JP2008025531A

JP2008025531A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2008025531A
Application number: JP2006201635A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Sano; 啓介佐野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-07-25
Filing date: 2006-07-25
Publication date: 2008-02-07

Abstract

【課題】ＨＣ吸着材に吸着される炭化水素の量を増加させ、機関始動時の排気エミッションを改善できる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】筒内噴射弁１３と筒外噴射弁１４とを備え、筒内噴射弁１３及び筒外噴射弁１４の少なくともいずれか一方から燃料を噴射させて気筒２内に燃料を供給可能な内燃機関１に適用される排気浄化装置において、排気に含まれる複数種類の炭化水素をそれぞれ所定の割合で吸着する吸着特性を有するＨＣ吸着材１２が排気通路４に設けられ、ＥＣＵ２０は、内燃機関１の始動時、排気に含まれている複数種類の炭化水素の割合がＨＣ吸着材１２の吸着特性に応じて設定された所定割合に調整されるように１サイクルあたりに気筒２内に供給すべき目標燃料量を筒内噴射弁１３から噴射されるべき筒内噴射量と筒外噴射弁１４から噴射されるべき筒外噴射量とに配分する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気通路に炭化水素を吸着するＨＣ吸着材を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。

排気通路に三元触媒とＨＣ吸着材とを有するＨＣ吸着触媒が設けられ、ＨＣ吸着材から炭化水素（以下、ＨＣと呼ぶこともある。）が脱離したと判定した時に空燃比をリーンに制御する空燃比制御手段を備え、ＨＣ吸着材からＨＣが脱離したと判定された時にこの空燃比制御手段によって排気の酸素濃度を所定値に維持する排気浄化装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。

特開２００２−７０５４１号公報特開平３−１８５２４２号公報

ＨＣ吸着材は、一般に例えばシリカを主成分とする多孔質吸着材やゼオライト等の多孔質材料にて形成されている。これら多孔質の物質は、その内部に有する複数の空間にＨＣを保持することによりＨＣを吸着しているので、その複数の空間に保持され易いＨＣを最も多く吸着する。すなわち、ＨＣ吸着材に最も多く吸着されるＨＣの種類は、その吸着材を形成する多孔質の物質に応じて異なる。そのため、排気に最も多く含まれるＨＣの種類とＨＣ吸着材が最も多く吸着するＨＣの種類とが異なると、ＨＣ吸着材でＨＣが十分に吸着されないおそれがある。特許文献１の排気浄化装置はＨＣ吸着材から脱離したＨＣの浄化促進を目的としたものであり、ＨＣ吸着材に吸着されるＨＣ量を増加させることは考慮していない。

そこで、本発明は、ＨＣ吸着材に吸着される炭化水素の量を増加させ、機関始動時の排気エミッションを改善できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明の排気浄化装置は、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、前記気筒に接続された吸気通路内に燃料を噴射する筒外噴射弁と、１サイクルあたりに前記気筒に供給すべき目標燃料量を前記筒内噴射弁から噴射されるべき筒内噴射量と前記筒外噴射弁から噴射されるべき筒外噴射量とに配分する噴射量設定手段と、前記噴射量設定手段が設定した前記筒内噴射量及び前記筒外噴射量に基づいて前記筒内噴射弁及び前記筒外噴射弁の少なくともいずれか一方から燃料を噴射させる燃料噴射制御手段と、を備えた内燃機関に適用され、前記気筒に接続された排気通路に設けられ、排気に含まれる複数種類の炭化水素をそれぞれ所定の割合で吸着する吸着特性を有するＨＣ吸着材を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記噴射量設定手段は、前記内燃機関の始動時に前記筒内噴射弁及び前記筒外噴射弁の両方から燃料が噴射可能になってから所定の終了条件が成立するまでの間、前記気筒から排出された排気に含まれている前記複数種類の炭化水素の割合が前記ＨＣ吸着材の吸着特性に応じて設定された所定割合に調整されるように前記目標燃料量を前記筒内噴射量と前記筒外噴射量とに配分することにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

排気には複数種類のＨＣが含まれているが、筒内噴射弁と筒外噴射弁とを備えた内燃機関においては、筒内噴射弁から噴射される筒内噴射量と筒外噴射弁から噴射される筒外噴射量との割合を変化させることにより、排気に含まれる複数種類のＨＣの割合を変化させることができる。例えば、目標燃料量の燃料を全て筒内噴射弁から噴射させることにより、目標燃料量の燃料を筒内噴射弁からのみ供給することにより、炭素数の少ない低級炭化水素（低級ＨＣ）よりも炭素数の多い高級炭化水素（高級ＨＣ）の方が排気により多く含まれるように複数種類のＨＣの割合を変化させることができる。また、目標燃料量の燃料を全て筒外噴射弁から噴射させることにより、高級ＨＣよりも低級ＨＣの方が排気により多く含まれるように複数種類のＨＣの割合を変化させることができる。本発明の排気浄化装置によれば、内燃機関の始動時に所定の終了条件が成立するまで、排気に含まれる複数種類のＨＣの割合がＨＣ吸着材の吸着特性に応じて設定された所定割合に調整されるように筒内噴射量及び筒外噴射量が設定されるので、排気中の複数種類のＨＣがＨＣ吸着材にそれぞれ十分吸着されるように排気中の複数種類のＨＣの割合を調整できる。そのため、ＨＣ吸着材に吸着されるＨＣ量を増加させ、機関始動時の排気エミッションを改善することができる。

