(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒が設けられた排気通路と、前記触媒の上流側の排気通路を、排気ガス中の未燃焼成分を吸着する吸着剤が設けられた第１の通路と前記吸着剤をバイパスする第２の通路とに選択的に切り換える切換弁と、所定条件が成立する場合に、前記吸着剤に吸着している未燃焼成分を前記触媒へ向けてパージすべく、前記触媒の上流側の排気通路が前記第１の通路に切り換わるように前記切換弁を駆動する切換弁制御手段と、を備える内燃機関の排気通路切換装置において、
前記切換弁は、スロットル弁の下流側の吸気通路に生ずる負圧を駆動源として駆動すると共に、
前記吸着剤の温度を検出する状態量検出手段を備え、
前記切換弁制御手段は、内燃機関が前記スロットル弁の開度が所定値以下となるアイドル状態にあり、かつ、前記状態量検出手段により検出された温度が第１の所定値以上となった場合、前記吸着剤に吸着している未燃焼成分のパージを開始すべく、前記触媒の上流側の排気通路が前記第１の通路に切り換わるように前記切換弁を駆動することを特徴とする内燃機関の排気通路切換装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の排気通路切換装置において、
前記切換弁制御手段は、前記状態量検出手段により検出された温度が前記第１の所定値に比して高い第２の所定値に達した場合、前記パージを終了すべく、前記触媒の上流側の排気通路が前記第２の通路に切り換わるように前記切換弁を駆動することを特徴とする内燃機関の排気通路切換装置。
【請求項３】
請求項１記載の内燃機関の排気通路切換装置において、
前記切換弁制御手段は、前記スロットル弁の開度が前記所定値以下となる前に、前記状態量検出手段により検出された温度が前記第１の所定値に比して高い第３の所定値に達した場合は、前記切換弁の駆動を禁止することを特徴とする内燃機関の排気通路切換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気通路切換装置に係り、特に、触媒の上流側の排気通路を、排気ガス中の未燃焼成分を吸着する吸着剤が設けられた通路と該吸着剤をバイパスする通路とに選択的に切り換える切換弁を備え、所定条件が成立する場合に吸着剤に吸着している未燃焼成分を触媒へ向けてパージすべく切換弁を駆動する内燃機関の排気通路切換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば特開平６−５８１３９号に開示される如く、内燃機関から排出される排気ガスを浄化する装置が知られている。この装置は、排気通路を、排気ガス中のＨＣ等の未燃焼成分を吸着する吸着剤が設けられたバイパス通路と、該吸着剤をバイパスする本通路とに選択的に切り換える切換弁を備えている。また、この装置は、吸着剤の下流側の排気通路に設けられ、排気ガスを浄化する触媒を備えている。
【０００３】
内燃機関の始動直後等の冷間時には、排気ガス中に含まれる未燃焼成分が増大する。また、触媒は、冷間時には排気ガス中の未燃焼成分を効果的に浄化することができない。更に、吸着剤は、温度が高いほど未燃焼成分を吸着し難くなり、例えば８０℃を超える付近から、吸着する未燃焼成分を外部へ放出し始める特性を有している。以下、吸着剤が吸着する未燃焼成分を外部へ放出し始める温度を、吸着剤の脱離温度と称す。そこで、上記従来の装置において、切換弁は、冷間時に排気通路をバイパス通路に切り換える。この場合、排気ガスがバイパス通路を流通することで、排気ガス中の未燃焼成分は、吸着剤に吸着される。切換弁は、排気ガスの温度が未燃焼成分の脱離温度に達した場合に、排気通路を本通路に切り換える。この場合は、吸着剤が排気ガスに曝されることはなく、吸着剤から未燃焼成分が多量に脱離するのが防止される。従って、上記従来の装置によれば、排気ガス中の未燃焼成分が多量に大気中に放出されるのを回避することができ、その結果、排気エミッションの悪化を防止することができる。
【０００４】
ところで、吸着剤に未燃焼成分が吸着された場合は、その後、その吸着剤を再生すべく、吸着剤から未燃焼成分を脱離させ、その未燃焼成分を触媒により浄化することが必要となる。以下、吸着剤から未燃焼成分を脱離させることを未燃焼成分の「パージ」と称す。そこで、上記従来の装置においては、触媒の温度が活性可能な温度に達した場合に、切換弁が排気通路を主通路からバイパス通路へ切り換えることにより、吸着剤に吸着されている未燃焼成分の触媒へのパージが開始される。吸着剤から未燃焼成分がパージされると、その分だけ排気中の酸素濃度が減少し、空燃比がリッチ側に変化する。そして、未燃焼成分のパージされる量が減少すると、空燃比のリッチ側への変化量が減少する。従って、未燃焼成分の触媒へのパージは、排気中の空燃比のリッチ側への変化量が低下した場合に、切換弁が排気通路をバイパス通路から主通路へ切り換えることにより終了される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
