JP2006328974A

JP2006328974A - 内燃機関の排気浄化装置及びハイブリッド車両

Info

Publication number: JP2006328974A
Application number: JP2005149849A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Kaneko; 聡志金子
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-05-23
Filing date: 2005-05-23
Publication date: 2006-12-07

Abstract

【課題】内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化性能の向上を図る。
【解決手段】エンジン１０１の排気管３６に、排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどを浄化処理する第１、第２触媒装置３７，３８と、第１、第２触媒装置３７，３８の間に排気ガス中に含まれる炭化水素を吸着処理する炭化水素吸着装置３９を設け、炭化水素吸着装置３９にて、第１通路５３の外側に第２通路５４を形成し、第２通路５４にＨＣ吸着剤が担持された触媒部５５を設け、第１通路５３に開閉弁５６を設け、各触媒装置３７，３８の温度が活性化温度より低く、炭化水素吸着装置３９の温度が炭化水素脱離温度以上のときには、開閉弁５６により第１通路５３を開放して排気ガスを第１通路５３に導入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられて排気ガス中の有害物質を浄化する内燃機関の排気浄化装置、並びに、この内燃機関の排気浄化装置が搭載されたハイブリッド車両に関するものである。

一般に、内燃機関の排気通路には、排気ガス中の有害物質を浄化処理する排気浄化装置として三元触媒が設けられている。この三元触媒は、排気ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害物質を浄化処理するものであり、特に、空燃比が理論空燃比（ストイキ）近傍にあるときに、排気ガス中の有害物質を効率良く浄化処理することができる。

そして、この三元触媒としては、アルミナをベースとし、白金、パラジウム、ロジウムを加えた貴金属が担持されており、ロジウムは窒素酸化物の還元能力が高く、白金とパラジウムは炭化水素と一酸化炭素の酸化能力が高い。ガソリンを燃料とする内燃機関では、排気ガス組成にて、炭化水素と一酸化炭素と窒素酸化物とのバランスが良好であるため、炭化水素と一酸化炭素の酸化反応と窒素酸化物の還元反応を同時に行わせることができる。

ところが、三元触媒は、所定の活性化温度以上で、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物などの有害物質を適正に浄化処理することができるものであり、内燃機関の始動直後など三元触媒の温度が低いときには、特に、炭化水素（ＨＣ）を適正に浄化処理することができない。そこで、内燃機関の排気通路に、排気ガス中の炭化水素を吸着するＨＣ吸着触媒を設け、内燃機関の始動直後には、排気ガス中に含まれる炭化水素をこのＨＣ吸着触媒により吸着し、その後、三元触媒が活性化温度まで昇温されたら、ＨＣ吸着触媒が吸着した炭化水素を脱離して三元触媒で浄化処理するようにしている。

このように内燃機関の排気通路にＨＣ吸着触媒と三元触媒を設けた技術として、下記特許文献１に記載されたものがある。

特開平１０−３３１６２５号公報

上述した特許文献１に記載されたエンジンの排気浄化装置にあっては、排気管の下流側に三元触媒を設けると共に、この三元触媒の上流側に主通路からバイパスするバイパス通路と切換弁を設け、このバイパス通路に吸着剤を設けて構成し、三元触媒の温度と吸着剤の入口排気温度とに基づいて切換弁を駆動して排気ガスを主通路またはバイパス通路に流すようにしている。ところが、ＨＣの吸着剤には炭化水素を吸着可能な温度域があり、所定温度以上になると吸着剤は炭化水素を脱離してしまう。そのため、従来のエンジンの排気浄化装置では、吸着剤の高温時には、炭化水素を脱離することで大量の炭化水素が大気に放出されてしまう。

特に、このような排気浄化装置を内燃機関と電気モータとを動力源として走行可能なハイブリッド車両に適用した場合、走行状態に応じて駆動源が内燃機関と電気モータとの間で間欠的に切り換るため、三元触媒の温度が低下してしまい、ＨＣ吸着剤の使用頻度が多くなる。ところが、上述したように、ＨＣ吸着剤の温度が適正温度域から外れて上昇した場合には、吸着剤から炭化水素が脱離して排気浄化特性が低下してしまうという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、排気浄化性能の向上を図った内燃機関の排気浄化装置及びハイブリッド車両を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、自動停止後に再始動可能な内燃機関の排気ガス通路の上流側に設けられて排気ガス中の有害物質を浄化する第１排気浄化触媒と、前記内燃機関の排気ガス通路の下流側に設けられて排気ガス中の有害物質を浄化する第２排気浄化触媒と、前記内燃機関の排気ガス通路における前記第１排気浄化触媒と前記第２排気浄化触媒との間に設けられて排気ガス中の炭化水素を吸着する炭化水素吸着材とを具え、前記炭化水素吸着材は、炭化水素吸着機能を有しない第１通路と、炭化水素吸着機能を有する第２通路とを有し、前記第１排気浄化触媒及び前記第２排気浄化触媒が活性化温度より低くて前記炭化水素吸着材が炭化水素脱離温度以上のときに排気ガスを前記第１通路に導く通路切換手段が設けられたことを特徴とするものである。

本発明の内燃機関の排気浄化装置では、前記通路切換手段は、前記第１排気浄化触媒または前記第２排気浄化触媒が活性化温度以上で前記炭化水素吸着材が炭化水素脱離温度以上のときに、前記第２排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーン雰囲気であるときに排気ガスを前記第２通路に導くことを特徴としている。

本発明の内燃機関の排気浄化装置では、前記内燃機関の自動停止後に、再始動条件が成立して前記内燃機関が再始動するとき、前記通路切換手段は、前記第１排気浄化触媒及び前記第２排気浄化触媒が活性化温度より低くて前記炭化水素吸着材が炭化水素脱離温度以上のときに排気ガスを前記第１通路に導くことを特徴としている。

