(57)【要約】【課題】実際の触媒装置の活性状態および吸着材の昇温状態に応じた最適なタイミングで切替バルブを切り替えることができ、それにより、最適な排気ガス特性を達成できる内燃機関の排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関の排気系２に設けられた触媒装置６と、排気系２の第１通路１３をバイパスする第２通路１４に設けられ、排気ガス中の炭化水素を吸着する吸着材１６と、第１通路を開放する開放位置と閉鎖する閉鎖位置との間で切替可能な切替バルブ１５と、大気圧状態を検出する大気圧状態検出手段３０と、始動時に、切替バルブ１５を閉鎖位置に駆動するとともに、大気圧状態に応じて、切替バルブ１５を開放位置に駆動する切替バルブ駆動手段１９、２５と、を備えている。【選択図】　図８
2004124807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスを浄化するとともに、当該内燃機関の始動時に、排気ガス中の炭化水素を一時的に吸着する内燃機関の排気ガス浄化装置であって、
前記内燃機関の排気系に設けられ、排気ガスを浄化する触媒装置と、
前記排気系の第１通路をバイパスする第２通路に設けられ、排気ガス中の炭化水素を吸着するための吸着材と、
前記第１通路を開放する開放位置と閉鎖する閉鎖位置との間で切替可能な切替バルブと、
大気圧状態を検出する大気圧状態検出手段と、
前記内燃機関の始動時に、前記切替バルブを前記閉鎖位置に駆動するとともに、前記検出された大気圧状態に応じて、前記切替バルブを前記開放位置に駆動する切替バルブ駆動手段と、
を備えていることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記内燃機関の始動時における前記排気系の温度状態を検出する始動時温度状態検出手段と、
前記内燃機関の始動後に排出された排気ガスの熱量を算出する始動後排気熱量算出手段と、をさらに備え、
前記切替バルブ駆動手段は、前記検出された排気系の始動時温度状態、および前記算出された始動後排気熱量にさらに応じて、前記切替バルブを前記開放位置に駆動することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記始動時温度状態検出手段は、
前記内燃機関の前回の停止時における前記排気系の温度を検出する停止時温度検出手段と、
前記内燃機関の前回の停止時から今回の始動時までの停止時間を計時する停止時間計時手段とを有し、
前記検出された排気系の停止時温度、および前記計時された停止時間に応じて、前記排気系の始動時温度状態を求めることを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記始動時温度状態検出手段は、
前記内燃機関の環境温度を検出する環境温度検出手段をさらに有し、
当該検出された環境温度にさらに応じて、前記排気系の始動時温度状態を求めることを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化するとともに、内燃機関の始動時に、排気ガス中の炭化水素を一時的に吸着する内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の内燃機関の排気ガス浄化装置として、例えば特開２０００−３１０１１３号公報に開示されたものが知られている。この排気ガス浄化装置は、内燃機関の排気管に、上流側および下流側の２つの三元触媒を備えている。排気管の両三元触媒の間の部分には、内側の主排気通路と、その外側の、主排気通路よりも通路面積の小さな環状のバイパス通路が形成されており、このバイパス通路に炭化水素の吸着材が配置されている。また、主排気通路の入口部には、これを開閉する切替バルブが設けられている。
【０００３】
また、この切替バルブの切替を制御するために、エンジンの始動後に次の３つの条件判別が所定時間ごとに行われ、
１）水温センサで検出されたエンジンの冷却水温が所定温度よりも低いか否か
２）エアフローメータで検出された吸入空気量が所定量よりも小さいか否か
３）始動時間が、冷却水温に応じて決定した触媒活性時間未満か否か
これらの３つの条件がすべて成立している場合には、下流側三元触媒がまだ活性化していないとして、切替バルブが全閉状態に切り替えられる。この状態では、上流側三元触媒を通過した排気ガスは、すべてバイパス通路に通され、排気ガス中の炭化水素がバイパス通路内の吸着材に吸着された後に、下流側三元触媒に流入し、それにより、大気中への炭化水素の放出が阻止される。一方、上記の３つの条件のいずれかが不成立の場合には、下流側三元触媒が活性化したとして、切替バルブが全開状態に切り替えられる。この状態では、排気ガスの大部分が、通路面積の大きな主排気通路を通った後に、下流側三元触媒に流入して、その酸化・還元作用によって浄化される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来の制御装置では、エンジンの始動後における下流側三元触媒の活性状態が、冷却水温、吸入空気量および始動後時間をパラメータとして判定されるため、この判定を適切に行えないおそれがあり、その結果、切替バルブを適切なタイミングで切り替えることができないという問題がある。例えば、冷却水温については、それが検出されるエンジン本体は下流側三元触媒とかなり離れた位置にあるため、冷却水温に対して下流側三元触媒の温度が遅れて上昇するなど、両者の温度上昇のタイミングや挙動は必ずしも一致しない。このように、冷却水温は、下流側三元触媒の実際の温度状態すなわち活性状態を必ずしも良好には反映しない。
【０００５】
このような欠点を解消するために、冷却水温に代えて、下流側三元触媒の温度を温度センサで直接、検出し、パラメータとすることも考えられる。しかし、その場合には、エンジンの始動後に下流側三元触媒が活性化するまでの時間が比較的短いのに対して、温度センサの応答性が一般的に低いことや、そのように短時間で温度上昇する場合には下流側三元触媒の温度分布がばらつきやすいのに対して、三元触媒の活性状態を評価する上で重要な中心部の温度が温度センサでは検出しにくいことなどから、三元触媒の活性状態をやはり精度良く判定することができない。
