(57)【要約】【課題】内燃機関の排気通路に配置された吸着材からＨＣ及びＮＯｘが流出する際に排気エミッションが悪化することを抑制する。【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関５０の排気通路に配置されると共に排気ガス中のＨＣ及びＮＯｘを吸着する吸着材２０と、排気通路において吸着材よりも排気流れ方向下流側に配置されると共にＨＣ及びＮＯｘを浄化する触媒２４と、内燃機関の機関本体から排気通路に排出される排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御部３１と、吸着材の温度を算出する温度算出部３２とを備える。吸着材においてＨＣの脱離温度がＮＯｘの脱離温度よりも高く、空燃比制御部は、吸着材の温度がＮＯｘの脱離温度近傍にあるときに空燃比を理論空燃比にし、その後、吸着材の温度がＨＣの脱離温度近傍に達したときに空燃比を理論空燃比よりもリーンにする。【選択図】図３
2020029841.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置されると共に排気ガス中のＨＣ及びＮＯｘを吸着する吸着材と、
前記排気通路において前記吸着材よりも排気流れ方向下流側に配置されると共にＨＣ及びＮＯｘを浄化する触媒と、
前記内燃機関の機関本体から前記排気通路に排出される排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御部と、
前記吸着材の温度を算出する温度算出部と
を備え、
前記吸着材においてＨＣの脱離温度がＮＯｘの脱離温度よりも高く、
前記空燃比制御部は、前記吸着材の温度が前記ＮＯｘの脱離温度近傍にあるときに前記空燃比を理論空燃比にし、その後、前記吸着材の温度が前記ＨＣの脱離温度近傍に達したときに前記空燃比を理論空燃比よりもリーンにする、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に配置されると共に排気ガス中のＨＣ及びＮＯｘを吸着する吸着材と、
前記排気通路において前記吸着材よりも排気流れ方向下流側に配置されると共にＨＣ及びＮＯｘを浄化する触媒と、
前記内燃機関の機関本体から前記排気通路に排出される排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御部と、
前記吸着材の温度を算出する温度算出部と
を備え、
前記吸着材においてＮＯｘの脱離温度がＨＣの脱離温度よりも高く、
前記空燃比制御部は、前記吸着材の温度が前記ＨＣの脱離温度近傍にあるときに前記空燃比を理論空燃比よりもリーンにし、その後、前記吸着材の温度が前記ＮＯｘの脱離温度近傍に達したときに前記空燃比を理論空燃比にする、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記空燃比制御部は、前記内燃機関の燃焼室への燃料供給を停止する燃料カット制御を実行することによって前記空燃比を理論空燃比よりもリーンにする、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記内燃機関が設けられた車両がハイブリッド車両であり、
当該内燃機関の排気浄化装置は、前記内燃機関を回転駆動可能な電動機を更に備え、
前記空燃比制御部は、前記電動機によって前記内燃機関を回転駆動させることによって前記空燃比を理論空燃比よりもリーンにする、請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記吸着材を加熱する吸着材加熱装置と、
前記吸着材加熱装置を制御する吸着材加熱部と
を更に備え、
前記吸着材加熱部は、前記空燃比制御部が前記空燃比を理論空燃比よりもリーンにするとき、前記吸着材加熱装置によって前記吸着材の温度を前記ＨＣの脱離温度近傍に維持する、請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記内燃機関が設けられた車両がハイブリッド車両であり、
当該内燃機関の排気浄化装置は、前記内燃機関の負荷を制御する負荷制御部を更に備え、
前記負荷制御部は、前記空燃比制御部が前記空燃比を理論空燃比にするとき、前記吸着材の温度が前記ＮＯｘの脱離温度近傍に維持されるように前記負荷を制御する、請求項１から５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記吸着材を加熱する吸着材加熱装置と、
前記吸着材加熱装置を制御する吸着材加熱部と
を更に備え、
前記吸着材加熱部は、前記空燃比制御部が前記空燃比を理論空燃比にするとき、前記吸着材加熱装置によって前記吸着材の温度を前記ＮＯｘの脱離温度近傍に維持する、請求項１から６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記触媒を加熱する触媒加熱装置と、
前記触媒加熱装置を制御する触媒加熱部と
を更に備え、
前記触媒加熱部は、前記吸着材の温度が前記ＮＯｘの脱離温度近傍にあるときと、前記吸着材の温度が前記ＨＣの脱離温度近傍にあるときとに、前記触媒加熱装置によって前記触媒の温度を活性温度以上に維持する、請求項１から７のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
内燃機関の排気通路に配置されると共に排気ガス中のＨＣ及びＮＯｘを吸着する吸着材と、前記排気通路において前記吸着材よりも排気流れ方向下流側に配置されると共にＨＣ及びＮＯｘを浄化する触媒とを用いた排気浄化方法であって、
前記吸着材の温度が前記ＮＯｘの脱離温度近傍にあるときに、前記内燃機関の機関本体から前記排気通路に排出される排気ガスの空燃比を理論空燃比にすることと、
前記吸着材の温度が前記ＨＣの脱離温度近傍に達したときに前記空燃比を理論空燃比よりもリーンにすることと
を含み、
前記吸着材においてＨＣの脱離温度がＮＯｘの脱離温度よりも高い、排気浄化方法。
【請求項１０】
内燃機関の排気通路に配置されると共に排気ガス中のＨＣ及びＮＯｘを吸着する吸着材と、前記排気通路において前記吸着材よりも排気流れ方向下流側に配置されると共にＨＣ及びＮＯｘを浄化する触媒とを用いた排気浄化方法であって、
前記吸着材の温度が前記ＨＣの脱離温度近傍にあるときに、前記内燃機関の機関本体から前記排気通路に排出される排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリーンにすることと、
前記吸着材の温度が前記ＮＯｘの脱離温度近傍に達したときに前記空燃比を理論空燃比にすることと
を含み、
前記吸着材においてＮＯｘの脱離温度がＨＣの脱離温度よりも高い、排気浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、大気中に有害物質が排出されることを抑制すべく、排気ガス中の有害物質を浄化する触媒を内燃機関の排気通路に設けることが知られている。しかしながら、内燃機関の冷間始動時のような排気ガスの温度が低いときには、触媒が未活性となり、触媒の排気浄化性能が低下する。
【０００３】
これに対して、特許文献１に記載の内燃機関の排気浄化装置では、触媒が活性されていないときに排気ガス中のＨＣ及びＮＯｘを吸着する吸着材が内燃機関の排気通路に配置されている。また、斯かる排気浄化装置では、吸着材から脱離したＨＣ及びＮＯｘが触媒に同時に流入しないように、ＨＣ及びＮＯｘの脱離タイミングが異なるように吸着材が構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−００７９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＨＣとＮＯｘとでは、触媒において浄化性能を高めるための条件が異なる。このため、ＨＣ及びＮＯｘが異なるタイミングで脱離されたとしても、ＨＣ及びＮＯｘが触媒において適切に浄化されないおそれがある。例えば、ＨＣを効果的に浄化すべく空燃比をリーンに設定しているときにＮＯｘが触媒に流入すると、ＮＯｘが浄化されずに触媒から流出する。
【０００６】
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、内燃機関の排気通路に配置された吸着材からＨＣ及びＮＯｘが流出する際に排気エミッションが悪化することを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の要旨は以下のとおりである。
