JP2004100548A

JP2004100548A - 内燃機関の排気処理装置

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Publication number: JP2004100548A
Application number: JP2002262569A
Authority: JP
Inventors: Koichi Hoshi; 星　幸一; Kiyonari Maruyama; 丸山　研也
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-09-09
Filing date: 2002-09-09
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】排気通路の構成を簡素化しつつＨＣに関する浄化性能を向上させることが可能な内燃機関の排気処理装置を提供する。
【解決手段】エアポンプ２１から二次空気供給通路２３を介して排気通路６中の触媒７よりも上流側の位置に二次空気を供給可能な内燃機関１の排気処理装置において、内燃機関からの排出物を保持可能な貯蔵部２５を排気通路６から離して二次空気供給通路２３に接続する。ＥＣＵ１０により、エアポンプ２１の回転方向を、二次空気供給通路２３に対して二次空気を供給する正方向と、貯蔵部２５に向かう吸引力を二次空気供給通路２３に生じさせる逆方向との間で切替可能とし、触媒７の状態が暖機完了前の第１段階にあるときはエアポンプ２１を逆転させ、触媒７の状態が暖機完了前でかつ前記第１段階よりも暖機が進んだ第２段階にあるときはエアポンプ２１を正転させる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関からのＨＣ等の有害物質の排出量を低減できる排気処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の冷間始動時には燃焼室の温度が低く燃料の供給量も多いため、未燃物として大量のＨＣ（炭化水素）が排出される。一般に、ＨＣやＣＯ等の有害物質は酸化触媒又は三元触媒を利用して浄化されるが、冷間始動時には触媒の温度が低くて触媒が活性化されていない。従って、始動時に一時的に大量に排出されるＨＣを触媒で効率よく浄化することは困難である。そこで、例えば特許文献１には、冷間始動後、触媒が所定の浄化性能を発揮するまでの間、ＨＣ吸着材を利用してＨＣの排出を抑える排気処理装置が提案されている。また、特許文献１には、吸気系に導入される一次空気とは別に排気通路の触媒よりも上流側に二次空気を供給し、排気ガスの二次燃焼の熱により触媒の暖機を促進する二次空気供給装置も開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−４２５３９号公報
【特許文献２】
特開平５−４４４４７号公報
【特許文献３】
特開平１１−１４８３４４号公報
【特許文献４】
特開平５−２４００３７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特許文献１の装置は、排気通路に設けられた二つの触媒の間にＨＣ吸着材を配置し、温度上昇に伴ってＨＣ吸着材から放出されるＨＣを下流側の触媒で処理している。このため、下流側の触媒が活性化するまでＨＣ吸着材をＨＣ放出温度よりも低温に維持する必要がある。その解決策として、特許文献１の装置では、二つの触媒を一体的に配置して上流側の触媒の熱で下流側の触媒の暖機を促進するとともに上流側の触媒からＨＣ吸着材に導かれる排気の温度を下げている。しかしながら、このような機能を実現するためには、二つの触媒を二重管のように一体化する必要があって排気系の構成が複雑化し、その結果、排気系の耐久性や信頼性が劣化し、製造コストが上昇する等の不都合が生じる。また、上流側触媒からＨＣ吸着材を経て下流側触媒に至る間に排気通路を少なくとも一周巻き回す必要があるため、排気通路の抵抗が増えて排気系の背圧が上昇し、内燃機関の性能が低下するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、排気通路の構成を簡素化しつつＨＣ等の有害物質の放出を抑えることができる内燃機関の排気処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の排気処理装置は、エアポンプから二次空気供給通路を介して排気通路中の触媒よりも上流側の位置に二次空気を供給可能な内燃機関の排気処理装置であって、前記排気通路から離されて前記二次空気供給通路に接続され、内燃機関からの排出物を保持可能な保持手段と、前記保持手段に向かう吸引力を前記二次空気供給通路に生じさせる吸引力付与手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
この排気処理装置によれば、ＨＣ等の有害物質が一時的に大量に排出される冷間始動時等において二次空気供給通路に吸引力を作用させて内燃機関からの排出物を保持手段に取り込むことにより、大気中へのＨＣ等の放出を抑えることができる。保持手段に取り込んだ排出物は暖機完了後の触媒にこれを導き、あるいは吸気通路に戻すことにより事後的に処理すればよい。保持手段そのものに浄化機能を設けて排出物を処理することもできる。保持手段を排気通路上に設置せず、排気通路から離して二次空気供給通路と接続したので、排気通路上にＨＣ吸着材等の保持手段を設ける場合のような複雑な構成の排気通路を形成する必要がない。従って、排気系に関する耐久性や信頼性が向上し、製造コストが低下し、排気通路の背圧が低下する等の利点が得られる。
【０００８】
第１の排気処理装置は、排出物の吸引機能と二次空気の供給機能とを実現するものであるが、それらの機能は排気処理の都合に応じて適宜に使い分けてよい。一例として、前記触媒の状態が暖機完了前の第１段階にあるときは前記吸引力付与手段による吸引力を利用して前記保持手段に排出物を吸引し、前記触媒の状態が暖機完了前でかつ前記第１段階よりも暖機が進んだ第２段階にあるときは前記二次空気供給通路を介して前記排気通路に二次空気を供給してもよい（請求項２）。但し、ＨＣ等有害物質の放出が懸念される場合には第１段階に限らず、適宜に排出物を保持手段に吸引してよい。
【０００９】
内燃機関の冷間始動の直後には、二次空気の供給により触媒が却って冷やされることがあり、そのような状態を第１段階として設定しておけば二次空気の供給を一旦保留して排出物を保持手段に吸引してＨＣ等の有害物質の排出を防止し、その後、第２段階において二次空気を供給することにより未燃物と二次空気との混合による二次燃焼を促し、その燃焼熱で触媒の暖機を促進することができる。
【００１０】
本発明の第１の排気処理装置においては、前記エアポンプを前記二次空気の供給時とは逆方向に回転させることにより当該エアポンプを前記吸引力付与手段として利用してもよい（請求項３）。この場合には、吸引力を生じさせるために新たにポンプ類を追加する必要がなく、排気処理装置の構成の簡素化やコストの削減をさらに図ることができる。
【００１１】
また、本発明の第１の排気処理装置において、前記吸引力付与手段は、内燃機関の吸気通路に生じる負圧を前記保持手段に作用させて前記吸引力を生じさせてもよい（請求項４）。この場合にも、吸引力を生じさせるために新たにポンプ類を追加する必要がなく、排気処理装置の構成の簡素化やコストの削減をさらに図ることができる。負圧を導くために保持手段と吸気通路とを接続することから、保持手段にて保持している排出物を吸気通路に供給してＥＧＲを実現することも可能となる。
