JP4062266B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の、特に炭化水素（以下「ＨＣ」という）を浄化する触媒を有する排気浄化装置に関するものである。

従来よりＨＣを浄化する触媒を有する排気浄化装置としては、例えば特許文献１に記載のものがある。

この排気浄化装置では排気系に設けたＮＯｘ浄化触媒の下流にＨＣ吸着材を配置して、ＮＯｘ浄化触媒でＮＯｘを浄化する場合において、排気中のＨＣ量が不足するときには、ポンプを使用してＨＣ吸着材に吸着されたＨＣをＮＯｘ浄化触媒に供給するものである。
特開平６−１９３４３３号公報

ところでＨＣ吸着材はＨＣを吸着する量に限りがあるので、吸着量が多くなったらＨＣを脱離させる必要がある。しかし、ＨＣ吸着材にどの程度のＨＣが吸着されているのかを判断するのは困難である。そこで上記特許文献１では、ＮＯｘ浄化触媒でＮＯｘを浄化する場合に、排気中のＨＣ量が不足するタイミングでＨＣ吸着材に吸着されたＨＣを脱離させてＮＯｘ浄化触媒に供給することとしている。

しかし、排気中のＨＣ量が十分な状態が続くときには、ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣを脱離させないので、ＨＣ吸着材のＨＣ吸着量限界を超えてしまうことがある。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、適切なタイミングでＨＣ吸着材に吸着されたＨＣを脱離させることで優れた排気浄化性能を呈する内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としている。

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応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、機関冷間時に排出される炭化水素（ＨＣ）をトラップし、排気温度が上昇したらトラップしているＨＣを脱離して浄化するＨＣトラップ触媒（２２）を排気系に備える内燃機関の排気浄化装置であって、機関運転状態及びあらかじめ設定されている標準燃料性状に基づいて燃料のセタン価を検出する燃料性状検出手段（ステップＳ１３０）と、前記燃料のセタン価が小さいほど、機関から排出されるＨＣ量を大きく推定する排出ＨＣ量推定手段（ステップＳ１５０）と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、機関運転状態及びあらかじめ設定されている標準燃料性状に基づいて燃料のセタン価を検出し（ステップＳ１３０）、その燃料のセタン価が小さいほど、機関から排出されるＨＣ量を大きく推定する（ステップＳ１５０）ようにしたので、精度よく排出ＨＣ量を推定することができ、この排出ＨＣ量に基づいて制御することで適切なタイミングでＨＣトラップ触媒からＨＣを離脱させることができるのである。

以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
はじめに本発明の理解を容易にするために基本的な考え方について説明する。

内燃機関の排気系には、機関から排出される炭化水素(Hydro Carbon；以下「ＨＣ」と表す)を浄化するＨＣトラップ触媒を使用することがある。このＨＣトラップ触媒は、触媒温度が低いときにＨＣを吸着（トラップ）し高温になったら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を酸化する三元触媒とを組み合わせたものである。このようなＨＣトラップ触媒によれば、触媒温度が低いときはＨＣをトラップし、触媒温度が高くなったらトラップしているＨＣを脱離しながらＣＯ₂、Ｈ₂Ｏに酸化する。

ところで、このＨＣトラップ触媒においてはＨＣトラップ量が多くなるとＨＣをトラップする性能が低下してくる。そこでＨＣトラップ量が増えたときには、ＨＣを脱離させることでＨＣトラップ性能を回復することが望ましい。しかし、ＨＣトラップ量が多いか否かを判定することは困難である。そこで、本件発明者らは、以下のような方法に基づいて、ＨＣトラップ量を推定してＨＣトラップ触媒の劣化度合を判定するようにしたのである。

まず本件発明者らが調査した市場における軽油燃料の標準比重と燃料性状との関係を示す図１、図２の特性図に基づいて説明する。

図１に示すように、軽油のセタン価ＣＮは標準比重（以下単に「密度」という）に反比例して低下する。この理由は、図２に示すように、密度が高いほどセタン価ＣＮが低くて（オクタン価は高い）蒸発性が低いベンゼン環構造を持つ芳香族炭化水素成分が多く含まれている、ということに起因している。したがって、燃料の標準比重（密度）から、セタン価ＣＮ、オクタン価、蒸発性、発熱量、芳香族炭化水素含有量、といった燃料性状を検出することが可能である。そして、このようにして芳香族炭化水素含有量が分かれば、機関から排出されるＨＣ量が分かるのである。

