JP4233144B2 - ターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置、及びその制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置、及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両等に搭載されるガソリンエンジンは、排気ガスを浄化することを目的として、排気系に触媒を設けており、排気ガスは、その触媒を通過する際に浄化される。すなわち、排気ガス中に含まれるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等を触媒の作用により浄化するものである。このような排気ガスの浄化に用いられる触媒は、所定の温度まで昇温されたときに活性状態となり、良好な浄化機能を奏するという性質を有している。
【０００３】
このため、エンジンが冷えた状態での始動時、いわゆる冷間始動時には触媒も温度が低く未活性状態であり、排気ガスの浄化機能を十分に発揮できない。特に、エンジンの冷間始動時には、シリンダ壁等の温度が低いために多量のハイドロカーボンが排出され、更にターボチャージャ付エンジンの場合には、触媒の上流側に熱容量が大きいターボチャージャのタービンハウジング等が接続配置されているため、これらが排気ガスの熱を吸収してしまい、その下流に設けられている触媒の昇温に時間がかかる。したがって、ターボチャージャ付エンジンは、冷間始動時に未浄化の排気ガスが多量に排出されるおそれがあった。
【０００４】
そして、従来より、このような問題を解決すべく、触媒をできるだけ早く昇温させて活性化させ、より早く十分な排気ガス浄化機能を発揮させるようにする技術が種々提案されている。例えば、特開平５−３２１６４３号公報には、主触媒の上流側に昇温速度が早いプリ触媒を設けて、主触媒が活性化する前の未浄化排気ガスの排出量を低減する技術が示されている。
【０００５】
ここに開示された技術は、エンジンの排気系におけるターボチャージャのタービンの配置された主排気通路に、そのタービンを迂回するように迂回排気通路を設けている。すなわち、タービンの上流側と下流側とにそれぞれ分岐点と合流点とを有する迂回排気通路を設け、この迂回排気通路にプリ触媒を設けている。
【０００６】
そして、主排気通路側に設けた第１のバルブと、迂回排気通路側に設けた第２のバルブとを適宜に開閉させることにより、排気ガスの流れを調整し、例えば、エンジンの始動時には、ターボ側である主排気通路のバルブを閉鎖して、プリ触媒側である迂回排気通路のバルブを開放してプリ触媒の昇温を早める。そして、合流点の下流側に配置された主触媒が昇温して十分に活性化された場合には、ターボ側のバルブを開放して、プリ触媒側のバルブを閉鎖し、ターボ機能を働かせる。このようにすることで、エンジン始動時における排気ガスの浄化機能を向上させ、かつターボ機能（過給機能及び過給応答性）を確保している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の技術では、主触媒が活性化するまでの間に排出される未浄化排気ガスの排出量をある程度は低減させることができるが、プリ触媒自体が活性化するまでに排出される排気ガスを浄化することはできず、プリ触媒の冷間始動時における排気ガスの浄化処理にも限界があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的は、ターボチャージャ付エンジンの触媒が冷間始動時にて浄化することができないハイドロカーボンの排出量を低減させることができるターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記不具合を解決するために、本発明の請求項１にかかるターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置は、エンジンの排気ポートに連通し、ターボチャージャと触媒が設けられている主排気通路と、前記ターボチャージャの上流側と下流側とに分岐点と合流点を有し、ハイドロカーボンを吸着可能なハイドロカーボン吸着手段が設けられているバイパス通路と、排気ガスが前記バイパス通路を通過するバイパス通路通過状態と前記主排気通路を通過する主排気通路通過状態とに切り換える排気ガス流路切換手段と、該排気ガス流路切換手段を、前記触媒が未活性状態である場合は前記バイパス通路通過状態に、前記触媒が活性状態である場合は前記主排気通路通過状態に切換制御する排気ガス流路切換制御手段と、を有するターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置において、前記排気ガス流路切換制御手段は、前記触媒の活性化後でかつ前記ハイドロカーボン吸着手段がハイドロカーボンを吸着しておりエンジン動作状態が前記ターボチャージャの過給機能を使用しないターボ機能不使用領域にある場合に、前記排気ガス流路切換手段を前記主排気通路通過状態から前記バイパス通路通過状態に切り換え、前記ハイドロカーボン吸着手段に吸着させたハイドロカーボンを脱離させるハイドロカーボン脱離制御を行うことを特徴とする。
【００１１】
これによれば、排気ガスは、触媒が未活性状態の場合はバイパス通路に設けられたハイドロカーボン吸着手段を通過させられ、排気ガス中のハイドロカーボンはハイドロカーボン吸着手段に吸着される。そして、触媒が活性状態となった後は主排気通路を通過させられ、ターボチャージャの過給機能を使用することが可能となる。したがって、したがって、ターボチャージャ付エンジンの触媒未活性状態におけるハイドロカーボンの排出量を低減させることができる。
【００１５】
また、ハイドロカーボン吸着手段がハイドロカーボンを吸着していない場合、例えば、既に脱離を行った後である場合や、エンジン動作状態がターボチャージャのターボ機能を使用している場合には、ハイドロカーボン脱離制御を行わない。したがって、ターボ機能を損なうことなく、必要なときだけハイドロカーボン脱離制御を行うことができる。
【００１６】
請求項２にかかるターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置は、前記排気ガス流路切換制御手段は、ハイドロカーボン脱離制御時に微小量の排気ガスが主排気通路を通過するように前記排気ガス流路切換手段を制御することを特徴とする。
【００１７】
これにより、ハイドロカーボン脱離制御時に主排気通路に微小量の排気ガスを通過させ、ターボチャージャのタービンを吸気側の吸気過給圧が上昇しない程度に予回転させることができる。したがって、ターボチャージャのベアリングの焼付きや、排気ガス流路切換手段がハイドロカーボン脱離燃焼制御後に主排気通路通過状態に切り換えられた際に主排気通路に一度に多量の排気ガスが流れ込むことに起因してターボチャージャに生じる悪影響を伴う応力を低減させることができる。また、冷間始動時には、主排気通路は完全に閉鎖され排気ガスは流入しないので、未浄化の排気ガスが未活性状態の触媒を通過して外部に排出されるのを防止することができる。
【００１８】
請求項３に記載のターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置は、前記排気ガス流路切換手段は、バイパス通路を開閉するバイパス通路開閉バルブと主排気通路を開閉する主排気通路開閉バルブとを備えていることを特徴とする。これによれば、排気ガス流路切換制御手段が行う排気ガス流路切換制御を容易に行うことができ、また、その開閉タイミングを適宜調整することによって、エンジン出力への影響を除去することができる。
【００１９】
請求項４に記載のターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置は、前記バイパス通路は、ハイドロカーボン脱離制御の際にハイドロカーボン吸着手段から脱離させたハイドロカーボンを触媒にて浄化させる２次エアを供給する２次エア供給装置を備えている。これにより、触媒には適切な量の２次エアが供給され、ハイドロカーボンを良好に燃焼させることができる最適な環境が形成される。したがって、ハイドロカーボンを効果的に燃焼させることができ、浄化処理の効率を向上させることができる。
【００２０】
請求項５に記載のターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置の制御方法は、エンジンの冷間始動時に排気ガスをバイパス通路に導きハイドロカーボン吸着手段にハイドロカーボンを吸着させるハイドロカーボン吸着手順と、点火時期をリタード制御して排気ガスを高温化させて触媒の活性化を促進させる触媒活性化手順と、触媒活性化後は排気ガスを主排気通路に導く主排気通路流通手順と、触媒活性状態でかつハイドロカーボン吸着手段が所定量のハイドロカーボンを吸着しており、エンジン動作状態がターボ機能不使用領域にある場合には、排気ガスを再びバイパス通路に導きハイドロカーボン吸着手順により吸着させたハイドロカーボンをハイドロカーボン吸着手段から脱離させるハイドロカーボン脱離手順と、により制御されることを特徴とする。
