JP3596168B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の内燃機関では、排出される排気ガス、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯＸ）、及び炭化水素（ＨＣ）等の成分が大気に放出されないようにする必要がある。
【０００３】
このような要求に対して、特開平５−１７１９２９公報に記載された「内燃機関の排気浄化装置」が知られている。この排気浄化装置は、触媒より下流の排気管を第１の分岐通路部と第２の分岐通路部とに分岐し、これらの分岐通路部をさらに下流において再び合流させた排気系において、第１の分岐通路部には、炭化水素（ＨＣ）を吸着する吸着材を設けると共に、この吸着材の下流には排気ガスの一部を内燃機関の吸気側へ導く排気還流通路を設けている。そして、排気浄化装置は、内燃機関を冷間始動したときのように触媒が未活性状態にある場合は、触媒が活性化されるまでの間、内燃機関からの排気ガスを触媒から第１の分岐通路部へ流し、吸着材を通してマフラーへ流すようにしている。これにより、排気ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ）は、吸着材に吸着される。
【０００４】
その後、触媒が排気ガスの熱を受けて昇温し、活性化する温度に達すると、排気浄化装置は、触媒によって浄化された排気ガスを第１の分岐通路部と第２の分岐通路部との両方に流し、第１の分岐通路部に流れ込んだ排気ガスが吸着材を経て排気還流通路へ流れるとともに、第２の分岐通路部に流れ込んだ排気ガスがマフラーへ流れるようにしている。この場合、第１の分岐通路部に流れ込んだ排気ガスは、吸着材を昇温させ、吸着材に吸着されていた炭化水素（ＨＣ）を離脱させる。そして、吸着材から離脱した炭化水素（ＨＣ）は、排気ガスとともに排気還流通路へ流入し、内燃機関の吸気側に再循環される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の吸着材には、炭化水素（ＨＣ）ばかりでなく、触媒を通過した煤等の付着物が付着する。また、吸着材における炭化水素（ＨＣ）の脱離が終了する前に内燃機関が停止されると、吸着材には炭化水素（ＨＣ）が吸着したままになる。そして、次のエンジン始動時において始動後直ちにエンジン回転数が高くなると、高温の排気ガスが吸着材を通るため、吸着材に吸着していた炭化水素（ＨＣ）の一部が煤となって吸着材に付着する。このようにして付着した付着物は、吸着材の吸着性能を劣化させる原因となるため、吸着材から除去する必要がある。しかし、上記の排気浄化装置では、流量が少ない排気還流によって吸着材の加熱を行っているため、煤等の付着物が吸着材から除去される温度域まで加熱するのは困難である。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、吸着材に付着した煤などの付着物を除去する技術を提供することにより、吸着材の再生率を向上させ、もって吸着材の耐久性を向上させることを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下のような構成を採用した。すなわち、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関からの排気ガスを、触媒の下流で分岐された第１の排気通路及び第２の排気通路の少なくとも一方に流入させる通路切換手段と、前記第１の排気通路に設けられ、排気ガス中の未燃ガスを吸着する吸着手段と、前記吸着手段から脱離した未燃ガスを前記触媒の上流へ還流する還流手段と、前記還流手段によって前記吸着手段から脱離した未燃ガスが還流された後に前記吸着手段の温度を上昇させる温度上昇手段とを備える。
【０００９】
上記の温度上昇手段は、内燃機関からの排気ガスの空燃比が理論空燃比より高いか否かを判別する空燃比判別部と、この空燃比判別部によって排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも高いことが判定されたときに、前記通路切換手段を制御して、前記触媒からの排気ガスを前記第１の排気通路へ流入させる制御部とを備えるようにしてもよい。
【００１０】
また、上記の温度上昇手段は、内燃機関からの排気ガスに二次空気を混合させる二次空気供給部と、前記通路切換手段を制御して、二次空気が混合された排気ガスを前記第１の排気通路へ流入させる制御部とを備えるようにしてもよい。
【００１１】
また、温度上昇手段は、前記吸着手段を加熱する加熱部を備えるようにしてもよい。
以下、本発明の作用について述べる。
【００１３】
本発明を適用する内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関を冷間始動したときのように、触媒が未活性状態にあるときには、通路切換手段によって第１の排気通路を開くとともに第２の排気通路を閉塞し、触媒からの排気ガスが第１の排気通路に流入するようにする。このとき、第１の排気通路に流入した排気ガスに含まれる未燃ガスは、吸着手段に吸着される。そして、触媒が活性化すると、通路切換手段は、排気ガスの大部分を第２の排気通路へ流し、残りの一部を第１の排気通路へ流す。これと同時に、還流手段は、第１の排気通路に流入した一部の排気ガスを触媒の上流へ還流させる。この場合、第１の排気通路に流入した排気ガスは、吸着手段から脱離した未燃ガスとともに触媒の上流へ還流される。
しかし、未燃ガスの脱離が行われるような温度域では、吸着手段に付着している付着物を除去することができない。そこで、本発明にかかる温度上昇手段は、吸着手段から脱離した未燃ガスが還流手段によって還流されたのちに、吸着手段の温度を上昇させる。このとき、吸着手段に付着していた付着物は、吸着手段の昇温にともなって加熱される。そして、付着物は、加熱によって燃焼温度に達し、燃焼する。
【００１４】
また、温度上昇手段が空燃比判別部と制御部とを備える場合は、空燃比判別部が排気ガスの空燃比を監視する。そして、空燃比判別部は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも高い状態（リーン状態）を判定すると、その旨を制御部へ通知する。この通知を受けた制御部は、通路切換手段を制御して、第１の排気通路を開くとともに第２の排気通路を閉塞し、触媒からの排気ガスが第１の排気通路に流れるようにする。このとき、第１の排気通路に流れる排気ガスは酸素濃度が高いガスとなる。そして、吸着手段は、排気ガスの熱を受けて昇温するとともに、吸着手段に付着している付着物を加熱する。付着物は、加熱によって燃焼温度に達すると、排気ガス中の酸素によって燃焼を促進される。燃焼された付着物は、排気ガスとともに吸着手段から除去される。
【００１５】
さらに、温度上昇手段が二次空気供給部と制御部とを備える場合は、未燃ガスの還流が終了した後に、二次空気供給部が内燃機関からの排気ガスに二次空気を供給する。このとき、排気ガスは、酸素濃度の高いガスになる。そして、制御部は、通路切換手段を制御して、第１の排気通路を開くとともに第２の排気通路を閉塞し、触媒からの排気ガスが第１の排気通路に流れるようにする。これにより、吸着手段は、排気ガスの熱を受けて昇温するとともに、吸着手段に付着している付着物を加熱する。付着物は、加熱によって燃焼温度に達すると、排気ガス中の酸素によって燃焼を促進される。燃焼された付着物は、排気ガスとともに吸着手段から除去される。
【００１６】
また、温度上昇手段が加熱部を備える場合は、未燃ガスの還流が終了した後に、加熱部が吸着手段を加熱する。このとき、吸着手段の昇温にともなってそこに付着している付着物も加熱される。そして、付着物は、加熱によって燃焼温度に達し、燃焼することになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置の一実施態様について図面に基づいて説明する。
【００１８】
本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置は、自動車の排気系とそれを制御する制御系とによって実現される。
先ず、本実施の形態における自動車の排気系について述べる。
【００１９】
図１は、本発明における内燃機関の排気浄化装置を適用する自動車の排気系を示す概略構成図である。同図に示すように、排気系は、エンジン１に接続された二本の排気管２ａ、２ｂを一旦合流させた後に再び二本の排気管８ａ、８ｂに分割し、これら排気管８ａ、８ｂのそれぞれを車体後方のマフラー９ａ、９ｂに接続して構成されている。さらに、二本の排気管２ａ、２ｂには、それぞれ排気浄化用の触媒３ａ、３ｂが設けられており、触媒３ａ、３ｂ下流の排気管２ａ、２ｂが合流した部分には、吸着筒４が設けられている。
