JP3832022B2

JP3832022B2 - エンジン排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JP3832022B2
Application number: JP13136197A
Authority: JP
Inventors: 政一田中; 欣二宝平; 宏行宇佐美; 辰雄酒井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-05-21
Filing date: 1997-05-21
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2017-05-21
Also published as: JPH10317948A; DE19822798A1; US6012284A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はエンジン排気ガス浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のエンジンの排気ガスを浄化するシステムとして、排気管に、白金、ロジウム等の貴金属を触媒として担持した担体を設け、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_x等を酸化反応、或いは酸化、還元反応により浄化する触媒コンバータシステムがある。
【０００３】
この触媒コンバータシステムでは、排気ガスの浄化には、触媒が活性化温度例えば３００〜４００℃以上に加熱されていることを必要とするが、一般には、排気ガスによる触媒加熱方式を採用しているため、エンジンの始動直後においては、触媒は活性化温度に達しておらず、排気ガスの浄化は殆ど行われないという問題がある。
【０００４】
そこで、上記触媒をエンジンの近傍に配置し、排気ガスの持つ熱により可能な限り早く活性化温度に到達させるようにしたり、触媒を担持している担体をセラミックから熱伝導性の良い金属に代えて早く活性化温度に到達させるようにしたり、或いは担体にヒータを設けて強制加熱により早期に活性化温度に到達させたりしているのが現状である。
【０００５】
一方、いわゆる排気ガス規制の強化により、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_x等の有害ガス成分の浄化率は、今後、更なる向上を要求されることが予測され、これを達成するためには．触媒をエンジンにより近い位置に配置してエンジン始動直後から排気ガスを浄化できるようにすることが必要となってくる。ところが、触媒をエンジンに近付けると、触媒がより高温度の排気ガスに晒されることとなるが、触媒は一般に高温条件下では劣化が早まるので、かえって浄化率を低下させてしまうという不具合を生ずる。
【０００６】
この間題を解消するために、例えば特開平６−９３８４４号公報に示されているように、排気管をエンジン近くで二分岐させて主流路とバイパス流路とを形成し、バイパス流路には吸着材を配備し、バイパス流路が再び主流路に合流する部位の下流側に主触媒を配置する構成とすることが提案されている。
【０００７】
より詳しくは、エンジン近くの排気管の分岐部に切換バルブ（開閉装置）を設けており、エンジン始動直後のように排気ガスが低温の時には、主流路を閉じてバイパス流路を開くことにより、排気ガスをバイパス流路に流して低温時の有害成分、特にＨＣを吸着除去し、エンジンが暖機して燃焼が安定してきたら切換バルブを切換えて排気ガスを主流路側に流し、触媒が活性化温度に達するまで低温ＨＣを吸着保持しておく。そして排気ガスが高温になってこの排気ガスにより主触媒が十分に暖められた後は、切換バルブによりバイパス流路を若干開けて排気ガスをバイパス流路に流し、吸着材に保持されていたＨＣを熱脱離させ、後方の主触媒で浄化する構成としている。
【０００８】
ところが、吸着材は耐熱性がないため、高温の排気ガスに長時間曝されると劣化してしまう。また、吸着材に排気ガスを通すことは圧損が増加するため、たとえ吸着材の耐熱温度以下で脱離させていても、その間はドラビリと燃費の悪化を生じる。さらに、脱離したＨＣを後方の触媒で浄化するには、元々エンジンから出る有害成分に脱離分を浄化するだけの酸素量が必要となるため、空燃比をストイキよりもリーン側にスライドしなければならないが、リーン運転ではＮＯ_x浄化率が低下する。従って、脱離行程時間は正確に、かつ極力短くする必要がある。