【００２１】
これによれば、エンジン冷間始動時に排出されるハイドロカーボンをハイドロカーボン吸着手段に吸着させ、触媒活性化後でかつアイドル運転時に浄化処理させる。これにより、ターボチャージャ付エンジンの冷間始動時に排出されるハイドロカーボンの排出量を低減させることができる。また、ターボチャージャの過給機能との両立を図ることもできる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図に基づいて説明する。図１は、本発明のターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置が適用された車両用エンジン装置を主な構成要素を用いて概念的に示したものである。本エンジン装置１は、図示したように、ガソリンを燃料とした原動機であるエンジン２と、ターボチャージャ（以下、単に「ターボ」という）３を備えている。
【００２３】
エンジン２の吸気通路４は、上流側より、エンジン２に吸入される吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ５、ターボ３のコンプレッサ側ハウジング３ａ、エンジン２への吸入空気量を調整するスロットルバルブ６が設けられている。スロットルバルブ６には、その開度θｔｈを検出するスロットル開度センサ７が設けられている。
【００２４】
エンジン２の排気通路１０は、触媒１１とマフラ１２を備えており、触媒１１には触媒温度Ｔｃを検出する触媒温度センサ１３が設けられ、触媒１１の下流側には空燃比フィードバック制御用のＯ２センサ１４が設けられている。
【００２５】
また、排気通路１０の触媒１１上流側は、途中にターボ６のタービン側ハウジング３ｂが接続された主排気通路２０と、これをバイパスして設けられたバイパス通路３０とにより構成されている。主排気通路２０には、ターボ３の下流側にて開閉動作を行うことにより主排気通路２０の流路面積を増減可能な主排気通路開閉バルブ２１が設けられている。主排気通路開閉バルブ２１は、駆動手段としてサーボモータを備えており、後述するＥＣＵ４０からの制御指令によってその開度を精密に調整することができる。
【００２６】
バイパス通路３０には、排気ガス中に含まれるハイドロカーボンを吸着することが可能なハイドロカーボン吸着剤を装填したハイドロカーボン吸着部３１と、その上流側にて開閉動作を行うことによりバイパス通路３０の流路面積を増減可能なバイパス通路開閉バルブ３２と、バイパス通路３０内に２次エアを供給する２次エア供給装置３３の供給ノズル３３ａが設けられている。バイパス通路開閉バルブ３２は、駆動手段としてサーボモータを備えており、主排気通路開閉バルブ２１と同様にＥＣＵ４０からの制御指令によってその開度を精密に調整することができる。
【００２７】
そして、ハイドロカーボン吸着部３１には、ハイドロカーボン吸着剤の吸着剤温度Ｔｐを検出する吸着剤温度センサ３４が設けられている。また、ハイドロカーボン吸着部３１の下流側には、バイパス通路３０内を通過する排気ガス中に残留する酸素量を検出して空燃比を算出するためのＡ／Ｆセンサ３５が設けられている。尚、図中の符号８はエンジン２の冷却水の温度Ｔｗを検出する水温センサ、符号９はエンジン回転数Ｎｅを検出するクランク角センサ、符号３６は、車両の速度Ｖを検出する車速センサを示している。
【００２８】
ここで、ハイドロカーボン吸着部３１のハイドロカーボン吸着剤について簡単に説明する。図２は、ハイドロカーボン吸着剤の温度に対する単位時間当たりの吸着量及び脱離量の関係を示したグラフである。ハイドロカーボン吸着剤の吸着特性は、図中実線で示したように、ハイドロカーボン吸着剤の温度が比較的低温の所定温度までは多量のハイドロカーボンを吸着することができ、所定温度を超えて上昇した場合にはその吸着量は減少するという特性を有している。また、脱離特性は、図中一点鎖線で示したように、ハイドロカーボン吸着剤の温度が上昇するにしたがってハイドロカーボンの脱離量は増加するという特性を有している。
【００２９】
すなわち、ハイドロカーボン吸着剤は、自己の吸着剤温度Ｔｐが低いときにはハイドロカーボンを吸着し易く、自己の吸着剤温度Ｔｐが高いときには吸着しているハイドロカーボンを脱離し易いという特性を有している。
【００３０】
次に、上記各部材の駆動制御並びに各センサからの検出信号を送受信するための手段として設けられている電子制御装置（以下、単に「ＥＣＵ」という）４０について説明する。
【００３１】
図３は、ＥＣＵ４０の概略構成説明図である。ＥＣＵ４０は、図示したように、各センサからの信号を入力する入力インタフェース４０ａ、各部材への駆動制御信号を出力する出力インタフェース４０ｂ、主演算装置としてのＣＰＵ４０ｃ、各部材を制御する制御プログラムや予め設定された固定データを記憶するＲＯＭ４０ｄ、各センサからの検出信号等を格納するＲＡＭ４０ｅ、さらに学習データ等を格納するバックアップＲＡＭ４０ｆ、タイマ４０ｇ等をバスライン４０ｈで相互に接続してなるマイクロコンピュータシステムとして構成されている。
【００３２】
ＥＣＵ４０の入力インタフェース４０ａには、エンジン動作状態検出手段として、水温センサ８、クランク角センサ９、エアフローメータ５、触媒温度センサ１３、吸着剤温度センサ３４、Ａ／Ｆセンサ３５、Ｏ２センサ１４、車速センサ３６の各信号路が接続されており、出力インターフェース４０ｂには、主排気通路開閉バルブ２１及びバイパス通路開閉バルブ３２のサーボモータへの信号路が接続されている。
【００３３】
また、ＥＣＵ４０は、その内部的機能として、吸着判定部４１、脱離判定部４２、開閉バルブ制御部４３を備えている。吸着判定部４１は、検出したエンジン動作状態からハイドロカーボンをハイドロカーボン吸着部３１のハイドロカーボン吸着剤に吸着させるハイドロカーボン吸着制御を実行するか否かを判定する。
【００３４】
脱離判定部４２は、検出したエンジン動作状態からハイドロカーボン吸着剤に吸着しているハイドロカーボンを脱離させるハイドロカーボン脱離制御を実行するか否かを判定する。開閉バルブ制御部４３は、吸着判定部４１若しくは脱離判定部４２の判定に基づいて、主排気通路開閉バルブ２１及びバイパス通路開閉バルブ３２の開閉動作を制御する。
【００３５】
次に、上記構成を有するエンジン装置の排気ガス浄化制御について図４のフローチャートに基づいて説明する。本図に示したフローチャートは、エンジンの冷間始動時におけるハイドロカーボンを吸着し、活性化後に脱離させる制御を示している。これにより、触媒１２が活性化する前には浄化することができないハイドロカーボンの排出を抑制することができる。尚、本ルーチンは、エンジン始動動作と同時にスタートし、例えば、１０μsec 毎に繰り返し実行される。
【００３６】
まず最初に、ステップ（以下、単に「Ｓ」という）１０１では、上記各センサの検出結果に基づきエンジン動作状態が検出される。具体的には、吸入空気量Ｑ、スロットル開度θ、ハイドロカーボン吸着剤の温度Ｔｃ、バイパス通路３０の空燃比λ１、触媒１２の温度、触媒通過後の排気ガスの空燃比λ２、エンジン回転数Ｎｅ、車両走行速度Ｖ等が検出される。
【００３７】
次に、Ｓ１０２〜Ｓ１０４では、現在のエンジン動作状態に基づいてハイドロカーボンの吸着制御を行うか否かの判断がなされる。Ｓ１０２では、Ｓ１０１の検出結果に基づき現在のエンジン動作状態がバイパス通路３０を使用する領域であるバイパス通路使用領域Ｂにあるか否かが判断される。図５は、主排気通路使用領域Ｓとバイパス通路使用領域Ｂを示したグラフである。
【００３８】
図示したように、エンジン動作状態はエンジン負荷Ｔｐとエンジン回転数Ｎｅにより判断され、エンジン動作状態がバイパス通路使用領域Ｂ内にある場合（ＹＥＳ）には、エンジン動作状態が排気ガスをバイパス通路に通過させることができる、すなわち、吸着制御を行うことができる状態であると判断して、Ｓ１０３へ移行する。また、バイパス通路使用領域Ｂ内にない場合（ＮＯ）、すなわち、主排気通路使用領域Ｓにある場合には、吸着制御を行うことができないとしてＳ１０６へ移行する。
【００３９】
Ｓ１０３では、触媒１１が排気ガス中に含まれるハイドロカーボンを燃焼浄化させることができる状況であるか否かが判断される。ここで、Ｓ１０１にて触媒温度センサ１３により検出した触媒１１の触媒温度Ｔｃが予め設定されＥＣＵ４０のＲＯＭ４０ｄ内に記憶されている触媒基準温度Ｔｂよりも低い場合（ＹＥＳ）には、触媒１１がハイドロカーボンを燃焼浄化することができない温度状態であり、吸着制御を行うと判断して、Ｓ１０４へ移行する。また、触媒温度Ｔｃが触媒基準温度Ｔｂ以上である場合（ＮＯ）は、触媒１１がハイドロカーボンを浄化することができる温度状態であると判断して、脱離制御の可否を判断すべくＳ１０６へ移行する。