【０００６】
また、下流側三元触媒の温度上昇の度合は、エンジンの始動後の運転状態に応じて（例えば、始動後にアイドル運転が行われる場合と始動後にすぐ発進する場合では）異なるため、始動後時間もまた、下流側三元触媒の実際の活性状態を良好には反映しない。さらに、吸入空気量については、所定時間ごとに検出された検出値が所定値と比較されるので、吸入空気量が瞬間的に増大したような場合には、下流側三元触媒が活性化したと誤って判定されてしまう。以上の結果、この従来の制御装置では、主排気通路側への切替バルブの切替タイミングを、下流側三元触媒の活性状態に応じた適切なタイミングに設定できない。その結果、この切替タイミングが早すぎる場合には、未活性状態の下流側三元触媒に排気ガスが流入することで、炭化水素が大気中に放出され、排気ガス特性の悪化を招く一方、遅すぎる場合には、下流側三元触媒がすでに活性状態にあるにもかかわらず、排気ガスの流入が遅れることで、その浄化性能を有効に発揮できなくなってしまう。
【０００７】
また、高地環境では、平地環境と比べて、実質的な吸入空気量が低下することにより、燃焼温度が低く、排気ガスの温度があまり上がらないため、三元触媒の活性化が遅れるとともに、吸着材の昇温速度も小さい。このため、吸着材が炭化水素を脱離可能な温度まで昇温するのに必要な時間が、平地よりも長くなる。これに対して、従来の技術では、このような高地での三元触媒および吸着材の昇温特性が考慮されていないので、未活性状態の下流側三元触媒に排気ガスが流入することで、やはり排気ガス特性の悪化を招くとともに、脱離温度に達しない状態で切替バルブが主排気通路側に切り替えられてしまうため、脱離の実際の開始が遅れ、その結果、吸着材から炭化水素が完全に脱離されるまでに時間がかかる。このように脱離の完了までに時間がかかると、例えば、エンジンが始動後すぐに停止された場合、脱離しきれなかった炭化水素が吸着材に残留してしまうため、次回のエンジンの始動時に吸着性能を十分に発揮できなくなってしまう。
【０００８】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、実際の触媒装置の活性状態および吸着材の昇温状態に応じた最適なタイミングで切替バルブを切り替えることができ、それにより、最適な排気ガス特性を達成することができる内燃機関の排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、請求項１に係る発明は、内燃機関１の排気ガスを浄化するとともに、内燃機関１の始動時に、排気ガス中の炭化水素を一時的に吸着する内燃機関の排気ガス浄化装置であって、内燃機関の排気系２に設けられ、排気ガスを浄化する触媒装置６と、排気系２の第１通路（実施形態における（以下、本項において同じ）メイン通路１３）をバイパスする第２通路（バイパス通路１４）に設けられ、排気ガス中の炭化水素を吸着するための吸着材１６と、第１通路を開放する開放位置と閉鎖する閉鎖位置との間で切替可能な切替バルブ１５と、大気圧状態（大気圧ＰＡ）を検出する大気圧状態検出手段（大気圧センサ３０）と、内燃機関１の始動時に、切替バルブ１５を閉鎖位置に駆動するとともに、検出された大気圧状態に応じて、切替バルブ１５を開放位置に駆動する切替バルブ駆動手段（切替バルブ駆動装置１９、ＥＣＵ２５、図８のステップ１４〜１７）と、を備えていることを特徴とする。
【００１０】
この内燃機関の排気ガス浄化装置によれば、内燃機関の始動時には、切替バルブが第１通路を閉鎖する閉鎖位置に駆動されることによって、第１通路をバイパスする第２通路に排気ガスが流れる。これにより、排気ガス中の炭化水素が、第２通路に設けられた吸着材に吸着され、大気中への放出が阻止される。
【００１１】
その後、切替バルブは、検出された大気圧状態に応じて、第１通路を開放する開放位置に駆動される。これにより、排気ガスは、第１通路に流れるようになり、吸着材による炭化水素の吸着動作が終了し、排気ガスは、活性化した触媒装置によって浄化された後に、大気中に放出される。また、切替バルブは、大気圧状態に応じて開放位置に駆動されるので、この切替バルブの切替タイミングを、例えば、高地のように大気圧が低い状態において、通常よりも長めに設定することによって、炭化水素の吸着期間中に吸着材および触媒装置に与える熱量をより多くすることで、吸着材および触媒装置を十分に暖めることができる。その結果、高地においても、触媒装置の活性化をできるだけ図ることができるとともに、吸着材による炭化水素の脱離開始までの時間を短縮することができ、炭化水素の脱離を短時間で十分に行うことができる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１の内燃機関の排気ガス浄化装置において、内燃機関１の始動時における排気系２の温度状態（始動時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＩＮＩ）を検出する始動時温度状態検出手段（ＥＣＵ２５、図３のステップ７）と、内燃機関１の始動後に排出された排気ガスの熱量（排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑ）を算出する始動後排気熱量算出手段（ＥＣＵ２５、図８のステップ１２）と、をさらに備え、切替バルブ駆動手段は、検出された排気系２の始動時温度状態、および算出された始動後排気熱量にさらに応じて、切替バルブ１５を開放位置に駆動する（図８のステップ１４〜１７）ことを特徴とする。
【００１３】
