(57)【要約】【課題】ＮＯｘ捕捉触媒のＮＯｘ捕捉性能を高めることにより、ＮＯｘ浄化率を向上させること。【解決手段】エンジン２の排気管４に設けられ、排気中のＮＯｘを捕捉するＡｇ触媒４２と、Ａｇ触媒４２の下流側の排気管４に設けられ、排気中のＮＯｘを捕捉し、捕捉したＮＯｘを所定条件下で還元浄化するＬＮＣ４３と、エンジン２の運転状態に応じて、排気中のＮＯｘの含有量が所定量未満であるか否かを判定する判定部と、判定部により、排気中のＮＯｘの含有量が所定量未満であると判定されたときに、Ａｇ触媒４２に捕捉されていたＮＯｘを放出させるＮＯｘ放出部と、を備え、Ａｇ触媒４２の触媒活性化温度が、ＬＮＣ４３の触媒活性化温度よりも低いことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、前記内燃機関の排気中のＮＯｘを捕捉するＮＯｘ捕捉触媒と、
前記ＮＯｘ捕捉触媒の下流側の排気通路に設けられ、排気中のＮＯｘを捕捉し、捕捉したＮＯｘを所定条件下で還元浄化するＮＯｘ浄化触媒と、
前記内燃機関の運転状態に応じて、排気中のＮＯｘの含有量が所定量未満であるか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により、排気中のＮＯｘの含有量が所定量未満であると判定されたときに、前記ＮＯｘ捕捉触媒に捕捉されていたＮＯｘを放出させるＮＯｘ放出手段と、を備え、
前記ＮＯｘ捕捉触媒の触媒活性化温度が、前記ＮＯｘ浄化触媒の触媒活性化温度よりも低いことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段をさらに備え、
前記判定手段は、前記運転状態検出手段により検出された運転状態が所定の低負荷運転状態であることを含む複数の運転条件のうち少なくとも１つの条件を満たす場合には、排気中のＮＯｘの含有量が所定量未満であると判定する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】
排気の一部を前記内燃機関の吸気通路内に還流するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路を介して還流される排気の流量を制御するＥＧＲ制御手段と、
前記吸気通路に吸気された吸気流量と、前記ＥＧＲ制御手段により前記ＥＧＲ通路を介して還流された排気の排気流量と、の合計量に対する当該排気流量の割合をＥＧＲ率としたときに、前記内燃機関の冷却水温に応じて目標ＥＧＲ率を決定する目標ＥＧＲ率決定手段と、をさらに備え、
前記判定手段は、前記目標ＥＧＲ率決定手段により決定された目標ＥＧＲ率が所定のＥＧＲ率判定値を超えていることを含む複数の運転条件のうち少なくとも１つの条件を満たす場合には、排気中のＮＯｘの含有量が所定量未満であると判定することを特徴とする請求項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ＮＯｘ捕捉触媒の温度を上昇させる昇温手段をさらに備え、
前記ＮＯｘ放出手段は、前記昇温手段により前記ＮＯｘ捕捉触媒の温度を上昇させることにより、前記ＮＯｘ捕捉触媒に捕捉されていたＮＯｘを放出させることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記ＮＯｘ捕捉触媒の上流側の排気通路に還元性気体を供給する還元性気体供給手段をさらに備え、
前記ＮＯｘ放出手段は、前記還元性気体供給手段により前記ＮＯｘ捕捉触媒の上流側の排気通路に還元性気体を供給し、捕捉されていたＮＯｘを還元することにより、前記ＮＯｘ捕捉触媒に捕捉されていたＮＯｘを放出させることを特徴とする請求項１から４いずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記ＮＯｘ捕捉触媒は、少なくともＡｇを含むことを特徴とする請求項１から５いずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記ＮＯｘ捕捉触媒の上流側の排気通路に水素を供給する水素供給手段をさらに備えることを特徴とする請求項６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。詳しくは、内燃機関の排気中のＮＯｘを効率良く浄化する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等に搭載される内燃機関（以下、「エンジン」という）、特にディーゼルエンジン等の希薄燃焼式エンジンでは、排気中に多量の窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という）が含まれる。この排気中に含まれるＮＯｘを低減する技術として、排気の一部をＥＧＲガスとしてエンジンの吸気通路内に還流するＥＧＲ技術がよく知られている。
【０００３】
また、排気通路内に配置されたアルカリ金属、アルカリ土類金属、及び白金等を含有するＤｅＮＯｘ触媒の上流に水素富化手段を設け、この水素富化手段で生成する水素含有気体を、下流に配置されたＤｅＮＯｘ触媒に導入する技術が開示されている（特許文献１参照）。水素富化手段としては、炭化水素燃料の改質反応が利用され、具体的には、酸化剤の種類に応じて部分酸化反応や水蒸気改質反応が利用される。
この技術では、水素富化手段にて、一酸化炭素（以下、「ＣＯ」という）及び炭化水素（以下、「ＨＣ」という）から水素（以下、「Ｈ２」という）を生成させ、生成した水素をＮＯｘの還元剤として利用することにより、ＮＯｘを浄化する。
【０００４】
さらに、排気中のＮＯｘを捕捉する性能を有するＮＯｘ捕捉触媒をエンジンの排気通路に設け、このＮＯｘ捕捉触媒の上流側に水素を供給する技術が知られている。この技術によれば、従来一般的な三元触媒やＮＯｘ吸蔵還元触媒、そして上述の水素富化手段とＤｅＮＯｘ触媒を組み合わせた技術に比して、より低温条件下で排気中のＮＯｘを効率良く浄化できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３６４２２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記のＥＧＲ技術では、大量のＥＧＲガスを吸気通路内に導入すると、エンジンの燃焼悪化を招き易い。特に、エンジン冷機時においてその影響が大きく、最悪の場合には失火等の問題が生じる。このため、エンジン冷機時においては、暖機時よりもＥＧＲガスの導入量を少なくして燃焼安定性を確保するのが一般的である。従って、エンジン始動直後の冷機時には、十分なＮＯｘ排出量の低減が難しい。