図３に示したようにセタン価が小さい燃料Ａでは密度が大きくなり（図１参照（なおこのとき燃料比重も大きい））、芳香族炭化水素含有量が大きくなるので（図２参照）、排出ＨＣ量は多い。また、セタン価が大きい燃料Ｂでは密度が小さく（図１参照（なおこのとき燃料比重も小さい））、芳香族炭化水素含有量が小さくなるので（図２参照）、排出ＨＣ量は少ない。このように燃料性状が分かれば排出ＨＣ量が分かるのである。

また排出ＨＣの成分を見ると、図４に示すように、排出ＨＣには種々のＨＣ種（図４ではＨＣ１，ＨＣ２，ＨＣ３，ＨＣ４，・・・・）が含有されていることがわかる。ただし、そのＨＣ種の含有比率は燃料性状にかかわらず略一定である（図４（Ａ）（Ｂ）参照）。

したがって、以上詳述したように、燃料性状を検出できれば、排出ＨＣ量を推定することができ、その排出ＨＣ量から特定のＨＣ種の量が分かるのである。

ところで図１９（Ａ）に示すように、ＨＣ種によってＨＣ分子径が異なる。例えば、炭素数が少ないもの（Ｃ１，Ｃ２）では、ＨＣ分子径が３〜４Å（オングストローム）であり、炭素数が多いもの（Ｃ３以上）では、ＨＣ分子径が４Å以上となる。

そして、ＨＣトラップ触媒でトラップ可能なＨＣ種は、ＨＣトラップ触媒層において
ＨＣをトラップする材料（例えばゼオライト）の細孔径によって異なる。例えば図１９（Ｂ）に示したように、或るＨＣトラップ材Ａでは分子径が４〜８Åの炭化水素をトラップし、また別のＨＣトラップ材Ｂでは分子径が３〜４Åの炭化水素をトラップし、さらに別のＨＣトラップ材Ｃでは分子径が４〜６Åの炭化水素をトラップし、さらにまた別の
ＨＣトラップ材Ｄでは分子径が６〜８Åの炭化水素をトラップする。

このように、あらかじめＨＣトラップ触媒のＨＣトラップ性能（トラップ可能な上限ＨＣ量、トラップ可能なＨＣ分子径、ＨＣ種など）をあらかじめ把握しておけば、上述のようにして推定した特定のＨＣ種の量が、ＨＣトラップ触媒でトラップ可能な上限ＨＣ量に達するか否かによってＨＣトラップ触媒の性能劣化状況を推定することができ、その推定に基づいてＨＣトラップ触媒を再生すれば、ＨＣトラップ触媒のＨＣ浄化性能を悪化させることがないのである。

また、ＨＣトラップ触媒が活性化後に、下流に排出する酸素濃度は、増減を繰り返すことが知られている。そして、この増減周期は、ＨＣトラップ触媒が劣化するにつれて短くなる。そこで本件発明者らは、ＨＣトラップ触媒のこの性質に基づいても触媒劣化状況を推定するようにしたのである。

以下では上記の基本的な考え方を適用した具体的はシステムについて説明する。

図５は本発明による内燃機関の排気浄化装置の第１実施形態を示すシステムの構成図であり、軽油を燃料とするディーゼルエンジンを例にして構成したものである。

図５において、１はディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと記述する）を示し、３はこのエンジン１の排気通路を示す。

エンジン１の排気通路３の上流側部分を構成する排気出口通路３ａは過給機のタービン３ｂに接続されており、その下流にはＮＯｘトラップ触媒２１と、ＨＣトラップ触媒２２とが直列に配置されている。ＮＯｘトラップ触媒２１の入口部には、実空燃比検出手段となる空燃比センサ３７が設けられている。この空燃比センサ３７は、例えば、酸素イオン伝導性固体電解質を用いて、排気中の酸素濃度を検出し、酸素濃度から空燃比を求める。

