(57)【要約】【課題】未燃炭化水素を吸着する吸着部を備え、優れた浄化性能を有する内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関の排気浄化装置は、排気ガスに含まれる未燃炭化水素を放出温度未満では吸着し、放出温度以上になると吸着した未燃炭化水素を放出する吸着部を備える。排気浄化装置は、吸着部に流入する排気ガスの空燃比がリーンの状態で吸着部を第１の温度まで昇温する第１の昇温制御を複数回行った後に、吸着部に流入する排気ガスの空燃比がリーンの状態で第１の温度よりも高い第２の温度まで吸着部を昇温する第２の昇温制御を行う。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスに含まれる未燃炭化水素を放出温度未満では吸着し、放出温度以上になると吸着した炭化水素を放出する吸着部を備え、
吸着部に流入する排気ガスの空燃比がリーンの状態で吸着部を第１の温度まで昇温する第１の昇温制御を複数回行った後に、吸着部に流入する排気ガスの空燃比がリーンの状態で第１の温度よりも高い第２の温度まで吸着部を昇温する第２の昇温制御を行うことを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
通常運転時の吸着部の吸着能力を検出する第１の吸着能力検出手段と、
第１の昇温制御を行った後に吸着部の吸着能力を検出する第２の吸着能力検出手段とを備え、
通常運転時において、第１の吸着能力検出手段により吸着能力を検出し、検出した吸着能力が第１の判定値未満の場合には、吸着部に吸着している炭化水素を放出させる第１の温度以上に昇温する第１の昇温制御を行うことにより吸着能力を回復し、
第１の昇温制御の後に第２の吸着能力検出手段により吸着能力を検出し、検出した吸着能力が第１の判定値よりも大きな第２の判定値未満の場合には、コーキングにより生成された炭素を放出させる第２の温度以上に昇温する第２の昇温制御を行うことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
未燃炭化水素を酸化するための酸化部を備え、
酸化部は、機関排気通路において吸着部よりも下流側に配置され、または、吸着部と一体的に形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
第１の吸着能力検出手段および第２の吸着能力検出手段のうち少なくとも一方の吸着能力検出手段は、酸化部の温度が炭化水素を酸化できる温度よりも低い温度のときに、一酸化炭素の酸化による酸化触媒の温度上昇幅を検出し、温度上昇幅が予め定められた上昇幅判定値より小さい場合には、吸着部の吸着能力が判定値未満であると判断することを特徴とする、請求項３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】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの内燃機関の排気ガスには、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、未燃燃料（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯＸ）または粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）などの成分が含まれている。内燃機関の排気浄化装置は、これらの成分を浄化するために排気処理装置を備える。
【０００３】
排気ガスに含まれる成分のうち、窒素酸化物は、窒素酸化物を還元する排気処理装置により浄化される。粒子状物質は、粒子状物質を捕集する排気処理装置により除去される。機関本体から排出された一酸化炭素および未燃燃料は、これらの物質を酸化するための排気処理装置により浄化される。例えば、機関排気通路には、酸化触媒または三元触媒が配置される。
【０００４】
特開平０５−２３１１３４号公報においては、吸着剤チャンバー内において、未燃炭化水素を吸着する吸着剤の上流側及び下流側の端部に水分吸収材を配置するとともに、エンジンの定常状態において、コーキングにより吸着剤に付着した炭素を燃焼させるのに十分な高温時に、空気供給装置から吸着剤チャンバー内に空気を供給できるようにしたエンジン排気浄化システムが開示されている。このシステムにおいては、炭化水素の浄化率が向上し、かつ長期にわたって、繰り返し使用可能となることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０５−２３１１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
酸化触媒は、所定の活性化温度未満では十分な酸化反応を示さずに、所定の活性化温度以上になると十分な酸化反応を示す特性を有する。すなわち、酸化触媒は、所定の浄化率を達成できる活性化温度を有する。冷間始動時等の酸化触媒が活性化温度未満の場合には、流入する一酸化炭素や未燃炭化水素は、十分に酸化されずに酸化触媒をすり抜ける。このために、酸化触媒の上流側において、所定の温度未満では未燃炭化水素を吸着する吸着材を配置することが提案されている。
【０００７】
酸化触媒の上流側に吸着材が配置されている排気浄化装置では、酸化触媒の温度が活性化温度になるまでの低温域では、吸着材により未燃炭化水素を吸着することにより、排気ガス中から未燃炭化水素を除去する。一方で、吸着材および酸化触媒が高温になると、吸着材が吸着していた未燃炭化水素を放出すると共に、酸化触媒により放出した未燃炭化水素を酸化することができる。
【０００８】
上記の特開平０５−２３１１３４号公報においては、エンジンが定常状態になって排気温度が上昇すると、空気供給装置により空気を吸着剤へ供給し、吸着剤に付着しているススあるいはコーキングにより吸着している炭素を燃焼するエンジン排気浄化システムが開示されている。しかしながら、エンジンの定常状態において空気を供給するのみでは、吸着材の回復が不十分な場合があった。
【０００９】
たとえば、内燃機関の通常運転中には吸着材の温度が十分に上昇せずに、吸着材に吸着している炭化水素を十分に放出することができない場合があった。また、吸着材に吸着している炭化水素は、所定の温度以上で所定の時間が経過すると、コーキングが生じて炭素に変換される。すなわち、炭素の形態で吸着材に保持される場合がある。このような、炭化水素が改質されて保持されている炭素の放出温度は、炭化水素の放出温度よりも高く、内燃機関の通常運転時には十分に放出することができない場合があった。
【００１０】
この結果、排気浄化装置の使用を継続すると、吸着材に炭化水素やコーキングにより生成された炭素が蓄積し、未燃炭化水素の吸着能力が低下していくという問題があった。すなわち、内燃機関の冷間始動時等の吸着材および酸化触媒が低温のときに、吸着材により排気ガスから十分に未燃炭化水素を除去できない虞があった。
【００１１】
本発明は、未燃炭化水素を吸着する吸着部を備え、優れた浄化性能を有する内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、排気ガスに含まれる未燃炭化水素を放出温度未満では吸着し、放出温度以上になると吸着した炭化水素を放出する吸着部を備える。吸着部に流入する排気ガスの空燃比がリーンの状態で吸着部を第１の温度まで昇温する第１の昇温制御を複数回行った後に、吸着部に流入する排気ガスの空燃比がリーンの状態で第１の温度よりも高い第２の温度まで吸着部を昇温する第２の昇温制御を行う。
【００１３】