【００２０】
吸着筒４は、内部が二本の流路に分割されており、一方の流路には炭化水素（ＨＣ）を吸着する吸着材が設けられている。具体的には、吸着筒４内は、図２に示すように、二本の流路Ａ、Ｂに分割されている。これら流路Ａ、Ｂはそれぞれ、本発明の第１の排気通路及び第２の排気通路に対応する。
【００２１】
流路Ａには、本発明の吸着手段として吸着材、例えば、ゼオライト系の吸着材４２が設けられている。この吸着材４２は、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）を吸着する。さらに、流路Ａにおいて、吸着材４２の下流には、一端がエンジン１の吸気管に設けられたサージタンク１０に接続された還流パイプ５の他端が接続されている。この還流パイプ５の途中には、非通電時に還流パイプ５を閉じ、通電時に還流パイプ５を開く第１のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ１が取り付けられている。これら還流パイプ５と第１のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ１は、本発明の還流手段に対応する。尚、本実施の形態では、第１のスイッチングバルブＶＳＶ１及び還流パイプ５は、公知の排気再循環装置（ＥＧＲ）の機能を兼ねるようにしてもよい。
【００２２】
また、吸着筒４の出口部分Ｃには、流路Ａと流路Ｂとを選択的に開閉するバイパスバルブ４０が取り付けられている。このバイパスバルブ４０は、吸着筒４の外部に取り付けられたダイヤフラム室４１と梃子４３を介して接続されている。この梃子４３は、支点４４を中心に回動するものであり、ダイヤフラム室側の端部が押し下げられると、バイパスバルブ側の端部がバイパスバルブ４０を引っ張り上げて、流路Ｂを開放するとともに流路Ａを閉塞する。一方、梃子４３は、ダイヤフラム室側の端部が引っ張り上げられると、バイパスバルブ側の端部がバイパスバルブ４０を押し下げて、流路Ａを開放するとともに流路Ｂを閉塞する。
【００２３】
ここで、上記のダイヤフラム室４１には、図１に示すように、一端がエンジンの図示しない吸気管に接続されたパイプ７の他端が接続されており、吸気管内のの負圧を導入することができるようになっている。そして、パイプ７の途中には、吸気管側からダイヤフラム室側への負圧のみを許容するチェックバルブ６と、非通電時にパイプ７を閉じ、通電時にパイプ７を開く第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２とが取り付けられている。第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２に電力を供給しなければ（非通電時）、第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２がパイプ７を閉じ、ダイヤフラム室４１に対する負圧が遮断されて、ダイヤフラム室４１が大気開放された状態になる。このとき、梃子４３のダイヤフラム室側端部は、ダイヤフラム自身のバネ力によって押し下げられる。これにともなって、梃子４３のバイパスバルブ側端部は、バイパスバルブ４０を引っ張り上げる。このとき、バイパスバルブ４０は、流路Ａを閉塞するとともに流路Ｂを開放する。一方、第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２に電力を供給すると（通電時）、第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２がパイプ７を開き、吸気管内の負圧がダイヤフラム室４１に導入される。このとき、ダイヤフラム室４１は、梃子４３のダイヤフラム室側端部を引っ張り上げる。梃子４３のダイヤフラム室側端部が引っ張り上げられると、梃子４３が支点４４を中心に回動し、梃子４３のバイパスバルブ側端部がバイパスバルブ４０を押し下げて流路Ａを開放するとともに流路Ｂを閉塞する。
【００２４】
上記のバイパスバルブ４０、ダイヤフラム室４１、及び第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２は、本発明の通路切換手段を実現するものである。
次に、上記した排気系を制御する制御系について図３に基づいて説明する。この制御系は、水温センサ１０８、スロットル開度センサ１０９、エアフローメータ１１０、空燃比センサ１１１、及びエンジン回転数センサ１１２を、エレクトロニックコントロールユニット（ＥＣＵ）１００に接続して構成される。
【００２５】
水温センサ１０８は、エンジン１の冷却水の温度を検出する。
スロットル開度センサ１０９は、エンジン１の吸気管に設けられたスロットル弁の開度に比例する電圧を出力する。
【００２６】
エアフロメータ１１０は、エンジン１に吸入される空気量に比例した電圧を出力する。
空燃比センサ１１１は、本発明の空燃比判別部を実現するものであり、触媒３ａ、３ｂより上流の排気管２ａ（あるいは２ｂ）に取り付けられて、エンジン１からの排気ガス中に残存する酸素濃度に対応する電圧を出力する。
【００２７】
エンジン回転数センサ１１２は、内燃機関の回転数を検出するものであり、エンジン１のクランクシャフトの単位時間当たりの回転数を検出する。
ＥＣＵ１００は、各センサからの信号に基づいて上記排気系を制御するものであり、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、及び入出力ポート（Ｉ／Ｏ）１０５を備え、これらをバス１０４によって接続して構成される。さらに、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）１０５には、Ａ／Ｄコンバータ１０６と駆動回路１０７とが接続されている。尚、ＥＣＵ１００は、燃料噴射制御用のＥＣＵを兼用してもよいし、排気浄化装置専用のＥＣＵでもよい。
【００２８】
上記のＲＯＭ１０２は、ＣＰＵ１０１が実行すべきアプリケーションプログラムや、種々の制御用マップを格納する。ＲＯＭ１０２の制御用マップは、例えば、エンジン１を始動したときのエンジン冷却水の温度と触媒３ａ、３ｂが活性化するまでの時間（触媒活性時間）との関係を表す関数であり、エンジン始動時のエンジン冷却水の温度が特定されると、それに対応する触媒活性時間が一意に決定されるようになっている。また、別の制御用マップは、エンジン始動時の冷却水の温度と判定用積算吸入空気量との関係を表す関数である。ここでいう判定用積算吸入空気量とは、エンジン始動時から吸着材４２が所定の温度（吸着材４２に吸着された炭化水素（ＨＣ）が脱離し終わる温度）に昇温するまでの間に、エンジン１が吸入する予定の空気量である。
【００２９】
ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２のアプリケーションプログラムを実行することにより、第１のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ１及び第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２に対する制御信号を出力する。
【００３０】
ＲＡＭ１０３は、水温センサ１０８、スロットル開度センサ１０９、エアフローメータ１１０、空燃比センサ１１１、及びエンジン回転数センサ１１２からの信号や、ＣＰＵ１０１の演算結果等を格納する。また、ＲＡＭ１０３は、エンジン１が始動されたか否かを識別するフラグ（エンジン始動フラグ）を登録する領域を有している。このエンジン始動フラグは、ＣＰＵ１０１によってセット及びリセットされる。例えば、ＣＰＵ１０１は、エンジン回転数センサ１１２からの出力を監視し、その出力が閾値を超えるとエンジン始動フラグをセットし、閾値以下になるとエンジン始動フラグをリセットする。
【００３１】
Ａ／Ｄコンバータ１０６は、水温センサ１０８、スロットル開度センサ１０９、エアフロメータ１１０、及び空燃比センサからの出力信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換して入出力ポート（Ｉ／Ｏ）１０５へ入力する。
【００３２】
駆動回路１０７は、還流パイプ５の第１のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ１、及び、パイプ７の第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２に接続されている。そして、駆動回路１０７は、ＣＰＵ１０１から出力される制御信号に従って、第１のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ１もしくは第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２に電力を供給する。