排気還流装置として、吸気通路２の吸気コレクタ２ｃと排気出口通路３ａとの間には、排気の一部を還流するためのＥＧＲ通路４が設けられており、ここに、ステッピングモータにて開度が連続的に制御可能なＥＧＲ弁５が介装されている
吸気通路２は、上流位置にエアクリーナ２ａを備え、その出口側に、吸入空気量検出手段となるエアフロメータ７が設けられている。そして、エアフロメ一夕７の下流に、過給機のコンプレッサ２ｂが配置されているとともに、このコンプレッサ２ｂと吸気コレクタ２ｃとの間に、アクチュエータ（例えばステッピングモータ式）によって開閉駆動される吸気絞り弁６が介装されている。

エンジン１の燃料供給系は、ディーゼル用燃料である軽油を蓄える燃料タンク６０と、燃料をエンジン１の燃料噴射装置１０へ供給するための燃料供給通路１６と、エンジン１の燃料噴射装置１０からのリターン燃料（スピル燃料）を燃料タンク６０に戻すための燃料戻り通路１９と、を備えている。

このエンジン１の燃料噴射装置１０は、公知のコモンレール式燃料噴射装置であって、サプライポンプ１１と、コモンレール（蓄圧室）１４と、気筒毎に設けられた燃料噴射弁１５と、から大略構成され、サプライポンプ１１により加圧された燃料が燃料供給通路１２を介してコモンレール１４にいったん蓄えられたあと、コモンレール１４内の高圧燃料が各気筒の燃料噴射弁１５に分配される。

上記コモンレール１４には、そのコモンレール１４内の燃料の圧力及び温度を検出するために、圧力センサ３４及び温度センサ３５が設けられている。また、コモンレール１４内の燃料圧力を制御するために、サプライポンプ１１からの吐出燃料の一部が、一方向弁１８を具備したオーバーフロー通路１７を介して燃料供給通路１６に戻されるようになっている。詳しくは、オーバーフロー通路１７の流路面積を変える圧力制御弁１３が設けられており、この圧力制御弁１３がエンジンコントロールユニット３０からのデューティ信号に応じてオーバーフロー通路１７の流路面積を変化させる。これにより、サプライポンプ１１からコモンレール１４への実質的な燃料吐出量が調整され、コモンレール１４内の燃料圧力が制御される。

燃料噴射弁１５は、エンジンコントロールユニット３０からのＯＮ−ＯＦＦ信号によって開閉される電子式の噴射弁であって、ＯＮ信号によって燃料を燃焼室に噴射し、ＯＦＦ信号によって噴射を停止する。そして、燃料噴射弁１５へ印加されるＯＮ信号の期間が長いほど燃料噴射量が多くなり、またコモンレール１４の燃料圧力が高いほど燃料噴射量が多くなる。

また、エンジン１の適宜位置には、内燃機関の温度を代表するものとして、冷却水温度を検出する水温センサ３１が取り付けられている。

エンジンコントロールユニット３０には、吸入空気量を検出するエアフロメータ７の信号（Ｑａ）、水温センサ３１の信号（冷却水温度Ｔｗ）、クランク角度検出用クランク角センサ３２の信号（エンジン回転数Ｎｅの基礎となるクランク角度信号）、気筒判別用クランク角センサ３３の信号（気筒判別信号Ｃｙｌ）、コモンレール１４の燃料圧力を検出する圧力センサ３４の信号（コモンレール圧力ＰＣＲ）、燃料温度を検出する温度センサ３５の信号（燃料温度ＴＦ）、負荷に相当するアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ３６の信号（アクセル開度（負荷）Ｌ）、空燃比センサ３７の信号（Ｏ２）、がそれぞれ入力される。

次に、ＨＣトラップ触媒での吸着ＨＣ種の排出量の推定について、図６のブロックを参照して説明する。

まず、燃料性状を検出し（＃１１）、その燃料性状から排出ＨＣ量を推定し（＃１２）、吸着ＨＣ種の排出量を推定する（＃１３）。

続いて、このＨＣトラップ触媒での吸着ＨＣ種の排出量の推定について、図７のフローチャートに基づいて、さらに詳しく説明する。

ステップＳ１１０では、冷却水温度Ｔｗ、エンジン回転数Ｎｅ、気筒判別信号Ｃｙｌ、コモンレール圧力ＰＣＲ、エアフロメータ７の信号Ｑａ、燃料温度ＴＦ、アクセル開度Ｌ、空燃比センサの信号Ｏ２、をそれぞれ読み込み、ステップＳ１２０に進み、排気温度が基準温度Ｔcoldより低ければ（なおＨＣトラップ触媒は基準温度Ｔcoldよりも低いときにＨＣをトラップする）、ステップＳ１３０では燃料性状検出制御を行ない（詳細については後述する）、ステップＳ１４０において燃料の比重変化量ΔＤがＤｃよりも大きければステップＳ１５０で排出ＨＣ量を推定し、ステップＳ１６０においてＨＣトラップ触媒でトラップ可能なＨＣ種の排出量を推定する。なおステップＳ１４０において燃料の比重変化量ΔＤがＤｃ以下であれば特別な制御を必要としないので、ステップＳ１５０以降へ進むことなく終了する。

