(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素過剰状態で排気中のＮＯｘを浄化し得るＮＯｘ触媒を備える一方、該ＮＯｘ触媒の上流側に排気中のＨＣを吸着するＨＣ吸着材を備え、前記ＨＣ吸着材から脱離したＨＣを下流側のＮＯｘ触媒に還元剤として供給する構成のエンジンの排気浄化装置において、
前記ＨＣ吸着材がＨＣを吸着する条件のときであって、前記ＨＣ吸着材に対するＨＣの吸着量が規定量よりも少ないと判断されるときに、前記ＨＣ吸着材に流入する排気中のＨＣ量を増加させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
酸素過剰状態で排気中のＮＯｘを浄化し得るＮＯｘ触媒と、該ＮＯｘ触媒の上流側に配置され排気中のＨＣを吸着するＨＣ吸着材とを備え、前記ＨＣ吸着材から脱離したＨＣを下流側のＮＯｘ触媒に還元剤として供給する構成のエンジンの排気浄化装置において、
前記ＨＣ吸着材の吸着・脱離条件を判別する吸着・脱離条件判別手段と、
前記ＨＣ吸着材に対するＨＣの吸着量を検出する吸着量検出手段と、
前記ＨＣ吸着材に流入する排気中のＨＣ量を増加させるＨＣ増加手段と、
前記吸着・脱離条件判別手段でＨＣ吸着材の吸着条件が判別され、かつ、前記吸着量検出手段で検出されたＨＣ吸着量が規定量よりも少ないときに、前記ＨＣ増加手段を作動させるＨＣ増加制御手段と、
を設けたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記吸着・脱離条件判別手段がエンジンの運転条件から、前記ＨＣ吸着材の吸着・脱離条件を判別することを特徴とする請求項２記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
前記ＨＣ吸着材に流入する排気の温度を検出する排気温度検出手段を備え、前記吸着・脱離条件判別手段が前記排気温度検出手段の検出結果に基づいて、前記ＨＣ吸着材の吸着・脱離条件を判別することを特徴とする請求項２記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
前記吸着量検出手段が、エンジンの運転条件から前記ＨＣ吸着材における単位時間当たりの脱離量と吸着量とをそれぞれ演算して、前記ＨＣ吸着材におけるＨＣ吸着量を検出することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
前記吸着量検出手段が、エンジンの運転条件と前記ＨＣ吸着材の温度とから前記ＨＣ吸着材における単位時間当たりの脱離量と吸着量とをそれぞれ演算して、前記ＨＣ吸着材におけるＨＣ吸着量を検出することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】
前記ＨＣ増加手段が、通常の燃料噴射とは別に燃料を噴射させることで、エンジンから排出されるＨＣを増加させることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項８】
前記ＨＣ増加手段が、燃料の噴射時期を遅角させることで、エンジンから排出されるＨＣを増加させることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項９】
燃焼室内に生成されるスワールの強さを調整するスワール制御弁を備え、
前記ＨＣ増加手段が、前記スワール制御弁によってスワールを弱めることで、エンジンから排出されるＨＣを増加させることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１０】
前記ＨＣ増加手段が、燃焼混合気の空気過剰率を低下させることで、エンジンから排出されるＨＣを増加させることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１１】
吸気絞り弁と排気還流装置とを備え、前記ＨＣ増加手段が、前記吸気絞り弁の開度と排気還流装置による排気還流量とを制御して、燃焼混合気の空気過剰率を低下させてエンジンから排出されるＨＣを増加させることを特徴とする請求項10記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項１２】
前記ＨＣ吸着材の劣化を診断する劣化診断手段と、
該劣化診断手段でＨＣ吸着材の劣化状態が判定されたときに、前記ＨＣ増加制御手段に代えて、前記吸着・脱離条件判別手段で脱離条件が判別されているときに前記ＨＣ増加手段を作動させる劣化時ＨＣ増加制御手段と、