【０００７】
また、ＮＯｘ捕捉触媒は、上述の三元触媒やＮＯｘ吸蔵還元触媒、そして上述の水素富化手段とＤｅＮＯｘ触媒との組み合わせに比して、より低温領域からＮＯｘ捕捉性能を発揮するものの、ＮＯｘ捕捉量が増大するにつれてＮＯｘ捕捉性能が低下する特性がある。従って、例えば自動車の走行中に大量のＮＯｘを捕捉したままエンジンを停止し、エンジンが冷却された後に再び運転を開始した場合にあっては、十分なＮＯｘ捕捉性能を発揮できず、高いＮＯｘ浄化率が得られない。
【０００８】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＮＯｘ捕捉触媒のＮＯｘ捕捉性能を高め、ＮＯｘ浄化率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置（例えば、後述のエンジン２の排気浄化装置１）は、内燃機関の排気通路（例えば、後述の排気管４）に設けられ、前記内燃機関の排気中のＮＯｘを捕捉するＮＯｘ捕捉触媒（例えば、後述のＡｇ触媒４２）と、前記ＮＯｘ捕捉触媒の下流側の排気通路に設けられ、排気中のＮＯｘを捕捉し、捕捉したＮＯｘを所定条件下で還元浄化するＮＯｘ浄化触媒（例えば、後述のＬＮＣ４３）と、前記内燃機関の運転状態に応じて、排気中のＮＯｘの含有量が所定量未満であるか否かを判定する判定手段（例えば、後述のクランク角センサ９４、アクセル開度センサ９５、冷却水温センサ９６、ＥＣＵ７）と、前記判定手段により、排気中のＮＯｘの含有量が所定量未満であると判定されたときに、前記ＮＯｘ捕捉触媒に捕捉されていたＮＯｘを放出させるＮＯｘ放出手段（例えば、後述のスロットルバルブ３２、過給機６、燃料改質器８、改質ガス導入通路８１、改質ガス導入バルブ８７、ＥＣＵ７）と、を備え、前記ＮＯｘ捕捉触媒の触媒活性化温度が、前記ＮＯｘ浄化触媒の触媒活性化温度よりも低いことを特徴とする。
【００１０】
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関の運転状態に応じて、排気中のＮＯｘの含有量が所定量未満であると判定されたときに、ＮＯｘ捕捉触媒に捕捉されていたＮＯｘを放出させる構成とした。これにより、排気中にＮＯｘが多量に含まれている状態のときに、排気中のＮＯｘに加えて、ＮＯｘ捕捉触媒から放出されたＮＯｘが、下流に配置されたＮＯｘ浄化触媒に一度に流入するのを回避できる。即ち、ＮＯｘ浄化触媒が捕捉し得るＮＯｘの量には限界があるところ、ＮＯｘ浄化触媒の最大捕捉量を超えた量のＮＯｘが一度にＮＯｘ浄化触媒に流入するのを回避できる。従って、内燃機関から排出された排気中に含まれるＮＯｘと、ＮＯｘ捕捉触媒から放出されたＮＯｘとを、ＮＯｘ浄化触媒により確実に捕捉して浄化できるため、高いＮＯｘ浄化率が得られ、エミッションを改善できる。
【００１１】
また、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯｘ捕捉触媒の触媒活性化温度が、ＮＯｘ浄化触媒の触媒活性化温度よりも低い構成とした。このため、エンジン始動時等においては、ＮＯｘ浄化触媒の温度が触媒活性化温度まで達していないため、ＮＯｘ捕捉触媒でＮＯｘを捕捉することとなる。ところが、ＮＯｘ捕捉触媒は、低温領域からＮＯｘ捕捉性能を発揮する一方で、ＮＯｘ捕捉量が増大するにつれてＮＯｘ捕捉性能が低下する特性がある。このため、特にＮＯｘ捕捉触媒でＮＯｘを捕捉することとなるエンジン始動時等において、多量のＮＯｘがＮＯｘ捕捉触媒に捕捉されたままの状況を回避する必要がある。この点、本発明によれば、排気中のＮＯｘの含有量が所定量未満であると判定されたときに、ＮＯｘ捕捉触媒に捕捉されたＮＯｘを随時放出するため、多量のＮＯｘがＮＯｘ捕捉触媒に捕捉されたままの状況を回避できる。従って、ＮＯｘ捕捉触媒がＮＯｘ捕捉性能を十分に発揮でき、高いＮＯｘ浄化率が得られる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段（例えば、後述のクランク角センサ９４、アクセル開度センサ９５、ＥＣＵ７）をさらに備え、前記判定手段は、前記運転状態検出手段により検出された運転状態が所定の低負荷運転状態であることを含む複数の運転条件のうち少なくとも１つの条件を満たす場合には、排気中のＮＯｘの含有量が所定量未満であると判定することを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関が低負荷運転状態であるときに、排気中のＮＯｘの含有量が所定量未満であると判定し、ＮＯｘ捕捉触媒に捕捉されていたＮＯｘを放出させる態様を含む構成とした。即ち、内燃機関が低負荷運転状態のときは、燃焼温度が低く、排気中のＮＯｘの含有量は比較的少ないため、このときに、ＮＯｘ捕捉触媒に捕捉されていたＮＯｘを放出させる。これにより、下流のＮＯｘ浄化触媒に流入するＮＯｘ量を低減できるため、捕捉及び浄化されずにＮＯｘ浄化触媒を通過してしまうＮＯｘ量をさらに低減でき、さらに高いＮＯｘ浄化率が得られる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置において、排気の一部を前記内燃機関の吸気通路内に還流するＥＧＲ通路（例えば、後述のＥＧＲ通路５）と、前記ＥＧＲ通路を介して還流される排気の流量を制御するＥＧＲ制御手段（例えば、後述のＥＧＲバルブ５１、ＥＣＵ７）と、前記吸気通路（例えば、後述の吸気管３）に吸気された吸気流量と、前記ＥＧＲ制御手段により前記ＥＧＲ通路を介して還流された排気の排気流量と、の合計量に対する当該排気流量の割合をＥＧＲ率としたときに、前記内燃機関の冷却水温ＴＷに応じて目標ＥＧＲ率ＴＲＥＧＲを決定する目標ＥＧＲ率決定手段（例えば、後述の冷却水温センサ９６、ＥＣＵ７）と、をさらに備え、前記判定手段は、前記目標ＥＧＲ率決定手段により決定された目標ＥＧＲ率が所定のＥＧＲ率判定値を超えていることを含む複数の運転条件のうち少なくとも１つの条件を満たす場合には、排気中のＮＯｘの含有量が所定量未満であると判定することを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関の冷却水温に応じて決定した目標ＥＧＲ率が、所定のＥＧＲ率判定値を超えているときに、排気中のＮＯｘの含有量が所定量未満であると判定し、ＮＯｘ捕捉触媒に捕捉されていたＮＯｘを放出させる態様を含む構成とした。