上記発明においては、通常運転時の吸着部の吸着能力を検出する第１の吸着能力検出手段と、第１の昇温制御を行った後に吸着部の吸着能力を検出する第２の吸着能力検出手段とを備え、通常運転時において、第１の吸着能力検出手段により吸着能力を検出し、検出した吸着能力が第１の判定値未満の場合には、吸着部に吸着している炭化水素を放出させる第１の温度以上に昇温する第１の昇温制御を行うことにより吸着能力を回復し、第１の昇温制御の後に第２の吸着能力検出手段により吸着能力を検出し、検出した吸着能力が第１の判定値よりも大きな第２の判定値未満の場合には、コーキングにより生成された炭素を放出させる第２の温度以上に昇温する第２の昇温制御を行うことが好ましい。
【００１４】
上記発明においては、未燃炭化水素を酸化するための酸化部を備え、酸化部は、機関排気通路において吸着部よりも下流側に配置され、または、吸着部と一体的に形成されていることが好ましい。
【００１５】
上記発明においては、第１の吸着能力検出手段および第２の吸着能力検出手段のうち少なくとも一方の吸着能力検出手段は、酸化部の温度が炭化水素を酸化できる温度よりも低い温度のときに、一酸化炭素の酸化による酸化触媒の温度上昇幅を検出し、温度上昇幅が予め定められた上昇幅判定値より小さい場合には、吸着部の吸着能力が判定値未満であると判断することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、未燃炭化水素を吸着する吸着部を備え、優れた浄化性能を有する内燃機関の排気浄化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１における内燃機関の概略図である。
【図２】実施の形態１における第１の排気処理装置の概略断面図である。
【図３】実施の形態１における第１の排気処理装置の拡大概略断面図である。
【図４】吸着材に吸着した炭化水素およびコーキングが生じた炭素を説明する拡大概略断面図である。
【図５】吸着部をすり抜けて酸化部に流入する未燃炭化水素の濃度と一酸化炭素の浄化率との関係を説明するグラフである。
【図６】吸着部の温度と吸着部からの放出成分の濃度との関係を説明するグラフである。
【図７】実施の形態１における運転制御のフローチャートである。
【図８】吸着材の吸着能力を検出するときの酸化部の温度変化を説明するグラフである。
【図９】通常運転時における噴射パターンの説明図である。
【図１０】吸着部に供給する未燃炭化水素を増加するときの噴射パターンの説明図である。
【図１１】吸着部を昇温するときの噴射パターンの説明図である。
【図１２】実施の形態１における運転制御のタイムチャートである。
【図１３】実施の形態１における運転制御を行いながら長距離を走行したときの一酸化炭素の浄化率のグラフである。
【図１４】実施の形態１における第２の排気処理装置の概略断面図である。
【図１５】単位時間あたりに機関本体から排出される未燃炭化水素量のマップである。
【図１６】実施の形態１における第３の排気処理装置の拡大概略断面図である。
【図１７】実施の形態１における第４の排気処理装置の拡大概略断面図である。
【図１８】実施の形態２における運転制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施の形態１）
図１から図１７を参照して、実施の形態１における内燃機関の排気浄化装置について説明する。本実施の形態における内燃機関は、車両に配置されている。本実施の形態においては、圧縮着火式のディーゼルエンジンを例に取り上げて説明する。
【００１９】
図１に、本実施の形態における内燃機関の全体図を示す。内燃機関は、機関本体１を備える。また、内燃機関は、機関本体１から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置を備える。機関本体１は、各気筒としての燃焼室２と、それぞれの燃焼室２に燃料を噴射するための電子制御式の燃料噴射弁３と、吸気マニホールド４と、排気マニホールド５とを含む。
【００２０】
吸気マニホールド４は、吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａの出口に連結されている。コンプレッサ７ａの入口は、吸入空気量検出器８を介してエアクリーナ９に連結されている。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置されている。更に、吸気ダクト６には、吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置されている。図１に示される実施例では、機関冷却水が冷却装置１１に導かれている。機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００２１】
排気マニホールド５は、排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｂの入口に連結されている。本実施の形態における排気浄化装置は、機関本体１から排出される未燃燃料（未燃炭化水素）および一酸化炭素等の酸化すべき物質を酸化するための排気処理装置１３を備える。排気処理装置１３は、排気タービン７ｂの出口に排気管１２を介して連結されている。排気処理装置１３の下流の機関排気通路内には排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタ１６が配置されている。排気ガスは、矢印１００に示すように機関排気通路に沿って流れる。
【００２２】
排気マニホールド５と吸気マニホールド４との間には、排気ガス再循環（ＥＧＲ）を行うためにＥＧＲ通路１８が配置されている。ＥＧＲ通路１８には電子制御式のＥＧＲ制御弁１９が配置されている。また、ＥＧＲ通路１８にはＥＧＲ通路１８内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２０が配置されている。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２０内に導かれている。機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。
【００２３】
それぞれの燃料噴射弁３は、燃料供給管２１を介してコモンレール２２に連結されている。コモンレール２２は、電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２３を介して燃料タンク２４に連結されている。燃料タンク２４に貯蔵される燃料は、燃料ポンプ２３によってコモンレール２２内に供給される。コモンレール２２内に供給された燃料は、それぞれの燃料供給管２１を介して燃料噴射弁３に供給される。
【００２４】
電子制御ユニット３０は、デジタルコンピュータを含む。本実施の形態における電子制御ユニット３０は、排気浄化装置の制御装置として機能する。電子制御ユニット３０は、双方性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を含む。
【００２５】
ＲＯＭ３２は、読み込み専用の記憶装置である。ＲＯＭ３２には、制御を行なうための必要なマップ等の情報が予め記憶されている。ＣＰＵ３４は、任意の演算や判別を行なうことができる。ＲＡＭ３３は、読み書きが可能な記憶装置である。ＲＡＭ３３は、運転履歴などの情報を保存したり、演算結果を一時的に保存したりすることができる。
【００２６】
パティキュレートフィルタ１６の下流には、パティキュレートフィルタ１６の温度を検出するための温度センサ２６が配置されている。パティキュレートフィルタ１６には、パティキュレートフィルタ１６の前後差圧を検出するための差圧センサ２８が取付けられている。これらの温度センサ２６、差圧センサ２８および吸入空気量検出器８の出力信号は、それぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００２７】
