(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に配置され、ＨＣを吸着する一方で昇温に伴って上記吸着したＨＣを脱離するＨＣ吸着材と、酸化側で酸素を吸蔵し、還元側で酸素を放出する酸素吸蔵物質と、上記ＨＣ吸着材から脱離したＨＣを酸化するパラジウムとを有するＨＣ吸着触媒と、
上記ＨＣ吸着材からのＨＣの脱離量がＨＣ吸着材への吸着量を上回る脱離運転状態へ移行したか否かを判定する脱離判定手段と、
上記脱離判定手段により脱離運転状態への移行が判定されると、酸素吸蔵物質から酸素が放出されるようにＨＣ吸着触媒の上流側又はＨＣ吸着触媒内における排気ガス中の酸素の濃度を０．１％以下に制御することにより、該排気ガスを還元側に制御する還元度制御手段と、
上記脱離運転状態への移行よりも所定時間前から該脱離運転状態へ移行するまでの初期運転状態を判定する初期判定手段と、
上記初期判定手段により判定された初期運転状態では、上記ＨＣ吸着触媒の上流側又はＨＣ吸着触媒内における排気ガスに含まれる酸素の濃度が０．５％以上になるように上記排気ガスの還元度を制御する酸素濃度制御手段とを備えている
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
エンジンの排気通路に配置され、ＨＣを吸着する一方で昇温に伴って上記吸着したＨＣを脱離するＨＣ吸着材と、酸化側で酸素を吸蔵し、還元側で酸素を放出する酸素吸蔵物質と、上記ＨＣ吸着材から脱離したＨＣを酸化するパラジウムとを有するＨＣ吸着触媒と、
上記ＨＣ吸着触媒上流側の排気通路に配置され、パラジウムを含有する触媒を備えた上流触媒と、
上記ＨＣ吸着材からのＨＣの脱離量がＨＣ吸着材への吸着量を上回る脱離運転状態へ移行したか否かを判定する脱離判定手段と、
上記脱離判定手段により脱離運転状態への移行が判定されると、酸素吸蔵物質から酸素が放出されるようにエンジンの空燃比を１４．６以下に制御することにより、ＨＣ吸着触媒の上流側又はＨＣ吸着触媒内における排気ガスを還元側に制御する還元度制御手段と、
上記脱離運転状態への移行よりも所定時間前から該脱離運転状態へ移行するまでの初期運転状態を判定する初期判定手段と、
上記初期判定手段により判定された初期運転状態では、エンジンの空燃比を１４．７より大きな値に制御することにより、上記ＨＣ吸着触媒の上流側又はＨＣ吸着触媒内における排気ガスに含まれる酸素の濃度が所定濃度以上になるように上記排気ガスの還元度を制御する酸素濃度制御手段とを備えている
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気通路にＨＣ吸着触媒を備えたエンジンの排気浄化装置に関し、特に、ＨＣ吸着触媒の低温活性を向上させる対策に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、排気通路にＨＣ吸着触媒を配置すると共に、このＨＣ吸着触媒に流入する酸素量を調整するようにしたエンジンの排気浄化装置が知られている。上記ＨＣ吸着触媒は一般にＨＣ吸着材と酸素吸蔵物質と触媒金属とを含有している。ＨＣ吸着材は、エンジンの冷間始動時等の低温時に排気ガス中のＨＣ（炭化水素）を吸着する一方、この吸着したＨＣをＨＣ吸着材の昇温に伴って脱離する特性を有している。酸素吸蔵物質は、例えば酸化セリウム等のように、酸化側（リーン側）で酸素を吸蔵し、還元側（リッチ側）で酸素を放出する特性を有している。触媒金属は、所定温度以上になると活性化されて排気ガス中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを分解して排気ガスを浄化する特性を有するものであり、パラジウムが用いられることがよくある。触媒金属としてパラジウムを用いたＨＣ吸着触媒では、酸素リッチな雰囲気下でパラジウム（Pd）が酸化パラジウム（PdO）になるために、特に低温活性が向上するという特性を有している。
【０００３】
そして、エンジンを始動すると、ＨＣ吸着触媒では当初はＨＣ吸着材へのＨＣの吸着のみが行われて吸着したＨＣの脱離は行われない。そして、ＨＣ吸着材の温度が上昇して所定温度に達すると、吸着していたＨＣの脱離を開始する。このＨＣの脱離開始直後には触媒金属が未だ活性化されていない状態であるために、例えば、特開平１０−６１４２６号公報及び特開平１１−８２１１１号公報に開示されているように、空燃比をリーン側に制御することによってＨＣ吸着触媒内における排気ガスを酸素リッチな状態にし、排気ガス中の酸素を用いてＨＣを分解する技術が知られている。一方で、ＨＣの脱離中に空燃比をリッチ側に制御することにより、ＨＣ吸着触媒内における排気ガスをリッチ側に制御して酸素吸蔵物質から酸素を放出させることによって上記ＨＣ吸着材から脱離したＨＣを分解させることが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来提案されている制御では、ＨＣ吸着材に吸着したＨＣの脱離中において空燃比をリッチ側に制御するものであるために、触媒金属としてのパラジウムが酸化パラジウムになり難く、低温活性が向上するという特性を有効に発揮させることができないという問題があった。
【０００５】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところはパラジウムを含有するＨＣ吸着触媒を備え、脱離運転開始後に排気ガスを還元側に制御する排気浄化装置に対して、上記ＨＣ吸着触媒を早期に活性化させることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、脱離運転開始前に排気ガスの酸素濃度を所定濃度以上に制御するようにしたものである。