【００１２】
なお、吸気通路の負圧を利用して二次空気供給通路に吸引力を生じさせる場合には、前記排出物を前記保持手段に吸引する際に前記吸気通路と前記保持手段とを通じさせて前記吸気通路の負圧を前記保持手段に作用させてもよい（請求項５）。この場合には、排出物の吸引を必要とするときに吸気通路に現に発生している負圧を利用して効率よく排出物を吸引することができる。
【００１３】
また、内燃機関の停止時に前記吸気通路と前記保持手段とを通じさせて前記吸気通路の負圧を前記保持手段に蓄え、前記排出物を前記保持手段に吸引する際に前記二次空気供給通路と前記保持手段とを通じさせて前記吸気通路に蓄えられた負圧を前記保持手段に作用させてもよい（請求項６）。この場合には、内燃機関の停止時に残存するエネルギーの少なくとも一部が負圧として保持手段に蓄えられて後の排出物の吸引に利用される。従って、内燃機関におけるエネルギーの利用効率が向上する。
【００１４】
次に、本発明の第２の排気処理装置は、エアポンプから二次空気供給通路を介して排気通路中の触媒よりも上流側の位置に二次空気を供給可能な内燃機関の排気処理装置であって、前記排気通路から離されて前記二次空気供給通路に接続され、内燃機関からの排出物を保持可能な保持手段と、前記エアポンプの回転方向を、前記二次空気供給通路に対して前記二次空気を供給する正方向と、前記保持手段に向かう吸引力を前記二次空気供給通路に生じさせる逆方向との間で切替制御する制御手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項７）。
【００１５】
この第２の排気処理装置によれば、冷間始動時等にエアポンプを逆方向に回転させて二次空気供給通路に吸引力を作用させることにより、保持手段に排出物を取り込んで大気中へのＨＣ等の有害物質の放出を抑えることができる。保持手段が保持する排出物は暖機完了後の触媒にこれを導き、あるいは吸気通路に戻すことにより、事後的に処理すればよい。保持手段そのものに浄化機能を設けて排出物を処理することもできる。保持手段を排気通路から離して二次空気供給通路と接続したので、第１の排気処理装置と同様に、排気系に関する耐久性や信頼性が向上し、製造コストが低下し、排気通路の背圧が低下する等の利点が得られる。さらに、吸引力を生じさせるために新たにポンプ類を追加する必要がなく、排気処理装置の構成の簡素化やコストの削減をさらに図ることができる。
【００１６】
第２の排気処理装置においては、エアポンプの回転方向を切り替えることにより排出物の吸引機能と二次空気の供給機能とを選択的に実現するが、それらの機能は排気処理の都合に応じて適宜に使い分けてよい。一例として、前記制御手段は、前記触媒の状態が暖機完了前の第１段階にあるときは前記エアポンプを前記逆方向に回転させ、前記触媒の状態が暖機完了前でかつ前記第１段階よりも暖機が進んだ第２段階にあるときは前記エアポンプを前記正方向に回転させてもよい（請求項８）。但し、ＨＣ等有害物質の放出が懸念される場合には第１段階に限らず、適宜に排出物の吸引を行ってよい。
【００１７】
また、第２の排気処理装置において、前記二次空気供給通路にはバイパス通路が設けられ、そのバイパス通路には前記保持手段と、前記保持手段よりも前記エアポンプに近い側に位置して当該バイパス通路を開閉する第１の弁手段と、前記保持手段よりも前記エアポンプから遠い側に位置して前記保持手段へ流入する方向の流れを許容し、前記保持手段から流出する方向の流れを阻止する第２の弁手段とが設けられ、前記保持手段には、当該保持手段と前記二次空気供給通路以外の所定位置とを連絡する連絡手段がさらに取り付けられてもよい（請求項９）。
【００１８】
この場合には、二次空気供給通路に対するバイパス通路中の保持手段に排出物を取り込んで第１の弁手段を閉じることにより、保持手段に取り込まれた排出物を二次空気に含ませることなく保持手段に保持しておくことができる。保持手段に保持された排出物は連絡手段を介して所定位置に導き、適切に処理することができる。例えば、前記保持手段と内燃機関の吸気通路とを連絡するように連絡手段を設けてもよい（請求項１０）。保持手段が浄化機能を有しているならば、連絡手段は例えば保持手段の内部を大気に開放するように設けられてもよい。
【００１９】
さらに、本発明の第３の排気処理装置は、エアポンプから二次空気供給通路を介して排気通路中の触媒よりも上流側の位置に二次空気を供給可能な内燃機関の排気処理装置であって、前記排気通路から離され、前記二次空気供給通路と前記内燃機関の吸気通路とを結ぶ排気還流通路中に設けられ、内燃機関からの排出物を保持可能な保持手段と、前記排気還流通路の前記二次空気供給通路と前記保持手段との間に設けられて当該排気還流通路を開閉する第１開閉弁と、前記排気還流通路の前記保持手段と前記吸気通路との間に設けられて当該排気還流通路を開閉する第２開閉弁とを備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１１）。
【００２０】
この第３の排気処理装置によれば、エアポンプを停止して第１開閉弁及び第２開閉弁を開くことにより、吸気通路の負圧を保持手段を介して二次空気供給通路に作用させ、二次空気供給通路を介して排出物を保持手段に取り込むことができる。従って、上述した第１及び第２の排気処理装置と同様に大気中へのＨＣ等の有害物質の放出を抑えることができる。保持手段に取り込んだ排出物は暖機完了後の触媒にこれを導き、あるいは吸気通路に戻すことにより事後的に処理すればよい。保持手段そのものに浄化機能を設けて排出物を処理することもできる。第２開閉弁を開けば保持手段と吸気通路とが通じるので、保持手段の排出物を利用してＥＧＲを実現することも可能である。保持手段を排気通路上に設置せず、排気通路から離して二次空気供給通路と接続したので、排気通路上にＨＣ吸着材等の保持手段を設ける場合のような複雑な排気通路を形成する必要がない。従って、排気系に関する耐久性や信頼性が向上し、製造コストが低下し、排気通路の背圧が低下する等の利点が得られる。さらに、吸引力を生じさせるために新たにポンプ類を追加する必要がなく、排気処理装置の構成の簡素化やコストの削減をさらに図ることができる。また、第１開閉弁を閉じてエアポンプから二次空気供給通路に二次空気を送り込むことにより、保持手段への二次空気の流出を防ぎつつ二次空気を排気通路に供給することができる。
【００２１】
本発明の第３の排気処理装置においては、前記触媒の状態が暖機完了前の第１段階にあるときは前記エアポンプを停止させるとともに前記第１開閉弁及び前記第２開閉弁を開いて前記吸気通路の負圧を前記保持手段及び前記二次空気供給通路に作用させ、前記触媒の状態が暖機完了前でかつ前記第１段階よりも暖機が進んだ第２段階にあるときは前記第１開閉弁及び第２開閉弁を閉じるとともに前記二次空気供給通路に二次空気が供給されるように前記エアポンプを回転させる制御手段を備えてもよい（請求項１２）。あるいは、内燃機関の停止時に前記第１開閉弁を閉じ、前記第２開閉弁を開いて前記吸気通路の負圧を前記保持手段に取り込むとともに、その後に前記第２開閉弁を閉じて前記保持手段に負圧を蓄え、前記触媒の状態が暖機完了前の第１段階にあるときは前記エアポンプを停止させかつ前記第２開閉弁を閉じた状態で前記第１開閉弁を開いて前記保持手段に蓄えられた負圧を前記二次空気供給通路に作用させ、前記触媒の状態が暖機完了前でかつ前記第１段階よりも暖機が進んだ第２段階にあるときは前記第１開閉弁を閉じるとともに前記二次空気供給通路に二次空気が供給されるように前記エアポンプを回転させる制御手段を備えてもよい（請求項１３）。
