(57)【要約】【課題】内燃機関の停止・再始動を短時間のサイクルで繰り返した場合に、再始動時のＨＣ排出量を低減する。【解決手段】内燃機関１の排気通路に第１の排気ガス浄化用触媒を設け、前記第１の排気ガス浄化用触媒の下流に排気ガス中の未燃焼成分（ＨＣ）を吸着する吸着材および第２の排気ガス浄化用触媒を設け、機関停止時に、前記吸着材の温度に応じて前記吸着材の冷却を行う。【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第１の排気ガス浄化用触媒を設け、
前記第１の排気ガス浄化用触媒の下流に排気ガス中の未燃焼成分を吸着する吸着材および第２の排気ガス浄化用触媒を設け、
機関停止時に、前記吸着材の温度に応じて前記吸着材の冷却を行う冷却手段を有することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記冷却手段は、前記内燃機関の暖機が終了した場合には、前記吸着材の冷却を行なわない請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記吸着材と前記第２の排気ガス浄化用触媒を一体化した触媒機能付き吸着材を用いる請求項１または２に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記冷却手段は、前記触媒機能付き吸着材の触媒機能が活性化した場合には冷却を行なわない請求項３に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記吸着材もしくは触媒機能付き吸着材の他に、第３の排気ガス浄化用触媒を設け、前記第３の排気ガス浄化用触媒の触媒機能が活性化した場合には前記冷却手段は冷却を行なわない請求項３または４に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
前記冷却手段は、前記吸着材と内燃機関とを接続する配管と、前記配管の途中に設けた冷却用ポンプとで構成され、吸着材の温度に応じて前記冷却用ポンプを駆動して、前記配管内に内燃機関用の冷却水を循環させることによって冷却を行う請求項１〜５のいずれか一つに記載の排気浄化装置。
【請求項７】
前記冷却手段は、前記吸着材近傍に設けた吸着材冷却用ファンを吸着材の温度に応じて駆動して冷却を行う請求項１〜５のいずれか一つに記載の排気浄化装置。
【請求項８】
前記冷却手段は、前記吸着材の上流に合流する２次空気配管と、この２次空気配管に２次空気を送る２次空気ポンプで構成され、前記吸着材の温度に応じて前記２次空気ポンプを駆動して２次空気を前記吸着材に送ることで冷却を行う請求項１〜５のいずれか一つに記載の排気浄化装置。
【請求項９】
前記冷却手段は、
前記第１の排気浄化用触媒入口に２次空気を供給する早期活性化用２次空気配管および２次空気ポンプと、
前記早期活性化用２次空気配管から分岐して、前記吸着材入口に２次空気を供給する冷却用２次空気配管と、
前記早期活性化用２次空気配管および冷却用２次空気配管の分岐点より下流にそれぞれ設けた第１、第２の切換弁と、で構成され、
前記切換弁を内燃機関の運転状態および前記吸着材の温度に応じて前記第１、第２の切換弁を関連付けて開閉制御することによって吸着材の冷却を行う請求項１〜５のいずれか一つに記載の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記内燃機関は、車両停止時には機関停止し、発進時に再始動するアイドルストップ機能を有する請求項１〜９のいずれか一つに記載の排気浄化装置。