【０００８】
（１）内燃機関の排気通路に配置されると共に排気ガス中のＨＣ及びＮＯｘを吸着する吸着材と、前記排気通路において前記吸着材よりも排気流れ方向下流側に配置されると共にＨＣ及びＮＯｘを浄化する触媒と、前記内燃機関の機関本体から前記排気通路に排出される排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御部と、前記吸着材の温度を算出する温度算出部とを備え、前記吸着材においてＨＣの脱離温度がＮＯｘの脱離温度よりも高く、前記空燃比制御部は、前記吸着材の温度が前記ＮＯｘの脱離温度近傍にあるときに前記空燃比を理論空燃比にし、その後、前記吸着材の温度が前記ＨＣの脱離温度近傍に達したときに前記空燃比を理論空燃比よりもリーンにする、内燃機関の排気浄化装置。
【０００９】
（２）内燃機関の排気通路に配置されると共に排気ガス中のＨＣ及びＮＯｘを吸着する吸着材と、前記排気通路において前記吸着材よりも排気流れ方向下流側に配置されると共にＨＣ及びＮＯｘを浄化する触媒と、前記内燃機関の機関本体から前記排気通路に排出される排気ガスの空燃比を制御する空燃比制御部と、前記吸着材の温度を算出する温度算出部とを備え、前記吸着材においてＮＯｘの脱離温度がＨＣの脱離温度よりも高く、前記空燃比制御部は、前記吸着材の温度が前記ＨＣの脱離温度近傍にあるときに前記空燃比を理論空燃比よりもリーンにし、その後、前記吸着材の温度が前記ＮＯｘの脱離温度近傍に達したときに前記空燃比を理論空燃比にする、内燃機関の排気浄化装置。
【００１０】
（３）前記空燃比制御部は、前記内燃機関の燃焼室への燃料供給を停止する燃料カット制御を実行することによって前記空燃比を理論空燃比よりもリーンにする、上記（１）又は（２）に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１１】
（４）前記内燃機関が設けられた車両がハイブリッド車両であり、当該内燃機関の排気浄化装置は、前記内燃機関を回転駆動可能な電動機を更に備え、前記空燃比制御部は、前記電動機によって前記内燃機関を回転駆動させることによって前記空燃比を理論空燃比よりもリーンにする、上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１２】
（５）前記吸着材を加熱する吸着材加熱装置と、前記吸着材加熱装置を制御する吸着材加熱部とを更に備え、前記吸着材加熱部は、前記空燃比制御部が前記空燃比を理論空燃比よりもリーンにするとき、前記吸着材加熱装置によって前記吸着材の温度を前記ＨＣの脱離温度近傍に維持する、上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１３】
（６）前記内燃機関が設けられた車両がハイブリッド車両であり、当該内燃機関の排気浄化装置は、前記内燃機関の負荷を制御する負荷制御部を更に備え、前記負荷制御部は、前記空燃比制御部が前記空燃比を理論空燃比にするとき、前記吸着材の温度が前記ＮＯｘの脱離温度近傍に維持されるように前記負荷を制御する、上記（１）から（５）のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１４】
（７）前記吸着材を加熱する吸着材加熱装置と、前記吸着材加熱装置を制御する吸着材加熱部とを更に備え、前記吸着材加熱部は、前記空燃比制御部が前記空燃比を理論空燃比にするとき、前記吸着材加熱装置によって前記吸着材の温度を前記ＮＯｘの脱離温度近傍に維持する、上記（１）から（６）のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１５】
（８）前記触媒を加熱する触媒加熱装置と、前記触媒加熱装置を制御する触媒加熱部とを更に備え、前記触媒加熱部は、前記吸着材の温度が前記ＮＯｘの脱離温度近傍にあるときと、前記吸着材の温度が前記ＨＣの脱離温度近傍にあるときとに、前記触媒加熱装置によって前記触媒の温度を活性温度以上に維持する、上記（１）から（７）のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１６】
（９）内燃機関の排気通路に配置されると共に排気ガス中のＨＣ及びＮＯｘを吸着する吸着材と、前記排気通路において前記吸着材よりも排気流れ方向下流側に配置されると共にＨＣ及びＮＯｘを浄化する触媒とを用いた排気浄化方法であって、前記吸着材の温度が前記ＮＯｘの脱離温度近傍にあるときに前記空燃比を理論空燃比にすることと、前記吸着材の温度が前記ＨＣの脱離温度近傍に達したときに前記空燃比を理論空燃比よりもリーンにすることとを含み、前記吸着材においてＨＣの脱離温度がＮＯｘの脱離温度よりも高い、排気浄化方法。
【００１７】
（１０）内燃機関の排気通路に配置されると共に排気ガス中のＨＣ及びＮＯｘを吸着する吸着材と、前記排気通路において前記吸着材よりも排気流れ方向下流側に配置されると共にＨＣ及びＮＯｘを浄化する触媒とを用いた排気浄化方法であって、前記吸着材の温度が前記ＨＣの脱離温度近傍にあるときに前記空燃比を理論空燃比よりもリーンにすることと、前記吸着材の温度が前記ＮＯｘの脱離温度近傍に達したときに前記空燃比を理論空燃比にすることとを含み、前記吸着材においてＮＯｘの脱離温度がＨＣの脱離温度よりも高い、排気浄化方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、内燃機関の排気通路に配置された吸着材からＨＣ及びＮＯｘが流出する際に排気エミッションが悪化することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が用いられる内燃機関を概略的に示す図である。
【図２】図２は、三元触媒の浄化特性を示す。
【図３】図３は、第一実施形態における制御が実行されるときの触媒下流の排気ガス中のＨＣ及びＮＯｘ濃度等のタイムチャートである。
【図４】図４は、比較例における制御が実行されるときの触媒下流の排気ガス中のＨＣ及びＮＯｘ濃度等のタイムチャートである。
【図５】図５は、第一実施形態における空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の第二実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が用いられる内燃機関の排気通路を概略的に示す図である。
【図７】図７は、本発明の第二実施形態におけるＥＣＵの構成を概略的に示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、第二実施形態における空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８Ｂ】図８Ｂは、第二実施形態における空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の第三実施形態に係る内燃機関の制御装置が用いられる車両の構成を概略的に示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の第三実施形態におけるＥＣＵの構成を概略的に示す図である。
【図１１】図１１は、第四実施形態における制御が実行されるときの触媒下流の排気ガス中のＨＣ及びＮＯｘ濃度等のタイムチャートである。
【図１２】図１２は、比較例における制御が実行されるときの触媒下流の排気ガス中のＨＣ及びＮＯｘ濃度等のタイムチャートである。
【図１３】図１３は、第四実施形態における空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態における内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００２１】
＜第一実施形態＞
最初に図１〜図５を参照して、本発明の第一実施形態について説明する。
【００２２】
＜内燃機関全体の説明＞
図１は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が用いられる内燃機関５０を概略的に示す図である。図１に示される内燃機関５０は火花点火式内燃機関（例えばガソリンエンジン）である。内燃機関５０は車両に搭載される。
【００２３】