を設けたことを特徴とする請求項２〜11のいずれか１つに記載のエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの排気浄化装置に関し、特に、ディーゼルエンジンにおける窒素酸化物の浄化に好適な排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のディーゼルエンジンにおける排気浄化装置として、ＨＣ吸着材に吸着させたＨＣを脱離させ、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを還元処理し得るＮＯｘ触媒に還元剤として供給することでＮＯｘ触媒雰囲気のＨＣ／ＮＯｘ比を高め、ＮＯｘ浄化率の向上を図る構成のものが知られている（特開平４−２７７０６号公報等参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の排気浄化装置によると、ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣを使い切ってしまうと、ＮＯｘ触媒雰囲気のＨＣ／ＮＯｘ比が低下してしまい、ＮＯｘ転化率が低下するという問題があった。
例えば、ＨＣ吸着材からＨＣが脱離する運転条件が長く継続すると脱離が進んでＨＣの吸着量が低下し、その後に吸着量を十分に回復させる機会が得られないと、還元剤としてのＨＣの不足によってＮＯｘ触媒雰囲気のＨＣ／ＮＯｘ比が低下して、ＮＯｘの還元性能が低下してしまうことがあったものである。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、ＨＣ吸着材に還元剤としてのＨＣを必要に応じて積極的に吸着させることで、脱離条件下においてＮＯｘ触媒雰囲気のＨＣ／ＮＯｘ比が低下することを抑制でき、以て、ＮＯｘ浄化性能を維持できる排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１記載の発明は、酸素過剰状態で排気中のＮＯｘを浄化し得るＮＯｘ触媒を備える一方、該ＮＯｘ触媒の上流側に排気中のＨＣを吸着するＨＣ吸着材を備え、前記ＨＣ吸着材から脱離したＨＣを下流側のＮＯｘ触媒に還元剤として供給する構成のエンジンの排気浄化装置において、前記ＨＣ吸着材がＨＣを吸着する条件のときであって、前記ＨＣ吸着材に対するＨＣの吸着量が規定量よりも少ないと判断されるときに、前記ＨＣ吸着材に流入する排気中のＨＣ量を増加させる構成とした。
【０００６】
かかる構成によると、ＨＣ吸着材は、低温状態ではＨＣを吸着し、高温（活性状態）ではＨＣを脱離するが、ＨＣを吸着する条件であるときに所望の吸着量が得られていないときには、積極的に排気中のＨＣ量を増加させて、ＨＣ吸着材に対するＨＣ吸着量の確保を図る。そして、脱離条件になったときに、必要十分に吸着されているＨＣが脱離し、これが下流側のＮＯｘ触媒に還元剤として供給され、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率の向上が図られる。
【０００７】
尚、ＨＣ吸着材は、ＨＣの吸着性能のみを持つものであっても良いし、また、ＨＣの吸着性能と共に触媒性能を有するＨＣ吸着触媒であっても良い。
請求項２記載の発明は、図１に示すように構成される。
図１において、ＮＯｘ触媒は、酸素過剰状態で排気中のＮＯｘを浄化し得る触媒であり、ＨＣ吸着材は、ＮＯｘ触媒の上流側に配置され排気中のＨＣを吸着するものであり、ＨＣ吸着材から脱離したＨＣを下流側のＮＯｘ触媒に還元剤として供給する構成である。
【０００８】
一方、吸着・脱離条件判別手段は、前記ＨＣ吸着材の吸着・脱離条件を判別し、吸着量検出手段は、前記ＨＣ吸着材に対するＨＣの吸着量を検出する。
また、ＨＣ増加手段と、前記ＨＣ吸着材に流入する排気中のＨＣ量を増加させるための手段である。
そして、ＨＣ増加制御手段は、前記吸着・脱離条件判別手段でＨＣ吸着材の吸着条件が判別され、かつ、前記吸着量検出手段で検出されたＨＣ吸着量が規定量よりも少ないときに、前記ＨＣ増加手段を作動させる。
【０００９】
かかる構成によると、ＨＣ吸着材がＨＣを吸着する条件（低温状態，非活性状態）であることが検出され、かつ、そのときのＨＣ吸着量が規定量よりも少ないと判断されるときには、ＨＣ増加手段を作動させることにより、ＨＣ吸着材に流入する排気中のＨＣ量が増加し、以て、ＨＣ吸着材に対するＨＣ吸着量の積極的な増加が図られる。
【００１０】
請求項３記載の発明では、前記吸着・脱離条件判別手段がエンジンの運転条件から、前記ＨＣ吸着材の吸着・脱離条件を判別する構成とした。
かかる構成によると、例えばエンジン負荷，エンジン回転数等の運転条件から排気温度が推定されるので、ＨＣ吸着材が吸着を行う温度条件であるか、脱離を行う温度条件であるかを推定できることになる。
【００１１】
請求項４記載の発明では、前記ＨＣ吸着材に流入する排気の温度を検出する排気温度検出手段を備え、前記吸着・脱離条件判別手段が前記排気温度検出手段の検出結果に基づいて、前記ＨＣ吸着材の吸着・脱離条件を判別する構成とした。かかる構成によると、ＨＣ吸着材に流入する排気の温度を直接的に検出することで、ＨＣ吸着材が吸着を行う温度条件であるか、脱離を行う温度条件であるかを判別する。
【００１２】