アクセルペダル４０には、アクセルペダル４０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続されている。負荷センサ４１の出力電圧は、対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５には、クランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続されている。クランク角センサ４２の出力により、機関本体１の回転数を検出することができる。
【００２８】
一方、出力ポート３６は、対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０の駆動用ステップモータ、ＥＧＲ制御弁１９および燃料ポンプ２３に接続されている。この様に、燃料噴射弁３およびスロットル弁１０等は、電子制御ユニット３０により制御されている。
【００２９】
パティキュレートフィルタ１６は、排気ガス中に含まれる炭素微粒子、サルフェート等のイオン系微粒子等の粒子状物質（パティキュレート）を除去するフィルタである。パティキュレートフィルタは、例えば、ハニカム構造を有し、ガスの流れ方向に伸びる複数の流路を有する。複数の流路において、下流端が封止された流路と上流端が封止された流路とが交互に形成されている。流路の隔壁は、コーディエライトのような多孔質材料で形成されている。この隔壁を排気ガスが通過するときにパティキュレートが捕捉される。パティキュレートフィルタ１６に次第に堆積する粒子状物質は、空気過剰の雰囲気中で温度を上昇することにより酸化されて除去される。
【００３０】
本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置は、排気処理装置１３に加えて、パティキュレートフィルタ１６を備えるが、この形態に限られず、排気処理装置１３に加えて他の排気処理装置が配置されていても構わない。たとえば、排気浄化装置は、排気ガスに含まれるＮＯＸを浄化するＮＯＸ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ）を備えていても構わない。ＮＯＸ吸蔵還元触媒は、たとえば、排気処理装置１３とパティキュレートフィルタ１６との間に配置することができる。
【００３１】
ＮＯＸ吸蔵還元触媒は、機関本体から排出される排気ガスに含まれるＮＯＸを一時的に吸蔵して、吸蔵したＮＯＸを放出するときにＮ２に変換する。ＮＯＸ吸蔵還元触媒は、基体上に例えば酸化アルミニウムを含む触媒担体が担持されている。触媒担体の表面上には貴金属で形成された触媒粒子が分散して担持されている。また、触媒担体の表面上にはＮＯＸ吸収剤の層が形成されている。触媒粒子としては、例えば白金Ｐｔが用いられる。ＮＯＸ吸収剤を構成する成分としては、例えばバリウムＢａのようなアルカリ土類が用いられている。
【００３２】
本発明においては、機関吸気通路、燃焼室、または機関排気通路に供給された排気ガスの空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）と称する。排気ガスの空燃比がリーンのとき（理論空燃比より大きなとき）には、排気ガス中に含まれるＮＯが酸化されてＮＯＸ吸収剤に吸蔵される。これに対して、排気ガスの空燃比がリッチのとき、または理論空燃比になると、ＮＯＸ吸収剤に吸蔵されているＮＯＸが放出される。放出されたＮＯＸは、排気ガスに含まれる未燃燃料や一酸化炭素等によってＮ２に還元される。
【００３３】
図２に、本実施の形態における第１の排気処理装置の拡大概略断面図を示す。本実施の形態における第１の排気処理装置１３は、排気ガスの流れ方向に沿った複数の通路を有する。第１の排気処理装置１３は、排気ガスの流れ方向の途中で分割されている。第１の排気処理装置１３は、未燃炭化水素を吸着するための吸着材１３ａと、未燃炭化水素および一酸化炭素を酸化するための酸化触媒１３ｂとを含む。吸着材１３ａと酸化触媒１３ｂとの間には、吸着材１３ａの温度を検出するための温度センサ２９が配置されている。また、酸化触媒１３ｂの下流には、酸化触媒１３ｂの温度を検出するための温度センサ２７が配置されている。これらの温度センサ２７，２９の出力信号は、それぞれが電子制御ユニット３０のＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００３４】
図３に、本実施の形態における第１の排気処理装置の拡大概略断面図を示す。図３は、吸着材１３ａと酸化触媒１３ｂとの境界の部分の拡大概略断面図である。吸着材１３ａおよび酸化触媒１３ｂのそれぞれは基材５５を備える。本実施の形態における基材５５は、複数の流路を有し、ハニカム構造に形成されている。基材５５は、例えば、コーディエライト、またはＳｉＣなどのモノリス基材で形成されている。
【００３５】
吸着材１３ａの基材５５の表面には、吸着部５１が形成されている。吸着部５１は、基材５５の複数の流路に形成されている。吸着部５１は、機関排気通路に沿って層状に形成されている。吸着部５１は、未燃炭化水素を吸着する機能を有する。本実施の形態における吸着部５１は、担持体６０およびベータ（β）ゼオライト粒子６１を含む。担持体６０は、例えば酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ２Ｏ３）などの多孔質酸化物粉末を含む。担持体６０およびベータゼオライト粒子６１は、たとえばバインダーにより基材５５に支持されている。吸着部５１は、ゼオライトを含むことが好ましい。ゼオライトとしては、ベータゼオライトの他に、ＺＳＭ５およびモルデナイト（ＭＯＲ）等の任意のゼオライトを用いることができる。なお、吸着部としては、この形態に限られず、未燃炭化水素を吸着可能なように形成されていれば構わない。
【００３６】
酸化触媒１３ｂの基材５５の表面には、酸化部５２が形成されている。酸化部５２は、基材５５の複数の流路に形成されている。酸化部５２は、機関排気通路に沿って層状に形成されている。酸化部５２は、未燃炭化水素および一酸化炭素等を酸化する機能を有する。第１の排気処理装置１３の酸化部５２は、担持体６０および触媒粒子６２を含む。担持体６０は、バインダーにより基材５５に固定されている。触媒粒子６２は、担持体６０に担持されている。触媒粒子６２は、排気ガスに含まれる酸化すべき物質を酸化するための金属粒子である。
【００３７】
本実施の形態における触媒粒子６２は、貴金属から形成されている。触媒粒子６２としては、白金系金属（ＰＧＭ：Platinum group metals）を用いることができる。触媒粒子６２は、たとえば、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄおよびロジウムＲｈのうち少なくとも一つの貴金属を用いることができる。または、触媒粒子は、酸化能力を有する任意の金属を含むことができる。
【００３８】
本実施の形態における第１の排気処理装置は、機関排気通路において上流側に吸着材１３ａが配置され、下流側に酸化触媒１３ｂが配置されている。吸着材１３ａおよび酸化触媒１３ｂは、排気ガスが吸着部５１に接触した後に、酸化部５２に接触するように配置されている。本実施の形態においては、基材５５が分割されて吸着材と酸化触媒とが形成されているが、この形態に限られず、基材は一体的に形成されていても構わない。すなわち、１つの基材の表面に、排気ガスの流れ方向に沿って上流側に吸着部が形成され、下流側に酸化部が形成されていても構わない。
