(57)【要約】【課題】本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、大幅なコストアップを伴うことなしに、内燃機関の始動直後のエミッションを十分に低減することを目的とする。【解決手段】本発明の内燃機関の排気浄化装置は、排気系に設けられた排気浄化触媒と、排気系と吸気系とを接続するＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路を通る排気ガスの量を調整するＥＧＲ弁と、ＥＧＲ通路の途中に設けられ、有害成分を吸着する機能を有するＥＧＲガス浄化器と、排気浄化触媒が活性化していないと判断される場合に、ＥＧＲ弁を開いて排気ガスをＥＧＲ通路に流通させることにより、有害成分をＥＧＲガス浄化器に吸着させる吸着制御手段と、を備える。吸着制御手段は、ＥＧＲガス浄化器の温度が所定の脱離温度に達するまではＥＧＲ弁を開くことによって吸着を続行し、ＥＧＲガス浄化器の温度が脱離温度を超えた場合にはＥＧＲ弁を閉じることによって吸着を終了することが好ましい。【選択図】図４
2010112313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられた排気浄化触媒と、
前記内燃機関の排気系と吸気系とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を通る排気ガスの量を調整するＥＧＲ弁と、
前記ＥＧＲ通路の途中に設けられ、有害成分を吸着する機能を有するＥＧＲガス浄化器と、
前記排気浄化触媒が活性化していないと判断される場合に、前記ＥＧＲ弁を開いて排気ガスを前記ＥＧＲ通路に流通させることにより、有害成分を前記ＥＧＲガス浄化器に吸着させる吸着制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲガス浄化器は、有害成分を吸着する機能と、有害成分を浄化反応させる機能とを兼ね備えたＥＧＲ触媒であ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】
前記ＥＧＲガス浄化器の温度を取得するＥＧＲガス浄化器温度取得手段を備え、
前記吸着制御手段は、前記ＥＧＲガス浄化器の温度が、有害成分が脱離し易くなる所定の脱離温度に達するまでは前記ＥＧＲ弁を開くことによって吸着を続行し、前記ＥＧＲガス浄化器の温度が前記脱離温度を超えた場合には前記ＥＧＲ弁を閉じることによって吸着を終了することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記ＥＧＲガス浄化器の温度を取得するＥＧＲガス浄化器温度取得手段と、
前記内燃機関の吸気弁と排気弁とが共に開くバルブオーバーラップのときに排気通路への吸気ガスの吹き抜けが発生するか否かを判定する吹き抜け判定手段と、
前記吹き抜け判定手段により吸気ガスの吹き抜けが発生すると判定され、且つ、前記ＥＧＲガス浄化器の温度が、有害成分が脱離し易くなる所定の脱離温度より低い場合に、前記ＥＧＲ弁を開いて排気ガスを前記ＥＧＲ通路に流通させることにより、有害成分を前記ＥＧＲガス浄化器に吸着させる吹き抜けガス吸着手段と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記吸着制御手段は、前記内燃機関の始動後のアイドル時に、前記ＥＧＲガス浄化器に有害成分を吸着させることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記吸着制御手段は、前記内燃機関の始動後、第１回目の加速時に、前記ＥＧＲガス浄化器に有害成分を吸着させることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記内燃機関の排気系と吸気系とを接続する第２のＥＧＲ通路と、
前記第２のＥＧＲ通路を通る排気ガスの量を調整する第２のＥＧＲ弁と、
前記第２のＥＧＲ通路の途中に設けられ、有害成分を吸着する機能を有する第２のＥＧＲガス浄化器と、
前記排気浄化触媒が活性化していないと判断される場合に、前記第２のＥＧＲ弁を開いて排気ガスを前記第２のＥＧＲ通路に流通させることにより、有害成分を前記第２のＥＧＲガス浄化器に吸着させる第２の吸着制御手段と、
を備え、
前記吸着制御手段と、前記第２の吸着制御手段とは、異なる時期に吸着を実行することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の冷間始動直後は、エンジン自体の温度が低いため、噴射された燃料が気化しにくい。この燃料の気化不足を補うため、空燃比を理論空燃比より濃くする制御が行われる。また、気化できなかった燃料は、ポート噴射式エンジンの場合には吸気ポートの内壁に付着し、筒内噴射式エンジンの場合には筒内の壁面に付着する。この壁面付着燃料は、遅れて気化し、空燃比を更にリッチ化させる。このようなことから、エンジンの始動直後は、暖機完了後と比べて、筒内が燃料過剰（酸素不足）になり易い。その結果、排気ガス中に、未燃燃料成分であるＨＣ（炭化水素）の量が極めて多くなり易い。
【０００３】
また、エンジンの始動直後は、排気浄化触媒の温度が低く、触媒が活性化していない。このように、エンジンの始動直後においては、エンジンから排出されるＨＣの量自体が多い上に、そのＨＣを触媒が十分に浄化することができない。このため、エンジンの始動直後には、多量のＨＣが大気中に排出され易いという問題がある。