また、本発明のハイブリッド車両は、内燃機関と、該内燃機関の出力の少なくとも一部を用いて発電可能な発電機と、該発電機からの電力供給を受けて回転可能な電気モータと、前記内燃機関の出力を駆動輪及び前記発電機に動力伝達すると共に前記電気モータの出力を前記駆動輪に動力伝達する動力分割機構と、前記内燃機関の排気ガス通路の上流側に設けられて排気ガス中の有害物質を浄化する第１排気浄化触媒と、前記内燃機関の排気ガス通路の下流側に設けられて排気ガス中の有害物質を浄化する第２排気浄化触媒と、前記内燃機関の排気ガス通路における前記第１排気浄化触媒と前記第２排気浄化触媒との間に設けられて排気ガス中の炭化水素を吸着する炭化水素吸着材とを具え、前記炭化水素吸着材は、炭化水素吸着機能を有しない第１通路と、炭化水素吸着機能を有する第２通路とを有し、前記内燃機関の再始動時に前記第１排気浄化触媒及び前記第２排気浄化触媒が活性化温度より低くて前記炭化水素吸着材が炭化水素脱離温度以上のときに排気ガスを前記第１通路に導く通路切換手段が設けられたことを特徴とするものである。

本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、自動停止後に再始動可能な内燃機関の排気ガス通路に第１排気浄化触媒と第２排気浄化触媒とを設けると共に、両者の間に排気ガス中の炭化水素を吸着する炭化水素吸着材を設け、炭化水素吸着材に、炭化水素吸着機能を有しない第１通路と、炭化水素吸着機能を有する第２通路とを設け、第１排気浄化触媒及び第２排気浄化触媒が活性化温度より低くて炭化水素吸着材が炭化水素脱離温度以上のときに排気ガスを第１通路に導く通路切換手段を設けたので、第１、第２排気浄化触媒が活性化温度より低くて炭化水素吸着材が炭化水素脱離温度以上のときには、第２通路にて炭化水素を適正に吸着することができず、逆に、脱離させてしまうことから、排気ガスを炭化水素吸着機能を有しない第１通路に導くことで、大量の炭化水素が外部に放出されてしまうことが抑制され、排気浄化性能を向上することができる。

また、本発明のハイブリッド車両によれば、動力分割機構により内燃機関の出力を駆動輪及び発電機に動力伝達すると共に電気モータの出力を駆動輪に動力伝達可能とし、内燃機関の排気ガス通路に第１排気浄化触媒と第２排気浄化触媒とを設けると共に、両者の間に排気ガス中の炭化水素を吸着する炭化水素吸着材を設け、炭化水素吸着材に、炭化水素吸着機能を有しない第１通路と、炭化水素吸着機能を有する第２通路とを設け、内燃機関の再始動時に第１排気浄化触媒及び第２排気浄化触媒が活性化温度より低くて炭化水素吸着材が炭化水素脱離温度以上のときに排気ガスを第１通路に導く通路切換手段を設けたので、内燃機関が始動停止した後に再始動されるとき、第１、第２排気浄化触媒が活性化温度より低くて炭化水素吸着材が炭化水素脱離温度以上のときには、第２通路にて炭化水素を適正に吸着することができず、逆に、脱離させてしまうことから、排気ガスを炭化水素吸着機能を有しない第１通路に導くことで、大量の炭化水素が外部に放出されてしまうことが抑制され、排気浄化性能を向上することができる。

以下に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置及びハイブリッド車両の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関の排気浄化装置を表す概略構成図、図２は、実施例１の内燃機関の排気浄化装置が適用されたハイブリッド車両を表す概略構成図、図３は、実施例１の内燃機関の排気浄化装置の構成図、図４は、実施例１の内燃機関の排気浄化装置における排気浄化制御を表すフローチャートである。

実施例１の内燃機関の排気浄化装置が適用されたハイブリッド車両において、図２に示すように、車両には、動力源として、内燃機関としてのエンジン１０１と、電気モータとしてのモータジェネレータ１０２が搭載されており、また、この車両には、エンジン１０１の出力を受けて発電を行うモータジェネレータ１０３が搭載されている。これらのエンジン１０１と各モータジェネレータ１０２，１０３は、動力分割機構１０４によって接続されている。この動力分割機構１０４は、エンジン１０１の出力をモータジェネレータ１０３と駆動輪１０５とに振り分けると共に、モータジェネレータ１０２からの出力を駆動輪１０５に伝達したり、減速機１０６及び駆動軸１０７を介して駆動輪１０５に伝達される駆動力に関する変速機として機能する。

モータジェネレータ１０２は交流同期電動機であり、交流電力によって駆動する。インバータ１０８は、バッテリ１０９に蓄えられた電力を直流から交流に変換してモータジェネレータ１０２に供給すると共に、モータジェネレータ１０３によって発電される電力を交流から直流に変換してバッテリ１０９に蓄えるためのものである。モータジェネレータ１０３も、基本的には上述したモータジェネレータ１０２とほぼ同様の構成を有しており、交流同期電動機としての構成を有している。この場合、モータジェネレータ１０２が主として駆動力を出力するのに対し、モータジェネレータ１０３は主としてエンジン１０１の出力を受けて発電するものである。

また、モータジェネレータ１０２は主として駆動力を発生させるが、駆動輪１０５の回転を利用して発電（回生発電）することもでき、発電機として機能することも可能である。このとき、駆動輪１０５にはブレーキ（回生ブレーキ）が作用するので、これをフットブレーキやエンジンブレーキと併用することにより、車両を制動させることができる。一方、モータジェネレータ１０３は主としてエンジン１０１の出力を受けて発電をするが、インバータ１０８を介してバッテリ１０９の電力を受けて駆動する電動機としても機能することができる。

