(57)【要約】本発明は、排気処理装置の構造が簡単であり、且つ、ＨＣ吸着剤の吸着能力に配慮して効率よくＨＣを浄化処理できる内燃機関の排気浄化装置を提供すること、及び運転性が大きく損なわれることのない自動車の制御装置を提供することを目的とする。この目的は、エンジンの排ガス流路中に、吸着剤と排ガス処理用の触媒とを有し、排ガス中に含まれる未燃炭化水素を一時的に前記吸着剤吸着させる内燃機関の排気浄化装置において、前記吸着剤は、未燃炭化水素を吸着する吸着ゾーンと、吸着した前記未燃炭化水素を脱離させる脱離ゾーンを有し、前記触媒が活性化状態にあるか否かを検知し、前記触媒が活性化状態にないときには、該触媒が活性化状態に達するまでの間、前記吸着剤の温度を前記吸着ゾーンに維持するように、前記エンジンの出力またはトルクを調整することにより、達成される。
2002042625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排ガス流路中に、吸着剤と排ガス処理用の触媒とを有し、排ガス中に含まれる未燃炭化水素を一時的に前記吸着剤吸着させる内燃機関の排気浄化装置において、
前記吸着剤は、未燃炭化水素を吸着する吸着ゾーンと、吸着した前記未燃炭化水素を脱離させる脱離ゾーンを有し、
前記触媒が活性化状態にあるか否かを検知し、前記触媒が活性化状態にないときには、該触媒が活性化状態に達するまでの間、前記吸着剤の温度を前記吸着ゾーンに維持するように、前記エンジンの出力またはトルクを調整することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１において、前記吸着剤の温度が脱離ゾーン内にならないように前記エンジンの吸入空気量を調整し、該吸入空気量調整によるエンジン出力変動を相殺するように前記エンジンの点火時期を変化させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１において、前記吸着剤の温度が脱離ゾーン内にならないように前記エンジンの吸入空気量を調整し、該吸入空気量調整によるエンジン出力変動を相殺するようにＥＧＲ率を変化させることによりエンジンの正味出力を同等レベルに維持することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
請求項１において、前記触媒が機能する温度を越えた後、該吸着剤を再生できる温度以上になるように前記エンジン出力またはトルクを調整することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
請求項１において、前記吸着剤の温度が再生ゾーン内に入るように前記エンジンの出力またはトルクを調整し、該負荷調整を相殺するように前記発電機の負荷を変化させることによりエンジンの正味出力を同等レベルに維持することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
エンジンにより駆動される発電機を有し、前記エンジンの排ガス流路中に、吸着剤と排ガス処理用の触媒とを有し、排ガス中に含まれる未燃炭化水素を一時的に前記吸着剤吸着させる排気浄化装置を備えた自動車の制御装置において、
前記吸着剤は、未燃炭化水素を吸着する吸着ゾーンと、吸着した前記未燃炭化水素を脱離させる脱離ゾーンを有し、
前記触媒が活性化状態にあるか否かを検知し、前記触媒が活性化状態にないときには、該触媒が活性化状態に達するまでの間、前記吸着剤の温度を前記吸着ゾーンに維持するように、前記エンジンの出力またはトルクを調整し、該負荷調整を相殺するように前記発電機の負荷を変化させることにより前記エンジンの正味出力を同等レベルに維持することを特徴とする排気浄化装置を備えた自動車の制御装置。
【請求項７】
エンジンと、該エンジン駆動による発電機能とエンジン駆動をアシストするモータ機能とを有するモータ発電機と、前記発電機能に基づく発電出力により充電される電池とを有し、前記エンジンの排ガス流路中に、吸着剤と排ガス処理用の触媒とを有する排気浄化装置を備えた自動車の制御装置において、
前記吸着剤は、未燃炭化水素を吸着する吸着ゾーンと、吸着した前記未燃炭化水素を脱離させる脱離ゾーンを有し、
前記触媒が活性化状態にあるか否かを検知し、前記触媒が活性化状態にないときには、該触媒が活性化状態に達するまでの間、前記吸着剤の温度を前記吸着ゾーンに維持するように、前記エンジンの出力またはトルクを調整することを特徴とする排気浄化装置排気浄化装置を備えた自動車の制御装置。
【請求項８】
エンジンと、該エンジンにより駆動される発電機とエンジン駆動をアシストするまたはエンジンの代わりに車両を駆動するモータを有しエンジン駆動による発電機能とエンジン駆動をアシストするモータ機能とを有し、前記エンジンの排ガス流路中に、吸着剤と排ガス処理用の触媒とを有する排気浄化装置を備えた自動車の制御装置において、
前記吸着剤は、未燃炭化水素を吸着する吸着ゾーンと、吸着した前記未燃炭化水素を脱離させる脱離ゾーンを有し、
