JP4258871B2 - 排気ガス浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のエンジンの排気通路に該エンジンの排気ガス中の所定成分を低減させる浄化手段が配置されている排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気ガス浄化装置において、ＨＣ（炭化水素）やＣＯの酸化を助けるための二次エアを排気通路に供給することは一般に知られている。
【０００３】
特開平９−１２５９３９号公報には、燃料燃焼器を設けて、その排気ガスをエンジン運転前に該エンジン排気通路の触媒の上流側に供給することによって触媒温度を高めること、並びにエンジン排気通路の触媒よりも下流側に暖房用の熱交換器を設け、空調温度低温時に上記燃焼器を作動させて燃焼器の排気ガスによって空調用空気を加熱することが記載されている。
【０００４】
特開平８−４００４９号公報には、自動車の車室暖房に燃焼式ヒータを用いること、並びに該燃焼式ヒータによって加熱された熱媒体の温度が所定値を越えたときには車外に放熱させることが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
排気ガス浄化装置において二次エアを排気通路に供給すれば、ＨＣやＣＯの酸化に有利になるものの、その二次エアが低温であれば、排気ガスがそれによって冷却され、触媒等の浄化性能が悪化する。これに対して、二次エアを加熱すれば浄化性能悪化の問題は避けられるものの、二次エア加熱のための燃焼器を別途必要とする。また、上記公報に記載されているような暖房用の燃焼器を設ければ、触媒の早期昇温及び車内暖房を図ることができるが、この燃焼器の排気ガスをエンジン排気通路に一旦流して該排気通路内で熱交換を行なうことから、暖房効率が低くなる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、この出願の発明では、ヒータ排出ガスを排気ガスの浄化に利用するようにしたものである。
【０００７】
すなわち、この出願の発明は、自動車のエンジンの排気通路に該エンジンの排気ガス中の所定成分を低減させる浄化手段が配置されている排気ガス浄化装置において、
車室に供給される空気を加熱する燃焼式ヒータと、
上記燃焼式ヒータから上記空気の加熱に使用されて排出されるヒータ排出ガスを上記排気通路の上記浄化手段よりも上流側の部位に供給するガス供給手段と、
上記浄化手段の浄化に関する状態を検出する検出手段と、この検出手段によって検出された該浄化手段の状態に基いて上記ガス供給手段の作動を制御する制御手段とを備えている。
【０００８】
従って、この発明によれば、燃焼式ヒータを本来の目的である空調用空気の加熱に有効に利用することができるとともに、エンジン排気ガスの浄化に利用することができる。すなわち、ヒータ排出ガスを排気通路の浄化手段よりも上流側の部位に供給することによって、エンジン排気ガスの温度を高め、さらには浄化手段の温度を高めることができ、エンジン冷間時の排気ガス浄化に有利になる。しかも、浄化手段が有効に働く適切な時機にヒータ排出ガスを該浄化手段に供給することができ、エンジン排気ガスの浄化に有利になる。
【０００９】
上記燃焼式ヒータが、理論空燃比よりもリーンの燃焼性ガスを燃焼させて車室供給用空気を加熱するものであるときは、その排気ガスに酸素が多く含まれることになる。従って、このヒータ排出ガスは、これをエンジンの排気通路に供給するときは、ホットな二次エアになり、エンジン排気ガス中のＨＣやＣＯの酸化浄化に有利になる。
【００１０】
次に、上記浄化手段が、上記エンジン排気ガス中のＮＯをＮＯ２ に酸化する酸化触媒であれば、ヒータ排出ガスによってこの酸化触媒の早期活性を図ることができ、特にそのヒータ排出ガスに多量の酸素が含まれているときは当該酸化触媒によるＮＯの酸化に有利になる。
【００１１】
次に、上記浄化手段として、酸化機能及び還元機能のうち少なくとも酸化機能を有する触媒を採用し、上記検出手段として、該触媒が活性を呈する状態になっているか否かを把握することができる温度等のパラメータを検出するものを採用し、上記制御手段として、該検出手段によって検出された上記触媒の状態が活性を呈する状態でないときに、上記ヒータ排出ガスが上記触媒に供給されるように上記ガス供給手段の作動を制御するものを採用すれば、上記触媒をヒータ排出ガスによって加熱してその早期活性を図ることができ、特に、燃焼式ヒータが理論空燃比よりもリーンの燃焼性ガスを燃焼させるものであるときは、そのヒータ排出ガスに含まれる酸素を当該触媒上での酸化反応に有効に利用することができる。
【００１２】
次に、上記燃焼式ヒータは理論空燃比よりもリーンの燃焼性ガスを燃焼させて車室供給用空気を加熱するものを採用し、上記浄化手段として、上記エンジンの排気ガス中のＨＣを吸収するＨＣ吸収材を採用し、上記検出手段として、上記ＨＣ吸収材がその吸収したＨＣを脱離する状態になっているか否かを把握することができる温度等のパラメータを検出するものを採用し、上記制御手段として、上記検出手段によって検出された上記ＨＣ吸収材の状態がＨＣを脱離する状態になっているときに、上記ヒータ排出ガスが上記ＨＣ吸収材に供給されるように上記ガス供給手段の作動を制御するものを採用すれば、脱離するＨＣをホットな二次エアによって効率良く酸化分解することができる。特に、ＨＣ吸収材が酸化触媒機能を有する触媒金属を担持したものであれば、脱離するＨＣをさらに効率良く酸化分解することができる。
【００１３】
次に、上記燃焼式ヒータとして、理論空燃比よりもリーンの燃焼性ガスを燃焼させて車室供給用空気を加熱するものを採用し、
上記浄化手段として、酸化機能及び還元機能のうち少なくとも酸化機能を有する触媒と、該触媒よりも下流側に配設され上記エンジンの排気ガス中のＨＣを吸収するＨＣ吸収材とを備え、
上記検出手段として、上記触媒が活性を呈する状態になっているか否かを検出するための触媒状態検出手段と、上記ＨＣ吸収材がその吸収したＨＣを脱離する状態になっているか否かを検出するための吸収材状態検出手段とを備え、
上記制御手段として、上記触媒状態検出手段によって検出された上記触媒の状態が活性を呈する状態でないときに、上記ヒータ排出ガスが上記触媒に供給され、上記吸収材状態検出手段によって検出された上記ＨＣ吸収材の状態がＨＣを脱離する状態になっているときに、上記ヒータ排出ガスが上記触媒と上記ＨＣ吸収材との間の上記排気通路に供給されるように上記ガス供給手段の作動を制御するものを採用すれば、
上記触媒をヒータ排出ガスによって加熱してその早期活性を図ることができるとともに、その排気ガスに含まれる酸素を当該触媒上での酸化反応に有効に利用することができ、しかも、ＨＣ吸収材から脱離するＨＣをホットな二次エアによって効率良く酸化分解することができる。特に、ＨＣ吸収材が酸化触媒機能を有する触媒を担持したものであれば、脱離するＨＣをさらに効率良く酸化分解することができる。
【００１４】
次に、自動車のエンジンの排気通路に配置され該エンジンの排気ガス中の所定成分を低減させる浄化手段と、車室に供給される空気を加熱する燃焼式ヒータと、上記燃焼式ヒータから上記空気の加熱に使用されて排出されるヒータ排出ガスを上記排気通路の上記浄化手段よりも上流側の部位に供給するガス供給手段とを備えている排気ガス浄化装置において、上記エンジンを、少なくとも一部の運転領域において理論空燃比よりも所定比率以上にリーンの混合気によって運転されるものとし、上記浄化手段として、上記リーンで運転されたエンジンの排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する触媒を採用して、上記燃焼式ヒータの燃料を燃焼させる酸素を得るために上記ＮＯｘ還元触媒よりも上流側の上記排気通路からエンジン排気ガスを上記燃焼式ヒータに導入するガス導入手段を設け、該燃焼式ヒータの燃焼にエンジン排気ガスを用いてその排気ガスを上記ＮＯｘ還元触媒に供給するようにしたものであれば、該ＮＯｘ還元触媒の早期活性を図ることができるとともに、酸素濃度の高いエンジン排気ガスが燃焼式ヒータでの燃焼によって酸素濃度の低い排気ガスに変わって上記ＮＯｘ還元触媒に流れることになり、該触媒によるＮＯｘの還元に有利になる。
【００１５】
次に、上記ＮＯｘ還元触媒よりも上流側の上記排気通路に酸化触媒を設ける場合には、上記ガス導入手段を、上記酸化触媒よりも上流側の上記排気通路からエンジン排気ガスを上記燃焼式ヒータに導入するものにすれば、エンジン排気ガス中の酸素を酸化触媒によって消費させることなく、酸素濃度の高いエンジン排気ガスを燃焼式ヒータに送ることができ、該ヒータでの燃焼に有利になるとともに、該ヒータでの燃焼後の排気ガスは酸素濃度が低くなるから、上記ＮＯｘ還元触媒でのＮＯｘの還元浄化は効率良く行なわれる。
【００１６】
次に、自動車のエンジンの排気通路に配置され該エンジンの排気ガス中の所定成分を低減させる浄化手段と、車室に供給される空気を加熱する燃焼式ヒータと、上記燃焼式ヒータから上記空気の加熱に使用されて排出されるヒータ排出ガスを上記排気通路の上記浄化手段よりも上流側の部位に供給するガス供給手段とを備えている排気ガス浄化装置において、上記エンジンを、少なくとも一部の運転領域において理論空燃比よりも所定比率以上にリーンの混合気によって運転されるものとし、上記浄化手段として、上記リーンで運転されたエンジンの排気ガス中のＮＯｘを吸収し該ＮＯｘを該排気ガス中の酸素濃度が低下したときに放出するＮＯｘ吸収材を採用して、上記燃焼式ヒータの燃料を燃焼させる酸素を得るために上記触媒よりも上流側の上記排気通路からエンジン排気ガスを上記燃焼式ヒータに導入するガス導入手段を設け、該燃焼式ヒータの燃焼にエンジン排気ガスを用いてその排気ガスを上記ＮＯｘ吸収材に供給してＮＯｘを放出させるようにしたものによれば、酸素濃度の高いエンジン排気ガスが燃焼式ヒータでの燃焼によって酸素濃度の低い排気ガスに変わっているために、ＮＯｘ吸収材からのＮＯｘの放出に有利になる。
【００１７】
上記ＮＯｘ吸収材よりも上流側の上記排気通路に酸化触媒を設ける場合には、上記ガス導入手段は、上記酸化触媒よりも上流側の上記排気通路からエンジン排気ガスを上記燃焼式ヒータに導入するようにすればよい。
【００１８】