機関始動時の排気エミッションをより確実に改善させるために、前記噴射量設定手段は、前記内燃機関の始動時に前記筒内噴射弁及び前記筒外噴射弁の両方から燃料が噴射可能になってから所定の終了条件が成立するまでの間、前記ＨＣ吸着材を通過した排気中の炭化水素の量が最も少なくなるように前記目標燃料量を前記筒内噴射量と前記筒外噴射量とに配分してもよい（請求項２）。また、排気エミッションを改善しつつ機関始動時における内燃機関の振動を抑制するために、前記噴射量設定手段は、前記所定の終了条件の成立後、前記内燃機関の振動が抑制されるように前記目標燃料量を前記筒内噴射量と前記筒外噴射量とに配分してもよい（請求項３）。

本発明の他の排気浄化装置は、気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、前記気筒に接続された吸気通路内に燃料を噴射する筒外噴射弁と、１サイクルあたりに前記気筒に供給すべき目標燃料量を前記筒内噴射弁から噴射されるべき筒内噴射量と前記筒外噴射弁から噴射されるべき筒外噴射量とに配分する噴射量設定手段と、前記噴射量設定手段が設定した前記筒内噴射量及び前記筒外噴射量に基づいて前記筒内噴射弁及び前記筒外噴射弁の少なくともいずれか一方から燃料を噴射させる燃料噴射制御手段と、を備えた内燃機関に適用される排気浄化装置において、前記気筒に接続された排気通路の互いに並列な複数の分岐部のうち互いに異なる分岐部に配置され、排気に含まれる複数種類の炭化水素のうち最も多く吸着する炭化水素の種類が互いに異なる複数のＨＣ吸着材と、前記気筒から排出された排気が前記複数の分岐部のいずれかに導かれるように排気の流れを切り替える排気流れ切替手段と、前記内燃機関の始動時から所定の終了条件が成立するまでの間、前記噴射量設定手段が設定した前記筒内噴射量と前記筒外噴射量との割合に基づいて排気が前記複数のＨＣ吸着材のいずれかに導かれるように前記排気流れ切替手段の動作を制御する動作制御手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項４）。

上述したように排気に含まれる複数種類のＨＣの割合は、筒内噴射量と筒外噴射量との割合に応じて変化する。本発明の他の排気浄化装置によれば、筒内噴射量と筒外噴射量との割合が変化して排気に含まれる複数種類のＨＣの割合が変化しても、その排気をその排気に含まれる複数種類のＨＣがそれぞれ十分に吸着されるＨＣ吸着材に導くことができる。例えば、筒外噴射弁からのみ燃料が噴射されている場合は、高級ＨＣよりも低級ＨＣをより多く吸着するＨＣ吸着材に排気を導く。一方、筒内噴射弁からのみ燃料が噴射されている場合は、低級ＨＣよりも高級ＨＣをより多く吸着するＨＣ吸着材に排気を導く。このように筒内噴射量と筒外噴射量との割合に応じて排気を導くＨＣ吸着材を変えることにより、ＨＣ吸着材に吸着されるＨＣ量を増加させ、機関始動時の排気エミッションを改善することができる。

本発明の他の排気浄化装置の一形態においては、前記噴射量設定手段が設定した前記筒内噴射量と前記筒外噴射量との割合に基づいて前記気筒から排出される排気に含まれる複数種類の炭化水素のそれぞれの割合を推定する炭化水素割合推定手段をさらに備え、前記動作制御手段は、前記内燃機関の始動時から所定の終了条件が成立するまでの間、前記炭化水素割合推定手段によって推定された前記複数種類の炭化水素のそれぞれの割合に基づいて前記気筒から排出された排気がその排気に含まれる複数種類の炭化水素が最も多く吸着されるＨＣ吸着材に導かれるように前記排気流れ切替手段の動作を制御してもよい（請求項５）。この場合、推定された複数種類のＨＣのそれぞれの割合に基づいて排気流れ切替手段の動作が制御されるので、排気をその排気に含まれるＨＣが最も多く吸着されるＨＣ吸着材に適切に導くことができる。そのため、ＨＣ吸着材に吸着されるＨＣ量をさらに増加させ、機関始動時の排気エミッションをさらに改善できる。

