(57)【要約】【課題】この発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、冷間始動時における吸着材の吸着能力を十分に高く維持させつつ、触媒の暖機性を向上させることができ、これにより、内燃機関の始動時の排気エミッション性能を良好に向上させることを目的とする。【解決手段】内燃機関から排出された排気ガスが流れる主排気通路１４を備える。排気マニホールド１２の直下に前段触媒１６を備える。前段触媒１６より下流の主排気通路１４上にバイパス通路１８を備える。バイパス通路１８上に、炭化水素吸着材２２およびＮＯｘ吸着材２４を備える。バイパス通路１８の上流側接続部１８aに、排気ガスの流入先を切り替えるための切替バルブ２０を備える。主排気通路１４における前段触媒１６と切替バルブ２０との間の部位に、水分凝縮器２６を備える。主排気通路１４における水分凝縮器２６と切替バルブ２０との間の部位に、背圧制御バルブ２８を備える。【選択図】図１
2008223720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記主排気通路に配置され、排気ガスを浄化可能な触媒と、
前記触媒の下流に位置する上流側接続部において前記主排気通路から分岐し、前記上流側接続部より下流の下流側接続部において再び前記主排気通路に合流するバイパス通路と、
前記バイパス通路に配置され、排気ガス中に含まれる未浄化成分を吸着する吸着材と、
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、
内燃機関の冷間始動時に、排気ガスが前記バイパス通路に導入されるように前記流路切替手段を制御する吸着動作実行手段と、
前記主排気通路または前記バイパス通路における前記触媒と前記吸着材との間の部位に配置され、排気ガス中に含まれる水分を凝縮させる機能を有する水分凝縮手段と、
前記主排気通路または前記バイパス通路における前記水分凝縮手段と前記吸着材との間の部位に配置され、前記主排気通路または前記バイパス通路の流路断面積を変化させる流路断面積制御手段と、
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２】
前記下流側接続部より下流の前記主排気通路に配置され、排気ガスを浄化可能な後段触媒と、
内燃機関から排出された排気ガスが前記吸着材に導入された後に再び前記主排気通路に戻されるように前記流路切替手段を制御する排気パージ時流路制御手段と、
を更に備え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】
前記流路断面積制御手段は、前記触媒が活性化した後に、前記主排気通路または前記バイパス通路の流路断面積が大きくなるように制御する流路断面積拡大手段を含むことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記バイパス通路から分岐し、内燃機関の吸気通路に接続されるリターン通路と、
内燃機関から排出された排気ガスが前記吸着材に導入された後に前記リターン通路を介して前記吸気通路に還流されるように前記流路切替手段を制御する吸気パージ時流路制御手段とを更に備え、
前記流路断面積制御手段は、前記触媒が活性化した後に、前記主排気通路または前記バイパス通路の流路断面積が大きくなるように制御する流路断面積拡大手段を含む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。
【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関し、詳しくは、排気通路における触媒の下流に、触媒で浄化できなかった未浄化成分を吸着するための吸着材を備えた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、内燃機関の排気ガスの浄化通路（排気通路）上に、排気ガス中に含まれる未浄化成分を吸着する機能を有する吸着材を備えるシステムが開示されている。この従来のシステムは、吸着材の入口通路および出口通路の双方或いは一方の通路に、通路の遮断手段を設けるようにしている。そして、内燃機関の停止時に通路を遮断することによって、吸着材への水分の浸入を防止するようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開平６−９３８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の排気通路には、排気ガスを浄化するための触媒が配置される。当該触媒の温度が低下している冷間始動時には、触媒が暖機されて活性化するまでの間、未浄化成分を含んだ排気ガスが外部へ排出されてしまうことがある。上記従来の技術のように排気通路に未浄化成分を吸着する吸着材を配置するようにすれば、冷間始動時に触媒で浄化できなかった未浄化成分を吸着材によって吸着することで、大気中に排出されるのを防止することができる。
【０００５】
冷間始動時における排気エミッション性能を良好に向上させるためには、触媒の早期暖機を図るとともに、触媒が活性化するまでの間の未浄化成分を十分に吸着できるように、冷間始動時における吸着材の吸着能力を高く維持させたい。しかしながら、上記従来の技術は、内燃機関の停止中に吸着材に水分が浸入して付着するのを防止するものであって、吸着材に未浄化成分を吸着させる動作を行う冷間始動時において、内燃機関から排出される排気ガス中に含まれる水分が吸着材に浸入するのを好適に防止できるものではなかった。
