(57)【要約】      （修正有）【課題】ＮＯx触媒の温度を常に最適温度範囲に保って効率的な浄化を行う。【解決手段】冷却装置１０２は排気管１０５の途中に設けられた冷却エア通路１０８上に設置されている。冷却装置１０２は冷却エア通路１０８を流通するエンジン１０１からの排気を冷却し、排気浄化処理部１０３の上流側の排気管１０５に冷却後の排気を供給する。これにより排気浄化処理部１０３にはエンジン１０１からの排気であって、一部が冷却装置１０２により冷却された排気が供給され、排気浄化処理処理部１０３内のＮＯｘ触媒の触媒床温を常に適切な温度に維持する。【選択図】図１
2005036770.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気浄化処理装置において、
排気浄化処理媒体の上流側の排気ガス温度を検出する排気ガス温度検出手段と、
前記排気浄化処理媒体の温度を取得する媒体温度取得手段と、
前記排気浄化処理媒体を冷却するために排気ガスを冷却する排気ガス冷却手段と、
前記排気ガス温度と前記排気浄化処理媒体の温度との差に基づいて、前記排気ガス冷却手段の作動を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化処理装置。
【請求項２】
前記排気浄化処理媒体へ供給される排気ガスの流量を検出する排気ガス流量検出手段を備え、
前記制御手段は、前記排気ガスの流量に基づいて前記排気ガス冷却手段の作動を制御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浄化処理装置。
【請求項３】
前記排気ガス冷却手段は、前記排気浄化処理媒体の上流側の排気通路に２次空気を供給する２次空気供給手段と、前記２次空気の温度を検出する２次空気温度検出手段と、を備え、
前記制御手段は、検出された前記２次空気の温度に基づいて前記排気ガス冷却手段の作動を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化処理装置。
【請求項４】
前記制御手段は、所定時間毎に排気ガスを冷却する冷却時間を変化させることにより前記排気ガス冷却手段の作動を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化処理装置。
【請求項５】
前記媒体温度取得手段は、前記排気浄化処理媒体の下流側における排気ガス温度を検出し、前記浄化処理媒体の温度とすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化処理を行う排気浄化処理装置に関し、特に触媒などの排気浄化処理媒体の温度制御を行う排気浄化処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
成層燃焼可能な内燃機関においては、従来の三元触媒ではその浄化特性から窒素酸化物（ＮＯx）を十分に浄化できないという問題があり、最近では、リーン空燃比においても、窒素酸化物（ＮＯx）を浄化することができる吸蔵還元型ＮＯx触媒などのリーンＮＯx触媒が開発され実用化されている。
【０００３】
三元触媒は、排気中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の酸化と、窒素酸化物（ＮＯx）の還元を同時に行い、排気中のこれらの有害成分を無害な二酸化炭素（ＣＯ2）、水（Ｈ2Ｏ）、及び窒素（Ｎ2）に浄化する機能を有している。しかし、排気の空燃比がリーンになると、排気中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）は排気中の酸素と反応するため、窒素酸化物（ＮＯx）の還元作用が不活発となる。一方、排気の空燃比がリッチになると炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の酸化作用が不活発となる。このように、三元触媒は理論空燃比近辺で最も有効に働く触媒であり、内燃機関が理論空燃比近辺で運転されている場合に有効である。
【０００４】
一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒は、内燃機関が理論空燃比よりもリーン側で運転する時に有効である。流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸収し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸収していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出しつつ窒素（Ｎ2）に還元する。
【０００５】
吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力には限りがあるため、内燃機関が長期にわたって成層運転されると、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）が吸蔵還元型ＮＯx触媒によって除去されることなく大気中に放出されることになる。
【０００６】
従って、吸蔵還元型ＮＯx触媒は、ＮＯx吸収能力が飽和する前に吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気の空燃比を低下させる、所謂リッチスパイク制御を実行することにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されている窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元させる必要がある。
【０００７】
このように吸蔵還元型ＮＯx触媒は還元剤の存在下で排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を浄化可能となるため、リーンＮＯx触媒を利用して排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を浄化する場合には、リーンＮＯx触媒に対して適量の還元剤を供給する必要がある。
【０００８】
ところで、上述のような窒素酸化物（ＮＯx）を浄化する触媒には最適温度範囲（例えば、３００〜４５０℃）が存在し、この最適温度範囲に触媒の温度（「触媒床温」とも呼ぶ。）が入っていなければ高い浄化率を得ることはできない。従って、ＮＯx排出量を低減するには、触媒床温を最適温度範囲内に維持することが要求される。しかし、実際には、内燃機関の運転状態により排気温度が大きく変化して、触媒床温が最適温度範囲から外れることがあり、安定したＮＯｘ浄化性能を得ることが難しい。
【０００９】
そこで、触媒の温度を最適温度範囲に維持する方法として、ＮＯx吸蔵還元型触媒の上流側の温度を予測し、この予測結果に応じて排気ガス冷却手段へ作動信号を送信し、排気ガスを所望温度に調整することにより触媒の温度を調整するという排気ガス浄化システムが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【００１０】
また、触媒の温度制御に関連する他の技術を開示するものとして、特許文献２乃至６がある。
【００１１】
【特許文献１】特開２０００−２１３３３８号公報
【特許文献２】特開平１０−５４２５１号公報
【特許文献３】特開２０００−６４８２１号公報
【特許文献４】特開平１１ー１５３０２１号公報
【特許文献５】特許第３０６２７１０号公報
【特許文献６】特開平１１−１３４５８号公報
【００１２】
触媒床温を精度よく検出するには触媒の中心部の温度を直接測定すれば良いのであるが、触媒の中心部に温度センサを配設することは実際には困難である。よって、例えば特許文献１に開示されているようにＮＯx触媒の上流に温度センサを配置するようにし、排気温度を検出することで触媒床温を推定するような方法がとられている。
【００１３】
しかし、触媒床温の変化は、触媒の入口における排気ガス温度だけでなく、排気流量や大気温度等の外界条件からも影響を受ける。また、触媒床温の変化には時間的に遅れがあるため、例えば触媒の入口における排気ガス温度が変化しても、触媒床温が同じように直ちに変化するわけではない。実際には、触媒の入口に供給される排気ガス温度を比較的急に低下させても、触媒床温は緩やかに低下するにとどまる。従って、触媒の入口における排気ガス温度は必ずしも触媒床温を正確に反映しているとは限らず、触媒上流に設けられた温度センサからの温度情報だけでは触媒床温を正確に推定し、適正な温度範囲に維持することは難しい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ＮＯx触媒などを利用する内燃機関の排気浄化処理装置において、浄化媒体であるＮＯx触媒などの温度を常に最適温度範囲に保って効率的な浄化を行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の１つの観点では、内燃機関の排気浄化処理装置は、排気浄化処理媒体の上流側の排気ガス温度を検出する排気ガス温度検出手段と、前記排気浄化処理媒体の温度を取得する媒体温度取得手段と、前記排気浄化処理媒体を冷却するために排気ガスを冷却する排気ガス冷却手段と、前記排気ガス温度と前記排気浄化処理媒体の温度との差に基づいて、前記排気ガス冷却手段の作動を制御する制御手段と、を備える。
【００１６】
