JP2003314259A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】内燃機関の排気浄化触媒の活性化を促進し、排
気浄化性能を向上する。 【解決手段】機関の始動後経過時間と始動時水温とに基
づいて、排気浄化触媒の活性度合いを示す活性パラメー
タを算出し、該活性パラメータに基づいて触媒が未活性
と判定されたときに、触媒上流の排気通路にキャニスタ
からの蒸発燃料をパージする。ここで、該パージガスを
含む触媒への供給ガスの目標ＨＣ濃度を活性パラメータ
に基づいて算出し、該目標ＨＣとなるように、パージポ
ンプの駆動を制御する。

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
化技術に関し、特に蒸発燃料処理装置を用いて排気浄化
性能を向上させた技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両用内燃機関では、排気通路に配設さ
れた排気浄化触媒（以下、単に触媒ともいう）が低温で
未活性なときに、機関に供給される混合気の空燃比をリ
ッチ化して、排気中のＨＣ（未燃燃料）を増大し、該Ｈ
Ｃを触媒で酸化反応させて発熱させることにより、触媒
を活性化するようにしたものがある（特開平７−１５８
４３０号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
では、触媒未活性時に、空燃比を強制的にリッチ化する
ため、燃費の悪化や、運転性の低下を生じていた。本発
明は、このような従来の課題に着目してなされたもの
で、燃費の悪化や、運転性の低下を生じることなく、触
媒を活性化することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、排気通路に配
設された排気浄化触媒が未活性と判定したときに、キャ
ニスタに吸着した蒸発燃料を該触媒上流の排気通路にパ
ージする構成としたことにより、触媒に供給された蒸発
燃料が触媒で酸化反応して発熱し、触媒を加熱して活性
化することができ、燃費や運転性の悪化を伴うことなく
触媒を活性化でき、蒸発燃料の処理量増大も図れる。

【０００５】また、蒸発燃料のパージによって触媒活性
化の度合いが進むにつれて、パージ量を増大することに
より、触媒の活性化度合いが進むと蒸発燃料の酸化処理
能力が増大し、それに見合った量の蒸発燃料がパージさ
れるので、処理されないＨＣの排出を抑制しつつ可及的
に触媒活性時間を短縮できる。また、触媒活性後はパー
ジ量を徐々に減少させることにより、排気通路内のパー
ジ量減少による急激な排気圧力低下が抑制され、これに
伴いシリンダ吸入空気量の急増が抑制されるので、空燃
比リーン化による運転性悪化を防止できる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。図１は、本発明にかかる排気浄化装置を含んで構
成される車両用内燃機関のシステム構成図である。この
図１において、車両に搭載される内燃機関１の各気筒の
燃焼室には、エアクリーナ２，吸気管３，電子制御式ス
ロットル弁４を介して空気が各気筒に吸入される。

【０００７】前記電子制御式スロットル弁４は、モータ
等のアクチュエータによってスロットル弁の弁体を開閉
駆動するよう構成されたシステムである。また、各気筒
の吸気ポートに燃料（ガソリン）を噴射するように、電
磁式の燃料噴射弁５が設けられている。前記燃料噴射弁
５は、コントロールユニット２０から出力される噴射パ
ルス信号によりソレノイドに通電されて開弁し、所定圧
力に調圧された燃料を噴射する。そして、燃焼室内に形
成された混合気は、コントロールユニット２０からの点
火信号に基づき制御される点火栓６により着火燃焼す
る。

【０００８】但し、燃焼室に燃料噴射弁を設けて、直接
燃料を噴射する構成の機関であっても良い。機関１から
の排気は排気管７を介して排出され、排気管７には排気
浄化用の触媒８が介装されている。また、燃料タンク９
から発生する蒸発燃料を処理すべく、蒸発燃料処理装置
が設けられている。

【０００９】キャニスタ１０は、密閉容器内に活性炭な
どの吸着剤１１を充填したもので、燃料タンク９からの
蒸発燃料導入管１２が接続されている。従って、機関１
の停止中などに燃料タンク９にて発生した蒸発燃料は、
蒸発燃料導入管１２を通って、キャニスタ１０に導か
れ、ここに吸着捕集される。また、キャニスタ１０に
は、新気導入口１３が形成されると共に、パージ配管１
４が導出されている。前記パージ配管１４には、コント
ロールユニット２０からの制御信号によって開口面積が
制御されるパージ制御弁１５が介装されている。

