JPH11247655A

JPH11247655A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JPH11247655A
Application number: JP10049077A
Authority: JP
Inventors: Akira Tayama; 彰田山; Shunichi Shiino; 俊一椎野; Keiji Okada; 圭司岡田; Hirobumi Tsuchida; 博文土田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1998-03-02
Publication date: 1999-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】触媒の早期活性化のための第２排気再燃焼器
８の着火遅れによるＨＣの排出を防止するとともに、吸
着したＨＣの脱離による悪影響を回避する。【解決手段】内燃機関１の排気管２の触媒装置１０上
流側に、第２排気再燃焼器８が設けられており、その上
流側に、ＨＣを吸着するＨＣ吸着剤６が介装される。さ
らに上流側には、吸着剤６加熱用の第１排気再燃焼器４
が設けられ、２次空気ポンプ３が接続される。触媒装置
１０およびＨＣ吸着剤６には、触媒温度センサ１１およ
び吸着剤温度センサ７が設けられている。エンジンコン
トロールユニット１２は、燃料噴射装置１４を介して内
燃機関１の空燃比をリッチ化し、２次空気を加えて、再
燃焼させる。初めに第２排気再燃焼器８が作動し、触媒
活性後に、第１排気再燃焼器４が作動して、ＨＣを速や
かに脱離させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置、特に始動直後の排気ガスの排気浄化を図った排
気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の内燃機関から排出される排気ガ
スの浄化には、貴金属（白金、ロジウム等）またはその
他の金属からなる触媒を担持した触媒装置が従来から広
く使われている。このような触媒は、排気ガス中の有害
成分であるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等を酸化および還元して
浄化している。ところで、この触媒作用を得るためには
排気温度が高くなければならず、例えば３００℃前後の
温度が必要である。しかし、内燃機関の始動直後では、
排気ガス温度が低く、触媒が活性化する温度（３００℃
前後）に達しないため、排気有害成分の浄化はほとんど
行われず、比較的多量の排気有害物質が大気中へ放出さ
れる、という問題がある。

【０００３】そこで、上記問題を解決するため、内燃機
関の排気系に配設された触媒装置の上流側に、さらに、
排気再燃焼器を設け、始動直後に、この再燃焼器におい
て可燃性の排気ガスを燃焼させて、その燃焼熱により触
媒を早期活性化させるものが公知である（特表平６−５
０８４０９号公報等）。この排気浄化装置は、排気再燃
焼器に燃料を噴射するものではなく、内燃機関の空燃比
をリッチにし、かつ２次空気を供給して、可燃成分およ
び空気を含む可燃性の排気ガスを生成し、点火装置でこ
の可燃性ガスを燃焼させるものであり、非常に簡素な構
成でもって触媒の早期活性化を実現できる。しかも、触
媒活性前においても、ＨＣ、ＣＯを燃焼により浄化する
ことができるため、全体的な排気ガスの清浄化に非常に
有効な手段である、と言える。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の排気浄化装置においては、始動時から直ちに排気再
燃焼が行われれば問題はないものの、実際には、排気再
燃焼器内のガスを可燃領域に制御し、かつこれに着火さ
せるのに数秒程度の遅れが存在するため、その期間に未
燃燃料であるＨＣを比較的大量に放出してしまう欠点が
ある。

【０００５】特に、排気再燃焼器を作動させる前提とし
て、例えば内燃機関で燃焼する混合気の空燃比をリッチ
状態に設定すると、これに伴って未燃燃料であるＨＣも
増加するため、排気再燃焼の遅れに伴うＨＣの排出は大
きな問題となる。

【０００６】また、このような始動直後のＨＣの排出を
防止するために、ＨＣ吸着剤を上流側に配置することも
考えられるが、吸着されたＨＣは、その後、このＨＣ吸
着剤の温度上昇に伴って脱離し、触媒装置に流入するの
で、比較的長時間に亙って空燃比制御に影響が生じてし
まい、好ましくない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、上記
の課題を解決するために、触媒装置加熱用の排気再燃焼
器つまり第２排気再燃焼器の上流側にＨＣ吸着剤を配置
することで、排気再燃焼開始までの間のＨＣの排出を防
止するとともに、このＨＣ吸着剤のさらに上流側にもう
一つの排気再燃焼器つまり第１排気再燃焼器を設け、Ｈ
Ｃ吸着剤を加熱して速やかにＨＣの脱離を完了するよう
にした。

【０００８】すなわち、請求項１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触媒装置
と、この触媒装置の上流に位置し、かつ点火手段を備え
た第２排気再燃焼器と、上記第２排気再燃焼器の上流側
に位置し、かつ排気ガス中のＨＣ（炭化水素成分）を吸
着するＨＣ吸着剤と、このＨＣ吸着剤のさらに上流側に
位置し、かつ点火手段を備えた第１排気再燃焼器と、こ
の第１排気再燃焼器へ供給される排気ガスを、可燃性の
状態にする可燃性ガス生成手段と、を備えて構成されて
いる。

【０００９】上記可燃性ガス生成手段は、例えば請求項
３のように、内燃機関の空燃比を一時的にリッチ状態と
する空燃比制御手段と、上記第１排気再燃焼器の上流側
において排気ガス中に２次空気を供給する２次空気供給
装置と、から構成される。