【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、冷間始動時における吸着材の吸着能力を十分に高く維持させつつ、触媒の暖機性を向上させることができ、これにより、内燃機関の始動時の排気エミッション性能を良好に向上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、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、
前記主排気通路に配置され、排気ガスを浄化可能な触媒と、
前記触媒の下流に位置する上流側接続部において前記主排気通路から分岐し、前記上流側接続部より下流の下流側接続部において再び前記主排気通路に合流するバイパス通路と、
前記バイパス通路に配置され、排気ガス中に含まれる未浄化成分を吸着する吸着材と、
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、
内燃機関の冷間始動時に、排気ガスが前記バイパス通路に導入されるように前記流路切替手段を制御する吸着動作実行手段と、
前記主排気通路または前記バイパス通路における前記触媒と前記吸着材との間の部位に配置され、排気ガス中に含まれる水分を凝縮させる機能を有する水分凝縮手段と、
前記主排気通路または前記バイパス通路における前記水分凝縮手段と前記吸着材との間の部位に配置され、前記主排気通路または前記バイパス通路の流路断面積を変化させる流路断面積制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の発明は、第１の発明において、前記下流側接続部より下流の前記主排気通路に配置され、排気ガスを浄化可能な後段触媒と、
内燃機関から排出された排気ガスが前記吸着材に導入された後に再び前記主排気通路に戻されるように前記流路切替手段を制御する排気パージ時流路制御手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第２の発明において、前記流路断面積制御手段は、前記触媒が活性化した後に、前記主排気通路または前記バイパス通路の流路断面積が大きくなるように制御する流路断面積拡大手段を含むことを特徴とする。
【００１０】
また、第４の発明は、第１の発明において、前記バイパス通路から分岐し、内燃機関の吸気通路に接続されるリターン通路と、
内燃機関から排出された排気ガスが前記吸着材に導入された後に前記リターン通路を介して前記吸気通路に還流されるように前記流路切替手段を制御する吸気パージ時流路制御手段とを更に備え、
前記流路断面積制御手段は、前記触媒が活性化した後に、前記主排気通路または前記バイパス通路の流路断面積が大きくなるように制御する流路断面積拡大手段を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、流路断面積制御手段によって主排気通路またはバイパス通路を絞ることで、当該流路断面積制御手段により上流側である触媒や水分凝縮手段の配置部位における排気通路の圧力を上昇させることができる。これにより、触媒の暖機性を高めることができるとともに、水分の凝縮効果を高めることができる。このため、吸着動作時に、水分凝縮手段によって十分に水分が取り除かれた排気ガスを吸着材に供給することができ、吸着材の吸着能力を十分に高く維持することができるようになる。このように、本発明によれば、冷間始動時における吸着材の吸着能力を十分に高く維持させつつ、触媒の暖機性を向上させることができ、これにより、内燃機関の始動時の排気エミッション性能を良好に向上させることができる。
【００１２】
第２の発明によれば、始動後に比較的暖まってきた排気ガスが吸着材に供給されるように流路切替手段を制御することで、吸着材から未浄化成分を脱離させることができる。そして、吸着材から脱離させた未浄化成分を含む排気ガスを後段触媒に通すことで浄化することができる。
【００１３】
第３の発明によれば、触媒が活性化した後の高温の排気ガスによって冷間始動時に水分凝縮手段に捉えられていた水分を蒸発させることができる。そして、その水分の蒸発によって一時的に水分濃度が高くなっている排気ガスを吸着材に供給することで、吸着材からの未浄化成分の脱離を効果的に促進させることができる。
【００１４】
第４の発明によれば、吸着材に高温の排気ガスを供給することで吸着材から脱離させた未浄化成分を含む排気ガスを、内燃機関の吸気通路に生じている負圧を利用して吸気通路に還流させることができる。また、本発明によれば、触媒が活性化した後の高温の排気ガスによって冷間始動時に水分凝縮手段に捉えられていた水分を蒸発させることができる。そして、その水分の蒸発によって一時的に水分濃度が高くなっている排気ガスを吸着材に供給することで、吸着材からの未浄化成分の脱離を効果的に促進させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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の排気系１０の構成を説明するための図である。図１に示す内燃機関の排気系１０は、筒内から排出された排気ガスが流れる排気通路として、内燃機関の各気筒と接続される排気マニホールド１２と、排気マニホールド１２に接続される主排気通路１４と、後述するバイパス通路１８を備えている。
【００１６】
主排気通路１４には、排気マニホールド１２に近接する位置（直下）に、排気ガスを浄化可能な前段触媒（ＳＣ）１６が配置されている。前段触媒１６は、排気通路の最上流側に配置される触媒である。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、バイパス通路１８を備えている。バイパス通路１８は、前段触媒１６の下流に位置する上流側接続部１８aにおいて主排気通路１４から分岐し、当該上流側接続部１８aの下流に位置する下流側接続部１８b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。
