JP3757668B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はエンジンの排気浄化装置に関し、特に、触媒の昇温制御を行う排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気の空燃比に応じてＮＯｘの吸収あるいは脱離を行うＮＯｘ吸収剤を備えたエンジンの排気浄化装置が知られている。
【０００３】
このＮＯｘ吸収剤は、エンジンをリーン空燃比で運転したときに排気中に含まれるＮＯｘを吸収する一方で、エンジンの運転がストイキないしリッチ空燃比に切り替えられると吸収したＮＯｘを脱離させるものであり、脱離したＮＯｘは排気中のＨＣ、ＣＯなどの還元成分によって浄化される。
【０００４】
ところで、燃料や潤滑油中には硫黄分が含まれているため、例えばリーン空燃比での運転が長時間続くと、排気中のＳＯｘ（硫黄酸化物）がＮＯｘ吸収剤に堆積し、いわゆる硫黄被毒が進行する。この硫黄被毒の進行はＮＯｘの吸収能力を低下させ、排気組成の悪化につながるため、硫黄被毒を解除するための方策が各種試みられている。
【０００５】
例えば、特開平10-54274号では、ＮＯｘ吸収型の触媒が排気中のＳＯｘを吸収してＮＯｘ吸収能力が低下したときには、所定期間意図的にリーン失火を発生させて排気浄化装置に未燃の燃料を供給し、この燃料が排気浄化装置内で燃焼するときの熱により、あるいは、点火時期を遅角させて排気温度を上昇させることにより排気浄化装置の温度を上昇させ、排気浄化装置に堆積したＳＯｘを放出させている。
【０００６】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、この従来技術では、排気浄化装置の温度を上昇させる際に通常とは異なる状態（失火の発生、点火時期の遅角）でエンジンを運転するので、この間はエンジンの運転性が悪化する可能性があった。また、失火によりエンジン出力が低下するので、通常時と同じエンジン出力を発生させるためには、燃料を余計に供給する必要が生じ、燃費も悪化する。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の課題を鑑みてなされたものであり、運転性や燃費を悪化させることなく触媒温度を上昇させることが可能な排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【問題点を解決するための手段】
第１の発明は、エンジンの排気浄化装置において、排気マニホールド直下の排気通路に配置された排気浄化用触媒と、前記排気浄化用触媒をバイパスするバイパス通路と、燃焼室から排出される排気の温度を検出する手段と、前記排気浄化用触媒への排気の流入を制限する排気制御弁と、前記排気浄化用触媒に吸収されたＳＯｘを放出すべき条件を判断する手段と、排気の温度が前記排気浄化用触媒の耐熱許容温度よりも高くかつＳＯｘを放出すべき条件が成立した場合に、前記排気制御弁による制限を緩和して耐熱許容温度よりも温度が高い排気を前記排気浄化用触媒に流入させ、前記排気浄化用触媒の温度がＳＯｘ放出温度より高くかつ前記耐熱許容温度より低くなるよう前記排気制御弁によって前記排気浄化用触媒へ流入する排気量を調整する手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、排気浄化用触媒が流入する排気の空燃比に応じてＮＯｘの吸収と放出を行う作用を有する触媒であることを特徴とする。
【００１０】
第３の発明は、第１の発明において、排気通路とバイパス通路の合流部より下流側の排気通路に第２の排気浄化用触媒を設けたことを特徴とする。
【００１１】
第４の発明は、第１の発明において、ＳＯｘを放出すべき条件が成立しかつ前記排気浄化用触媒の温度が前記ＳＯｘ放出温度よりも高い場合に空燃比をリッチ化することを特徴とする。
【００１２】
【作用及び効果】
