JP2007218096A - 排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジン始動後のＨＣトラップ触媒の酸素放出を抑制して、ＨＣ脱離時に速やかにＨＣを酸化できるようにする。
【解決手段】 排気空燃比がリーンのときに酸素を吸着しリッチのときに酸素を放出する酸素貯蔵機能を有する三元触媒７と、三元触媒７よりも下流側に設けられ、酸素貯蔵機能をそなえ低温時に吸着した未燃炭化水素成分を高温時に放出してＨＣを浄化する未燃炭化水素吸着手段５と、三元触媒７の上流側に設けられた第１の酸素濃度検出手段９と、三元触媒７と未燃炭化水素吸着手段５との間に設けられた第２の酸素濃度検出手段１１とをそなえ、第２の酸素濃度検出手段１１が活性化してから未燃炭化水素吸着手段５が活性化するまでの間は、第２の酸素濃度検出手段１１で検出される酸素濃度がリッチとならないように排気空燃比をフィードバック制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジンの排ガス中の有害成分を浄化する、排ガス浄化装置に関するものである。

従来より、エンジンから排出される排ガスを浄化する排ガス浄化装置の一つとして排気中の未燃燃料（又は、未燃炭化水素成分、以下ではＨＣと称する）を浄化するＨＣトラップ触媒が知られている。このＨＣトラップ触媒は、各種のゼオライト（ＦＥＲ型、ＭＯＲ型、ＦＡＵ型、ＭＦＩ型及びベータ型ゼオライト等）からなる吸着剤を有し、主に冷態始動時等において三元触媒が活性化するまでの低温時に排気中のＨＣを吸着するとともに、ＨＣトラップ触媒の温度が上昇すると、吸着したＨＣを放出（脱離）するものである。

そして、ＨＣの脱離時に上記ＨＣを酸素（Ｏ₂ ）と反応させて（つまり、酸化させて）、ＨＣをＨ₂ＯやＣＯ₂に無害化して排出するようになっている。なお、このような酸化反応時には排気を酸化雰囲気下とするために、排気空燃比がリーン化される。
図７はこのようなＨＣトラップ触媒と三元触媒とを用いた排ガス浄化装置の一例を示す図であって、排気通路３上には上流側から順に三元触媒７及びＨＣトラップ触媒５が設けられている。これらの三元触媒７及びＨＣトラップ触媒５にはいずれも酸素貯蔵機能（ＯＳＣ機能：Oxygen Storage Capacity）がそなえられている。

ここで酸素貯蔵機能とは、排気空燃比がリーンのときに排気中の酸素を貯蔵するとともに、排気空燃比がリッチとなると貯蔵した酸素を放出する機能である。そして、エンジンの冷態始動時には、三元触媒が活性化するまでの間にＨＣトラップ触媒でＨＣを吸着し、ＨＣトラップの活性時には排気空燃比をリーン化して、この排気中の酸素とＨＣトラップ触媒から脱離したＨＣとを触媒（ＨＣトラップ触媒に形成された三元触媒層）で反応させることで、ＨＣが浄化される。

また、下記の特許文献１には、排気通路中に上流側から順にＨＣ吸着剤（ＨＣトラップ触媒）と排気浄化触媒とを設け、エンジンの始動後の低温時にはリーン運転を行い上記排気浄化触媒に酸素を吸蔵させ、排気温度が上昇してＨＣ吸着剤からＨＣが放出されると排気浄化触媒から酸素を放出し、これらのＨＣと酸素とを排気浄化触媒上で反応させてＨＣを浄化する技術が開示されている。なお、この特許文献１の技術は基本的に図７を用いて説明した技術と同様の技術である。
特許第３３９６３３７８号公報

しかしながら、ＨＣトラップ触媒５はその特性上１５０℃程度で活性化しＨＣの脱離が開始するため、エンジンでは低水温状態から空燃比をリーン化しなければならず、燃焼が不安定となるおそれがある。
また、ＨＣトラップ触媒５の上流側に三元触媒７を設けた場合や、ＨＣトラップ触媒５自体に三元触媒層を設けた場合には、排気空燃比をリーン化しても排ガス中の酸素は三元触媒の酸素貯蔵機能（ＯＳＣ機能）により吸蔵されてしまうため、ＨＣトラップ触媒５に酸素が供給されるまで長時間のリーン化運転を要することになり、ドライバビリティを損なうおそれがある。