【００４０】
Ｓ１０４では、ハイドロカーボン吸着部３１内のハイドロカーボン吸着剤がハイドロカーボンを吸着することができるか否か、換言すれば現在のハイドロカーボン吸着剤の状態が、ハイドロカーボンを吸着することができる吸着容量を有しているか否かの判断がなされる。
【００４１】
ここで、ハイドロカーボン吸着部３１のハイドロカーボン吸着剤が吸着している現在のハイドロカーボン吸着量の算出は、排気ガスがハイドロカーボン吸着部３１を通過した時間、すなわちバイパス通路開閉バルブ３２の開弁時間を積算した総通過時間ｔｓに基づいて行われる。図６は、排気ガスがハイドロカーボン吸着部３１を通過する通過時間ｔに対するハイドロカーボンの吸着量及び脱離量を示したグラフである。
【００４２】
これによれば、排気ガスの通過時間に対してハイドロカーボンの吸着量と脱離量はいずれも正比例関係にある。したがって、排気ガスがバイパス通路を通過した通過時間ｔを積算して総通過時間ｔｓを算出することによって、ハイドロカーボン吸着剤のハイドロカーボン吸着量及び脱離量を算出することができる。
【００４３】
図７は、Ｓ１０４にて行われる判断、すなわち、ハイドロカーボン吸着部３１のハイドロカーボン吸着剤がハイドロカーボンを吸着することができるか否かを判断するためのフローチャートである。まず最初に、Ｓ２０１にて現在のハイドロカーボン吸着剤のハイドロカーボン吸着状態が更に新たなハイドロカーボンを吸着することができるか否かが判断される。
【００４４】
図８は、ハイドロカーボン吸着剤のハイドロカーボン吸着量と通過時間ｔとの関係を示したグラフである。これに基づき、ハイドロカーボン吸着剤の状態が更に新たなハイドロカーボンを吸着することができる状態である吸着可能領域Ｃにあるか、もうこれ以上のハイドロカーボンは吸着することができない状態である吸着不可能領域Ｄにあるかが判断される。
【００４５】
Ｓ２０１にて、ハイドロカーボン吸着剤の吸着量が吸着可能領域Ｃ内にある場合（ＹＥＳ）は、更に新たなハイドロカーボンを吸着することができるとしてＳ２０２へ移行し、Ｓ２０２にてハイドロカーボン吸着可能判定がなされる。また、吸着量が吸着不可能領域Ｄ内にある場合（ＮＯ）は、もうこれ以上のハイドロカーボンを吸着することができないとしてＳ２０３へ移行し、Ｓ２０３にてハイドロカーボン吸着不可能判定がなされる。そして、本ルーチンを終了する（リターン）。
【００４６】
したがって、Ｓ１０４では、この判定に基づいて判断され、吸着可能判定の場合（ＹＥＳ）は、ハイドロカーボンの吸着制御を実行すべくＳ１０５へ移行する。また、吸着不可能判定の場合（ＮＯ）は、ハイドロカーボンの吸着制御を実行しないとしてＳ１０６へ移行する。
【００４７】
Ｓ１０５では、ハイドロカーボンの吸着制御が行われる。ここで、ＣＰＵ４０ｃの吸着判定部４１から吸着制御を実行する旨の指示を受けた開閉バルブ制御部４３は、主排気通路開閉バルブ２１を閉鎖し、バイパス通路開閉バルブ３２を開放する制御信号を出力する。これにより、主排気通路開閉バルブ２１は、主排気通路２０を完全に閉鎖し、バイパス通路開閉バルブ３２はバイパス通路３０を開放する。
【００４８】
したがって、排気ガスは、主排気通路２０ではなくバイパス通路３０へと導かれ、ハイドロカーボン吸着部３１を通過する。そして、排気ガス中に含まれるハイドロカーボンは、ハイドロカーボン吸着部３１内のハイドロカーボン吸着剤に吸着される。したがって、ハイドロカーボン吸着部３１を通過した後の排気ガスは、ハイドロカーボンの含有量が低減される。
【００４９】
また、これら開閉バルブの切換制御と同時に点火時期のリタード制御がなされ、排気ガスの高熱化が行われる。この高熱化された排気ガスにより触媒１１は早急に暖められ、活性化が促進される。そして、本ルーチンを抜ける（リターン）。したがって、上記制御を行うことによって、冷間始動時に排出されるハイドロカーボンの排出量を低減させることができる。
【００５０】
一方、Ｓ１０２〜Ｓ１０４の条件を一つでも満たさない場合（ＮＯ）には、Ｓ１０６以降へ移行する。Ｓ１０６では、ハイドロカーボン吸着部３１のハイドロカーボン吸着剤に吸着したハイドロカーボンを脱離させるか否かが判断される。
【００５１】
図９は、Ｓ１０６の脱離制御を行うか否かの判定を行うフローチャートである。Ｓ３０１〜Ｓ３０４では、ハイドロカーボン吸着剤からハイドロカーボンを脱離させることができる脱離条件を設定しており、これらの条件を全て満たす場合には脱離制御するとの判定を行い、これらの条件を一つでも満たさない場合には脱離制御しないとの判定である非脱離判定を行う。
【００５２】
まず最初に、Ｓ３０１では、ハイドロカーボン吸着部３１のハイドロカーボン吸着剤が、吸着したハイドロカーボンを脱離することができる温度条件を満たしているか否かが判断される。ここで、ハイドロカーボン吸着剤の吸着剤温度Ｔｐが予め設定されている吸着剤基準温度Ｔ１よりも高い場合（ＹＥＳ）には、脱離が容易であるため（図２参照）、この温度条件を満たすとしてＳ３０２へ移行し、低い場合（ＮＯ）には、吸着しているハイドロカーボンを脱離させることが容易でないため条件を満たさないとしてＳ３０６へ移行する。
【００５３】
Ｓ３０２では、バイパス通路３０を使用することができる運転状態であるか否かが判断される。ここでは、エンジン動作状態がアイドル運転中であるか否かによって判断される。すなわち、アイドル運転中は、ターボ機能を使用していないので、排気ガスをバイパス通路３０に導くことができる。したがって、アイドル運転中である（ＹＥＳ）は、この条件を満たすとしてＳ３０３へ移行する。
【００５４】
また、アイドル運転中でない場合（ＮＯ）には条件を満たさないとしてＳ３０６へ移行する。ターボチャージャの過給機能を使用する可能性が高く、そのような場合に排気ガスをバイパス通路３０に導くことはできないからである。
【００５５】
次に、Ｓ３０３では、触媒１１がハイドロカーボン吸着剤から脱離されたハイドロカーボンを浄化させることができる状態であるかが判断される。ここで、触媒の触媒温度Ｔｃが予め設定されている触媒活性化温度Ｔ２よりも高い温度である場合（ＹＥＳ）にはハイドロカーボンを浄化させることができるとしてＳ３０４へ移行する。
【００５６】
また、触媒の触媒温度Ｔｃが触媒活性温度Ｔ２よりも低い温度である場合（ＮＯ）には、ハイドロカーボン吸着剤からハイドロカーボンを脱離させると触媒１１にて浄化させることができないので、脱離条件を満たさないとしてＳ３０６へ移行する。
【００５７】
Ｓ３０４では、ハイドロカーボン吸着剤に吸着しているハイドロカーボンが十分脱離する必要がある量だけ吸着しているか否かが判断される。既に脱離制御を終了した後で、ハイドロカーボン吸着剤にハイドロカーボンを吸着していないのであれば、再び脱離制御を行う必要はないからである。ここで、ハイドロカーボン吸着剤から脱離させることができるハイドロカーボン脱離量Ｖ１が予め設定されている基準脱離量Ｖ０よりも多い場合（ＹＥＳ）は脱離させる必要があるとしてＳ３０５へ移行し、Ｓ３０５にて脱離制御する判定がなされる。
【００５８】
また、ハイドロカーボン脱離量Ｖ１が基準脱離量Ｖ０よりも少ない場合（ＮＯ）は脱離させるだけのハイドロカーボンを吸着しておらず脱離させる必要はないとしてＳ３０６へ移行し、Ｓ３０６にて脱離制御しない判定がなされる。そして、本ルーチンを終了する（リターン）。したがって、Ｓ１０６では、非脱離判定の場合（ＮＯ）はＳ１０７へ移行し、脱離判定の場合（ＹＥＳ）にはＳ１０８へ移行する。
【００５９】
Ｓ１０７では、吸着制御も脱離制御もしない、すなわち主排気通路２０に排気ガスを通過させる主排気通路流通制御が行われる。ここで、開閉バルブ制御手段４３は、主排気通路開閉バルブ２１及びバイパス通路開閉バルブ３２を制御して、主排気通路２０を開放させ、バイパス通路３０を閉鎖させ、排気ガスを主排気通路２０に導く。
【００６０】
Ｓ１０８では、脱離制御が行われる。ここで、開閉バルブ制御手段４３は、主排気通路２０を閉鎖させ、バイパス通路３０を開放させる制御を行う。これにより、排気ガスはバイパス通路に導かれ、ハイドロカーボン吸着部３１は通過する排気ガスによって熱せられる。
【００６１】
したがって、ハイドロカーボン吸着剤に吸着されているハイドロカーボンは、その運動量が増加して脱離し易くなり（図２参照）、ハイドロカーボン吸着剤から脱離して下流側に設けられている触媒１１へと流れる（このハイドロカーボンを以下、単に「脱離ハイドロカーボン」という）。そして、脱離ハイドロカーボンは、暖機運転が終了して既に活性化している（Ｓ３０３にてＹＥＳ）触媒１１により、浄化処理される。したがって、ハイドロカーボン吸着剤を空状態とすることができ、再度、冷間始動時においてハイドロカーボンを吸着可能な状態とすることができる。
