JP4462361B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関における排気浄化装置に関し、特に吸着材に吸着された未燃成分を浄化する排気浄化装置に関する。

内燃機関の冷間始動後など排気ガス浄化触媒が活性化するまでの間、ＨＣなど排気ガスの未燃成分をバイパス通路に設けた吸着材に吸着させ、暖機完了後に脱離させて吸着材の下流に設けられた排気ガス浄化触媒（三元触媒）で浄化する排気浄化装置が提案されている。この排気ガス浄化触媒は、酸素を吸蔵する酸素吸蔵機能を有する。この排気浄化装置では、脱離した未燃成分を浄化するのに必要な量の酸素を、排気ガス浄化触媒に供給する必要がある。

特許文献１は、排気ガス浄化触媒に酸素を供給するため、エアインジェクション装置など二次空気導入手段を排気通路上に設けた排気浄化装置を開示する。
特開平０６−９３８４０号公報

しかし、特許文献１では、二次空気供給装置という追加デバイスを用意する必要がある。

したがって本発明の目的は、追加デバイスを用意することなく、吸着材から脱離した未燃成分を適切に浄化する排気浄化装置を提供することである。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられたバイパス通路と、バイパス通路上に設けられ、低温時に排気ガスにおける未燃成分を吸着し、吸着された未燃成分が高温時に脱離する吸着材と、排気通路のバイパス通路が合流する部分よりも下流に設けられ、排気ガスにおける未燃成分を浄化する排気ガス浄化触媒と、フューエルカットが行われた間に内燃機関の燃焼室に吸入された空気量の積算値である積算フューエルカット空気量に基づいて、吸着材に吸着された未燃成分の脱離量を調整する脱離量調整部とを備える。

排気ガスが通過することにより吸着材の温度が上昇すると、吸着材に吸着された未燃成分は脱離する。また、積算フューエルカット空気量が増えると、排気ガス浄化触媒への酸素供給量、すなわち吸着材から脱離した未燃成分を浄化（酸化）できる量が増える。そのため、積算フューエルカット空気量に応じて、吸着材に吸着された未燃成分の脱離量を調整することにより、吸着材から脱離した未燃成分を、排気ガス浄化触媒において適切に浄化させることが可能になる。なお、脱離した未燃成分を浄化させるのに必要な酸素は、フューエルカットを用いて排気ガス浄化触媒に供給するため、エアインジェクション装置など、別途空気を送り込む追加デバイスを用意する必要はない。

好ましくは、脱離量調整部は、積算フューエルカット空気量の増加に伴って、脱離量を多くする。

さらに好ましくは、吸着材から脱離した未燃成分が排気ガス浄化触媒において浄化されていないと判断された場合には、脱離量調整部は、脱離量が多くならないようにする。

通常、吸着材に吸着された未燃成分の脱離量が、積算フューエルカット空気量に対応して調整されることで、排気ガス浄化触媒において適切に未燃成分を浄化させることが可能である。しかし、積算フューエルカット空気量から想定される排気ガス浄化触媒への酸素供給量は、吸着材から脱離した未燃成分を浄化するのに十分な量だけ確保されないことも起こり得る。かかる場合には、脱離した未燃成分は、排気ガス浄化触媒で浄化されずに排出されてしまう。このため、脱離未燃成分を抑えるように、すなわち脱離量が多くならないように調整される。

さらに好ましくは、排気浄化装置を含む車両は、内燃機関による車両駆動と、電動モータによる車両駆動が可能であり、積算フューエルカット空気量と燃焼室に吸入された空気量の積算値である積算空気量との関係に基づいて、電動モータは、内燃機関を駆動するモータリングを行って、フューエルカットを行う。

減速時など車両の運転状態に応じて行われるフューエルカットが行われない運転状況が続き、積算フューエルカット空気量の値から想定される排気ガス浄化触媒に供給される酸素量が増加する速さが、積算空気量が増加する速さに比べて速くない場合は、吸蔵酸素量が、脱離未燃成分を浄化するのに十分な量だけ確保されないため、脱離量を多く出来ない。このため、吸着材から脱離した未燃成分を早く浄化することが出来ない。かかる場合に、電動モータを使って強制的にフューエルカットを行うことで、積算フューエルカット空気量を早く増加させ、すなわち排気ガス浄化触媒に供給させる酸素量を早く増加させる。これにより、未燃成分の脱離量を増加させても適切に浄化が行えるため、脱離完了を早めることが可能になる。