【００１０】あるいは、請求項４のように、内燃機関の
一部気筒の空燃比をリッチ状態にするとともに、一部気
筒の空燃比をリーン状態にする空燃比制御手段から構成
することもできる。

【００１１】また、筒内直接噴射式内燃機関の場合に
は、平均的な空燃比を非常にリーンにし、かつ排気行程
前等に少量の燃料を追加噴射することによって、同様に
未燃成分と空気とを含む可燃性排気ガスを生成すること
ができる。

【００１２】このように構成された排気浄化装置におい
ては、先ず触媒装置の早期活性化を図るために第２排気
燃焼器が作動し、その後、ＨＣの早期脱離を図るために
第１排気燃焼器が作動することになる。すなわち、内燃
機関から排出された可燃成分（ＣＯ、ＨＣ、Ｈ₂等）を
含む排気ガスは、２次空気等によりＯ₂が加えられ、か
つＨＣ吸着剤を通過した後に第２排気再燃焼器に供給さ
れる。そして、点火プラグ等の点火手段の点火により第
２排気再燃焼器内で燃焼が行われ、触媒装置が加熱され
る。ＨＣ吸着剤は例えばゼオライト等からなり、所定温
度より低い低温状態では、ＨＣを吸着し、かつ所定の脱
離温度より高い高温になると、吸着していたＨＣが脱離
する特性を有している。従って、排気ガスがＨＣ吸着剤
を通過すると、ＨＣの大部分が吸着されるため、第２排
気再燃焼器に着火遅れが存在しても、ＨＣの外部への排
出が防止される。

【００１３】なお、排気再燃焼器での着火には、ＣＯ、
Ｈ₂およびＯ₂があれば十分であり、ＨＣが吸着剤により
除去されていても、第２排気燃焼器での燃焼に支障はな
い。

【００１４】また、副次的な作用として、ＨＣを予め吸
着することにより、第２排気燃焼器での燃焼温度を若干
抑制することができる。つまり、ＣＯ、Ｈ₂のみが燃焼
するので、燃焼温度が例えば９５０℃程度から７５０℃
程度にまで低下する。触媒は、一般に高温になるにつれ
て劣化が促進されるが、特に９００℃以上では急激に劣
化する特性を示す。上記のように燃焼温度を９５０℃程
度から７５０℃程度にまで低下できると、触媒劣化を十
分に抑制でき、長期に亙って全体的な排気性能を向上す
ることが可能である。特に、触媒の活性温度は約３００
℃前後であるため、７５０℃程度の燃焼ガスでも十分な
触媒早期活性化効果を得ることが可能である。

【００１５】そして、始動直後にＨＣ吸着剤に吸着した
ＨＣは、第１排気燃焼器を作動させることにより、速や
かに脱離する。つまり、上記と同様に可燃性ガスの供給
を行い、点火プラグ等の点火手段により点火することに
よって、第１排気燃焼器内で燃焼が行われ、ＨＣ吸着剤
が加熱されるため、短期間に脱離が完了する。

【００１６】なお、第１排気燃焼器で燃焼が開始する
と、下流の第２排気燃焼器へは可燃性ガスが供給されな
くなることから、第２排気燃焼器の燃焼は自然に終了す
る。

【００１７】請求項２の発明においては、上記触媒装置
の活性を判定する活性判定手段と、上記ＨＣ吸着剤から
ＨＣが脱離したか否かを判定する脱離判定手段と、内燃
機関の低温始動時に、上記可燃性ガス生成手段による可
燃性ガスの供給を行い、上記触媒装置が活性化するまで
上記第２排気再燃焼器を作動させるとともに、活性化後
は、ＨＣの脱離まで第１排気再燃焼器を作動させる再燃
焼制御手段と、をさらに備えている。

【００１８】つまり、内燃機関の低温始動時には、先ず
上記触媒装置が活性化するまで上記第２排気再燃焼器が
作動し、活性判定手段によって触媒装置が活性化したと
判定された時点で、第１排気再燃焼器における燃焼が開
始される。これにより、第２排気再燃焼器の燃焼は自然
に終了する。そして、ＨＣが脱離したと判定された時点
で第１排気燃焼器の作動が終了する。

【００１９】上記活性判定手段としては、請求項５のよ
うに、該触媒装置の温度を検出する触媒温度センサを用
いることができる。

【００２０】また上記脱離判定手段としては、請求項６
のように、該吸着剤の温度を検出するＨＣ吸着剤温度セ
ンサを用いることができる。

【００２１】請求項７においては、上記活性判定手段お
よび上記脱離判定手段は、内燃機関の始動後の運転履歴
によって触媒装置およびＨＣ吸着剤の温度をそれぞれ推
定するものである。すなわち、可燃性ガスを生成するた
めの機関空燃比や吸入空気量等によって排気再燃焼に伴
う発生熱量が定まり、また負荷等の機関運転条件から排
気熱量が定まるので、運転履歴によって、触媒装置やＨ
Ｃ吸着剤の温度を推定することができる。