エンジン１０１のクランクシャフト１１０には、各気筒のクランク角度を検出するクランク角センサ１１１が設けられている。このクランク角センサ１１１は、エンジンＥＣＵ１１２に接続され、検出結果を出力している。また、モータジェネレータ１０２及びモータジェネレータ１０３の各駆動軸１１３，１１４には、それぞれの回転位置及び回転数を検出する回転数センサ１１５，１１６が設けられている。各回転数センサ１１５，１１６は、それぞれモータＥＣＵ１１７に接続され、検出結果を出力している。

上述した動力分割機構１０４は、プラネタリギヤユニットにより構成されている。即ち、この動力分割機構（プラネタリギヤユニット）１０４は、サンギヤ１４１と、このサンギヤ１４１の周囲に配置された複数のプラネタリギヤ１４２と、この各プラネタリギヤ１４２を保持するギヤキャリア１４３と、プラネタリギヤ１４２のさらに外周に配置されたリングギヤ１４４とから構成されている。そして、エンジン１０１のクランクシャフト１１０が中心軸１４５を介してギヤキャリア１４３に結合されており、エンジン１０１の出力はプラネタリギヤユニット１０４のギヤキャリア１４３に入力される。また、モータジェネレータ１０２は内部にステータ１４６とロータ１４７を有しており、このロータ１４７が駆動軸１１３を介してリングギヤ１４４に結合され、ロータ１４７及びリングギヤ１４４は図示しないギヤユニットを介して減速機１０６に結合されている。この減速機１０６は、モータジェネレータ１０２からプラネタリギヤユニット１０４のリングギヤ１４４に入力された出力を駆動軸１０７に伝達するものであり、モータジェネレータ１０２は駆動軸１０７と常時接続された状態となっている。

また、モータジェネレータ１０３は、上述したモータジェネレータ１０２と同様に、内部にステータ１４８とロータ１４９を有しており、このロータ１４９が駆動軸１１４及び図示しないギヤユニットを介してサンギヤ１４１に結合されている。つまり、エンジン１０１の出力は、プラネタリギヤユニット１０４で分割され、サンギヤ１４１を介してモータジェネレータ１０３のロータ１４９に入力される。また、エンジン１０１の出力は、プラネタリギヤユニット１０４で分割され、リングギヤ１４４などを介して駆動軸１０７にも伝達可能となっている。

そして、モータジェネレータ１０３の発電量を制御してサンギヤ１４１の回転を制御することにより、プラネタリギヤユニット１０４全体を無段変速機として用いることができる。即ち、エンジン１０１またはモータジェネレータ１０２の出力は、プラネタリギヤユニット１０４によって変速された後に駆動軸１０７に出力される。また、モータジェネレータ１０３の発電量（電気モータとして機能する場合は電力消費量）を制御してエンジン１０１の回転数を制御することもできる。なお、モータジェネレータ１０２、モータジェネレータ１０３の回転数を制御する場合は、回転センサ１１５，１１６の出力を参照してモータＥＣＵ１１７がインバータ１０８を制御することにより行われることとなり、これによりエンジン１０１の回転数も制御可能である。

上述した各種制御は、複数の電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって制御される。ハイブリッド車両として特徴的なエンジン１０１による駆動と各モータジェネレータ１０２，１０３による駆動とは、メインＥＣＵ１１８によって総合的に制御される。即ち、メインＥＣＵ１１８によりエンジン１０１の出力と各モータジェネレータ１０２，１０３による出力の配分が決定され、エンジン１０１、各モータジェネレータ１０２，１０３を制御すべく、各制御指令がエンジンＥＣＵ１１２及びモータＥＣＵ１１７に出力される。

また、エンジンＥＣＵ１１２及びモータＥＣＵ１１７は、エンジン１０１、各モータジェネレータ１０２，１０３の情報をメインＥＣＵ１１８にも出力している。このメインＥＣＵ１１８には、バッテリ１０９の充電量が出力されており、この充電量が不足した場合に、メインＥＣＵ１１８はバッテリ１０９に充電をするようにモータジェネレータ１０３を発電させる制御を行う。

本実施例のハイブリッド車両は、上述したように構成されているので、ハイブリッド車両を運行している間に車両全体で要求される必要出力をエンジン１０１と各モータジェネレータ１０２，１０３とに配分することにより、エンジン１０１の運転状態を所望の運転状態に制御しつつ、車両全体で要求される出力をも満たすことが可能となっている。

また、上述したエンジン１０１の排気浄化装置において、図１に示すように、エンジン１０１は筒内噴射式の多気筒型であって、シリンダブロック１１上にシリンダヘッド１２が締結されており、このシリンダブロック１１に形成された複数のシリンダボア１３にピストン１４がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１１の下部にクランクケース１５が締結され、このクランクケース１５内にクランクシャフト１１０が回転自在に支持されており、各ピストン１４はコネクティングロッド１７を介してこのクランクシャフト１１０にそれぞれ連結されている。

燃焼室１８は、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とピストン１４により構成されており、この燃焼室１８は、上部（シリンダヘッド１２の下面）の中央部が高くなるように傾斜したペントルーフ形状をなしている。そして、この燃焼室１８の上部、つまり、シリンダヘッド１２の下面に吸気ポート１９及び排気ポート２０が対向して形成されており、この吸気ポート１９及び排気ポート２０に対して吸気弁２１及び排気弁２２の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁２１及び排気弁２２は、シリンダヘッド１２に軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート１９及び排気ポート２０を閉止する方向に付勢支持されている。また、シリンダヘッド１２には、吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転自在に支持されており、吸気カム２５及び排気カム２６が図示しないローラロッカアームを介して吸気弁２１及び排気弁２２の上端部に接触している。

従って、エンジン１０１に同期して吸気カムシャフト２３及び排気カムシャフト２４が回転すると、吸気カム２５及び排気カム２６がローラロッカアームを作動させ、吸気弁２１及び排気弁２２が所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１９及び排気ポート２０を開閉し、吸気ポート１９と燃焼室１８、燃焼室１８と排気ポート２０とをそれぞれ連通することができる。

