(57)【要約】【課題】この発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、アルコール燃料とガソリン燃料の供給を受ける内燃機関において、冷機時の排気エミッションを良好に低減させることを目的とする。【解決手段】ガソリン燃料およびアルコール燃料の供給を受ける内燃機関１０において、主排気通路１４と、主排気通路１４を迂回する第１バイパス通路２０および第２バイパス通路２２を備える。排気ガスの流入先を、主排気通路１４、第１バイパス通路２０、および第２バイパス通路２２の何れかに切り替え可能な排気切替え弁２６を備える。低アルコール濃度燃料が使用された際に排気ガス中に含まれる所定の成分を吸着するのに適した第１吸着材ユニット３０を第１バイパス通路２０に備える。高アルコール濃度燃料が使用された際に排気ガス中に含まれる所定の成分を吸着するのに適した第２吸着材ユニット４０を第２バイパス通路２２に備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリン燃料およびアルコール燃料の供給を受ける内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガス中に含まれる所定の成分を吸着する吸着手段と、当該吸着手段よりも下流側の前記排気通路に設けられ、前記所定の成分を浄化する浄化触媒とを備える内燃機関の排気浄化装置であって、
前記吸着手段は、排気ガス中に含まれる水成分を吸着する水分吸着手段と、排気ガス中に含まれるＨＣ成分を吸着するＨＣ吸着手段とを含み、
前記水分吸着手段は、ガソリン燃料のみを燃料とする同一排気量の内燃機関に用いられる水吸着材に比して容量が大きくされた水分吸着材を含み、
前記ＨＣ吸着手段は、吸着特性の異なるＨＣ吸着材として、低アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材と、高アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材とを含むことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記低アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材は、比較的高級なＨＣ成分の吸着に適したＨＣ吸着材であり、前記高アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材は、前記低アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材が吸着するＨＣ成分よりも低級なＨＣ成分の吸着に適したＨＣ吸着材であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記排気通路は、内燃機関から排出された排気ガスが流れる主排気通路と、当該主排気通路を迂回するバイパス通路とを含み、
前記内燃機関の排気浄化装置は、排気ガスの流入先を前記主排気通路と前記バイパス通路との間で切り替え可能な流路切替手段と、前記流路切替手段を制御する制御手段とを更に備え、
前記吸着手段は、前記バイパス通路に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
燃料中のアルコール濃度を取得するアルコール濃度取得手段と、
取得されたアルコール濃度に応じて、前記吸着手段への排気ガスの流入期間を設定する期間設定手段とを更に備えることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
ガソリン燃料およびアルコール燃料の供給を受ける内燃機関から排出された排気ガスが流れる主排気通路と、
前記主排気通路を迂回する第１バイパス通路と、
前記主排気通路を迂回する第２バイパス通路と、
排気ガスの流入先を、前記主排気通路、前記第１バイパス通路、および前記第２バイパス通路の何れかに切り替え可能な流路切替手段と、
前記第１バイパス通路に配置され、低アルコール濃度燃料が使用された際に排気ガス中に含まれる所定の成分を吸着するのに適した低アルコール濃度燃料用吸着手段と、
前記第２バイパス通路に配置され、高アルコール濃度燃料が使用された際に排気ガス中に含まれる所定の成分を吸着するのに適した高アルコール濃度燃料用吸着手段と、
燃料中のアルコール濃度を取得するアルコール濃度取得手段と、
取得されたアルコール濃度に応じて、前記流路切替手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記低アルコール濃度燃料用吸着手段は、排気ガス中に含まれる水成分を吸着する低アルコール濃度燃料用水分吸着材を含み、
前記高アルコール濃度燃料用吸着手段は、排気ガス中に含まれる水成分を吸着する高アルコール濃度燃料用水分吸着材を含み、
前記高アルコール濃度燃料用水分吸着材の容量は、前記低アルコール濃度燃料用水分吸着材の容量に比して大きくされていることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記低アルコール濃度燃料用吸着手段は、排気ガス中に含まれるＨＣ成分を吸着する低アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材を含み、
前記高アルコール濃度燃料用吸着手段は、排気ガス中に含まれるＨＣ成分を吸着する高アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材を含み、