吸着剤は、上述の如く、温度が脱離温度に達した場合に、吸着する未燃焼成分を外部へ放出し始め、温度が例えば２５０℃近傍に達すると、未燃焼成分がほとんど吸着されていない状態となる。吸着剤に未燃焼成分が吸着されていない場合は、吸着剤からのパージを行う必要はない。しかしながら、上記従来の装置では、吸着剤に未燃焼成分が吸着されていない場合でも、触媒の温度が活性可能な温度に達する毎に、吸着剤からの未燃焼成分のパージが開始されていた。
【０００６】
また、排気中の空燃比は、吸着剤からの未燃焼成分の脱離に起因して変動するだけでなく、内燃機関の運転状態等の要因に応じても変動するものである。このため、上記従来の装置では、吸着剤に多量の未燃焼成分が吸着されているにもかかわらず、そのパージが終了される事態、すなわち、触媒の上流側の排気通路がバイパス通路から主通路へ切り換わるように切換弁が駆動される事態が生じ得る。このように、上記従来の装置では、吸着剤に吸着されている未燃焼成分が適正なタイミングでパージされていなかった。
【０００７】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、適正なタイミングで、吸着剤に吸着されている排気ガス中の未燃焼成分を触媒へ向けてパージすることが可能な内燃機関の排気通路切換装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、請求項１に記載する如く、触媒が設けられた排気通路と、前記触媒の上流側の排気通路を、排気ガス中の未燃焼成分を吸着する吸着剤が設けられた第１の通路と前記吸着剤をバイパスする第２の通路とに選択的に切り換える切換弁と、所定条件が成立する場合に、前記吸着剤に吸着している未燃焼成分を前記触媒へ向けてパージすべく、前記触媒の上流側の排気通路が前記第１の通路に切り換わるように前記切換弁を駆動する切換弁制御手段と、を備える内燃機関の排気通路切換装置において、
前記切換弁は、スロットル弁の下流側の吸気通路に生ずる負圧を駆動源として駆動すると共に、
前記吸着剤の温度を検出する状態量検出手段を備え、
前記切換弁制御手段は、内燃機関が前記スロットル弁の開度が所定値以下となるアイドル状態にあり、かつ、前記状態量検出手段により検出された温度が第１の所定値以上となった場合、前記吸着剤に吸着している未燃焼成分のパージを開始すべく、前記触媒の上流側の排気通路が前記第１の通路に切り換わるように前記切換弁を駆動することを特徴とする内燃機関の排気通路切換装置により達成される。
【００１０】
ところで、吸着剤に吸着されている未燃焼成分の吸着量は、吸着剤の温度に依存する。すなわち、吸着剤は、触媒の上流側の排気通路が第１の通路に切り換わっていなくても、温度が高くなると未燃焼成分を外部へ放出する一方、更に温度が高くなるとすべての未燃焼成分を放出する。また、切換弁は、スロットル弁の下流側の吸気通路に生ずる負圧を駆動源として駆動するため、切換弁を適正に駆動するためには、吸気通路に生ずる負圧をある程度低圧に維持する必要がある。内燃機関の運転中、スロットル弁の開度が所定値以下である場合は、吸気通路にある程度低圧の負圧が生ずる。そこで、切換弁制御手段は、内燃機関がスロットル弁の開度が所定値以下となるアイドル状態にあり、かつ、吸着剤の温度が第１の所定値以上となった場合に、吸着剤に吸着している未燃焼成分のパージを開始すべく、触媒上流側の排気通路が吸着剤のある第１の通路に切り換わるように切換弁を駆動する。このため、本発明によれば、切換弁により排気通路を適正に切り換えることができる状態でかつ適正なタイミングで、吸着剤に吸着されている排気ガス中の未燃焼成分を触媒へ向けてパージすることができる。
【００１２】
尚、請求項２に記載する如く、請求項１記載の内燃機関の排気通路切換装置において、
前記切換弁制御手段は、前記状態量検出手段により検出された温度が前記第１の所定値に比して高い第２の所定値に達した場合、前記パージを終了すべく、前記触媒の上流側の排気通路が前記第２の通路に切り換わるように前記切換弁を駆動することとしてもよい。
【００１５】
ところで、請求項１記載の発明によれば、スロットル弁の開度が所定値以下にならない場合は、切換弁は駆動されない。かかる場合に吸着剤の温度が、吸着剤に吸着している未燃焼成分のパージを開始すべき第１の所定値を超えて、第３の所定値に達した場合は、未燃焼成分が、吸着剤に残存することなくすべて脱離したと判断できる。この場合は、切換弁により排気通路を第１の通路に切り換える必要はない。
【００１６】
従って、請求項３に記載する如く、請求項１記載の内燃機関の排気通路切換装置において、
前記切換弁制御手段は、前記スロットル弁の開度が前記所定値以下となる前に、前記状態量検出手段により検出された温度が前記第１の所定値に比して高い第３の所定値に達した場合は、前記切換弁の駆動を禁止することとしてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例である排気通路切換装置の構成図を示す。また、図２は、本実施例の排気通路切換装置の要部拡大図を示す。本実施例のシステムは、内燃機関用電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）１０を備えており、ＥＣＵ１０により制御される。
【００１８】