吸気ポート１９には、インテークマニホールド２７を介してサージタンク２８が連結され、このサージタンク２８に吸気管２９が連結されており、この吸気管２９の空気取入口にはエアクリーナ３０が取付けられている。そして、このエアクリーナ３０の下流側にスロットル弁３１を有する電子スロットル装置３２が設けられている。また、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８に直接燃料を噴射するインジェクタ３３が装着されており、このインジェクタ３３は、吸気ポート１９側に位置して上下方向に所定角度傾斜している。更に、シリンダヘッド１２には、燃焼室１８の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ３４が装着されている。

一方、排気ポート２０には、エギゾーストマニホールド３５を介して排気管３６が連結されており、この排気管３６には、排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を浄化処理する第１触媒装置（第１排気浄化触媒）３７と第２触媒装置（第２排気浄化触媒）３８とが装着され、第１触媒装置３７は排気管３６の上流側に配設され、第２触媒装置３８は排気管３６の下流側に配設されている。また、この第１触媒装置３７と第２触媒装置３８の間の排気管３６には、排気ガス中に含まれるＨＣを吸着する炭化水素吸着装置（炭化水素吸着材）３９が装着されている。

この第１、第２触媒装置３７，３８は、図１及び図３に示すように、排気ガス中の有害物質を浄化処理するものであり、具体的には、排気ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害物質を浄化処理することができ、特に、空燃比が理論空燃比（ストイキ）近傍にあるときに、排気ガス中の有害物質を効率良く浄化処理することができる。なお、この三元触媒としては、アルミナをベースとし、白金、パラジウム、ロジウムを加えた貴金属が担持されており、炭化水素と一酸化炭素の酸化反応と、窒素酸化物の還元反応を同時に行わせることができる。そして、第１触媒装置３７は、排気管３６の上流側に燃焼室１８に接近して設けられることで、高温の排気ガスにより早期に加熱されて活性化することで、エンジン始動時に排出される排気ガス中の有害物質を適正に浄化処理できるようになっている。

一方、炭化水素吸着装置３９は、排気ガス中の炭化水素を吸着可能な炭化水素吸着機能を有するものである。即ち、この炭化水素吸着装置３９において、円筒形状をなす大径のハウジング５１内の中央部に円筒形状をなす小径の配管５２が配設されることで、配管５２内に第１通路５３が形成されると共に、ハウジング５１と配管５２との間に第２通路５４が形成される。そして、この第２通路５４にハニカム形状をなす触媒部５５が形成され、この触媒部５５に炭化水素吸着機能を有するＨＣ吸着剤が担持されている。従って、炭化水素吸着装置３９内に、炭化水素吸着機能を有しない第１通路５３と、炭化水素吸着機能を有する第２通路５４が形成される。

第１通路５３の上流側には、配管５２の前端部に位置してこの第１通路５３を開閉するバタフライ式の開閉弁５６が設けられている。従って、この開閉弁５６により第１通路５３を開放することで、排気ガスを第１通路５３に導入することができ、開閉弁５６により第１通路５３を閉止することで、排気ガスを第２通路５４に導入することができる。この場合、開閉弁５６により通路切換手段が構成される。

ところで、図１に示すように、上述したエンジンＥＣＵ１１２は、エンジン運転状態に基づいてインジェクタ３３や点火プラグ３４などを制御可能となっている。即ち、吸気管２９の上流側にはエアフローセンサ４１及び吸気温センサ４２が装着されており、計測した吸入空気量、吸気温度をエンジンＥＣＵ１１２に出力している。また、電子スロットル装置３２にはスロットルポジションセンサ４３が装着されており、現在のスロットル開度をエンジンＥＣＵ１１２に出力している。更に、上述したクランク角センサ１１１は、検出した各気筒のクランク角度をエンジンＥＣＵ１１２に出力し、このエンジンＥＣＵ１１２は検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気、圧縮、膨張（爆発）、排気の各行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。また、シリンダブロック１１にはエンジン冷却水温を検出する水温センサ４５が設けられており、検出したエンジン冷却水温をエンジンＥＣＵ１１２に出力している。また、排気管３６における第２触媒装置３８の上流側には、排気ガスの酸素濃度を検出するＯ₂センサ４６が設けられており、現在の排気ガスの酸素濃度をエンジンＥＣＵ１１２に出力している。従って、エンジンＥＣＵ１１２は、検出した吸入空気量、吸気温度、スロットル開度(または、図示しないアクセルポジションセンサが検出したアクセル開度)、エンジン回転数、エンジン冷却水温、排気ガス中の酸素濃度などのエンジン運転状態に基づいて、燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定している。

また、エンジンＥＣＵ１１２は、エンジン運転状態に基づいて上述した開閉弁５６を開閉制御可能となっている。即ち、エンジンＥＣＵ１１２は、第１触媒装置３７と第２触媒装置３８と炭化水素吸着装置３９の温度を推定している。そして、このエンジンＥＣＵ１１２は第１触媒装置３７及び第２触媒装置３８の温度が活性化温度より低く、炭化水素吸着装置３９の温度も炭化水素脱離温度より低いときには、炭化水素吸着装置３９にて、開閉弁５６により第１通路５３を閉止し、排気ガスを第２通路５４の触媒部５５に導入する。また、第１触媒装置３７及び第２触媒装置３８の温度が活性化温度より低く、炭化水素吸着装置３９の温度が炭化水素脱離温度以上のときには、炭化水素吸着装置３９にて、開閉弁５６により第１通路５３を開放し、排気ガスを第１通路５３に導入する。そして、第１触媒装置３７の温度または第２触媒装置３８の温度が活性化温度以上のときには、炭化水素吸着装置３９の温度に拘らず、炭化水素吸着装置３９にて、開閉弁５６により第１通路５３を開放し、排気ガスを第１通路５３に導入する。