ＥＧＲを備える内燃機関において、ＥＧＲ率が高いとき、即ち燃焼室内に吸入されるＥＧＲガス量が吸入空気量に比して多いときほど、燃焼温度が低下するため、排気中のＮＯｘ含有量は少量となる。ところで、内燃機関の始動時にＥＧＲ率を高めると、燃焼悪化を招き易いが、暖機が進むにつれ、ＥＧＲ率を高めても燃焼悪化は生じ難くなり、失火のおそれもなくなる。このため、ＥＧＲ率を高めることが可能になるのは、暖機がある程度完了した後である。
そこで、本発明では、暖機が進むにつれて上昇する冷却水温に応じて目標ＥＧＲ率を決定する。そして、決定した目標ＥＧＲ率が所定のＥＧＲ率判定値を超えているときに、排気中のＮＯｘの含有量が所定量未満であると判定し、ＮＯｘ捕捉触媒に捕捉されていたＮＯｘを放出させる。これにより、内燃機関から排出される排気中のＮＯｘの含有量が少量である、より適切なタイミングで、ＮＯｘ捕捉触媒に捕捉されていたＮＯｘを放出させることができる。従って、下流のＮＯｘ浄化触媒に流入するＮＯｘ量をより低減できるため、捕捉及び浄化されずにＮＯｘ浄化触媒を通過してしまうＮＯｘ量をより低減でき、より高いＮＯｘ浄化率が得られる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３いずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ捕捉触媒の温度を上昇させる昇温手段（例えば、後述のスロットルバルブ３２、過給機６）をさらに備え、前記ＮＯｘ放出手段は、前記昇温手段により前記ＮＯｘ捕捉触媒の温度を上昇させることにより、前記ＮＯｘ捕捉触媒に捕捉されていたＮＯｘを放出させることを特徴とする。
【００１７】
請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置では、昇温手段でＮＯｘ捕捉触媒の温度を上昇させることにより、ＮＯｘ捕捉触媒に捕捉されていたＮＯｘを放出させる構成とした。ここで、ＮＯｘ捕捉触媒が捕捉できるＮＯｘの最大捕捉量は、ＮＯｘ捕捉触媒の温度に依存する特性がある。具体的には、ＮＯｘ捕捉触媒の温度がある温度を超えると、ＮＯｘ最大捕捉量は急激に増大してピークに達し、その後は温度の上昇とともに次第に減少する。本発明はこの特性を利用したものであり、ＮＯｘを捕捉したＮＯｘ捕捉触媒の温度を上昇させることにより、ＮＯｘ最大捕捉量が減少し、ＮＯｘ最大捕捉量との差分に相当するＮＯｘを放出させることができる。これにより、請求項１から３に係る発明の効果がより確実に発揮される。
なお、後述する少なくともＡｇを含むＮＯｘ捕捉触媒は、他のＮＯｘ捕捉触媒に比してライトオフ性能が高い分、高温条件下ではＮＯｘを放出し易い特性がある。このため、少なくともＡｇを含むＮＯｘ捕捉触媒を用いた場合には、ＮＯｘ捕捉触媒の温度を上昇させることにより、捕捉していたＮＯｘを容易に放出させることができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４いずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ捕捉触媒の上流側の排気通路に還元性気体を供給する還元性気体供給手段（例えば、後述のインジェクタ、ＥＣＵ７）をさらに備え、前記ＮＯｘ放出手段は、前記還元性気体供給手段により前記ＮＯｘ捕捉触媒の上流側の排気通路に還元性気体を供給し、捕捉されていたＮＯｘを還元することにより、前記ＮＯｘ捕捉触媒に捕捉されていたＮＯｘを放出させることを特徴とする。
【００１９】
請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置では、ＮＯｘ捕捉触媒の上流側の排気通路に水素を含む還元性気体を供給し、捕捉されていたＮＯｘを還元することにより、ＮＯｘ捕捉触媒に捕捉されていたＮＯｘを放出させる構成とした。これにより、ＮＯｘ捕捉触媒に捕捉されていたＮＯｘの放出が促進され、例えばＮＯｘ捕捉触媒の温度が低い場合であっても、ＮＯｘを放出させることができる。従って、本発明によれば、請求項１から４に係る発明の効果がより確実に発揮される。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、請求項１から５いずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ捕捉触媒は、少なくともＡｇを含むことを特徴とする。
【００２１】
請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置では、少なくともＡｇを含むＮＯｘ捕捉触媒を用いる構成とした。
ここで、ＮＯｘ捕捉触媒中のＡｇは、通常、酸素過剰雰囲気下では酸化銀の状態で存在するが、水素が存在することにより酸素過剰雰囲気下においても低温で容易に部分的に還元された状態となる。この銀の状態は、酸化銀の状態よりも排気中のＮＯｘを酸化して触媒上に捕捉する能力が飛躍的に高い。例えば、後述のＡｇ触媒４２は、酸素過剰雰囲気下において水素が共存することにより、１００℃程度の低温であっても排気中のＮＯｘ（ＮＯ及びＮＯ２）を酸化して捕捉することができる。
従って、少なくともＡｇを含むＮＯｘ捕捉触媒を用いる本発明によれば、高いライトオフ性能が得られ、内燃機関の始動直後から高いＮＯｘ浄化率が得られる。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記ＮＯｘ捕捉触媒の上流側の排気通路に水素を供給する水素供給手段（例えば、後述の燃料改質器８、改質ガス導入通路８１、改質ガス導入バルブ８７、ＥＣＵ７）をさらに備えることを特徴とする。
【００２３】
請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置では、少なくともＡｇを含むＮＯｘ捕捉触媒の上流側の排気通路に、水素を供給する構成とした。
上述した通り、ＮＯｘ捕捉触媒中のＡｇは、水素の存在下で還元され、非常に高いＮＯｘ捕捉能を有する還元銀の状態となる。このため、本発明によれば、積極的に排気中に多量の水素を供給することにより、さらに高いライトオフ性能が得られ、内燃機関の始動直後からさらに高いＮＯｘ浄化率が得られる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、ＮＯｘ捕捉触媒のＮＯｘ捕捉性能を高めることにより、ＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＡｇ触媒のＮＯｘ放出処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】目標ＥＧＲ率ＴＲＥＧＲと冷却水温ＴＷとの関係を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の運転状態を示す図である。