【００２２】
前者の場合には、排出物の吸引を必要とするときに吸気通路に現に発生している負圧を利用して効率よく排出物を吸引することができる。後者の場合には、内燃機関の停止時に残存するエネルギーの少なくとも一部が負圧として保持手段に蓄えられて後の排出物の取り込みに利用される。従って、内燃機関におけるエネルギーの利用効率が向上する。但し、ＨＣ等有害物質の放出が懸念される場合には第１段階に限らず、適宜に排出物を吸引してよい。
【００２３】
本発明において、保持手段は排気ガスを排出物としてそのまま保持してもよいし、排気ガス中に含まれる特定の物質を排出物として保持してもよい。後者の一例として、前記保持手段はＨＣ吸着材を含んでもよい（請求項１４）。保持手段としてＨＣ吸着材を設ける場合にはその加熱手段を備えることが望ましい（請求項１５）。加熱手段によりＨＣ吸着材からのＨＣの放出を促すことができるからである。加熱手段としては前記触媒を利用することもできる（請求項１６）。また、前記保持手段は排出物を蓄えるタンクを含んでもよい（請求項１７）。この場合には内燃機関から放出される排出物を排気ガスのままタンク内に蓄えておくことができる。
【００２４】
前記保持手段が保持する排出物は、二次空気に含めて前記排気通路に供給してもよいし（請求項１８）、吸気通路に供給してもよい（請求項１９）。前者の場合には二次空気供給装置から送られる二次空気に排出物が混ざるので、二次燃焼用の未燃物を補って触媒の暖機を促進させ、あるいは二次空気に含まれる酸素量を減らして排気通路内における過剰な酸化雰囲気の形成を抑え、ＮＯｘ生成量を低減することができる。後者の場合には保持手段に保持された未燃物を吸気通路に戻して再燃焼させ、あるいは吸気中の酸素量を減らしてＮＯｘ生成量を低減させることができる。特に保持手段が排気ガスを保持する場合には、保持中に排気ガスが熱を放出して吸気通路に戻されるガスの温度が低下し、ＮＯｘ生成量の低減効果が高まる。
【００２５】
本発明の各排気処理装置において、二次空気供給通路は二次空気を排気通路に供給することをその目的の一つとして設けられており、少なくともその一部は排気通路に隣接している。従って、排気通路から二次空気供給通路には比較的容易に排気ガスを取り込むことができる。最も簡単には二次空気供給通路の排気通路へ二次空気を供給する開口部から排気ガスを吸い込むことができる。あるいは、二次空気を供給する開口部とは別の位置で排気通路と二次空気供給通路とを接続して排気ガスを二次空気供給通路に導くようにしてもよい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１〜図３を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。図１は本発明の第１の実施形態の排気処理装置とこれが取り付けられる内燃機関とを示している。内燃機関１は４つのシリンダ１ａが一列に並べられた車両用の直列式４気筒ガソリンエンジンとして構成されている。周知のように、内燃機関１の吸気通路２には、スロットルバルブ４の開度に応じた空気（一次空気）がエアフィルタ３を介して吸入され、その空気はインテークマニホールド５を介して各シリンダ１ａに取り込まれる。シリンダ１ａからの排気ガスは排気通路６を経て触媒７に導かれて浄化された後、不図示の消音器を経て大気へ排出される。触媒７としては、ＨＣ、ＣＯを酸化する一方でＮＯｘを還元する三元触媒やＮＯｘ吸蔵型触媒等が使用される。
【００２７】
図１では省略したが、吸気通路２には、吸入空気量に対応した信号を出力するエアフローメータ、スロットルバルブ４の開度に対応した信号を出力するスロットル開度センサが設けられる。また、排気通路６の触媒７の前後には排気ガス中の酸素量に対応した信号を出力するＯ_２センサ（空燃比センサでもよい。）８、９がそれぞれ設けられる。これらの他にも、内燃機関１の冷却水温度に対応した信号を出力する水温センサ、吸気温に対応した信号を出力する吸気温センサ、クランク軸の角度に対応した信号を出力するクランク角センサ等が内燃機関１に設けられる。各センサの出力信号はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１０に導かれる。ＥＣＵ１０はマイクロプロセッサ、及びその動作に必要なＲＯＭ、ＲＡＭ等の周辺回路を備えたコンピュータとして構成され、上述した各種のセンサの出力信号を参照して内燃機関１の燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期等を制御する。
【００２８】
内燃機関１には排気処理装置２０Ａが取り付けられている。排気処理装置２０Ａは、空気供給源としての電動式のエアポンプ２１と、そのエアポンプ２１に吸い込まれる空気を濾過するフィルタ２２と、エアポンプ２１から吐出される空気を排気通路６に二次空気として導く二次空気供給通路２３と、二次空気供給通路２３を開閉するための第１のエアスイッチングバルブ（第１ＡＳＶ）２４とを備えている。エアポンプ２１は回転方向を正逆方向に切替可能である。なお、二次空気供給通路２３に対してエアを吐出する際の回転方向を正方向とし、正方向への回転を正転と表記する。
【００２９】
二次空気供給通路２３は、エアポンプ２１から延びる主通路２３ａと、その主通路２３ａと各シリンダ１ａの排気ポート６ａとを結ぶ４本の枝通路２３ｂとを備えている。第１ＡＳＶ２４は、エアポンプ２１から主通路２３ａを経て枝通路２３ｂに向かう方向の流れを許容し、その反対方向の流れを阻止するリードバルブ部２４ａと、電磁力を利用して主通路２３ａを開閉するソレノイドバルブ部２４ｂとを備えている。
【００３０】
排気処理装置２０Ａを排気ガスの捕集装置として機能させるため、二次空気供給通路２３の主通路２３ａには排気ガスの保持手段としての貯蔵部２５が設けられている。貯蔵部２５は、第１ＡＳＶ２４よりも排気通路６に近い位置において主通路２３ａを部分的に拡大し、その拡大部分の内部にＨＣ吸着材２５ａを収容して構成されている。貯蔵部２５は、触媒７と貯蔵部２５との間で熱交換を行うことができる程度に触媒７に隣接して配置されている。主通路２３ａの貯蔵部２５よりもエアポンプ２１に近い側には第１ＡＳＶ２４を迂回するバイパス通路２６が接続されている。そのバイパス通路２６には第２のエアスイッチングバルブ（第２ＡＳＶ）２７が設けられている。第２ＡＳＶ２７は電磁力を利用してバイパス通路２６を開閉するソレノイドバルブである。
【００３１】