【０００９】
そのため上記排気ガス浄化装置での脱離行程には、吸着材の出入り部の温度、主触媒の温度、空燃比などの物理量を正確に計測する必要があり、そのためのセンサ類を追加するようにしているが、制御ロジックが複雑になり、かつコストアップをもたらす、といった問題がある。さらに、エンジン運転条件に応じ、切換バルブの開度を調整する必要があり、任意な運転条件下での迅速な脱離が困難である、といった問題も生じる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、専用のセンサを追加することなく簡素な構成にて正確に脱離状況を把握して排気ガス処理の最適化を図ることが可能となるエンジン排気ガス浄化装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、第１の切換制御手段は、排気ガスの低温時において排気ガス流路切換手段を制御して排気ガスをバイパス通路に通過させ吸着材に排気ガス中の有害成分（例えば、ＨＣ）を吸着させる。そして、第２の切換制御手段は、排気ガスが高温になった後において排気ガス流路切換手段を制御して排気ガスをバイパス通路に通過させ吸着材に保持した有害成分の脱離を開始させる。ここで、付与熱量演算手段は、この有害成分の脱離開始から排気ガスが吸着材に対し与える熱量を、脱離開始からのエンジン運転状態から算出する。つまり、エンジンが暖機した後の排気ガスは、運転条件、特に排気ガス流量と熱量に相関性があるため、吸着材の熱容量が既知であるとき、排気ガスが吸着材に与えた熱量を演算処理にて算出して、吸着材に対し完全脱離に必要な総熱量となったとき有害成分の脱離が終了したと判定する。
【００１２】
そして、第３の切換制御手段は、付与熱量演算手段による熱量が所定量を越えた時にＨＣの脱離が終了したとして、排気ガス流路切換手段を制御して排気ガスを排気主通路に通過させる。
【００１３】
従って、脱離行程の終了を検出するために、従来においては温度測定等を行うためのセンサを必要していたが、本発明では、演算処理にて脱離行程の終了を検出しているので特別のセンサを設ける必要がなくなる。また、従来装置での脱離行程においてはエンジン運転条件に応じて切換バルブの開度を調整する必要があったが、本発明では、脱離行程での排気ガス流路切換手段（切換バルブ）の開度調整は不要となる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、前記第３の切換制御手段は、付与熱量演算手段によって算出される熱量が前記所定量よりも小さい所定熱量になると、排気ガス流路切換手段を制御して排気ガスを排気主通路に通過させ、脱離行程中に触媒から奪われた熱量を触媒に与え、その後、排気ガス流路切換手段を制御して排気ガスをバイパス通路に通過させ、付与熱量演算手段によって算出される熱量が前記所定量を越えた時に有害成分の脱離が終了したとして、排気ガス流路切換手段を制御して排気ガスを排気主通路に通過させる。
また、請求項３に記載の発明によれば、前記第３の切り換え制御手段は、第２の切り換え制御手段によって脱離が開始された後、付与熱量演算手段によって算出される熱量が前記所定量よりも小さい所定熱量になると、前記脱離を一旦停止し、排気ガス流路切り換え手段を制御して排気ガスを排気主通路を通じて触媒へ供給し、同触媒への供給熱量が脱離行程中に触媒から奪われた熱量を越えた時に脱離制御を再開し、付与熱量演算手段によって算出される熱量が前記所定量を越えた時に脱離が終了したとして、排気ガス流路切換手段を制御して排気ガスを排気主通路に通過させる。
【００１５】
