(57)【要約】【課題】排ガス浄化性能を劣らせることなく、触媒を迅速に活性化温度以上に暖機可能な排ガス浄化触媒の活性化制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関１の排気通路１０に配置され、排ガスを浄化する三元触媒２と、三元触媒２の下流に配置され、その三元触媒で浄化されなかった排気成分をトラップして浄化する排気トラップ触媒３と、三元触媒２及び排気トラップ触媒３を連通し、三元触媒から流出する排ガスの熱を放熱可能な排気通路であって、放熱特性の異なる高放熱通路１１及び低放熱通路１２と、三元触媒２から流出した排ガスの通流経路を高放熱通路１１又は低放熱通路１２に切り替える流路切替弁２１，２２と、触媒の活性化状況に応じて、流路切替弁を切り替える切替弁制御手段３０と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置され、排ガスを浄化する三元触媒と、
前記三元触媒の下流に配置され、その三元触媒で浄化されなかった排気成分をトラップして浄化する排気トラップ触媒と、
前記三元触媒及び排気トラップ触媒を連通し、三元触媒から流出する排ガスの熱を放熱可能な排気通路であって、放熱特性の異なる高放熱通路及び低放熱通路と、
前記三元触媒から流出した排ガスの通流経路を前記高放熱通路又は低放熱通路に切り替える流路切替弁と、
触媒の活性化状況に応じて、前記流路切替弁を切り替える切替弁制御手段と、
を有する排ガス浄化触媒の活性化制御装置。
【請求項２】
触媒の活性化状況に応じて排ガス温度を上昇させる排温上昇手段を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化触媒の活性化制御装置。
【請求項３】
前記排温上昇手段は、点火時期を遅角させることで排ガス温度を上昇させる、
ことを特徴とする請求項２に記載の排ガス浄化触媒の活性化制御装置。
【請求項４】
前記排温上昇手段は、前記三元触媒を活性化させるときに、排ガス温度を上昇させ、
前記切替弁制御手段は、前記排温上昇手段が排ガス温度を上昇させるときに、三元触媒から流出した排ガスが前記高放熱通路に通流するように前記流路切替弁を切り替える、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の排ガス浄化触媒の活性化制御装置。
【請求項５】
前記排気トラップ触媒は、ＨＣ脱離温度に達するまでは炭化水素（ＨＣ）をトラップし、ＨＣ脱離温度に達したらトラップしていた炭化水素を脱離するＨＣトラップ層と、三元活性温度に達した後にＨＣトラップ層から脱離した炭化水素を浄化する三元触媒層とを有するＨＣトラップ触媒であって、
前記排温上昇手段は、前記排気トラップ触媒の温度が前記ＨＣ脱離温度以上三元活性温度以下のときに、排ガス温度を上昇させ、
前記切替弁制御手段は、前記排温上昇手段が排ガス温度を上昇させるときに、三元触媒から流出した排ガスが前記低放熱通路に通流するように前記流路切替弁を切り替える、
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の排ガス浄化触媒の活性化制御装置。
【請求項６】
前記高放熱通路は、前記低放熱通路よりも経路長が長い、
ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の排ガス浄化触媒の活性化制御装置。
【請求項７】
前記高放熱通路は、前記低放熱通路よりも流路断面積が大きい、
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の排ガス浄化触媒の活性化制御装置。
【請求項８】
前記高放熱排気通路は、前記低放熱通路よりも放熱表面積が広い、
ことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の排ガス浄化触媒の活性化制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排ガスを浄化する触媒の活性化を制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排ガスを浄化する触媒は、活性化温度以上のときに排ガス浄化性能を発揮する。したがって触媒温度を迅速に活性化温度以上にすることが重要である。
【０００３】
従来装置においては、排気通路の下流側の第２触媒を暖機する際に、排ガスを、上流側の第１触媒をバイパスさせて、第２触媒に流入させることで、第２触媒を迅速に暖機している（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−１５６９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、前述した従来装置は、排気通路の下流側の第２触媒を暖機する際に、排ガスを、上流側の第１触媒をバイパスさせてしまうので、実質的な触媒容量が減少し、第２触媒が活性化するまでは排ガス浄化性能が劣ってしまう。