始動時温度状態は、内燃機関の始動時における排気系およびこれに設けられた触媒装置の温度状態を表すパラメータであり、また、始動後排気熱量は、始動後における触媒装置の温度状態すなわち活性状態を良好に反映する。請求項２の排気ガス浄化装置によれば、これらの排気系の始動時温度状態、および始動後排気熱量にさらに応じて、切替バルブを開放位置に駆動するので、触媒装置の活性状態を、始動時にのみ温度状態を表すパラメータで評価し、始動後には、これを基準として、排気ガス熱量をパラメータとして評価することができ、したがって、始動後に温度センサの検出結果を用いて判定を行った場合の前述した精度不良を回避しながら、触媒装置の活性状態をさらに精度良く判定することができる。したがって、切替バルブを、触媒装置が実際に活性化した直後の最適なタイミングで、開放位置に駆動することができる。以上によって、最適な排気ガス特性を達成することができる。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項２の内燃機関の排気ガス浄化装置において、始動時温度状態検出手段は、内燃機関１の前回の停止時における排気系２の温度（停止時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＬＡＳＴ）を検出する停止時温度検出手段（ＥＣＵ２５、図８のステップ１１）と、内燃機関１の前回の停止時から今回の始動時までの停止時間（ソーク時間ＴＭＳＯＡＫ）を計時する停止時間計時手段（停止後タイマ２５ａ）とを有し、検出された排気系２の停止時温度、および計時された停止時間に応じて、排気系２の始動時温度状態を求めることを特徴とする。
【００１５】
内燃機関の停止時における排気系の温度は、停止までの内燃機関の運転時間を含む運転状態に応じて異なり、また、停止後の排気系の温度は、この停止時温度から、停止後の経過時間の長さに応じて変化する。したがって、この構成によれば、排気系の始動時温度状態を、内燃機関の前回の運転状態および停止時間の長短に応じて、精度良く求めることができる。それにより、排気系の始動時温度状態に応じて行われる触媒装置の活性状態の判定精度を高めることができ、それに応じた切替バルブの切替を、さらに適切に行うことができる。
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項３の内燃機関の排気ガス浄化装置において、始動時温度状態検出手段は、内燃機関１の環境温度（外気温ＴＡ）を検出する環境温度検出手段（外気温センサ２７）をさらに有し、検出された環境温度にさらに応じて、排気系２の始動時温度状態を求めることを特徴とする。
【００１７】
内燃機関の停止後における排気系の温度は、停止後の経過時間の長さだけでなく、内燃機関を取りまく環境温度に応じて変化し、例えば停止時の排気系の温度と環境温度との差異が大きければ、大きな変化速度で変化する。したがって、この構成によれば、内燃機関の環境温度をさらにパラメータとすることによって、排気系の始動時温度状態をさらに精度良く求めることができ、触媒の活性状態の判定および切替バルブの切替をより一層、適切に行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態による排気ガス浄化装置を適用した内燃機関を示している。この内燃機関（以下「エンジン」という）１は、図示しない車両に搭載された、例えば４気筒４サイクルエンジンである。内燃機関１の排気系２は、排気マニホルド３を介してエンジン１に接続された排気管４を有しており、この排気管４の途中には、排気ガスを浄化するための２つの三元触媒５、５を有する触媒装置６と、炭化水素を吸着するための炭化水素吸着装置７が設けられている。２つの三元触媒５、５は、排気管４に沿って互いに隣接して配置されており、所定温度（例えば３００℃）以上に昇温された活性化状態で、触媒装置６を通過する排気ガス中の有害物質（ＨＣ（炭化水素）、ＣＯおよびＮＯｘ）を、酸化・還元作用によって浄化する。
【００１９】
一方、炭化水素吸着装置７は、排気管４の触媒装置６よりも下流側に配置されており、三元触媒５、５が活性していない冷間状態でのエンジン１の始動時間（例えば、始動後の約３０〜４０秒間）に、排気ガス中の炭化水素を吸着することによって、大気中に排出される炭化水素量を低減する。図１および図２に示すように、炭化水素吸着装置７は、排気通路切替装置８を介して、触媒装置６の下流端部に連結されており、円筒状のケース１１と、このケース１１内に配置されたバイパス排気管１２と、このバイパス排気管１２の途中に配置され、流入した排気ガス中の炭化水素を吸着するための円柱状の吸着材１６と、を備えている。
【００２０】
図２に示すように、ケース１１とバイパス排気管１２との間の断面環状の空間によって、メイン通路１３（第１通路）が構成されるとともに、バイパス排気管１２の内部スペースによって、バイパス通路１４（第２通路）が構成されている。また、ケース１１は、その上流部が上下に二股に分かれており、上側の開口部１１ａがメイン通路１３と連通する一方、下側の開口部１１ｂがバイパス通路１４と連通している。
【００２１】
バイパス排気管１２は、その上流部がケース１１の下側の開口部１１ｂの内面に、下流端部がケース１１の下流端部の内面に、それぞれ気密状態で連結されている。また、バイパス排気管１２の下流端部には、長孔状の複数（例えば５個）の連通孔１２ａが、周方向に等間隔に形成されており、これらの連通孔１２ａを介して、メイン通路１３およびバイパス通路１４の下流端部同士が連通している。
【００２２】
吸着材１６は、表面にゼオライトを担持した金属製のハニカムコア（図示せず）で構成され、炭化水素とともに水分を吸着する特性を有していて、バイパス通路１４に流入した排気ガスが吸着材１６の内部を通過する際に、その排気ガス中の炭化水素および水分をゼオライトに吸着する。ゼオライトは、高耐熱性を有しており、低温状態（例えば１００℃未満）のときに炭化水素を吸着し、所定温度以上（例えば１００〜２５０℃）では、吸着した炭化水素を脱離するという特性を有する。
【００２３】
排気通路切替装置８は、触媒装置６の下流側の排気通路を、三元触媒５の活性状態に応じて、メイン通路１３とバイパス通路１４に選択的に切り替えるためのものである。この排気通路切替装置８は、円筒状の連結管１８と、この連結管１８内に設けられた回動自在の切替バルブ１５とを有している。切替バルブ１５は、後述するＥＣＵ２５により制御される切替バルブ駆動装置１９（切替バルブ駆動手段）（図１参照）によって駆動され、図２の実線位置（開放位置）に位置するときには、排気通路をメイン通路１３側に切り替える一方、２点鎖線位置（閉鎖位置）に位置するときには、排気通路をバイパス通路１４側に切り替える。
