JP3496496B2

JP3496496B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP3496496B2
Application number: JP00198798A
Authority: JP
Inventors: 博文土田; 彰田山; 俊一椎野; 圭司岡田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-01-08
Filing date: 1998-01-08
Publication date: 2004-02-09
Anticipated expiration: 2018-01-08
Also published as: JPH11200842A

Description

【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、特に始動直後の排気ガスの排気浄化を図った排
気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車の内燃機関から排出される排気ガ
スの浄化には、貴金属（白金、ロジウム等）またはその
他の金属からなる触媒を担持した触媒装置が従来から広
く使われている。このような触媒は、排気ガス中の有害
成分であるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等を酸化および還元して
浄化している。ところで、この触媒作用を得るためには
排気温度が高くなければならず、例えば３００℃前後の
温度が必要である。しかし、内燃機関の始動直後では、
排気ガス温度が低く、触媒が活性化する温度（３００℃
前後）に達しないため、排気有害成分の浄化はほとんど
行われず、比較的多量の排気有害物質が大気中へ放出さ
れる、という問題がある。

【０００３】そこで、上記問題を解決するため、内燃機
関の排気系に配設された触媒装置の上流側に、さらに、
排気再燃焼器を設け、始動直後に、この再燃焼器におい
て可燃性の排気ガスを燃焼させて、その燃焼熱により触
媒を早期活性化させるものが公知である（特表平６−５
０８４０９号公報等）。この排気浄化装置は、排気再燃
焼器に燃料を噴射するものではなく、内燃機関の空燃比
をリッチにし、かつ２次空気を供給して、可燃成分およ
び空気を含む可燃性の排気ガスを生成し、点火装置でこ
の可燃性ガスを燃焼させるものであり、非常に簡素な構
成でもって触媒の早期活性化を実現できる。しかも、触
媒活性前においても、ＨＣ、ＣＯを燃焼により浄化する
ことができるため、全体的な排気ガスの清浄化に非常に
有効な手段である、と言える。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の排気浄化装置において、リッチ状態の排気ガスと２
次空気との混合気からなる可燃性排気ガスを点火により
再燃焼器で燃焼させるためには、この可燃性排気ガス中
に含まれるＣＯ、Ｈ₂、Ｏ₂等の成分の濃度を所定の可燃
範囲以上に濃く設定する必要がある。上記の可燃範囲
は、例えば図１１に示すように、ガスの温度によって変
化し、低温時ほど高濃度が要求されるので、最初に燃焼
を開始する段階では、最も高い濃度が必要となる。

【０００５】ここでＣＯ、Ｈ₂の濃度を高めるには、例
えば内燃機関で燃焼する混合気の空燃比をリッチ状態に
設定するのであるが、このとき未燃燃料であるＨＣも増
加することを避けられず、これらの各成分を含んだ排気
ガスに十分な酸素を２次空気として供給してできた可燃
性ガス（排気ガス／空気混合気）が燃焼すると、ＨＣ、
ＣＯ、Ｈ₂の燃焼による発熱量で燃焼温度が９００℃以
上になる。触媒の早期活性化のためには、高温の燃焼ガ
スが供給されることは有利であるが、触媒装置全体が昇
温するまで再燃焼を継続するような場合、触媒装置の上
流部分では、この高温ガスによって触媒の劣化が促進さ
れるため、結果としては触媒性能が悪化する、という問
題がある。なお、燃焼温度を低下させるために、内燃機
関の空燃比のリッチ度合いを抑制し、可燃性ガス（排気
ガス／空気混合気）中の可燃成分の濃度を下げると、特
に始動直後の低温段階での着火および燃焼が困難もしく
は不安定となる。

【０００６】つまり、従来の排気浄化装置では、燃焼ガ
スの温度を触媒劣化を招来しない程度に抑制すること
と、安定した着火燃焼を実現すること、とが両立せず、
安定した着火燃焼を確保するためには、触媒の熱的耐久
性が犠牲となり易い。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、上記
の課題を解決するために、排気再燃焼器の上流側にＨＣ
吸着剤を配置することで、可燃性ガス（排気ガス／空気
混合気）の着火およびその後の燃焼の安定に重要なＣ
Ｏ、Ｈ₂を確保しつつ、ＨＣの発熱量分を削減し、触媒
の劣化しない温度まで燃焼温度を低減するようにした。

