JP2010031798A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の冷間始動時に排気ガス中の未浄化成分を吸着することのできる吸着材を備えた内燃機関の排気浄化装置に関し、吸着材に投入される熱量を高精度に制御することにより、より効率的な排気浄化を行う。
【解決手段】パージ処理実行条件が成立しているか否かを判定する（ステップ４００）。エンジン１０の機関情報に基づいて、投入熱量Ｈｉｎを推定する（ステップ４０４）。投入熱量Ｈｉｎに基づいて、Ｕ／Ｆ触媒１８の触媒床温Ｔｃ（Ｐｆ）を推定する（ステップ４０６）。投入熱量Ｈｉｎに基づいて、Ｕ／Ｆ触媒１８の最小触媒床温Ｔｃｍｉｎ（Ｐｆ）を推定する（ステップ４０８）。触媒床温Ｔｃ（Ｐｆ）と最小触媒床温Ｔｃｍｉｎ（Ｐｆ）とが等しくなる分配比Ｐｆを分配比Ｐｆｘとして特定する（ステップ４１０）。特定された分配比Ｐｆｘが実現されるようにバルブ２２を制御する。
【選択図】図１１

Description

この発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、特に、内燃機関の冷間始動時に排気ガス中の未浄化成分を吸着することのできる吸着材を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来、例えば、特開平６−２００７５０号公報に開示されるように、排気通路における排気浄化用触媒の上流から分岐したバイパス通路に、未燃ＨＣを吸着可能な吸着剤を配設した内燃機関の排気浄化装置が提案されている。排気浄化用触媒は低温時の活性度が低く、冷間始動時には未燃ＨＣを十分に浄化することができない。そこで、低温時でも未燃ＨＣを吸着できる吸着剤を備えることで、未燃ＨＣの大気中への排出を防止することとしている。

特開平６−２００７５０号公報 特開平６−９３８９７号公報 特開平５−５９９３７号公報

ところで、上記従来の排気浄化装置では、吸着剤に導入される排気ガスの温度を検知するための温度センサを備えている。そして、該吸着剤に導入される熱量は、かかる温度センサからの温度フィードバックによって制御されている。このため、排気ガスの温度が急激に変化した場合等においては、該吸着剤に導入される熱量を精度よく制御できないことが想定される。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、吸着材に投入される熱量を高精度に制御することにより、より効率的な排気浄化を行うことの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。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関から排出された排気ガスが流通するための主排気通路と、
前記主排気通路との上流側接続部において前記主排気通路から分岐し、前記上流側接続部より下流の下流側接続部において、再び前記主排気通路に合流するバイパス通路と、
前記バイパス通路に配置され、排気ガス中の未浄化成分を低温時に吸着し高温時に脱離する機能を有した吸着材と、
前記主排気通路における前記下流側接続部の下流側に設けられた触媒と、
前記上流側接続部から前記吸着材へ流入する排気ガスの熱を受けて、前記吸着材に吸着していた未浄化成分を脱離させるパージ手段と、を備え、
前記パージ手段は、
前記内燃機関の機関情報に基づいて、排気ガスから投入される投入熱量を推定する投入熱量推定手段と、
前記投入熱量に基づいて、前記吸着材へ流入する排気ガスの流量を制御する流量制御手段と、
を含むことを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
前記流量制御手段は、
排気ガスの流入先を前記吸着材と前記触媒とに分配する分配手段と、
前記吸着材に流入する排気ガスの投入熱量に基づいて、前記吸着材から脱離する未浄化成分の脱離量を推定する脱離量推定手段と、
前記触媒に流入する排気ガスの投入熱量に基づいて、前記触媒における未浄化成分の浄化可能量を推定する浄化可能量推定手段と、を含み
前記分配手段は、前記脱離量が前記浄化可能量以下となるように分配比を設定することを特徴とする。

第３の発明は、第２の発明において、
前記分配手段は、前記脱離量が前記浄化可能量と等しくなるように分配比を設定することを特徴とする。

第４の発明は、第１の発明において、
前記流量制御手段は、
前記吸着材から脱離する未浄化成分の脱離量の要求値（以下、要求脱離量）を設定する要求脱離量設定手段と、
前記吸着材において、前記要求脱離量の脱離に要する熱量（以下、要求熱量）を推定する要求熱量推定手段と、を含み、
前記吸着材へ流入する熱量が前記要求熱量となるように、前記吸着材へ流入する排気ガスの流量を制御することを特徴とする。

第５の発明は、第１の発明において、
前記流量制御手段は、
前記投入熱量に基づいて、前記吸着材から脱離する未浄化成分の脱離量を推定する脱離量推定手段と、
前記脱離量に相当する量の未浄化成分を浄化可能な前記触媒の最小温度を推定する最小温度推定手段と、
前記触媒の温度を取得する温度取得手段と、を含み、
前記触媒の温度が前記最小温度よりも高い場合に、前記吸着材へ排気ガスを流入させることを特徴とする。

第１の発明によれば、パージ手段を実行する場合に、排気ガスの投入熱量に基づいて、吸着材へ流入する排気ガスの流量が制御される。このため、本発明によれば、該吸着材から脱離する未浄化成分の脱離量を制御することができるので、触媒における未浄化成分の
浄化効率を有効に高めることができる。