【０００７】
具体的に、第１の解決手段は、エンジンの排気通路に配置され、ＨＣを吸着する一方で昇温に伴って上記吸着したＨＣを脱離するＨＣ吸着材、酸化側で酸素を吸蔵し、還元側で酸素を放出する酸素吸蔵物質、及び上記ＨＣ吸着材から脱離したＨＣを酸化するパラジウムを有するＨＣ吸着触媒と、上記ＨＣ吸着材からのＨＣの脱離量がＨＣ吸着材への吸着量を上回る脱離運転状態へ移行したか否かを判定する脱離判定手段と、上記脱離判定手段により脱離運転状態への移行が判定されると、酸素吸蔵物質から酸素が放出されるようにＨＣ吸着触媒の上流側又はＨＣ吸着触媒内における排気ガス中の酸素の濃度を０．１％以下に制御することにより、該排気ガスを還元側に制御する還元度制御手段と、上記脱離運転状態への移行よりも所定時間前から該脱離運転状態へ移行するまでの初期運転状態を判定する初期判定手段と、上記初期判定手段により判定された初期運転状態では、上記ＨＣ吸着触媒の上流側又はＨＣ吸着触媒内における排気ガスに含まれる酸素の濃度が０．５％以上になるように上記排気ガスの還元度を制御する酸素濃度制御手段とを備えている。
【０００８】
また、第２の解決手段は、エンジンの排気通路に配置され、ＨＣを吸着する一方で昇温に伴って上記吸着したＨＣを脱離するＨＣ吸着材、酸化側で酸素を吸蔵し、還元側で酸素を放出する酸素吸蔵物質、及び上記ＨＣ吸着材から脱離したＨＣを酸化するパラジウムを有するＨＣ吸着触媒と、上記ＨＣ吸着触媒上流側の排気通路に配置され、パラジウムを含有する触媒を備えた上流触媒と、上記ＨＣ吸着材からのＨＣの脱離量がＨＣ吸着材への吸着量を上回る脱離運転状態へ移行したか否かを判定する脱離判定手段と、上記脱離判定手段により脱離運転状態への移行が判定されると、酸素吸蔵物質から酸素が放出されるようにエンジンの空燃比を１４．６以下に制御することにより、ＨＣ吸着触媒の上流側又はＨＣ吸着触媒内における排気ガスを還元側に制御する還元度制御手段と、上記脱離運転状態への移行よりも所定時間前から該脱離運転状態へ移行するまでの初期運転状態を判定する初期判定手段と、上記初期判定手段により判定された初期運転状態では、エンジンの空燃比を１４．７より大きな値に制御することにより、上記ＨＣ吸着触媒の上流側又はＨＣ吸着触媒内における排気ガスに含まれる酸素の濃度が所定濃度以上になるように上記排気ガスの還元度を制御する酸素濃度制御手段とを備えている。
【００１０】
すなわち、上記第１の解決手段では、初期判定手段が、ＨＣ吸着材からのＨＣ脱離量がＨＣ吸着材への吸着量を上回る脱離運転状態への移行よりも所定時間前から該脱離運転状態へ移行するまでの初期運転状態であるか否かを判定し、この初期判定手段により初期運転状態であると判定されると、その間、酸素濃度制御手段が、ＨＣ吸着触媒の上流側又はＨＣ吸着触媒内における排気ガスに含まれる酸素の濃度が０．５％以上になるように上記排気ガスの還元度を制御する。そして、脱離判定手段が上記脱離運転状態に移行したと判断すると、還元度制御手段が、ＨＣ吸着触媒の上流側又はＨＣ吸着触媒内における排気ガス中の酸素の濃度を０．１％以下に制御することにより、該排気ガスを還元側（リッチ側）に制御する。このとき、排気ガスが確実に還元側に制御されることとなるために、ＨＣ吸着触媒の酸素吸蔵物質から高活性の酸素が放出される。この放出酸素と排気ガス中のＨＣとが反応し、ＨＣが酸化処理されることとなる。
【００１１】
つまり、脱離運転状態に移行する前の初期運転状態では、上記排気ガスの酸素濃度を０．５％以上に制御することにより、ＨＣ吸着触媒のパラジウムが酸化パラジウムになり、脱離運転状態への移行前にＨＣ吸着触媒を確実に活性化させておくことができる。この結果、脱離運転状態に移行した後に排気ガスを還元側に制御しても、ＨＣ吸着触媒が既に活性化されているために、酸素吸蔵物質から放出された酸素を利用したＨＣの酸化処理を有効に行うことができる。
【００１４】
また、上記第２の解決手段では、初期判定手段が、ＨＣ吸着材からのＨＣ脱離量がＨＣ吸着材への吸着量を上回る脱離運転状態への移行よりも所定時間前から該脱離運転状態へ移行するまでの初期運転状態を判定すると、この初期運転状態の間、酸素濃度制御手段がエンジンの空燃比を１４．７より大きな値に制御する。この結果、上流触媒の上流側又は上流触媒内における排気ガスの酸素濃度が所定濃度以上に制御されると共に、ＨＣ吸着触媒の上流側又はＨＣ吸着触媒内における排気ガスの酸素濃度が所定濃度以上に制御される。そして、脱離判定手段が上記脱離運転状態に移行したと判断すると、還元度制御手段がエンジンの空燃比を１４．６以下に制御する。この結果、上流触媒の上流側又は上流触媒内における排気ガスが還元側に制御されると共に、ＨＣ吸着触媒の上流側又はＨＣ吸着触媒内における排気ガスが還元側に制御される。そして、ＨＣ吸着触媒の酸素吸蔵物質から高活性の酸素が放出され、この放出酸素と排気ガス中のＨＣとが反応してＨＣが酸化処理されることとなる。
【００１５】
つまり、脱離運転状態に移行する前の初期運転状態では、空燃比を１４．７より大きな値に制御することにより、上流触媒及びＨＣ吸着触媒のパラジウムが酸化パラジウムになり、脱離運転状態への移行前に上流触媒及びＨＣ吸着触媒を確実に活性化させておくことができる。この結果、脱離運転状態に移行した後に空燃比を１４．６以下に制御して排気ガスを還元側に制御しても、ＨＣ吸着触媒が既に活性化されているために、酸素吸蔵物質から放出された酸素を利用したＨＣの酸化処理を有効に行うことができる。