前記触媒が活性化状態にあるか否かを検知し、前記触媒が活性化状態にないときには、該触媒が活性化状態に達するまでの間、前記吸着剤の温度を前記吸着ゾーンに維持するように、前記エンジンの出力またはトルクを調整することを特徴とする排気浄化装置を備えた自動車の制御装置。
【請求項９】
エンジンの排ガス流路中に、吸着剤と排ガス処理用の触媒とを有し、排ガス中に含まれる未燃炭化水素を一時的に前記吸着剤吸着させる内燃機関の排気浄化装置において、
前記吸着剤は、未燃炭化水素を吸着する吸着ゾーンと、吸着した前記未燃炭化水素を脱離させる脱離ゾーンを有し、
前記触媒が活性化状態にあるか否かを検知し、前記触媒が活性化状態にないときには、該触媒が活性化状態に達するまでの間、前記吸着剤の温度を前記吸着ゾーンに維持するように、前記エンジンの出力またはトルクを調整し、該負荷調整を相殺するように前記発電機の負荷を変化させることにより前記エンジンの正味出力を同等レベルに維持することを特徴とする排気浄化装置を備えた自動車の制御装置。
【請求項１０】
エンジンにより駆動される発電機を有し、前記エンジンの排ガス流路中に、吸着剤と排ガス処理用の触媒とを有し、排ガス中に含まれる未燃炭化水素を一時的に前記吸着剤吸着させる排気浄化装置を備えた自動車の制御装置において、
前記吸着剤は、未燃炭化水素を吸着する吸着ゾーンと、吸着した前記未燃炭化水素を脱離させる脱離ゾーンを有し、
前記触媒が活性化状態にあるか否かを検知し、前記触媒が活性化状態にないときには、該触媒が活性化状態に達するまでの間、前記吸着剤の温度を前記吸着ゾーンに維持するように、前記エンジンの出力またはトルクを調整し、該負荷調整を相殺するように前記発電機の負荷を変化させることにより前記エンジンの正味出力を同等レベルに維持することを特徴とする排気浄化装置を備えた自動車の制御装置。
【請求項１１】
エンジンと、該エンジン駆動による発電機能とエンジン駆動をアシストするモータ機能とを有するモータ発電機と、前記発電機能に基づく発電出力により充電される電池とを有し、前記エンジンの排ガス流路中に、吸着剤と排ガス処理用の触媒とを有する排気浄化装置を備えた自動車の制御装置において、
前記吸着剤は、未燃炭化水素を吸着する吸着ゾーンと、吸着した前記未燃炭化水素を脱離させる脱離ゾーンを有し、
前記触媒が活性化状態にあるか否かを検知し、前記触媒が活性化状態にないときには、該触媒が活性化状態に達するまでの間、前記吸着剤の温度を前記吸着ゾーンに維持するように、前記エンジンの出力またはトルクを調整し、該調整を相殺するように発電機の負荷を変化させたり、前記モータ発電機のアシスト力を変化させることにより、前記エンジンの正味出力を同等レベルに維持することを特徴とする排気浄化装置排気浄化装置を備えた自動車の制御装置。
【請求項１２】
エンジンと、該エンジンにより駆動される発電機とエンジン駆動をアシストするまたはエンジンの代わりに車両を駆動するモータを有しエンジン駆動による発電機能とエンジン駆動をアシストするモータ機能とを有し、前記エンジンの排ガス流路中に、吸着剤と排ガス処理用の触媒とを有する排気浄化装置を備えた自動車の制御装置において、
前記吸着剤は、未燃炭化水素を吸着する吸着ゾーンと、吸着した前記未燃炭化水素を脱離させる脱離ゾーンを有し、
前記触媒が活性化状態にあるか否かを検知し、前記触媒が活性化状態にないときには、該触媒が活性化状態に達するまでの間、前記吸着剤の温度を前記吸着ゾーンに維持するように、前記エンジンの出力またはトルクを調整し、該負荷調整を相殺するように発電機の負荷を変化させたり、前記モータのアシスト力やモータ出力を変化させることにより前記エンジンの正味出力を同等レベルに維持することを特徴とする排気浄化装置を備えた自動車の制御装置。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれかにおいて、前記吸着剤の温度が再生ゾーン内にるように前記エンジンの出力またはトルクを調整し、該負荷調整を相殺するように前記発電機の負荷を変化させることによりエンジンの正味出力を同等レベルに維持することを特徴とする排気浄化装置を備えた自動車の制御装置。
【請求項１４】
請求項１１または１２において、エンジン駆動による発電機能とエンジン駆動をアシストするモータ機能を有するモータと発電出力により充電される電池を有し、該吸着剤の温度が再生ゾーン内に入るようにエンジンの出力またはトルクを調整し、該負荷調整を相殺するように発電機の負荷を変化させたり、上記モータのアシスト力を変化させることによりエンジンの正味出力を同等レベルに維持することを特徴とする排気浄化装置を備えた自動車の制御装置。
【請求項１５】
請求項１１または１２において、エンジンにより駆動される発電機とエンジン駆動をアシストするまたはエンジンの代わりに車両を駆動するモータを有し、該吸着剤の温度が再生ゾーン内に入るようにエンジンの出力またはトルクを調整し、該負荷調整を相殺するように発電機の負荷を変化させたり、上記モータのアシスト力やモータ出力を変化させることによりエンジンの正味出力を同等レベルに維持することを特徴とする排気浄化装置を備えた自動車の制御装置。
【請求項１６】