また、好ましくは、内燃機関から排気通路に排気ガスが大量に排出される状態であると判断された場合は、脱離量調整部は、脱離量を少なくする。

内燃機関への負荷が大きく、回転数が高い場合など、内燃機関から排気通路に排気ガスが大量に排出されると、吸着材に大量の排気ガスが流れ込み、吸着材の温度が急激に上昇する。温度が急激に上昇すると、吸着された未燃成分が、排気ガス浄化触媒で十分に浄化できない程度に大量に脱離するおそれがある。このため、このような状態の時には、脱離量調整部は、脱離量を少なくして、脱離制御のロバスト性を向上させる。

以上のように本発明によれば、追加デバイスを用意することなく、吸着材から脱離した未燃成分を適切に浄化する排気浄化装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について、図１〜８を用いて説明する。本実施形態における車両１は、内燃機関１０による車両駆動と、電動モータ３５による車両駆動が可能なハイブリッド車である。すなわち、この車両１は、ＥＣＵなどの制御部５、内燃機関１０、内燃機関１０の回転力に基づいて発電する発電機３１、発電機３１で発電された電力を蓄えるバッテリ３３、発電機３１またはバッテリ３３の電力で駆動する電動モータ３５、発電機３１で発電された電力の電動モータ３５やバッテリ３３への印加とバッテリ３３に蓄電された電力の電動モータ３５への印加とを選択的に行うインバータ３７、内燃機関１０の回転力を発電機３１と減速機４３を介した車輪４７とに分配する動力分配機構３９、電動モータ回転軸４１、減速機４３、及びドライブシャフト４５、車輪４７を備える（図１参照）。

制御部５は、ＣＰＵ、制御プログラムを格納したＲＯＭ、及び各種データを格納するＲＡＭ等を有し、吸着材温度センサ２１ａ等の各種センサからの信号が入力され、また制御信号を出力して車両１の各部を制御する。制御部５は、特に、エアフローメータ１３で測定される吸入空気量Ｇａに関する情報などに基づいて、切替弁１９の弁開度制御を行う。切替弁１９の弁開度制御の詳細については後述する。

内燃機関１０は、機関本体１１、吸気通路１２、エアフローメータ１３、排気通路１５、空燃比センサ１６、前段触媒１７、Ｏ_２センサ１８、切替弁（脱離量調整部）１９、排気通路１５に設けられたバイパス通路２０、吸着材２１、吸着材温度センサ２１ａ、排気通路１５のバイパス通路２０が合流する部分よりも下流に設けられた主触媒２２、排気ガスセンサ２３、及びクランクシャフト２５を有する。

内燃機関１０の通常運転中、機関本体１１の各シリンダーの燃焼室には、吸気通路１２から吸気弁（不図示）を介して、空気が吸入される（図１の点線矢印参照）。エアフローメータ１３は、吸気通路１２に流れる空気流量、即ち吸入空気量Ｇａを測定するために使用される。吸入空気量Ｇａは、電子制御スロットル弁（不図示）を制御するために使用される他、本実施形態では、吸入空気量Ｇａを時間積分した値が、エアフローメータ１３を通過した空気量の積算値、すなわち積算空気量ｇｓ、及びフューエルカットが行われている間にエアフローメータ１３を通過した空気量の積算値、すなわち積算フューエルカット空気量ｆｇｓとして、切替弁１９の弁開度制御に使用される。なお、積算フューエルカット空気量ｆｇｓの値は、フューエルカットが行われるたびに更新され、制御部５のＲＡＭなどに記録される。積算空気量ｇｓの値は、エアフローメータ１３に空気が通過する間随時更新され、制御部５のＲＡＭなどに記録される。

インジェクタから噴射された燃料は、吸入された空気と混ざって混合気を形成する。制御部５からの点火信号に基づく点火プラグの点火によって、混合気は燃焼する。混合気の燃焼による爆発力に応じたピストンの往復運動により、クランクシャフト２５が回転せしめられる。

燃焼室から排出された排気ガスは、排気弁（不図示）を介して排気通路１５、及びバイパス通路２０を通って排出される（図１の実線矢印参照）。排気通路１５に設けられた空燃比センサ１６により、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）が検出され、これに基づいて、空燃比フィードバック補正（インジェクタから噴射する燃料量の調整、酸化還元量の最適化）が行われる。また、排気ガスは、排気通路１５に設けられた上流の前段触媒１７、及び下流の主触媒２２により浄化される。また、前段触媒１７と、切替弁１９の間に配置されたＯ_２センサ１８により、前段触媒１７の出口におけるＯ_２の量（前段触媒１７による排気ガス浄化後の空燃比）が検出され、これに基づいて、前述の空燃比フィードバック補正におけるフィードバック補正量が調整される。