つまり、排気ガス中の有害成分（例えば、ＨＣ）の脱離行程中に吸着材が排気ガスから熱量を奪うため、吸着材から出た排気ガスは温度が低下し、下流側に配備された触媒は冷やされることになるが、吸着材に与えた熱量は触媒から奪った熱量にほぼ等しいので触媒の熱容量から、活性温度（例えば３００℃）を下回るようならば、流路を切換えて吸着材には排気ガスを流さず、直接排気ガスを触媒に流入させて一旦触媒を暖機させ、再び請求項１の制御を行い、目標の完全脱離熱量を吸着材に与える操作を行う。これにより、触媒は活性温度を保ちつつ、吸着材からの完全脱離および浄化を実現できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、この発明を具体化した第１の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態におけるエンジン排気ガス浄化装置の全体構成を示す平面図である。本エンジンは自動車に搭載されている。
４気筒ガソリンエンジン１には吸気マニホールド２を介して吸気管３が接続されている。吸気管３にはスロットルバルブ４が配置されている。また、エンジン１の各気筒毎の吸気ポートにはインジェクタ（燃料噴射弁）５がそれぞれ配置されている。
【００１８】
エンジン１には排気マニホールド６を介して排気管７が接続され、排気管７にはＯ₂センサ８が設けられている。また、排気管７におけるＯ₂センサ８の設置部よりも下流側には吸着装置９が設けられるとともに、その下流側には三元触媒１０が配置されている。
【００１９】
吸着装置９を詳しく説明する。図２には吸着装置９の分解斜視図を示す。図１，２に示すように、吸着装置９は、円筒状をなすハウジング１１を有し、ハウジング１１は排気管７よりも径が大きくなっている。ハウジング１１の上流側端面がテーパ状パイプ１２により排気管７と接続されるとともにハウジング１１の下流側端面がテーパ状パイプ１３により排気管７と接続されている。ハウジング１１内には仕切板（隔壁）１４が配置され、この仕切板１４により左右に排気ガス流路１５，１６が並設されている。つまり、直接エンジンの排気ガスが触媒１０に至る排気主通路１５と、この排気主通路１５に対し迂回通路となるバイパス通路１６とが形成されている。
【００２０】
バイパス通路１６には円柱状をなす吸着材１７が収納されている。吸着材１７はハニカム体よりなり、吸着材（ハニカム体）１７は排気主通路１５との間に仕切板（隔壁）１４によって分離・保持された構造となっている。よって、排気主通路１５に高温の排気ガスが通過すると、その熱は仕切板１４を通して吸着材１７に直ちに伝達される。吸着材１７はステンレス鋼またはコージエライト等のセラミックを担体としており、ハウジング（大径部）１１に合致する円柱状で、図２に示すように、平行な多数の通孔１８を有している。この通孔１８内にはゼオライト系吸着剤が担持されている。よって、この吸着材１７に排気ガス中の有害成分であるＨＣが吸着される。また、仕切板１４の上流側端部における吸着材１７の前には整流板１９が設けられ、整流板１９により吸着材１７に対し排気ガスが流れる時に排気ガスの流速分布を均一にし、吸着効率を高めるようになっている。この仕切板１４と整流板１９は一体構造でもよいし、分離されていてもよい。
【００２１】
なお、吸着材１７の形状はハウジング（大径部）１１の形状に合せて形成すればよく、円柱状以外にも、半円柱状、楕円柱状、角柱形とすることができる。
図１に示すように、ハウジング１１内における仕切板１４の下流側端部には排気ガス流路切換弁２０が配設され、この切換弁２０は図中実線で示す位置と破線で示す位置とに回動できるようになっている。排気ガス流路切換弁２０には、アクチュエータとしてのダイヤフラム式開閉機構２１が設けられている。ダイヤフラム式開閉機構２１はダイヤフラム２２により仕切られたタンク２３を有し、タンク２３内にはスプリング２４が配設されている。また、ダイヤフラム２２はシャフト２５とアーム２６を介して排気ガス流路切換弁２０と連結されている。タンク２３のスプリング室は連通管２７により吸気管（より詳しくはサージタンク）３と連通するとともに、その途中には電磁弁（ＶＳＶ；バキュームスイッチングバルブ）２８が設けられている。
【００２２】
電磁弁２８が閉じた状態においては、タンク２３内でのスプリング２４の付勢力によりダイヤフラム２２が実線で示す位置に押圧され、切換弁２０が実線で示す位置となっている。つまり、排気主通路１５を開け、バイパス通路１６を閉じる。この状態から、電磁弁２８が開くと、連通管２７を通して吸気負圧がタンク２３のスプリング室に印加され、スプリング２４の付勢力に抗してダイヤフラム２２が変位して、切換弁２０が破線で示す位置に回動する。その結果、排気主通路１５が閉じられ、バイパス通路１６が開く。