上記の排気浄化処理装置は、排気浄化処理媒体を利用して内燃機関からの排気ガスの浄化処理を行う。排気浄化処理媒体は排気ガスが通過する排気通路などに配置されるものであり、例えば排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯx）を処理する吸蔵還元型ＮＯx触媒の他、三元触媒、ディーゼル車の排気ガス中に含まれる粒子状物質を処理するフィルタや触媒などでもかまわない。排気浄化処理媒体の上流側には排気ガス温度検出手段が配置され、排気浄化処理媒体へ供給される排気ガスの温度が検出される。また、排気浄化処理媒体の温度が取得される。
【００１７】
排気浄化処理媒体へ供給される排気ガスは、排気浄化処理媒体を冷却するための排気ガス冷却手段により冷却される。排気ガス冷却手段は、例えば、内燃機関から排気通路へ排出された排気ガスの一部を冷却して排気通路に戻すものや、内燃機関の吸気の一部や外気を冷却して排気通路に導入するものとすることができる。制御手段は、排気浄化処理媒体の上流側における排気ガス温度と、排気浄化処理媒体の温度との差に基づいて排気ガス冷却手段の作動を制御する。排気浄化処理媒体の温度推移は、その上流側における排気ガス温度と、その媒体自体の温度に基づいて予測することができるので、これらに基づいて排気ガス冷却手段の作動を制御することにより、排気浄化処理媒体を常に適切な温度に維持すること、例えば吸蔵還元型ＮＯx触媒であればその浄化率が高い温度に維持することができる。
【００１８】
上記の排気浄化処理装置の一態様は、前記排気浄化処理媒体へ供給される排気ガスの流量を検出する排気ガス流量検出手段を備え、前記制御手段は、前記排気ガスの流量に基づいて前記排気ガス冷却手段の作動を制御する。冷却された排気ガスの流量が多いほど排気浄化処理媒体の冷却効率は高くなり、排気ガスの流量が少ないほど冷却効率は低くなる。よって、この点を考慮して制御手段は排気ガス冷却手段を制御する。
【００１９】
上記の排気浄化処理装置の他の一態様では、前記排気ガス冷却手段は、前記排気浄化処理媒体の上流側の排気通路に２次空気を供給する２次空気供給手段と、前記２次空気の温度を検出する２次空気温度検出手段と、を備え、前記制御手段は、検出された前記２次空気の温度に基づいて前記排気ガス冷却手段の作動を制御する。
【００２０】
この態様では、排気ガス冷却手段は、冷却空気としての２次空気を排気浄化処理媒体の上流側で排気ガスに混入することにより排気ガスを冷却する。そして、その２次空気の温度に応じて、排気ガス冷却手段が制御される。例えば排気ガスに混入される２次空気の温度が低い場合は冷却効率が高く、２次空気の温度が高い場合は冷却効率が低いので、その点を考慮して制御手段は排気ガス冷却手段を制御する。
【００２１】
好適な実施例では、前記制御手段は、所定時間毎に排気ガスを冷却する冷却時間を変化させることにより前記排気ガス冷却手段の作動を制御することができる。
【００２２】
また、前記媒体温度取得手段は、前記排気浄化処理媒体の下流側における排気ガス温度を検出し、排気浄化処理媒体の温度とすることができる。これにより、排気浄化処理媒体内に直接的に温度センサなどを設けることが難しい場合でも、排気浄化処理媒体の温度を得ることができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように、本発明の内燃機関の排気浄化処理装置によれば、排気浄化部の上流側の入ガス温度と触媒床温を検出または予測する手段を有し、さらに排気ガスを冷却する排気ガス冷却手段を備えており、入ガス温度と触媒床温の差に基づいて排気ガス冷却手段が制御される。これにより、常に触媒の床温を高い浄化率を得ることができる最適温度範囲に保つことができる。また、排気流量や、排気ガス冷却手段が使用する２次空気の温度をさらに考慮して排気ガス冷却手段の動作を制御することにより、さらに効果的に排気の浄化処理を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００２５】
まず、本発明による排気浄化処理装置の基本概念について図１を参照して説明する。図１は本発明に係る排気浄化処理装置の基本構成を模式的に示すブロック図である。
【００２６】
図１において、排気浄化処理装置１００はエンジン１０１から出力される排気の浄化処理を行うものであり、冷却装置１０２と、排気浄化処理部１０３と、ＥＣＵ１０４（Engine Control Unit）と、排気管１０５と、排気浄化処理部１０３の上流側に設けられた入口ガス（入ガス）温度センサ１０６と、排気浄化処理部１０３の下流側に設けられた出口ガス（出ガス）温度センサ１０７と、冷却エア通路１０８と、を備える。
【００２７】
排気浄化処理部１０３は、例えばエンジンの排気系に設けられる吸蔵還元型ＮＯx触媒を用いたものとすることができる。前述のように吸蔵還元型ＮＯｘ触媒はその温度によりＮＯx浄化率が変化するので、本発明による排気冷却制御により適正な温度範囲を維持する。
