ここで本願発明者の研究によれば、内燃機関の運転を実際に停止した際に触媒内に残留する水の量は、空燃比がリッチになればなる程増加し、逆に、空燃比がリーンになればなる程減少することが判明している。従って、本発明のように、内燃機関の運転を実際に停止するのに先立って、空燃比をリーンにすると、係るリーン制御された排気ガス（以下適宜「リーンガス」ともいう）が触媒内に導入されるので、触媒内に残留する水の量を減少させることができる。例えば前述した特許文献１等におけるエンジンを停止させる際に空燃比をリッチ側に制御する技術の場合と比べて、このような触媒内に残留する水の量を顕著に減少させることができる。

この結果、内燃機関の運転が停止した後に、触媒に吸着している水分を顕著に低減できる。従って、次回の内燃機関の始動時に、触媒を水分により浄化能力が低下していない状態にすることができる。この際また、触媒に吸着している水分を低減するために、触媒内にドライエアを吹き込む等の特別な仕掛けは必要とされない。

以上のように本発明によれば、内燃機関の運転を停止する際における比較的容易な制御によって、次回の内燃機関の始動時に、触媒を早期活性化することが可能となる。

本発明の排気ガス浄化装置の一態様では、内燃機関は、その燃焼室内に空気吸入手段によって吸入された空気と燃料供給手段によって供給された燃料とを用いて該燃焼室内で燃焼処理を実施し、該燃焼処理により発生した前記排気ガスを放出し、前記制御手段は、前記空燃比が前記リーンになるように、前記燃料供給手段及び前記空気吸入手段を制御する。

この態様によれば、通常時における運転制御にも用いられる燃料供給手段及び空気吸入手段を、内燃機関の運転を停止する際に制御手段により制御することで、比較的容易に空燃比をリーンにする制御、即ちリーン制御を行うことが可能となる。よって、極めて容易にして、次回の内燃機関の始動時に触媒を早期活性化することが可能となる。

本発明の排気ガス浄化装置の他の態様では、前記遅延手段は、前記空燃比が所定のリーン目標空燃比になるまでの期間に等しい前記遅延期間だけ前記停止を遅延させる。

この態様によれば、制御手段によって空燃比が所定のリーン目標空燃比になるまでの期間に等しい遅延期間だけ、遅延手段によって内燃機関の運転の停止が遅延される。ここに「所定のリーン目標空燃比」とは、対象となっている空間内の空燃比が、理論空燃比から見て、若干でもリーン側にある場合を意味しているが、一定の幅を持たせてもよく、例えば、理論空燃比から見てリーン側に設定された所定閾値を超えた場合（或いは、該所定閾値に達した場合）を意味してもよい。即ち、理論空燃比点における燃料量を仮にλとすると、現実の燃料量がλ-ａよりも小さくなった場合にはじめて、「リーン」とするという意味も含む。ここにａは任意の定数としてもよいし、場合により種々の事情（例えば、触媒の酸素吸蔵能力等）を勘案して変動する変数であってもよい。

この場合、例えば、遅延手段は、空燃比が所定のリーン目標空燃比になるまでの期間として、予め又はリアルタイム的に設定された遅延期間だけ停止を遅延させるように構成してもよい。或いは、遅延手段は、遅延期間内であっても、空燃比が所定のリーン目標空燃比になると、遅延を解除させる（即ち、即座に停止させる）ように構成してもよい。

いずれの場合にも、遅延期間を不必要に長くすることを回避しつつ、次回の内燃機関の始動時に触媒を早期活性化することが可能となる。例えば、遅延期間を不必要に長くすると、停止操作時における反応の鈍化及びエミッションの悪化を大なり小なり招くことになる。

尚、この態様で「リーン目標空燃比になるまでの期間に等しい遅延期間」における「等しい」とは、文字通りに等しい場合のほか、内燃機関の運転が停止した後に触媒に吸着している水分を低減できるという効果が奏される限りにおいて等しければ足りる趣旨、言い換えれば実質的に等しいを含む趣旨である。

この態様では、前記触媒内の温度を検出する温度検出手段と、前記触媒内の酸素濃度を検出する酸素検出手段と、前記内燃機関の燃焼室内に吸入される空気量を測定する吸入空気量測定手段と、前記リーン目標空燃比を、前記検出された温度、前記検出された酸素濃度及び前記測定された空気量に基づいて、設定する目標空燃比設定手段とを更に備えてもよい。

このように構成すれば、常時に又は運転の停止を行うべき旨の命令が与えられた際に、温度検出手段によって触媒内の温度が検出される。これと並行して又は相前後して、酸素検出手段によって触媒内の酸素濃度が検出され、吸入空気量測定手段によって内燃機関の燃焼室内に吸入される空気量が測定される。そして、例えばＥＣＵ等のコントローラの一部からなる目標空燃比設定手段によって、これらの温度、酸素濃度及び空気量に基づいて、リーン目標空燃比が設定される。即ち、リーン目標空燃比は、固定値ではなく、内燃機関の状態に応じて、可変に設定される。従って、内燃機関の状態に応じて遅延期間を不必要に長くすることを回避しつつ、次回の内燃機関の始動時に触媒を早期活性化することが可能となる。