このような課題について図８を用いて具体的に説明すると、図８（ａ）は三元触媒７の上流に設けられたＯ₂ センサ９で検出される空燃比、（ｂ）は三元触媒（ＴＷＣ）における排気空燃比、（ｃ）はＨＣトラップ触媒（ＨＣ−ｔｒａｐ）における空燃比、（ｄ）は車両の速度をそれぞれ示している。
さて、まず始動時（ｔ＝ｔ₀ ）には、エンジンの始動性を確保する目的で空燃比がリッチ化される。なお、この始動時の空燃比制御はオープンループ制御により実行される。

したがって、図８（ａ）に示すように、三元触媒７よりも上流側のＯ₂ センサ９からはリッチ信号が出力されるとともに、図８（ｂ）に示すように、三元触媒７もリッチ雰囲気となるが、この三元触媒７のリッチ化に伴い三元触媒７のＯＳＣ剤に貯蔵されていた酸素が放出されるため、空燃比をリッチ化していても三元触媒７内の雰囲気はやがてストイキオ又はリーンな状態となる。

また、図８（ｃ）に示すように、始動時に空燃比がリッチ化されても、ＨＣトラップ触媒５では、上流の三元触媒７が酸素を放出するため、及び、ＨＣトラップ触媒５自体に設けられた三元触媒層が酸素を放出するため、ストイキオ又はリーンな状態となる。
その後、Ｏ₂ センサ９が活性化すると（ｔ＝ｔ₁ ）、上記オープンループ制御を離脱し、Ｏ₂ センサ９からの情報に基づく理論空燃比でのフィードバック制御（図中、Ｓ−ＦＢと記す）に移行する。これにより三元触媒７及びＨＣトラップ触媒５もストイキオ雰囲気となる。なお、この時点では、まだエンジンは低水温状態であり、排気中のＨＣはＨＣトラップ触媒５に吸着される。

この状態で図８（ｄ）に示すようにドライバのアクセル踏み込み等により車両が加速を開始すると（ｔ＝ｔ₂ ）、エンジン負荷の増大に対応するために空燃比がリッチ化されるが、三元触媒７には既に酸素が残存していないので酸素が放出されるようなこともなく、図８（ｂ）に示すように、三元触媒７はリッチ雰囲気となる。また、ＨＣトラップ触媒５のＯＳＣ剤に残存していた酸素も空燃比のリッチ化により放出されて、図８（ｃ）に示すように、ＨＣトラップ触媒５もリッチ雰囲気になる。

そして、その後ＨＣトラップ触媒５からＨＣが脱離するような温度になると（ｔ＝ｔ₃ ）、脱離したＨＣを浄化する目的で排気空燃比がリーンに設定されるが、三元触媒７のＯＳＣ機能により三元触媒７及びＨＣトラップ触媒５に酸素が吸蔵されるため、ＨＣトラップ触媒５がすぐにリーン雰囲気とならずに、制御遅れが生じる。
つまり、まず三元触媒７のＯＳＣ剤が酸素で満たされてからＨＣトラップ触媒５に酸素が供給されるため、三元触媒７の雰囲気がリーンとなるまでの遅れ時間（三元触媒７に酸素が吸蔵されるまでの時間）Δｔ１、及び、その後ＨＣトラップ触媒５がリーンとなるまでの遅れ時間（ＨＣトラップ触媒５に酸素が吸蔵されるまでの時間）Δｔ２とが生じ、空燃比をリーン化しても、この期間Δｔ１＋Δｔ２はＨＣトラップ触媒５はリッチ又はストイキオとなり、この間はＨＣが十分浄化されなくなるという課題が生じる。また、長期間リーン化が必要となるためドライバビリティが悪化するという課題がある。

本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、エンジン始動後の未燃炭化水素吸着手段（ＨＣトラップ触媒）の酸素放出を抑制して、未燃炭化水素成分（ＨＣ）の脱離時に速やかに未燃炭化水素成分（ＨＣ）を酸化できるようにした、排ガス浄化装置を提供することを目的とする。

このため、本発明の排ガス浄化装置は、エンジンの排気通路中に設けられ、排気空燃比がリーンのときに排気中の酸素を吸着し該排気空燃比がリッチのときに吸着した酸素を放出する酸素貯蔵機能を有する三元触媒と、該排気通路中に該三元触媒よりも下流側に設けられ、該酸素貯蔵機能をそなえるとともに、低温時に吸着した未燃炭化水素成分を高温時に放出し、該未燃炭化水素成分を浄化する未燃炭化水素吸着手段と、該三元触媒の上流側に設けられ、該排気中の酸素濃度を検出する第１の酸素濃度検出手段と、該三元触媒と該未燃炭化水素吸着手段との間に設けられ、該排気中の酸素濃度を検出する第２の酸素濃度検出手段とをそなえ、エンジン始動後、該第２の酸素濃度検出手段が活性化してから該未燃炭化水素吸着手段が活性化するまでの間は、該第２の酸素濃度検出手段で検出される酸素濃度がリッチとならないように該排気空燃比をフィードバック制御することを特徴としている（請求項１）。