請求項５記載の発明では、前記吸着量検出手段が、エンジンの運転条件から前記ＨＣ吸着材における単位時間当たりの脱離量と吸着量とをそれぞれ演算して、前記ＨＣ吸着材におけるＨＣ吸着量を検出する構成とした。
かかる構成によると、エンジン負荷，エンジン回転数などのエンジン運転条件からＨＣ吸着材に対する吸着量及びＨＣ吸着材からの脱離量がそれぞれに演算され、吸着条件においては前記演算された吸着量を積算し、また、脱離条件ではそれまでの吸着量から前記演算された脱離量を逐次減算することでそのときの吸着量（ＨＣ残量）を演算する。
【００１３】
請求項６記載の発明では、前記吸着量検出手段が、エンジンの運転条件と前記ＨＣ吸着材の温度とから前記ＨＣ吸着材における単位時間当たりの脱離量と吸着量とをそれぞれ演算して、前記ＨＣ吸着材におけるＨＣ吸着量を検出する構成とした。
かかる構成によると、エンジン運転条件と共にそのときのＨＣ吸着材の温度に基づいて、吸着量，脱離量が演算されて、総吸着量，ＨＣ残量が演算される。
【００１４】
請求項７記載の発明では、前記ＨＣ増加手段が、通常の燃料噴射とは別に燃料を噴射させることで、エンジンから排出されるＨＣを増加させる構成とした。
かかる構成によると、通常の燃焼のための燃料噴射とは別に、例えばディーゼルエンジンにおける掃気行程等において燃料を噴射させることで、エンジンから排出される未燃ＨＣを増加させ、以て、ＨＣ吸着材に流入する排気中のＨＣ量を増加させる。
【００１５】
請求項８記載の発明では、前記ＨＣ増加手段が、燃料の噴射時期を遅角させることで、エンジンから排出されるＨＣを増加させる構成とした。
かかる構成によると、燃料の噴射時期を、燃焼に最適な通常の時期よりも遅角する（遅くする）ことで、エンジンから排出される未燃ＨＣを増加させ、以て、ＨＣ吸着材に流入する排気中のＨＣ量を増加させる。
【００１６】
請求項９記載の発明では、燃焼室内に生成されるスワールの強さを調整するスワール制御弁を備え、前記ＨＣ増加手段が、前記スワール制御弁によってスワールを弱めることで、エンジンから排出されるＨＣを増加させる構成とした。
かかる構成によると、スワール制御弁によって調整されるスワールの強さを本来よりも弱めることで、燃焼室の内壁に付着する燃料量を多くして、未燃ＨＣとして排出されるＨＣ量を増加させる。
【００１７】
請求項10記載の発明では、前記ＨＣ増加手段が、燃焼混合気の空気過剰率を低下させることで、エンジンから排出されるＨＣを増加させる構成とした。
かかる構成によると、燃焼混合気の空気過剰率を通常よりも強制的に低下させて燃焼を悪化させ、以て、未燃ＨＣとしてエンジンから排出されるＨＣ量を増加させる。
【００１８】
請求項11記載の発明では、吸気絞り弁と排気還流装置とを備え、前記ＨＣ増加手段が、前記吸気絞り弁の開度と排気還流装置による排気還流量とを制御して、燃焼混合気の空気過剰率を低下させてエンジンから排出されるＨＣを増加させる構成とした。
かかる構成によると、例えば排気還流装置における排気還流量を減少させ、かつ、吸気絞り弁の開度を減少させることで、燃焼混合気の空気過剰率を低下させ、以て、未燃ＨＣとしてエンジンから排出されるＨＣ量を増加させる。
【００１９】
請求項12記載の発明では、前記ＨＣ吸着材の劣化を診断する劣化診断手段と、該劣化診断手段でＨＣ吸着材の劣化状態が判定されたときに、前記ＨＣ増加制御手段に代えて、前記吸着・脱離条件判別手段で脱離条件が判別されているときに前記ＨＣ増加手段を作動させる劣化時ＨＣ増加制御手段と、を設ける構成とした。
【００２０】
かかる構成によると、ＨＣ吸着材が劣化してＨＣの吸着性能が低下していることが判別されると、吸着条件下でＨＣを増加させても所望の吸着を行わせることができず、かつ、脱離条件になっても所望量のＨＣを脱離させることができなくなるので、ＨＣ吸着材から脱離したＨＣをＮＯｘ触媒に供給する代わりに、ＨＣ増加手段によって増加させたＨＣを直接的にＮＯｘ触媒に供給して、ＮＯｘ触媒における還元剤としてのＨＣの確保を図る。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１，２記載の発明によると、ＨＣ吸着材に吸着されるＨＣ量が少ないときに、吸着量を積極的に増加させることができるので、ＨＣ吸着材から脱離してＮＯｘ触媒に還元剤として供給されるＨＣ量を安定的に確保することができ、以て、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率を高く維持できるという効果がある。
【００２２】
請求項３記載の発明によると、ＨＣ吸着材の脱離・吸着条件を、エンジンの運転条件から簡便に検知することができるという効果がある。請求項４記載の発明によると、ＨＣ吸着材に流入する排気の温度を直接的に検出することで、ＨＣ吸着材の脱離・吸着条件を精度良く検知できるという効果がある。
【００２３】
請求項５記載の発明によると、エンジン運転条件によるＨＣの吸着量及び脱離量の違いを考慮して、ＨＣ吸着材に対する吸着量（ＨＣ残量）を精度良く推定できるという効果がある。