尚、温度検出手段は、触媒内の温度を直接的に検出する温度センサを有していてもよいし、他の何らかのパラメータから又は他の部位において検出される温度から、触媒内の温度を推定してもよい。酸素検出手段は、触媒内の酸素濃度を直接的に検出する酸素センサ或いはサブ酸素センサを有していてもよいし、他の何らかのパラメータから又は他の部位において検出される酸素濃度から、触媒内の酸素濃度を推定してもよい。吸入空気量測定手段は、吸気管内を流れる空気量を直接的に測定する吸入空気量センサを有してもよいし、他の何らかのパラメータから又は他の部位において検出される空気量から、吸気管を介して吸入される空気量が推定されてもよい。

この態様では更に、前記酸素検出手段は、前記排気管における前記触媒の下流側に配置された酸素センサを有し、前記温度検出手段は、前記排気管における前記酸素センサの下流側に配置されてもよい。

このように構成すれば、比較的容易にして、触媒内の酸素濃度をより正確に検出でき、しかも触媒内の温度をより正確に検出できる。

尚、排気管における触媒より下流側に設置された他の触媒を更に備えてもよく、この場合、酸素センサは、例えば、二つの触媒のうち少なくとも一方の後方に配置される。

本発明の排気ガス浄化装置の他の態様では、前記内燃機関の燃焼室内に吸入される空気量を測定する吸入空気量測定手段を更に備え、前記遅延手段は、前記命令が与えられてからの前記測定された空気量の積算値を算出し、該積算値が前記排気管内における前記触媒に至るまでの容積を越えるまでに要する期間以上の期間を前記遅延期間として、前記停止を遅延させる。

この態様によれば、常時に又は運転の停止を行うべき旨の命令が与えられた際に、吸入空気量測定手段によって内燃機関の燃焼室内に吸入される空気量が測定される。続いて、遅延手段によって、この命令が与えられてからの、測定された空気量の積算値が、算出される。即ち、この命令が与えられた時点を基点として、吸入された空気量の積算値が算出される。更に、遅延手段によって、この算出された積算値が、排気管内における触媒に至るまでの容積を越えるまでに要する期間以上の期間が遅延期間とされる。この際、排気管内における触媒に至るまでの容積は、固有の内燃機関の型式が決まれば一義的に定まる値であり、既知である。従って、算出された積算値に応じて、遅延期間は一義的に定まることになる。このように遅延期間が定めることで、遅延期間内のリーン制御された運転により排気管内の排気ガスは触媒内に至るまでリーン状態とされる。よって、遅延期間を不必要に長くすることを回避しつつ、次回の内燃機関の始動時に触媒を早期活性化することが可能となる。

本発明の排気ガス浄化装置の他の態様では、前記触媒内の酸素濃度を検出する酸素検出手段を更に備え、前記遅延手段は、前記検出された酸素濃度が所定閾値に達するまでの期間に等しい前記遅延期間だけ前記停止を遅延させる。

この態様によれば、常時に又は運転の停止を行うべき旨の命令が与えられた際に、酸素検出手段によって触媒内の酸素濃度が検出される。続いて、遅延手段によって、この検出された酸素濃度が所定閾値に達するまでの期間に等しい遅延期間だけ、運転の停止が遅延される。ここに「所定閾値」とは、内燃機関の運転が停止した後に触媒に吸着している水分を低減できるように、予め実験的、経験的、シミュレーション等により、個別具体的に予め設定可能な固定値であってもよいし、温度等に応じて変化すると共にリアルタイム的に設定可能な可変値であってもよい。

このように遅延期間が定めることで、酸素濃度が所定閾値に達するまで、遅延期間内のリーン制御された運転により排気管内の排気ガスはリーン状態とされる。よって、遅延期間を不必要に長くすることを回避しつつ、次回の内燃機関の始動時に触媒を早期活性化することが可能となる。この場合例えば、遅延手段は、検出された酸素濃度が所定閾値に達するまでの期間として設定された遅延期間だけ停止を遅延させるように構成してもよい。或いは、遅延手段は、遅延期間内であっても、検出された酸素濃度が所定閾値に達すると、遅延を解除させる（即ち、即座に停止させる）ように構成してもよい。

尚、この態様で「酸素濃度が所定閾値に達するまでの期間に等しい遅延期間」における「等しい」とは、文字通りに等しい場合のほか、内燃機関の運転が停止した後に触媒に吸着している水分を低減できるという効果が奏される限りにおいて等しければ足りる趣旨、言い換えれば実質的に等しいを含む趣旨である。