またステップＳ１５０においては、ステップＳ１３０で検出した燃料性状に対して図３に基づいて排出ＨＣ量を推定する。

またステップＳ１６０においては、ステップＳ１５０で推定した排出ＨＣ量に対して、特定のＨＣ種の比率を乗じることでトラップ可能なＨＣ種の排出量を推定する。

図８は上記ステップＳ１３０の燃料性状検出の制御サブルーチンの詳細を示すフローチャートであり、この制御によって、使用されている燃料の比重が精度よく検出される。

以下、この燃料性状検出制御ルーチンを説明する。ステップＳ１３１では、燃料噴射量が算出済みか否かが判定され、前回の処理時に算出済みの場合にステップＳ１３２に進む。

ステップＳ１３２では、吸入空気量を検出するエアフロメータ７の信号Ｑａに基づいて、その信号Ｑａの値をパラメータとしてコントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定の吸入空気量Ｑairのテーブルデータを検索する。そしてステップＳ１３３に進む。

ステップＳ１３３では、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ｌとをパラメータとして設定される主燃料噴射量（主燃料供給量）Ｑmainとパイロット噴射量（パイロット燃料供給量）Ｑpilotとを、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されているそれぞれの所定のマップを検索して求め、燃料噴射量（燃料供給量）Ｑtotal（Ｑmain＋Ｑpilot）を求める。そして、ステップＳ１３４に進む。

なお、主燃料噴射量（主燃料供給量）Ｑmain、またはパイロット噴射量（パイロット燃料供給量）Ｑpilotは、前記の方法でなくても、エンジン回転数Ｎｅと負荷Ｌとをパラメータとして設定される燃料噴射装置の主燃料噴射期間Ｍperiod、またはパイロット燃料噴射期間Ｐperiodとを、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されているそれぞれの所定のマップを検索して求め、この主燃料噴射期間Ｍperiod、またはパイロット燃料噴射期間Ｐperiodとコモンレール圧力ＰＣＲとをパラメータとして設定される主燃料噴射量（主燃料供給量）Ｑmain、またはパイロット噴射量（パイロット燃料供給量）Ｑpilotを、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている所定のマップを検索して求めるようにしてもよい。

ステップＳ１３４では、空燃比センサ３７の信号Ｏ２に基づいて、その信号Ｏ２の値をパラメータとしてコントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている実空燃比ＡＦrealのテーブルデータを検索する。そして、ステップＳ１３５に進む。

ステップＳ１３５では、燃料性状を検出するのに適した条件か否かを判定する。例えば、通常、自動車用エンジンにおいては、ＮＯｘ低減のためにＥＧＲ弁５等からなる排気還流装置を備えているのが一般的であるが、運転条件により排気が還流している状態では、排気空燃比がリッチ側にシフトしてしまうため、実空燃比を正確に求めるためには排気還流の補正が必要になる。従って、補正によって実空燃比の検出精度が悪化することの懸念もあるため、実空燃比の検出指令を出すのは、排気還流を停止する領域に限定することが望ましい。ステップＳ１３５で検出条件に適していなければ燃料性状の検出は実施せず、検出条件に適していればステップＳ１３６に進む。

ステップＳ１３６では、ステップＳ１３２で求めた吸入空気流量ＱairとステップＳ１３４で求めた実空燃比ＡＦrealとに基づいて、実燃料供給重量Ｇtotalを求める。具体的には、吸入空気流量Ｑairを実空燃比ＡＦrealで除して実燃料供給重量Ｇtotalとする（Ｇtotal＝Ｑair÷ＡＦreal）。そして、求めた実燃料供給重量ＧtotalとステップＳ１３３で求めた燃料噴射量（燃料供給量）Ｑtotalとに基づいて実比重Ｇfuelを求める。具体的には、実燃料供給重量Ｇtotalを燃料噴射量（燃料供給量）Ｑtotalで除して実比重Ｇfuelとする（Ｇfuel＝Ｇtotal÷Ｑtotal）。そして、ステップＳ１３７に進む。