【００２４】
また、連結管１８とエンジン１の吸気管１ａとの間には、排気ガスの一部をエンジン１に再循環させるためのＥＧＲ管１７が連結されており、その途中にＥＧＲ制御弁２０が取り付けられている。このＥＧＲ制御弁２０をＥＣＵ２５で制御することによって、ＥＧＲの作動・停止およびＥＧＲ量が制御される。
【００２５】
以上の構成によれば、エンジン１の冷間始動直後には、排気通路切替装置８の切替バルブ１５によって、排気通路がバイパス通路１４側に切り替えられる。これにより、触媒装置６を通過した排気ガスは、バイパス通路１４に導かれ、炭化水素が吸着材１６に吸着された後、大気中に排出される。その後、吸着材１６への炭化水素の吸着が完了したときに、後述する切替タイミングで、切替バルブ１５によって排気通路がメイン通路１３側に切り替えられる。これにより、排気ガスは、メイン通路１３に導かれ、大気中に排出される。また、ＥＧＲ制御弁２０が開弁し、ＥＧＲが作動することによって、排気ガスの一部がＥＧＲガスとして、バイパス通路１４およびＥＧＲ管１７を介して、吸気管１ａに再循環される。吸着材１６から脱離した炭化水素は、このＥＧＲガスによって吸気管１ａに送られ、エンジン１で燃焼される。
【００２６】
また、炭化水素吸着装置７のケース１１には、吸着材１６の下流側に、湿度センサ２２が取り付けられている。この湿度センサ２２は、温度センサ一体型のものであり、バイパス通路１４に臨むセンサ素子２２ａを備えていて、この部分のバイパス通路１４内の湿度ＶＲＳＴおよび温度ＴＨＣＭを検出し、その検出信号をＥＣＵ２５に出力する。
【００２７】
また、エンジン１の本体には、エンジン水温センサ２３およびクランク角センサ２４が取り付けられている。エンジン水温センサ２３は、エンジン１のシリンダブロック内を循環する冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを検出し、その検出信号をＥＣＵ２５に出力する。クランク角センサ２４は、エンジン１のクランクシャフト（図示せず）の回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号を、それぞれの所定のクランク角度ごとにＥＣＵ２５に出力する。ＥＣＵ２５は、このＣＲＫ信号に基づいてエンジン１の回転数（以下「エンジン回転数」）ＮＥを求める。また、ＥＣＵ２５には、吸気管１ａに設けられた吸気圧センサ２６から、吸気圧１ａ内の絶対圧（以下「吸気管内絶対圧」という）ＰＢを表す検出信号が、外気温センサ２７（環境温度検出手段）から外気温ＴＡを表す検出信号が、大気圧センサ３０（大気圧状態検出手段）から大気圧ＰＡ（大気圧状態）を表す検出信号が、それぞれ出力される。さらに、ＥＣＵ２５には、吸着材１６が劣化していると判定されたときに点灯する警告ランプ２８が接続されている。
【００２８】
ＥＣＵ２５は、本実施形態において、切替バルブ駆動手段、始動時温度状態検出手段、始動後排気熱量算出手段、および停止時温度検出手段を構成するものである。ＥＣＵ２５は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、バックアップＲＡＭを含むＲＡＭ、およびＲＯＭ（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されており、さらに、エンジン１の停止後の時間を計時する停止後タイマ２５ａ（停止時間計時手段）などを備えている。上述した各種センサからの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。
【００２９】
ＣＰＵは、各種センサで検出されたエンジンパラメータ信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判別するとともに、その判別結果に応じ、ＴＤＣ信号の発生に同期して、燃料噴射時間Ｔｏｕｔを算出し、その算出結果に基づく駆動信号をインジェクタ１ｂに出力する。また、ＣＰＵは、各種センサの検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶されたプログラムなどに従って、切替バルブ駆動装置１９による切替バルブ１５の開閉制御処理などを実行する。
【００３０】
次に、図３〜図１０を参照しながら、この切替バルブ１５の開閉制御処理について説明する。図３は、エンジン１の始動時に１回のみ実行される始動時間処理を示している。
【００３１】
本処理ではまず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）およびステップ２において、エンジン水温ＴＷが、所定の下限値＃ＴＷＴＲＳＬ（例えば−２０℃）よりも高いか否か、および上限値＃ＴＷＴＲＳＨ（例えば５０℃）よりも低いか否かをそれぞれ判別する。これらの答のいずれかがＮＯで、ＴＷ≦＃ＴＷＴＲＳＬまたはＴＷ≧＃ＴＷＴＲＳＨのときには、エンジン１が、吸着材１６による炭化水素の吸着制御を実行するのに適した温度範囲から外れており、吸着制御の実行条件が成立していないとして、実行許可フラグＦ＿ＴＲＳＲＵＮを「０」にセットし（ステップ３）、本処理を終了する。これにより、吸着制御の実行が禁止される。
【００３２】
一方、ステップ１および２の答がいずれもＹＥＳで、＃ＴＷＴＲＳＬ＜ＴＷ＜＃ＴＷＴＲＳＨが成立するときには、吸着制御の実行条件が成立しているとして、実行許可フラグＦ＿ＴＲＳＲＵＮを「１」にセットする（ステップ４）。
【００３３】
次いで、そのときの停止後タイマ２５ａの値を、エンジン１の前回停止時から今回始動時までの停止時間（以下「ソーク時間」という）ＴＭＳＯＡＫとして設定する（ステップ５）。次に、このソーク時間ＴＭＳＯＡＫに応じ、図４に示す冷却係数テーブルを検索することによって、冷却係数ＫＣＯＯＬを設定する（ステップ６）。この冷却係数ＫＣＯＯＬは、物体と周囲の空間との間に温度差がある場合の、温度差の推移値とその初期値との比の経時的変化の理論値を表し、冷却係数テーブルはこれをテーブルとして設定したものである。したがって、冷却係数ＫＣＯＯＬは、ソーク時間ＴＭＳＯＡＫが値０のときに値１．０に設定され、ソーク時間ＴＭＳＯＡＫが所定時間＃ＴＭＳ１以上のとき（完全ソーク）に値０に設定されるとともに、所定時間＃ＴＭＳ１に達しないとき（中間ソーク）には値１．０から値０まで漸減するように設定されている。