【０００４】
特開２００５−２６４８２１号公報には、ＥＧＲ通路の途中にＥＧＲ触媒を設け、内燃機関の冷間始動時にＥＧＲを行うことにより、ＥＧＲ触媒によって排気を浄化するようにしたシステムが開示されている。
【０００５】
しかしながら、上記公報に記載されたシステムでは、ＥＧＲ触媒の温度が活性温度以上に上昇するまでの期間は、ＨＣを十分に浄化することができない。このため、このシステムでは、エンジン始動直後における大気中へのＨＣの排出を十分に抑制することはできない。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２６４８２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
始動直後のエンジンから出る多量のＨＣを大気中に排出することを防止するために、ＨＣを一時的に吸着することのできる吸着材を排気系に設け、排気浄化触媒の温度が十分に上昇するまでの間、排気ガス中のＨＣをその吸着材で捕捉しようとする技術が従来より提案されている。しかしながら、この技術には、次のような問題がある。
【０００８】
排気ガスを吸着材に流していくと、吸着材の温度が徐々に上昇していく。吸着材は、その温度が所定の脱離温度（例えば１００℃程度）以上になると、吸着したＨＣを脱離させ易くなる。一方、排気浄化触媒の活性温度は、例えば３５０℃程度であり、吸着材の脱離温度とは大きな乖離がある。よって、吸着材の温度が脱離温度に達した時点では、排気浄化触媒の温度は未だ活性温度よりかなり低い状態にある。この時点で吸着材からＨＣが脱離してしまうと、そのＨＣが排気浄化触媒で浄化されずに大気中へ排出されてしまう。従って、吸着材の温度が脱離温度に達する前に、排気ガスの経路を切り換え、排気ガスが吸着材に流れないようにすることが必須である。そのためには、吸着材をバイパスして排気ガスを流すためのバイパス通路と、排気ガスの流路を切り換えるための流路切換弁とを排気系に設けることが必要となる。このため、大幅なコストアップが避けられない。
【０００９】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、内燃機関の始動直後のエミッションを十分に低減することができ、且つ、大幅なコストアップを伴うことのない内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の排気系に設けられた排気浄化触媒と、
前記内燃機関の排気系と吸気系とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を通る排気ガスの量を調整するＥＧＲ弁と、
前記ＥＧＲ通路の途中に設けられ、有害成分を吸着する機能を有するＥＧＲガス浄化器と、
前記排気浄化触媒が活性化していないと判断される場合に、前記ＥＧＲ弁を開いて排気ガスを前記ＥＧＲ通路に流通させることにより、有害成分を前記ＥＧＲガス浄化器に吸着させる吸着制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記ＥＧＲガス浄化器は、有害成分を吸着する機能と、有害成分を浄化反応させる機能とを兼ね備えたＥＧＲ触媒であることを特徴とする。
【００１２】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記ＥＧＲガス浄化器の温度を取得するＥＧＲガス浄化器温度取得手段を備え、
前記吸着制御手段は、前記ＥＧＲガス浄化器の温度が、有害成分が脱離し易くなる所定の脱離温度に達するまでは前記ＥＧＲ弁を開くことによって吸着を続行し、前記ＥＧＲガス浄化器の温度が前記脱離温度を超えた場合には前記ＥＧＲ弁を閉じることによって吸着を終了することを特徴とする。
【００１３】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記ＥＧＲガス浄化器の温度を取得するＥＧＲガス浄化器温度取得手段と、
前記内燃機関の吸気弁と排気弁とが共に開くバルブオーバーラップのときに排気通路への吸気ガスの吹き抜けが発生するか否かを判定する吹き抜け判定手段と、
前記吹き抜け判定手段により吸気ガスの吹き抜けが発生すると判定され、且つ、前記ＥＧＲガス浄化器の温度が、有害成分が脱離し易くなる所定の脱離温度より低い場合に、前記ＥＧＲ弁を開いて排気ガスを前記ＥＧＲ通路に流通させることにより、有害成分を前記ＥＧＲガス浄化器に吸着させる吹き抜けガス吸着手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記吸着制御手段は、前記内燃機関の始動後のアイドル時に、前記ＥＧＲガス浄化器に有害成分を吸着させることを特徴とする。
【００１５】
また、第６の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記吸着制御手段は、前記内燃機関の始動後、第１回目の加速時に、前記ＥＧＲガス浄化器に有害成分を吸着させることを特徴とする。
【００１６】
また、第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関の排気系と吸気系とを接続する第２のＥＧＲ通路と、
前記第２のＥＧＲ通路を通る排気ガスの量を調整する第２のＥＧＲ弁と、
前記第２のＥＧＲ通路の途中に設けられ、有害成分を吸着する機能を有する第２のＥＧＲガス浄化器と、