【００２８】
冷却装置１０２は、排気管１０５の途中に設けられた冷却エア通路１０８上に設置されている。冷却装置１０２は、冷却エア通路１０８を流通するエンジン１０１からの排気を冷却し、排気浄化処理部１０３の上流側の排気管１０５に冷却後の排気を供給する。これにより、排気浄化処理部１０３にはエンジン１０１からの排気であって、一部が冷却装置１０２により冷却された排気が供給され、排気浄化処理部１０３内の例えばＮＯｘ触媒などが冷却される。
【００２９】
ＥＣＵ１０４は、排気浄化処理部１０３へ供給される排気ガス（入ガス）の検出温度を排気浄化処理部１０３の上流側に設けられた入ガス温度センサ１０６から受け取り、排気浄化処理部１０３から排出されるガス（出ガス）の検出温度を排気浄化処理部１０３の下流側に設けられた出ガス温度センサ１０７から受け取る。出ガス温度センサ１０７から得られる出ガス温度は、排気浄化処理部１０３内のＮＯx触媒の温度（触媒床温）とほぼ等しい。ＥＣＵ１０４は、排気浄化処理部１０３に含まれるＮＯx触媒などの浄化処理媒体の目標温度などに加えて、入ガス温度センサ１０６及び出ガス温度１０７から得られる入ガス温度と出ガス温度（触媒床温）との温度差に基づいて冷却装置１０２を制御し、排気浄化処理部１０３内のＮＯx触媒の触媒床温などが適正な温度範囲に維持されるようにする。こうして、排気浄化処理部１０３における排気の浄化処理を促進させることができる。
【００３０】
なお、排気浄化処理部１０３の典型的な例は上述の吸蔵還元型ＮＯx触媒であるが、本発明の適用はこれには限定されない。例えば三元触媒は温度の影響により熱劣化が生じるため温度管理を行うことが有効である。よって、三元触媒により上記の排気浄化処理部１０３を構成し、本発明により熱劣化防止のための制御を行うこともできる。また、ディーゼル車の排出ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を浄化処理するための粒子状物質除去フィルタや、粒子状物質とＮＯxとを同時に浄化する浄化装置などが知られている。粒子状物質除去フィルタはフィルタに詰まった粒子状物質の再生のために温度制御が必要であり、粒子状物質とＮＯxとを同時に浄化する浄化装置は吸蔵還元型ＮＯx触媒を利用するのでやはり適正な温度範囲を維持することが要求される。よって、それら浄化装置を排気浄化処理部１０３として構成し、本発明を適用することも可能である。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明の実施例について説明する。以下の実施例は、本発明に係る排気浄化処理装置を車両駆動用のリーンバーンガソリンエンジンの浄化処理装置に適用した場合を例に挙げて説明する。なお、以下の実施例は本発明をガソリンエンジンに適用した例を示したが、ディーゼルエンジンに適用してもかまわない。
【００３２】
図２は、本発明の実施例に係る排気浄化処理装置を適用した内燃機関とその吸排気系の一例を示す構成概略図である。
【００３３】
図２に示す内燃機関１は、各気筒に吸気マニホールドを介して、共通吸気管５が接続されている。この吸気管５（「吸気通路」とも呼ぶ。）の途中には、上流側から順にエアクリーナボックス２、エアフローメータ３、遠心過給機（ターボチャージャー）４、インタークーラ６、スロットル弁７等が設けられている。なお、本実施例では過給機として遠心過給機（ターボチャージャー）４を用いているが、これをスーパーチャージャー等の他の過給器で置き換えても良いし、また過給機自体を用いなくても良い。
【００３４】
エアクリーナボックス２に流入した吸気は、エアクリーナボックス２内の図示しないエアクリーナによって吸気中の塵や埃等が除去される。また、エアフローメータ３は、吸気管５内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を、ＥＣＵ３０に出力する。
【００３５】
エアクリーナボックス２で処理された吸気は、遠心過給器４を構成するコンプレッサハウジング４ａに流入する。この吸気は、コンプレッサハウジング４ａに内に設けられたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。コンプレッサハウジング４ａ内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ６にて冷却された後、必要に応じてスロットル弁７によって流量が調節され、内燃機関１へ供給される。
【００３６】
インタークーラ６から内燃機関１までの吸気管５には、インタークーラ６によって冷却された吸気の温度に対応した電気信号をＥＣＵ３０に出力する吸気温度センサ２１と、吸気管５の圧力に対応した電気信号をＥＣＵ３０に出力する吸気管圧力センサ２３とが取り付けられている。