【０００５】
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、排ガス浄化性能を劣らせることなく、触媒を迅速に活性化温度以上に暖機可能な排ガス浄化触媒の活性化制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００７】
本発明は、内燃機関（１）の排気通路（１０）に配置され、排ガスを浄化する三元触媒（２）と、前記三元触媒（２）の下流に配置され、その三元触媒で浄化されなかった排気成分をトラップして浄化する排気トラップ触媒（３）と、前記三元触媒（２）及び排気トラップ触媒（３）を連通し、三元触媒から流出する排ガスの熱を放熱可能な排気通路であって、放熱特性の異なる高放熱通路（１１）及び低放熱通路（１２）と、前記三元触媒（２）から流出した排ガスの通流経路を前記高放熱通路（１１）又は低放熱通路（１２）に切り替える流路切替弁（２１，２２）と、触媒の活性化状況に応じて、前記流路切替弁を切り替える切替弁制御手段（３０）と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、三元触媒及び排気トラップ触媒を連通し、三元触媒から流出する排ガスの熱を放熱可能な排気通路であって、放熱特性の異なる高放熱通路及び低放熱通路を有する。そして、触媒の活性化状況に応じて、三元触媒から流出した排ガスの通流経路を高放熱通路又は低放熱通路に切り替えるようにした。このような構成としたので、排ガスは、三元触媒及び排気トラップ触媒の両方を通流する。したがって実質的な触媒容量が減少することがなく、触媒活性化中であっても排ガス浄化性能を維持することができるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【００１０】
図１は本発明による排ガス浄化触媒の活性化制御装置を示す概略構成図である。
【００１１】
排ガス浄化触媒の活性化制御装置は、エンジン１の排気通路１０に設けられた三元触媒２と、ＨＣトラップ触媒３とを備える。また排気通路１０は、三元触媒２〜ＨＣトラップ触媒３間において、第１通路１１及び第２通路１２の２つの通路に分岐する。
【００１２】
三元触媒２は、白金（Ｐｔ），ロジウム（Ｒｈ）等を活性の主成分とし、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の酸化と酸化窒素（ＮＯｘ）の還元を同時に行って浄化する触媒である。三元触媒はその特性から、活性化温度以上に暖機されると排ガスを効果的に浄化する。三元触媒２には温度センサ３２が設けられており、その信号はコントロールユニット３０に出力される。
【００１３】
ＨＣトラップ触媒３は、三元触媒２の下流に配置されている。三元触媒２は、上述の通り、活性化温度以上に暖機されると排ガスを効果的に浄化するが、活性化温度に達していない状態では浄化性能が低下し、三元触媒２で浄化しきれないＨＣが流出してしまう。そこで、三元触媒２の下流に、ＨＣトラップ触媒３を配置する。このＨＣトラップ触媒３は、触媒温度がＨＣ脱離温度に上昇するまでは排ガス中のＨＣをトラップし、ＨＣ脱離温度に上昇したらトラップしていたＨＣを脱離するＨＣトラップ材と、三元触媒活性温度以上のときに脱離したＨＣを浄化する三元触媒材とが組み合わされて形成されている。ＨＣトラップ触媒３には温度センサ３３が設けられており、その信号はコントロールユニット３０に出力される。
【００１４】
コントロールユニット３０は、それらの信号に基づいて、エンジン１に取り付けられたイグニッションコイル３１によって点火時期を制御したり、第１流路切替弁２１及び第２流路切替弁２２の開閉を制御する。
【００１５】
第１通路１１は、三元触媒２から流出した排ガスの熱を放熱する特性が高い高放熱通路である。第２通路１２は、三元触媒２から流出した排ガスの熱を放熱する特性が低い低放熱通路である。なおこの放熱特性の高低は、第１通路１１及び第２通路１２の相対的な特性である。放熱特性を高くするには、例えば、経路長を長くしたり、走行風が当たりやすいレイアウトにしたり、表面にヒートシンクを設けて放熱面積を増やしたり、表面に凹凸がある蛇腹状チューブ（フレキシブルチューブ）を使用することによって放熱面積を増やしたり、流路面積を広くして放熱効率を上げるとよい。
【００１６】