請求項６記載の発明によると、エンジン運転条件及びＨＣ吸着材の温度によるＨＣの吸着量及び脱離量の違いを考慮して、ＨＣ吸着材に対する吸着量（ＨＣ残量）を一層精度良く推定できるという効果がある。
【００２４】
請求項７記載の発明によると、通常の燃料噴射とは別に行わせる燃料噴射によってエンジンから排出される未燃ＨＣを増加させ、ＨＣ吸着材にＨＣを積極的に吸着させることができるという効果がある。
請求項８記載の発明によると、燃料噴射時期を通常よりも遅角させることによってエンジンから排出される未燃ＨＣを増加させ、ＨＣ吸着材にＨＣを積極的に吸着させることができるという効果がある。
【００２５】
請求項９記載の発明によると、スワールの強さを強制的に弱くすることで、燃焼室の内壁に付着する燃料を増加させ、以て、エンジンから排出される未燃ＨＣを増加させ、ＨＣ吸着材にＨＣを積極的に吸着させることができるという効果がある。
請求項10記載の発明によると、燃焼混合気の空気過剰率を強制的に低下させて燃焼性を悪化させることにより、エンジンから排出される未燃ＨＣを増加させ、ＨＣ吸着材にＨＣを積極的に吸着させることができるという効果がある。
【００２６】
請求項11記載の発明によると、吸気絞り弁の開度及び排気還流量の制御によって燃焼混合気の空気過剰率を強制的に低下させることができ、以て、エンジンから排出される未燃ＨＣを増加させてＨＣ吸着材にＨＣを積極的に吸着させることができるという効果がある。
請求項12記載の発明によると、ＨＣ吸着材が劣化してＨＣの吸着性能が低下しても、ＨＣ吸着材から脱離されるＨＣの代わりに、直接的にＮＯｘ触媒に対して還元剤としてのＨＣを供給することができ、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化性能を維持できるという効果がある。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図２は、第１の実施の形態を示すエンジンのシステム構成図である。
この図２において、ディーゼルエンジン１０１には、排気浄化装置として、排気通路中１０２に位置する触媒ケース２０３に介装されたＨＣ吸着触媒２０１とＮＯｘ触媒２０２とを備える。
【００２８】
また、エンジン１０１には、燃料噴射装置として任意の時期に燃料を噴射可能であるコモンレール式燃料噴射装置１０７が備えられており、マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントロールユニット（エンジンＣ／Ｕ）106 は、図示しないエンジン回転センサ，アクセル開度センサからのエンジン回転信号，アクセル開度信号等に基づいて、前記コモンレール式燃料噴射装置１０７による燃料噴射量，噴射時期を制御する。
【００２９】
尚、燃料噴射装置としてユニットインジェクタを備える構成であっても良い。前記ＨＣ吸着触媒２０１（ＨＣ吸着材）は、図３に示すように、低温時には排気中のＨＣを吸着し、所定温度Ｔ’（吸着触媒の固有値）を越えると吸着していたＨＣの脱離を開始する特性を有する。そして、高温時（ＨＣ吸着触媒の活性状態）において、前記ＨＣ吸着触媒２０１から脱離されたＨＣが、下流側のＮＯｘ触媒２０２に還元剤として供給されることで、ＮＯｘ触媒２０２の雰囲気におけるＨＣ／ＮＯｘ比が増大し、ＮＯｘ触媒２０２におけるＮＯｘの転化効率の向上が図られる。
【００３０】
但し、ＨＣ吸着触媒２０１におけるＨＣの吸着量が少なく、下流側のＮＯｘ触媒２０２に脱離供給されるＨＣ量が少なくなると、ＮＯｘ触媒２０２の雰囲気におけるＨＣ／ＮＯｘ比が低下し、ＮＯｘの還元処理性能が低下することになってしまう。
そこで、本発明では、ＨＣ吸着触媒２０１においてＨＣ吸着可能な温度域（低負荷運転領域）で、吸着ＨＣ量が少ないと判断される場合に、ＨＣ増加手段によってエンジン１０１から排出されるＨＣ量を増やして、前記ＨＣ吸着触媒２０１に対して積極的にＨＣを吸着させる。
【００３１】
ここで、前記ＨＣ増加手段として、主噴射（通常の燃料噴射）とは別に、掃気行程中，主噴射後の下死点近傍若しくは主噴射直後から360 °ＡＴＤＣの間にコモンレール式燃料噴射装置１０７から燃料を噴射させる構成として、エンジン１０１から排出されるＨＣ量を増やして、前記ＨＣ吸着触媒２０１に対して積極的にＨＣを吸着させる（ＨＣ増加制御手段）。
【００３２】
前記ＨＣ吸着触媒２０１に対するＨＣ吸着量は、図４に示す単位時間当たりのＨＣ脱離量の特性を示すマップと、図５に示す単位時間当たりのＨＣ吸着量の特性を示すマップとからエンジンの運転条件に基づいて推定演算される。
即ち、吸着領域においては、前記ＨＣ吸着量マップから吸入空気量Ｑ（エンジン負荷を代表する値）とエンジン回転数Ｎｅとに基づき検索される吸着量ａ１を積算し、脱離領域においては、前記ＨＣ脱離量マップから吸入空気量Ｑ（エンジン負荷）と回転数Ｎｅとに基づき検索される脱離量ｄ１をそれまでの吸着量から順次減算することで、残りの吸着量を演算する（吸着量検出手段）。