以上に説明したように、本発明の排気浄化装置によれば、内燃機関の始動時に筒内噴射量と筒外噴射量との割合を変更して排気に含まれる複数種類のＨＣの割合をＨＣ吸着材の吸着特性に応じて設定した所定割合に調整するので、ＨＣ吸着材に排気中の複数種類のＨＣをそれぞれ十分吸着させることができる。そのため、ＨＣ吸着材に吸着されるＨＣ量を増加させ、機関始動時の排気エミッションを改善することができる。また、本発明の他の排気浄化装置では、排気に含まれる複数種類の炭化水素のうち最も多く吸着する炭化水素の種類が互いに異なる複数のＨＣ吸着材が排気通路に設けられ、筒内噴射量と筒外噴射量との割合に応じて排気をその排気に含まれる複数種類のＨＣがそれぞれ十分に吸着されるＨＣ吸着材に導くので、ＨＣ吸着材に吸着されるＨＣ量を増加させ、機関始動時の排気エミッションを改善することができる。

（第１の形態）
図１は、本発明の第１の形態に係る排気浄化装置が組み込まれた内燃機関を示している。図１の内燃機関（以下、エンジンと呼ぶこともある。）は火花点火式内燃機関であり、車両に走行用動力源として搭載されもので、複数（図１では１つのみを示す。）の気筒２と、各気筒２にそれぞれ接続される吸気通路３及び排気通路４とを備えている。各気筒２には、不図示のクランク軸にコンロッド６を介して連結されたピストン５が往復動可能に挿入されている。また、各気筒２には吸気通路３を開閉する吸気弁７、排気通路４を開閉する排気弁８及び不図示の点火プラグがそれぞれ設けられている。排気通路４には上流側から、前段触媒９、ＨＣ吸着筒１０及び後段触媒１１が順に設けられている。前段触媒９及び後段触媒１１としては例えば三元触媒などが設けられる。前段触媒９はいわゆるスタート触媒であり、後段触媒１１よりも容量が小さく設定されて主にエンジン１の始動時に排気を浄化する。ＨＣ吸着筒１０には、排気に含まれる複数種類の炭化水素（ＨＣ）を吸着するＨＣ吸着材１２が設けられている。ＨＣ吸着材１２は、所定の吸着温度域にてＨＣを吸着するとともに、その吸着温度域よりも高い所定の放出温度域にてＨＣを放出する周知のものである。

図２は、ＨＣ吸着材１２の吸着特性の一例を示している。なお、図２の横軸はＨＣ吸着材１２に吸着される複数種類の炭化水素を炭素数の順に示しており、縦軸はＨＣ吸着材１２に各炭化水素が吸着される割合である吸着率を示している。図２に示したようにエンジン１に設けられたＨＣ吸着材１２は、炭素数の少ない（例えば炭素数が４以下）の低級ＨＣよりも炭素数の多い（例えば炭素数が５以上）高級ＨＣをより多く吸着する特性を有している。なお、上述した炭素数の値はＨＣ吸着材１２の吸着特性を示すための一例であり、高級ＨＣと低級ＨＣとを分ける炭素数の値はこれらの値に限定されない。

図１に示したように、各気筒２には気筒２内に燃料を噴射する筒内噴射弁１３と、各気筒２にそれぞれ設けられて吸気通路３の一部を形成する吸気ポート３ａ内に燃料を噴射する筒外噴射弁１４とが設けられている。筒外噴射弁１４には燃料タンク１５から燃料ポンプ１６によって汲み出された燃料が直接送られる。一方、筒内噴射弁１３には燃料タンク１５から燃料ポンプ１６及び高圧燃料ポンプ１７を介して燃料が送られる。高圧燃料ポンプ１７は、エンジン１のクランク軸によって駆動される周知のものである。

筒内噴射弁１３及び筒外噴射弁１４の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０にて制御される。ＥＣＵ２０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＯＭ、ＲＡＭ等の周辺機器を備えたコンピュータとして構成され、例えば各気筒２に設けられた点火プラグ（不図示）などの動作を制御してエンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ＥＣＵ２０にはエンジン１のクランク角に対応した信号を出力するクランク角センサ２１、エンジン１の吸入空気量に対応した信号を出力するエアフローメータ２２、高圧燃料ポンプ１７から吐出された燃料の圧力に対応した信号を出力する燃圧センサ２３、ＨＣ吸着材１２の温度に対応した信号を出力する吸着材温度センサ２４、及び後段触媒１１の温度に対応した信号を出力する触媒温度センサ２５が接続されており、ＥＣＵ２０はこれらのセンサの出力信号を参照して制御を行う。