本発明によると、通常運転においても十分に高い排気温度が得られる排気マニホールド直下に触媒（例えば、ＮＯｘ吸蔵還元型の三元触媒）を配置したことにより、硫黄被毒の解除制御で触媒を昇温させる際には、排気制御弁によって触媒に流入する排気量を調整するだけで触媒の温度を上昇させることができる。従来のように失火を発生させたり点火時期を遅らせたりする必要はなく、昇温制御中もエンジンは通常の運転を継続することができるので、運転性、燃費が悪化することもない。
【００１３】
また、触媒の温度を上昇させる必要がないときは排気制御弁は閉じられ、触媒に流入する排気が制限されるので、触媒温度が過度に上昇し触媒が熱劣化するのを防止することができる。
【００１４】
また、第３の発明によると、上流側の触媒をバイパスした排気は下流側の第２触媒で浄化することができる。第２触媒はエンジンから離れて配置されるので、通常運転において第２の触媒に流入する排気の温度が触媒を熱劣化させるほど上昇することもない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
図１は本発明が適用されるエンジン排気浄化装置の概略構成を示す。エンジン１の吸気通路２には吸入空気量を検出するエアフロメータ３と、吸入空気量を調節するスロットル弁４と、燃料噴射弁５とが設けられている。燃料噴射弁５はコントローラ６からの噴射信号を受けて所定の空燃比となるよう吸気通路２に燃料を噴射する。
【００１７】
一方、エンジン１の排気マニホールド直下の排気通路７には、空燃比センサ１５と、排気浄化用の第１触媒８が設けられている。第１触媒８は、上述したＮＯｘ吸収・放出作用を有するＮＯｘ吸蔵還元型の三元触媒であり、ストイキ空燃比運転時に最大の転換効率をもって排気中のＮＯｘの還元とＨＣ、ＣＯの酸化を行うとともに、リーン空燃比運転域で発生するＮＯｘを吸蔵する。また、ストイキないしリッチ空燃比で運転して排気中の酸素濃度を低下させると、リーン空燃比運転域で吸着したＮＯｘを脱離させるとともに排気中に含まれるＨＣ、ＣＯにより脱離したＮＯｘを還元する。第１触媒８には触媒の温度を検出する触媒温度センサ１３が設けられている。
【００１８】
また、排気通路７には、第１触媒８を迂回するバイパス通路１０が設けられている。第１触媒８の入り口とバイパス通路１０の入り口にはそれぞれコントローラ６により制御可能な第１バイパス弁１１と第２バイパス弁１２とが設けられており、これらバイパス弁１１、１２を開閉駆動することで、第１触媒８に導入される排気流量を制御することができる。
【００１９】
排気通路７とバイパス通路１０の合流部下流にはさらに排気浄化用の第２触媒９が設けられている。この第２触媒９はいわゆる三元触媒であり、ストイキ空燃比運転時に最大の変換効率をもって排気中のＮＯｘの還元とＨＣ、ＣＯの酸化を行う。
【００２０】
このような構成のもとコントローラ６には、エアフロメータ３からの吸入空気量信号、空燃比センサ１５からの空燃比信号、触媒温度センサ１３からの触媒温度信号、冷却水温度センサ１４からの水温信号が入力される他、クランク角センサ１７からのＲｅｆ信号とＰｏｓ信号、アクセルポジションセンサ１８からのアクセル操作量信号、車速センサからの車速信号等が入力され、コントローラ６はこれら各種信号に基づき上記スロットル弁４、燃料噴射弁５、点火プラグ６等を制御する。
【００２１】
さらに、リーン空燃比での運転が長時間続くと第１触媒８に排気中のＳＯｘが堆積し硫黄被毒が進行するので、コントローラ６は上記バイパス弁１１、１２により第１触媒に導入される排気流量を制御し、第１触媒８の温度を上昇させ、第１触媒８に堆積したＳＯｘの脱離（被毒解除制御）を行う。
【００２２】
コントローラ６における被毒解除制御に関する部分をブロック図で表すと図２のようになる。この図に示すように被毒解除制御に関する部分は、ＳＯｘ放出条件判断部Ｂ１、リッチ化条件判断部Ｂ２、目標空燃比設定部Ｂ３、Ｔｉ、ＴＩＴＭ算出部Ｂ４及びバイパス弁制御部Ｂ５で構成される。以下、図３から図８を参照しながらこれら各要素における処理について説明する。
【００２３】
まず、ＳＯｘ放出条件判断部Ｂ１における処理について説明すると、ＳＯｘ放出条件判断部Ｂ１は第１触媒８に吸収されたＳＯｘ量を推定し、その推定ＳＯｘ吸収量に基づきＳＯｘを放出すべき条件の成立、不成立を判断し、フラグＦｓｏｘのセットを行うものである。