前記低アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材と前記高アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材とで、異なる吸着特性とされていることを特徴とする請求項５または６記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記低アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材は、比較的高級なＨＣ成分の吸着に適したＨＣ吸着材であり、前記高アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材は、前記低アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材が吸着するＨＣ成分よりも低級なＨＣ成分の吸着に適したＨＣ吸着材であることを特徴とする請求項７記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記低アルコール濃度燃料用吸着手段は、排気ガス中に含まれるＮＯｘ成分を吸着する低アルコール濃度燃料用ＮＯｘ吸着材を含み、
前記高アルコール濃度燃料用吸着手段は、排気ガス中に含まれるＮＯｘ成分を吸着する高アルコール濃度燃料用ＮＯｘ吸着材を含み、
前記高アルコール濃度燃料用ＮＯｘ吸着材の容量は、前記低アルコール濃度燃料用ＮＯｘ吸着材の容量に比して小さくされていることを特徴とする請求項５乃至８の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
取得されたアルコール濃度に応じて、前記高アルコール濃度燃料用吸着手段およびまたは前記低アルコール濃度燃料用吸着手段への排気ガスの流入期間を設定する期間設定手段とを更に備えることを特徴とする請求項５乃至９の何れか１項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】
この発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、特に、ガソリン燃料とアルコール燃料の供給を受ける内燃機関が冷機状態にある際にＨＣやＮＯｘの排出を抑制するうえで好適な排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、アルコールを燃料とする内燃機関において、排気浄化用触媒の上流側のバイパス通路に、排気ガス中に含まれる未燃成分（ＨＣ）を吸着する吸着材を備える内燃機関の排気浄化装置が開示されている。この従来の排気浄化装置では、排気浄化用触媒が活性する前の時点では、排気通路を流れるＨＣを上記吸着材によって吸着させるようにしている。そして、排気浄化用触媒が活性化した後に、上記吸着材に吸着されていたＨＣを当該吸着材から脱離させ、当該排気浄化用触媒によって浄化するようにしている。
【０００３】
また、例えば特許文献２には、排気浄化用触媒よりも上流側に、ＨＣを吸着するＨＣ吸着触媒とＮＯｘを吸着するＮＯｘ吸着触媒とを備える自動車排気ガス浄化システムが開示されている。この従来の浄化システムでは、排気浄化用触媒が活性する前の排気ガスをＨＣ吸着触媒とＮＯｘ吸着触媒とによって吸着させるようにしている。そして、排気浄化用触媒が活性化した後に、ＨＣ吸着触媒やＮＯｘ吸着触媒に吸着されていたＨＣやＮＯｘをこれらの吸着触媒から脱離させ、当該排気浄化用触媒によって浄化するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−９３８４８号公報
【特許文献２】特開２００５−２９９６３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、アルコール燃料とガソリン燃料とでは、排気ガス成分の特性が異なるものとなる。しかしながら、上記従来の技術では、そのような使用燃料の違いに起因する排気ガス成分の特性の差異に対して、何らの配慮もなされていない。この点、上記従来の技術は、アルコール濃度の高い燃料が使用される場合であっても適切に排気エミッションを低減するうえで、未だ改善の余地を残すものであった。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、アルコール燃料とガソリン燃料の供給を受ける内燃機関において、冷機時の排気エミッションを良好に低減させ得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】
【０００７】
第１の発明は、ガソリン燃料およびアルコール燃料の供給を受ける内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガス中に含まれる所定の成分を吸着する吸着手段と、当該吸着手段よりも下流側の前記排気通路に設けられ、前記所定の成分を浄化する浄化触媒とを備える内燃機関の排気浄化装置であって、
前記吸着手段は、排気ガス中に含まれる水成分を吸着する水分吸着手段と、排気ガス中に含まれるＨＣ成分を吸着するＨＣ吸着手段とを含み、
前記水分吸着手段は、ガソリン燃料のみを燃料とする同一排気量の内燃機関に用いられる水吸着材に比して容量が大きくされた水分吸着材を含み、