図１に示す如く、本実施例のシステムは、内燃機関１２を備えている。内燃機関１２は、筒内へ吸入空気を送り込むためのインテークマニホールド１４、および、筒内で発生した排気ガスを大気へ放出するためのエギゾーストマニホールド１６を備えている。エギゾーストマニホールド１６には、第１排気管１８が接続されている。第１排気管１８の上流側端部近傍には、三元触媒からなるスタートキャタリスト２０が設けられている。第１排気管１８の下流側には、第２排気管２２が接続されている。第２排気管２２の上流側端部近傍には、三元触媒から成る主触媒２４が設けられている。主触媒２４及びスタートキャタリスト２０は共に、温度が例えば３５０℃以上である場合に活性化し、排気ガスを浄化することが可能となる。以下、主触媒２４又はスタートキャタリスト２０が活性化する温度を活性温度と称す。
【００１９】
図１及び図２に示す如く、第１排気管１８と第２排気管２２との接続部には、ＨＣ吸着装置２８が設けられている。ＨＣ吸着装置２８は、第１排気管１８と第２排気管２２とをそれらの中心部において大きな開口面積で連通させる主通路３０と、主通路３０をバイパスして連通させるバイパス通路３２と、第１排気管８と第２排気管２２との連通路を主通路３０とバイパス通路３２とで切り換える切換弁３４と、を備えている。
【００２０】
バイパス通路３２には、ＨＣ吸着剤３６が配設されている。ＨＣ吸着剤３６は、排気ガス中に含まれる未燃焼成分としての炭化水素（ＨＣ）を吸着する機能を有している。また、ＨＣ吸着剤３６は、温度が高いほどＨＣを吸着し難くなり、例えば８０℃を超える付近から、吸着していたＨＣを外部へ放出し始める特性を有している。以下、ＨＣ吸着剤３６が吸着していたＨＣを外部へ放出し始める際の温度を脱離温度と称す。
【００２１】
本実施例のシステムは、また、ダイヤフラム機構４０を備えている。ダイヤフラム機構４０には、ダイヤフラム４２が設けられている。ダイヤフラム４２は、ダイヤフラム機構４０の内部空間を、変圧室４４（図１において左側の部屋）と、大気圧室４６（図１において右側の部屋）とに区画している。ダイヤフラム４２には、作動ロッド４８を介して上記した切換弁３４が連結されている。切換弁３４は、ダイヤフラム４２が撓んでいない状態では全開状態となることにより主通路３０を導通させ、ダイヤフラム４２が変圧室４４側へ最大限に撓んだ状態では全閉状態となることにより主通路３０を遮断する。
【００２２】
大気圧室４６内の圧力は、常時、大気圧に維持されている。また、変圧室４４には、負圧供給配管５０の一端が接続されている。負圧供給配管５０の他端は、バキューム・スイッチング・バルブ（以下、ＶＳＶと称す）５２に接続されている。負圧供給配管５０には、その内部の圧力、すなわち、変圧室４４に供給される圧力（以下、供給圧Ｐと称す）に応じた信号を出力する圧力センサ５４が配設されている。圧力センサ５４の出力信号は、ＥＣＵ１０に供給されている。ＥＣＵ１０は、圧力センサ５４の出力信号に基づいて供給圧Ｐを検出する。尚、圧力センサ５４を変圧室４４に設けることとしてもよい。
【００２３】
ＶＳＶ５２には、インテークマニホールド１４に連通する負圧通路５６が接続されている。また、ＶＳＶ５２は、大気に開放される大気開放口を備えている。ＶＳＶ５２は、オフ状態で負圧供給配管５０を大気開放口に導通させ、一方、ＥＣＵ１０からオン信号が供給された場合に負圧供給配管５０を大気開放口から遮断すると共に負圧通路５６へ導通させる。
【００２４】
負圧通路５６には、チェックバルブ５８が設けられている。チェックバルブ５８は、インテークマニホールド１４の負圧（以下、吸気圧と称す）が負圧供給配管５０側の圧力に比して低圧である場合に、負圧供給配管５０側からインテークマニホールド１４へ向かうガスの流れを許容する一方向弁である。
【００２５】
インテークマニホールド１４の、負圧通路５６が接続する部位の上流側には、流路の有効面積を可変するスロットルバルブ（図示せず）が設けられている。このスロットルバルブの近傍には、そのスロットルバルブの開度（以下、スロットル開度と称す）θに応じた電気信号を出力するスロットルポジションセンサ６０が配設されている。スロットルポジションセンサ６０の出力信号は、ＥＣＵ１０に供給されている。ＥＣＵ１０は、スロットルポジションセンサ６０の出力信号に基づいてスロットル開度θを検出する。
【００２６】
ＥＣＵ１０には、また、内燃機関１２の回転数（以下、機関回転数ＮＥと称す）に応じた信号を出力する機関回転数センサ６２、及び、インテークマニホールド１４を流通する吸入空気の重量（以下、吸入空気量Ｇａと称す）に応じた信号を出力するエアフロメータ６４が接続されている。ＥＣＵ１０は、機関回転数センサ６２の出力信号に基づいて機関回転数ＮＥを検出すると共に、エアフロメータ６４の出力信号に基づいて吸入空気量Ｇａを検出する。
【００２７】
上記の構成において、ＶＳＶ５２がオフ状態である場合、ダイヤフラム機構４０の変圧室４４には、負圧供給配管５０を介して大気圧が導入される。この場合、変圧室４４と大気圧４６とが等圧となるため、ダイヤフラム４２に撓みは生じない。上記の如く、切換弁３４は、ダイヤフラム４２が撓んでいない状態で全開状態となる。従って、ＶＳＶ５２がオフ状態に維持されている場合は、切換弁３４が全開状態となることで、排気ガスの大部分は、第１排気管１８から、バイパス通路３２を経由することなく、すなわち、ＨＣ吸着剤３６を通過することなく、主通路３０を経由して第２排気管２２へ流入する。
