(57)【要約】【課題】排気浄化装置によるＮＯｘ又はＨＣの浄化性能を高める。【解決手段】排気浄化装置は、機関排気通路内に設けられた電気化学リアクタ４５と、電気化学リアクタをバイパスするバイパス通路と、電気化学リアクタ及びバイパス通路に流入する排気ガスの流量を制御する流量制御弁と、流量制御弁を制御する制御装置とを備える。電気化学リアクタは、ＮＯｘ又はＨＣを保持する保持材を備えると共に、通電されると保持材に保持されていたＮＯｘ又はＨＣを浄化するように構成される。制御装置は、電気化学リアクタの温度が保持材からＮＯｘ又はＨＣの離脱が開始される離脱開始温度未満に維持されるように、電気化学リアクタに流入する排気ガスの流量を制御すべく流量制御弁を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路内に設けられた電気化学リアクタと、該電気化学リアクタをバイパスするバイパス通路と、機関本体から排出された排気ガスが前記電気化学リアクタ及び前記バイパス通路に流入する流量を制御する流量制御弁と、該流量制御弁を制御する制御装置とを備えた、内燃機関の排気浄化装置であって、
前記電気化学リアクタは、ＮＯｘ又はＨＣを保持する保持材を備えると共に、通電されると前記保持材に保持されていたＮＯｘ又はＨＣを浄化するように構成され、
前記制御装置は、前記電気化学リアクタの温度が前記保持材からＮＯｘ又はＨＣの離脱が開始される離脱開始温度未満に維持されるように、前記電気化学リアクタに流入する排気ガスの流量を制御すべく前記流量制御弁を制御する、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記機関排気通路内には前記バイパス通路への分岐部よりも上流側において排気浄化触媒が設けられる、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記排気浄化触媒の温度がその活性温度以上であるときには、前記電気化学リアクタに排気ガスが流入しないように前記流量制御弁を制御する、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記排気浄化触媒の温度がその活性温度未満であるときには、前記電気化学リアクタに全ての排気ガスが流入するように前記流量制御弁を制御する、請求項２又は３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記排気浄化触媒及び前記電気化学リアクタは、前記内燃機関が冷間始動するときに、前記電気化学リアクタに全ての排気ガスが流入するように前記流量制御弁が制御されていても、前記電気化学リアクタの温度が離脱開始温度に到達するよりも前に前記排気浄化触媒の温度がその活性温度に到達するように構成される、請求項２〜４のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記内燃機関の冷間始動時に、前記電気化学リアクタに全ての排気ガスが流入するように前記流量制御弁を制御すると共に、前記電気化学リアクタの温度が前記離脱開始温度未満の所定の温度に到達すると、前記電気化学リアクタに排気ガスが流入しないように前記流量制御弁を制御する、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７】
前記電気化学リアクタへの通電を制御する通電制御部を更に備え、
前記通電制御部は、前記電気化学リアクタに排気ガスが流入するように前記流量制御弁が制御されている場合には前記電気化学リアクタへの通電を行うと共に、前記電気化学リアクタに排気ガスが流入しないように前記流量制御弁が制御されている場合には、前記保持材にＮＯｘ又はＨＣが保持されていることが推定されているときに、前記電気化学リアクタへの通電を行う、請求項１〜６のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記バイパス通路の分岐部と合流部との間に設けられて前記電気化学リアクタを間に備える循環通路を更に備え、
前記循環通路は、前記流量制御弁が前記電気化学リアクタに排気ガスが流入しないように制御されているときには、前記循環通路内で排気ガスが循環するように構成される、請求項１〜７のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記循環通路には、前記循環通路内で排気ガスを循環させる循環ポンプが設けられる、請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記循環通路は、前記バイパス通路に相対的に近い第一通路と、前記バイパス通路から相対的に遠い第二通路とを備え、前記第一通路及び前記第二通路は互いに対して鉛直方向にずれて配置される、請求項８又は９に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、イオン伝導性の固体電解質層と、固体電解質層の表面上に配置されたアノード層及びカソード層とを備える電気化学リアクタが排気通路内に設けられた内燃機関の排気浄化装置が知られている（例えば、特許文献１）。斯かる電気化学リアクタでは、アノード層から固体電解質層を介してカソード層に流れるように電気化学リアクタに電流を供給すると、カソード層上にてＮＯｘがＮ2に還元され、浄化される。
【０００３】
特に、特許文献１の排気浄化装置では、ＮＯｘを保持することができるようにカソード層が構成されている。これにより、カソード層においてＮＯｘの化学反応を妨害する酸素が過剰に存在する場合であっっても、カソード層にはＮＯｘが選択的に保持され、よってＮＯｘを効率的に浄化することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１１０２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ＮＯｘを保持する保持材は、その温度が比較的低いときには排気ガス中のＮＯｘを保持するが、その温度が離脱開始温度以上に高くなると保持されているＮＯｘを放出する。このため、例えば、内燃機関の冷間始動直後で電気化学リアクタの温度が低い間は、保持材にＮＯｘを保持させて電気化学リアクタによりＮＯｘを浄化することができる。しかしながら、電気化学リアクタの温度が離脱開始温度以上になると、電気化学リアクタに通電することによってＮＯｘを浄化する前に、保持材からＮＯｘが離脱してしまい、ＮＯｘを十分に浄化することができない。また、電気化学リアクタにＨＣを保持する保持材を設けた場合にも同じことが言える。