内燃機関５０は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド４とを含む機関本体１を備える。シリンダブロック２内には、シリンダブロック２に形成されたシリンダ内を往復動するピストン３が配置される。ピストン３とシリンダヘッド４との間には、混合気の燃焼が行われる燃焼室５が形成される。
【００２４】
シリンダヘッド４には吸気ポート７及び排気ポート９が形成され、吸気ポート７及び排気ポート９は燃焼室５に連通する。また、内燃機関は、シリンダヘッド４内に配置された吸気弁６及び排気弁８を備える。吸気弁６は吸気ポート７を開閉し、排気弁８は排気ポート９を開閉する。
【００２５】
また、内燃機関５０は、シリンダヘッド４の内壁面の中央部に配置された点火プラグ１０と、シリンダヘッド４の内壁面周辺部に配置された燃料噴射弁１１とを備える。点火プラグ１０は、点火信号に応じて火花を発生させるように構成される。また、燃料噴射弁１１は、噴射信号に応じて所定量の燃料を燃焼室５内に噴射する。本実施形態では、燃料として理論空燃比が１４．６であるガソリンが用いられる。
【００２６】
また、内燃機関５０は、吸気枝管１３、サージタンク１４、吸気管１５、エアクリーナ１６及びスロットル弁１８を備える。各気筒の吸気ポート７はそれぞれ対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージタンク１４は吸気管１５を介してエアクリーナ１６に連結される。吸気ポート７、吸気枝管１３、サージタンク１４、吸気管１５等は、空気を燃焼室５に導く吸気通路を形成する。スロットル弁１８は、サージタンク１４とエアクリーナ１６との間の吸気管１５内に配置され、スロットル弁駆動アクチュエータ１７によって駆動される。スロットル弁１８は、スロットル弁駆動アクチュエータ１７によって回動せしめられることで、吸気通路の開口面積を変更することができる。
【００２７】
また、内燃機関５０は、排気マニホルド１９、排気管２２、吸着材２０及び触媒２４を備える。各気筒の排気ポート９は排気マニホルド１９に連結される。排気マニホルド１９は、各排気ポート９に連結される複数の枝部と、これら枝部が集合した集合部とを有する。排気マニホルド１９の集合部は、吸着材２０を内蔵した上流側ケーシング２１に連結される。上流側ケーシング２１は、排気管２２を介して、触媒２４を内蔵した下流側ケーシング２３に連結される。排気ポート９、排気マニホルド１９、上流側ケーシング２１、排気管２２、下流側ケーシング２３等は、燃焼室５における混合気の燃焼によって生じた排気ガスを排出する排気通路を形成する。
【００２８】
内燃機関５０の各種制御は電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０によって実行される。ＥＣＵ３０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、ＲＯＭ及びＲＡＭのようなメモリ、入力ポート、出力ポート等を含むデジタルコンピュータである。ＥＣＵ３０は内燃機関５０の各種センサの出力等に基づいて内燃機関５０の各種アクチュエータを制御する。
【００２９】
吸気管１５には、吸気管１５内を流れる空気の流量を検出するエアフロメータ３９が配置される。エアフロメータ３９はＥＣＵ３０に電気的に接続され、エアフロメータ３９の出力はＥＣＵ３０に入力される。また、吸着材２０には、吸着材２０の温度を検出する吸着材温度センサ４０が配置される。吸着材温度センサ４０はＥＣＵ３０に電気的に接続され、吸着材温度センサ４０の出力はＥＣＵ３０に入力される。
【００３０】
また、アクセルペダル４２には、アクセルペダル４２の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４３が接続される。負荷センサ４３はＥＣＵ３０に電気的に接続され、負荷センサ４３の出力はＥＣＵ３０に入力される。ＥＣＵ３０は負荷センサ４３の出力に基づいて機関負荷を算出する。
【００３１】
また、内燃機関５０にはクランク角センサ４４が設けられ、クランク角センサ４４は例えばクランクシャフトが１５度回転する毎に出力パルスを発生する。クランク角センサ４４はＥＣＵ３０に電気的に接続され、クランク角センサ４４の出力はＥＣＵ３０に入力される。ＥＣＵ３０はクランク角センサ４４の出力に基づいて機関回転数を算出する。
【００３２】
また、ＥＣＵ３０は、点火プラグ１０、燃料噴射弁１１及びスロットル弁駆動アクチュエータ１７に電気的に接続され、これらを制御する。具体的には、ＥＣＵ３０は、点火プラグ１０の点火時期、燃料噴射弁１１の噴射時期及び噴射量及びスロットル弁１８の開度を制御する。
【００３３】
なお、上述した内燃機関は、ガソリンを燃料とする無過給内燃機関であるが、内燃機関の構成は、上記構成に限定されるものではない。したがって、気筒配列、燃料の噴射態様、吸排気系の構成、動弁機構の構成、過給器の有無のような内燃機関の具体的な構成は、図１に示した構成と異なっていてもよい。例えば、燃料噴射弁１１は、吸気ポート７内に燃料を噴射するように配置されてもよい。
【００３４】
＜内燃機関の排気浄化装置＞
以下、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置（以下、単に「排気浄化装置」という）について説明する。
【００３５】
排気浄化装置は、吸着材２０及び触媒２４を備える。吸着材２０は、排気通路に配置され、排気通路を流れる排気ガス中のＨＣ（炭化水素）及びＮＯｘ（窒素酸化物）を吸着する。吸着材２０は、例えばハニカム担体のセル壁に吸着材層が形成されたハニカム吸着体である。
【００３６】
吸着材２０は、内燃機関５０の冷間始動時のような排気ガスの温度が低いときに、ＨＣ及びＮＯｘを吸着し、ＨＣ及びＮＯｘが触媒２４に流入することを抑制する。このため、吸着材２０によってＨＣ及びＮＯｘを吸着することによって、排気ガスの温度が低いときに排気エミッションが悪化することを抑制することができる。
【００３７】
具体的には、吸着材２０は、吸着材２０の温度がＨＣの脱離温度未満であるときには、吸着材２０に流入する排気ガス中のＨＣを吸着する。一方、吸着材２０は、吸着材２０の温度がＨＣの脱離温度以上であるときには、吸着材２０に吸着したＨＣを脱離させる。なお、ＨＣの脱離温度とは、ＨＣの脱離速度が所定値以上となるときの温度である。
【００３８】
また、吸着材２０は、吸着材２０の温度がＮＯｘの脱離温度未満であるときには、吸着材２０に流入する排気ガス中のＮＯｘを吸着する。一方、吸着材２０は、吸着材２０の温度がＮＯｘの脱離温度以上であるときには、吸着材２０に吸着したＮＯｘを脱離させる。なお、ＮＯｘの脱離温度とは、ＮＯｘの脱離速度が所定値以上となるときの温度である。なお、ＨＣの脱離温度及びＮＯｘの脱離温度は予め実験的に取得される。
【００３９】
触媒２４は、排気通路において吸着材２０よりも排気流れ方向下流側に配置され、ＨＣ及びＮＯｘを浄化する。触媒２４は例えば三元触媒である。具体的には、触媒２４は、セラミックから成る担体に、触媒作用を有する貴金属（例えば、白金（Ｐｔ））及び酸素吸蔵能力を有する助触媒（例えば、セリア（ＣｅＯ2））を担持させたものである。
【００４０】
図２は、三元触媒の浄化特性を示す。図２に示されるように、触媒２４による未燃ガス（ＨＣ、ＣＯ）及びＮＯｘの浄化率は、触媒２４に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比近傍領域（図２における浄化ウィンドウＡ）にあるときに比較的高くなる。
【００４１】
また、触媒２４は助触媒によって排気ガスの空燃比に応じて酸素を吸蔵し又は放出する。具体的には、触媒２４は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときには、排気ガス中の過剰な酸素を吸蔵する。一方、触媒２４は、排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチであるときには、未燃ガスを酸化させるのに不足している酸素を放出する。この結果、排気ガスの空燃比が理論空燃比から若干ずれた場合であっても、触媒２４の表面上における空燃比が理論空燃比近傍に維持され、触媒２４において未燃ガス及びＮＯｘが効果的に浄化される。
【００４２】
また、排気浄化装置は空燃比制御部３１及び温度算出部３２を備える。本実施形態では、ＥＣＵ３０が空燃比制御部３１及び温度算出部３２として機能する。
【００４３】