ステップＳ１３７では、上記の実比重Ｇfuelと燃料温度ＴＦとから標準比重（基準温度、例えば標準温度２０℃での比重）Ｇstdを求める。具体的には、実比重Ｇfuelと燃料温度ＴＦとをパラメータとしてコントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている標準比重Ｇstdのマップを検索して、対応する値を求め、ステップＳ１３８へ進む。

ステップＳ１３８では、上記の標準比重Ｇstdをパラメータとして、コントロールユニット３０のＲＯＭに予め記憶されている燃料性状、例えばセタン価Ｃnumber（以下、セタン価ＣＮという）のテーブルデータを検索する。

（本実施形態の効果）
本実施形態によれば、エンジンの状態からそのとき燃焼している燃料性状を検出し、それよりＨＣトラップ触媒２２でのＨＣ吸着量を推定するようにしている。上述のように、燃料性状が分かれば排出ＨＣ量を推定でき、また排出ＨＣに含有されるＨＣ種の割合はほぼ一定であるので、上記のようにすることで精度よくＨＣトラップ触媒でのＨＣ吸着量を推定できるのである。

（第２実施形態）
図９は本発明による内燃機関の排気浄化装置の第２実施形態を示すシステムの構成図である。

なお以下に示す各実施形態では前述した実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。

本実施形態の内燃機関の排気浄化装置は、第１実施形態の排気浄化装置に加えて、ＨＣトラップ触媒２２の温度Ｔcatを検出する温度センサ３８をさらに備える。ここで、このように温度センサ３８をさらに備える理由について説明する。

図１０は、ＨＣトラップ触媒の温度、及びＨＣトラップ触媒の出口におけるＨＣ濃度の時間変化を示した図である。

時刻ｔ１まではＨＣトラップ触媒２２の温度Ｔcatは基準温度Ｔcatcよりも低い。このときＨＣトラップ触媒２２はＨＣをトラップするので、触媒出口におけるＨＣ濃度は低いのである。すなわち、この時刻ｔ１までがＨＣトラップ区間である。ＨＣトラップ触媒２２の温度Ｔcatがさらに上昇すると、ＨＣトラップ触媒２２はＨＣを脱離するので、触媒出口におけるＨＣ濃度が上昇する。時刻ｔ２になると、ＨＣトラップ触媒２２の三元触媒層が活性化してＨＣを酸化するので触媒出口におけるＨＣ濃度が下降する。

したがって、ＨＣトラップ触媒におけるＨＣトラップ量を推定するには、ＨＣトラップ区間において排出される吸着ＨＣ種の推定量を加算すればよい。

そこで、本実施形態の内燃機関の排気浄化装置では、第１実施形態の排気浄化装置に加えて、ＨＣトラップ触媒２２の温度Ｔcatを検出する温度センサ３８をさらに備えるようにしたのである。

次に、ＨＣトラップ触媒でのＨＣトラップ量の推定について、図１１のブロックを参照して説明する。

まず、燃料性状を検出し（＃１１）、その燃料性状から排出ＨＣ量を推定し（＃１２）、吸着ＨＣ種の排出量を推定する（＃１３）。

一方、ＨＣトラップ触媒２２の温度Ｔcatを検出する（＃２１）。

そして、ＨＣトラップ触媒２２の温度ＴcatがＴcatcよりも低いときに排出されているＨＣ種の量からＨＣトラップ触媒でもトラップ量を推定する（＃２２）。

続いて、このＨＣトラップ触媒でのＨＣトラップ量の推定について、図１２のフローチャートに基づいて、さらに詳しく説明する。

まず吸着ＨＣ種の排出量を推定する（ステップＳ１００）。なお具体的には上記第１実施形態で説明したステップＳ１００と同様である。

そしてＨＣトラップ触媒の温度Ｔcatが基準温度Ｔcatcよりも低いときには（ステップＳ２１０でＹ）、上述の通りＨＣが吸着されるのでこのときにＨＣトラップ量を算出していく（ステップＳ２２０）。