【０００６】
上記課題に鑑みて、本開示の目的は、保持材に保持されたＮＯｘ又はＨＣが浄化されずに離脱するのを抑制して、排気浄化装置によるＮＯｘ又はＨＣの浄化性能を高めることにある。
【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）機関排気通路内に設けられた電気化学リアクタと、該電気化学リアクタをバイパスするバイパス通路と、機関本体から排出された排気ガスが前記電気化学リアクタ及び前記バイパス通路に流入する流量を制御する流量制御弁と、該流量制御弁を制御する制御装置とを備えた、内燃機関の排気浄化装置であって、前記電気化学リアクタは、ＮＯｘ又はＨＣを保持する保持材を備えると共に、通電されると前記保持材に保持されていたＮＯｘ又はＨＣを浄化するように構成され、前記制御装置は、前記電気化学リアクタの温度が前記保持材からＮＯｘ又はＨＣの離脱が開始される離脱開始温度未満に維持されるように、前記電気化学リアクタに流入する排気ガスの流量を制御すべく前記流量制御弁を制御する、内燃機関の排気浄化装置。
【０００９】
（２）前記機関排気通路内には前記バイパス通路への分岐部よりも上流側において排気浄化触媒が設けられる、上記（１）に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１０】
（３）前記制御装置は、前記排気浄化触媒の温度がその活性温度以上であるときには、前記電気化学リアクタに排気ガスが流入しないように前記流量制御弁を制御する、上記（２）に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１１】
（４）前記制御装置は、前記排気浄化触媒の温度がその活性温度未満であるときには、前記電気化学リアクタに全ての排気ガスが流入するように前記流量制御弁を制御する、上記（２）又は（３）に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１２】
（５）前記排気浄化触媒及び前記電気化学リアクタは、前記内燃機関が冷間始動するときに、前記電気化学リアクタに全ての排気ガスが流入するように前記流量制御弁が制御されていても、前記電気化学リアクタの温度が離脱開始温度に到達するよりも前に前記排気浄化触媒の温度がその活性温度に到達するように構成される、上記（２）〜（４）のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１３】
（６）前記制御装置は、前記内燃機関の冷間始動時に、前記電気化学リアクタに全ての排気ガスが流入するように前記流量制御弁を制御すると共に、前記電気化学リアクタの温度が前記離脱開始温度未満の所定の温度に到達すると、前記電気化学リアクタに排気ガスが流入しないように前記流量制御弁を制御する、上記（１）又は（２）に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１４】
（７）前記電気化学リアクタへの通電を制御する通電制御部を更に備え、前記通電制御部は、前記電気化学リアクタに排気ガスが流入するように前記流量制御弁が制御されている場合には前記電気化学リアクタへの通電を行うと共に、前記電気化学リアクタに排気ガスが流入しないように前記流量制御弁が制御されている場合には、前記保持材にＮＯｘ又はＨＣが保持されていることが推定されているときに、前記電気化学リアクタへの通電を行う、上記（１）〜（６）のいずれか一つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１５】
（８）前記バイパス通路の分岐部と合流部との間に設けられて前記電気化学リアクタを間に備える循環通路を更に備え、前記循環通路は、前記流量制御弁が前記電気化学リアクタに排気ガスが流入しないように制御されているときには、前記循環通路内で排気ガスが循環するように構成される、上記（１）〜（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）前記循環通路には、前記循環通路内で排気ガスを循環させる循環ポンプが設けられる、上記（８）に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【００１７】
（１０）前記循環通路は、前記バイパス通路に相対的に近い第一通路と、前記バイパス通路から相対的に遠い第二通路とを備え、前記第一通路及び前記第二通路は互いに対して鉛直方向にずれて配置される、上記（８）又は（９）に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の効果】
【００１８】
本開示によれば、保持材に保持されたＮＯｘ又はＨＣが浄化されずに離脱するのが抑制され、よって排気浄化装置によるＮＯｘ又はＨＣの浄化性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、電気化学リアクタが搭載された内燃機関の概略的な構成図である。
【図２】図２は、電気化学リアクタの断面側面図である。
【図３】図３は、電気化学リアクタの隔壁の拡大断面図である。
【図４】図４は、電気化学リアクタの隔壁の拡大断面図である。
【図５】図５は、バイパス管が設けられていない内燃機関の冷間始動の際の、排気浄化触媒及びリアクタの温度等のタイムチャートである。
【図６】図６は、第一実施形態に係る排気浄化装置における内燃機関の冷間始動の際の、排気浄化触媒及びリアクタの温度等のタイムチャートである。
【図７】図７は、第一実施形態に係る排気浄化装置の制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】図８は、第二実施形態に係る排気浄化装置を備えた内燃機関の、図１と同様な概略的な構成図である。
【図９】図９は、第二実施形態に係る排気浄化装置における内燃機関の冷間始動の際の、排気浄化触媒及びリアクタの温度等の、図６と同様なタイムチャートである。
