JP2010071217A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒層を新たに追加することなく、冷間始動時のＨＣ及びＮＯｘの双方を効率よく浄化可能な装置を提供する。
【解決手段】過給機（６）と、排気管（９）に配置される三元触媒（１２）と、この三元触媒（１２）の下流に配置されるＨＣトラップ触媒（１３）と、三元触媒（１２）とこのＨＣトラップ触媒（１３）の間にある排気管（９）から分岐して吸気管（２）に合流するＥＧＲ通路（１７）と、このＥＧＲ通路（１７）を開閉するＥＧＲ弁（１８）と、吸気管の圧力を検出する吸気管圧力検出手段（２３）と、ＨＣトラップ触媒（１３）からＨＣが脱離する条件のときにこの吸気管圧力検出手段（２３）により検出される吸気管圧力が大気圧を超えていればまたは閾値以上にあればＥＧＲ弁（１８）を開く開弁制御手段（２１）とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明は、エンジン（内燃機関）の排気浄化装置に係り、詳しくはエンジンの冷間始動時においてＨＣ（炭化水素）及びＮＯｘ（窒素酸化物）の双方を効率よく浄化可能な排気浄化装置に関する。

排気管に、ＨＣ吸着機能を有するＨＣ吸着材を含む第１触媒層と、第１触媒の表面に形成されかつ白金、ロジウム及びパラジウムからなる群より選択される少なくとも一つの貴金属とＮＯｘ吸蔵機能を有するＮＯｘ吸蔵材とを含む第２触媒層とを備えたＨＣトラップを設け、第１触媒層のＨＣ吸着材に吸着されたＨＣが脱離するとき、ＨＣトラップの周辺の酸素濃度が大きくなるように制御し、第２触媒層のＮＯｘ吸着材に吸蔵されたノックをパージする条件が成立したとき、ＨＣトラップの周辺の酸素濃度が小さくなるよう制御するものがある（特許文献１参照）。
特開２００３−２３６３３９号公報

このものによれば、冷間始動時には、第１触媒層のＨＣ吸着材の有するＨＣ吸着機能によってＨＣが良好に吸着され、第２触媒層のＮＯｘ吸蔵材の有するＮＯｘ吸蔵機能によってＮＯｘが良好に吸蔵され、ＨＣ及びＮＯｘの双方が効率よく浄化可能とされる。一方、第１触媒層のＨＣ吸着材に吸着されたＨＣが脱離すると、ＨＣトラップ周辺の酸素濃度が大きくなるように制御されて、脱離したＨＣが良好に酸化除去され、この際には余剰酸素によってＮＯｘが生成されるが、当該ＮＯｘは第２触媒層のＮＯｘ吸蔵材に吸蔵される。ＮＯｘ吸蔵材に吸蔵されたＮＯｘをパージする条件が成立すると、ＨＣトラップの周辺の酸素濃度が小さくなるように制御され、ＮＯｘ吸蔵材に吸蔵されたＮＯｘが良好に還元除去される。

ところで、上記特許文献１の技術では、白金、ロジウム及びパラジウムからなる群より選択される少なくとも一つの貴金属とＮＯｘ吸蔵機能を有するＮＯｘ吸蔵材とを含む第２触媒層を新たに追加する必要があり、コストが高くなる。

そこで本発明は、第２触媒層を新たに追加することなく、エンジン冷間始動時のＨＣ及びＮＯｘの双方を効率よく浄化可能な装置を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、吸入空気を過給する過給機（６）と、排気管（９）に配置される三元触媒（１２）と、この三元触媒（１２）の下流に配置され、エンジンの冷間時に排出されるＨＣをトラップし、排気温度が所定値以上に上昇したときトラップしているＨＣを脱離して酸化するＨＣトラップ触媒（１３）と、前記三元触媒（１２）とこのＨＣトラップ触媒（１３）の間にある排気管（９）から分岐して吸気管（２）に合流するＥＧＲ通路（１７）と、このＥＧＲ通路（１７）を開閉するＥＧＲ弁（１８）と、前記吸気管の圧力を検出する吸気管圧力検出手段（２３）と、前記ＨＣトラップ触媒（１３）からＨＣが脱離する条件のときにこの吸気管圧力検出手段により検出される吸気管圧力が大気圧を超えていればまたは閾値以上にあれば前記ＥＧＲ弁（１８）を開く開弁制御手段とを備える。

本発明によれば、吸入空気を過給する過給機（６）と、排気管（９）に配置される三元触媒（１２）と、この三元触媒（１２）の下流に配置され、エンジンの冷間時に排出されるＨＣをトラップし、排気温度が所定値以上に上昇したときトラップしているＨＣを脱離して酸化するＨＣトラップ触媒（１３）と、前記三元触媒（１２）とこのＨＣトラップ触媒（１３）の間にある排気管（９）から分岐して吸気管（２）に合流するＥＧＲ通路（１７）と、このＥＧＲ通路（１７）を開閉するＥＧＲ弁（１８）と、吸気管の圧力を検出する吸気管圧力検出手段（２３）と、ＨＣトラップ触媒（１３）からＨＣが脱離する条件のときにこの吸気管圧力検出手段により検出される吸気管圧力が大気圧を超えていればまたは閾値以上にあれば前記ＥＧＲ弁（１８）を開く開弁制御手段とを備えるので、上記特許文献１のように第２触媒層を新たに追加することをしなくても、三元触媒（１２）によりＮＯｘの浄化を図りつつＨＣトラップ触媒（１３）に酸素を供給することができ、これによりＮＯｘの浄化率とＨＣ、ＣＯの浄化率とを共に向上させることができる。

なお、ＨＣトラップ触媒（１３）からＨＣが脱離する条件のときにＨＣトラップ触媒に酸素を供給する方法として、２次空気供給装置を設け、ＨＣトラップ触媒の上流に２次空気を供給する方法がある。しかしながら、この２次空気供給方法では、２次空気供給装置が必要となり、コストが上昇する。これに対して本発明によれば２次空気供給装置を設けることは必要でない。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は車両に搭載された本発明に係るエンジンの排気浄化装置の概略構成図である。