【００１６】
【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詳細に説明する。
【００１７】
本発明の実施形態に係るエンジンの排気浄化装置は、筒内噴射式エンジンのガソリンエンジンからの排気ガスを浄化するものでる。上記ガソリンエンジンは、エンジン本体１に、複数の気筒２と、各気筒２内に往復動可能に嵌挿されたピストン３とが設けられ、このピストン３によって上記気筒２の上部に燃焼室４が区画形成されている。この燃焼室４の上部所定位置には、点火回路５に接続された点火プラグ６が燃焼室４内に望むように取り付けられている。
【００１８】
上記燃焼室４の周辺部には、この燃焼室４内に燃料を直接噴射する燃料供給手段としてのインジェクタ７が取り付けられている。このインジェクタ７には、図示省略した高圧燃料ポンプ、プレッシャレギュレータ等を有する燃料供給回路が接続され、この燃料供給回路によって燃料タンクからの燃料が適正な圧力に調整されてインジェクタ７に供給されるようになっている。また、上記燃料供給回路には、燃料圧力を検出する燃圧センサ８が設けられている。
【００１９】
上記燃焼室４は、吸気弁９が設けられた吸気ポートを介して吸気通路１０に連通している。この吸気通路１０には、その上流側から順に、吸気を濾過するエアクリーナ１１と、吸入空気量を検出するエアフローセンサ１２と、吸気通路１０を絞る電気式スロットル弁１３と、サージタンク１４とが配設されている。上記電気スロットル弁１３は、図外のアクセルペダルに連動することなく、モータ１５により駆動されて開閉動作するようになっている。さらに、上記電気スロットル弁１３の設置部には、その弁開度を検出するスロットル開度センサ１６が設けられ、上記サージタンク１４の設置部には、吸気圧を検出する吸気圧センサ１７が設けられている。
【００２０】
上記サージタンク１４よりも下流側の吸気通路１０は、気筒２毎に分岐する独立通路とされ、各独立通路の下流端部が２つに分岐してそれぞれ吸気ポートに連通すると共に、その一方にスワール弁１８が設けられている。このスワール弁１８がアクチュエータ１９により駆動されて閉鎖状態となると、吸気が他方の分岐通路のみから燃焼室４内に供給されるために、この燃焼室４内に強い吸気スワールが生成するようになっている。この吸気スワールは、上記スワール弁１８が開放するのに伴って弱められることとなる。上記スワール弁１８の設置部には、その開度を検出するスワール弁開度センサ２０が設けられている。尚、上記スワール弁１８に代え、タンブル流を生成するためのタンブル弁を設置した構造としてもよい。
【００２１】
上記燃焼室４には、排気弁２１が設けられた排気ポートを介して排気通路２２に連通し、この排気通路２２の上流端は気筒２毎に分岐している。上記排気通路２２には排気ガス中のＨＣを吸着して浄化するＨＣ吸着触媒２７が設けられている。また、上記排気通路２２には、ＨＣ吸着触媒２７の上流側における排気ガス中の酸素濃度を検出する第１酸素濃度センサ２６と、ＨＣ吸着触媒２７の下流側における排気ガス中の酸素濃度を検出する第２酸素濃度センサ２８とが配設されている。
【００２２】
上記各酸素濃度センサ２６，２８は、排気ガスの還元度を酸素濃度に基づいて得られる排気空燃比として検出するものであり、その出力が理論空燃比を境にしてリーン側とリッチ側とで大きく反転（変化）するλセンサにより構成され、これにより理論空燃比の近傍で優れた検出精度が得られるようになっている。各酸素濃度センサ２６，２８の検出値により、後述の酸素吸蔵物質からの酸素の放出に影響を与えるＨＣ、ＣＯ等の還元剤成分の成分濃度に相当するＨＣ吸着触媒２７の上流側又は下流側における排気ガスの還元度を推定するようになっている。尚、上記各酸素濃度センサ２６，２８は、上記λセンサに代え、空燃比に応じて出力がリニアに変化するリニア酸素センサにより構成するようにしてもよい。
【００２３】
排気空燃比とは、排気ガスの酸素濃度と還元剤濃度との存在状態からその排気ガス状態に直接対応する燃料と空気との混合気の空燃比を表す表現手法であり、排気空燃比が１４．７のときは理論空燃比に相当し、このときの酸素濃度は実質的に０〜０．５％となる。これを境界として排気空燃比が１４．７以下のときには、酸素濃度が減少あるいはゼロに固定され、還元剤濃度が増加する。一方、排気空燃比が１４．７以上では、酸素濃度が増加し、還元剤濃度が減少する。
【００２４】
上記ＨＣ吸着触媒２７は、特に冷間始動時等に排出されるＨＣを吸着して排気ガスを浄化する機能を有し、図２に示すように、コージュライト製のハニカム構造体からなる担体２７ａと、この担体２７ａに形成された貫通孔の壁面に担持されたＨＣ吸着材２７ｂと、その表面にコーティングされる等により担持された三元触媒層２７ｃとにより構成されている。
【００２５】
上記ＨＣ吸着材２７ｂは、排気ガス中のＨＣを吸着保持するのに適した孔径、つまり、７．２オングストローム程度の孔径を有する多数の細孔が形成された、いわゆるβ型ゼオライトに、銀（Ａｇ）を含侵担持させてなり、エンジンの冷間始動時等の低温時に排気ガス中のＨＣを吸着すると共に、昇温に伴って吸着したＨＣを脱離するものである。上記銀は、β型ゼオライトのＨＣ吸着作用を高めて、より高温までＨＣを保持し得るようにするために担持されている。
【００２６】