但し、フューエルカット中は、インジェクタからの燃料噴射が停止されるため、排気ガスは形成されず、吸入された空気が、排気通路１５またはバイパス通路２０を流れる。本実施形態におけるフューエルカットは、減速時など車両１の運転状態に応じて行われる通常フューエルカットの他、後述する積算フューエルカット空気量ｆｇｓを増やして主触媒２２に吸蔵される酸素を増やすために後述する一定条件下（図５のステップＳ３４参照）で行われる強制フューエルカットを含む。主触媒２２に吸蔵された酸素は、ＨＣなど排気ガス中の未燃成分を浄化（酸化）するために使用される。特に、本実施形態では、フューエルカットの下で吸入され主触媒２２に吸蔵された酸素は、主に吸着材２１から脱離した未燃成分を浄化するために使用される。

切替弁１９は、機関本体１１の燃焼室から排出された排気ガス（通常運転中）、または燃焼室を通過した空気（フューエルカット中）の一部又は全部の流路を、排気通路１５からバイパス通路２０に切り替える弁である。切替弁１９の弁開度ａは、内燃機関１０の運転状態に基づいて制御される。切替弁１９の弁開度ａが最小値：０度の場合、すなわち全閉状態の場合は、排気ガスまたは空気の全部は、排気通路１５を流れて主触媒２２に到達する。切替弁１９の弁開度ａが最小値：０より大きく、最大値：Ａｍａｘ（＝９０度）より小さい場合（０度＜ａ＜Ａｍａｘ）、排気ガスまたは空気の一部はバイパス通路２０を流れて主触媒２２に到達し、残りは排気通路１５を流れて主触媒２２に到達する。切替弁１９の弁開度ａが最大値：Ａｍａｘの場合、すなわち全開状態の場合は、排気ガスまたは空気の全部は、バイパス通路２０を流れて主触媒２２に到達する。

バイパス通路２０上に設けられた吸着材２１は、ゼオライトなどで構成され、ＨＣなど排気ガス中の未燃成分を低温時に吸着し、高温時に脱離する特性を有する。具体的には、冷間始動時など吸着材２１が低温である場合に、バイパス通路２０を流れる排気ガス中に含まれる未燃成分は、吸着材２１に吸着される。暖機が完了し吸着材２１が排気ガスにより十分に温められた状態である場合には、吸着された未燃成分が脱離し、バイパス通路２０を流れる排気ガスまたは空気と共に、主触媒２２に到達する。

吸着材温度センサ２１ａは、吸着材２１の温度Ｔを測定するために使用される。本実施形態では、吸着材温度センサ２１ａは吸着材２１に接触するように取り付けられて、温度Ｔを測定する。但し、別の形態、例えば、吸着材２１の下流に設けてかかる部分における排気ガス温度を測定して、これに基づいて吸着材２１の温度Ｔを算出（または推定）する形態であってもよい。吸着材２１の温度Ｔが、３５０℃程度に設定された温度閾値Ｔ_０に達すると、吸着材２１に吸着された未燃成分は完全に脱離する（図４のステップＳ１９参照）。

内燃機関１０の冷間始動時であって、暖機が完了するまでの間（図８のｔ１１〜ｔ１２参照）は、前段触媒１７、及び主触媒２２が活性温度以上に温められておらず、排気ガスを十分に浄化することが出来ないため、かかる期間中は、吸着材２１に未燃成分を吸着するため、切替弁１９は全開状態（ａ＝９０度）にされる。このため、機関本体１１から排出される排気ガスの総てが、バイパス通路２０を流れる。この期間は、排気ガスの温度が高くなっておらず、排気ガスによって吸着材２１はあまり温められない。このため、排気ガスに含まれる未燃成分は、温度が低い状態の吸着材２１に吸着され、この時点では主触媒２２に到達しない。

暖機完了後（図８のｔ１２参照）は、一旦、切替弁１９は全閉状態（ａ＝０度）にされ、機関本体１１から排出される排気ガスの総てが、バイパス通路２０を介さずに、排気通路１５を流れる。機関本体１１から排出された排気ガスは吸着材２１に到達しないため、吸着材２１の温度上昇は抑えられて、吸着された未燃成分は脱離しない状態で保持される。

全閉状態にされた後、吸着材２１に吸着された未燃成分を脱離させるパージ制御が開始される。パージ制御の手順は、図４〜７のフローチャートを使って後述する。パージ制御では、切替弁１９の弁開度ａは少しずつ大きくされる。具体的には、切替弁１９は、積算フューエルカット空気量ｆｇｓの増加に伴って弁開度ａが大きくなるように制御される（図２、及び図４のステップＳ１１〜Ｓ１８参照）。本実施形態では、フューエルカットとして、内燃機関１０の運転状態に応じて通常フューエルカットが行われる他、吸気で得られた空気中の酸素を早く排気ガス浄化触媒２２に吸蔵させるための強制フューエルカットが一定条件下で行われる（図５のステップＳ３１〜Ｓ３４参照）。