【００３４】
次に、上記ステップ６で設定した冷却係数ＫＣＯＯＬを用い、次式（１）によって、エンジン１の始動時における触媒装置６の三元触媒５の温度（以下「始動時触媒温度」という）ＴＣＡＴ＿ＩＮＩを算出する（ステップ７）。
ＴＣＡＴ＿ＩＮＩ＝（ＴＣＡＴ＿ＬＡＳＴ−ＴＡ）＊ＫＣＯＯＬ＋ＴＡ　・・・（１）
ここで、ＴＡは、外気温センサ２７で検出された外気温、ＴＣＡＴ＿ＬＡＳＴは、エンジン１の前回停止時における三元触媒５の温度（以下「停止時触媒温度」という）である。この停止時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＬＡＳＴは、エンジン１の前回運転時に後述するようにして推定されるとともに、停止時にＥＣＵ２５のバックアップＲＡＭに記憶されるものである。
【００３５】
図５は、以上のようにして算出される始動時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＩＮＩの推移の一例を示している。すなわち、三元触媒５の温度（以下「触媒温度」という）ＴＣＡＴが、エンジン１の運転に伴って上昇し、停止時に停止時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＬＡＳＴであったとすると、触媒温度ＴＣＡＴは、エンジン停止後においては、停止時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＬＡＳＴから、その周囲の環境温度である外気温ＴＡに向かって次第に低下し、最終的には外気温ＴＡに収束する。この場合、触媒温度ＴＣＡＴは、停止時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＬＡＳＴと外気温ＴＡとの温度差に比例した変化速度で、ソーク時間ＴＭＳＯＡＫの長さに応じた冷却係数ＫＣＯＯＬの推移に応じて変化する。したがって、上記の式（１）により、始動時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＩＮＩを、停止時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＬＡＳＴ、外気温ＴＡおよびソーク時間ＴＭＳＯＡＫに応じて、完全ソークの場合だけでなく、中間ソークの場合においても、適切に算出することができる。
【００３６】
図３に戻り、前記ステップ７に続くステップ８では、上記のようにして算出した始動時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＩＮＩに応じ、図６に示す排気熱量初期値テーブルを検索することによって、排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑの初期値ＳＧＭ＿Ｑ＿ＩＮＩを設定する。このテーブルでは、初期値ＳＧＭ＿Ｑ＿ＩＮＩは、始動時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＩＮＩが低いほど、より小さな値に設定されている。この排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑ（始動後排気熱量）は、後述するように、三元触媒５の活性状態を表すパラメータとして用いられるものであり、三元触媒５の活性温度に相当する大気圧ＰＡに応じて設定した判定値ＴＭＴＲＳＴＩＭを超えたときに、三元触媒５が活性化したと判定される。また、図７に示すように、触媒温度ＴＣＡＴを活性温度に到達させるのに必要な排気ガスの熱量は、始動時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＩＮＩに応じて変化し、ＴＣＡＴ＿ＩＮＩ値が低いほど、大きくなる。したがって、排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑの初期値ＳＧＭ＿Ｑ＿ＩＮＩを、始動時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＩＮＩに応じ、上述のように設定することによって、三元触媒５の活性化を適切に判定できる。
【００３７】
次いで、ステップ８に続くステップ９では、図１０に示す判定値テーブルを検索することによって、大気圧ＰＡに応じて判定値ＴＭＴＲＳＴＩＭを設定し、本処理を終了する。このテーブルでは、大気圧ＰＡが低いほど、判定値ＴＭＴＲＳＴＩＭが、より大きな値に設定されている。具体的には、判定値ＴＭＴＲＳＴＩＭは、大気圧ＰＡが７６０ｍｍＨｇ（平地相当）以上においては、第１所定値ＴＭＴＲＳＴＩＭ１に設定され、また、大気圧ＰＡが５００ｍｍＨｇ以下においては、第１所定値ＴＭＴＲＳＴＩＭ１よりも大きな第２所定値ＴＭＴＲＳＴＩＭ２に設定されるとともに、大気圧ＰＡが５００ｍｍＨｇと７６０ｍｍＨｇの間においては、第２所定値ＴＭＴＲＳＴＩＭ２から第１所定値ＴＭＴＲＳＴＩＭ１まで、リニアに減少するように設定されている。
【００３８】
図８は、切替バルブの開閉を制御する制御処理を示している。この処理は、エンジン１の始動後、所定時間（例えば１００ｍｓ）ごとに実行される。本処理では、まずステップ１１において、触媒温度ＴＣＡＴを推定し、その値を停止時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＬＡＳＴとして設定する。このように設定され、所定時間ごとに更新された停止時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＬＡＳＴは、エンジン１の停止時にＥＣＵ２５のバックアップＲＡＭに記憶され、次回のエンジン始動時において、図３のステップ７の前記式（１）に適用される。なお、上記の触媒温度ＴＣＡＴの推定は、例えば、排気系２を熱力学的にモデル化し、吸気管内絶対圧ＰＢＡおよびエンジン回転数ＮＥに基づいて、エンジン１の排気出口温度、すなわち排気系２の上流端温度を決定するとともに、この上流端温度に基づき、モデル化した排気系２の下流側温度を順次、演算で求める手法によって行われる。このように、触媒温度ＴＣＡＴを演算で求めることによって、これを検出するための温度センサを省略できる。