【００２８】
一方、ＶＳＶ５２がオン状態である場合、ダイヤフラム機構４０の変圧室４４には、負圧供給配管５０を介して吸気圧が供給される。この場合、変圧室４４の圧力が大気圧室４６の圧力に比して小さくなることで、ダイヤフラム４２に変圧室４４側への撓みが生ずる。上記の如く、切換弁３４は、ダイヤフラム４２が変圧室４４側へ最大限に撓んだ場合に全閉状態となる。従って、ＶＳＶ５２がオン状態になると、切換弁３４が全閉状態となることで、排気ガスは、第１排気管１８から、バイパス通路３２を経由して、すなわち、ＨＣ吸着剤３６を通過して第２排気管２２へ流入する。
【００２９】
このように、切換弁３４、作動ロッド４８、ダイヤフラム機構４０、負圧供給配管５０、及びＶＳＶ５２は、吸気圧を用いて、第１排気管１８と第２排気管２２との接続部における排気ガスの流路を主通路３０とバイパス通路３２とで切り換える機構である。以下、切換弁３４、作動ロッド４８、ダイヤフラム機構４０、負圧供給配管５０、及びＶＳＶ５２を総称する場合は、切換機構と称す。
【００３０】
内燃機関１２の冷間時には、排気ガス中に含まれるＨＣが増大する。また、内燃機関１２の冷間時には、スタートキャタリスト２０及び主触媒２４は活性していないので、スタートキャタリスト２０及び主触媒２４による排気ガスの浄化は効果的に行われない。このため、内燃機関１２の冷間時に、排気ガスがＨＣ吸着剤３６を通過することなく第１排気管１８から第２排気管２２へ流入すると、ＨＣを多量に含む排気ガスが大気へ放出されてしまう。
【００３１】
そこで、本実施例のシステムにおいて、ＥＣＵ１０は、内燃機関１２の冷間時に、ＶＳＶ５２に対してオン信号を供給する。この場合、上記の如く、排気ガスがＨＣ吸着剤３６を通過することで、排気ガスに含まれるＨＣがＨＣ吸着剤３６に吸着される。従って、スタートキャタリスト２０及び主触媒２４による排気ガスの浄化が効果的に行われない冷間時において、ＨＣを多量に含む排気ガスが大気へ放出されるのを防止することができる。
【００３２】
上記の如く、第１排気管１８の上流側端部近傍には、排気ガスを浄化するスタートキャタリスト２０が設けられている。スタートキャタリスト２０は、排気管の、内燃機関１２の燃焼室に近い部位に配設されているため、主触媒２４に比して暖機し易く、活性し易くなっている。スタートキャタリスト２０が活性した後は、内燃機関１２から排出される排気ガス中にＨＣが含まれていても、スタートキャタリスト２０の下流側に多量のＨＣが排出されることはない。このため、スタートキャタリスト２０が活性した後は、排気ガスをＨＣ吸着剤３６を介して流通させる必要はない。すなわち、排気ガスの流通路をバイパス通路３２から主通路３０へ切り換えることとしても何ら問題は生じない。
【００３３】
そこで、本実施例のシステムにおいて、ＥＣＵ１０は、スタートキャタリスト２０の温度（以下、Ｓ／Ｃ温度と称す）が活性温度に達した場合にＶＳＶ５２に対するオン信号の供給を停止する。この場合、排気ガスは、ＨＣ吸着剤３６を通過することなく主通路３０を経由して大気に放出される。
【００３４】
図３は、内燃機関１２の始動が開始された後の、ＨＣ吸着剤３６の温度（以下、ＨＣ温度と称す）と、ＨＣ吸着剤３６に吸着されているＨＣの量（以下、ＨＣ吸着量と称す）との関係を表した図を示す。尚、図３には、本実施例の内燃機関１２を搭載する車両が所定の速度パターンで走行した際の時間変化が示されている。
【００３５】
時刻ｔ＝０において内燃機関の始動が完了した場合、排気ガス中に含まれるＨＣをＨＣ吸着剤３６に吸着すべく、排気ガスの流通路は主通路３０からバイパス通路３２へ切り換わる。この状態は、Ｓ／Ｃ温度が活性温度に達するまで（図３（Ｂ）において斜線で示す時間だけ）維持される。この際、ＨＣ吸着剤３６には多量のＨＣが吸着される。そして、Ｓ／Ｃ温度が活性温度に達すると、排気ガスの流通路がバイパス通路３２から主通路３０へ切り換わる。この場合、排気ガスは、上述の如く、ＨＣ吸着剤３６を通過することなく主通路３０を経由して大気に放出される。
【００３６】
ＨＣ吸着剤３６は、その中を高温の排気ガスが通過しなくても、主通路３０を流通する排気ガスの伝熱により昇温する。ＨＣ吸着剤３６は、ＨＣ温度が脱離温度に達すると、吸着するＨＣを外部へ放出する。このため、ＨＣ吸着剤３６にＨＣが吸着された後、そのＨＣは、排気ガスの流通路が主通路３０に切り換わっていても、図３に示す如く、時刻ｔ＝２００ｓｅｃ近傍においてＨＣ温度が８０℃近傍に達した場合に脱離し始める。
【００３７】
図４は、一分子中の炭素数と沸点との関係を表した図を示す。図４に示す如く、一分子中の炭素数が増加するほど、その沸点も増加する傾向にある。排気ガスがＨＣ吸着剤３６を通過することなく主通路３０を流通する場合、すなわち、ＨＣ吸着剤３６が主通路３０を流通する排気ガスの伝熱により昇温する場合は、ＨＣ温度の最高到達温度は、排気ガスがＨＣ吸着剤３６を通過する場合に比して低い。このため、排気ガスがＨＣ吸着剤３６を通過することなく主通路３０を流通する場合には、その経過時間が多くなっても、ＨＣ吸着剤３６から炭素数の多いＨＣが脱離しないおそれがある。
【００３８】