前記ＨＣ吸着手段は、吸着特性の異なるＨＣ吸着材として、低アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材と、高アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材とを含むことを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記低アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材は、比較的高級なＨＣ成分の吸着に適したＨＣ吸着材であり、前記高アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材は、前記低アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材が吸着するＨＣ成分よりも低級なＨＣ成分の吸着に適したＨＣ吸着材であることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、前記排気通路は、内燃機関から排出された排気ガスが流れる主排気通路と、当該主排気通路を迂回するバイパス通路とを含み、
前記内燃機関の排気浄化装置は、排気ガスの流入先を前記主排気通路と前記バイパス通路との間で切り替え可能な流路切替手段と、前記流路切替手段を制御する制御手段とを更に備え、
前記吸着手段は、前記バイパス通路に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第３の発明において、燃料中のアルコール濃度を取得するアルコール濃度取得手段と、
取得されたアルコール濃度に応じて、前記吸着手段への排気ガスの流入期間を設定する期間設定手段とを更に備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、ガソリン燃料およびアルコール燃料の供給を受ける内燃機関から排出された排気ガスが流れる主排気通路と、
前記主排気通路を迂回する第１バイパス通路と、
前記主排気通路を迂回する第２バイパス通路と、
排気ガスの流入先を、前記主排気通路、前記第１バイパス通路、および前記第２バイパス通路の何れかに切り替え可能な流路切替手段と、
前記第１バイパス通路に配置され、低アルコール濃度燃料が使用された際に排気ガス中に含まれる所定の成分を吸着するのに適した低アルコール濃度燃料用吸着手段と、
前記第２バイパス通路に配置され、高アルコール濃度燃料が使用された際に排気ガス中に含まれる所定の成分を吸着するのに適した高アルコール濃度燃料用吸着手段と、
燃料中のアルコール濃度を取得するアルコール濃度取得手段と、
取得されたアルコール濃度に応じて、前記流路切替手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第６の発明は、第５の発明において、前記低アルコール濃度燃料用吸着手段は、排気ガス中に含まれる水成分を吸着する低アルコール濃度燃料用水分吸着材を含み、
前記高アルコール濃度燃料用吸着手段は、排気ガス中に含まれる水成分を吸着する高アルコール濃度燃料用水分吸着材を含み、
前記高アルコール濃度燃料用水分吸着材の容量は、前記低アルコール濃度燃料用水分吸着材の容量に比して大きくされていることを特徴とする。
【００１３】
また、第７の発明は、第５または第６の発明において、前記低アルコール濃度燃料用吸着手段は、排気ガス中に含まれるＨＣ成分を吸着する低アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材を含み、
前記高アルコール濃度燃料用吸着手段は、排気ガス中に含まれるＨＣ成分を吸着する高アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材を含み、
前記低アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材と前記高アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材とで、異なる吸着特性とされていることを特徴とする。
【００１４】
また、第８の発明は、第７の発明において、前記低アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材は、比較的高級なＨＣ成分の吸着に適したＨＣ吸着材であり、前記高アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材は、前記低アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材が吸着するＨＣ成分よりも低級なＨＣ成分の吸着に適したＨＣ吸着材であることを特徴とする。
【００１５】
また、第９の発明は、第５乃至第８の発明の何れかにおいて、前記低アルコール濃度燃料用吸着手段は、排気ガス中に含まれるＮＯｘ成分を吸着する低アルコール濃度燃料用ＮＯｘ吸着材を含み、
前記高アルコール濃度燃料用吸着手段は、排気ガス中に含まれるＮＯｘ成分を吸着する高アルコール濃度燃料用ＮＯｘ吸着材を含み、
前記高アルコール濃度燃料用ＮＯｘ吸着材の容量は、前記低アルコール濃度燃料用ＮＯｘ吸着材の容量に比して小さくされていることを特徴とする。
【００１６】
また、第１０の発明は、第５乃至第９の発明の何れかにおいて、取得されたアルコール濃度に応じて、前記高アルコール濃度燃料用吸着手段およびまたは前記低アルコール濃度燃料用吸着手段への排気ガスの流入期間を設定する期間設定手段とを更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