エアポンプ２１、第１ＡＳＶ２４のソレノイドバルブ部２４ｂ、及び第２ＡＳＶ２７の動作はＥＣＵ１０によって制御される。第１ＡＳＶ２４のソレノイドバルブ部２４ｂを開いてエアポンプ２１を正転させた場合には、二次空気供給通路２３を介して排気通路６に二次空気が供給される。第１ＡＳＶ２４を閉じ、第２ＡＳＶ２７を開いてエアポンプ２１を逆転させた場合には二次空気供給通路２３に吸引力が作用し、排気ポート６ａの排気ガスが枝通路２３ｂから主通路２３ａに取り込まれる。ＨＣ吸着材２５ａが所定のＨＣ放出温度以下であれば、二次空気供給通路２３に取り込まれた排気ガス中のＨＣがＨＣ吸着材２５ａに吸着される。ＨＣ吸着材２５ａの温度がＨＣ放出温度以上になるとＨＣ吸着材２５ａからはＨＣが放出される。なお、ＨＣ放出温度はＨＣ吸着材２５ａに吸着されるＨＣの種類によって異なる。ＨＣ吸着材から放出されるＨＣは、エアポンプ２１を正転させることによって二次空気とともに排気通路６に戻すことができる。その戻されたＨＣは排気通路６における二次燃焼又は触媒７の浄化作用を利用して処理することができる。
【００３２】
エアポンプ２１、第１ＡＳＶ２４、及び第２ＡＳＶ２７の動作は、二次空気の供給の必要性、及び排気ガスを貯蔵部２５に取り込む必要性に応じて適宜に切り替えてよい。図２は、内燃機関１の冷間始動時にＥＣＵ１０が実行する排気処理装置２０Ａの好ましい動作制御の内容を示すタイムチャートである。
【００３３】
図２の例では、内燃機関１のイグニッションスイッチがオンされてスタータモータが起動（ＯＮ）されると、エアポンプ２１が逆転を開始し、第２ＡＳＶ２７が開かれる。第１ＡＳＶ２４は閉じた状態に維持される。ＥＣＵ１０は所定の条件に従って内燃機関１の始動の成否を監視しており、始動成功と判断するとＲＡＭに記憶された始動フラグを始動状態に対応した値に変化させる。図２では始動状態をＯＮ、始動していない状態をＯＦＦと表現して示しており、以下の説明では図２に倣って始動フラグの状態を表現する。始動フラグがＯＮされた時期を基準として所定時間Ａが経過するとエアポンプ２１の回転方向が正方向に切り替えられ、第２ＡＳＶ２７が閉じられる。その後、所定時間Ｂが経過するまで第１ＡＳＶ２４、及び第２ＡＳＶ２７は閉じられる。所定時間Ｂが経過すると第１ＡＳＶ２４が開かれ、第２ＡＳＶ２７は閉じた状態に維持される。その後、所定時間Ｃが経過するとエアポンプ２１が停止され、第１ＡＳＶ２４が閉じられる。
【００３４】
以上の処理によれば、触媒７の暖機が完了する前の第１段階（所定時間Ａの範囲）においてエアポンプ２１が逆方向に駆動されて二次空気供給通路２３に吸引力が作用し、排気ポート６ａから排気ガスが吸い込まれてその排気ガス中のＨＣがＨＣ吸着材２５ａに吸着される。この間、触媒７にも排気ガスは導かれており、その排気ガスに含まれる未燃物の二次燃焼により触媒７は徐々に加熱される。触媒７がある程度まで暖機されると二次空気供給通路２３への排気ガスの吸引が停止され、その後、触媒７の暖機が完了するまでの第２段階（所定時間Ｂの経過時点から所定時間Ｃの経過時点まで）において排気通路６に二次空気が供給される。この間に、触媒７の熱によってＨＣ吸着材２５ａが加熱されてＨＣが徐々に放出される。そして、ＨＣ吸着材２５ａから放出されたＨＣは貯蔵部２５を通過する二次空気によって排気通路６に戻される。これにより排気通路６には二次空気供給通路２３から酸素と未燃物とが供給される。その結果、内燃機関１から排出される未燃物及び二次空気供給通路２３から戻される未燃物の二次燃焼が促進されて触媒７の暖機が早まる。
【００３５】
上記の説明から明らかなように、所定時間Ｃは触媒７が所定の状態まで暖機されるために必要な時間として設定される。所定時間Ａ，ＢについてはＨＣ吸着材２５ａの吸着能力や触媒７の浄化能力を考慮して適宜に定めてよい。例えば、所定時間Ａについては、ＨＣの大気への放出量を所定の許容レベルに抑えられる程度まで触媒７が暖機されるために必要な時間、又は内燃機関１の始動時に大量のＨＣが一時的に排出される時間として設定してよい。あるいは、ＨＣ吸着材２５ａのＨＣ吸着量がほぼ飽和するまでに要する時間として所定時間Ａを設定してもよい。但し、二次空気の供給によって触媒７の暖機をなるべく早く完了させることを優先する限りにおいては、ＨＣの放出量を許容レベルに抑えられる範囲において所定時間Ａは短いほどよい。
【００３６】
所定時間Ｂについては、エアポンプ２１の回転方向を切り替える際に必要な遅延時間が所定時間Ａとの間に生じるように定めればよい。例えば、エアポンプ２１に対する回転方向の指示を切り替えてもエアポンプ２１の羽根車（ベーン）の惰性により、実際の回転方向は直ぐには変化しないことがある。このような場合、エアポンプ２１に対して回転方向の切り替えを指示してから、その指示に対応して実際に回転方向が切り替わるまでの時間以上の遅延時間を所定時間ＡとＢとの間に設定することにより、エアポンプ２１から実際に二次空気が送られてくるまで第１ＡＳＶ２４の開放を遅らせて排気ガスを含んだ空気の逆流を確実に防止することができる。
【００３７】
図３は図２のタイムチャートに則してエアポンプ２１、第１ＡＳＶ２４及び第２ＡＳＶ２７を制御するためにＥＣＵ１０が実行する二次空気供給制御ルーチンを示すフローチャートである。この処理は内燃機関１のイグニッションスイッチがＯＮされた後、所定の周期で繰り返し実行される。但し、その実行時期は、内燃機関１の始動後、触媒７の暖機が完了して二次空気の供給が不要と判断されるまでの一定期間に限ってもよい。
【００３８】
図３のルーチンにおいて、ＥＣＵ１０はまずステップＳ１１で二次空気供給条件が成立しているか否か判断する。二次空気供給条件は触媒７の暖機状態が所定のレベルまで達しているか否かを判断するための条件として設定されており、例えば冷却水の温度、吸気温度、触媒７の温度等、触媒７の暖機状態を判定するために使用可能な少なくとも一つのパラメータにより条件が設定される。触媒７の暖機が不足している場合に二次空気供給条件が成立していると判断され、その場合、ＥＣＵ１０はステップＳ１２に進んで内燃機関１のスタータがＯＮされているか否かを判断する。スタータがＯＮされているときはステップＳ１３へ進み、始動フラグがＯＮか否か判断する。始動フラグがＯＦＦのときはステップＳ１７へ進んで第１ＡＳＶ２４を閉じ、ステップＳ１８で第２ＡＳＶ２７を開け、ステップＳ１９でエアポンプ２１を逆転させる。この場合には貯蔵部２５に向かって排気通路６から排気ガスが吸引される。
【００３９】
一方、ステップＳ１３で始動フラグがＯＮされていれば前回のルーチン実行時にも始動フラグがＯＮであったか否かを判断する。前回がＯＮでないときはステップＳ１５へ進んでタイマーを起動し、前回がＯＮのときはステップＳ１５をスキップする。ここで起動するタイマーは所定時間Ａ，Ｂ，Ｃがそれぞれ経過したか否かを判断する基準となるものである。ステップＳ１４又はステップＳ１５の処理後はステップＳ１６に進んで所定時間Ａを経過しているか否か判断し、所定時間を超えていないときはステップＳ１７以下に進む。所定時間Ａを経過しているときはステップＳ２０へ進んで所定時間Ｂが経過したか否か判断し、所定時間Ｂを経過していればステップＳ２１へ進んで第１ＡＳＶ２４を閉じ、ステップＳ２２で第２ＡＳＶ２７を閉じ、ステップＳ２３でエアポンプ２１を正転させる。
【００４０】
ステップＳ２０で所定時間Ｂが経過しているときはステップＳ２４で所定時間Ｃが経過したか否か判断し、経過していないときはステップＳ２５へ進んで第１ＡＳＶ２５を開け、ステップＳ２６で第２ＡＳＶ２７を閉じ、ステップＳ２７でエアポンプ２１を正転させる。これにより二次空気が排気通路６に供給される。ステップＳ２４で所定時間Ｃが経過していないときはステップＳ２８へ進んで第１ＡＳＶ２４を閉じ、ステップＳ２９で第２ＡＳＶ２７を閉じ、ステップＳ３０でエアポンプ２１を停止させる。ステップＳ１１において二次空気供給条件が成立していないときもステップＳ２８〜Ｓ３０の処理を実行する。ステップＳ１９，Ｓ２３，Ｓ２７，又はＳ３０でエアポンプ２１の動作を制御した後は今回のルーチンを終了して所定のメインルーチンに戻る。