【００２２】また請求項８においては、上記活性判定手
段および上記脱離判定手段は、内燃機関の始動後の経過
時間から触媒装置およびＨＣ吸着剤の温度をそれぞれ推
定するものである。同様に、始動後の経過時間によって
も、それぞれの温度上昇を概ね推定することが可能であ
る。

【００２３】なお、いずれの場合も、始動の際の温度条
件、例えば機関冷却水温等を考慮すれば、一層精度が向
上する。

【００２４】

【発明の効果】本発明では、触媒装置加熱用の第２排気
再燃焼器で実際に再燃焼が生じるまでの着火遅れ期間に
排出されるＨＣをＨＣ吸着剤でトラップし、かつその吸
着したＨＣを第１排気再燃焼器による加熱作用で早期に
脱離させるようにしたので、始動時に内燃機関から排出
されるＨＣの大気への放出を確実に防止しつつ触媒の早
期活性を図ることができ、しかも、ＨＣ吸着剤に吸着し
たＨＣの脱離に伴う影響を早期に解消して触媒による正
常な排気浄化を開始することができ、全体として、冷間
始動時に排出される有害成分を大幅に低減することが可
能となる。

【００２５】特に請求項２の発明によれば、触媒装置が
活性化したと判定した時点で直ちに第１排気再燃焼器に
よる再燃焼に切り換えられるので、ＨＣの脱離完了まで
の一連の処理が極短期間で終了する。

【００２６】また、請求項７あるいは請求項８の発明に
よれば、触媒装置やＨＣ吸着剤の温度を検出する温度セ
ンサが不要であり、構成の簡素化を図ることができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【００２８】図１は、本発明の第１実施例の構成を示す
ものである。内燃機関１の排気管２には、白金等の触媒
をセラミックス等からなる担体に担持させてなる三元触
媒装置１０が設けられており、この触媒装置１０の上流
側に、第２排気再燃焼器８が設けられている。この第２
排気再燃焼器８は、点火手段として第２点火プラグ９を
備えている。上記第２点火プラグ９は点火コイル等から
なる図示せぬ点火装置に接続されており、この点火装置
によって火花放電を行うようになっている。この実施例
では、触媒装置１０と第２排気再燃焼器８とは、同一の
ケーシング内に収容されている。

【００２９】上記第２排気再燃焼器８の上流側の排気管
２には、第２排気再燃焼器８とは別のケーシングに収容
されたＨＣ吸着剤６が介装されている。このＨＣ吸着剤
６は、例えばゼオライトを主体とした吸着成分をハニカ
ム構造体にコーティングしたものであり、一般に１００
〜２００℃までの低温状態ではＨＣを吸着し、それ以上
の温度では、吸着していたＨＣを脱離する特性を有して
いる。また、このＨＣ吸着剤６の上流側に、第１排気再
燃焼器４が設けられている。この第１排気再燃焼器４
は、点火手段として第１点火プラグ５を備えている。上
記第１点火プラグ５はやはり点火コイル等からなる図示
せぬ点火装置に接続されており、この点火装置によって
火花放電を行うようになっている。またこの実施例で
は、ＨＣ吸着剤６と第１排気再燃焼器４とは、同一のケ
ーシング内に収容されている。

【００３０】上記排気管２の第１排気再燃焼器４より上
流側には、２次空気を供給する２次空気ポンプ３が接続
されている。また触媒装置１０には、該触媒装置１０の
内部温度つまり触媒温度を検出する触媒温度センサ１１
が設けられており、ＨＣ吸着剤６には、該吸着剤６の内
部温度を検出する吸着剤温度センサ７が設けられてい
る。これらの触媒温度センサ１１や吸着剤温度センサ７
の検出信号は、エンジンコントロールユニット（ＥＣ
Ｕ）１２に入力される。

【００３１】上記２次空気ポンプ３および上述した各点
火装置は、それぞれ上記エンジンコントロールユニット
１２からの制御信号によって制御され、後述するように
排気再燃焼時に、それぞれ２次空気の供給および点火を
行うようになっている。

【００３２】また内燃機関１の吸気管１３には、燃料噴
射装置１４が取り付けられており、エンジンコントロー
ルユニット１２からの噴射信号によって燃料を噴射する
ようになっている。この燃料噴射量は、基本的には内燃
機関１の運転条件に応じて制御されるものであるが、排
気再燃焼時には、燃料噴射量を増量することにより空燃
比がリッチに保たれる。

【００３３】上記排気浄化装置の基本的な作用を説明す
ると、内燃機関１始動時に、触媒装置１０内部の温度が
所定温度（例えば３００℃）以下であれば、三元触媒は
未活性であると判定する。未活性と判定した場合、エン
ジンコントロールユニット１２からの信号により、燃料
噴射装置１４は、空燃比が非常にリッチ（空燃比で１０
以下）になるように燃料を増量して噴射する。同時に、
エンジンコントロールユニット１２の制御信号によっ
て、２次空気ポンプ３ならびに第２点火栓９が作動し、
２次空気の供給と火花放電が開始される。この２次空気
ポンプ３による２次空気の流量は、リッチ状態となって
いる排気ガスと混合した状態で少なくとも酸素過剰とな
る流量に設定する。これは内燃機関１の排気量や運転状
態により異なるので、予め実験により十分な流量となる
ように設定される。