前記排気浄化触媒が活性化していないと判断される場合に、前記第２のＥＧＲ弁を開いて排気ガスを前記第２のＥＧＲ通路に流通させることにより、有害成分を前記第２のＥＧＲガス浄化器に吸着させる第２の吸着制御手段と、
を備え、
前記吸着制御手段と、前記第２の吸着制御手段とは、異なる時期に吸着を実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
第１の発明によれば、内燃機関の排気浄化触媒が活性化していないと判断される場合に、ＥＧＲ弁を開いて排気ガスをＥＧＲ通路に流通させることにより、有害成分をＥＧＲガス浄化器に吸着させることができる。これにより、排気浄化触媒の温度が十分に上昇していないとき（冷間始動直後など）に、大気中への有害成分の排出量を確実に低減することができる。また、第１の発明によれば、既存のＥＧＲ通路およびＥＧＲ弁を用いて、吸着の開始および停止を切換制御することができる。このため、第１の発明では、排気系に設けた吸着材に有害成分を吸着させる場合とは異なり、排気系にバイパス通路や流路切換弁を新たに設置する必要がない。よって、製造コストの上昇を抑えることができ、また、システムの複雑化・大型化を防止することもできる。
【００１８】
第２の発明によれば、有害成分を吸着する機能と、有害成分を浄化反応させる機能とを兼ね備えたＥＧＲ触媒をＥＧＲガス浄化器として用いることができる。これにより、ＥＧＲ通路内のデポジットの堆積防止や、排気ガス中のすすの低減が図れる。
【００１９】
第３の発明によれば、ＥＧＲガス浄化器の温度が脱離温度に達するまではＥＧＲ弁を開くことによって吸着を続行し、ＥＧＲガス浄化器の温度が脱離温度を超えた場合にはＥＧＲ弁を閉じることによって吸着を終了することができる。これにより、ＥＧＲガス浄化器に一旦吸着された有害成分が脱離することをより確実に防止することができる。このため、大気中への有害成分の排出量を更に低減することができる。
【００２０】
第４の発明によれば、吸気ガスの吹き抜けが発生すると判定され、且つ、ＥＧＲガス浄化器の温度が脱離温度より低い場合に、ＥＧＲ弁を開いて排気ガスをＥＧＲ通路に流通させることにより、有害成分をＥＧＲガス浄化器に吸着させることができる。これにより、高負荷運転時にバルブオーバーラップを長くした場合などにおいて、吸気ガスの吹き抜けに乗って排気ポートに流れる有害成分をＥＧＲガス浄化器に吸着させることができる。このため、大気中への有害成分の排出量を更に低減することができる。
【００２１】
第５の発明によれば、内燃機関の始動後のアイドル時における大気中への有害成分排出量を十分に低減することができる。
【００２２】
第６の発明によれば、内燃機関の始動後の第１回目の加速時における大気中への有害成分排出量を十分に低減することができる。
【００２３】
第７の発明によれば、２系統のＥＧＲ通路を備えたシステムにおいて、２つのＥＧＲガス浄化器に、それぞれ異なる時期に有害成分を吸着させることができる。これにより、その両方の時期において、大気中への有害成分排出量を十分に低減することができる。このため、全体としての大気中への有害成分排出量をより確実に低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。
【００２５】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、車両等に搭載され、その動力源とされる。図１に示す内燃機関１０は、直列４気筒型であるが、本発明では、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
【００２６】
内燃機関１０の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射する燃料インジェクタ１２が設置されている。なお、本発明は、このような筒内噴射式の内燃機関に限らず、吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関にも同様に適用可能である。
【００２７】
内燃機関１０の各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド２０により集合されて排気通路１８に流入する。本実施形態の内燃機関１０は、排気ガスのエネルギーによって過給を行うターボチャージャ２４を備えている。ターボチャージャ２４は、排気ガスのエネルギーによって回転するタービン２４１と、このタービン２４１に駆動されて回転するコンプレッサ２４２とを有している。タービン２４１は、排気通路１８の途中に配置されており、コンプレッサ２４２は、吸気通路２８の途中に配置されている。
【００２８】
タービン２４１の下流側の排気通路１８には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化触媒２６が設置されている。
【００２９】
内燃機関１０の吸気通路２８の入口付近には、エアクリーナ３０が設けられている。また、エアクリーナ３０の下流近傍には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３８が設置されている。
【００３０】
コンプレッサ２４２の下流側の吸気通路２８には、インタークーラ３２が設置されている。エアクリーナ３０を通って吸入された空気は、ターボチャージャ２４のコンプレッサ２４２で圧縮された後、インタークーラ３２で冷却される。インタークーラ３２を通過した新気は、吸気マニホールド３４を通って、各気筒内に流入する。また、インタークーラ３２と吸気マニホールド３４との間には、スロットル弁３６が設置されている。