また、該未燃炭化水素吸着手段が活性化してから該未燃炭化水素成分の放出が終了するまでの間は、該未燃炭化水素吸着手段の空燃比がリーンとなるように該排気空燃比を制御するのが好ましい（請求項２）。
また、該未燃炭化水素成分の放出終了後は該第１の酸素濃度検出手段からの情報に基づいて該排気空燃比をフィードバック制御するのが好ましい（請求項３）。

また、該未燃炭化水素吸着手段の活性化から所定時間経過すると、該未燃炭化水素成分の放出が終了したと判定するのが好ましい（請求項４）。
また、該三元触媒の酸素貯蔵機能が、エンジン始動時のリッチ化により消費される酸素よりも多くの酸素を蓄えることができるのが好ましい（請求項５）。

本発明の排ガス浄化装置によれば、エンジン始動後の未燃炭化水素吸着手段からの酸素放出を抑制でき、未燃炭化水素の脱離時に速やかに未燃炭化水素を浄化することができるという特有の利点がある（請求項１）。
また、空燃比をリーン化する時間を短くすることができるので、エンジンの燃焼安定性が向上する（請求項２）。

また、未燃炭化水素成分の放出終了後は第１の酸素濃度検出手段からの情報に基づいて排気空燃比をフィードバック制御に切り替えるので、ドライバビリティへの影響を極力排除することができるという利点がある（請求項３）。
また、未燃炭化水素吸着手段の活性化から所定時間経過すると、未燃炭化水素成分の放出が終了したと判定するので制御ロジックを簡素化できるという利点がある（請求項４）。

また、三元触媒の酸素貯蔵機能が、エンジン始動時のリッチ化により消費される酸素よりも多くの酸素を蓄えることができるように構成されているので、エンジンの冷態始動時に三元触媒内の酸素が全て消費されるような事態を回避でき、これにより未燃炭化水素吸着手段に貯蔵されていた酸素の消費を確実に回避することができるという利点がある（請求項５）。

以下、図面により、本発明の一実施形態に係る排ガス浄化装置について説明すると、図１はその要部構成を示す模式図、図２はその要部構成を示す模式的な断面図、図３はその作用を説明するためのタイムチャート、図４はＯＳＣの酸素放出特性について説明するための図、図５はその作用を説明するためのフローチャート、図６はその制御内容について説明する図である。

図１において、３はエンジンの排気通路、５は排気通路３に配置されたＨＣトラップ触媒（未燃炭化水素吸着手段）、７は排気通路３においてＨＣトラップ触媒５よりも上流側に設けられた三元触媒（ＴＷＣ）を示している。
また、排気通路３上には、三元触媒７よりも上流側に排気空燃比（Ａ／Ｆ）を検出可能なＯ₂ センサ（第１の酸素濃度検出手段）９が介装されるとともに、上記三元触媒７よりも下流側であって且つＨＣトラップ触媒５よりも上流側においても排気空燃比（酸素濃度）を検出可能なＯ₂ センサ（第２の酸素濃度検出手段）１１が介装されている。なお、本実施形態ではこれらの酸素濃度検出手段としてＯ₂ センサを用いたが、Ｏ₂ センサに代えてリニアＡＦセンサを用いても良い。

また、図示はしないが、各Ｏ₂ センサ９，１１は、空燃比等のエンジンの状態を制御するエンジンＥＣＵ（制御手段）に接続されている。また、エンジンＥＣＵには、上記の各Ｏ₂ センサ９，１１以外にも種々のセンサ類が接続されており、エンジンＥＣＵでは各センサ類からの制御信号に基づいて、制御対象の機器（例えばインジェクタや点火プラグ）に対する制御信号を設定するようになっている。

本実施形態におけるＨＣトラップ触媒５は、例えばシリカを主成分とする多孔質吸着剤（例えばＳｉＯ₄ の層状結晶間にＳｉＯ₂ を担持させたもの）やＺＳＭ−５、モルデナイトのようなゼオライト等の多孔質材料等を、多数の細い軸線方向流路（セル）を有する円筒状に形成したものであり、通常の排気浄化触媒に使用されるモノリス担体と略同一の形状を有している。