図３はＥＣＵ２０が筒内噴射弁１３及び筒内噴射弁１４の動作を制御するために実行する噴射弁動作制御ルーチンの一例を示している。図３の制御ルーチンは、エンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。

図３の制御ルーチンにおいてＥＣＵ２０は、まずステップＳ１でクランク角センサ２１の出力信号を参照してエンジン１の回転数を取得する。続くステップＳ２においてＥＣＵ２０はエアフローメータ２２の出力信号を参照して吸入空気量を取得する。次のステップＳ３においてＥＣＵ２０は、エンジン１の運転状態に応じて目標燃料噴射量を設定する。目標燃料噴射量は１サイクルあたりに気筒２に供給すべき燃料のことである。具体的には、所定の空燃比（例えば理論空燃比）による燃焼が実現されるように、ステップＳ１及びステップＳ２で取得したエンジン１の回転数及び吸入空気量に基づいて目標燃料噴射量を設定する。その設定は、例えばエンジン１の回転数及び吸入空気量と目標燃料噴射量との関係をマップとしてＥＣＵ２０のＲＯＭに予め記憶させておき、そのマップを参照して行う。

次のステップＳ４においてＥＣＵ２０は、エンジン１の運転状態に応じて設定された噴き分け率に基づいて目標燃料噴射量を筒内噴射弁１３から噴射すべき筒内噴射量と筒外噴射弁１４から噴射すべき筒外噴射量とに配分する。なお、本発明における噴き分け率は目標燃料噴射量に対する筒内燃料量の割合であり、０％から１００％の間で設定される。すなわち、噴き分け率が１００％に設定された場合は筒内噴射弁１３からのみ燃料が噴射され、噴き分け率が０％に設定された場合は筒外噴射弁１４からのみ燃料が噴射される。続くステップＳ５においてＥＣＵ２０は、筒内燃料量の燃料が筒内噴射弁１３から、筒外燃料量の燃料が筒外噴射弁１４からそれぞれ適切な時期に噴射されるように筒内噴射弁１３及び筒外噴射弁１４の動作をそれぞれ制御する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

このように図３の制御ルーチンを実行して筒内噴射弁１３及び筒外噴射弁１４の動作をそれぞれ制御することにより、ＥＣＵ２０は本発明の燃料噴射制御手段として機能する。

図４は、ＥＣＵ２０がエンジン１の運転状態に応じて噴き分け率を設定するために実行する噴き分け率設定ルーチンを示している。図４の制御ルーチンは、エンジン１が運転中か否かに拘わりなく所定の周期で繰り返し実行される。

図４のルーチンにおいてＥＣＵ２０は、まずステップＳ１１でクランク角センサ２１の出力信号を参照してエンジン１が停止中か否か判断する。エンジン１が運転中と判断した場合はステップＳ１２に進み、ＥＣＵ２０は後段触媒１１の暖機が完了しているか否か判断する。後段触媒１１の暖機は後段触媒１１の温度によって判断し、その温度が後段触媒１１が排気浄化性能を発揮する所定の触媒活性温度域内の場合に暖機が完了していると判断される。後段触媒１１の暖機が完了していると判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ２０はエンジン１の回転数及びエンジン１のトルクに基づいて噴き分け率を設定する。この設定は、例えばエンジン１の回転数及びエンジン１のトルクと噴き分け率との関係をマップとしてＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶させておき、そのマップを参照して行う。その後、今回のルーチンを終了する。

エンジン１が停止中と判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ２０は所定の始動条件が成立したか否か判断する。なお、所定の始動条件は、例えばイグニッションスイッチがオンの状態に切り替えられた場合に成立する。また、エンジン１の運転中に所定のエンジン停止条件が成立するとエンジン１を停止させる、いわゆるアイドルストップ制御が適用されたエンジンでは、このアイドルストップ制御によってエンジン１を停止させているときに運転者によってアクセルペダル又はシフトギアが操作されるなど所定の再始動条件が成立した場合にも所定の始動条件が成立したと判断してもよい。所定の始動条件が不成立と判断した場合は、今回のルーチンを終了する。