第２の発明によれば、吸着材から脱離する未浄化成分の脱離量が、触媒における未浄化成分の浄化可能量以下になるように、排気ガスの分配比が設定される。吸着材における未浄化成分の脱離量は、該吸着材に流入する排気ガスの投入熱量に基づいて推定することができる。また、触媒における未浄化成分の浄化可能量は、該触媒に流入する排気ガスの投入熱量に基づいて推定することができる。このため、本発明によれば、脱離量が浄化可能量以下になるように、排気ガスの分配比を設定することができるので、触媒の浄化限界を超えた量の未浄化成分が該触媒に流入する事態を効果的に抑制することができる。

第３の発明によれば、脱離量が浄化可能量と等しくなるように、排気ガスの分配比が設定される。このため、本発明によれば、触媒の浄化限界を超えない範囲で、未浄化成分の脱離量を最大限に増やすことができるので、未浄化成分の浄化効率を効果的に高めることができる。

第４の発明によれば、吸着材に流入する排気ガスの熱量が、未浄化成分の要求脱離量の脱離に要する要求熱量となるように、該吸着材に流入する排気ガスの流量が制御される。このため、本発明によれば、未浄化成分の脱離量を任意に設定することができるので、触媒における浄化効率を高めることができる。

第５の発明によれば、投入熱量に基づいて未浄化成分の脱離量が推定され、この推定された脱離量の未浄化成分を浄化可能な触媒の最小温度が推定される。そして、触媒の温度が当該最小温度よりも高い場合に、排気ガスが該吸着材へ流入される。このため、本発明によれば、触媒の浄化限界を超えた量の未浄化成分が該触媒に流入する事態を効果的に抑制することができる。

以下、図面に基づいてこの発明の幾つかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１としての排気浄化装置を備える内燃機関システムの概略構成を説明するための図である。図１に示すとおり、本実施の形態の排気浄化システムは、内燃機関（以下、「エンジン」とも称す）１０を備えている。エンジン１０には、筒内に空気を取り込むための吸気通路１２と、筒内から排出された排気ガスが流れる排気通路１４とが接続されている。排気通路１４には、上流側から順に、排気ガスを浄化するための触媒としての前段触媒（以下、「Ｓ／Ｃ触媒」と称する）１６と後段触媒（以下、「Ｕ／Ｆ触媒」と称する）１８とが直列に配置されている。Ｕ／Ｆ触媒１８には、該触媒の床温を検知するための温度センサ３２が配設されている。

また、本実施の形態のシステムは、排気通路１４の一部を迂回するバイパス通路２０を備えている。バイパス通路２０は、Ｓ／Ｃ触媒１６の下流に位置する上流側接続部において排気通路１４から分岐し、当該上流側接続部の下流に位置する下流側接続部において再び排気通路１４に合流するように構成されている。上流側接続部には、排気ガスの流入先を排気通路１４側とバイパス通路２０側との間で切り替える、或いは所望の比率で分配するためのバルブ２２が配置されている。

バイパス通路２０の途中には、排気ガスに含まれる未燃ＨＣやＮＯｘを吸着する機能を有する吸着材２４が配置されている。そのような吸着材２４としては、例えば、Ｆｅイオン交換ゼオライト等の金属イオン交換ゼオライトを用いることができる。

本実施の形態のシステムは、図１に示すとおり、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)３０を備えている。ＥＣＵ３０の入力部には、エンジン１０を制御するための空燃比センサ、エアフロメータ、水温センサなど（何れも図示せず）の各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ３０の出力部には、上述したバルブ２２の他、エンジン１０を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ３０は、入力された各種の情報に基づいて、所定のプログラムに従って各機器を駆動する。

［実施の形態１の動作］
次に、ＥＣＵ３０によって制御されるシステムの動作について説明する。尚、ここでは、システムで実現される様々な動作のうち、吸着材２４に係る動作について説明する。

（冷間始動時における動作）
エンジン１０の冷間始動時には、筒内から排出される排気ガス中のＨＣ等の未燃ガスを吸着材２４に吸着させるための動作が行われる。具体的には、バルブ２２によって排気ガスの流入先がバイパス通路２０側に切り替えられる。

このような状態では、エンジン１０から排出された排気ガスの全部が、排気通路１４からバイパス通路２０へ導入される。バイパス通路２０へ導入された排気ガスは、吸着材２４を通過した後、再び排気通路１４に戻されて大気中に放出される。冷間始動時は、Ｓ／Ｃ触媒１６およびＵ／Ｆ触媒１８における活性が発現していないため、排気ガスに含まれる未燃ガスをこれらＳ／Ｃ触媒１６およびＵ／Ｆ触媒１８で浄化することができない。しかしながら、排気ガスの全部をバイパス通路２０に導入することで、排気ガスに含まれる未燃ガスは吸着材２４に吸着されて取り除かれる。これにより、Ｓ／Ｃ触媒１６およびＵ／Ｆ触媒１８で浄化できない未燃ガスが大気中に放出される事態を効果的に抑制することができる。