請求項９〜１２のいずれかにおいて、該吸着剤の温度が再生ゾーン内に入るようにエンジンの吸入空気量を調整し、該吸入空気量調整によるエンジン出力変動を相殺するようにエンジンの点火時期を変化させたり、ＥＧＲ率を変化させることによりエンジンの正味出力を同等レベルに維持することを特徴とする排気浄化装置を備えた自動車の制御装置。
【請求項１７】
エンジンの排ガス流路中に、吸着剤と排ガス処理用の触媒とを有し、排ガス中に含まれる未燃炭化水素を一時的に前記吸着剤吸着させる内燃機関の制御方法において、
前記吸着剤は、未燃炭化水素を吸着する吸着ゾーンと、吸着した前記未燃炭化水素を脱離させる脱離ゾーンを有し、
前記触媒が活性化状態にあるか否かを検知し、
前記触媒が活性化状態にないときには、該触媒が活性化状態に達するまでの間、前記吸着剤の温度を前記吸着ゾーンに維持するように、前記エンジンの出力またはトルクを調整することを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項１８】
エンジンにより駆動される発電機を有し、前記エンジンの排ガス流路中に、吸着剤と排ガス処理用の触媒とを有し、排ガス中に含まれる未燃炭化水素を一時的に前記吸着剤吸着させる排気浄化装置を備えた自動車の制御方法において、
前記吸着剤は、未燃炭化水素を吸着する吸着ゾーンと、吸着した前記未燃炭化水素を脱離させる脱離ゾーンを有し、
前記触媒が活性化状態にあるか否かを検知し、
前記触媒が活性化状態にないときには、該触媒が活性化状態に達するまでの間、前記吸着剤の温度を前記吸着ゾーンに維持するように、前記エンジンの出力またはトルクを調整し、該負荷調整を相殺するように前記発電機の負荷を変化させることにより前記エンジンの正味出力を同等レベルに維持することを特徴とする排気浄化装置を備えた自動車の制御方法。
【請求項１９】
エンジンと、該エンジン駆動による発電機能とエンジン駆動をアシストするモータ機能とを有するモータ発電機と、前記発電機能に基づく発電出力により充電される電池とを有し、前記エンジンの排ガス流路中に、吸着剤と排ガス処理用の触媒とを有する排気浄化装置を備えた自動車の制御方法において、
前記吸着剤は、未燃炭化水素を吸着する吸着ゾーンと、吸着した前記未燃炭化水素を脱離させる脱離ゾーンを有し、
前記触媒が活性化状態にあるか否かを検知し、
前記触媒が活性化状態にないときには、該触媒が活性化状態に達するまでの間、前記吸着剤の温度を前記吸着ゾーンに維持するように、前記エンジンの出力またはトルクを調整し、該調整を相殺するように発電機の負荷を変化させたり、前記モータ発電機のアシスト力を変化させることにより、前記エンジンの正味出力を同等レベルに維持することを特徴とする排気浄化装置排気浄化装置を備えた自動車の制御方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、内燃機関の排気浄化装置及びこの内燃機関を駆動源とする自動車の制御装置に係り、特に、排ガス処理用触媒を用いた排気浄化装置を備えたガソリンエンジンの排気浄化装置及びこの内燃機関を駆動源とする自動車の制御装置関するものである。
背景技術
自動車等の内燃機関から排出される排ガスに含まれる、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ：Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等は大気汚染物質である。そこで、従来より、これらの排出量低減には多大の努力が払われ、内燃機関の燃焼方法の改善による発生量の低減に加え、排出された排ガスを触媒等を利用して浄化する方法の開発が進められ、着実な成果を挙げてきた。ガソリンエンジン車に関しては、三元触媒なるＰｔ、Ｒｈを活性の主成分とし、ＨＣ及びＣＯの酸化とＮＯｘの還元を同時に行う触媒を用いる方法が主流となっている。
ところで、三元触媒はその特性から、ウィンドウと称される理論空気燃料比近傍で燃焼させて生成した排ガスに効果的に作用し、浄化する。しかし、三元触媒が活性（排ガスを浄化できる）を示す温度（ライトオフ温度、約３００℃）に達するまでの間は浄化処理ができていなかった。
そこで、バッテリを電源とするヒーターにより三元触媒を活性化温度より高い温度に維持する方式が、例えば特開平１０−２８８０２８号公報や特開平１１−２１０４４８号公報に開示されている。しかし、冷機始動時に三元触媒が活性化するまでバッテリーの電力を消費して加熱する必要があり、活性化するまでの間に未燃炭化水素が大気中へ排出されることを回避することは困難である。
そこで、始動運転時の三元触媒が活性化するまでの間、排出される未燃炭化水素を一時的に吸着し、三元触媒がライトオフ温度に達することのできるような温度になったら、吸着した未燃炭化水素（以下、”ＨＣ”という）を脱離するＨＣ吸着触媒の研究開発が盛んに行われている。