【００３９】
次いで、ステップ１２に進み、排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑを算出する。この排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑは、エンジン１の始動後に排出された排気ガスの熱量の積算値を表す。図９は、この排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑの算出処理のサブルーチンを示している。
【００４０】
本処理ではまず、気筒ごとにインジェクタ１ｂの燃料噴射時間Ｔｏｕｔを読み込む（ステップ２１）。次いで、読み込んだ燃料噴射時間Ｔｏｕｔを、排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑの前回値に加算し、今回の排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑとして設定する（ステップ２２）。この場合、エンジン１の始動直後には、この排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑの前回値として、図３のステップで算出した初期値ＳＧＭ＿Ｑ＿ＩＮＩが用いられる。
【００４１】
図８に戻り、前記ステップ１２に続くステップ１３では、実行許可フラグＦ＿ＴＲＳＲＵＮが「１」であるか否かを判別する。この答がＮＯで、吸着制御の実行条件が成立していないときには、切替バルブフラグＦ＿ＴＲＳＳＯＬを「０」にセットし（ステップ１４）、本処理を終了する。このＦ＿ＴＲＳＳＯＬ→０のセットにより、切替バルブ駆動装置１９によって、切替バルブ１５が、メイン通路１３を開放し、バイパス通路１４を閉鎖する開放位置に切り替えられる。これにより、排気ガスはメイン通路１３のみに導かれ、吸着材１６による炭化水素の吸着動作が禁止される。
【００４２】
前記ステップ１３の答がＹＥＳで、吸着制御の実行条件が成立しているときには、ステップ１２で算出した排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑが、図３のステップ９で設定した判定値ＴＭＴＲＳＴＩＭよりも大きいか否かを判別する（ステップ１５）。この答がＮＯで、排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑが判定値ＴＭＴＲＳＴＩＭに達していないときには、排気ガスの熱量が三元触媒５および吸着材１６に十分に与えられておらず、三元触媒５が未だ活性状態で、また、吸着材１６が脱離可能な温度まで昇温されていないとして、ステップ１６に進む。このステップ１６では、始動後タイマ（図示せず）で計時される始動後時間ＴＭＡＣＲが所定の制限時間＃ＴＭＴＲＳＬＭＴ（例えば９０秒）よりも大きいか否かを判別する。そして、この答がＮＯのときには、切替バルブフラグＦ＿ＴＲＳＳＯＬを「１」にセットし（ステップ１７）、本処理を終了する。このＦ＿ＴＲＳＳＯＬ→１のセットにより、切替バルブ１５が、メイン通路１３を閉鎖し、バイパス通路１４を開放する閉鎖位置に切り替えられる。これにより、排気ガス吸着材１６に通され、吸着材１６による炭化水素の吸着動作が実行される。
【００４３】
一方、前記ステップ１５の答がＹＥＳで、排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑが判定値ＴＭＴＲＳＴＩＭを超えたときには、排気ガスの熱量が三元触媒５および吸着材１６に十分与えられたことで、三元触媒５が活性化するとともに、吸着材１６が脱離可能な温度まで昇温されたとして、前記ステップ１４を実行する。これにより、吸着材１６による炭化水素の吸着動作が終了するとともに、吸着された炭化水素の脱離動作が開始され、脱離した炭化水素は、ＥＧＲ管１７を介して、ＥＧＲガスとともに吸気管１ａに送られ、エンジン１で燃焼される。
【００４４】
また、前記ステップ１６の答がＹＥＳのとき、すなわち、エンジン１の始動後、排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑが判定値ＴＭＴＲＳＴＩＭに達しないまま、制限時間＃ＴＭＴＲＳＬＭＴが経過したときには、吸着材１６による炭化水素の吸着動作を終了すべきとして、前記ステップ１４を実行し、本処理を終了する。
【００４５】
以上詳述したように、本実施形態によれば、エンジン１の始動時における三元触媒５の温度状態を表す始動時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＩＮＩを算出し、この始動時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＩＮＩに応じて、排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑの初期値ＳＧＭ＿Ｑ＿ＩＮＩを求めるとともに、この初期値ＳＧＭ＿Ｑ＿ＩＮＩに、始動後に排気ガスから三元触媒５に与えられた熱量を表す排気ガスの熱量（Ｔｏｕｔ）を加算することによって、排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑを算出する。したがって、この排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑは、三元触媒５の温度状態すなわち活性状態を良好に反映する。
【００４６】