次に、上記ガス供給手段が上記エンジン排気ガスによる燃焼によって生じたヒータ排出ガスを該ＮＯｘ吸収材に供給するときに、上記エンジンを上記リーンよりも空燃比が小さい混合気によって運転するようにすれば、該ＮＯｘ吸収材に供給されるエンジン排気ガスの酸素濃度がさらに低くなり、該ＮＯｘ吸収材からのＮＯｘの放出にさらに有利になる。また、このことは、エンジンをλ＝１（理論空燃比）で運転せずとも、ＮＯｘ吸収材に供給されるエンジン排気ガスをエンジンがλ＝１で運転されたときの排気ガスと同等の酸素濃度とすることができること、従って、ＮＯｘ吸収材からのＮＯｘの放出のためにエンジンの空燃比を大きく変える必要がなくなり、エンジン出力トルクの急変防止に有利になることを意味する。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、この出願の発明によれば、車室に供給される空気を加熱する燃焼式ヒータと、該燃焼式ヒータから上記空気の加熱に使用されて排出されるヒータ排出ガスをエンジンの排気通路の上記浄化手段よりも上流側の部位に供給するガス供給手段と、上記浄化手段の浄化に関する状態を検出する検出手段と、この検出手段によって検出された該浄化手段の状態に基いて上記ガス供給手段の作動を制御する制御手段とを備えているから、燃焼式ヒータを本来の目的である空調用空気の加熱に有効に利用することができるとともに、浄化手段が有効に働く適切な時機にヒータ排出ガスを該浄化手段に供給することができ、エンジン排気ガスの浄化に有利になる。特に、上記燃焼式ヒータが、理論空燃比よりもリーンの燃焼性ガスを燃焼させて車室供給用空気を加熱するものであるときは、上記ヒータ排出ガスがホットな二次エアになり、エンジン排気ガス中のＨＣやＣＯの酸化浄化に有利になる。
【００２０】
また、上記浄化手段として酸化触媒を採用し、該触媒が活性を呈する状態になっていないときに、上記ヒータ排出ガスをホットな二次エアとして当該酸化触媒に供給するようにしたものによれば、この触媒をヒータ排出ガスによって加熱してその早期活性を図ることができるとともに、その触媒上での酸化反応を促進するうえで有利になる。
【００２１】
また、上記浄化手段としてＨＣ吸収材を採用し、該ＨＣ吸収材がその吸収したＨＣを脱離する状態になっているときに、上記ヒータ排出ガスをホットな二次エアとして当該ＨＣ吸収材に供給するようにしたものによれば、このＨＣ吸収材から脱離するＨＣを効率良く酸化分解することができる。
【００２２】
また、リーン混合気によって運転されたエンジンの排気ガスをＮＯｘ還元触媒よりも上流側の排気通路から上記燃焼式ヒータに導入して該ヒータの燃料の燃焼に利用し、該ヒータ排出ガスを上記ＮＯｘ還元触媒に供給するようにしたものによれば、該ＮＯｘ還元触媒の早期活性を図ることができるとともに、該ＮＯｘ還元触媒に供給されるエンジン排気ガスの酸素濃度が低くなるから、該触媒によるＮＯｘの還元に有利になる。
【００２３】
また、リーン混合気によって運転されたエンジンの排気ガスをＮＯｘ吸収材よりも上流側の排気通路から上記燃焼式ヒータに導入して該ヒータの燃料の燃焼に利用し、該ヒータ排出ガスを上記ＮＯｘ吸収材に供給するようにしたものによれば、該ＮＯｘ吸収材に供給されるエンジン排気ガスの酸素濃度が低くなるから、該ＮＯｘ吸収材からのＮＯｘの放出に有利になる。
【００２４】
特に、上記エンジン排気ガスによる燃焼によって生じたヒータ排出ガスを該ＮＯｘ吸収材に供給するときに、上記エンジンを上記リーンよりも空燃比が小さい混合気によって運転するようにすれば、該ＮＯｘ吸収材に供給されるエンジン排気ガスの酸素濃度がさらに低くなり、該ＮＯｘ吸収材からのＮＯｘの放出にさらに有利になるとともに、該ＮＯｘ吸収材からのＮＯｘの放出のためにエンジンの空燃比を大きく変える必要がなくなり、エンジン出力トルクの急変防止に有利になる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
＜実施形態１＞
図１は自動車のエンジン１の排気ガス浄化装置の全体構成を示し、エンジン１の排気通路２には直結三元触媒３、排気ガス中のＨＣを吸収するＨＣトラップ材（ＨＣ吸収材）４及び三元触媒５が上流側から順に設けられている。符号６は車室暖房のための燃焼式ヒータ、符号７は該燃焼式ヒータ６から排出されるガスを上記排気通路２に供給するガス供給手段である。上記三元触媒３，５はエンジン排気ガス中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するものであり、従って酸化触媒機能及び還元触媒機能を有する。
【００２７】
自動車は、エンジン１のみによって駆動されるエンジン車であっても、エンジン１と電動モータとを組み合わせて駆動される所謂ハイブリッド車であってもよい。エンジン１は、主としてλ＝１で運転されるガソリンエンジンである。直結三元触媒３は、エンジン１の排気マニホールドに直結されたものであり、例えばアルミナ母材にＰｔ及びＲｈを担持させたものとセリアとの混合物によって構成される。ＨＣトラップ材４は、例えばゼオライトにＰｄを担持させたものによって構成される。三元触媒５は直結三元触媒３と同様の触媒によって構成される。
【００２８】
燃焼式ヒータ６は、図２に示すように、燃焼器９に燃料タンク１０を接続して構成されている。燃焼器９は、燃料タンク１０から燃料ポンプ１１によって送られる燃料（例えば軽油）と空気（外気）とを混合する混合室１２、該混合気を燃焼させる燃焼室１３、該混合のためのファン１４、燃焼のための点火プラグ（図示省略）等を備え、さらに燃焼室１３の周囲に熱媒体用ジャケット１５が形成されている。上記燃料と空気とは空燃比が理論空燃比よりもリーンになるようにその量が調整される。
【００２９】
また、図２において、符号１６は熱媒体（例えば水）の循環路であり、上記ジャケット１５、車室空調用エアダクト１７に配設されたヒータコア１９及び熱媒体循環用ポンプ２０を管によって順に結んで構成されている。エアダクト１７には、内気導入状態と外気導入状態との切換を行なうダンパ２１と送風機２２とが上記ヒータコア１９よりも上流側に設けられ、該ヒータコア１９よりも下流側に車室内の各部に空調用空気を切り換えて供給するためのダンパ２３〜２６が設けられている。そうして、上記燃焼室１３から上記熱媒体の加熱（従って、空調用空気の加熱）に使用されたガスをエンジン排気通路２に供給するためのガス供給管２７が延設されている。
【００３０】
上記ガス供給管２７は、上記ガス供給手段７を構成するものであり、図１に示すように、途中で分岐してその一方が上記排気通路２の直結三元触媒３よりも上流側の部位に接続され、他方が該排気通路２の直結三元触媒３とＨＣトラップ材４との間の部位に接続されている。このガス供給管２７の上記分岐部よりも上流側の部位には、燃焼式ヒータ６から排出されるヒータ排出ガスを上記エンジン排気通路２に供給するガス供給位置と大気に放出する大気放出位置とに切り換わる第１バルブ２９が設けられ、上記分岐部にはヒータ排出ガスを上記直結三元触媒３よりも上流側に供給する直結触媒上流位置と該直結三元触媒３とＨＣトラップ材４との間に供給するトラップ材上流位置とに切り換える第２バルブ３０が設けられている。
【００３１】
そうして、上記燃焼式ヒータ６及びガス供給手段７のバルブ２９，３０の作動を制御するために、マイクロコンピュータを利用した制御手段３１、乗員が車室暖房の要否を決定して操作するヒータスイッチ３２、並びに上記ＨＣトラップ材４の温度を検出する検出手段３３が設けられている。
【００３２】
検出手段３３としては、ＨＣトラップ材４の温度を直接測定する温度センサであっても、該ＨＣトラップ材４の温度を推定することができる排気ガス温度、エンジン水温、あるいはエンジン吸入空気量を検出するセンサであってもよい。排気ガス温度やエンジン水温はＨＣトラップ材４の温度と略比例する対応関係にあるから、そのまま制御に使用することができる。エンジン吸入空気量に関しては、エンジン始動時からの総吸入空気量に基いてＨＣトラップ材４の温度を推定することになる。ハイブリッド車の場合、エンジン１が起動された時点からの時間及び走行速度の平均値に基いてＨＣトラップ材４の温度を推定するようにしてもよい。
【００３３】
制御の具体的な流れは図３に示されている。まず、上記ヒータスイッチ３２、検出手段３３等からデータ（スイッチのＯＮ（オン）・ＯＦＦ（オフ）、検出データ、暖房要求度等）を入力し、ヒータスイッチ３２の状態に基いて燃焼式ヒータ６のＯＮ・ＯＦＦを設定する（ステップＡ１〜Ａ４）。続いて上記検出手段３３のデータに基いてＨＣトラップ材４の温度Ｔｔを推定する（ステップＡ５）。このトラップ材温度Ｔｔが所定温度Ｔto以下であるときは、ヒータスイッチ３２がＯＮであれば燃焼式ヒータ６の出力を設定し、ヒータスイッチ３２がＯＦＦであれば、ヒータスイッチ３２のＯＮ設定を行なって燃焼式ヒータ６の出力を設定する（ステップＡ５〜Ａ９）。
【００３４】
ここに、所定温度ＴtoにはＨＣトラップ材４がその吸収したＨＣを脱離し始める温度（例えば１５０℃）が与えられる。この温度Ｔtoは直結三元触媒３が実質的な活性を示し始める温度でもある。また、燃焼式ヒータ６の出力設定は、乗員がスイッチ等によって設定する暖房要求度や車内温度等の環境に基いて行なわれる。
【００３５】
そうして、第１バルブ２９をガス供給位置に、第２バルブ３０を直結触媒上流位置にそれぞれ設定した後、上記ヒータのＯＮ・ＯＦＦ設定、出力設定及び当該バルブ設定を実行する、つまり燃焼式ヒータ６及びバルブ２９，３０を作動させる（ステップＡ１０，Ａ１１）。
【００３６】
ＨＣトラップ材４の温度Ｔｔが上記Ｔtoよりも高く且つ所定温度Ｔt1以下であるときは、上記ステップＡ７〜Ａ９と同様の燃焼式ヒータ６の設定を行なうとともに、第１バルブ２９をガス供給位置に、第２バルブ３０をトラップ材上流位置にそれぞれ設定して、それらの設定を実行する（ステップＡ１２〜Ａ１６）。ここに、上記所定温度Ｔt1は後段の三元触媒５が実質的に活性を示し始める温度（例えば２５０℃）である。
【００３７】
また、ＨＣトラップ材４の温度Ｔｔが上記所定温度Ｔt1を越えたときは、ヒータスイッチ３２がＯＮ設定であれば、ヒータ出力を設定し、さらに第２バルブ３０を大気放出位置に設定して、それらの設定を実行する（ステップＡ１７〜Ａ１９）。
【００３８】
以上のように、エンジン１の冷間時あるいはエンジン１が停止されているときのように、直結三元触媒３が実質的に活性を示す温度になっておらず、また、ＨＣトラップ材４がその吸収したＨＣを脱離する温度に達していないときは、燃焼式ヒータ６の熱媒体の加熱に使用された比較的高温のガスが排気通路２における直結三元触媒３の上流側の部位に供給される。従って、燃焼式ヒータ６の作動によって空調用空気を加熱することができるとともに、この燃焼式ヒータ６からの排出ガスによって直結三元触媒３を加熱することができ、該触媒３の早期活性を図ることができ、エンジン排気ガスの浄化に有利になる。また、ヒータスイッチ３２がＯＦＦになっている場合でも、それが強制的にＯＮに設定されて燃焼式ヒータ６が作動するから、エンジン排気ガスが未浄化のまま排出されることを避けるうえで有利になる。