図１において、吸気管２は吸気通路３、コレクタ４、吸気マニホールド５からなり、吸気通路３に過給機６とスロットルチャンバ７とが介装されている。空気は過給機６で過給され、スロットルチャンバ７内にあるスロットル弁により調量されて、コレクタ４に入り、吸気マニホールド５により分配されてエンジン１の各気筒に供給される。

燃料は吸気ポートにあるいは燃焼室８に臨んで設けられている燃料噴射弁１５（燃料供給装置）から気筒別に供給される。

排気管９は排気マニホールド１０、メイン排気通路１１からなり、排気マニホールド１０の集合部１０ａ近傍のメイン排気通路１１に三元触媒１２を、その下流に床下触媒としてのＨＣトラップ触媒１３を備えている。燃焼室８内で燃焼したガスは排気マニホールド１０に排出され、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘはこれら触媒１２、１３によって浄化される。

三元触媒１２は、活性化後に理論空燃比を中心とするいわゆるウインドウ内に空燃比を収めるときにＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを同時に浄化する。ただし、三元触媒１２は活性化するまでは、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化できずに下流にそのまま吐出してしまう。この下流に吐出されてしまうＨＣをトラップするのがＨＣトラップ触媒１３である。すなわち、ＨＣトラップ触媒１３は触媒温度が低いときに排気中のＨＣを吸着（トラップ）し、高温の脱離開始温度（例えば約１００℃程度以上）になったら吸着（トラップ）していたＨＣを脱離するＨＣ吸着材と、触媒温度が高くなったら活性化して、ＨＣ吸着材より脱離してくるＨＣを酸化剤により酸化（浄化）する三元触媒とを組み合わせたものである。

一方、排気の一部を吸気管２に還流するＥＧＲ装置１６を備える。すなわち、ＥＧＲ装置１６は、三元触媒１２とＨＣトラップ触媒１３との間の排気通路１１より分岐してコレクタ４に合流するＥＧＲ通路１７と、このＥＧＲ通路１７のガス流量を調整するためのＥＧＲ制御弁１８とから構成されている。

入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央演算装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたエンジンコントローラ２１では、燃料噴射弁１５からの燃料噴射量とＥＧＲ弁１８の開度とを運転条件（回転速度と負荷）に応じて制御する。

また、上記の三元触媒１２は理論空燃比を中心とするいわゆるウインドウ内に空燃比を収めるときにＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを同時に浄化することができるため、エンジンコントローラ２１では、三元触媒１２上流のＯ₂センサ２５出力に基づいて空燃比フィードバック制御を行う。空燃比フィードバック制御はこれに限られるものでなく、三元触媒上流の空燃比センサの出力と三元触媒下流のＯ₂センサの出力とに基づいて三元触媒の酸素ストレージ量が目標値となるように空燃比フィードバック制御を行うものであってもかまわない。

さて、本発明では、吸入空気を過給する上記の過給機６とＥＧＲ装置１６とを備えるエンジンを前提として、ＨＣトラップ触媒１３からＨＣが脱離してくる期間（脱離期間）でかつ過給圧が大気圧を超えているときにＥＧＲ弁１８を所定開度まで開くものである。

ここで、過給圧は図２に示したようにエンジン回転速度とエンジン負荷に応じて制御される。なお、過給機６はターボチャージャであってもよいし、機械式過給機であってもかまわない。ターボチャージャであるときには排気マニホールド１０の集合部１０ａと三元触媒１２上流のＯ₂センサ２５との間に排気タービンが介装される。ここでのターボチャージャは可変ノズルを備えないものを考えているが、可変ノズルを備えるものでもかまわない。本発明では過給機を備えていれば良く、本発明のために特別に過給圧を制御することはない。

ＥＧＲ装置１６も同様である。ＥＧＲ装置１６の制御方法は問わない。例えば、エンジン回転速度とエンジン負荷に応じてＥＧＲ弁１８の開度を制御したり、所定の運転領域でのみＥＧＲ弁１８を開くようにしているものがあるが、いずれでもかまわない。こうした制御を「通常制御」というものとすると、本発明では、後述する脱離期間に限っては、この通常制御に優先して本発明の制御を行うこととなる。

本発明に係る制御の内容を図３、図４を参照してさらに説明する。図３、図４はエンジンを冷間状態にあるｔ０のタイミングで始動して車両を所定の条件（町乗りに相当）で運転したときに車速、ＨＣトラップ触媒１３の触媒温度（図では「ＨＣＴ ＢＥＤ温度」）、ｔ０の始動タイミングからの空気量積算値、スロットルチャンバ７下流の吸気管圧力（図では「ブースト圧」）、ＥＧＲ弁１８の開閉状態、ＨＣトラップ触媒１３の入口空燃比（図では「ＨＣＴ入口Ａ／Ｆ」）、ＨＣトラップ触媒出口のＨＣ濃度、ＨＣトラップ触媒出口のＮＯｘ濃度がどうなるかを示したものである。ただし、図４においては、最上段から第４段目までは図３の最上段、第４段目、第５段目、第６段目と同じであり、また図４では図３の第２段目と第３段目を省略している。また、図３、図４において横軸のスケールは同じであり、縦軸も共通の項目は同じスケールとしてある。

図３の第２段目と第３段目はＨＣトラップ触媒１０からのＨＣの脱離開始とＨＣの脱離終了とがどうなるかを示している。図３第２段目に示したように、触媒温度はｔ０のタイミングより急激に上昇して一定温度になっている。ＨＣトラップ触媒１３は星印で示した温度（脱離開始温度で約１００℃程度）に到達するｔ１のタイミングの前には排気中のＨＣをトラップするが、ｔ１のあと（脱離開始温度に到達した後）には、それまでにトラップしていたＨＣを脱離する。