【図１０】図１０は、第二実施形態に係る排気浄化装置の制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、第二実施形態の変形例に係る排気浄化装置を搭載した内燃機関１の、図８と同様な概略的な構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して実施形態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＞
≪内燃機関全体の説明≫
まず、図１を参照して、第一実施形態に係る排気浄化装置を備えた内燃機関１の構成について説明する。図１は、内燃機関１の概略的な構成図である。図１に示したように、内燃機関１は、機関本体１０、燃料供給装置２０、吸気系３０、排気系４０及び制御装置５０を備える。
【００２２】
機関本体１０は、複数の気筒１１が形成されたシリンダブロックと、吸気ポート及び排気ポートが形成されたシリンダヘッドと、クランクケースとを備える。各気筒１１内にはピストンが配置されると共に、各気筒１１は吸気ポート及び排気ポートに連通している。
【００２３】
燃料供給装置２０は、燃料噴射弁２１、デリバリパイプ２２、燃料供給管２３、燃料ポンプ２４及び燃料タンク２５を備える。燃料噴射弁２１は、各気筒１１内に燃料を直接噴射するようにシリンダヘッドに配置されている。燃料ポンプ２４によって圧送された燃料は、燃料供給管２３を介してデリバリパイプ２２に供給され、燃料噴射弁２１から各気筒１１内に噴射される。
【００２４】
吸気系３０は、吸気マニホルド３１、吸気管３２、エアクリーナ３３、過給機５のコンプレッサ３４、インタークーラ３５、及びスロットル弁３６を備える。各気筒１１の吸気ポートは、吸気マニホルド３１及び吸気管３２を介してエアクリーナ３３に連通している。吸気管３２内には、吸気管３２内を流通する吸入空気を圧縮して吐出する過給機５のコンプレッサ３４と、コンプレッサ３４によって圧縮された空気を冷却するインタークーラ３５とが設けられている。スロットル弁３６は、スロットル弁駆動アクチュエータ３７によって開閉駆動される。吸気ポート、吸気マニホルド３１、吸気管３２は吸気通路を形成する。
【００２５】
排気系４０は、内燃機関１の排気浄化装置の一部を構成する。排気系４０は、排気マニホルド４１、排気管４２、過給機５のタービン４３、排気浄化触媒４４及び電気化学リアクタ（以下、単に「リアクタ」という）４５を備える。各気筒１１の排気ポートは、排気マニホルド４１及び排気管４２を介して排気浄化触媒４４に連通し、排気浄化触媒４４は排気管４２を介してリアクタ４５に連通している。排気浄化触媒４４は、例えば、三元触媒やＮＯｘ吸蔵還元触媒であり、一定の活性温度以上になるとＮＯｘや未燃ＨＣ等の排気ガス中の成分を浄化する。排気管４２内には、排気ガスのエネルギによって回転駆動せしめられる過給機５のタービン４３が設けられている。排気ポート、排気マニホルド４１、排気管４２、排気浄化触媒４４及びリアクタ４５は排気通路を形成する。なお、排気浄化触媒４４は、排気流れ方向においてリアクタ４５の下流側に設けられてもよい。
【００２６】
また、本実施形態では、排気系４０は、バイパス管４６と、流量制御弁４７とを備える。バイパス管４６は、リアクタ４５をバイパスするバイパス通路を画定する。したがって、バイパス管４６は、リアクタ４５よりも排気流れ方向上流側（以下、単に「上流側」という）において排気管４２から分岐すると共に、リアクタ４５よりも排気流れ方向下流側（以下、単に「下流側」という）において排気管４２に合流する。特に、本実施形態では、排気浄化触媒４４は、バイパス管４６の分岐部よりも上流側に設けられる。
【００２７】
流量制御弁４７は、本実施形態では、バイパス管４６の分岐部に設けられ、機関本体１０から排出されて排気浄化触媒４４を通って流れてきた排気ガスがリアクタ４５及びバイパス管４６に流入する流量を制御する。したがって、流量制御弁４７は、少なくとも、リアクタ４５のみに排気ガスが流入する状態（以下、「リアクタ流入状態」ともいう）、バイパス管４６のみに排気ガスが流入する状態（以下、「バイパス流入状態」ともいう）、及びリアクタ４５及びバイパス管４６の両方に排気ガスが流入する状態の間で変更可能に構成される。
【００２８】
なお、流量制御弁４７は、バイパス管４６の合流部等、バイパス管４６の分岐部以外の位置に設けられてもよい。また、流量制御弁４７は、排気ガスの流入先をリアクタ４５とバイパス管４６との間で切り換える切換弁であってもよい。
【００２９】
制御装置５０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５１及び各種センサを備える。ＥＣＵ５１は、デジタルコンピュータから構成され、双方向性バス５２を介して相互に接続されたメモリ５３、プロセッサ５５、入力ポート５６、及び出力ポート５７を備える。
【００３０】
吸気管３２には吸気管３２内を流れる吸気ガスの流量を検出する流量センサ（例えば、エアフロメータ）６１が設けられる。また、排気浄化触媒４４の上流側の排気管４２（又は排気マニホルド４１）には排気浄化触媒４４に流入する排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ６２が設けられる。また、排気浄化触媒４４には、排気浄化触媒４４の温度を検出する温度センサ６３が設けられる。さらに、リアクタ４５には、リアクタ４５の温度を検出する温度センサ６４が設けられる。これら流量センサ６１、空燃比センサ６２及び温度センサ６３、６４の出力は、対応するＡＤ変換器５８を介して入力ポート５６に入力される。
【００３１】
また、アクセルペダル６６の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ６７が接続され、負荷センサ６７の出力電圧は対応するＡＤ変換器５８を介して入力ポート５６に入力される。クランク角センサ６８は機関本体１０のクランクシャフトが例えば１０°回転する毎に出力パルスを発生する。この出力パルスは入力ポート５６に入力され、ＣＰＵ５５ではこの出力パルスに基づいて機関回転速度が算出される。
【００３２】
一方、ＥＣＵ５１の出力ポート５７は、対応する駆動回路５９を介して、内燃機関１の運転を制御する各アクチュエータに接続される。図１に示した例では、出力ポート５７は、燃料噴射弁２１、燃料ポンプ２４、スロットル弁駆動アクチュエータ３７及び流量制御弁４７に接続されている。ＥＣＵ５１は、制御信号を出力ポート５７から出力して、これらアクチュエータを制御する。