第１の発明によれば、高アルコール濃度燃料が使用された場合であっても、水分吸着手段以外の吸着手段への排気ガスの所定の成分の吸着を阻害する水分が当該他の吸着手段に流入するのを確実に防止することができ、これにより、冷間始動時の排気エミッションを良好に低減させることができる。また、本発明によれば、燃料中のアルコール濃度の如何に関わらず、冷間始動時にＨＣ成分が大気中に放出されるのを良好に防止することができる。
【００１８】
第２の発明によれば、低アルコール濃度燃料が使用された場合には、比較的高級なＨＣ成分の吸着に適した低アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材によって、冷間始動時のＨＣ成分の大気中への放出を良好に抑制することができる。また、高アルコール濃度燃料が使用された場合には、低アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材が吸着するＨＣ成分よりも低級なＨＣ成分の吸着に適した低アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材によって、冷間始動時のＨＣ成分の大気中への放出を良好に抑制することができる。
【００１９】
第３の発明によれば、吸着手段がバイパス通路に配置されていることにより、パージ動作を任意のタイミングで行えるようになる。
【００２０】
第４の発明によれば、燃料中のアルコール濃度の如何に関わらず、吸着実行期間を適切に設定することが可能となる。
【００２１】
第５の発明によれば、燃料中のアルコール濃度に応じて、その時々のアルコール濃度に適した吸着手段を、低アルコール濃度燃料用吸着手段と高アルコール濃度燃料用吸着手段の中から選択することが可能となる。
【００２２】
第６の発明によれば、高アルコール濃度燃料が使用された場合であっても、水分吸着手段以外の吸着手段への排気ガスの所定の成分の吸着を阻害する水分が当該他の吸着手段に流入するのを確実に防止することができ、これにより、冷間始動時の排気エミッションを良好に低減させることができる。
【００２３】
第７の発明によれば、燃料中のアルコール濃度の如何に関わらず、冷間始動時にＨＣ成分が大気中に放出されるのを良好に防止することができる。
【００２４】
第８の発明によれば、低アルコール濃度燃料が使用された場合には、比較的高級なＨＣ成分の吸着に適した低アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材によって、冷間始動時のＨＣ成分の大気中への放出を良好に抑制することができる。また、高アルコール濃度燃料が使用された場合には、低アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材が吸着するＨＣ成分よりも低級なＨＣ成分の吸着に適した低アルコール濃度燃料用ＨＣ吸着材によって、冷間始動時のＨＣ成分の大気中への放出を良好に抑制することができる。
【００２５】
第９の発明によれば、高アルコール濃度燃料用ＮＯｘ吸着材の容量が、エタノール濃度の高い燃料が使用された場合のＮＯｘ排出量に適したサイズとされることになる。このため、エタノール濃度の高い燃料が使用される冷間始動時におけるＮＯｘの吸着能力を適切に確保したうえで、当該ＮＯｘ吸着材からのＮＯｘのパージを効率的に行えるようになる。
【００２６】
第１０の発明によれば、燃料中のアルコール濃度の如何に関わらず、吸着実行期間を適切に設定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１における排気浄化装置を備える内燃機関システムの構成を説明するための図である。図１に示す内燃機関１０は、筒内に空気を取り込むための吸気通路１２と、筒内から排出された排気ガスが流れる排気通路とを備えている。
【００２８】
本実施形態の排気通路は、筒内から排気ガスを排出するための主排気通路１４と、後述する第１バイパス通路２０および第２バイパス通路２２とを備えている。主排気通路１４には、上流側から順に、排気ガスを浄化可能な前段触媒（ＳＣ）１６および床下触媒（ＵＦ）１８が直列に配置されている。
【００２９】
本実施形態のシステムは、主排気通路１４を迂回する通路として、第１バイパス通路２０および第２バイパス通路２２を備えている。第１バイパス通路２０は、前段触媒１６の下流に位置する上流側接続部２４ａにおいて主排気通路１４から分岐し、当該上流側接続部２４ａの下流に位置する下流側接続部２４ｂにおいて再び主排気通路１４に合流するように構成されている。また、第２バイパス通路２２も、第１バイパス通路２０と同様に、上流側接続部２４ａにおいて主排気通路１４から分岐し、下流側接続部２４ｂにおいて再び主排気通路１４に合流するように構成されている。
【００３０】
上流側接続部２４ａには、排気ガスの流入先を主排気通路１４、第１バイパス通路２０、および第２バイパス通路２２の何れかに切り替えるための排気切替え弁２６が配置されている。また、第１バイパス通路２０の途中には、排気ガス中に含まれる水成分、ＨＣ成分、およびＮＯｘ成分を吸着する機能を有する第１吸着材ユニット３０が配置されているとともに、第２バイパス通路２２の途中にも、排気ガス中に含まれる水成分、ＨＣ成分、およびＮＯｘ成分を吸着する機能を有する第２吸着材ユニット４０が配置されている。これらの第１吸着材ユニット３０および第２吸着材ユニット４０の詳細な構成については、図２を参照して後述する。
【００３１】
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０には、内燃機関１０に吸入される空気量Ｇａを計測するエアフローメータ５２などの内燃機関１０の制御に用いる各種センサとともに、内燃機関１０に供給される燃料に含有されるエタノールの濃度を検出するエタノールセンサ５４が接続されている。エタノールセンサ５４は、燃料タンクや燃料配管に配置されるものである。また、ＥＣＵ５０には、上述した排気切替え弁２６などの内燃機関１０を制御するための各種アクチュエータが接続されている。