【図５】Ａｇ触媒温度ＴＡｇとＮＯｘ最大捕捉量ΣＮＯｘ＿ｍａｘとの関係を示す図である。
【図６】各種雰囲気ガス下でのＡｇ触媒温度とＮＯｘ脱離量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置１の構成を示す図である。内燃機関（以下、「エンジン」という）２は、各気筒２１の燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンである。
【００２７】
エンジン２に燃料を供給する燃料供給系は、燃料タンク２３に貯留された燃料を加圧する燃料ポンプ（図示せず）と、この燃料ポンプにより加圧された燃料をエンジン２の気筒２１ごとに設けられたインジェクタ（図示せず）に供給するコモンレール（図示せず）と、を含んで構成される。
【００２８】
インジェクタからの燃料噴射量ＱＩＮＪは、後述する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）７によって設定される。また、このインジェクタの開弁時間は、設定された燃料噴射量ＱＩＮＪが得られるように、ＥＣＵ７からの駆動信号により制御される。
【００２９】
エンジン２には、吸気が流通する吸気管３と、排気が流通する排気管４と、排気の一部を吸気管３に還流するＥＧＲ通路５と、吸気管３に吸気を圧送する過給機６と、が設けられている。
【００３０】
ＥＧＲ通路５は、排気マニホールド４１と吸気マニホールド３１とを接続し、タービン６１の上流側の排気の一部を、吸気管３のうちコンプレッサ６２の下流側に還流する。ＥＧＲ通路５には、還流する排気の流量を制御するＥＧＲバルブ５１が設けられている。ＥＧＲバルブ５１は、図示しないアクチュエータを介してＥＣＵ７に接続されており、その弁開度はＥＣＵ７により電磁的に制御される。
【００３１】
過給機６は、排気管４に設けられたタービン６１と、吸気管２に設けられたコンプレッサ６２と、を備える。タービン６１は、排気管４を流通する排気の運動エネルギにより駆動される。コンプレッサ６２は、タービン６１により回転駆動され、吸気を加圧し吸気管２内へ圧送する。また、タービン６１は、図示しない複数の可変ベーンを備えており、可変ベーンの開度を変化させることにより、タービン回転数（回転速度）を変更できるように構成されている。タービン６１のベーン開度は、ＥＣＵ７により電磁的に制御される。
【００３２】
吸気管３は、吸気マニホールド３１の複数の分岐部を介してエンジン２の各気筒２１の吸気ポートに接続されている。排気管４は、排気マニホールド４１の複数の分岐部を介してエンジン２の各気筒２１の排気ポートに接続されている。
【００３３】
吸気管３のうち過給機６の上流側には、エンジン２の吸入空気量ＱＡＩＲを制御するスロットルバルブ３２が設けられている。このスロットルバルブ３２は、アクチュエータを介してＥＣＵ７に接続されており、その開度はＥＣＵ７により電磁的に制御される。
【００３４】
排気管４には、上流側から順に、ＮＯｘ捕捉触媒（以下、「Ａｇ触媒」という）４２、ＮＯｘ浄化触媒としてのＮＯｘ捕捉還元触媒（以下、「ＬＮＣ」という）４３が設けられている。排気管４のうち、Ａｇ触媒４２の上流側には、後述する燃料改質器８で生成された水素を含む改質ガスを排気管４内に導入する改質ガス導入通路８１が接続されている。
【００３５】
Ａｇ触媒４２は、水素共存下で、排気中に含まれるＮＯｘを酸化して捕捉する。
ここで、本発明における「捕捉」とは、吸着、吸収、吸蔵のいずれをも含むことを意味する。
また、本実施形態のＡｇ触媒４２は、後述するＬＮＣ４３に比して触媒活性化温度が低い。ここで、本発明における「触媒活性化温度」とは、触媒がＮＯｘ捕捉性能を発揮し得るときの温度を意味する。
【００３６】
本実施形態のＡｇ触媒４２は、Ａｇを活性種とする触媒である。より詳しくは、Ａｇ触媒４２は、Ａｇに加えて、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、セリア、及びゼオライトからなる群より選択される少なくとも１種の酸化物を含んでなるＡｇ系触媒である。
このＡｇ触媒４２は、例えば１００℃の低温から２５０℃までの温度範囲において、ＮＯｘを酸化して捕捉する。
【００３７】
Ａｇ触媒４２に含まれるＡｇは、酸素を含む排気中では、主に酸化された状態の酸化銀として存在し、ＮＯｘ捕捉能を持たない。これに対して、Ａｇ触媒４２に水素を供給して水素共存下とすると、酸化銀が水素と接触することによって酸素過剰雰囲気中においても低温で容易に部分的に還元された状態となる（下記式（１）参照）。
この銀の状態は、酸化銀の状態に比して、ＮＯを酸化して捕捉する能力が飛躍的に高い。このため、Ａｇ触媒４２は、酸素過剰雰囲気下において水素が共存することにより１００℃程度の低温であっても、排気中のＮＯｘ（ＮＯ及びＮＯ２）を酸化して捕捉する（下記式（２）、（３）参照）。なお、下記式中において、Ａｇ（＊）は還元銀を表し、（ａｄ．）はＡｇ触媒４２への捕捉を表す。
［化１］
４ＡｇＯ＋Ｈ２→２Ａｇ（＊）＋２ＡｇＯ＋Ｈ２＋Ｏ２      …（１）
ＮＯ＋Ｏ２＋Ａｇ（＊）→ＮＯ３（ａｄ．）＋Ａｇ（＊）      …（２）
２ＮＯ２＋Ｏ２＋Ａｇ（＊）→２ＮＯ３（ａｄ．）＋Ａｇ（＊）      …（３）
【００３８】
Ａｇ触媒４２の調製方法については特に限定されず、従来公知の方法により調製される。例えば、所定量の硝酸銀に蒸留水を加えて攪拌し、完全に溶解させた後、所定量のベーマイトを加え、所定の条件で乾燥させる。乾燥後、所定の条件で焼成を行って得られた触媒を粉砕することにより、目的のＡｇ触媒粉末が得られる。
【００３９】
ＬＮＣ４３は、エンジン２で燃焼する混合気を理論空燃比よりもリーンに設定し、流入する排気の酸素濃度が比較的高い酸化雰囲気にしたときに、排気中のＮＯｘを捕捉する。また、ＬＮＣ４３は、流入する排気の還元剤（水素、一酸化炭素、及び炭化水素等）濃度が比較的高い還元雰囲気にしたときに、リーン雰囲気で捕捉したＮＯｘを還元する。
ＬＮＣ４３は、例えば２００℃から３５０℃までの温度範囲において、ＮＯｘを捕捉して還元する。
また、本実施形態のＬＮＣ４３には、ＮＯｘを吸着して還元するＮＯｘ吸着還元触媒や、ＮＯｘを吸収して還元するＮＯｘ吸収還元触媒や、ＮＯｘを吸蔵して還元するＮＯｘ吸蔵還元触媒が含まれる。