【００３７】
一方、内燃機関１には、排気枝管９が接続され、排気枝管９の各枝管が図示しない排気ポートを介して各気筒の燃焼室と連通している。この排気枝管９は、遠心過給機４のタービンハウジング４ｂと接続されている。このタービンハウジング４ｂは、排気管１２（「排気通路」とも呼ぶ。）と接続され、排気管１２は下流にて図示しないマフラーに接続されている。
【００３８】
排気管１２の途中には、上流側に三元触媒１０が、下流側には吸蔵還元型ＮＯx触媒１１が配置されている。排気管１２には、吸蔵還元型ＮＯx触媒１１より上流側に入ガス温度センサ２４が設けられ、下流側には出ガス温度センサ２５が設けられ、それぞれ排気管１２内を流れる排気の温度に対応した電気信号をＥＣＵ３０に出力する。
【００３９】
このように構成された排気系では、内燃機関１の各気筒で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポートを介して排気技管９へ排出され、次いで排気技管９から遠心過給機４のタービンハウジング４ｂへ流入する。タービンハウジング４ｂに流入した排気は、その排気が持つ熱エネルギーを利用してタービンハウジング４ｂ内に回転自由に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング４ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００４０】
タービンハウジング４ｂから排出された排気は、排気管１２を介して三元触媒１０へ流入し、内燃機関１が理論空燃比近辺で運転されているときには、排気中に含まれる有害ガス成分が浄化される。三元触媒１０を通過した排気は、下流に設置された吸蔵還元型ＮＯx触媒１１に流入し、内燃機関１がリーン空燃比で運転されているときには排気中のＮＯxを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低下したときに吸蔵したＮＯxを放出還元して排気の浄化が行われる。このようにして有害ガス成分を浄化された排気は、図示せぬマフラーを介して大気中に放出される。
【００４１】
また、三元触媒１０と吸蔵還元型ＮＯx触媒１１との間の位置において、排気管１２には、コンプレッサハウジング４ａ内で圧縮されて吸気管５内を流通する吸気の一部を排気管１２へ供給する吸気導入管８が接続されており、これにより排気管１２と吸気管５とが連通されている。吸気導入管８の途中には、開度調節を行って吸気導入管８内を流通する空気の流量を変更するための流量調整弁２２が設けられている。これらは、吸気管５内の吸気の一部を冷却エア（即ち、２次空気）として排気管１２に供給する冷却装置を構成している。
【００４２】
流量調節弁２２の開度は、ＥＣＵ３０からの制御信号によって制御される。この流量調節弁２２の開度調整は、図示しないステップモータ等のモータで行うことができる。あるいは、流量調節弁２２を電磁弁で構成する場合には、電磁弁のソレノイドコイルへの通電をデューティ制御することで、弁を開閉する時間的な度合を制御して弁を通過する空気量を制御すれば良い。
【００４３】
このように構成された冷却装置では、流量調整弁２２が開弁されると、吸気導入管８が連通状態となり、吸気管５内を流通する吸気の一部が冷却エアとして吸気導入管８へ流入し、排気管１２へ導かれる。
【００４４】
吸気導入管８を介して吸気管５から排気管１２へ供給された冷却エアは、排気管１２の上流から流れてきた排気と混ざりつつ吸蔵還元型ＮＯx触媒１１へ導入される。
【００４５】
なお、本実施例においては、上述のように三元触媒１０と吸蔵還元型ＮＯx触媒１１を独立に構成し、冷却装置からの冷却エア（２次空気）を三元触媒１０の下流かつ吸蔵還元型ＮＯx触媒１１の上流に供給している。その代わりに、触媒として吸蔵還元型ＮＯx触媒と三元触媒を担持した単一のＮＯx吸蔵還元型三元触媒等を用い、その上流側に上述のように冷却エア、即ち吸気の一部を導入しても良い。
【００４６】
このように、三元触媒１０と吸蔵還元型ＮＯx触媒１１との間の排気管１２に吸気の一部が冷却エアとして導入されるようにすると、内燃機関１が理論空燃比近辺で運転されているときに吸気の供給を行っても、上流側の三元触媒１０に流入する排気は理論空燃比を維持することができ、三元触媒１０において排気中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯx）を浄化することができる。即ち、三元触媒１０の浄化効率に影響を与えずに吸蔵還元型ＮＯx触媒１１の冷却を行うことができる。
【００４７】