【００３３】
以下、本実施の形態の作用について述べる。
図４は、ＥＣＵ１００のＣＰＵ１０１が実行する排気浄化処理ルーチンであって、一定時間（例えば１６ｍｓｅｃ．）毎に繰り返し実行される。
【００３４】
エンジン１が停止しているときに排気浄化処理ルーチンが起動されると、ＣＰＵ１０１は、ＲＡＭ１０３へアクセスし、エンジン始動フラグがセットされていないことを判定する（ステップ４０１）。そして、ＣＰＵ１０１は、エンジン１の運転時間をリセットして（ステップ４０７）、水温センサ１０８が検出した冷却水の温度をＲＡＭ１０３に書き込む（ステップ４０８）。このとき、ＣＰＵ１０１は、駆動回路１０７から第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２への電力供給を行わず、流路Ａを閉塞状態に保つ（ステップ４０９）。
【００３５】
エンジン１の始動後に排気浄化処理ルーチンが起動されると、ＣＰＵ１０１は、ステップ４０１でエンジン始動フラグがセットされていることを判定し、ＲＡＭ１０３へアクセスして冷却水の温度を読み出し、その温度が所定値未満であるか否かを判別する（ステップ４０２）。
【００３６】
上記ステップ４０２において、エンジン冷却水の温度が所定値未満であれば、ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２の制御用マップへアクセスして、エンジン冷却水の温度に対応する触媒活性時間を読み出す（ステップ４０３）。
【００３７】
続いて、ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２から読み出した触媒活性時間と、エンジン始動時から現時点までの運転時間とを比較する（ステップ４０４）。ここで、運転時間が触媒活性時間より短ければ、ＣＰＵ１０１は、運転時間をインクリメントする（ステップ４０５）。この運転時間は、上記の一定時間（例えば１６ｍｓｅｃ．）単位にインクリメントされる。そして、ＣＰＵ１０１は、駆動回路１０７から第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２のみに電力を供給する。電力を受けた第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２は、吸着筒４内の流路Ａを開くとともに流路Ｂを閉塞する。一方、第１のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ１は、駆動電力を受けないため、還流パイプ５を閉塞し続ける。
【００３８】
上記ステップ４０３〜４０６の処理は、エンジン１が冷えた状態、すなわち、触媒３ａ、３ｂが活性していない状態における排気浄化装置の動作を示している。この結果、触媒３ａ、３ｂから排出された排気ガスの全ては、図５に示すように、吸着筒４内の流路Ａを通って下流の排気管８ａ、８ｂへ排出されることになるので、触媒３ａ、３ｂによって酸化されなかった炭化水素（ＨＣ）は、吸着筒４内の吸着材４２に吸着される。
【００３９】
そして、ＣＰＵ１０１が図４に示すルーチンを、一定時間毎に繰り返し実行していくと、エンジン１の運転時間が触媒活性時間以上に達する。そのとき、ＣＰＵ１０１は、ステップ４０４において、運転時間が触媒活性時間以上に達したことを判定する。そして、ＣＰＵ１０１は、駆動回路１０７から第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２への電力供給を停止するとともに、駆動回路１０７から第１のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ１への電力供給を開始する。電力供給を停止された第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２は、流路Ａを閉塞するとともに流路Ｂを開放する（ステップ４１０）。また、電力供給を受けた第１のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ１は、還流パイプ５を開放する（ステップ４１１）。このとき、活性化された触媒３ａ、３ｂによって浄化された排気ガスは、図６に示すように、その大部分が吸着筒４内の流路Ｂを通って下流の排気管８ａ、８ｂへ排出され、残りの一部が流路Ａを通って還流パイプ５に流入する。流路Ａを通る排気ガスは、吸着材４２を加熱する。そして、吸着材４２の昇温によって、そこに吸着していた炭化水素（ＨＣ）が脱離する。脱離した炭化水素（ＨＣ）は、流路Ａを通る排気ガスとともに還流パイプ５へ流入し、エンジン１の吸気管へ再循環される。
【００４０】
また、ＣＰＵ１０１は、エアフロメータ１１０の出力信号を積算し、エンジン始動時から現時点までにエンジン１が吸入した空気量、つまり積算吸入空気量を算出している。但し、ＣＰＵ１０１は、エンジン１の始動時に、ＲＯＭ１０２の制御用マップにアクセスしてエンジン冷却水の温度に対応する判定用積算吸入空気量を読み出し、この判定用積算吸入空気量をＲＡＭ１０３に書き込んでおくものとする。そして、ＣＰＵ１０１は、前述のステップ４１１の処理を終了すると、積算吸入空気量と、ＲＡＭ１０３に登録されている判定用積算吸入空気量とを比較して、吸着材の温度が所定の温度に達したか否かを判別する（ステップ４１２）。還流を開始した直後は、吸着材の温度が所定値に達していない（積算吸入空気量＜判定用積算吸入空気量）ので、ＣＰＵ１０１は、前述のステップ４０９と同様の処理を行い、流路Ａの閉塞状態を維持する。
【００４１】
そして、ＣＰＵ１０１が図４に示すルーチンを、繰り返し実行していくと、積算吸入空気量が判定用積算吸入空気量以上に達する。そのとき、ＣＰＵ１０１は、ステップ４１２において、積算吸入空気量が判定用積算吸入空気量以上に達したこと、すなわち吸着材の温度が所定値（吸着された炭化水素（ＨＣ）が脱離し終わる温度）に達したことを判定する。そして、ＣＰＵ１０１は、駆動回路１０７から第１のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ１への電力供給を停止して、還流パイプ５を閉塞する（ステップ４１３）。この結果、活性化された触媒３ａ、３ｂによって浄化された排気ガスは、図７に示すように、吸着筒４内の流路Ｂを通って下流の排気管８ａ、８ｂへ排出されることになる。
【００４２】
還流パイプ５を閉塞した後に、ＣＰＵ１０１は、エンジン１に対する燃料供給が停止されているか否かを判別する（ステップ４１４）。ここで、ＣＰＵ１０１は、燃料供給が停止されていることを判定すると、前述のステップ４０６と同様の処理を行い、流路Ａを開放（流路Ｂを閉塞）するとともに、還流パイプ５の閉塞状態を維持する。この場合、触媒３ａ、３ｂから排出された排気ガスの全ては、前述の図５と同様に、流路Ａを通ることになる。これにより、吸着筒４内の吸着材４２は、触媒３ａ、３ｂから排出される大量の排気ガスによって加熱されるため、短時間で高い温度まで昇温する。また、燃料供給停止状態のエンジン１から排出される排気ガスは、酸素濃度が高く、触媒３ａ、３ｂを通った後でも未反応酸素を多分に含んでいる。従って、吸着材４２の昇温によって、吸着材４２に付着した煤等の付着物と排気ガス中の未反応酸素との反応が促進され、吸着材４２に付着している付着物が除去される。
【００４３】
また、前述のステップ４１４において、ＣＰＵ１０１は、エンジン１が燃料供給状態にあることを判定すると、ステップ４１５へ進み、減速中であるか否かを判別する（ステップ４１５）。減速状態の判定方法としは、スロットル開度センサ１０９の出力信号から単位時間あたりのスロットル開度の変化量を求め、その変化量の正負によって減速状態を判定する方法を例示することができる。
【００４４】
ＣＰＵ１０１は、上記ステップ４１５において減速状態を判定すると、ステップ４１６へ進み、空燃比センサ１１１の出力信号を参照して排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）がリーン状態であるか否かを判別する。ＣＰＵ１０１は、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）がリーン状態であることを判定すると、前述のステップ４０７と同様の処理を実行し、吸着筒４内の流路Ａを開く（流路Ｂを閉塞する）とともに、還流パイプ５を閉塞する。この場合、吸着筒４内に流入した排気ガスは、前述の図５と同様に、流路Ａを通って下流の排気管８ａ、８ｂへ排出されることになる。これにより、吸着筒４内の吸着材４２は、排気還流のような少量の排気ガスではなく、触媒３ａ、３ｂから排出される大量の排気ガスによって加熱されることになり、短時間で高い温度まで昇温する。また、減速時に排出されたリーン状態の排気ガスは、酸素濃度が高く、触媒３ａ、３ｂを通った後でも未反応酸素を多分に含んでいる。従って、吸着材４２の昇温によってそこに付着した煤等の付着物と排気ガス中の未反応酸素との反応が促進され、吸着材４２に付着している付着物が除去される。