【００３３】
≪電気化学リアクタの説明≫
次に、図２及び図３を参照して、本実施形態に係るリアクタ４５の構成について説明する。図２は、リアクタ４５の断面側面図である。図２に示したように、リアクタ４５は、隔壁７１と、隔壁によって画定される通路７２とを備える。隔壁７１は、互いに平行に延びる複数の第１隔壁と、これら第１隔壁に対して垂直に且つ互いに平行に延びる複数の第２隔壁とを備える。通路７２は、これら第１隔壁及び第２隔壁によって画定され、互いに平行に延びる。リアクタ４５に流入した排気ガスは複数の通路７２を通って流れる。なお、隔壁７１は、互いに平行に延びる複数の隔壁のみから形成されて、これら複数の隔壁に対して垂直な隔壁は備えないように形成されてもよい。
【００３４】
図３は、リアクタ４５の隔壁７１の拡大断面図である。図３に示したように、リアクタ４５の隔壁７１は、固体電解質層７５と、固体電解質層７５の一方の表面上に配置されたアノード層７６と、アノード層７６が配置された表面とは反対側の固体電解質層７５の表面上に配置されたカソード層７７とを備える。これら固体電解質層７５、アノード層７６及びカソード層７７はセル７８を形成する。
【００３５】
固体電解質層７５は、プロトン伝導性を有する多孔質の固体電解質を含む。固体電解質としては、例えば、ペロブスカイト型金属酸化物ＭＭ’1-xＲxＯ3-α（Ｍ＝Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍ’＝Ｃｅ，Ｚｒ、Ｒ＝Ｙ、Ｙｂであり、例えば、ＳｒＺｒxＹｂ1-xＯ3-α、ＳｒＣｅＯ3、ＢａＣｅＯ3、ＣａＺｒＯ3、ＳｒＺｒＯ3など）、リン酸塩（例えば、ＳｉＯ2−Ｐ2Ｏ5系ガラスなど）、金属ドープＳｎxＩｎ1-xＰ2Ｏ7（例えば、ＳｎＰ2Ｏ7など）又はゼオライト（例えば、ＺＳＭ−５）が使用される。
【００３６】
アノード層７６及びカソード層７７は、共にＰｔ、Ｐｄ又はＲｈ等の貴金属を含む。また、アノード層７６は、水分子を保持可能（すなわち、吸着可能及び／又は吸収可能）な物質（水分子保持材）を含む。水分子を保持可能な物質としては、具体的には、ゼオライト、シリカゲル、活性アルミナ等が挙げられる。
【００３７】
一方、カソード層７７は、ＮＯｘを保持可能（すなわち、吸着可能及び／又は吸収可能）な物質（ＮＯｘ保持材）を含む。ＮＯｘを保持可能な物質としては、具体的には、Ｋ、Ｎａ等のアルカリ金属、Ｂａ等のアルカリ土類金属、Ｌａ等の希土類等が挙げられる。特に、ＮＯｘ保持材は、その温度が離脱開始温度（例えば、１５０℃）未満の低い温度であるときには排気ガス中のＮＯｘを保持する。一方、ＮＯｘ保持材では、その温度が離脱開始温度以上であるときには、ＮＯｘ保持材に保持されているＮＯｘがＮＯｘ保持材から離脱せしめられる。
【００３８】
また、内燃機関１は、電源装置８１、電流計８２及び電圧調整装置８３を備える。電源装置８１の正極はアノード層７６に接続され、電源装置８１の負極はカソード層７７に接続される。電圧調整装置８３は、アノード層７６とカソード層７７との間に印加される電圧を変化させることができるように構成される。また、電圧調整装置８３は、アノード層７６から固体電解質層７５を通ってカソード層７７に流れるようにリアクタ４５に供給される電流の大きさを変化させることができるように構成される。
【００３９】
電源装置８１は、電流計８２と直列に接続されている。また、電流計８２は、対応するＡＤ変換器５８を介して入力ポート５６に接続される。電圧調整装置８３は、対応する駆動回路５９を介してＥＣＵ５１の出力ポート５７に接続され、ＥＣＵ５１によって制御される。したがって、電圧調整装置８３及びＥＣＵ５１は、アノード層７６とカソード層７７との間に印加される電圧の大きさ（すなわち、リアクタ４５への通電）を制御する通電制御部として機能する。
【００４０】
このように構成されたリアクタ４５では、電源装置８１からアノード層７６及びカソード層７７に電流が流されると、アノード層７６及びカソード層７７ではそれぞれ下記式のような反応が生じる。
アノード側：  ２Ｈ2Ｏ→４Ｈ+＋Ｏ2＋４ｅ-
Ｈ2Ｏ→２Ｈ+＋Ｏ2-
カソード側：  ２ＮＯ＋４Ｈ+＋４ｅ-→Ｎ2＋２Ｈ2Ｏ
【００４１】
すなわち、アノード層７６では、アノード層７６に保持されている水分子が電気分解されて酸素及び酸素イオンとプロトンとが生成される。生成された酸素は排気ガス中に放出されると共に、生成されたプロトンは固体電解質層７５内をアノード層７６からカソード層７７へと移動する。カソード層７７では、カソード層７７に保持されているＮＯがプロトン及び電子と反応して窒素と水分子が生成される。
【００４２】
したがって、本実施形態によれば、リアクタ４５の電源装置８１からアノード層７６及びカソード層７７に電流を流すことにより（すなわち、リアクタ４５に通電することにより）、カソード層７７のＮＯｘ保持材に保持されているＮＯをＮ2に還元、浄化することができる。
【００４３】
また、アノード層７６では、排気ガス中に未燃ＨＣやＣＯ等が含まれる場合には、下記式のような反応により、酸素イオンがこれらＨＣやＣＯと反応して、二酸化炭素や水が生成される。なお、未燃ＨＣは、様々な成分を含むため、下記反応式中においてはＣmＨnとして表されている。したがって、本実施形態によれば、リアクタ４５の電源装置８１からアノード層７６及びカソード層７７に電流を流すことにより、排気ガス中のＨＣ及びＣＯを酸化、浄化することもできる。
ＣmＨn＋（２ｍ＋０．５ｎ）Ｏ2-→ｍＣＯ2＋０．５ｎＨ2Ｏ＋（４ｍ＋ｎ）ｅ-
ＣＯ＋Ｏ2-→ＣＯ2＋２ｅ-
【００４４】
また、アノード層７６は未燃ＨＣを保持可能（すなわち、吸着可能及び／又は吸収可能）な物質（ＨＣ保持材）を含んでもよい。ＨＣを保持可能な物質としては、具体的には、ゼオライト等が挙げられる。アノード層７６がＨＣを保持可能な物質を含む場合には、保持されているＨＣと酸素イオンが反応して浄化される。この場合、ＨＣ保持材は、その温度が離脱開始温度（例えば、１５０℃）未満の低い温度であるときには排気ガス中の未燃ＨＣを保持する。一方、ＨＣ保持材では、その温度が離脱開始温度以上であるときには、ＨＣ保持材に保持されている未燃ＨＣがＨＣ保持材から離脱せしめられる。