【００３１】
内燃機関１０は、排気ガスの一部を吸気通路２８に還流させるＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うための装置を備えている。特に、本実施形態の内燃機関１０は、ＥＧＲ装置を２つ備えている。すなわち、本実施形態の内燃機関１０は、高圧ＥＧＲを行うための高圧ＥＧＲ通路４０と、低圧ＥＧＲを行うための低圧ＥＧＲ通路４２とを備えている。
【００３２】
高圧ＥＧＲ通路４０は、タービン２４１より上流側の排気系（図１の構成では排気マニホールド２０）と、インタークーラ３２の下流側の吸気通路２８とを接続している。高圧ＥＧＲ通路４０の途中には、排気マニホールド２０側から順に、高圧ＥＧＲ触媒４１と、高圧ＥＧＲクーラ４３と、高圧ＥＧＲ弁４４とが設けられている。
【００３３】
低圧ＥＧＲ通路４２は、排気浄化触媒２６より下流側の排気通路１８と、コンプレッサ２４２の上流側の吸気通路２８とを接続している。低圧ＥＧＲ通路４２の途中には、排気通路１８側から順に、低圧ＥＧＲ触媒４５と、低圧ＥＧＲクーラ４６と、低圧ＥＧＲ弁４７が設けられている。
【００３４】
高圧ＥＧＲ触媒４１および低圧ＥＧＲ触媒４５は、共に、還流する排気ガス（以下、「ＥＧＲガス」とも称する）中の有害成分を浄化する機能に加えて、有害成分（特にＨＣ）を吸着する機能を有している。このような高圧ＥＧＲ触媒４１および低圧ＥＧＲ触媒４５としては、例えば、ゼオライト等を含む吸着材層と、貴金属を含む触媒層とを担体の表面に積層形成したものを用いることができる。
【００３５】
図２は、図１に示す内燃機関１０の一つの気筒の断面を示す図である。以下、内燃機関１０について更に説明する。図２に示すように、内燃機関１０のクランク軸６０の近傍には、クランク軸６０の回転角度（クランク角）を検出するクランク角センサ６２が取り付けられている。
【００３６】
また、内燃機関１０は、吸気弁５２の開弁特性のうち、少なくとも閉じ時期を可変とする吸気可変動弁装置５４と、排気弁５６の開弁特性のうち、少なくとも開き時期を可変とする排気可変動弁装置５８とを備えている。吸気可変動弁装置５４および排気可変動弁装置５８の具体的な構成は特に限定されるものではなく、公知の各種の機構によって実現することができる。
【００３７】
なお、本実施形態においては、吸気可変動弁装置５４および排気可変動弁装置５８は、なくてもよい。すなわち、本実施形態では、吸気弁５２および排気弁５６の開弁特性が固定であってもよい。
【００３８】
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を更に備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータに加え、車両の運転席に設けられたアクセルペダルの位置（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４８と、車速を検出する車速センサ４９とが電気的に接続されている。ＥＣＵ５０は、各センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。
【００３９】
本実施形態のシステムでは、ＥＧＲを実行する場合、内燃機関１０の運転状態（負荷、エンジン回転数等）に応じて、高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲとを切り替える。低負荷側の運転領域においては、原則として、高圧ＥＧＲが実行される。燃料噴射量の少ない低負荷側の運転領域では、筒内温度が低い傾向にあるので、排気ガス中のＨＣが多くなり易い。この場合に、高圧ＥＧＲを実行すれば、ＨＣを低減することができる。すなわち、高圧ＥＧＲでは、タービン２４１の上流の高温の排気ガスが、ＥＧＲガスとして吸気系へ還流する。これにより、筒内温度を十分にアップすることができるので、排気ガス中のＨＣを低減することができる。
【００４０】
一方、高負荷側の運転領域では、原則として、低圧ＥＧＲが実行される。燃料噴射量の多い高負荷側の運転領域では、筒内温度（燃焼温度）が高い傾向にあるので、排気ガス中のＮＯｘが多くなり易い。この場合に、低圧ＥＧＲを実行することにより、燃焼温度を十分に低下させることができるので、ＮＯｘを低減することができる。
【００４１】
また、中負荷領域においては、高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲとの双方を実行するようにしてもよい。
【００４２】
高圧ＥＧＲ触媒４１および低圧ＥＧＲ触媒４５は、その温度が活性温度より高い場合、ＥＧＲガス中のＨＣ等の有害成分を浄化することができる。このため、本実施形態では、ＥＧＲ通路内にデポジットが堆積することを防止することができるとともに、排気ガス中のすすを低減することができる。
【００４３】
また、高圧ＥＧＲ触媒４１および低圧ＥＧＲ触媒４５は、その温度が低いときには、ＨＣを吸着することができる。ただし、その温度が脱離温度（例えば１００℃程度）を超えると、吸着されたＨＣは脱離する。
【００４４】