【００３２】
以上説明した本実施形態のシステムは、ガソリン燃料とアルコール燃料（ここでは、エタノール）の何れによっても内燃機関１０の運転が可能なシステム、すなわち、いわゆるフレキシブルフューエルビークル（ＦＦＶ）と言われる車両に搭載されるシステムであるものとする。このようなシステムでは、最終的に内燃機関１０に供給されることになる燃料は、車両のユーザが選択する燃料の種類（本実施形態では、ガソリン、エタノール、もしくは所定の割合のエタノールが含有された混合ガソリン燃料）や、ユーザの所望のタイミングで実行される給油の際に燃料タンク内に残存する燃料の量およびその種類に応じて異なるものとなる。つまり、ＦＦＶにおいては、内燃機関１０に最終的に供給されることとなる燃料中のエタノールの含有率（エタノール濃度）は、０〜１００％の間で任意に変化し得る。
【００３３】
図２は、第１吸着材ユニット３０および第２吸着材ユニット４０の具体的な構成を説明するための図である。第１吸着材ユニット３０は、比較的エタノール濃度の低い燃料が使用される場合に用いるのに適した吸着材となるように構成されたものである。より具体的には、第１吸着材ユニット３０は、図２に示すように、上流側接続部２４ａに近い側から第１水分吸着材３２、第１ＨＣ吸着材、３４、および第１ＮＯｘ吸着材３６という順番で第１バイパス通路２０上に配置された３つの吸着材を備えている。
【００３４】
もう一方の第２吸着材ユニット４０は、比較的エタノール濃度の高い燃料が使用される場合に用いるのに適した吸着材となるように構成されたものである。より具体的には、第２吸着材ユニット４０は、図２に示すように、上流側接続部２４ａから近い側から第２水分吸着材４２、第２ＨＣ吸着材４４、および第２ＮＯｘ吸着材４６という順番で第２バイパス通路２２上に配置された３つの吸着材を備えている。
【００３５】
第１水分吸着材３２および第２水分吸着材４２としては、例えば、Ｓｉ／Ａｌ比の低いＮａ-Ｙ型ゼオライトを用いることができる。これらの水分吸着材３２等は、ＮＯｘ吸着材３６等へのＮＯｘやＨＣ（特にＮＯｘ）の吸着を阻害する要因となる水を、ＮＯｘ吸着材３６等の上流において事前に除去する目的で設けられたものである。これらの水分吸着材３２等の容量は、個々の車両における、ＮＯｘ吸着材３６等へのＮＯｘの吸着要求レベルに応じて異なるものとなる。このＮＯｘの吸着要求レベルは、狙いとするＮＯｘ排出量の抑制レベルに応じて、排気ガス中に含まれるＮＯｘの何％を吸着させる必要があるかという観点で定まるものである。
【００３６】
より具体的には、本実施形態では、第１水分吸着材３２の容量は、ガソリン燃料を１００％とする燃料で内燃機関１０が運転された場合において、上記のようなＮＯｘの吸着要求レベルを基準として水分の除去に必要となる容量を確保できる量となるように決定されている。そして、第２水分吸着材４２の容量は、上記のようにして定められた第１水分吸着材３２の容量の１．５倍程度（１．２〜１．８倍）となるように決定されている。言い換えれば、高エタノール濃度の燃料で内燃機関１０が運転される場合に使用されることとなる第２水分吸着材４２の容量は、同一排気量のガソリン車両で必要とされる水分吸着材の容量の１．５倍となるように決定されている。
【００３７】
また、第１ＨＣ吸着材３４は、第２ＨＣ吸着材４４に比して炭素数の大きな高級ＨＣ成分の吸着に適した吸着材となるように構成されている。そのような第１ＨＣ吸着材３４としては、例えば、Ｓｉ／Ａｌ比の高いＹ型ゼオライトを用いることができる。もう一方の第２ＨＣ吸着材４４は、第１ＨＣ吸着材３４に比して炭素数の小さなＣ４以下の低級ＨＣ成分の吸着に適した吸着材となるように構成されている。そのような第２ＨＣ吸着材４４としては、例えば、フェリエライトやＺＳＭ５などのゼオライトを用いることができる。また、第２ＨＣ吸着材４４には、低級ＨＣ成分の吸着に有利な銀Ａｇや白金Ｐｔなどの貴金属を担持させることが望ましい。
【００３８】
また、第１ＮＯｘ吸着材３６や第２ＮＯｘ吸着材４６としては、例えば、鉄Ｆｅが担持されたＺＳＭ５を用いることができる。より具体的には、第１ＮＯｘ吸着材３６の容量は、ガソリン燃料を１００％とする燃料で内燃機関１０が運転された場合において、上記のようなＮＯｘの吸着要求レベルを基準としてＮＯｘの除去に必要となる容量を確保できる量となるように決定されている。そして、第２ＮＯｘ吸着材４６の容量は、上記のようにして定められた第１ＮＯｘ３６の容量の０．５倍となるように決定されている。言い換えれば、高エタノール濃度の燃料で内燃機関１０が運転される場合に使用されることとなる第２ＮＯｘ４６の容量は、同一排気量のガソリン車両で必要とされるＮＯｘ吸着材の容量の０．５倍となるように決定されている。
【００３９】
図３は、本発明の実施の形態１のシステム動作を説明するための図である。
（第１流路形態）
第１流路形態は、図３（Ａ）に示すように、主排気通路１４と第１バイパス通路２０とが連通状態となるように排気切替え弁２６を制御することによって実現される。このような第１流路形態が選択された場合には、内燃機関１０から排出された排気ガスの全部が、上流側接続部２４ａを介して主排気通路１４から第１バイパス通路２０に導入されるようになる。第１バイパス通路２０に導入された排気ガスは、第１吸着材ユニット３０を通過し、その後再び主排気通路１４に戻されて床下触媒１８を通過した後に大気中に放出される。