【０００８】すなわち、請求項１に係る発明は、内燃機
関の排気通路に設けられた触媒装置と、この触媒装置の
上流に位置し、かつ点火手段を備えた排気再燃焼器と、
上記触媒装置の活性化促進が必要なときに、上記排気再
燃焼器へ供給される排気ガスを、可燃性の状態にする可
燃性ガス生成手段と、を備えてなる内燃機関の排気浄化
装置において、上記排気再燃焼器の上流側に、上記可燃
性排気ガス中のＨＣ（炭化水素成分）を吸着するＨＣ吸
着剤を介装し、上記ＨＣ吸着剤によりＨＣ濃度が低下し
た上記可燃性排気ガスを上記排気再燃焼器で燃焼させ、
この燃焼ガスを上記触媒装置に流入させることを特徴と
している。

【０００９】上記可燃性ガス生成手段は、例えば請求項
２のように、内燃機関の空燃比を一時的にリッチ状態と
する空燃比制御手段と、上記排気再燃焼器の上流側にお
いて排気ガス中に２次空気を供給する２次空気供給装置
と、から構成される。

【００１０】あるいは、請求項３のように、内燃機関の
一部気筒の空燃比をリッチ状態にするとともに、一部気
筒の空燃比をリーン状態にする空燃比制御手段から構成
することもできる。

【００１１】また、筒内直接噴射式内燃機関の場合に
は、平均的な空燃比を非常にリーンにし、かつ排気行程
前等に少量の燃料を追加噴射することによって、同様に
未燃成分と空気とを含む可燃性排気ガスを生成すること
ができる。

【００１２】このように構成された排気浄化装置におい
ては、内燃機関から排出された可燃成分（ＣＯ、ＨＣ、
Ｈ₂等）を含む排気ガスは、ＨＣ吸着剤を通過した後に
排気再燃焼器に供給される。ＨＣ吸着剤は例えばゼオラ
イト等からなり、所定温度より低い低温状態では、ＨＣ
を吸着し、かつ所定の脱離温度より高い高温になると、
吸着していたＨＣが脱離する特性を有している。従っ
て、始動直後に排気ガスがＨＣ吸着剤を通過すると、Ｈ
Ｃの大部分が吸着されるため、排気再燃焼器には、ＣＯ
およびＨ₂のみが供給される。そして、さらに２次空気
等によりＯ₂が供給された状態となる。排気再燃焼器で
の着火には、ＣＯ、Ｈ₂およびＯ₂があれば十分であり、
点火プラグ等の点火手段の点火により容易に燃焼が開始
する。この時の発熱量は、ＨＣが減少した分だけ低減
し、結果としてＨＣ吸着剤が無い場合に比べて燃焼温度
を低減できる。

【００１３】発明者の実験結果等に基づいて具体的に説
明すると、常温状態において排気再燃焼器で着火させ、
かつ安定的に燃焼させるためには、可燃性排気ガス中の
ＣＯは７〜８ｖｏｌ％程度、Ｈ₂は３〜４ｖｏｌ％程度
必要であり、この場合、ＨＣ濃度は１〜２ｖｏｌ％含ま
れる。Ｏ₂は７〜８ｖｏｌ％程度であり、これは上記可
燃成分を燃焼させるに十分な濃度である。ここで、ＣＯ
が１ｖｏｌ％含まれた可燃性排気ガスでこのＣＯが完全
に燃焼したら、約１００℃温度は上昇する。これはＣＯ
の燃焼時の発熱量と排気ガスの熱容量で概略決まるもの
であり、同様にＨ₂の１ｖｏｌ％が燃焼すると約８０
℃、ＨＣの１ｖｏｌ％が燃焼すると約２００℃、それぞ
れ排気ガスの温度が上昇する。ＨＣ吸着剤によるＨＣの
吸着が無い場合、これらの可燃成分が総て燃えたとした
ら、ＣＯ分で７００〜８００℃、Ｈ₂分で２４０〜３２
０℃、ＨＣ分で２００〜４００℃昇温することになる。
合計すると、最低でも１１００℃以上になる計算だが、
実際には、総ての成分が完全に燃焼するわけではないこ
と、また排気再燃焼器の壁面からの放熱による温度低下
等があるため、９５０℃程度となる。これに対し、本発
明のように、ＨＣ吸着剤によりＨＣを吸着することで排
気再燃焼器へのＨＣの流入を制限すると、燃焼ガス温度
を２００℃程度低下させることが可能である。従って、
排気再燃焼器下流の触媒装置には、７５０℃程度の燃焼
ガスが流入し、これによって触媒の活性化が促進され
る。

【００１４】触媒は、一般に高温になるにつれて劣化が
促進されるが、特に９００℃以上では急激に劣化する特
性を示す。上記のように燃焼温度を９５０℃程度から７
５０℃程度にまで低下できると、触媒劣化を十分に抑制
でき、長期に亙って全体的な排気性能を向上することが
可能である。特に、触媒の活性温度は約３００℃前後で
あるため、７５０℃程度の燃焼ガスでも十分な触媒早期
活性化効果を得ることが可能である。