上記三元触媒層２７ｃは、アルミナ等に担持されたパラジウム（Ｐｄ）からなる触媒金属と、ジルコニウム（Ｚｒ）等からなるバインダーとを有し、所定の温度に加熱されて活性化することにより、排気ガス中のＨＣ及びＣＯを酸化して浄化すると共に排気ガス中のＮＯｘを還元して浄化する機能を有している。この浄化機能は、理論空燃比の付近において顕著に発揮されるものである。ＨＣ吸着触媒２７は、三元触媒層２７ｃにパラジウムが含有されているために低温活性が向上されている。つまり、酸素リッチな雰囲気下においてパラジウムが酸化パラジウムとなり、この酸化パラジウムがより低温で活性化する特性を有しているために、ＨＣ吸着触媒２７の低温活性が向上されている。
【００２７】
上記三元触媒層２７ｃは、所定温度に加熱されて活性化することにより、排気ガス中の酸素濃度が高い高酸素雰囲気（例えば酸素濃度が０．５％以上の雰囲気）で酸素を吸蔵すると共に、排気ガス中の酸素濃度が低下して低酸素雰囲気下になるのに伴い、吸蔵した酸素を放出する機能を有する酸素吸蔵物質、例えば酸化セリウム（ＣｅＯ2）又はセリウムＣｅとプラセオジウムＰｒ等の希土類元素との複合酸化物等からなる酸素吸蔵物質を含有している。つまり、酸素吸蔵物質は、周囲の排気ガスが酸化側（リーン側）にあるときに酸素を吸蔵し、周囲の排気ガスが還元側（リッチ側）になるとこの吸蔵した酸素を放出する特性を有している。
【００２８】
上記三元触媒層２７ｃでは、上記酸素吸蔵物質から放出された酸素を利用した酸化作用により、上記ＨＣ吸着材２７ｂから脱離したＨＣが、比較的低温で酸化されて浄化されるようになっている。尚、上記ＨＣ吸着触媒２７は、三元触媒層２７ｃを構成する材料とＨＣ吸着材２７ｂとを一体に混合して構成するようにしてもよい。
【００２９】
上記排気通路２２には、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ通路２９が接続されている。ＥＧＲ通路２９は、その上流端が排気通路２２における上記第１酸素濃度センサ２４の上流側に接続され、下流端が吸気通路１０における上記スロットル弁１３とサージタンク１４との間に接続されている。ＥＧＲ通路２９には、開度が電気的に調節可能に構成されたＥＧＲ弁３０と、このＥＧＲ弁３０のリフト量を検出するリフトセンサ３１とが配設されている。これらＥＧＲ通路２９とＥＧＲ弁３０とリフトセンサ３１とにより排気還流手段が構成されている。
【００３０】
上記排気通路２２には、吸気の一部を吸気通路１０から排気通路２２における上記ＨＣ吸着触媒２７の上流側に送り込む二次エア供給通路３２が接続され、この二次エア供給通路３２には、エンジンの制御を行うコントロールユニット（ＥＣＵ）３４から出力された制御信号に応じて開閉制御される流量制御弁３３が設けられている。
【００３１】
上記コントロールユニット３４には、上記エアフローセンサ１２、スロットル開度センサ１６、吸気圧センサ１７、スワール弁開度センサ２０、各酸素濃度センサ２６，２８、及びＥＧＲ通路２９のリフトセンサ３１からの出力信号が入力されている。また、上記コントロールユニット３４には、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ３５，吸気温度を検出する吸気温度センサ３６、大気圧を検出する大気圧センサ３７、エンジンの回転数を検出する回転数センサ３８、及びアクセルペダルの開度（アクセル操作量）を検出するアクセル開度センサ３９から出力された検出信号が入力されている。
【００３２】
上記コントロールユニット３４は、脱離判定手段４２と、燃料噴射制御手段４０と、点火時期制御手段４１と、初期判定手段４３と、補正手段４４とを備えている。
【００３３】
上記脱離判定手段４２は、エンジンの始動後に計測された経過時間及び運転履歴等に基づいてＨＣ吸着触媒２７の温度THCEを導出し、この温度THCEと予め設定された基準温度とを比較することにより、ＨＣ吸着材２７ｂから脱離するＨＣの脱離量がＨＣ吸着材２７に吸着されるＨＣ吸着量を上回る脱離運転状態への移行時期を前もって推定すると共に、脱離運転状態に移行したか否かを判定するように構成されている。
【００３４】
つまり、図３(ａ)、(ｂ)に示すように、エンジンの冷間始動後は、ＨＣ吸着材２７ｂにＨＣが吸着するのみでＨＣ吸着材２７ｂからＨＣが脱離しない運転状態が継続し、ＨＣ吸着触媒２７の温度THCEが時間の経過に伴って次第に上昇する。そして、ＨＣの吸着量が次第に増大すると共に、ＨＣ吸着触媒２７の温度THCEがある温度に達すると、ＨＣ吸着材２７ｂからのＨＣの脱離が開始する。このとき、ＨＣ吸着材２７ｂへの吸着及びＨＣ吸着材２７ｂからの脱離が並行して行われる。そして、ＨＣ吸着触媒２７の温度THCEが更に上昇すると、ＨＣ吸着触媒２７は、ＨＣ吸着材２７ｂから脱離するＨＣの脱離量がＨＣ吸着材２７に吸着されるＨＣの吸着量を上回る脱離運転状態に移行する。このときの温度を脱離運転開始温度THC2とする。そして、更にＨＣ吸着触媒２７の温度THCEが上昇すると、ＨＣ吸着材２７ｂからＨＣが脱離するのが完了する。このときの温度THCEを脱離運転完了温度THC3とする。上記脱離運転開始温度THC2は例えば１５０℃とされ、上記脱離運転完了温度THC3は例えば２５０℃とされている。
【００３５】
即ち、ＨＣ吸着触媒２７の温度THCEは、時間の経過に伴って次第に上昇するが、その上昇速度はエンジン始動後の履歴等によって異なるために、脱離判定手段４２は、エンジン始動後の履歴等に基づいてＨＣ吸着触媒２７の温度THCEを導出すると共に、ＨＣ吸着触媒２７の温度THCEが脱離運転開始温度THC2に達する移行時期T2を前もって推定するように構成されている。そして、ＨＣ吸着触媒２７の温度THCEが脱離運転開始温度THC2に達しているか否かによって脱離運転状態に移行したか否かを判定するようになっている。