吸蔵還元型ＮＯx触媒１１の冷却制御を的確に行うには、触媒床温を正確に把握する必要がある。なぜなら、上述したように吸蔵還元型ＮＯx触媒１１には最適温度範囲が存在するため，正確に触媒床温を把握することができなければ、触媒温度を最適温度範囲に保つための制御を精度良く行うことができないからである。以下、触媒床温が常に最適温度範囲に保たれるように触媒床温を正確に把握して冷却装置の制御を行う手法について述べていく。なお、本実施例においては、吸蔵還元型ＮＯx触媒１３に吸蔵する窒素酸化物（ＮＯx）が所定量以上に達しておらず、２次空気供給を停止してリッチスパイク制御やＳＯx被毒のための回復制御を行う必要がない状況から以下の制御フローを開始するものとする。
【００４８】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例に係る排気冷却制御を図３のフローチャートに基づいて説明する。この処理は、主としてＥＣＵ３０により、所定時間毎または所定クランク角毎に割り込み処理として実行される。
【００４９】
まず、ステップＳ１０１では、吸蔵還元型ＮＯx触媒１１の入ガス温度を検出する排気温度センサ２４からの出力信号をＥＣＵ３０が読み込み、記憶する。次にステップＳ１０２では、上述したように吸蔵還元型ＮＯx触媒１１の触媒床温と出ガス温度とがほぼ等しいことから、下流側の出ガス温度センサ２５からの出力値が、触媒床温としてＥＣＵ３０内に記憶される。
【００５０】
ステップＳ１０３では、触媒温度が予め決められた目標温度より高いか否かが判定される。つまり、ＥＣＵ３０は、記憶されている触媒の目標温度と前述した触媒温度との比較を行う。目標温度は、吸蔵還元型ＮＯx触媒１１が高効率で排気中のＮＯxを浄化することができる最適温度範囲の上限値であり、例えば４５０℃に設定される。触媒温度が目標温度よりも高いと判定された場合はステップＳ１０４に進み、目標温度よりも高くないと判定された場合には、処理を終了する。
【００５１】
次に、ステップＳ１０４でＥＣＵ３０は吸気導入管８を介して吸気管５から排気管１２へ導入された冷却エア（２次空気）によって、既に排気冷却を実行中であるかどうかを判定する。この判定は、冷却エア量を調整する流量調整弁２２が既に開弁されているか否かをＥＣＵ３０が検出することにより行われる。そして、既に排気冷却中であると判定されたときは処理はステップＳ１０５に進み、冷却中でないと判定された場合には処理はステップＳ１０８に進む。
【００５２】
ステップＳ１０８では、ＥＣＵ３０が、触媒の入ガス温度と触媒温度の差に基づいて触媒の温度推移を予測し、冷却エアを利用した排気冷却を行うべき冷却時間が算出される。具体的な例を挙げると、ステップＳ１０８においては基本的に触媒床温が目標温度よりも高温であるので、冷却ガスにより排気冷却を行い、触媒床温を目標温度に近づける必要がある。ここで、基本的には、ＥＣＵ３０は目標温度と触媒床温との温度差に基づいて排気冷却を行うべき冷却時間を算出することができる。
【００５３】
但し、冷却ガスによる触媒床温の冷却効率は、入ガスの温度と現在の触媒床温との差に応じて変化する。即ち、入ガス温度と現在の触媒床温との温度差が大きい（即ち、入ガス温度が十分に低温である）場合は短時間の冷却時間で触媒床温を目標温度へ導くことができるが、温度差が小さい場合には比較的長時間に渡って冷却を実施しなければ触媒床温を目標温度へ導くことはできない。従って、冷却ガスを導入することによる必要な冷却時間は、目標温度と触媒床温との温度差に加えて、入ガス温度と触媒床温との温度差を考慮して決定される。例えば、ＥＣＵ３０は、目標温度と触媒床温との温度差に基づいて冷却時間を算出し、さらに入ガス温度と触媒床温（＝出ガス温度）との温度差が大きい場合は冷却時間を短くするように、温度差が小さい場合は冷却時間を長くするように冷却時間を補正することができる。
【００５４】
こうして算出された冷却時間は、ステップＳ１０９において、ＥＣＵ３０内のカウンタにセットされる。そして、処理はステップＳ１０７に進み、ＥＣＵ３０からの出力信号によって流量調整弁２２が開弁され、冷却エアを利用した排気冷却が実行される。
【００５５】
一方、ステップＳ１０４で既に排気冷却中であると判定されてステップＳ１０５に進んだ場合、ＥＣＵ３０は、その時点でセットされている冷却時間から経過時間を減算する。そして、冷却時間が０となったときは、設定された冷却時間だけ排気冷却が実行されたことになるので、排気冷却を終了する。また、冷却時間が０でなければステップＳ１０７に進み、排気冷却が続行される。
【００５６】
以上のように、本実施例では、入ガス温度と触媒床温の温度差に基づいて必要な冷却時間を決定し、冷却装置を制御するので、吸蔵還元型ＮＯx触媒１１をより正確に適正な温度範囲に維持することが可能となる。
【００５７】