【００１５】なお、内燃機関の排気浄化装置として、ヒ
ータ付触媒装置の上流にＨＣ吸着剤を配置した構成が特
開平７−２３８８２６号公報等によって知られている
が、このものは、触媒装置が温度上昇する前のＨＣの排
出を抑制するためにＨＣ吸着剤を付加しているに過ぎ
ず、排気再燃焼器における燃焼温度の抑制のためにＨＣ
を吸着することは開示されていない。

【００１６】請求項４に係る発明は、さらに、上記触媒
装置の温度を直接に測定もしくは推定する触媒温度検出
手段を有し、この触媒装置の温度が所定温度以下のとき
に、上記可燃性ガス生成手段による可燃性ガスの供給お
よび上記排気再燃焼器による再燃焼を実行するようにな
っている。これにより、不必要な排気再燃焼を行うこと
がない。なお、触媒装置の温度は、この触媒装置を通過
した排気ガスの温度および流量に依存するので、内燃機
関の運転履歴等から概ね推定することが可能である。

【００１７】また請求項５に係る発明は、請求項２の排
気浄化装置において、さらに上記ＨＣ吸着剤の温度を直
接に測定もしくは推定するＨＣ吸着剤温度検出手段を有
し、このＨＣ吸着剤の温度がＨＣの脱離温度に達した後
は、内燃機関の燃料増量を減少補正することを特徴とし
ている。

【００１８】また請求項６では、さらに、この燃料増量
の減少補正に併せて、２次空気量を減少補正することを
特徴としている。

【００１９】すなわち、ＨＣ吸着剤に吸着されたＨＣ
は、該吸着剤が高温となると脱離し、排気ガスとともに
排気再燃焼器に流入する。従って、そのときに、排気再
燃焼を行なっているとすると、そのままでは、ＨＣの流
入に伴って燃焼温度が急激に上昇し、好ましくない。請
求項５及び請求項６の発明では、内燃機関から排出され
る未燃成分を抑制することにより、この温度上昇が回避
される。なお、ＨＣ吸着剤の温度は、やはりこの吸着剤
を通過した排気ガスの温度および流量に依存するので、
内燃機関の運転履歴等から概ね推定することが可能であ
る。

【００２０】請求項７に係る発明では、ＨＣ吸着剤の温
度がＨＣの脱離温度に達した後、未燃成分の抑制に代え
て、２次空気量を増加補正することを特徴としている。
このように２次空気量を増加させると、可燃性排気ガス
の熱容量が大となり、触媒装置の温度上昇が抑制され
る。

【００２１】また請求項８に係る発明は、上記排気再燃
焼器と上記触媒装置とが互いに独立したケーシングを備
えていることを特徴としている。

【００２２】この場合、排気再燃焼器のケーシングと触
媒装置のケーシングとは、排気管を介して接続されるの
で、燃焼ガスによる触媒装置の過熱が一層抑制される。

【００２３】

【発明の効果】本発明では、触媒装置上流に設けられる
排気再燃焼器のさらに上流側にＨＣ吸着剤を配置し、排
気再燃焼器での着火およびその後の燃焼の安定に重要な
ＣＯ、Ｈ₂を確保しつつ、ＨＣの排気再燃焼器への流入
を制限するようにしたので、低温始動直後の排気再燃焼
器での確実な着火燃焼を損なうことなく燃焼ガスの温度
を低下させることができ、過度の高温による触媒の劣化
を回避することができる。

【００２４】また、請求項５〜７のようにＨＣ吸着剤の
温度が脱離温度に達した時点で可燃性排気ガスの濃度の
抑制や２次空気量の増加を行うことにより、このＨＣの
脱離に伴う温度上昇も確実に回避できる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【００２６】図１は、本発明の第１実施例の構成を示す
ものである。内燃機関１の排気管２には、白金等の触媒
をセラミックス等からなる担体に担持させてなる触媒装
置３が設けられており、この触媒装置３の上流側に、排
気再燃焼器４が設けられている。この排気再燃焼器４
は、点火手段として点火プラグ５を備えている。上記点
火プラグ５は点火コイル等からなる点火装置８に接続さ
れており、この点火装置８によって火花放電を行うよう
になっている。この実施例では、触媒装置３と排気再燃
焼器４とは、同一のケーシング内に収容されている。そ
して、上記排気再燃焼器４の上流側の排気管２には、２
次空気ポンプ６からの２次空気供給管７が接続されてい
る。また触媒装置３には、該触媒装置３の触媒温度つま
り排気温度を検出する触媒温度センサ９が設けられてい
る。この触媒温度センサ９の検出信号はエンジンコント
ロールユニット（ＥＣＵ）１０に入力される。