【００３４】この結果、排気ガスからの可燃成分（Ｈ
Ｃ、ＣＯ、Ｈ₂）と２次空気からのＯ₂が混合した状態で
下流側へ供給され、これが第２点火プラグ９の火花によ
り着火して第２排気再燃焼器８で燃焼する。この排気再
燃焼による熱で、触媒装置１０の活性化が促進される。
ここで、排気ガスは、第２排気再燃焼器８へ至る前に、
ＨＣ吸着剤６を通過するので、排気ガス中のＨＣは、該
吸着剤６に吸着され、予め除去される。従って、始動時
から第２排気再燃焼器８で実際に排気が再燃焼するまで
の期間においても、ＨＣの大気中への放出が防止され
る。なお、第２排気再燃焼器８では、ＣＯ、Ｈ₂、Ｏ₂が
燃焼を起こすため、ＨＣをトラップしても排気再燃焼に
は支障がない。

【００３５】この排気再燃焼に伴い触媒装置１０内部の
温度が所定温度（例えば３５０℃）以上になったら、三
元触媒は完全に活性したと判定し、第１排気再燃焼器４
での排気再燃焼に移行する。つまり、この時点で第２排
気再燃焼器８における排気再燃焼が不要となるが、第２
点火プラグ９や２次空気ポンプ３の作動を止める必要は
なく、第１点火プラグ５による点火を開始し、上流側の
第１排気再燃焼器４で排気を再燃焼させるようにする。
第１排気再燃焼器４で排気を再燃焼することにより、第
２排気再燃焼器８に送られる排気ガス中には、ＣＯ、Ｈ
₂が殆ど存在しないものとなり、第２排気再燃焼器８で
の排気再燃焼は自然に停止する。従って、触媒装置１０
の過熱は防止される。

【００３６】第１排気再燃焼器４における排気再燃焼に
よって、ＨＣ吸着剤６は積極的に加熱され、ここに吸着
されていたＨＣが早期に脱離する。この脱離したＨＣ
は、既に完全に活性状態にある触媒装置１０によって浄
化される。なお、このときに触媒装置１０における三元
触媒が酸素過剰の状態となるように、２次空気流量が設
定される。

【００３７】ＨＣ吸着剤６内部の温度が所定温度（例え
ば３５０℃）以上になったときに、ＨＣ吸着剤６に吸着
されていたＨＣが完全に脱離したと判定し、第１点火プ
ラグ５および第２点火プラグ９の放電を停止するととも
に、２次空気ポンプ３の作動を止めて、第１排気再燃焼
器４での排気再燃焼を終了する。また同時に、触媒装置
１０における三元触媒を効率良く作用させるために、空
燃比が理論空燃比になるように燃料噴射量を制御する。

【００３８】以上のように、この排気浄化装置では、内
燃機関始動時から排気が再燃焼するまでの着火遅れ期間
に排出されるＨＣをトラップして大気への放出を防止
し、さらに触媒活性後は、なるべく早く空燃比を理論空
燃比に制御して排気浄化を行うべく早期にＨＣを脱離す
るようにしているので、冷間始動時に排出される有害成
分が全体として大幅に低減する。

【００３９】上記の作動を、図２のフローチャートに基
づいてさらに具体的に説明する。本ルーチンは、エンジ
ンコントロールユニット１０において例えばクランク軸
の回転毎に実行されるものである。先ずステップ１（図
では、Ｓ１のように略記する）で、始動時の触媒温度Ｔ
ｃ０が、所定温度Ｋ１以下か否かを判定する。所定温度
Ｋ１は、例えば３００℃であり、始動時の触媒温度Ｔｃ
０がこの所定温度Ｋ１以下の場合には、三元触媒は未活
性と判断し、第２排気再燃焼器８による排気再燃焼を行
い、触媒を加熱する。具体的には、始動時触媒温度Ｔｃ
０がＫ１以下の場合は、ステップ２に進み、排気再燃焼
に必要な燃料増量を行う。例えば目標空燃比ＴＦＢＹＡ
として、排気再燃焼に必要なリッチな空燃比ＴＦＥＧＣ
を用いて、燃料を噴射する。そして、ステップ３に進
み、排気再燃焼に必要な２次空気量を、吸入空気量Ｑａ
と目標空燃比ＴＦＥＧＣとから演算し、２次空気ポンプ
３によって２次空気を供給するとともに、ステップ４
で、第２点火プラグ９を作動させ、第２排気再燃焼器８
における再燃焼を行う。

【００４０】次にステップ５では、触媒温度Ｔｃが所定
温度Ｋ２以上か否かを判定する。この所定温度Ｋ２は、
例えば３５０℃であり、触媒温度Ｔｃがこの所定温度Ｋ
２以上の場合には、三元触媒は完全に活性であると判断
する。所定温度Ｋ２未満の場合は、引き続き第２排気再
燃焼器８で排気を再燃焼させて触媒の暖機を続ける。

【００４１】三元触媒が完全に活性したと判定した場合
は、ステップ５からステップ６に進み、第１点火プラグ
５を作動させる。なお、空燃比のリッチ化ならびに２次
空気の供給はそのまま継続する。第１点火プラグ５の点
火によって、第１排気再燃焼器４において排気の再燃焼
が行われ、ＨＣ吸着剤６が加熱される。これにより吸着
していたＨＣが脱離し、下流側の触媒装置１０において
浄化処理される。