暖機完了後は、バイパス通路２０に流れる排気ガスの温度が高くなっており、高い温度の排気ガスが通過することにより吸着材２１の温度Ｔが上昇し、吸着材２１に吸着された未燃成分が脱離する。切替弁１９の弁開度ａが大きくなると、吸着材２１に流れる排気ガスの増加に伴い、吸着材２１の温度Ｔが高くなり脱離する未燃成分の量が増加する。一方、脱離した未燃成分を主触媒２２で浄化させるには、脱離した未燃成分を浄化できるだけの酸素が主触媒２２に供給されている必要がある。このため、本実施形態では、積算フューエルカット空気量ｆｇｓの値から想定される主触媒２２への酸素供給量の増加に対応して、切替弁１９の弁開度ａを大きくする。これにより、主触媒２２で浄化できる量を超えないように、吸着材２１から脱離する未燃成分の量が調整される。

但し、内燃機関１０への負荷が大きく、且つ内燃機関１０の回転数が高い場合などには、一時的に切替弁１９は全閉状態（ａ＝０）にされる（図６のステップＳ５２参照）。かかる場合には、機関本体１１から排気ガスが大量に排出されるため、吸着材２１に大量の排気ガスが流れ込むと吸着材２１の温度Ｔが急激に上昇する。温度が急激に上昇すると、吸着された未燃成分が、主触媒２２で十分に浄化できない程度に大量に脱離するおそれがある。また、大量に流れる排気ガスにより、切替弁１９の弁開度ａを調整する精度を維持することが困難になるおそれがある。このため、このような状態の時には、切替弁１９を全閉状態にして、排気ガスがバイパス通路２０に流れないようにして脱離量をゼロにし、脱離制御のロバスト性を向上させる。

また、主触媒２２によって脱離した未燃成分の浄化が十分に行われていない場合には、かかる浄化が十分に行われる状態になるまで切替弁１９の弁開度ａは同じ状態か少し閉じた状態で維持される（図７のステップＳ７２参照）。通常、切替弁１９の弁開度ａは、積算フューエルカット空気量ｆｇｓに対応して調整されることで、主触媒２２において適切に未燃成分を浄化させることが可能である。しかし、積算フューエルカット空気量ｆｇｓから想定される主触媒２２への酸素供給量が、吸着材２１から脱離した未燃成分を浄化する量だけ確保されないことも起こり得る。かかる場合には、脱離した未燃成分は、主触媒２２で浄化されずに排出されてしまう。このため、未燃成分の脱離を抑えるように、すなわち切替弁１９の弁開度ａが大きくならないように調整される。この時、全閉状態にせず、現状の弁開度ａを維持するのは、排気ガスを一定量通過させて、吸着材２１の温度を一定に保つためである。

吸着材２１から脱離した未燃成分が主触媒２２において浄化されたか否かは、主触媒２２の下流に設けられた排気ガスセンサ２３からの情報（排気ガス成分に関する情報）に基づいて、排気ガス中に含まれる未燃成分が少ないか否かによって判断される。但し、排気ガスセンサ２３に代えてＯ_２センサを配置して、かかるＯ_２センサからの情報（主触媒２２から排出されるＯ_２量に関する情報）に基づいて、浄化されたか否かを判断してもよい。

次に、内燃機関１０などによって発生した回転力を車輪４７などに伝達する動作について説明する。

クランクシャフト２５の回転力は、動力分配機構３９に伝達され、動力分配機構３９で、発電機３１と電動モータ回転軸４１とに分配して伝達される。電動モータ回転軸４１の回転力は、内燃機関１０からの伝達された回転力の他、電動モータ３５の回転力にも基づく。減速機４３は、内燃機関１０及び電動モータ３５の少なくとも一方の回転力に基づく電動モータ回転軸４１の回転力を減速してドライブシャフト４５に伝達し、車輪４７を回転させ、車両１を走行させる。

車両１の発進時や低負荷時等は、内燃機関１０からの回転力の伝達を遮断するか、内燃機関１０の運転を停止させ、バッテリ３３からの電力で電動モータ３５を回転させ、電動モータ３５の回転力で車輪４７を回転させて車両１を走行させる。

特に、低負荷の定常運転状態であるなど、一定条件下では、強制フューエルカットが行われる。この場合、電動モータ３５の回転力で内燃機関１０が駆動され、空気が吸気通路１２から排気通路１５を介して主触媒２２に取り込まれ、空気中の酸素が主触媒２２に吸蔵される。