【００３９】
なお、燃焼式ヒータ６の出力設定は暖房要求度や車内温度等の環境に基いて行なわれるが、排気ガス浄化性能を高めるために、燃焼式ヒータ６に供給する燃料及びエアの量を増やすようにしてもよい。
【００４０】
上記ＨＣトラップ材４がその吸収したＨＣを脱離する温度に達すると、上記ヒータ排出ガスは排気通路２における直結三元触媒３とＨＣトラップ材４との間の部位に供給される。ＨＣトラップ材４からＨＣが脱離するとき、このＨＣは該トラップ材４の触媒金属Ｐｄによって酸化浄化されるが、ヒータ排出ガスは高温であり且つ酸素が多く含まれているから、ホットな二次エアということができ、ＨＣトラップ材４からＨＣが脱離するときにこのホットな二次エアによってＨＣの酸化浄化が促進されることになる。
【００４１】
なお、上記実施形態ではＨＣトラップ材４の温度がＴt1を越えたときにヒータ排出ガスを大気放出するようにしたが、直結三元触媒３とＨＣトラップ材４との間に供給するようにして、該ＨＣトラップ材４から脱離するＨＣの酸化促進を図るようにしてもよい。
【００４２】
＜実施形態２＞
本形態は、自動車としては上述のエンジン車であってもハイブリッド車であってもよいが、エンジンはディーゼルエンジンや所謂リーンバーンのガソリンエンジンのように理論空燃比よりも所定比率以上（例えばＡ／Ｆ＞１６）にリーンで運転される領域を有するケースであり、図４に示されている。すなわち、エンジン１の排気通路２には酸化触媒３５とＮＯｘ還元触媒３６とが上流側から順に設けられ、燃焼式ヒータ６の排出ガスを酸化触媒３５よりも上流側にガス供給手段７のガス供給管２７によって供給するようになっている。
【００４３】
酸化触媒３５としては例えばアルミナとセリアとの混合物にＰｄを担持させたものが用いられる。ＮＯｘ還元触媒３６としては例えばゼオライトにＰｔを担持させたものが用いられる。ガス供給手段７のガス供給管２７にはヒータ排出ガスを上記排気通路２に供給する位置と大気に放出する位置とに切り換わるバルブ３７が設けられている。そして、上記燃焼式ヒータ６及びバルブ３７をヒータスイッチ３２及び検出手段３３の出力に基いて制御手段３１によって制御するようになっている。
【００４４】
本形態の場合は、検出手段３３によって酸化触媒３５が実質的に活性を示す温度に達していないことが検出されているとき、制御手段３１が燃焼式ヒータ６をヒータスイッチ３２のＯＮ・ＯＦＦに拘わらず、強制的に作動させるとともに、バルブ３７をヒータ排出ガスが排気通路２に供給させる位置とする。
【００４５】
従って、エンジン冷間時において酸化触媒３５の早期活性が図れるとともに、酸素量の多いヒータ排出ガスによって酸化触媒３５における酸化反応が促進され、エンジン排気ガス中のＨＣやＣＯを効率良く浄化することができる。
【００４６】
なお、ヒータ排出ガスは排気通路２の酸化触媒３５とＮＯｘ還元触媒３６との間にも供給するようにしてもよい。
【００４７】
また、上記酸化触媒３５に代えてＮＯ酸化触媒（例えばアルミナにＡｇを担持させてなる触媒）を用い、ＮＯｘ還元触媒としてＮＯ２ をＮ２ に還元することに適した触媒、例えばゼオライトにＡｇを担持させたもの、ゼオライトにＰｔをイオン交換によって担持させたもの等を採用するようにしてもよい。
【００４８】
＜実施形態３＞
本形態は、図５に示すように、実施形態２と同様のエンジン１において、その排気通路２に同様の酸化触媒３５とＮＯｘ還元触媒３６とが上流側から順に設けられているケースであるが、燃焼式ヒータ６の利用の態様が異なる。
【００４９】
すなわち、本形態は、燃焼式ヒータ６の燃料を燃焼させる酸素を得るために排気通路２の酸化触媒３５の上流側の部位からエンジン排気ガスを該燃焼式ヒータ６に導入するガス導入手段３９と、燃焼式ヒータ６から排出されるガスを排気通路２の酸化触媒３５とＮＯｘ還元触媒３６との間の部位に供給するガス供給手段７とを備えている。ガス導入手段３９を構成するガス導入管４０には、エンジン排気ガスを燃焼式ヒータ６に導入するＥガス導入位置と外気を燃焼式ヒータ６に導入する外気導入位置とにバルブ位置が切り換わる第１バルブ４１が設けられ、ガス供給手段７を構成するガス供給管２７にはヒータ排出ガスを排気通路２に供給するＨガス供給位置と大気に放出するＨガス放出位置とに切り換わる第２バルブ４２が設けられている。
【００５０】
また、上記排気通路２の酸化触媒３５より上流側の部位は、その通路径が該酸化触媒３５より下流側の通路径よりも小さく且つ湾曲していて、該上流側部位における排気ガスの流路抵抗は該下流側部位よりも大きくなっている。
【００５１】
そうして、上記燃焼式ヒータ６及びバルブ４１，４２の作動を制御するために、制御手段３１、ヒータスイッチ３２及び検出手段４３が設けられている。検出手段４３は、ＮＯｘ還元触媒３６の温度Ｔｎが実質的に活性を示す温度Ｔnoになっているか否かを判定するためのものであり、これには実施形態１の検出手段の場合と同様にエンジン水温、排気ガス温度、あるいはエンジン吸入空気量を検出するセンサ、あるいはＮＯｘ還元触媒３６の温度を直接検出するセンサが用いられる。また、制御手段３１はエンジン運転領域判定部を備えている。
【００５２】
運転領域判定部は、エンジン１がＮＯｘ還元触媒３６によるＮＯｘ浄化が難しい運転領域にあるか否かを判定するものであり、その判定にはエンジン運転状態を検出するセンサ（エンジン回転数センサ、エンジン負荷センサ）が用いられる。すなわち、ＮＯｘ還元触媒３６がＮＯｘを浄化し難い状態は、エンジン排気ガス中のＮＯｘ量が多いとき及びエンジン排気ガス中の酸素濃度が高いときであり、エンジンの空燃比が高リーン（例えばＡ／Ｆ＞３０）の運転領域はエンジン排気ガス中の酸素濃度が高く、また、エンジン負荷が高いときはエンジン排気ガス中のＮＯｘ量が多く、いずれも制御手段３１によってＮＯｘを還元浄化し難い状態と判定される。
【００５３】
制御の具体的な流れは図６に示されている。まず、上記ヒータスイッチ３２、検出手段４３等からデータ（スイッチのＯＮ・ＯＦＦ、検出データ、暖房要求度等）を入力し、ヒータスイッチ３２の状態に基いて燃焼式ヒータ６のＯＮ・ＯＦＦを設定する（ステップＢ１〜Ｂ４）。続いて上記検出手段４３のデータに基いてＮＯｘ還元触媒３６の温度Ｔｎを推定する（ステップＢ５）。
【００５４】
上記触媒温度Ｔｎが所定温度Ｔno以上であるときは、エンジン運転状態がＮＯｘ浄化難の領域にあるか否かを判定する（ステップＢ６，Ｂ７）。ＮＯｘ浄化難領域であるときは、ヒータスイッチ３２がＯＮであれば燃焼式ヒータ６の出力を設定し、ヒータスイッチ３２がＯＦＦであれば、ヒータスイッチ３２のＯＮ設定を行なって燃焼式ヒータ６の出力を設定する（ステップＢ８〜Ｂ１０）。
【００５５】
そして、着火用タイマーｔが設定時間ｔｏ以上をカウントしているか否かをみて、設定時間以上になっていなければ、タイマーｔをカウントし、第１バルブ４１を外気導入位置に設定し、第２バルブ４２をＨガス放出位置に設定して、これら燃焼式ヒータ６及びバルブ４１，４２の設定を実行する（ステップＢ１１〜Ｂ１５）。タイマーｔが設定時間ｔｏ以上をカウントしている場合は第１バルブ４１をＥガス導入位置に設定し、第２バルブ４２をＨガス供給位置に設定して、それらの設定を実行する（ステップＢ１６→Ｂ１７→Ｂ１５）。
【００５６】
また、上記触媒温度Ｔｎが所定温度Ｔnoに達していないとき、又はエンジン運転状態がＮＯｘ浄化難の領域にないときは、ヒータスイッチ３２がＯＮであればヒータ出力を設定して着火用タイマーｔのカウントを行ない、ヒータスイッチ３２がＯＦＦであれば、着火用タイマーｔのカウントをキャンセル（零に）する（ステップＢ１８〜Ｂ２０）。
【００５７】
上記着火用タイマーｔは、燃焼式ヒータ６の始動時にはエンジン排気ガスではなく酸素量が多い外気を燃焼式ヒータ６に導入してその着火性を良くするためのものであり、ｔｏとしては例えば１〜２秒が与えられる。
【００５８】
従って、ＮＯｘ還元触媒３６が実質的に活性を示す温度になっており且つエンジン運転状態がＮＯｘ浄化難の領域にあるときは、エンジン排気ガスの一部が酸化触媒３５をバイパスして燃焼式ヒータ６に導入され、該排気ガス中の酸素がヒータ６によって燃料の燃焼に使用され、酸素量の少ない排気ガスとなってＮＯｘ還元触媒３６に供給される。このため、ＮＯｘ還元触媒３６は、ヒータ排出ガスによって加熱されて活性が促進されるとともに、該触媒３６に供給されるエンジン排気ガスの酸素濃度が低くなるから、ＮＯｘの還元浄化に有利になる。
【００５９】
また、上記ＮＯｘ浄化難領域において、燃焼式ヒータ６が作動していないときはその着火性向上のために一時的に外気が該ヒータ６に導入されるが、該ヒータが既に作動しているときには、ｔ≧ｔｏを条件としてエンジン排気ガスが燃焼式ヒータ６に速やかに導入されることになる。
【００６０】
なお、上記ＮＯｘ浄化難領域においては、ＮＯｘ還元触媒３６の浄化性能向上のために、燃焼式ヒータ６に供給する燃料を増量するようにしてもよい。
【００６１】
また、上記ＮＯｘ浄化難領域において着火性向上のために第１バルブ４１を外気導入位置としたときは第２バルブ４２をＨガス供給位置としてＮＯｘ還元触媒３６をヒータ排出ガスによって積極的に加熱しその活性を促進するようにしてもよい。
【００６２】
また、本実施形態では排気通路２の酸化触媒３５よりも上流側部位の排気ガスの流路抵抗を大として該排気ガスを燃焼式ヒータ６にバイパスさせるようにしたが、酸化触媒３５に流れる排気ガス量を減少させ又は零にして排気ガスを強制的にバイパスさせるためのバルブを排気通路２の酸化触媒３５の上流側又は下流側に設けるようにしてもよい。
【００６３】
さらに、本実施形態では酸化触媒３５を備えているが、該酸化触媒３５を備えていない場合でも、上記ＮＯｘ浄化難領域において排気ガスの一部又は全部を燃焼式ヒータ６に導入して燃焼に使用した後にＮＯｘ還元触媒に供給するようにしてもよい。
【００６４】
＜実施形態４＞
本形態は、図７に示すように、実施形態２と同様のエンジン１において、その排気通路２に実施形態１と同様の直結三元触媒（低温活性触媒）３とＮＯｘ吸収触媒４５とが上流側から順に設けられているケースであり、燃焼式ヒータ６の利用の態様は実施形態３に類似する。
【００６５】