【００４５】
前述のステップ４１５において減速状態ではないことが判定された場合、あるいは前述のステップ４１６において排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）がリッチ状態にあることが判定された場合は、ＣＰＵ１０１は、ステップ４０９へ進み、流路Ａを閉じたまま（流路Ｂを開いたまま）にする。
【００４６】
エンジン１が停止されると、ＣＰＵ１０１は、前述のステップ４０１において、ＲＡＭ１０３のエンジン始動フラグがリセットされたことを判定し、エンジン１の運転時間をリセットする（ステップ４０８）。そして、ＣＰＵ１０１は、上記のステップ４０９と同様の処理を行い、流路Ａを閉塞する（流路Ｂを開放する）。
【００４７】
ここで、吸着材４２の特性を図８に示す。図中、縦軸は温度を示し、横軸は時間を示している。エンジン１が冷間始動された場合は、吸着材は、未活性状態の触媒から排出される排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）を吸着する。このとき、吸着材は、排気ガスによって加熱されるが、炭化水素（ＨＣ）の脱離が始まる温度（約１００Ｃ°）に昇温するまでは、炭化水素（ＨＣ）を吸着し続ける。そして、炭化水素（ＨＣ）の脱離が始まると、吸着材は、排気還流用の少量の排気ガスによって穏やかに加熱され、炭化水素（ＨＣ）の脱離が終了する温度（３００Ｃ°〜４００Ｃ°）まで昇温する。従来の技術では、ここで排気還流を終了するため、吸着材に排気ガスが流れず、吸着材の温度上昇が略停止する。これに対し、本実施の形態では、炭化水素（ＨＣ）の脱離が終了した後であって、所定の条件（排気ガスの酸素濃度が高いとき、例えば、燃料供給停止状態のとき、もしくは、減速状態且つ空燃比がリーン状態のとき）を満たすときに、吸着材に大量の排気ガスを流すことによって、吸着材の温度を上昇させる。そして、吸着材がおよそ４５０Ｃ°以上まで昇温すると、吸着材に付着していた煤等の付着物は、燃焼温度に達する。このとき、付着物は、排気ガス中の未反応酸素によって燃焼を促進される。
【００４８】
このように本実施の形態に示した排気浄化装置によれば、排気還流を利用した脱離処理では除去しきれなかった煤などの付着物を燃焼させることにより、吸着剤から確実に除去することができ、吸着材の吸着能力の低下を抑制することができる。
【００４９】
さらに、本実施の形態に示した排気浄化装置によれば、排気還流を行った後の必要なとき（吸着材に付着した煤等を取り除くとき）のみ、吸着材を排気ガスにさらす構成を採用しているので、排気ガスによる吸着材の劣化を最小限に抑えることができる。また、エンジン出力を要求されないとき、例えば、燃料カット時や、減速時且つ空燃比がリーン状態のときのみ、排気ガスを吸着材に流す構成を採用しているので、エンジン出力が必要なときには、吸着材が排気ガスの抵抗とならないようになっている。
【００５０】
尚、本実施の形態では、エンジンの吸気側に排気ガスを再循環させる構成を例に挙げたが、触媒の上流に再循環させる構成でも構わないことは当然である。
また、吸着材４２の温度を積算吸入空気量によって特定しているが、エンジン始動時からの運転時間によって特定するようにしてもよく、もしくは、吸着材４２に温度センサを取り付け、吸着材４２の温度を直接検出するようにしても良い。
【００５１】
〈他の実施の形態〉
前述の実施の形態では、吸着材４２に付着している煤などの付着物を酸化させるために、燃料供給停止時、あるいは、減速時且つ排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）がリーンの時の排気ガスを利用する例について説明したが、吸着材４２の上流に二次空気を導入し、強制的に排気ガス中の酸素濃度を高くするようにしても良い。この場合、炭化水素（ＨＣ）の脱離処理が終了した後に、吸着材４２の上流に二次空気を導入するとともに、第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２を制御して吸着筒４内の流路Ａを開くようにすればよい。これにより、機関の運転状態に左右されることなく、吸着材４２の酸素濃度を高くすることができる。従って、酸素濃度を高くする時期及び回数を任意に設定することができるため、吸着材４２の再生処理を早期に終了させることができる。
【００５２】
また、前述の実施の形態では、吸着材を加熱する手段として排気ガスを利用する構成について説明したが、図９に示すように、通電により発熱するヒータ４５を吸着筒４の近傍に設け、強制的に吸着材４２を加熱するようにしてもよい。この場合、炭化水素（ＨＣ）の脱離処理が終了した後であって、燃料供給停止時、あるいは減速時且つ排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）がリーンの時に吸着筒４内の流路Ａを開くとともに、ヒータ４５に通電するするようにすればよい。これにより、吸着材全体を均一且つ確実に加熱することができる。
【００５３】
さらに、二次空気導入とヒータとを併用して、任意のときに吸着材４２に付着した付着物を酸化するようにしてもよい。
また、加熱手段としてのヒータは、吸着材と直列に配置するようにしても良く、あるいは吸着材内に公知のヒータ付触媒（ＥＨＣ）を設ける構成としてもよい
【００５４】
。
【発明の効果】
本発明によれば、吸着手段から脱離した未燃ガスの還流処理が終了した後に、吸着手段の温度を上昇させることにより、吸着手段に付着している付着物がその燃焼温度まで加熱されて燃焼する。このとき、酸素濃度の高い排気ガスを吸着手段に流せば、燃焼が促進される。
【００５５】
このように、本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、吸着手段に吸着された未燃ガスのみならず、そこに付着した付着物も取り除くことができるため、吸着手段を確実に再生し、吸着手段の耐久性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における内燃機関の排気浄化装置を適用する自動車の排気系を示す概略構成図
【図２】吸着筒の内部構成を示す断面図
【図３】本発明における内燃機関の排気浄化装置を適用する自動車の制御系の構成を示す概略構成図
【図４】排気浄化処理ルーチンの一例を示すフローチャート
【図５】吸着筒内の排気ガスの流れを示す図（１）
【図６】吸着筒内の排気ガスの流れを示す図（２）
【図７】吸着筒内の排気ガスの流れを示す図（３）
【図８】吸着材の特性を示す図
【図９】吸着筒の他の実施態様を示す図
【符号の説明】
１・・エンジン
２ａ・・排気管
２ｂ・・排気管
３ａ・・触媒
３ｂ・・触媒
４・・吸着筒
５・・還流パイプ
６・・チェックバルブ
７・・パイプ
８ａ・・排気管
８ｂ・・排気管
９ａ・・マフラー
９ｂ・・マフラー
１０・・サージタンク
４０・・バイパスバルブ
４１・・ダイヤフラム室
４２・・吸着材
４５・・ヒータ
１００・・ＥＣＵ
１０１・・ＣＰＵ
１０２・・ＲＯＭ
１０３・・ＲＡＭ
１０４・・バス
１０５・・入出力ポート（Ｉ／Ｏ）
１０６・・Ａ／Ｄコンバータ
１０７・・駆動回路
１０８・・水温センサ
１０９・・スロットル開度センサ
１１０・・エアフローメータ
１１１・・空燃比センサ
１１２・・エンジン回転数センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の内燃機関では、排出される排気ガス、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯＸ）、及び炭化水素（ＨＣ）等の成分が大気に放出されないようにする必要がある。
【０００３】
このような要求に対して、特開平５−１７１９２９公報に記載された「内燃機関の排気浄化装置」が知られている。この排気浄化装置は、触媒より下流の排気管を第１の分岐通路部と第２の分岐通路部とに分岐し、これらの分岐通路部をさらに下流において再び合流させた排気系において、第１の分岐通路部には、炭化水素（ＨＣ）を吸着する吸着材を設けると共に、この吸着材の下流には排気ガスの一部を内燃機関の吸気側へ導く排気還流通路を設けている。そして、排気浄化装置は、内燃機関を冷間始動したときのように触媒が未活性状態にある場合は、触媒が活性化されるまでの間、内燃機関からの排気ガスを触媒から第１の分岐通路部へ流し、吸着材を通してマフラーへ流すようにしている。これにより、排気ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ）は、吸着材に吸着される。