（本実施形態の効果）
上述のように、ＨＣトラップ触媒は、温度が低いときにＨＣをトラップし、温度が高くなるとＨＣを脱離する。そこで本実施形態では、ＨＣトラップ触媒の温度を検出して、温度が低いときに排出されるＨＣ種の量に基づいてＨＣトラップ量を推定するようにしたのである。このようにすることで、ＨＣトラップ量を正確に求めることができるのである。

（第３実施形態）
図１３は本発明による内燃機関の排気浄化装置の第３実施形態を示すシステムの構成図である。

本実施形態の内燃機関の排気浄化装置は、第２実施形態の排気浄化装置に加えて、ＨＣトラップ触媒２２の上流の空燃比を検出する空燃比センサ３９と、ＨＣトラップ触媒２２の下流の酸素濃度を検出するＯ２センサ４０とをさらに備える。ここで、このように空燃比センサ３９及びＯ２センサ４０をさらに備える理由について説明する。

図１４は酸素濃度及び空燃比の時間変化を示した図であり、図１４（Ａ）はＨＣトラップ触媒２２の脱離浄化性能が劣化していない場合であり、図１４（Ｂ）はＨＣトラップ触媒２２の脱離浄化性能が劣化している場合である。

ＨＣトラップ触媒２２の脱離浄化性能が劣化していない場合には（図１４（Ａ）参照）、ＨＣトラップ触媒２２が低温であって活性化前では（時刻ｔ１以前）、酸素濃度の変化周期が短く、ＨＣトラップ触媒２２が高温になって活性化後には（時刻ｔ１以降）、酸素濃度の変化周期が長くなる。

一方、ＨＣトラップ触媒２２の脱離浄化性能が劣化している場合には（図１４（Ｂ）参照）、ＨＣトラップ触媒２２が高温になって活性化しても（時刻ｔ２以降）、劣化していないときに比べて酸素濃度の変化周期が長くならない。

このようにＨＣトラップ触媒２２の下流の酸素濃度の変動周期によって、ＨＣトラップ触媒２２の脱離浄化性能の劣化判定を行うことができる。そこで、本実施形態では、ＨＣトラップ触媒２２の下流の酸素濃度を検出するＯ２センサ４０をさらに備えるようにしたのである。なおＨＣトラップ触媒２２の下流の空燃比を検出するようにしても同様であるので、Ｏ２センサ４０に代えて空燃比センサを使用してもよい。

なお、第１実施形態ではＨＣトラップ量を推定するが、このようにＨＣトラップ量と、本実施形態のようにＨＣトラップ触媒２２の下流の酸素濃度の変動周期とを組み合わせて判断すれば、ＨＣトラップ触媒の劣化判定を、より正確に行うことができることは言うまでもない。

そして、上記のようにしてＨＣトラップ触媒２２の劣化を判定したら、いわゆるλコントロールによって、ＨＣトラップ触媒２２に流入する排気の空燃比をリーンにする（図１５（Ａ）→（Ｂ））。このようにすれば、ＨＣトラップ触媒２２に流入する酸素量が増大するので、ＨＣトラップ触媒２２にトラップされているＨＣの酸化が促進され、ＨＣトラップ量が減少し、ＨＣトラップ触媒２２の性能が回復するのである。

なお、空燃比のリーン化は、例えば、ＨＣトラップ触媒２２の下流の酸素濃度の変動周期が、図１４（Ａ）の時刻ｔ１以降の状態になるまで継続する。

次に、ＨＣトラップ触媒での劣化判定について、図１６のブロックを参照して説明する。

まず、ＨＣトラップ量を推定する（＃２２；上記第２実施形態に同じ）。一方、ＨＣトラップ触媒の脱離ＨＣ浄化性能を推定する（＃３１）。そして、これらの両者からＨＣトラップ触媒の劣化について判定し（＃３２）、劣化状態を判定したときにはＨＣトラップ触媒の再生制御を行う。