【００１０】上記構成において、パージ制御弁１５が開
制御されると、機関１の吸入負圧がキャニスタ１０に作
用する結果、新気導入口１３から導入される空気によっ
てキャニスタ１０の吸着剤１１に吸着されていた蒸発燃
料がパージされ、このパージされた蒸発燃料を含むパー
ジエアが、前記パージ配管１４を通って吸気管３のスロ
ットル弁４下流側に吸入され、この後、機関１の燃焼室
内で燃焼される。

【００１１】上記基本的な蒸発燃料処理装置の構成に、
蒸発燃料を前記触媒８にパージして未活性な触媒８を活
性化する本発明の構成が追加される。すなわち、キャニ
スタ１０の蒸発燃料導出側と前記触媒８上流側の排気管
７とを結ぶ第２の（排気側）パージ配管３１を配設し、
該パージ配管３１にキャニスタ１０内の蒸発燃料を触媒
８上流側の排気管７に圧送する電動式のパージポンプ３
２を介装する。

【００１２】コントロールユニット２０は、ＣＰＵ、Ｒ
ＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイ
ス等を含んで構成されるマイコンを備え、各種センサか
らの入力信号を受け、これに基づいて演算処理して、燃
料噴射弁５，点火栓６及びパージ制御弁１５などの作動
を制御すると共に、前記触媒８の未活性時にパージポン
プ３２の駆動を制御して触媒８への蒸発燃料パージ量を
制御する。

【００１３】前記各種センサとしては、機関１のクラン
ク角を検出するクランク角センサ２１が設けられ、該ク
ランク角センサ２１からの検出信号に基づき機関回転速
度Ｎｅが演算される。この他、吸気管３のスロットル弁
４上流で吸入空気流量Ｑａを検出するエアフローメータ
２２、スロットル弁４の開度ＴＶＯを検出するスロット
ルセンサ２３、機関１の冷却水温Ｔｗを検出する水温セ
ンサ２４、排気中の酸素濃度に基づいて排気空燃比を検
出する空燃比センサ２５などが設けられ、さらに、前記
パージ配管３１を介して触媒８へ供給されるパージガス
中のＨＣ濃度を検出するＨＣ濃度センサ２６が設けられ
る。

【００１４】次に、前記コントロールユニット２０によ
る触媒８を活性化するための蒸発燃料のパージ制御の様
子を、図２および図３のフローチャートに従って説明す
る。該フローは、イグニッションスイッチＯＮでスター
トする。ステップＳ１では、触媒８の未活性状態、具体
的には低温状態を検出するための各種運転条件を読み込
む。第１の実施形態として具体的には、始動後経過時間
ｔｓと、始動時水温Ｔｗとを読み込む。

【００１５】ステップＳ２では、前記始動後経過時間ｔ
ｓと始動時水温Ｔｗとに基づいて、触媒８の活性度合い
を示す活性パラメータを、マップからの検索等により算
出する。具体的には、始動後経過時間ｔｓが大きいほ
ど、また、始動時水温Ｔｗが大きいほど触媒８の温度が
大きくなるので、活性パラメータの値（活性度合い）が
大きくなるように算出される。

【００１６】ステップＳ３では、前記活性パラメータの
値に基づいて、触媒８が活性されている（活性パラメー
タが１００％）か否かを判定する。ステップＳ３で、触
媒８が活性されていると判定されたときは、ステップＳ
４へ進んで、前記始動後経過時間ｔｓに基づいて始動直
後か否かを判定する。ステップＳ４で始動直後と判定さ
れたときは、いわゆるホットリスタート（暖機再始動）
時であるので、活性されている触媒８に蒸発燃料をパー
ジする必要が無いので、パージポンプ３２を停止（ＯＦ
Ｆ）に維持して、このルーチンを終了する。また、ステ
ップＳ４で始動直後でないと判定されたときは、ステッ
プＳ７以降ヘ進んで、パージ停止制御を行う。これにつ
いては後述する。

【００１７】ステップＳ３で触媒８が未活性と判定され
たときは、ステップＳ５へ進んで前記ステップＳ２で算
出された活性パラメータの値に応じて、触媒８に供給さ
れるパージガスの目標ＨＣ濃度を、テーブルからの検索
等により算出する。具体的には、活性パラメータの値つ
まり活性度合いが大きいほど、触媒８による蒸発燃料の
酸化処理能力が増大するので、目標ＨＣ濃度を大きくし
てパージポンプ３２による触媒８への蒸発燃料パージ量
を増大させるように設定されている。