【００３６】
尚、上記脱離判定手段４２は、上記ＨＣ吸着触媒２７の下流側に配設された上記第２酸素濃度センサ２８により検出された酸素濃度に基づいて上記ＨＣ吸着材２７ｂからのＨＣの脱離量が吸着量を上回る脱離運転状態にあるか否かを判定するように構成してもよい。
【００３７】
上記初期判定手段４３は、上記脱離判定手段４２が判定した脱離運転状態への移行時期T2の所定期間前である初期制御開始時間T1を導出し、この初期制御開始時間T1におけるＨＣ吸着触媒２７の温度である初期制御開始温度THC1を推定すると共に、導出されたＨＣ吸着触媒２７の温度THCEと初期制御開始温度THC1とを比較することにより、初期制御開始温度THC1以上で且つ脱離運転開始温度THC2未満である初期運転状態に移行したか否かを判定するように構成されている。この所定期間は、例えば数秒程度に設定されている。
【００３８】
上記燃料噴射制御手段４０は、エンジンの運転状態に応じてインジェクタ７から噴射される燃料噴射状態を制御するように構成されている。
【００３９】
上記燃料噴射制御手段４０は、脱離判定手段４２により導出されたＨＣ吸着触媒２７の温度THCEが初期制御開始温度THC1以上で且つ脱離運転開始温度THC2未満の温度あると判定されたときには、第１酸素濃度センサ２６が検出したＨＣ吸着触媒２７の上流側における排気ガスの還元度OX1が空燃比で１４．７よりも大きな空燃比での燃焼相当の還元度になるように制御する初期制御を実行するように構成されている。これにより、ＨＣ吸着触媒２７の温度THCEが初期制御開始温度THC1以上で且つ脱離運転開始温度THC2未満の温度のときには、ＨＣ吸着触媒２７の上流側における排気ガス中の酸素濃度が０．５％以上の酸化側（リーン側）に制御されるようになっている。
【００４０】
初期制御では、エンジンの燃焼室４における空燃比が１４．７よりも大きな値となるように燃料噴射量を制御することによって、ＨＣ吸着触媒２７の上流側における排気ガスの還元度OX1を空燃比で１４．７よりも大きな空燃比での燃焼相当の還元度になる。つまり、この初期制御により、脱離運転状態への移行時期T2の前にＨＣ吸着触媒２７の上流側における排気ガスに含まれる酸素の濃度が所定濃度以上になるように排気ガスの還元度を制御する酸素濃度制御手段が構成されている。そして、初期制御においてこの排気ガスの酸素濃度が所定濃度以上になるように制御することにより、三元触媒層２７ｃのパラジウムを酸化パラジウムに転化させ、脱離運転状態への移行前にＨＣ吸着触媒を活性化させておくようになっている。
【００４１】
尚、本実施形態に係るエンジンの排気浄化装置では、ＨＣ吸着触媒２７の上流側に上流触媒としての三元触媒が設けられていないために、この三元触媒が設けられた構成に比べてＨＣ吸着触媒２７の昇温が遅れることとなる。したがって、初期制御においてＨＣ吸着触媒２７の低温活性をより向上させる必要がある。
【００４２】
上記燃料噴射制御手段４０は、ＨＣ吸着触媒２７がＨＣの吸着と脱離とを行う運転状態にある場合には、吸気行程から点火時期にかけての期間内で、圧縮行程中期以降の後期噴射と、これより前の早期噴射とにおいてそれぞれ燃料噴射を行い、少なくとも２回の分割噴射を行わせるようにインジェクタ７を制御するように構成されている。尚、上記燃料噴射制御手段４０は、冷間運転時の全運転領域で分割噴射を行うように構成してもよく、また高負荷領域ではエンジン出力の要求を満足すべく、吸気行程のみで燃料噴射を行うように構成してもよい。また、必ずしも直噴で燃料を噴射を行う構成である必要はなく、吸気ポートにインジェクタ７を配置して、吸気と燃料との混合気を燃焼室４内に供給する構成のものであってもよい。
【００４３】
また、上記燃料噴射制御手段４０は、脱離運転状態にあると判定された場合には、上記初期制御を停止してＨＣ吸着触媒２７と接触する排気ガスが還元側（リッチ側）になるように燃料噴射量をフィードバック制御する酸素放出制御を実行するように構成されている。つまり、この酸素放出制御により、還元度制御手段が構成されている。酸素放出制御では、空燃比１４．５での燃焼相当の排気ガスの還元度が、ＨＣ吸着触媒２７の上流側における還元度の基準値OX10として設定されている。そして、酸素放出制御において、ＨＣ吸着触媒２７の上流側に配設された第１酸素濃度センサ２６が検出した排気ガスの還元度OX1が空燃比１４．５での燃焼相当の還元度になるように制御することにより、ＨＣ吸着触媒２７と接触する排気ガスの酸素濃度を０．５％以下に制御するようになっている。
【００４４】
上記酸素放出制御において、排気ガスに含まれる酸素濃度を０．５％以下に制御するようになっているのは、上記ＨＣ吸着触媒２７と接触する排気ガスに含まれる酸素濃度が０．５％を越える酸化側（リーン側）に制御されると、ＨＣ吸着触媒２７に含有される酸素吸蔵物質から酸素が放出され難くなるからである。つまり、酸素放出制御では、ＨＣ吸着触媒２７の酸素吸蔵物質に対する排気ガスの還元度を制御するようになっている。
【００４５】