車両１の中負荷時、すなわち通常走行時は、内燃機関１０の回転力を発電機３１及び車輪４７に分配して伝達し、発電機３１で発生した電力で電動モータ３５を回転させ、電動モータ３５の回転力を車輪４７に伝達する。この場合、内燃機関１０の回転力、及び発電機３１からの電力供給に基づく電動モータ３５の回転力によって車輪４７を回転させて車両１を走行させる。

車両１の加速時等の高負荷時は、内燃機関１０の回転力を発電機３１及び車輪４７に分配して伝達し、発電機３１で発生した電力及びバッテリ３３からの電力で電動モータ３５を回転させ、電動モータ３５の回転力を車輪４７に伝達する。この場合、内燃機関１０の回転力、及び発電機３１及びバッテリ３３からの電力供給に基づく電動モータ３５の回転力によって車輪４７を回転させて車両１を走行させる。

車両１の減速時は、車輪４７の回転力を電動モータ３５に伝達して回生発電を行い、得られた電力をバッテリ３３に蓄電する。また、この間、通常フューエルカットが行われ、車輪４７の回転力で内燃機関１０が駆動され、空気が吸気通路１２から排気通路１５を介して主触媒に取り込まれ、空気中の酸素が主触媒２２に吸蔵される。

強制フューエルカットが行われる一定条件は、第１条件：通常フューエルカットが行われない運転状況が続くなどで、積算フューエルカット空気量ｆｇｓと積算空気量ｇｓとが一定の関係を示し、これにより積算フューエルカット空気量ｆｇｓの値から想定される主触媒２２に供給される酸素量が増加する速さが、積算空気量ｇｓが増加する速さに比べて速くないこと、言い換えると、切替弁１９が弁開する速さが、積算空気量ｇｓが増加する速さに比べて速くないことと、第２条件：電動モータ３５の回転力だけに基づいて車両１が走行している低負荷の定常運転状態である等、内燃機関１０による車両駆動の必要が無いことである。

第１条件を満たしているか否かは、積算フューエルカット空気量ｆｇｓが、第１基準値Ｆ_１（ｇｓ）より小さいか否かで判断される（図５のステップＳ３１参照）。積算フューエルカット空気量ｆｇｓが、第１基準値Ｆ_１（ｇｓ）より小さい場合には、積算フューエルカット空気量ｆｇｓと積算空気量ｇｓとが一定の関係を示すと判断される。第２条件を満たしているか否かは、一定時間あたりの吸入空気量Ｇａ（ｇ／ｓ）の変化量ΔＧａが変化量閾値ΔＧａ_０より少ないか否かで判断される（図５のステップＳ３３参照）。

第１基準値Ｆ_１（ｇｓ）は、積算フューエルカット空気量ｆｇｓと積算空気量ｇｓとが一定の関係を示すか否かを判断するために用いられ、例えば関係式：ｆｇｓ＝Ｆ_１（ｇｓ）＝Ｐ×ｇｓ＋Ｑ１で表される（Ｐ、Ｑ１は定数、図３参照）。

強制フューエルカットは、第１基準値Ｆ_１（ｇｓ）よりも大きい第２基準値Ｆ_２（ｇｓ）と積算フューエルカット空気量ｆｇｓとの差異値ｆｔｇｔ（＝Ｆ_２（ｇｓ）−ｆｇｓ）だけ、空気が機関本体１１の燃焼室に吸気されるように電動モータ３５の回転力で内燃機関１０を駆動する（モータリングする）ことにより行われる（図５のステップＳ３４参照）。

第２基準値Ｆ_２（ｇｓ）は、積算フューエルカット空気量ｆｇｓと積算空気量ｇｓとが一定の関係を満たす状態を解消させるために用いられ、例えば関係式：ｆｇｓ＝Ｆ_２（ｇｓ）＝Ｐ×ｇｓ＋Ｑ２で表される（Ｑ２はＱ１より大きい定数、図３参照）。

ある時点ｔにおける積算空気量ｇｓ_ｔに基づいて算出される第１基準値Ｆ_１（ｇｓ_ｔ）が、積算フューエルカット空気量ｆｇｓ_ｔよりも大きい場合（ｆｇｓ_ｔ＜Ｆ_１（ｇｓ_ｔ））は、積算フューエルカット空気量ｆｇｓと積算空気量ｇｓとが一定の関係を示す状態であると判断される。この場合、差異値ｆｔｇｔ_ｔ（＝Ｆ_２（ｇｓ_ｔ）―ｆｇｓ_ｔ）だけ、空気が機関本体１１の燃焼室に吸気されるようにモータリングが行われる。モータリングによって積算フューエルカット空気量ｆｇｓ、及び積算空気量ｇｓが差異値ｆｔｇｔ_ｔだけ増加し、その結果、積算フューエルカット空気量ｆｇｓが、第１基準値Ｆ_１（ｇｓ）に近づく。これを繰り返すことにより、積算フューエルカット空気量ｆｇｓは、第１基準値Ｆ_１（ｇｓ）以上に大きな値を示すようになる。