【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装置に関し、特に機関始動時に未浄化のまま排出される炭化水素（ＨＣ）量を減少させるための浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気マニホールド内にＨＣ吸着材を設けて、エンジン始動直後はＨＣを上記吸着材に吸着させ、排気ガス温度の上昇とともに上記吸着材から離脱するＨＣを、浄化温度に達した触媒で浄化する方法が知られている。しかしながら、ＨＣが吸着材から離脱する温度が触媒の浄化温度よりも低いために、触媒が浄化温度に達するまでは未浄化のままＨＣが排出されることがあった。
【０００３】
そこで、ＨＣ吸着材を冷却することによって吸着材の吸着効率を向上させて、触媒が浄化温度に達する前に吸着材から離脱するＨＣの量を抑制し、未浄化のまま排出されることを防止する技術が特許文献１に開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１７７４６４号公報
【０００５】
【本発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１では、ＨＣ吸着材を冷却するのはエンジンが冷間始動時の場合のみである。したがって、例えばアイドルストップ車両等において、エンジンの暖機が終了しておらず、かつ吸着材の温度がＨＣ離脱温度付近まで上昇した状態でエンジン停止し、短時間後に再始動をすると、一般的にエンジン始動時の空燃比はリッチに制御されるので、吸着材がＨＣを吸着できなくなり、ＨＣ排出量が増加するという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、暖機終了するまでにエンジンの停止・始動を繰り返した場合にもＨＣを十分に吸着して、未浄化ＨＣの排出量を減少させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に第１の排気ガス浄化用触媒を設け、前記第１の排気ガス浄化用触媒の下流に排気ガス中の未燃焼成分（ＨＣ）を吸着する吸着材および第２の排気ガス浄化用触媒を設けた排気浄化装置であって、機関停止時に、前記吸着材の温度に応じて前記吸着材の冷却を行うことを特徴とする。
【０００８】
【作用・効果】
本発明によれば、エンジン停止時に吸着材の温度に応じて吸着材を吸着可能な温度領域まで冷却するので、空燃比リッチで再始動を行うエンジンの停止・再始動を繰り返した場合にもＨＣ排出量を低減することが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
図１は本実施形態のシステム構成を表しており、エンジン１から排出された排気ガスは排気マニホールド８を経て、排気マニホールド８に接続された排気管９から排出される。
【００１１】
排気マニホールド８には炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）の酸化、窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元を行うマニホールド触媒（三元触媒）２が設けられ、その下流にはＨＣを吸着し、三元触媒機能も果たすＨＣ吸着触媒（ＨＣＴ触媒）３が設けられる。
【００１２】
７はＨＣＴ触媒３を冷却するためにＨＣＴ触媒３と熱交換可能に設けられた触媒冷却用水配管であり、途中に設けられた触媒冷却用ポンプ４によってエンジン冷却水が内部を循環する。
【００１３】
また、エンジン１にはエンジン水温センサ６、ＨＣＴ触媒３には触媒温度センサ５が配置される。コントロールユニット（ＥＣＵ）１０は後述する制御に従い前記各センサーの検出値に応じて触媒冷却用ポンプ４を駆動し、ＨＣＴ触媒３の冷却を行う。すなわち、ＥＣＵ１０は、エンジン１運転中にＨＣＴ触媒３がＨＣ離脱温度付近まで上昇した場合には、エンジン停止中にＨＣ吸着可能温度まで冷却する。
【００１４】
図２はＥＣＵ１０で実行される本実施形態のＨＣＴ触媒３冷却用の制御のフローチャートである。
【００１５】
ステップＳ１０１でエンジン１を始動すると、ステップＳ１０２で触媒温度センサー５によってＨＣＴ触媒３の温度を計測する。なお、触媒温度センサー５を設けずに、エンジン１の使用状態（運転時間、冷却水温度等）から温度を推定してもよい。