【００２７】上記２次空気ポンプ６および上記点火装置
８は、それぞれ上記エンジンコントロールユニット１０
からの制御信号によって制御され、後述するように排気
再燃焼時に、それぞれ２次空気の供給および点火を行
う。

【００２８】また内燃機関１の吸気管１１には、燃料噴
射装置１２が取り付けられており、エンジンコントロー
ルユニット１０からの噴射信号によって燃料を噴射する
ようになっている。この燃料噴射量は、基本的には内燃
機関１の運転条件に応じて制御されるものであるが、排
気再燃焼時には、燃料噴射量を増量することにより空燃
比がリッチに保たれる。

【００２９】上記排気再燃焼器４の上流、さらに詳しく
は上記２次空気供給管７の合流部よりも上流側に、独立
したケーシングに収容されたＨＣ吸着剤１３が介装され
ている。このＨＣ吸着剤１３としては、例えばゼオライ
トを主体とした吸着成分をハニカム構造体にコーティン
グしたものであり、一般に１００〜２００℃までの低温
状態ではＨＣを吸着し、それ以上の温度では、吸着して
いたＨＣを脱離する特性を有している。

【００３０】上記排気再燃焼器４の基本的な作用を説明
すると、始動直後において、エンジンコントロールユニ
ット１０からの信号により、燃料噴射装置１２は、空燃
比が非常にリッチ（空燃比で９〜１０程度）になるよう
に燃料を増量して噴射する。その結果、内燃機関１から
排出される排気ガス中には、ＣＯが１２〜１３％、Ｈ₂
が６〜７％、ＨＣが２〜３％含まれるようになる。この
可燃性の排気ガスは、ＨＣ吸着剤１３を通過した後に排
気再燃焼器４に供給される。従って、ＨＣ吸着剤１３に
よってＨＣの大部分が吸着された状態となって排気再燃
焼器４へ向う。

【００３１】またエンジンコントロールユニット１０
は、空燃比のリッチ化と同時に、２次空気ポンプ６およ
び点火装置８を作動させ、２次空気の供給および点火プ
ラグ５の火花放電を開始する。この２次空気ポンプ６に
よる２次空気の流量は、リッチ状態となっている排気ガ
スと混合した状態で少なくとも酸素過剰となる流量に設
定されている。これは内燃機関１の排気量や運転状態に
より異なるので、予め実験により十分な流量となるよう
に設定されるが、内燃機関１の吸入空気量の約６０〜７
０％程度である。この結果、排気ガス中にはＨＣを除く
可燃成分（ＣＯ、Ｈ₂）が酸素とともに含まれた状態と
なる。すなわち、ＣＯが７〜８％、Ｈ₂が３〜４％含ま
れた可燃性の状態となり、これが点火プラグ５の火花に
より燃焼を開始する。前述したように、ＣＯおよびＨ₂
が十分に含まれていることにより、低温状態でも確実に
着火燃焼が可能である。この排気再燃焼器４の作動は、
触媒温度が予め決められた所定温度に達した段階で停止
される。