【００２３】
このように排気ガス流路切換弁２０は、排気ガスを排気主通路１５とバイパス通路１６のいずれかに選択的に通過させる排気ガス流路切換手段（三方切換弁）として機能する。
【００２４】
図１において、エンジン制御用電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）２９が備えられ、ＥＣＵ２９はマイクロコンピュータを中心に構成されている。ＥＣＵ２９にてエンジン制御および吸着システムの制御が実行され、ＥＣＵ２９が第１〜第３の切換制御手段および付与熱量演算手段として機能する。
【００２５】
より詳しくは、ＥＣＵ２９はエンジン１の運転状態検出信号としてエアフローメータからの吸入空気量信号（Ｑｎ）、回転数センサからのエンジン回転数信号（Ｎｅ）、水温センサからのエンジン冷却水温信号（Ｔｗ）、Ｏ₂センサ８からの信号、スロットル開度検出信号等を入力する。そして、ＥＣＵ２９はこれら信号によるエンジン１の運転状態に応じた燃料噴射量を演算してインジェクタ５からの燃料噴射を行わせる。詳しくは、吸入空気量信号Ｑｎとエンジン回転数Ｎｅとから基本噴射量を算出し、この基本噴射量に対しエンジン冷却水温Ｔｗにかかる補正およびＯ₂センサ８からの信号による理論空燃比へのフィードバック補正等を行う。また、ＥＣＵ２９はこれら信号によるエンジン１の運転状態に応じて電磁弁２８を開閉制御し、これにより切換弁２０を制御するようになっている。
【００２６】
次に、このように構成したエンジン排気ガス浄化装置の作用を説明する。
図３，４には、ＥＣＵ２９が実行する処理（フローチャート）を示すとともに、図５には作用を説明するためのタイミングチャートを示す。図５に示すようにエンジン始動後においてｔ１〜ｔ２の期間にて吸着材１７へのＨＣの吸着が行われ、その後のｔ３〜ｔ４の期間にてＨＣの脱離が行われる。
【００２７】
以下、詳細に説明する。
ＥＣＵ２９は図３のステップ１０１でイグニッションスイッチがオンされエンジン始動であると、ステップ１０２でエンジン水温センサからの信号にてエンジン水温Ｔｗが吸着材（ハニカム体）１７による吸着が可能な温度Ｔｗｌ（℃）以下か否か判定する。冷間始動の時、吸着材１７は冷えており、エンジン水温Ｔｗが吸着可能温度Ｔｗｌ以下であると、ＥＣＵ２９はステップ１０３に移行して電磁弁２８をオン（開弁）して排気主通路１５を閉じバイパス通路１６を開ける（図５のｔ１のタイミング）。
【００２８】
ＥＣＵ２９は電磁弁２８をオン（開弁）してからの時間Ｔをカウントしており、ステップ１０４で所定の時間Ｔ１が経過したか否か判定する。この所定の時間Ｔ１とは、エンジン１が暖機して排気ガスの温度がゼオライトの吸着可能温度を越えるまでの時間に対応するものである。ＥＣＵ２９は、所定の時間Ｔ１が経過していないとステップ１０３に戻る。
【００２９】
つまり、エンジン１の始動直後は排気ガス温度は低く、図６において破線にて示すように、エンジン１は多量のコールドＨＣを含んだ排気ガスを排出する。この排気ガス流は、吸着材（ハニカム体）１７のゼオライトを担持した通孔１８を流れ、コールドＨＣはゼオライトに吸着され、図６において実線にて示すように、コールドＨＣが除去される。この排気ガスは、三元触媒１０を通過し、図略のマフラーを経て大気中に放出される。この時、整流板１９が排気ガスの流れを整流しているため、排気ガスは均一な流速分布となって、吸着材１７内を流れている。
【００３０】
そして、ＥＣＵ２９は図３のステップ１０４で所定の時間Ｔ１を越えると、ステップ１０５に移行して電磁弁２８をオフ（閉弁）してダイヤフラム２２への負圧の供給を遮断する。これにより、スプリング２４の付勢力により、シャフト２５、アーム２６を介し、切換弁２０をバイパス通路１６を閉じるべく開弁させる（図５のｔ２のタイミング）。その結果、排気ガスは流路が切換えられ、排気主通路１５を流れる。このとき、エンジン１から排出される排気ガスは、燃焼が安定しているため、高温になっており、かつ含有ＨＣが少ない。この状態で数秒〜数十秒運転されるうちに三元触媒１０は暖機し、その後はＨＣを殆ど含まない排気ガスが上記流路１５および図略のマフラーを経て大気中に放出される。