また、図２に示すようにＨＣトラップ触媒５としては、通常のコージェライト等のモノリス触媒担体５ａのセル壁面にアルミナ、シリカ、ゼオライト等の無機多孔質材料をコーティングしてＨＣを吸着するＨＣトラップ層５ｂが形成されるとともに、このＨＣトラップ層５ｂ上に三元触媒層５ｃが形成されている。
ここで、この三元触媒層５ｃにはセリウム（Ｃｅ）が担持されている。セリウムは、流入する排気の空燃比がリーンのとき（すなわち酸化雰囲気下で）排気中の酸素と化合してセリア（ＣｅＯ）を形成し、流入する排気の空燃比がリッチになると（すなわち還元雰囲気になると）化合した酸素を脱離して金属セリウムに戻る性質を有する。

このため、ＨＣトラップ触媒５にセリウムを担持させることにより、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中の酸素を吸着又は貯蔵し、流入する排気の空燃比がリッチになったときに貯蔵した酸素を放出する酸素貯蔵機能（ＯＳＣ機能）をＨＣトラップ触媒５に付加することが可能となる。
また、上記ＨＣトラップ触媒５は、流入する排気温度の低温時、すなわち吸着剤温度が低いときには排気中の未燃炭化水素（ＨＣ）成分を多孔質の細孔内に吸着し、吸着剤温度が上昇して所定の活性化温度以上となると、吸着したＨＣ成分を放出（脱離）するＨＣの吸放出作用を行う。

通常、エンジン始動時には排気温度は低く、ＨＣ吸着剤の放出温度以下なっているため、本実施形態では機関始動時にエンジンから排出される排気に含まれる多量のＨＣ成分のほとんどはＨＣトラップ触媒５に吸着されＨＣトラップ触媒５よりも下流側には流出しない。
一方、三元触媒７は、ハニカム状に成形したコージェライト等のモノリス担体を用いて、この担体表面にアルミナの薄いコーティングを形成し、このアルミナ層に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属触媒成分を担持させたものである。

三元触媒７は、流入する排気空燃比が理論空燃比付近の狭い範囲（つまりストイキオ近傍）にあるときには排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの３成分を高い効率で浄化可能する特性を有している。
また、三元触媒７にもセリウムが担持されており、これにより三元触媒７についても酸素貯蔵機能（ＯＳＣ機能）がそなえられている。したがって、三元触媒７に流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中の酸素を吸着又は貯蔵し、流入する排気の空燃比がリッチになったときに貯蔵した酸素を放出することとなる。

また、図示しないエンジンＥＣＵは、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵ、入出力ポートを双方向性バスで接続した公知の構成のマイクロコンピュータが適用されている。
次に、本実施形態の制御内容について説明すると、本実施形態では、エンジンＥＣＵは燃料噴射量をＯ₂ センサ９，１１の出力に基づいて制御する空燃比制御を行なっており、この制御のためエンジンＥＣＵの入出力ポートにはＯ₂ センサ９，１１からの空燃比情報が入力されるようになっている。また、エンジンＥＣＵの入出力ポートは、図示しない燃料噴射回路を介してエンジンの各インジェクタに接続されており、エンジンの燃料噴射量を制御している。

また、本実施形態では、エンジンＥＣＵはエンジン始動時にはエンジンへの燃料噴射量をエンジンの冷却水温度とクランキング回転数とに応じた値に設定するようなオープンループ制御を実行し、空燃比を理論空燃比よりリッチ側に設定して始動性を向上させるようになっている。
さて、ここで図３において、（ａ）は第１のＯ₂ センサ９の出力、（ｂ）は第２のＯ₂ センサ１１の出力、（ｃ）は三元触媒７内における雰囲気、（ｄ）はＨＣトラップ触媒５内における雰囲気、（ｄ）は本実施形態に係る排ガス浄化装置を搭載した車両の車速を示している。

そして、上述したように、始動時（ｔ＝ｔ₀ ）には、空燃比がリッチ化されるため、（ａ）〜（ｃ）に示すように、第１のＯ₂ センサ９と第２のＯ₂ センサ１１とからの出力、及び三元触媒７の雰囲気がいずれもリッチとなる。また、ＨＣトラップ触媒５には、空燃比のリッチ化により三元触媒７のＯＳＣ剤から放出される酸素が流入するので、（ｄ）に示すように、雰囲気はストイキオ又はリーンとなる。