【００１６】
ステップＳ１０３ではエンジン１が停止したか否かの判定を行い、停止した場合にはステップＳ１０４に進み、エンジン１停止時のＨＣＴ触媒３の温度をＥＣＵ１０に読込み、ステップＳ１０５に進む。エンジン１が停止していなければ、そのまま処理を終了する。
【００１７】
ステップＳ１０５ではステップＳ１０４で読込んだＨＣＴ触媒温度ＣＡＴＴＥＭＰが所定温度Ｔ１以上であるか判定を行い、所定温度Ｔ１以上であればステップＳ１０６に進む。所定温度Ｔ１以下であれば処理を終了する。この所定温度Ｔ１は、ＨＣＴ触媒３のＨＣ吸着可能上限温度（約２００度）以下であればよいが、好ましくはＨＣＴ触媒３の内部温度とＨＣトラップ率を示す図５のテーブルにおいて、ＨＣトラップ率が１００％となる温度を設定する。
【００１８】
ステップＳ１０６ではエンジン１の暖機運転が終了しているか否かの判定を行い、暖機終了前であればステップＳ１０７に進み、暖機が終了していれば冷却を行わずに処理を終了する。
【００１９】
通常、冷間でのエンジン始動時には、吸気弁や筒内壁部でのガソリンの気化作用不足を補う為にガソリン噴射量が増量補正されるので、空燃比はリッチになり、ＨＣ発生量が多くなる。図４はエンジン冷却水温とガソリン噴射量増量率の関係を表しており、エンジン冷却水温が低いほど増量率が大きく、暖機が終了すると（例えばエンジン冷却水温約５０度）増量率が一定になることがわかる。なお、増量率１００％は増量補正なし、２００％は燃料噴射量が２倍になることを意味する。
【００２０】
暖機終了前にエンジン停止して再始動時する際にも燃料噴射量が増量される。このときマニホールド触媒（三元触媒）２が活性温度に達していても、空燃比がリッチであるので三元触媒２の浄化作用は発揮できず、排ガス浄化の為にはＨＣＴ触媒３によってＨＣを吸着する必要がある。したがってＨＣＴ触媒３をＨＣ吸着可能温度以下に冷却する。暖機が終了している場合にはガソリン噴射量の増量はほとんど行われないので、ＨＣＴ触媒３でＨＣを吸着する必要はない。
【００２１】
ステップＳ１０７ではＨＣＴ触媒３の触媒機能が活性化しているか否かの判定を行う（触媒機能活性完了判定）。図５はＨＣＴ触媒３の内部温度とＨＣ吸着率の関係を示しており、１８０度付近まではＨＣ吸着率は略１００％で、約１８０度から約２８０度の間でＨＣ吸着率は下がり続け、約２８０度を超えるとＨＣ吸着率は略一定となっている。ここで、図５に示すようにＨＣ吸着率が一定となる（活性化完了）領域でＨＣＴ触媒３の温度にしきい値を設けて、しきい値を超えている場合はそのまま処理を終了する。これは、ＨＣＴ触媒３が高温になり過ぎると、多少の冷却を行ってもＨＣトラップ率はほとんど回復しないからである。しきい値より低い温度であればステップＳ１０８に進む。
【００２２】
ステップＳ１０８ではＨＣＴ触媒の冷却を開始する。冷却は冷却制御開始時のＨＣＴ触媒３の温度に基づいて行い、冷却制御開始時の高いほど冷却時間を長くする。
【００２３】
また、冷却目標温度として所定値を設けて、前記所定値になるまで冷却を維持することとしてもよい。所定値は、例えば図５のグラフ中でＨＣ吸着率が１００％である温度領域から選択することができる。
【００２４】
図３に、本実施形態においてエンジン１をアイドル状態で停止し、発進時に自動的に始動するアイドルストップ車両において、エンジン１の始動、停止を繰り返した場合のタイムチャートを示す。ＨＣＴ触媒温度のグラフの実線ＡおよびＨＣ排出量のグラフの実線Ｃは本実施形態の制御を行なった場合、同様に点線Ｂおよび点線Ｄは冷間始動時のみＨＣＴ触媒冷却を行った場合（従来例）である。
【００２５】
エンジン１をｔ０で始動してｔ１で停止する。始動時には空燃比（Ａ／Ｆ）はリッチに制御されているが、ＨＣＴ触媒３が機能しているので、本実施形態、従来例ともにＨＣ排出量は低く抑えられている。また、エンジン１の停止時にＨＣＴ触媒３はＨＣ離脱温度である約２００度付近まで温度上昇している。