ＨＣトラップ触媒１３からのＨＣ脱離量は、ＨＣ吸着材の量と始動タイミングから触媒１３を流れた空気量の合計とで決まる。ＨＣ吸着材の量は仕様により予め決まっているので、始動タイミングから触媒１０を流れた空気量の合計をみれば、触媒１３からのＨＣの脱離を終了したか否かが分かる。すなわち、図３第３段目に示したように、始動タイミングからの空気流量積算値が所定値に到達するｔ７のタイミングで触媒１３からのＨＣの脱離が終了する。

吸気管圧力Ｐｂ（コレクタ４の圧力）はアクセルペダルに応動するスロットルバルブの開度変化に従って大きく変動している。この場合に、吸気管圧力Ｐｂが大気圧を超える領域が過給域となる。

本発明では、この過給域の下限の圧力（＝大気圧）より所定の余裕代だけ高い圧力をＥＧＲ弁１８を開くための閾値Ｐ１として定め、吸気管圧力Ｐｂがこの閾値Ｐ１以上となるときＥＧＲ弁１８を所定開度で所定時間ＴＭ１だけ開くようにする。閾値Ｐ１を定めた理由はＨＣトラップ触媒１３への空気供給を確実にするためである。もちろん、吸気管圧力Ｐｂが大気圧を超えていればＥＧＲ弁１８を所定開度で所定時間ＴＭ１だけ開くようにしてもかまわない。

ここで、吸気管圧力Ｐｂが閾値Ｐ１以上となっている状態においてＥＧＲ弁１８の前後で圧力がどうなっているかを考えてみると、過給機６が働いていればコレクタ４の位置では大気圧よりも高い状態（過給状態）にある。一方、排気マニホールド１０の集合部１０ａでは、燃焼による圧力が加わるためコレクタ４位置よりも圧力がさらに高くなる。しかしながら、三元触媒１２の出口になると、大気圧程度まで圧力が低下することを実験あるいはシミュレーションにより本発明者が確かめている。従って、過給機６が作動状態にありＥＧＲ弁１８前後に圧力差を生じている状態でＥＧＲ弁１８を開くと、エンジン本体をバイパスして、コレクタ４内の新気を直接的にＨＣトラップ触媒１３の上流のメイン排気通路１１に供給することができる。

このように、本発明は、ＨＣトラップ触媒１３からのＨＣの脱離期間中に過給状態になることがあることに着目し、このとき、ＥＧＲ通路１７のメイン排気通路１１からの分岐部１７ａを三元触媒１２の下流でかつＨＣトラップ触媒１３の上流のメイン排気通路１１とすれば、当該分岐部１７ａと過給機６下流にあるコレクタ４との間に圧力差が生じ、この圧力差を利用してＨＣトラップ触媒１３にだけ酸素を供給できることに思い至ったことからなされたものである。

この場合、所定時間ＴＭ１は長いほうが好ましいが、吸気管圧力Ｐｂは過給機６の作動状態に応じて時々刻々に大きく変化するため、吸気管圧力Ｐｂが閾値Ｐ１以上となっている状態が長く続くことは期待できない。そこで、確実に吸気管圧力Ｐｂが閾値Ｐ１以上となっている期間を実験により確かめ、この期間を所定時間ＴＭ１として設定する。このため、図３第５段目、図４第４段目に示したように、吸気管圧力Ｐｂが閾値Ｐ１以上である過給状態となるｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６の各タイミングでＥＧＲ弁１８が所定開度まで開かれている。

ＨＣトラップ触媒１３からのＨＣの脱離中に、過給状態になる度にＥＧＲ弁１８を開くのは、ＨＣトラップ触媒１３の上流に酸素を供給しＨＣトラップ触媒１３より脱離されるＨＣをこの供給酸素によって酸化するためであるから、脱離されるＨＣ量の酸化に必要な酸素量が与えられるように、ＥＧＲ弁１８を流れる空気流量、つまりＥＧＲ弁１８の開度を定める必要がある。ここで、ＨＣトラップ触媒１３に供給される空気量（酸素量）はＥＧＲ弁１８の開度（あるいは開口面積）と、ＥＧＲ弁１８を開いている所定時間ＴＭ１とにより定まる。この場合、所定時間ＴＭ１は上記のように短い時間であるので、脱離されるＨＣ量の酸化に必要な酸素量が与えられるように、ＥＧＲ弁１８を開く所定開度を適合により予め定めておく。この所定開度は簡単には一定値でよい。

このように、ＥＧＲ弁１８を開くタイミング、ＥＧＲ弁１８をどの程度開くか（つまり所定開度）、ＥＧＲ弁１８を開いている期間（所定時間ＴＭ１）を定めると、図３第５段目、図４第４段目に示したように、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６の各タイミングで所定量の酸素がＨＣトラップ触媒１３の直ぐ上流に供給されるため、ＨＣトラップ触媒１３の入口空燃比が一時的にリーン側に振れている。なお、ＨＣトラップ触媒１３の入口空燃比が一時的にリーン側に振れる期間以外では、空燃比が理論空燃比を中心とする所定幅内で振れている。この所定幅はいわゆるウインドウである。

上記ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６の各タイミングでＨＣトラップ触媒１３の入口空燃比をリーン化して排気中の酸素濃度を大きくすると、ＨＣトラップ触媒１３の一部を構成する三元触媒が、この大きくなった酸素濃度雰囲気中の酸素をストレージすると共に、このストレージした酸素を酸化剤として用いて、脱離されるＨＣを酸化（浄化）することとなり、図３最下段に破線で示したように、ＥＧＲ弁１８を全閉状態にしたままの場合（図では「ＨＣＴ出口（従来）」と記している。）と比較してＨＣ濃度が大きく低下している。