かかる事態が生ずると、ＨＣ吸着剤３６の吸着性能が低下することで、その後、排気ガス中のＨＣがＨＣ吸着剤３６に適正に吸着されない不都合が生じ得る。従って、ＨＣ吸着剤３６にＨＣが吸着された場合には、その後、ＨＣ吸着剤３６を再生すべく、ＨＣ吸着剤３６からＨＣを確実に脱離させ、そのＨＣを主触媒２４に浄化させることが必要となる。
【００３９】
ＨＣ吸着剤３６が設けられたバイパス通路３２に高温の排気ガスが流通すると、ＨＣ吸着剤３６は、排気ガスからの伝熱に起因して速やかに高温状態となる。この場合は、ＨＣ吸着剤３６に吸着されているＨＣがすべて脱離することとなる。以下、バイパス通路３２に高温の排気ガスを流通させることにより、ＨＣ吸着剤３６からＨＣを脱離させることをＨＣの「強制パージ」と称す。尚、ＨＣ吸着剤３６に多量のＨＣが吸着されている状態で高温の排気ガスがＨＣ吸着剤３６を通過すると、短時間のうちに多量のＨＣがＨＣ吸着剤３６から脱離し、主触媒２４が脱離したすべてのＨＣを有効に浄化できない事態が生じ得る。
【００４０】
そこで、本実施例のシステムにおいて、ＥＣＵ１０は、ＨＣ温度が、ＨＣ吸着剤３６に残存するＨＣがある程度少なくなると判断できる温度に達した場合に、残存するＨＣを主触媒２４へ向けて強制パージすべく、ＶＳＶ５２に対してオン信号を供給する。そして、ＥＣＵ１０は、ＨＣ温度が、ＨＣ吸着剤３６に吸着されているＨＣがすべて脱離すると判断できる温度に達した場合に、ＶＳＶ５２へのオン信号の供給を停止する。本実施例のシステムは、上述のタイミングで、ＨＣ吸着剤３６に吸着するＨＣを強制パージする点に特徴を有している。
【００４１】
ＨＣ吸着剤３６は、内燃機関１２の始動後、内燃機関１２から排出される排気ガスの伝熱により昇温する。ＨＣ吸着剤３６は、単位時間当たりの排気ガス量が多いほど、すなわち、吸入空気量が多いほど昇温し易く、一方、単位時間当たりの排気ガス量が少ないほど、すなわち、吸入空気量が少ないほど昇温し難くなる。そこで、本実施例においては、単位時間ごとに吸入空気量に応じて加減算するＨＣ吸着剤温カウンタを設け、そのカウント値に基づいてＨＣ吸着剤３６の温度（ＨＣ温度）を推定することとする。尚、内燃機関１２の点火時期が遅角されると、排気ガスの温度は上昇する。従って、ＨＣ吸着剤温カウンタのカウント値を、点火時期の遅角量に応じて補正することとしてもよい。
【００４２】
尚、切換弁３４は、インテークマニホールド１４に生ずる負圧（吸気圧）を駆動源にして開閉する。すなわち、インテークマニホールド１４にある程度低圧の負圧が生じていなければ、切換弁３４は開閉駆動することができない。吸気圧は、インテークマニホールド１４内に設けられたスロットルバルブのスロットル開度θに応じて変動する。スロットル開度θが大きい場合には吸気圧が低圧状態になり難く、スロットル開度θが小さい場合には吸気圧が低圧状態となり易い。従って、ＥＣＵ１０は、ＨＣ吸着剤３６に残存するＨＣを強制パージするためのＶＳＶ５２へのオン信号の供給を、スロットル開度θが小さい場合に行うこととしている。以下、本実施例の特徴部について説明する。
【００４３】
図５は、本実施例のシステムにおいて、内燃機関１２の始動が開始された後に実現されるタイムチャートを示す。尚、図５（Ａ）には内燃機関１２のイグニションスイッチの時間変化が、図５（Ｂ）にはインテークマニホールド１４に負圧が発生したか否かを表すフラグの時間変化が、図５（Ｃ）には内燃機関１２がアイドル状態となったか否かを表すアイドルスイッチのオン・オフ状態の時間変化が、図５（Ｄ）にはＨＣ温度の時間変化が、図５（Ｅ）にはＶＳＶ５２へのオン信号の時間変化が、図５（Ｆ）には切換弁３４の開閉の時間変化が、それぞれ示されている。
【００４４】
図５に示す如く、時刻ｔ０においてイグニションスイッチがオン状態とされると、内燃機関１２が始動し始める。その後、時刻ｔ１において、内燃機関１２の機関回転数ＮＥが例えば４００ｒｐｍ以上となることにより、インテークマニホールド１４に、切換弁３４が全開状態と全閉状態との間で適正に動作できるだけの負圧が発生すると、ＶＳＶ５２に対してオン信号の供給が開始される。そして、時刻ｔ２においてスタートキャタリスト２０の温度（Ｓ／Ｃ温度）が活性温度に達すると、ＶＳＶ５２に対するオン信号の供給が停止される。この場合には、ＨＣ吸着剤３６に多量のＨＣが吸着される。
【００４５】
そして、推定されるＨＣ温度が、ＨＣ吸着剤３６に吸着するＨＣが脱離し、ＨＣ吸着剤３６に残存するＨＣが少なくなると判断できる温度（例えば１８０℃；以下、この温度をパージ開始温度と称す）に達し（図５において時刻ｔ３）、かつ、内燃機関１２が、スロットル開度θが所定値以下となるアイドル状態となる（図５において時刻ｔ４）と、ＶＳＶ５２に対してオン信号の供給が開始される。この場合、高温の排気ガスがＨＣ吸着剤３６を通過することによりＨＣ吸着剤３６が更に高温状態となり、その結果、ＨＣ吸着剤３６に吸着されているＨＣがすべて脱離することとなる。
【００４６】
そして、時刻ｔ５において、推定されるＨＣ温度が、ＨＣ吸着剤３６に吸着されているＨＣがすべて脱離すると判断できる温度（例えば３００℃；以下、この温度をパージ終了温度と称す）に達すると、ＶＳＶ５２に対するオン信号の供給が停止される。この場合は、ＨＣ吸着剤３６にＨＣが残存しない状態で、排気ガスの流通路がバイパス通路３２から主通路３０へ切り換わる。従って、本実施例によれば、適正なタイミングで、ＨＣ吸着剤３６に吸着しているＨＣを主触媒２４へ向けて強制パージすることができる。