本発明の排気ガス浄化装置の他の態様では、前記排気管における前記触媒の下流側の端部温度を検出する端部温度検出手段と、前記検出された端部温度が所定閾値よりも低い場合には、前記遅延手段による遅延及び前記制御手段による制御を禁止する禁止手段とを更に備える。

この態様によれば、常時に又は運転の停止を行うべき旨の命令が与えられた際に、端部温度検出手段によって、排気管における触媒の下流側の端部温度、好ましくは排気管の末端における末端温度が検出される。続いて、例えばＥＣＵ等のコントローラの一部からなる禁止手段によって、この検出された温度が所定閾値よりも低い場合には、遅延手段による遅延及び制御手段による制御が禁止される。即ち、上述した内燃機関の運転が停止した後に触媒に吸着している水分を低減するための動作が、選択的に行われない。従って、温度が低いために仮に遅延手段による遅延及び制御手段による制御を行ってしまうと排気管に水が発生する（即ち、水分或いは水蒸気が凝結する）場合、実際には遅延手段による遅延及び制御手段による制御が行われないので水が発生することはなくなる。或いは、少なくとも発生する水の量を低減できる。他方で、この検出された温度が所定閾値よりも高い場合には、遅延手段による遅延及び制御手段による制御は、上述の如く行われる。従って、水が発生するという不都合を回避しつつ、次回の内燃機関の始動時に触媒を、適宜早期活性化することが可能となる。尚、温度に係る「所定閾値」とは、温度が低いために排気管に水を発生させることのない程度に高く設定され、例えば、１００℃に設定されるが、排気管内に発生する水と触媒内に残留する水分との比率に鑑みて、１００℃より高くても低くてもよい。また、圧力や外気の状態や排気管の材料特性等に応じて、温度に係る「所定閾値」を可変に設定することも可能である。

尚、端部温度検出手段は、排気管の端部或いは好ましくは末端の温度を直接的に検出する温度センサを有していてもよいし、他の何らかのパラメータから又は他の部位において検出される温度から、排気管の端部或いは好ましくは末端の温度を推定してもよい。

以下、この発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（排気ガス浄化装置を備えたエンジンの構成）
先ず本実施形態に係る排気ガス浄化装置が設けられた内燃機関の一例たるエンジンの構成を、図１及び図２を参照して、その基本動作と共に説明する。ここに、図１は、実施形態に係るエンジンの図式的なシステム系統図であり、図２は、実施形態に係る排気ガス浄化装置の図式的なブロック図である。

図１において、エンジン２００は、制御装置１００、シリンダ２０１、吸気管２０６、インジェクタ２０７、排気管２１０及びイグニッションスイッチ２４１を備えて構成される。

制御装置１００は、電子制御ユニット（Electronic Control Unit：ＥＣＵ）を備え、周知の中央処理装置（Central Processing Unit：CPU）、制御プログラムを格納した読み出し専用メモリ（Read Only Memory：ROM）、各種データを格納する随時書き込み読み出しメモリ（Random Access Memory：RAM）等を中心とした論理演算回路として構成されている。更に、サブ酸素センサ２３１、排気管末端温度センサ２３２等の各種センサからの入力信号を受ける入力ポート及び、ＶＶＴ-iオイルコントロールバルブ等の各種アクチュエータに制御信号を送る出力ポートに対して、バスを介して接続されている。

シリンダ２０１は、点火プラグ２０２により混合気を爆発させると共に、爆発力に応じて生じるピストン２０３の往復運動を、コネクションロッド２０４を介してクランクシャフト２０５の回転運動に変換することが可能に構成されている。シリンダ２０１の周辺には、クランクポジションセンサ２１８、ノックセンサ２１９、及び水温センサ２２０等の各種センサが配設されている。

吸気管２０６は、制御装置１００の制御に従って、外部から空気を吸入し、吸気バルブ２０８を介してシリンダ２０１との連通状態を制御することが可能に構成されている。吸気管２０６の周辺には、適切に吸気が行われるように、クリーナ２１１、エアフローメータ２１２、吸気温センサ２１３、スロットル２１４及びスロットルポジションセンサ２１５が備えられている。ここで、エアフローメータ２１２は、例えばホットワイヤー式と呼ばれる形態を有し、通過する空気量と電熱線の温度変化に基づいて、吸入される空気量を測定することが可能に構成されている。また、吸気温センサ２１３の出力は、例えば制御装置１００において、所定のテーブル変換されることにより、或いは所定関数を用いて算出されることにより、排気管２１０における触媒２２２の下流側の端部温度を予想することが可能に構成されてもよい。また更に、アクセルペダル２２６の踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ２１６、及びスロットル２１４を駆動する電動モータ２１７も配設されている。