【００２４】
図３はＳＯｘ放出条件判断部Ｂ１の制御ルーチンを示したものであり、所定時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に実行される。
【００２５】
これについて説明すると、まず、ステップＳ１１では、触媒温度センサ１３の出力をＡ／Ｄ変換して触媒温度Ｔｃａｔが求められ、クランク角センサ１７の所定信号（例えば、Ｒｅｆ信号）の発生間隔時間に基づいてエンジン回転数Ｎが求められる。さらに、アクセルポジションセンサ１８の出力に基づいてエンジン負荷Ｔ（例えば、アクセル踏み込み量に応じたエンジンの目標発生トルク）が求められる。
【００２６】
ステップＳ１２では、ステップＳ１１で求めた触媒温度ＴｃａｔがＳＯｘ放出温度Ｔｃａｔ２以下か否かが判断される。ＳＯｘ放出温度Ｔｃａｔ２以下の時は触媒はＳＯｘを吸収する状態であると判断してステップＳ１３へ進み、逆に、ＳＯｘ放出温度Ｔｃａｔ２より大きいときはＳＯｘを放出する状態であると判断してステップＳ１７へ進む。
【００２７】
ステップＳ１３では、所定時間（ここではルーチン実行時間の１０ｍｓｅｃ）あたりに第１触媒８に吸収されるＳＯｘ量ΔＳＯＸａが次式（１）により算出される。
【００２８】

所定時間あたりに触媒に流入するＳＯｘ量は、例えば、エンジン回転数Ｎ、エンジン負荷Ｔ、平均空燃比をパラメータとして算出することができる。また、触媒のＳＯｘ吸収率（単位時間あたりに吸収されるＳＯｘ量／単位時間あたりに流入するＳＯｘ量）は、例えば、現在のＳＯｘ吸収量ＳＯＸｚ（前回算出したＳＯｘ吸収量の推定値）、触媒温度Ｔｃａｔ、平均空燃比をパラメータとして算出される。平均空燃比としては、例えば、後述する目標空燃比設定部Ｂ３で設定される目標当量比ＴＦＢＹＡを用いることができる。
【００２９】
第１触媒８のＳＯｘ吸収率は、ゼロ以上１以下の値で、各パラメータ対して次のような特性を有する。
【００３０】
・第１触媒８のＳＯｘ吸収量ＳＯＸが少ないほどＳＯｘ吸収率は大きくなり、ＳＯｘ吸収量ＳＯＸがゼロのときにＳＯｘ吸収率は最大となる。
【００３１】
・第１触媒の温度Ｔｃａｔが所定温度のときＳＯｘ吸収率は最大となるが、所定温度より低くなると小さくなり、触媒活性温度以下でゼロとなる。また、所定温度より高くなっても小さくなり、ＳＯｘ放出温度Ｔｃａｔ２以上でＳＯｘ吸収率はゼロとなる。
【００３２】
・リーンの度合いが小さくなるほどＳＯｘ吸収率は小さくなり、理論空燃比よりリッチ側の空燃比ではＳＯｘ吸収率はゼロとなる。
【００３３】
このようにして所定時間に吸収されるＳＯｘ量ΔＳＯＸａを算出したらステップＳ１４へ進み、前回算出した推定ＳＯｘ吸収量ＳＯＸｚにΔＳＯＸａを加えて最新の推定ＳＯｘ吸収量ＳＯＸを算出する。
【００３４】
ステップＳ１５では、推定ＳＯｘ吸収量ＳＯＸが許容値ＳＯＸｍａｘより大きいか否かが判断され、許容値ＳＯＸｍａｘよりも大きければステップＳ１６へ進み、フラグＦｓｏｘに１がセットされる。なお、許容値ＳＯＸｍａｘは第１触媒８に所定のＮＯｘ吸収容量ＮＯＸｔｈが残るように設定される。
【００３５】
一方、ステップＳ１２で触媒温度ＴｃａｔがＳＯｘ放出温度Ｔｃａｔ２より高いと判断された場合はステップＳ１７へ進み、所定時間（ここでは１０ｍｓｅｃ）あたりに触媒から放出されるＳＯｘ量ΔＳＯＸｒが次式により算出される。
【００３６】
ΔＳＯＸｒ＝（所定時間）×（触媒のＳＯｘ放出率） ・・・（２）
ここで触媒のＳＯｘ放出率は、単位時間あたりに第１触媒８から放出されるＳＯｘの量であり、例えば、現在のＳＯｘ吸収量ＳＯＸｚ（前回算出したＳＯｘ吸収量の推定値）、触媒温度Ｔｃａｔ、平均空燃比をパラメータとして算出される。
【００３７】
平均空燃比としては、目標空燃比設定ルーチンで設定される目標当量比ＴＦＢＹＡを用いることができる。ただし、被毒解除制御中はＴＦＢＹＡ＝１としつつ空燃比フィードバック制御の制御中央値をシフトさせることによって平均空燃比を理論空燃比よりもリッチ側にシフトさせることがあるので、その場合はリッチシフト量も考慮する。