【００６２】
尚、上述の脱離制御の際に、開閉バルブ制御部４３は、主排気通路開閉バルブ２１が主排気通路２０を完全に閉鎖した閉鎖状態にするのではなく、ターボ３を予回転させるだけの微小量の排気ガスが通過できるように僅かな隙間を有した閉鎖状態とする。これにより、脱離制御中にターボ３を予回転させることができ、脱離制御が終了し主排気通路２０に排気ガスを通過させた際に、ターボ３に加わる力を緩衝させることができる。
【００６３】
また、脱離制御の際に触媒１１におけるハイドロカーボンの浄化をより効果的に行うべく２次エアの供給制御が行われる。主排気通路を使用した運転状態の場合、排気ガスを触媒１１にて浄化処理するために、エンジンに供給される混合気は理論空燃比付近に調整されている。したがって、この状態において、触媒１１には主排気通路２０を通過するハイドロカーボンを浄化させることができる酸素が存在している。
【００６４】
しかし、脱離制御を行った場合に、バイパス通路３０を通過した排気ガス中には更に脱離ハイドロカーボンが付加されるため、触媒１１にて必要な酸素が不足気味となる。そこで、触媒１１が脱離ハイドロカーボンを浄化させるのに最適な状態とすべく、２次エア供給装置により触媒１１に２次エアを供給する制御を行う。
【００６５】
図１０は、２次エア量の補正制御による触媒１１のハイドロカーボン浄化条件の最適化方法示したフローチャートである。まず最初に、Ｓ４０１ではバイパス通路３０内の空燃比λ１が検出され、Ｓ４０２ではバイパス通路３０内に供給されている２次エアが適切な値であるか否かが判断される。ここでは、Ａ／Ｆセンサ３５によりバイパス通路３０内の実際の空燃比（以下、単に「実空燃比」という）λ１が検出され、予め設定されている基準空燃比λ２よりも大きいか否かが比較される。
【００６６】
そして、実空燃比λ１が大きい場合（ＹＥＳ）は、２次エア供給装置３３によりバイパス通路３０内に供給されている２次エア量が多いと判断され、エア量の減量補正をすべく、Ｓ４０３へ移行する。また、実空燃比λ２が小さい場合（ＮＯ）は、２次エア量が少ないと判断され、エア量の増減補正を行うべく、Ｓ４０４へ移行する。
【００６７】
Ｓ４０３では、２次エア量の減量補正が行われる。ここで、ＥＣＵ４０は、実空燃比λ１を基準空燃比λ２に補正する２次エア減量値を算出して２次エア供給装置３３に出力する。これを受けた２次エア供給装置３３は、２次エア減量値に基づいた２次エア量を供給ノズル３３ａから供給する。そして、本ルーチンを終了する（リターン）。
【００６８】
Ｓ４０４では、２次エア量の増量補正が行われる。ここで、ＥＣＵ４０は、実空燃比λ１を基準空燃比λ２に補正する２次エア増量補正値を算出して２次エア供給装置３３に出力し、これを受けた２次エア供給装置３３は、２次エア増量値に基づいて２次エア量を供給ノズル３３ａから供給する。そして、本ルーチンを終了する（リターン）。
【００６９】
これにより、触媒１１に脱離ハイドロカーボンを浄化させるために必要な酸素を供給することができる。したがって、上述の制御を実行することによって、触媒１１にて脱離ハイドロカーボンを良好に浄化させることができ、触媒１１の浄化効率を更に向上させることができる。
【００７０】
尚、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨内にて種々の変更が可能である。例えば、本実施の形態では、バイパス通路３０には、排気ガス中に含まれるハイドロカーボンを吸着脱離可能なハイドロカーボン吸着部３１を設けたが、これに限定されるものではなく、これに触媒機能を付加したハイドロカーボン吸着触媒を設けて、触媒１１だけでなくこのハイドロカーボン吸着触媒においてもハイドロカーボンを浄化処理させても良い。
【００７１】
これによれば、脱離ハイドロカーボンは、マフラ１２から排出されるまでに２つの触媒を通過することとなり、脱離ハイドロカーボンをより確実に燃焼させることができる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置は、エンジンの排気ポートと排気下流側の触媒とを連通結合し途中にターボチャージャのタービンが設けられた主排気通路と、主排気通路にタービンをバイパスして設けられたバイパス通路と、バイパス通路にて排気ガス中のハイドロカーボンを吸着可能なハイドロカーボン吸着手段とを備えている。
【００７３】
また、排気ガスがバイパス通路を通過するバイパス通路通過状態と主排気通路を通過する主排気通路通過状態とに切り換える排気ガス流路切換手段と、触媒が未活性状態である場合はバイパス通路通過状態に、触媒が活性状態である場合は主排気通路通過状態に切換制御する排気ガス流路切換制御手段とを備えている。
【００７４】
したがって、エンジン冷間時においてはバイパス通路に排気ガスを通過させ、排気ガス中に含まれるハイドロカーボンをバイパス通路に設けたハイドロカーボン吸着手段に吸着させることができる。そして、触媒が昇温すると共に主排気通路に排気ガスを通過させることができる。これにより、触媒が活性化するまで浄化することができないハイドロカーボンの排出を防止することができる。
【００７５】
また、触媒が活性化状態でかつエンジン動作状態がアイドル運転中である場合には、バイパス通路に排気ガスを通過させ、ハイドロカーボン吸着剤からハイドロカーボンを脱離させ、触媒にて燃焼させ浄化処理させる。これにより、触媒のみ活性状態時に吸着したハイドロカーボンを浄化処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置が適用された車両用エンジン装置を主な構成要素を用いて概念的に示したものである。
【図２】ハイドロカーボン吸着剤の温度に対する単位時間当たりの吸着量及び脱離量の関係を示したグラフである。
【図３】ＥＣＵ４０の概略構成説明図である。
【図４】本実施の形態における排気ガス浄化装置の制御方法を示すフローである。
【図５】主排気通路使用領域とバイパス通路使用領域を示したグラフである。
【図６】排気ガスがハイドロカーボン吸着部を通過する時間に対するハイドロカーボンの吸着量及び脱離量を示したグラフである。
【図７】ハイドロカーボン吸着部３１のハイドロカーボン吸着剤がハイドロカーボンを吸着することができるか否かを判断するためのフローチャートである。
【図８】ハイドロカーボン吸着剤のハイドロカーボン吸着量と排気ガスの通過時間との関係を示したグラフである。
【図９】脱離制御を行うか否かを判断するフローチャートである。
【図１０】２次エア量の補正制御による触媒のハイドロカーボン浄化条件の最適化方法を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン装置
２ エンジン
３ ターボ
１１ 触媒
１３ 触媒温度センサ
２０ 主排気通路
２１ 主排気通路開閉バルブ（排気ガス流路切換手段）
３０ バイパス通路
３１ ハイドロカーボン吸着部（ハイドロカーボン吸着手段）
３２ バイパス通路開閉バルブ（排気ガス流路切換手段）
３３ ２次エア供給装置
３４ 吸着剤温度センサ
３５ Ａ／Ｆセンサ
４３ 開閉バルブ制御部（排気ガス流路切換制御手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、ターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置、及びその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両等に搭載されるガソリンエンジンは、排気ガスを浄化することを目的として、排気系に触媒を設けており、排気ガスは、その触媒を通過する際に浄化される。すなわち、排気ガス中に含まれるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等を触媒の作用により浄化するものである。このような排気ガスの浄化に用いられる触媒は、所定の温度まで昇温されたときに活性状態となり、良好な浄化機能を奏するという性質を有している。
【０００３】
このため、エンジンが冷えた状態での始動時、いわゆる冷間始動時には触媒も温度が低く未活性状態であり、排気ガスの浄化機能を十分に発揮できない。特に、エンジンの冷間始動時には、シリンダ壁等の温度が低いために多量のハイドロカーボンが排出され、更にターボチャージャ付エンジンの場合には、触媒の上流側に熱容量が大きいターボチャージャのタービンハウジング等が接続配置されているため、これらが排気ガスの熱を吸収してしまい、その下流に設けられている触媒の昇温に時間がかかる。したがって、ターボチャージャ付エンジンは、冷間始動時に未浄化の排気ガスが多量に排出されるおそれがあった。
【０００４】