インジェクタ２０７は、制御装置１００による電子制御を受けて燃料タンク２２３からフィルタ２２４を介して供給される燃料を、吸気管２０６内に噴射することが可能に構成されている。噴射された燃料は、吸気管２０６を介して吸入された空気と混合されて混合気を生成する。尚、燃料タンク２２３には、燃料残量を検出するための燃料センサ２２５が設置されている。

排気管２１０は、シリンダ２０１内部で発生する排気ガスを、吸気バルブ２０８の開閉に連動して開閉する排気バルブ２０９を介して排気することが可能に構成されている。排気官２１０の周辺には、適切に排気が行われるように、前段の三元触媒装置２２２及び後段の三元触媒装置２３４等の触媒が配設されている他、空燃比センサ２２１、触媒温度センサ２３０、サブ酸素センサ２３１及び排気管末端温度センサ２３２等の各種センサが配設されている。ここで、前段の三元触媒装置２２２及び後段の三元触媒装置２３４は、排気管２１０の途中にこの順に設置されており、エンジン２００から排出される排気ガスを夫々浄化することが可能な触媒である。また、空燃比センサ２２１は、触媒２２２の上流側（シリンダ側）に配設されており、エンジン２００の空燃比を検出することが可能に構成されている。また、触媒温度センサ２３０は、前段の三元触媒装置２２２の側面に設置されており、前段の三元触媒装置２２２内の触媒温を測定することが可能に構成されている。また、サブ酸素センサ２３１は、前段の三元触媒装置２２２に隣接して設けられており、前段の三元触媒装置２２２内の酸素濃度を測定することが可能に構成されている。また、排気管末端温度センサ２３２は、排気管２１０の末端の温度を測定することが可能に構成されている。

イグニッションスイッチ２４１は、制御装置１００と電気的に接続されており、運転手が、例えばカーキーを挿入して操作するイグニッションキー２４０に連動してオンとオフが切替わることが可能に構成されている。ここで、イグニッションキー２４０がオンに切替えられると、イグニッションスイッチ２４１も連動してオンに切替わり、エンジン２００を始動するように制御装置１００に対して命令がなされる。他方、イグニッションキー２４０がオフに切替えられると、イグニッションスイッチ２４１も連動してオフに切替わり、エンジン２００を停止するように制御装置１００に対して命令がなされる。但し、本実施形態では、後に詳述するように、制御装置１００による制御下で、イグニッションキー２４０がオフされた際に、所定の遅延期間後にイグニションスイッチ２４１がオフされるか、又は、イグニッションキー２４０がオフされ且つこれに連動してイグニションスイッチ２４１がオフされた際に、所定の遅延期間後に、エンジン２００が停止されるように構成されている。

本実施形態に係る排気ガス浄化装置によれば、イグニションキー２４０がオフに切替わり又はこれに加えてイグニッションスイッチ２４１がオフに切替わり、エンジン２００の運転を停止する際において、エアフローメータ２１２、吸気温センサ２１３、触媒温度センサ２３０、サブ酸素センサ２３１及び排気管末端温度センサ２３２等の各種センサの出力に応じて比較的容易な空燃比のリーン制御を行うことで、三元触媒装置２２２に吸着する水分を顕著に低減し、次回のエンジン２００の始動時に、触媒を早期活性化することを可能とする。

（排気ガス浄化装置の構成）
次に図２に従って、実施形態に係る排気ガス浄化装置の構成を以下説明する。

図２において、排気ガス浄化装置は、前段の三元触媒装置２２２、後段の三元触媒装置２３４及び制御部１００を備える。制御部１００は、遅延部１００ａ、制御部１００ｂ、目標空燃比設定部１００ｃ及び禁止部１００ｄを備えて構成されている。

ここで、前段の三元触媒装置２２２は、酸化作用と還元作用とにより、エンジン２００の燃焼室から排出される排気ガス中に含まれるＮＯｘのみならず、ＣＯやＨＣ等の有害物質を取り除くことで、排気ガスを夫々浄化する。

本発明に係る「遅延手段」の一例としての遅延部１００ａは、例えば制御装置１００の一例たるＥＣＵの一部或いはコントローラ（構成）等からなり、エンジン２００に対して、運転の停止を行うべき旨の命令が与えられた際に、例えばイグニッションスイッチ２４１がオフにされた際に、エンジン２００の運転を命令に反して継続させることにより、所定の遅延期間だけ運転の停止を遅延させる。

本発明に係る「制御手段」の一例としての制御部１００ｂは、例えば制御装置１００の一例たるＥＣＵの一部、或いはコントローラ（構成）等からなり、排気ガスの空燃比がリーンになるように、即ち目標空燃比設定部１００ｃにより設定されたリーン目標空燃比になるように、エンジン２００に係るスロットル２１４、インジェクタ２０７等を制御する。