【００３１】
この後、ＥＣＵ２９は図４に示す吸着材（ハニカム体）１７は脱離行程に進む。
まず、ＥＣＵ２９は吸着材１７に排気ガスを流す前に、ステップ１０６で排気ガスからの受熱量Ｗと供給時間ｔをリセットする。そして、ＥＣＵ２９はステップ１０７でエンジン１および三元触媒１０の状態が安定した活性状態か否かをエンジン水温が所定温度Ｔｗ２以上か否かにて判定する。即ち、脱離の実行の有無の決定を行う。
【００３２】
水温が所定温度Ｔｗ２以上となると脱離行程が開始される。ＥＣＵ２９はステップ１０８において排気ガス流量を求めるため、エンジン１回転当たりの吸入空気量Ｑｎ（リットル／ｒｅｖ）と、エンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）を乗じ、吸入空気流量Ｑ（リットル／ｍｉｎ）を算出する。なお、ＥＣＵ２９や仕様により直接Ｑ値を計測・計算できる場合には２値を乗じて求める必要はない。
【００３３】
そして、ＥＣＵ２９はステップ１０９で内蔵されたタイマーのカウントを開始する。なお、本実施形態では１秒毎のカウンタを用いているが、特に時間刻みの制限はない。
【００３４】
次に、ＥＣＵ２９はステップ１１０で吸入空気流量Ｑから吸着材（ハニカム体）１７に与えられる熱量、即ち、脱離開始から排気ガスが吸着材１７に対し与える熱量について計算する。本発明者らの詳細な調査によれば、エンジン１および三元触媒１０が安定状態になった後、吸着材１７が完全脱離に必要とする熱量は、コージェライト製ハニカム（４００ｃｐｉ）の１０００（ｃｃ）に対し１０（ｋｃａｌ）あれば十分であることが分かっている。
【００３５】
また、排気ガスから吸着材１７に与えられる熱量について調査したところ、図７に示すような関係があることが分かった。つまり、図７において横軸には供給時間をとり、縦軸には吸着材１７の受熱量Ｗをとり、ガス量Ｑ（および吸着材流入ガス温度）を変えた時の受熱量Ｗの測定結果を示す。この図７において、特に、上記１０（ｋｃａｌ）程度であれば、受熱量Ｗ（ｋｃａｌ）は排気ガス供給時間ｔ（ｓｅｃ）と線形関係にあり、これを整理すれば、図８のように、排気ガス流量すなわち吸入空気流量Ｑと受熱速度ｋ（ｋｃａｌ／ｓｅｃ）も線形関係にある。即ち、エンジン運転条件（ここでは流量Ｑ）が分かれば、吸着材１７の受熱速度ｋが一義的に決定され、その流量Ｑが何秒通過したかをカウントして積算すれば、脱離が終了したか否かを推定できる。
【００３６】
なお、本調査では、吸着材（ハニカム体）１７の容量は１０００（ｃｃ）にて実施しているが、容量が異なるシステムであっても、予めｋ対Ｑの関係を調べておき、その値をマップとしてＥＣＵ２９に記憶させておけば、上記供給熱量の推定が可能になる。また調査では、吸着材１７へ流入・流出する排気ガスの比熱・密度・温度、から排気ガスが失った熱量を求めている。
【００３７】
図４の脱離行程ルーチンでは、ＥＣＵ２９はステップ１０８にて吸入空気流量Ｑを求め、ステップ１１０において、図８のマップから各時間での吸入空気流量Ｑに対する受熱速度ｋを求める。
【００３８】
その後、ＥＣＵ２９はステップ１１１で三元触媒１０で脱離ＨＣを浄化するために必要な酸素を、燃料噴射量を減じるリーン制御を行うことによって補う。より具体的には、通常の空燃比フィードバック制御を停止し、基本噴射量τを１０％減量させるようにしている。
【００３９】
そして、ＥＣＵ２９はステップ１１２で電磁弁２８を開弁し（図５のｔ３のタイミング）、切換弁２０を切り換えてバイパス通路１６を開けて排気ガスを吸着材１７に流入させ、ステップ１１３でその通過時間ｔと受熱速度ｋから受熱量Ｗ（ｋｃａｌ）を累積していく。そして、ＥＣＵ２９はステップ１１４で所定値Ｗ１（ｋｃａｌ）（例えば、１０ｋｃａｌ）を越えたか否かを比較し、所定値Ｗ１を越えるまで上記操作を繰り返す（図５のｔ３〜ｔ４の期間）。
【００４０】
所定値Ｗ１を越えたら、ＥＣＵ２９はステップ１１４からステップ１１５に移行して電磁弁２８をオフ（閉弁）して、切換弁２０を切り換えてバイパス通路１６を閉じる（図５のｔ４のタイミング）。その後、ＥＣＵ２９はステップ１１６でリーン制御を終了して通常の空燃比フィードバック制御を再開し、一連の脱離制御を終了する。
【００４１】