（触媒暖機後における動作）
エンジン１０の始動後は、Ｓ／Ｃ触媒１６に流れ込む排気ガスの温度が上昇することで、やがて、Ｓ／Ｃ触媒１６の温度は活性温度まで上昇する。Ｓ／Ｃ触媒１６が活性化することで、排気ガスに含まれる未燃ガスは、Ｓ／Ｃ触媒１６で浄化できるようになる。そこで、Ｓ／Ｃ触媒１６の温度が活性温度まで上昇したことが検出或いは推定されたら、バルブ２２が操作されて排気ガスの流入先がバイパス通路２０から排気通路１４へ切り替えられる。これにより、Ｓ／Ｃ触媒１６で浄化された排気ガスは、吸着材２４を経ることなく、そのまま排気通路１４を通って大気中に排出される。

（吸着ＨＣのパージ処理動作）
次に、エンジン１０の冷間始動時において、吸着材２４に吸着されたＨＣ（以下、「吸着ＨＣ」と称する）のパージ処理動作について説明する。上述したとおり、エンジン１０の冷間始動が開始されてからＳ／Ｃ触媒１６の活性が発現するまでの期間は、排気ガスがバイパス通路２０に導入され、該Ｓ／Ｃ触媒１６において浄化できなかったＨＣが吸着材２４に吸着される。これらの吸着ＨＣは、パージ実行条件が成立した場合に吸着材２４からパージされて、Ｕ／Ｆ触媒１８において浄化される。

つまり、エンジン１０の暖機運転が進行すると、やがて、エンジン１０から比較的離れた場所に配置されているＵ／Ｆ触媒１８の温度も活性温度まで上昇し、当該Ｕ／Ｆ触媒１８において未燃ガスを浄化できるようになる。そこで、Ｕ／Ｆ触媒１８の温度が活性温度まで上昇したことが検出或いは推定されたら、バルブ２２が操作されて排気ガスの流入先が排気通路１４からバイパス通路２０へ切り替えられる。これにより、筒内から排出された排気ガスがバイパス通路２０に導入される。その結果、始動後に比較的暖まってきた排気ガスが吸着材２４に導入されることで、吸着ＨＣが該吸着材２４から脱離し、排気通路１４の下流に配置されたＵ／Ｆ触媒１８によって浄化される。

（実施の形態１の特徴的動作）
次に、図２を参照して、本実施の形態１における特徴的動作について説明する。上述したとおり、吸着ＨＣのパージ処理動作においては、バルブ２２が操作されて、筒内から排出された高温の排気ガスが吸着材２４へ導入される。ここで、吸着材２４に吸着された吸着ＨＣの脱離量Ｍｄは、排気ガスから投入される投入熱量Ｈｉｎによって変化する。図２は、投入熱量Ｈｉｎと該吸着材２４から脱離するＨＣの脱離量Ｍｄとの関係を示す図である。この図に示すとおり、脱離量Ｍｄは、投入熱量Ｈｉｎが増加するに従い、所定のピーク値に到達し、それ以降徐々に減少する傾向を有している。このため、脱離量Ｍｄが多量となるピーク値近傍の区間においては、脱離ＨＣ等の還元剤に対して酸化剤が不足してしまい、Ｕ／Ｆ触媒１８において脱離ＨＣの全量を浄化することができないおそれがある。このように、吸着材２４から脱離するＨＣの脱離量Ｍｄを正確に把握していない場合においては、Ｕ／Ｆ触媒１８における浄化能力を最大限に利用することができず、エミッションが悪化してしまうおそれがある。

そこで、本実施の形態１では、投入熱量Ｈｉｎに基づいて、吸着ＨＣの脱離量Ｍｄを推定し、Ｕ／Ｆ触媒に流入する排気ガスの空燃比がストイキになるように制御することとする。より具体的には、先ず、投入熱量Ｈｉｎは、以下の式によって推定することができる。

ここで、Ｇａはエンジン１０へ吸入される吸入空気量、ＡＦＲは空燃比、ＴｃａｔはＳ／Ｃ触媒１６の推定温度を示している。また、ＥＣＵ３０は、上述した図２に示すマップを記憶している。したがって、かかるマップに従って、上式（１）で推定されたＨｉｎに対応する脱離量Ｍｄを特定することができる。

エンジン１０の空燃比は、脱離量Ｍｄを考慮して設定される。すなわち、脱離ＨＣを含む排気ガスの空燃比がストイキとなるように、燃料噴射量が設定される。これにより、Ｕ／Ｆ触媒１８における酸化剤の不足を効果的に補うことができ、エミッションの悪化を抑制することができる。

［実施の形態１における具体的処理］
次に、図３を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図２は、ＥＣＵ３０が、吸着ＨＣのパージ処理を実行するルーチンのフローチャートである。

図３に示すルーチンでは、先ず、パージ処理実行条件が成立しているか否かが判定される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、Ｕ／Ｆ触媒１８が所定の活性温度に達しているか否かが判定される。その結果、Ｕ／Ｆ触媒１８の温度が未だ所定の活性温度に達していない場合には、後段触媒１８において未だ未燃ガスを浄化することができないと判断され、次のステップに移行し、排気ガスの流入先が排気通路１４側に制御される（ステップ１０２）。ここでは、具体的には、バイパス通路２０を閉塞させるべく、バルブ２２が操作され、排気ガスの流入先が排気通路１４側に制御される。