【００４０】
内燃機関１０の冷間始動時において上記第１流路形態を選択するようにすれば、最上流の第１水分吸着材３２によって排気ガス中から水分が良好に取り除かれたうえで、排気ガス中に含まれるＨＣやＮＯｘが第１ＨＣ吸着材３４および第１ＮＯｘ吸着材３６に吸着されることで取り除かれる（吸着動作）。これにより、前段触媒１６等が未だ活性化していない冷間始動時に、ＨＣとＮＯｘが大気中に放出されるのを抑制することができる。また、前段触媒１６等が活性化した後の所定のタイミングで上記第１流路形態を再度選択するようにすれば、始動後に比較的暖まってきた排気ガスが第１吸着材ユニット３０に供給されることで、ＨＣやＮＯｘをＨＣ吸着材３４等から脱離させることができ、また、脱離したＨＣやＮＯｘを床下触媒１８によって浄化することができる（パージ動作）。
【００４１】
（第２流路形態）
第２流路形態は、図３（Ｂ）に示すように、主排気通路１４と第２バイパス通路２２とが連通状態となるように排気切替え弁２６を制御することによって実現される。このような第２流路形態が選択された場合には、内燃機関１０から排出された排気ガスの全部が、上流側接続部２４ａを介して主排気通路１４から第２バイパス通路２２に導入されるようになる。第２バイパス通路２２に導入された排気ガスは、第２吸着材ユニット４０を通過し、その後再び主排気通路１４に戻されて床下触媒１８を通過した後に大気中に放出される。このような第２形態を選択することによっても、内燃機関１０の冷間始動時においては第２吸着材ユニット４０への吸着動作を実現することができ、また、触媒活性後においてはパージ動作を実現することができる。
【００４２】
（第３流路形態）
第３流路形態は、図３（Ｃ）に示すように、主排気通路１４が排気切替え弁２６によって閉塞されない状態となるように当該排気切替え弁２６を制御することによって実現される。このような第３流路形態は、内燃機関１０の通常運転時に使用される流路形態であり、この場合には、内燃機関１０から排出された排気ガスは、第１吸着材ユニット３０や第２吸着材ユニット４０を通過せずに主排気通路１４をそのまま通って大気中に放出されることになる。
【００４３】
ところで、ＦＦＶにおいては、エタノール濃度の高い燃料が使用された場合と、通常のガソリン燃料が使用された場合とでは、冷間始動時の排気ガス成分の特性が大きく異なるものとなる。図４および図５を参照して、そのような排気ガス成分の特性の違いについて詳述する。
【００４４】
図４は、排気ガス中に含まれるノンメタンＨＣ（ＮＭＨＣ）中のＣ４以下の低級ＨＣ成分の比率を、燃料中のエタノール濃度との関係で表した図である。図４より、エタノール濃度が高くなるほど、低級ＨＣ成分比率が高くなるのが判る。通常のガソリン燃料用のＨＣ吸着材には、Ｃ４よりも高級なＨＣ成分の吸着に適したものが使われる。このため、ＦＦＶにおいてエタノール濃度の高い燃料が使用された場合には、通常のガソリン燃料用のＨＣ吸着材では、低級ＨＣ成分を十分に吸着することができなくなる。
【００４５】
図５は、燃料性状の違いによる冷間始動時のＮＭＨＣ（未燃エタノールを除く）の排出量を比較した図である。図５に示すように、エタノールが１００％である燃料（Ｅ１００）の場合には、ガソリンが１００％である燃料（ＬＦＧ−３）の場合と比べ、冷間始動時のＮＭＨＣ排出量が増加する。これは以下のような理由による。すなわち、エタノールは、ガソリンよりも気化しにくく、かつ着火しにくいので、冷間始動時において燃焼が安定しにくく、また、燃焼の安定までに要する時間も長くなる。従って、エタノール（Ｅ１００）の場合には、ガソリン（ＬＦＧ−３）に比して多くの燃料を供給して燃焼を安定させる必要がある。その結果、ＮＭＨＣの排出量が増え、また、冷間始動時におけるＮＭＨＣの排出時間も長くなる。
【００４６】
図６は、燃料性状の違いによる冷間始動時のＮＯｘ排出量を比較した図である。エタノール（Ｅ１００）は、蒸発潜熱が大きいのでガソリン（ＬＦＧ−３）が使用された場合に比して燃焼温度が低くなる。このため、図６に示すように、ＮＯｘ排出量は、エタノール（Ｅ１００）の方が少なくなる。
【００４７】
そこで、本実施形態のシステムでは、燃料中に含まれるエタノール濃度の違いに起因する排気ガス成分の特性の違いを考慮して、燃料中のエタノール濃度が低い場合とエタノール濃度が高い場合でのそれぞれの排気ガス成分の特性に適した吸着材ユニット３０、４０を、上述したようにそれぞれのバイパス通路２０、２２に備えるようにしている。
【００４８】
そして、燃料中のエタノール濃度に応じて、使用する吸着材を第１吸着材ユニット３０と第２吸着材ユニット４０との間で選択するようにした。更に、高エタノール濃度の燃料が使用されていると判断された場合には、冷間始動時における第２吸着材ユニット４０へのＨＣやＮＯｘの吸着実行時間を長くするようにした。
【００４９】
図７は、上記の機能を実現するために、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、本ルーチンは、内燃機関１０が冷機状態にある際にイグニッションスイッチがＯＮ（ＩＧ ＯＮ）された場合に起動されるものである。
図７に示すルーチンでは、先ず、エタノールセンサ５４を利用して、燃料中のエタノール濃度ａが判定される（ステップ１００）。
【００５０】
次に、エタノール濃度ａが予め設定された規定値Ａ以上であるか否かが判別される（ステップ１０２）。その結果、エタノール濃度ａが規定値Ａ以上ではないと判定された場合には、比較的エタノール濃度の低い燃料に適した吸着材として構成されている第１吸着材ユニット３０が選択されるように、すなわち、第１流路形態が実現されるように排気切替え弁２６が制御される（ステップ１０４）。この場合には、第１流路形態が選択された状態で内燃機関１０が始動される（ステップ１０６）。