【００１８】ステップＳ６では、前記ステップＳ３で算
出した目標ＨＣ濃度と、前記ＨＣ濃度センサ３３で検出
された触媒８へのパージガス中の実ＨＣ濃度とに基づい
て、該実ＨＣ濃度が目標ＨＣ濃度となるように、前記パ
ージポンプ３２の駆動量を制御する。このようにして、
触媒８の未活性時にパージされた蒸発燃料が触媒８で酸
化反応して発熱し、触媒８を温度上昇させて活性化し、
活性度合いが増大して触媒８の蒸発燃料酸化処理能力が
増大するにつれて蒸発燃料のパージ量を増大することに
より、触媒８で処理されずにＨＣが排出されることを防
止しつつ、可及的に触媒８の活性時間を短縮できる。

【００１９】そして、上記活性化制御によって触媒８の
活性が完了したとき、すなわち、ステップＳ３で触媒８
の活性が完了し、かつ、ステップＳ４で始動直後でない
と判定されたときは、ステップＳ７以降へ進んで、パー
ジ停止制御を行う。ステップＳ７では、機関回転速度Ｎ
ｅと機関負荷の代表値としての基本燃料噴射量Ｔｐとに
基づいて、触媒８への蒸発燃料パージ減少量を、マップ
からの検索等により算出する。具体的には、高回転高負
荷時ほど排気管７内の排気圧力（排気流量）が大きいの
で、パージ減少量を大きくしても排気圧力変化が小さ
く、シリンダ吸入空気量の増量を抑制できるので、パー
ジ減少量を大きく設定してあり、低回転低負荷時ほど排
気圧力が小さいので、パージ減少量を小さく設定してシ
リンダ吸入空気量の増量を抑制するようにしている。

【００２０】ステップＳ８では、ステップＳ７で算出さ
れた蒸発燃料パージ減少量に応じてパージポンプ３２の
駆動電流を減少して吐出量（蒸発燃料のパージ量）を減
少させる。ステップＳ９では、パージポンプ３２の吐出
量が０になったかを判定し、０になるまでステップＳ７
に戻って減少制御を継続し、０になったときにステップ
Ｓ１０へ進んで、パージポンプ３２の駆動を停止する。
すなわち、吐出量を徐々に減少させて駆動を停止する。

【００２１】これにより、排気管７へのパージ停止時の
排気圧力変化を抑制して空燃比のリーン化を防止でき
る。上記実施形態では、ステップＳ２で始動後経過時間
と始動時水温とに基づいて、触媒８の活性度合いを算出
する構成としたが、該活性度合いを以下のように、触媒
温度を推定して行う構成としてもよい。すなわち、図１
に点線で示すように、外気温度を検出する外気温センサ
４１を設け（吸気温センサで吸気温度を外気温度として
検出してもよい）、図４に示すように、ステップＳ２'
において、外気温Ｔａ、水温Ｔｗ、機関回転速度Ｎｅ、
基本燃料噴射量Ｔｐに基づいて触媒８の温度を推定す
る。具体的には、これらのパラメータに基づいて、燃焼
によって発生し排気を介して触媒８に供給される熱量を
算出すると共に、触媒８から外気への放熱量を算出して
熱量の授受を求める。そして、定常状態と考えたときに
触媒８の活性化の基準となる温度、例えば４５０°Ｃ以
上となる熱量の授受となる場合は、該基準温度以上とす
る超過熱量分をプラスとして算出し、基準温度未満とな
る熱量の授受である場合は、該基準温度未満となる不足
熱量分をマイナスとして積算し、この積算値により触媒
温度を推定する。

【００２２】そして、ステップＳ３'で推定した触媒８
の温度に基づいて、触媒８が活性されている（触媒温度
が所定値以上）か否かを判定し、ステップＳ３'で触媒
８が未活性と判定されたときは、ステップＳ５'へ進ん
で触媒温度に応じて、触媒８に供給されるパージガスの
目標ＨＣ濃度を、テーブルからの検索等により算出す
る。

【００２３】また、前記パージ停止制御において、前記
ステップＳ７では機関運転状態（回転速度，負荷）に基
づいて、パージポンプ吐出量の減少量を設定したが、図
５に示すように、ステップＳ７'において、前記ＨＣ濃
度センサ２６により検出されるＨＣ濃度、すなわち、触
媒８に供給されるガスのＨＣ濃度に基づいて、該ＨＣ濃
度が急激に低下しないように、パージポンプ吐出量の減
少量を設定する構成としてもよい。