空燃比制御部３１は、内燃機関５０の機関本体１から排出される排気ガスの空燃比、すなわち吸着材２０よりも排気流れ方向上流側の排気ガスの空燃比を制御する。具体的には、空燃比制御部３１は、燃料噴射弁１１の燃料噴射量を制御することによって排気ガスの空燃比を制御する。燃料噴射量ＦＡは目標空燃比ＴＡＦ及び吸入空気量ＩＡに基づいて下記式（１）によって算出される。吸入空気量ＩＡはエアフロメータ３９によって検出される。
ＦＡ＝ＩＡ／ＴＡＦ      …（１）
【００４４】
なお、空燃比制御部３１は、吸着材２０よりも排気流れ方向上流側の排気通路に配置された空燃比センサの出力に基づいて燃料噴射弁１１の燃料噴射量をフィードバック制御してもよい。この場合、空燃比制御部３１は、空燃比センサによって検出された空燃比が目標空燃比となるように燃料噴射弁１１の燃料噴射量を制御する。
【００４５】
温度算出部３２は吸着材２０の温度を算出する。例えば、温度算出部３２は吸着材温度センサ４０の出力に基づいて吸着材２０の温度を算出する。この場合、吸着材２０の温度が吸着材温度センサ４０によって検出される。なお、吸着材温度センサ４０は、吸着材２０よりも排気流れ方向上流側の排気通路に配置され、吸着材２０に流入する排気ガスの温度を検出してもよい。また、温度算出部３２は内燃機関５０の運転状態（吸入空気量等）に基づいて吸着材２０の温度を算出してもよい。この場合、吸着材温度センサ４０は省略されてもよい。
【００４６】
上述したように、吸着材２０の温度がＨＣの脱離温度以上であるときには、吸着材２０に吸着したＨＣが脱離する。一方、吸着材２０の温度がＮＯｘの脱離温度以上であるときには、吸着材２０に吸着したＮＯｘが脱離する。吸着材２０から脱離したＨＣ及びＮＯｘは排気ガスと共に触媒２４に流入する。
【００４７】
ところで、ＨＣとＮＯｘとでは、触媒２４において浄化性能を高めるための条件が異なる。具体的には、ＨＣが吸着材２０から脱離する場合には、排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリーンにし、排気ガス中の酸素をＨＣと共に触媒２４に供給することによって触媒２４においてＨＣを効果的に浄化することができる。一方、ＮＯｘが吸着材２０から脱離する場合には、排気ガスの空燃比を理論空燃比にすることによって、ＨＣの発生を抑制しつつ触媒２４においてＮＯｘを効果的に浄化することができる。
【００４８】
このため、排気エミッションの悪化を抑制するためには、吸着材２０から脱離する物質の種類に応じて、排気ガスの空燃比を適切に制御することが望ましい。本実施形態では、吸着材２０において、ＨＣの脱離温度がＮＯｘの脱離温度よりも高い。言い換えれば、吸着材２０は、ＨＣの脱離温度がＮＯｘの脱離温度よりも高くなるように構成されている。
【００４９】
このため、内燃機関５０が暖機されて排気ガスの温度が上昇するとき、ＮＯｘがＨＣよりも先に吸着材２０から脱離し、その後、ＨＣが吸着材２０から脱離する。ＮＯｘとＨＣとでは適切な浄化条件が異なるため、ＨＣが脱離する前にＮＯｘを浄化し、その後、ＨＣを浄化することが望ましい。
【００５０】
そこで、本実施形態では、空燃比制御部３１は、吸着材２０の温度がＮＯｘの脱離温度近傍にあるときに空燃比を理論空燃比（本実施形態では１４．６）にし、その後、吸着材２０の温度がＨＣの脱離温度近傍に達したときに空燃比を理論空燃比よりもリーンにする。このことによって、吸着材２０から脱離したＨＣ及びＮＯｘが適切なタイミングで効果的に浄化されるため、吸着材２０からＨＣ及びＮＯｘが流出する際に排気エミッションが悪化することを抑制することができる。
【００５１】
＜タイムチャートを用いた制御の説明＞
以下、図３を参照して、吸着材２０から脱離したＨＣ及びＮＯｘを浄化するための本実施形態における制御について具体的に説明する。図３は、第一実施形態における制御が実行されるときの触媒下流の排気ガス中のＨＣ及びＮＯｘ濃度、排気ガスの空燃比、吸着材へのＨＣ及びＮＯｘの吸着量、吸着材下流の排気ガス中のＨＣ及びＮＯｘ濃度、及び吸着材の温度のタイムチャートである。
【００５２】
触媒２４下流の排気ガス中のＨＣ及びＮＯｘ濃度のグラフでは、ＮＯｘ濃度が実線によって示され、ＨＣ濃度が一点鎖線によって示される。排気ガスの空燃比のグラフでは、吸着材２０よりも排気流れ方向上流側における排気ガスの空燃比（以下、「機関排出空燃比」という）が実線によって示され、触媒２４における排気ガスの空燃比（以下、「触媒空燃比」という）が一点鎖線によって示される。吸着材２０へのＮＯｘ及びＨＣの吸着量のグラフでは、ＮＯｘの吸着量が実線によって示され、ＨＣの吸着量が一点鎖線によって示される。吸着材２０下流の排気ガス中のＨＣ及びＮＯｘ濃度のグラフでは、ＮＯｘ濃度が実線によって示され、ＨＣ濃度が一点鎖線によって示される。
【００５３】
図示した例では、時刻ｔ１において、所定値以上のＮＯｘ及びＨＣが吸着材２０に吸着している。また、時刻ｔ１において、吸着材２０の温度はＮＯｘの脱離温度ＴＮＯｘ未満であり、吸着材２０からＮＯｘ及びＨＣは脱離していない。
【００５４】
図３の例では、吸着材２０から脱離したＨＣ及びＮＯｘの浄化を行わない通常制御において、排気ガスの目標空燃比が理論空燃比に設定されている。このため、時刻ｔ１において機関排出空燃比及び触媒空燃比は理論空燃比に維持されている。なお、排気ガスの目標空燃比が理論空燃比に設定されていたとしても、機関負荷の変動等によって排気ガスの空燃比が一時的に理論空燃比からずれ、排気通路にＨＣ及びＮＯｘが流出する。このため、吸着材２０の温度が低いときに通常制御が継続されると、吸着材２０へのＨＣ及びＮＯｘの吸着量が徐々に増加する。
【００５５】
時刻ｔ１の後、吸着材２０の温度が、徐々に上昇し、時刻ｔ２においてＮＯｘの脱離温度ＴＮＯｘ近傍に達する。このため、時刻ｔ２において、排気ガスの目標空燃比が理論空燃比に設定され、ＮＯｘ浄化制御が開始される。なお、図３の例では、通常制御における目標空燃比も理論空燃比であるため、目標空燃比が理論空燃比に維持される。
【００５６】
時刻ｔ２の後、吸着材２０からのＮＯｘの脱離によって、吸着材２０下流の排気ガス中のＮＯｘ濃度が高くなり、吸着材２０へのＮＯｘの吸着量が徐々に減少する。このとき、機関排出空燃比及び触媒空燃比が理論空燃比に維持されているため、ＮＯｘは、触媒２４において浄化され、触媒２４からほとんど流出しない。
【００５７】
図３の例では、時刻ｔ２の後、時刻ｔ３において、吸着材２０の温度がＨＣの脱離温度ＴＨＣ近傍に達している。このため、時刻ｔ３において、排気ガスの目標空燃比が理論空燃比よりもリーンに設定され、ＨＣ浄化制御が開始される。
【００５８】
時刻ｔ３の後、吸着材２０からのＨＣの脱離によって、吸着材２０下流の排気ガス中のＨＣ濃度が高くなり、吸着材２０へのＨＣの吸着量が徐々に減少する。このとき、機関排出空燃比及び触媒空燃比は理論空燃比よりもリーンに維持され、吸着材２０から脱離したＨＣは排気ガス中の酸素と反応する。このため、ＨＣは、触媒２４において浄化され、触媒２４からほとんど流出しない。
【００５９】
なお、図３の例では、ＮＯｘ浄化制御とＨＣ浄化制御とが連続して実行されているが、ＮＯｘ浄化制御とＨＣ浄化制御との間に通常制御が実行されてもよい。
【００６０】
図４は、比較例における制御が実行されるときの図３と同様のタイムチャートである。比較例では、ＮＯｘ浄化制御とＨＣ浄化制御との順番が本実施形態と逆である。すなわち、吸着材２０の温度がＮＯｘの脱離温度ＴＮＯｘ近傍にあるときにＨＣ浄化制御が実行され、吸着材２０の温度がＨＣの脱離温度ＴＨＣ近傍にあるときにＮＯｘ浄化制御が実行される。
【００６１】
このため、時刻ｔ２の後、排気ガスの目標空燃比が理論空燃比よりもリーンに設定され、機関排出空燃比及び触媒空燃比が理論空燃比よりもリーンに維持される。この結果、吸着材２０から脱離したＮＯｘが、触媒２４において浄化されず、触媒２４から流出する。
【００６２】
また、時刻ｔ３の後、排気ガスの目標空燃比が理論空燃比に設定され、機関排出空燃比は理論空燃比に維持される。一方、吸着材２０から脱離したＨＣの影響によって触媒空燃比は理論空燃比よりもリッチとなる。この結果、触媒２４におけるＨＣの浄化性能が低下し、吸着材２０から脱離したＨＣの一部が、触媒２４において浄化されず、触媒２４から流出する。
【００６３】
したがって、本実施形態では、ＨＣの脱離温度ＴＨＣがＮＯｘの脱離温度ＴＮＯｘよりも高い場合に適切なタイミングでＮＯｘ浄化制御及びＨＣ浄化制御を実行することによって、比較例に比べてＮＯｘ及びＨＣの流出量を低減することができる。