そして、従来より、このような問題を解決すべく、触媒をできるだけ早く昇温させて活性化させ、より早く十分な排気ガス浄化機能を発揮させるようにする技術が種々提案されている。例えば、特開平５−３２１６４３号公報には、主触媒の上流側に昇温速度が早いプリ触媒を設けて、主触媒が活性化する前の未浄化排気ガスの排出量を低減する技術が示されている。
【０００５】
ここに開示された技術は、エンジンの排気系におけるターボチャージャのタービンの配置された主排気通路に、そのタービンを迂回するように迂回排気通路を設けている。すなわち、タービンの上流側と下流側とにそれぞれ分岐点と合流点とを有する迂回排気通路を設け、この迂回排気通路にプリ触媒を設けている。
【０００６】
そして、主排気通路側に設けた第１のバルブと、迂回排気通路側に設けた第２のバルブとを適宜に開閉させることにより、排気ガスの流れを調整し、例えば、エンジンの始動時には、ターボ側である主排気通路のバルブを閉鎖して、プリ触媒側である迂回排気通路のバルブを開放してプリ触媒の昇温を早める。そして、合流点の下流側に配置された主触媒が昇温して十分に活性化された場合には、ターボ側のバルブを開放して、プリ触媒側のバルブを閉鎖し、ターボ機能を働かせる。このようにすることで、エンジン始動時における排気ガスの浄化機能を向上させ、かつターボ機能（過給機能及び過給応答性）を確保している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の技術では、主触媒が活性化するまでの間に排出される未浄化排気ガスの排出量をある程度は低減させることができるが、プリ触媒自体が活性化するまでに排出される排気ガスを浄化することはできず、プリ触媒の冷間始動時における排気ガスの浄化処理にも限界があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的は、ターボチャージャ付エンジンの触媒が冷間始動時にて浄化することができないハイドロカーボンの排出量を低減させることができるターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記不具合を解決するために、本発明の請求項１にかかるターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置は、エンジンの排気ポートに連通し、ターボチャージャと触媒が設けられている主排気通路と、前記ターボチャージャの上流側と下流側とに分岐点と合流点を有し、ハイドロカーボンを吸着可能なハイドロカーボン吸着手段が設けられているバイパス通路と、排気ガスが前記バイパス通路を通過するバイパス通路通過状態と前記主排気通路を通過する主排気通路通過状態とに切り換える排気ガス流路切換手段と、該排気ガス流路切換手段を、前記触媒が未活性状態である場合は前記バイパス通路通過状態に、前記触媒が活性状態である場合は前記主排気通路通過状態に切換制御する排気ガス流路切換制御手段と、を有するターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置において、前記排気ガス流路切換制御手段は、前記触媒の活性化後でかつ前記ハイドロカーボン吸着手段がハイドロカーボンを吸着しておりエンジン動作状態が前記ターボチャージャの過給機能を使用しないターボ機能不使用領域にある場合に、前記排気ガス流路切換手段を前記主排気通路通過状態から前記バイパス通路通過状態に切り換え、前記ハイドロカーボン吸着手段に吸着させたハイドロカーボンを脱離させるハイドロカーボン脱離制御を行うことを特徴とする。
【００１１】
これによれば、排気ガスは、触媒が未活性状態の場合はバイパス通路に設けられたハイドロカーボン吸着手段を通過させられ、排気ガス中のハイドロカーボンはハイドロカーボン吸着手段に吸着される。そして、触媒が活性状態となった後は主排気通路を通過させられ、ターボチャージャの過給機能を使用することが可能となる。したがって、したがって、ターボチャージャ付エンジンの触媒未活性状態におけるハイドロカーボンの排出量を低減させることができる。
【００１５】
また、ハイドロカーボン吸着手段がハイドロカーボンを吸着していない場合、例えば、既に脱離を行った後である場合や、エンジン動作状態がターボチャージャのターボ機能を使用している場合には、ハイドロカーボン脱離制御を行わない。したがって、ターボ機能を損なうことなく、必要なときだけハイドロカーボン脱離制御を行うことができる。
【００１６】
請求項２にかかるターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置は、前記排気ガス流路切換制御手段は、ハイドロカーボン脱離制御時に微小量の排気ガスが主排気通路を通過するように前記排気ガス流路切換手段を制御することを特徴とする。
【００１７】
これにより、ハイドロカーボン脱離制御時に主排気通路に微小量の排気ガスを通過させ、ターボチャージャのタービンを吸気側の吸気過給圧が上昇しない程度に予回転させることができる。したがって、ターボチャージャのベアリングの焼付きや、排気ガス流路切換手段がハイドロカーボン脱離燃焼制御後に主排気通路通過状態に切り換えられた際に主排気通路に一度に多量の排気ガスが流れ込むことに起因してターボチャージャに生じる悪影響を伴う応力を低減させることができる。また、冷間始動時には、主排気通路は完全に閉鎖され排気ガスは流入しないので、未浄化の排気ガスが未活性状態の触媒を通過して外部に排出されるのを防止することができる。
【００１８】
請求項３に記載のターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置は、前記排気ガス流路切換手段は、バイパス通路を開閉するバイパス通路開閉バルブと主排気通路を開閉する主排気通路開閉バルブとを備えていることを特徴とする。これによれば、排気ガス流路切換制御手段が行う排気ガス流路切換制御を容易に行うことができ、また、その開閉タイミングを適宜調整することによって、エンジン出力への影響を除去することができる。
【００１９】
請求項４に記載のターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置は、前記バイパス通路は、ハイドロカーボン脱離制御の際にハイドロカーボン吸着手段から脱離させたハイドロカーボンを触媒にて浄化させる２次エアを供給する２次エア供給装置を備えている。これにより、触媒には適切な量の２次エアが供給され、ハイドロカーボンを良好に燃焼させることができる最適な環境が形成される。したがって、ハイドロカーボンを効果的に燃焼させることができ、浄化処理の効率を向上させることができる。
【００２０】
請求項５に記載のターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置の制御方法は、エンジンの冷間始動時に排気ガスをバイパス通路に導きハイドロカーボン吸着手段にハイドロカーボンを吸着させるハイドロカーボン吸着手順と、点火時期をリタード制御して排気ガスを高温化させて触媒の活性化を促進させる触媒活性化手順と、触媒活性化後は排気ガスを主排気通路に導く主排気通路流通手順と、触媒活性状態でかつハイドロカーボン吸着手段が所定量のハイドロカーボンを吸着しており、エンジン動作状態がターボ機能不使用領域にある場合には、排気ガスを再びバイパス通路に導きハイドロカーボン吸着手順により吸着させたハイドロカーボンをハイドロカーボン吸着手段から脱離させるハイドロカーボン脱離手順と、により制御されることを特徴とする。
【００２１】
これによれば、エンジン冷間始動時に排出されるハイドロカーボンをハイドロカーボン吸着手段に吸着させ、触媒活性化後でかつアイドル運転時に浄化処理させる。これにより、ターボチャージャ付エンジンの冷間始動時に排出されるハイドロカーボンの排出量を低減させることができる。また、ターボチャージャの過給機能との両立を図ることもできる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図に基づいて説明する。図１は、本発明のターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置が適用された車両用エンジン装置を主な構成要素を用いて概念的に示したものである。本エンジン装置１は、図示したように、ガソリンを燃料とした原動機であるエンジン２と、ターボチャージャ（以下、単に「ターボ」という）３を備えている。
【００２３】
エンジン２の吸気通路４は、上流側より、エンジン２に吸入される吸入空気量Ｑを検出するエアフローメータ５、ターボ３のコンプレッサ側ハウジング３ａ、エンジン２への吸入空気量を調整するスロットルバルブ６が設けられている。スロットルバルブ６には、その開度θｔｈを検出するスロットル開度センサ７が設けられている。
【００２４】