【００３９】
本実施の形態における酸化すべき物質を酸化する排気処理装置１３は、排気ガスが低温のときには吸着部５１にて未燃炭化水素を吸着する。たとえば、排気処理装置１３の温度が炭化水素の放出温度未満の場合には、未燃炭化水素を吸着する。排気ガスの温度が上昇すると、吸着部５１は、吸着していた炭化水素を放出する。たとえば、排気処理装置１３の温度が炭化水素の放出温度以上になると炭化水素を放出する。一方で、酸化部５２は、温度が上昇して、例えば活性化温度以上になると十分な酸化機能を発揮する。放出された炭化水素は、酸化部５２において酸化されることにより浄化される。また、排気処理装置に流入する一酸化炭素は、酸化部５２において酸化される。このように、排気ガスに含まれる一酸化炭素および未燃炭化水素は酸化されることにより、水や二酸化炭素に変換される。
【００４０】
図４に、吸着材に未燃炭化水素が保持されるときの形態を説明する拡大概略断面図を示す。吸着部が未燃炭化水素を吸着する低温領域において、未燃炭化水素が吸着部に流入すると、吸着部に炭化水素の形態で保持される。炭化水素は、例えば、ゼオライト６４の酸点６３に吸着される。ところが、所定の温度で所定の時間の経過後には、吸着されている炭化水素に脱水素反応が生じる。すなわち、コーキングが生じて炭素に変化する。この結果、吸着部に流入した未燃炭化水素は、炭素の形態でゼオライト６４の酸点６３に保持される。このように、炭化水素の形態で保持された炭素成分は、時間と共に徐々にコーキングが生じる。コーキングにより生成された炭素は、炭化水素が放出される温度よりも高温で放出される。
【００４１】
ところで、従来の内燃機関の排気浄化装置では、通常運転時において吸着部に保持されている炭化水素が十分に放出されない場合があった。たとえば、内燃機関の駆動期間中に排気ガスの温度が、十分に炭化水素が放出される温度まで達しない場合があった。内燃機関が自動車に配置され、渋滞時の走行が長時間続いた場合には、内燃機関は低負荷での駆動が維持される。このために、排気ガスが低温である状態が続いて、吸着部の温度が炭化水素を放出可能な温度まで十分に上昇しない場合があった。または、燃費の向上を図るために燃料の供給量を抑制した内燃機関においては、排気ガスの温度が低くなって吸着部の温度が十分に上昇しない場合があった。
【００４２】
吸着部の温度が炭化水素を十分に放出する温度に達しない状態が続く場合には、吸着部に炭化水素が徐々に蓄積する。さらに、コーキングにより生成された炭素は、炭化水素が放出される温度域よりも高温にしなければ放出されないために、吸着部に蓄積されやすい特性を有する。このために、吸着部には炭化水素およびコーキングにより生成された炭素が蓄積し、未燃炭化水素の吸着可能量や吸着率等が減少していく。すなわち、吸着部の吸着能力が低下していく。
【００４３】
吸着部における吸着能力が低下すると、吸着部および酸化部が低温のときに、吸着部をすり抜ける未燃炭化水素が多くなる。また、吸着部をすり抜ける未燃炭化水素が多くなると、酸化部をすり抜ける未燃炭化水素が多くなる。このように、機関本体から排出される未燃炭化水素の浄化率が悪化する。また、吸着部の吸着能力が低下すると、酸化触媒における一酸化炭素の浄化率にも悪影響を与える場合がある。
【００４４】
図５に、酸化触媒に流入する未燃炭化水素の濃度と一酸化炭素の浄化率との関係を説明するグラフを示す。横軸は、酸化触媒に流入する未燃炭化水素の濃度であり、本実施の形態においては吸着部をすり抜ける未燃炭化水素の濃度に相当する。縦軸は、酸化触媒における一酸化炭素の浄化率である。図５のグラフは、炭化水素の酸化は十分に行なえないが、一酸化炭素の酸化が可能な温度において試験を行なった結果である。酸化触媒に流入する炭化水素の濃度が大きくなるほど、すなわち、吸着部をすり抜ける未燃炭化水素の濃度が大きくなるほど、一酸化炭素の浄化率が小さくなることが分かる。
【００４５】
排気ガスに含まれる未燃炭化水素のうち、低級オレフィンは、酸化触媒において一酸化炭素の酸化反応を阻害する影響が強い特性を有する。たとえば、プロピレンなどは、酸化触媒において一酸化炭素の酸化反応を阻害する影響が強い。低級オレフィンは、吸着部においてゼオライトの酸点に好適に吸着する。ところが、既に未燃炭化水素が酸点で保持されていたり、コーキングにより生じた炭素が酸点で保持されていたりすると、吸着部で低級オレフィンを吸着する能力が小さくなる。この様に、吸着部に残存する炭素成分が多いと、吸着部をすり抜ける低級オレフィンが多くなり、酸化触媒における一酸化炭素の浄化率が低下してしまう。
【００４６】
図６に、吸着部の温度と、吸着部からの放出成分の濃度との関係を説明するグラフを示す。吸着部に吸着している炭化水素は、炭化水素の放出温度以上になると、炭化水素の形態で放出される。一方で、コーキングにより生成された炭素は、炭素の放出温度以上になると、排気ガスに含まれる酸素により酸化され、一酸化炭素（ＣＯ）または二酸化炭素（ＣＯ２）の形態で放出される。
【００４７】
図６のグラフでは、実線で炭化水素の形態で保持された炭素成分が放出される時の炭化水素の濃度を示し、一点鎖線で炭素の形態で保持された炭素成分が放出される時の一酸化炭素および二酸化炭素を合わせた濃度を示している。この試験では、吸着部においてコーキングが十分に進行する条件下で排気浄化装置の使用を継続した後に、吸着部を排気浄化装置から取り出す。次に、酸素を十分に含む窒素雰囲気下で、吸着部の温度を徐々に上昇させたときの放出成分の濃度を計測している。
【００４８】
この試験結果から分かるように、吸着部の温度を上昇していくと、始めに炭化水素が放出される。すなわち、炭化水素の形態で吸着部に吸着していた炭素成分が放出される。炭化水素の放出量は、例えば、３００℃以上５００℃以下の範囲内で大きくなる。または、炭化水素の放出量は、略４００℃で大きくなる。
【００４９】
さらに温度を上昇していくと、一酸化炭素および二酸化炭素の放出量が多くなる。すなわちコーキングにより生成された炭素が吸着部から放出されて、一酸化炭素または二酸化炭素の放出量が多くなる。コーキングにより生成された炭素の放出量は、例えば５００℃以上７００℃以下の範囲内で大きくなる。または、コーキングにより生成された炭素の放出量は、略６００℃で大きくなる。
【００５０】
図７に、本実施の形態における運転制御のフローチャートを示す。本実施の形態における排気浄化装置は、内燃機関の駆動期間中に、少なくとも２段階で吸着部の昇温を行なうことにより、吸着部の吸着能力を回復させる。本実施の形態の運転制御においては、炭化水素の形態で吸着部に吸着している炭素成分を放出させた後に、それでも吸着部の吸着能力が低い場合には、炭素の形態で保持されている炭素成分を放出させる制御を行う。
【００５１】
はじめに、ステップ８１においては、吸着部の吸着能力を検出する。吸着能力には、たとえば、未燃炭化水素の吸着可能量、未燃炭化水素の吸着率、または未燃炭化水素の除去率等が含まれる。本実施の形態における排気浄化装置は、通常運転時の吸着部の吸着能力を検出する第１の吸着能力検出手段を備える。本実施の形態における第１の吸着能力検出手段は、吸着部に供給する未燃炭化水素を増加したときの酸化触媒の温度上昇幅を検出することにより吸着部の吸着能力を検出する。図１を参照して、第１の吸着能力検出手段は、温度センサ２７、電子制御ユニット３０および燃料噴射弁３を含む。温度センサ２７により、酸化部の温度を検出することができる。
【００５２】
酸化部において、冷間始動のような低温の状態から温度を徐々に上昇させていくと、はじめに一酸化炭素の酸化が生じて、さらに温度を上げていくと炭化水素の酸化が生じる。本実施の形態においては、一酸化炭素の酸化が生じる一方で、炭化水素の酸化が十分に生じない温度領域にて、酸化触媒の温度上昇を行っている。