ＮＯｘ吸収触媒４５は、担体にアルミナ母材、Ｐｔ及びＢａを有する内側コート層と、ゼオライト母材及びＰｔを有する外側コート層とが形成されたものである。この触媒において、Ｂａは排気ガス中の酸素濃度が高いとき（エンジンが理論空燃比よりも所定比率以上にリーン（例えばＡ／Ｆ＞１６）で運転されたとき）にＮＯｘを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると（特にλ＝１になると）吸収していたＮＯｘを脱離するＮＯｘ吸収材であり、ＰｔはＢａから脱離するＮＯｘを還元分解する触媒金属であり、ゼオライトに担持されたＰｔは排気ガス中のＮＯをＮＯ２ に酸化させてＢａに吸収させ易くする働きをする。
【００６６】
この形態では、燃焼式ヒータ６の燃料を燃焼させる酸素を得るために排気通路２の三元触媒３の上流側の部位からエンジン排気ガスを該燃焼式ヒータ６に導入するガス導入手段３９と、燃焼式ヒータ６から排出されるガスを排気通路２の三元触媒３とＮＯｘ吸収触媒４５との間の部位に供給するガス供給手段７とを備えている。実施形態３と同様に、ガス導入手段３９を構成するガス導入管４０にはＥガス導入位置と外気導入位置とに切り換わる第１バルブ４１が設けられ、ガス供給手段７を構成するガス供給管２７にはＨガス供給位置とＨガス放出位置とに切り換わる第２バルブ４２が設けられている。
【００６７】
そうして、上記燃焼式ヒータ６及びバルブ４１，４２の作動を制御するために、制御手段３１、ヒータスイッチ３２及び検出手段４３が設けられている。検出手段４３は、ＮＯｘ吸収触媒４５の温度Ｔｎが実質的に活性を示す温度Ｔnoになっているか否かを判定するためのものであり、実施形態３の検出手段４３と実質的に同じものである。また、制御手段３１は、ＮＯｘ吸収触媒４５のＮＯｘトラップ（吸収）量ＴR を推定するＮＯｘトラップ量推定部を備え、それは当該トラップ開始からの経過時間に基いてその量ＴR を推定する。
【００６８】
制御の具体的な流れは図８に示されている。まず、上記ヒータスイッチ３２、検出手段４３等からデータ（スイッチのＯＮ・ＯＦＦ、検出データ、暖房要求度等）を入力し、ヒータスイッチ３２の状態に基いて燃焼式ヒータ６のＯＮ・ＯＦＦを設定し、上記検出手段４３のデータに基いてＮＯｘ吸収触媒４５の温度Ｔｎを推定する（ステップＣ１〜Ｃ５）。続いて、エンジン排気ガスを燃焼式ヒータ６にバイパス中であるか否かを判定し、バイパス中でなければ、ＮＯｘトラップ量ＴR を積算する（ステップＣ６，Ｃ７）。バイパス中か否かは後述するバイパスタイマーｔ1 が作動中（ｔ10＞ｔ1 ＞０）か否かによって判定する。
【００６９】
上記触媒温度Ｔｎが所定温度Ｔno以上であり且つＮＯｘトラップ量ＴR が予定トラップ量（ＮＯｘ吸収材の飽和トラップ量又はそれよりも幾分少ないトラップ量）ＴRO以上であるときは、ＮＯｘトラップ量ＴR の積算をキャンセルし、エンジン排気ガスを燃焼式ヒータ６にバイパスさせるためのタイマーｔ1のカウントを開始する（ステップＣ８〜Ｃ１１）。
【００７０】
上記バイパスタイマーｔ1 が予定のバイパス時間ｔ10（例えば数秒。なお、
ｔ10＞ｔｏ ）に達するまでは、ヒータスイッチ３２がＯＮであれば燃焼式ヒータ６の出力を設定し、ヒータスイッチ３２がＯＦＦであれば、ヒータスイッチ３２のＯＮ設定を行なって燃焼式ヒータ６の出力を設定する（ステップＣ１２〜Ｃ１５）。
【００７１】
そして、着火用タイマーｔが設定時間ｔｏ以上をカウントしているか否かをみて、設定時間以上になっていなければ、着火用タイマーｔをカウントし、第１バルブ４１を外気導入位置に設定し、第２バルブ４２をＨガス放出位置に設定して、これら燃焼式ヒータ６及びバルブ４１，４２の設定を実行する（ステップＣ１６〜Ｃ２０）。着火用タイマーｔが設定時間ｔｏ以上をカウントしている場合は第１バルブ４１をＥガス導入位置に設定し、第２バルブ４２をＨガス供給位置に設定して、それらの設定を実行する（ステップＣ２１→Ｃ２２→Ｃ２０）とともに、エンジン１の空燃比を高リーン状態（例えばＡ／Ｆ≧２２）から低リーン状態（例えばＡ／Ｆ＝１６）に変更する。ステップＣ６において既にバイパス中であれば、バイパスタイマーｔ1 のカウントを継続し、それが予定バイパス時間ｔ10に達するまで上記処理を行なう（ステップＣ６→Ｃ１１）。
【００７２】
また、上記触媒温度Ｔｎが所定温度Ｔnoに達していないとき、ＮＯｘトラップ量ＴR が予定トラップ量ＴROに達していないとき、又はバイパスタイマーｔ1 が予定バイパス時間ｔ10に達している（バイパス終了）ときは、バイパスタイマーｔ１をキャンセル状態とし、ヒータスイッチ３２がＯＮであればヒータ出力を設定して着火用タイマーｔのカウントを行ない、ヒータスイッチ３２がＯＦＦであれば、着火用タイマーｔのカウントをキャンセル（零に）する（ステップＣ２３〜Ｃ２６）。
【００７３】
従って、ＮＯｘ吸収触媒４５が実質的に活性を示す温度になっているときに、ＮＯｘトラップ量が飽和若しくはそれに近い状態になると、エンジン排気ガスの一部が三元触媒３をバイパスして燃焼式ヒータ６に導入され、該排気ガス中の酸素がヒータ６によって燃料の燃焼に使用され、酸素量の少ない排気ガス（エンジン１をλ＝１で運転した場合と同等の排気ガス）となってＮＯｘ吸収触媒４５に供給される。このため、ＮＯｘ吸収触媒４５は、吸収していたＮＯｘを脱離し始め、この脱離するＮＯｘが効率良く還元浄化される。また、排気ガスバイパス中はＮＯｘトラップ量の積算はなされないため、次回のバイパスが予定トラップ量に達する前に始まることが避けられる。また、エンジン１の空燃比を高リーン状態から一気にλ＝１にしなくてもよいから、エンジン出力トルクの急変を避けることができる。
【００７４】
燃焼式ヒータ６が作動していないときに着火性向上のために外気が該ヒータ６に一時的に導入される点、燃焼式ヒータ６が既に作動しているときにはｔ≧ｔｏを条件としてエンジン排気ガスが燃焼式ヒータ６に速やかに導入される点、エンジン排気ガスのバイパス時に燃焼式ヒータ６に供給する燃料を増量するようにしてもよい点、本実施形態では排気通路２の三元触媒３よりも上流側部位の排気ガスの流路抵抗を大として該排気ガスを燃焼式ヒータ６にバイパスさせるようにしたが、排気ガスを強制的にバイパスさせるためのバルブを排気通路２の三元触媒３の上流側又は下流側に設けるようにしてもよい点、さらに、三元触媒３を備えていない場合でも上記バイパスを行なうことができる点は、実施形態３と同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態１に係る排気ガス浄化装置の構成を示すブロック図。
【図２】 燃焼式ヒータの一例を示す回路図。
【図３】 同形態の制御の流れ図。
【図４】 実施形態２に係る排気ガス浄化装置の構成を示すブロック図。
【図５】 実施形態３に係る排気ガス浄化装置の構成を示すブロック図。
【図６】 同形態の制御の流れ図。
【図７】 実施形態４に係る排気ガス浄化装置の構成を示すブロック図。
【図８】 同形態の制御の流れ図。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 排気通路
３ 直結三元触媒
４ ＨＣトラップ材
５ 三元触媒
６ 燃焼式ヒータ
７ ガス供給手段
２７ ガス供給管
２９ 第１バルブ
３０ 第２バルブ
３１ 制御手段
３２ ヒータスイッチ
３３ 検出手段
３５ 酸化触媒
３６ ＮＯｘ還元触媒
３７ バルブ
３９ ガス導入手段
４０ ガス導入管
４１ 第１バルブ
４２ 第２バルブ
４３ 検出手段
４４ 運転領域判定手段
４５ ＮＯｘ吸収触媒
４６ ＮＯｘトラップ量推定手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車のエンジンの排気通路に該エンジンの排気ガス中の所定成分を低減させる浄化手段が配置されている排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気ガス浄化装置において、ＨＣ（炭化水素）やＣＯの酸化を助けるための二次エアを排気通路に供給することは一般に知られている。
【０００３】
特開平９−１２５９３９号公報には、燃料燃焼器を設けて、その排気ガスをエンジン運転前に該エンジン排気通路の触媒の上流側に供給することによって触媒温度を高めること、並びにエンジン排気通路の触媒よりも下流側に暖房用の熱交換器を設け、空調温度低温時に上記燃焼器を作動させて燃焼器の排気ガスによって空調用空気を加熱することが記載されている。
【０００４】
特開平８−４００４９号公報には、自動車の車室暖房に燃焼式ヒータを用いること、並びに該燃焼式ヒータによって加熱された熱媒体の温度が所定値を越えたときには車外に放熱させることが記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
排気ガス浄化装置において二次エアを排気通路に供給すれば、ＨＣやＣＯの酸化に有利になるものの、その二次エアが低温であれば、排気ガスがそれによって冷却され、触媒等の浄化性能が悪化する。これに対して、二次エアを加熱すれば浄化性能悪化の問題は避けられるものの、二次エア加熱のための燃焼器を別途必要とする。また、上記公報に記載されているような暖房用の燃焼器を設ければ、触媒の早期昇温及び車内暖房を図ることができるが、この燃焼器の排気ガスをエンジン排気通路に一旦流して該排気通路内で熱交換を行なうことから、暖房効率が低くなる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、この出願の発明では、ヒータ排出ガスを排気ガスの浄化に利用するようにしたものである。
【０００７】
すなわち、この出願の発明は、自動車のエンジンの排気通路に該エンジンの排気ガス中の所定成分を低減させる浄化手段が配置されている排気ガス浄化装置において、
車室に供給される空気を加熱する燃焼式ヒータと、
上記燃焼式ヒータから上記空気の加熱に使用されて排出されるヒータ排出ガスを上記排気通路の上記浄化手段よりも上流側の部位に供給するガス供給手段と、
上記浄化手段の浄化に関する状態を検出する検出手段と、この検出手段によって検出された該浄化手段の状態に基いて上記ガス供給手段の作動を制御する制御手段とを備えている。
【０００８】
従って、この発明によれば、燃焼式ヒータを本来の目的である空調用空気の加熱に有効に利用することができるとともに、エンジン排気ガスの浄化に利用することができる。すなわち、ヒータ排出ガスを排気通路の浄化手段よりも上流側の部位に供給することによって、エンジン排気ガスの温度を高め、さらには浄化手段の温度を高めることができ、エンジン冷間時の排気ガス浄化に有利になる。しかも、浄化手段が有効に働く適切な時機にヒータ排出ガスを該浄化手段に供給することができ、エンジン排気ガスの浄化に有利になる。