【００４０】
本実施形態では、ＬＮＣ４３として、触媒担体に２つの層からなるＮＯｘ浄化触媒を担持させることによって形成されたものを用いる。
ＮＯｘ浄化触媒の下層は、白金、セリア、アルミナ、Ｃｅ−Ｐｒ−Ｌａ−Ｏｘ、及びＺｒ−Ｏｘをそれぞれ所定量含む触媒材料を、水系媒体とともにボールミルに投入して攪拌、混合することでスラリーを製造し、このスラリーを触媒担体にコーティングすることにより形成される。
また、ＮＯｘ浄化触媒の上層は、鉄及びセリウムでイオン交換されたβ−ゼオライト、アルミナ、及びバインダーをそれぞれ所定量含む触媒材料を、水系媒体とともにボールミルに投入して攪拌、混合することでスラリーを製造し、このスラリーを上述の下層にコーティングすることにより形成される。
【００４１】
以上のようなＮＯｘ浄化触媒を担持して構成されたＬＮＣ４３は、具体的には以下のように動作し、排気中のＮＯｘを浄化する。
【００４２】
［リーン状態１］
先ず、エンジン２の混合気を理論空燃比よりもリーン側に設定する所謂リーンバーン運転を行い、ＬＮＣ４３に流入する排気を酸化雰囲気にすると、排気中のＮＯｘは、上層を通過して下層に到達し、白金によって酸化（例えば、ＮＯ→ＮＯ２）される。そして、酸化されたＮＯｘ（例えば、ＮＯ２）は、下層に一旦捕捉されて貯蔵される。このとき、白金はＮＯ酸化触媒として機能し、セリアやＣｅ−Ｐｒ−Ｌａ−Ｏｘは、ＮＯｘ捕捉材として機能する。
【００４３】
［リッチ状態］
次に、例えば、エンジン２の混合気を理論空燃比近傍若しくは理論空燃比よりもリッチ側に設定する所謂リッチ運転を行うことにより、ＬＮＣ４３に流入する排気を還元雰囲気にすると、排気中の一酸化炭素と水のシフト反応により二酸化炭素と水素が生成される（下記式（４）参照）。また、上記リーン状態１で貯蔵されていたＮＯｘ及び排気中のＮＯｘは水素と反応し、アンモニアが生成される（下記式（５）参照）。ここで生成されたアンモニアは、上層に移動し、ゼオライトに捕捉されて貯蔵される。
［化２］
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋ＣＯ２      …（４）
ＮＯｘ＋Ｈ２→ＮＨ３      …（５）
【００４４】
［リーン状態２］
次に、再びリーンバーン運転を行い、ＬＮＣ４３に流入する排気を酸化雰囲気にすると、上層に貯蔵されたアンモニアと、排気中のＮＯｘとがアンモニア選択接触還元法（ＮＨ３−ＳＣＲという）による反応で窒素に変換され（下記式（６）参照）、当該窒素は上層から放出される。このとき、Ｆｅ及びＣｅでイオン交換されたβ−ゼオライトは、ＮＨ３−ＳＣＲ触媒として機能する。
［化３］
ＮＯｘ＋ＮＨ３＋Ｏ２→Ｎ２＋Ｈ２Ｏ      …（６）
【００４５】
このように、ＬＮＣ４３によれば、還元剤供給中に生成されるアンモニアがゼオライトに捕捉され、捕捉したアンモニアがリーンバーン運転中にＮＯｘと反応するので、ＮＯｘの浄化を効率良く行うことができる。
【００４６】
燃料改質器８は、排気管４にその一端側が接続された改質ガス導入通路８１と、この改質ガス導入通路８１内に設けられた改質触媒８２と、燃料ガスを改質ガス導入通路８１の他端側から改質触媒８２に供給する燃料ガス供給装置８３と、を含んで構成される。
上記構成からなる燃料改質器８では、エンジン２の燃料を、改質触媒８２の作用により改質し、水素（Ｈ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び炭化水素（ＨＣ）を含む還元性気体の改質ガスを生成する。燃料改質器８で生成される改質ガスの温度は、およそ５００℃〜１０００℃の高温である。
【００４７】
改質ガス導入通路８１の途中には、この改質ガス導入通路８１を介して排気管４内に導入される改質ガスの流量を制御する改質ガス導入バルブ８７が設けられている。この改質ガス導入バルブ８７は、図示しないアクチュエータを介してＥＣＵ７に接続されており、改質ガス導入通路８１を介した改質ガスの導入量は、ＥＣＵ７により制御される。
【００４８】
燃料ガス供給装置８３は、燃料タンク２３に貯蔵された燃料と、コンプレッサ８４により供給された空気とを所定の割合で混合して燃料ガスを製造し、この燃料ガスを改質ガス導入通路８１内の改質触媒８２に供給する。この燃料ガス供給装置８３は、改質触媒８２に供給される空気の量を制御する空気バルブ８５と、改質触媒８２に供給される燃料の量を制御する燃料バルブ８６と、これら空気バルブ８５及び燃料バルブ８６を介して供給された空気と燃料を混合し改質触媒８２に噴射する図示しない噴射器と、を備える。これら空気バルブ８５及び燃料バルブ８６は、それぞれ図示しないアクチュエータを介してＥＣＵ７に接続されており、改質触媒８２に供給する空気の量及び燃料の量、並びに、燃料ガスの燃料量に対する空気量の割合は、ＥＣＵ７により制御される。
【００４９】
改質触媒８２は、ロジウム、白金、パラジウム、ニッケル、及びコバルトよりなる群から選ばれる少なくとも１種の金属触媒成分と、セリア、ジルコニア、アルミナ、及びチタニアよりなる群から選ばれる少なくとも１種の酸化物又はこれらを基本組成とした複合酸化物と、を含む。この改質触媒８２は、燃料ガス供給装置８３から供給された燃料ガスを改質し、水素、一酸化炭素、及び炭化水素を含む改質ガスを生成する。より具体的には、この改質触媒８２は、燃料ガスを構成する炭化水素と空気との部分酸化反応により、水素及び一酸化炭素を含む改質ガスを生成する。
【００５０】
改質触媒８２の調製方法については特に限定されず、従来公知のウォッシュコート法により調製される。例えば、所定の質量比になるように配合したセリア及びロジウムの粉末を、バインダー及び水系媒体とともにボールミルに投入して攪拌、混合することでスラリーを調製する。次いで、調製したスラリーを、コージエライト製のハニカム担体にコーティングし、所定の条件で乾燥、焼成することにより、改質触媒８２が得られる。
【００５１】
燃料改質器８は、グロープラグやスパークプラグ等を含んで構成された図示しない加熱ヒータを備えており、燃料改質器８の始動とともに、改質触媒８２を加熱することが可能となっている。
また、この燃料改質器８は、排気管４とは別に設けられており、燃料改質器８の燃料ガス供給装置８３及び改質触媒８２は、排気管４内には設けられていない。即ち、燃料改質器８は、排気管４内に設けられて排気管４内の排気中に含まれる燃料成分を改質するのではなく、燃料タンク２３に貯蔵された燃料と、コンプレッサ８４により供給された空気とから直接供給される燃料ガスを改質するので排気管４内の排気の状態に左右されない。このため、燃料改質器８は、多量の改質ガスを効率良く生成できるとともに、その生成量を制御できる。