また、本実施形態によれば、図４最下段に実線で示したようにエンジンアウト（燃焼室８を出たところ）のＮＯｘ濃度は大きくても、三元触媒１２出口では、太実線で示したようにＮＯｘ濃度は殆どゼロの状態に保たれている。このようにＮＯｘ濃度が殆どゼロの状態に保たれるのは、三元触媒１２上流の空燃比を理論空燃比を中心とするウインドウに維持しているためである。言い替えると、三元触媒１２は活性化されるまでは排気中のＮＯｘは浄化されないまま下流に吐出されてしまうものの、排気マニホールド集合部１０ａの近傍に設けている三元触媒１２はエンジンの冷間始動時にあっても早期に活性化するため、浄化されないまま下流に吐出されるＮＯｘはわずかであり、三元触媒１２の早期活性化後に即座にＯ₂センサ２５出力に基づく空燃比フィードバック制御を開始して三元触媒１２上流の空燃比を理論空燃比を中心とするウインドウに維持する限り、ＮＯｘは三元触媒１２により効率よく還元浄化されるためである。

ＨＣトラップ触媒１３のＨＣ浄化率を向上させるため、空燃比をリーンにした場合（例えば燃料噴射弁１５からの燃料量により定まる空燃比をリーンにしたり、燃料カットを行わせたり、気筒停止を行わせたりした場合）の特性（参照例）を、本発明との比較のため、図４最下段において破線で重ねて示している。この参照例の場合には、三元触媒１２上流の空燃比が理論空燃比を外れてリーンとなるため、三元触媒１２でのＮＯｘ転化率が低下し、三元触媒出口のＮＯｘ濃度をエンジンアウトでのＮＯｘ濃度に対してあまり低下させることができていない。

次に、エンジンコントローラ２１で実行されるこの制御内容をフローチャートを参照して説明する。

図５はエンジンの冷間始動直後にＥＧＲ弁１８の開閉制御を実行するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。

ステップ１では通常制御フラグをみる。この通常制御フラグはエンジンの始動時に通常制御フラグ＝０とされているので、ステップ２に進む。ステップ２では水温センサ２６により検出される冷却水温に基づいて冷間始動時であるか否かをみる。冷却水温が所定値を超えていれば冷間始動時でないと判断しそのまま今回の処理を終了する。

冷却水温が所定値以下であれば冷間始動時であると判断しステップ３に進み触媒温度センサ２４により検出されるＨＣトラップ触媒１３の触媒温度Ｔｂｅｄと、脱離開始温度Ｔ１を比較する。脱離開始温度Ｔ１は、冷間始動後にＨＣトラップ触媒１３の温度が上昇しＨＣトラップ触媒１３からＨＣの脱離が開始されるときの温度（例えば１００℃程度）で、予め適合により求めておく。触媒温度Ｔｂｅｄが脱離開始温度Ｔ１未満であるときにはそのまま今回の処理を終了する。

ステップ３で触媒温度Ｔｂｅｄが脱離開始温度Ｔ１以上であるときにはＨＣトラップ触媒１３からＨＣが脱離していると判断し、ステップ４に進み終了フラグをみる。

ここで、本実施形態では、触媒温度Ｔｂｅｄに基づいてＨＣトラップ触媒１３からのＨＣの脱離が行われているか否かを判定しているが、これに限られるものでない。例えば、ＨＣトラップ触媒１３の入口温度に基づいてＨＣトラップ触媒１３からのＨＣの脱離が行われているか否かを判定してもかまわない。また、始動タイミングからエンジンの発生する熱量を所定の周期毎に積算し、その積算値が所定値を上回れば、ＨＣトラップ触媒１３の触媒温度が脱離開始温度Ｔ１に到達したと判断させるようにしてもかまわない。

上記の終了フラグはエンジンの始動時にゼロに初期設定されているので、ステップ５に進みエアフローメータ２２により検出される吸入空気流量Ｑａを用いて空気量積算値ＳＵＭＱａを、
ＳＵＭＱａ＝ＳＵＭＱａ＋Ｑａ×Δｔ …（１）
ただし、Δｔ；演算周期、
の式により算出する。（１）式は演算周期当たりの吸入空気量（Ｑａ×Δｔ）を積算する式である。空気量積算値ＳＵＭＱａの初期値はゼロである。つまり、（１）式により算出される空気量積算値ＳＵＭＱａは触媒温度Ｔｂｅｄが脱離開始温度Ｔ１に到達したタイミングを起点としてＨＣトラップ触媒１３を流れた空気量の全量（合計）を表す。

ステップ６、７、８は、ＨＣトラップ触媒１３からのＨＣの脱離が開始されて所定の期間が経過しているのにＥＧＲ弁１８が一度も開かれていないときにフェイルセーフのため、従来装置と同様に空燃比をリーン化して酸素濃度を大きくすることで、ＨＣトラップ触媒１３から脱離されるＨＣを浄化する部分である。すなわち、ステップ６では空気量積算値ＳＵＭＱａと所定値ＳＭ２を比較し、ステップ７で経験フラグをみる。ここで、所定値ＳＭ２は、ＨＣトラップ触媒１３からのＨＣの脱離開始より所定の期間が経過したか否かを判定するための値で、予め適合により求めておく。所定値ＳＭ２は後述する所定値ＳＭ１よりは小さな値である。一方、後述するように経験フラグ＝１はＥＧＲ弁１８を開いたことがあることを、経験フラグ＝０はＥＧＲ弁１８を開いたことがないことを表している。

空気量積算値ＳＵＭＱａが所定値ＳＭ２未満であるときや空気量積算値ＳＵＭＱａが所定値ＳＭ２以上であっても経験フラグ＝１である（ＥＧＲ弁１８を開いたことがある）ときにはステップ９に進む。これに対して、空気量積算値ＳＵＭＱａが所定値ＳＭ２以上でありかつ経験フラグ＝０である（ＨＣトラップ触媒１３からのＨＣの脱離が開始されて所定の期間が経過しているのにＥＧＲ弁１８を開いたことがない）ときにはステップ８に進んで空燃比リーン化フラグ（始動にゼロに初期設定）＝１とした後にステップ９に進む。

ここで、本実施形態では、空気量積算値ＳＵＭＱａに基づいてＨＣトラップ触媒１３からのＨＣの脱離が開始されてから所定の期間が経過したか否かを判定しているが、ＨＣトラップ触媒１３からのＨＣの脱離が開始されてからの時間に基づいてＨＣトラップ触媒１３からのＨＣの脱離が開始されてから所定の期間が経過したか否かを判定してもかまわない。