【００３８】
第１触媒８のＳＯｘ放出率は各パラメータに対して以下のような特性となる。
【００３９】
・ＳＯｘ吸収量が少ないほどＳＯｘ放出率は小さくなり、ＳＯｘ吸収量がゼロのときＳＯｘ放出率はゼロとなる。
【００４０】
・触媒温度Ｔｃａｔが低くなるほどＳＯｘ放出率は小さくなり、ＳＯｘ放出温度Ｔｃａｔ２以下ではＳＯｘ放出率はゼロとなる。
【００４１】
・リッチの度合いが小さくなるほどＳＯｘ放出率が小さくなり、リーン空燃比ではＳＯｘ放出率はゼロとなる。
【００４２】
第１触媒８から放出されるＳＯｘ量ΔＳＯＸｒを算出したらステップＳ１８に進み、前回算出した推定ＳＯｘ吸収量ＳＯＸｚからΔＳＯＸｒを減じて最新の推定ＳＯｘ吸収量ＳＯＸを算出する。
【００４３】
ステップＳ１９では、推定ＳＯｘ吸収量ＳＯＸが所定値ＳＯＸｍｉｎより小さいか否かが判断され、所定値ＳＯＸｍｉｎよりも小さい場合はステップＳ２０へ進んでフラグＦｓｏｘにゼロがセットされる。なお、所定値ＳＯＸｍｉｎはゼロ近傍の小さな値に設定される。
【００４４】
したがって、このフローを処理することにより、ＳＯｘ放出条件判断部Ｂ１は、触媒温度Ｔｃａｔに基づき所定時間あたりの第１触媒８へのＳＯｘ吸収量ΔＳＯＸａあるいは放出量ΔＳＯＸｒを演算し、それらを累積演算することによりＳＯｘ吸収量ＳＯＸを推定する。そして、この推定ＳＯｘ吸収量ＳＯＸが一旦許容量ＳＯＸｍａｘを越えたら、ＳＯｘがほぼ完全に放出されるまでＦｓｏｘ＝１を維持し、それをリッチ化条件判断部Ｂ２とバイパス弁制御部Ｂ３に出力する。このようにＳＯｘがほぼ完全に放出されるまでＦｓｏｘ＝１を維持するようにしているのは、被毒解除制御のＯＮ／ＯＦＦが頻繁に繰り返されるのを防止するためである。
【００４５】
なお、吸収されたＳＯｘは、エンジン１の停止後も第１触媒８内に吸収されたままとなるので、推定ＳＯｘ吸収量ＳＯＸはエンジン停止後も記憶され、次回エンジン始動時に推定ＳＯｘ吸収量ＳＯＸの初期値として読み込まれ、以降の推定ＳＯｘ吸収量ＳＯＸの算出に用いられる。
【００４６】
また、ここではＳＯｘ吸収量ＳＯＸを所定時間におけるＳＯｘ吸収量の変化量ΔＳＯＸａ、ΔＳＯＸｒを累積演算することで推定しているが、例えば、ステップＳ１３、Ｓ１７を省略し、ステップＳ１４、Ｓ１８のΔＳＯＸａ、ΔＳＯＸｒを固定値とするなど簡略化してもよい。
【００４７】
次に、リッチ化条件判断部Ｂ２における処理について説明する。リッチ化条件判断部Ｂ２は、上述したＳＯｘ放出条件判断部Ｂ１からのフラグＦｓｏｘと触媒温度Ｔｃａｔとに基づき、空燃比をリッチ化すべき条件の成立、不成立を判断し、フラグＦｒｉｃｈのセットを行うものである。
【００４８】
図４はリッチ化条件判断部Ｂ２の制御ルーチンを示したものであり、所定時間毎（例えば１０ｍｓｅｃ毎）に実行される。
【００４９】
これについて説明すると、まず、ステップＳ２１では触媒温度センサ１３の出力に基づき触媒温度Ｔｃａｔが求められ、ステップＳ２２ではＳＯｘ放出条件判断部Ｂ１からのフラグＦｓｏｘに基づき、触媒に吸収されたＳＯｘを放出すべき条件が成立しているか否かが判断される。
【００５０】
ＳＯｘを放出すべき条件が成立していると判断された場合はステップＳ２３へ進み、触媒温度ＴｃａｔがＳＯｘ放出温度Ｔｃａｔ２より大きいか否かが判断される。ＳＯｘ放出温度Ｔｃａｔ２より大きいときは、空燃比をリッチ化してＳＯｘの放出を促進するとともに放出されたＳＯｘの還元浄化を図るべくステップＳ２４へ進んでフラグＦｒｉｃｈに１がセットされる（リッチ化条件成立）。
【００５１】
一方、ＳＯｘを放出すべき条件が成立していない場合、あるいは触媒温度ＴｃａｔがＳＯｘ放出温度Ｔｃａｔ２以下の場合はステップＳ２５へ進み、フラグＦｒｉｃｈにゼロがセットされる（リッチ化条件不成立）。
【００５２】
したがって、リッチ化条件判断部Ｂ２は、触媒温度ＴｃａｔとＳＯｘ放出条件判断部Ｂ１からのフラグＦｓｏｘと触媒温度Ｔｃａｔに基づき空燃比をリッチ化すべき条件を判断し、空燃比をリッチ化すべき条件の成立時にＦｒｉｃｈ＝１を、不成立時にＦｒｉｃｈ＝０をセットし、目標空燃比設定部Ｂ３に出力する。