【０００４】
その後、触媒が排気ガスの熱を受けて昇温し、活性化する温度に達すると、排気浄化装置は、触媒によって浄化された排気ガスを第１の分岐通路部と第２の分岐通路部との両方に流し、第１の分岐通路部に流れ込んだ排気ガスが吸着材を経て排気還流通路へ流れるとともに、第２の分岐通路部に流れ込んだ排気ガスがマフラーへ流れるようにしている。この場合、第１の分岐通路部に流れ込んだ排気ガスは、吸着材を昇温させ、吸着材に吸着されていた炭化水素（ＨＣ）を離脱させる。そして、吸着材から離脱した炭化水素（ＨＣ）は、排気ガスとともに排気還流通路へ流入し、内燃機関の吸気側に再循環される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の吸着材には、炭化水素（ＨＣ）ばかりでなく、触媒を通過した煤等の付着物が付着する。また、吸着材における炭化水素（ＨＣ）の脱離が終了する前に内燃機関が停止されると、吸着材には炭化水素（ＨＣ）が吸着したままになる。そして、次のエンジン始動時において始動後直ちにエンジン回転数が高くなると、高温の排気ガスが吸着材を通るため、吸着材に吸着していた炭化水素（ＨＣ）の一部が煤となって吸着材に付着する。このようにして付着した付着物は、吸着材の吸着性能を劣化させる原因となるため、吸着材から除去する必要がある。しかし、上記の排気浄化装置では、流量が少ない排気還流によって吸着材の加熱を行っているため、煤等の付着物が吸着材から除去される温度域まで加熱するのは困難である。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、吸着材に付着した煤などの付着物を除去する技術を提供することにより、吸着材の再生率を向上させ、もって吸着材の耐久性を向上させることを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下のような構成を採用した。すなわち、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関からの排気ガスを、触媒の下流で分岐された第１の排気通路及び第２の排気通路の少なくとも一方に流入させる通路切換手段と、前記第１の排気通路に設けられ、排気ガス中の未燃ガスを吸着する吸着手段と、前記吸着手段から脱離した未燃ガスを前記触媒の上流へ還流する還流手段と、前記還流手段によって前記吸着手段から脱離した未燃ガスが還流された後に前記吸着手段の温度を上昇させる温度上昇手段とを備える。
【０００９】
上記の温度上昇手段は、内燃機関からの排気ガスの空燃比が理論空燃比より高いか否かを判別する空燃比判別部と、この空燃比判別部によって排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも高いことが判定されたときに、前記通路切換手段を制御して、前記触媒からの排気ガスを前記第１の排気通路へ流入させる制御部とを備えるようにしてもよい。
【００１０】
また、上記の温度上昇手段は、内燃機関からの排気ガスに二次空気を混合させる二次空気供給部と、前記通路切換手段を制御して、二次空気が混合された排気ガスを前記第１の排気通路へ流入させる制御部とを備えるようにしてもよい。
【００１１】
また、温度上昇手段は、前記吸着手段を加熱する加熱部を備えるようにしてもよい。
以下、本発明の作用について述べる。
【００１３】
本発明を適用する内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関を冷間始動したときのように、触媒が未活性状態にあるときには、通路切換手段によって第１の排気通路を開くとともに第２の排気通路を閉塞し、触媒からの排気ガスが第１の排気通路に流入するようにする。このとき、第１の排気通路に流入した排気ガスに含まれる未燃ガスは、吸着手段に吸着される。そして、触媒が活性化すると、通路切換手段は、排気ガスの大部分を第２の排気通路へ流し、残りの一部を第１の排気通路へ流す。これと同時に、還流手段は、第１の排気通路に流入した一部の排気ガスを触媒の上流へ還流させる。この場合、第１の排気通路に流入した排気ガスは、吸着手段から脱離した未燃ガスとともに触媒の上流へ還流される。
しかし、未燃ガスの脱離が行われるような温度域では、吸着手段に付着している付着物を除去することができない。そこで、本発明にかかる温度上昇手段は、吸着手段から脱離した未燃ガスが還流手段によって還流されたのちに、吸着手段の温度を上昇させる。このとき、吸着手段に付着していた付着物は、吸着手段の昇温にともなって加熱される。そして、付着物は、加熱によって燃焼温度に達し、燃焼する。
【００１４】
また、温度上昇手段が空燃比判別部と制御部とを備える場合は、空燃比判別部が排気ガスの空燃比を監視する。そして、空燃比判別部は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも高い状態（リーン状態）を判定すると、その旨を制御部へ通知する。この通知を受けた制御部は、通路切換手段を制御して、第１の排気通路を開くとともに第２の排気通路を閉塞し、触媒からの排気ガスが第１の排気通路に流れるようにする。このとき、第１の排気通路に流れる排気ガスは酸素濃度が高いガスとなる。そして、吸着手段は、排気ガスの熱を受けて昇温するとともに、吸着手段に付着している付着物を加熱する。付着物は、加熱によって燃焼温度に達すると、排気ガス中の酸素によって燃焼を促進される。燃焼された付着物は、排気ガスとともに吸着手段から除去される。
【００１５】
さらに、温度上昇手段が二次空気供給部と制御部とを備える場合は、未燃ガスの還流が終了した後に、二次空気供給部が内燃機関からの排気ガスに二次空気を供給する。このとき、排気ガスは、酸素濃度の高いガスになる。そして、制御部は、通路切換手段を制御して、第１の排気通路を開くとともに第２の排気通路を閉塞し、触媒からの排気ガスが第１の排気通路に流れるようにする。これにより、吸着手段は、排気ガスの熱を受けて昇温するとともに、吸着手段に付着している付着物を加熱する。付着物は、加熱によって燃焼温度に達すると、排気ガス中の酸素によって燃焼を促進される。燃焼された付着物は、排気ガスとともに吸着手段から除去される。
【００１６】
また、温度上昇手段が加熱部を備える場合は、未燃ガスの還流が終了した後に、加熱部が吸着手段を加熱する。このとき、吸着手段の昇温にともなってそこに付着している付着物も加熱される。そして、付着物は、加熱によって燃焼温度に達し、燃焼することになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置の一実施態様について図面に基づいて説明する。
【００１８】
本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置は、自動車の排気系とそれを制御する制御系とによって実現される。
先ず、本実施の形態における自動車の排気系について述べる。
【００１９】
図１は、本発明における内燃機関の排気浄化装置を適用する自動車の排気系を示す概略構成図である。同図に示すように、排気系は、エンジン１に接続された二本の排気管２ａ、２ｂを一旦合流させた後に再び二本の排気管８ａ、８ｂに分割し、これら排気管８ａ、８ｂのそれぞれを車体後方のマフラー９ａ、９ｂに接続して構成されている。さらに、二本の排気管２ａ、２ｂには、それぞれ排気浄化用の触媒３ａ、３ｂが設けられており、触媒３ａ、３ｂ下流の排気管２ａ、２ｂが合流した部分には、吸着筒４が設けられている。
【００２０】
吸着筒４は、内部が二本の流路に分割されており、一方の流路には炭化水素（ＨＣ）を吸着する吸着材が設けられている。具体的には、吸着筒４内は、図２に示すように、二本の流路Ａ、Ｂに分割されている。これら流路Ａ、Ｂはそれぞれ、本発明の第１の排気通路及び第２の排気通路に対応する。
【００２１】
流路Ａには、本発明の吸着手段として吸着材、例えば、ゼオライト系の吸着材４２が設けられている。この吸着材４２は、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）を吸着する。さらに、流路Ａにおいて、吸着材４２の下流には、一端がエンジン１の吸気管に設けられたサージタンク１０に接続された還流パイプ５の他端が接続されている。この還流パイプ５の途中には、非通電時に還流パイプ５を閉じ、通電時に還流パイプ５を開く第１のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ１が取り付けられている。これら還流パイプ５と第１のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ１は、本発明の還流手段に対応する。尚、本実施の形態では、第１のスイッチングバルブＶＳＶ１及び還流パイプ５は、公知の排気再循環装置（ＥＧＲ）の機能を兼ねるようにしてもよい。