続いて、このＨＣトラップ触媒での再生制御について、図１７のフローチャートに基づいて、さらに詳しく説明する。

まずＨＣトラップ触媒でのＨＣトラップ量を推定する（ステップＳ２００）。なお具体的には上記第２実施形態で説明したステップＳ２００と同様である。

ステップＳ３１０にてＨＣトラップ量がＨＣトラップ触媒の性能を超えているときは（ただし安全率を見込んでおいてもよい）、ステップＳ３６０へ進み、超えていなければステップＳ３２０以降に進む。そしてステップＳ３２０においてＨＣトラップ触媒の温度Ｔcatが基準温度Ｔcatcを上回っているときはＨＣトラップ触媒が活性化しているときであり、ステップＳ３３０においてＨＣトラップ触媒入口の空燃比が理論空燃比付近であるか否かを判定し、成立するときはＨＣトラップ触媒出口の酸素濃度の変動周期Ｏ2Hzが基準周期Ｏ2Hzcよりも短いときは（ステップＳ３４０においてＹ）、脱離浄化性能がＮＧの状態であり（ステップＳ３５０）、ＨＣトラップ触媒の入口の空燃比をリーンに補正する（ステップＳ３６０）。なお、ステップＳ３３０においてＨＣトラップ触媒入口の空燃比が理論空燃比付近でなければ、例えば空気過剰率のリーン補正制御中（ステップＳ３６０）などであるのでステップＳ３４０以降へは進まない。

（本実施形態の効果）
本実施形態によれば、ＨＣトラップ量がＨＣトラップ触媒のトラップ性能を超えるときには（ただし安全率を見込むこともある）、ＨＣトラップ触媒入口の空燃比をリーンに補正するようにした。このようにすれば、ＨＣトラップ触媒２２に流入する酸素量が増大するので、ＨＣトラップ触媒２２にトラップされているＨＣの酸化が促進され、ＨＣトラップ量が減少し、ＨＣトラップ触媒２２の性能が回復するのである。

（第４実施形態）
図１８は本発明による内燃機関の排気浄化装置の第４実施形態を示すシステムの構成図である。

本実施形態の内燃機関の排気浄化装置は、第３実施形態の排気浄化装置に加えて、ＨＣトラップ触媒２２の上流に空気を供給するエアポンプ５０をさらに備える。

ここで、このようにエアポンプ５０をさらに備える理由について説明する。

上記第３実施形態では、ＨＣトラップ触媒２２の劣化を判定したら、いわゆるλコントロールによって、ＨＣトラップ触媒２２に流入する排気の空燃比をリーンにすることで（上記ステップＳ３６０）、ＨＣトラップ触媒２２に流入する酸素量を増大させている。

本実施形態では、このλコントロールに代えて、ＨＣトラップ触媒２２の劣化を判定したら、エアポンプ５０から空気を供給することで、ＨＣトラップ触媒２２に流入する酸素量を増大させるようにしたのである。

本実施形態によっても、ＨＣトラップ触媒２２に流入する酸素量が増大するので、ＨＣトラップ触媒２２にトラップされているＨＣの酸化が促進され、ＨＣトラップ量が減少し、ＨＣトラップ触媒２２の性能が回復するのである。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。

例えば、第４実施形態では、エアポンプ５０でＨＣトラップ触媒２２に流入する酸素量を増大させるようにしたが、例えば、インテークマニホールドとエキゾーストマニホールドとを連通するバイパス通路を設けてもよい。そしてそのバイパス通路には空気流量制御バルブを設けておき、ＨＣトラップ触媒２２の劣化を判定したら、その空気流量制御バルブを開弁することで、ＨＣトラップ触媒２２に流入する酸素量を増大させるようにしても同様の効果を得ることができる。

軽油の密度とセタン価との関係を示す特性図である。 軽油の密度と芳香族炭化水素成分含有量との関係を示す特性図である。 軽油のセタン価、比重と排出ＨＣ量との関係を示す特性図である。 機関から排出されるＨＣの成分（排出ＨＣ種）の割合を示す図である。 本発明による内燃機関の排気浄化装置の第１実施形態を示すシステムの構成図である。 ＨＣトラップ触媒での吸着ＨＣ種の排出量の推定について説明するブロック図である。 ＨＣトラップ触媒での吸着ＨＣ種の排出量の推定について説明するフローチャートである。 ステップＳ１３０の燃料性状検出の制御サブルーチンの詳細を示すフローチャートである。 本発明による内燃機関の排気浄化装置の第２実施形態を示すシステムの構成図である。 ＨＣトラップ触媒の温度、及びＨＣトラップ触媒の出口におけるＨＣ濃度の時間変化を示した図である。 ＨＣトラップ触媒でのＨＣトラップ量の推定について説明するブロック図である。 ＨＣトラップ触媒でのＨＣトラップ量の推定について説明するフローチャートである。 本発明による内燃機関の排気浄化装置の第３実施形態を示すシステムの構成図である。 酸素濃度及び空燃比の時間変化を示した図である。 ＨＣトラップ触媒２２に流入する排気の空燃比をリーンにする様子を説明する図である。 ＨＣトラップ触媒での劣化判定について説明するブロック図である。 ＨＣトラップ触媒での再生制御について説明するフローチャートである。 本発明による内燃機関の排気浄化装置の第４実施形態を示すシステムの構成図である。 ＨＣ分子径とＨＣ種との関係、及びＨＣ分子径とトラップ材との関係を示す図である。