【００５３】
次に、目標空燃比設定部Ｂ３における処理について説明する。目標空燃比設定部Ｂ３は、運転条件やリッチ化条件の成立、不成立に応じて目標空燃比（目標当量比）を設定するものである。
【００５４】
図５は目標空燃比設定部Ｂ３における制御ルーチンを示したものであり、所定時間毎（例えば、１０ｍｓｅｃ毎）に実行される。
【００５５】
これについて説明すると、まず、ステップＳ３１ではクランク角センサ１７の所定信号の発生間隔時間に基づいてエンジン回転数Ｎが求められ、アクセルポジションセンサ１８の出力に基づいてエンジン負荷Ｔ（例えば、アクセル踏み込み量に応じたエンジンの目標発生トルク）が求められる。
【００５６】
ステップＳ３２では図６に示す目標当量比設定マップを参照することにより、エンジン回転数Ｎ、エンジン負荷Ｔに応じた目標当量比ＴＦＢＹＡが設定される。ここで目標当量比ＴＦＢＹＡとは理論空燃比と目標空燃比の比（理論空燃比／目標空燃比）であり、

となる。
【００５７】
ステップＳ３３では、フラグＦｒｉｃｈに基づき空燃比をリッチシフトさせる条件が成立しているが否かが判断される。フラグＦｒｉｃｈは上述したリッチ化条件判断部Ｂ２でセットされるフラグで、空燃比をリッチシフトすべき条件の成立時に１、不成立時にゼロがセットされる。
【００５８】
空燃比をリッチシフトさせる条件が成立している場合、すなわちＦｒｉｃｈに１がセットされている場合はステップＳ３４へ進み、ステップＳ３２で設定したＴＦＢＹＡが１より小さいか否かが判断される。そして、ＴＦＢＹＡが１よりも小さいときはステップＳ３５へ進み、ＴＦＢＹＡに１がセットされる。
【００５９】
したがって、ステップＳ３３からステップＳ３５の処理により、空燃比をリッチシフトさせる条件が成立しているときには、運転条件がリーン空燃比運転領域内であっても目標当量比ＴＦＢＹＡに１がセットされる。すなわち、一旦被毒解除制御が開始されたら、被毒解除が可能な間（触媒温度がＳＯｘ放出温度以上である間）はリーン運転には移行せず、リッチシフト制御が継続されることになる。
【００６０】
ここで設定された目標当量比ＴＦＢＹＡは、後述するＴｉ、ＴＩＴＭ算出部Ｂ４に出力され、燃料噴射量の演算時に使用されるほか、空燃比を代表する値として各ルーチンで使用される。
【００６１】
次に、Ｔｉ、ＴＩＴＭ算出部Ｂ４における処理について説明する。Ｔｉ、ＴＩＴＭ算出部Ｂ４は、上記目標空燃比設定部Ｂ３で設定された目標当量比ＴＦＢＹＡを実現すべく燃料噴射量Ｔｉ、燃料噴射時期ＴＩＴＭを算出するものである。
【００６２】
図７はＴｉ、ＴＩＴＭ算出部Ｂ４における制御ルーチンを示したものであり、所定時間毎（例えば、１０ｍｓｅｃ毎）に実行される。
【００６３】
これについて説明すると、まず、ステップＳ４１ではエアフロメータ３の出力に基づき吸入空気量Ｑａが求められ、クランク角センサの所定信号の発生間隔時間に基づいてエンジン回転数Ｎが求められる。
【００６４】
ステップＳ４２では吸入空気量Ｑａ、エンジン回転数Ｎに基づき次式（３）により基本燃料噴射量Ｔｐ、すなわち理論空燃比相当の燃料量が算出される。
【００６５】
Ｔｐ＝Ｋ×Ｑａ／Ｎ ・・・（３）
Ｋは所定の係数である。
【００６６】
ステップＳ４３では、目標空燃比設定部Ｂ３で設定された目標当量比ＴＦＢＹＡ、燃料増量補正係数ＣＯＥＦ、空燃比フィードバック補正係数αでＴｐが補正され、燃料噴射量Ｔｉが次式（４）により算出される。
【００６７】
Ｔｉ＝Ｔｐ×ＴＦＢＹＡ×ＣＯＥＦ×α ・・・（４）
ここで燃料増量補正係数ＣＯＥＦは始動後燃料増量補正係数、水温増量補正係数等をまとめて表したもので、冷機時にＣＯＥＦ＞１となり、エンジンの暖機完了後にＣＯＥＦ＝１となる。また、空燃比フィードバック補正係数αは、ＴＦＢＹＡが１に設定されているときに空燃比を理論空燃比にフィードバック制御するときの空燃比フィードバック補正係数であり、空燃比センサ１５の出力に応じて算出される。
【００６８】