ところで、エンジンの冷態始動時には、冷却水温度が低く燃焼が不安定であるため未燃炭化水素（ＨＣ）が発生し易く、また、上記のように燃料が通常より増量され機関空燃比はリッチになるため、比較的多量のＨＣがエンジンから排出され、三元触媒７に流入する。
しかし、このような冷態時には三元触媒７は活性化していないためＨＣは後段のＨＣトラップ触媒５に流入する。そして、このような低温時には、ＨＣトラップ触媒５に流入したＨＣ成分はＨＣトラップ層５ｂに吸着、保持されて、ＨＣトラップ触媒５よりも下流側にはほとんど流出しない。

エンジンの始動が完了して、第１のＯ₂ センサ９が活性化すると（ｔ＝ｔ₁ ）、上記オープンループ制御が終了し、次に冷却水温に基づいた空燃比制御に移行する。即ち、エンジンの冷態時（冷却水温が所定温度未満）であれば、空燃比が理論空燃比（ストイキオ）に設定され、温態時（冷却水温が所定温度以上）であればリーンな空燃比に設定される。
本実施形態においては冷態始動時であることを想定しているので、エンジン始動完了後は、理論空燃比に設定され、図３（ａ）に示すように、第１のＯ₂ センサ９出力に基づいて排気空燃比がストイキオとなるようにフィードバック制御（Ｓ−ＦＢ）が実行される。なお、ここまでは従来と同様の制御である。

その後、第２のＯ₂ センサ１１が活性化すると、これ以降において、本発明の特徴的な制御が実行される。つまり、各Ｏ₂ センサ９，１１の活性化以降にドライバのアクセル踏み込み等により車両が加速を開始すると（ｔ＝ｔ₂ ）、エンジン負荷の増大に対応するために空燃比がリッチ化されるが、この場合ＨＣトラップ触媒５が活性化するまでは、第２のＯ₂ センサ１１からの情報をフィードバックして、この第２のＯ₂ センサ１１で得られる酸素濃度がリッチとならない範囲で空燃比がリッチ化されるようになっている。

つまり、単に空燃比をリッチ化すると、三元触媒７及びＨＣトラップ触媒５から酸素が放出されてしまい、その後ＨＣトラップ触媒５が活性化したときに空燃比をリーン化しても、三元触媒７のＯＳＣ機能により酸素が三元触媒７で消費（貯蔵）されてしまい、三元触媒７に酸素が満たされるまでＨＣトラップ触媒５に酸素が供給されなくなり、制御遅れが生じる。

ここで、図４に示すように、三元触媒７及びＨＣトラップ触媒５の三元触媒層５ｃのＯＳＣ剤からの酸素放出量は排気空燃比に大きく依存しており、排気空燃比がストイキオである場合には触媒温度に関係なくほとんど酸素を放出することはないが、排気空燃比がリッチであると特に１００〜３００℃程度の比較的低温域で大量に酸素を放出する。
このため、本装置ではＨＣトラップ触媒５の活性化以前に、車両の加速要求等により空燃比のリッチ化が必要なときには、図３（ｄ）に示すように、第２のＯ₂ センサ１１からの出力がリッチにならない範囲で空燃比をリッチ化しているのである。ここで第２のＯ₂ センサ１１は三元触媒７の上流側であって、且つＨＣトラップ触媒５の上流側に位置しているので、第２のＯ₂ センサ１１の出力がリッチにならなければ、ＨＣトラップ触媒５もリッチ雰囲気となることはない。このため、ＨＣトラップ触媒５は、前回のエンジン停止時に吸蔵した酸素を保持することになり、酸素の消費が回避される。

また、上述のように、エンジン始動時には、空燃比のリッチ化により三元触媒７のＯＳＣ剤から酸素が放出（消費）されるが、本実施形態では、このとき消費される酸素よりも多くの酸素を貯蔵することができるように三元触媒７の酸素貯蔵機能が設定されており、このような構成により、始動時の空燃比のリッチ化によってＨＣトラップ触媒５に貯蔵された酸素までもが放出されるような事態を回避するようになっている。