【００２４】更に、上記実施形態から把握し得る請求項
以外の技術的思想について、以下にその効果と共に記載
する。請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置におい
て、キャニスタに吸着した蒸発燃料の触媒上流の排気通
路へのパージを、キャニスタと触媒上流の排気通路とを
パージ配管によって接続し、該パージ配管に介装した電
動式のパージポンプを駆動することにより行うことを特
徴とする内燃機関の排気浄化装置。

【００２５】この構成によれば、触媒の未活性時に、パ
ージポンプを駆動して吐出量を制御することにより、触
媒上流の排気通路へのパージ制御を容易かつ精度良く行
うことができる。請求項１に記載の内燃機関の排気浄化
装置において、排気浄化触媒の活性度合いの判定を、機
関の始動後経過時間と始動時水温とに基づいて行うこと
を特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

【００２６】この構成によれば、機関の始動後経過時間
が増大するほど排気から触媒に供給する熱量が増大し、
また、始動時水温が高いほど排気温度が高く触媒に供給
する熱量が増大するので、これらの条件に基づいて、触
媒温度ひいては触媒の活性度合いを判定することができ
る。請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置におい
て、排気浄化触媒の活性度合いの判定を、外気温、水
温、機関回転速度、機関負荷（例えば基本燃料噴射量）
に基づいて行うことを特徴とする内燃機関の排気浄化装
置。

【００２７】この構成によれば、実施形態で既述したよ
うに、触媒に対する熱量の授受を推定して触媒温度を推
定し、ひいては触媒の活性度合いを判定することができ
る。請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置におい
て、前記排気浄化触媒の活性後における蒸発燃料パージ
量の減少量を、機関回転速度、機関負荷（例えば基本燃
料噴射量）に基づいて設定するようにしたことを特徴と
する内燃機関の排気浄化装置。

【００２８】この構成によれば、機関回転速度と負荷と
で排気圧力（排気流量）が決まるので、該排気圧力変化
によるシリンダ吸入空気量の増量を抑制するように、蒸
発燃料パージ量の減少量を設定することにより、空燃比
のリーン化を防止できる。請求項３に記載の内燃機関の
排気浄化装置において、前記排気浄化触媒に供給される
ガス中のＨＣ濃度を検出し、該触媒の活性後における蒸
発燃料パージ量の減少量を、前記触媒に供給されるガス
中のＨＣ濃度に基づいて設定するようにしたことを特徴
とする内燃機関の排気浄化装置。

【００２９】この構成によれば、前記ＨＣ濃度が急激に
低下しないように、パージポンプ吐出量の減少量を設定
することにより、前記同様空燃比のリーン化を防止でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態における内燃機関のシステム構成を示
す図。

【図２】実施形態におけるパージ制御の前段を示すフロ
ーチャート。

【図３】実施形態におけるパージ制御の後段を示すフロ
ーチャート。

【図４】第２の実施形態におけるパージ制御の一部を示
すフローチャート。

【図５】第３の実施形態におけるパージ制御の一部を示
すフローチャート。

【符号の説明】

１…内燃機関 ９…燃料タンク １０…キャニスタ ２０…コントロールユニット ２１…クランク角センサ ２６…ＨＣ濃度センサ ３１…第２のパージ配管 ３２…パージポンプ ４１…外気温センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G044 BA05 BA06 CA03 DA07 DA10 EA02 FA13 FA16 FA20 FA27 GA02 GA11 GA27 3G091 AA02 AA17 AA23 AB01 BA03 BA32 CA18 DA01 DA05 DB04 EA01 EA03 EA08 EA14 EA16 EA33 EA34 FA01 FA02 FA04 FB02 FB06 FB10 HA36 HA42 HB08

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気通路に配設された排気浄化触媒の活性
   度合いを判定し、該触媒の未活性時に、キャニスタに吸
   着した蒸発燃料を、該触媒上流の排気通路にパージして
   該触媒を活性化させるようにしたことを特徴とする内燃
   機関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】前記排気浄化触媒の活性度合いが増大する
   ほど、前記蒸発燃料のパージ量を増大するようにしたこ
   とを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装
   置。
3. 【請求項３】前記排気浄化触媒の活性後、前記蒸発燃料
   のパージ量を徐々に減少してパージを停止するようにし
   たことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内
   燃機関の排気浄化装置。