【０００９】
上記燃焼式ヒータが、理論空燃比よりもリーンの燃焼性ガスを燃焼させて車室供給用空気を加熱するものであるときは、その排気ガスに酸素が多く含まれることになる。従って、このヒータ排出ガスは、これをエンジンの排気通路に供給するときは、ホットな二次エアになり、エンジン排気ガス中のＨＣやＣＯの酸化浄化に有利になる。
【００１０】
次に、上記浄化手段が、上記エンジン排気ガス中のＮＯをＮＯ２ に酸化する酸化触媒であれば、ヒータ排出ガスによってこの酸化触媒の早期活性を図ることができ、特にそのヒータ排出ガスに多量の酸素が含まれているときは当該酸化触媒によるＮＯの酸化に有利になる。
【００１１】
次に、上記浄化手段として、酸化機能及び還元機能のうち少なくとも酸化機能を有する触媒を採用し、上記検出手段として、該触媒が活性を呈する状態になっているか否かを把握することができる温度等のパラメータを検出するものを採用し、上記制御手段として、該検出手段によって検出された上記触媒の状態が活性を呈する状態でないときに、上記ヒータ排出ガスが上記触媒に供給されるように上記ガス供給手段の作動を制御するものを採用すれば、上記触媒をヒータ排出ガスによって加熱してその早期活性を図ることができ、特に、燃焼式ヒータが理論空燃比よりもリーンの燃焼性ガスを燃焼させるものであるときは、そのヒータ排出ガスに含まれる酸素を当該触媒上での酸化反応に有効に利用することができる。
【００１２】
次に、上記燃焼式ヒータは理論空燃比よりもリーンの燃焼性ガスを燃焼させて車室供給用空気を加熱するものを採用し、上記浄化手段として、上記エンジンの排気ガス中のＨＣを吸収するＨＣ吸収材を採用し、上記検出手段として、上記ＨＣ吸収材がその吸収したＨＣを脱離する状態になっているか否かを把握することができる温度等のパラメータを検出するものを採用し、上記制御手段として、上記検出手段によって検出された上記ＨＣ吸収材の状態がＨＣを脱離する状態になっているときに、上記ヒータ排出ガスが上記ＨＣ吸収材に供給されるように上記ガス供給手段の作動を制御するものを採用すれば、脱離するＨＣをホットな二次エアによって効率良く酸化分解することができる。特に、ＨＣ吸収材が酸化触媒機能を有する触媒金属を担持したものであれば、脱離するＨＣをさらに効率良く酸化分解することができる。
【００１３】
次に、上記燃焼式ヒータとして、理論空燃比よりもリーンの燃焼性ガスを燃焼させて車室供給用空気を加熱するものを採用し、
上記浄化手段として、酸化機能及び還元機能のうち少なくとも酸化機能を有する触媒と、該触媒よりも下流側に配設され上記エンジンの排気ガス中のＨＣを吸収するＨＣ吸収材とを備え、
上記検出手段として、上記触媒が活性を呈する状態になっているか否かを検出するための触媒状態検出手段と、上記ＨＣ吸収材がその吸収したＨＣを脱離する状態になっているか否かを検出するための吸収材状態検出手段とを備え、
上記制御手段として、上記触媒状態検出手段によって検出された上記触媒の状態が活性を呈する状態でないときに、上記ヒータ排出ガスが上記触媒に供給され、上記吸収材状態検出手段によって検出された上記ＨＣ吸収材の状態がＨＣを脱離する状態になっているときに、上記ヒータ排出ガスが上記触媒と上記ＨＣ吸収材との間の上記排気通路に供給されるように上記ガス供給手段の作動を制御するものを採用すれば、
上記触媒をヒータ排出ガスによって加熱してその早期活性を図ることができるとともに、その排気ガスに含まれる酸素を当該触媒上での酸化反応に有効に利用することができ、しかも、ＨＣ吸収材から脱離するＨＣをホットな二次エアによって効率良く酸化分解することができる。特に、ＨＣ吸収材が酸化触媒機能を有する触媒を担持したものであれば、脱離するＨＣをさらに効率良く酸化分解することができる。
【００１４】
次に、自動車のエンジンの排気通路に配置され該エンジンの排気ガス中の所定成分を低減させる浄化手段と、車室に供給される空気を加熱する燃焼式ヒータと、上記燃焼式ヒータから上記空気の加熱に使用されて排出されるヒータ排出ガスを上記排気通路の上記浄化手段よりも上流側の部位に供給するガス供給手段とを備えている排気ガス浄化装置において、上記エンジンを、少なくとも一部の運転領域において理論空燃比よりも所定比率以上にリーンの混合気によって運転されるものとし、上記浄化手段として、上記リーンで運転されたエンジンの排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する触媒を採用して、上記燃焼式ヒータの燃料を燃焼させる酸素を得るために上記ＮＯｘ還元触媒よりも上流側の上記排気通路からエンジン排気ガスを上記燃焼式ヒータに導入するガス導入手段を設け、該燃焼式ヒータの燃焼にエンジン排気ガスを用いてその排気ガスを上記ＮＯｘ還元触媒に供給するようにしたものであれば、該ＮＯｘ還元触媒の早期活性を図ることができるとともに、酸素濃度の高いエンジン排気ガスが燃焼式ヒータでの燃焼によって酸素濃度の低い排気ガスに変わって上記ＮＯｘ還元触媒に流れることになり、該触媒によるＮＯｘの還元に有利になる。
【００１５】
次に、上記ＮＯｘ還元触媒よりも上流側の上記排気通路に酸化触媒を設ける場合には、上記ガス導入手段を、上記酸化触媒よりも上流側の上記排気通路からエンジン排気ガスを上記燃焼式ヒータに導入するものにすれば、エンジン排気ガス中の酸素を酸化触媒によって消費させることなく、酸素濃度の高いエンジン排気ガスを燃焼式ヒータに送ることができ、該ヒータでの燃焼に有利になるとともに、該ヒータでの燃焼後の排気ガスは酸素濃度が低くなるから、上記ＮＯｘ還元触媒でのＮＯｘの還元浄化は効率良く行なわれる。
【００１６】
次に、自動車のエンジンの排気通路に配置され該エンジンの排気ガス中の所定成分を低減させる浄化手段と、車室に供給される空気を加熱する燃焼式ヒータと、上記燃焼式ヒータから上記空気の加熱に使用されて排出されるヒータ排出ガスを上記排気通路の上記浄化手段よりも上流側の部位に供給するガス供給手段とを備えている排気ガス浄化装置において、上記エンジンを、少なくとも一部の運転領域において理論空燃比よりも所定比率以上にリーンの混合気によって運転されるものとし、上記浄化手段として、上記リーンで運転されたエンジンの排気ガス中のＮＯｘを吸収し該ＮＯｘを該排気ガス中の酸素濃度が低下したときに放出するＮＯｘ吸収材を採用して、上記燃焼式ヒータの燃料を燃焼させる酸素を得るために上記触媒よりも上流側の上記排気通路からエンジン排気ガスを上記燃焼式ヒータに導入するガス導入手段を設け、該燃焼式ヒータの燃焼にエンジン排気ガスを用いてその排気ガスを上記ＮＯｘ吸収材に供給してＮＯｘを放出させるようにしたものによれば、酸素濃度の高いエンジン排気ガスが燃焼式ヒータでの燃焼によって酸素濃度の低い排気ガスに変わっているために、ＮＯｘ吸収材からのＮＯｘの放出に有利になる。
【００１７】
上記ＮＯｘ吸収材よりも上流側の上記排気通路に酸化触媒を設ける場合には、上記ガス導入手段は、上記酸化触媒よりも上流側の上記排気通路からエンジン排気ガスを上記燃焼式ヒータに導入するようにすればよい。
【００１８】
次に、上記ガス供給手段が上記エンジン排気ガスによる燃焼によって生じたヒータ排出ガスを該ＮＯｘ吸収材に供給するときに、上記エンジンを上記リーンよりも空燃比が小さい混合気によって運転するようにすれば、該ＮＯｘ吸収材に供給されるエンジン排気ガスの酸素濃度がさらに低くなり、該ＮＯｘ吸収材からのＮＯｘの放出にさらに有利になる。また、このことは、エンジンをλ＝１（理論空燃比）で運転せずとも、ＮＯｘ吸収材に供給されるエンジン排気ガスをエンジンがλ＝１で運転されたときの排気ガスと同等の酸素濃度とすることができること、従って、ＮＯｘ吸収材からのＮＯｘの放出のためにエンジンの空燃比を大きく変える必要がなくなり、エンジン出力トルクの急変防止に有利になることを意味する。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、この出願の発明によれば、車室に供給される空気を加熱する燃焼式ヒータと、該燃焼式ヒータから上記空気の加熱に使用されて排出されるヒータ排出ガスをエンジンの排気通路の上記浄化手段よりも上流側の部位に供給するガス供給手段と、上記浄化手段の浄化に関する状態を検出する検出手段と、この検出手段によって検出された該浄化手段の状態に基いて上記ガス供給手段の作動を制御する制御手段とを備えているから、燃焼式ヒータを本来の目的である空調用空気の加熱に有効に利用することができるとともに、浄化手段が有効に働く適切な時機にヒータ排出ガスを該浄化手段に供給することができ、エンジン排気ガスの浄化に有利になる。特に、上記燃焼式ヒータが、理論空燃比よりもリーンの燃焼性ガスを燃焼させて車室供給用空気を加熱するものであるときは、上記ヒータ排出ガスがホットな二次エアになり、エンジン排気ガス中のＨＣやＣＯの酸化浄化に有利になる。
【００２０】
また、上記浄化手段として酸化触媒を採用し、該触媒が活性を呈する状態になっていないときに、上記ヒータ排出ガスをホットな二次エアとして当該酸化触媒に供給するようにしたものによれば、この触媒をヒータ排出ガスによって加熱してその早期活性を図ることができるとともに、その触媒上での酸化反応を促進するうえで有利になる。
【００２１】
また、上記浄化手段としてＨＣ吸収材を採用し、該ＨＣ吸収材がその吸収したＨＣを脱離する状態になっているときに、上記ヒータ排出ガスをホットな二次エアとして当該ＨＣ吸収材に供給するようにしたものによれば、このＨＣ吸収材から脱離するＨＣを効率良く酸化分解することができる。
【００２２】
また、リーン混合気によって運転されたエンジンの排気ガスをＮＯｘ還元触媒よりも上流側の排気通路から上記燃焼式ヒータに導入して該ヒータの燃料の燃焼に利用し、該ヒータ排出ガスを上記ＮＯｘ還元触媒に供給するようにしたものによれば、該ＮＯｘ還元触媒の早期活性を図ることができるとともに、該ＮＯｘ還元触媒に供給されるエンジン排気ガスの酸素濃度が低くなるから、該触媒によるＮＯｘの還元に有利になる。
【００２３】
また、リーン混合気によって運転されたエンジンの排気ガスをＮＯｘ吸収材よりも上流側の排気通路から上記燃焼式ヒータに導入して該ヒータの燃料の燃焼に利用し、該ヒータ排出ガスを上記ＮＯｘ吸収材に供給するようにしたものによれば、該ＮＯｘ吸収材に供給されるエンジン排気ガスの酸素濃度が低くなるから、該ＮＯｘ吸収材からのＮＯｘの放出に有利になる。
【００２４】