その後ＨＣトラップ触媒５が活性化して、ＨＣが脱離し始めると（ｔ＝ｔ₃ ）、この脱離したＨＣを酸化するべく空燃比がリーンに設定される。また、このときも第２のＯ₂ センサ１１から出力がフィードバックされて排気空燃比に反映されるようになっており、これによりＨＣトラップ触媒５を確実にリーン雰囲気化とすることができる。なお、ＨＣトラップ触媒５の活性化の判定は、ＨＣトラップ触媒５に温度センサを設けて、触媒温度が所定温度（例えば２００℃）に達すると、ＨＣトラップ触媒５が活性化したと判定しても良いし、或いはエンジン始動時にタイマを作動させタイマのカウントが所定値に達すると、ＨＣトラップ触媒５が活性化したと判定するようにしてもよい。

ＨＣトラップ触媒５の活性化が判定されて空燃比がリーン化されると、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、各Ｏ₂ センサ９，１１からの出力はリーンになるが、ＨＣトラップ触媒５には酸素が吸蔵されているので、三元触媒７が酸素吸蔵する間の制御遅れΔｔ１のみでＨＣトラップ触媒５の雰囲気をリーンにすることができる。したがって、速やかにＨＣを浄化することができる。

ところで、ＨＣトラップ触媒５からのＨＣの脱離（放出）は比較的短時間で終了するため、ＨＣの放出終了後は速やかにエンジン運転状態に応じた空燃比制御（例えば第１のＯ₂ センサ９からの情報に基づくストイキオフィードバック）に切り替える必要がある。
そこで、本実施形態ではＨＣトラップ触媒５の活性化判定時から所定時間だけ経過すると、ＨＣトラップ触媒５からのＨＣの放出が終了したと判定して、それまでの第２のＯ₂ センサ９からの出力に基づくフィードバック制御から、第１のＯ₂ センサ９からの出力が理論空燃比となるように空燃比を設定するストイキオフィードバック制御に切り替えるようになっている。

ここで、所定時間はＨＣトラップ触媒５からのＨＣ放出が終了するのに十分な時間であって、且つ加速要求があってもドライバビリティを損なわないような時間に設定されている。
本発明の一実施形態に係る排ガス浄化装置は上述したように構成されているので、その作用について図５に示すフローチャートを用いて説明すると以下のようになる。まず、エンジンが始動すると本制御がスタートし、ステップＳ１にて三元触媒７の上流側に設けられた第１のＯ₂ センサ９が活性化したか否かを判定する。なお、ここでは第１のＯ₂ センサ９からの電流値に基づいて第１のＯ₂ センサ９が活性化したか否かを判定する。

第１のＯ₂ センサ９が活性化していなければステップＳ２に進み、オープンループ制御を実行する。そして、このオープンループ制御により空燃比がリッチ化され、エンジンの始動性が確保される。なお、通常は始動直後は第１のO₂ センサ９は活性化していないので、エンジン始動直後はステップＳ１からＳ２に進んでリターンし、第１のO₂ センサ９が活性化するまでこのルーチンを繰り返す。

なお、三元触媒７及びＨＣトラップ触媒５のＯＳＣ剤には前回のエンジン停止後に酸素が十分吸蔵されており、このような始動直後のオープンループ時には、空燃比のリッチ化に伴い、まず上流側の三元触媒７から酸素が放出される。また、上述したように、三元触媒７は、エンジンの冷態始動時のリッチ化により消費される酸素よりも多くの酸素を蓄えることができるため、このオープンループ制御でＨＣトラップ触媒５の酸素までもが放出されるようなことはない。

一方、ステップＳ１において、第１のO₂ センサ９が活性化したと判定されると、ステップＳ３に進み、ＨＣトラップ触媒５が未活性か活性化したかを触媒温度又は始動からの経過時間等に基づいて判定する。そして、既に活性化している場合には、ステップＳ３からステップＳ６に進み、また、ＨＣトラップ触媒５が未活性であると判定した場合には、ステップＳ３からステップＳ４に進む。なお、通常はＨＣトラップ触媒５が活性化するのは第１のＯ₂ センサ９の活性化よりある程度の時間を要するので、第１のＯ₂ センサ９の活性化直後はステップＳ３からステップＳ４に進むことになる。

ステップＳ４に進んだ場合には、三元触媒７とＨＣトラップ触媒５との間に設けた第２のＯ₂ センサ１１が活性化しているか否かを判定し、第２のＯ₂ センサ１１が活性化していなければ、ステップＳ８に進み、それまでのオープンループ制御に代えて、第１のＯ₂ センサ９からの出力に基づくストイキオフィードバック制御を実行してリターンする。なお、第２のＯ₂ センサ１１においても、第１のＯ₂ センサ９と同様に、センサ１１から出力される電流値に基づいて活性化を判定する。