【００３２】上記の作動を、図２のフローチャートに基
づいてさらに具体的に説明する。本ルーチンは、エンジ
ンコントロールユニット１０において例えば１０ｍｓｅ
ｃ毎に実行されるものである。先ずステップ１（図で
は、Ｓ１のように略記する）で始動後の経過時間の判定
を行う。これは排気再燃焼器４の作動は、始動直後の触
媒の早期活性化を目的としたものであるため、例えば始
動後３０秒間に制限するようにしている。ステップ１で
始動後３０秒以内と判定したら、ステップ２で触媒温度
Ｔｃａｔを読み込み、かつステップ３で触媒温度Ｔｃａ
ｔが触媒活性温度（一般に約３００℃）より低いか否か
を判定する。ここで触媒活性温度より低い場合、ステッ
プ４以降のステップに進み、排気再燃焼器４の作動を行
う。ステップ４では、図示せぬ冷却水温センサにより検
出される始動時水温に応じて、排気再燃焼のための燃料
増量係数ＴＦＥＧＣを設定する。これは図３に示すよう
に、始動時水温が低いほど増量係数ＴＦＥＧＣが大きく
なるように設定したテーブルから検索される。ここで、
始動時水温が低いほど増量係数を大きくするのは、排気
再燃焼器４内での着火のためには、前述したように、低
温時ほど高濃度のＣＯ、Ｈ₂等が必要とされるためであ
る（図１１参照）。ステップ５では、設定された増量係
数ＴＦＥＧＣに応じて燃料噴射量を増量し、燃料噴射を
行う。これは、一般に吸入空気量と機関回転数から求め
る基本燃料噴射量（理論空燃比に対応する噴射量）に、
増量係数ＴＦＥＧＣを乗じた値で燃料噴射を行うもので
ある。この結果、排気再燃焼器４での燃焼にとって十分
な濃度のＣＯ、Ｈ₂等の可燃成分が供給される。さらに
ステップ６で、内燃機関１の吸入空気量ＱＡを読み込
み、ステップ７で、この吸入空気量ＱＡと上記増量係数
ＴＦＥＧＣとから、２次空気供給量ＱＥＸＡＩＲを設定
する。これは図４に示すように、吸入空気量ＱＡが多い
ほど、また燃料増量係数ＴＦＥＧＣが大きいほど、２次
空気供給量ＱＥＸＡＩＲが多くなるような特性の所定の
マップから検索される。なお、このマップは、供給され
た可燃成分の燃焼にとって酸素の供給が充分となるよう
に、予め実験的に設定されている。ステップ８では、上
記のように設定された２次空気供給量ＱＥＸＡＩＲの値
に応じて、２次空気ポンプ６を駆動し、必要な２次空気
を排気管２内に供給する。これにより、燃焼可能な可燃
性ガス（排気ガス／空気混合気）が生成される。そし
て、ステップ９で排気再燃焼器４に設けた点火プラグ５
に火花をとばすように点火装置８を作動させる。これに
より、排気再燃焼器４内で上記可燃性ガスが燃焼する。

【００３３】ステップ１あるいはステップ３でＮＯと判
断した場合は、ステップ１０以降のステップへ進み、排
気再燃焼器４の作動を終了させる処理を行う。まずステ
ップ１０で増量係数ＴＦＥＧＣを１とし、つまり増量無
しとする。ステップ１１では、リッチ化のための増量を
伴わない通常の燃料噴射を実行する。この結果、余剰の
ＣＯ、Ｈ₂等の可燃成分は供給されなくなる。ステップ
１２では、２次空気供給量ＱＥＸＡＩＲを０とし、ステ
ップ１３で２次空気ポンプ６を停止する。さらに、ステ
ップ１４で排気再燃焼器４の点火装置８を停止する。以
上の処理の結果、排気再燃焼器４の作動は停止する。

【００３４】図５は、排気再燃焼器（図５等ではＥＧＣ
と表記する）４に供給される可燃成分の時間推移を示し
ている。排気再燃焼器４の作動期間においては、ＣＯお
よびＨ₂は従来と同様に十分に高い濃度で供給される
が、ＨＣについては、ＨＣ吸着剤１３にその大部分がト
ラップされるため、濃度が大幅に低下する。その結果、
ＨＣの燃焼による発熱が減少するので、図６に示すよう
に従来例に比べて燃焼ガス温度が低下する。従来例で
は、前述したように触媒の劣化が急激に進行する温度
（約９００℃）以上になるが、ＨＣを予め除去した本発
明では、９００℃以下にすることが可能となり、触媒の
劣化を抑制できる。

【００３５】さらに、排気再燃焼器４は内燃機関１の始
動と同時に瞬時で着火するわけではなく、着火遅れ期間
があるため、図７に示すように、従来のものではこの期
間に排出されるＨＣが多くなってしまうが、本発明で
は、ＨＣ吸着剤１３のトラップ効果によりこの着火遅れ
期間のＨＣを大幅に低減できるという効果も得られる。

【００３６】なお、図５のＨＣ濃度の図においては、吸
着したＨＣが後半に脱離する状況を併せて示している
が、この時点では、触媒が十分に活性化しているため、
触媒装置３でもって十分に浄化処理でき、何ら問題とな
らない。

【００３７】次に、第２実施例を図８〜図１３に基づい
て説明する。これは、ＨＣ吸着剤１３からのＨＣの脱離
が比較的早い場合に好適なものである。具体的にはＨＣ
吸着剤１３が排気管２の上流部に設置されていて、排温
によるＨＣ吸着剤１３の昇温が早くなり、排気再燃焼器
４の作動終了よりも早くＨＣの脱離が生じるような場合
に適用される。

【００３８】図８は、この第２実施例の構成を示す。こ
の実施例においては、ＨＣ吸着剤１３に、該吸着剤１３
の温度を検出する吸着剤温度センサ１４が設けられてお
り、その検出信号がエンジンコントロールユニット１０
に入力されている。また、上記ＨＣ吸着剤１３は、排気
の熱を受け易い排気管２の上流部に位置している。その
他は第１実施例と同じ構成である。