一方、上記ステップ１００において、Ｕ／Ｆ触媒１８が所定の活性温度に達していると判定された場合には、Ｕ／Ｆ触媒１８において未燃ガスを浄化することができると判断され、次のステップに移行し、投入熱量Ｈｉｎが推定される（ステップ１０４）。ここでは、具体的には、エンジン１０の機関情報としての吸入空気量Ｇａ、空燃比ＡＦＲ、およびＳ／Ｃ触媒１６の推定温度Ｔｃａｔが上式（１）に代入される。

次に、脱離量Ｍｄが特定される（ステップ１０６）。ＥＣＵ３０は、上述した図２に示す関係のマップを記憶している。ここでは、具体的には、かかるマップに従って、上記ステップ１０４において推定された投入熱量Ｈｉｎに対応する脱離量Ｍｄが特定される。

次に、エンジン１０の空燃比が制御される（ステップ１０８）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０６において特定された脱離量Ｍｄを考慮して、脱離ＨＣを含む排気ガスがストイキとなるように、燃料噴射量が制御される。

次に、吸着ＨＣのパージ処理が実行される（ステップ１１０）。ここでは、具体的には、排気通路１４とバイパス通路２０とを連通させるべく、バルブ２２が操作され、排気ガスの流入先がバイパス通路２０側へ切り替えられる。

以上説明したとおり、本実施の形態１の排気浄化装置によれば、エンジン１０の機関情報に基づいて、排気ガスによる投入熱量Ｈｉｎ、および吸着ＨＣの脱離量Ｍｄを推定することができる。このため、投入熱量をセンサ等で直接検知する場合に比して、良好な制御応答性を確保することができる。

また、本実施の形態１の排気浄化装置によれば、推定された吸着ＨＣの脱離量Ｍｄを含めた空燃比制御を行うことができるので、Ｕ／Ｆ触媒１８において酸化剤が不足する事態を効果的に抑制することができる。これにより、未燃ＨＣの排出による排気エミッションの悪化を効果的に抑制することができる。

ところで、上述した実施の形態１においては、未燃ＨＣを吸着材２４に吸着させることとしているが、吸着材２４に吸着させる未浄化成分はＨＣに限られない。すなわち、エンジン１０の排気ガスに含まれる未浄化成分であれば、例えば、ＮＯｘを吸着するＮＯｘ吸着材を備える構成としてもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、排気通路１４が前記第１の発明における「主排気通路」に、Ｕ／Ｆ触媒１８が前記第１の発明における「触媒」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより、前記第１の発明における「投入熱量推定手段」が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより、前記第１の発明における「流量制御手段」が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより、前記第１の発明における「パージ手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
［実施の形態２の特徴］
次に、図４乃至図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ３０に後述する図７に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

上述した実施の形態１においては、パージ処理を実行する場合に、バルブ２２を操作して、排気ガスの全部をバイパス通路２０側へ導くこととしている。図４は、パージ処理の実行中における吸着ＨＣの脱離量Ｍｄの推移を示す図である。この図に示すとおり、排気ガスの全量をバイパス通路２０に導入している場合、脱離量Ｍｄの推移が局所的に大きくなっている。このため、ＨＣが多量に脱離する期間においては、Ｕ／Ｆ触媒１８へ導入される脱離ＨＣの量が、該Ｕ／Ｆ触媒１８の浄化限界量を超えてしまう事態も想定される。

そこで、本実施の形態２においては、パージ処理の実行中において、吸着材２４から脱離する吸着ＨＣの脱離量Ｍｄを任意に制御することとする。より具体的には、バルブ２２をリニアに制御して、バイパス流路２０側に流れる流量Ｆａと排気流路１４側に流れる流量Ｆｂとの分配比Ｐｆ（＝Ｆａ／（Ｆａ＋Ｆｂ））を可変に設定することとする。バイパス流路２０側に流れる流量Ｆａが減量されると、吸着材２４へ投入される投入熱量が少量になる。このため、ＨＣの脱離量Ｍｄを有効に減量することができる。

分配比Ｐｆを設定するにあたり、先ず、吸着材２４から脱離する脱離ＨＣの要求値（以下、「要求脱離量」と称する）Ｍｄｒが設定される。要求脱離量Ｍｄｒは、Ｕ／Ｆ触媒１８における浄化限界量を超えない範囲で、好ましくは脱離量Ｍｄが極力安定するように設定する。そして、次式（２）に従い、要求脱離量Ｍｄｒに対応する微小区間ｉの分配比Ｐｆ_ｉが演算される。

ここで、Ｇａ_ｉ、ＡＦＲ_ｉ、およびＴｃａｔ_ｉは、微小区間ｉにおけるエンジン１０の吸入空気量、空燃比、およびＳ／Ｃ触媒１６の推定温度をそれぞれ示している。つまり、上式（２）における分母は、微小区間ｉにおける排気ガスからの投入熱量を、分子は投入熱量から脱離量を演算する演算関数の逆関数の微分値を、それぞれ示している。