次に、吸着材２１に吸着された未燃成分を脱離させるパージ制御の手順について図４〜図７のフローチャートを用いて説明する。まず、パージ制御のメインルーチンについて図４のフローチャートを用いて説明する。冷間始動時に行われる未燃成分の吸着材２１への吸着のため切替弁２１が全開状態にされ、その後切替弁１９が全閉状態にされた後（図８のｔ１２以降）、図４のフローチャートに示すパージ制御が開始される。

なお、後述する図７のステップＳ７２で弁開禁止状態にされている場合には、ステップＳ７４で解除されるまでステップＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１６、及びＳ１８の動作は行われない。また、図４に示すメインルーチンでは、４段階に分けて、切替弁１９の弁開度ａを広げる手順を説明するが、段階の数はこれに限られない。また、積算フューエルカット空気量ｆｇｓ、及び積算空気量ｇｓの値はパージ制御開始時にリセットされる。

なお、第１〜第４目標値Ｂ１〜Ｂ４は、Ｂ１＜Ｂ２＜Ｂ３＜Ｂ４の関係になるように設定され、弁開度の値は、Ａｍｉｎ＜Ａ２＜Ａ３＜Ａｍａｘの関係になるように設定される。

パージ制御が開始されると、ステップＳ１１で、積算フューエルカット空気量ｆｇｓが、第１目標値Ｂ１よりも多くなったか否かが判断される。多くなった場合はステップＳ１２に進められる。多くなっていない場合はステップＳ１１が繰り返し行われる。ステップＳ１２で、切替弁１９の弁開度ａが第１弁開度Ａｍｉｎに設定され、切替弁１９が全閉状態（ａ＝０度）から少し開いた状態にされる。これにより、吸着材２１に流れる排気ガスにより、吸着材２１の温度Ｔが緩やかに上昇し、吸着された未燃成分の脱離が始まる。積算フューエルカット空気量ｆｇｓの増加に伴って、主触媒２２における酸素供給量が増加しており、吸着材２１から脱離した未燃成分は、主触媒２２において浄化される。

ステップＳ１３で、積算フューエルカット空気量ｆｇｓが、第２目標値Ｂ２よりも多くなったか否かが判断される。多くなった場合はステップＳ１４に進められる。多くなっていない場合はステップＳ１３が繰り返し行われる。ステップＳ１４で、切替弁１９の弁開度ａが第２弁開度Ａ２に設定される。

ステップＳ１５で、積算フューエルカット空気量ｆｇｓが、第３目標値Ｂ３よりも多くなったか否かが判断される。多くなった場合はステップＳ１６に進められる。多くなっていない場合はステップＳ１５が繰り返し行われる。ステップＳ１６で、切替弁１９の弁開度ａが第３弁開度Ａ３に設定される。

ステップＳ１７で、積算フューエルカット空気量ｆｇｓが、第４目標値Ｂ４よりも多くなったか否かが判断される。多くなった場合はステップＳ１８に進められる。多くなっていない場合はステップＳ１７が繰り返し行われる。ステップＳ１８で、切替弁１９の弁開度ａが最大値Ａｍａｘに設定され、切替弁１９が全開状態にされる。

このように、積算フューエルカット空気量ｆｇｓの増加に対応して、切替弁１９の弁開度ａが徐々に大きくされ、これによりバイパス通路２０に流れる排気ガスが増え、吸着材２１の温度Ｔが上昇し、吸着材２１に吸着された未燃成分の脱離量は増える。この間、積算フューエルカット空気量ｆｇｓの増加に対応して、主触媒２２における酸素供給量も増加しているため、吸着材２１から脱離した未燃成分は、主触媒２２において浄化される。

ステップＳ１９で、吸着材２１の温度Ｔが、温度閾値Ｔ_０を超えたか否かが判断される。超えていない場合は、吸着材２１に吸着された未燃成分の脱離が完了していないとして、ステップＳ１９が繰り返し行われる。超えた場合は、吸着材２１に吸着された未燃成分の脱離が完了したとして、ステップＳ２０に進められる。ステップＳ２０で、切替弁１９の弁開度ａが最小値：０度に設定され、切替弁１９が全閉状態にされる。その後、パージ制御は終了する。なお、図８は、メインルーチンのステップＳ１１〜Ｓ１９までを実行した場合の実験例であり、ステップＳ２０の閉弁動作を省略している。

なお、上述のメインルーチンの途中で、すなわち吸着材２１に吸着された未燃成分の脱離が完了しない状態で、車両１の運転が終了することも考えられる。この場合であって、次に車両１の内燃機関１０が冷間始動された場合には、メインルーチンは最初の手順（ステップＳ１１）から始められる。また、次に車両１が暖機された状態で始動された場合には、前回途中で終了したステップから始められる。