【００６４】
＜空燃比制御＞
以下、図５のフローチャートを参照して、本実施形態においてＨＣ及びＮＯｘを浄化するための空燃比制御について説明する。図５は、第一実施形態における空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはＥＣＵ３０によって所定の実行間隔で繰り返し実行される。
【００６５】
最初に、ステップＳ１０１において、空燃比制御部３１は吸着材２０の温度を取得する。吸着材２０の温度は温度算出部３２によって算出される。
【００６６】
次いで、ステップＳ１０２において、空燃比制御部３１は、吸着材２０の温度がＮＯｘの脱離温度近傍にあるか否かを判定する。ＮＯｘの脱離温度近傍は、予め定められ、例えばＮＯｘの脱離温度との差が所定値以内の温度領域に設定される。また、ＮＯｘの脱離温度近傍は、ＮＯｘの脱離温度とＮＯｘの脱離温度よりも高い所定温度との間の温度領域に設定されてもよい。
【００６７】
ステップＳ１０２において吸着材２０の温度がＮＯｘの脱離温度近傍にないと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３では、空燃比制御部３１は、吸着材２０の温度がＨＣの脱離温度近傍にあるか否かを判定する。ＨＣの脱離温度近傍は、予め定められ、ＮＯｘの脱離温度近傍よりも高い。例えば、ＨＣの脱離温度近傍は、ＨＣの脱離温度との差が所定値以内の温度領域に設定される。また、ＨＣの脱離温度近傍は、ＨＣの脱離温度とＨＣの脱離温度よりも高い所定温度との間の温度領域に設定されてもよい。
【００６８】
ステップＳ１０３において吸着材２０の温度がＨＣの脱離温度近傍にないと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０４では、空燃比制御部３１は通常制御を実行する。具体的には、空燃比制御部３１は内燃機関５０の運転状態に応じて排気ガスの空燃比を所定空燃比（例えば理論空燃比）に制御する。すなわち、空燃比制御部３１は内燃機関５０の運転状態に応じて排気ガスの目標空燃比を所定空燃比に制御する。ステップＳ１０４の後、本制御ルーチンは終了する。
【００６９】
一方、ステップＳ１０２において吸着材２０の温度がＮＯｘの脱離温度近傍にあると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、空燃比制御部３１はＮＯｘ浄化制御を実行する。具体的には、空燃比制御部３１は排気ガスの空燃比を理論空燃比にする。すなわち、空燃比制御部３１は排気ガスの目標空燃比を理論空燃比に設定する。ステップＳ１０５の後、本制御ルーチンは終了する。
【００７０】
また、ステップＳ１０３において吸着材２０の温度がＨＣの脱離温度近傍にあると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では、空燃比制御部３１はＨＣ浄化制御を実行する。具体的には、空燃比制御部３１は排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリーンにする。すなわち、空燃比制御部３１は排気ガスの目標空燃比を理論空燃比よりもリーンに設定する。
【００７１】
例えば、空燃比制御部３１は、内燃機関５０の燃焼室５への燃料供給を停止する燃料カット制御を実行することによって排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリーンにする。燃料カット制御が実行されると、空気が機関本体１から排気通路に排出されて触媒２４に流入する。このため、ＮＯｘを排出することなく空気中の酸素によってＨＣを効果的に浄化することができる。
【００７２】
なお、燃料カット制御は、所定の実行条件が成立しているときに実行される。所定の実行条件は、例えば、アクセルペダル４２の踏込み量がゼロ又はほぼゼロ（すなわち、機関負荷がゼロ又はほぼゼロ）であり且つ機関回転数がアイドリング時の回転数よりも高い所定の回転数以上であるときに成立する。ステップＳ１０６において所定の実行条件が成立していないときには、空燃比制御部３１は、吸入空気量に対する燃料の量を少なくすることによって排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリーンにしてもよい。ステップＳ１０６の後、本制御ルーチンは終了する。
【００７３】
＜第二実施形態＞
第二実施形態における内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態における内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法と同様である。このため、以下、本発明の第二実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００７４】
図６は、本発明の第二実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が用いられる内燃機関の排気通路を概略的に示す図である。第二実施形態では、排気浄化装置は、吸着材２０を加熱する吸着材加熱装置２６と、触媒２４を加熱する触媒加熱装置２７とを更に備える。吸着材加熱装置２６は排気通路において吸着材２０よりも排気流れ方向上流側に配置される。触媒加熱装置２７は排気通路において吸着材２０と触媒２４との間に配置される。
【００７５】
なお、吸着材加熱装置２６は吸着材２０と一体であってもよい。例えば、吸着材加熱装置２６と吸着材２０とは同一のケーシングに収容されていてもよい。また、触媒加熱装置２７は触媒２４と一体であってもよい。例えば、触媒加熱装置２７と触媒２４とは同一のケーシングに収容されていてもよい。
【００７６】
また、吸着材２０には、吸着材２０の温度を検出する吸着材温度センサ４０が配置される。吸着材温度センサ４０はＥＣＵ３０に電気的に接続され、吸着材温度センサ４０の出力はＥＣＵ３０に入力される。また、触媒２４には、触媒２４の温度を検出する触媒温度センサ４１が配置される。触媒温度センサ４１はＥＣＵ３０に電気的に接続され、触媒温度センサ４１の出力はＥＣＵ３０に入力される。
【００７７】
なお、吸着材温度センサ４０は、吸着材加熱装置２６と吸着材２０との間の排気通路に配置され、吸着材２０に流入する排気ガスの温度を検出してもよい。また、触媒温度センサ４１は、触媒加熱装置２７と触媒２４との間の排気通路に配置され、触媒２４に流入する排気ガスの温度を検出してもよい。
【００７８】
図７は、本発明の第二実施形態におけるＥＣＵ３０’の構成を概略的に示す図である。排気浄化装置は、吸着材加熱装置２６を制御する吸着材加熱部３３と、触媒加熱装置２７を制御する触媒加熱部３４とを更に備える。第二実施形態では、ＥＣＵ３０’が、空燃比制御部３１、温度算出部３２、吸着材加熱部３３及び触媒加熱部３４として機能する。
【００７９】
吸着材加熱部３３は、吸着材２０の温度が所望の温度になるように吸着材加熱装置２６を制御する。吸着材加熱装置２６は例えば電気ヒータである。この場合、吸着材加熱部３３は吸着材加熱装置２６への通電量を制御する。なお、吸着材加熱装置２６はバーナであってもよい。この場合、吸着材加熱部３３は例えば吸着材加熱装置２６への空気供給量を制御する。
【００８０】
触媒加熱部３４は、触媒２４の温度が所望の温度になるように触媒加熱装置２７を制御する。触媒加熱装置２７は例えば電気ヒータである。この場合、触媒加熱部３４は触媒加熱装置２７への通電量を制御する。吸着材２０の温度と触媒２４の温度とは互いに独立して制御される。なお、触媒加熱装置２７はバーナであってもよい。この場合、触媒加熱部３４は例えば触媒加熱装置２７への空気供給量を制御する。
【００８１】
吸着材加熱部３３は、空燃比制御部３１がＮＯｘ浄化制御を実行するとき、吸着材加熱装置２６によって吸着材２０の温度をＮＯｘの脱離温度近傍に維持する。すなわち、吸着材加熱部３３は、空燃比制御部３１が空燃比を理論空燃比にするとき、吸着材加熱装置２６によって吸着材２０の温度をＮＯｘの脱離温度近傍に維持する。このことによって、所望のタイミングで吸着材２０からＮＯｘを脱離させてＮＯｘ浄化制御を実行することができる。また、ＮＯｘ浄化制御の実行中に吸着材２０の温度がＮＯｘの脱離温度近傍から外れることを抑制することができる。
【００８２】