【００５２】
以上のように構成された燃料改質器８は、後述のＥＣＵ７から送信された制御信号に基づいて駆動される。
【００５３】
ＥＣＵ７には、エアフローセンサ９３、クランク角センサ９４、アクセル開度センサ９５、冷却水温センサ９６、及びイグニッションスイッチ９７が接続されている。
【００５４】
エアフローセンサ９３は、エンジン２に吸入される吸入空気量ＱＡＩＲを検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。クランク角センサ９４は、エンジン２のクランクシャフトの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号をＥＣＵ７に送信する。このＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０°）ごとに送信される。アクセル開度センサ９５は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量（以下、「アクセル開度」という）ＡＰを検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。冷却水温センサ９６は、エンジン２の冷却水温ＴＷを検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ７に送信する。イグニッションスイッチ９７は、図示しない車両の運転席に設けられ、車両の起動又は停止を指令する信号をＥＣＵ７に送信する。
【００５５】
ここで、エンジン２の回転数（以下、「エンジン回転数」という）ＮＥは、クランク角センサ９４から送信されたＣＲＫ信号に基づいて、ＥＣＵ７により算出される。要求トルクＴＲＱは、エンジン回転数ＮＥ及びアクセル開度ＡＰに応じて予め設定された所定のマップ（図示せず）を検索することによって、ＥＣＵ７により算出される。
【００５６】
ＥＣＵ７は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下、「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ７は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路と、インジェクタ等に制御信号を出力する出力回路と、を備える。以上のようなハードウェア構成により、ＥＣＵ７には、以下に示すＡｇ触媒４２のＮＯｘ放出処理の実行に係る各手段に対応した、判定部、ＮＯｘ放出部、ＥＧＲ制御部、目標ＥＧＲ率決定部、運転状態検出部、還元性気体供給部、水素供給部の各モジュールが構成される。
【００５７】
以下、本実施形態におけるＡｇ触媒のＮＯｘ放出処理について説明する。
図２は、本実施形態におけるＡｇ触媒のＮＯｘ放出処理の手順を示すフローチャートである。この処理では、エンジンの複数の運転条件のうち少なくとも１つの条件を満たす場合に、排気中のＮＯｘの含有量が所定量未満であると判定し、このときに、Ａｇ触媒に捕捉されていたＮＯｘの放出を実行する。また、この処理は、イグニッションスイッチがＯＮにされた後に、ＥＣＵにより所定の周期で繰り返し実行される。
【００５８】
ステップＳ１では、エンジンの冷却水温ＴＷに応じて、目標ＥＧＲ率ＴＲＥＧＲを決定する。その後は、ステップＳ２に移る。
具体的には、目標ＥＧＲ率ＴＲＥＧＲは、エンジンの冷却水温ＴＷに応じて予め設定された、図３に示す目標ＥＧＲ率テーブルを検索することにより決定される。図３に示すように、目標ＥＧＲ率ＴＲＥＧＲは、冷却水温ＴＷの上昇につれて高くなるように設定される。これは、エンジンの始動時にＥＧＲ率を高めると、燃焼悪化を招き易いのに対して、エンジンの暖機が進むにつれ、ＥＧＲ率を高めても燃焼悪化は生じ難くなり、失火のおそれもなくなるからである。なお、目標ＥＧＲ率ＴＲＥＧＲは、冷却水温ＴＷがある温度を超えた後は、一定の値に設定される。
また、エンジンの冷却水温ＴＷは、冷却水温センサの検出値に基づいて、ＥＣＵにより算出される。
【００５９】
ステップＳ２では、ステップＳ１で決定した目標ＥＧＲ率ＴＲＥＧＲが所定のＥＧＲ率判定値ＲＥＧＲＴＨを超えているか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ３に移り、ＮＯの場合には、Ａｇ触媒のＮＯｘ放出処理を終了する。
具体的には、ステップＳ１で決定した目標ＥＧＲ率ＴＲＥＧＲが、図３に示すように予め設定されＥＣＵに格納されたＥＧＲ率判定値ＲＥＧＲＴＨを超えているか否かを判定する。
【００６０】
ステップＳ３では、エンジンの運転状態が低負荷運転状態であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、排気中のＮＯｘの含有量が所定量未満であると判定してステップＳ４以降のＮＯｘ放出処理の実行に移り、ＮＯの場合には、Ａｇ触媒のＮＯｘ放出処理を終了する。
図４は、エンジンの運転状態を示す図である。図４において、横軸はエンジンの回転数ＮＥを表しており、縦軸はエンジンの要求トルクＴＲＱを表している。図４に示すように、エンジン回転数ＮＥと要求トルクＴＲＱをパラメータとして、エンジンの運転状態は、曲線状の判定ラインにより、高負荷運転状態と低負荷運転状態とに区分される。本ステップでは、これらエンジン回転数ＮＥと要求トルクＴＲＱをパラメータとして、図４に示される制御マップを参照することにより、エンジンの運転状態が低負荷運転状態であるか否かを判別する。
【００６１】
ステップＳ４では、スロットルＴＨを絞り、過給圧ＰＢを低下させる。その後、ステップＳ５に移る。
具体的には、スロットルバルブの開度、及び過給機のタービンに設けられた複数の可変ベーンの開度を増大させることにより、吸入空気量ＱＡＩＲを低減させるとともに、過給機の下流側における吸気管内圧力である過給圧ＰＢを低下させる。これにより、エンジンの排気温度の上昇を通じてＡｇ触媒の温度が上昇し、Ａｇ触媒に捕捉されていたＮＯｘが放出される。
【００６２】
ここで、Ａｇ触媒の温度が上昇することにより、Ａｇ触媒に捕捉されていたＮＯｘが放出される理由について、図５を参照して説明する。