【００３９】この第２実施例における排気再燃焼器４の
作動は、初期においては上述した第１実施例と同様であ
るが、ＨＣ吸着剤１３の温度上昇が早いため、排気再燃
焼器４の作動中にＨＣの脱離が開始する。そのため、こ
の脱離ＨＣの燃焼による発熱量の増加を抑制する必要が
ある。従って、この実施例では、ＨＣ吸着剤１３の温度
からＨＣの脱離を判断し、脱離開始時に燃料増量を低下
させることで、ＣＯ、Ｈ₂の供給量を減少させ、燃焼ガ
スの必要以上の温度上昇を防止するようにしている。

【００４０】この実施例の処理の流れを図９のフローチ
ャートに基づいて説明する。本ルーチンは例えば１０ｍ
ｓｅｃ毎に実行されるものである。ステップ２１〜ステ
ップ２４は、上述した第１実施例のフローチャート（図
２）のステップ１〜ステップ４と同様であり、またステ
ップ２８〜ステップ３７は、図２のステップ５〜ステッ
プ１４と同様である。従って、その詳細な説明は省略
し、ここでは、第１実施例と異なる部分を主に説明す
る。

【００４１】ステップ２５では、上記吸着剤温度センサ
１４によって検出された吸着剤温度Ｔｔｒａｐを読み込
む。ステップ２６で、この吸着剤温度Ｔｔｒａｐに基づ
いて、燃料増量係数ＴＦＥＧＣの補正係数ＥＧＣＨＳを
設定する。この補正係数ＥＧＣＨＳは、図１０に示すよ
うに、吸着剤温度Ｔｔｒａｐが所定値となるまでは、１
（つまり補正しない）であり、所定値を越えたところで
１以下の一定値となる特性に設定されている。ここで、
上記所定値は、ＨＣ吸着剤１３のＨＣ脱離開始温度に相
当するものであり、例えば１５０℃程度である。次にス
テップ２７に進み、燃料増量係数ＴＦＥＧＣをこの補正
係数ＥＧＣＨＳで補正する。ステップ２８では、この補
正された燃料増量係数ＴＦＥＧＣを用いて燃料噴射を行
い、またステップ２９，ステップ３０では、この補正さ
れた増量係数ＴＦＥＧＣと内燃機関１の吸入空気量ＱＡ
とから、２次空気供給量ＱＥＸＡＩＲを設定し、ステッ
プ３１，ステップ３２で２次空気の供給および燃焼を実
行する。

【００４２】従って、吸着剤温度Ｔｔｒａｐが脱離開始
温度に達した時点で、上記補正係数ＥＧＣＨＳに基づい
て、燃料増量が減少補正され、内燃機関１から排出され
る未燃成分が減少する。従って、ＨＣ吸着剤１３からＨ
Ｃが脱離しても、燃焼温度が過度に上昇することがな
い。なお、この実施例のフローチャートでは、燃料増量
の減少に対応して２次空気量も減少補正されることにな
るが、２次空気量は変化させずに燃料増量のみを減少さ
せるようにしても燃焼温度の抑制が可能である。ここ
で、可燃成分ＣＯ、Ｈ₂等の濃度を低下させても燃焼を
維持できるのは、排気再燃焼器４の作動開始からある程
度の時間が経過し、ＨＣ吸着剤１３の温度も上昇してい
ることから排気再燃焼器４に供給される可燃性排気ガス
の温度が高くなり、図１１に示すように、可燃成分の燃
焼限界となる下限濃度が低下するためである。つまり高
温となるに伴い、ＣＯ、Ｈ₂等の濃度を低下させても燃
焼は維持できる。

【００４３】図１２は、この第２実施例における排気再
燃焼器４に供給される可燃成分の時間推移を示してい
る。排気再燃焼器４の作動期間の初期、すなわちＨＣ吸
着剤１３の吸着期間においては、ＣＯ、Ｈ₂は従来と同
様の比較的高い濃度で供給されるが、ＨＣについてはＨ
Ｃ吸着剤１３にその大部分がトラップされるため、濃度
が大幅に低下する。この点は、第１実施例と同様であ
る。その後、ＨＣ吸着剤１３が脱離温度に達すると、燃
料増量が減少補正されるため、ＣＯ、Ｈ₂濃度は図示す
るように低下する。但し、ＨＣは脱離により増加する。
この脱離ＨＣの発熱によって、燃焼ガスの温度は上昇し
ようとするが、ＣＯ、Ｈ₂の供給量が減少することによ
って、両者の影響が相殺される。従って、図１３に示す
ように、燃焼ガス温度を、ＨＣの脱離開始後も触媒劣化
温度以下にすることが可能となる。なお、図１３に示す
ように、脱離開始時に、温度が一旦低下する現象が現れ
るが、これは燃料増量の減少補正のタイミングとＨＣ吸
着剤１３からのＨＣの実際の脱離タイミングが異なるた
めに起きるものである。