例えば、自動車技術会　学術講演会前刷集Ｎｏ．１９−００　Ｔｈｅ　Ｃｌｅａｎｅｓｔ　Ｃａｒへの挑戦−第２報（２０００５１８８）には、同軸型バイパスＨＣ吸着システムが採用され、冷機始動時に二方弁を閉じ、外筒側のＨＣ吸着剤に排ガスを導入しＨＣを吸着させ、その後、三元触媒が活性化した後、二方弁を開き、脱離したＨＣを三元触媒に導入し浄化処理を行うものである。この方式は、同軸型バイパス通路や二方弁で構成されているため構造が複雑でかつ高価である。また、冷機始動時の運転状態によっては排ガス中のＨＣ量が多く、三元触媒が活性化する前にＨＣ吸着剤が吸着能力の限度に達してしまい、ＨＣがそのまま大気中に放出される可能性もある。
また、自動車技術会　学術講演会前刷集Ｎｏ．１９−００ガソリンエンジンのゼロエミッション化技術（２０００５２３８）では、２ステージ式ＨＣトラップ触媒システムが採用されている。このＨＣトラップ触媒はＨＣ吸着剤に排気処理の機能を複合化したものである。このシステムでは浄化の高効率化を図るため２ステージ（ＨＣトラップと三元触媒のハイブリッド構造体がシリーズに２段になっている）構成になっている。このシステムも前記例と同様に、構造が複雑で高価であり、また、三元触媒が活性化する前にＨＣ吸着剤が吸着能力の限度に達し、ＨＣがそのまま大気中に放出される可能性もある。
一方、ＨＣ吸着剤の能力を維持するために、次の始動運転に備えて吸着したＨＣを脱離することも必要である。例えば、特開平５−１４９１３１号公報には、ＨＣ吸着剤、三元触媒と熱交換器を排気管に設け、排ガスの熱を利用してＨＣの脱離のための温度制御を行うものが開示されている。この方式は、熱交換器を使うため排気管の構造が複雑で高価であり、また、始動運転時におけるＨＣ吸着剤の吸着能力に関しては何らの配慮もされていない。
同様に、特開２０００−８８３７号公報にも、吸着剤のＨＣ吸着量が所定量と判定された場合には、吸着したＨＣを放出し、三元触媒が活性化温度に達するまでエンジンの運転を延長するものが開示されている。この方式でも、始動運転時におけるＨＣ吸着剤の吸着能力に関しては何らの配慮もされていない
一方、自動車の走行開始時を考えた場合、エンジンの始動時から加速運転その他運転者の意図する運転状態に迅速且つスムーズに移行できることが望ましく、排ガスの浄化のために、自動車の運転者にショックや出力不足を感じさせることは好ましくない。
発明の開示
本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑み、排気処理装置の構造が簡単であり、且つ、ＨＣ吸着剤の吸着能力に配慮して効率よくＨＣを浄化処理できる内燃機関の排気浄化装置及び浄化方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、効率よくＨＣを浄化処理できると共に、運転性が大きく損なわれることのない自動車の制御装置及び制御方法を提供することにある。
上記課題は、以下の本発明の装置もしくは方法により解決することができる。
本発明の特徴は、エンジンの排ガス流路中に、吸着剤と排ガス処理用の触媒とを有し、排ガス中に含まれる未燃炭化水素を一時的に前記吸着剤吸着させる内燃機関の排気浄化装置において、前記吸着剤は、未燃炭化水素を吸着する吸着ゾーンと、吸着した前記未燃炭化水素を脱離させる脱離ゾーンを有し、前記触媒が活性化状態にあるか否かを検知し、前記触媒が活性化状態にないときには、該触媒が活性化状態に達するまでの間、前記吸着剤の温度を前記吸着ゾーンに維持するように、前記エンジンの出力またはトルクを調整することにある。
本発明の他の特徴は、エンジンの排ガス流路中に、吸着剤と排ガス処理用の触媒とを有し、排ガス中に含まれる未燃炭化水素を一時的に前記吸着剤吸着させる内燃機関の排気浄化装置において、前記吸着剤は、未燃炭化水素を吸着する吸着ゾーンと、吸着した前記未燃炭化水素を脱離させる脱離ゾーンを有し、前記触媒が活性化状態にあるか否かを検知し、前記触媒が活性化状態にないときには、該触媒が活性化状態に達するまでの間、前記吸着剤の温度を前記吸着ゾーンに維持するように、前記エンジンの出力またはトルクを調整し、該負荷調整を相殺するように前記発電機の負荷を変化させることにより前記エンジンの正味出力を同等レベルに維持することにある。
本発明は、その一態様としてはエンジンの排ガス流路中にＨＣを吸着する温度領域（吸着ゾーン）と該吸着ゾーンよりも高い温度領域であって吸着したＨＣが脱離する温度領域（脱離ゾーン）を有する吸着剤と排ガス処理用の触媒を配置し、該触媒が活性化する温度に達するまでは、排ガス中に含まれるＨＣを上記吸着剤により一時的に吸着させ、かつＨＣ吸着ゾーン温度を越えないようにエンジン負荷や吸入空気量を調節する。その後、該触媒が活性化する温度に達したら、エンジン負荷や吸入空気量を増加させ、ＨＣ脱離ゾーン温度になるように温度制御を行うことにより、簡単な排気処理装置の構造で効率よくＨＣを浄化処理できる。
ＨＣ吸着ゾーン温度を越えないようにエンジン負荷や吸入空気量を調節する場合、自動車の最終出力（駆動力）を変化させないため、エンジンのトルク、出力変動はエンジンに設けられた発電機やハイブリッド自動車の発電機、駆動モータにより補正することができる。また、エンジンの点火時期やＥＧＲ率を変えることで補正してもよい。
