(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化触媒の活性化を促進し、排気浄化性能を向上する。【解決手段】排気管７の触媒８上流の一部を仕切り壁３１で並列に仕切って、一方に絞り部３２を配設し、その外側に設けた排気通路導入口３５に、キャニスタ１０の蒸発燃料導出口に接続されて吸気管３に至るパージ配管１４から分配弁３７を介して分岐させたパージ分岐管３６の下流端部を接続し、触媒８の未活性時に仕切り壁３１の上流端部に連結した通路切換弁３４を図示実線に示すように、絞り部３２を開通する側に制御する。これにより、絞り部３１に排気が流通して流速を増大させることにより外側に生じる負圧で、キャニスタ１０に吸着された蒸発燃料がパージ分岐管３６を介して吸引され、触媒８に供給されて酸化反応熱を発生し、触媒８を活性化する。【選択図】　図１
2004019441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気浄化触媒の上流側の排気通路に排気流を絞る絞り部を配設すると共に、該絞り部と蒸発燃料を吸着するキャニスタの蒸発燃料導出口とを接続するパージ通路を配設し、前記絞り部にエゼクタ効果で生じる負圧によってキャニスタに吸着された蒸発燃料を前記パージ通路を介して吸引し、前記排気浄化触媒に供給する構成としたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記絞り部への蒸発燃料の吸引をオン，オフ切換する切換機構を含んでいることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記排気浄化触媒の活性度合いを判定し、該触媒の未活性時に前記絞り部への蒸発燃料の吸引を行うことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化技術に関し、特に蒸発燃料処理装置を用いて排気浄化性能を向上させた技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用内燃機関では、排気通路に配設された排気浄化触媒（以下、単に触媒ともいう）が低温で未活性なときに、機関に供給される混合気の空燃比をリッチ化して、排気中のＨＣ（未燃燃料）を増大し、該ＨＣを触媒で酸化反応させて発熱させることにより、触媒を活性化するようにしたものがある（特開平７−１５８４３０号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術では、触媒未活性時に、空燃比を強制的にリッチ化するため、燃費の悪化や、運転性の低下を生じていた。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、燃費の悪化や、運転性の低下を生じることなく、触媒を活性化することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、排気浄化触媒の上流側の絞り部にエゼクタ効果で生じる負圧により、キャニスタに吸着された蒸発燃料がパージ通路を介して吸引されて前記触媒に供給されるため、該蒸発燃料が該触媒で酸化反応して発熱し、触媒を加熱して活性化することができ、燃費や運転性の悪化を伴うことなく触媒を活性化でき、蒸発燃料の処理量増大も図れる。
【０００５】
また、前記絞り部への蒸発燃料の吸引をオン，オフ切換する切換機構を含むことにより、必要時のみ蒸発燃料を触媒に供給でき、具体的には、触媒の活性度合いを判定しつつ触媒の未活性のみ蒸発燃料を触媒に供給して触媒を活性化できる。
また、前記排気浄化触媒の活性度合いを判定し、該触媒の未活性時に前記絞り部への蒸発燃料の吸引を行うことにより、触媒を活性させるときだけ、蒸発燃料を触媒に供給して活性化させることができ、その後は、供給を停止して触媒の浄化性能の負荷を軽減することができる。
【０００６】
【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１は、本発明にかかる排気浄化装置を含んで構成される車両用内燃機関のシステム構成図である。