次に、パージ制御中に強制フューエルカットを行う手順について図５のフローチャートを使って説明する。強制フューエルカット制御は、図４に示すメインルーチンの進行中に常時行われる。

強制フューエルカット制御が開始されると、ステップＳ３１で、第１条件の判断として、積算フューエルカット空気量ｆｇｓが、第１基準値Ｆ_１（ｇｓ）より小さいか否かが判断される。小さくない場合は、積算フューエルカット空気量ｆｇｓと積算空気量ｇｓとが一定の関係を示す状態でないとして、ステップＳ３１が繰り返し行われる。小さい場合は、積算フューエルカット空気量ｆｇｓと積算空気量ｇｓとが一定の関係を示す状態であるとして、ステップＳ３２に進められる。ステップＳ３２で、強制フューエルカットの下で吸気する空気量として、第２基準値Ｆ_２（ｇｓ）と、積算フューエルカット空気量ｆｇｓとの差異値ｆｔｇｔが算出される。

ステップＳ３３で、第２条件の判断として、エアフローメータ１３で測定される吸入空気量Ｇａに基づいて、機関本体１１の燃焼室に吸入される空気の量（吸入空気量Ｇａ）の一定時間あたりの変化量ΔＧａが算出され、この値が変化量閾値ΔＧａ_０より小さいか否かが判断される。小さくない場合は、車両１が定常運転状態でないなど、強制フューエルカットを行う状態にないとしてステップＳ３３が繰り返し行われる。小さい場合は、ステップＳ３４に進められる。

ステップＳ３４で、強制フューエルカット、すなわち、ステップＳ３２で算出された差異値ｆｔｇｔだけの空気が機関本体１１の燃焼室に吸入されるように、電動モータ３５の回転力で内燃機関１０が駆動され（モータリングされ）、その後ステップＳ３１に戻される。

次に、パージ制御中に脱離制御のロバスト性向上のために切替弁１９を閉弁する手順について図６のフローチャートを使って説明する。切替弁１９の閉弁制御は、図４に示すメインルーチンの進行中に常時行われる。

閉弁制御が開始されると、ステップＳ５１で、機関本体１１の負荷が大きく、且つ機関本体１１の回転数が高い状態であるか否かが判断される。少なくとも一方を満たさない場合は、切替弁１９を閉弁する必要がないとして、ステップＳ５１が繰り返し行われる。両方を満たす場合には、ステップＳ５２で、切替弁１９の弁開度ａが最小値：０度に設定され、切替弁１９が全閉状態にされる。

ステップＳ５３で、機関本体１１の負荷が小さく、且つ機関本体１１の回転数が低くなったか否かが判断される。少なくとも一方を満たさない場合は、閉弁状態を解除すべきでないとしてステップＳ５３が繰り返し行われる。両方を満たす場合は、ステップＳ５４で、切替弁１９の閉弁状態が解除されて、ステップＳ５２で全閉状態にされる前の弁開度ａに設定される。その後、ステップＳ５１に戻される。なお、ステップＳ５３における負荷の閾値や、回転数の閾値は、ステップＳ５１における負荷の閾値や、回転数の閾値に比べて低めの値に設定される。

次に、パージ制御中に主触媒２２において脱離した未燃成分の浄化が十分に行われているか否かを確認する手順について図７のフローチャートを使って説明する。浄化確認制御は、図４に示すメインルーチンの進行中に常時行われる。

浄化確認制御が開始されると、ステップＳ７１で、排気ガスセンサ２３からの情報に基づいて、吸着材２１から脱離した未燃成分が主触媒２２において浄化されたか否かが判断される。排気ガスセンサ２３において測定される排気ガス成分に未燃成分が多く、主触媒２２における浄化が十分に行われていない場合は、ステップＳ７２に進められる。未燃成分が少なく、浄化が十分に行われている場合は、ステップＳ７３に進められる。

ステップＳ７２で、切替弁１９の弁開度ａを大きくする制御を禁止する弁開禁止状態にされる。これにより、図４に示すメインルーチンにおけるステップＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１６、及びＳ１８の動作は禁止される。

ステップＳ７３で、弁開禁止状態にされているか否かが判断される。されていない場合は、ステップＳ７１に戻される。されている場合は、ステップＳ７４で、弁開禁止状態が解除された後、ステップＳ７１に戻される。これにより、図４に示すメインルーチンにおけるステップＳ１２、Ｓ１４、Ｓ１６、及びＳ１８の動作が可能な状態にされる。