【００５１】
一方、上記ステップ１０２において、エタノール濃度ａが規定値Ａ以上であると判定された場合には、比較的エタノール濃度の高い燃料に適した吸着材として構成されている第２吸着材ユニット４０が選択されるように、すなわち、第２流路形態が実現されるように排気切替え弁２６が制御される（ステップ１０８）。この場合には、第２流路形態が選択された状態で内燃機関１０が始動される（ステップ１０６）。
【００５２】
次に、エタノール濃度ａがゼロもしくは予め設定された規定値Ｂ以下であるか否かが判別される（ステップ１１０）。その結果、エタノール濃度ａがゼロもしくは規定値Ｂ以下であると判定された場合には、上記ステップ１０６における内燃機関１０の始動時点からの吸入空気量Ｇａの積算値が所定値Ｃ以上であるか否かが判別される（ステップ１１２）。その結果、積算吸入空気量Ｇａ≧Ｃが成立した場合には、主排気通路１４をそのまま通って排気ガスが排出されるように、すなわち、第３流路形態が選択されるように排気切替え弁２６が制御される（ステップ１１４）。これにより、吸着動作が終了される。
【００５３】
一方、上記ステップ１００において、エタノール濃度ａがゼロもしくは規定値Ｂ以下ではないと判定された場合、すなわち、エタノール濃度の高い燃料が使用されていると判断できる場合には、吸着動作の終了タイミングが延長されるようにするために、上記所定値Ｃがエタノール濃度ａに応じた値分だけ大きくなるように修正される（ステップ１１６）。より具体的には、上記所定値Ｃは、元々はガソリンを１００％使用する燃料のときの吸着実行時間を定めるための値として予め決められたベース値Ｃであり、本ステップ１１６では、この所定値Ｃは、エタノール濃度ａと所定の増分Ｃ’との積（Ｃ’×ａ）を加えた値となるように修正される。この場合には、積算吸入空気量Ｇａが修正後の値Ｃに達するまで吸着動作が継続されるようになる（ステップ１１２、１１４）。
【００５４】
以上説明した図７に示すルーチンによれば、ガソリン燃料のみが使用される場合を含めて比較的エタノール濃度の低い燃料が使用される場合には、そのような燃料に適した第１吸着材ユニット３０が選択されるようになる。第１吸着材ユニット３０には、上述したように、Ｃ４よりも炭素数の大きな高級ＨＣ成分の吸着に適した第１ＨＣ吸着材３４が備えられている。比較的エタノール濃度の低い燃料が使用される場合には、冷間始動時に排出されるＨＣ成分の特性は、通常のガソリン燃料のみが使用される場合と大差がない。このため、冷間始動時に低エタノール濃度の燃料が使用された際には、通常のガソリン燃料用と同様の構成を有する第１ＨＣ吸着材３４によって、ＨＣが大気中に放出されるのを良好に防止することができる。
【００５５】
また、上記ルーチンによれば、比較的エタノール濃度の高い燃料が使用される場合には、そのような燃料に適した吸着材として第２吸着材ユニット４０が選択されるようになる。第２吸着材ユニット４０には、上述したように、Ｃ４以下の低級ＨＣ成分の吸着に適した第２ＨＣ吸着材４４が備えられている。このため、冷間始動時に高エタノール濃度燃料が使用された際には、第２ＨＣ吸着材４４によって、排出されるＨＣの主成分であるＣ４以下の低級ＨＣ成分が大気中に放出されるのを良好に防止することができる。
【００５６】
また、エタノール燃料が使用される場合には、ガソリン燃料が使用される場合に比して、エタノールの燃焼により排気ガス中の水分濃度が増加する。このため、比較的エタノール濃度の高い燃料が使用された場合には、通常のガソリン燃料用の水分吸着材と同等の容量の水分吸着材では十分でなく、ＮＯｘ吸着材によるＮＯｘの吸着能力を著しく低下させてしまう。これに対し、上記ルーチンによれば、比較的エタノール濃度の高い燃料が使用された場合には、第１水分吸着材３２に比して１．５倍の容量が確保された第２水分吸着材４２が選択されるようになる。このため、エタノール濃度の高い燃料が使用された場合であっても、ＮＯｘの吸着を阻害する水分が第２ＮＯｘ吸着材４６に流入するのを確実に防止することができる。
【００５７】
また、第２ＮＯｘ吸着材４６の容量は、第１ＮＯｘ吸着材３６の容量の０．５倍とされている。つまり、第２ＮＯｘ吸着材４６の容量は、エタノール濃度の高い燃料が使用された場合のＮＯｘ排出量に適したサイズとされている。吸着材の容量が大きくなると、パージ動作時に吸着材の温度が高くするのに長い時間を要し、吸着材からの吸着成分のパージに要する時間が長くなる。これに対し、上記第２ＮＯｘ吸着材４６によれば、エタノール濃度の高い燃料が使用される冷間始動時におけるＮＯｘの吸着能力を適切に確保したうえで、第２ＮＯｘ吸着材４６からのＮＯｘのパージを効率的に行えるようになる。
【００５８】
また、上記ルーチンによれば、燃料中のエタノール濃度ａが規定値Ｂより高い場合には、エタノール濃度ａが高くなるほど、冷間始動時における第２吸着材ユニット４０への排気ガスの流入時間が長くなるように、つまり、吸着実行期間が長くなるように排気切替え弁２６が制御される。このため、燃料中のエタノール濃度の相違に起因するＮＭＨＣの排出時間および排出量の変化に応じて、吸着実行期間を適切に設定することができる。
【００５９】
ところで、上述した実施の形態１においては、燃料中のエタノール濃度が比較的低い場合に用いるのに適した第１吸着材ユニット３０と、燃料中のエタノール濃度が比較的高い場合に用いるのに適した第２吸着材ユニット４０とを、別個独立したバイパス通路２０、２２にそれぞれ備えるようにしている。しかしながら、本発明において、燃料中のエタノール濃度の変化に関わらず目標とする吸着能力を確保できるようにするための構成は、上記のものに限定されるものではなく、例えば、以下の図８に示すような構成であってもよい。