所定の始動条件が成立したと判断した場合、又はステップＳ１２で後段触媒１１の暖機が未完了と判断した場合はステップＳ１５に進み、ＥＣＵ２０は高圧燃料ポンプ１７を通過した燃料の圧力、すなわち筒内噴射弁１３から気筒２内に直接噴射する燃料の圧力（直噴用燃圧）が所定圧以上か否か判断する。所定圧には、例えば筒内噴射弁１３から気筒２内に適切な噴霧形状で燃料を噴射することが可能な燃料圧力範囲の下限値が設定される。直噴用燃圧が所定圧未満と判断した場合はステップＳ１６に進み、ＥＣＵ２０は噴き分け率に０％を設定する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、直噴用燃圧が所定圧以上と判断した場合はステップＳ１７に進み、ＥＣＵ２０はＨＣ吸着材１２の温度が所定温度以下か否か判断する。所定温度にはＨＣ吸着材１２がＨＣを吸着する温度域である吸着温度域の上限値が設定される。すなわち、この処理ではＨＣ吸着材１２にてＨＣの吸着が行われるか否かを判断している。ＨＣ吸着材１２の温度が所定温度以下と判断した場合はステップＳ１８に進み、ＥＣＵ２０は噴き分け率に１００％を設定する。すなわち、目標燃料噴射量の燃料が全て筒内噴射弁１３から噴射されるように噴き分け率を設定する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、ＨＣ吸着材１２の温度が所定温度より高いと判断した場合はステップＳ１９に進み、ＥＣＵ２０は噴き分け率にエンジン１の振動が抑制される所定噴き分け率、例えば５０％を設定する。なお、エンジン１の振動を抑制可能な所定噴き分け率はエンジン１の仕様などに応じて変わるため、所定噴き分け率はエンジン１の仕様などに応じて適宜変更してよい。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

図５は、排気に含まれる複数種類のＨＣの割合の一例を炭素数別に示したものである。なお、図５の線Ａは噴き分け率が０％、すなわち目標燃料噴射量の燃料が全て筒外噴射弁１４から噴射された場合の各ＨＣの割合を示し、図５の線Ｂは噴き分け率が１００％、すなわち目標燃料噴射量の燃料が全て筒内噴射弁１３から噴射された場合の排気中の各ＨＣの割合を示している。図５から明らかなように、噴き分け率が０％の場合は排気中に高級ＨＣよりも低級ＨＣの方がより多く存在し、噴き分け率が１００％の場合は排気中に低級ＨＣよりも高級ＨＣの方がより多く存在する。

第１の形態では、エンジン１の始動時に直噴用燃圧が所定圧以上となり筒内噴射弁１３から燃料を噴射可能になってからＨＣ吸着材１２の温度が所定温度より高くなるまでの間、噴き分け率を１００％に設定し、排気中の各ＨＣの割合をＨＣ吸着材１２の吸着特性と同じ傾向に調整するので、ＨＣ吸着材１２に排気中の各ＨＣを十分に吸着させることができる。そのため、ＨＣ吸着材１２に吸着されるＨＣの量を増加させ、エンジン１の始動時の排気エミッションを改善することができる。このように噴き分け率を設定するため、ＨＣ吸着材１２の温度が所定温度より高くなった場合が本発明の所定の終了条件の成立した場合に対応する。

なお、直噴用燃圧が所定圧未満の場合は噴き分け率を０％に設定するので、気筒２内への不適切な燃料噴射を防止し、エンジン１の燃焼を安定させることができる。また、ＨＣ吸着材１２の温度が所定温度より高くなった場合は噴き分け率にエンジン１の振動が抑制される噴き分け率が設定されるので、エンジン１の始動時に排気エミッションを改善しつつエンジン１の振動を抑制することができる。

なお、ステップＳ１８にて設定される噴き分け率は１００％に限定されない。この処理で設定する噴き分け率はエンジン１に設けられたＨＣ吸着材１２の吸着特性に応じて変更してよく、ＨＣ吸着材１２を通過した排気中のＨＣの量が最も少なくなる噴き分け率を設定すればよい。

このように図４のルーチンを実行して噴き分け率を設定し、図３のステップＳ４の処理にて目標燃料噴射量を筒内噴射量と筒外噴射量とに配分することにより、ＥＣＵ２０は本発明の噴射量設定手段として機能する。

（第２の形態）
次に図６及び図７を参照して本発明の第２の形態に係る排気浄化装置を説明する。図６は、本発明の第２の形態に係る排気浄化装置が組み込まれたエンジン１を示している。なお、図６において図１と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。図６に示したように、第２の形態では前段触媒９より下流かつ後段触媒１１より上流の排気通路４が互いに並列な３つの分岐通路３０、３１、３２に分岐しており、これら３つの分岐通路のうちの２つの分岐通路３０、３１にＨＣ吸着筒３３、３４がそれぞれ設けられている点が第１の形態と異なる。なお、各分岐通路を互いに区別するべく図６の一番上の分岐通路３０を第１分岐通路、一番下の分岐通路３２を第２分岐通路、真ん中の分岐通路３１をバイパス通路と呼ぶこともある。また、第１分岐通路３０のＨＣ吸着筒３３を第１ＨＣ吸着筒、第２分岐通路３２のＨＣ吸着筒３４を第２ＨＣ吸着筒と呼ぶこともある。図６に示したように第１分岐通路３０、バイパス通路３１、及び第２分岐通路３２は、後段触媒１１よりも上流の合流点４ｂにて合流する。