そして、ステップＳ４４では、ステップＳ４３で算出された燃料噴射量Ｔｉと、エンジン回転数Ｎとに基づき、燃料噴射時期ＴＩＴＭが算出される。算出された燃料噴射量Ｔｉ、燃料噴射時期ＴＩＴＭは、コントローラ６内のメモリにストアされ、エンジン１の回転に同期して実行される燃料噴射ルーチンで読み出されて使用される。例えば、燃料噴射時期ＴＩＴＭによって定められるクランク角度で燃料噴射弁５への開弁信号の印加が開始され、燃料噴射量Ｔｉに無効噴射量Ｔｓを加えた量の燃料を噴射すべく開弁信号が印加される。
【００６９】
なお、本実施形態では、リーン空燃比運転を行う場合に燃焼形態を成層燃焼とし、理論空燃比運転比運転あるいはリッチ空燃比運転を行う場合に燃焼形態を均質燃焼とするので、リーン空燃比運転時は燃料噴射時期ＴＩＴＭが圧縮行程中に設定され、理論空燃比運転時あるいはリッチ空燃比運転時は燃料噴射時期ＴＩＴＭが圧縮行程中に設定される。
【００７０】
また、目標空燃比設定部Ｂ３で設定される目標当量比ＴＦＢＹＡが１のとき、空燃比を理論空燃比にフィードバック制御するが、ＴＦＢＹＡ＝１であってもＦｒｉｃｈ＝１のときは空燃比フィードバック制御の制御中央値を理論空燃比よりリッチ側にシフトするリッチ化制御を行う。
【００７１】
次に、バイパス弁制御部Ｂ５における処理について説明する。バイパス弁制御部Ｂ５は第１バイパス弁１１と第２バイパス弁１２の開度を制御し、第１触媒８に導入される排気流量を制御するものである。
【００７２】
図８はバイパス弁制御部Ｂ５における制御ルーチンを示したものであり、所定時間毎（例えば、１０ｍｓｅｃ毎）に実行される。
【００７３】
これについて説明すると、まず、ステップＳ５１では、触媒温度センサ１３、冷却水温度センサ１４、エアフロメータ３の出力に基づき、触媒温度Ｔｃａｔ水温Ｔｗ、吸入空気量Ｑａが求められる。さらに、クランク角センサ１７の所定信号の発生間隔時間に基づいてエンジン回転数Ｎを求められ、アクセルポジションセンサ１８の出力に基づいてエンジン負荷Ｔを求められる。ステップＳ５２ではこれら検出された各パラメータに基づいて排気温度Ｔｅｘが算出される。
【００７４】
ステップＳ５３では、冷却水温度Ｔｗに基づき暖機が完了しているか否かが判断される。暖気完了前と判断された場合は、ステップＳ５８へ進み、第１バイパス弁１１を全開にするとともに第２バイパス弁１２を全閉にし、排気温度Ｔｅｘの高低に係わらず第１触媒８に排気の全量を流通させ、第１触媒８を活性化させる。なお、暖機完了の判断は触媒温度Ｔｃａｔに基づき判断するようにしてもよい。
【００７５】
暖機完了後と判断された場合はステップＳ５４へ進み、排気温度Ｔｅｘが第１触媒８の耐熱許容温度Ｔｃａｔ３より高いか否かが判断される。排気温度Ｔｅｘが耐熱許容温度Ｔｃａｔ３よりも高くないと判断された場合はステップＳ５８へ進み、第１触媒８に排気の全量を流通させる。
【００７６】
排気温度Ｔｅｘが耐熱許容温度Ｔｃａｔ３よりも高いと判断された場合はステップＳ５５へ進み、上述したＳＯｘ放出条件判断部Ｂ１から出力されるフラグＦｓｏｘの値に基づき、触媒に吸収されたＳＯｘを放出すべき条件が成立しているか否かが判断される。
【００７７】
ＳＯｘを放出すべき条件が成立していない（Ｆｓｏｘ＝０）と判断された場合はステップＳ５７へ進み、第１バイパス弁１１を全閉にするととともに第２バイパス弁１２を全開として排気の全量をバイパスさせ、第１触媒８の熱劣化を防止する。
【００７８】
一方、ＳＯｘを放出すべき条件が成立している（Ｆｓｏｘ＝１）と判断された場合はステップＳ５６へ進み、第１バイパス弁１１と第２バイパス弁１２の開度を制御し、第１触媒８の昇温制御が行われる。例えば、排気温度Ｔｅｘ、吸入空気量Ｑａ（＝排気流量）に基づいて、第１触媒８をＳＯｘ放出温度Ｔｃａｔ２以上かつ耐熱許容温度Ｔｃａｔ３以下の温度とするために、第１触媒８に流通させるべき排気の流量を求め、この流量が得られるように第１バイパス弁１１と第２バイパス弁１２の開度を制御する。なお、検出した触媒温度Ｔｃａｔに応じてフィードバック制御するようにしてもよい。
【００７９】
以上、コントローラ６の各要素における処理について説明したが、次に、全体の作用をエンジン１の運転状態（リーン空燃比、理論空燃比あるいはリッチ空燃比）に分けて説明する。