【００４５】
アノード層７６がＨＣ保持材を備える場合、リアクタ４５の電源装置８１からアノード層７６及びカソード層７７に電流を流すことにより（すなわち、リアクタ４５に通電することにより）、アノード層７６のＨＣ保持材に保持されているＨＣを水や二酸化炭素に酸化、浄化することができる。
【００４６】
なお、上記実施形態では、アノード層７６及びカソード層７７は固体電解質層７５の反対側の二つの表面上に配置されている。しかしながら、アノード層７６及びカソード層７７は、固体電解質層７５の同一の表面上に配置されてもよい。この場合、プロトンは、アノード層７６及びカソード層７７が配置された固体電解質層７５の表面近傍を移動することになる。
【００４７】
また、図４に示したように、アノード層７６は、電気伝導性を有する貴金属を含む導電層７６ａと、水分子やＨＣを保持可能な物質を含む水・ＨＣ保持層７６ｂとの二つの層を含んでもよい。この場合、固体電解質層７５の表面上に導電層７６ａが配置され、固体電解質層７５側とは反対側の導電層７６ａの表面上に水・ＨＣ保持層７６ｂが配置される。
【００４８】
同様に、カソード層７７は、電気伝導性を有する貴金属を含む導電層７７ａと、ＮＯｘを保持可能な物質を含むＮＯｘ保持層７７ｂとの二つの層を含んでもよい。この場合、固体電解質層７５の表面上に導電層７７ａが配置され、固体電解質層７５側とは反対側の導電層７７ａの表面上にＮＯｘ保持層７７ｂが配置される。
【００４９】
また、本実施形態では、リアクタ４５の固体電解質層７５は、プロトン伝導性の固体電解質を含んでいる。しかしながら、固体電解質層７５は、プロトン伝導性の固体電解質の代わりに、酸素イオン伝導性の固体電解質等、他のイオン伝導性の固体電解質を含むように構成されてもよい。
【００５０】
≪バイパス管が無い場合の排気ガス≫
ところで、本実施形態とは異なり、内燃機関がリアクタ４５をバイパスするバイパス管４６を備えていない場合について考える。この場合、排気浄化触媒４４から流出した全ての排気ガスはリアクタ４５に流入することになる。
【００５１】
図５は、バイパス管が設けられていない内燃機関の冷間始動の際の、排気浄化触媒４４及びリアクタ４５の温度、排気浄化触媒４４及びリアクタ４５からのＮＯｘの流出流量、リアクタ４５のＮＯｘ保持材におけるＮＯｘ保持量、並びにリアクタ４５への印加電圧のタイムチャートである。図中、実線は、排気浄化触媒４４の温度及び排気浄化触媒４４からのＮＯｘ流出流量を、破線は、リアクタ４５の温度及びリアクタ４５からのＮＯｘ流出流量をそれぞれ示す。また、Ｔａｃｔは排気浄化触媒４４の活性温度を示し、Ｔｄｅはリアクタ４５のＮＯｘ保持材の離脱開始温度を示す。
【００５２】
図５に示した例では、時刻ｔ１において内燃機関が冷間始動される。したがって、時刻ｔ１以前においては、排気浄化触媒４４及びリアクタ４５の温度はいずれも低い。その後、時刻ｔ１において内燃機関が始動されると、機関本体からＮＯｘを含んだ排気ガスが排出される。このとき、排気浄化触媒４４の温度は活性温度Ｔａｃｔ未満であるため、排気浄化触媒４４ではほとんど排気ガス中のＮＯｘが浄化されない。この結果、リアクタ４５にはＮＯｘを含む排気ガスが流入する。
【００５３】
また、図５に示した例では、時刻ｔ１において内燃機関の始動と同時にリアクタ４５への電圧印加が開始される。このため、時刻ｔ１以降においては、カソード層７７上でＮＯｘが浄化される。しかしながら、リアクタ４５におけるＮＯｘの浄化速度よりもリアクタ４５へのＮＯｘの流入速度の方が速いため、リアクタ４５のＮＯｘ保持材のＮＯｘ保持量が増加していく。その一方で、リアクタ４５に流入した排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ保持材に保持されるため、リアクタ４５から流出する排気ガス中にはＮＯｘはほとんど含まれていない。
【００５４】
その後、排気浄化触媒４４に高温の排気ガスが流入することにより、排気浄化触媒４４の温度が上昇する。排気浄化触媒４４の温度が徐々に上昇していくにつれて、排気浄化触媒４４におけるＮＯｘの浄化率が高くなる。時刻ｔ２において排気浄化触媒４４の温度がその活性温度Ｔａｃｔに到達すると、それ以降は排気浄化触媒４４からはＮＯｘがほとんど流出しなくなる。その結果、時刻ｔ２以降にはリアクタ４５へはほとんどＮＯｘが流入しない。一方で、時刻ｔ２以降もリアクタ４５への電圧印加が継続されるため、リアクタ４５のＮＯｘ保持材に保持されていたＮＯｘは徐々に浄化されていく。
【００５５】
ところが、排気浄化触媒４４の温度が高くなると、排気浄化触媒４４よりも下流側に配置されたリアクタ４５に流入する排気ガスの温度が上昇する。この結果、時刻ｔ２以降においては、リアクタ４５の温度も急激に上昇していき、遂には時刻ｔ３において離脱開始温度Ｔｄｅ以上となる。このため、時刻ｔ３以降は、リアクタ４５のＮＯｘ保持材に保持されているＮＯｘが離脱せしめられ、よってリアクタ４５からＮＯｘが流出してしまうことになる。
【００５６】
図５に示した例では、ＮＯｘについて説明したが、未燃ＨＣについても同様なことが言える。したがって、未燃ＨＣもリアクタ４５から流出してしまう可能性がある。
【００５７】
≪排気浄化装置の制御≫
そこで、本実施形態に係る排気浄化装置では、制御装置５０は、リアクタ４５の温度がＮＯｘ保持材又はＨＣ保持材（以下、これらをまとめて「保持材」ともいう）からＮＯｘ又はＨＣの離脱が開始される離脱開始温度未満に維持されるように、リアクタ４５に流入する排気ガスの流量を制御すべく流量制御弁４７を制御する。
【００５８】
図６は、本実施形態に係る排気浄化装置における内燃機関の冷間始動の際の、排気浄化触媒４４及びリアクタ４５の温度、排気浄化触媒４４及びリアクタ４５からのＮＯｘの流出流量、リアクタ４５のＮＯｘ保持材におけるＮＯｘ保持量、リアクタ４５への印加電圧、並びに流量制御弁４７の制御状態のタイムチャートである。
【００５９】
図６に示した例でも、図５に示した例と同様に、時刻ｔ１において内燃機関１が冷間始動される。時刻ｔ１において内燃機関１が始動されるときには、排気浄化触媒４４の温度がその活性温度未満の低い温度となっている。本実施形態では、排気浄化触媒４４の温度が活性温度未満の低い温度であるときには、流量制御弁４７がリアクタ流入状態に制御される。したがって、時刻ｔ１において内燃機関１が始動されると、排気浄化触媒４４の温度が低いため排気浄化触媒４４で排気ガス中のＮＯｘが浄化されず、リアクタ４５にＮＯｘを含む排気ガスが流入する。