特に、上記エンジン排気ガスによる燃焼によって生じたヒータ排出ガスを該ＮＯｘ吸収材に供給するときに、上記エンジンを上記リーンよりも空燃比が小さい混合気によって運転するようにすれば、該ＮＯｘ吸収材に供給されるエンジン排気ガスの酸素濃度がさらに低くなり、該ＮＯｘ吸収材からのＮＯｘの放出にさらに有利になるとともに、該ＮＯｘ吸収材からのＮＯｘの放出のためにエンジンの空燃比を大きく変える必要がなくなり、エンジン出力トルクの急変防止に有利になる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
＜実施形態１＞
図１は自動車のエンジン１の排気ガス浄化装置の全体構成を示し、エンジン１の排気通路２には直結三元触媒３、排気ガス中のＨＣを吸収するＨＣトラップ材（ＨＣ吸収材）４及び三元触媒５が上流側から順に設けられている。符号６は車室暖房のための燃焼式ヒータ、符号７は該燃焼式ヒータ６から排出されるガスを上記排気通路２に供給するガス供給手段である。上記三元触媒３，５はエンジン排気ガス中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するものであり、従って酸化触媒機能及び還元触媒機能を有する。
【００２７】
自動車は、エンジン１のみによって駆動されるエンジン車であっても、エンジン１と電動モータとを組み合わせて駆動される所謂ハイブリッド車であってもよい。エンジン１は、主としてλ＝１で運転されるガソリンエンジンである。直結三元触媒３は、エンジン１の排気マニホールドに直結されたものであり、例えばアルミナ母材にＰｔ及びＲｈを担持させたものとセリアとの混合物によって構成される。ＨＣトラップ材４は、例えばゼオライトにＰｄを担持させたものによって構成される。三元触媒５は直結三元触媒３と同様の触媒によって構成される。
【００２８】
燃焼式ヒータ６は、図２に示すように、燃焼器９に燃料タンク１０を接続して構成されている。燃焼器９は、燃料タンク１０から燃料ポンプ１１によって送られる燃料（例えば軽油）と空気（外気）とを混合する混合室１２、該混合気を燃焼させる燃焼室１３、該混合のためのファン１４、燃焼のための点火プラグ（図示省略）等を備え、さらに燃焼室１３の周囲に熱媒体用ジャケット１５が形成されている。上記燃料と空気とは空燃比が理論空燃比よりもリーンになるようにその量が調整される。
【００２９】
また、図２において、符号１６は熱媒体（例えば水）の循環路であり、上記ジャケット１５、車室空調用エアダクト１７に配設されたヒータコア１９及び熱媒体循環用ポンプ２０を管によって順に結んで構成されている。エアダクト１７には、内気導入状態と外気導入状態との切換を行なうダンパ２１と送風機２２とが上記ヒータコア１９よりも上流側に設けられ、該ヒータコア１９よりも下流側に車室内の各部に空調用空気を切り換えて供給するためのダンパ２３〜２６が設けられている。そうして、上記燃焼室１３から上記熱媒体の加熱（従って、空調用空気の加熱）に使用されたガスをエンジン排気通路２に供給するためのガス供給管２７が延設されている。
【００３０】
上記ガス供給管２７は、上記ガス供給手段７を構成するものであり、図１に示すように、途中で分岐してその一方が上記排気通路２の直結三元触媒３よりも上流側の部位に接続され、他方が該排気通路２の直結三元触媒３とＨＣトラップ材４との間の部位に接続されている。このガス供給管２７の上記分岐部よりも上流側の部位には、燃焼式ヒータ６から排出されるヒータ排出ガスを上記エンジン排気通路２に供給するガス供給位置と大気に放出する大気放出位置とに切り換わる第１バルブ２９が設けられ、上記分岐部にはヒータ排出ガスを上記直結三元触媒３よりも上流側に供給する直結触媒上流位置と該直結三元触媒３とＨＣトラップ材４との間に供給するトラップ材上流位置とに切り換える第２バルブ３０が設けられている。
【００３１】
そうして、上記燃焼式ヒータ６及びガス供給手段７のバルブ２９，３０の作動を制御するために、マイクロコンピュータを利用した制御手段３１、乗員が車室暖房の要否を決定して操作するヒータスイッチ３２、並びに上記ＨＣトラップ材４の温度を検出する検出手段３３が設けられている。
【００３２】
検出手段３３としては、ＨＣトラップ材４の温度を直接測定する温度センサであっても、該ＨＣトラップ材４の温度を推定することができる排気ガス温度、エンジン水温、あるいはエンジン吸入空気量を検出するセンサであってもよい。排気ガス温度やエンジン水温はＨＣトラップ材４の温度と略比例する対応関係にあるから、そのまま制御に使用することができる。エンジン吸入空気量に関しては、エンジン始動時からの総吸入空気量に基いてＨＣトラップ材４の温度を推定することになる。ハイブリッド車の場合、エンジン１が起動された時点からの時間及び走行速度の平均値に基いてＨＣトラップ材４の温度を推定するようにしてもよい。
【００３３】
制御の具体的な流れは図３に示されている。まず、上記ヒータスイッチ３２、検出手段３３等からデータ（スイッチのＯＮ（オン）・ＯＦＦ（オフ）、検出データ、暖房要求度等）を入力し、ヒータスイッチ３２の状態に基いて燃焼式ヒータ６のＯＮ・ＯＦＦを設定する（ステップＡ１〜Ａ４）。続いて上記検出手段３３のデータに基いてＨＣトラップ材４の温度Ｔｔを推定する（ステップＡ５）。このトラップ材温度Ｔｔが所定温度Ｔto以下であるときは、ヒータスイッチ３２がＯＮであれば燃焼式ヒータ６の出力を設定し、ヒータスイッチ３２がＯＦＦであれば、ヒータスイッチ３２のＯＮ設定を行なって燃焼式ヒータ６の出力を設定する（ステップＡ５〜Ａ９）。
【００３４】
ここに、所定温度ＴtoにはＨＣトラップ材４がその吸収したＨＣを脱離し始める温度（例えば１５０℃）が与えられる。この温度Ｔtoは直結三元触媒３が実質的な活性を示し始める温度でもある。また、燃焼式ヒータ６の出力設定は、乗員がスイッチ等によって設定する暖房要求度や車内温度等の環境に基いて行なわれる。
【００３５】
そうして、第１バルブ２９をガス供給位置に、第２バルブ３０を直結触媒上流位置にそれぞれ設定した後、上記ヒータのＯＮ・ＯＦＦ設定、出力設定及び当該バルブ設定を実行する、つまり燃焼式ヒータ６及びバルブ２９，３０を作動させる（ステップＡ１０，Ａ１１）。
【００３６】
ＨＣトラップ材４の温度Ｔｔが上記Ｔtoよりも高く且つ所定温度Ｔt1以下であるときは、上記ステップＡ７〜Ａ９と同様の燃焼式ヒータ６の設定を行なうとともに、第１バルブ２９をガス供給位置に、第２バルブ３０をトラップ材上流位置にそれぞれ設定して、それらの設定を実行する（ステップＡ１２〜Ａ１６）。ここに、上記所定温度Ｔt1は後段の三元触媒５が実質的に活性を示し始める温度（例えば２５０℃）である。
【００３７】
また、ＨＣトラップ材４の温度Ｔｔが上記所定温度Ｔt1を越えたときは、ヒータスイッチ３２がＯＮ設定であれば、ヒータ出力を設定し、さらに第２バルブ３０を大気放出位置に設定して、それらの設定を実行する（ステップＡ１７〜Ａ１９）。
【００３８】
以上のように、エンジン１の冷間時あるいはエンジン１が停止されているときのように、直結三元触媒３が実質的に活性を示す温度になっておらず、また、ＨＣトラップ材４がその吸収したＨＣを脱離する温度に達していないときは、燃焼式ヒータ６の熱媒体の加熱に使用された比較的高温のガスが排気通路２における直結三元触媒３の上流側の部位に供給される。従って、燃焼式ヒータ６の作動によって空調用空気を加熱することができるとともに、この燃焼式ヒータ６からの排出ガスによって直結三元触媒３を加熱することができ、該触媒３の早期活性を図ることができ、エンジン排気ガスの浄化に有利になる。また、ヒータスイッチ３２がＯＦＦになっている場合でも、それが強制的にＯＮに設定されて燃焼式ヒータ６が作動するから、エンジン排気ガスが未浄化のまま排出されることを避けるうえで有利になる。
【００３９】
なお、燃焼式ヒータ６の出力設定は暖房要求度や車内温度等の環境に基いて行なわれるが、排気ガス浄化性能を高めるために、燃焼式ヒータ６に供給する燃料及びエアの量を増やすようにしてもよい。
【００４０】
上記ＨＣトラップ材４がその吸収したＨＣを脱離する温度に達すると、上記ヒータ排出ガスは排気通路２における直結三元触媒３とＨＣトラップ材４との間の部位に供給される。ＨＣトラップ材４からＨＣが脱離するとき、このＨＣは該トラップ材４の触媒金属Ｐｄによって酸化浄化されるが、ヒータ排出ガスは高温であり且つ酸素が多く含まれているから、ホットな二次エアということができ、ＨＣトラップ材４からＨＣが脱離するときにこのホットな二次エアによってＨＣの酸化浄化が促進されることになる。
【００４１】
なお、上記実施形態ではＨＣトラップ材４の温度がＴt1を越えたときにヒータ排出ガスを大気放出するようにしたが、直結三元触媒３とＨＣトラップ材４との間に供給するようにして、該ＨＣトラップ材４から脱離するＨＣの酸化促進を図るようにしてもよい。
【００４２】
＜実施形態２＞
本形態は、自動車としては上述のエンジン車であってもハイブリッド車であってもよいが、エンジンはディーゼルエンジンや所謂リーンバーンのガソリンエンジンのように理論空燃比よりも所定比率以上（例えばＡ／Ｆ＞１６）にリーンで運転される領域を有するケースであり、図４に示されている。すなわち、エンジン１の排気通路２には酸化触媒３５とＮＯｘ還元触媒３６とが上流側から順に設けられ、燃焼式ヒータ６の排出ガスを酸化触媒３５よりも上流側にガス供給手段７のガス供給管２７によって供給するようになっている。
【００４３】
酸化触媒３５としては例えばアルミナとセリアとの混合物にＰｄを担持させたものが用いられる。ＮＯｘ還元触媒３６としては例えばゼオライトにＰｔを担持させたものが用いられる。ガス供給手段７のガス供給管２７にはヒータ排出ガスを上記排気通路２に供給する位置と大気に放出する位置とに切り換わるバルブ３７が設けられている。そして、上記燃焼式ヒータ６及びバルブ３７をヒータスイッチ３２及び検出手段３３の出力に基いて制御手段３１によって制御するようになっている。
【００４４】
本形態の場合は、検出手段３３によって酸化触媒３５が実質的に活性を示す温度に達していないことが検出されているとき、制御手段３１が燃焼式ヒータ６をヒータスイッチ３２のＯＮ・ＯＦＦに拘わらず、強制的に作動させるとともに、バルブ３７をヒータ排出ガスが排気通路２に供給させる位置とする。
【００４５】
従って、エンジン冷間時において酸化触媒３５の早期活性が図れるとともに、酸素量の多いヒータ排出ガスによって酸化触媒３５における酸化反応が促進され、エンジン排気ガス中のＨＣやＣＯを効率良く浄化することができる。
【００４６】
なお、ヒータ排出ガスは排気通路２の酸化触媒３５とＮＯｘ還元触媒３６との間にも供給するようにしてもよい。
【００４７】