【００４４】このように、第２実施例では、ＨＣ吸着剤
１３からのＨＣの脱離が、排気再燃焼器４の作動中に起
こる場合でも、燃焼ガスの温度を触媒の劣化が急激に進
行する温度（約９００℃）以下にすることが可能とな
り、触媒の劣化を抑制しつつ該触媒の早期活性化を実現
することができる。

【００４５】次に、第３実施例を説明する。これは、第
２実施例と同様に、ＨＣ吸着剤１３の脱離が排気再燃焼
器４の停止よりも早い場合に適用するものであり、ハー
ド構成自体は、第２実施例と特に変わりがない。

【００４６】上記第２実施例では、排気再燃焼器４の作
動中にＨＣの脱離が開始した場合に、燃料増量を減少補
正することでＨＣの燃焼による発熱量の増加を回避して
いるが、この第３実施例では、燃料の減少に代えて、脱
離開始時に２次空気量を増加させ、可燃性排気ガス（排
気ガス／空気混合気）の熱容量を増加させることで、燃
焼ガスの必要以上の温度上昇を防止するようにしてい
る。

【００４７】この第３実施例の処理の流れを図１４のフ
ローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、例え
ば１０ｍｓｅｃ毎に実行されるものでる。ここでステッ
プ４１〜ステップ４７は、上述した第１実施例のフロー
チャート（図２）のステップ１〜ステップ７と同様であ
り、またステップ５１〜ステップ５７は、図２のステッ
プ８〜ステップ１４と同様である。従って、その詳細な
説明は省略し、ここでは、第１実施例と異なる部分を主
に説明する。

【００４８】ステップ４８では、上記吸着剤温度センサ
１４によって検出された吸着剤温度Ｔｔｒａｐを読み込
む。ステップ４９で、この吸着剤温度Ｔｔｒａｐに基づ
いて２次空気供給量ＱＥＸＡＩＲの補正係数ＡＩＲＨＳ
を設定する。この補正係数ＡＩＲＨＳは、図１５に示す
ように、吸着剤温度Ｔｔｒａｐが所定値となるまでは、
１（つまり補正しない）であり、所定値を越えたところ
で１以上の一定値となる特性に設定されている。ここ
で、上記所定値は、やはりＨＣ吸着剤１３のＨＣ脱離開
始温度に相当するものであり、例えば１５０℃程度であ
る。次に、ステップ５０に進み、２次空気供給量ＱＥＸ
ＡＩＲを上記補正係数ＡＩＲＨＳで補正する。そして、
ステップ５１で、補正された２次空気供給量ＱＥＸＡＩ
Ｒの値を用いて２次空気供給を行い、かつステップ５２
で排気再燃焼器４での燃焼を行うようになっている。

【００４９】以上の処理により、この第３実施例では、
ＨＣ吸着剤１３からの脱離が開始する温度になると、２
次空気流量が増加し、可燃性排気ガス（排気ガス／空気
混合気）の熱容量が増加する。そのため、ＣＯ、Ｈ₂の
供給量が一定のまま脱離によるＨＣ供給量が増加して
も、燃焼ガス温度の上昇を抑制することができる。従っ
て、上記第２実施例と同様に、触媒の劣化を抑制するこ
とができ、排気性能を高く維持することができる。

【００５０】なお、以上説明した各実施例は、排気再燃
焼器４と触媒装置３とが一体のケーシング内に収容され
た構成となっているが、排気再燃焼器４と触媒装置３と
が独立したケーシングを具備する場合でも、少なくとも
触媒装置３の上流側に排気再燃焼器４が配置されていれ
ば、同様に適用可能である。この場合、排気再燃焼器４
と触媒装置３の位置が互いに離れたものとなるため、排
気再燃焼器４作動中の触媒装置３の温度を更に低下でき
る。

【００５１】また、上記各実施例では、触媒温度や吸着
剤温度を触媒温度センサ９や吸着剤温度センサ１４によ
って直接測定しているが、上述したように、始動後の経
過時間や運転履歴等に基づいて、これらの温度を推定す
ることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す排気浄化装置の構成
図。