【００４２】次にステップ７に進み、ＨＣ吸着剤６の内
部温度Ｔｋが所定温度Ｋｄ以上であるか否かを判定す
る。所定温度Ｋｄは、例えば３５０℃であり、吸着剤温
度Ｔｋが所定温度Ｋｄ以上の場合には、ＨＣ吸着剤６に
吸着していたＨＣが完全に脱離したと判断する。

【００４３】所定温度Ｋｄ未満の場合は、ＨＣの脱離が
終了していないと判断し、引き続き第１排気再燃焼器４
で排気を再燃焼させてＨＣ吸着剤６の加熱、脱離処理を
続ける。

【００４４】ステップ７でＨＣ吸着剤６に吸着していた
ＨＣが完全に脱離したと判断した場合には、ステップ８
に進み、目標空燃比ＴＦＢＹＡを理論空燃比に戻す。そ
してステップ９で２次空気ポンプ３を停止し、ステップ
１０で第１，第２点火プラグ５，９の作動を停止して、
本ルーチンを終了する。

【００４５】次に、第２実施例を図３〜図１４に基づい
て説明する。これは、前述した触媒温度センサ１１およ
び吸着剤温度センサ７を用いずに、それぞれの温度変化
を推定し、第１，第２排気再燃焼器４，８の作動を制御
するようにしたものである。

【００４６】まず触媒装置１０の触媒の活性を判定する
手法について説明する。

【００４７】第２排気再燃焼器８での排気再燃焼による
発熱量Ｈｅｇｃを考えると、図３に示すように、目標空
燃比ＴＦＢＹＡに応じて排気再燃焼による排気ガスの温
度上昇が異なるので、空燃比ＴＦＢＹＡに応じた温度上
昇率Ｔｅｇｃの値を、図４に示すようなマップより算出
し、この温度上昇率Ｔｅｇｃに吸入空気量Ｑａを乗じ
て、その発熱量Ｈｅｇｃを算出する。つまり、Ｈｅｇｃ
＝Ｔｅｇｃ×Ｑａとなる。

【００４８】そのため、ある時間までの発熱量は、上記
の発熱量Ｈｅｇｃの積算量になり、Σ（Ｔｅｇｃ×Ｑ
ａ）として計算できる。

【００４９】排気再燃焼により加熱している時は、排気
を再燃焼しているために触媒装置１０に入る排気ガス中
には未燃ガスがほとんど存在しない。そのため触媒装置
１０内部での発熱は考慮しなくて良い。

【００５０】次に、始動時水温Ｔｗｉｎｔから、図５の
ような既知の特性に基づき始動時の触媒温度Ｔｃｉｎｔ
を予測する。具体的には図６のようなマップから算出す
る。

【００５１】触媒装置１０の熱容量をＮｃａｔとする
と、ある時間における触媒温度Ｔｃは以下の式で算出す
ることができる。

【００５２】

【数１】Ｔｃ＝Ｔｃｉｎｔ＋Ｎｃａｔ／Σ（Ｔｅｇｃ×Ｑａ） …（１）そして触媒温度Ｔｃが所定温度Ｋ２（例えば３５０℃）
以上となった時には、触媒が完全に活性したと判断す
る。なお排気を十分に浄化できるだけの触媒容量が完全
に活性していれば良いので、上記の触媒熱容量Ｎｃａｔ
は必ずしも、触媒装置１０全部の熱容量でなくても良
い。

【００５３】次に、ＨＣ吸着剤６の脱離時期を判定する
方法について説明する。

【００５４】先ず、ＨＣ吸着剤６が第１排気再燃焼器４
における排気再燃焼で加熱される前までの吸着剤温度Ｔ
ｋを、始動時水温Ｔｗｉｎｔと内燃機関１の運転履歴よ
り算出する。具体的には、始動時の吸着剤温度Ｔｋｉｎ
ｔと始動時水温Ｔｗｉｎｔとは、図７に示すような関係
があるので、これに基づく図８のようなマップを用い
て、始動時の吸着剤温度Ｔｋｉｎｔを始動時水温Ｔｗｉ
ｎｔから算出する。

【００５５】次に、機関運転条件（Ｔｐ：基本燃料噴射
量とＮ：回転数）に対応する基本排気温度Ｔｈｋを、図
９のような特性で与えられるマップ（図１０参照）より
算出する。また、点火時期ＡＤＶと排気温度は図１１の
ような相関があるので、点火時期ＡＤＶに応じた排気温
度補正係数ｈｔｋを図１２のようなマップより算出す
る。さらに、吸入空気量Ｑａを用いて、次式により排気
熱量Ｈｈを計算する。

【００５６】

【数２】Ｈｈ＝Ｔｈｋ×ｈｔｋ×Ｑａ …（２）ここでエキゾーストマニホールドからＨＣ吸着剤６まで
の排気系における熱容量をＮｅｘとすると、触媒が活性
する時点までの吸着剤温度Ｔｋは、以下の式で算出する
ことができる。