図５は、分配比Ｐｆとバルブ２２の開度との関係を示す図である。要求脱離量Ｍｄｒに対応するバルブ開度は、この図に示す関係に従って特定される。図６は、パージ処理において、要求脱離量Ｍｄｒを任意に設定した場合の一例を示す図である。この図に実線で示すとおり、例えば、脱離量Ｍｄが多量となる期間において、脱離量Ｍｄを安定化させることができる。これにより、脱離ＨＣがＵ／Ｆ触媒１８において浄化されずに排気されてしまう事態を効果的に抑制することができる。

［実施の形態２における具体的処理］
次に、図７を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図７は、ＥＣＵ３０が、吸着ＨＣのパージ処理を実行するルーチンのフローチャートである。

図７に示すルーチンでは、先ず、パージ処理実行条件が成立しているか否かが判定される（ステップ２００）。ここでは、具体的には、上記ステップ１００と同様の処理が実行される。その結果、パージ処理実行条件が成立していないと判定された場合には、次のステップに移行し、排気ガスの流入先が排気通路１４側に制御される（ステップ２０２）。ここでは、具体的には、バイパス通路２０を閉塞させるべく、バルブ２２が操作され、排気ガスの流入先が排気通路１４側に制御される。

一方、上記ステップ２００において、パージ処理実行条件が成立していると判定された場合には、次のステップに移行し、要求脱離量Ｍｄｒが設定される（ステップ２０４）。ここでは、具体的には、Ｕ／Ｆ触媒１８における浄化量限界を超えない範囲で脱離量Ｍｄが極力安定する値に設定される。

次に、分配比Ｐｆ_ｉが演算される（ステップ２０６）。ここでは、具体的には、上記ステップ２０４において設定された要求脱離量Ｍｄｒ、微小区間ｉの吸入空気量Ｇａ_ｉ、空燃比ＡＦＲ_ｉ、およびＳ／Ｃ触媒１６の推定温度Ｔｃａｔ_ｉが上式（２）に代入される。

次に、バルブ２２の開度が、分配比Ｐｆに基づいて制御される（ステップ２０８）。ＥＣＵ３０は、分配比Ｐｆとバルブ開度との関係を規定したマップを記憶している（図５参照）。ここでは、具体的には、上記ステップ２０６において演算された分配比Ｐｆｉに対応するバルブ開度が、かかるマップに従って特定される。そして、特定されたバルブ開度となるように、バルブ２２が制御される。

以上説明したとおり、本実施の形態２の排気浄化装置によれば、設定された要求脱離量Ｍｄｒを実現するためのバルブ開度を演算することができる。つまり、ＨＣの脱離量Ｍｄを任意に制御することができるので、Ｕ／Ｆ触媒１８に導入されるＨＣ量が該Ｕ／Ｆ触媒１８の浄化限界量を越えないように制御することができる。

ところで、上述した実施の形態２においては、未燃ＨＣを吸着材２４に吸着させることとしているが、吸着材２４に吸着させる未浄化成分はＨＣに限られない。すなわち、エンジン１０の排気ガスに含まれる未浄化成分であれば、例えば、ＮＯｘを吸着するＮＯｘ吸着材を備える構成としてもよい。

尚、上述した実施の形態２においては、排気通路１４が前記第１の発明における「主排気通路」に、Ｕ／Ｆ触媒１８が前記第１の発明における「触媒」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ３０が、上記ステップ２０８の処理を実行することにより、前記第１の発明における「流量制御手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ２０４の処理を実行することにより、前記第４の発明における「要求脱離量設定手段」が実現されている。

実施の形態３．
［実施の形態３の特徴］
次に、図８および図９を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ３０に後述する図９に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

Ｕ／Ｆ触媒１８におけるＨＣの浄化性能は、該Ｕ／Ｆ触媒１８の床温Ｔｃの大きさに応じて変化する。つまり、脱離量Ｍｄと、これらの脱離ＨＣの全部を浄化可能な床温Ｔｃの最小値Ｔｃｍｉｎとの間には、一定の相関関係が存在する。図８は、脱離量Ｍｄと最小触媒床温Ｔｃｍｉｎとの間の関係を示す図である。この図に示すとおり、脱離量Ｍｄが大きくなるほど、これらの脱離ＨＣを浄化可能な最小触媒床温Ｔｃｍｉｎは大きくなる。

そこで、本実施の形態３では、Ｕ／Ｆ触媒１８の床温Ｔｃが、脱離量Ｍｄから特定される最小触媒床温Ｔｃｍｉｎよりも大きい場合に、パージ処理を実行することとする。これにより、脱離ＨＣをＵ／Ｆ触媒１８において浄化できる条件が成立していない場合には、パージ処理が実行されないので、Ｕ／Ｆ触媒１８の下流に未燃ＨＣが排気されて排気エミッションが悪化する事態を効果的に抑制することができる。

［実施の形態３における具体的処理］
次に、図９を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図９は、ＥＣＵ３０が、吸着ＨＣのパージ処理を実行するルーチンのフローチャートである。