本発明に係る「目標空燃比設定手段」の一例としての目標空燃比設定部１００ｃは、例えば制御装置１００の一例たるＥＣＵの一部、或いはコントローラ等からなり、排気管末端温度センサ２３２により検出された温度、触媒温度センサ２３０により検出された酸素濃度、及びエアフローメータ２１２により測定された空気量に基づいて、制御部１００ｂが用いるリーン目標空燃比を設定する。

本発明に係る「禁止手段」の一例としての禁止部１００ｄは、例えば制御装置１００の一例たるＥＣＵの一部或いはコントローラ（構成）等からなり、排気管末端温度センサ２３２により検出された端部温度が所定閾値よりも低い場合には、遅延部１００ａによる遅延及び制御部１００ｂによる制御を禁止する。

以上図１及び図２に示すように、本実施形態では特に、遅延部１００ａ、制御部１００ｂ、目標空燃比設定部１００ｃ、禁止部１００ｄ、排気管末端温度センサ２３２、触媒温度センサ２３０、及びエアフローメータ２１２を備え、次回のエンジン２００の始動時に前段の三元触媒装置２２２を早期活性化することが可能に構成されている。より具体的には、前段の三元触媒装置２２２に吸着している水分を低減できるように、制御装置１００の制御下で、排気管末端温度センサ２３２、触媒温度センサ２３０、及びエアフローメータ２１２等の各種センサからの出力に応じて、遅延部１００ａ、目標空燃比設定部１００ｃ、制御部１００ｂ及び禁止部１００ｄによる停止時期及び空燃比の制御が行われる。

（排気ガス浄化装置の動作処理）
次に、以上のように構成された排気ガス浄化装置の一実施形態に係る動作処理について、図１及び図２に加えて、図３から図９を参照して説明する。ここに図３は、実施形態に係る排気ガス浄化装置により実行される処理を示すフローチャートであり、図４は実施形態における、触媒への水吸着量の大小によるＣＯ浄化率の違いを表す特性図であり、図５は実施形態における、触媒への水吸着量の大小による、ＨＣ浄化率の違いを表す特性図である。また、図６は実施形態における、空燃比の大小による、水吸着量の違いを表す特性図であり、図７は実施形態において空燃比がリーンからリッチへと遷移する場合における、触媒への水吸着量の経時変化を表す特性図であり、図８は実施形態において空燃比がリッチからリーンへと遷移する場合における、触媒への水吸着量の経時変化を表す特性図であり、図９は実施形態における、積算吸入空気量の大小による、残り遅延期間の違いを表す特性図である。

図３において先ず、イグニッションキー２４０（以下「キー２４０」ともいう）がオフに切換えられたか否かが判断される（ステップＳ１１）。ここで、キー２４０がオンのままである場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）には、エンジン２００の運転を持続するものとして、その後の処理を行わずにキー２４０がオフになるまで待機する。

他方、キー２４０がオフに切換えられた場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、即ち、エンジンに停止命令がなされた場合には、サブ酸素センサ２３１により酸素濃度Ｓ１が測定され、触媒温度センサ２３０により前段の三元触媒装置２２２の触媒温度Ｔｃが測定され、排気管末端温度センサ２３２により排気管末端温度Ｔｂが測定され、エアフローメータ２１２により吸入空気量Ｇａが測定される。更に、これらの測定値は、各センサと電気的に接続された制御装置１００内の記録用メモリに、キー２４０がオフになった時からの経過時間Ｔと共に記録される（ステップＳ１２）。

続いて、禁止部１００ｄは、ステップＳ１５の空燃比の制御を禁止するか否かを判断するために、ステップＳ１２で測定した排気管末端温度Ｔｂが、予め制御装置１００に適合定数として保有されている制御限界温度Ｔｄよりも低いか否かを判断する（ステップＳ１３）。ここで、排気管末端温度Ｔｂが制御限界温度Ｔｄよりも低い場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）には、排気管２１０の末端で水が発生して前段の三元触媒装置２２２若しくは三元触媒装置２３４に流入してしまうおそれがあるため、この時点でイグニッションスイッチ２４１はオフに切替えられ、エンジン２００は停止状態になる（ステップＳ１８）。

他方、排気管末端温度Ｔｂが制御限界温度Ｔｄよりも高い場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）には、目標空燃比設定部１００ｃは、ステップＳ１２で測定した触媒温度Ｔｃ、吸入空気量Ｇａ、酸素濃度Ｓ１を基にして、ステップＳ１５の制御で使用する「所定のリーン目標空燃比」を導出する。この際、触媒温度Ｔｃ、吸入空気量Ｇａ、酸素濃度Ｓ１がそれぞれ大きい程、「所定のリーン目標空燃比」は相対的にリーンにされる。尚、上述の実施形態では、サブ酸素センサ２３１は前段の三元触媒装置２２２に隣接して設けられていたが、これに代えて又はこれに加えて、後段の三元触媒装置２３４に隣接して設けられてもよい。そして、目標空燃比設定部１００ｃは、少なくとも一方のサブ酸素センサより測定される酸素濃度を更に考慮して、「所定のリーン目標空燃比」を導出してもよい。また、ステップＳ１２で測定した吸入空気量Ｇａを基に、キー２４０がオフになってから経過した時間Ｔ内に吸入された空気量Ｇａの積算値、即ち積算吸入空気量Ｇ０が算出される（ステップＳ１４）。この際、Ｇ０は質量流量で表されているが、ステップＳ１６で排気管体積と直接比較をするために、Ｇ０は体積に換算される。