これらの制御により、積算フューエルカット空気量ｆｇｓの増加に応じて、吸着材２１に吸着された未燃成分の脱離量を制御して、主触媒２２において適切に未燃成分を浄化させるパージ制御を行うことが可能になる。なお、吸着材２１から脱離した未燃成分を浄化させるのに必要な酸素はフューエルカットを用いて主触媒２２に供給するため、エアインジェクション装置など、別途空気を送り込む追加デバイスを用意する必要はない。

また、本実施形態では、積算フューエルカット空気量ｆｇｓだけでなく、機関本体１１の運転状態、主触媒２２の下流における排気ガス成分に基づいて、切替弁１９の弁開度制御を行うため、未燃成分の脱離量の急激な増加などにも対応して、主触媒２２の浄化率の低下を防止し、未燃成分の浄化を適切に行うことが可能になる。

また、本実施形態では、通常フューエルカットに加えて、強制フューエルカットを行って、主触媒２２に吸蔵される酸素を出来るだけ早く増加させる。このため、車両１の運転状況に左右されずに、主触媒２２の浄化率の低下を防止し、吸着材２１に吸着された未燃成分の脱離を早期に完了させることが可能になる。早期に脱離を完了させることにより、バイパス通路２０に排気ガスが流れる時間を短くできるため、吸着材２１の熱的劣化を抑制できると共に、バイパス通路２０を排気ガスが通過する時の排気抵抗増大による燃費悪化を抑制できる。

また、本実施形態では車両１が、内燃機関１０による車両駆動と、電動モータ３５による車両駆動が可能なハイブリッド車である形態を説明したが、内燃機関１０による車両駆動だけが可能な車両であってもよい。この場合、車両１の走行中は内燃機関１０が常に運転状態にあるため、かかる走行中の強制フューエルカットによる早期脱離完了の効果は得られないが、他の発明の効果を得ることは可能である。

本実施形態における車両の構成図である。 積算フューエルカット空気量と切替弁の弁開度の関係を示す図である。 積算空気量と、積算フューエルカット空気量との関係を示す図である。 パージ制御を行うメインルーチンの手順を示すフローチャートである。 メインルーチン実行中に並行して実行される強制フューエルカットの手順を示すフローチャートである。 メインルーチン実行中に並行して実行される閉弁制御の手順を示すフローチャートである。 メインルーチン実行中に並行して実行される浄化確認制御の手順を示すフローチャートである。 パージ制御におけるフューエルカット積算空気量、切替弁の弁開度、車両の速度の時間的関係を示す実験例である。

符号の説明

１ 車両
５ 制御部
１０ 内燃機関
１１ 機関本体
１２ 吸気通路
１３ エアフローメータ
１５ 排気通路
１６ 空燃比センサ
１７ 前段触媒
１８ Ｏ_２センサ
１９ 切替弁
２０ バイパス通路
２１ 吸着材
２１ａ 吸着材温度センサ
２２ 主触媒
２３ 排気ガスセンサ
２５ クランクシャフト
３１ 発電機
３３ バッテリ
３５ 電動モータ
３７ インバータ
３９ 動力分配機構
４１ 電動モータ回転軸
４３ 減速機
４５ ドライブシャフト
４７ 車輪

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に設けられたバイパス通路と、
   前記バイパス通路上に設けられ、低温時に排気ガスにおける未燃成分を吸着し、吸着された未燃成分が高温時に脱離する吸着材と、
   前記排気通路の前記バイパス通路が合流する部分よりも下流に設けられ、排気ガスにおける未燃成分を浄化する排気ガス浄化触媒と、
   フューエルカットが行われた間に前記内燃機関の燃焼室に吸入された空気量の積算値である積算フューエルカット空気量に基づいて、前記吸着材に吸着された未燃成分の脱離量を調整する脱離量調整部とを備えることを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記脱離量調整部は、前記積算フューエルカット空気量の増加に伴って、前記脱離量を多くすることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記吸着材から脱離した未燃成分が前記排気ガス浄化触媒において浄化されていないと判断された場合には、前記脱離量調整部は、前記脱離量が多くならないようにすることを特徴とする請求項１または２に記載の排気浄化装置。
4. 前記排気浄化装置を含む車両は、前記内燃機関による車両駆動と、電動モータによる車両駆動が可能であり、
   前記積算フューエルカット空気量と前記燃焼室に吸入された空気量の積算値である積算空気量との関係に基づいて、前記電動モータは、前記内燃機関を駆動するモータリングを行って、前記フューエルカットを行うことを特徴とする請求項１乃至３に記載の排気浄化装置。
5. 前記内燃機関から前記排気通路に排気ガスが大量に排出される状態であると判断された場合は、前記脱離量調整部は、前記脱離量を少なくすることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。

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