吸着材加熱部３３は、空燃比制御部３１がＨＣ浄化制御を実行するとき、吸着材加熱装置２６によって吸着材２０の温度をＨＣの脱離温度近傍に維持する。すなわち、吸着材加熱部３３は、空燃比制御部３１が空燃比を理論空燃比よりもリーンにするとき、吸着材加熱装置２６によって吸着材２０の温度をＨＣの脱離温度近傍に維持する。このことによって、所望のタイミングで吸着材２０からＨＣを脱離させてＨＣ浄化制御を実行することができる。また、ＨＣ浄化制御の実行中に吸着材２０の温度がＨＣの脱離温度近傍から外れることを抑制することができる。このことは、燃料カット制御のように吸着材２０に低温の空気が供給されるときに特に有効である。
【００８３】
触媒加熱部３４は、吸着材２０の温度がＮＯｘの脱離温度近傍にあるときと、吸着材２０の温度がＨＣの脱離温度近傍にあるときとに、触媒加熱装置２７によって２４の温度を活性温度以上に維持する。このことによって、ＮＯｘ浄化制御又はＨＣ浄化制御の実行中に触媒２４が未活性になり、触媒２４の排気浄化性能が低下することを抑制することができる。
【００８４】
＜空燃比制御＞
図８Ａ及び図８Ｂは、第二実施形態における空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはＥＣＵ３０’によって繰り返し実行される。
【００８５】
最初に、ステップＳ２０１において、空燃比制御部３１は吸着材２０へのＮＯｘの吸着量と吸着材２０へのＨＣの吸着量とを算出する。例えば、空燃比制御部３１は、下記式（２）に示されるように、吸着速度ｖaから脱離速度ｖdを減算した値を時間積分することによって吸着量Ｍを算出する。
Ｍ＝∫(ｖa−ｖd)ｄｔ…（２）
【００８６】
例えば、空燃比制御部３１は、下記式（３）によって吸着速度ｖaを算出し、下記式（４）によって脱離速度ｖdを算出する。
ｖa＝Ａa・ｅｘｐ（−Ｅa／ＲＴ）・Ｐ・（１−θ）・φ…（３）
ｖd＝Ａd・ｅｘｐ（−Ｅd（１−Ｃ・θ）／ＲＴ）・θ・φ…（４）
【００８７】
ここで、Ｒは気体定数であり、Ａa及びＡdは頻度因子であり、Ｅa及びＥdは活性化エネルギーであり、φはサイト密度であり、Ｃは補正係数である。頻度因子Ａa、Ａd、活性化エネルギーＥa、Ｅd、サイト密度φ及び補正係数ＣはＨＣ及びＮＯｘのそれぞれについて実験等によって予め定められる。また、Ｔは、吸着材２０の温度であり、温度算出部３２によって算出される。また、θは、サイト吸着率（０〜１）であり、例えば現在の吸着量を最大吸着量で除算することによって算出される。
【００８８】
また、Ｐは、排気ガス中の被吸着物質（ＮＯｘ又はＨＣ）の濃度であり、ＮＯｘ濃度センサ、ＨＣ濃度センサ、空燃比センサ、計算式又はマップを用いて公知の手法によって算出される。ＮＯｘの吸着量が算出されるときには、ＮＯｘの吸着速度を算出するために排気ガス中のＮＯｘ濃度が上記式（３）のＰに代入される。一方、ＨＣの吸着量が算出されるときには、ＨＣの吸着速度を算出するために排気ガス中のＨＣ濃度が上記式（３）のＰに代入される。
【００８９】
なお、空燃比制御部３１は、予め作成されたマップを用いて、吸着材の温度Ｔ、サイト吸着率θ及び排気ガス中の被吸着物質の濃度Ｐに基づいて吸着速度ｖaを算出してもよい。同様に、空燃比制御部３１は、予め作成されたマップを用いて、吸着材の温度Ｔ及びサイト吸着率θに基づいて脱離速度ｖdを算出してもよい。
【００９０】
次いで、ステップＳ２０２において、空燃比制御部３１は、ＮＯｘの吸着量が第１ＮＯｘ基準量ＡＮ１以上であり又はＨＣの吸着量が第１ＨＣ基準量ＡＨ１以上であるか否かを判定する。第１ＮＯｘ基準量ＡＮ１は、予め定められ、吸着材２０におけるＮＯｘの最大吸着量未満の値に設定される。第１ＨＣ基準量ＡＨ１は、予め定められ、吸着材２０におけるＨＣの最大吸着量未満の値に設定される。
【００９１】
ステップＳ２０２においてＮＯｘの吸着量が第１ＮＯｘ基準量ＡＮ１未満であり且つＨＣの吸着量が第１ＨＣ基準量ＡＨ１未満であると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。一方、ステップＳ２０２においてＮＯｘの吸着量が第１ＮＯｘ基準量ＡＮ１以上であり又はＨＣの吸着量が第１ＨＣ基準量ＡＨ１以上であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０３に進む。
【００９２】
ステップＳ２０３では、空燃比制御部３１は、ＮＯｘの吸着量が第２ＮＯｘ基準量ＡＮ２以下であるか否かを判定する。第２ＮＯｘ基準量ＡＮ２は、予め定められ、第１ＮＯｘ基準量ＡＮ１未満の値に設定される。ステップＳ２０３においてＮＯｘの吸着量が第２ＮＯｘ基準量ＡＮ２よりも多いと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０４に進む。
【００９３】
ステップＳ２０４では、触媒加熱部３４は触媒加熱装置２７を制御することによって触媒２４の温度を活性温度以上にする。活性温度は予め定められる。具体的には、触媒加熱部３４は、触媒温度センサ４１によって検出された触媒２４の温度が活性温度以上になるように触媒加熱装置２７をフィードバック制御する。なお、触媒加熱部３４は、内燃機関５０の運転状態（吸入空気量等）、触媒加熱装置２７への通電量等に基づいて触媒２４の温度を算出し、算出した触媒２４の温度が活性温度以上になるように触媒加熱装置２７をフィードバック制御してもよい。この場合、触媒温度センサ４１は省略されてもよい。
【００９４】
次いで、ステップＳ２０５では、吸着材加熱部３３は吸着材加熱装置２６を制御することによって吸着材２０の温度をＮＯｘの脱離温度近傍にする。具体的には、吸着材加熱部３３は、温度算出部３２によって算出された吸着材２０の温度がＮＯｘの脱離温度近傍になるように吸着材加熱装置２６をフィードバック制御する。なお、温度算出部３２は、内燃機関５０の運転状態（吸入空気量等）、吸着材２０への通電量等に基づいて吸着材２０の温度を算出してもよい。この場合、吸着材温度センサ４０は省略されてもよい。
【００９５】
次いで、ステップＳ２０６において、空燃比制御部３１はＮＯｘ浄化制御を実行する。具体的には、空燃比制御部３１は排気ガスの空燃比を理論空燃比にする。
【００９６】
本制御ルーチンは、ステップＳ２０６の後、ステップＳ２０３に戻る。その後、ＮＯｘの吸着量が低下して第２ＮＯｘ基準量ＡＮ２に達するまで、ステップＳ２０３〜ステップＳ２０６が繰り返し実行される。なお、ＮＯｘの吸着量は上記式（２）によって更新される。
【００９７】
ステップＳ２０３においてＮＯｘの吸着量が第２ＮＯｘ基準量ＡＮ２以下であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０７では、空燃比制御部３１は、ＨＣの吸着量が第２ＨＣ基準量ＡＨ２以下であるか否かを判定する。第２ＨＣ基準量ＡＨ２は、予め定められ、第１ＨＣ基準量ＡＨ１未満の値に設定される。ステップＳ２０７においてＨＣの吸着量が第２ＨＣ基準量ＡＨ２よりも多いと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０８に進む。
【００９８】
ステップＳ２０８では、ステップＳ２０４と同様に、触媒加熱部３４は触媒加熱装置２７を制御することによって触媒２４の温度を活性温度以上にする。次いで、ステップＳ２０９では、吸着材加熱部３３は吸着材加熱装置２６を制御することによって吸着材２０の温度をＨＣの脱離温度近傍にする。具体的には、吸着材加熱部３３は、温度算出部３２によって算出された吸着材２０の温度がＨＣの脱離温度近傍になるように吸着材加熱装置２６をフィードバック制御する。
【００９９】
次いで、ステップＳ２１０において、空燃比制御部３１はＨＣ浄化制御を実行する。具体的には、空燃比制御部３１は排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリーンにする。例えば、空燃比制御部３１は、内燃機関５０の燃焼室５への燃料供給を停止する燃料カット制御を実行することによって空燃比を理論空燃比よりもリーンにする。
【０１００】
本制御ルーチンは、ステップＳ２１０の後、ステップＳ２０７に戻る。その後、ＨＣの吸着量が低下して第２ＨＣ基準量ＡＨ２に達するまで、ステップＳ２０７〜ステップＳ２１０が繰り返し実行される。なお、ＨＣの吸着量は上記式（２）によって更新される。ステップＳ２０７においてＨＣの吸着量が第２ＨＣ基準量ＡＨ２以下であると判定された場合、本制御ルーチンは終了する。
【０１０１】