【００２６】
本実施形態はｔ１〜ｔ２のエンジン１停止時にＨＣＴ触媒３を冷却するので、ｔ２においてＨＣＴ触媒３の温度は約１００度付近まで低下している（実線Ａ）。
【００２７】
一方従来例は、ｔ１〜ｔ２でＨＣＴ触媒３の冷却を行わないので、ほとんど温度低下はなく、ｔ２においても約２００度のままである（点線Ｂ）。
【００２８】
ｔ２でエンジン１を再始動すると、本実施形態はＨＣＴ触媒３が約１００度付近まで冷却されている（実線Ａ）ので、空燃比（Ａ／Ｆ）リッチでエンジン１を始動してもＨＣ吸着限界である約２００度に上昇するまでＨＣを吸着でき、ＨＣの排出量を低く抑えることができる（実線Ｃ）。一方従来例はｔ２でエンジン１再始動後直ちにＨＣ離脱温度である約２００度を超えてしまう（点線Ｂ）ので、ＨＣ排出量が多くなってしまう（点線Ｄ）。
【００２９】
ｔ３で再びエンジン１を停止する。このとき本実施形態はＨＣＴ触媒３の温度が約２５０度まで上昇しているが、エンジン１停止中に冷却して、ｔ４でエンジン再始動するときには２００度以下まで低下している（実線Ａ）。一方従来例はｔ３の時点で約３５０度まで温度上昇しており、エンジン１停止中に冷却を行わないので、ｔ４の時点でも約３５０度のままである（点線Ｂ）。
【００３０】
ｔ５でエンジン１を再始動すると、ｔ２でのエンジン１再始動時と同様に本実施形態はＨＣＴ触媒３がＨＣを吸着してＨＣ排出量を低く抑えている（実線Ｃ）のに対して、従来例は既にＨＣ離脱温度を超えているため、ＨＣの排出量が多くなっている（点線Ｄ）。
【００３１】
以上、図３より、本実施形態では、エンジン暖機終了前に一旦エンジン停止して再始動する場合、ＨＣＴ触媒３をＨＣ吸着可能温度以下まで冷却するので、再始動時に空燃比リッチに制御されてもＨＣＴ触媒３によってＨＣを吸着し、排ガス浄化能力を高く保たれていることがわかる。
【００３２】
車両停止毎にエンジンを停止する、いわゆるアイドルストップ車両において、従来の排気浄化装置を搭載した場合には、空燃比リッチでエンジン再始動された場合のＨＣ排出量を抑制することができないが、本実施形態の排気浄化装置では、吸着材の温度に応じてエンジン停止中に吸着材をＨＣ吸着可能温度まで冷却するので、再始動後にＨＣを吸着可能となり、ＨＣの排出量を低減することが可能となる。
【００３３】
以上により、本実施形態によれば、例えばアイドルストップ車両のようにエンジン１の始動・停止を繰り返した場合にも、ＨＣＴ触媒３の温度に応じてエンジン１停止中にＨＣＴ触媒３の冷却を行うので、エンジン１再始動時にはＨＣ吸着が可能となり、ＨＣ排出量を低減することが可能となる。
【００３４】
エンジン１の暖機が終了した場合、およびＨＣＴ触媒３の触媒機能が活性化する温度領域に設定したしきい値を超えた場合にはＨＣＴ触媒３の冷却を行なわないので、余分な制御や電力消費をする必要がない。
【００３５】
なお、ＨＣＴ触媒３の冷却方法として、触媒冷却用ポンプ４、触媒冷却用水配管７に替えて、図６に示すように触媒冷却用ファン１１を用いて送風する方法や図７に示すように触媒冷却用２次空気ポンプ１２を用いて２次空気を排気通路に導入する方法を用いても同様の効果が得られる。
【００３６】
ＨＣＴ触媒３が、冷却を行なってもＨＣ吸着率が回復しない程度に高温になっている場合には冷却を実行しないので、無駄な電力等の消費量を低減できる。
【００３７】
第２実施形態について図９を用いて説明する。
【００３８】
本実施形態はマニホールド触媒２の早期活性化に用いている排気２次空気をＨＣＴ触媒３の冷却に流用するものである。触媒冷却用２次空気ポンプ７とマニ触媒２入口とがマニ触媒用２次空気配管１５によって接続され、その途中にはマニ触媒早期活性用２次空気バルブ１３が設けられる。
【００３９】