この場合、各触媒装置３７，３８，３９の温度は、エンジン運転状態に基づいて算出された排気ガス温度から推定すればよい。例えば、エンジン１０１の運転状態を表すパラメータとして吸入空気量、燃料噴射量、エンジン負荷、空燃比などに基づいて第１触媒装置３７に流入する排気ガス温度を推定し、この排気ガス温度と第１触媒装置３７の活性化状況に基づいて炭化水素吸着装置３９に流入する排気ガス温度を推定し、この排気ガス温度と炭化水素吸着装置３９に吸着された炭化水素の吸着量に基づいて第２触媒装置３８に流入する排気ガス温度を推定する。そして各触媒装置３７，３８，３９に流入する排気ガス温度に基づいて各触媒装置３７，３８，３９の温度を推定する。

ここで、上述した実施例１の内燃機関の排気浄化装置による排気浄化制御について、図４のフローチャートに基づいて詳細に説明する。

エンジン１０１の排気浄化制御において、図４に示すように、ステップＳ１１にて、エンジンＥＣＵ１１２は、エンジン１０１が駆動中であるかどうかを判定する。即ち、このエンジン１０１が搭載されたハイブリッド車両は、駆動源が車両の走行状態に応じてエンジン１０１とモータジェネレータ１０２との間で間欠的に切り換るため、ここでは、エンジン１０１が駆動しているかどうかを確認する。このステップＳ１１にて、エンジン１０１が駆動中でないと判定されたら、何もしないでこのルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ１１にて、エンジン１０１が駆動中であると判定されたら、ステップＳ１２にて、エンジンＥＣＵ１１２は、エンジン運転状態に基づいて第１、第２触媒装置３７，３８及び炭化水素吸着装置３９の温度Ｔ₁，Ｔ₂，Ｔ₃を算出して推定する。そして、ステップＳ１３では、エンジンＥＣＵ１１２が推定した第１触媒装置３７の推定温度Ｔ₁が活性化温度Ｔｓ₁（例えば、３００℃）以上かどうかを判定する。この場合、エンジン１０１の始動暖機時には、第１触媒装置３７が排気ガスにより十分に昇温されていないため、ステップＳ１３では、第１触媒装置３７の推定温度Ｔ₁が活性化温度Ｔｓ₁より低いと判定し、ステップＳ１４に移行する。このステップＳ１４では、エンジンＥＣＵ１１２が推定した第２触媒装置３８の推定温度Ｔ₂が活性化温度Ｔｓ₂（例えば、３００℃）以上かどうかを判定する。この場合でも、エンジン１０１の始動暖機時には、第２触媒装置３８が排気ガスにより十分に昇温されていないため、ステップＳ１４では、第２触媒装置３８の推定温度Ｔ₂が活性化温度Ｔｓ₂より低いと判定し、ステップＳ１５に移行する。

続いて、ステップＳ１５では、エンジンＥＣＵ１１２が推定した炭化水素吸着装置３９の推定温度Ｔ₃がＨＣ脱離温度Ｔｓ₃（例えば、１２０℃）以上かどうかを判定する。この場合、エンジン１０１の始動暖機時には、炭化水素吸着装置３９が排気ガスにより十分に昇温されていないため、ステップＳ１５では、炭化水素吸着装置３９の推定温度Ｔ₃がＨＣ脱離温度Ｔｓ₃より低いと判定し、ステップＳ１６に移行する。そして、このステップＳ１６にて、開閉弁５６により第１通路５３を閉止することで、排気ガスを第２通路５４に導入可能とする。

従って、エンジン１０１の暖機時には、燃焼室１８から排出された高温の排気ガスは、排気管３６を通して第１触媒装置３７に到達し、ここで、第１触媒装置３７を昇温してから炭化水素吸着装置３９に到達する。そして、この炭化水素吸着装置３９では、開閉弁５６により第１通路５３が閉止されているため、排気ガスは第２通路５４に導入され、触媒部５５にて排気ガス中の炭化水素が吸着除去される。その後、炭化水素が吸着除去された排気ガスは、排気管３６を通して第２触媒装置３８に到達し、ここで、第２触媒装置３８を昇温してから外部に排出される。そのため、各触媒装置３７，３８，３９を用いることで、排気ガス中の炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物などを含む有害物質を適正に浄化処理することができると共に、第１、第２触媒装置３７，３８を昇温して早期に活性化することができる。

一方、エンジン１０１の暖機を継続すると、炭化水素吸着装置３９も昇温されて温度が上昇する。この炭化水素吸着装置３９は、炭化水素を吸着可能な温度域があり、所定温度以上になると触媒部（吸着剤）５５は吸着した炭化水素を脱離してしまう。そのため、第１、第２触媒装置３７，３８が十分に活性化していない場合であっても、ステップＳ１５にて、炭化水素吸着装置３９の推定温度Ｔ₃がＨＣ脱離温度Ｔｓ₃以上であると判定されたら、ステップＳ１７に移行し、開閉弁５６により第１通路５３を開放することで、排気ガスを第１通路５３に導入する。この場合、第２通路５４も開放されているが、触媒部５５での流動抵抗が大きいため、排気ガスはこの第２通路５４にほとんど流れ込まない。

従って、炭化水素吸着装置３９では、開閉弁５６により第１通路５３が開放されているため、排気ガスは第１触媒装置３７で有害物質が浄化処理された後、炭化水素吸着装置３９の第１通路５３を通過して第２触媒装置３８に到達し、ここで有害物質を再度浄化処理してから外部に排出される。そのため、排気ガスが炭化水素吸着装置３９における第２通路５４の触媒部５５に導入されることはなく、炭化水素吸着装置３９からの炭化水素の脱離を防止することができる。