図９に示すルーチンでは、先ず、パージ処理実行条件が成立しているか否かが判定される（ステップ３００）。ここでは、具体的には、上記ステップ１００と同様の処理が実行される。その結果、パージ処理実行条件が成立していないと判定された場合には、次のステップに移行し、排気ガスの流入先が排気通路１４側に制御される（ステップ３０２）。ここでは、具体的には、バイパス通路２０を閉塞させるべく、バルブ２２が操作され、排気ガスの流入先が排気通路１４側に制御される。

一方、上記ステップ３００において、パージ処理実行条件が成立していると判定された場合には、次のステップに移行し、脱離量Ｍｄが推定される（ステップ３０４）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０４〜１０６と同様の処理が実行される。

次に、Ｕ／Ｆ触媒１８の最小触媒床温Ｔｃｍｉｎが特定される（ステップ３０６）。ＥＣＵ３０は、脱離量Ｍｄと最小触媒床温Ｔｃｍｉｎとの関係を規定したマップを記憶している（図８参照）。ここでは、具体的には、かかるマップに従って、上記ステップ３０４において推定された脱離量Ｍｄに対応する最小触媒床温Ｔｃｍｉｎが特定される。

次に、Ｕ／Ｆ触媒１８の床温Ｔｃが取得される（ステップ３０８）。ここでは、具体的には、温度センサ３２によって触媒床温Ｔｃが検出される。

次に、触媒床温Ｔｃが最小触媒床温Ｔｃｍｉｎより大きいか否かが判定される（ステップ３１０）。ここでは、具体的には、上記ステップ３０６において特定されたＴｃｍｉｎと、上記ステップ３０８において取得されたＴｃとの大小関係が比較される。その結果、Ｔｃ＞Ｔｖｍｉｎの成立が認められない場合には、Ｕ／Ｆ触媒１８において脱離ＨＣの全部を浄化することができないと判断されて、上記ステップ３０２に移行し、排気ガスの流入先が排気通路１４側に制御される。

一方、上記ステップ３１０において、Ｔｃ＞Ｔｃｍｉｎの成立が認められた場合には、Ｕ／Ｆ触媒１８において脱離ＨＣの全部を浄化可能と判断されて、次のステップに移行し、排気ガスの流入先がバイパス通路２０側へ制御される（ステップ３１２）。ここでは、具体的には、バルブ２２が操作され、排気ガスの流入先がバイパス通路２０側へ制御される。

以上説明したとおり、本実施の形態３の排気浄化装置によれば、吸着ＨＣの脱離量Ｍｄが推定され、これらの脱離ＨＣの全部をＵ／Ｆ触媒１８において浄化可能な場合にパージ処理が実行される。これにより、未燃ＨＣがＵ／Ｆ触媒１８の下流に排気されてエミッションが悪化する事態を効果的に抑制することができる。

ところで、上述した実施の形態３においては、未燃ＨＣを吸着材２４に吸着させることとしているが、吸着材２４に吸着させる未浄化成分はＨＣに限られない。すなわち、エンジン１０の排気ガスに含まれる未浄化成分であれば、例えば、ＮＯｘを吸着するＮＯｘ吸着材を備える構成としてもよい。

また、上述した実施の形態３においては、Ｕ／Ｆ触媒１８の触媒床温Ｔｃを温度センサ３２により検出することとしているが、触媒床温Ｔｃを取得する方法はこれに限られない。すなわち、エンジン１０の機関情報に基づいて、触媒床温Ｔｃを推定することとしてもよい。

尚、上述した実施の形態３においては、排気通路１４が前記第１の発明における「主排気通路」に、Ｕ／Ｆ触媒１８が前記第１の発明における「触媒」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ３０が、上記ステップ３１２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「流量制御手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ３０４の処理を実行することにより、前記第５の発明における「脱離量推定手段」が、上記ステップ３０６の処理を実行することにより、前記第５の発明における「最小温度推定手段」が、上記ステップ３０８の処理を実行することにより、前記第５の発明における「温度検出手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態４．
［実施の形態４の特徴］
次に、図１０および図１１を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ３０に後述する図１１に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

触媒床温Ｔｃ（Ｐｆ）および最小触媒床温Ｔｃｍｉｎ（Ｐｆ）は、それぞれ分配比Ｐｆに応じて変化する。図１０は、分配比Ｐｆに対するＵ／Ｆ触媒１８の床温Ｔｃ（Ｐｆ）および最小触媒床温Ｔｃｍｉｎ（Ｐｆ）の変化を示す図である。この図に鎖線Ｌ１で示すとおり、Ｕ／Ｆ触媒１８の床温Ｔｃ（Ｐｆ）は、分配比Ｐｆが大きくなるほど小さくなっている。これは、分配比Ｐｆが大きいほど、バルブ２２から排気通路１６側へ流入する排気ガス量が少量となるためである。

一方、図１０に実線Ｌ２で示すとおり、Ｕ／Ｆ触媒１８の最小触媒床温Ｔｃｍｉｎ（Ｐｆ）は、分配比Ｐｆが大きいほど大きくなっている。これは、分配比Ｐｆが大きいほど、バルブ２２からバイパス通路２０側へ流入する排気ガス量が多量となり、脱離量Ｍｄがより多量になるためである。