本発明によれば、冷機時にＨＣ吸着剤１８に吸着されたＨＣが下流の三元触媒が活性化した後に脱離されるため、冷機始動時のＨＣを大幅に削減できる。また、エンジン出力調整によるＨＣ吸着剤温度制御において、制御中のエンジン出力変動は発電機や駆動用モータで補正されるため、自動車の運転者に出力やトルク変動を感じさせない。スムーズな運転性を維持しながら同時に有害排ガス（未燃炭化水素）を大幅に削減できる。また、ＨＣ吸着剤の再生処理を行うことにより、いつも新品の性能（ＨＣ吸着能力）を維持することができる。
発明を実施するための最良の形態
図１は、本発明の一実施態様を示す内燃機関の排気浄化装置を含む全体のシステム構成である。
この実施態様の内燃機関は、吸気系に接続された多気筒エンジン４と、その排気系及びエンジン制御ユニット（Ｅｎｇｉｎｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ＝ＥＣＵ）２５から構成されている。吸気系は、エアクリーナ１の下流の吸気通路に設けられたエアフローセンサー２、モータ付スロットルバルブ３、インジェクタ５、吸気温度センサー９等を有する。インジェクタ５には、燃料ポンプ１２により燃料タンク１３の燃料が供給される。また、点火プラグ６を備えた多気筒エンジン４には、ノックセンサー２６や水温サンサー２８が設けられている。
排気系は、エンジン４の排気管１１に設けられた三元触媒１７とＨＣ吸着剤１８を有している。三元触媒１７には排ガス処理用の触媒が配置されている。ＨＣ吸着剤１８は、エンジンの排ガス流路中に未燃炭化水素を吸着する温度領域（以下、”吸着ゾーン”という）と該吸着ゾーンよりも高い温度領域で吸着した未燃炭化水素が脱離する温度領域（以下、”脱離ゾーン”という）を有する。三元触媒１７とＨＣ吸着剤１８をシリーズに配置する代わりに、吸着剤に排ガス処理用の触媒機能を複合させても良い。排気系はさらに、吸着剤酸素濃度センサー（ｏｒ　Ａ／Ｆセンサー）１９、排ガス温度センサー２０、排ガス温度センサー２１、排ガス温度サンサー２２等を有する。１５はＥＧＲ率（排ガス還流率；排ガスの一部を吸入空気に混ぜる）を制御するＥＧＲバルブである。
ＥＣＵ２５は、入出力インターフェイスとしてのＩ／Ｏ　ＬＳＩ、演算処理装置ＭＰＵ、多数の制御プログラムを記憶させた記憶装置ＲＡＭおよびＲＯＭ、タイマーカウンター等より構成される。ＥＣＵ２５には、上記各センサーにより検出された信号のほか、負荷センサー８により検出されたアクセルペダル７の踏み込み量や、クランク角センサー２９により検出されたエンジンの回転数や回転角の信号も入力される。ＥＣＵ２５の制御プログラムには、以下で述べるＨＣ吸着剤温度制御機能２５０を実行するものが含まれている。
５１は発電機であり、エンジン４により駆動され、その出力でバッテリー３８を充電する。ＥＣＵ２５により整流器、発電量調整手段５２が制御され発電機５１の出力が調節される。三元触媒１７の入り口部にはヒーター２３が設けられており、ＥＣＵ２５により制御されるスイッチ２４を介してバッテリー３８から電力が供給され、始動時に早く活性化されるように三元触媒１７を加熱する。
以上の構成の排気浄化装置付内燃機関は、以下のように動作する。まず、エンジンへの吸入空気はエアクリーナー１により濾過された後エアフローセンサー２により計量され、モータ付スロットルバルブ３を経て、さらにインジェクター５から燃料噴射を受け、混合気としてエンジン４に供給される。エアフローセンサー信号その他の各センサー信号はＥＣＵ２５へ入力される。ＥＣＵ２５ではエンジンの運転状態及びＨＣ吸着剤１８、三元触媒１７の状態を評価して運転空燃比を決定し、インジェクター５の噴射時間等を制御して混合気の燃料濃度を所定値に設定する。
エンジン４のシリンダーに吸入された混合気はＥＣＵ２５からの信号で制御される点火プラグ６により着火され燃焼する。燃焼排ガスは排気管１１に導かれる。排気管１１にはＨＣ吸着剤１８が設けられており、冷機始動時は三元触媒１７が活性化する温度に達するまではＨＣ吸着剤１８によりＨＣが吸着される。三元触媒１７の温度は、エンジン負荷、吸入空気量などからの推定演算値でモニターできる。また、三元触媒１７の活性を温度の代わりに排気センサ２０と２１による浄化率ηｃで判定しても良い。
その間、確実にＨＣが吸着されるようにするために、ＥＣＵ２５のＨＣ吸着剤温度制御機能２５０によりＨＣ吸着剤温度が吸着可能最大温度Ｔａｍａｘを越えないようにエンジン負荷や吸入空気量Ｑａが調整される。ＨＣ吸着剤の温度は排気センサ２２でモニターする。排ガス温度Ｔｅｘはエンジン負荷Ｌや吸入吸気量Ｑａを減らすことで下がり、その結果、ＨＣ吸着剤温度も下がる。エンジン負荷や吸入空気量を減らした分、発電機５１の負荷（発電量）も減らすことでエンジンの最終出力（トルク）を同じレベルに維持でき、自動車の運転者にショックや出力不足を感じさせることはない。
ＨＣ吸着触媒温度を上げるため、エンジン負荷Ｌや吸入空気量Ｑａを増加させた場合は、増加した分だけ発電機の負荷（発電量）を増す。