ステップ９はＨＣトラップ触媒１３からのＨＣの脱離が終了したか否かを判定する部分である。すなわち、ステップ９では空気量積算値ＳＵＭＱａと所定値ＳＭ１を比較する。所定値ＳＭ１は、ＨＣトラップ触媒１３からのＨＣの脱離が終了したか否かを判定するための値で、予め適合により求めておく。空気量積算値ＳＵＭＱａが所定値未満であるときには、ＨＣトラップ触媒１３からのＨＣの脱離が終了していないと判断し、ステップ１０に進んで、圧力センサ２３（吸気管圧力検出手段）により検出される吸気管圧力Ｐｂと閾値Ｐ１を比較する。

吸気管圧力Ｐｂは過給機６の作動状態に応じて時々刻々に大きく変化し、過給機６の非作動状態では吸気管圧力は大気圧以下にとどまり、過給機６が作動状態になると、吸気管圧力Ｐｂは大気圧を超えて大きくなる（図３の第４段目、図４の第２段目参照）。つまり、吸気管圧力Ｐｂをみれば過給機６の作動状態が分かるのであり、吸気管圧力Ｐｂが閾値Ｐ１未満であるときには過給機６は作動状態にあってもＥＧＲ弁前後に小さな圧力差しか生じていないと判断し、ステップ１１に進んでＥＧＲ弁１８を全閉状態としたままとする。

これに対してステップ１０で吸気管圧力Ｐｂが閾値Ｐ１以上であるときには過給機６が作動状態にあり、従ってＥＧＲ弁前後にある程度以上の圧力差が生じていると判断し、ステップ１２、１３に進む。ステップ１２、１３は空燃比リーン化フラグ＝１となった後であっても吸気管圧力Ｐｂが閾値Ｐ１以上になったときには、ＥＧＲ弁１８を開くことができるので、空燃比のリーン化を中止する部分である。すなわち、ステップ１２で空燃比リーン化フラグをみて空燃比リーン化フラグ＝１であるときには空燃比のリーン化を中止するため、ステップ１３で空燃比リーン化フラグ＝０とした後に、ステップ１４に進む。

ステップ１４ではＥＧＲ弁１８を所定開度まで開き、ステップ１５においてＥＧＲ弁１８を開いたことを表すため経験フラグ（始動時にゼロに初期設定）＝１とする。過給機６が作動状態にありＥＧＲ弁前後にある程度以上の圧力差が生じているときにＥＧＲ弁１８を開くと、コレクタ４内の新気（空気）がエンジンをバイパスして直接的にＨＣトラップ触媒１３の上流に供給される。このとき、ＨＣトラップ触媒１３よりＨＣが脱離されているので、ＨＣトラップ触媒１３の一部を構成している三元触媒ではこの空気中の酸素をストレージすると共に、ストレージした酸素を用いて、脱離されているＨＣを効率よく酸化（浄化）する。

ステップ１６では、ＥＧＲ弁１８を開いてから所定時間ＴＭ１が経過したか否かをみる。所定時間ＴＭ１は長いほうが好ましいが、吸気管圧力Ｐｂは過給機６の作動状態に応じて時々刻々に大きく変化するため、吸気管圧力Ｐｂが閾値Ｐ１以上となっている状態が長く続くことは期待できない。そこで、確実に吸気管圧力Ｐｂが閾値Ｐ１以上となっている期間を所定時間ＴＭ１として設定している。ＥＧＲ弁１８を開いてから所定時間ＴＭ１が経過していなければそのまま今回の処理を終了する。

ステップ１６でＥＧＲ弁１８を開いてから所定時間ＴＭ１が経過すればステップ１１に進みＥＧＲ弁１８を全閉状態へと切換える。

ＨＣトラップ触媒１３からのＨＣの脱離中に、過給状態になる度にＥＧＲ弁１８を開くのは、ＨＣトラップ触媒１３より脱離されるＨＣを酸化するのに用いられる酸素を供給するためであるから、脱離されるＨＣ量の酸化に必要な酸素量が与えられるように、ＥＧＲ弁１８を流れる空気流量（つまりＥＧＲ弁１８の開度）を定めている。すなわち、ＨＣトラップ触媒１３に供給される空気量（酸素量）はＥＧＲ弁１８の開度と、ＥＧＲ弁を開いている所定時間ＴＭ１とにより定まる。この場合、所定時間ＴＭ１は上記のように短い時間であるので、脱離されるＨＣ量の酸化に必要な酸素量が与えられるように、ＥＧＲ弁１８を開く所定開度を定めておく。

ステップ５の操作により空気量積算値ＳＵＭＱａが増えてゆくが、空気量積算値ＳＵＭＱａが所定値ＳＭ１以上となる前にステップ１０、１４で吸気管圧力Ｐｂが閾値Ｐ１以上になる度にＥＧＲ弁１８を開く。

ステップ５の操作によりやがて、ステップ９で空気量積算値ＳＵＭＱａが所定値ＳＭ１以上となったときには、ＨＣトラップ触媒１３からのＨＣの脱離が終了したと判断し、ステップ１７に進んで終了フラグ＝１とし、ステップ１８でＥＧＲ弁１８を全閉状態とし、ＨＣトラップ触媒１３への酸素供給を終了する。

ここで、本実施形態では、空気量積算値ＳＵＭＱａに基づいてＨＣトラップ触媒１３からのＨＣの脱離が終了したか否かを判定しているが、これに限られるものでない。

ステップ１９ではＥＧＲ制御の通常制御許可フラグ（エンジン始動時にゼロに初期設定）＝１とする。この通常制御許可フラグ＝１により、次回からはステップ１よりステップ２以降に進むことができない。つまり、ステップ２以降の処理はエンジンの冷間始動時にだけ行われることとなる。また、通常制御許可フラグ＝１により図示しないフローにおいて通常のＥＧＲ制御が行われる。つまり、通常制御許可フラグ＝１となるまで、通常のＥＧＲ制御は行われない。これは、本発明に係るエンジン冷間始動直後のＥＧＲ制御を優先させるためである。