エンジン２の排気通路１０は、触媒１１とマフラ１２を備えており、触媒１１には触媒温度Ｔｃを検出する触媒温度センサ１３が設けられ、触媒１１の下流側には空燃比フィードバック制御用のＯ２センサ１４が設けられている。
【００２５】
また、排気通路１０の触媒１１上流側は、途中にターボ６のタービン側ハウジング３ｂが接続された主排気通路２０と、これをバイパスして設けられたバイパス通路３０とにより構成されている。主排気通路２０には、ターボ３の下流側にて開閉動作を行うことにより主排気通路２０の流路面積を増減可能な主排気通路開閉バルブ２１が設けられている。主排気通路開閉バルブ２１は、駆動手段としてサーボモータを備えており、後述するＥＣＵ４０からの制御指令によってその開度を精密に調整することができる。
【００２６】
バイパス通路３０には、排気ガス中に含まれるハイドロカーボンを吸着することが可能なハイドロカーボン吸着剤を装填したハイドロカーボン吸着部３１と、その上流側にて開閉動作を行うことによりバイパス通路３０の流路面積を増減可能なバイパス通路開閉バルブ３２と、バイパス通路３０内に２次エアを供給する２次エア供給装置３３の供給ノズル３３ａが設けられている。バイパス通路開閉バルブ３２は、駆動手段としてサーボモータを備えており、主排気通路開閉バルブ２１と同様にＥＣＵ４０からの制御指令によってその開度を精密に調整することができる。
【００２７】
そして、ハイドロカーボン吸着部３１には、ハイドロカーボン吸着剤の吸着剤温度Ｔｐを検出する吸着剤温度センサ３４が設けられている。また、ハイドロカーボン吸着部３１の下流側には、バイパス通路３０内を通過する排気ガス中に残留する酸素量を検出して空燃比を算出するためのＡ／Ｆセンサ３５が設けられている。尚、図中の符号８はエンジン２の冷却水の温度Ｔｗを検出する水温センサ、符号９はエンジン回転数Ｎｅを検出するクランク角センサ、符号３６は、車両の速度Ｖを検出する車速センサを示している。
【００２８】
ここで、ハイドロカーボン吸着部３１のハイドロカーボン吸着剤について簡単に説明する。図２は、ハイドロカーボン吸着剤の温度に対する単位時間当たりの吸着量及び脱離量の関係を示したグラフである。ハイドロカーボン吸着剤の吸着特性は、図中実線で示したように、ハイドロカーボン吸着剤の温度が比較的低温の所定温度までは多量のハイドロカーボンを吸着することができ、所定温度を超えて上昇した場合にはその吸着量は減少するという特性を有している。また、脱離特性は、図中一点鎖線で示したように、ハイドロカーボン吸着剤の温度が上昇するにしたがってハイドロカーボンの脱離量は増加するという特性を有している。
【００２９】
すなわち、ハイドロカーボン吸着剤は、自己の吸着剤温度Ｔｐが低いときにはハイドロカーボンを吸着し易く、自己の吸着剤温度Ｔｐが高いときには吸着しているハイドロカーボンを脱離し易いという特性を有している。
【００３０】
次に、上記各部材の駆動制御並びに各センサからの検出信号を送受信するための手段として設けられている電子制御装置（以下、単に「ＥＣＵ」という）４０について説明する。
【００３１】
図３は、ＥＣＵ４０の概略構成説明図である。ＥＣＵ４０は、図示したように、各センサからの信号を入力する入力インタフェース４０ａ、各部材への駆動制御信号を出力する出力インタフェース４０ｂ、主演算装置としてのＣＰＵ４０ｃ、各部材を制御する制御プログラムや予め設定された固定データを記憶するＲＯＭ４０ｄ、各センサからの検出信号等を格納するＲＡＭ４０ｅ、さらに学習データ等を格納するバックアップＲＡＭ４０ｆ、タイマ４０ｇ等をバスライン４０ｈで相互に接続してなるマイクロコンピュータシステムとして構成されている。
【００３２】
ＥＣＵ４０の入力インタフェース４０ａには、エンジン動作状態検出手段として、水温センサ８、クランク角センサ９、エアフローメータ５、触媒温度センサ１３、吸着剤温度センサ３４、Ａ／Ｆセンサ３５、Ｏ２センサ１４、車速センサ３６の各信号路が接続されており、出力インターフェース４０ｂには、主排気通路開閉バルブ２１及びバイパス通路開閉バルブ３２のサーボモータへの信号路が接続されている。
【００３３】
また、ＥＣＵ４０は、その内部的機能として、吸着判定部４１、脱離判定部４２、開閉バルブ制御部４３を備えている。吸着判定部４１は、検出したエンジン動作状態からハイドロカーボンをハイドロカーボン吸着部３１のハイドロカーボン吸着剤に吸着させるハイドロカーボン吸着制御を実行するか否かを判定する。
【００３４】
脱離判定部４２は、検出したエンジン動作状態からハイドロカーボン吸着剤に吸着しているハイドロカーボンを脱離させるハイドロカーボン脱離制御を実行するか否かを判定する。開閉バルブ制御部４３は、吸着判定部４１若しくは脱離判定部４２の判定に基づいて、主排気通路開閉バルブ２１及びバイパス通路開閉バルブ３２の開閉動作を制御する。
【００３５】
次に、上記構成を有するエンジン装置の排気ガス浄化制御について図４のフローチャートに基づいて説明する。本図に示したフローチャートは、エンジンの冷間始動時におけるハイドロカーボンを吸着し、活性化後に脱離させる制御を示している。これにより、触媒１２が活性化する前には浄化することができないハイドロカーボンの排出を抑制することができる。尚、本ルーチンは、エンジン始動動作と同時にスタートし、例えば、１０μsec 毎に繰り返し実行される。
【００３６】
まず最初に、ステップ（以下、単に「Ｓ」という）１０１では、上記各センサの検出結果に基づきエンジン動作状態が検出される。具体的には、吸入空気量Ｑ、スロットル開度θ、ハイドロカーボン吸着剤の温度Ｔｃ、バイパス通路３０の空燃比λ１、触媒１２の温度、触媒通過後の排気ガスの空燃比λ２、エンジン回転数Ｎｅ、車両走行速度Ｖ等が検出される。
【００３７】
次に、Ｓ１０２〜Ｓ１０４では、現在のエンジン動作状態に基づいてハイドロカーボンの吸着制御を行うか否かの判断がなされる。Ｓ１０２では、Ｓ１０１の検出結果に基づき現在のエンジン動作状態がバイパス通路３０を使用する領域であるバイパス通路使用領域Ｂにあるか否かが判断される。図５は、主排気通路使用領域Ｓとバイパス通路使用領域Ｂを示したグラフである。
【００３８】
図示したように、エンジン動作状態はエンジン負荷Ｔｐとエンジン回転数Ｎｅにより判断され、エンジン動作状態がバイパス通路使用領域Ｂ内にある場合（ＹＥＳ）には、エンジン動作状態が排気ガスをバイパス通路に通過させることができる、すなわち、吸着制御を行うことができる状態であると判断して、Ｓ１０３へ移行する。また、バイパス通路使用領域Ｂ内にない場合（ＮＯ）、すなわち、主排気通路使用領域Ｓにある場合には、吸着制御を行うことができないとしてＳ１０６へ移行する。
【００３９】
Ｓ１０３では、触媒１１が排気ガス中に含まれるハイドロカーボンを燃焼浄化させることができる状況であるか否かが判断される。ここで、Ｓ１０１にて触媒温度センサ１３により検出した触媒１１の触媒温度Ｔｃが予め設定されＥＣＵ４０のＲＯＭ４０ｄ内に記憶されている触媒基準温度Ｔｂよりも低い場合（ＹＥＳ）には、触媒１１がハイドロカーボンを燃焼浄化することができない温度状態であり、吸着制御を行うと判断して、Ｓ１０４へ移行する。また、触媒温度Ｔｃが触媒基準温度Ｔｂ以上である場合（ＮＯ）は、触媒１１がハイドロカーボンを浄化することができる温度状態であると判断して、脱離制御の可否を判断すべくＳ１０６へ移行する。
【００４０】
Ｓ１０４では、ハイドロカーボン吸着部３１内のハイドロカーボン吸着剤がハイドロカーボンを吸着することができるか否か、換言すれば現在のハイドロカーボン吸着剤の状態が、ハイドロカーボンを吸着することができる吸着容量を有しているか否かの判断がなされる。
【００４１】
ここで、ハイドロカーボン吸着部３１のハイドロカーボン吸着剤が吸着している現在のハイドロカーボン吸着量の算出は、排気ガスがハイドロカーボン吸着部３１を通過した時間、すなわちバイパス通路開閉バルブ３２の開弁時間を積算した総通過時間ｔｓに基づいて行われる。図６は、排気ガスがハイドロカーボン吸着部３１を通過する通過時間ｔに対するハイドロカーボンの吸着量及び脱離量を示したグラフである。
【００４２】
これによれば、排気ガスの通過時間に対してハイドロカーボンの吸着量と脱離量はいずれも正比例関係にある。したがって、排気ガスがバイパス通路を通過した通過時間ｔを積算して総通過時間ｔｓを算出することによって、ハイドロカーボン吸着剤のハイドロカーボン吸着量及び脱離量を算出することができる。
【００４３】
図７は、Ｓ１０４にて行われる判断、すなわち、ハイドロカーボン吸着部３１のハイドロカーボン吸着剤がハイドロカーボンを吸着することができるか否かを判断するためのフローチャートである。まず最初に、Ｓ２０１にて現在のハイドロカーボン吸着剤のハイドロカーボン吸着状態が更に新たなハイドロカーボンを吸着することができるか否かが判断される。
【００４４】