【００５３】
図８は、第１の吸着能力検出手段により吸着部の吸着能力を検出するときの酸化部の温度変化を説明するグラフである。本実施の形態における第１の吸着能力検出手段では、酸化部の温度が炭化水素の酸化が十分に生じる温度未満である時期を選定して、吸着部の吸着能力の検出を行なう。たとえば、内燃機関を冷間始動した直後の時期、または通常運転状態のうち排気ガスが低温である時期を選定することができる。本実施の形態においては、一酸化炭素の酸化が十分に生じる温度未満の状態から開始している。吸着能力の検出の開始時期は、この形態に限られず、例えば、酸化部の温度が一酸化炭素の酸化が十分に生じる温度以上であっても構わない。
【００５４】
本実施の形態においては、吸着部５１および酸化部５２の温度ＴＳが略１００℃である時期を選定して、吸着部の吸着能力の検出を開始している。時刻ｔ１において、吸着部５１に供給する未燃炭化水素を増加させる制御を行う。本実施の形態においては、機関本体１から排出されて吸着材１３ａに流入する未燃炭化水素を増加させる制御を行う。本実施の形態においては、燃焼室において噴射する燃料を予め定められた量で増加させる制御を行っている。
【００５５】
図９に、本実施の形態における内燃機関の通常運転時の噴射パターンの説明図を示す。噴射パターンＡは、通常運転時における燃料の噴射パターンである。通常運転時においては、略圧縮上死点ＴＤＣで主噴射ＦＭが行なわれる。クランク角が略０°において主噴射ＦＭが行なわれる。また、主噴射ＦＭの燃焼を安定化させるために、主噴射ＦＭの前にパイロット噴射ＦＰが行なわれている。通常運転時においては、パイロット噴射ＦＰが行なわれていなくても構わない。通常運転において噴射パターンＡで運転されているときには、排気ガスの空燃比はリーンである。
【００５６】
図１０に、本実施の形態における吸着部に流入する未燃炭化水素を増加させるときの噴射パターンの説明図を示す。噴射パターンＢでは、主噴射ＦＭの後に第１の補助噴射ＦＰＯを行っている。第１の補助噴射は、燃焼室において燃料が燃焼しない時期に行われる補助噴射である。第１の補助噴射は、ポスト噴射とも言われる。第１の補助噴射は、機関出力に寄与しない特徴を有する。第１の補助噴射は、例えば、圧縮上死点後のクランク角が略９０°から略１２０°の範囲内において行われる。第１の補助噴射ＦＰＯを行うことにより、吸着部に流入する未燃炭化水素の量を増加させることができる。本実施の形態においては、このときの機関本体から排出される排気ガスの空燃比はリーンになるように制御する。
【００５７】
さらに、噴射パターンＢは、主噴射ＦＭの噴射時期が圧縮上死点ＴＤＣから遅れている。すなわち、主噴射ＦＭの噴射時期を遅角させている。主噴射ＦＭの噴射時期の遅角に伴って、パイロット噴射ＦＰの噴射時期も遅角させている。主噴射ＦＭの噴射時期を遅角させることにより、排気ガスの温度を上昇させることができる。本実施の形態においては、主噴射を遅角させる制御を行っているが、この形態に限られず、主噴射を遅角させる制御を行わなくても構わない。
【００５８】
また、本実施の形態においては、ポスト噴射を行うことにより、吸着部に供給する未燃炭化水素を増加させているが、この形態に限られず、たとえば後述するアフター噴射を行うことにより、吸着材に供給する未燃炭化水素を増加させても構わない。または、未燃炭化水素を吸着部に供給する供給手段としては、燃料噴射パターンの変更に限られず、任意の手段により吸着部に未燃炭化水素を供給することができる。たとえば、吸着部よりも上流側の機関排気通路に燃料添加弁を配置して、機関排気通路に未燃炭化水素を放出することにより、吸着部に供給する未燃炭化水素を増加させても構わない。
【００５９】
図８を参照して、吸着部の吸着能力が高い場合には、供給される未燃炭化水素が増加しても吸着部において十分に未燃炭化水素が吸着される。この結果、酸化部に流入する未燃炭化水素が少なくなる。特に、一酸化炭素の酸化を大きく阻害する低級オレフィンの流入が少なくなる。この様に、酸化部におけるＨＣ（炭化水素）被毒は小さくなる。一方で、機関本体から排出される一酸化炭素は、吸着部をすり抜けて酸化部に流入する。酸化触媒において排気ガスに含まれる一酸化炭素が酸化される。一酸化炭素の酸化反応熱により、酸化部の温度が上昇する。本実施の形態においては、酸化部の温度上昇には、一酸化炭素の反応熱による温度上昇に加えて、主噴射の遅角に起因する温度上昇が含まれている。図８に示す例では、吸着部の吸着能力が最大の場合には、酸化部の温度が温度ＴＳから温度ＴＨまで上昇している。本実施の形態において、酸化部の温度ＴＨは、例えば２２０℃以上２３０℃以下の範囲内である。
【００６０】
これに対して、吸着部の吸着能力が低い場合には、吸着部に流入する未燃炭化水素が増加すると、未燃炭化水素の一部は吸着部により除去されるが、多くの未燃炭化水素は吸着部をすり抜ける。酸化触媒に流入する未燃炭化水素の量が増加する。特に、排気ガスに含まれる低級オレフィンの流入も多くなり、ＨＣ被毒は大きくなる。酸化部における一酸化炭素の酸化反応が抑制される。このために、酸化部の温度上昇が小さくなる。図８に示す例では、吸着部の吸着能力が低い場合には、酸化部の温度が温度ＴＳから温度ＴＬまで上昇している。本実施の形態においては、酸化部の温度ＴＬは、例えば１５０℃以上１６０℃以下の範囲内である。
【００６１】
本実施の形態における吸着部の吸着能力の検出では、吸着部に供給する未燃炭化水素を増加したときの温度上昇幅を検出する。本実施の形態においては、酸化部が到達する温度ＴＸを検出する。温度ＴＸと初期の温度ＴＳとにより温度上昇幅ＤＴＸ（＝ＴＸ−ＴＳ）を算出する。未燃炭化水素を増加したときの温度上昇幅ＤＴＸは、吸着部の吸着能力に対応する。温度上昇幅が大きければ吸着能力が高く、温度上昇幅が小さければ吸着能力が低いと判断することができる。
【００６２】
図７を参照して、ステップ８２において、吸着部の吸着能力が第１の判定値未満か否かを判別する。本実施の形態における第１の吸着能力検出手段おいては、第１の判定値として、第１の上昇幅判定値ＤＴＸ１を設けている。図８を参照して、第１の上昇幅判定値ＤＴＸ１は、酸化部が温度ＴＳから温度ＴＬまで上昇したときの温度幅よりも大きく、酸化部が温度ＴＳから温度ＴＨまで上昇したときの温度幅よりも小さい範囲内に設定されている。吸着部に未燃炭化水素を供給した時に、酸化部の温度上昇幅ＤＴＸが、第１の上昇幅判定値ＤＴＸ１未満である場合には、吸着部の吸着能力が第１の判定値未満であると判断することができる。
【００６３】
図７を参照して、ステップ８２において、検出した吸着部の吸着能力が第１の判定値以上であれば、この制御を終了する。すなわち、吸着部は、所望の能力以上の吸着能力を有している。ステップ８２において、検出した吸着能力が第１の判定値未満である場合には、ステップ８３に移行する。
【００６４】
ステップ８３においては、吸着部の温度を上昇させる第１の昇温制御を行う。本実施の形態の第１の昇温制御においては、吸着部に流入する排気ガスの空燃比がリーンの状態で昇温する。すなわち、排気ガスに含まれる酸素が、炭素成分の酸化のために十分な量の状態にして温度を上昇する。本実施の形態における第１の昇温制御では、燃焼室における燃料の噴射パターンを変更することにより排気ガスの温度を上昇させる。排気ガスの温度を上昇させることにより、吸着部の温度を上昇させる。本実施の形態においては、予め定められた第１の温度以上まで上昇させる。
【００６５】