【００４１】
この実施形態では、ＥＣＵ１０がエアポンプ２１を逆転させることによって吸引力付与手段を実現している。そして、ＥＣＵ１０がエアポンプの回転方向を切替制御する制御手段として機能し、触媒７が保持手段に対する加熱手段として機能する。制御手段はＥＣＵ１０とは別のコンピュータにより実現してもよい。触媒７に代え、電気的なヒータ等を加熱手段として利用してもよい。加熱手段は、ＨＣ吸着材２５ａを７０〜８０°Ｃ、最大でも２００°Ｃ程度に加熱できればよい。
【００４２】
（第２の実施形態）
図４〜図６を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。なお、図４〜図６において図１〜図３との共通部分には同一の参照符号を付してある。
【００４３】
図４の排気処理装置２０Ｂにおいては、保持手段として、図１の貯蔵部２５に代えてバイパス通路２６の途中にタンク３０が設けられている。従って、二次空気供給通路２３に吸引された排気ガスはそのままタンク３０に蓄えられる。タンク３０は排気ガスの収容量に拘わりなく一定形状を保つ剛性の高い容器として構成されてもよいし、排気ガスの収容量に応じて形状が変化するフレキシブルな袋状の容器として構成されてもよい。第２ＡＳＶ２７はタンク３０とエアポンプ２１との間に設けられている。タンク３０と排気ガスの取り込み部（枝通路２３ｂ）との間にはリードバルブ３１が配置されている。リードバルブ３１は枝通路２３ｂ側からのタンク３０に向かう排気ガスの流れを許容し、その反対方向の排気ガスの流れを阻止する。
【００４４】
タンク３０はＥＧＲ通路３２を介して吸気通路２と接続されている。ＥＧＲ通路３２にはこれを開閉するＥＧＲバルブ３３が設けられている。ＥＧＲバルブは第２ＡＳＶ２７等と同様にＥＣＵ１０からの指示に応じて開閉駆動されるソレノイドバルブである。ＥＧＲ通路３２と吸気通路２との接続位置は例えばインテークマニホールド５に設定される。
【００４５】
以上の構成によれば、第１ＡＳＶ２４及びＥＧＲバルブ３３を閉じ、第２ＡＳＶ２７を開けてエアポンプ２１を逆転させることにより、タンク３０を介して二次空気供給通路２３に吸引力を作用させて排気通路６の排気ガスをタンク３０に吸い込むことができる。第２ＡＳＶ２７及びＥＧＲバルブ３３を閉じ、第１ＡＳＶ２４を開いてエアポンプ２１を正転させたときは二次空気供給通路２３を介して排気通路６に二次空気を供給することができる。さらに、第１ＡＳＶ２４及び第２ＡＳＶ２７を閉じた状態でＥＧＲバルブ３３を開いた場合には、吸気通路２の負圧をタンク３０及び二次空気供給通路２３に作用させて排気ガスを吸気通路２に取り込むＥＧＲを実現することができる。なお、エアポンプ２１を正転させた場合、リードバルブ３１を介してタンク３０にも二次空気が流れる可能性があるが、第２ＡＳＶ２７及びＥＧＲバルブ３３を閉じてタンク３０からの圧力の流出を防いでいる限り、タンク３０内の圧力が二次空気供給通路２３の圧力とほぼ等しいか、又はそれ以上であればリードバルブ３１が開くことはない。
【００４６】
本実施形態においても、第１ＡＳＶ２４、第２ＡＳＶ２７及びＥＧＲバルブ３３の動作は二次空気の供給の必要性、排気ガスをタンク３０に取り込む必要性、及びＥＧＲを行う必要性に応じて適宜に切り替えてよい。図５は、内燃機関１の冷間始動時にＥＣＵ１０が実行する排気処理装置２０Ｂの好ましい動作制御の内容を示すタイムチャートである。この例において、イグニッションスイッチ、スタータ、始動フラグ、エアポンプ２１、第１ＡＳＶ２４及び第２ＡＳＶ２７のそれぞれの状態に関する相互関係は図２のそれと同じであり、詳細な説明は省略する。ＥＧＲバルブ３３については、少なくとも所定時間Ｃが経過するまでは閉じた状態に維持され、その後の適当な時期に開かれる。
【００４７】
図５のように各部の動作を切り替えた場合においては、触媒７の暖機が完了する前の第１段階（所定時間Ａの範囲）においてエアポンプ２１が逆方向に駆動されて二次空気供給通路２３に吸引力が作用し、排気ポート６ａからタンク３０に排気ガスが吸い込まれる。この間、触媒７にも排気ガスは導かれており、その排気ガスに含まれる未燃物の二次燃焼により触媒７は徐々に加熱される。触媒７がある程度まで暖機されると二次空気供給通路２３への排気ガスの吸引が停止され、その後、触媒７の暖機が完了するまでの第２段階（所定時間Ｂの経過時点から所定時間Ｃの経過時点まで）において排気通路６に二次空気が供給される。これにより、内燃機関１からの未燃物の二次燃焼が促進されて触媒７の暖機が早まる。
【００４８】
また、二次空気の供給中にＥＧＲバルブ３３が閉じているので、タンク３０内には排気ガスが保持される。その排気ガスは、後にＥＧＲバルブ３３が開かれることにより吸気通路２に戻される。これにより、吸気中の酸素量が減少してＮＯｘ生成量が減少する。タンク３０に保持されている間に排気ガスが放熱するため、吸気通路２に戻される排気ガスの温度は排気ポート６ａから直ぐに排気ガスを戻す場合と比較して低下する。従って、シリンダ１ａにおける燃焼温度が低下し、ＮＯｘ低減効果がさらに高まる。このようにタンク３０はＥＧＲクーラーとしても機能し得るものである。排気ガスの冷却効果を高めるため、タンク３０に放熱フィンを設ける等、タンク３０の内外の熱交換量を増加させる手段を設けてもよい。
【００４９】
なお、図５のエアポンプ２１、第１ＡＳＶ２４及び第２ＡＳＶ２７に関する動作制御は第１の実施形態と同様であるため、これを実現するためにＥＣＵ１０が実行すべき処理は図３の通りでよい。ＥＧＲバルブ３３の制御については、図６に示すＥＧＲ制御ルーチンをＥＣＵ１０によって繰り返し実行すればよい。
【００５０】
図６の処理は内燃機関１のイグニッションスイッチがＯＮされた後、所定の周期で繰り返し実行される。このＥＧＲ制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１０はまずステップＳ３１で二次空気の供給条件が成立しているか否か判断する。この処理は図３のステップＳ１１と同じである。そして、供給条件が成立しているときはステップＳ３４へ進み、ＥＧＲバルブ３３を閉じてルーチンを終える。これにより、図５の所定時間Ｃが経過するまではＥＧＲバルブ３３が閉じた状態に確実に維持される。ステップＳ３１で供給条件が成立していない場合にステップＳ３２へ進み、ＥＧＲ作動条件が成立しているか否か判断する。この条件は一般のＥＧＲ装置におけるＥＧＲの適否の判別条件と同様に設定してよい。そして、ＥＧＲ作動条件が成立していないときはステップＳ３４に進む。
【００５１】
一方、ＥＧＲ作動条件が成立しているときはステップＳ３３にてＥＧＲバルブ３３を開いてルーチンを終える。これにより、ＥＧＲ作動条件が成立していればＥＧＲバルブ３３が開いて吸気通路２の負圧がタンク３０及び二次空気供給通路２３に作用し、タンク３０に保持されていた排気ガスが吸気通路２に吸い込まれる。なお、ＥＧＲの実行中においては、排気通路６の排気ガスが二次空気供給通路２３からリードバルブ３１を介してタンク３０内に逐次吸い込まれる。第１ＡＳＶ２４及び第２ＡＳＶ２７はいずれも閉じているので、タンク３０内に外気が取り込まれてＥＧＲの作用が損なわれるおそれはない。