図５は、Ａｇ触媒の温度ＴＡｇと、Ａｇ触媒のＮＯｘ最大捕捉量ΣＮＯｘ＿ｍａｘとの関係を示す図である。図５に示すように、ＮＯｘ最大捕捉量ΣＮＯｘ＿ｍａｘは、Ａｇ触媒温度ＴＡｇに依存しており、Ａｇ触媒温度ＴＡｇがある温度以上になると、急激に増大してピークに達し、その後は温度の上昇とともに次第に減少していく特性がある。本ステップでは、この特性を利用したものであり、Ａｇ触媒に捕捉されたＮＯｘは、Ａｇ触媒の温度が上昇することにより、ＮＯｘ最大捕捉量ΣＮＯｘ＿ｍａｘとの差分に相当するＮＯｘが放出されることとなる。
【００６３】
ステップＳ５では、燃料噴射量ＱＩＮＪを増量させる。その後、ステップＳ６に移る。
具体的には、コモンレールに燃料を供給するインジェクタの開弁時間を制御することにより、インジェクタからの燃料噴射量ＱＩＮＪを増量させる。これにより、より多くの還元性気体を含む排気がＡｇ触媒の上流側の排気管内に供給されて排気中の酸素濃度が低下し、Ａｇ触媒に捕捉されていたＮＯｘの放出が促進される。
【００６４】
ステップＳ６では、水素を含む改質ガスを、Ａｇ触媒の上流側の排気管内に供給し、Ａｇ触媒のＮＯｘ放出処理を終了する。
具体的には、燃料改質器に設けられた改質ガス導入バルブを開き、改質ガス導入通路を介した改質ガスの導入を開始する。これにより、排気中に含まれる水素等の還元性気体に加えて、改質ガス中に多量に含まれる水素がＡｇ触媒に供給され、Ａｇ触媒に捕捉されていたＮＯｘの放出がさらに促進される。
【００６５】
ここで、ＮＯｘを捕捉したＡｇ系触媒からなるＡｇ触媒に水素を供給することにより、捕捉されていたＮＯｘの放出が促進される点について、実験結果を用いて説明する。
図６は、下記の試験条件に従って、各種雰囲気ガス（Ｎ２、Ｏ２＋Ｎ２、ＮＯ＋Ｎ２、Ｈ２＋Ｎ２、及びＯ２＋Ｈ２＋Ｎ２）下におけるＡｇ触媒のＮＯｘ昇温脱離試験を実施した結果、得られた図である。
［昇温脱離試験条件］
Ａｇ触媒：４質量％Ａｇ／支持体、３００ｇ／Ｌ
大きさ：２．５４ｃｍ（１ｉｎｃｈ）φ×６０ｍｍ（３０ｃｃ）
支持体：コージェライト、６００セル、４．０ミル
エージング：フレッシュガス
モデルガス：ＮＯ＝１００ｐｐｍ、Ｏ２＝１０％、Ｈ２＝５０００ｐｐｍ、
ＨＣ＝５００ｐｐｍＣ、ＣＯ＝０．６％、ＣＯ２＝６％、Ｎ２＝バランス、
ガス速度：ＳＶ＝５００００／ｈ
ＮＯｘ捕捉条件：触媒温度１２０℃でＮＯｘ最大捕捉量まで捕捉
ＮＯｘ脱離条件：各種雰囲気ガス下で１２０℃〜６００℃まで昇温
【００６６】
昇温脱離試験結果を示す図６は、各種雰囲気ガス下でのＡｇ触媒温度とＮＯｘ脱離量（放出量）との関係を示している。図６に示すように、Ｎ２、Ｏ２＋Ｎ２、及びＮＯ＋Ｎ２の雰囲気ガス下では、ＮＯｘの脱離開始温度が１５０℃〜２００℃、脱離ピーク温度が４５０℃であり、脱離ガスの組成はいずれもＮＯ２であった。これに対して、Ｈ２＋Ｎ２、及びＯ２＋Ｈ２＋Ｎ２雰囲気ガス下では、ＮＯｘの脱離開始温度が１２０℃〜１５０℃、脱離ピーク温度が１６０℃〜１９０℃であり、低温下での脱離ガス組成はＮＯ、高温下での脱離ガス組成はＮＯ２であった。
これらの結果から、我々は、Ａｇ触媒は水素が存在することにより、約１００℃でＡｇが部分的に還元されることでＮＯを酸化し、触媒上に捕捉する特性を有することを見出した。また、Ａｇ触媒上に捕捉されたＮＯｘは、水素が存在することにより１６０℃以上で還元・放出され、水素が存在しない場合に比してより低温にて放出される特性を有することも見出した。即ち、Ａｇ触媒に捕捉されたＮＯｘは、水素の存在下において、低温条件下で容易に放出されることが判った。
【００６７】
以上詳述したように、本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態に係る排気浄化装置１によれば、エンジン２の運転状態に応じて、排気中のＮＯｘの含有量が所定量未満であると判定されたときに、Ａｇ触媒４２に捕捉されていたＮＯｘを放出させる構成とした。これにより、排気中にＮＯｘが多量に含まれている状態のときに、排気中のＮＯｘに加えて、Ａｇ触媒４２から放出されたＮＯｘが、下流に配置されたＬＮＣ４３に一度に流入するのを回避できる。即ち、ＬＮＣ４３が捕捉し得るＮＯｘの量には限界があるところ、ＬＮＣ４３の最大捕捉量を超えた量のＮＯｘが一度にＬＮＣ４３に流入するのを回避できる。従って、エンジン２から排出された排気中に含まれるＮＯｘと、Ａｇ触媒４２から放出されたＮＯｘとを、ＬＮＣ４３により確実に捕捉して浄化できるため、高いＮＯｘ浄化率が得られ、エミッションを改善できる。
【００６８】
また、本実施形態に係る排気浄化装置１によれば、Ａｇ触媒４２の触媒活性化温度が、ＬＮＣ４３の触媒活性化温度よりも低い構成とした。このため、エンジン始動時等においては、ＬＮＣ４３の温度が触媒活性化温度まで達していないため、Ａｇ触媒４２でＮＯｘを捕捉することとなる。ところが、Ａｇ触媒４２は、低温領域からＮＯｘ捕捉性能を発揮する一方で、ＮＯｘ捕捉量が増大するにつれてＮＯｘ捕捉性能が低下する特性がある。このため、特にＡｇ触媒４２でＮＯｘを捕捉することとなるエンジン始動時等において、多量のＮＯｘがＡｇ触媒４２に捕捉されたままの状況を回避する必要がある。この点、本実施形態によれば、排気中のＮＯｘの含有量が所定量未満であると判定されたときに、Ａｇ触媒４２に捕捉されたＮＯｘを随時放出するため、多量のＮＯｘがＡｇ触媒４２に捕捉されたままの状況を回避できる。従って、Ａｇ触媒４２がＮＯｘ捕捉性能を十分に発揮でき、高いＮＯｘ浄化率が得られる。
【００６９】
また、本実施形態に係る排気浄化装置１によれば、エンジン２が低負荷運転状態であるときに、排気中のＮＯｘの含有量が所定量未満であると判定し、Ａｇ触媒４２に捕捉されていたＮＯｘを放出させる構成とした。即ち、エンジン２が低負荷運転状態のときは、燃焼温度が低く、排気中のＮＯｘの含有量は少ないため、このときに、Ａｇ触媒４２に捕捉されていたＮＯｘを放出させる。これにより、下流のＬＮＣ４３に流入するＮＯｘ量を低減できるため、捕捉及び浄化されずにＬＮＣ４３を通過してしまうＮＯｘ量をさらに低減でき、さらに高いＮＯｘ浄化率が得られる。
【００７０】
また、本実施形態に係る排気浄化装置１によれば、エンジン２の冷却水温ＴＷに応じて決定した目標ＥＧＲ率ＴＲＥＧＲが、所定のＥＧＲ率判定値ＲＥＧＲＴＨを超えているときに、Ａｇ触媒４２に捕捉されていたＮＯｘを放出させる構成とした。
ＥＧＲを備えるエンジンにおいて、ＥＧＲ率ＲＥＧＲが高いとき、即ち燃焼室内に吸入されるＥＧＲガス量ＧＥＧＲが吸入空気量ＱＡＩＲに比して多いときほど、燃焼温度が低下するため、排気中のＮＯｘ含有量は少量となる。ところで、エンジンの始動時にＥＧＲ率ＲＥＧＲを高めると、燃焼悪化を招き易いが、暖機が進むにつれ、ＥＧＲ率ＲＥＧＲを高めても燃焼悪化は生じ難くなり、失火のおそれもなくなる。このため、ＥＧＲ率ＲＥＧＲを高めることが可能になるのは、暖機がある程度完了した後である。