【００２２】
また、吸着筒４の出口部分Ｃには、流路Ａと流路Ｂとを選択的に開閉するバイパスバルブ４０が取り付けられている。このバイパスバルブ４０は、吸着筒４の外部に取り付けられたダイヤフラム室４１と梃子４３を介して接続されている。この梃子４３は、支点４４を中心に回動するものであり、ダイヤフラム室側の端部が押し下げられると、バイパスバルブ側の端部がバイパスバルブ４０を引っ張り上げて、流路Ｂを開放するとともに流路Ａを閉塞する。一方、梃子４３は、ダイヤフラム室側の端部が引っ張り上げられると、バイパスバルブ側の端部がバイパスバルブ４０を押し下げて、流路Ａを開放するとともに流路Ｂを閉塞する。
【００２３】
ここで、上記のダイヤフラム室４１には、図１に示すように、一端がエンジンの図示しない吸気管に接続されたパイプ７の他端が接続されており、吸気管内のの負圧を導入することができるようになっている。そして、パイプ７の途中には、吸気管側からダイヤフラム室側への負圧のみを許容するチェックバルブ６と、非通電時にパイプ７を閉じ、通電時にパイプ７を開く第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２とが取り付けられている。第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２に電力を供給しなければ（非通電時）、第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２がパイプ７を閉じ、ダイヤフラム室４１に対する負圧が遮断されて、ダイヤフラム室４１が大気開放された状態になる。このとき、梃子４３のダイヤフラム室側端部は、ダイヤフラム自身のバネ力によって押し下げられる。これにともなって、梃子４３のバイパスバルブ側端部は、バイパスバルブ４０を引っ張り上げる。このとき、バイパスバルブ４０は、流路Ａを閉塞するとともに流路Ｂを開放する。一方、第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２に電力を供給すると（通電時）、第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２がパイプ７を開き、吸気管内の負圧がダイヤフラム室４１に導入される。このとき、ダイヤフラム室４１は、梃子４３のダイヤフラム室側端部を引っ張り上げる。梃子４３のダイヤフラム室側端部が引っ張り上げられると、梃子４３が支点４４を中心に回動し、梃子４３のバイパスバルブ側端部がバイパスバルブ４０を押し下げて流路Ａを開放するとともに流路Ｂを閉塞する。
【００２４】
上記のバイパスバルブ４０、ダイヤフラム室４１、及び第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２は、本発明の通路切換手段を実現するものである。
次に、上記した排気系を制御する制御系について図３に基づいて説明する。この制御系は、水温センサ１０８、スロットル開度センサ１０９、エアフローメータ１１０、空燃比センサ１１１、及びエンジン回転数センサ１１２を、エレクトロニックコントロールユニット（ＥＣＵ）１００に接続して構成される。
【００２５】
水温センサ１０８は、エンジン１の冷却水の温度を検出する。
スロットル開度センサ１０９は、エンジン１の吸気管に設けられたスロットル弁の開度に比例する電圧を出力する。
【００２６】
エアフロメータ１１０は、エンジン１に吸入される空気量に比例した電圧を出力する。
空燃比センサ１１１は、本発明の空燃比判別部を実現するものであり、触媒３ａ、３ｂより上流の排気管２ａ（あるいは２ｂ）に取り付けられて、エンジン１からの排気ガス中に残存する酸素濃度に対応する電圧を出力する。
【００２７】
エンジン回転数センサ１１２は、内燃機関の回転数を検出するものであり、エンジン１のクランクシャフトの単位時間当たりの回転数を検出する。
ＥＣＵ１００は、各センサからの信号に基づいて上記排気系を制御するものであり、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３、及び入出力ポート（Ｉ／Ｏ）１０５を備え、これらをバス１０４によって接続して構成される。さらに、入出力ポート（Ｉ／Ｏ）１０５には、Ａ／Ｄコンバータ１０６と駆動回路１０７とが接続されている。尚、ＥＣＵ１００は、燃料噴射制御用のＥＣＵを兼用してもよいし、排気浄化装置専用のＥＣＵでもよい。
【００２８】
上記のＲＯＭ１０２は、ＣＰＵ１０１が実行すべきアプリケーションプログラムや、種々の制御用マップを格納する。ＲＯＭ１０２の制御用マップは、例えば、エンジン１を始動したときのエンジン冷却水の温度と触媒３ａ、３ｂが活性化するまでの時間（触媒活性時間）との関係を表す関数であり、エンジン始動時のエンジン冷却水の温度が特定されると、それに対応する触媒活性時間が一意に決定されるようになっている。また、別の制御用マップは、エンジン始動時の冷却水の温度と判定用積算吸入空気量との関係を表す関数である。ここでいう判定用積算吸入空気量とは、エンジン始動時から吸着材４２が所定の温度（吸着材４２に吸着された炭化水素（ＨＣ）が脱離し終わる温度）に昇温するまでの間に、エンジン１が吸入する予定の空気量である。
【００２９】
ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２のアプリケーションプログラムを実行することにより、第１のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ１及び第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２に対する制御信号を出力する。
【００３０】
ＲＡＭ１０３は、水温センサ１０８、スロットル開度センサ１０９、エアフローメータ１１０、空燃比センサ１１１、及びエンジン回転数センサ１１２からの信号や、ＣＰＵ１０１の演算結果等を格納する。また、ＲＡＭ１０３は、エンジン１が始動されたか否かを識別するフラグ（エンジン始動フラグ）を登録する領域を有している。このエンジン始動フラグは、ＣＰＵ１０１によってセット及びリセットされる。例えば、ＣＰＵ１０１は、エンジン回転数センサ１１２からの出力を監視し、その出力が閾値を超えるとエンジン始動フラグをセットし、閾値以下になるとエンジン始動フラグをリセットする。
【００３１】
Ａ／Ｄコンバータ１０６は、水温センサ１０８、スロットル開度センサ１０９、エアフロメータ１１０、及び空燃比センサからの出力信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換して入出力ポート（Ｉ／Ｏ）１０５へ入力する。
【００３２】
駆動回路１０７は、還流パイプ５の第１のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ１、及び、パイプ７の第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２に接続されている。そして、駆動回路１０７は、ＣＰＵ１０１から出力される制御信号に従って、第１のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ１もしくは第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２に電力を供給する。
【００３３】
以下、本実施の形態の作用について述べる。
図４は、ＥＣＵ１００のＣＰＵ１０１が実行する排気浄化処理ルーチンであって、一定時間（例えば１６ｍｓｅｃ．）毎に繰り返し実行される。
【００３４】
エンジン１が停止しているときに排気浄化処理ルーチンが起動されると、ＣＰＵ１０１は、ＲＡＭ１０３へアクセスし、エンジン始動フラグがセットされていないことを判定する（ステップ４０１）。そして、ＣＰＵ１０１は、エンジン１の運転時間をリセットして（ステップ４０７）、水温センサ１０８が検出した冷却水の温度をＲＡＭ１０３に書き込む（ステップ４０８）。このとき、ＣＰＵ１０１は、駆動回路１０７から第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２への電力供給を行わず、流路Ａを閉塞状態に保つ（ステップ４０９）。