【００３３】
そして、吸着量が所定量ａ０より少ない場合には、吸着領域でＨＣ増加手段によってＨＣ吸着触媒２０１へＨＣを積極的に供給することで吸着量の積極的な増大を図り、吸着領域から脱離領域に移行したときの脱離量を確保して、ＮＯｘ触媒２０２の雰囲気におけるＨＣ／ＮＯｘ比を増大させる。
一方、吸着量が所定量ａ０より多い場合及び吸着量が前記ＨＣ増加手段の動作によって所定量ａ０に達したときには、必要十分なＨＣ／ＮＯｘ比を確保できるＨＣ脱離量が得られるものと判断して、ＨＣ増加手段を動作させることによるＨＣ吸着触媒２０１への積極的なＨＣの供給は行わない。
【００３４】
上記第１の実施の形態におけるＨＣ吸着制御の様子を図６のフローチャートに従って説明する。
Ｓ１では、エンジン１０１の運転条件（吸入空気量Ｑ，エンジン回転数Ｎｅ）を読み込む。
Ｓ２（吸着・脱離条件検出手段）では、エンジン１０１の運転条件が、ＨＣ吸着触媒２０１におけるＨＣの吸着が行われる領域（吸着領域）か、吸着していたＨＣの脱離を行う領域（脱離領域）かを判定する。
【００３５】
脱離領域の場合には、Ｓ３へ進み、図４に示すＨＣ脱離マップから運転状態に応じた単位時間当たりのＨＣ脱離量ｄ１を算出する。
Ｓ４では、総吸着量（総堆積量）ａから前記Ｓ１３で求めた脱離量ｄ１を減算することで、ＨＣ吸着触媒２０１におけるＨＣ吸着量（残量）を算出する。
Ｓ５では、総吸着量ａから脱離量ｄ１を減算した結果が０を越えているか否かを判別し、前記減算結果が０以下になった場合には、Ｓ６へ進んで、総吸着量ａを０として、総吸着量ａがマイナスの値に算出されることを回避する。
【００３６】
一方、Ｓ２で、吸着領域であると判定されたときには、Ｓ７へ進む。Ｓ７では、総吸着量ａが吸着規定量ａ０以上であるか否かを判定する。総吸着量ａが吸着規定量ａ０以上であるときには、Ｓ８へ進んで、ＨＣ増加手段を停止させる。また、総吸着量ａが吸着規定量ａ０未満であるときには、Ｓ９へ進み、ＨＣ増加手段を作動させる（ＨＣ増加制御手段）。
【００３７】
Ｓ１０では、図５に示す単位時間当たりのＨＣ吸着量マップから吸着量ａｌを検出し、これを総吸着量ａに順次加算することで、総吸着量ａを増大更新させる。
尚、上記Ｓ３〜Ｓ６，Ｓ10の部分が吸着量検出手段に相当する。
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００３８】
第２の実施の形態におけるシステム構成は、図２に示される第１の実施の形態と同一であり、図２を参照しつつ第２の実施の形態を以下に説明する。
触媒は熱慣性を有することから、高温→低温または低温→高温に雰囲気温度（排気温度）が変わっても、ＨＣ吸着触媒２０１の温度が雰囲気温度の変化に瞬時に追従して、雰囲気温度に対応する吸着脱離特性を示すようになるわけではないので、安定した定常状態においてはエンジンの運転条件からＨＣの吸着・脱離量を精度良く推定できるが、過渡的には誤差を生じることになってしまう。
【００３９】
そこで、第２の実施の形態では、エンジン１０１の運転状態から排気温度を演算し、該排気温度の履歴からＨＣ吸着触媒２０１の温度を演算する。そして、前記演算された触媒２０１の温度とエンジン回転数Ｎｅとに基づいてＨＣの吸着脱離係数を図７，図８に示すマップから読み取り、その係数と図４，図５のＨＣ吸着・脱離量マップから求められる吸着・脱離量とから触媒２０１へのＨＣ吸着量を演算する。
【００４０】
図９のフローチャートに従って、上記構成の第２の実施形態を詳述する。
Ｓ２１では、エンジン１０１の運転条件（吸入空気量Ｑ，エンジン回転数Ｎｅ）を読み込む。
Ｓ２２では、エンジン１０１の運転条件から排気温度を演算し、該排気温度，単位時間当たりの排気流量（吸入空気量相当），触媒の表面積及び熱伝導係数からＨＣ吸着触媒２０１の温度を演算する。
【００４１】
Ｓ２３では、Ｓ２２で演算したＨＣ吸着触媒２０１の温度から吸着領域か脱離領域かを判定する。
Ｓ２３で脱離領域であると判定されたときには、Ｓ２４へ進み、図４に示すエンジン運転条件（吸入空気量，エンジン回転数）に応じたＨＣ脱離マップと図７に示す触媒温度とエンジン回転数とに応じたＨＣ脱離係数マップとに基づいて、運転状態と触媒温度に応じた単位時間当たりのＨＣ脱離量ｄ１を算出する。具体的には、図４のＨＣ脱離マップから検索したエンジン運転条件に応じたＨＣ脱離量に、図７のＨＣ脱離係数マップから検索した触媒温度に応じたＨＣ脱離係数を乗算して、ＨＣ脱離量ｄ１を算出する。
【００４２】
Ｓ２５では、総ＨＣ吸着量（総ＨＣ堆積量）ａから前記演算されたＨＣ脱離量ｄ１を減算して、ＨＣ吸着触媒２０１のＨＣ吸着量（残量）を演算する。
Ｓ２６では、総吸着量ａから脱離量ｄ１を減算した結果が０を越えているか否かを判別し、前記減算結果が０以下になった場合には、Ｓ２７へ進んで、総吸着量ａを０として、総吸着量ａがマイナスの値に算出されることを回避する。
【００４３】
一方、Ｓ２３で、吸着領域であると判定されたときには、Ｓ２８へ進む。