上記酸素放出制御では、ＨＣ吸着触媒２７の上流側における排気ガスの還元度OX1が上記上流側の還元度の基準値OX10よりも高いときには、燃料噴射量のフィードバック値Qfb1を補正値β1だけ低減し、逆に上記基準値OX10以下のときには、燃料噴射量のフィードバック値Qfb1を補正値β2だけ増大することにより、ＨＣ吸着触媒２７の上流側における還元度が基準値OX10になるように制御を行うようになっている。このとき、補正値β1を補正値β2よりも小さい値に設定することにより、ＨＣ吸着触媒２７の上流側における排気ガスを還元側（リッチ側）に制御し易くなっている。
【００４６】
上記酸素放出制御では、エンジンの燃焼室４における空燃比が１３．５以上で且つ１５．０以下になるように制御するのが好ましい。空燃比１３．５未満では、ＨＣ吸着触媒２７での排気ガスが還元側となって酸素吸蔵物質からの酸素放出が促進されるものの、エンジンから排出されるＨＣ量が増大し過ぎると共にＨＣ吸着材２７ａから脱離したＨＣもあるために、ＨＣが浄化しきれなくなってしまう。一方、空燃比が１５．０を越えると、上流側に配置される三元触媒２５から流出した未反応の酸素がＨＣ吸着触媒２７に流入することとなり、ＨＣ吸着触媒２７に流入する排気ガスを確実に還元側に制御することが困難となるからである。
【００４７】
上記酸素放出制御では、エンジンの燃焼室４における空燃比が１４．０以上で且つ１４．６以下になるように制御するのがより好ましい。
【００４８】
上記点火時期制御手段４１は、点火回路５に制御信号を出力して、エンジンの運転状態に応じて混合気の点火時期を制御するように構成されている。つまり、点火時期制御手段４１は、基本的には点火時期をＭＢＴに制御するが、エンジンの冷間運転状態において、上記分割噴射が行われているときに、上記脱離判定手段４２においてＨＣの脱離度合いが大きいことが確認された場合に、必要に応じて点火時期を上記ＭＢＴよりも所定量だけリタードさせるように構成されている。
【００４９】
上記補正手段４４は、上記酸素放出制御において、ＨＣ吸着触媒２７の下流側に配設された第２酸素濃度センサ２８が検出した還元度OX2に基づいて、燃料噴射制御手段４０による制御を補正するように構成されている。つまり、空燃比１４．６から１４．７での燃焼相当の還元度がＨＣ吸着触媒２７の下流側における排気ガスの還元度の基準値OX20として設定されており、上記補正手段４４は、ＨＣ吸着触媒２７の下流側における排気ガスの還元度が空燃比１４．６から１４．７での燃焼相当の基準値OX2になるように燃料噴射量のフィードバック値Qfb2を補正するように構成されている。
【００５０】
上記燃料噴射制御手段４０は、ＨＣ吸着触媒２７の温度THCEがＨＣ吸着材２７ｂからのＨＣの脱離が完了する脱離完了温度THC3以上になった（このときを脱離完了時T3とする）ことが確認されたときには、酸素放出制御から、運転状態に対応した燃料噴射量をフィードバック制御する温間運転制御に移行するように構成されている。温間運転制御では、上記フィードバック値Qfb2がゼロリセットされてＨＣ吸着触媒２７の上流側における排気ガスの還元度OX1に基づいた燃料噴射量のフィードバック制御が実行されるようになっている。
【００５１】
また、上記燃料噴射制御手段４０は、例えば、温間運転時の成層燃焼領域では、上記インジェクタ７から圧縮行程の所定時期に燃料を一括して噴射させることにより、点火プラグ６の近傍に混合気の燃料を偏在させた状態で燃焼させると共に、例えば燃焼室４内における混合気の空燃比を３０程度のリーン状態とする成層燃焼モードの燃焼制御を実行するように構成されている。また、上記燃料噴射制御手段４０は、温間運転時の均一燃料燃焼領域では、上記インジェクタ７から吸気行程で燃焼を一括噴射させると共に、燃焼室４全体の平均空燃比を略理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）とする均一燃焼モードの燃焼制御を実行するように構成されている。尚、エンジンの中負荷中回転領域では、吸気行程と圧縮行程とに分割して燃料を噴射させるようにしてもよい。
【００５２】
尚、本明細書では、図３に示すように、移行時期T2から脱離完了時T3までのＨＣ吸着触媒の運転状態を脱離運転状態と呼び、初期制御開始時間T1から移行時期T2までのＨＣ吸着触媒の運転状態を初期運転状態と呼んでいる。
【００５３】
−制御動作−
上述の如く構成されたエンジンの排気浄化装置の制御動作について、図４及び図５に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００５４】
先ず、上記制御動作がスタートすると、ステップST11において、エアフローセンサ１２、各酸素濃度センサ２６，２８、水温センサ３５、吸気温センサ３６、大気圧センサ３７、回転数センサ３８及びアクセル開度センサ３９の検出値に対応した各データを入力し、ステップST12に移る。ステップST12では、アクセル開度及びエンジンの回転数に基づいて、予め設定されたマップからエンジンの目標トルクTrを設定してステップST13に移る。ステップST13では、上記目標トルクTrとエンジンの回転数とをパラメータとして、予め設定されたマップから燃料の基本噴射量Qb及び電気式スロットル弁１３の基本開度Th0を設定し、ステップST14に移り、電気式スロットル弁１３を駆動してステップST15に移る。上記基本噴射量Qb及び電気式スロットル弁１３の基本開度Th0は、エンジンの燃焼室４内における空燃比が理論空燃比になるように設定されている。
【００５５】