そして、この排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑが、三元触媒５の活性温度を表す大気圧状態に応じて変化する判定値ＴＭＴＲＳＴＩＭを超えたときに、三元触媒５が活性化したと判定して、切替バルブ１５をバイパス通路１４側からメイン通路１３側へ切り替える。以上のように、三元触媒５の活性状態を、始動時にのみ始動時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＩＮＩで評価し、始動後には、これを基準として、排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑで評価するので、始動後に温度センサの検出結果を用いて判定を行った場合の精度不良を回避しながら、三元触媒５の活性状態を精度良く判定することができる。したがって、三元触媒５の実際の活性状態に応じ、それが活性化した直後の最適なタイミングで、切替バルブ１５をメイン通路１３側に切り替えることができ、それにより、最適な排気ガス特性を達成することができる。
【００４７】
また、始動時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＩＮＩを、エンジン１の前回停止時における停止時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＬＡＳＴ、ソーク時間ＴＭＳＯＡＫ、および環境温度である外気温ＴＡに応じて算出するので、エンジン１の前回の運転状態およびソーク時間ＳＯＡＫに応じて、始動時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＩＮＩを精度良く求めることができる。したがって、始動時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＩＮＩを基準として行われる三元触媒５の活性状態の判定精度をさらに高めることができ、それにより、切替バルブ１５の切替タイミングをさらに適切に設定することができる。
【００４８】
さらに、前述したように、排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑの判定値ＴＭＴＲＳＴＩＭは、大気圧ＰＡが低いほど、より大きな値に設定されるので、高地においては、切替バルブ１５の切替タイミングが平地よりも長めに設定されることにより、炭化水素の吸着期間中に吸着材１６および三元触媒５に与える熱量がより多くなり、吸着材１６および三元触媒５が十分に暖められる。これにより、三元触媒５の活性化が図られるとともに、吸着材１６による炭化水素の脱離開始までの時間が短縮することができ、炭化水素の脱離が短時間で十分に行われる。以上により、実際の三元触媒５の活性状態および吸着材１６の昇温状態に応じた最適なタイミングで、切替バルブ１５をバイパス通路１４からメイン通路１３側へ切り替えることができ、それにより、最適な排気ガス特性を達成することができる。
【００４９】
なお、上述した実施形態では、大気圧ＰＡに応じて判定値ＴＭＴＲＳＴＩＭを変更設定しているが、排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑを、大気圧ＰＡが低いほど、より小さくなるように補正してもよい。さらに、実施形態では、始動時の三元触媒５の温度状態を表すパラメータとして、停止時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＬＡＳＴなどから算出した始動時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＩＮＩを用いているが、これに代えて、温度センサによる検出結果を用いることも可能である。例えば、吸着材１６の下流側に配置した温度センサ一体型の湿度センサ２２の温度検出値ＴＨＣＭを用いてもよく、あるいは、図１に破線で示すように、三元触媒５に触媒温度センサ２９を取り付け、その温度検出値ＴＣＡＴを用いてもよい。この場合にも、始動時に検出された温度検出値ＴＨＣＭまたはＴＣＡＴを、始動時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＩＮＩと同様、始動時の三元触媒５の温度状態を表すパラメータとしてのみ用いることによって、上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
図１１は、本発明の第２実施形態による排気ガス浄化装置をブロック状に示している。この排気ガス浄化装置は、第１実施形態と比較し、三元触媒および切替バルブの配置のみが異なるものであり、第１実施形態と同一の構成または同等の機能を有する構成要素については、同じ参照番号を付し、その詳細な説明は省略するものとする。同図に示すように、この排気浄化装置では、エンジン１の排気系２の排気管４に、三元触媒（図示せず）を内蔵した上流側および下流側の２つの三元触媒５Ａ、５Ｂが設けられている。排気管４の三元触媒５Ａ、５Ｂ間の部分は、メイン通路１３と、これをバイパスするバイパス通路１４に分岐しており、このバイパス通路１４に吸着材１６が配置されている。また、切替バルブ３５は、メイン通路１３に設けられており、その開閉は、切替バルブ駆動装置１９を介して、ＥＣＵ２５によって制御される。他の構成は、ＥＣＵ２５で実行される切替バルブ３５の開閉制御処理を含めて、第１実施形態と同様である。
【００５１】
以上の構成により、本実施形態では、エンジン１の始動時、吸着制御の実行条件が成立しているときには、切替バルブ３５がメイン通路１３を全閉する閉鎖位置に切り替えられる。この状態では、上流側三元触媒５Ａを通過した排気ガスは、すべてバイパス通路１４に通され、排気ガス中の炭化水素が吸着材１６に吸着された後に、下流側三元触媒５Ｂに流入し、それにより、大気中への炭化水素の放出が阻止される。その後、第１実施形態と同様にして算出した排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑが、上流側三元触媒５Ａの活性温度を表し且つ大気圧ＰＡに応じて設定した判定値ＴＭＴＲＳＴＩＭを超えたときに、上流側三元触媒５Ａが活性化するとともに、吸着材１６が脱離可能な温度まで昇温したと判定して、切替バルブ３５がメイン通路１３を全開する開放位置に切り替えられる。この状態では、排気ガスは、活性化した上流側三元触媒５Ａにより、その酸化・還元作用によって浄化される。また、排気ガスの一部は、吸着材１６側に流れ、吸着材１６から脱離した炭化水素は、この排気ガスとともに下流側三元触媒５Ｂに送られ、それによって浄化される。