そして、その後の制御周期において、ステップＳ４で第２のＯ₂ センサ１１の活性化が判定されると、ステップＳ５に進み、第２のＯ₂ センサ１１からの出力に基づくフィードバック制御に移行する。具体的には、三元触媒７及びＨＣトラップ触媒５で吸蔵された酸素が消費されないように、第２のＯ₂ センサ１１から出力される空燃比がリッチとならないようにフィードバック制御を実行する。

例えば、この場合には目標空燃比を理論空燃比よりも僅かにリーンな値に設定し、第２のＯ₂ センサ１１からの出力がこの値よりも大きくなるように（リッチにならないように）制御を行う。なお、この状態で加速要求があった場合でも、第２のＯ₂ センサ１１の出力がリッチとならない範囲で、空燃比をリッチ化する。
一方、上記ステップＳ３でＨＣトラップ触媒５の活性が判定されると、ステップＳ６においてタイマをスタートさせて、第２のＯ₂ センサ１１が活性化してからの経過時間がカウントされる。なお、本制御フローはエンジン始動とともに開始されるが、ステップＳ６は本制御フローが開始後に最初にステップＳ６に通ったときにのみ機能し、それ以外は無視される。

ここで、上記の所定時間はＨＣトラップ触媒５が活性化してからＨＣの脱離が終了するまでをシミュレーションや実験等から求めて設定した時間であって、この所定時間が経過するまではＨＣがＨＣトラップ触媒５から脱離しているので、十分な酸素を供給する必要がある。
そこで、ステップＳ７においてＨＣトラップ触媒５が活性化してから（タイマのスタートから）所定時間経過しているか否かを判定し、所定時間が経過するまではステップＳ５に戻り、第２のＯ₂ センサ１１からの出力に基づくフィードバック制御を続行する。ただし、ＨＣトラップ触媒５の活性化時には、上述したようにＨＣの酸化に十分な酸素が必要であるので、ステップＳ７からステップＳ５に進んだ場合には、第２のＯ₂ センサ１１からの出力が所定のリーンな空燃比となるようにフィードバック制御される（すなわち目標空燃比がリーン側に変更される）。

また、ステップＳ７で所定時間経過したと判定すると、ステップＳ８に進み、第１のＯ₂ センサ９からの出力に基づくストイキオフィードバック制御に切り替える。そして、これ以降は三元触媒７が活性化するので、空燃比をストイキオにすることにより、三元触媒７で排ガスが浄化される。
したがって、本実施形態に係る排気浄化装置によれば、エンジン始動後のオープンループ制御によるＨＣトラップ触媒５の酸素放出を抑制でき、ＨＣ脱離時に速やかにＨＣを浄化することができるという特有の利点がある。具体的には、従来はＨＣの脱離開始から、三元触媒７に酸素が満たされるまでの時間ΔＴ１＋ＨＣトラップ触媒に酸素が満たされるまでの時間ΔＴ２（図８参照）を経過しないとＨＣを酸化させることができず、制御の応答遅れが大きいという課題があったが、本装置によれば、三元触媒７に酸素が満たされるまでの時間ΔＴ１だけでＨＣの浄化を開始することができ、制御の応答遅れを大幅に低減することができる。

特に、本装置では、「前回のエンジン停止時には排気通路３内は空気が侵入して、三元触媒７及びＨＣトラップ５のＯＳＣ剤には十分な酸素が貯蔵されている」点に着目したものであり、これにより、従来の装置に対して第２のＯ₂ センサ１１を追加するとともに、制御ロジックを僅かに変更するだけ実現することができ、コスト増や重量増を極力抑制できる。

また、第２のＯ₂ センサ１１が活性化すると、第２のＯ₂ センサ１１の出力が少なくともリッチにはならないように空燃比をフィードバック制御するので、ドライバビリティを確保することができ、その後ＨＣトラップ触媒５が活性化すると、ＨＣの脱離が終了するまでは第２のＯ₂ センサ１１の出力がリーンとなるように空燃比をフィードバック制御するので、この間は確実にＨＣを浄化することができる。

また、ＨＣトラップ触媒５が活性化してから所定時間経過すると、ＨＣの脱離は終了したものと判定して、第１のＯ₂ センサ９からの検出情報に基づく通常のフィードバック制御に切り替えるので、加速要求等に対するドライバビリティを確保することができる。
また、三元触媒７の酸素貯蔵機能が、エンジン始動時のリッチ化により消費される酸素よりも多くの酸素を蓄えることができるように設定されているので、エンジンの冷態始動時に三元触媒７内の酸素が全て消費されてＨＣトラップ触媒の酸素を消費するような事態を確実に回避することができる。