Ｓ２８では、総吸着量ａが吸着規定量ａ０以上であるか否かを判定する。
総吸着量ａが吸着規定量ａ０以上であるときには、Ｓ２９へ進んで、ＨＣ増加手段（掃気行程等における燃料噴射）を停止させる。
また、総吸着量ａが吸着規定量ａ０未満であるときには、Ｓ３０へ進み、ＨＣ増加手段を作動させる。
【００４４】
Ｓ３１では、図５に示すエンジン運転条件（吸入空気量，エンジン回転数）に応じたＨＣ吸着マップと図８に示す触媒温度とエンジン回転数とに応じたＨＣ吸着係数マップとに基づいて、運転状態と実際の触媒温度に応じた単位時間当たりのＨＣ吸着量ａ１を算出し、これを総吸着量ａに加算する。前記吸着量ａ１の算出は、具体的には、図５のＨＣ吸着マップから検索したエンジン運転条件に応じたＨＣ吸着量に、図８のＨＣ吸着係数マップから検索した触媒温度に応じたＨＣ吸着係数を乗算して行われる。
【００４５】
図10は、第３の実施の形態におけるシステム構成を示す図であり、第１，第２の実施の形態に共通である図２に示したシステム構成に対して、ＨＣ吸着触媒２０１の上流側に排気温度検出手段としての温度センサ１０３を設けてある点のみが異なる。
そして、第２の実施の形態においては、排気温度をエンジンの運転条件から推定演算する構成としたが、第３の実施の形態では、前記温度センサ１０３によって直接的に排気温度を検出する構成としてあり、これにより、触媒入口の排気温度を正確に測定することができ、以て、外気温の影響等を受けずに触媒温度を推定してＨＣ吸着・脱離量を精度良く演算できる。
【００４６】
次に、図１１のフローチャートに従って、上記構成の第３の実施形態を詳述する。
Ｓ４１では、エンジン１０１の運転条件を読み込む。
Ｓ４２では、前記温度センサ１０３で検出された排気温度，単位時間当たりの排気流量，触媒の表面積及び熱伝導係数からＨＣ吸着触媒２０１の温度を演算する。
【００４７】
Ｓ４３では、Ｓ４２で演算したＨＣ吸着触媒２０１の温度から吸着領域か脱離領域かを判定する。
Ｓ４３で脱離領域であると判定されたときには、Ｓ４４へ進み、前記Ｓ２４と同様にして、単位時間当たりのＨＣ脱離量ｄ１を算出する。
Ｓ４５では、それまでの総吸着量ａと前記ＨＣ脱離量ｄ１とからＨＣ吸着触媒２０１のＨＣ吸着量（残量）を演算する。
【００４８】
Ｓ４６，Ｓ４７では、総吸着量ａがマイナスの値に算出されることを回避するための処理を行う。
一方、Ｓ４３で、吸着領域であると判定されたときには、Ｓ４８へ進む。
Ｓ４８では、総吸着量ａが吸着規定量ａ０以上であるか否かを判定する。
総吸着量ａが吸着規定量ａ０以上であるときには、Ｓ４９へ進んで、ＨＣ増加手段（掃気行程等における燃料噴射）を停止させる。
【００４９】
また、総吸着量ａが吸着規定量ａ０未満であるときには、Ｓ５０へ進み、ＨＣ増加手段を作動させる。
Ｓ５１では、前記Ｓ３１と同様に、ＨＣ吸着量ａ１を算出し、これを総吸着量ａに加算して、総吸着量ａを更新する。
図１２は、第４の実施の形態におけるシステム構成を示す図であり、図１０に示される第３の実施の形態のシステム構成に対して、ＨＣ吸着触媒２０１の下流側にも排気温度検出手段としての温度センサ１０４を設けてある点のみが異なる。
【００５０】
かかる構成によると、触媒２０１の入口温度及び出口温度をそれぞれに測定することができ、触媒出入口温度からより高精度に触媒の活性（脱離状態）を判定することが可能となる。
ＨＣ触媒２０１の出入口温度は、触媒の活性状態においては出口温度が入口温度を上回るが、図１３に示すように、劣化により活性が低下すると入口と出口の排気温度の差ΔＴが小さくなる。
【００５１】
そこで、図１４に示すように、各運転状態において前記温度差ΔＴの基準値を設定し、この基準値を実際の温度差ΔＴが下回った場合には、触媒が劣化していると判定することができる。
そして、前記ＨＣ吸着触媒２０１が劣化してＨＣの吸着性能が低下していると推定されるときには、脱離条件においてＨＣ増加手段によってＮＯｘ触媒２０２へ還元剤ＨＣを供給することで、吸着触媒２０１が劣化の後もＮＯｘ触媒２０２のＮＯｘ浄化性能を維持することが可能となる。
【００５２】
図１５は、第４の実施の形態の制御内容を示すフローチャートである。
Ｓ６ｌでは、エンジン１０１の運転条件（吸入空気量Ｑ，エンジン回転数Ｎｅ）を読み込む。
Ｓ６２では触媒劣化フラグを判別することで、ＨＣ吸着触媒２０１の劣化状況を判定する。
【００５３】
前記触媒劣化フラグがＯＦＦで触媒劣化が発生していないときには、Ｓ６３へ進み、温度センサ１０３からＨＣ吸着触媒２０１の入口排気温度Ｔを検出し、その温度ＴがＨＣ脱離開始温度Ｔ１より高いか否かを判定する。
入口排気温度ＴがＨＣ脱離開始温度Ｔ１より高い場合には、Ｓ６４へ進み、入口排気温度Ｔ＝触媒温度と見做して、図４に示すエンジン運転状態に応じたＨＣ脱離マップと図７に示す触媒温度に応じたＨＣ脱離係数マップとを参照して、エンジンの運転状態とＨＣ吸着触媒２０１の温度に応じた単位時間当たりのＨＣ脱離量を算出する。
【００５４】