このとき、吸着装置９は１枚板１４にて２つの通路１５，１６を仕切った構造となっているので、排気主通路１５を通過する高温の排気ガスの熱が吸着材１７に伝わりやすくＨＣ脱離の際に吸着材１７が高温になっておりＨＣ脱離が確実に行われる。
【００４２】
このように、脱離行程にて切換弁２０を切換えるタイミング、特に脱離終了の判定を、エンジン運転条件から排気ガスが吸着材１７に与える熱量を推定できることに着目し、センサを追加することなく、簡素な構成でありつつも、任意な運転条件下で脱離行程時間を正確かつ最短に抑える制御が実現できる。
【００４３】
このように本実施形態は、下記の特徴を有する。
（イ）ＥＣＵ２９は排気ガスの低温時において排気ガスをバイパス通路１６に通過させ吸着材１７に排気ガスのＨＣを吸着させ（図３の吸着処理）、排気ガスが高温になった後において排気ガスをバイパス通路１６に通過させ吸着材１７に保持したＨＣの脱離を開始させるとともに（図４のステップ１１２の処理）、ステップ１０８，１０９，１１０，１１３のＱ値算出、タイマ動作、ｋ値算出、Ｗ値積算を行い、ＨＣの脱離開始から排気ガスが吸着材１７に対し与える熱量Ｗをエンジン運転状態（流量Ｑ）から算出する。そして、ステップ１１４にてこの熱量Ｗが所定量Ｗ１を越えた時にＨＣの脱離が終了したとして、ＥＣＵ２９はステップ１１５にて排気ガスを排気主通路１５に通過させる。
【００４４】
つまり、ＨＣの脱離行程中には、排気ガスを吸着材１７側に流すように流路切換弁２０を切換え、排気ガスからの熱を吸着材１７に与えてＨＣを脱離させる。その間は、空燃比をストイキからリーン側にスライドさせ、吸着材１７の下流の三元触媒１０で脱離ＨＣを浄化できるように制御する。エンジン１が暖機した後の排気ガスは、運転条件、特に排気ガス流量（本例では排気ガス流量はエンジン１の吸入空気量から求める）と熱量に相関性があるため排気ガスが吸着材１７に与えた熱量を計算にて求め吸着材１７に対し完全脱離に必要な総熱量となると脱離終了としてバイパス通路１６を閉じる。
【００４５】
このように脱離行程の終了を検出するために従来においては温度測定等を行うためのセンサを必要していたが、本実施形態では、演算処理にて脱離行程の終了を検出しているので特別のセンサを設ける必要がなく構成の簡素化が図られる。また、従来装置での脱離行程においてはエンジン運転条件に応じて切換バルブの開度を調整する必要があったが、本実施形態では、脱離行程での排気ガス流路切換弁２０の開度調整は不要となり任意な運転条件下での迅速な脱離が可能となる。
【００４６】
その結果、専用のセンサを追加することなく簡素な構成にて正確に脱離状況を把握して排気ガス処理の最適化を図ることができることとなる。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００４７】
全体構成は図１と同じであるので、その説明は省略する。
本実施形態と前述の第１実施形態の制御上の大きな違いは、脱離行程中に触媒１０の冷却状態を推定し、触媒の活性状態を維持するために切換弁２０を数回に分けて開閉することにある。
【００４８】
吸着工程は図３と同様であり、その後の脱離行程が異なる。本装置の脱離行程を、図９，１０，１１のフローチャートを用いて説明する。また、図１２には作用を説明するためのタイミングチャートを示す。
【００４９】
脱離行程に入ると、ＥＣＵ２９はステップ２０６〜２１６のように、吸着材（ハニカム体）１７に排気ガスを流してＨＣを脱離させ、所定の受熱量Ｗ１（ｋｃａｌ）になったら脱離を止める（図１２のｔ１４のタイミング）。この一連の制御は第１の実施形態での図４のステップ１０６〜１１６と同様であり、詳細な説明は省略する。
【００５０】
このとき、図１３に示すように、吸着材１７から流出する排気ガスは、吸着材１７に熱を奪われ、流入時よりも温度が低下している。従って、その冷やされた排気ガスが、今度は三元触媒１０から熱を奪い返し、三元触媒１０が冷やされることになる。これを熱量に換算すると、図１４に示すようになり、吸着材１７の受熱量と三元触媒１０の放熱量はほぼ同等になる。特に、吸着材１７の受熱量が１０（ｋｃａｌ）を越える時には、三元触媒１０の流出ガス温度は活性温度である３００（℃）を下回るため、このままでは脱離終了前のＨＣは浄化できなくなってしまう。