内燃機関１０の冷間始動直後は、内燃機関１０から排出されるＨＣの量が暖機完了後より多い上に、排気浄化触媒２６が未だ活性化していない。このため、大気中へのＨＣ排出量が多くなり易いという問題がある。この問題を解決するため、本実施形態では、排気浄化触媒２６が活性温度に達していないときには、高圧ＥＧＲ弁４４または低圧ＥＧＲ弁４７を開くことにより、高圧ＥＧＲまたは低圧ＥＧＲを実行することとした。高圧ＥＧＲまたは低圧ＥＧＲを実行すると、排気ガス中のＨＣを高圧ＥＧＲ触媒４１または低圧ＥＧＲ触媒４５に吸着させることができる。よって、大気中へのＨＣの排出量を低減することができる。
【００４５】
前述したように、高圧ＥＧＲ触媒４１および低圧ＥＧＲ触媒４５の温度が脱離温度を超えると、吸着されたＨＣが脱離してしまう。高圧ＥＧＲ触媒４１および低圧ＥＧＲ触媒４５の温度が脱離温度を超えた時点では、排気浄化触媒２６の温度は未だ活性温度まで上昇していない。このため、この時点でＨＣを脱離させてしまうと、ＨＣが大気中へ排出されてしまう。そこで、本実施形態では、高圧ＥＧＲ触媒４１または低圧ＥＧＲ触媒４５へのＨＣの吸着を実行した場合には、その温度が脱離温度に達した時点で高圧ＥＧＲ弁４４または低圧ＥＧＲ弁４７を閉じて吸着を終了するようにした。これにより、吸着を行う際に、高圧ＥＧＲ触媒４１または低圧ＥＧＲ触媒４５の温度が脱離温度を超えて上昇することを確実に防止することができる。このため、一旦吸着されたＨＣが脱離してしまうことをより確実に防止することができる。
【００４６】
図３は、内燃機関１０を搭載した車両の車速と、大気中へのＨＣ排出量とを示すグラフである。横軸の時間は、内燃機関１０の冷間始動時からの経過時間を示す。図３中、実線で示すＨＣ排出量のグラフは、比較例の場合を示す。この図に示すように、一般的に言って、大気中へのＨＣ排出量が多くなり易いのは、始動後に内燃機関１０がアイドル運転しているときと、車両を発進させるために内燃機関１０が第１回目の加速を行うときである。本実施形態によれば、これらのときに、高圧ＥＧＲ触媒４１または低圧ＥＧＲ触媒４５にＨＣを吸着させることにより、大気中へのＨＣ排出量を大幅に低減することができる。なお、図３中、破線で示すＨＣ排出量のグラフは、本実施形態の場合を示す。
【００４７】
また、本実施形態では、アイドル時には高圧ＥＧＲ触媒４１にＨＣを吸着させ、第１加速時には低圧ＥＧＲ触媒４５にＨＣを吸着させることとした。上述したように、ＥＧＲ触媒の温度が脱離温度に達した場合には、吸着を終了する必要がある。このため、アイドル時と第１加速時との双方のＨＣを一つのＥＧＲ触媒に吸着させることは困難である。これに対し、本実施形態では、高圧ＥＧＲ触媒４１と低圧ＥＧＲ触媒４５との２つのＥＧＲ触媒を用いて、アイドル時のＨＣと第１加速時のＨＣとをそれぞれ吸着することができる。このため、大気中へのＨＣ排出量を更に低減することができる。
【００４８】
［実施の形態１における具体的処理］
図４は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行されるものとする。図４に示すルーチンによれば、まず、排気浄化触媒２６の温度が活性温度より低いか否かが判定される（ステップ１００）。ＥＣＵ５０は、内燃機関１０の始動時からのエンジン回転数、燃料噴射量、排気ガス流量等の履歴に基づいて、排気浄化触媒２６の推定温度を算出することができる。上記ステップ１００では、その算出された推定温度と、所定の活性温度（例えば３５０℃）とが比較される。なお、排気ガス流量は、エアフローメータ３８で検出される吸入空気量に基づいて算出することができる。
【００４９】
また、本発明では、排気浄化触媒２６の温度取得方法は、上記の方法に限定されるものではない。例えば、排気浄化触媒２６の入口あるいは出口の排気ガス温度を検出する温度センサを設け、その温度センサの出力に基づいて排気浄化触媒２６の温度を算出してもよい。また、排気浄化触媒２６の床温を検出する温度センサを設け、排気浄化触媒２６の温度を直接に検出してもよい。
【００５０】
上記ステップ１００で、排気浄化触媒２６の温度が活性温度以上であると判定された場合には、排気浄化触媒２６でＨＣ等の有害成分を十分に浄化できると判断できる。この場合には、高圧ＥＧＲ触媒４１や低圧ＥＧＲ触媒４５にＨＣを吸着させる必要はない。そこで、この場合には、通常のＥＧＲ制御が実行される（ステップ１０２）。すなわち、所定のＥＧＲマップに従い、エンジン回転数やエンジン負荷に応じて、高圧ＥＧＲ弁４４および低圧ＥＧＲ弁４７の開度が制御される。
【００５１】
一方、上記ステップ１００で、排気浄化触媒２６の温度が活性温度未満であると判定された場合には、排気浄化触媒２６でＨＣ等の有害成分を十分に浄化できないため、ＨＣの吸着を実行する必要があると判断できる。この場合には、次に、内燃機関１０がアイドル状態であるか否かがエンジン回転数または車速に基づいて判定される（ステップ１０４）。
【００５２】
前述したように、本実施形態では、内燃機関１０のアイドル時には、高圧ＥＧＲ触媒４１にＨＣを吸着させることとしている。よって、上記ステップ１０４で、内燃機関１０がアイドル状態であると判定された場合には、次に、高圧ＥＧＲ触媒４１の温度が所定の脱離温度（例えば１００℃）より低いか否かが判定される（ステップ１０６）。ＥＣＵ５０は、高圧ＥＧＲの開始時からのエンジン回転数、燃料噴射量、高圧ＥＧＲ弁４４の開度、排気ガス流量等の履歴に基づいて、高圧ＥＧＲ触媒４１の推定温度を算出することができる。上記ステップ１０６では、その算出された推定温度と、上記脱離温度とが比較される。なお、本発明では、高圧ＥＧＲ触媒４１の温度取得方法は、上記の方法に限定されるものではない。例えば、高圧ＥＧＲ触媒４１の入口あるいは出口のＥＧＲガス温度を検出する温度センサを設け、その温度センサの出力に基づいて高圧ＥＧＲ触媒４１の温度を算出してもよい。また、高圧ＥＧＲ触媒４１の床温を検出する温度センサを設け、高圧ＥＧＲ触媒４１の温度を直接に検出してもよい。