【００６０】
図８は、本発明の実施の形態１における排気浄化装置の変形例を説明するための図である。尚、図８において、上記図２に示す構成要素と同一の要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。図８に示す構成は、主排気通路１４を迂回する通路として、単一のバイパス通路６０を備えている。バイパス通路６０は、上流側接続部２４ａにおいて主排気通路１４から分岐し、下流側接続部２４ｂにおいて再び主排気通路１４に合流するように構成されている。また、上流側接続部２４ａには、排気ガスの流入先を主排気通路１４とバイパス通路６０との間で切り替えるための排気切替え弁６２が配置されている。
【００６１】
図８に示すように、バイパス通路６０の途中には、上流側接続部２４ａに近い側から水分吸着材６４、ＨＣ吸着材６６、およびＮＯｘ吸着材６８という順番で、３つの吸着材が配置されている。水分吸着材６４は、上述した第２水分吸着材４２と同一の素材および容量で構成されている。すなわち、水分吸着材６４の容量は、高エタノール濃度の燃料が使用されるケースもカバーできるように、同一排気量のガソリン車両で必要とされる水分吸着材の容量の１．５倍となるように決定されている。
【００６２】
また、ＨＣ吸着材６６は、上述した第１ＨＣ吸着材３４と第２ＨＣ吸着材４４とを含むものとして構成されている。つまり、ＨＣ吸着材６６は、Ｃ４以下の低級ＨＣ成分の吸着に適した素材（例えば、銀Ａｇが担持されたフェリエライト）と、それよりも高級なＨＣ成分の吸着に適した素材（例えば、Ｙ型ゼオライト）とを混合して構成されている。
【００６３】
また、ＮＯｘ吸着材６８は、上述した第１ＮＯｘ吸着材３６と同一の素材および容量で構成されている。すなわち、ＮＯｘ６８の容量は、低エタノール濃度の燃料が使用されるケースもカバーできるような容量とされている。
【００６４】
以上説明した図８に示す構成においても、冷間始動時において、排気ガスがバイパス通路６０に導入されるように排気切替え弁６２を制御することとすれば、排気ガス中に含まれるＨＣ等をＨＣ吸着材６６等に吸着させることができる。また、触媒活性後においては排気ガスがバイパス通路６０に導入されるように排気切替え弁６２を再度制御することとすれば、ＨＣ吸着材６６等からＨＣ等を脱離させたうえで、床下触媒１８によって浄化することができる。
【００６５】
尚、上述した実施の形態１およびその変形例においては、排気切替え弁２６、６２が前記第３または第５の発明における「流路切替手段」に相当している。また、ＥＣＵ５０が図７に示すルーチンの処理を実行することにより前記第３または第５の発明における「制御手段」が実現されている。
また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第４または第５の発明における「アルコール濃度取得手段」が、上記ステップ１１０〜１１６の一連の処理を実行することにより前記第４または第５の発明における「期間設定手段」が、それぞれ実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態１における排気浄化装置を備える内燃機関システムの構成を説明するための図である。
【図２】第１吸着材ユニットおよび第２吸着材ユニットの具体的な構成を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態１のシステム動作を説明するための図である。
【図４】排気ガス中に含まれるノンメタンＨＣ（ＮＭＨＣ）中のＣ４以下の低級ＨＣ成分の比率を、燃料中のエタノール濃度との関係で表した図である。
【図５】燃料性状の違いによる冷間始動時のＮＭＨＣ（未燃エタノールを除く）の排出量を比較した図である。
【図６】燃料性状の違いによる冷間始動時のＮＯｘ排出量を比較した図である。
【図７】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態１における排気浄化装置の変形例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０  内燃機関
１４  主排気通路
１６  前段触媒（ＳＣ）
１８  床下触媒（ＵＦ）
２０  第１バイパス通路
２２  第２バイパス通路
２４ａ  上流側接続部
２４ｂ  下流側接続部
２６、６２  排気切替え弁
３０  第１吸着材ユニット
３２  第１水分吸着材
３４  第１ＨＣ吸着材
３６  第１ＮＯｘ吸着材
４０  第２吸着材ユニット
４２  第２水分吸着材
４４  第２ＨＣ吸着材
４６  第２ＮＯｘ吸着材
５０  ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
５４  エタノールセンサ
６０  バイパス通路
６４  水分吸着材
６６  ＨＣ吸着材
６８  ＮＯｘ吸着材
【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】
2008261255.tif 000007
【図６】
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【図７】
2008261255.tif 000009
【図８】
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