この図１において、車両に搭載される内燃機関１の各気筒の燃焼室には、エアクリーナ２，吸気管３，電子制御式スロットル弁４を介して空気が各気筒に吸入される。
【０００７】
前記電子制御式スロットル弁４は、モータ等のアクチュエータによってスロットル弁の弁体を開閉駆動するよう構成されたシステムである。
また、各気筒の吸気ポートに燃料（ガソリン）を噴射するように、電磁式の燃料噴射弁５が設けられている。
前記燃料噴射弁５は、コントロールユニット２０から出力される噴射パルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射する。そして、燃焼室内に形成された混合気は、コントロールユニット２０からの点火信号に基づき制御される点火栓６により着火燃焼する。
【０００８】
但し、燃焼室に燃料噴射弁を設けて、直接燃料を噴射する構成の機関であっても良い。
機関１からの排気は排気管７を介して排出され、排気管７には排気浄化用の触媒８が介装されている。
また、燃料タンク９から発生する蒸発燃料を処理すべく、蒸発燃料処理装置が設けられている。
【０００９】
キャニスタ１０は、密閉容器内に活性炭などの吸着剤１１を充填したもので、燃料タンク９からの蒸発燃料導入管１２が接続されている。従って、機関１の停止中などに燃料タンク９にて発生した蒸発燃料は、蒸発燃料導入管１２を通って、キャニスタ１０に導かれ、ここに吸着捕集される。
また、キャニスタ１０には、新気導入口１３が形成されると共に、パージ配管１４が導出されている。前記パージ配管１４には、コントロールユニット２０からの制御信号によって開口面積が制御されるパージ制御弁１５が介装されている。
【００１０】
上記構成において、パージ制御弁１５が開制御されると、機関１の吸入負圧がキャニスタ１０に作用する結果、新気導入口１３から導入される空気によってキャニスタ１０の吸着剤１１に吸着されていた蒸発燃料がパージされ、このパージされた蒸発燃料を含むパージエアが、前記パージ配管１４を通って吸気管３のスロットル弁４下流側に吸入され、この後、機関１の燃焼室内で燃焼される。
【００１１】
上記基本的な蒸発燃料処理装置の構成に、蒸発燃料を前記触媒８にパージして未活性な触媒８を活性化する本発明の構成が追加される。
図１に示すように、前記触媒８上流の排気管７の一部を内部で仕切り壁３１により並列に仕切り、該仕切られた一方の排気通路内に通路断面積を上流側から下流側に徐々に減少させるディフューザ状の絞り部３２を固定すると共に、前記仕切り壁３１の上流端部に、支軸３３回りに回動して前記仕切り壁３１両側の排気通路を選択的に開通させる通路切換弁３４を配設する。この通路切換弁３４が、蒸発燃料の触媒への吸引をオン，オフする機構に相当する。また、前記絞り部３２を通って排気流速を増大されることにより、エゼクタ効果が生じて負圧が発生する絞り部３２近傍の排気管７外壁に蒸発燃料導入口３５を開口する。
【００１２】
一方、前記パージ配管１４のパージ制御弁１５より上流部分から分岐するパージ分岐管（請求項１のパージ通路）３６を配設し、該パージ配管１４とパージ分岐管３６との分岐点に、これらパージ配管１４とパージ分岐管３６とを選択的に開通させる分配弁３７を装着すると共に、パージ分岐管３６の下流端部を、前記蒸発燃料導入口３５に接続する。
【００１３】
前記コントロールユニット２０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイス等を含んで構成されるマイコンを備え、各種センサからの入力信号を受け、これに基づいて演算処理して、燃料噴射弁５，点火栓６及びパージ制御弁１５などの作動を制御すると共に、前記触媒８の未活性時に前記通路切換弁３４と分配弁３７とを制御して触媒８へ蒸発燃料を供給し、該触媒８を活性化する。
【００１４】
前記各種センサとしては、機関１のクランク角を検出するクランク角センサ２１が設けられ、該クランク角センサ２１からの検出信号に基づき機関回転速度Ｎｅが演算される。