第１ＨＣ吸着筒３３には高級ＨＣよりも低級ＨＣをより多く吸着する第１ＨＣ吸着材４０が配置され、第２ＨＣ吸着筒３４には低級ＨＣよりも高級ＨＣをより多く吸着する第２ＨＣ吸着材４１が配置される。分岐部４ａには、排気が３つの分岐通路のいずれかに導かれるように排気の流れを切り替える排気流れ切替手段としての排気流れ切替弁３５が設けられている。排気流れ切替弁３５は、排気を第１分岐通路３０に導く第１位置Ａ、排気を第２分岐通路３２に導く第２位置Ｂ、及び第１位置Ａと第２位置Ｂの中間の第３位置Ｃに切り替えることができる。排気流れ切替弁３５が第３位置Ｃに切り替えられた場合、ＨＣ吸着材４０、４１によって第１分岐通路３０、第２分岐通路３２への排気の流入がそれぞれ妨げられるので、排気の殆どはバイパス通路３１に導かれる。なお、このようにＨＣ吸着材４０、４１が配置されることにより、第１分岐通路３０及び第２分岐通路３２が本発明の分岐部に相当する。

次に図６のエンジン１における噴き分け率の設定方法について説明する。図６のエンジン１においては所定の始動条件が成立してエンジン１の始動が開始されてから筒内噴射弁１３に供給する燃料の圧力（直噴用燃圧）が所定圧に到達するまでの間、噴き分け率が０％に設定される。なお、所定の始動条件は図４のステップＳ１４と同一でよく、所定圧は図４のステップＳ１５と同一でよい。直噴用燃圧が所定圧に到達した後は、エンジン１の回転数及びエンジン１のトルクに基づいて噴き分け率を設定する。この設定方法は図４のステップＳ１３と同様の方法でよい。この形態においてもＥＣＵ２０は、図３に示した噴射弁動作制御ルーチンを所定の周期で繰り返し実行しており、このように設定された噴き分け率にて各噴射弁１３、１４から燃料が噴射される。

図７は、ＥＣＵ２０が排気流れ切替弁３５の動作を制御するべくエンジン１が運転中か否かに拘わりなく所定の周期で繰り返し実行する排気流れ切替弁制御ルーチンを示している。なお、図７において図４と同一の処理には同一の参照符号を付して説明を省略する。

図７の制御ルーチンにおいてＥＣＵ２０は、ステップＳ１１でエンジン１が停止中か否か判断する。エンジン１が停止中と判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ２０は所定の始動条件が成立したか否か判断する。所定の始動条件が不成立と判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。一方、所定の始動条件が成立したと判断した場合はステップＳ２１に進み、ＥＣＵ２０は排気流れ切替弁３５を第１位置に切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

ステップＳ１１でエンジン１が運転中と判断した場合はステップＳ１２に進み、ＥＣＵ２０は後段触媒１１の暖機が完了しているか否か判断する。後段触媒１１の暖機が未完了と判断した場合はステップＳ２２に進み、ＥＣＵ２０は所定の始動条件が成立してからエンジン１に吸入された吸気量の積算値である積算吸気量が予め設定した所定の閾値以上か否か判断する。エンジン１の始動開始後、所定の時間（例えば２０〜３０秒）が経過するとエンジン１の運転状態が安定するので、排気に含まれるＨＣの量が減少する。少量のＨＣであれば後段触媒１１で浄化可能であるため、ＨＣ吸着材４０、４１を通過させなくても大気へのＨＣの排出を抑制できる。積算吸気量はエンジン１の運転時間と相関を有しているため、この処理では積算吸気量に基づいて所定の時間が経過したか否か判断する。そのため、所定の閾値はエンジン１の始動開始後に所定の時間が経過したか否か判断するための判断基準であり、所定の時間内にて吸入されると推定される吸気量の積算値が設定される。なお、積算吸気量は、ＥＣＵ２０が実行するこのルーチンとは別のルーチンにて算出される。また、積算吸気量はエンジン１が停止するとリセットされる。

積算吸気量が所定の閾値未満と判断した場合はステップＳ２３に進み、ＥＣＵ２０は噴き分け率に０％が設定されているか否か判断する。噴き分け率に０％が設定されていると判断した場合はステップＳ２１に進み、ＥＣＵ２０は排気流れ切替弁３５を第１位置に切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、噴き分け率に０％以外の値が設定されていると判断した場合はステップＳ２４に進み、ＥＣＵ２０は排気流れ切替弁３５を第２位置に切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

ステップＳ１２が肯定判断された場合、又はステップＳ２２が肯定判断された場合はステップＳ２５に進み、ＥＣＵ２０は排気流れ切替弁３５を第３位置に切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