【００５３】
上記ステップ１０６で、高圧ＥＧＲ触媒４１の温度が脱離温度未満であると判定された場合には、ＨＣを高圧ＥＧＲ触媒４１に吸着させることが可能であると判断できる。そこで、この場合には、高圧ＥＧＲ弁４４を開いて高圧ＥＧＲ通路４０に排気ガスを流通させることにより、ＨＣを高圧ＥＧＲ触媒４１に吸着させる処理が実行される（ステップ１０８）。このステップ１０８において、高圧ＥＧＲ弁４４の開度は、要求されるエンジン回転数あるいはエンジントルクを発揮できる範囲内において最大の開度となるように、所定のマップに基づいて算出される。
【００５４】
上記ステップ１０８の処理によれば、図３のＨＣ排出量のグラフの中の破線で示すように、内燃機関１０の始動後のアイドル時における大気中へのＨＣ排出量を大幅に低減することができる。
【００５５】
上記ステップ１０８によって高圧ＥＧＲが開始されると、高圧ＥＧＲ触媒４１の温度が上昇していく。そして、上記ステップ１０６で、高圧ＥＧＲ触媒４１の温度が脱離温度に達したと判定された場合には、高圧ＥＧＲをこれ以上続行するとＨＣが高圧ＥＧＲ触媒４１から脱離してしまうと判断できる。そこで、この場合には、高圧ＥＧＲ弁４４を閉じることにより、高圧ＥＧＲ触媒４１へのＨＣの吸着が停止される。
【００５６】
一方、上記ステップ１０４で、内燃機関１０がアイドル状態でないと判定された場合には、次に、内燃機関１０が始動後の第１回目の加速状態であるか否かがエンジン回転数または車速に基づいて判定される（ステップ１１２）。
【００５７】
前述したように、本実施形態では、内燃機関１０の第１加速時には、低圧ＥＧＲ触媒４５にＨＣを吸着させることとしている。よって、上記ステップ１１２で、内燃機関１０が第１加速状態であると判定された場合には、次に、低圧ＥＧＲ触媒４５の温度が所定の脱離温度（例えば１００℃）より低いか否かが判定される（ステップ１１４）。ＥＣＵ５０は、低圧ＥＧＲの開始時からのエンジン回転数、燃料噴射量、低圧ＥＧＲ弁４７の開度、排気ガス流量等の履歴に基づいて、低圧ＥＧＲ触媒４５の推定温度を算出することができる。上記ステップ１１４では、その算出された推定温度と、上記脱離温度とが比較される。なお、本発明では、低圧ＥＧＲ触媒４５の温度取得方法は、上記の方法に限定されるものではない。例えば、低圧ＥＧＲ触媒４５の入口あるいは出口のＥＧＲガス温度を検出する温度センサを設け、その温度センサの出力に基づいて低圧ＥＧＲ触媒４５の温度を算出してもよい。また、低圧ＥＧＲ触媒４５の床温を検出する温度センサを設け、低圧ＥＧＲ触媒４５の温度を直接に検出してもよい。
【００５８】
上記ステップ１１４で、低圧ＥＧＲ触媒４５の温度が脱離温度未満であると判定された場合には、ＨＣを低圧ＥＧＲ触媒４５に吸着させることが可能であると判断できる。そこで、この場合には、低圧ＥＧＲ弁４７を開いて低圧ＥＧＲ通路４２に排気ガスを流通させることにより、ＨＣを低圧ＥＧＲ触媒４５に吸着させる処理が実行される（ステップ１１６）。このステップ１１６において、低圧ＥＧＲ弁４７の開度は、要求されるエンジン回転数あるいはエンジントルクを発揮できる範囲内において最大の開度となるように、所定のマップに基づいて算出される。
【００５９】
上記ステップ１１６の処理によれば、図３のＨＣ排出量のグラフの中の破線で示すように、内燃機関１０の始動後の第１加速時における大気中へのＨＣ排出量を大幅に低減することができる。
【００６０】
上記ステップ１１６の処理によって低圧ＥＧＲが開始されると、低圧ＥＧＲ触媒４５の温度が上昇していく。そして、上記ステップ１１４で、低圧ＥＧＲ触媒４５の温度が脱離温度に達したと判定された場合には、低圧ＥＧＲをこれ以上続行するとＨＣが低圧ＥＧＲ触媒４５から脱離してしまうと判断できる。そこで、この場合には、低圧ＥＧＲ弁４７を閉じることにより、低圧ＥＧＲ触媒４５へのＨＣの吸着が停止される。
【００６１】
高圧ＥＧＲ触媒４１および低圧ＥＧＲ触媒４５へのＨＣの吸着が終了した後、車両が走行を続けると、排気浄化触媒２６の温度が上昇していき、やがて活性温度以上となる。排気浄化触媒２６の温度が活性温度以上になると、上述したステップ１０２の処理によって、通常のＥＧＲ制御が開始される。この通常のＥＧＲ制御において、高圧ＥＧＲや低圧ＥＧＲが実行されると、高圧ＥＧＲ触媒４１や低圧ＥＧＲ触媒４５の温度は、脱離温度を超えて上昇する。このため、高圧ＥＧＲ触媒４１や低圧ＥＧＲ触媒４５に吸着されたＨＣは、脱離する。よって、次回の始動時には、高圧ＥＧＲ触媒４１や低圧ＥＧＲ触媒４５に再びＨＣを吸着させることができる。高圧ＥＧＲ触媒４１や低圧ＥＧＲ触媒４５から脱離したＨＣは、内燃機関１０の筒内に還流し、燃焼する。このため、脱離したＨＣが内燃機関１０の出力の一部となるので、燃費改善効果が得られる。
【００６２】
上述した図４に示すルーチンの処理によれば、内燃機関１０の始動直後における大気中へのＨＣ排出量を十分に低減することができる。特に、本実施形態では、始動後のアイドル時のＨＣを高圧ＥＧＲ触媒４１に吸着させ、第１加速時のＨＣを低圧ＥＧＲ触媒４５に吸着させるようにしたので、アイドル時のＨＣ排出量と、第１加速時のＨＣ排出量との双方を十分に低減することができる。なお、本実施形態とは逆に、始動後のアイドル時のＨＣを低圧ＥＧＲ触媒４５に吸着させ、第１加速時のＨＣを高圧ＥＧＲ触媒４１に吸着させるようにしてもよい。