図６は各気筒の燃料噴射パルス幅Ｔｉを演算するためのもので、一定時間毎（例えば１０ｍｓ毎）に実行する。

ステップ２１では、エアフローメータ２２により検出される吸入空気流量Ｑａとエンジン回転速度Ｎｅとから、
Ｔｐ＝Ｋ×Ｑａ／Ｎｅ …（２）
ただし、Ｋ；定数、
の式により基本噴射パルス幅Ｔｐを算出する。

所定の燃料噴射タイミングにこの基本噴射パルス幅Ｔｐで各気筒の燃料噴射弁１５を開いて燃料供給を行ったときに得られる空燃比を基本空燃比とすると、この基本空燃比は理論空燃比より若干ずれている。この空燃比のずれを解消するため後述する空燃比フィードバック補正係数αを用いて空燃比のフィードバック制御を行うこととなる。

ステップ２２、２３は基本噴射パルス幅Ｔｐを減量補正する条件にあるか否かをみる部分である。すなわち、ステップ２２、２３で終了フラグ＝０（ＨＣトラップ触媒１３からのＨＣの脱離終了前）でありかつＥＧＲ弁１８が開かれているときには基本噴射パルス幅Ｔｐを減量補正する条件にあると判断し、ステップ２４、２５の後にステップ２６に進む。これに対して、終了フラグ＝１（ＨＣトラップ触媒１３からのＨＣの脱離終了後）であるときやＥＧＲ弁１８が開かれていないときにはステップ２４、２５を飛ばしてステップ２６に進む。ここで、終了フラグの状態やＥＧＲ弁１８が開かれているか否かは、図５の結果を用いる。

ステップ２４では、圧力センサ２３により検出される吸気管圧力Ｐｂから図７を内容とするテーブルを検索することにより減量補正量ΔＴｐ１を算出し、ステップ２５で基本噴射パルス幅Ｔｐからこの減量補正量ΔＴｐ１を差し引いた値を改めて基本噴射パルス幅Ｔｐとする。

ここで、ＥＧＲ弁１８が開かれているときに、基本噴射パルス幅Ｔｐを減量補正する理由は次の通りである。すなわち、上記（２）式の「Ｑａ／Ｎｅ」はエンジン１回転当たりに燃焼室８に導入される空気量を表すところ、ＥＧＲ弁１８が開かれるとコレクタ４内の空気の一部が燃焼室８に供給されることなくバイパスされるのであるから、エンジン１回転当たりに燃焼室８に導入される空気量である「Ｑａ／Ｎｅ」は実質的に小さくなっている。ということは、ＥＧＲ弁１８の開弁に伴う実質的な空気量の減少分だけ空燃比が理論空燃比を外れてリッチ側に偏ることを意味し、三元触媒１２の転化効率が低下してしまう。リッチ側に偏った空燃比を理論空燃比へと戻すには、空燃比をリーン化することであり、そのためには燃料噴射量（基本噴射パルス幅）を減らしてやればよい。そこで、ＥＧＲ弁１８の開弁に伴う実質的な空気量の減少があっても三元触媒上流の空燃比は理論空燃比を中心とするウインドウに収まるように（理論空燃比の近傍となるように）、基本噴射パルス幅Ｔｐを減量補正するものである。

図７に示したように減量補正量ΔＴｐ１は、吸気管圧力Ｐｂ（過給圧）が閾値Ｐ１より大きくなるほどゼロより大きくなる値である。これは、吸気管圧力Ｐｂが大きくなるほどＥＧＲ弁１８を通過する空気流量が多くなり、その分、三元触媒上流の空燃比がリッチ側に向かうので、これに合わせて燃料の減量分（減量補正量ΔＴｐ１）を増やすようにしたものである。

ステップ２６では空燃比リーン化フラグをみる。空燃比リーン化フラグ＝０であるときには、空燃比フィードバック制御を行うためステップ２７に進み、Ｏ₂センサ２５出力に基づいて空燃比フィードバック補正係数α（空燃比フィードバック補正量）を算出する。空燃比フィードバック補正係数αは、Ｏ₂センサ２５が活性化する前には１．０であり、Ｏ₂センサ２５が活性化したタイミングよりＯ₂センサ２５出力に基づいて算出する。例えば、Ｏ₂センサ２５出力から得られる実空燃比が理論空燃比よりもリッチ側にあれば、空燃比フィードバック補正係数αは１．０より小さな値となって基本噴射パルス幅Ｔｐを減量側に補正し、この逆にＯ₂センサ２５出力から得られる実空燃比が理論空燃比よりもリーン側にあれば、空燃比フィードバック補正係数αは１．０より大きな値となって基本噴射パルス幅Ｔｐを増量側に補正し、これによって三元触媒上流の空燃比が理論空燃比を中心とするウインドウに収まるようにする。

これに対して空燃比リーン化フラグ＝１であるときには空燃比フィードバック制御を中止して空燃比をリーン化するためステップ２８、２９に進み、空燃比フィードバック補正係数αをクランプする（α＝１．０）と共に、基本噴射パルス幅Ｔｐから減量補正量ΔＴｐ２を差し引いた値を改めて基本噴射パルス幅Ｔｐとする。減量補正量ΔＴｐ２は適合により予め定めておく。

ステップ３０ではこのようにして算出した空燃比フィードバック補正係数α、基本噴射パルス幅Ｔｐに基づいてシーケンシャル噴射時の燃料噴射パルス幅Ｔｉを、
Ｔｉ＝Ｔｐ×ＴＦＢＹＡ×（α＋αｍ−１）×２＋Ｔｓ …（３）
ただし、ＴＦＢＹＡ；目標当量比、
αｍ ；空燃比学習値、
Ｔｓ ；無効噴射パルス幅、
の式により算出する。