第２の形態では、噴き分け率に０％が設定される場合、すなわち排気に高級ＨＣよりも低級ＨＣが多く含まれる場合、排気が第１ＨＣ吸着材４０に導かれるので、高級ＨＣよりも低級ＨＣをより多く吸着する第１ＨＣ吸着材４０に排気に含まれる複数種類のＨＣをそれぞれ十分に吸着させることができる。一方、噴き分け率に０％以外の値が設定される場合、すなわち排気に低級ＨＣよりも高級ＨＣが多く含まれる場合、排気が第２ＨＣ吸着材４１に導かれるので、低級ＨＣよりも高級ＨＣをより多く吸着する第２ＨＣ吸着材４１に排気に含まれる複数種類のＨＣをそれぞれ十分に吸着されることができる。そのため、各ＨＣ吸着材４０、４１によって吸着されるＨＣ量を増加させ、ＨＣ吸着材４０、４１を通過した排気中のＨＣを低減できる。

後段触媒１１の暖機が完了している場合、又はエンジン１の始動開始後所定の時間が経過している場合は、後段触媒１１にて排気中のＨＣを浄化できるので、排気流れ切替弁３５を第３位置に切り替えて排気の殆どをバイパス通路３１を介して後段触媒１１に導く。そのため、排気流れの抵抗を抑制しつつ、大気へのＨＣの放出を抑制することができる。

なお、図７の制御ルーチンを実行して排気流れ切替弁３５の動作を制御することにより、ＥＣＵ２０が本発明の動作制御手段として機能する。また、図７の制御ルーチンでは、ステップＳ１２が肯定判断された場合、又はステップＳ２２が肯定判断された場合に排気流れ切替弁３５が第３位置に切り替えられるので、後段触媒１１の暖機が完了している場合又は積算吸気量が閾値以上の場合が本発明の所定の終了条件が成立した場合に対応する。

図８は、排気流れ切替弁制御ルーチンの変形例を示している。図８では、図７のステップＳ２３の代わりにステップＳ３１及びＳ３２が設けられる。その他は図７と同一である。ステップＳ３１では、噴き分け率に基づいて排気中の高級ＨＣの割合が推定される。この推定は、例えば図９に一例を示した噴き分け率と排気中の高級ＨＣの割合との関係を参照して行う。図９に一例を示した関係は、予め実験などにより求め、ＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶させておく。次のステップＳ３２では、推定した排気中の高級ＨＣの割合が所定の判定値以上か否か判断する。所定の判定値は、排気を第１ＨＣ吸着材４１又は第２ＨＣ吸着材４２のいずれに導くかを判定する判定基準であり、排気中の高級ＨＣの割合が高くなり第１ＨＣ吸着材４１にて吸着されるＨＣの量が減少し始める割合が設定される。排気中の高級ＨＣの割合が所定の判定値未満と判断した場合はステップＳ２１に進み、ＥＣＵ２０は排気流れ切替弁３５を第１位置に切り替える。一方、排気中の高級ＨＣの割合が所定の判定値以上と判断した場合はステップＳ２４に進み、ＥＣＵ２０は排気流れ切替弁３５を第２位置に切り替える。

この変形例では、噴き分け率に基づいて排気中の高級ＨＣの割合を推定し、この推定した高級ＨＣの割合に基づいて排気流れ切替弁３５を第１位置又は第２位置に切り替える。このように排気流れ切替弁３５の動作を制御しても、図７の制御ルーチンと同様に排気をその排気に含まれる炭化水素が最も多く吸着されるＨＣ吸着材に導くことができるので、各ＨＣ吸着材４０、４１にて吸着されるＨＣの量を増加させることができる。なお、図８のステップＳ３１を実行することにより、ＥＣＵ２０は本発明の炭化水素割合推定手段として機能する。

第２の形態において、排気通路４に設けられるＨＣ吸着材の数は２つに限定されない。排気通路４に互いに並列な４つ以上の分岐通路を設け、それらの分岐通路のうち１つを除く他の分岐通路のそれぞれに互いに吸着特性が異なるＨＣ吸着材が設けられていてもよい。この場合、これらの分岐通路に選択的に排気を導くべく排気通路４に排気流れ切替手段として複数の弁を設けてもよい。

本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、前段触媒及び後段触媒として設けられる触媒は三元触媒に限定されない。前段触媒及び後段触媒として吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、酸化触媒などが設けられてもよい。