【００４７】
以下、本実施例のシステムにおいて、上記の機能を実現するための処理の内容について説明する。
【００４８】
図６は、上記の機能を実現すべく、本実施例においてＥＣＵ１０が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図６に示すルーチンは、その処理が終了するごとに起動されるルーチンである。図６に示すルーチンが起動されると、まずステップ１００の処理が実行される。
【００４９】
ステップ１００では、切換弁３４による排気通路の切換操作を許可するための条件（以下、許可条件と称す）が成立しているか否かが判別される。具体的には、この許可条件は、内燃機関１２の冷却水温や外気温が所定値（例えば−３０℃）以上にある場合に成立する。その結果、許可条件が成立しないと判別された場合は、その後何ら処理が進められることなく、今回のルーチンは終了される。一方、許可条件が成立すると判別された場合は、次にステップ１０２の処理が実行される。
【００５０】
ステップ１０２では、冷間時において排気ガス中に含まれるＨＣをＨＣ吸着剤３６に吸着させる処理が完了したか否かが判別される。その結果、否定判定がなされた場合は、今回のルーチンが終了される。一方、肯定判定がなされた場合は、次にステップ１０４の処理が実行される。
【００５１】
ステップ１０４では、ＨＣ吸着剤温カウンタを用いて推定したＨＣ温度がパージ開始温度ＴＨ１に達しているか否かが判別される。ＨＣ温度がパージ開始温度ＴＨ１に達していない場合は、未だＨＣ吸着剤３６に多量のＨＣが残存していると判断できる。かかる状態で高温の排気ガスがＨＣ吸着剤３６を通過すると、短時間のうちに多量のＨＣがＨＣ吸着剤３６から脱離し、主触媒２４が脱離したすべてのＨＣを有効に浄化できない事態が生じ得る。このため、ＨＣ温度がパージ開始温度ＴＨ１に達していない場合には、ＨＣ吸着剤３６からのＨＣの強制パージを行うことは適切でない。従って、かかる判別がなされた場合は、次にステップ１０６の処理が実行される。
【００５２】
ステップ１０６では、ＨＣ吸着剤３６からのＨＣの強制パージを停止すべく、ＶＳＶ５２へのオン信号の供給を停止する処理が実行される。本ステップ１０６の処理が実行されると、切換弁３４が全開状態に維持されるか、あるいは、全閉状態から全開状態に変化することで、排気ガスの流通路が主通路３０になる。本ステップ１０６の処理が終了すると、今回のルーチンが終了される。
【００５３】
一方、上記ステップ１０４においてＨＣ温度がパージ開始温度ＴＨ１に達している場合は、ＨＣ吸着剤３６に吸着するＨＣが少なくなっていると判断できる。この場合は、ＨＣ吸着剤３６からのＨＣの強制パージが行われても、多量のＨＣが脱離することはなく、主触媒２４の浄化を効果的に行うことが可能となる。従って、かかる判別がなされた場合は、次にステップ１０８の処理が実行される。ステップ１０８では、内燃機関１２がアイドル状態にあるか否かが判別される。内燃機関１２がアイドル状態にある場合は、インテークマニホールド１４に設けられたスロットルバルブの開度（スロットル開度θ）がかなり小さくなることで、吸気圧が低圧状態になる。吸気圧が低圧状態に維持される場合は、インテークマニホールドに大きな負圧が生じ、切換弁３４を開閉駆動するための切換機構を適正に作動させることが可能となる。従って、上記ステップ１０８において内燃機関１２がアイドル状態にあると判別された場合は、次にステップ１１０の処理が実行される。
【００５４】
ステップ１１０では、既にＨＣ吸着剤３６からのＨＣの強制パージが行われているか否か、すなわち、強制パージのために切換弁３４が全閉状態となっているか否かが判別される。その結果、肯定判定がなされた場合は、次にステップ１１２の処理が実行される。一方、否定判定がなされた場合は、次にステップ１１４の処理が実行される。
【００５５】
ステップ１１２では、ＨＣ吸着剤３６からのＨＣの強制パージを行うべく、ＶＳＶ５２に対してオン信号を供給する処理が実行される。本ステップ１１２の処理が実行されると、切換弁３４が全閉状態となることで、排気ガスの流通路がバイパス通路３２になる。本ステップ１１２の処理が終了すると、今回のルーチンが終了される。
【００５６】
ステップ１１４では、ＨＣ吸着剤温カウンタを用いて推定したＨＣ温度がパージ終了温度ＴＨ２（＞ＴＨ１）に達しているか否かが判別される。ＨＣ温度がパージ終了温度ＴＨ２に達していない場合は、ＨＣ吸着剤３６にＨＣが残存していると判断でき、ＨＣの強制パージを継続することが適切である。従って、ＨＣ温度がパージ終了温度ＴＨ２に達していないと判別された場合は、次に上記ステップ１１２の処理が実行される。一方、ＨＣ温度がパージ終了温度ＴＨ２に達している場合は、ＨＣ吸着剤３６にＨＣが残存していないと判断でき、ＨＣの強制パージを停止することが適切である。従って、ＨＣ温度がパージ終了温度ＴＨ２に達していると判別された場合は、次に上記ステップ１０６の処理が実行される。一方、上記ステップ１０８において内燃機関１２がアイドル状態にないと判別された場合は、スロットル開度θが大きくなっており、吸気圧が高圧になっていると判断できる。吸気圧が高圧状態となると、インテークマニホールド１４に大きな負圧が生じないことで、切換弁３４を開閉駆動するための切換機構を適正に作動させることが不可能となる。かかる状態でＨＣの強制パージを行うことは適切でない。従って、ステップ１０８において内燃機関１２がアイドル状態にないと判別された場合は、次にステップ１１６の処理が実行される。