【００８０】
▲１▼リーン空燃比運転時（ＴＦＢＹＡ＜１）の作用
リーン空燃比運転時は排気温度が低くなり、排気温度Ｔｅｘが耐熱許容温度Ｔｃａｔ３よりも高くなることはないので、排気をバイパスさせずに全量を上流側の第１触媒８に流入させ、排気中のＮＯｘを第１触媒８に吸収させる。このとき排気中のＳＯｘも第１触媒８に吸収される。
【００８１】
そして、第１触媒８に吸収されたＮＯｘ量が所定量に達すると、空燃比を一時的にリッチ化する制御が行われ、吸収されたＮＯｘが放出される。なお、このリッチ化の際、触媒温度がＳＯｘ放出温度Ｔｃａｔ２になっていればＮＯｘとともにＳＯｘも放出されるのであるが、前述のようにリーン空燃比運転中は排気温度が低く触媒温度も低くなっているので、一時的なリッチ化では触媒温度がＳＯｘ放出温度Ｔｃａｔ２以上になることは少なく、ＳＯｘは第１触媒８に蓄積されたままとなる。
【００８２】
▲２▼理論空燃比運転時（ＴＦＢＹＡ＝１）の作用
理論空燃比運転時は比較的排気温度が高くなり、理論空燃比運転領域の高負荷側の運転条件では排気温度がＳＯｘ放出温度Ｔｃａｔ２、あるいは、第１触媒８の耐熱許容温度Ｔｃａｔ３以上になることもある。
【００８３】
・Ｔｅｘ≦Ｔｃａｔ３のとき
排気温度Ｔｅｘが耐熱許容温度Ｔｃａｔ３以下の場合は、第１触媒８に吸収されたＳＯｘを放出すべき条件の成立、不成立に係わらず、排気の全量を第１触媒８に流通させる。排気温度ＴｅｘがＳＯｘ放出温度Ｔｃａｔ２以下のときは何もしないが、排気温度ＴｅｘがＳＯｘ放出温度Ｔｃａｔ２よりも大きいときは、第１触媒８に吸収されたＳＯｘを放出すべき条件が成立していれば空燃比をリッチ化する制御（空燃比フィードバック制御の制御中央値をリッチ側にシフトさせる制御）を行い、吸収されたＳＯｘの放出を促進するとともに放出されたＳＯｘの還元浄化を図る。なお、触媒に吸収されたＳＯｘを放出すべき条件が不成立のときは何もしない。
【００８４】
・Ｔｅｘ＞Ｔｃａｔ３のとき
排気温度Ｔｅｘが耐熱許容温度Ｔｃａｔ３よりも高いときは、第１触媒８に吸収されたＳＯｘを放出すべき条件が不成立のときは排気の全量をバイパスさせ、第１触媒８の熱劣化を防止する。一方、第１触媒８に吸収されたＳＯｘを放出すべき条件が成立していれば、バイパス弁１１、１２により排気のバイパス量を制御して、触媒温度ＴｃａｔがＳＯｘ放出温度Ｔｃａｔ２より高くかつ耐熱許容温度Ｔｃａｔ３より低くなるように制御する。また排気温度ＴｅｘがＳＯｘ放出温度Ｔｃａｔ２よりも高いので空燃比のリッチ化も行われる。なお、第１触媒８をバイパスした排気は下流側の第２触媒９で浄化される。
【００８５】
▲３▼リッチ空燃比運転時（ＴＦＢＹＡ＞１）の作用
リッチ空燃比運転領域は、高負荷高回転運転領域に設定されるので、リッチ空燃比運転時は排気温度Ｔｅｘが高くなる。
【００８６】
・Ｔｅｘ≦Ｔｃａｔ３のとき
排気温度Ｔｅｘが耐熱許容温度Ｔｃａｔ３以下の場合は、第１触媒８に吸収されたＳＯｘを放出すべき条件の成立、不成立にかかわらず、排気の全量が第１触媒８を流通する。排気温度ＴｅｘがＳＯｘ放出温度Ｔｃａｔ２よりも高いときは、特別な空燃比制御を行わなくても、もともと空燃比がリッチであるため第１触媒８からＳＯｘが放出される。
【００８７】
・Ｔｅｘ＞Ｔｃａｔ３のとき
排気温度Ｔｅｘが耐熱許容温度Ｔｃａｔ３よりも高い場合は、第１触媒８に吸収されたＳＯｘを放出すべき条件が不成立のときは排気の全量をバイパスさせ、第１触媒８の熱劣化を防止する。一方、第１触媒８に吸収されたＳＯｘを放出すべき条件が成立していれば、排気のバイパス量を制御して触媒温度ＴｅｘがＳＯｘ放出温度Ｔｃａｔ２より高く、かつ、耐熱許容温度Ｔｃａｔ３より低くなるようにする。特別な空燃比制御を行わなくても元々空燃比がリッチであるため、第１触媒８からＳＯｘが放出される。一方、第１触媒８をバイパスした排気は下流側の第２触媒９で浄化される。
【００８８】