【００５７】

【数３】Ｔｋ＝Ｔｋｉｎｔ＋Ｎｅｘ／Σ（Ｔｈｋ×ｈｔｋ×Ｑａ） …（３）次に、ＨＣ吸着剤６の上流の第１排気再燃焼器４が作動
した後の吸着剤温度Ｔｋを算出するのであるが、これは
上述した触媒装置１０の温度の推定と同様であり、ＨＣ
吸着剤６の熱容量をＮｋ、第１排気再燃焼器４作動直前
の吸着剤温度（上述の計算により求められる最後の温
度）をＴｋｓとすると、第１排気再燃焼器４が作動した
後の吸着剤温度Ｔｋは、次式により求められる。

【００５８】

【数４】Ｔｋ＝Ｔｋｓ＋Ｎｋ／Σ（Ｔｅｇｃ×Ｑａ） …（４）そして、このＨＣ吸着剤温度Ｔｋが、所定温度Ｋｄ（例
えば３５０℃）以上であるかを判断し、吸着剤温度Ｔｋ
がＫｄ以上であれば、ＨＣ吸着剤６に吸着していたＨＣ
が完全に脱離したと判断するのである。

【００５９】図１３および図１４は、上記の判定手法を
用いた具体的な制御の流れを示すフローチャートであ
り、以下、これを説明する。なお、本ルーチンは例えば
クランク軸の回転毎に実行されるものである。

【００６０】先ずステップ１１では、始動時水温Ｔｗｉ
ｎｔから、始動時触媒温度Ｔｃｉｎｔおよび始動時吸着
剤温度Ｔｋｉｎｔを所定のマップを用いて読み込む。ス
テップ１２では、始動時触媒温度Ｔｃｉｎｔが、所定温
度Ｋ１以下か否かを判定する。Ｋ１は例えば３００℃で
あり、始動時触媒温度Ｔｃｉｎｔがこの所定温度Ｋ１以
下の場合は、三元触媒は未活性と判断し、第２排気再燃
焼器８による排気再燃焼を行い、触媒を加熱する。具体
的には、始動時触媒温度ＴｃｉｎｔがＫ１以下の場合、
ステップ１３に進み、排気再燃焼に必要な燃料増量を行
う。例えば目標空燃比ＴＦＢＹＡとして、排気再燃焼に
必要なリッチな空燃比ＴＦＥＧＣを用いて、燃料を噴射
する。そして、ステップ１４に進み、排気再燃焼に必要
な２次空気量を、吸入空気量Ｑａと目標空燃比ＴＦＥＧ
Ｃとから演算し、２次空気ポンプ３によって２次空気を
供給するとともに、ステップ１５で、第２点火プラグ９
を作動させ、第２排気再燃焼器８における再燃焼を行
う。

【００６１】ステップ１６では、目標空燃比ＴＦＢＹＡ
に応じた温度上昇率Ｔｅｇｃをマップより算出し、ステ
ップ１７では、この温度上昇率Ｔｅｇｃに吸入空気量Ｑ
ａを乗じて、その時の発熱量Ｈｅｇｃを算出する。つま
り、Ｈｅｇｃ＝Ｔｅｇｃ×Ｑａとする。

【００６２】次にステップ１８で、触媒温度Ｔｃ_nを計
算する（前述の説明では理解を容易にするために、積算
発熱量である時間における温度で説明したが、実際のエ
ンジンコントロールユニット１２では、ルーチンの実行
の度に計算するので、その時々の発熱量を用いて、温度
を逐次求めている）。

【００６３】

【数５】Ｔｃ_n＝Ｔｃ_n-1＋Ｎｃａｔ／Ｈｅｇｃ …（５）但し、Ｔｃ_n-1は前回求めた温度、Ｎｃａｔは触媒の熱
容量である。

【００６４】ステップ１９〜ステップ２１はＨＣ吸着剤
６の温度を推定する処理を示しており、ステップ１９で
は、基本燃料噴射量Ｔｐと機関回転数Ｎに応じた基本排
気温度Ｔｈｋと、点火時期ＡＤＶに応じた排気温度補正
ｈｔｋとを、それぞれマップより算出し、ステップ２０
で、上記（２）式により排気ガスの熱量Ｈｈを算出す
る。そして、ステップ２１で、次式によりＨＣ吸着温度
Ｔｋ_nを計算する。

【００６５】

【数６】Ｔｋ_n＝Ｔｋ_n-1＋Ｎｅｘ／Ｈｈ …（６）但し、Ｔｋ_n-1は前回求めた温度、Ｎｅｘはエキゾース
トマニホールドからＣ吸着剤６までの排気系の熱容量で
ある。

【００６６】ステップ２２では、先に求めた触媒温度Ｔ
ｃ_nが所定温度Ｋ２（例えば３５０℃）以上か否かを判
定し、Ｋ２以上であれば、三元触媒は完全に活性と判断
する。Ｋ２未満の場合は、引き続き第２排気再燃焼器８
での排気再燃焼を継続する。

【００６７】三元触媒が完全に活性したと判定した場合
は、ステップ２３に進み、第１排気再燃焼器４の作動に
移行する。この段階では、第１排気再燃焼器４で排気を
再燃焼させてＨＣ吸着剤６を加熱するため、先のステッ
プ１９〜２１の計算ではＨＣ吸着剤６の温度推定が不可
能である。