（３）式の各値は全て公知である。例えば、目標当量比ＴＦＢＹＡは冷間始動直後に燃焼を安定させるため、１．０より少し大きな値になって空燃比を理論空燃比よりも少しリッチ側にする。なお、空燃比フィードバック制御が行われるときには目標当量比ＴＦＢＹＡ＝１．０となっている。空燃比学習値αｍは空燃比フィードバック補正係数αに基づいて算出される値で、定常偏差がなければ空燃比学習値αｍ＝１．０である。無効噴射パルス幅Ｔｓは燃料噴射弁１５の作動遅れを補償するための値である。

このようにして算出された燃料噴射パルス幅Ｔｉは出力レジスタに蓄えられ、所定の燃料噴射タイミングになると、このＴｉの期間だけ燃料噴射弁１５が開かれる。

ここで、本実施形態の作用効果を説明する。

本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、吸入空気を過給する過給機６と、排気管９に配置される三元触媒１２と、この三元触媒１２の下流に配置され、エンジンの冷間時に排出されるＨＣをトラップし、排気温度が所定値以上に上昇したときトラップしているＨＣを脱離して酸化するＨＣトラップ触媒１３と、三元触媒１２とこのＨＣトラップ触媒１３の間にある排気管９から分岐して吸気管２に合流するＥＧＲ通路１７と、このＥＧＲ通路１７を開閉するＥＧＲ弁１８と、吸気管の圧力を検出する圧力センサ２３（吸気管圧力検出手段）と、ＨＣトラップ触媒１３からＨＣが脱離する条件のときにこの圧力センサ２３により検出される吸気管圧力Ｐｂが閾値Ｐ１以上にあればＥＧＲ弁１８を開く開弁制御手段（図５のステップ３、４、１０、１４参照）とを備えるので、上記特許文献１のように第２触媒層を新たに追加することをしなくても、三元触媒１２によりＮＯｘの浄化を図りつつＨＣトラップ触媒１３に酸素を供給することができ、これによりＮＯｘの浄化率とＨＣ、ＣＯの浄化率とを共に向上させることができる。

なお、ＨＣトラップ触媒１３からＨＣが脱離する条件のときにＨＣトラップ触媒１３に酸素を供給する方法として、２次空気供給装置を設け、ＨＣトラップ触媒１３の上流に２次空気を供給する方法がある。しかしながら、この２次空気供給方法では、２次空気供給装置が必要となり、コストが上昇する。これに対して本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば２次空気供給装置を設けることは必要でない。

ＨＣトラップ触媒１３からＨＣが脱離する条件のときにＨＣトラップ触媒１３に酸素を供給する方法として空燃比をリーン化したり、燃料カットや気筒停止等を行ったりすることにより排気中の酸素濃度を大きくする空燃比リーン化法がある。しかしながら、この空燃比リーン化法では、三元触媒１２上流の空燃比が理論空燃比を外れてリーンとなり、三元触媒１２でのＮＯｘ転化効率が悪くなり、ＮＯｘ濃度が大きくなる。

これに対して本実施形態（請求項２に記載の発明）によれば、エンジンに燃料を供給する燃料噴射弁１５（燃料供給装置）と、この燃料噴射弁１５からの燃料量により定まる空燃比が理論空燃比を中心とするウインドウに（理論空燃比付近に）収まるように空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段（図６のステップ２１、２７、３０参照）とを備え、ＥＧＲ弁１８を開くときに空燃比フィードバック制御手段を作動させる（図６のステップ２２、２３、２７、３０参照）。すなわち、本実施形態（請求項２に記載の発明）よれば、三元触媒１２を通さずに直接的にＨＣトラップ触媒１３に酸素供給を行うのであり、これによって三元触媒１２上流の空燃比が理論空燃比を中心とするウインドウに（理論空燃比付近に）保たれるため、上記空燃比リーン化法のようにＮＯｘ排出量が増加することがない。

本実施形態（請求項３に記載の発明）によれば、燃料供給装置は吸気ポートにまたは燃焼室に臨んで設けられる燃料噴射弁１５であり、空燃比フィードバック制御手段がＥＧＲ通路１７が合流する部位１７ａよりも上流の吸気管２を流れる吸入空気流量を検出するエアフローメータ２２（吸入空気流量検出手段）と、このエアフローメータ２２により検出される吸入空気流量に基づいて基本噴射パルス幅Ｔｐ（基本噴射量）を算出する基本噴射量算出手段（図６のステップ２１参照）と、三元触媒上流の空燃比を検出するＯ₂センサ２５（空燃比検出手段）と、このＯ₂センサ２５により検出される三元触媒１２上流の空燃比が理論空燃比を中心とするウインドウに（理論空燃比の付近に）くるように空燃比フィードバック補正係数α（空燃比フィードバック補正量）を算出する空燃比フィードバック補正量算出手段（図６のステップ２７参照）と、この空燃比フィードバック補正係数αで基本噴射パルス幅Ｔｐを補正して燃料噴射パルス幅Ｔｉ（燃料噴射量）を算出する燃料噴射量算出手段（図６のステップ３０参照）と、この燃料噴射パルス幅Ｔｉを燃料噴射弁１５に出力する出力手段とを備え、ＥＧＲ弁１８を開くときに基本噴射パルス幅Ｔｐを減量補正するので（図６のステップ２２、２３、２５参照）、ＥＧＲ弁１８を開くときにも、三元触媒１２上流の空燃比を理論空燃比を中心とするウインドウに（理論空燃比付近に）保つことができる。

本実施形態（請求項４に記載の発明）によれば、基本噴射パルス幅Ｔｐを減量補正するための減量補正量ΔＴｐ１は、圧力センサ２３により検出される吸気管圧力Ｐｂが大気圧を超えて大きくなるほど大きくなる値であるので（図７参照）、圧力センサ２３により検出される吸気管圧力Ｐｂが大気圧を超えるいずれの値であっても、基本噴射パルス幅Ｔｐを減量補正するための減量補正量ΔＴｐ１を精度良く与えることができる。