ここで、図６（ａ）に示すように、三元触媒７の酸素貯蔵機能が十分確保されていない場合には、始動時のオープンループ制御により第１のＯ₂ センサ９の出力がリッチとなるが、やがて三元触媒７内の酸素が全て消費されて第２のＯ₂ センサ１１の出力及び三元触媒７の内部の雰囲気がリッチ化してしまい、下流のＨＣトラップ触媒５の酸素消費してしまうおそれがある。

これに対して、図６（ｂ）に示すように、三元触媒７の酸素貯蔵機能を十分確保しておくことにより、三元触媒７内には前回のエンジン停止時に十分な量の酸素が貯蔵されるので、始動時のオープンループ制御により第１のＯ₂ センサ９の出力がリッチ化しても、三元触媒７内の酸素が全て消費されることがなく、第２のＯ₂ センサ１１の出力及び三元触媒７の内部の雰囲気をリーンに保持することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されることなく種々の変形が可能である。たとえばＨＣトラップ触媒５は図２に示すようなＨＣを捕集する機能（ＨＣトラップ層５ｂ）と酸化機能（三元触媒層５ｃ）とを層状化して一体構成するものに限定されず、ＨＣを捕集する機能と酸化機能とを別体化しても良い。ただし、この場合にも酸化機能にはＯＳＣ機能が必須となる。

本発明の一実施形態にかかる排ガス浄化装置の要部構成を示す模式図である。 本発明の一実施形態にかかる排ガス浄化装置の要部構成を示す模式的な断面図である。 本発明の一実施形態にかかる排ガス浄化装置の作用を説明するためのタイムチャートである。 本発明の一実施形態にかかる排ガス浄化装置のＯＳＣの酸素放出特性について説明するための図である。 本発明の一実施形態にかかる排ガス浄化装置の作用を説明するためのフローチャートである。 本発明の一実施形態にかかる排ガス浄化装置の制御内用を説明するための図である。 従来の排ガス浄化装置の一例を示す模式図である。 従来技術に対する課題を説明するための図である。

符号の説明

３ 排気通路
５ ＨＣトラップ触媒（未燃炭化水素吸着手段）
７ 三元触媒
９ 第１の酸素濃度検出手段（第１のＯ₂ センサ）
１１ 第２の酸素濃度検出手段（第２のＯ₂ センサ）

Claims (5)

1. エンジンの排気通路中に設けられ、排気空燃比がリーンのときに排気中の酸素を吸着し該排気空燃比がリッチのときに吸着した酸素を放出する酸素貯蔵機能を有する三元触媒と、
   該排気通路中に該三元触媒よりも下流側に設けられ、該酸素貯蔵機能をそなえるとともに、低温時に吸着した未燃炭化水素成分を高温時に放出し、該未燃炭化水素成分を浄化する未燃炭化水素吸着手段と、
   該三元触媒の上流側に設けられ、該排気中の酸素濃度を検出する第１の酸素濃度検出手段と、
   該三元触媒と該未燃炭化水素吸着手段との間に設けられ、該排気中の酸素濃度を検出する第２の酸素濃度検出手段とをそなえ、
   エンジン始動後、該第２の酸素濃度検出手段が活性化してから該未燃炭化水素吸着手段が活性化するまでの間は、該第２の酸素濃度検出手段で検出される酸素濃度がリッチとならないように該排気空燃比をフィードバック制御する
   ことを特徴とする、排ガス浄化装置。
2. 該未燃炭化水素吸着手段が活性化してから該未燃炭化水素成分の放出が終了するまでの間は、該未燃炭化水素吸着手段の空燃比がリーンとなるように該排気空燃比を制御する
   ことを特徴とする、請求項１記載の排ガス浄化装置。
3. 該未燃炭化水素成分の放出終了後は該第１の酸素濃度検出手段からの情報に基づいて該排気空燃比をフィードバック制御する
   ことを特徴とする、請求項２記載の排ガス浄化装置。
4. 該未燃炭化水素吸着手段の活性化から所定時間経過すると、該未燃炭化水素成分の放出が終了したと判定する
   ことを特徴とする、請求項２又は３記載の排ガス浄化装置。
5. 該三元触媒の酸素貯蔵機能が、エンジン始動時のリッチ化により消費される酸素よりも多くの酸素を蓄えることができる
   ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項記載の排ガス浄化装置。

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