この他、吸気管３のスロットル弁４上流で吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ２２、スロットル弁４の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ２３、機関１の冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ２４、排気中の酸素濃度に基づいて排気空燃比を検出する空燃比センサ２５などが設けられる。
【００１５】
次に、前記コントロールユニット２０による触媒８を活性化するための蒸発燃料のパージ制御の様子を、図２および図３のフローチャートに従って説明する。該フローは、イグニッションスイッチＯＮでスタートする。
ステップＳ１では、触媒８に蒸発燃料を供給して活性化させる未活性状態を検出するための各種運転条件を読み込む。第１の実施形態として具体的には、始動後経過時間ｔｓを読み込む。
【００１６】
クランキング開始から始動後触媒８が排気からの受熱によってある程度暖機されるまでの間は、蒸発燃料を触媒８に蒸発燃料を供給しても触媒８での酸化反応が不十分で、蒸発燃料（ＨＣ）がそのまま放出されてしまう。そこで、ステップＳ２では、前記始動後経過時間ｔｓが第１所定期間ｔｓ１を経過したかを判定し、経過前は、触媒８への蒸発燃料の供給を禁止するため、ステップＳ３へ進んで通路切換弁３４を、図示一点鎖線に示すように、絞り部３２を閉塞位置となるように制御する。これにより、絞り部３２には排気が流通せず、蒸発燃料導入口３５に負圧を生じないので、触媒８への蒸発燃料の供給が停止される。
【００１７】
ステップＳ２で、前記第１所定期間ｔｓ１を経過したと判定されたときは、ステップＳ４へ進んで、触媒活性完了判定用の第２所定期間ｔｓ２に達したかを判定し、第１所定期間ｔｓ１を経過後第２所定期間ｔｓ２に達する前と判定されたとき、ステップＳ５へ進んで通路切換弁３４を、図示実線に示すように、絞り部３２のみを開通させるように制御する。これにより、絞り部３２に排気が流通し、排気流速が増大してエゼクタ効果を生じ、蒸発燃料導入口３５に負圧を生るので、キャニスタ１０に吸着されていた蒸発燃料がパージ分岐管３６を介して触媒８へ供給される。この結果、供給された蒸発燃料が触媒８で酸化反応して発熱し、触媒８を加熱して活性化する。
【００１８】
ステップＳ４で、前記第２所定期間ｔｓ２に達したと判定されたときは、排気熱の供給に加えて上記蒸発燃料の酸化反応熱の供給によって、触媒８が活性化したと判定し、ステップＳ６に進んで通路切換弁３４を再度図示一点鎖線に示す位置に切り換えて絞り部３２を閉じ、触媒８への蒸発燃料の供給を停止する。必要以上の触媒８への蒸発燃料の供給継続は、触媒８の排気浄化能力を損ねるからであり、以後の必要な蒸発燃料の処理は、分配弁３７をパージ配管１４開通側に切り換え、パージ制御弁１５を制御することにより、吸気系へパージして燃焼処理することにより行う。
【００１９】
図３は、上記実施形態において、始動後経過時間に対して機関回転速度及び通路切換弁３４の切換状態が変化する様子を示す。
上記実施形態では、触媒活性状態を始動後経過時間で行うようにしたが、代わりに水温、油温等の温度条件から判定する構成としてもよい。すなわち、図４に示すように、ステップＳ１’で水温Ｔｗを読み込み、ステップＳ２’で、前記第１所定期間ｔｓ１の代わりに、水温（又は油温）が触媒８による蒸発燃料酸化反応を有効に生じる第１所定温度Ｔｗ１以上であるかを判定し、ステップＳ４’で、前記第２所定期間ｔｓ２の代わりに、水温（又は油温）が触媒８の活性完了を示す第２所定温度Ｔｗ２に達したかを判定する。その他は、図２と同一である。
【００２０】
このようにすれば、触媒８の温度状態に応じてより正確に活性状態を判定でき、始動時にある程度温度が高いときは、直後から触媒８へ蒸発燃料を供給することができ、また、ホットリスタート（暖機再始動）時には、触媒８が活性完了状態なので蒸発燃料供給を始めから停止することができる。
また、触媒８下流に排気成分を検出するセンサ（空燃比センサ、ＨＣセンサ等）を設けて、触媒活性状態（浄化能力）を監視しながら触媒への蒸発燃料供給開始、終了時期を制御したり、前記分配弁３７がパージ分岐管３６への流量制御も可能であれば、蒸発燃料流量の制御も行って、高精度な制御とすることもできる。さらには、触媒８の直上流にＨＣセンサを設けて、触媒に供給される蒸発燃料濃度を検出しつつ供給量を制御することもできる。