なお、ＳＯｘの発生量はＮＯｘの発生量に比べて非常に少なく、ＳＯｘ吸収量が許容量に達するには相当の期間がかかるので、理論空燃比運転時のリッチ化制御を行わなくても、リッチ空燃比運転時にＳＯｘの放出が行われれば十分な場合もある。したがって、そのような場合は理論空燃比運転時のリッチ化制御を省略してもよく、省略した場合、第１触媒８の被毒解除のためにの特別な空燃比制御が不要となり、燃費の悪化等を一層防止できる。
【００８９】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の適用範囲はこの実施の形態に限定されるものではなく、本発明は触媒の昇温制御を行う排気浄化装置であれば広く適用することができるものである。この場合も燃費の悪化、触媒の熱劣化等を招くことなく触媒温度を上昇させることができる等、上記実施形態同様の作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるエンジン排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】コントローラの被毒解除制御に関する部分の構成を示したブロック図である。
【図３】ＳＯｘ放出条件判断部の制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図４】リッチ化条件判断部の制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図５】目標空燃比設定部における制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図６】目標当量比を設定する際に参照されるマップである。
【図７】Ｔｉ、ＴＩＴＭ算出部における制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図８】バイパス弁制御部における制御ルーチンを示したフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン
３ エアフロメータ
６ コントローラ
８ 第１触媒（ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒）
９ 第２触媒（三元触媒）
１０ バイパス通路
１１ 第１バイパス弁
１２ 第２バイパス弁
１３ 触媒温度センサ
１５ 空燃比センサ

Claims (4)

1. 排気マニホールド直下の排気通路に配置された排気浄化用触媒と、
   前記排気浄化用触媒をバイパスするバイパス通路と、
   燃焼室から排出される排気の温度を検出する手段と、
   前記排気浄化用触媒への排気の流入を制限する排気制御弁と、
   前記排気浄化用触媒に吸収されたＳＯｘを放出すべき条件を判断する手段と、
   排気の温度が前記排気浄化用触媒の耐熱許容温度よりも高くかつＳＯｘを放出すべき条件が成立した場合に、前記排気制御弁による制限を緩和して耐熱許容温度よりも温度が高い排気を前記排気浄化用触媒に流入させ、前記排気浄化用触媒の温度がＳＯｘ放出温度より高くかつ前記耐熱許容温度より低くなるよう前記排気制御弁によって前記排気浄化用触媒へ流入する排気量を調整する手段と、
   を備えたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. 前記排気浄化用触媒は、流入する排気の空燃比に応じてＮＯｘの吸収と放出を行う作用を有する触媒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。
3. 前記排気通路とバイパス通路の合流部より下流側の排気通路に第２の排気浄化用触媒を設けた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。
4. ＳＯｘを放出すべき条件が成立しかつ前記排気浄化用触媒の温度が前記ＳＯｘ放出温度よりも高い場合に空燃比をリッチ化す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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