尚、前記入口排気温度Ｔ，排気流量，触媒の表面積及び熱伝導係数から触媒温度を演算させても良い。
Ｓ６５では、前記Ｓ６４で演算された脱離量をそれまでの総吸着量ａから減算する。
Ｓ６６では、上記減算処理の結果としての総吸着量ａが０を越えているか否かを判別し、０以下になっているときには、Ｓ６７で総吸着量ａを０にリセットする。
【００５５】
Ｓ６８では、ＨＣ吸着触媒２０１にＨＣ吸着が無い状態で、触媒出入口温度から触媒２０１の劣化を判定する。図１２に示すように触媒出口温度は活性温度Ｔ２を超えると入口温度より高くなるが、劣化が進むと前記出入口温度の差が小さくなるので、吸着ＨＣの影響の無い状儀でこの出入口温度の差△Ｔから触媒の劣化を判定する（劣化診断手段）。
【００５６】
具体的には、図１４に示すマップから検索されるエンジンの運転条件に応じた基準温度差ΔＴと、センサ１０３，１０４で実測した△Ｔとを比較し、実測値が基準値を下回るときには、ＨＣ吸着触媒２０１が劣化したと判定し、Ｓ６９で触媒劣化フラグをセットする。
Ｓ６３でＨＣ吸着触媒２０１の入口排気温度ＴがＨＣ脱離開始温度Ｔ１より低いと判定されたとき、即ち、吸着領域であるときには、Ｓ７０へ進み、ＨＣ吸着触媒２０１のＨＣ吸着量ａが吸着規定量ａ０以上であるか否かを判別する。
【００５７】
ＨＣ吸着量ａが吸着規定量ａ０以上であるときには、Ｓ７１でＨＣ増加手段を停止する。
一方、ＨＣ吸着量ａが吸着規定量ａ０以上であるときには、Ｓ７２で、掃気行程中に燃料噴射を行わせることでＨＣ吸着触媒２０１にＨＣを供給するＨＣ増加手段を作動させる。
【００５８】
Ｓ７３では、図５に示す単位時間当たりのＨＣ吸着量マップと図８に示す触媒温度に応じた吸着係数マップを参照して、エンジンの運転状態と触媒温度とに応じた吸着量ａ１を算出して、該吸着量ａ１に基づいて総吸着量ａを増大更新する。
また、Ｓ６２で触媒劣化フラグがｏｎでＨＣ吸着触媒２０１の劣化が判定されている状態であるときには、Ｓ７４へ進み、温度センサ１０３で検出される触媒入口温度Ｔが脱離開始温度Ｔ１以上であるか否かを判別する。
【００５９】
そして、脱離開始温度Ｔ１以上であるときには、Ｓ７５へ進んで、ＨＣ増加手段を作動させ（劣化時ＨＣ増加制御手段）、脱離開始温度Ｔ１未満であるときには、Ｓ７６へ進んで、前記ＨＣ増加手段（掃気行程等における燃料噴射）を停止させる。
即ち、ＨＣ吸着触媒２０１の劣化によってＨＣの吸着・脱離性能が低下すると、正常状態であればＨＣの脱離が行われる条件下であっても、必要十分なＨＣをＮＯｘ触媒２０２に対して還元剤として供給することができなくなるので、劣化時には、ＨＣ吸着触媒２０１から脱離したＨＣを供給する代わりに、ＨＣ増加手段によってエンジンから排出されるＨＣを直接ＮＯｘ触媒２０２に供給して、ＮＯｘ触媒２０２におけるＨＣ／ＮＯｘ比の増大を図る。
【００６０】
図１６は、本発明の第５の実施の形態におけるシステム構成を示す図であり、本実施の形態では、ＨＣ増加手段として、通常の噴射時期を遅角させることでエンジンから排出されるＨＣを増加させ、以て、ＨＣ吸着触媒２０１に対して積極的にＨＣを吸着させることを特徴とするが、噴射時期の遅角によるＨＣ増加は、コモンレール式燃料噴射装置の他、分配型燃料噴射装置でも実施可能であるため、図１６には、燃料噴射装置１０７として分配型燃料噴射装置を示してある。
【００６１】
第５の実施の形態は、第１〜第４の実施の形態に示した主噴射とは別に掃気行程等において燃料を噴射させるＨＣ増加手段に対して、噴射時期の遅角をＨＣ増加手段とする点のみが異なり、第１〜第４の実施の形態のいずれにも適用可能である。
例えば、第１の実施の形態に適用した場合には、図６のフローチャートにおいて、Ｓ７でＨＣ吸着量ａが規定量ａ０未満であると判別され、Ｓ９へ進むと、噴射時期を遅角させることで、エンジン１０１から排出されるＨＣ量を増大させ、ＨＣ吸着触媒２０１に吸着されるＨＣの積極的な増大を図る。そして、ＨＣ吸着量ａが規定量ａ０以上になると、Ｓ８へ進んで、前記噴射時期の遅角を停止し、通常の噴射時期での噴射に復帰させる。
【００６２】
図９のＳ２８〜Ｓ３０、図１１のＳ４８〜Ｓ５０、図１５のＳ７０〜Ｓ７２においても同様に噴射時期の遅角制御をＨＣ増加手段として用いることができる。図１７は、本発明の第６の実施の形態を示すシステム構成図であり、この図１７に示すシステム構成では、吸気ポート中にアクチュエータによって開閉駆動されるスワール制御弁１０８を備えた構成となっており、このスワール制御弁１０８の制御によってＨＣ増加手段を実現することを特徴とする。
【００６３】
即ち、本来、前記スワール制御弁１０８によって強いスワールを発生させるべき低負荷，低回転領域と重なる吸着領域において、ＨＣ吸着触媒２０１に対するＨＣの吸着量が規定量よりも少ないと判断されたときには、スワールを強制的に弱める（スワール制御弁１０８の開度を増大させる）ことで燃焼室（キヤビテイ）内の流動を弱めて、燃焼室内壁に噴射ノズルから噴射された燃料を付着させ未燃ＨＣとして排出させる。