本実施形態（請求項５に記載の発明）によれば、ＨＣトラップ触媒１３からＨＣが脱離する条件のときに圧力センサ２３により検出される吸気管圧力Ｐｂが大気圧以下であるとき、ＥＧＲ弁１８を全閉状態とすると共に（図５のステップ３、４、１０、１１参照）、空燃比フィードバック制御手段を非作動として、燃料噴射弁１５からの燃料量により定まる空燃比が理論空燃比よりもリーン側となるようにするので（図６のステップ２６、２８、２９、３０参照）、ＥＧＲ弁１８を開くことができない場合においても、ＨＣトラップ触媒１３に酸素を供給することができる。

実施形態では、ＥＧＲ弁１８を開くときに基本噴射パルス幅Ｔｐを減量補正する場合で説明したが、ＥＧＲ弁１８を開くときにエアフローメータ２２により検出される吸入空気流量を減量補正するようにしてもかまわない（請求項３に記載の発明）。

実施形態では、エンジンの冷間始動時に一時、空燃比を理論空燃比よりもリッチにした後に理論空燃比を目標空燃比として空燃比のフィードバック制御を行う場合で説明したが、エンジンの冷間始動時に多く発生するＨＣを低減するため、冷間始動直後に一時的に空燃比を理論空燃比よりも若干リーンにして酸素濃度を大きくし、この大きくした酸素濃度でＨＣを酸化するものがある。このものにも本発明を適用できる。

車両に搭載された本発明に係るエンジンの排気浄化装置の概略構成図。 過給圧の特性図。 エンジンを冷間状態にあるのタイミングで始動して車両を所定の条件で運転したときの車速、ＨＣトラップ触媒の触媒温度、始動タイミングからの空気量積算値、吸気管圧力、ＥＧＲ弁の開閉状態、ＨＣトラップ触媒の入口空燃比、ＨＣトラップ触媒出口のＨＣ濃度の各タイミングチャート。 エンジンを冷間状態にあるのタイミングで始動して車両を所定の条件で運転したときの車速、吸気管圧力、ＥＧＲ弁の開閉状態、ＨＣトラップ触媒の入口空燃比、ＨＣトラップ触媒出口のＮＯｘ濃度の各タイミングチャート。 エンジンの冷間始動直後のＥＧＲ弁の開閉制御を説明するためのフローチャート。 燃料噴射パルス幅の算出を説明するためのフローチャート。 減量補正量の特性図。

符号の説明

１ エンジン
２ 吸気管
９ 排気管
１２ 三元触媒
１３ ＨＣトラップ触媒
１５ 燃料噴射弁（燃料供給装置）
１８ ＥＧＲ弁
２１ エンジンコントローラ
２３ 圧力センサ（吸気管圧力検出手段）

Claims (8)

1. 吸入空気を過給する過給機と、
   排気管に配置される三元触媒と、
   この三元触媒の下流に配置され、エンジンの冷間時に排出されるＨＣをトラップし、排気温度が所定値以上に上昇したときトラップしているＨＣを脱離して酸化するＨＣトラップ触媒と、
   前記三元触媒とこのＨＣトラップ触媒の間にある排気管から分岐して吸気管に合流するＥＧＲ通路と、
   このＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、
   前記吸気管の圧力を検出する吸気管圧力検出手段と、
   前記ＨＣトラップ触媒からＨＣが脱離する条件のときにこの吸気管圧力検出手段により検出される吸気管圧力が大気圧を超えていれば前記ＥＧＲ弁を開く開弁制御手段と
   を備えることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. エンジンに燃料を供給する燃料供給装置と、
   この燃料供給装置からの燃料量により定まる空燃比が理論空燃比付近に収まるように空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と
   を備え、
   前記ＥＧＲ弁を開くときに前記空燃比フィードバック制御手段を作動させることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
3. 前記燃料供給装置は吸気ポートにまたは燃焼室に臨んで設けられる燃料噴射弁であり、
   前記空燃比フィードバック制御手段が
   前記ＥＧＲ通路が合流する部位よりも上流の吸気管を流れる吸入空気流量を検出する吸入空気流量検出手段と、
   この吸入空気流量検出手段により検出される吸入空気流量に基づいて基本噴射量を算出する基本噴射量算出手段と、
   前記三元触媒上流の空燃比を検出する空燃比検出手段と、
   この空燃比検出手段により検出される三元触媒上流の空燃比が理論空燃比の付近にくるように空燃比フィードバック補正量を算出する空燃比フィードバック補正量算出手段と、
   この空燃比フィードバック補正量で前記基本噴射量を補正して燃料噴射量を算出する燃料噴射量算出手段と、
   この燃料噴射量を前記燃料噴射弁に出力する出力手段と
   を備え、
   前記ＥＧＲ弁を開くときに前記基本噴射量を減量補正するか前記吸入空気流量検出手段により検出される吸入空気流量を減量補正することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
4. 前記基本噴射量を減量補正するための減量補正量は、前記吸気管圧力検出手段により検出される吸気管圧力が前記大気圧を超えて大きくなるほどまたは前記閾値を超えて大きくなるほど大きくなる値であることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの排気浄化装置。
5. 前記ＨＣトラップ触媒からＨＣが脱離する条件のときに前記吸気管圧力検出手段により検出される吸気管圧力が大気圧以下であるとき、前記ＥＧＲ弁を全閉状態とすると共に、前記空燃比フィードバック制御手段を非作動として、前記燃料供給装置からの燃料量により定まる空燃比が理論空燃比よりもリーン側となるようにすることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気浄化装置。
6. 前記ＨＣトラップ触媒からＨＣが脱離する条件の開始は、ＨＣトラップ触媒が脱離開始温度となったときであることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
7. 前記ＨＣトラップ触媒からＨＣが脱離する条件の終了は、前記吸入空気流量検出手段により検出される吸入空気流量を、エンジンの始動タイミングより所定の周期毎に積算した値が所定値に到達するときであることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの排気浄化装置。
8. 前記ＥＧＲ弁は所定開度まで開くと共に、前記ＨＣトラップ触媒から脱離されるＨＣ量の酸化に必要な酸素量が与えられるようにこの所定開度を定めることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。

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