そこで、本実施形態では、暖機が進むにつれて上昇する冷却水温ＴＷに応じて目標ＥＧＲ率ＴＲＥＧＲを決定する。そして、決定した目標ＥＧＲ率ＴＲＥＧＲが所定のＥＧＲ率判定値ＲＥＧＲＴＨを超えているときに、排気中のＮＯｘの含有量が所定量未満であると判定し、Ａｇ触媒４２に捕捉されていたＮＯｘを放出させる。これにより、エンジン２から排出される排気中のＮＯｘの含有量が少量である、より適切なタイミングで、Ａｇ触媒４２に捕捉されていたＮＯｘを放出させることができる。従って、下流のＬＮＣ４３に流入するＮＯｘ量をより低減できるため、捕捉及び浄化されずにＬＮＣ４３を通過してしまうＮＯｘ量をより低減でき、より高いＮＯｘ浄化率が得られる。
【００７１】
また、本実施形態に係る排気浄化装置１によれば、Ａｇ触媒４２の温度を上昇させることにより、Ａｇ触媒４２に捕捉されていたＮＯｘを放出させる構成とした。ここで、Ａｇ触媒４２が捕捉できるＮＯｘの最大捕捉量ΣＮＯｘ＿ｍａｘは、Ａｇ触媒４２の温度ＴＡｇに依存する特性がある。具体的には、Ａｇ触媒４２の温度ＴＡｇがある温度を超えると、ＮＯｘ最大捕捉量ΣＮＯｘ＿ｍａｘは急激に増大してピークに達し、その後は温度の上昇とともに次第に減少する。本実施形態はこの特性を利用したものであり、ＮＯｘを捕捉したＡｇ触媒４２の温度ＴＡｇを上昇させることにより、ＮＯｘ最大捕捉量ΣＮＯｘ＿ｍａｘが減少し、ＮＯｘ最大捕捉量ΣＮＯｘ＿ｍａｘとの差分に相当するＮＯｘを放出させることができる。
なお、Ａｇ触媒４２は、他のＮＯｘ捕捉触媒に比してライトオフ性能が高い分、高温条件下ではＮＯｘを放出し易い特性がある。このため、本実施形態によれば、Ａｇ触媒４２の温度ＴＡｇを上昇させることにより、捕捉していたＮＯｘを容易に放出させることができる。
【００７２】
また、本実施形態に係る排気浄化装置１によれば、Ａｇ触媒４２の上流側の排気管４に還元性気体を供給して捕捉されたＮＯｘを還元することにより、Ａｇ触媒４２に捕捉されていたＮＯｘを放出させる構成とした。これにより、Ａｇ触媒４２に捕捉されていたＮＯｘの放出が促進され、例えばＡｇ触媒４２の温度が低い場合であっても、ＮＯｘを放出させることができる。
【００７３】
また、本実施形態に係る排気浄化装置１によれば、少なくともＡｇを含むＡｇ触媒４２を用いる構成とした。
ここで、Ａｇ触媒４２中のＡｇは、酸素過剰雰囲気下では酸化銀の状態で存在するが、水素が存在することにより酸素過剰雰囲気下においても低温で容易に部分的に還元された状態となる。この銀の状態は、酸化銀の状態よりも排気中のＮＯｘを酸化して触媒上に捕捉する能力が飛躍的に高い。例えば、Ａｇ触媒４２は、酸素過剰雰囲気下において水素が存在することにより、１００℃程度の低温であってもＮＯｘを酸化して捕捉することができる。
従って、Ａｇ触媒４２を用いた本実施形態によれば、高いライトオフ性能が得られ、エンジン２の始動直後から高いＮＯｘ浄化率が得られる。
【００７４】
また、本実施形態に係る排気浄化装置１によれば、Ａｇ触媒４２の上流側の排気管４に、水素を供給する構成とした。
上述した通り、Ａｇ触媒４２中のＡｇは、水素の存在下で部分的に還元され、非常に高いＮＯｘ捕捉能を有する状態となる。このため、本実施形態によれば、積極的に排気中に水素を供給することにより、さらに高いライトオフ性能が得られ、エンジン２の始動直後からさらに高いＮＯｘ浄化率が得られる。
【００７５】
本実施形態では、ＥＣＵ７が、判定手段、ＮＯｘ放出手段、ＥＧＲ制御手段、目標ＥＧＲ率決定手段、運転状態検出手段、還元性気体供給手段、水素供給手段を構成する。また、ステップＳ１の実行に係る手段が目標ＥＧＲ率決定手段に相当し、ステップＳ２〜Ｓ３の実行に係る手段が判定手段に相当し、ステップＳ４〜Ｓ６の実行に係る手段がＮＯｘ放出手段に相当する。
【００７６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。
【００７７】
例えば、上記実施形態では、エンジン２の運転条件として、（ａ１）エンジン２の運転状態が所定の低負荷運転状態であること、（ａ２）目標ＥＧＲ率ＴＲＥＧＲが所定のＥＧＲ率判定値ＲＥＧＲＴＨを超えていること、の２つの条件を満たす場合に、排気中のＮＯｘの含有量が所定量未満であると判定するが、これに限定されない。上記（ａ１）及び（ａ２）のいずれかの条件を満たすときに、排気中のＮＯｘの含有量が所定量未満であると判定してもよい。
【００７８】
また、上記実施形態では、（ｂ１）スロットルＴＨを絞り、過給圧ＰＢを低下させる、（ｂ２）燃料噴射量ＱＩＮＪを増量させる、及び（ｂ３）改質ガスを導入する、のいずれも実行することにより、Ａｇ触媒４２に捕捉されていたＮＯｘを放出させるが、これに限定されない。上記（ｂ１）、（ｂ２）、及び（ｂ３）のうちのいずれか１つ又は２つを実行することにより、Ａｇ触媒４２に捕捉されていたＮＯｘを放出させてもよい。
【００７９】
また、上記実施形態では、水素を供給する還元性気体供給手段として、排気管４とは別に設けた燃料改質器８からの水素を含む改質ガスの導入を採用したが、これに限定されない。例えば、排気管４内に設けた触媒により、直接、水素等の還元性気体を生成させて供給してもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１…排気浄化装置
２…エンジン（内燃機関）
３２…スロットルバルブ（昇温手段、ＮＯｘ放出手段）
４…排気管（排気通路）
４２…Ａｇ触媒（ＮＯｘ捕捉触媒）
４３…ＬＮＣ（ＮＯｘ浄化触媒）
５…ＥＧＲ通路
５１…ＥＧＲバルブ（ＥＧＲ制御手段）
６…過給機（昇温手段、ＮＯｘ放出手段）
７…ＥＣＵ（判定手段、ＮＯｘ放出手段、ＥＧＲ制御手段、目標ＥＧＲ率決定手段、運転状態検出手段、還元性気体供給手段、水素供給手段）
８…燃料改質器（水素供給手段、ＮＯｘ放出手段）
８１…改質ガス導入通路（水素供給手段、ＮＯｘ放出手段）
８７…改質ガス導入バルブ（水素供給手段、ＮＯｘ放出手段）
９４…クランク角センサ（判定手段、運転状態検出手段）
９５…アクセル開度センサ（判定手段、運転状態検出手段）
９６…冷却水温センサ（目標ＥＧＲ率決定手段）
９７…イグニッションスイッチ
【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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