【００６４】
この第６の実施の形態も、第１〜第４の実施の形態のいずれに対しても適用可能であり、例えば、第１の実施の形態に適用した場合には、図６のフローチャートにおいて、Ｓ７でＨＣ吸着量ａが規定量ａ０未満であると判別され、Ｓ９へ進むと、スワール制御弁１０８の開度を通常よりも開けることでスワールを弱め、エンジンからのＨＣ排出量を増大させる。そして、ＨＣ吸着量ａが規定量ａ０以上になると、Ｓ８へ進んで、前記スワールを弱める制御を停止し、通常の開度にスワール制御弁１０８を制御する。
【００６５】
図９のＳ２８〜Ｓ３０、図１１のＳ４８〜Ｓ５０、図１５のＳ７０〜Ｓ７２においても同様にスワールを弱める制御をＨＣ増加手段として用いることができる。
図１８は、本発明の第７の実施の形態を示すシステム構成図であり、この図１８に示すシステム構成では、排気通路１０２とインテークマニホールドとを連通させるＥＧＲ通路１０９と、該ＥＧＲ通路１０９に介装されアクチュエータで開閉駆動されるＥＧＲ弁１１０とから構成される排気還流装置を備えると共に、インテークマニホールドとエアクリーナ１１１との間にアクチュエータで開閉駆動される吸気絞り弁１０５を設けてある。
【００６６】
そして、それぞれアクチュエータによって開閉駆動される前記ＥＧＲ弁１１０，吸気絞り弁１０５の開度を制御することで、ＨＣ増加手段を実現するものであり、具体的には、吸着領域（低負荷領域）で、吸気絞り弁１０５と同時にＥＧＲ弁１１０を少し閉じることで空気過剰率を低下させて燃焼を悪化させ、未燃ＨＣを増加させるものである。
【００６７】
この第７の実施の形態も、第１〜第４の実施の形態のいずれに対しても適用可能であり、例えば、第１の実施の形態に適用した場合には、図６のフローチャートにおいて、Ｓ７でＨＣ吸着量ａが規定量ａ０未満であると判別され、Ｓ９へ進むと、吸気絞り弁１０５と同時にＥＧＲ弁１１０を少し閉じることで空気過剰率を低下させて燃焼を悪化させ、未燃ＨＣを増加させ、ＨＣ吸着触媒２０１に対して積極的にＨＣを吸着させる。そして、ＨＣ吸着量ａが規定量ａ０以上になると、Ｓ８へ進んで、前記ＥＧＲ弁１１０，吸気絞り弁１０５の開度制御を停止する（絞っていた開度を開ける）。
【００６８】
図９のＳ２８〜Ｓ３０、図１１のＳ４８〜Ｓ５０、図１５のＳ７０〜Ｓ７２においても同様に吸気絞り弁１０５，ＥＧＲ弁１１０を閉じることで燃焼を悪化させて未燃ＨＣを増加させる制御をＨＣ増加手段として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項２記載の発明に係る排気浄化装置の構成ブロック図。
【図２】第１の実施形態におけるシステム構成図。
【図３】ＨＣ吸着触媒のＨＣ脱離特性を示す図。
【図４】エンジンの運転条件に応じて脱離量を記憶したＨＣ脱離量検出マップを示す図。
【図５】エンジンの運転条件に応じて吸着量を記憶したＨＣ吸着量検出マップを示す図。
【図６】第１の実施形態の制御内容を示すフローチャート。
【図７】エンジン回転数Ｎｅと触媒入口温度とに応じてＨＣ脱離係数を記憶したＨＣ脱離係数マップを示す図。
【図８】エンジン回転数Ｎｅと触媒入口温度とに応じてＨＣ吸着係数を記憶したＨＣ吸着係数マップを示す図。
【図９】第２の実施形態の制御内容を示すフローチャート。
【図１０】第３の実施形態におけるシステム構成図。
【図１１】第３の実施形態の制御内容を示すフローチャート。
【図１２】第４の実施形態におけるシステム構成図。
【図１３】触媒劣化と触媒出入口温度の差△Ｔの関係を示した図。
【図１４】触媒出入口温度の差△Ｔの基準値を記憶したマップを示す図。
【図１５】第４の実施形態の制御内容を示すフローチャート。
【図１６】第５の実施形態を示すシステム構成図。
【図１７】第６の実施形態を示すシステム構成図。
【図１８】第７の実施形態を示すシステム構成図。
【符号の説明】
101   エンジン
102   排気通路
103 ，104   温度センサ
105   吸気絞り弁
106   エンジンコントロールユニット
107   燃料噴射装置
108   スワール制御弁
109   ＥＧＲバルブ
110   ＥＧＲ通路
111   エアクリーナ
201   ＨＣ吸着触媒
202   ＮＯｘ触媒
203   触媒ケース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0003695081.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003695081.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0003695081.tif 000016
【図１６】
0003695081.tif 000017
【図１７】
0003695081.tif 000018
【図１８】
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