【００３５】
エンジン１の始動後に排気浄化処理ルーチンが起動されると、ＣＰＵ１０１は、ステップ４０１でエンジン始動フラグがセットされていることを判定し、ＲＡＭ１０３へアクセスして冷却水の温度を読み出し、その温度が所定値未満であるか否かを判別する（ステップ４０２）。
【００３６】
上記ステップ４０２において、エンジン冷却水の温度が所定値未満であれば、ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２の制御用マップへアクセスして、エンジン冷却水の温度に対応する触媒活性時間を読み出す（ステップ４０３）。
【００３７】
続いて、ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２から読み出した触媒活性時間と、エンジン始動時から現時点までの運転時間とを比較する（ステップ４０４）。ここで、運転時間が触媒活性時間より短ければ、ＣＰＵ１０１は、運転時間をインクリメントする（ステップ４０５）。この運転時間は、上記の一定時間（例えば１６ｍｓｅｃ．）単位にインクリメントされる。そして、ＣＰＵ１０１は、駆動回路１０７から第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２のみに電力を供給する。電力を受けた第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２は、吸着筒４内の流路Ａを開くとともに流路Ｂを閉塞する。一方、第１のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ１は、駆動電力を受けないため、還流パイプ５を閉塞し続ける。
【００３８】
上記ステップ４０３〜４０６の処理は、エンジン１が冷えた状態、すなわち、触媒３ａ、３ｂが活性していない状態における排気浄化装置の動作を示している。この結果、触媒３ａ、３ｂから排出された排気ガスの全ては、図５に示すように、吸着筒４内の流路Ａを通って下流の排気管８ａ、８ｂへ排出されることになるので、触媒３ａ、３ｂによって酸化されなかった炭化水素（ＨＣ）は、吸着筒４内の吸着材４２に吸着される。
【００３９】
そして、ＣＰＵ１０１が図４に示すルーチンを、一定時間毎に繰り返し実行していくと、エンジン１の運転時間が触媒活性時間以上に達する。そのとき、ＣＰＵ１０１は、ステップ４０４において、運転時間が触媒活性時間以上に達したことを判定する。そして、ＣＰＵ１０１は、駆動回路１０７から第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２への電力供給を停止するとともに、駆動回路１０７から第１のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ１への電力供給を開始する。電力供給を停止された第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２は、流路Ａを閉塞するとともに流路Ｂを開放する（ステップ４１０）。また、電力供給を受けた第１のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ１は、還流パイプ５を開放する（ステップ４１１）。このとき、活性化された触媒３ａ、３ｂによって浄化された排気ガスは、図６に示すように、その大部分が吸着筒４内の流路Ｂを通って下流の排気管８ａ、８ｂへ排出され、残りの一部が流路Ａを通って還流パイプ５に流入する。流路Ａを通る排気ガスは、吸着材４２を加熱する。そして、吸着材４２の昇温によって、そこに吸着していた炭化水素（ＨＣ）が脱離する。脱離した炭化水素（ＨＣ）は、流路Ａを通る排気ガスとともに還流パイプ５へ流入し、エンジン１の吸気管へ再循環される。
【００４０】
また、ＣＰＵ１０１は、エアフロメータ１１０の出力信号を積算し、エンジン始動時から現時点までにエンジン１が吸入した空気量、つまり積算吸入空気量を算出している。但し、ＣＰＵ１０１は、エンジン１の始動時に、ＲＯＭ１０２の制御用マップにアクセスしてエンジン冷却水の温度に対応する判定用積算吸入空気量を読み出し、この判定用積算吸入空気量をＲＡＭ１０３に書き込んでおくものとする。そして、ＣＰＵ１０１は、前述のステップ４１１の処理を終了すると、積算吸入空気量と、ＲＡＭ１０３に登録されている判定用積算吸入空気量とを比較して、吸着材の温度が所定の温度に達したか否かを判別する（ステップ４１２）。還流を開始した直後は、吸着材の温度が所定値に達していない（積算吸入空気量＜判定用積算吸入空気量）ので、ＣＰＵ１０１は、前述のステップ４０９と同様の処理を行い、流路Ａの閉塞状態を維持する。
【００４１】
そして、ＣＰＵ１０１が図４に示すルーチンを、繰り返し実行していくと、積算吸入空気量が判定用積算吸入空気量以上に達する。そのとき、ＣＰＵ１０１は、ステップ４１２において、積算吸入空気量が判定用積算吸入空気量以上に達したこと、すなわち吸着材の温度が所定値（吸着された炭化水素（ＨＣ）が脱離し終わる温度）に達したことを判定する。そして、ＣＰＵ１０１は、駆動回路１０７から第１のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ１への電力供給を停止して、還流パイプ５を閉塞する（ステップ４１３）。この結果、活性化された触媒３ａ、３ｂによって浄化された排気ガスは、図７に示すように、吸着筒４内の流路Ｂを通って下流の排気管８ａ、８ｂへ排出されることになる。
【００４２】
還流パイプ５を閉塞した後に、ＣＰＵ１０１は、エンジン１に対する燃料供給が停止されているか否かを判別する（ステップ４１４）。ここで、ＣＰＵ１０１は、燃料供給が停止されていることを判定すると、前述のステップ４０６と同様の処理を行い、流路Ａを開放（流路Ｂを閉塞）するとともに、還流パイプ５の閉塞状態を維持する。この場合、触媒３ａ、３ｂから排出された排気ガスの全ては、前述の図５と同様に、流路Ａを通ることになる。これにより、吸着筒４内の吸着材４２は、触媒３ａ、３ｂから排出される大量の排気ガスによって加熱されるため、短時間で高い温度まで昇温する。また、燃料供給停止状態のエンジン１から排出される排気ガスは、酸素濃度が高く、触媒３ａ、３ｂを通った後でも未反応酸素を多分に含んでいる。従って、吸着材４２の昇温によって、吸着材４２に付着した煤等の付着物と排気ガス中の未反応酸素との反応が促進され、吸着材４２に付着している付着物が除去される。
【００４３】
また、前述のステップ４１４において、ＣＰＵ１０１は、エンジン１が燃料供給状態にあることを判定すると、ステップ４１５へ進み、減速中であるか否かを判別する（ステップ４１５）。減速状態の判定方法としは、スロットル開度センサ１０９の出力信号から単位時間あたりのスロットル開度の変化量を求め、その変化量の正負によって減速状態を判定する方法を例示することができる。
【００４４】
ＣＰＵ１０１は、上記ステップ４１５において減速状態を判定すると、ステップ４１６へ進み、空燃比センサ１１１の出力信号を参照して排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）がリーン状態であるか否かを判別する。ＣＰＵ１０１は、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）がリーン状態であることを判定すると、前述のステップ４０７と同様の処理を実行し、吸着筒４内の流路Ａを開く（流路Ｂを閉塞する）とともに、還流パイプ５を閉塞する。この場合、吸着筒４内に流入した排気ガスは、前述の図５と同様に、流路Ａを通って下流の排気管８ａ、８ｂへ排出されることになる。これにより、吸着筒４内の吸着材４２は、排気還流のような少量の排気ガスではなく、触媒３ａ、３ｂから排出される大量の排気ガスによって加熱されることになり、短時間で高い温度まで昇温する。また、減速時に排出されたリーン状態の排気ガスは、酸素濃度が高く、触媒３ａ、３ｂを通った後でも未反応酸素を多分に含んでいる。従って、吸着材４２の昇温によってそこに付着した煤等の付着物と排気ガス中の未反応酸素との反応が促進され、吸着材４２に付着している付着物が除去される。
【００４５】
前述のステップ４１５において減速状態ではないことが判定された場合、あるいは前述のステップ４１６において排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）がリッチ状態にあることが判定された場合は、ＣＰＵ１０１は、ステップ４０９へ進み、流路Ａを閉じたまま（流路Ｂを開いたまま）にする。
【００４６】