その後、エンジン１０１の暖機が完了すると、第１触媒装置３７や第２触媒装置３８が排気ガスにより昇温されるため、上述したステップＳ１３にて、第１触媒装置３７の推定温度Ｔ₁が活性化温度Ｔｓ₁以上と判定されると、ステップＳ１７に移行する。また、第１触媒装置３７が昇温されていなくても、上述したステップＳ１４にて、第２触媒装置３８の推定温度Ｔ₂が活性化温度Ｔｓ₂以上と判定されると、ステップＳ１７に移行する。すると、このステップＳ１７にて、開閉弁５６により第１通路５３を開放することで、排気ガスを第１通路５３に導入可能とする。

従って、エンジン１０１の暖機後には、燃焼室１８から排出された高温の排気ガスは、排気管３６を通して第１触媒装置３７に到達し、ここで、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物などを含む有害物質を浄化処理してから炭化水素吸着装置３９に到達する。そして、この炭化水素吸着装置３９では、開閉弁５６により第１通路５３が開放されているため、排気ガスは第１通路５３を通過して第２触媒装置３８に到達し、ここで、第１触媒装置３７と同様に、有害物質を浄化処理してから外部に排出される。そのため、第１、第２触媒装置３７，３８だけで、排気ガス中の炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物などを含む有害物質を適正に浄化処理することができる。

このように実施例１の内燃機関の排気浄化装置にあっては、エンジン１０１の排気管３６に、排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどを浄化処理する第１、第２触媒装置３７，３８を装着すると共に、この第１、第２触媒装置３７，３８の間に排気ガス中に含まれる炭化水素を吸着処理する炭化水素吸着装置３９を装着し、炭化水素吸着装置３９に第１通路５３を形成すると共にその外側に第２通路５４を形成し、第２通路５４にＨＣ吸着剤が担持された触媒部５５を設け、第１通路５３に開閉弁５６を設け、第１触媒装置３７及び第２触媒装置３８の温度が活性化温度より低く、炭化水素吸着装置３９の温度が炭化水素脱離温度以上のときには、炭化水素吸着装置３９にて、開閉弁５６により第１通路５３を開放し、排気ガスを第１通路５３に導入するようにしている。

従って、炭化水素吸着装置３９が脱離温度以上のときには、第２通路５４の触媒部５５にて炭化水素を適正に吸着することができず、逆に、脱離させてしまうことから、第１、第２触媒装置３７，３８が活性化温度より低くても、炭化水素吸着装置３９がこの脱離温度以上のときには、開閉弁５６により第１通路５３が開放し、排気ガスを第１通路５３を通過させて触媒部５５への流入を阻止することで、炭化水素吸着装置３９からの炭化水素の脱離を防止することができ、その結果、排気浄化性能を向上することができる。

また、実施例１の内燃機関の排気浄化装置では、本発明の排気浄化装置をエンジン１０１とモータジェネレータ１０２とを動力源として走行可能なハイブリッド車両に適用し、この車両の走行状態に応じて駆動源がエンジン１０１とモータジェネレータ１０２との間で間欠的に切り換るとき、つまり、自動停止したエンジン１０１が再始動されたとき、第１、第２触媒装置３７，３８及び炭化水素吸着装置３９の温度に応じて炭化水素吸着装置３９における各通路５３，５４を切換えるようにしている。従って、第１、第２触媒装置３７，３８が活性化していないエンジン１０１の再始動時には、炭化水素吸着装置３９の触媒部５５により排気ガス中の炭化水素を吸着することができ、炭化水素吸着装置３９が高温となったときには、排気ガスを炭化水素吸着装置３９の触媒部５５に流入させないことで、炭化水素の脱離を防止することができ、その結果、排気浄化性能を向上することができる。

図５は、本発明の実施例２に係る内燃機関の排気浄化装置における排気浄化制御を表すフローチャートである。なお、実施例２の内燃機関の排気浄化装置は、実施例１で説明したものとほぼ同様であるため、図１を用いて説明すると共に、実施例１で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例２の内燃機関の排気浄化装置におけるエンジン１０１の排気浄化制御において、図１及び図５に示すように、ステップＳ２１にて、エンジンＥＣＵ１１２は、エンジン１０１が駆動中であるかどうかを判定し、エンジン１０１が駆動中でないと判定されたら、何もしないでこのルーチンを抜ける。一方、ステップＳ２１にて、エンジン１０１が駆動中であると判定されたら、ステップＳ２２にて、エンジンＥＣＵ１１２は、エンジン運転状態に基づいて第１、第２触媒装置３７，３８及び炭化水素吸着装置３９の温度Ｔ₁，Ｔ₂，Ｔ₃を算出して推定する。

ステップＳ２３では、エンジンＥＣＵ１１２が推定した第１触媒装置３７の推定温度Ｔ₁が活性化温度Ｔｓ₁以上かどうかを判定する。ここで、エンジン１０１の始動暖機時には、第１触媒装置３７が排気ガスにより十分に昇温されていないため、ステップＳ２３では、第１触媒装置３７の推定温度Ｔ₁が活性化温度Ｔｓ₁より低いと判定し、ステップＳ２４に移行する。このステップＳ２４では、エンジンＥＣＵ１１２が推定した第２触媒装置３８の推定温度Ｔ₂が活性化温度Ｔｓ₂以上かどうかを判定する。ここで、エンジン１０１の始動暖機時には、第２触媒装置３８が排気ガスにより十分に昇温されていないため、ステップＳ２４では、第２触媒装置３８の推定温度Ｔ₂が活性化温度Ｔｓ₂より低いと判定し、ステップＳ２５に移行する。