次に、図２〜図７で、ＥＣＵ２５のＨＣ吸着剤温度制御機能２５０の動作を説明する。図２は、ＨＣ吸着時のＨＣ吸着剤温度の制御方法を示すフローチャートであり、図３は、再生時のＨＣ吸着剤再生処理の制御方法を示すフローチャートである。
まず、図２のステップ１００２でエンジン始動時のエンジン冷却水温Ｔｓｔａｒｔを水温センサ２８により検出する。ステップ１００３でＨＣ吸着剤入口排気温度Ｔｅｘを検出する。ステップ１００４で三元触媒温度Ｔｃａｔを検出する。
図４は、ＨＣ吸着剤１８の吸着ゾーン、脱離ゾーン、ＨＣ吸着能力を新品と同じレベルまで回復させる再生ゾーン、吸着剤が劣化、損傷する耐熱限界ゾーンの関係を示す。ＨＣ吸着剤１８の吸着能力を維持するためには、ＨＣ吸着剤１８の温度を吸着可能最大温度Ｔａｍａｘ程度以下に維持するのが望ましい。逆にＨＣを脱離させて三元触媒１７へ送るためには、温度をＴａｍａｘ程度以上にする必要がある。そして、ＨＣ吸着剤１８を再生して吸着能力を新品と同じレベルまで回復させるには温度を再生ゾーンすなわちＴｒｍｉｎ〜Ｔｎｇの範囲に維持する必要がある。
また、図５は、三元触媒１７の温度Ｔｃａｔに対するＨＣ浄化率特性を示す。ＨＣ吸着剤１８は、吸着可能最大温度Ｔａｍａｘ（＞Ｔａｃｔ）で十分な浄化率になっていることがわかる。十分な浄化効率が得られる三元触媒温度をＴａｃｔで示す。始動時、三元触媒１７は、ヒーター２３への通電により活性化温度（ライトオフ温度）Ｔａｃｔを超えるように加熱制御され、このＴａｃｔを超えたときは、ヒーター２３への通電が停止される。
そこで、図２のステップ１００５で始動時のエンジン冷却水温Ｔｓｔａｒｔが所定温度Ｔｃｏｌｄ以下か判定し、ＹＥＳの場合はステップ１００６で三元触媒温度Ｔｃａｔが活性化温度（ライトオフ温度）Ｔａｃｔ以下か判定する。ＹＥＳの場合はステップ１００７でＨＣ吸着剤入口排気温度ＴｅｘがＨＣ吸着可能最大温度Ｔａｍａｘから余裕値αだけ低い温度以下かを判定する。ＹＥＳの場合はステップ１００８でＨＣ吸着剤の温度を上昇させるためエンジン出力またはトルクをΔＬ増加する。エンジンの吸入空気量Ｑａをモータ付スロットルバルブ３で増加してもよい。
図６は、エンジンの吸入空気量Ｑａに対するＨＣ吸着剤１８入口の排気温度Ｔｅｘと三元触媒１７の温度を示したものである。吸入空気量を増やすことで温度を高めることができる。同時にエンジン出力（負荷）も増加する。筒内噴射エンジンの場合は１サイクル当たりの燃料噴射量を増やすことで温度を高めることができる。
図７は、エンジン出力（またはトルク）変化分ΔＬの特性図である。目標温度の偏差ΔＴｅｘの関数にすることにより目標温度への収束時間（応答時間）を速められる。
次に、図２のステップ１００９で発電機５１、３１の負荷（発電量）を増加させる。ステップ１００７でＮＯの場合はステップ１０１０でエンジン出力またはトルクをΔＬ減少させる。エンジンの吸入空気量Ｑａを減少させてもよい。ステップ１０１１で発電機５１、３１の負荷（発電量）を減少させる。なお、三元触媒１７の入り口部にヒーター２３を設けているため、バッテリ３８の蓄電量が多い場合でも、発電機５１、３１を負荷として、有効に利用できる。
ステップ１００５でＮＯの場合はエンジン冷却水温が暖かいので▲２▼（図３）へ進む。１００６でＮＯの場合はステップ１０１２でＨＣ吸着剤温度コントロールを解除し、▲２▼へ進む。
図３のステップ１０２０でＨＣ吸着剤入口排気温度Ｔｅｘが耐熱限界温度Ｔｎｇ以上か判定し、ＹＥＳの場合はステップ１０２１でエンジン出力またはトルクをΔＬ減少させる。エンジンの吸入空気量Ｑａを減少させてもよい。さらに、ステップ１０２２で発電機５１、３１の負荷（発電量）を減少させる。
ステップ１０２０でＮＯの場合はステップ１０２３でＨＣ吸着剤入口排気温度ＴｅｘがＨＣ吸着可能最大温度Ｔａｍａｘ以上か判定し、ＹＥＳの場合はステップ１０２４でＨＣ吸着剤再生処理完了済みかを判定し、ＮＯの場合はステップ１０２５で所定時間の間、ＨＣ吸着剤入口排気温度Ｔｅｘが再生最小温度Ｔｒｍｉｎと耐熱限界最大温度Ｔｎｇの範囲になるようなエンジン出力（トルク）にすることでＨＣ吸着剤の再生処理を行う。ステップ１０２３でＮＯ、またはステップ１０２４でＹＥＳの場合はリターンに戻る。
図８は、図１の実施態様による冷機始動時のＨＣ排出量の実測データの例を示す図である。従来方式の場合は走行時間に伴いＨＣ吸着剤温度が上昇して、冷機時に吸着したＨＣを三元触媒が活性化する前に脱離するため点線のようにＨＣ排出量が増えてしまう。それに対して本発明ではＨＣ吸着剤温度がＴａｍａｘ−αに制御されるためＨＣ脱離時の増加が著しく抑制される。
また、本実施態様によれば、冷機時にＨＣ吸着剤１８に吸着されたＨＣが下流の三元触媒が活性化した後に脱離されるため、冷機始動時のＨＣを大幅に削減できる。また、エンジン出力調整によるＨＣ吸着剤温度制御において、制御中のエンジン出力変動は発電機や駆動用モータで補正されるため、自動車の運転者にショックや出力不足あるいはトルク変動を感じさせない。
なお、三元触媒が活性化した状態（ライトオフ温度）を検出するために、三元触媒の温度Ｔａｃｔを検出するのに代えて、図５に示したＨＣの浄化率ηを検出し、ＨＣ浄化率が所定値ηｃに達したことで三元触媒の活性化を判断しても良い。また、三元触媒の入口及び出口に配置したＯ２の出力信号波形から、三元触媒の活性化を判断しても良い。