ここで、実施の形態３において上述したとおり、触媒床温Ｔｃ（Ｐｆ）が最小触媒床温Ｔｃｍｉｎ（Ｐｆ）より大きい場合においては、脱離ＨＣの全部をＵ／Ｆ触媒１８において浄化することができる。したがって、この図に示すとおり、分配比Ｐｆが図中の鎖線Ｌ１と実線Ｌ２が交差するＰｆｘ以下となる範囲であれば、脱離ＨＣの全量をＵ／Ｆ触媒１８において浄化することができる。

そこで、本実施の形態４では、パージ処理を実行する場合に、分配比Ｐｆが、脱離ＨＣの全量をＵ／Ｆ触媒１８において浄化することができる範囲で、脱離量Ｍｄが最大となる分配比Ｐｆｘとなるように制御することとする。これにより、パージ処理実行中の排気エミッションの悪化を抑制しつつ、脱離ＨＣの浄化量を最大限に高めることができる。

［実施の形態４における具体的処理］
次に、図１１を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図１１は、ＥＣＵ３０が、吸着ＨＣのパージ処理を実行するルーチンのフローチャートである。

図１１に示すルーチンでは、先ず、パージ処理実行条件が成立しているか否かが判定される（ステップ４００）。ここでは、具体的には、上記ステップ１００と同様の処理が実行される。その結果、パージ処理実行条件が成立していないと判定された場合には、次のステップに移行し、排気ガスの流入先が排気通路１４側に制御される（ステップ４０２）。ここでは、具体的には、バイパス通路２０を閉塞させるべく、バルブ２２が操作され、排気ガスの流入先が排気通路１４側に制御される。

一方、上記ステップ４００において、パージ処理実行条件が成立していると判定された場合には、次のステップに移行し、投入熱量Ｈｉｎが推定される（ステップ４０４）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０４と同様の処理が実行される。

次に、Ｕ／Ｆ触媒１８の触媒床温Ｔｃ（Ｐｆ）が推定される（ステップ４０６）。ここでは、具体的には、先ず、上記ステップ４０４において推定された投入熱量Ｈｉｎに基づいて、Ｕ／Ｆ触媒１８へ投入される熱量Ｈｉｎ×（１−Ｐｆ）が分配比Ｐｆの関数として推定される。ＥＣＵ３０は、Ｕ／Ｆ触媒１８に投入される熱量と触媒昇温Ｔｃとの関係を規定したマップを記憶している。ここでは、具体的には、かかるマップに従って、投入熱量に対応する触媒床温Ｔｃ（Ｐｆ）が特定される。

次に、Ｕ／Ｆ触媒１８の最小触媒床温Ｔｃｍｉｎ（Ｐｆ）が推定される（ステップ４０８）。ここでは、具体的には、先ず、上記ステップ４０４において推定された投入熱量Ｈｉｎに基づいて、吸着材２４へ投入される熱量Ｈｉｎ×Ｐｆが分配比Ｐｆの関数として推定される。次いで、投入熱量Ｈｉｎ×Ｐｆに対応する脱離量Ｍｄ（Ｐｆ）が推定される。ここでは、具体的には、上記ステップ１０６と同様の処理が実行される。ＥＣＵ３０は、脱離量Ｍｄ（Ｐｆ）と最小触媒昇温Ｔｃｍｉｎ（Ｐｆ）との関係を規定したマップを記憶している。ここでは、具体的には、かかるマップに従って、脱離量Ｍｄ（Ｐｆ）に対応する最小触媒床温Ｔｃｍｉｎ（Ｐｆ）が特定される。

つぎに、分配比Ｐｆｘが特定される（ステップ４１０）。ここでは、具体的には、上記ステップ４０６において推定された触媒床温Ｔｃ（Ｐｆ）と、上記ステップ４０８において推定された最小触媒床温Ｔｃｍｉｎ（Ｐｆ）とが等しくなる分配比Ｐｆが分配比Ｐｆｘとして特定される。

次に、バルブ２２の開度が制御される（ステップ４１２）。ここでは、具体的には、上記ステップ４１０において特定された分配比Ｐｆｘが実現されるようにバルブ２２が制御される。

以上説明したとおり、本実施の形態４の排気浄化システムによれば、推定された投入熱量Ｈｉｎに基づいて、Ｕ／Ｆ触媒１８の触媒床温Ｔｃ（Ｐｆ）と最小触媒床温Ｔｃｍｉｎ（Ｐｆ）とが等しくなる分配比Ｐｆｘを特定することができる。これにより、脱離ＨＣの全量をＵ／Ｆ触媒１８において浄化することができる範囲で、脱離量Ｍｄを最大とすることができるので、パージ処理実行中の排気エミッションの悪化を抑制しつつ、吸着ＨＣの浄化効率を最大限に高めることができる。

ところで、上述した実施の形態４においては、未燃ＨＣを吸着材２４に吸着させることとしているが、吸着材２４に吸着させる未浄化成分はＨＣに限られない。すなわち、エンジン１０の排気ガスに含まれる未浄化成分であれば、例えば、ＮＯｘを吸着するＮＯｘ吸着材を備える構成としてもよい。