第１通路１１及び第２通路１２の入口には、それぞれ第１流路切替弁２１及び第２流路切替弁２２が設けられている。これら第１流路切替弁２１及び第２流路切替弁２２の開閉を切り替えて、三元触媒２から流出した排ガスが、ＨＣトラップ触媒３に流入するまでの経路を切り替える。すなわち、第１流路切替弁２１を開き、第２流路切替弁２２を閉じたときには、三元触媒２から流出した排ガスは、第１通路１１を通流してＨＣトラップ触媒３に流入する。第１流路切替弁２１を閉じ、第２流路切替弁２２を開いたときには、三元触媒２から流出した排ガスは、第２通路１２を通流してＨＣトラップ触媒３に流入する。
【００１７】
ここで本発明のポイントとなる制御内容について説明する。
【００１８】
三元触媒２はその特性から、活性化温度以上に暖機されると排ガスを効果的に浄化可能である。したがって、冷機始動時等は排ガスの温度を上昇させることで、三元触媒２を速やかに活性化温度以上に暖機することが望ましい。その一方で、ＨＣトラップ触媒３に、過剰に高温の排ガスが流入すると、ＨＣトラップ触媒３が劣化するおそれがある。そこでこのような場合には、第１流路切替弁２１及び第２流路切替弁２２を制御して、三元触媒２から流出した排ガスが、放熱特性の高い第１通路１１で冷却された後にＨＣトラップ触媒３に流入するようにする。
【００１９】
またＨＣトラップ触媒３は触媒温度がＨＣ脱離温度に上昇するまでは排ガス中のＨＣをトラップし、ＨＣ脱離温度に上昇したらトラップしていたＨＣを脱離するＨＣトラップ材と、三元触媒活性温度以上のときに脱離したＨＣを浄化する三元触媒材とが組み合わされて形成されている。したがって、触媒温度がＨＣ脱離温度以上であって三元触媒活性温度以下のときには、ＨＣトラップ材から脱離したＨＣが三元触媒材で浄化されずに流出することとなってしまう。したがって、ＨＣトラップ触媒３の温度がＨＣ脱離温度に上昇したら、ＨＣトラップ触媒３を速やかに三元触媒活性温度以上の温度に上昇させることが望ましい。そこでこのような場合には、第１流路切替弁２１及び第２流路切替弁２２を制御して、三元触媒２から流出した排ガスが高温のままＨＣトラップ触媒３に流入するようにする。
【００２０】
以下ではこの具体的な制御について図２〜図５のフローチャート及び図６のタイムチャートを参照して説明する。なお本制御は、イグニッションキーがＯＮのときに、微少時間ごと（例えば１０ミリ秒ごと又は１クランク回転ごと）に繰り返し実行する。
【００２１】
ステップＳ１では、温度センサ３２の信号より三元触媒２の温度を読み込む。
【００２２】
ステップＳ２では、三元触媒２が活性温度以上であるか否かを判定する。活性温度に達するまではステップＳ１０へ進む。
【００２３】
ステップＳ１０では、三元触媒２の温度を上昇させる制御を行う。具体的には図３を参照して説明する。
【００２４】
ステップＳ１１では、点火時期をリタードして排温を上昇させる。
【００２５】
ステップＳ１２では、第１流路切替弁２１を開いて、第２流路切替弁２２を閉じて、三元触媒２から流出した排ガスを第１通路１１で冷却した後にＨＣトラップ触媒３へ流入させる。
【００２６】
三元触媒２が活性温度に達するまでは、以上の処理（ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ１０→Ｓ１１→Ｓ１２）を繰り返す。なおこの状態が図６のタイミングチャートにおけるｔ０〜ｔ１（区間Ａ）である。
【００２７】
再び図２に戻る。三元触媒２が活性温度以上になっているので、次サイクルでは、ステップＳ１→Ｓ２からステップＳ３へ進む。
【００２８】
ステップＳ３では、温度センサ３３の信号よりＨＣトラップ触媒３の温度を読み込む。
【００２９】
ステップＳ４では、ＨＣトラップ触媒３がＨＣ脱離温度以上であるか否かを判定する。ＨＣ脱離温度に達するまではステップＳ２０へ進む。
【００３０】
ステップＳ２０では、ＨＣトラップ触媒３の劣化を防止しつつＨＣトラップ触媒３の温度を上昇させる制御を行う。具体的には図４を参照して説明する。
【００３１】
ステップＳ２１では、点火時期を、最大トルク最小進角点火時期(Minimmum Spark Advance for Best Torque；以下「ＭＢＴ」という)まで進角させる。このようにして排温を下げ、過度の排温上昇による触媒劣化を防止する。
【００３２】
ステップＳ２２では、第１流路切替弁２１を開いて、第２流路切替弁２２を閉じて、三元触媒２から流出した排ガスを第１通路１１で冷却した後にＨＣトラップ触媒３へ流入させる。
【００３３】
ＨＣトラップ触媒３がＨＣ脱離温度に達するまでは、以上の処理（ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ２０→Ｓ２１→Ｓ２２）を繰り返す。なおこの状態が図６のタイミングチャートにおけるｔ１〜ｔ２（区間Ｂ）である。
【００３４】
再び図２に戻る。ＨＣトラップ触媒３がＨＣ脱離温度以上になっているので、次サイクルでは、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４からステップＳ５へ進む。