エンジン１が停止されると、ＣＰＵ１０１は、前述のステップ４０１において、ＲＡＭ１０３のエンジン始動フラグがリセットされたことを判定し、エンジン１の運転時間をリセットする（ステップ４０８）。そして、ＣＰＵ１０１は、上記のステップ４０９と同様の処理を行い、流路Ａを閉塞する（流路Ｂを開放する）。
【００４７】
ここで、吸着材４２の特性を図８に示す。図中、縦軸は温度を示し、横軸は時間を示している。エンジン１が冷間始動された場合は、吸着材は、未活性状態の触媒から排出される排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）を吸着する。このとき、吸着材は、排気ガスによって加熱されるが、炭化水素（ＨＣ）の脱離が始まる温度（約１００Ｃ°）に昇温するまでは、炭化水素（ＨＣ）を吸着し続ける。そして、炭化水素（ＨＣ）の脱離が始まると、吸着材は、排気還流用の少量の排気ガスによって穏やかに加熱され、炭化水素（ＨＣ）の脱離が終了する温度（３００Ｃ°〜４００Ｃ°）まで昇温する。従来の技術では、ここで排気還流を終了するため、吸着材に排気ガスが流れず、吸着材の温度上昇が略停止する。これに対し、本実施の形態では、炭化水素（ＨＣ）の脱離が終了した後であって、所定の条件（排気ガスの酸素濃度が高いとき、例えば、燃料供給停止状態のとき、もしくは、減速状態且つ空燃比がリーン状態のとき）を満たすときに、吸着材に大量の排気ガスを流すことによって、吸着材の温度を上昇させる。そして、吸着材がおよそ４５０Ｃ°以上まで昇温すると、吸着材に付着していた煤等の付着物は、燃焼温度に達する。このとき、付着物は、排気ガス中の未反応酸素によって燃焼を促進される。
【００４８】
このように本実施の形態に示した排気浄化装置によれば、排気還流を利用した脱離処理では除去しきれなかった煤などの付着物を燃焼させることにより、吸着剤から確実に除去することができ、吸着材の吸着能力の低下を抑制することができる。
【００４９】
さらに、本実施の形態に示した排気浄化装置によれば、排気還流を行った後の必要なとき（吸着材に付着した煤等を取り除くとき）のみ、吸着材を排気ガスにさらす構成を採用しているので、排気ガスによる吸着材の劣化を最小限に抑えることができる。また、エンジン出力を要求されないとき、例えば、燃料カット時や、減速時且つ空燃比がリーン状態のときのみ、排気ガスを吸着材に流す構成を採用しているので、エンジン出力が必要なときには、吸着材が排気ガスの抵抗とならないようになっている。
【００５０】
尚、本実施の形態では、エンジンの吸気側に排気ガスを再循環させる構成を例に挙げたが、触媒の上流に再循環させる構成でも構わないことは当然である。
また、吸着材４２の温度を積算吸入空気量によって特定しているが、エンジン始動時からの運転時間によって特定するようにしてもよく、もしくは、吸着材４２に温度センサを取り付け、吸着材４２の温度を直接検出するようにしても良い。
【００５１】
〈他の実施の形態〉
前述の実施の形態では、吸着材４２に付着している煤などの付着物を酸化させるために、燃料供給停止時、あるいは、減速時且つ排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）がリーンの時の排気ガスを利用する例について説明したが、吸着材４２の上流に二次空気を導入し、強制的に排気ガス中の酸素濃度を高くするようにしても良い。この場合、炭化水素（ＨＣ）の脱離処理が終了した後に、吸着材４２の上流に二次空気を導入するとともに、第２のバキュームスイッチングバルブＶＳＶ２を制御して吸着筒４内の流路Ａを開くようにすればよい。これにより、機関の運転状態に左右されることなく、吸着材４２の酸素濃度を高くすることができる。従って、酸素濃度を高くする時期及び回数を任意に設定することができるため、吸着材４２の再生処理を早期に終了させることができる。
【００５２】
また、前述の実施の形態では、吸着材を加熱する手段として排気ガスを利用する構成について説明したが、図９に示すように、通電により発熱するヒータ４５を吸着筒４の近傍に設け、強制的に吸着材４２を加熱するようにしてもよい。この場合、炭化水素（ＨＣ）の脱離処理が終了した後であって、燃料供給停止時、あるいは減速時且つ排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）がリーンの時に吸着筒４内の流路Ａを開くとともに、ヒータ４５に通電するするようにすればよい。これにより、吸着材全体を均一且つ確実に加熱することができる。
【００５３】
さらに、二次空気導入とヒータとを併用して、任意のときに吸着材４２に付着した付着物を酸化するようにしてもよい。
また、加熱手段としてのヒータは、吸着材と直列に配置するようにしても良く、あるいは吸着材内に公知のヒータ付触媒（ＥＨＣ）を設ける構成としてもよい
【００５４】
。
【発明の効果】
本発明によれば、吸着手段から脱離した未燃ガスの還流処理が終了した後に、吸着手段の温度を上昇させることにより、吸着手段に付着している付着物がその燃焼温度まで加熱されて燃焼する。このとき、酸素濃度の高い排気ガスを吸着手段に流せば、燃焼が促進される。
【００５５】
このように、本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、吸着手段に吸着された未燃ガスのみならず、そこに付着した付着物も取り除くことができるため、吸着手段を確実に再生し、吸着手段の耐久性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における内燃機関の排気浄化装置を適用する自動車の排気系を示す概略構成図
【図２】吸着筒の内部構成を示す断面図
【図３】本発明における内燃機関の排気浄化装置を適用する自動車の制御系の構成を示す概略構成図
【図４】排気浄化処理ルーチンの一例を示すフローチャート
【図５】吸着筒内の排気ガスの流れを示す図（１）
【図６】吸着筒内の排気ガスの流れを示す図（２）
【図７】吸着筒内の排気ガスの流れを示す図（３）
【図８】吸着材の特性を示す図
【図９】吸着筒の他の実施態様を示す図
【符号の説明】
１・・エンジン
２ａ・・排気管
２ｂ・・排気管
３ａ・・触媒
３ｂ・・触媒
４・・吸着筒
５・・還流パイプ
６・・チェックバルブ
７・・パイプ
８ａ・・排気管
８ｂ・・排気管
９ａ・・マフラー
９ｂ・・マフラー
１０・・サージタンク
４０・・バイパスバルブ
４１・・ダイヤフラム室
４２・・吸着材
４５・・ヒータ
１００・・ＥＣＵ
１０１・・ＣＰＵ
１０２・・ＲＯＭ
１０３・・ＲＡＭ
１０４・・バス
１０５・・入出力ポート（Ｉ／Ｏ）
１０６・・Ａ／Ｄコンバータ
１０７・・駆動回路
１０８・・水温センサ
１０９・・スロットル開度センサ
１１０・・エアフローメータ
１１１・・空燃比センサ
１１２・・エンジン回転数センサ
Claims (2)
- 内燃機関からの排気ガスを、触媒の下流で分岐された第１の排気通路及び第２の排気通路の少なくとも一方に流入させる通路切換手段と、前記第１の排気通路に設けられ、排気ガス中の未燃ガスを吸着する吸着手段と、前記吸着手段から脱離した未燃ガスを前記触媒の上流へ還流する還流手段と、前記還流手段によって前記吸着手段から脱離した未燃ガスが還流された後に前記吸着手段の温度を上昇させる温度上昇手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
前記温度上昇手段は、内燃機関からの排気ガスの空燃比が理論空燃比より高いか否かを判別する空燃比判別部と、前記空燃比判別部によって排気ガスの空燃比が理論空燃比よりも高いことが判定されると、前記通路切換手段を制御して、前記触媒からの排気ガスを前記第１の排気通路へ流入させる制御部とを備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 内燃機関からの排気ガスを、触媒の下流で分岐された第１の排気通路及び第２の排気通路の少なくとも一方に流入させる通路切換手段と、前記第１の排気通路に設けられ、排気ガス中の未燃ガスを吸着する吸着手段と、前記吸着手段から脱離した未燃ガスを前記触媒の上流へ還流する還流手段と、前記還流手段によって前記吸着手段から脱離した未燃ガスが還流された後に前記吸着手段の温度を上昇させる温度上昇手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
前記温度上昇手段は、内燃機関からの排気ガスに二次空気を混合させる二次空気供給部と、前記通路切換手段を制御して二次空気が混合された排気ガスを前記第１の排気通路へ流入させる制御部とを備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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