符号の説明

１ エンジン
２１ ＮＯｘトラップ触媒
２２ ＨＣトラップ触媒
３８ 温度センサ（触媒温度検出手段）
４０ Ｏ２センサ（酸素濃度検出手段）
ステップＳ１３０ 燃料性状検出手段
ステップＳ１５０ 排出ＨＣ量推定手段
ステップＳ１６０ 特定ＨＣ種量推定手段
ステップＳ２１０ トラップ区間判定手段
ステップＳ２２０ トラップＨＣ量推定手段
ステップＳ３１０ トラップ性能超過判定手段
ステップＳ３４０ 変動周期検出手段
ステップＳ３５０ 脱離ＨＣ浄化性能判定手段
ステップＳ３６０ 触媒再生手段

Claims (10)

1. 機関冷間時に排出される炭化水素(以下「ＨＣ」という)をトラップし、排気温度が上昇したらトラップしているＨＣを脱離して浄化するＨＣトラップ触媒を排気系に備える内燃機関の排気浄化装置であって、
   機関運転状態及びあらかじめ設定されている標準燃料性状に基づいて燃料のセタン価を検出する燃料性状検出手段と、
   前記燃料のセタン価が小さいほど、機関から排出されるＨＣ量を大きく推定する排出ＨＣ量推定手段と、
   を有することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記機関から排出されるＨＣのうちで、前記ＨＣトラップ触媒がトラップする特定のＨＣ種の量を推定する特定ＨＣ種量推定手段をさらに有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記ＨＣトラップ触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
   前記触媒温度に基づいて、前記ＨＣトラップ触媒がＨＣを吸着するＨＣトラップ区間であるか否かを判定するトラップ区間判定手段と、
   前記ＨＣトラップ区間であるときに、前記排出ＨＣ量推定手段で推定した推定排出ＨＣ量又は前記特定ＨＣ種量推定手段で推定した推定特定排出ＨＣ種量に基づいて、前記ＨＣトラップ触媒でトラップするＨＣ量を推定するトラップＨＣ量推定手段と、
   を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記推定トラップＨＣ量が前記トラップ触媒のトラップ性能を超えているか否かを判定するトラップ性能超過判定手段を有する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記推定トラップＨＣ量が前記トラップ触媒のトラップ性能を超えていると判定したときに、前記ＨＣトラップ触媒を再生する触媒再生手段を有する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記ＨＣトラップ触媒の下流の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
   前記酸素濃度検出手段で検出した酸素濃度の変動周期を検出する変動周期検出手段と、
   前記酸素濃度の変動周期に基づいて、前記ＨＣトラップ触媒の脱離したＨＣを浄化する性能の低下を判定する脱離ＨＣ浄化性能判定手段と、
   を有することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記触媒再生手段は、前記トラップ性能超過判定手段では前記推定トラップＨＣ量が前記トラップ触媒のトラップ性能を超えていないと判定した場合であっても、前記脱離ＨＣ浄化性能判定手段で前記ＨＣトラップ触媒の性能低下を判定したときには前記ＨＣトラップ触媒を再生する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記触媒再生手段は、前記ＨＣトラップ触媒に流入する排気の空燃比をリーン側に補正して前記ＨＣトラップ触媒を再生する、
   ことを特徴とする請求項５から請求項７までのいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記触媒再生手段は、前記ＨＣトラップ触媒に酸素を供給して前記ＨＣトラップ触媒を再生する、
   ことを特徴とする請求項５から請求項８までのいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 前記酸素濃度検出手段は、空燃比センサ又はＯ２センサである、
    ことを特徴とする請求項６から請求項９までのいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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