【００６０】
また、本実施形態では、流量制御弁４７がリアクタ流入状態にある場合には、リアクタ４５への通電が行われる。したがって、図６に示した例でも、図５に示した例と同様に、時刻ｔ１において内燃機関の始動と同時にリアクタ４５への電圧印加が開始される。しかしながら、リアクタ４５へのＮＯｘの流入速度が速いため、時刻ｔ１以降、リアクタ４５のＮＯｘ保持材におけるＮＯｘ保持量は増加していく。その一方で、リアクタ４５に流入した排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ保持材に保持されるため、リアクタ４５から流出する排気ガス中にはＮＯｘはほとんど含まれていない。
【００６１】
その後、時刻ｔ１以降、排気浄化触媒４４の温度は上昇し、時刻ｔ２においてその活性温度Ｔａｃｔに到達する。本実施形態では、このときリアクタ４５の温度はその離脱開始温度Ｔｄｅ未満となっている。換言すると、本実施形態では、排気浄化触媒４４及びリアクタ４５は、内燃機関１が冷間始動するときに、リアクタ流入状態に流量制御弁４７が制御されていても、リアクタ４５の温度が離脱開始温度Ｔｄｅに到達するよりも前に排気浄化触媒４４の温度が活性温度Ｔａｃｔに到達するように構成される。具体的には、リアクタ４５は、例えば、排気浄化触媒４４から或る程度の距離をもって配置される。或いは、排気浄化触媒４４とリアクタ４５との間には別の排気浄化触媒が設けられてもよい。
【００６２】
時刻ｔ２において排気浄化触媒４４の温度がその活性温度Ｔａｃｔに到達すると、本実施形態では、リアクタ４５に排気ガスが流入しないように、すなわちバイパス流入状態に流量制御弁４７が制御される。排気浄化触媒４４の温度がその活性温度Ｔａｃｔ以上になっているため、排気浄化触媒４４から流出される排気ガス中にはＮＯｘがほとんど含まれていない。このため、排気ガスがリアクタ４５に流入しなくても、排気浄化装置から流出する排気ガス中にはＮＯｘがほとんど含まれていない。その後、排気浄化触媒４４の温度がその活性温度Ｔａｃｔ以上である限り、流量制御弁４７はリアクタ４５に排気ガスが流入しないようにバイパス流入状態に制御され続ける。
【００６３】
また、時刻ｔ２以降は、リアクタ４５には排気ガスが流入しないため、リアクタ４５の温度は上昇しなくなる。したがって、リアクタ４５の温度は、その離脱開始温度Ｔｄｅ未満に維持される。さらに、本実施形態では、流量制御弁４７がバイパス流入状態にある場合には、リアクタ４５のＮＯｘ保持材にＮＯｘが保持されていることが推定されているときには、リアクタ４５への通電が行われる。したがって、時刻ｔ２以降もリアクタ４５への電圧印加が継続されるため、リアクタ４５のＮＯｘ保持材に保持されているＮＯｘは徐々に減少していき、やがて時刻ｔ３においてほぼゼロとなる。本実施形態では、ＮＯｘ保持材のＮＯｘ保持量がほぼゼロになったことが推定されると、リアクタ４５への電圧印加が停止される。
【００６４】
本実施形態の排気浄化装置では、リアクタ４５の温度が離脱開始温度Ｔｄｅに到達する前に、流量制御弁４７がリアクタ流入状態からバイパス流入状態に切り換えられる。その結果、リアクタ４５の温度は離脱開始温度Ｔｄｅ未満に維持され、よってリアクタ４５のＮＯｘ保持材からＮＯｘが離脱することが抑制される。したがって、本実施形態の排気浄化装置によれば、ＮＯｘ保持材に保持されたＮＯｘが浄化されずに離脱するのを抑制して、排気浄化装置によるＮＯｘの浄化性能を高めることができる。
【００６５】
≪フローチャート≫
図７は、本実施形態に係る排気浄化装置の制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定の時間間隔毎に実行される。
【００６６】
まず、ステップＳ１１において、内燃機関１が運転中であるか否かが判定される。内燃機関１が運転中であるか否かの判定は、例えば、内燃機関１を搭載した車両のイグニッションスイッチがＯＮになっているか否か、または機関回転速度がゼロであるか否かに基づいて行われる。内燃機関１の始動前においては、ステップＳ１１において内燃機関１が運転中ではないと判定されて、制御ルーチンはステップＳ１２へと進む。ステップＳ１２では、リアクタ４５への電圧印加がＯＦＦにされて、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００６７】
その後、内燃機関１が始動されると、次の制御ルーチンでは、ステップＳ１１において内燃機関１が運転中であると判定され、制御ルーチンはステップＳ１３へと進む。ステップＳ１３では、排気浄化触媒４４の温度を検出する温度センサ６４の出力に基づいて、排気浄化触媒４４の温度が活性温度Ｔａｃｔ未満であるか否かが判定される。排気浄化触媒４４が十分に暖まっていなくてその温度が活性温度Ｔａｃｔ未満であると判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ１４へと進む。
【００６８】
ステップＳ１４では、流量制御弁４７がリアクタ流入状態に制御される。次いで、ステップＳ１５では、リアクタ４５への電圧印加がＯＮにされる。したがって、排気ガスはリアクタ４５に流入すると共に、リアクタ４５ではＮＯｘの浄化が行われる。
【００６９】
その後、排気浄化触媒４４の温度がその活性温度Ｔａｃｔ以上まで上昇すると、次の制御ルーチンは、ステップＳ１３からステップＳ１６へと進む。ステップＳ１６では、流量制御弁４７がバイパス流入状態に制御される。
【００７０】
次いで、ステップＳ１７では、リアクタ４５のＮＯｘ保持材におけるＮＯｘ保持量の推定値Ｑがほぼゼロにまで減少しているか否かが判定される。ＮＯｘ保持量は、例えば、流量制御弁４７がバイパス流入状態に切り換えられてからの経過時間に基づいて推定される。しかしながら、ＮＯｘ保持量は、他のパラメータに基づいて推定されてもよい。具体的には、リアクタ４５のＮＯｘ保持材の保持可能なＮＯｘの最大値、リアクタ４５への通電によって単位時間当たりに浄化されるＮＯｘ量、温度センサ６４によって検出されたリアクタ４５の温度等に基づいて推定されてもよい。
【００７１】