【００６８】そこでステップ２４〜２５でステップ１６
〜１８の触媒温度推定と同様な計算により、ＨＣ吸着剤
６の温度Ｔｋを計算する。まずステップ２４ではステッ
プ１６〜１７と同様に、温度上昇率Ｔｅｇｃに吸入空気
量Ｑａを乗じて、第１排気再燃焼器４での発熱量Ｈｅｇ
ｃを算出する。

【００６９】次にステップ２５で、ＨＣ吸着剤６の温度
Ｔｋ_nを次式から求める。

【００７０】

【数７】Ｔｋ_n＝Ｔｋ_n-1＋Ｎｋ／Ｈｅｇｃ …（７）但し、Ｔｋ_n-1は前回求めた温度、ＮｋはＨＣ吸着剤６
の熱容量である。

【００７１】ステップ２６では上記で求めたＨＣ吸着剤
６の温度Ｔｋ_nが所定温度Ｋｄ（３５０℃）以上か否か
を判定し、Ｋｄ以上の場合、ＨＣ吸着剤６に吸着してい
たＨＣが完全に脱離したと判断する。Ｋｄ未満の場合
は、脱離が終了していないと判断し、引き続き排気を再
燃焼させてＨＣ吸着剤６の加熱、脱離処理を続ける。

【００７２】ＨＣ吸着剤６に吸着していたＨＣが完全に
脱離したと判断した場合、ステップ２７に進み、目標空
燃比ＴＦＢＹＡを理論空燃比に戻す。そして、ステップ
２８で２次空気ポンプ３を停止し、ステップ２９で第
１，第２点火プラグ５，９を停止し、本ルーチンを終了
する。

【００７３】次に図１５〜図１７に基づいて第３の実施
例を説明する。例えば、排気再燃焼器の作動安定のため
に、アイドル運転時のみに限定して排気再燃焼を行うこ
とが考えられるが、このような場合には、温度上昇が概
ね一定の特性となるので、上記のような複雑な計算をせ
ずに、それぞれの排気再燃焼の時間によって触媒活性と
ＨＣ吸着剤６の脱離を判定することが可能である。従っ
て、この第３の実施例では、始動時水温に応じて第２排
気再燃焼器８の燃焼時間および第１排気再燃焼器４の燃
焼時間をそれぞれタイマーによって制御するようにして
いる。

【００７４】図１７のフローチャートは、その具体的な
処理の流れを示したものであり、以下、これを説明す
る。

【００７５】本ルーチンも例えばクランク軸の回転毎に
実行されるものであり、ステップ３０で、始動時水温Ｔ
ｗｉｎｔから始動時触媒温度Ｔｃｉｎｔおよび始動時吸
着温度Ｔｋｉｎｔをマップ（図６，図８）を用いて読み
込み、ステップ３１で始動時触媒温度Ｔｃｉｎｔが所定
温度Ｋ１（例えば３００℃）以下か否かを判定する。所
定温度Ｋ１以下であれば、三元触媒は未活性と判断し、
第２排気再燃焼器８による排気再燃焼を行うべく、ステ
ップ３２に進み、排気再燃焼に必要な燃料増量を行う。
例えば目標空燃比ＴＦＢＹＡとして、排気再燃焼に必要
なリッチな空燃比ＴＦＥＧＣを用いて、燃料を噴射す
る。そして、ステップ３３に進み、排気再燃焼に必要な
２次空気量を、吸入空気量Ｑａと目標空燃比ＴＦＥＧＣ
とから演算し、２次空気ポンプ３によって２次空気を供
給するとともに、ステップ３４で、第２点火プラグ９を
作動させ、第２排気再燃焼器８における再燃焼を行う。

【００７６】ステップ３５では、始動時水温Ｔｗｉｎｔ
から触媒活性に必要な第２排気再燃焼器８の燃焼時間ｔ
ｍｃをマップ（図１５参照）より算出し、ステップ３６
で該第２排気再燃焼器８の作動実時間ｔｍａと燃焼時間
ｔｍｃとを比較する。作動実時間ｔｍａが必要な燃焼時
間ｔｍｃを越えた場合には、三元触媒は完全に活性と判
断する。ｔｍｃ未満の場合は、引き続き第２排気再燃焼
器８で排気を再燃焼させて触媒の暖機を続ける。

【００７７】三元触媒が完全に活性したと判定した場合
はステップ３７に進み、第１点火プラグ５を作動させ
て、第１排気再燃焼器４における排気再燃焼を開始す
る。

【００７８】ステップ３８では、始動時水温Ｔｗｉｎｔ
からＨＣの脱離完了に必要な第１再燃焼器４の燃焼時間
ｔｍｋをマップ（図１６）より算出し、ステップ３９で
該第１排気再燃焼器４の作動実時間ｔｍｂと燃焼時間ｔ
ｍｋとを比較する。作動実時間ｔｍｂが必要な燃焼時間
ｔｍｋを越えた場合には、ＨＣ吸着剤６に吸着していた
ＨＣが完全に脱離したと判断する。ｔｍｋ未満の場合
は、脱離が終了していないと判断し、引き続き第１排気
再燃焼器４で排気を再燃焼させてＨＣ吸着剤６の加熱、
脱離処理を続ける。