ステップST15において、運転履歴等によりＨＣ吸着触媒２７の温度THCEを導出すると共に、脱離運転状態への移行時期T2の所定期間前である初期制御開始時間T1を推定し、この初期制御開始時間T1におけるＨＣ吸着触媒２７の温度である初期制御開始温度THC1を推定する。そして、ステップST16に移り、ＨＣ吸着触媒２７の温度THCEが初期制御開始温度THC1より低いか否かを判定し、初期制御開始温度THC1より低いときには、ステップST17に進む。ステップST17において、基本噴射量Qbを最終噴射量Qpに設定し、図５のステップST18に移って噴射タイミングにあるか否かを判定し、噴射タイミングになるとステップST19に移って、燃料の噴射制御を実行する。このときには、エンジンの燃焼室４内における空燃比が理論空燃比に設定されて噴射制御が実行されている。
【００５６】
一方、ＨＣ吸着触媒２７の温度THCEが初期制御開始温度THC1以上になると、図４の上記ステップST16の判定がＮＯとなり、ステップST16からステップST20に進む。ステップST20において、ＨＣ吸着触媒２７の温度THCEに基づいてＨＣ吸着材２７ｂからＨＣが脱離する運転状態にあるか否かを判定する。つまり、導出されたＨＣ吸着触媒２７の温度THCEが脱離運転開始温度THC2未満であるか否かを判断し、脱離運転状態に移行したか否かを判断する。
【００５７】
上記ステップST20において、ＨＣ吸着触媒２７の温度が上記脱離運転開始温度THC2未満の初期運転状態にあるときには、ステップST20における判定がＹＥＳとなり、ステップST21に進む。ステップST21では、基本噴射量Qbから初期調整噴射量Qpreを減算し、最終噴射量Qpを設定して噴射制御を行う初期制御を実行する。そして、ステップST18に移って噴射タイミングに合わせて、ステップST19において燃料を噴射する。
【００５８】
つまり、初期制御では、ＨＣ吸着触媒２７の上流側における排気ガスの還元度OX1を空燃比で１４．７よりも大きな空燃比での燃焼相当の還元度に制御することにより、ＨＣ吸着触媒２７の上流側における排気ガス中の酸素濃度を０．５％以上の酸化側（リーン側）に制御する。これにより、ＨＣ吸着触媒２７のパラジウムが酸化パラジウムになり、脱離運転状態への移行前にＨＣ吸着触媒２７を活性化させておくことができる。
【００５９】
一方、ＨＣ吸着触媒２７の温度THCEが上記脱離運転開始温度THC2以上のときには、上記ステップST20の判定がＮＯとなってステップST22に進み、ＨＣ吸着触媒２７の温度THCEが上記脱離運転開始温度THC2以上で且つ脱離運転完了温度THC3未満であるか否かを判定する。つまり、ＨＣ吸着材２７ｂから脱離されるＨＣの脱離量がＨＣ吸着材２７ｂに吸着されるＨＣの吸着量を上回る脱離運転状態にあるか否かを判定する。ＨＣ吸着触媒２７の温度THCEが上記の範囲内にあり、脱離運転状態にあるときには、ステップST22の判定がＹＥＳとなってステップST23に進む。
【００６０】
ステップST23では、第１酸素濃度センサ２６が検出したＨＣ吸着触媒２７の上流側における排気ガスの還元度OX1が基準値OX10（空燃比１４．５での燃焼相当）よりも高い（還元度合いが強い）か否かを判定する。そして、ＨＣ吸着触媒２７の上流側における排気ガスの還元度OX1が上記基準値OX10よりも高いときにはステップST24に進み、燃料噴射量のフィードバック値Qfb1を補正値β1だけ低減させて図５のステップST25に進む。一方、上記排気ガスの還元度OX1が上記上流側の基準値OX10以下のときには、ステップST26に進み、燃料噴射量のフィードバック値Qfb1を補正値β2だけ増大させてステップST25に進む。つまり、上記脱離運転状態にあるときには、空燃比１４．５での燃焼相当の還元度になるように燃料噴射量を増減してＨＣ吸着触媒２７の上流側における排気ガスをリッチ側に制御している。
【００６１】
上述の如く、脱離運転状態に移行する前にＨＣ吸着触媒２７が活性化されているために、脱離運転状態に移行した後にＨＣ吸着触媒２７の上流側における排気ガスを還元側に制御しても、酸素吸蔵物質から放出された酸素を利用したＨＣの酸化処理を有効に行うことができることとなるのである。
【００６２】
上記ステップST25において、ＨＣ吸着触媒２７の下流側における排気ガスの還元度OX2が下流側の基準値OX20（空燃比１４．６から１４．７での燃焼相当）よりも高い（還元度合いが強い）か否かを判定する。そして、ＨＣ吸着触媒２７の下流側における排気ガスの還元度OX2が上記下流側の基準値OX20よりも高いときにはステップST27に進み、前回に検出された還元度OX2が上記下流側の基準値OX20よりも高いか否かを判定し、還元度OX2が上記下流側の基準値OX20よりも高いときにのみステップST28に進んで、燃料噴射量のフィードバック値Qfb2を補正値γ1だけ低減させてステップST30に進む。また、前回に検出された還元度OX2が上記下流側の基準値OX20以下であったときには、ステップST29に進み、フィードバック値Qfb2を補正することなくステップST30に進む。
【００６３】
一方、上記ステップST25において、ＨＣ吸着触媒２７の下流側における排気ガスの還元度OX2が上記下流側の基準値OX20以下であるときには、ステップST31に進み、燃料噴射量のフィードバック値Qfb2を補正値γ2だけ増大させてステップST30に進む。つまり、還元度OX2が連続して下流側の基準値OX20よりも高い場合、即ち連続してリッチ側に制御されている場合にのみ、フィードバック値Qfb2の低減補正を行うようにすると共に、低減補正する補正値γ1を増大補正する補正値γ2より小さい値に設定することにより、ＨＣ吸着触媒２７の上流側における排気ガスが、酸素濃度０．５％以下の還元側（リッチ側）に制御され易くなっている。