続いて、ステップＳ１４で求めた「所定のリーン目標空燃比」をリーン制御に反映する（ステップＳ１５）。即ち、制御部１００ｂは、空燃比が所定のリーン目標空燃比に達するように、例えばインジェクタ２０７からの燃料噴射量を抑制し、吸気弁２０８を開いて吸入空気量を増加する等のリーン制御を実施する。

ここでリーン制御を行うことによる作用を、図４から図８を参照して説明する。先ず図４及び図５から読み取れるように、前段の三元触媒装置２２２や後段の三元触媒装置２３４等の触媒に吸着する水の量が大きければ大きい程、次回のエンジン２００の始動時のＣＯ及びＨＣの浄化率の立ち上がりは遅い。即ち、エンジン２００の停止時における水吸着量が大きければ大きいほど、次回のエンジン２００の始動時における触媒の活性化に時間がかかってしまうのである。図６に示すように、排気ガスがリッチからリーンになればなる程、触媒への水吸着量は小さくなる。図７及び図８に示すように、排気ガスがリーンからリッチへ遷移する際にもリッチからリーンへ遷移する際にも結局、最終的にエンジン２００の停止時における排気ガスが、リッチからリーンになればなる程に、水吸着量は小さくなる。より具体的には、図７に示すようにリッチ運転を続けると、排気ガス中の水構成要素（Ｈ、Ｈ２、ＨＣ）が増加するため、触媒への水吸着量が大きくなってしまうのである。他方、図８に示すようにリーン運転を続けると、排気ガス中の水構成要素（Ｈ、Ｈ２、ＨＣ）が低下し、触媒への水吸着量は低下するのである。また、触媒へのＨＣ吸着量も減少し、始動時に脱離するＨＣも低減されることとなる。更にまた、排気ガス中の酸素が増加するため、触媒は酸素を十分に吸蔵した状態で、次回始動時に暖機することが可能となる。

以上に鑑み、ステップＳ１５では、次回のエンジン２００の始動時における触媒の早期活性化を可能とするために、制御部１００ｂは、エンジン２００を停止させる直前に、リーン運転を一定時間続けるのである（ステップＳ１５）。

但し、このようなリーン運転を続け過ぎると、エミッション悪化の恐れがある。ここでリーン運転を続ける期間の適切な設定の仕方について図９を参照して考察する。

図９に示すように、エンジン２００を停止する旨の命令後における積算吸入空気量Ｇ０が大きくなるに従って、排気管２１０側に設けられた触媒内の雰囲気をリーンにするために必要となる、残り遅延期間Ｔ０は減少して行く。即ち、リーンガスが、排気管２１０内における触媒（即ち、前段の三元触媒装置２２２）に至るまでの空間内に行き渡れば、それ以上リーン制御をする必要性が殆どなくなる。そして最終的に積算吸入空気量Ｇ０が排気管２１０内における前段の三元触媒装置２２２に至るまでの容積（以下、「排気管体積」ともいう）に達した時点で、それ以上のリーン制御は不要となるといえる。

そこで、このようにリーン制御が不必要となる時点で、リーン制御を停止するように、ステップＳ１４で例えばエアフローメータ２１２等によって予め求められた換算後の積算吸入空気量Ｇ０が、制御装置１００に適合定数として保有されている排気管体積以上であるか否かが判断される（ステップＳ１６）。

ここで、現時点で積算吸入空気量Ｇ０が排気管体積以上である場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）には、リーンガスが排気管２１０内における前段の三元触媒装置２２２に至るまでの空間内に十分行き渡ったものとして、イグニッションスイッチ２４１はオフに切替えられ、エンジン２００は停止状態とされる（ステップＳ１８）。

他方、現時点で積算吸入空気量Ｇ０が排気管体積よりも小さい場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）には、更に、エミッション悪化防止のために、排気管２１０の酸素濃度Ｓ１に基づいた終了判定を行う（ステップＳ１７）。ここで、先に求めたサブ酸素センサ２３１の出力Ｓ１が、制御装置１００に適合定数として保有されている所定の目標サブ酸素センサ値Ｓ０よりも低い場合（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）には、イグニッションスイッチ２４１はオフに切替えられ、エンジン２００は停止状態とされる（ステップＳ１８）。他方、出力Ｓ１が所定の目標サブ酸素センサ値Ｓ０以上である場合（ステップＳ１７：Ｎｏ）には、ステップＳ１２へ戻り、上述したステップ１２以降の処理を繰り返す。そして、ステップＳ１３、Ｓ１６又はＳ１７の判定を経て、最終的に、エンジン２００は停止状態とされる（ステップＳ１８）。