【００５２】
この実施形態では、ＥＣＵ１０がエアポンプ２１を逆転させることによって吸引力付与手段が実現される。また、ＥＣＵ１０がエアポンプ２１の回転方向を切替制御する制御手段として機能する。但し、制御手段はＥＣＵ１０とは別のコンピュータにより実現してもよい。さらに、第２ＡＳＶ２７が第１の弁手段に、リードバルブ３１が第２の弁手段に、ＥＧＲ通路３２とＥＧＲバルブ３３とが連絡手段にそれぞれ相当する。保持手段として、タンク３０に代えてＨＣ吸着材２５ａを内蔵した貯蔵部２５を設けてもよい。
【００５３】
（第３の実施形態）
図７〜図１０を参照して本発明の第３の実施形態を説明する。なお、図７〜図１０において図１〜図６との共通部分には同一の参照符号を付してある。
【００５４】
図７の排気処理装置２０Ｃにおいては、図４に示した排気処理装置２０Ｂのバイパス通路２６に代え、二次空気供給通路２３の主通路２３ａの第１ＡＳＶ２４よりも枝通路２３ｂ側の位置に導入通路３４が接続され、その導入通路３４の終端に第２ＡＳＶ２７を介してタンク３０が接続されている。その他の構成は図４の排気処理装置２０Ｂと同じである。
【００５５】
本実施形態の構成では、エアポンプ２１を逆転させたとしてもその吸引力はタンク３０に作用せず、タンク３０内に排気ガスを取り込むことはできない。その代わり、ＥＧＲバルブ３３を開いて吸気通路２の負圧をタンク３０に導入することにより、タンク３０内に負圧を作用させ、さらに第１ＡＳＶ２４を閉じ、第２ＡＳＶ２７を開けてタンク３０内の負圧を二次空気供給通路２３に作用させることにより、排気通路６の排気ガスをタンク３０内に吸い込むことができる。タンク３０内に保持した排気ガスは、第１ＡＳＶ２４を閉じ、第２ＡＳＶ２７及びＥＧＲバルブ３３を開くことによりＥＧＲとして吸気通路２に戻すことができる。二次空気を供給する際には第２ＡＳＶ２７を閉じ、第１ＡＳＶ２４を開いてエアポンプ２１を正転させればよい。
【００５６】
本実施形態においても、第１ＡＳＶ２４、第２ＡＳＶ２７及びＥＧＲバルブ３３の動作は二次空気の供給の必要性、排気ガスをタンク３０に取り込む必要性、及びＥＧＲを行う必要性に応じて適宜に切り替えてよい。図８は、内燃機関１の冷間始動時にＥＣＵ１０が実行する排気処理装置２０Ｃの好ましい動作制御の内容を示すタイムチャートである。
【００５７】
図８の例では、内燃機関１のイグニッションスイッチがオンされてスタータモータが起動（ＯＮ）されると第２ＡＳＶ２７が開かれ、所定の遅延時間ｄだけ遅れてＥＧＲバルブ３３が開かれる。エアポンプ２１は停止状態に、第１ＡＳＶ２４は閉じた状態にそれぞれ維持される。遅延時間ｄを設けたのは、始動時の内燃機関１の回転数が上昇する途中でＥＧＲバルブ３３が開かれるとシリンダ内の燃焼が不安定になるため、内燃機関１の回転数が上昇して燃料が適度に安定したタイミングでＥＧＲバルブ３３を開くこととしたためである。始動フラグがＯＮされた時期を基準として所定時間Ａが経過すると第２ＡＳＶ２７及びＥＧＲバルブ３３がそれぞれ閉じられ、それらと引き替えに第１ＡＳＶ２４が開かれてエアポンプ２１が正転を開始する。その後、所定時間Ｃが経過するとエアポンプ２１が停止され、第１ＡＳＶ２４が閉じられる。エアポンプ２１の回転開始後、少なくとも所定時間Ｃが経過するまでは第２ＡＳＶ２７及びＥＧＲバルブ３３が閉じた状態に維持される。そして、これらのバルブ２７，３３はエアポンプ２１の停止後の適当な時期に開かれる。
【００５８】
図８のように各部の動作を切り替えた場合においては、触媒７の暖機が完了する前の第１段階（所定時間Ａの範囲）において、ＥＧＲバルブ３３及び第２ＡＳＶ２７が開き、第１ＡＳＶ２４が閉じているので、吸気通路２の負圧がタンク３０を介して二次空気供給通路２３に作用し、排気ポート６ａからタンク３０に排気ガスが吸い込まれる。タンク３０へ排気ガスを吸い込んでいる間、触媒７にも排気ガスは導かれており、その排気ガスに含まれる未燃物の二次燃焼により触媒７は徐々に加熱される。触媒７がある程度まで暖機されると二次空気供給通路２３への排気ガスの吸引が停止され、その後、触媒７の暖機が完了するまでの第２段階（所定時間Ａの経過時点から所定時間Ｃの経過時点まで）においてエアポンプ２１が正方向に駆動されて排気通路６に二次空気が供給される。これにより、内燃機関１からの未燃物の二次燃焼が促進されて触媒７の暖機が早まる。
【００５９】
二次空気の供給中、第２ＡＳＶ２７及びＥＧＲバルブ３３が閉じているのでタンク３０内には排気ガスが保持され、タンク３０からの放熱によりタンク３０内の排気ガスの温度は徐々に低下する。そして、触媒７の暖機完了後の適当な時期に第２ＡＳＶ２７及びＥＧＲバルブ３３が開かれることにより、適度に冷まされた排気ガスがタンク３０からＥＧＲ通路３２を介して吸気通路２にＥＧＲとして戻される。これによりＮＯｘ生成量が減少する。
【００６０】
図９及び図１０は図８のタイムチャートに則してエアポンプ２１、第１ＡＳＶ２４、第２ＡＳＶ２７及びＥＧＲバルブ３３を制御するためにＥＣＵ１０が実行する二次空気供給制御ルーチンを示すフローチャートである。この処理は内燃機関１のイグニッションスイッチがＯＮされた後、所定の周期で繰り返し実行される。
【００６１】
図３に示した二次空気供給制御ルーチンとの比較において、図９及び図１０の二次空気供給制御ルーチンは、ステップＳ２０が省略され、ステップＳ１９に代えてステップＳ４１が設けられ、さらにステップＳ４２〜Ｓ４６（図９）、及びＳ４７〜Ｓ４９（図１０）が追加された点が異なる。その他の部分は図３と同様である。以下では相違点を中心に説明する。
【００６２】
まず、ステップＳ１１で二次空気供給条件が成立している場合には、ステップＳ１６で所定時間Ａが経過したと判断されない限り、ステップＳ１７へ進んで第１ＡＳＶ２４を閉じ、ステップＳ１８で第２ＡＳＶ２７を開ける。この後、ステップＳ４１に進んでエアポンプ２１を停止し、ステップＳ４２で遅延時間ｄ中か否か判断し、遅延時間ｄであれば今回のルーチンを終了する。遅延時間ｄでなければステップＳ４３にてＥＧＲバルブ３３を開けてルーチンを終える。これらの処理によれば、スタータＯＮ後、所定時間Ａが経過するまでは吸気通路２の負圧が二次空気供給通路２３側に作用して排気ガスがタンク３０に吸引される。なお、遅延時間ｄ中か否かの判断に関しては、例えば最初にステップＳ４１の処理を実行した時点でタイマーを起動して遅延時間ｄまで計時が進んだか否かを判断することにより実行できる。
【００６３】
一方、ステップＳ１６で所定時間Ａが経過しているときは続いてステップＳ２４で所定時間Ｃが経過したか否かを判断する。そして、所定時間Ｃが経過していないときはステップＳ２５で第１ＡＳＶ２４を開け、ステップＳ２６で第２ＡＳＶ２７を閉じ、ステップＳ２７でエアポンプ２１を正転させる。さらに、ステップＳ４４でＥＧＲバルブ３３を閉じてルーチンを終える。この場合はエアポンプ２１から排気通路６に二次空気が送られ、第２ＡＳＶ２７及びＥＧＲバルブ３３が閉じているのでタンク３０内に排気ガスが保持される。
【００６４】
ステップＳ２４で所定時間Ｃが経過していた場合にはステップＳ２８で第１ＡＳＶ２４を閉じ、ステップＳ２９で第２ＡＳＶ２２を閉じ、ステップＳ３０でエアポンプ２１を停止する。さらに、ステップＳ４５でＥＧＲバルブ３３を閉じてルーチンを終える。
【００６５】