図９は、本発明の他の実施態様におけるＨＣ吸着剤、三元触媒の構成図である。この実施態様では、ＨＣ吸着剤下流の三元触媒を１７Ａと１７Ｂに分けた例を示す。三元触媒１７Ａのように薄くすることで熱容量を下げ、早く活性化するように改善したものである。
図１０の例も同様に、三元触媒１７Ａの直径と厚みをさらに小さくしたもので、熱容量を下げ、早く活性化することができる。
図１１の例は、三元触媒１７Ａをコーン状に小さくして、熱容量を下げ、早く活性化することができる。
次に、図１２は、本発明の他の実施態様を示す内燃機関の排気浄化装置のシステム構成図である。図１３は、図１２の実施態様における、吸着時のＨＣ吸着剤温度の制御方法を示すフローチャートであり、図１４は、再生時のＨＣ吸着剤温度の制御方法を示すフローチャートである。
この実施例は、インジェクター５が内燃機関４のシリンダー内に有る所謂筒内噴射の場合である。また、各温度のモニターは、図１の排気温度センサ２９の代わりに、エンジン負荷、エンジン回転数、吸入空気量Ｑａ、車速、始動後経過時間などにより、図６に示した特性などを利用して推定計算する。
すなわち、図１３のステップ１２０３において、ＥＣＵ２５ではＨＣ吸着剤入口排気温度Ｔｅｘを検出する代わりに、エンジン負荷、エンジン回転数、吸入空気量、車速、始動後経過時間などにより推定計算で求める。また、ステップ１２０４で三元触媒温度Ｔｃａｔを推定計算で求める。さらに、ステップ１２０９で最終のエンジン出力（トルク）が変化しないように点火時期や噴射時期を遅角したり、ＥＧＲバルブ１５を開くことでＥＧＲ率を増加する。
この実施例の場合、図２ステップ１００７でＹＥＳの場合はステップ１２０８でＨＣ吸着剤の温度を上昇させるために、１サイクル当たりの噴射量を増加して、エンジン出力またはトルクをΔＬ増加させる。ステップ１２０９では、ＨＣ吸着触媒温度を上げるため、エンジン負荷Ｌを増加させた分だけ、エンジン出力（トルク）を変化させないため点火時期を遅角させたり、ＥＧＲ率をＥＧＲバルブ１５を開くことで、エンジン出力を減少させる。
次に、ステップ１００７でＮＯの場合は、ステップ１２１０で１サイクル当たりの噴射量を減少さてエンジン出力またはトルクをΔＬ減少させる。さらに、図１４のステップ１０２０でＨＣ吸着剤入口排気温度Ｔｅｘが耐熱限界温度Ｔｎｇ以上か判定し、ＹＥＳの場合はステップ１０２１で１サイクル当たりの噴射量を減少させ、エンジン出力またはトルクをΔＬ減少させる。
この実施態様でも、冷機時にＨＣ吸着剤１８に吸着されたＨＣが下流の三元触媒が活性化した後に脱離されるため、冷機始動時のＨＣを大幅に削減できる。また、エンジン出力調整によるＨＣ吸着剤温度制御において、制御中のエンジン出力変動は発電機や駆動用モータで補正されるため、自動車の運転者にショックや出力不足あるいはトルク変動を感じさせない。さらに、ＨＣ吸着剤の再生処理を行うことにより、いつも新品の性能（ＨＣ吸着能力）を維持することができる。
なお、ＨＣ吸着剤１８の温度制御やＨＣ吸着剤の再生処理に関して、図２〜図３で述べた制御方法の一部を図１２の実施態様の装置に適用し、あるいは、図１３〜図１４の実施態様で述べた制御方法の一部を図１の実施態様の装置に適用しても良い。
本発明のＨＣ吸着剤温度制御機能を備えた排気浄化装置は、ガソリンエンジンを有するハイブリッド電気自動車にも適用できる。ハイブリッド電気自動車の場合は、駆動用モータでエンジン出力減少分を補うことができる。
図１５は、本発明の他の実施態様としてのハイブリッド電気自動車における内燃機関の排気浄化装置のシステム構成図である。
図１６は、図１５の実施態様におけるＨＣ吸着時のＨＣ吸着剤温度の制御方法を示すフローチャートである。また、図１７は、ＨＣ吸着剤再生処理の制御方法を示すフローチャートである。
図１５において、ハイブリッド電気自動車は、その駆動源とてエンジン４と駆動用モータ３３を備えている。すなわち、エンジン４には発電機３１が直結され、さらに第１の電磁クラッチ３２を介して駆動用モータ３３が連結されている。駆動用モータ３３の回転は、第２の電磁クラッチ３４、ＣＶＴ３５を介して車両の車軸に伝達される。発電機３１の出力はインバータ４８、充放電器４９を介してバッテリ３８に供給される。一方、駆動用モータ３３には、充放電器４９及びインバータ３９を介してバッテリ３８から電力が供給される。ハイブリッド自動車は、ＥＣＵ２５のほかに、インバータコントロールユニット４０、バッテリコントロールユニット４１、クラッチ、ＣＶＴコントロールユニット４７を備えており、これらの各コントロールユニットは、ハイブリッド電気自動車コントロールユニット４２で統括制御される。
この実施態様において、ＥＣＵ２５のＨＣ吸着剤温度制御機能２５０は、ＨＣ吸着剤の温度制御のためのエンジン出力（トルク）変動は発電機３１と駆動用モータ３３で吸収、補正する。
すなわち、図１６のステップ１００７でＨＣ吸着剤入口排気温度ＴｅｘがＨＣ吸着可能最大温度Ｔａｍａｘから余裕値αだけ低い温度以下かを判定する。ＹＥＳの場合はステップ１００８でＨＣ吸着剤の温度を上昇させるためエンジン出力またはトルクをΔＬ増加する。