【００５７】
ステップ１１６では、上記ステップ１１０の処理内容と同様に、既にＨＣ吸着剤３６からのＨＣの強制パージが行われているか否かが判別される。その結果、肯定判定がなされた場合は、次にステップ１１８の処理が実行される。一方、否定判定がなされた場合は、次にステップ１２０の処理が実行される。
【００５８】
ステップ１１８では、上記ステップ１１４の処理内容と同様に、ＨＣ温度がパージ終了温度ＴＨ２に達しているか否かが判別される。その結果、肯定判定がなされた場合は、次に上記ステップ１０６の処理が実行される。一方、否定判定がなされた場合は、今回のルーチンが終了される。
【００５９】
ステップ１２０では、ＨＣ吸着剤温カウンタを用いて推定したＨＣ温度が、ＨＣ吸着剤３６に吸着されているＨＣがすべて脱離すると判断できる温度ＴＨ３（＝ＴＨ２）に達しているか否かが判別される。その結果、否定判定がなされた場合は、今回のルーチンは終了される。一方、肯定判定がなされると、ＨＣの強制パージを行うことなく、ＨＣ吸着剤３６に吸着していたＨＣがすべて脱離したと判断できる。この場合は、その後にＨＣの強制パージを行う必要はない。尚、以下では、上記の温度ＴＨ３をパージ禁止温度ＴＨ３と称す。従って、肯定判定がなされた場合は、次に上記ステップ１０６の処理が実行される。
【００６０】
上記の処理によれば、ＨＣ温度が、ＨＣ吸着剤３６に残存するＨＣが少なくなると判断できる温度に達した場合に、ＨＣ吸着剤３６からのＨＣの強制パージを開始することができる。ＨＣ吸着剤３６に残存するＨＣが少ない場合は、ＨＣの強制パージが行われても、その下流側に多量のＨＣが脱離することはない。また、ＨＣ温度が、ＨＣ吸着剤３６に吸着されているＨＣがすべて脱離すると判断できる温度に達した場合に、ＨＣの強制パージを終了することができる。ＨＣ吸着剤３６にＨＣが吸着されていない場合は、ＨＣの強制パージを行う必要はない。従って、本実施例によれば、適正なタイミングで、ＨＣ吸着剤３６に吸着しているＨＣを主触媒２４へ向けて強制パージすることができる。強制パージされたＨＣは主触媒２４により浄化される。このため、強制パージに起因して排気エミッションが悪化することは回避される。
【００６１】
また、上記の処理によれば、ＨＣ温度がパージ開始温度ＴＨ１に達しており、かつ、内燃機関１２がアイドル状態にある場合に、ＨＣ吸着剤３６からのＨＣの強制パージを行うことができる。内燃機関１２がアイドル状態にある場合は、スロットルバルブが全閉状態近傍まで閉弁されており、その下流側の吸気通路に大きな負圧が生じていると判断できる。この場合は、その負圧を駆動源として、切換弁３４を開閉駆動する切換機構を適正に作動させることが可能となる。従って、本実施例によれば、切換弁３４による排気通路の切り換え操作を適正に行うことができる状態でＨＣ吸着剤３６に吸着するＨＣの強制パージが行われることで、ＨＣ吸着剤３６に吸着するＨＣを確実に脱離させることが可能となっている。更に、上記の処理によれば、内燃機関１２がアイドル状態にあり、かつ、ＨＣ温度がパージ開始温度ＴＨ１に達しているという条件が成立する前に、ＨＣ温度がパージ禁止温度ＴＨ３に達した場合は、ＨＣ吸着剤３６からのＨＣの強制パージを禁止することができる。すなわち、ＨＣの強制パージを行うための、切換弁３４による排気ガスの流通路の、主通路３０からバイパス通路３２への切り換え操作を禁止することができる。ＨＣ温度がパージ禁止温度ＴＨ３に達している場合は、ＨＣ吸着剤３６に吸着されていたＨＣがすべて脱離し、ＨＣ吸着剤３６にはＨＣが残存していないと判断できる。この場合は、切換弁３４による排気通路の切換操作を行う必要はない。従って、本実施例によれば、不必要に切換弁３４による排気通路の切り換え操作が行われるのを回避することが可能となっている。
【００６２】
内燃機関１２の冷却水温や外気温が極低温で例えば−３０℃を下回っていると、凍結等に起因して切換機構７０が正常に動作せず、無理に動作すると破損するおそれがある。そこで、本実施例において、冷却水温や外気温が極低温である場合には、切換弁３４による排気通路の切り換え操作が禁止される。すなわち、冷間時においてＨＣ吸着剤３６へ排気ガス中のＨＣを吸着させようとしても、切換弁３４による排気通路の切り換えが行われない場合がある。このため、仮に強制パージが行われないものとすると、内燃機関１２の始動が開始されてから終了するまでの間に一度も排気通路の切り換えが行われない事態が生じ得る。かかる事態が生ずると、切換弁３４が全閉状態に維持される期間が長くなり、切換弁３４の固着が生じ易くなってしまう。
【００６３】
しかしながら、本実施例においては、冷間時に切換弁３４による排気通路の切り換え操作が行われなかった場合でも、その後内燃機関１２がアイドル状態にあり、かつ、ＨＣ温度がパージ開始温度ＴＨ１に達した場合に強制パージが実行される。すなわち、切換弁３４による排気通路の切り換え操作が行われる。従って、本実施例によれば、内燃機関１２の始動が開始されてから終了するまでの間に少なくとも一回排気通路の切り換えを行うので、切換弁３４の固着を確実に予防することが可能となっている。