また、上記酸化触媒３５に代えてＮＯ酸化触媒（例えばアルミナにＡｇを担持させてなる触媒）を用い、ＮＯｘ還元触媒としてＮＯ２ をＮ２ に還元することに適した触媒、例えばゼオライトにＡｇを担持させたもの、ゼオライトにＰｔをイオン交換によって担持させたもの等を採用するようにしてもよい。
【００４８】
＜実施形態３＞
本形態は、図５に示すように、実施形態２と同様のエンジン１において、その排気通路２に同様の酸化触媒３５とＮＯｘ還元触媒３６とが上流側から順に設けられているケースであるが、燃焼式ヒータ６の利用の態様が異なる。
【００４９】
すなわち、本形態は、燃焼式ヒータ６の燃料を燃焼させる酸素を得るために排気通路２の酸化触媒３５の上流側の部位からエンジン排気ガスを該燃焼式ヒータ６に導入するガス導入手段３９と、燃焼式ヒータ６から排出されるガスを排気通路２の酸化触媒３５とＮＯｘ還元触媒３６との間の部位に供給するガス供給手段７とを備えている。ガス導入手段３９を構成するガス導入管４０には、エンジン排気ガスを燃焼式ヒータ６に導入するＥガス導入位置と外気を燃焼式ヒータ６に導入する外気導入位置とにバルブ位置が切り換わる第１バルブ４１が設けられ、ガス供給手段７を構成するガス供給管２７にはヒータ排出ガスを排気通路２に供給するＨガス供給位置と大気に放出するＨガス放出位置とに切り換わる第２バルブ４２が設けられている。
【００５０】
また、上記排気通路２の酸化触媒３５より上流側の部位は、その通路径が該酸化触媒３５より下流側の通路径よりも小さく且つ湾曲していて、該上流側部位における排気ガスの流路抵抗は該下流側部位よりも大きくなっている。
【００５１】
そうして、上記燃焼式ヒータ６及びバルブ４１，４２の作動を制御するために、制御手段３１、ヒータスイッチ３２及び検出手段４３が設けられている。検出手段４３は、ＮＯｘ還元触媒３６の温度Ｔｎが実質的に活性を示す温度Ｔnoになっているか否かを判定するためのものであり、これには実施形態１の検出手段の場合と同様にエンジン水温、排気ガス温度、あるいはエンジン吸入空気量を検出するセンサ、あるいはＮＯｘ還元触媒３６の温度を直接検出するセンサが用いられる。また、制御手段３１はエンジン運転領域判定部を備えている。
【００５２】
運転領域判定部は、エンジン１がＮＯｘ還元触媒３６によるＮＯｘ浄化が難しい運転領域にあるか否かを判定するものであり、その判定にはエンジン運転状態を検出するセンサ（エンジン回転数センサ、エンジン負荷センサ）が用いられる。すなわち、ＮＯｘ還元触媒３６がＮＯｘを浄化し難い状態は、エンジン排気ガス中のＮＯｘ量が多いとき及びエンジン排気ガス中の酸素濃度が高いときであり、エンジンの空燃比が高リーン（例えばＡ／Ｆ＞３０）の運転領域はエンジン排気ガス中の酸素濃度が高く、また、エンジン負荷が高いときはエンジン排気ガス中のＮＯｘ量が多く、いずれも制御手段３１によってＮＯｘを還元浄化し難い状態と判定される。
【００５３】
制御の具体的な流れは図６に示されている。まず、上記ヒータスイッチ３２、検出手段４３等からデータ（スイッチのＯＮ・ＯＦＦ、検出データ、暖房要求度等）を入力し、ヒータスイッチ３２の状態に基いて燃焼式ヒータ６のＯＮ・ＯＦＦを設定する（ステップＢ１〜Ｂ４）。続いて上記検出手段４３のデータに基いてＮＯｘ還元触媒３６の温度Ｔｎを推定する（ステップＢ５）。
【００５４】
上記触媒温度Ｔｎが所定温度Ｔno以上であるときは、エンジン運転状態がＮＯｘ浄化難の領域にあるか否かを判定する（ステップＢ６，Ｂ７）。ＮＯｘ浄化難領域であるときは、ヒータスイッチ３２がＯＮであれば燃焼式ヒータ６の出力を設定し、ヒータスイッチ３２がＯＦＦであれば、ヒータスイッチ３２のＯＮ設定を行なって燃焼式ヒータ６の出力を設定する（ステップＢ８〜Ｂ１０）。
【００５５】
そして、着火用タイマーｔが設定時間ｔｏ以上をカウントしているか否かをみて、設定時間以上になっていなければ、タイマーｔをカウントし、第１バルブ４１を外気導入位置に設定し、第２バルブ４２をＨガス放出位置に設定して、これら燃焼式ヒータ６及びバルブ４１，４２の設定を実行する（ステップＢ１１〜Ｂ１５）。タイマーｔが設定時間ｔｏ以上をカウントしている場合は第１バルブ４１をＥガス導入位置に設定し、第２バルブ４２をＨガス供給位置に設定して、それらの設定を実行する（ステップＢ１６→Ｂ１７→Ｂ１５）。
【００５６】
また、上記触媒温度Ｔｎが所定温度Ｔnoに達していないとき、又はエンジン運転状態がＮＯｘ浄化難の領域にないときは、ヒータスイッチ３２がＯＮであればヒータ出力を設定して着火用タイマーｔのカウントを行ない、ヒータスイッチ３２がＯＦＦであれば、着火用タイマーｔのカウントをキャンセル（零に）する（ステップＢ１８〜Ｂ２０）。
【００５７】
上記着火用タイマーｔは、燃焼式ヒータ６の始動時にはエンジン排気ガスではなく酸素量が多い外気を燃焼式ヒータ６に導入してその着火性を良くするためのものであり、ｔｏとしては例えば１〜２秒が与えられる。
【００５８】
従って、ＮＯｘ還元触媒３６が実質的に活性を示す温度になっており且つエンジン運転状態がＮＯｘ浄化難の領域にあるときは、エンジン排気ガスの一部が酸化触媒３５をバイパスして燃焼式ヒータ６に導入され、該排気ガス中の酸素がヒータ６によって燃料の燃焼に使用され、酸素量の少ない排気ガスとなってＮＯｘ還元触媒３６に供給される。このため、ＮＯｘ還元触媒３６は、ヒータ排出ガスによって加熱されて活性が促進されるとともに、該触媒３６に供給されるエンジン排気ガスの酸素濃度が低くなるから、ＮＯｘの還元浄化に有利になる。
【００５９】
また、上記ＮＯｘ浄化難領域において、燃焼式ヒータ６が作動していないときはその着火性向上のために一時的に外気が該ヒータ６に導入されるが、該ヒータが既に作動しているときには、ｔ≧ｔｏを条件としてエンジン排気ガスが燃焼式ヒータ６に速やかに導入されることになる。
【００６０】
なお、上記ＮＯｘ浄化難領域においては、ＮＯｘ還元触媒３６の浄化性能向上のために、燃焼式ヒータ６に供給する燃料を増量するようにしてもよい。
【００６１】
また、上記ＮＯｘ浄化難領域において着火性向上のために第１バルブ４１を外気導入位置としたときは第２バルブ４２をＨガス供給位置としてＮＯｘ還元触媒３６をヒータ排出ガスによって積極的に加熱しその活性を促進するようにしてもよい。
【００６２】
また、本実施形態では排気通路２の酸化触媒３５よりも上流側部位の排気ガスの流路抵抗を大として該排気ガスを燃焼式ヒータ６にバイパスさせるようにしたが、酸化触媒３５に流れる排気ガス量を減少させ又は零にして排気ガスを強制的にバイパスさせるためのバルブを排気通路２の酸化触媒３５の上流側又は下流側に設けるようにしてもよい。
【００６３】
さらに、本実施形態では酸化触媒３５を備えているが、該酸化触媒３５を備えていない場合でも、上記ＮＯｘ浄化難領域において排気ガスの一部又は全部を燃焼式ヒータ６に導入して燃焼に使用した後にＮＯｘ還元触媒に供給するようにしてもよい。
【００６４】
＜実施形態４＞
本形態は、図７に示すように、実施形態２と同様のエンジン１において、その排気通路２に実施形態１と同様の直結三元触媒（低温活性触媒）３とＮＯｘ吸収触媒４５とが上流側から順に設けられているケースであり、燃焼式ヒータ６の利用の態様は実施形態３に類似する。
【００６５】
ＮＯｘ吸収触媒４５は、担体にアルミナ母材、Ｐｔ及びＢａを有する内側コート層と、ゼオライト母材及びＰｔを有する外側コート層とが形成されたものである。この触媒において、Ｂａは排気ガス中の酸素濃度が高いとき（エンジンが理論空燃比よりも所定比率以上にリーン（例えばＡ／Ｆ＞１６）で運転されたとき）にＮＯｘを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると（特にλ＝１になると）吸収していたＮＯｘを脱離するＮＯｘ吸収材であり、ＰｔはＢａから脱離するＮＯｘを還元分解する触媒金属であり、ゼオライトに担持されたＰｔは排気ガス中のＮＯをＮＯ２ に酸化させてＢａに吸収させ易くする働きをする。
【００６６】
この形態では、燃焼式ヒータ６の燃料を燃焼させる酸素を得るために排気通路２の三元触媒３の上流側の部位からエンジン排気ガスを該燃焼式ヒータ６に導入するガス導入手段３９と、燃焼式ヒータ６から排出されるガスを排気通路２の三元触媒３とＮＯｘ吸収触媒４５との間の部位に供給するガス供給手段７とを備えている。実施形態３と同様に、ガス導入手段３９を構成するガス導入管４０にはＥガス導入位置と外気導入位置とに切り換わる第１バルブ４１が設けられ、ガス供給手段７を構成するガス供給管２７にはＨガス供給位置とＨガス放出位置とに切り換わる第２バルブ４２が設けられている。
【００６７】
そうして、上記燃焼式ヒータ６及びバルブ４１，４２の作動を制御するために、制御手段３１、ヒータスイッチ３２及び検出手段４３が設けられている。検出手段４３は、ＮＯｘ吸収触媒４５の温度Ｔｎが実質的に活性を示す温度Ｔnoになっているか否かを判定するためのものであり、実施形態３の検出手段４３と実質的に同じものである。また、制御手段３１は、ＮＯｘ吸収触媒４５のＮＯｘトラップ（吸収）量ＴR を推定するＮＯｘトラップ量推定部を備え、それは当該トラップ開始からの経過時間に基いてその量ＴR を推定する。
【００６８】
制御の具体的な流れは図８に示されている。まず、上記ヒータスイッチ３２、検出手段４３等からデータ（スイッチのＯＮ・ＯＦＦ、検出データ、暖房要求度等）を入力し、ヒータスイッチ３２の状態に基いて燃焼式ヒータ６のＯＮ・ＯＦＦを設定し、上記検出手段４３のデータに基いてＮＯｘ吸収触媒４５の温度Ｔｎを推定する（ステップＣ１〜Ｃ５）。続いて、エンジン排気ガスを燃焼式ヒータ６にバイパス中であるか否かを判定し、バイパス中でなければ、ＮＯｘトラップ量ＴR を積算する（ステップＣ６，Ｃ７）。バイパス中か否かは後述するバイパスタイマーｔ1 が作動中（ｔ10＞ｔ1 ＞０）か否かによって判定する。
【００６９】
上記触媒温度Ｔｎが所定温度Ｔno以上であり且つＮＯｘトラップ量ＴR が予定トラップ量（ＮＯｘ吸収材の飽和トラップ量又はそれよりも幾分少ないトラップ量）ＴRO以上であるときは、ＮＯｘトラップ量ＴR の積算をキャンセルし、エンジン排気ガスを燃焼式ヒータ６にバイパスさせるためのタイマーｔ1のカウントを開始する（ステップＣ８〜Ｃ１１）。
【００７０】
上記バイパスタイマーｔ1 が予定のバイパス時間ｔ10（例えば数秒。なお、
ｔ10＞ｔｏ ）に達するまでは、ヒータスイッチ３２がＯＮであれば燃焼式ヒータ６の出力を設定し、ヒータスイッチ３２がＯＦＦであれば、ヒータスイッチ３２のＯＮ設定を行なって燃焼式ヒータ６の出力を設定する（ステップＣ１２〜Ｃ１５）。