以上のように、本実施形態によれば、排気ガス浄化処理が行われることで、排気ガス中の水構成要素（Ｈ、Ｈ２、ＨＣ）が低下し、特に前段の三元触媒装置２２２への水吸着量は低下する。また、ＨＣ吸着量も減少し、始動時に脱離するＨＣも低減されることとなる。また更に、排気ガス中の酸素が増加するため、前段の三元触媒装置２２２は酸素を十分に吸蔵した状態で、次回始動時に暖機することが可能となるのである。

次に、図３で示した排気ガス浄化処理の制御タイミングについて図１０から図１２を参照して説明する。ここに図１０は実施形態に係る積算吸入空気量Ｇ０に基づく排気ガス浄化制御の制御タイミングの一例を示すタイミングチャートであり、図１１は実施形態に係る酸素濃度Ｓ１に基づく排気ガス浄化制御の制御タイミングの一例を示すタイミングチャートであり、図１２は実施形態に係る排気管末端温度Ｔｂに基づく排気ガス浄化制御の制御タイミングの一例を示すタイミングチャートである。

上記図１０、図１１及び図１２の違いは、実施形態に係る排気ガス浄化処理を終了する際の判定条件（以下「終了判定フラグ」ともいう）の違いであり、各図は積算吸入空気量Ｇ０、酸素濃度Ｓ１、排気管末端温度Ｔｂが夫々終了判定フラグとなっている様子を示している。

先ず、図１０は、ステップＳ１６でＹｅｓが選択される場合のタイミングチャートを表している。

この態様によれば、イグニッションキー２４０がオフ操作された際に、制御部１００ｂによるリーン制御（ステップ１５）等が行われ、積算吸入空気量Ｇ０が排気管体積を超えるまでは、イグニッションスイッチ２４１がオフに切替えられない。即ち、イグニッションキー２４０がオフ操作される際、積算吸入空気量Ｇ０を終了判定フラグとし、積算吸入空気量Ｇ０が排気管体積以上（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）になってはじめて、エンジン２００は停止状態になる。

従って、積算吸入空気量Ｇ０に応じて一義的に定まる遅延期間Ｔ０の間に、リーンガスが前段の三元触媒装置２２２内に至るまでリーン状態とされる。よって、遅延期間を不必要に長くすることを回避しつつ、次回のエンジン２００の始動時に前段の三元触媒装置２２２を早期活性化することが可能となる。

また、図１１は、ステップＳ１７でＹｅｓが選択される場合のタイミングチャートを表している。

この態様によれば、イグニッションキー２４０がオフ操作された際に、制御部１００ｂによるリーン制御（ステップ１５）等が行われる。そこで、酸素濃度Ｓ１が所定の目標サブ酸素センサ値Ｓ０よりも低くなった場合（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）には、積算吸入空気量Ｇ０に応じて一義的に定まる遅延期間Ｔ０が経過する前であっても、イグニッションスイッチはオフに切替えられる。即ち、積算吸入空気量Ｇ０に優先して、酸素濃度Ｓ１に応じた終了判定がなされ、エンジン２００は停止状態になる。

従って、エミッションの悪化を回避しつつ、エンジン２００の始動時に前段の三元触媒装置２２２を早期活性化することが可能となる。

また、図１２は、ステップＳ１３でＹｅｓが選択される場合のタイミングチャートを表している。

この態様によれば、イグニッションキー２４０がオフ操作された際に、制御部１００ｂによるリーン制御（ステップ１５）等が行われる。そこで、排気管末端温度Ｔｂが制御限界温度Ｔｄよりも低い場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）には、積算吸入空気量Ｇ０に応じて一義的に定まる遅延期間Ｔ０が経過する前或いは酸素濃度Ｓ１がＳ０よりも低くなる前であっても、イグニッションスイッチ２４１はオフに切替えられる。即ち、積算吸入空気量Ｇ０や酸素濃度Ｓ１に優先して、排気管末端温度Ｔｂに応じた終了判定がなされ、エンジン２００は停止状態になる。

従って、排気管２１０の末端発生した水が、後段の三元触媒装置２３４に流入すること、更に前段の三元触媒装置２２２に流入することを回避して、次回のエンジン２００の始動時に、これらの触媒を早期活性化することが可能となる。

以上説明した実施形態によれば、いずれの場合にも、排気系統の空燃比或いは温度状態に応じた排気ガス浄化処理が行われ、触媒内に吸着する水分を顕著に低減し、触媒の早期活性化が可能となるのである。