ステップＳ１１で供給条件が成立していないとき、つまり触媒７の暖機が完了しているときにはステップＳ４６へ進み、ＥＧＲ作動条件が成立しているか否か判断する。この条件は図６のステップＳ３２のそれと同じでよい。そして、作動条件が成立していないときはステップＳ２８以下へ処理を進める。一方、ＥＧＲ作動条件が成立しているときは図１０のステップＳ４７へ進んで第１ＡＳＶ２４を閉じ、ステップＳ４８で第２ＡＳＶ２７を開け、ステップＳ４９でＥＧＲバルブ３３を開けてルーチンを終える。これにより、タンク３０保持されていた排気ガスが吸気通路２に引き込まれてＥＧＲが実現される。なお、ＥＧＲの実行中においては、排気通路６の排気ガスが二次空気供給通路２３から第２ＡＳＶ２７を介してタンク３０内に逐次吸い込まれる。第１ＡＳＶ２４は閉じているので、タンク３０内に外気が取り込まれてＥＧＲの作用が損なわれるおそれはない。
【００６６】
なお、排気処理装置２０Ｃにおいては、タンク３０に負圧を作用させる操作を内燃機関１の停止時に実行することもできる。例えば、図１１に示すようにイグニッションスイッチのＯＦＦに合わせて第２ＡＳＶ２７を閉じ、ＥＧＲバルブ３３を所定時間開けてタンク３０と吸気通路２とを一時的に通じさせ、その後に第２ＡＳＶ２７及びＥＧＲバルブ３３をいずれも閉じた状態に保持することによりタンク３０に負圧を蓄えて次回の始動時等の吸引力として利用することができる。このように停止時に負圧を蓄える場合には、始動時に排気ガスをタンク３０に吸い込む際にＥＧＲバルブ３３は閉じたままでよい。
【００６７】
図１２は、図１１に従ってタンク３０に負圧を取り込む場合にＥＣＵ１０が実行すべき負圧取り込み制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。この負圧取り込み制御ルーチンは、例えばイグニッションスイッチのＯＦＦをトリガとして所定の周期で繰り返し実行すればよい。最初のステップＳ５１では第２ＡＳＶ２７を閉じ、次のステップＳ５２でＥＧＲバルブ３３を開け、続くステップＳ５３でＥＧＲバルブ３３を開けている時間を計時するためのタイマーを起動する。なお、既にタイマーが起動しているときはリセットせず、計時を継続させる。次のステップＳ５４では始動フラグのＯＦＦへの変更を禁止し、ステップＳ５５でＥＧＲバルブ３３の開放時間が所定時間を経過したか否かをタイマーの計時時間から判断する。そして、所定時間が経過していなければルーチンを終え、所定時間が経過していればステップＳ５６でＥＧＲバルブ３３を閉じ、ステップＳ５７で始動フラグのＯＦＦへの変更禁止を解除してルーチンを終える。
【００６８】
この実施形態では、ＥＣＵ１０が排気ガスのタンク３０への吸引時、又は内燃機関１の停止時にＥＧＲバルブ３３及び第２ＡＳＶ２７を開くことによって吸引力付与手段が実現される。また、導入通路３４及びＥＧＲ通路３２によって排気還流通路が構成され、第２ＡＳＶ２７が第１開閉弁に、ＥＧＲバルブ３３が第２開閉弁にそれぞれ相当する。保持手段として、タンク３０に代えてＨＣ吸着材２５ａを内蔵した貯蔵部２５を設けてもよい。
【００６９】
本発明は以上の実施形態に限定されず、様々な形態にて実施してよい。上記の各実施形態では二次空気供給通路２３の枝通路２３ｂから排気ガスを取り込むようにしたが、別の位置から排気ガスを取り込んでもよい。一例として、図１３に示すように排気通路６と二次空気供給通路２３とを結ぶ吸入通路３５を枝通路２３ｂとは別に設け、その吸入通路３５と二次空気供給通路２３との接続位置に設けた切換弁３６により、エアポンプ２１及び貯蔵部２５を二次空気供給時には枝通路２３ｂ側に、排気ガスの取込み時には吸入通路３５側に択一的に接続してもよい。この場合には二次空気を供給する位置と、排気ガスを取り込む位置とをそれらの目的に応じた最適な位置に設定できる利点がある。二次空気についてはなるべく排気ガスの温度が高い位置に供給することが望ましいために枝通路２３ｂはシリンダ１ａになるべく近い位置に開口させ、吸入通路３５に関しては排気ガスの流速が低いほど効率よく排気ガスを取り込めることから枝通路２３ｂよりも下流側でかつ触媒７よりも上流側で排気通路６に接続する。
【００７０】
図１４に示すように、吸入通路３５を触媒７よりも下流側で排気通路６と接続してもよい。この場合には触媒７を通過した排気ガスを貯蔵部２５に取り込むので始動時期に触媒７により大量の排気ガスを導くことができて二次燃焼による暖機促進効果が高まる。また、二次空気供給通路２３へ排気ガスを取り込む流量を増加させることにより、触媒７で処理できない排気ガスの全部又は大半を貯蔵部２５に取り込むこともでき、大気中への有害物質の放出防止効果をさらに高めることができる。
【００７１】
なお、図１３及び図１４に示した吸入通路３５及び切換弁３６は上述した第２又は第３の実施形態においてもこれを適用することが可能である。図３又は図９に示したフローチャートにおけるタイマーの起動（ステップＳ１５）は、イグニッションＯＮ、又はスタータＯＮに対応付けて実行してもよい。排気ガスを取り込む期間及び二次空気を供給する期間は、経過時間によって定める例に限らず、始動時からの積算吸入空気量、排気ガスの流量、二次空気の流量等の触媒７の暖機の進行に関連性を有すると考えられる各種の物理量と関連付けて定めてよい。
【００７２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の排気処理装置によれば、ＨＣ等の有害物質が一時的に大量に排出される冷間始動時等において二次空気供給通路に吸引力を作用させて内燃機関からの排出物を保持手段に取り込むことにより、大気中へのＨＣ等の有害物質の放出を抑えることができる。しかも、保持手段を排気通路上に設置せず、排気通路から離して二次空気供給通路と接続したので、排気通路上にＨＣ吸着材等の保持手段を設ける場合のような複雑な構成の排気通路を形成する必要がない。従って、排気通路の構成を簡素化して排気系に関する耐久性や信頼性を向上させ、製造コストを低下させ、排気通路の背圧を低下させる等の優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る排気処理装置の概略構成を示す図。
【図２】図１の内燃機関を冷間始動させたときの排気処理装置の各部の状態の相関関係を示すタイムチャート。
【図３】図２のタイムチャートに則して動作を制御するためにＥＣＵが実行する二次空気供給制御ルーチンのフローチャート。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る排気処理装置の概略構成を示す図。
【図５】図４の内燃機関を冷間始動させたときの排気処理装置の各部の状態の相関関係を示すタイムチャート。
【図６】図５のタイムチャートに則してＥＧＲバルブの動作を制御するためにＥＣＵが実行するＥＧＲ制御ルーチンのフローチャート。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る排気処理装置の概略構成を示す図。
【図８】図７の内燃機関を冷間始動させたときの排気処理装置の各部の状態の相関関係を示すタイムチャート。
【図９】図８のタイムチャートに則して動作を制御するためにＥＣＵが実行する二次空気供給制御ルーチンのフローチャート。
【図１０】図９に続くフローチャート。
【図１１】図８の実施形態の変形例を示すタイムチャート。
【図１２】図８のタイムチャートに則して動作を制御するためにＥＣＵが実行する負圧取込み制御ルーチンのフローチャート。