図８は、ハイドロカーボン吸着剤のハイドロカーボン吸着量と通過時間ｔとの関係を示したグラフである。これに基づき、ハイドロカーボン吸着剤の状態が更に新たなハイドロカーボンを吸着することができる状態である吸着可能領域Ｃにあるか、もうこれ以上のハイドロカーボンは吸着することができない状態である吸着不可能領域Ｄにあるかが判断される。
【００４５】
Ｓ２０１にて、ハイドロカーボン吸着剤の吸着量が吸着可能領域Ｃ内にある場合（ＹＥＳ）は、更に新たなハイドロカーボンを吸着することができるとしてＳ２０２へ移行し、Ｓ２０２にてハイドロカーボン吸着可能判定がなされる。また、吸着量が吸着不可能領域Ｄ内にある場合（ＮＯ）は、もうこれ以上のハイドロカーボンを吸着することができないとしてＳ２０３へ移行し、Ｓ２０３にてハイドロカーボン吸着不可能判定がなされる。そして、本ルーチンを終了する（リターン）。
【００４６】
したがって、Ｓ１０４では、この判定に基づいて判断され、吸着可能判定の場合（ＹＥＳ）は、ハイドロカーボンの吸着制御を実行すべくＳ１０５へ移行する。また、吸着不可能判定の場合（ＮＯ）は、ハイドロカーボンの吸着制御を実行しないとしてＳ１０６へ移行する。
【００４７】
Ｓ１０５では、ハイドロカーボンの吸着制御が行われる。ここで、ＣＰＵ４０ｃの吸着判定部４１から吸着制御を実行する旨の指示を受けた開閉バルブ制御部４３は、主排気通路開閉バルブ２１を閉鎖し、バイパス通路開閉バルブ３２を開放する制御信号を出力する。これにより、主排気通路開閉バルブ２１は、主排気通路２０を完全に閉鎖し、バイパス通路開閉バルブ３２はバイパス通路３０を開放する。
【００４８】
したがって、排気ガスは、主排気通路２０ではなくバイパス通路３０へと導かれ、ハイドロカーボン吸着部３１を通過する。そして、排気ガス中に含まれるハイドロカーボンは、ハイドロカーボン吸着部３１内のハイドロカーボン吸着剤に吸着される。したがって、ハイドロカーボン吸着部３１を通過した後の排気ガスは、ハイドロカーボンの含有量が低減される。
【００４９】
また、これら開閉バルブの切換制御と同時に点火時期のリタード制御がなされ、排気ガスの高熱化が行われる。この高熱化された排気ガスにより触媒１１は早急に暖められ、活性化が促進される。そして、本ルーチンを抜ける（リターン）。したがって、上記制御を行うことによって、冷間始動時に排出されるハイドロカーボンの排出量を低減させることができる。
【００５０】
一方、Ｓ１０２〜Ｓ１０４の条件を一つでも満たさない場合（ＮＯ）には、Ｓ１０６以降へ移行する。Ｓ１０６では、ハイドロカーボン吸着部３１のハイドロカーボン吸着剤に吸着したハイドロカーボンを脱離させるか否かが判断される。
【００５１】
図９は、Ｓ１０６の脱離制御を行うか否かの判定を行うフローチャートである。Ｓ３０１〜Ｓ３０４では、ハイドロカーボン吸着剤からハイドロカーボンを脱離させることができる脱離条件を設定しており、これらの条件を全て満たす場合には脱離制御するとの判定を行い、これらの条件を一つでも満たさない場合には脱離制御しないとの判定である非脱離判定を行う。
【００５２】
まず最初に、Ｓ３０１では、ハイドロカーボン吸着部３１のハイドロカーボン吸着剤が、吸着したハイドロカーボンを脱離することができる温度条件を満たしているか否かが判断される。ここで、ハイドロカーボン吸着剤の吸着剤温度Ｔｐが予め設定されている吸着剤基準温度Ｔ１よりも高い場合（ＹＥＳ）には、脱離が容易であるため（図２参照）、この温度条件を満たすとしてＳ３０２へ移行し、低い場合（ＮＯ）には、吸着しているハイドロカーボンを脱離させることが容易でないため条件を満たさないとしてＳ３０６へ移行する。
【００５３】
Ｓ３０２では、バイパス通路３０を使用することができる運転状態であるか否かが判断される。ここでは、エンジン動作状態がアイドル運転中であるか否かによって判断される。すなわち、アイドル運転中は、ターボ機能を使用していないので、排気ガスをバイパス通路３０に導くことができる。したがって、アイドル運転中である（ＹＥＳ）は、この条件を満たすとしてＳ３０３へ移行する。
【００５４】
また、アイドル運転中でない場合（ＮＯ）には条件を満たさないとしてＳ３０６へ移行する。ターボチャージャの過給機能を使用する可能性が高く、そのような場合に排気ガスをバイパス通路３０に導くことはできないからである。
【００５５】
次に、Ｓ３０３では、触媒１１がハイドロカーボン吸着剤から脱離されたハイドロカーボンを浄化させることができる状態であるかが判断される。ここで、触媒の触媒温度Ｔｃが予め設定されている触媒活性化温度Ｔ２よりも高い温度である場合（ＹＥＳ）にはハイドロカーボンを浄化させることができるとしてＳ３０４へ移行する。
【００５６】
また、触媒の触媒温度Ｔｃが触媒活性温度Ｔ２よりも低い温度である場合（ＮＯ）には、ハイドロカーボン吸着剤からハイドロカーボンを脱離させると触媒１１にて浄化させることができないので、脱離条件を満たさないとしてＳ３０６へ移行する。
【００５７】
Ｓ３０４では、ハイドロカーボン吸着剤に吸着しているハイドロカーボンが十分脱離する必要がある量だけ吸着しているか否かが判断される。既に脱離制御を終了した後で、ハイドロカーボン吸着剤にハイドロカーボンを吸着していないのであれば、再び脱離制御を行う必要はないからである。ここで、ハイドロカーボン吸着剤から脱離させることができるハイドロカーボン脱離量Ｖ１が予め設定されている基準脱離量Ｖ０よりも多い場合（ＹＥＳ）は脱離させる必要があるとしてＳ３０５へ移行し、Ｓ３０５にて脱離制御する判定がなされる。
【００５８】
また、ハイドロカーボン脱離量Ｖ１が基準脱離量Ｖ０よりも少ない場合（ＮＯ）は脱離させるだけのハイドロカーボンを吸着しておらず脱離させる必要はないとしてＳ３０６へ移行し、Ｓ３０６にて脱離制御しない判定がなされる。そして、本ルーチンを終了する（リターン）。したがって、Ｓ１０６では、非脱離判定の場合（ＮＯ）はＳ１０７へ移行し、脱離判定の場合（ＹＥＳ）にはＳ１０８へ移行する。
【００５９】
Ｓ１０７では、吸着制御も脱離制御もしない、すなわち主排気通路２０に排気ガスを通過させる主排気通路流通制御が行われる。ここで、開閉バルブ制御手段４３は、主排気通路開閉バルブ２１及びバイパス通路開閉バルブ３２を制御して、主排気通路２０を開放させ、バイパス通路３０を閉鎖させ、排気ガスを主排気通路２０に導く。
【００６０】
Ｓ１０８では、脱離制御が行われる。ここで、開閉バルブ制御手段４３は、主排気通路２０を閉鎖させ、バイパス通路３０を開放させる制御を行う。これにより、排気ガスはバイパス通路に導かれ、ハイドロカーボン吸着部３１は通過する排気ガスによって熱せられる。
【００６１】
したがって、ハイドロカーボン吸着剤に吸着されているハイドロカーボンは、その運動量が増加して脱離し易くなり（図２参照）、ハイドロカーボン吸着剤から脱離して下流側に設けられている触媒１１へと流れる（このハイドロカーボンを以下、単に「脱離ハイドロカーボン」という）。そして、脱離ハイドロカーボンは、暖機運転が終了して既に活性化している（Ｓ３０３にてＹＥＳ）触媒１１により、浄化処理される。したがって、ハイドロカーボン吸着剤を空状態とすることができ、再度、冷間始動時においてハイドロカーボンを吸着可能な状態とすることができる。
【００６２】
尚、上述の脱離制御の際に、開閉バルブ制御部４３は、主排気通路開閉バルブ２１が主排気通路２０を完全に閉鎖した閉鎖状態にするのではなく、ターボ３を予回転させるだけの微小量の排気ガスが通過できるように僅かな隙間を有した閉鎖状態とする。これにより、脱離制御中にターボ３を予回転させることができ、脱離制御が終了し主排気通路２０に排気ガスを通過させた際に、ターボ３に加わる力を緩衝させることができる。
【００６３】
また、脱離制御の際に触媒１１におけるハイドロカーボンの浄化をより効果的に行うべく２次エアの供給制御が行われる。主排気通路を使用した運転状態の場合、排気ガスを触媒１１にて浄化処理するために、エンジンに供給される混合気は理論空燃比付近に調整されている。したがって、この状態において、触媒１１には主排気通路２０を通過するハイドロカーボンを浄化させることができる酸素が存在している。
【００６４】
しかし、脱離制御を行った場合に、バイパス通路３０を通過した排気ガス中には更に脱離ハイドロカーボンが付加されるため、触媒１１にて必要な酸素が不足気味となる。そこで、触媒１１が脱離ハイドロカーボンを浄化させるのに最適な状態とすべく、２次エア供給装置により触媒１１に２次エアを供給する制御を行う。
【００６５】
図１０は、２次エア量の補正制御による触媒１１のハイドロカーボン浄化条件の最適化方法示したフローチャートである。まず最初に、Ｓ４０１ではバイパス通路３０内の空燃比λ１が検出され、Ｓ４０２ではバイパス通路３０内に供給されている２次エアが適切な値であるか否かが判断される。ここでは、Ａ／Ｆセンサ３５によりバイパス通路３０内の実際の空燃比（以下、単に「実空燃比」という）λ１が検出され、予め設定されている基準空燃比λ２よりも大きいか否かが比較される。