ステップＳ１７において、ＮＯｘ保持量の推定値Ｑがゼロではないと判定された場合には、ステップＳ１８へと進む。ステップＳ１８は、リアクタ４５への電圧印加がＯＮにされる。したがって、リアクタ４５では排気ガスが流入しない状態でＮＯｘ保持材に保持されているＮＯｘの浄化が行われる。一方、ステップＳ１７において、ＮＯｘ保持量の推定値Ｑがほぼゼロであると判定された場合には、ステップＳ１２へと進み、リアクタ４５への電圧印加がＯＦＦにされる。
【００７２】
≪変形例≫
なお、上記実施形態の制御はリアクタ４５のＮＯｘ保持材に保持されたＮＯｘを考慮して行われているが、斯かる制御は、ＮＯｘ保持材に保持されたＮＯｘに替えて又は斯かるＮＯｘに加えて、リアクタ４５のＨＣ保持材に保持されたＨＣを考慮して行われてもよい。この場合、排気浄化触媒４４及びリアクタ４５は、内燃機関１が冷間始動するときに、リアクタ流入状態に流量制御弁４７が制御されていても、リアクタ４５の温度がＨＣの離脱開始温度に到達するよりも前に又はＨＣ及びＮＯｘの離脱温度のうち低い方の温度に到達するよりも前に排気浄化触媒４４の温度が活性温度Ｔａｃｔに到達するように構成される。また、この場合、上記ステップＳ１７では、ＨＣ保持材のＨＣ保持量の推定値がほぼゼロであるか否か、又はＮＯｘ保持量の推定値及びＨＣ保持量の推定値の両方がほぼゼロであるか否か判定される。
【００７３】
また、上記実施形態では、排気浄化触媒４４の温度が活性温度以上になると流量制御弁４７をリアクタ流入状態からバイパス流入状態へ切り換えている。しかしながら、リアクタ４５の温度をＮＯｘ又はＨＣの離脱開始温度未満に維持することができれば、他の条件に基づいて流量制御弁４７が制御されてもよい。
【００７４】
したがって、例えば、リアクタ４５の温度に基づいて流量制御弁４７が制御されてもよい。この場合、例えば、内燃機関の冷間始動時に、流量制御弁４７はリアクタ流入状態に制御されると共に、リアクタ４５の温度が離脱開始温度未満の所定の温度に到達すると、流量制御弁４７はバイパス流入状態に制御される。このときのリアクタ４５の温度は、温度センサ６４によって検出されてもよいし、排気ガスの流量等に基づいて推定されてもよい。
【００７５】
さらに、上記実施形態では、流量制御弁４７は、実質的にリアクタ流入状態とバイパス流入状態の二つの状態出切り替えられる切換弁として機能している。しかしながら、流量制御弁４７は、リアクタ４５及びバイパス管４６に流入する排気ガスの流量を段階的に変更するように制御されてもよい。具体的には、流量制御弁４７は、例えば、排気浄化触媒４４が活性温度に到達したときに、リアクタ流入状態から、リアクタ４５及びバイパス管４６の両方に流入する状態に変更されてもよい。加えてこの場合、流量制御弁４７は、リアクタ４５の温度が離脱開始温度に向けて高くなっていくにつれて、リアクタ４５に流入する排気ガスの流量が少なくなるように制御されてもよい。
【００７６】
＜第二実施形態＞
次に、図８〜図１０を参照して、第二実施形態に係る排気浄化装置について説明する。第二実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御は第一実施形態に係る排気浄化装置の構成及び制御と同様であるため、以下では、第一実施形態に係る排気浄化触媒と異なる部分を中心に説明する。
【００７７】
≪排気浄化装置の構成≫
図８は、第二実施形態に係る排気浄化装置を備える内燃機関１の、図１と同様な概略的な構成図である。図８に示したように、本実施形態では、排気系４０は、第二バイパス管４８、開閉弁４９及び循環ポンプ９０を更に備える。
【００７８】
第二バイパス管４８は、リアクタ４５をバイパスする第二バイパス通路を画定する。したがって、第二バイパス管４８は、リアクタ４５よりも上流側において排気管４２から分岐すると共に、リアクタ４５よりも下流側において排気管４２に合流する。加えて、第二バイパス管４８は、バイパス管４６（以下、「第一バイパス管」という）の分岐部よりも下流側において排気管４２から分岐し、第一バイパス管４６の合流部よりも上流側において排気管４２に合流する。
【００７９】
開閉弁４９は、第二バイパス管４８の分岐部に設けられ、第二バイパス管４８を開閉する。したがって、開閉弁４９が開いているときには排気ガスは第二バイパス管４８を通って流れることができるが、開閉弁が閉じているときには排気ガスは第二バイパス管４８を通って流れることはできない。なお、開閉弁４９は、第二バイパス管４８を開閉することができれば、第二バイパス管４８のどこに設けられてもよい。
【００８０】
循環ポンプ９０は、第二バイパス管４８内の排気ガスを分岐部側から合流部側へ向かって、又はその逆に向かって送ることができる。循環ポンプ９０は、対応する駆動回路５９を介してＥＣＵ５１の出力ポート５７に接続される。
【００８１】
このように構成された排気浄化装置では、第二バイパス管４８と、第二バイパス管４８への分岐部と合流部との間の排気管４２とは、循環通路を構成する。循環通路には、リアクタ４５及び循環ポンプ９０が設けられる。
【００８２】
なお、第一バイパス管４６の合流部に、排気ガスの流路を切り換える切換弁が設けられてもよい。切換弁は、少なくとも、第一バイパス管４６の合流部よりも下流側の排気管４２がバイパス管と連通するバイパス流通状態と、リアクタ４５に連通するリアクタ連通状態との間で切換可能に構成される。切換弁は、流量制御弁４７がリアクタ流入状態にあるときにリアクタ連通状態に設定され、流量制御弁４７がバイパス流入状態にあるときにバイパス連通状態に設定される。
【００８３】
≪排気浄化装置の制御≫
図９は、本実施形態に係る排気浄化装置における内燃機関の冷間始動の際の、排気浄化触媒４４及びリアクタ４５の温度等の、図６と同様なタイムチャートである。図９に示した例でも時刻ｔ１において内燃機関１が冷間始動される。
【００８４】
時刻ｔ１において内燃機関１が冷間始動されるときには、開閉弁４９は閉じられた状態となっている。したがって、排気浄化触媒４４から流出した排気ガスは第二バイパス管４８に流入せずに、リアクタ４５に流入する。また、このときには、循環ポンプ９０は駆動されない。したがって、循環通路内では排気ガスは循環しない。
【００８５】