また、上述した実施の形態４においては、触媒床温Ｔｃ（Ｐｆ）と最小触媒床温Ｔｃｍｉｎ（Ｐｆ）とが等しくなる分配比Ｐｆｘを設定することとしているが、設定される分配比はＰｆｘに限られない。すなわち、触媒床温Ｔｃ（Ｐｆ）が最小触媒床温Ｔｃｍｉｎ（Ｐｆ）よりも大きい範囲で分配比Ｐｆを設定することとすれば、少なくとも、脱離ＨＣがＵ／Ｆ触媒１８の浄化可能量を越えて流入する事態を抑制することができるので、排気エミッションの悪化を効果的に抑制することができる。

また、上述した実施の形態４においては、触媒床温Ｔｃ（Ｐｆ）と最小触媒床温Ｔｃｍｉｎ（Ｐｆ）とが等しくなる分配比Ｐｆｘを設定することとしているが、分配比Ｐｆの設定に使用される値はこれらに限られない。すなわち、分配比の関数で表される脱離量と分配比の関数で表される浄化可能量とを比較することができるのであれば、温度に限らず他の物理量に基づいて分配比Ｐｆｘを設定することとしてもよい。

尚、上述した実施の形態４においては、排気通路１４が前記第１の発明における「主排気通路」に、Ｕ／Ｆ触媒１８が前記第１の発明における「触媒」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ３０が、上記ステップ３１２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「流量制御手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ４０８の処理を実行することにより、前記第２の発明における「浄化可能量推定手段」が、上記ステップ４１０の処理を実行することにより、前記第２の発明における「分配手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ４１０の処理を実行することにより、前記第３の発明における「分配手段」が実現されている。

本発明の実施の形態に係る排気浄化装置の構成を説明するための図である。 投入熱量Ｈｉｎと該吸着材２４から脱離するＨＣの脱離量Ｍｄとの関係を示す図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 パージ処理の実行中における吸着ＨＣの脱離量Ｍｄの推移を示す図である。 分配比Ｐｆとバルブ２２の開度との関係を示す図である。 パージ処理において、要求脱離量Ｍｄｒを任意に設定した場合の一例を示す図である。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。 脱離量Ｍｄと最小触媒床温Ｔｃｍｉｎとの間の関係を示す図である。 本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。 分配比Ｐｆに対するＵ／Ｆ触媒１８の床温Ｔｃ（Ｐｆ）および最小触媒床温Ｔｃｍｉｎ（Ｐｆ）の変化を示す図である。 本発明の実施の形態４において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関（エンジン）
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
１６ Ｓ／Ｃ触媒
１８ Ｕ／Ｆ触媒
２０ バイパス通路
２２ バルブ
２４ 吸着材
３０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
３２ 温度センサ

Claims (5)

1. 内燃機関から排出された排気ガスが流通するための主排気通路と、
   前記主排気通路との上流側接続部において前記主排気通路から分岐し、前記上流側接続部より下流の下流側接続部において、再び前記主排気通路に合流するバイパス通路と、
   前記バイパス通路に配置され、排気ガス中の未浄化成分を低温時に吸着し高温時に脱離する機能を有した吸着材と、
   前記主排気通路における前記下流側接続部の下流側に設けられた触媒と、
   前記上流側接続部から前記吸着材へ流入する排気ガスの熱を受けて、前記吸着材に吸着していた未浄化成分を脱離させるパージ手段と、を備え、
   前記パージ手段は、
   前記内燃機関の機関情報に基づいて、排気ガスから投入される投入熱量を推定する投入熱量推定手段と、
   前記投入熱量に基づいて、前記吸着材へ流入する排気ガスの流量を制御する流量制御手段と、
   を含むことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記流量制御手段は、
   排気ガスの流入先を前記吸着材と前記触媒とに分配する分配手段と、
   前記吸着材に流入する排気ガスの投入熱量に基づいて、前記吸着材から脱離する未浄化成分の脱離量を推定する脱離量推定手段と、
   前記触媒に流入する排気ガスの投入熱量に基づいて、前記触媒における未浄化成分の浄化可能量を推定する浄化可能量推定手段と、を含み
   前記分配手段は、前記脱離量が前記浄化可能量以下となるように分配比を設定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記分配手段は、前記脱離量が前記浄化可能量と等しくなるように分配比を設定することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記流量制御手段は、
   前記吸着材から脱離する未浄化成分の脱離量の要求値（以下、要求脱離量）を設定する要求脱離量設定手段と、
   前記吸着材において、前記要求脱離量の脱離に要する熱量（以下、要求熱量）を推定する要求熱量推定手段と、を含み、
   前記吸着材へ流入する熱量が前記要求熱量となるように、前記吸着材へ流入する排気ガスの流量を制御することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記流量制御手段は、
   前記投入熱量に基づいて、前記吸着材から脱離する未浄化成分の脱離量を推定する脱離量推定手段と、
   前記脱離量に相当する量の未浄化成分を浄化可能な前記触媒の最小温度を推定する最小温度推定手段と、
   前記触媒の温度を取得する温度取得手段と、を含み、
   前記触媒の温度が前記最小温度よりも高い場合に、前記吸着材へ排気ガスを流入させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。

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