また、触媒冷却用２次空気ポンプ７とＨＣＴ触媒３入口とがＨＣＴ触媒用２次空気配管１６によって接続され、その途中にＨＣＴ触媒冷却用２次空気バルブ１４が設けられる。マニ触媒早期活性用２次空気バルブ１３とＨＣＴ触媒冷却用２次空気バルブ１４は、エンジン１運転中は排気２次空気をマニホールド触媒２に導入し、エンジン１停止中は排気２次空気をＨＣＴ触媒３に導入するようＥＣＵ１０によって開閉制御される。
【００４０】
本実施形態の制御は基本的に第１実施形態と同様であるが、第１実施形態のステップＳ１０３に相当するステップＳ２０３でエンジン停止をしなかった場合には、ステップＳ２０９に進み、マニ触媒早期活性用２次空気バルブ１３を開、ＨＣＴ触媒冷却用２次空気バルブ１４を閉にして排気２次空気をマニホールド触媒２に導入する。
【００４１】
また、ステップＳ１０８に相当するステップＳ２０８でＨＣＴ触媒３を冷却する際には、マニ触媒早期活性用２次空気バルブ１３を閉、ＨＣＴ触媒冷却用２次空気バルブ１４を開にして排気２次空気をＨＣＴ触媒３に導入する。
【００４２】
以上により、本実施形態では第１実施形態と同様の効果に加え、バルブ切換によって触媒冷却用２次空気ポンプ７から導入される排気２次空気を、マニホールド触媒２の早期活性化とＨＣＴ触媒３の冷却の両方に利用できるので、それぞれ専用の配管などを設けた場合に比べてシステムの大型化を防止できる。
【００４３】
なお、第１、第２の実施形態において、ＨＣＴ触媒３の上流もしくは下流に三元触媒１７を設けても同様の効果が得られる。また、このときＨＣＴ触媒３に替えてＨＣ吸着機能のみを有するＨＣＴ１８を用いても同様の効果が得られる（図１０〜図１３）。
【００４４】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態のシステム構成を表す図である。
【図２】第１実施形態の制御フローチャートである。
【図３】第１実施形態の制御を実行した場合のタイムチャートである。
【図４】エンジン冷間始動時のガソリン噴射量増量率のテーブルである。
【図５】ＨＣＴ触媒内温度とＨＣ吸着率の関係を表す図である。
【図６】ＨＣＴ触媒の冷却に冷却ファンを用いた場合のシステムを表す図である。
【図７】ＨＣＴ触媒の冷却に排気２次空気を用いた場合のシステムを表す図である。
【図８】第２実施形態のシステム構成を表す図である。
【図９】第２実施形態の制御を表すフローチャートである。
【図１０】第１実施形態において三元触媒機能付きＨＣＴ触媒の替わりにＨＣＴ触媒と三元触媒を用いた場合のシステム構成を表す図である。
【図１１】図６において三元触媒機能付きＨＣＴ触媒の替わりにＨＣＴ触媒と三元触媒を用いた場合のシステム構成を表す図である。
【図１２】図７において三元触媒機能付きＨＣＴ触媒の替わりにＨＣＴ触媒と三元触媒を用いた場合のシステム構成を表す図である。
【図１３】第２実施形態において三元触媒機能付きＨＣＴ触媒の替わりにＨＣＴ触媒と三元触媒を用いた場合のシステム構成を表す図である。
【符号の説明】
１  エンジン
２  マニホールド触媒
３  床下触媒（ＨＣＴ触媒）
４  触媒冷却用ポンプ
５  触媒温度センサー
６  エンジン水温センサー
７  触媒冷却用水配管
８  排気マニホールド
９  排気通路
１０  コントロールユニット（ＥＣＵ）
１１  触媒冷却用ファン
１２  触媒冷却用２次空気ポンプ
１３  マニ触媒早期活性化用２次空気バルブ
１４  ＨＣＴ触媒冷却用２次空気バルブ
１５  マニ触媒用２次空気配管
１６  ＨＣＴ触媒用２次空気配管
１７  三元触媒
【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】
2004285933.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2004285933.tif 000013
【図１２】
2004285933.tif 000014
【図１３】
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