本発明の第１の形態に係る排気浄化装置が組み込まれた内燃機関を示す図。ＨＣ吸着材の吸着特性の一例を示す図。図１のＥＣＵが実行する噴射弁制御ルーチンを示すフローチャート。図１のＥＣＵが実行する噴き分け率設定ルーチンを示すフローチャート。排気に含まれる複数種類のＨＣの割合の一例を炭素数別に示す図。本発明の第２の形態に係る排気浄化装置が組み込まれた内燃機関を示す図。図６のＥＣＵが実行する排気流れ切替弁制御ルーチンを示すフローチャート。排気流れ切替弁制御ルーチンの変形例を示すフローチャート。噴き分け率と排気中の高級ＨＣの割合との関係の一例を示す図。

符号の説明

１内燃機関
２気筒
３吸気通路
４排気通路
１１後段触媒（排気浄化触媒）
１２ＨＣ吸着材
１３筒内噴射弁
１４筒外噴射弁
２０エンジンコントロールユニット（噴射量設定手段、燃料噴射制御手段、動作制御手段、炭化水素割合推定手段）
３０第１分岐通路（分岐部）
３２第２分岐通路（分岐部）
３５排気流れ切替弁（排気流れ切替手段）
４０ＨＣ吸着材
４１ＨＣ吸着材

Claims

気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、前記気筒に接続された吸気通路内に燃料を噴射する筒外噴射弁と、１サイクルあたりに前記気筒に供給すべき目標燃料量を前記筒内噴射弁から噴射されるべき筒内噴射量と前記筒外噴射弁から噴射されるべき筒外噴射量とに配分する噴射量設定手段と、前記噴射量設定手段が設定した前記筒内噴射量及び前記筒外噴射量に基づいて前記筒内噴射弁及び前記筒外噴射弁の少なくともいずれか一方から燃料を噴射させる燃料噴射制御手段と、を備えた内燃機関に適用され、前記気筒に接続された排気通路に設けられ、排気に含まれる複数種類の炭化水素をそれぞれ所定の割合で吸着する吸着特性を有するＨＣ吸着材を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記噴射量設定手段は、前記内燃機関の始動時に前記筒内噴射弁及び前記筒外噴射弁の両方から燃料が噴射可能になってから所定の終了条件が成立するまでの間、前記気筒から排出された排気に含まれている前記複数種類の炭化水素の割合が前記ＨＣ吸着材の吸着特性に応じて設定された所定割合に調整されるように前記目標燃料量を前記筒内噴射量と前記筒外噴射量とに配分することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記噴射量設定手段は、前記内燃機関の始動時に前記筒内噴射弁及び前記筒外噴射弁の両方から燃料が噴射可能になってから所定の終了条件が成立するまでの間、前記ＨＣ吸着材を通過した排気中の炭化水素の量が最も少なくなるように前記目標燃料量を前記筒内噴射量と前記筒外噴射量とに配分することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記噴射量設定手段は、前記所定の終了条件の成立後、前記内燃機関の振動が抑制されるように前記目標燃料量を前記筒内噴射量と前記筒外噴射量とに配分することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
気筒内に燃料を噴射する筒内噴射弁と、前記気筒に接続された吸気通路内に燃料を噴射する筒外噴射弁と、１サイクルあたりに前記気筒に供給すべき目標燃料量を前記筒内噴射弁から噴射されるべき筒内噴射量と前記筒外噴射弁から噴射されるべき筒外噴射量とに配分する噴射量設定手段と、前記噴射量設定手段が設定した前記筒内噴射量及び前記筒外噴射量に基づいて前記筒内噴射弁及び前記筒外噴射弁の少なくともいずれか一方から燃料を噴射させる燃料噴射制御手段と、を備えた内燃機関に適用される排気浄化装置において、
前記気筒に接続された排気通路の互いに並列な複数の分岐部のうち互いに異なる分岐部に配置され、排気に含まれる複数種類の炭化水素のうち最も多く吸着する炭化水素の種類が互いに異なる複数のＨＣ吸着材と、前記気筒から排出された排気が前記複数の分岐部のいずれかに導かれるように排気の流れを切り替える排気流れ切替手段と、前記内燃機関の始動時から所定の終了条件が成立するまでの間、前記噴射量設定手段が設定した前記筒内噴射量と前記筒外噴射量との割合に基づいて排気が前記複数のＨＣ吸着材のいずれかに導かれるように前記排気流れ切替手段の動作を制御する動作制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記噴射量設定手段が設定した前記筒内噴射量と前記筒外噴射量との割合に基づいて前記気筒から排出される排気に含まれる複数種類の炭化水素のそれぞれの割合を推定する炭化水素割合推定手段をさらに備え、
前記動作制御手段は、前記内燃機関の始動時から所定の終了条件が成立するまでの間、前記炭化水素割合推定手段によって推定された前記複数種類の炭化水素のそれぞれの割合に基づいて前記気筒から排出された排気がその排気に含まれる複数種類の炭化水素が最も多く吸着されるＨＣ吸着材に導かれるように前記排気流れ切替手段の動作を制御することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。