本制御ルーチンでは、空燃比制御部３１は、吸着材２０へのＮＯｘの吸着量が第１ＮＯｘ基準量ＡＮ１以上であり又は吸着材２０へのＨＣの吸着量が第１ＨＣ基準量ＡＨ１以上である場合に、ＮＯｘ浄化制御及びＨＣ浄化制御を実行する。このことによって、吸着材２０がＮＯｘ又はＨＣによって飽和することを抑制しつつ、吸着材加熱装置２６の制御のための電力消費等を低減することができる。
【０１０２】
＜第三実施形態＞
第三実施形態における内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法は、以下に説明する点を除いて、基本的に第二実施形態における内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法と同様である。このため、以下、本発明の第三実施形態について、第二実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【０１０３】
図９は、本発明の第三実施形態に係る内燃機関の制御装置が用いられる車両の構成を概略的に示す図である。車両は、内燃機関５０、第１電動発電機６２、動力分割機構６４、第２電動発電機６６、パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）６８及びバッテリ７０を備える。
【０１０４】
車両では、内燃機関５０及び第２電動発電機６６によって走行用の動力が出力される。すなわち、第三実施形態では、内燃機関５０が設けられた車両がハイブリッド車両である。ハイブリッド車両の構成は公知であるため、以下、各部品の機能について簡単に説明する。
【０１０５】
内燃機関５０の出力軸（クランクシャフト）は動力分割機構６４に機械的に接続されており、内燃機関５０の出力は動力分割機構６４に入力される。第１電動発電機６２が発電機として機能するとき、内燃機関５０の出力が動力分割機構６４を介して第１電動発電機６２及び減速機７２に分配される。第１電動発電機６２に分配された内燃機関５０の出力を用いて第１電動発電機６２によって電力が発電される。一方、減速機７２に分配された内燃機関５０の出力は、走行用の動力として車軸７４を介して車輪７６に伝達される。
【０１０６】
第１電動発電機６２は動力分割機構６４を介して内燃機関５０の出力軸（クランクシャフト）に機械的に接続されている。第１電動発電機６２が電動機として機能するとき、バッテリ７０に蓄えられた電力がＰＣＵ６８を介して第１電動発電機６２に供給される。第１電動発電機６２の出力は動力分割機構６４を介して内燃機関５０の出力軸に供給される。この結果、燃焼室５において混合気の燃焼が実施されることなくクランクシャフトが回転し、いわゆるモータリングが実施される。したがって、第１電動発電機６２は内燃機関５０を回転駆動することができる。
【０１０７】
第２電動発電機６６が電動機として機能するときには、バッテリ７０に蓄えられた電力又は第１電動発電機６２によって発電された電力がＰＣＵ６８を介して第２電動発電機６６に供給され、第２電動発電機６６の出力が減速機７２に供給される。減速機７２に供給された第２電動発電機６６の出力は、走行用の動力として車軸７４を介して車輪７６に伝達される。
【０１０８】
一方、車両の減速時には、車輪７６の回転によって第２電動発電機６６が駆動され、第２電動発電機６６は発電機として機能する。第２電動発電機６６によって発電された回生電力はＰＣＵ６８を介してバッテリ７０に供給される。
【０１０９】
図１０は、本発明の第三実施形態におけるＥＣＵ３０”の構成を概略的に示す図である。排気浄化装置は第１電動発電機６２及び負荷制御部３５を更に備える。第三実施形態では、ＥＣＵ３０”が、空燃比制御部３１、温度算出部３２、吸着材加熱部３３、触媒加熱部３４及び負荷制御部３５として機能する。
【０１１０】
第三実施形態では、空燃比制御部３１は、ＨＣ浄化制御において、第１電動発電機６２によって内燃機関５０を回転駆動することによって排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリーンにする。第１電動発電機６２によって内燃機関５０が回転駆動されてモータリングが実施されると、排気通路には空気が供給される。このため、ＮＯｘを排出することなく空気中の酸素によってＨＣを効果的に浄化することができる。また、第２電動発電機６６によって走行用の動力が出力されるため、車両が走行中であってもモータリングによってＨＣを効果的に浄化することができる。さらに、車両の停止中にもモータリングによってＨＣを効果的に浄化することができる。
【０１１１】
負荷制御部３５は内燃機関５０の負荷（機関負荷）を制御する。例えば、負荷制御部３５はスロットル弁１８の開度を変更して吸入空気量を制御することによって機関負荷を制御する。機関負荷が高い場合、排気ガスの温度が上昇し、吸着材２０の温度が高くなる。この結果、ＮＯｘ浄化制御において吸着材２０の温度がＮＯｘの脱離温度近傍よりも高くなるおそれがある。また、第２電動発電機６６によって走行用の動力が出力されるため、車両の要求負荷に関わらず、機関負荷を制御することができる。
【０１１２】
そこで、第三実施形態では、負荷制御部３５は、空燃比制御部３１がＮＯｘ浄化制御において排気ガスの空燃比を理論空燃比にするとき、吸着材２０の温度がＮＯｘの脱離温度近傍に維持されるように負荷を制御する。このことによって、ＮＯｘの脱離を精度良く制御することができ、ひいてはＮＯｘを効果的に浄化することができる。
【０１１３】
＜空燃比制御＞
第三実施形態においても、第二実施形態と同様に図８Ａ及び図８Ｂの空燃比制御の制御ルーチンが実行される。第三実施形態では、ステップＳ２０５において、負荷制御部３５は、吸着材２０の温度がＮＯｘの脱離温度近傍に維持されるように機関負荷を制御する。具体的には、負荷制御部３５は、温度算出部３２によって算出された吸着材２０の温度がＮＯｘの脱離温度近傍になるように機関負荷をフィードバック制御する。
【０１１４】
なお、ステップＳ２０５において、吸着材２０の温度がＮＯｘの脱離温度近傍に維持されるように、負荷制御部３５が機関負荷を制御し、吸着材加熱部３３が吸着材加熱装置２６を制御してもよい。
【０１１５】
また、ステップＳ２１０において、空燃比制御部３１は、第１電動発電機６２によって内燃機関５０を回転駆動することによって排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリーンにする。なお、所定の条件が成立しているときには、第１電動発電機６２を用いることなく車軸７４の回転力による燃料カット制御によって排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリーンにしてもよい。このことによって、モータリングによる電力消費を抑制することができる。
【０１１６】
なお、第１電動発電機６２は、発電機としては機能しない電動機であってもよい。また、第２電動発電機６６は、発電機としては機能しない電動機であってもよい。また、内燃機関の排気浄化装置が用いられる車両は、外部電源によってバッテリ７０を充電可能なプラグインハイブリッド車両であってもよい。
【０１１７】
図９に示した車両はいわゆるシリーズパラレル式のハイブリッド車両である。しかしながら、内燃機関の排気浄化装置が用いられる車両は、いわゆるシリーズ式、パラレル式等の他の種類のハイブリッド車両であってもよい。
【０１１８】
＜第四実施形態＞
第四実施形態における内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態における内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法と同様である。このため、以下、本発明の第四実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【０１１９】
第四実施形態では、吸着材２０において、ＮＯｘの脱離温度がＨＣの脱離温度よりも高い。言い換えれば、吸着材２０は、ＮＯｘの脱離温度がＨＣの脱離温度よりも高くなるように構成されている。
【０１２０】
このため、内燃機関５０が暖機されて排気ガスの温度が上昇するとき、ＨＣがＮＯｘよりも先に吸着材２０から脱離し、その後、ＮＯｘが吸着材２０から脱離する。ＮＯｘとＨＣとでは適切な浄化条件が異なるため、ＮＯｘが脱離する前にＨＣを浄化し、その後、ＮＯｘを浄化することが望ましい。
【０１２１】