【００５１】
そこで、例えば吸着材１７への供給熱量を一旦５（ｋｃａｌ）で停止し、切換弁２０を動作させてエンジン１からの排気ガスを直接触媒１０へ供給すれば、触媒１０は活性温度以上を維持できる。本例では、図１４から明らかなように、吸着材１７へ供給した熱量と同量を与えればよく、その供給速度ｋ（ｋｃａｌ／ｓｅｃ）も吸着材１７と同じマップ（すなわち図８）を用いることができる。
【００５２】
なお、本発明者らによる調査では、吸着材１７と三元触媒１０の容量を１０００（ｃｃ）に合わせているので、供給速度ｋを共通化できるのであるが、それぞれの容量が異なるシステムであれば、予め両方のｋ対Ｑの関係を調べておき、その値をマップとしてＥＣＵ２９に記憶させておけばよい。
【００５３】
図９のステップ２１４にて、吸着材１７への供給熱量がＷ１（ｋｃａｌ）（本例では５ｋｃａｌ）になったら、図１２のｔ１４のタイミングにてＥＣＵ２９はステップ２１５，２１６において脱離を一旦停止し、図１０のステップ２１７〜２２１で三元触媒１０の暖機制御を行う。より詳しくは、ステップ２２１において三元触媒１０への供給熱量がＷ'1（ｋｃａｌ）（本例では５ｋｃａｌ）になるまで次の脱離を再開しない。
【００５４】
そして、所定量Ｗ'1（ｋｃａｌ）を越えたら、ＥＣＵ２９は図１１のステップ２２２〜２３０において、再び吸着材１７の脱離制御を再開する（図１２のｔ１５のタイミング）。そして、残りの必要熱量Ｗ２（ｋｃａｌ）（本例では５ｋｃａｌ）を越えたら、ＥＣＵ２９はステップ２３０において一連の脱離制御を完了する（図１２のｔ１６のタイミング）。
【００５５】
このように本実施形態は、下記の特徴を有する。
（イ）ＥＣＵ２９は図９，１０の処理にて熱量Ｗが所定量Ｗ１になると、排気ガスを排気主通路１５に通過させ、脱離行程中に三元触媒１０から奪われた熱量を三元触媒１０に与え、その後、図１１の処理にて排気ガスをバイパス通路１６に通過させ、熱量Ｗが所定量Ｗ２を越えた時に有害成分の脱離が終了したとして、排気ガスを排気主通路１５に通過させる。つまり、ＨＣの脱離行程中に吸着材１７が排気ガスから熱量を奪うため、吸着材１７から出た排気ガスは温度が低下し、下流に配備された三元触媒１０は冷やされることになるが、脱離行程開始時の触媒温度は吸着材１７に流入する排気ガス温度とほぼ同じになっており、吸着材１７に与えた熱量と排気ガス流量から、触媒１０へ流入する排気ガス温度が計算できる。そのため、脱離行程中の触媒温度は、触媒１０の熱容量が分かれば計算でき、活性温度（例えば３００℃）を下回ったか否かを判定でき、活性温度を下回れば、流路切換弁２０を切換え、吸着材１７には排気ガスを流さず、直接排気ガスを触媒１０に流入させて一旦触媒１０を暖機させ、再び第１の実施形態の制御を行い、目標の完全脱離熱量を吸着材１７に与える操作を繰り返す。この操作により、触媒１０は活性温度を保ちつつ、吸着材１７からの完全脱離および浄化を実現できる。
【００５６】
これまで説明した各実施の形態の他にも下記のように実施してもよい。
上記各実施の形態においては、吸着材１７の下流に触媒１０が配備されているが、さらに高浄化を目的として、図１５のように吸着材１７の上流にスタート触媒３０を設けてもよい。この場合は、吸着終了から触媒１０の間に若干排出されていたＨＣがスタート触媒３０によって浄化されるため、図１のシステムよりもさらに排出されるＨＣを低減できる。つまり、図６に示す第１の実施形態においては吸着行程終了から下流側触媒１０が活性化するまでの間にＣＨ量が増加するが、図１５のようにスタート触媒３０を用いると図１６に示すようにスタート触媒３０が早期に活性化してＨＣの排出を抑制することができる。
【００５７】
また、ドラビリを悪化させないために、制御を実行できる吸入空気流量Ｑの上限値を設定しておいてもよい。
また、脱離開始から排気ガスが吸着材１７に対し与える熱量を算出する際にＱｎ値とＮｅ値との乗算による吸入空気流量Ｑ（リットル／ｍｉｎ）を用いたが、流量Ｑの代わりにエンジン１回転当たりの吸入空気量Ｑｎ（リットル／ｒｅｖ）を用いてもよい。また、吸気負圧Ｐｍ（Ｐａ）とエンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）から流量Ｑを求めて、熱量算出を行ってもよい。この場合においても、エンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）、エンジン負圧Ｐｍ（Ｐａ）に上限値を設定してもよい。