図１１に、昇温制御において排気ガスの温度を上昇させるときの噴射パターンの説明図を示す。本実施の形態の昇温制御においては、燃焼室における噴射パターンを変更することにより、排気ガスの温度を上昇させている。噴射パターンＣは、主噴射ＦＭの噴射時期を遅角させることにより、排気ガスの温度を上昇させている。更に、噴射パターンＣでは、主噴射ＦＭの後の燃焼可能な時期に第２の補助噴射を行っている。第２の補助噴射は、アフター噴射ＦＡと言われる。第２の補助噴射ＦＡは、例えば圧縮上死点後のクランク角が略４０°までの範囲で行なわれる。第２の補助噴射ＦＡを行なうことにより、後燃え期間が長くなり、排気ガスの温度を上昇させることができる。
【００６６】
図６を参照して、第１の昇温制御での目標温度としての第１の温度は、炭化水素の形態で吸着部に保持されている炭素成分を放出することができる温度を選択する。例えば、第１の温度は、３００℃以上５００℃以下の温度を採用することができる。本実施の形態においては、第１の温度として略４００℃を採用している。本実施の形態における第１の昇温制御では、吸着部の温度が略４００℃以上になるまで昇温を行う。本実施の形態における第１の昇温制御では、予め定められた長さの時間で吸着部の温度が第１の温度以上になるように制御を行っている。第１の昇温制御を行うことにより、吸着部に吸着されている炭化水素を放出させることができる。吸着部の吸着能力の少なくとも一部を回復することができる。
【００６７】
図７を参照して、ステップ８３において第１の昇温制御が終了したら、ステップ８４に移行する。ステップ８４においては、再度、吸着部の吸着能力を検出する。本実施の形態の排気浄化装置は、第１の昇温制御を行なった後に吸着部の吸着能力を検出する第２の吸着能力検出手段を備える。
【００６８】
本実施の形態における第２の吸着能力検出手段は、第１の検出能力検出手段と同様である。すなわち、吸着部が低温の状態で、吸着部に供給する未燃炭化水素を増加させて一酸化炭素の酸化反応を生じさせる。そのときの酸化部の温度上昇幅ＤＴＸを検出することにより、吸着部の吸着能力を検出している（図８参照）。
【００６９】
次に、ステップ８５において、ステップ８４において検出した吸着部の吸着能力が、第２の判定値未満であるか否かを検出する。本実施の形態においては、ステップ８２における吸着能力の評価と同様の制御を行っている。図８を参照して、第２の吸着能力判定手段の判定値として、第２の上昇幅判定値ＤＴＸ２を採用している。第２の上昇幅判定値ＤＴＸ２は、第１の吸着能力判定手段の判定値である第１の上昇幅判定値ＤＴＸ１よりも大きな値が採用されている。検出された酸化部の温度上昇幅ＤＴＸが第２の上昇幅判定値ＤＴＸ２よりも小さければ、検出した吸着能力が第２の判定値未満であると判断することができる。
【００７０】
図７を参照して、ステップ８５において、吸着部の吸着能力が第２の判定値以上である場合には、この制御を終了する。すなわち、吸着部は、所望の能力以上の吸着能力を有している。吸着部の吸着能力が第２の判定値未満である場合には、ステップ８６に移行する。
【００７１】
ステップ８６においては、第２の昇温制御を行う。第２の昇温制御においては、第１の昇温制御で到達した第１の温度よりも高い第２の温度まで吸着部を昇温させる制御を行う。第２の昇温制御の目標温度となる第２の温度は、コーキングにより炭素の形態で保持されている炭素成分を十分に放出させる温度を選択することができる。例えば、図６を参照して、第２の温度は、５００℃以上７００℃以下の温度を採用することができる。本実施の形態における第２の温度は、略６００℃を採用している。
【００７２】
本実施の形態の第２の昇温制御においては、吸着部に流入する排気ガスの空燃比をリーンの状態にする。また、第１の昇温制御と同様の方法により吸着部の温度を上昇させることができる。本実施の形態においては、図１１に示すように、主噴射ＦＭを遅角して、さらにアフター噴射ＦＡを行なうことにより、排気ガスの温度を上昇させている。排気ガスの温度が上昇することにより、吸着部の温度を上昇させいる。本実施の形態における第２の昇温制御では、予め定められた長さの時間で吸着部を第２の温度以上に維持している。第２の昇温制御を行うことにより、コーキングにより生成された炭素を吸着部から放出させることができる。吸着部の吸着能力を回復することができる。
【００７３】
図７を参照して、第２の昇温制御が終了すれば通常運転に復帰している。本実施の形態においては、第２の昇温制御を１回で終了しているが、この形態に限られず、第２の昇温制御の終了後に吸着部の吸着能力を検出し、吸着能力が所定の判定値未満であれば、第２の昇温制御を繰り返し行っても構わない。
【００７４】
図１２に、本実施の形態における運転制御のタイムチャートを示す。時刻ｔ１までは、通常運転を行なっている。吸着部に保持される炭化水素および炭素が増加することにより吸着能力が減少する。時刻ｔ１において、吸着部の吸着能力が第１の判定値に到達している。本実施の形態においては、酸化触媒における温度上昇幅ＤＴＸが第１の上昇幅判定値ＤＴＸ１未満になっている。
【００７５】
時刻ｔ１から時刻ｔ２までは、第１の昇温制御を行っている。吸着部の温度が第１の温度以上になるように昇温している。第１の昇温制御を行なうことにより、炭化水素の形態で吸着している炭素成分が吸着部から放出される。時刻ｔ２においては吸着能力が回復している。このときの吸着能力は第２の判定値を超えている。このために、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで通常運転を行っている。
【００７６】
時刻ｔ３において、吸着能力が第１の判定値に到達している。時刻ｔ３から時刻ｔ４までは、再度、第１の昇温制御を行っている。時刻ｔ４から時刻ｔ５までは、通常運転を行っている。更に、時刻ｔ５から時刻ｔ６までは、第１の昇温制御を行っている。このように、通常運転を行なっている期間中に複数回の第１の昇温制御を繰り返し行っている。
【００７７】
時刻ｔ６において、第１の昇温制御が終了した時の吸着能力が第２の判定値よりも小さくなっている。このために、時刻ｔ７から時刻ｔ８までにおいて、第２の昇温制御を行っている。第２の昇温制御では、吸着部の温度が第２の温度以上になるように制御を行っている。第２の昇温制御を行うことにより、炭素の形態で保持されている炭素成分が放出される。この結果、時刻ｔ８において吸着可能量が回復し、吸着能力が第２の判定値よりも大きくなる。時刻ｔ８以降においては、これらの運転制御を繰り返している。
【００７８】
図１３に、本実施の形態における運転制御を行なったときの一酸化炭素の浄化率を説明するグラフを示す。横軸は、試験装置における評価走行距離であり、内燃機関を車両に配置したときの車両の走行距離に対応する。横軸の走行距離は、走行距離Ｄ１、走行距離Ｄ２、走行距離Ｄ３および走行距離Ｄ４の順に大きくなっている。縦軸は、一酸化炭素の浄化率である。
【００７９】
それぞれの棒グラフは、第１の昇温制御または第２の昇温制御を行なった直後の状態を示している。走行距離Ｄ１の状態は、使用開始時の状態であり、優れた一酸化炭素の浄化率を有している。
【００８０】
走行距離Ｄ２のときには、放出されずに残存する炭化水素およびコーキングにより生成された炭素による浄化率の低下が発現している。走行距離Ｄ２では、一酸化炭素の浄化率が第１の判定値未満になっている。この時に第１の昇温制御を行うことにより、残存していた炭化水素が放出されて、一酸化炭素の浄化率の一部が回復する。
【００８１】
ところが、第１の昇温制御においてはコーキングにより生成された炭素の大部分が放出されずに残存する。このために、走行距離Ｄ２および走行距離Ｄ３に示すように、走行距離が長くなると一酸化炭素の浄化率は低下する。このように、通常運転を継続しながら第１の昇温制御を行なっていると、一酸化炭素の浄化率は徐々に小さくなる。