【００６４】
上記ステップST30では、上記基本噴射量Qbに上記各フィードバック値Qfb1、Qfb2を加算することにより最終噴射量Qpを導出し、ステップST18に移って噴射タイミングに合わせて、ステップST19において燃料の噴射制御を実行する。
【００６５】
図３(ｃ)に示すように、上述した如く、初期運転状態（初期制御開始時間T1から移行時期T2の間）にある初期制御では、空燃比で１４．７よりも大きな空燃比（酸化側）に制御され、脱離運転状態（移行時期T2から脱離完了時T3の間）にある酸素放出制御では、空燃比が１４．５相当の還元側に制御されている。
【００６６】
一方、図４の上記ステップST22において、ＨＣ吸着触媒２７の温度THCEが上記脱離運転完了温度THC3以上となったとき、即ち、脱離運転状態が終了したと判定されたときには、ステップST32に進んでフィードバック値Qfb2をゼロに設定し、図５のステップST33に移って温間運転制御を実行する。温間運転制御では、運転状態に対応した燃料噴射量のフィードバック制御が実行される。
【００６７】
つまり、ステップST33において、ＨＣ吸着触媒２７の上流側における排気ガスの還元度OX1が基準値OX10よりも高い（還元度合いが強い）か否かを判定する。ＨＣ吸着触媒２７の上流側における排気ガスの還元度OX1が基準値OX10よりも低いときには、上記ステップST33における判定がＹＥＳとなってステップST34に進み、燃料噴射量のフィードバック値Qfb1を補正値αだけ低減させてステップST30に移る。一方、上記排気ガスの還元度OX1が基準値OX10以下のときには、ステップST33からステップST35に進み、フィードバック値Qfb1を補正値αだけ増大させてステップST30に移る。そして、ステップST30において最終噴射量Qpを導出する。つまり、最終噴射量Qpは、ＨＣ吸着触媒２７の上流側における排気ガスの還元度OX1に基づいて決定されるフィードバック値Qfb1のみによって導出されたこととなる。そして、ステップST18において噴射タイミングに合わせて、ステップST19において燃料の噴射制御を実行する。
【００６８】
【発明のその他の実施の形態】
上記実施形態について、酸素放出制御において、燃料噴射量を増大させることにより、排気ガスを還元側に制御する構成に限られず、二次エア供給通路３２からの空気の供給量を低減させることにより排気ガスを還元側に制御する構成であってもよい。
【００６９】
また、上記実施形態について、初期制御において、ＨＣ吸着触媒２７の上流側における排気ガスの酸素濃度を所定濃度以上に制御するのに、第１酸素濃度センサ２６の検出値に基づいてエンジンの空燃比のフィードバック制御を行う構成には限られるものではなく、２次エア等による制御の適用も可能である。
【００７０】
また、上記実施形態と異なり、ＨＣ吸着触媒２７の上流側にパラジウムを含有する触媒を備えた上流触媒としての三元触媒を設ける構成にしてもよい。この構成において、初期制御は、エンジンの空燃比を１４．７以上に制御することにより、ＨＣ吸着触媒２７の上流側又はＨＣ吸着触媒２７内における排気ガスに含まれる酸素の濃度を所定濃度以上に制御し、酸素放出制御は、エンジンの空燃比を１４．６以下に制御することにより、ＨＣ吸着触媒２７の上流側又はＨＣ吸着触媒２７内における排気ガスを還元側に制御するのが好ましい。
【００７１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、脱離運転状態に移行する前の初期運転状態にある間、ＨＣ吸着触媒の上流側又はＨＣ吸着触媒内における排気ガスの酸素濃度を０．５％以上に制御してＨＣ吸着触媒を確実に活性化させておくことができるために、脱離運転状態に移行した後に排気ガスを還元側に制御しても、ＨＣ吸着触媒の酸素吸蔵物質から放出された酸素を利用したＨＣの酸化処理を有効に行うことができる。
【００７３】
また、請求項２に係る発明によれば、ＨＣ吸着触媒の上流側に上流触媒が設けられる場合において、脱離運転状態に移行する前の初期運転状態の間、エンジンの空燃比を１４．７よりも大きく制御して、上流触媒及びＨＣ吸着触媒を確実に活性化させておくことができ、脱離運転状態に移行した後に排気ガスを還元側に制御しても、ＨＣ吸着触媒の酸素吸蔵物質から放出された酸素を利用したＨＣの酸化処理を有効に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るエンジンの排気浄化装置の全体構成を示す全体図である。
【図２】ＨＣ吸着触媒の構成を部分的に示す断面図である。
【図３】（ａ）は、ＨＣ吸着触媒の運転動作を示す特性図であり、（ｂ）は、ＨＣ吸着触媒の温度変化を示す特性図であり、（ｃ）は、空燃比の変化を示す特性図である。
【図４】実施形態に係るエンジンの排気浄化装置の制御動作の前半部を示すフロー図である。
【図５】実施形態に係るエンジンの排気浄化装置の制御動作の後半部を示すフロー図である。
【符号の説明】
２２    排気通路
２７    ＨＣ吸着触媒
２７ｂ  ＨＣ吸着材
４２    脱離判定手段
４３ 初期判定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
0003800075.tif 000004
【図４】
0003800075.tif 000005
【図５】
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