【００６３】
上述したように、本実施形態では、高圧ＥＧＲ触媒４１と低圧ＥＧＲ触媒４５とが異なる時期に吸着を実行するようにしているが、本発明では、高圧ＥＧＲ触媒４１と低圧ＥＧＲ触媒４５とが同時に吸着を実行するようにしてもよい。
【００６４】
本発明によれば、既存のＥＧＲ通路およびＥＧＲ弁を用いて、ＨＣの吸着開始と吸着停止とを切換制御することができる。このため、本発明では、排気系に設けた吸着材にＨＣを吸着させる場合とは異なり、排気系にバイパス通路および流路切換弁を新たに設置する必要がない。よって、製造コストの上昇や、システムの複雑化・大型化を防止することができる。
【００６５】
また、上述した実施の形態１においては、高圧ＥＧＲ通路４０が前記第１の発明における「ＥＧＲ通路」に、高圧ＥＧＲ弁４４が前記第１の発明における「ＥＧＲ弁」に、高圧ＥＧＲ触媒４１が前記第１の発明における「ＥＧＲガス浄化器」に、低圧ＥＧＲ通路４２が前記第７の発明における「第２のＥＧＲ通路」に、低圧ＥＧＲ弁４７が前記第７の発明における「第２のＥＧＲ弁」に、低圧ＥＧＲ触媒４５が前記第７の発明における「第２のＥＧＲガス浄化器」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１００〜１１０の処理を実行することにより前記第１の発明における「吸着制御手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第３の発明における「ＥＧＲガス浄化器温度取得手段」が、上記ステップ１１２〜１１８の処理を実行することにより前記第７の発明における「第２の吸着制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００６６】
実施の形態２．
次に、図５および図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のハードウェア構成は、前述した実施の形態１と同様である。本実施形態は、ＥＣＵ５０に、後述する図５または図６に示すルーチンを実行させることにより、実現することができる。
【００６７】
本実施形態の内燃機関１０は、吸気可変動弁装置５４により吸気弁５２の閉じ時期を遅くし、排気可変動弁装置５８により排気弁５６の開き時期を早くすることにより、吸気弁５２の開弁期間と排気弁５６の開弁期間との重なりを設けることができる。この重なりをバルブオーバーラップと言う。すなわち、バルブオーバーラップの期間においては、吸気弁５２と排気弁５６とが共に開いた状態となる。ＥＣＵ５０は、高負荷運転時には、バルブオーバーラップが長くなるように、吸気可変動弁装置５４および排気可変動弁装置５８を制御する。これにより、体積効率を向上することができる。
【００６８】
しかしながら、高負荷運転時にバルブオーバーラップを長くした場合、次のような問題がある。本実施形態の内燃機関１０は、ターボチャージャ２４を備えているため、吸気圧（過給圧）が排気圧より高くなる場合がある。このため、バルブオーバーラップ状態のとき、吸気ポートから筒内に流入した吸気ガスがそのまま排気ポートへ吹き抜けること（以下、単に「吹き抜け」と称する）が起こり易い。吹き抜けが発生すると、筒内の壁面（ポート噴射式エンジンの場合には、吸気ポートの内壁）に付着している燃料が揮発して生成された未燃ＨＣが、吹き抜けに乗ってそのまま排気ポートへ排出されてしまう。そうすると、排気浄化触媒２６がＨＣを浄化し切れなくなり、ＨＣが大気中へ排出されてしまうおそれがある。
【００６９】
本実施形態では、吹き抜けに伴うＨＣの排出を防止するため、吹き抜けが発生する運転条件のとき、ＥＧＲ触媒の温度が脱離温度より低い場合には、ＥＧＲ触媒にＨＣを吸着させることとした。この場合、本実施形態では、高圧ＥＧＲ触媒４１にＨＣを吸着させてもよいし、低圧ＥＧＲ触媒４５にＨＣを吸着させてもよいし、高圧ＥＧＲ触媒４１と低圧ＥＧＲ触媒４５との双方にＨＣを吸着させてもよい。そこで、以下の説明では、高圧ＥＧＲ触媒４１および低圧ＥＧＲ触媒４５を総称してＥＧＲ触媒と言い、高圧ＥＧＲ弁４４および低圧ＥＧＲ弁４７を総称してＥＧＲ弁と言う。
【００７０】
［実施の形態２における具体的処理］
図５は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図５に示すルーチンによれば、まず、吹き抜けが発生する運転条件であるか否かが判定される（ステップ１３０）。このステップ１３０では、例えば、現在の吸気可変動弁装置５４および排気可変動弁装置５８の状態を検出することによりバルブオーバーラップの長さが算出され、バルブオーバーラップの長さが所定値より大きい場合には、吹き抜けが生ずると判定される。
【００７１】
上記ステップ１３０で、吹き抜けが発生しないと判定された場合には、ＥＧＲ触媒にＨＣを吸着させる必要はない。このため、この場合には、通常のＥＧＲ制御が実行される（ステップ１３２）。これに対し、上記ステップ１３０で、吹き抜けが発生すると判定された場合には、次に、ＥＧＲ触媒の温度が脱離温度より低いか否かが判定される（ステップ１３４）。このステップ１３４でＥＧＲ触媒の温度が脱離温度以上である判定された場合には、ＥＧＲ触媒にＨＣを吸着させることはできない。このため、この場合には、通常のＥＧＲ制御が実行される（ステップ１３２）。
【００７２】