【００３５】
ステップＳ５では、ＨＣトラップ触媒３が三元活性温度以上であるか否かを判定する。三元活性温度に達するまではステップＳ３０へ進む。このとき、ＨＣトラップ触媒３は、ＨＣ脱離温度以上であって三元触媒活性温度以下である。したがってＨＣトラップ材から脱離したＨＣが三元触媒材で浄化されずに流出することとなるので、ＨＣトラップ触媒３の温度がＨＣ脱離温度に上昇したら、速やかに三元触媒活性温度以上の温度に上昇することが望ましい。そこでステップＳ３０では、ＨＣトラップ触媒３の温度を上昇させて三元活性化の制御を行う。具体的には図５を参照して説明する。
【００３６】
ステップＳ３１では、点火時期をリタードして排温を上昇させる。
【００３７】
ステップＳ３２では、第１流路切替弁２１を閉じて、第２流路切替弁２２を開いて、三元触媒２から流出した排ガスを第２通路１２を介してＨＣトラップ触媒３へ流入させる。第２通路１２は、第１通路１１に比べて放熱特性が低いので、三元触媒２から流出した高温の排ガスは高温のままＨＣトラップ触媒３へ流入する。
【００３８】
ＨＣトラップ触媒３が三元活性温度に達するまでは、以上の処理（ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ３０→Ｓ３１→Ｓ３２）を繰り返す。なおこの状態が図６のタイミングチャートにおけるｔ２〜ｔ３（区間Ｃ）である。
【００３９】
再び図２に戻る。ＨＣトラップ触媒３が三元活性温度以上になっているので、次サイクルでは、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５からステップＳ２０へ進む。ステップＳ２０の具体的な制御は、上述した通りであり、ここでは説明を省略する。以降は、この処理（ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４→Ｓ５→Ｓ２０）を繰り返す。なおこの状態が図６のタイミングチャートにおけるｔ３以降（区間Ｄ）である。
【００４０】
本実施形態によれば、冷機始動時は排ガスの温度を上昇させることで、三元触媒２を速やかに活性化温度以上に暖機することができる。ただし、高温な排ガスがＨＣトラップ触媒３に流入しては、ＨＣトラップ触媒３が劣化するおそれがある。そこでこのような場合には、三元触媒２から流出した排ガスを、放熱特性の高い排気通路１１で冷却された後にＨＣトラップ触媒３に流入するようにした。このようにすることで、三元触媒２の速やかな活性化及びＨＣトラップ触媒３の熱劣化からの保護の両立を図ることができる。
【００４１】
またＨＣトラップ触媒３は、その特性上、触媒温度がＨＣ脱離温度以上であって三元触媒活性温度以下のときには、ＨＣトラップ材から脱離したＨＣが三元触媒材で浄化されずに流出することとなってしまう。そこでＨＣトラップ触媒３の温度がＨＣ脱離温度に上昇したら、三元触媒２から流出した排ガスを、放熱特性の低い排気通路１２に通流させることで高温のままＨＣトラップ触媒３に流入するようにした。このようにすることで、ＨＣトラップ触媒３の熱劣化をできる限り低く抑えつつ、ＨＣトラップ触媒３の浄化特性を高めることができるのである。
【００４２】
さらに図６（Ａ）に示すように点火時期をリタードすることで、ＨＣトラップ触媒３のが活性化するまでの時間を短縮することができ、活性早期化を図ることができるのである。
【００４３】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による排ガス浄化触媒の活性化制御装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明による排ガス浄化触媒の活性化制御のメインフローチャートである。
【図３】三元触媒昇温制御サブルーチンのフローチャートである。
【図４】通常制御サブルーチンのフローチャートである。
【図５】ＨＣトラップ触媒三元活性化制御サブルーチンのフローチャートである。
【図６】本発明による排ガス浄化触媒の活性化制御を行ったときのタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４５】
１  エンジン
２  三元触媒
３  ＨＣトラップ触媒
１０  排気通路
１１  第１通路（高放熱通路）
１２  第２通路（低放熱通路）
２１  第１流路切替弁
２２  第２流路切替弁
３０  コントロールユニット
３１  イグニッションコイル
３２，３３  温度センサ
ステップＳ１１，Ｓ３１  排温上昇手段
ステップＳ１２，Ｓ２２，Ｓ３２  切替弁制御手段
【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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