続いて、ステップＳ２５では、エンジンＥＣＵ１１２が推定した炭化水素吸着装置３９の推定温度Ｔ₃がＨＣ脱離温度Ｔｓ₃以上かどうかを判定する。ここで、エンジン１０１の始動暖機時には、炭化水素吸着装置３９が排気ガスにより十分に昇温されていないため、ステップＳ２５では、炭化水素吸着装置３９の推定温度Ｔ₃がＨＣ脱離温度Ｔｓ₃より低いと判定し、ステップＳ２６に移行する。そして、このステップＳ２６にて、開閉弁５６により第１通路５３を閉止することで、排気ガスを第２通路５４に導入可能とする。

従って、エンジン１０１の暖機時には、排気ガスが第１触媒装置３７の通過時に、この第１触媒装置３７を昇温してから炭化水素吸着装置３９に到達する。この炭化水素吸着装置３９では、第１通路５３が閉止されているため、排気ガスは第２通路５４の触媒部５５に導入されて排気ガス中の炭化水素が吸着除去される。そして、排気ガスは、炭化水素吸着装置３９から第２触媒装置３８に到達し、この第２触媒装置３８を昇温する。そのため、各触媒装置３７，３８，３９を用いることで、排気ガス中の炭化水素を適正に浄化処理することができると共に、第１、第２触媒装置３７，３８を昇温して早期に活性化することができる。

一方、エンジン１０１の暖機を継続すると、炭化水素吸着装置３９も昇温されて温度が上昇し、触媒部（吸着剤）５５は吸着した炭化水素を脱離してしまう。そのため、第１、第２触媒装置３７，３８が十分に活性化していない場合であっても、ステップＳ２５にて、炭化水素吸着装置３９の推定温度Ｔ₃がＨＣ脱離温度Ｔｓ₃以上であると判定されたら、ステップＳ２８に移行し、開閉弁５６により第１通路５３を開放することで、排気ガスを第１通路５３に導入する。

従って、炭化水素吸着装置３９の第１通路５３が開放されているため、排気ガスは第１触媒装置３７で有害物質が浄化処理された後、炭化水素吸着装置３９の第１通路５３を通過して第２触媒装置３８に到達し、ここで有害物質を再度浄化処理してから外部に排出される。そのため、排気ガスが炭化水素吸着装置３９における第２通路５４の触媒部５５に導入されることはなく、炭化水素吸着装置３９からの炭化水素の脱離を防止することができる。

その後、エンジン１０１の暖機が完了すると、第１触媒装置３７や第２触媒装置３８が排気ガスにより昇温されるため、上述したステップＳ２３にて、第１触媒装置３７の推定温度Ｔ₁が活性化温度Ｔｓ₁以上と判定されると、ステップＳ２７に移行する。また、このステップＳ２４にて、第２触媒装置３８の推定温度Ｔ₂が活性化温度Ｔｓ₂以上と判定されると、ステップＳ２７に移行する。このステップＳ２７では、第２触媒装置３８に導入される排気ガスの空燃比がリーン雰囲気で、且つ、第２触媒装置３８の推定温度Ｔ₂が活性化温度Ｔｓ₂以上で、且つ、炭化水素吸着装置３９の推定温度Ｔ₃がＨＣ脱離温度Ｔｓ₃以上かどうかを判定する。

即ち、第２触媒装置３８に導入される排気ガスの空燃比がリーン雰囲気であるときには、この第２触媒装置３８が三元触媒であるため、排気ガス中に含有する酸素により触媒に担持された貴金属が劣化してしまう。そこで、第２触媒装置３８が活性化状態にあり、炭化水素吸着装置３９に炭化水素が十分に吸着しているときに、第２触媒装置３８に導入される排気ガスの空燃比がリーン雰囲気であったら、この排気ガスを炭化水素吸着装置３９の第２通路５４に流入することで、触媒部５５に吸着している炭化水素を脱離させ、排気ガスの空燃比をストイキに近づけてから第２触媒装置３８に導入するようにしている。

つまり、ステップＳ２７にて、第２触媒装置３８に導入される排気ガスの空燃比がリーン雰囲気で、且つ、第２触媒装置３８の推定温度Ｔ₂が活性化温度Ｔｓ₂以上で、且つ、炭化水素吸着装置３９の推定温度Ｔ₃がＨＣ脱離温度Ｔｓ₃以上であると判定されたら、ステップＳ２６に移行し、このステップＳ２６にて、開閉弁５６により第１通路５３を閉止することで、排気ガスを第２通路５４に導入する。

従って、エンジン１０１の運転状態により排気ガスの空燃比がリーン雰囲気となったときには、炭化水素吸着装置３９の第１通路５３が閉止されているため、排気ガスが第１触媒装置３７を通ってから炭化水素吸着装置３９の第２通路５４に導入され、ここで、触媒部５５に吸着している炭化水素が脱離し、排気ガスは空燃比がストイキ近傍となってから第２触媒装置３８に導入される。そのため、この排気ガスによる第２触媒装置３８の劣化を抑制することができる。

一方、ステップＳ２７にて、第２触媒装置３８の推定温度Ｔ₂が活性化温度Ｔｓ₂以上で、且つ、炭化水素吸着装置３９の推定温度Ｔ₃がＨＣ脱離温度Ｔｓ₃以上であると判定されても、第２触媒装置３８に導入される排気ガスの空燃比がリーン雰囲気でなかったら、ステップＳ２８に移行し、このステップＳ２８にて、開閉弁５６により第１通路５３を開放することで、排気ガスを第１通路５３に導入する。

従って、エンジン１０１の暖機後には、炭化水素吸着装置３９の第１通路５３が開放されているため、排気ガスは、第１触媒装置３７で炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物などを含む有害物質が浄化処理されてから炭化水素吸着装置３９に到達し、第１通路５３を通過して第２触媒装置３８に到達し、ここで同様に有害物質を浄化処理してから外部に排出される。そのため、第１、第２触媒装置３７，３８だけで、排気ガス中の炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物などを含む有害物質を適正に浄化処理することができる。