一方、上記ステップ１３４でＥＧＲ触媒の温度が脱離温度より低いと判定された場合には、ＥＧＲ触媒にＨＣを吸着させることが可能である。そこで、この場合には、ＥＧＲ弁を開いてＥＧＲ触媒に排気ガスを流通させることにより、ＨＣをＥＧＲ触媒に吸着させる処理が実行される（ステップ１３６）。このステップ１３６において、ＥＧＲ弁の開度は、要求されるエンジン回転数あるいはエンジントルクを発揮できる範囲内において最大の開度となるように、所定のマップに基づいて算出される。
【００７３】
上述した図５に示すルーチンの処理によれば、高負荷運転時のバルブオーバーラップによって吹き抜けが発生した場合に、この吹き抜けに乗って排気系に流入した未燃ＨＣを、ＥＧＲ触媒に吸着させることができる。このため、高負荷運転時に大気中へＨＣが排出されることを確実に抑制することができる。
【００７４】
なお、本実施形態では、ＥＧＲ触媒にＨＣを吸着させた後、吹き抜けが発生する条件での運転が終了するまで、ＥＧＲ弁を閉じる（つまりＥＧＲを禁止する）ように制御してもよい。図６は、そのように制御する場合にＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。以下、図６において、図５に示すステップと同様のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
【００７５】
図６に示すルーチンでは、図５に示すルーチンと比べ、ステップ１３８が追加されている。ＥＧＲ触媒に排気ガスを流通させてＨＣを吸着させると、ＥＧＲ触媒の温度が上昇していく。このため、ＥＧＲ触媒の温度がやがて脱離温度に達する。図６に示すルーチンによれば、ステップ１３４において、ＥＧＲ触媒の温度が脱離温度に達したと判定された場合には、ＥＧＲ弁を閉じることによりＥＧＲを停止する処理が実行される（ステップ１３８）。これにより、ＥＧＲ触媒の温度が脱離温度を超えて上昇することが防止されるので、ＥＧＲ触媒からＨＣが脱離することが回避される。その後、図６に示すルーチンによれば、ステップ１３０において、吹き抜けが発生する条件での運転が終了したと判定された場合には、通常のＥＧＲ制御が開始される（ステップ１３２）。この通常のＥＧＲ制御において、さきほどＨＣを吸着したＥＧＲ触媒に排気ガスが流れることにより、ＥＧＲ触媒の温度が脱離温度を超えて上昇する。その結果、ＥＧＲ触媒からＨＣが脱離し、脱離したＨＣは筒内に還流する。この際、内燃機関１０は、吹き抜けが発生する条件での運転が終了している。このため、ＥＧＲ触媒から脱離して筒内に還流したＨＣが再び排気ポートへ吹き抜けることを確実に防止することができる。
【００７６】
上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１３０の処理を実行することにより前記第４の発明における「吹き抜け判定手段」が、上記ステップ１３４および１３６の処理を実行することにより前記第４の発明における「吹き抜けガス吸着手段」が、それぞれ実現されている。
【００７７】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明は、上述した各実施の形態に限定されるものではない。上述した実施の形態では、高圧ＥＧＲおよび低圧ＥＧＲの、２系統のＥＧＲ経路を備えた内燃機関を例に説明したが、本発明は、高圧ＥＧＲおよび低圧ＥＧＲの何れか一方のみを備えた内燃機関にも適用可能である。また、本発明は、ターボチャージャを備えない内燃機関にも適用可能である。
【００７８】
また、上述した実施の形態では、有害成分を吸着する機能と有害成分を浄化反応させる機能とを兼ね備えたＥＧＲ触媒をＥＧＲ通路に備えた内燃機関を例に説明したが、本発明では、有害成分を吸着する吸着材と、有害成分を浄化反応させる触媒とが別体となってそれぞれＥＧＲ通路に設置されていてもよい。また、本発明では、ＥＧＲ通路に吸着材のみがＥＧＲガス浄化器として設置されていてもよい。すなわち、本発明では、ＥＧＲ通路に触媒が設けられていなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】図１に示す内燃機関の一つの気筒の断面を示す図である。
【図３】内燃機関を搭載した車両の車速と、大気中へのＨＣ排出量とを示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００８０】
１０  内燃機関
１２  燃料インジェクタ
１８  排気通路
２０  排気マニホールド
２４  ターボチャージャ
２４１  タービン
２４２  コンプレッサ
２６  排気浄化触媒
２８  吸気通路
３４  吸気マニホールド
３６  第１の吸気絞り弁
３８  エアフローメータ
４０  高圧ＥＧＲ通路
４１  高圧ＥＧＲ触媒
４２  低圧ＥＧＲ通路
４３  高圧ＥＧＲクーラ
４４  高圧ＥＧＲ弁
４５  低圧ＥＧＲ触媒
４６  低圧ＥＧＲクーラ
４７  低圧ＥＧＲ弁
５０  ＥＣＵ
５２  吸気弁
５４  吸気可変動弁装置
５６  排気弁
５８  排気可変動弁装置
６２  クランク角センサ
６４  ピストン
【図１】
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【図２】
2010112313.tif 000004
【図３】
2010112313.tif 000005
【図４】
2010112313.tif 000006
【図５】
2010112313.tif 000007
【図６】
2010112313.tif 000008