【００２１】
なお、第１の実施形態では始動後経過時間による判定、第２の実施形態では水温等温度条件による判定、第３の実施形態では触媒下流の排気成分を検出する機能が、それぞれ、触媒の活性度合いを判定する機能に相当する。
また、以上の実施形態では、パージ配管１４から分岐してパージ分岐管３６を配設し、分配弁３７を配設したが、吸気系へのパージ配管１４とは独立してキャニスタ１０と蒸発燃料導入口３５とを接続する排気系パージ配管を設ける構成としてもよく、さらに、該排気系パージ配管にパージ流量を制御する制御弁を介装する構成としてもよい。
【００２２】
更に、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術的思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記絞り部への蒸発燃料の吸引をオン，オフ切換する切換機構は、前記絞り部を経由する通路と、絞り部をバイパスする通路とを、選択的に開通させる通路切換弁により構成することを特徴とする。
【００２３】
この構成によれば、触媒への蒸発燃料供給時には、前記絞り部を経由する通路を開通させるように通路制御弁を制御することにより、絞り部に排気を流通させて負圧を発生させ、該負圧によりキャニスタから蒸発燃料を吸引して触媒に供給することができ、それ以外のときは、絞り部への排気の流通を遮断して蒸発燃料の触媒への供給を停止させるように切換制御することができる。
【００２４】
（ロ）請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気浄化触媒の活性度合いの判定を、始動後経過時間によって行うことを特徴とする。
この構成によれば、例えば、始動後経過時間が短く、触媒がほとんど活性していないと判断されるときは、触媒に蒸発燃料を供給しても触媒による酸化反応が良好に行われず、大気中に放出されてしまうので、蒸発燃料の供給を停止し、所定時間経過して触媒による蒸発燃料の酸化反応が良好に行われると判断された時点から蒸発燃料の触媒への供給を開始して触媒を活性化させる。さらに所定時間経過して触媒の活性が完了したと判断したときは、蒸発燃料の触媒への供給を停止して触媒の浄化性能の負荷を軽減することができる。
【００２５】
（ハ）請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気浄化触媒の活性度合いの判定を、機関温度状態に基づいて行うことを特徴とする。
この構成によれば、機関温度状態に基づいて、触媒の活性度合いを、より正確に判断でき、始動時の暖機状態によって触媒への蒸発燃料の供給開始時期、停止時期を高精度に判定できる。
【００２６】
（ニ）請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気浄化触媒の活性度合いの判定を、該触媒下流の排気成分の検出値に基づいて行うことを特徴とする。
この構成によれば、触媒下流の排気成分の検出値に基づいて、触媒の活性度合いを、最も正確に判断しつつ、触媒への蒸発燃料の供給開始、停止を可及的に高精度に制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態における内燃機関のシステム構成を示す図。
【図２】第１の実施形態のパージ制御を示すフローチャート。
【図３】始動後経過時間に対して機関回転速度及び通路切換弁の切換状態が変化する様子を示すタイムチャート。
【図４】第２の実施形態におけるパージ制御を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…内燃機関　　８…触媒　　９…燃料タンク　　１０…キャニスタ　　２０…コントロールユニット　　２１…クランク角センサ　　３１…仕切り壁　　３２…絞り部　　３４…通路切換弁　　３５…蒸発燃料導出口　　３６…パージ分岐管　　３７…分配弁
【図１】
2004019441.tif 000003
【図２】
2004019441.tif 000004
【図３】
2004019441.tif 000005
【図４】
2004019441.tif 000006