なお、上記の例では、出ガス温度センサ２５の検出温度を触媒床温と等しいものとして処理を行っているが、その代わりに触媒床温を上流側の入ガス温度センサ２４から検出される触媒の入ガス温度、排気流量、大気温などの外界の条件などに基づいて予測しても良い。
【００５８】
また、上記の例では流量調節弁の開度の制御として、電磁弁のＯＮ・ＯＦＦデューティ制御により、弁を開閉する時間的割合を制御するようにしたが、弁開度の量を制御する方法を用いるようにしても良い。
【００５９】
（第２実施例）
次に、第２実施例について説明する。第２実施例においては、第１実施例と比較して、内燃機関１の運転状態から排気流量を算出し、排気流量を考慮して冷却時間を決定する点で第１実施例と相違する。
【００６０】
本発明の第２実施例に係る排気冷却制御を図４のフローチャートに基づいて説明する。
【００６１】
ステップＳ２０１でＥＣＵ３０は入ガス温度センサ２４から検出された触媒の入ガス温度を取得し、ステップＳ２０２でＥＣＵ３０は出ガス温度センサ２５で検出された温度、または、前述のように予測により得られた温度を触媒床温として記憶する。
【００６２】
次に、ステップＳ２０３においては、内燃機関１の運転状態から排気流量が検出され、この排気流量をＥＣＵ３０に読み込む。排気流量は、例えば内燃機関の回転数と吸排気への負荷（例えば吸気管圧力センサ２１で検出される吸気管圧力値、スロットル弁７の開度、筒内圧力など）に基づいてＥＣＵ３０が算出することができる。また、他の方法としては、空燃費と燃料噴射量に基づいて吸入空気量を算出し、それを排気流量とすることもできる。さらにはエアフローメータ３が検出した吸気流量に所定の補正を施すことにより排気流量を算出することもできる。
【００６３】
ステップＳ２０４では、ＥＣＵ３０は、触媒温度が目標温度より高いか否かを判定する。この判定処理は第１実施例のステップＳ１０３と同様である。触媒温度が、目標温度よりも高いと判定された場合は処理はステップＳ２０５に進み、目標温度よりも高くないと判定された場合には処理を終了する。
【００６４】
次に、ステップＳ２０５では、ＥＣＵ３０は既に排気冷却を実行中であるかどうかを判定し、既に冷却中であると判定されたときはステップＳ２０６に進み、冷却中でないと判定された場合にはステップＳ２０９に進む。
【００６５】
ステップＳ２０９では、ＥＣＵ３０は、第１実施例と同様の目標温度と入ガス温度との温度差、及び、入ガス温度と触媒床温との温度差に加えて、排気流量を考慮して触媒床温推移を予測し、必要な冷却時間を算出する。例えば、目標温度と入ガス温度との温度差、及び、入ガス温度と触媒床温との温度差が同じであっても、排気流量が大きければ触媒は短時間で冷却されるし、排気流量が小さければ触媒の冷却には時間を要することになる。よって、ステップＳ２０９では、目標温度と入ガス温度との温度差、及び、入ガス温度と触媒床温との温度差に基づいて算出された冷却時間を、排気流量を使用して補正する。具体的には、排気流量が大きい場合には冷却時間を短くするように、排気流量が小さい場合には冷却時間を長くするように、冷却時間を補正する。このように、排気流量を考慮することにより、さらに正確に冷却時間を決定することが可能となる。
【００６６】
このように算出された排気冷却時間は、ステップＳ２１０において、ＥＣＵ３０内のカウンタなどにセットされる。そして、ステップＳ２０８に進み、ＥＣＵ３０からの出力によって流量調整弁２２が開弁され、排気冷却が実行される。
【００６７】
一方、ステップＳ２０５で排気冷却中であると判定されてステップＳ２０６に進んだ場合、ＥＣＵ３０は、設定されている冷却時間から経過時間を減算する。そして、冷却時間が０になれば必要な冷却処理が完了したこととなるので、処理を終了する。また、冷却時間が０でなければステップＳ２０８に進み、排気冷却が続行される。
【００６８】
以上のように、第２実施例では、排気流量も考慮に入れて冷却時間を決定することにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒１１が最適温度範囲に保たれるよう正確な排気冷却制御がなされるため、高い浄化率で内燃機関１の排気浄化が行われる。また、これにより、不必要に長く吸気の一部で排気を冷却することがなくなるのでエンジン出力が低下してドライバビリティーが悪化するということもない。
【００６９】
（第３実施例）
次に、第３実施例について説明する。第３実施例においては、２次空気として用いる冷却エアの温度を考慮に入れることによって冷却時間をさらに精度よく算出する点で第１実施例及び第２実施例と相違する。
【００７０】
本発明の第３実施例に係る排気冷却制御を図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００７１】