【００７９】ＨＣ吸着剤６に吸着していたＨＣが完全に
脱離したと判断した場合、ステップ４０に進み、目標空
燃比ＴＦＢＹＡを理論空燃比に戻し、かつステップ４１
で２次空気ポンプ３を停止するとともに、ステップ４２
で第１，第２点火プラグ５，９を停止し、本ルーチンを
終了する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る排気浄化装置の機械的構成を示す
構成図。

【図２】本発明の第１実施例の処理の流れを示すフロー
チャート。

【図３】本発明の第２実施例における空燃比と排気再燃
焼による温度上昇率との関係を示す特性図。

【図４】この空燃比に対する温度上昇率のマップを示す
説明図。

【図５】始動時水温と始動時触媒温度との関係を示す特
性図。

【図６】この始動時水温に対する始動時触媒温度のマッ
プを示す説明図。

【図７】始動時水温と始動時吸着剤温度との関係を示す
特性図。

【図８】この始動時水温に対する始動時吸着剤温度のマ
ップを示す説明図。

【図９】内燃機関の運転条件と排気温度との関係を示す
特性図。

【図１０】この機関運転条件に対する排気温度のマップ
を示す説明図。

【図１１】点火時期と排気温度との関係を示す特性図。

【図１２】この点火時期に対する排気温度のマップを示
す説明図。

【図１３】本発明の第２実施例の処理の流れを示すフロ
ーチャート。

【図１４】図１３に続くフローチャート。

【図１５】本発明の第３実施例における始動時水温に対
する第２排気再燃焼器の燃焼時間のマップを示す説明
図。

【図１６】同じく始動時水温に対する第１排気再燃焼器
の燃焼時間のマップを示す説明図。

【図１７】本発明の第３実施例の処理の流れを示すフロ
ーチャート。

【符号の説明】

１…内燃機関２…排気管３…２次空気ポンプ４…第１排気再燃焼器５…第１点火プラグ６…ＨＣ吸着剤７…吸着剤温度センサ８…第２排気再燃焼器９…第２点火プラグ１０…触媒装置１１…触媒温度センサ１２…エンジンコントロールユニット１３…吸気管１４…燃料噴射装置

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０１Ｎ 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/24 ＲＺＡＢＺＡＢＥ 3/36 ＺＡＢ 3/36 ＺＡＢＨＦ０２Ｄ 41/02 ＺＡＢＦ０２Ｄ 41/02 ＺＡＢ３３０３３０Ｈ３３０Ａ 41/04 ＺＡＢ 41/04 ＺＡＢ３０５３０５Ｂ (72)発明者土田博文神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に設けられた触媒装
置と、この触媒装置の上流に位置し、かつ点火手段を備
えた第２排気再燃焼器と、上記第２排気再燃焼器の上流
側に位置し、かつ排気ガス中のＨＣ（炭化水素成分）を
吸着するＨＣ吸着剤と、このＨＣ吸着剤のさらに上流側
に位置し、かつ点火手段を備えた第１排気再燃焼器と、
この第１排気再燃焼器へ供給される排気ガスを、可燃性
の状態にする可燃性ガス生成手段と、を備えてなる内燃
機関の排気浄化装置。
【請求項２】上記触媒装置の活性を判定する活性判定
手段と、上記ＨＣ吸着剤からＨＣが脱離したか否かを判
定する脱離判定手段と、内燃機関の低温始動時に、上記
可燃性ガス生成手段による可燃性ガスの供給を行い、上
記触媒装置が活性化するまで上記第２排気再燃焼器を作
動させるとともに、活性化後は、ＨＣの脱離まで第１排
気再燃焼器を作動させる再燃焼制御手段と、をさらに備
えていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排
気浄化装置。
【請求項３】上記可燃性ガス生成手段は、内燃機関の
空燃比を一時的にリッチ状態とする空燃比制御手段と、
上記第１排気再燃焼器の上流側において排気ガス中に２
次空気を供給する２次空気供給装置と、から構成されて
いることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機
関の排気浄化装置。
【請求項４】上記可燃性ガス生成手段は、内燃機関の
一部気筒の空燃比をリッチ状態にするとともに、一部気
筒の空燃比をリーン状態にする空燃比制御手段から構成
されていることを特徴とする請求項１または２に記載の
内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】上記活性判定手段として、該触媒装置の
温度を検出する触媒温度センサを備えていることを特徴
とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】上記脱離判定手段として、該吸着剤の温
度を検出するＨＣ吸着剤温度センサを備えていることを
特徴とする請求項２または５に記載の内燃機関の排気浄
化装置。
【請求項７】上記活性判定手段および上記脱離判定手
段は、内燃機関の始動後の運転履歴によって触媒装置お
よびＨＣ吸着剤の温度をそれぞれ推定するものであるこ
とを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化装
置。
【請求項８】上記活性判定手段および上記脱離判定手
段は、内燃機関の始動後の経過時間から触媒装置および
ＨＣ吸着剤の温度をそれぞれ推定するものであることを
特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。