【００５８】
さらに、上記実施形態では吸着材１７に吸着させる排気ガス中の有害成分としてＨＣを想定したが、ＨＣ以外の有害成分を吸着する吸着材を有するシステムに適用してもよい。
【００５９】
また、上記実施の形態においては、排気ガス流路切換弁２０を排気主通路１５及びバイパス通路１６の下流端部に設けたが、通路１５，１６の上流端部に排気ガス流路切換弁２０を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における排気ガス浄化装置の全体構成図。
【図２】吸着装置の分解斜視図。
【図３】第１の実施形態における吸着行程を示すフローチャート。
【図４】第１の実施形態における脱離行程を示すフローチャート。
【図５】第１の実施形態における作用説明のためのタイムチャート。
【図６】ＨＣ量の推移を示すタイムチャート。
【図７】第１の実施形態の脱離行程での受熱量を示すグラフ。
【図８】第１の実施形態の脱離行程での受熱速度を示すグラフ。
【図９】第２の実施形態の作動を示すフローチャート。
【図１０】第２の実施形態の作動を示すフローチャート。
【図１１】第２の実施形態の作動を示すフローチャート。
【図１２】第２の実施形態における作用説明のためのタイムチャート。
【図１３】第２の実施形態の脱離行程での温度を示すグラフ。
【図１４】第２の実施形態の脱離行程での受熱量・放熱量を示すグラフ。
【図１５】本発明の応用例の構成図。
【図１６】ＨＣ量の推移を示すタイムチャート。
【符号の説明】
１…エンジン、３…排気管、１０…三元触媒、１５…排気主通路、１６…バイパス通路、１７…吸着剤、２０…排気ガス流路切換弁、２９…ＥＣＵ。

Claims

エンジンの排気管に配設した触媒と、
前記触媒の上流側において直接エンジンの排気ガスが前記触媒に至る排気主通路に対し迂回通路となるバイパス通路と、
前記バイパス通路に配設され、排気ガス中の有害成分を吸着する吸着材と、
排気ガスを前記排気主通路とバイパス通路のいずれかに選択的に通過させる排気ガス流路切換手段と、
排気ガスの低温時において前記排気ガス流路切換手段を制御して排気ガスをバイパス通路に通過させ前記吸着材に排気ガス中の有害成分を吸着させる第１の切換制御手段と、
排気ガスが高温になった後において前記排気ガス流路切換手段を制御して排気ガスをバイパス通路に通過させ前記吸着材に保持した有害成分の脱離を開始させる第２の切換制御手段と、
この有害成分の脱離開始から排気ガスが吸着材に対し与える熱量を、脱離開始からのエンジン運転状態から算出する付与熱量演算手段と、
前記付与熱量演算手段による熱量が所定量を越えた時に有害成分の脱離が終了したとして、前記排気ガス流路切換手段を制御して排気ガスを排気主通路に通過させる第３の切換制御手段と
を備えたことを特徴とするエンジン排気ガス浄化装置。
前記第３の切換制御手段は、前記付与熱量演算手段によって算出される熱量が前記所定量よりも小さい所定熱量になると、前記排気ガス流路切換手段を制御して排気ガスを排気主通路に通過させ、脱離行程中に触媒から奪われた熱量を触媒に与え、その後、前記排気ガス流路切換手段を制御して排気ガスをバイパス通路に通過させ、付与熱量演算手段によって算出される熱量が前記所定量を越えた時に有害成分の脱離が終了したとして、前記排気ガス流路切換手段を制御して排気ガスを排気主通路に通過させる請求項１に記載のエンジン排気ガス浄化装置。
前記第３の切り換え制御手段は、前記第２の切り換え制御手段によって脱離が開始された後、前記付与熱量演算手段によって算出される熱量が前記所定量よりも小さい所定熱量になると、前記脱離を一旦停止し、前記排気ガス流路切り換え手段を制御して排気ガスを排気主通路を通じて前記触媒へ供給し、同触媒への供給熱量が脱離行程中に触媒から奪われた熱量を越えた時に脱離制御を再開し、付与熱量演算手段によって算出される熱量が前記所定量を越えた時に脱離が終了したとして、前記排気ガス流路切換手段を制御して排気ガスを排気主通路に通過させる請求項１に記載のエンジン排気ガス浄化装置。