その後、時刻ｔ２において、流量制御弁４７がバイパス流入状態に制御されると、これに伴って開閉弁４９が開かれると共に、循環ポンプ９０が駆動せしめられる。したがって、流量制御弁４７がバイパス流入状態に制御されている時刻ｔ２以降は、循環通路内で排気ガスが循環せしめられる。
【００８６】
また、時刻ｔ２以降も、リアクタ４５への通電が行われる。このため、リアクタ４５のＮＯｘ保持材に保持されているＮＯｘは徐々に減少していき、やがて時刻ｔ３においてほぼゼロとなる。本実施形態では、ＮＯｘ保持材のＮＯｘ保持量がほぼゼロになったことが推定されると、開閉弁４９が閉じられると共に、循環ポンプ９０が停止せしめられる。
【００８７】
本実施形態の排気浄化装置では、時刻ｔ２〜ｔ３において循環通路内の排気ガスが循環されるため、リアクタ４５における反応によって生成された物質がリアクタ４５周りに滞留することが抑制される。この結果、生成された物質がリアクタ４５周りに滞留して反応を阻害することが抑制され、リアクタ４５においてＮＯｘを効率的に浄化することができる。
【００８８】
≪フローチャート≫
図１０は、本実施形態に係る排気浄化装置の制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定の時間間隔毎に実行される。図中のステップＳ２１〜Ｓ２８は、図７のステップＳ１１〜Ｓ２８と同様であるため説明を省略する。
【００８９】
図１０に示したように、ステップＳ２３において、排気浄化触媒４４の温度が活性温度Ｔａｃｔ未満であると判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ２４、Ｓ２５を経てステップＳ２９へと進む。ステップＳ２９では、開閉弁４９が閉弁されると共に、次いでステップＳ３０では循環ポンプ９０が停止される。
【００９０】
一方、ステップＳ２３において排気浄化触媒４４の温度が活性温度Ｔａｃｔ以上であると判定され且つステップＳ２７においてＮＯｘ保持量の推定値Ｑがゼロではないと判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ２８を経てステップＳ３１へと進む。ステップＳ３１では、開閉弁４９が開弁されると共に、次いでステップＳ３２では循環ポンプ９０が駆動される。
【００９１】
また、ステップＳ２７においてＮＯｘ保持量の推定値Ｑがほぼゼロであると判定された場合及びステップＳ２１において内燃機関１が運転中でないと判定された場合には、制御ルーチンはステップＳ２２を経てステップＳ３３へと進む。ステップＳ３３では、開閉弁４９が閉弁されると共に、次いでステップＳ３２では循環ポンプ９０が停止される。
【００９２】
≪変形例≫
図１１を参照して、第二実施形態に係る排気浄化触媒の変形例について説明する。図１１は、本変形例に係る排気浄化装置を搭載した内燃機関１の、図８と同様な概略的な構成図である。
【００９３】
図１１からわかるように、本変形例では、排気浄化装置には循環ポンプ９０が設けられない。その一方で、本変形例では、第一バイパス管４６の分岐部と合流部との間の排気管（第一通路）４２は、相対的に第一バイパス管４６の近くに平行に配置される。一方、第二バイパス管（第二通路）４８は、相対的に第一バイパス管４６の遠くに平行に配置される。加えて、第一バイパス管４６の分岐部と合流部との間の排気管（以下、「主排気管」ともいう）４２及び第二バイパス管４８は互いに対して鉛直方向にずれて配置される。特に、本実施形態では、主排気管４２が第二バイパス管４８よりも相対的に鉛直方向下方に位置するように配置される。
【００９４】
このように構成された排気浄化装置では、流量制御弁４７及び開閉弁４９は第二実施形態と同様に制御される。したがって、排気浄化触媒４４が活性温度に到達した後は、流量制御弁４７がバイパス流入状態にされると共に開閉弁４９が開かれる。
【００９５】
このとき、主排気管４２は高温の排気ガスが流れる第一バイパス管４６に近接して配置される。このため第一バイパス管４６からの熱により主排気管４２内の排気ガスも僅かながら昇温される。その一方で、第二バイパス管４８は、第一バイパス管４６から離れて配置されるため、第一バイパス管４６からの熱が伝達されず、第一バイパス管４６内の排気ガスはほとんど昇温されない。したがって、循環通路において鉛直方向下側に配置された主排気管４２内の排気ガスの温度が、鉛直方向上側に配置された第二バイパス管４８内の排気ガスの温度よりも高くなる。この結果、排気ガスの温度差及び高低差により、循環通路内では排気ガスが循環することになる。したがって、本変形例においても、循環通路は、流量制御弁４７がバイパス流入状態に制御されているときには循環通路内で排気ガスが循環するように構成されていると言える。
【００９６】
なお、本変形例では、第二バイパス管４８には循環ポンプ９０が設けられていないが、第二実施形態と同様に第二バイパス管４８に循環ポンプ９０が設けられてもよい。また、本変形例では、主排気管４２と第二バイパス管４８との間には高低差が設けられているが、互いに水平に設けられてもよい。さらに、本変形例では、主排気管４２が、第二バイパス管４８に対して第一バイパス管に４６の相対的に近くに且つ相対的に鉛直方向下方に配置されている。しかしながら、第二バイパス管４８が、主排気管４２に対して第一バイパス管に４６の相対的に近くに且つ相対的に鉛直方向下方に配置されてもよい。
【符号の説明】
【００９７】
１    内燃機関
１０    機関本体
４０    排気系
４４    排気浄化触媒
４５    電気化学リアクタ
４６    バイパス管
４７    流量制御弁
５０    制御装置
７５    固体電解質層
７６    アノード層
７７    カソード層
８１    電源装置
【図１】
2020112140.tif 000003
【図２】
2020112140.tif 000004
【図３】
2020112140.tif 000005
【図４】
2020112140.tif 000006
【図５】
2020112140.tif 000007
【図６】
2020112140.tif 000008
【図７】
2020112140.tif 000009
【図８】
2020112140.tif 000010
【図９】
2020112140.tif 000011
【図１０】
2020112140.tif 000012
【図１１】
2020112140.tif 000013