次に、ステップ１６０９で発電機３１及び駆動モータ３３の負荷（発電量）を増加させる。ステップ１００７でＮＯの場合はステップ１０１０でエンジン出力またはトルクをΔＬ減少させる。エンジンの吸入空気量Ｑａを減少させてもよい。ステップ１６１１で発電機３１及び駆動モータ３３の負荷（発電量）をを減少させ、エンジン出力減少分を補正する。
また、図１７のステップ１０２０でＨＣ吸着剤入口排気温度Ｔｅｘが耐熱限界温度Ｔｎｇ以上か判定し、ＹＥＳの場合はステップ１０２１でエンジン出力またはトルクをΔＬ減少させる。さらに、ステップ１６２２において発電機３１及び駆動モータ３３でエンジン出力減少分を補正する。
図１８は、本発明の他の実施態様としての簡易型ハイブリッド電気自動車における内燃機関の排気浄化装置のシステム構成図である。この実施態様では、エンジン駆動による発電機能とエンジン駆動をアシストするモータ機能を有するモータ発電機３６を備えている。排気浄化装置及び制御フローは、図１５〜図１７で述べた実施態様と同じものである。図１６のステップ１６１１で、ＨＣ吸着剤の温度制御のためのエンジン出力（トルク）変動はモータ発電機３１で吸収、補正する。即ちモータ発電機３６によりエンジン出力減少分を補正する。さらに、図１７のステップ１６２２においてモータ発電機３６でエンジン出力減少分を補正する。
以上述べた各実施態様では三元触媒１７とＨＣ吸着剤１８の分離された方式を示したが、これに代えて、ＨＣ吸着剤と排気処理用触媒機能の両方をあわせもつ複合触媒としてもよい。
本発明によれば、冷機時にＨＣ吸着剤１８に吸着されたＨＣが下流の三元触媒が活性化した後に脱離されるため、冷機始動時のＨＣを大幅に削減できる。また、エンジン出力調整によるＨＣ吸着剤温度制御において、制御中のエンジン出力変動は発電機や駆動用モータで補正されるため、自動車の運転者にショックや出力不足あるいはトルク変動を感じさせない。
このように、スムーズな運転性を維持しながら同時に有害排ガス（未燃炭化水素）を大幅に削減できる。また、ＨＣ吸着剤の再生処理を行うことにより、いつも新品の性能（ＨＣ吸着能力）を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の代表的な実施態様を示す内燃機関の排気浄化装置のシステム構成図である。
図２は、図１の実施態様における、ＨＣ吸着時のＨＣ吸着剤温度の制御方法を示すフローチャートである。
図３は、図１の実施態様における、再生時のＨＣ吸着剤再生処理の制御方法を示すフローチャートである。
図４は、図１の実施態様で用いられるＨＣ吸着剤の吸着、脱離、再生、耐熱限界ゾーンの説明図である。
図５は、図１の実施態様で用いられる三元触媒のＨＣ浄化率特性図である。
図６は、図２の制御における、排気温度、触媒温度と吸入空気量の関係を示す図である。
図７は、図２の制御に用いられるエンジン出力変化量ΔＬの特性図である。
図８は、図１の実施態様による冷機始動時のＨＣ排出量の実測データの例を示す図である。
図９は、本発明の他の実施態様におけるＨＣ吸着剤、三元触媒の構成図である。
図１０は、本発明の他の実施態様におけるＨＣ吸着剤、三元触媒の構成図である。
図１１は、本発明の他の実施態様におけるＨＣ吸着剤、三元触媒の構成図である。
図１２は、本発明の他の実施態様を示す内燃機関の排気浄化装置のシステム構成図である。
図１３は、図１２の実施態様における、吸着時のＨＣ吸着剤温度の制御方法を示すフローチャートである。
図１４は、図１２の実施態様における、再生時のＨＣ吸着剤再生処理の制御方法を示すフローチャートである。
図１５は、本発明の他の実施態様としてのハイブリッド電気自動車における内燃機関の排気浄化装置のシステム構成図である。
図１６は、図１５の実施態様における、吸着時のＨＣ吸着剤温度の制御方法を示すフローチャートである。
図１７は、図１５の実施態様における、再生時のＨＣ吸着剤再生処理の制御方法を示すフローチャートである。
図１８は、本発明の他の実施態様としての簡易型ハイブリッド電気自動車における内燃機関の排気浄化装置のシステム構成図である。
【図１】
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【図３】
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【図２】
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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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１６】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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