【００５２】
さらには、第１実施形態と同様にして算出した排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑが、下流側三元触媒５Ｂの活性温度を表し且つ大気圧ＰＡに応じて設定した判定値ＴＭＴＲＳＴＩＭを超えたときに、下流側三元触媒５Ｂが活性化するとともに、吸着材１６が脱離可能な温度まで昇温したと判定して、切替バルブ３５がメイン通路１３を全開する開放位置に切り替えてもよい。この状態では、排気ガスの大部分がメイン通路１３を通った後に、活性化した下流側三元触媒５Ｂに流入し、その酸化・還元作用によって浄化される。また、上記の場合と同様、吸着材１６から脱離した炭化水素は、下流側三元触媒５Ｂで浄化される。以上のように、本実施形態においても、第１実施形態と同様、上流側または下流側三元触媒５Ａ、５Ｂの活性状態および吸着材１６の昇温状態に応じた、最適なタイミングで、切替バルブ３５をメイン通路１３に切り替えることができ、それにより、最適な排気ガス特性を達成することができる。
【００５３】
なお、本実施形態においても、大気圧ＰＡに応じて判定値ＴＭＴＲＳＴＩＭを変更設定するのに代えて、排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑを大気圧ＰＡに応じて補正してもよい。さらに、実施形態では、始動時の上流側または下流側三元触媒５Ａ、５Ｂの温度状態を表すパラメータとして、算出により推定した始動時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＩＮＩに代えて、吸着材１６の下流側に配置した温度センサ一体型の湿度センサ２２の温度検出値ＴＨＣＭを用いてもよく、あるいは、図１１に破線で示すように、上流側および下流側の三元触媒５Ａ、５Ｂの少なくとも一方に触媒温度センサ２９Ａ、２９Ｂを取り付け、その温度検出値ＴＣＡＴを用いてもよい。
【００５４】
さらに、実施形態では、エンジン１の環境温度を表すパラメータとして、外気温ＴＡを用いたが、これに代えて、吸気管１ａに設けた吸気温センサで検出した吸気温を用いてもよい。その他、細部の構造を、本発明の趣旨の範囲内で適宜、変更することが可能である。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の内燃機関の排気ガス浄化装置は、実際の触媒装置の活性状態および吸着材の昇温状態に応じた最適なタイミングで切替バルブを切り替えることができ、それにより、最適な排気ガス特性を達成することができるなどの効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による排気ガス浄化装置を適用した内燃機関の構成を示す図である。
【図２】炭化水素吸着装置を拡大して示す断面図である。
【図３】始動時設定処理を示すフローチャートである。
【図４】ソーク時間ＴＭＳＯＡＫに応じて冷却係数ＫＣＯＯＬを設定するための冷却係数テーブルである。
【図５】停止時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＬＡＳＴ、ソーク時間ＴＭＳＯＡＫおよび外気温ＴＡに応じた始動時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＩＮＩの推移の一例を示す図である。
【図６】始動時触媒温度ＴＣＡＴ＿ＩＮＩに応じて排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑの初期値ＳＧＭ＿Ｑ＿ＩＮＩを設定するための排気熱量初期値テーブルである。
【図７】排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑ、その初期値ＳＧＭ＿Ｑ＿ＩＮＩおよび判定値ＴＭＴＲＳＴＩＭの関係を示す図である。
【図８】切替バルブの開閉制御処理を示すフローチャートである。
【図９】排気熱量積算値ＳＧＭ＿Ｑの算出処理を示すフローチャートである。
【図１０】大気圧状態に応じて判定値ＴＭＴＲＳＴＩＭを設定するための判定値テーブルである。
【図１１】本発明の第２実施形態による内燃機関の排気ガス浄化装置を示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１　内燃機関
２　排気系
５　三元触媒
５Ａ　上流側三元触媒
５Ｂ　下流側三元触媒
６　触媒装置
１３　メイン通路（第１通路）
１４　バイパス通路（第２通路）
１５　切替バルブ
１６　吸着材
１９　切替バルブ駆動装置（切替バルブ駆動手段）
２５　ＥＣＵ（大気圧状態検出手段、始動時温度状態検出手段、始動後排気熱量算出手段、切替バルブ駆動手段、および停止時温度検出手段）
２５ａ　停止後タイマ（停止時間計時手段）
２７　外気温センサ（環境温度検出手段）
３０　大気圧センサ（大気圧状態検出手段）
３５　切替バルブ
ＰＡ　大気圧（大気圧状態）
ＴＣＡＴ＿ＩＮＩ　始動時触媒温度（排気系の始動時温度状態）
ＳＧＭ＿Ｑ　排気熱量積算値（始動後排気熱量）
ＴＣＡＴ＿ＬＡＳＴ　停止時触媒温度（排気系の停止時温度）
ＴＭＳＯＡＫ　ソーク時間（停止時間）
ＴＡ　外気温（環境温度）
【図１】
2004124807.tif 000003
【図２】
2004124807.tif 000004
【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】
2004124807.tif 000010
【図９】
2004124807.tif 000011
【図１０】
2004124807.tif 000012
【図１１】
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