そこで、本実施形態では、空燃比制御部３１は、吸着材２０の温度がＨＣの脱離温度近傍にあるときに空燃比を理論空燃比よりもリーンにし、その後、吸着材２０の温度がＮＯｘの脱離温度近傍に達したときに空燃比を理論空燃比にする。このことによって、吸着材２０から脱離したＨＣ及びＮＯｘが適切なタイミングで効果的に浄化されるため、吸着材２０からＨＣ及びＮＯｘが流出する際に排気エミッションが悪化することを抑制することができる。
【０１２２】
＜タイムチャートを用いた制御の説明＞
以下、図１１を参照して、吸着材２０から脱離したＨＣ及びＮＯｘを浄化するための第四実施形態における制御について具体的に説明する。図１１は、第四実施形態における制御が実行されるときの触媒下流の排気ガス中のＨＣ及びＮＯｘ濃度、排気ガスの空燃比、吸着材へのＨＣ及びＮＯｘの吸着量、吸着材下流の排気ガス中のＨＣ及びＮＯｘ濃度、及び吸着材の温度のタイムチャートである。
【０１２３】
触媒２４下流の排気ガス中のＨＣ及びＮＯｘ濃度のグラフでは、ＨＣ濃度が実線によって示され、ＮＯｘ濃度が一点鎖線によって示される。排気ガスの空燃比のグラフでは、機関排出空燃比が実線によって示され、触媒空燃比が一点鎖線によって示される。吸着材２０へのＮＯｘ及びＨＣの吸着量のグラフでは、ＨＣの吸着量が実線によって示され、ＮＯｘの吸着量が一点鎖線によって示される。吸着材２０下流の排気ガス中のＨＣ及びＮＯｘ濃度のグラフでは、ＨＣ濃度が実線によって示され、ＮＯｘ濃度が一点鎖線によって示される。
【０１２４】
図示した例では、時刻ｔ１において、所定値以上のＮＯｘ及びＨＣが吸着材２０に吸着している。また、時刻ｔ１において、吸着材２０の温度はＨＣの脱離温度ＴＨＣ未満であり、吸着材２０からＮＯｘ及びＨＣは脱離していない。
【０１２５】
図１１の例では、吸着材２０から脱離したＨＣ及びＮＯｘの浄化を行わない通常制御において、排気ガスの目標空燃比が理論空燃比に設定されている。このため、時刻ｔ１において機関排出空燃比及び触媒空燃比は理論空燃比に維持されている。
【０１２６】
時刻ｔ１の後、吸着材２０の温度が、徐々に上昇し、時刻ｔ２においてＨＣの脱離温度ＴＨＣ近傍に達する。このため、時刻ｔ２において、排気ガスの目標空燃比が理論空燃比よりもリーンに設定され、ＨＣ浄化制御が開始される。
【０１２７】
時刻ｔ２の後、吸着材２０からのＨＣの脱離によって、吸着材２０下流の排気ガス中のＨＣ濃度が高くなり、吸着材２０へのＨＣの吸着量が徐々に減少する。このとき、機関排出空燃比及び触媒空燃比は理論空燃比よりもリーンに維持され、吸着材２０から脱離したＨＣは排気ガス中の酸素と反応する。このため、ＨＣは、触媒２４において浄化され、触媒２４からほとんど流出しない。
【０１２８】
図１１の例では、時刻ｔ２の後、時刻ｔ３において、吸着材２０の温度がＮＯｘの脱離温度ＴＮＯｘ近傍に達している。このため、時刻ｔ３において、排気ガスの目標空燃比が理論空燃比に設定され、ＮＯｘ浄化制御が開始される。
【０１２９】
時刻ｔ３の後、吸着材２０からのＮＯｘの脱離によって、吸着材２０下流の排気ガス中のＮＯｘ濃度が高くなり、吸着材２０へのＮＯｘの吸着量が徐々に減少する。このとき、機関排出空燃比及び触媒空燃比が理論空燃比に維持されているため、ＮＯｘは、触媒２４において浄化され、触媒２４からほとんど流出しない。
【０１３０】
なお、図１１の例では、ＨＣ浄化制御とＮＯｘ浄化制御とが連続して実行されているが、ＨＣ浄化制御とＮＯｘ浄化制御との間に通常制御が実行されてもよい。
【０１３１】
図１２は、比較例における制御が実行されるときの図１１と同様のタイムチャートである。比較例では、ＨＣ浄化制御とＮＯｘ浄化制御との順番が本実施形態と逆である。すなわち、吸着材２０の温度がＨＣの脱離温度ＴＨＣ近傍にあるときにＮＯｘ浄化制御が実行され、吸着材２０の温度がＮＯｘの脱離温度ＴＮＯｘ近傍にあるときにＨＣ浄化制御が実行される。
【０１３２】
このため、時刻ｔ２の後、排気ガスの目標空燃比が理論空燃比に設定され、機関排出空燃比は理論空燃比に維持される。一方、吸着材２０から脱離したＨＣの影響によって触媒空燃比は理論空燃比よりもリッチとなる。この結果、触媒２４におけるＨＣの浄化性能が低下し、吸着材２０から脱離したＨＣの一部が、触媒２４において浄化されず、触媒２４から流出する。
【０１３３】
また、時刻ｔ３の後、排気ガスの目標空燃比が理論空燃比よりもリーンに設定され、機関排出空燃比及び触媒空燃比が理論空燃比よりもリーンに維持される。この結果、吸着材２０から脱離したＮＯｘが、触媒２４において浄化されず、触媒２４から流出する。
【０１３４】
したがって、本実施形態では、ＮＯｘの脱離温度ＴＮＯｘがＨＣの脱離温度ＴＨＣよりも高い場合に適切なタイミングでＨＣ浄化制御及びＮＯｘ浄化制御を実行することによって、比較例に比べてＮＯｘ及びＨＣの流出量を低減することができる。
【０１３５】
＜空燃比制御＞
図１３は、第四実施形態における空燃比制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはＥＣＵ３０によって所定の実行間隔で繰り返し実行される。
【０１３６】
本制御ルーチンは、ＨＣ浄化制御とＮＯｘ浄化制御との順番が逆であることを除いて、図５の空燃比制御の制御ルーチンと同様に実行される。すなわち、ステップＳ３０１がステップＳ１０１に対応し、ステップＳ３０２及びステップＳ３０５がステップＳ１０３及びステップＳ１０６に対応し、ステップＳ３０３及びステップＳ３０６がステップＳ１０２及びステップＳ１０５に対応し、ステップＳ３０４がステップＳ１０４に対応している。
【０１３７】
＜その他の実施形態＞
以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。例えば、排気ガスの空燃比が理論空燃比であるときにＮＯｘが効果的に浄化され且つ排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときにＨＣが効果的に浄化されれば、触媒２４は三元触媒以外の触媒であってもよい。例えば、触媒２４は酸化触媒及びＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ触媒）の組合せであってもよい。
【０１３８】
また、内燃機関５０はディーゼルエンジンであってもよい。また、吸着材２０は触媒２４と一体であってもよい。例えば、吸着材２０と触媒２４とは同一のケーシングに収容されていてもよい。
【０１３９】
また、上述した実施形態は、任意に組み合わせて実施可能である。例えば、第一実施形態及び第四実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が用いられる車両がハイブリッド車両であってもよい。この場合、図５のステップＳ１０６において、空燃比制御部３１は、第１電動発電機６２によって内燃機関５０を回転駆動することによって排気ガスの空燃比を理論空燃比よりもリーンにしてもよい。
【０１４０】
また、ＮＯｘの脱離温度がＨＣの脱離温度よりも高い吸着材２０を用いて第二実施形態及び第三実施形態が実施されてもよい。この場合、ＨＣ浄化制御がＮＯｘ浄化制御の前に実行される。すなわち、図８ＢのステップＳ２０７〜ステップＳ２１０が図８ＡのステップＳ２０３〜ステップＳ２０６の前に実行される。
【０１４１】
また、空燃比制御部３１は、排気通路に空気を供給する空気供給装置を用いて排気ガスの空燃比を制御してもよい。
【符号の説明】
【０１４２】
２０    吸着材
２４    触媒
３０    ＥＣＵ
３１    空燃比制御部
３２    温度算出部
【図１】
2020029841.tif 000003
【図２】
2020029841.tif 000004
【図３】
2020029841.tif 000005
【図４】
2020029841.tif 000006
【図５】
2020029841.tif 000007
【図６】
2020029841.tif 000008
【図７】
2020029841.tif 000009
【図８Ａ】
2020029841.tif 000010
【図８Ｂ】
2020029841.tif 000011
【図９】
2020029841.tif 000012
【図１０】
2020029841.tif 000013
【図１１】
2020029841.tif 000014
【図１２】
2020029841.tif 000015
【図１３】
2020029841.tif 000016