このように実施例２の内燃機関の排気浄化装置にあっては、第２触媒装置３８に導入される排気ガスの空燃比がリーン雰囲気で、第２触媒装置３８の推定温度Ｔ₂が活性化温度Ｔｓ₂以上で、炭化水素吸着装置３９の推定温度Ｔ₃がＨＣ脱離温度Ｔｓ₃以上であるときには、開閉弁５６により第１通路５３を閉止し、排気ガスを第２通路５４に導入するようにしている。

従って、エンジン１０１の運転状態により排気ガスの空燃比がリーン雰囲気となっても、排気ガスを炭化水素吸着装置３９の第２通路５４に導入し、ここで、触媒部５５に吸着している炭化水素を脱離させることで、排気ガスの空燃比をストイキ近傍とすることができ、この排気ガスを第２触媒装置３８に導入するため、この排気ガスによる第２触媒装置３８の劣化を抑制することができ、その結果、排気浄化性能を向上することができる。

なお、上述した各実施例では、各触媒装置３７，３８，３９の温度をエンジン運転状態に基づいて算出された排気ガス温度から推定するようにしたが、各触媒装置３７，３８，３９内や各触媒装置３７，３８，３９より上流側の排気管３６に温度センサを装着することで、各触媒装置３７，３８，３９の温度や各触媒装置３７，３８，３９に流入する排気ガス温度を直接検出するようにしてもよい。また、炭化水素吸着装置３９からの炭化水素の脱離判定を触媒温度としたが、触媒部５５への炭化水素の吸着量や劣化度合を考慮して判定値を可変としてもよい。

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置をハイブリッド車両に搭載されたエンジンに適用して説明したが、交差点などで所定時間停車したときにエンジンを自動停止するアイドルストップ機能を有する内燃機関を搭載した車両に適用することもできる。更に、本発明の内燃機関の排気浄化装置を筒内噴射式の多気筒エンジンに適用して説明したが、この形式のエンジンに限らず、ポート噴射式のエンジンに適用することもできる。

以上のように、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、炭化水素の排出を抑制して排気浄化性能を向上するものであり、いずれの種類の内燃機関に用いても好適である。

本発明の実施例１に係る内燃機関の排気浄化装置を表す概略構成図である。実施例１の内燃機関の排気浄化装置が適用されたハイブリッド車両の概略構成図である。実施例１の内燃機関の排気浄化装置の構成図である。実施例１の内燃機関の排気浄化装置における排気浄化制御を表すフローチャートである。本発明の実施例２に係る内燃機関の排気浄化装置における排気浄化制御を表すフローチャートである。

符号の説明

１８燃焼室
１９吸気ポート
２０排気ポート
２１吸気弁
２２排気弁
３３インジェクタ
３４点火プラグ
３６排気管（排気通路）
３７第１触媒装置（第１排気浄化触媒）
３８第２触媒装置（第２排気浄化触媒）
３９炭化水素吸着装置（炭化水素吸着材）
５１ハウジング
５２配管
５３第１通路
５４第２通路
５５触媒部
５６開閉弁（通路切換手段）
１０１エンジン（内燃機関）
１０２モータジェネレータ（電気モータ）
１０３モータジェネレータ（発電機）
１０４動力分割機構
１１２エンジンＥＣＵ
１１７モータＥＣＵ
１１８メインＥＣＵ

Claims

自動停止後に再始動可能な内燃機関の排気ガス通路の上流側に設けられて排気ガス中の有害物質を浄化する第１排気浄化触媒と、前記内燃機関の排気ガス通路の下流側に設けられて排気ガス中の有害物質を浄化する第２排気浄化触媒と、前記内燃機関の排気ガス通路における前記第１排気浄化触媒と前記第２排気浄化触媒との間に設けられて排気ガス中の炭化水素を吸着する炭化水素吸着材とを具え、前記炭化水素吸着材は、炭化水素吸着機能を有しない第１通路と、炭化水素吸着機能を有する第２通路とを有し、前記第１排気浄化触媒及び前記第２排気浄化触媒が活性化温度より低くて前記炭化水素吸着材が炭化水素脱離温度以上のときに排気ガスを前記第１通路に導く通路切換手段が設けられたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記通路切換手段は、前記第１排気浄化触媒または前記第２排気浄化触媒が活性化温度以上で前記炭化水素吸着材が炭化水素脱離温度以上のときに、前記第２排気浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比がリーン雰囲気であるときに排気ガスを前記第２通路に導くことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関の自動停止後に、再始動条件が成立して前記内燃機関が再始動するとき、前記通路切換手段は、前記第１排気浄化触媒及び前記第２排気浄化触媒が活性化温度より低くて前記炭化水素吸着材が炭化水素脱離温度以上のときに排気ガスを前記第１通路に導くことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
内燃機関と、該内燃機関の出力の少なくとも一部を用いて発電可能な発電機と、該発電機からの電力供給を受けて回転可能な電気モータと、前記内燃機関の出力を駆動輪及び前記発電機に動力伝達すると共に前記電気モータの出力を前記駆動輪に動力伝達する動力分割機構と、前記内燃機関の排気ガス通路の上流側に設けられて排気ガス中の有害物質を浄化する第１排気浄化触媒と、前記内燃機関の排気ガス通路の下流側に設けられて排気ガス中の有害物質を浄化する第２排気浄化触媒と、前記内燃機関の排気ガス通路における前記第１排気浄化触媒と前記第２排気浄化触媒との間に設けられて排気ガス中の炭化水素を吸着する炭化水素吸着材とを具え、前記炭化水素吸着材は、炭化水素吸着機能を有しない第１通路と、炭化水素吸着機能を有する第２通路とを有し、前記内燃機関の再始動時に前記第１排気浄化触媒及び前記第２排気浄化触媒が活性化温度より低くて前記炭化水素吸着材が炭化水素脱離温度以上のときに排気ガスを前記第１通路に導く通路切換手段が設けられたことを特徴とするハイブリッド車両。