【００６４】
また、本実施例において、ＨＣ吸着剤３６からのＨＣの強制パージは、すなわち、強制パージのための切換弁３４の開閉駆動は、既存のエアフロメータ６４を用いて検出した吸入空気量Ｇａに応じて加減算するＨＣ吸着剤温カウンタのカウント値に基づいて行われている。このため、本実施例によれば、ＨＣ吸着剤３６に、その温度を検出するための温度センサを取り付けることは不要となっている。従って、本実施例のシステムによれば、ＨＣ吸着剤３６からＨＣを強制パージするための機構を低コストで実現することが可能となっている。
【００６５】
尚、上記の実施例においては、主触媒２４が特許請求の範囲に記載した「触媒」に、第１排気管１８と第２排気管２２との連通路が特許請求の範囲に記載した「触媒の上流側の排気通路」に、ＨＣ吸着剤３６が特許請求の範囲に記載した「吸着剤」に、バイパス通路３２が特許請求の範囲に記載した「第１の通路」に、主通路３０が特許請求の範囲に記載した「第２の通路」に、パージ開始温度ＴＨ１が特許請求の範囲に記載した「第１の所定値」に、パージ終了温度ＴＨ２が特許請求の範囲に記載した「第２の所定値」に、パージ禁止温度ＴＨ３が特許請求の範囲に記載した「第３の所定値」に、それぞれ相当している。
【００６６】
また、上記の実施例においては、ＥＣＵ１０が、エアフロメータ６４を用いて検出した吸入空気量に応じた加減算されるＨＣ吸着剤温カウンタのカウント値に基づいてＨＣ吸着剤の温度（ＨＣ温度）を検出することにより特許請求の範囲に記載した「状態量検出手段」が、上記ステップ１０４〜１２０の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「切換弁制御手段」が、それぞれ実現されている。
【００６７】
ところで、上記の実施例においては、エアフロメータ６４を用いて検出した吸入空気量Ｇａに応じて加減算するＨＣ吸着剤温カウンタのカウント値に基づいてＨＣ吸着剤３６の温度を推定することとしているが、ＨＣ吸着剤３６に直接に温度センサを取り付け、その温度を検出することとしてもよい。
【００６８】
また、上記の実施例においては、ＨＣ吸着剤３６の温度に基づいてＨＣ吸着剤３６からのＨＣの強制パージを実行することとしているが、ＨＣ吸着剤３６に吸着しているＨＣの吸着量を検出し、その吸着量に基づいて強制パージを行うこととしてもよい。
【００６９】
更に、上記の実施例においては、冷間時において排気ガス中のＨＣをＨＣ吸着剤３６に吸着させる処理が完了する毎に必ず強制パージが行われているが、その処理が所定回数完了する毎に、すなわち、前回強制パージが行われた後に冷間時におけるＨＣ吸着剤３６へのＨＣの吸着が行われた回数（以下、吸着動作回数と称す）が所定回数に達した場合に、強制パージを行うこととしてもよい。尚、この所定回数は、排気ガス中の炭素数の多いＨＣがある程度多量にＨＣ吸着剤３６に吸着すると判断できる吸着動作回数であり、例えば５回に設定される。吸着動作回数が所定回数に達していない場合は、ＨＣ吸着剤３６に炭素数の多いＨＣが多量に吸着されていないと判断でき、強制パージを行う必要はない。従って、吸着動作回数が所定回数に達した場合に強制パージを行うこととすれば、不必要に切換弁３４による排気通路の切り換え操作が行われるのが回避される。
【００７０】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１及び２記載の発明によれば、切換弁による排気通路の切り換え操作を適正に行うことができる状態でかつ適正なタイミングで、吸着剤に吸着されている排気ガス中の未燃焼成分を触媒へ向けてパージすることができる。
【００７２】
また、請求項３記載の発明によれば、切換弁による排気通路の切り換え操作が不必要に行われるのを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である排気通路切換装置のシステム構成図である。
【図２】本実施例の排気通路切換装置の要部拡大図である。
【図３】内燃機関の始動が開始された後の、ＨＣ吸着剤の温度と、ＨＣ吸着剤に吸着されているＨＣの量との関係を表した図である。
【図４】一分子中の炭素数と沸点との関係を表した図である。
【図５】本実施例のシステムにおいて、内燃機関の始動が開始された後に実現されるタイムチャートを示す図である。
【図６】本実施例においてＥＣＵが実行する制御ルーチンの一例のフローチャートである。
【符号の説明】
１０  内燃機関用電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１２  内燃機関
２４  主触媒
３０  主通路
３２  バイパス通路
３４  切換弁
３６  ＨＣ吸着剤
６４  エアフロメータ
【図１】
0003613673.tif 000002
【図２】
0003613673.tif 000003
【図３】
0003613673.tif 000004
【図４】
0003613673.tif 000005
【図５】
0003613673.tif 000006
【図６】
0003613673.tif 000007