【００８２】
図１３に示す例においては、走行距離Ｄ４において、第１の昇温制御を行なっても一酸化炭素の浄化率が第２の判定値未満になっている。すなわち、吸着部の吸着能力が第２の判定値未満になっている。このときに、第２の昇温制御行なうことにより、コーキングにより生成された炭素を放出させることができて、一酸化炭素の浄化率を回復させることができる。図１３においては、一酸化炭素の浄化率を例に取り上げて説明したが、未燃炭化水素の浄化率についても同様の効果を奏する。
【００８３】
前述のように、本実施の形態の運転制御においては、吸着部を第１の温度まで昇温する第１の昇温制御を複数回行なった後に、第１の温度よりも高い第２の温度まで吸着部を昇温させる第２の昇温制御を行っている。この制御を行なうことにより、吸着部に吸着している炭化水素およびコーキングにより生成された炭素を放出させることができて、吸着部の優れた浄化性能を維持することができる。
【００８４】
ところで、比較例の運転制御として、毎回の昇温制御において、コーキングにより生成された炭素を吸着部から放出できる温度まで昇温する制御を取り上げることができる。しかしながら、この制御では、コーキングにより生成された炭素を放出させるために、毎回の昇温制御において吸着部を非常に高温にする必要がある。
【００８５】
これに対して、本実施の形態の運転制御では、コーキングにより生成された炭素の保持量に応じて、昇温制御を行うときの目標温度が選択される。即ち、目標温度として、第１の温度または第２の温度が選択される。このために、コーキングにより生成された炭素を放出させるための温度まで昇温する回数を少なくすることができて、燃料消費を抑制することができる。または、機関排気通路に配置された排気処理装置が熱劣化を生じる場合には、熱劣化を抑制することができる。
【００８６】
本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置は、排ガスに含まれる粒子状物質を除去するパティキュレートフィルタを備える。パティキュレートフィルタの再生を行うために、機関本体から排出される排気ガスの空燃比がリーンの状態で排気ガスを高温にする場合がある。この場合には、吸着部に保持されている炭化水素およびコーキングにより生成された炭素を吸着部から放出させることができる。しかしながら、パティキュレートフィルタの再生は、非常に長期間ごとに行われる。このために、パティキュレートフィルタの再生を待っていると、吸着部の吸着能力は大きく低下してしまう。本実施の形態においては、パティキュレートフィルタの再生とは別に第１の昇温制御および第２の昇温制御を行うことにより、吸着部の優れた吸着能力を維持することができる。
【００８７】
本実施の形態における第１の吸着能力検出手段は、排気ガスの温度が予め定められた温度未満の状態で、吸着部に流入する未燃炭化水素量を増加させる。このときの一酸化炭素の酸化による酸化触媒の温度上昇幅を検出している。温度上昇幅が予め定められた第１の上昇幅判定値よりも小さい場合には、吸着部の吸着能力が第１の判定値未満であると判断している。第２の吸着能力検出手段においても同様に、温度上昇幅が予め定められた第２の上昇幅判定値よりも小さい場合は、吸着部の吸着能力が第２の判定値未満であると判断している。この構成により、容易に吸着部の吸着能力を検出することができる。
【００８８】
本実施の形態においては、第１の吸着能力検出手段と第２の吸着能力検出手段とは、同一の手段を用いているが、この形態に限られず、互いに異なる手段を採用しても構わない。または、それぞれの吸着能力検出手段は、吸着部の吸着能力を検出できる任意の手段を採用することができる。
【００８９】
図１４に、本実施の形態における第２の排気処理装置の概略断面図を示す。第２の排気処理装置は、吸着部の吸着能力を検出するために、上記の吸着能力検出手段とは異なる他の吸着能力検出手段を備える。他の吸着能力検出手段は、吸着部５１を含む吸着材１３ａの上流側に配置され、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ７１ａを含む。また、他の吸着能力検出手段は、吸着材１３ａの下流側に配置され、吸着材１３ａから流出する排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ７１ｂを含む。それぞれの空燃比センサ７１ａ，７１ｂは、電子制御ユニット３０の入力ポート３５に接続されている（図１参照）。
【００９０】
本実施の形態における空燃比センサ７１ａ，７１ｂは、排気ガスの空燃比のそれぞれの点に対応した出力値を示し、たとえば、排気ガスの空燃比が小さくなるほど（排気ガスの空燃比がリッチになるほど）、空燃比センサの出力電流は小さくなる。本実施の形態における空燃比センサ７１ａ，７１ｂは、排気ガスの空燃比と出力値とが略比例の関係を有するリニア空燃比センサであり、排気ガスのそれぞれの状態における空燃比を検出することができる。
【００９１】
本実施の形態における他の吸着能力検出手段は、空燃比センサ７１ａ，７１ｂにて検出された排気ガスの空燃比から、それぞれの位置における未燃炭化水素の濃度を検出することができる。吸着材１３ａに流入する未燃炭化水素の濃度と、吸着材１３ａから流出する未燃炭化水素の濃度により、炭化水素の浄化率を検出することができる。例えば、吸着材における炭化水素の浄化率は、（浄化率）＝（吸着材に流入する炭化水素の濃度−吸着材から流出する炭化水素の濃度）／（吸着材に流入する炭化水素の濃度）により検出することができる。
【００９２】
他の吸着能力検出手段は、予め定められた炭化水素を吸着すべき温度領域において、吸着部の吸着能力としての炭化水素の浄化率を検出することができる。検出した炭化水素の浄化率が第１の浄化率判定値よりも小さい場合には、吸着部における吸着能力が第１の判定値未満であると判断することができる。または、検出した炭化水素の浄化率が第２の浄化率判定値よりも小さい場合には、吸着部における吸着能力が第２の判定値未満であると判断することができる。
【００９３】
本実施の形態における他の吸着能力検出手段は、空燃比センサを含んでいるが、空燃比センサの代わりに、一酸化炭素のセンサ等のセンサを配置することができる。一酸化炭素の濃度を検出可能なセンサを配置することにより、吸着部の吸着能力として一酸化炭素の浄化率を検出することができる。または、吸着材に流入する未燃炭化水素の濃度や一酸化炭素の濃度は、マップにより推定しても構わない。
【００９４】
更に、吸着能力検出手段のうち第１の吸着能力検出手段は、推定精度が高精度でなくても実施することができる。第１の吸着能力検出手段は、温度センサや空燃比センサ等のセンサを用いずに、予め作成されたマップを用いて吸着部の吸着能力を推定することができる。
【００９５】
図１５に、単位時間当たりに機関本体から排出される排気ガスに含まれる未燃炭化水素のマップを示す。単位時間当たりに機関本体から排出される未燃炭化水素量ＨＣＡは、機関回転数Ｎと燃料噴射量ＴＡＱから推定することができる。このマップを、たとえば、電子制御ユニット３０のＲＯＭ３２に記憶させておく。本実施の形態における内燃機関では、機関本体から排出される未燃炭化水素量は、吸着部に流入する未燃炭化水素量と等しくなる。
【００９６】
図１５に示すマップを用いることにより、運転状態に応じて単位時間あたりに吸着部に流入する未燃炭化水素量を推定することができる。そのときの吸着部の温度を検出し、吸着部の温度に応じて、吸着部に吸着される未燃炭化水素量を推定することができる。単位時間当たりに吸着する未燃炭化水素量を積算することにより、任意の時刻における吸着部に保持された未燃炭化水素量を推定することができる。