【図２】本発明の第１実施例の処理の流れを示すフロー
チャート。

【図３】本発明の第１実施例の燃料増量係数ＴＦＥＧＣ
の設定テーブルの特性を示す特性図。

【図４】本発明の第１実施例の２次空気供給量ＱＥＸＡ
ＩＲの設定マップの特性を示す特性図。

【図５】本発明の第１実施例の可燃性排気ガス中の可燃
成分濃度の時間推移を示すタイムチャート。

【図６】本発明の第１実施例の排気再燃焼器内の燃焼ガ
ス温度の時間推移を示すタイムチャート。

【図７】本発明の第１実施例のＨＣの排出特性を示すタ
イムチャート。

【図８】本発明の第２実施例を示す排気浄化装置の構成
図。

【図９】本発明の第２実施例の処理の流れを示すフロー
チャート。

【図１０】本発明の第２実施例の補正係数ＥＧＣＨＳの
設定テーブルの特性を示す特性図。

【図１１】可燃成分の燃焼限界濃度の特性を示す特性
図。

【図１２】本発明の第２実施例の可燃性排気ガス中の可
燃成分濃度の時間推移を示すタイムチャート。

【図１３】本発明の第２実施例の排気再燃焼器内の燃焼
ガス温度の時間推移を示すタイムチャート。

【図１４】本発明の第３実施例の処理の流れを示すフロ
ーチャート。

【図１５】本発明の第３実施例の補正係数ＡＩＲＨＳの
設定テーブルの特性を示す特性図。

【符号の説明】

１…内燃機関２…排気管３…触媒装置４…排気再燃焼器５…点火プラグ６…２次空気ポンプ７…２次空気供給管８…点火装置９…触媒温度センサ１０…エンジンコントロールユニット１１…吸気管１２…燃料噴射装置１３…ＨＣ吸着剤１４…吸着剤温度センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡田圭司神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (56)参考文献特開平２−19627（ＪＰ，Ａ) 特開平９−228828（ＪＰ，Ａ) 特開平５−98950（ＪＰ，Ａ) 実開昭53−10010（ＪＰ，Ｕ) 特表平６−508409（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/08 - 3/36

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に設けられた触媒装
置と、この触媒装置の上流に位置し、かつ点火手段を備
えた排気再燃焼器と、上記触媒装置の活性化促進が必要
なときに、上記排気再燃焼器へ供給される排気ガスを、
可燃性の状態にする可燃性ガス生成手段と、を備えてな
る内燃機関の排気浄化装置において、上記排気再燃焼器の上流側に、上記可燃性排気ガス中の
ＨＣ（炭化水素成分）を吸着するＨＣ吸着剤を介装し、
上記ＨＣ吸着剤によりＨＣ濃度が低下した上記可燃性排
気ガスを上記排気再燃焼器で燃焼させ、この燃焼ガスを
上記触媒装置に流入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２】上記可燃性ガス生成手段は、内燃機関の
空燃比を一時的にリッチ状態とする空燃比制御手段と、
上記排気再燃焼器の上流側において排気ガス中に２次空
気を供給する２次空気供給装置と、から構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装
置。
【請求項３】上記可燃性ガス生成手段は、内燃機関の
一部気筒の空燃比をリッチ状態にするとともに、一部気
筒の空燃比をリーン状態にする空燃比制御手段から構成
されていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の
排気浄化装置。
【請求項４】上記触媒装置の温度を直接に測定もしく
は推定する触媒温度検出手段を有し、この触媒装置の温
度が所定温度以下のときに、上記可燃性ガス生成手段に
よる可燃性ガスの供給および上記排気再燃焼器による再
燃焼を実行することを特徴とする請求項１〜３のいずれ
かに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】上記ＨＣ吸着剤の温度を直接に測定もし
くは推定するＨＣ吸着剤温度検出手段を有し、このＨＣ
吸着剤の温度がＨＣの脱離温度に達した後は、内燃機関
の燃料増量を減少補正することを特徴とする請求項２記
載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】上記ＨＣ吸着剤の温度を直接に測定もし
くは推定するＨＣ吸着剤温度検出手段を有し、このＨＣ
吸着剤の温度がＨＣの脱離温度に達した後は、内燃機関
の燃料増量を減少補正するとともに、２次空気量を減少
補正することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排
気浄化装置。
【請求項７】上記ＨＣ吸着剤の温度を直接に測定もし
くは推定するＨＣ吸着剤温度検出手段を有し、このＨＣ
吸着剤の温度がＨＣの脱離温度に達した後は、２次空気
量を増加補正することを特徴とする請求項２記載の内燃
機関の排気浄化装置。
【請求項８】上記排気再燃焼器と上記触媒装置とが互
いに独立したケーシングを備えていることを特徴とする
請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装
置。
【請求項９】上記排気再燃焼器の作動開始から作動終
了までの作動期間において上記ＨＣ吸着剤に上記可燃性
排気ガス中のＨＣを吸着させることを特徴とする請求項
１〜８のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。