【図１３】排気ガスの取り込み位置を変更した変形例を図１に対応して示す図。
【図１４】図１３のさらなる変形例を示す図。
【符号の説明】
１　内燃機関
２　吸気通路
６　排気通路
１０　エンジンコントロールユニット
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ　排気処理装置
２１　エアポンプ
２３　二次空気供給通路
２３ａ　主通路
２３ｂ　枝通路
２４　第１のエアスイッチングバルブ
２４ａ　リードバルブ部
２４ｂ　ソレノイドバルブ部
２５　貯蔵部
２５ａ　ＨＣ吸着材
２６　バイパス通路
２７　第２のエアスイッチングバルブ
３０　タンク
３１　リードバルブ
３２　ＥＧＲ通路
３３　ＥＧＲバルブ
３４　接続通路

Claims

エアポンプから二次空気供給通路を介して排気通路中の触媒よりも上流側の位置に二次空気を供給可能な内燃機関の排気処理装置において、前記排気通路から離されて前記二次空気供給通路に接続され、内燃機関からの排出物を保持可能な保持手段と、
前記保持手段に向かう吸引力を前記二次空気供給通路に生じさせる吸引力付与手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気処理装置。
前記触媒の状態が暖機完了前の第１段階にあるときは前記吸引力付与手段による吸引力を利用して前記保持手段に前記排出物を吸引し、前記触媒の状態が暖機完了前でかつ前記第１段階よりも暖機が進んだ第２段階にあるときは前記二次空気供給通路を介して前記排気通路に二次空気を供給することを特徴とする請求項１に記載の排気処理装置。
前記エアポンプを前記二次空気の供給時とは逆方向に回転させることにより当該エアポンプを前記吸引力付与手段として利用することを特徴とする請求項１又は２に記載の排気処理装置。
前記吸引力付与手段は、内燃機関の吸気通路に生じる負圧を前記保持手段に作用させて前記吸引力を生じさせることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気処理装置。
前記吸引力付与手段は、前記排出物を前記保持手段に吸引する際に前記吸気通路と前記保持手段とを通じさせて前記吸気通路の負圧を前記保持手段に作用させることを特徴とする請求項４に記載の排気処理装置。
前記吸引力付与手段は、内燃機関の停止時に前記吸気通路と前記保持手段とを通じさせて前記吸気通路の負圧を前記保持手段に蓄え、前記排出物を前記保持手段に吸引する際に前記二次空気供給通路と前記保持手段とを通じさせて前記吸気通路に蓄えられた負圧を前記保持手段に作用させることを特徴とする請求項４に記載の排気処理装置。
エアポンプから二次空気供給通路を介して排気通路中の触媒よりも上流側の位置に二次空気を供給可能な内燃機関の排気処理装置において、
前記排気通路から離されて前記二次空気供給通路に接続され、内燃機関からの排出物を保持可能な保持手段と、
前記エアポンプの回転方向を、前記二次空気供給通路に対して前記二次空気を供給する正方向と、前記保持手段に向かう吸引力を前記二次空気供給通路に生じさせる逆方向との間で切替制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気処理装置。
前記制御手段は、前記触媒の状態が暖機完了前の第１段階にあるときは前記エアポンプを前記逆方向に回転させ、前記触媒の状態が暖機完了前でかつ前記第１段階よりも暖機が進んだ第２段階にあるときは前記エアポンプを前記正方向に回転させることを特徴とする請求項７に記載の排気処理装置。
前記二次空気供給通路にはバイパス通路が併設され、そのバイパス通路には前記保持手段と、前記保持手段よりも前記エアポンプに近い側に位置して当該バイパス通路を開閉する第１の弁手段と、前記保持手段よりも前記エアポンプから遠い側に位置して前記保持手段へ流入する方向の流れを許容し、前記保持手段から流出する方向の流れを阻止する第２の弁手段とが設けられ、前記保持手段には、当該保持手段と前記二次空気供給通路以外の所定位置とを連絡する連絡手段がさらに取り付けられていることを特徴とする請求項７又は８に記載の排気処理装置。
前記連絡手段は、前記保持手段と内燃機関の吸気通路とを連絡するように設けられていることを特徴とする請求項９に記載の排気処理装置。
エアポンプから二次空気供給通路を介して排気通路中の触媒よりも上流側の位置に二次空気を供給可能な内燃機関の排気処理装置において、
前記排気通路から離され、前記二次空気供給通路と前記内燃機関の吸気通路とを結ぶ排気還流通路中に設けられ、内燃機関からの排出物を保持可能な保持手段と、
前記排気還流通路の前記二次空気供給通路と前記保持手段との間に設けられて当該排気還流通路を開閉する第１開閉弁と、
前記排気還流通路の前記保持手段と前記吸気通路との間に設けられて当該排気還流通路を開閉する第２開閉弁と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気処理装置。
前記触媒の状態が暖機完了前の第１段階にあるときは前記エアポンプを停止させるとともに前記第１開閉弁及び前記第２開閉弁を開いて前記吸気通路の負圧を前記保持手段及び前記二次空気供給通路に作用させ、前記触媒の状態が暖機完了前でかつ前記第１段階よりも暖機が進んだ第２段階にあるときは前記第１開閉弁及び第２開閉弁を閉じるとともに前記二次空気供給通路に二次空気が供給されるように前記エアポンプを回転させる制御手段を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の排気処理装置。
内燃機関の停止時に前記第１開閉弁を閉じ、前記第２開閉弁を開いて前記吸気通路の負圧を前記保持手段に取り込むとともに、その後に前記第２開閉弁を閉じて前記保持手段に負圧を蓄え、前記触媒の状態が暖機完了前の第１段階にあるときは前記エアポンプを停止させかつ前記第２開閉弁を閉じた状態で前記第１開閉弁を開いて前記保持手段に蓄えられた負圧を前記二次空気供給通路に作用させ、前記触媒の状態が暖機完了前でかつ前記第１段階よりも暖機が進んだ第２段階にあるときは前記第１開閉弁を閉じるとともに前記二次空気供給通路に二次空気が供給されるように前記エアポンプを回転させる制御手段を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の排気処理装置。
前記保持手段がＨＣ吸着材を含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の排気処理装置。
前記ＨＣ吸着材の加熱手段を備えることを特徴とする請求項１４に記載の排気処理装置。
前記加熱手段として前記触媒を利用することを特徴とする請求項１５に記載の排気処理装置。
前記保持手段が前記排出物を蓄えるタンクを含むことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の排気処理装置。
前記保持手段が保持する排出物を二次空気に含めて前記排気通路に供給することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の排気処理装置。
前記保持手段が保持する排出物を吸気通路に供給することを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の排気処理装置。