【００９７】
吸着部に保持された未燃炭化水素量の積算値が、予め定められた未燃炭化水素の積算量判定値よりも大きくなったときに、吸着部の吸着能力が判定値未満であると判断することができる。たとえば、吸着部に保持された未燃炭化水素量の積算値が、予め定められた第１の未燃炭化水素の積算量判定値よりも大きくなったときに、吸着部の吸着能力が第１の判定値未満であると判断することができる。
【００９８】
この第１の吸着能力検出手段では、吸着部に残存する炭素成分の量の推定精度が低くなるが、第２の吸着能力判定手段にて、炭化水素の形態で吸着している炭素成分を放出させた後の吸着能力を検出することにより、残存しているコーキングにより生成された炭素成分による吸着能力の低下を検出することができる。
【００９９】
本実施の形態の排気浄化装置においては、上流側に吸着部が配置され、吸着部の下流側に酸化部が配置されているが、この形態に限られず、吸着部および酸化部は、排気ガスが吸着部を通過した後に酸化部に流入するように形成されていれば構わない。または、吸着部および酸化部が一体的に形成されていても構わない。
【０１００】
図１６に、本実施の形態における第３の排気処理装置の拡大概略断面図を示す。第３の排気処理装置は、コーディエライト等で形成された基材５５の表面に、吸着部５１および酸化部５２が層状に形成されている。基材５５の表面に酸化部５２が配置され、酸化部５２の表面に吸着部５１が配置されている。第３の排気処理装置においては、排気ガスが吸着部５１を通過した後に酸化部５２に流入する。この排気処理装置では、吸着部５１の温度と酸化部５２の温度とは略同じになる。このように、吸着部および酸化部が積層されていても構わない。
【０１０１】
図１７に、本実施の形態における第４の排気処理装置の拡大概略断面図を示す。第４の排気処理装置は、コーディエライト等で形成された基材５５の表面に、酸化アルミニウムで形成された担持体６０およびベータゼオライト粒子６１を含むコート層が形成されている。担持体６０およびベータゼオライト粒子６１の層には、触媒粒子６２が配置されている。この排気処理装置では、吸着部の温度と酸化部の温度とは略同じになる。このように、吸着部と酸化部とが一体的に形成されていても構わない。
【０１０２】
本実施の形態においては、吸着部と酸化部とが隣接している排気処理装置を例示しているが、この形態に限られず、吸着部と酸化部とが互いに離れていても構わない。また、吸着部と酸化部との間に他の部材が配置されていても構わない。
【０１０３】
前述の第１の昇温制御および第２の昇温制御においては、燃料噴射パターンの変更により排気ガスの温度を上昇させて吸着部を昇温しているが、この形態に限られず、吸着部の温度を上昇させる任意の昇温手段を採用することができる。例えば、吸着部の上流側に小型の酸化触媒を配置して、小型の酸化触媒に対して未燃炭化水素を供給して、酸化反応を生じさせることにより、排気ガスの温度を上昇させても構わない。
【０１０４】
また、吸着部を第１の温度まで昇温する第１の昇温制御を複数回行なった後に、第１の温度よりも高い第２の温度まで吸着部を昇温させる第２の昇温制御を行なう制御としては、上記の形態に限られず、任意の制御を行うことができる。たとえば、第１の昇温制御を連続して行う回数を予め定めておいて、所定の回数の第１の昇温制御の後に第２の昇温制御を行っても構わない。
【０１０５】
本実施の形態においては、内燃機関のうちディーゼルエンジンを例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、未燃炭化水素を排出する任意の内燃機関の排気浄化装置に適用することができる。
【０１０６】
（実施の形態２）
図１８を参照して、実施の形態２における内燃機関の排気浄化装置について説明する。本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置が吸着部および酸化部を備えることは、実施の形態１と同様である（図１および図２参照）。
【０１０７】
図１８に、本実施の形態における運転制御のフローチャートを示す。ステップ９１においては、第１の吸着能力検出手段により吸着部の吸着能力を検出する。ステップ９２においては、検出した吸着能力が第１の判定値未満であるか否かを判別する。ステップ９１，９２は、実施の形態１の運転制御におけるステップ８１，８２と同様である（図７参照）。
【０１０８】
ステップ９２において、吸着部の吸着能力が第１の判定値未満である場合には、ステップ９３に移行する。ステップ９３においては昇温制御行なう。本実施の形態の昇温制御においては、実施の形態１における第２の昇温制御と同様の制御を行うことができる。すなわち、昇温制御においては、コーキングにより生成された炭素を放出できる温度まで昇温する。例えば、昇温制御において吸着部の温度が略６００℃以上になるように昇温する。
【０１０９】
ステップ９３において昇温制御を行なうことにより、吸着部に吸着されている炭化水素およびコーキングにより生成された炭素を放出させることができる。本実施の形態においては、ステップ９３の昇温制御を予め定められた時間で継続している。
【０１１０】
次に、ステップ９４において、第２の吸着能力検出手段により吸着部の吸着能力を検出する。ステップ９４は、実施の形態１の運転制御におけるステップ８４と同様である（図７参照）。
【０１１１】
次に、ステップ９５においては、検出された吸着能力が第２の判定値未満であるか否かを判別する。第２の判定値は、昇温制御により十分な量の炭化水素および炭素が放出され、吸着能力が回復しているか否かが判別可能な様に設定される。第２の判定値は、予め定めることができる。ステップ９５は、実施の形態１の運転制御におけるステップ８５と同様である（図７参照）。
【０１１２】
ステップ９５において、吸着部の吸着能力が第２の判定値未満である場合には、ステップ９３に戻り、再度の昇温制御が行なわれる。ステップ９５において、吸着部の吸着能力が第２の判定値以上である場合には、この制御を終了する。
【０１１３】
本実施の形態の内燃機関の排気浄化装置においても、吸着部に残存する炭化水素およびコーキングにより生成された炭素を放出させることができて、優れた浄化性能を有する排気浄化装置を提供することができる。また、たとえばステップ９３における昇温制御の時間を短く設定することにより、過剰に長い時間で排気ガスを昇温することが回避される。たとえば、６００℃以上の高温に昇温する積算時間を短くすることができて、燃料消費量を抑制したり熱劣化を抑制したりすることができる。
【０１１４】
その他の構成、作用および効果については、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
【０１１５】
上記の実施の形態は、適宜組み合わせることができる。上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に含まれる変更が意図されている。
【符号の説明】
【０１１６】
１    機関本体
２    燃焼室
１３    排気処理装置
１３ａ    吸着材
１３ｂ    酸化触媒
２７，２９    温度センサ
３０    電子制御ユニット
５１    吸着部
５２    酸化部
５５    基材
６０    担持体
６１    ベータゼオライト粒子
６２    触媒粒子
６３    酸点
６４    ゼオライト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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