尚、上述の実施形態では、ガソリンにより運転される直噴型のガソリンエンジンを用いていたが、その他に、伝統的なポート噴射型のガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、タービンエンジン、ジェットエンジン等の各種の内燃或いは外燃機関を用いることができる。

加えて、本発明のハイブリッド型の動力出力装置は、既存の若しくは現在開発中又は今後開発される各種パラレルハイブリッド方式や各種シリアルハイブリッド方式の車両にも適用してもよい。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨、或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う排気ガス浄化装置もまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本発明の実施形態に係るエンジンの図式的なシステム系統図である。 実施形態に係る排気ガス浄化装置の図式的なブロック図である。 実施形態に係る排気ガス浄化装置により実行される処理を示すフローチャートである。 実施形態における、触媒への水吸着量の大小によるＣＯ浄化率の違いを表す特性図である。 実施形態における、触媒への水吸着量の大小による、ＨＣ浄化率の違いを表す特性図である。 実施形態における、空燃比の大小による、水吸着量の違いを表す特性図である。 実施形態において空燃比がリーンからリッチへと遷移する場合における、触媒への水吸着量の経時変化を表す特性図である。 実施形態において空燃比がリッチからリーンへと遷移する場合における、触媒への水吸着量の経時変化を表す特性図である。 実施形態における、積算吸入空気量の大小による、残り遅延期間の違いを表す特性図である。 実施形態に係る積算吸入空気量Ｇ０に基づく排気ガス浄化制御の制御タイミングの一例を示すタイミングチャートである。 実施形態に係る酸素濃度Ｓ１に基づく排気ガス浄化制御の制御タイミングの一例を示すタイミングチャートである。 実施形態に係る排気管末端温度Ｔｂに基づく排気ガス浄化制御の制御タイミングの一例を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１００…制御装置、２００……エンジン、２０１……シリンダ、２０６…吸気管、２０７…インジェクタ、２０８…吸気バルブ、２０９…排気バルブ、２１０…排気管、２１２…エアフローメータ、２１３…吸気温センサ、２２２…前段の三元触媒装置、２３０…触媒温度センサ、２３１…サブ酸素センサ、２３２…排気管末端温度センサ、２３４…後段の三元触媒装置、２４０…イグニッションキー、２４１…イグニッションスイッチ

Claims (8)

1. 内燃機関の排気管の途中に配置され、該排気管を介して放出される排気ガスを浄化する触媒と、
   前記内燃機関に対して運転の停止を行うべき旨の命令が与えられた際に、所定の遅延期間だけ前記停止を遅延させる遅延手段と、
   前記遅延期間に、前記排気ガスの空燃比がリーンになるように前記内燃機関を制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 前記内燃機関は、その燃焼室内に空気吸入手段によって吸入された空気と燃料供給手段によって供給された燃料とを用いて該燃焼室内で燃焼処理を実施し、該燃焼処理により発生した前記排気ガスを放出し、
   前記制御手段は、前記空燃比が前記リーンになるように、前記燃料供給手段及び前記空気吸入手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
3. 前記遅延手段は、前記空燃比が所定のリーン目標空燃比になるまでの期間に等しい前記遅延期間だけ前記停止を遅延させることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス浄化装置。
4. 前記触媒内の温度を検出する温度検出手段と、
   前記触媒内の酸素濃度を検出する酸素検出手段と、
   前記内燃機関の燃焼室内に吸入される空気量を測定する吸入空気量測定手段と、
   前記リーン目標空燃比を、前記検出された温度、前記検出された酸素濃度及び前記測定された空気量に基づいて、設定する目標空燃比設定手段と
   を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の排気ガス浄化装置。
5. 前記酸素検出手段は、前記排気管における前記触媒の下流側に配置された酸素センサを有し、
   前記温度検出手段は、前記排気管における前記酸素センサの下流側に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の排気ガス浄化装置。
6. 前記内燃機関の燃焼室内に吸入される空気量を測定する吸入空気量測定手段を更に備え、
   前記遅延手段は、前記命令が与えられてからの前記測定された空気量の積算値を算出し、該積算値が前記排気管内における前記触媒に至るまでの容積を越えるまでに要する期間以上の期間を前記遅延期間として、前記停止を遅延させることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス浄化装置。
7. 前記触媒内の酸素濃度を検出する酸素検出手段を更に備え、
   前記遅延手段は、前記検出された酸素濃度が所定閾値に達するまでの期間に等しい前記遅延期間だけ前記停止を遅延させることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス浄化装置。
8. 前記排気管における前記触媒の下流側の端部温度を検出する端部温度検出手段と、
   前記検出された端部温度が所定閾値よりも低い場合には、前記遅延手段による遅延及び前記制御手段による制御を禁止する禁止手段と
   を更に備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の排気ガス浄化装置。

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