【００７１】
そして、着火用タイマーｔが設定時間ｔｏ以上をカウントしているか否かをみて、設定時間以上になっていなければ、着火用タイマーｔをカウントし、第１バルブ４１を外気導入位置に設定し、第２バルブ４２をＨガス放出位置に設定して、これら燃焼式ヒータ６及びバルブ４１，４２の設定を実行する（ステップＣ１６〜Ｃ２０）。着火用タイマーｔが設定時間ｔｏ以上をカウントしている場合は第１バルブ４１をＥガス導入位置に設定し、第２バルブ４２をＨガス供給位置に設定して、それらの設定を実行する（ステップＣ２１→Ｃ２２→Ｃ２０）とともに、エンジン１の空燃比を高リーン状態（例えばＡ／Ｆ≧２２）から低リーン状態（例えばＡ／Ｆ＝１６）に変更する。ステップＣ６において既にバイパス中であれば、バイパスタイマーｔ1 のカウントを継続し、それが予定バイパス時間ｔ10に達するまで上記処理を行なう（ステップＣ６→Ｃ１１）。
【００７２】
また、上記触媒温度Ｔｎが所定温度Ｔnoに達していないとき、ＮＯｘトラップ量ＴR が予定トラップ量ＴROに達していないとき、又はバイパスタイマーｔ1 が予定バイパス時間ｔ10に達している（バイパス終了）ときは、バイパスタイマーｔ１をキャンセル状態とし、ヒータスイッチ３２がＯＮであればヒータ出力を設定して着火用タイマーｔのカウントを行ない、ヒータスイッチ３２がＯＦＦであれば、着火用タイマーｔのカウントをキャンセル（零に）する（ステップＣ２３〜Ｃ２６）。
【００７３】
従って、ＮＯｘ吸収触媒４５が実質的に活性を示す温度になっているときに、ＮＯｘトラップ量が飽和若しくはそれに近い状態になると、エンジン排気ガスの一部が三元触媒３をバイパスして燃焼式ヒータ６に導入され、該排気ガス中の酸素がヒータ６によって燃料の燃焼に使用され、酸素量の少ない排気ガス（エンジン１をλ＝１で運転した場合と同等の排気ガス）となってＮＯｘ吸収触媒４５に供給される。このため、ＮＯｘ吸収触媒４５は、吸収していたＮＯｘを脱離し始め、この脱離するＮＯｘが効率良く還元浄化される。また、排気ガスバイパス中はＮＯｘトラップ量の積算はなされないため、次回のバイパスが予定トラップ量に達する前に始まることが避けられる。また、エンジン１の空燃比を高リーン状態から一気にλ＝１にしなくてもよいから、エンジン出力トルクの急変を避けることができる。
【００７４】
燃焼式ヒータ６が作動していないときに着火性向上のために外気が該ヒータ６に一時的に導入される点、燃焼式ヒータ６が既に作動しているときにはｔ≧ｔｏを条件としてエンジン排気ガスが燃焼式ヒータ６に速やかに導入される点、エンジン排気ガスのバイパス時に燃焼式ヒータ６に供給する燃料を増量するようにしてもよい点、本実施形態では排気通路２の三元触媒３よりも上流側部位の排気ガスの流路抵抗を大として該排気ガスを燃焼式ヒータ６にバイパスさせるようにしたが、排気ガスを強制的にバイパスさせるためのバルブを排気通路２の三元触媒３の上流側又は下流側に設けるようにしてもよい点、さらに、三元触媒３を備えていない場合でも上記バイパスを行なうことができる点は、実施形態３と同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態１に係る排気ガス浄化装置の構成を示すブロック図。
【図２】 燃焼式ヒータの一例を示す回路図。
【図３】 同形態の制御の流れ図。
【図４】 実施形態２に係る排気ガス浄化装置の構成を示すブロック図。
【図５】 実施形態３に係る排気ガス浄化装置の構成を示すブロック図。
【図６】 同形態の制御の流れ図。
【図７】 実施形態４に係る排気ガス浄化装置の構成を示すブロック図。
【図８】 同形態の制御の流れ図。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 排気通路
３ 直結三元触媒
４ ＨＣトラップ材
５ 三元触媒
６ 燃焼式ヒータ
７ ガス供給手段
２７ ガス供給管
２９ 第１バルブ
３０ 第２バルブ
３１ 制御手段
３２ ヒータスイッチ
３３ 検出手段
３５ 酸化触媒
３６ ＮＯｘ還元触媒
３７ バルブ
３９ ガス導入手段
４０ ガス導入管
４１ 第１バルブ
４２ 第２バルブ
４３ 検出手段
４４ 運転領域判定手段
４５ ＮＯｘ吸収触媒
４６ ＮＯｘトラップ量推定手段
Claims (11)
- 自動車のエンジンの排気通路に該エンジンの排気ガス中の所定成分を低減させる浄化手段が配置されている排気ガス浄化装置において、
車室に供給される空気を加熱する燃焼式ヒータと、
上記燃焼式ヒータから上記空気の加熱に使用されて排出されるヒータ排出ガスを上記排気通路の上記浄化手段よりも上流側の部位に供給するガス供給手段と、
上記浄化手段の浄化に関する状態を検出する検出手段と、
上記検出手段によって検出された上記浄化手段の状態に基いて上記ガス供給手段の作動を制御する制御手段とを備えている排気ガス浄化装置。 - 請求項１に記載されている排気ガス浄化装置において、
上記燃焼式ヒータは理論空燃比よりもリーンの燃焼性ガスを燃焼させて車室供給用空気を加熱する排気ガス浄化装置。 - 請求項１又は請求項２に記載されている排気ガス浄化装置において、
上記浄化手段は、上記エンジン排気ガス中のＮＯをＮＯ２ に酸化する酸化触媒である排気ガス浄化装置。 - 請求項１に記載されている排気ガス浄化装置において、
上記浄化手段は、酸化機能及び還元機能のうち少なくとも酸化機能を有する触媒であり、
上記検出手段は、上記触媒が活性を呈する状態になっているか否かを検出するためのものであり、
上記制御手段は、上記検出手段によって検出された上記触媒の状態が活性を呈する状態でないときに、上記ヒータ排出ガスが上記触媒に供給されるように上記ガス供給手段の作動を制御する排気ガス浄化装置。 - 請求項１に記載されている排気ガス浄化装置において、
上記燃焼式ヒータは理論空燃比よりもリーンの燃焼性ガスを燃焼させて車室供給用空気を加熱するものであり、
上記浄化手段は、上記エンジンの排気ガス中のＨＣを吸収するＨＣ吸収材であり、
上記検出手段は、上記ＨＣ吸収材がその吸収したＨＣを脱離する状態になっているか否かを検出するためのものであり、
上記制御手段は、上記検出手段によって検出された上記ＨＣ吸収材の状態がＨＣを脱離する状態になっているときに、上記ヒータ排出ガスが上記ＨＣ吸収材に供給されるように上記ガス供給手段の作動を制御する排気ガス浄化装置。 - 請求項１に記載されている排気ガス浄化装置において、
上記燃焼式ヒータは理論空燃比よりもリーンの燃焼性ガスを燃焼させて車室供給用空気を加熱するものであり、
上記浄化手段として、酸化機能及び還元機能のうち少なくとも酸化機能を有する触媒と、該触媒よりも下流側に配設され上記エンジンの排気ガス中のＨＣを吸収するＨＣ吸収材とを備え、
上記検出手段として、上記触媒が活性を呈する状態になっているか否かを検出するための触媒状態検出手段と、上記ＨＣ吸収材がその吸収したＨＣを脱離する状態になっているか否かを検出するための吸収材状態検出手段とを備え、
上記制御手段は、上記触媒状態検出手段によって検出された上記触媒の状態が活性を呈する状態でないときに、上記ヒータ排出ガスが上記触媒に供給され、上記吸収材状態検出手段によって検出された上記ＨＣ吸収材の状態がＨＣを脱離する状態になっているときに、上記ヒータ排出ガスが上記触媒と上記ＨＣ吸収材との間の上記排気通路に供給されるように上記ガス供給手段の作動を制御する排気ガス浄化装置。 - 自動車のエンジンの排気通路に配置され該エンジンの排気ガス中の所定成分を低減させる浄化手段と、
車室に供給される空気を加熱する燃焼式ヒータと、
上記燃焼式ヒータから上記空気の加熱に使用されて排出されるヒータ排出ガスを上記排気通路の上記浄化手段よりも上流側の部位に供給するガス供給手段とを備えている排気ガス浄化装置において、
上記エンジンは、少なくとも一部の運転領域において理論空燃比よりも所定比率以上にリーンの混合気によって運転されるものであり、
上記浄化手段は、上記リーンで運転されたエンジンの排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する触媒であり、
上記燃焼式ヒータの燃料を燃焼させる酸素を得るために上記触媒よりも上流側の上記排気通路からエンジン排気ガスを上記燃焼式ヒータに導入するガス導入手段を備え、
上記ガス供給手段が、上記エンジン排気ガスによる燃焼によって生じたヒータ排出ガスを上記触媒に供給する排気ガス浄化装置。 - 請求項７に記載されている排気ガス浄化装置において、
上記ＮＯｘを還元浄化する触媒よりも上流側の上記排気通路に酸化触媒が設けられ、
上記ガス導入手段は、上記酸化触媒よりも上流側の上記排気通路からエンジン排気ガスを上記燃焼式ヒータに導入する排気ガス浄化装置。 - 自動車のエンジンの排気通路に配置され該エンジンの排気ガス中の所定成分を低減させる浄化手段と、
車室に供給される空気を加熱する燃焼式ヒータと、
上記燃焼式ヒータから上記空気の加熱に使用されて排出されるヒータ排出ガスを上記排気通路の上記浄化手段よりも上流側の部位に供給するガス供給手段とを備えている排気ガス浄化装置において、
上記エンジンは、少なくとも一部の運転領域において理論空燃比よりも所定比率以上にリーンの混合気によって運転されるものであり、
上記浄化手段は、上記リーンで運転されたエンジンの排気ガス中のＮＯｘを吸収し該ＮＯｘを該排気ガス中の酸素濃度が低下したときに放出するＮＯｘ吸収材であり、
上記燃焼式ヒータの燃料を燃焼させる酸素を得るために上記触媒よりも上流側の上記排気通路からエンジン排気ガスを上記燃焼式ヒータに導入するガス導入手段を備え、
上記ガス供給手段が、上記ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させるために上記エンジン排気ガスによる燃焼によって生じたヒータ排出ガスを該ＮＯｘ吸収材に供給する排気ガス浄化装置。 - 請求項９に記載されている排気ガス浄化装置において、
上記ＮＯｘ吸収材よりも上流側の上記排気通路に酸化触媒が設けられ、
上記ガス導入手段は、上記酸化触媒よりも上流側の上記排気通路からエンジン排気ガスを上記燃焼式ヒータに導入する排気ガス浄化装置。 - 請求項９に記載されている排気ガス浄化装置において、
上記ガス供給手段が上記エンジン排気ガスによる燃焼によって生じたヒータ排出ガスを該ＮＯｘ吸収材に供給するときに、上記エンジンが上記リーンよりも空燃比が小さい混合気によって運転される排気ガス浄化装置。
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