ステップＳ３０１では、ＥＣＵ３０は、上流側の入ガス温度センサ２４から検出された触媒の入ガス温度を読み込み、ステップＳ３０２では、ＥＣＵ３０は、下流側の出ガス温度センサ２５で検出された温度又は予測により得られた温度を触媒床温として記憶する。また、ステップＳ３０３においては、ＥＣＵ３０が内燃機関１の運転状態から排気流量を算出し、この値をＥＣＵ３０内に記憶する。
【００７２】
次に、ステップ３０４では、インタークーラ６によって冷却された後の吸気である冷却エアの温度を吸気温度センサ２１によって検出し、この値をＥＣＵ３０が読み込む。
【００７３】
ステップＳ３０５では、ＥＣＵ３０は触媒温度が目標温度より高いか否かを判定する。この判定処理は第１実施例のステップＳ１０３と同様である。触媒温度が、目標温度よりも高いと判定された場合はステップＳ３０６に進み、目標温度よりも高くないと判定された場合には処理を終了する。
【００７４】
次にステップＳ３０６では、ＥＣＵ３０は既に排気冷却の実行中であるかどうかを判定し、既に排気冷却中であると判定されたときはステップＳ３０７に進み、冷却中でないと判定された場合にはステップＳ３１０に進む。
【００７５】
ステップＳ３１０では、ＥＣＵ３０は、目標温度と入ガス温度との温度差、入ガス温度と触媒温度との温度差、及び、排気流量に加えて、冷却エア温度を考慮して必要な冷却時間を算出する。これは、目標温度と入ガス温度との温度差、入ガス温度と触媒床温との温度差、及び、排気流量が同じ場合でも、冷却エア温度が低ければ触媒の冷却は短時間で進むし、冷却エア温度が高ければ触媒の冷却には時間を要するからである。よって、ステップＳ３１０では、目標温度と入ガス温度との温度差、入ガス温度と触媒床温との温度差、及び、排気流量に基づいて算出された冷却時間を、冷却エア温度を使用して補正する。具体的には、冷却エア温度が低い場合には冷却時間を短くするように、冷却エア温度が高い場合には冷却時間を長くするように補正する。
【００７６】
こうして決定された冷却時間は、ステップＳ３１１において、ＥＣＵ３０内のカウンタにセットされる。そして、処理ステップＳ３０９に進み、ＥＣＵ３０からの制御信号によって流量調整弁２２が開弁され、排気冷却が実行される。
【００７７】
一方、ステップＳ３０６で排気冷却中であると判定されてステップＳ３０７に進んだ場合、ＥＣＵ３０は冷却時間から経過時間を減算する。そして、冷却時間が０になった場合は冷却処理が終了したことになるので、処理を終了する。また、冷却時間が０でなければステップＳ３０９に進み、排気冷却は続行される。
【００７８】
以上のように、第３実施例では、冷却エア温度も考慮に入れて冷却時間を決定することにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒１１が最適温度範囲に保たれるように、さらに精度良く排気冷却制御がなされるため、高い浄化率で内燃機関１の排気浄化が行われる。また、排気流量と冷却エア温度を考慮に入れることにより、不必要に長く吸気の一部で排気を冷却することはないので、エンジン出力が低下してドライバビリティーが悪化するということもない。
【００７９】
なお、第３実施例では、目標温度と入ガス温度の温度差、触媒床温と入ガス温度との温度差、排気流量及び冷却エア温度の４つの要素を考慮して冷却時間を算出しているが、排気流量を除いた３つの要素に基づいて冷却時間を算出してもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明に係る排気浄化処理装置の基本概念を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例に係る排気浄化処理装置を適用した内燃機関とその吸排気系の一例を示す構成概略図である。
【図３】第１実施例に係る排気冷却制御を示すフローチャートである。
【図４】第２実施例に係る排気冷却制御を示すフローチャートである。
【図５】第３実施例に係る排気冷却制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８１】
１  内燃機関
２  エアクリーナボックス
３  エアフローメータ
４  遠心過給機
５  吸気管
６  インタークーラ
８  吸気導入管
１０  三元触媒
１１  吸蔵還元型ＮＯx触媒
１２  排気管
２１  吸気温度センサ
２２  流量調節弁
２４  入ガス温度センサ
２５  出ガス温度センサ
３０  ＥＣＵ
【図１】
2005036770.tif 000003
【図２】
2005036770.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005036770.tif 000006
【図５】
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