【００６６】
そして、実空燃比λ１が大きい場合（ＹＥＳ）は、２次エア供給装置３３によりバイパス通路３０内に供給されている２次エア量が多いと判断され、エア量の減量補正をすべく、Ｓ４０３へ移行する。また、実空燃比λ２が小さい場合（ＮＯ）は、２次エア量が少ないと判断され、エア量の増減補正を行うべく、Ｓ４０４へ移行する。
【００６７】
Ｓ４０３では、２次エア量の減量補正が行われる。ここで、ＥＣＵ４０は、実空燃比λ１を基準空燃比λ２に補正する２次エア減量値を算出して２次エア供給装置３３に出力する。これを受けた２次エア供給装置３３は、２次エア減量値に基づいた２次エア量を供給ノズル３３ａから供給する。そして、本ルーチンを終了する（リターン）。
【００６８】
Ｓ４０４では、２次エア量の増量補正が行われる。ここで、ＥＣＵ４０は、実空燃比λ１を基準空燃比λ２に補正する２次エア増量補正値を算出して２次エア供給装置３３に出力し、これを受けた２次エア供給装置３３は、２次エア増量値に基づいて２次エア量を供給ノズル３３ａから供給する。そして、本ルーチンを終了する（リターン）。
【００６９】
これにより、触媒１１に脱離ハイドロカーボンを浄化させるために必要な酸素を供給することができる。したがって、上述の制御を実行することによって、触媒１１にて脱離ハイドロカーボンを良好に浄化させることができ、触媒１１の浄化効率を更に向上させることができる。
【００７０】
尚、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨内にて種々の変更が可能である。例えば、本実施の形態では、バイパス通路３０には、排気ガス中に含まれるハイドロカーボンを吸着脱離可能なハイドロカーボン吸着部３１を設けたが、これに限定されるものではなく、これに触媒機能を付加したハイドロカーボン吸着触媒を設けて、触媒１１だけでなくこのハイドロカーボン吸着触媒においてもハイドロカーボンを浄化処理させても良い。
【００７１】
これによれば、脱離ハイドロカーボンは、マフラ１２から排出されるまでに２つの触媒を通過することとなり、脱離ハイドロカーボンをより確実に燃焼させることができる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置は、エンジンの排気ポートと排気下流側の触媒とを連通結合し途中にターボチャージャのタービンが設けられた主排気通路と、主排気通路にタービンをバイパスして設けられたバイパス通路と、バイパス通路にて排気ガス中のハイドロカーボンを吸着可能なハイドロカーボン吸着手段とを備えている。
【００７３】
また、排気ガスがバイパス通路を通過するバイパス通路通過状態と主排気通路を通過する主排気通路通過状態とに切り換える排気ガス流路切換手段と、触媒が未活性状態である場合はバイパス通路通過状態に、触媒が活性状態である場合は主排気通路通過状態に切換制御する排気ガス流路切換制御手段とを備えている。
【００７４】
したがって、エンジン冷間時においてはバイパス通路に排気ガスを通過させ、排気ガス中に含まれるハイドロカーボンをバイパス通路に設けたハイドロカーボン吸着手段に吸着させることができる。そして、触媒が昇温すると共に主排気通路に排気ガスを通過させることができる。これにより、触媒が活性化するまで浄化することができないハイドロカーボンの排出を防止することができる。
【００７５】
また、触媒が活性化状態でかつエンジン動作状態がアイドル運転中である場合には、バイパス通路に排気ガスを通過させ、ハイドロカーボン吸着剤からハイドロカーボンを脱離させ、触媒にて燃焼させ浄化処理させる。これにより、触媒のみ活性状態時に吸着したハイドロカーボンを浄化処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置が適用された車両用エンジン装置を主な構成要素を用いて概念的に示したものである。
【図２】ハイドロカーボン吸着剤の温度に対する単位時間当たりの吸着量及び脱離量の関係を示したグラフである。
【図３】ＥＣＵ４０の概略構成説明図である。
【図４】本実施の形態における排気ガス浄化装置の制御方法を示すフローである。
【図５】主排気通路使用領域とバイパス通路使用領域を示したグラフである。
【図６】排気ガスがハイドロカーボン吸着部を通過する時間に対するハイドロカーボンの吸着量及び脱離量を示したグラフである。
【図７】ハイドロカーボン吸着部３１のハイドロカーボン吸着剤がハイドロカーボンを吸着することができるか否かを判断するためのフローチャートである。
【図８】ハイドロカーボン吸着剤のハイドロカーボン吸着量と排気ガスの通過時間との関係を示したグラフである。
【図９】脱離制御を行うか否かを判断するフローチャートである。
【図１０】２次エア量の補正制御による触媒のハイドロカーボン浄化条件の最適化方法を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン装置
２ エンジン
３ ターボ
１１ 触媒
１３ 触媒温度センサ
２０ 主排気通路
２１ 主排気通路開閉バルブ（排気ガス流路切換手段）
３０ バイパス通路
３１ ハイドロカーボン吸着部（ハイドロカーボン吸着手段）
３２ バイパス通路開閉バルブ（排気ガス流路切換手段）
３３ ２次エア供給装置
３４ 吸着剤温度センサ
３５ Ａ／Ｆセンサ
４３ 開閉バルブ制御部（排気ガス流路切換制御手段）
Claims (5)
- エンジンの排気ポートに連通し、ターボチャージャと触媒が設けられている主排気通路と、
前記ターボチャージャの上流側と下流側とに分岐点と合流点を有し、ハイドロカーボンを吸着可能なハイドロカーボン吸着手段が設けられているバイパス通路と、
排気ガスが前記バイパス通路を通過するバイパス通路通過状態と前記主排気通路を通過する主排気通路通過状態とに切り換える排気ガス流路切換手段と、
該排気ガス流路切換手段を、前記触媒が未活性状態である場合は前記バイパス通路通過状態に、前記触媒が活性状態である場合は前記主排気通路通過状態に切換制御する排気ガス流路切換制御手段と、を有するターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置において、
前記排気ガス流路切換制御手段は、
前記触媒の活性化後でかつ前記ハイドロカーボン吸着手段がハイドロカーボンを吸着しておりエンジン動作状態が前記ターボチャージャの過給機能を使用しないターボ機能不使用領域にある場合に、前記排気ガス流路切換手段を前記主排気通路通過状態から前記バイパス通路通過状態に切り換え、前記ハイドロカーボン吸着手段に吸着させたハイドロカーボンを脱離させるハイドロカーボン脱離制御を行うことを特徴とするターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置。 - 前記排気ガス流路切換制御手段は、
前記ハイドロカーボン脱離制御時に微小量の排気ガスが前記主排気通路を通過するように前記排気ガス流路切換手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置。 - 前記排気ガス流路切換手段は、
前記バイパス通路を開閉するバイパス通路開閉バルブと、前記主排気通路を開閉する主排気通路開閉バルブとを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置。 - 前記バイパス通路には、前記ハイドロカーボン脱離制御により脱離させたハイドロカーボンを前記触媒にて浄化させる２次エアを供給する２次エア供給装置が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置。
- 請求項４に記載のターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置は、
エンジンの冷間始動時に排気ガスをバイパス通路に導き、前記ハイドロカーボン吸着手段にハイドロカーボンを吸着させるハイドロカーボン吸着手順と、
点火時期をリタード制御して排気ガスを高温化させて触媒の活性化を促進させる触媒活性化手順と、
触媒活性化後は排気ガスを主排気通路に導く主排気通路流通手順と、
触媒活性化後でかつ前記ハイドロカーボン吸着手段が所定量のハイドロカーボンを吸着しており、エンジン動作状態が前記ターボ機能不使用領域にある場合には、排気ガスを再び前記バイパス通路に導き、前記ハイドロカーボン吸着手順によって前記ハイドロカーボン吸着手段に吸着させたハイドロカーボンを脱離させるハイドロカーボン脱離手順と、により制御されることを特徴とするターボチャージャ付エンジンの排気ガス浄化装置の制御方法。
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