【００１７】
上流側接続部１８aには、排気ガスの流入先を主排気通路１４とバイパス通路１８との間で切り替えるための切替バルブ２０が配置されている。尚、内燃機関の通常運転時には、切替バルブ２０によってバイパス通路１８の上流側接続部１８aが閉塞され、排気ガスは主排気通路１４をそのまま通って大気中に放出される。
【００１８】
また、バイパス通路１８の途中には、排気ガス中に含まれる未浄化成分を吸着する機能を有する２つの吸着材がそれぞれ配置されている。より具体的には、主排気通路１４の上流側に、すなわち、切替バルブ２０が設けられた上流側接続部１８aに近い側に、先ず、排気ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ）を吸着する機能を有する炭化水素吸着材２２が配置されている。そのような炭化水素吸着材２２としては、例えば、ゼオライト系の素材を用いることができる。
【００１９】
また、バイパス通路１８には、炭化水素吸着材２２の下流側に、すなわち、下流側接続部１８bに近い側に、更に、ＮＯｘを吸着する機能を有するＮＯｘ吸着材２４が配置されている。そのようなＮＯｘ吸着材２４としては、例えば、鉄Ｆｅを担持したゼオライト系の素材を用いることができる。
【００２０】
また、本実施形態の排気系１０は、前段触媒１６より下流の主排気通路１４上に、排気ガス中に含まれる水分（水蒸気）を凝縮する機能を有する水分凝縮器２６を備えている。このような水分凝縮器２６の一例としては、図１に示すような構成を用いることができる。すなわち、図１に示す水分凝縮器２６は、その内部を排気ガスが通過するように構成されており、その内部の壁面は、排気ガスの流れを邪魔するような複数の邪魔板２６aとして形成されている。このような構成によれば、冷間始動時に水分凝縮器２６内に流入した排気ガスを冷えた邪魔板２６aと接触させることで冷やすことができる。排気ガスが冷やされることで、当該排気ガス中に含まれる水分が凝縮され、水分が邪魔板２６aに付着することとなる。このため、水分凝縮器２６内に水分を留めることができるようになる。尚、邪魔板２６aを冷却する目的で、大気または冷却水と邪魔板２６aとを熱交換させる手段を備えるようにしてもよい。
【００２１】
また、主排気通路１４における水分凝縮器２６の下流には、主排気通路１４の流路断面積を変化させるための背圧制御バルブ２８が配置されている。より具体的には、背圧制御バルブ２８は、バタフライ式の開閉バルブを用いることができ、主排気通路１４を絞らない全開状態と、排気ガスの流通を許容しつつ主排気通路１４を絞るための所定開度とされた状態とを切り替えできるように構成されている。このような構成によれば、背圧制御バルブ２８より上流の排気通路（主排気通路１４および排気マニホールド１２）内の圧力（内燃機関の背圧）を高めることが可能となる。
【００２２】
付け加えると、上述した水分凝縮器２６および背圧制御バルブ２８は、排気通路（主排気通路１４とバイパス通路１８）における前段触媒１６と炭化水素吸着材２２との間の部位に配置されている。そして、そのような配置のより好ましい例として、本実施形態では、水分凝縮器２６および背圧制御バルブ２８は、主排気通路１４における前段触媒１６と切替バルブ２０との間の部位に配置されている。
【００２３】
更に、主排気通路１４には、下流側接続部１８ｂの下流側の部位に、排気ガスを浄化可能な後段触媒（床下触媒ＵＦ）３０が配置されている。
【００２４】
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０を備えている。ＥＣＵ４０には、内燃機関を制御するための各種センサとともにエンジン冷却水温度を検出するための水温センサ４２が接続されている。また、ＥＣＵ４０には、内燃機関を制御するための各種アクチュエータとともに上述した切替バルブ２０および背圧制御バルブ２８が接続されている。
【００２５】
［実施の形態１の動作］
図２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。
（吸着時の動作）
先ず、図２（Ａ）を参照して、内燃機関の冷間始動時に筒内から排出される排気ガス中のＨＣやＮＯｘを炭化水素吸着材２２等に吸着させるために行われる吸着動作について説明する。
【００２６】
吸着動作は、図２（Ａ）に示すように、内燃機関の冷間始動時に、主排気通路１４が閉塞されるように切替バルブ２０を制御した状態にして開始される。この際、背圧制御バルブ２８は、主排気通路１４を絞るべく上記所定開度となるように制御される。
【００２７】
上記のような制御がなされると、筒内から排出された排気ガス中に含まれる水分が水分凝縮器２６の邪魔板２６aによって凝縮され、水分が邪魔板２６aに付着した状態となる。これにより、水分凝縮器２６より下流の排気ガス中の水分濃度を下げることができる。また、背圧制御バルブ２８によって主排気通路１４が絞られていることで、背圧制御バルブ２８より上流の排気通路内の圧力が高められる。これにより、前段触媒１６の暖機性を高めることができるとともに、水分凝縮器２６による水分の凝縮効果を良好に高めることができる。
【００２８】
水分凝縮器２６によって十分に水分濃度が下げられた排気ガスは、上流側接続部１８aを介して主排気通路１４からバイパス通路１８に導入される。バイパス通路１８に導入された排気ガスは、炭化水素吸着材２２およびＮＯｘ吸着材２４を順に通過し、その後再び主排気通路１４に戻された後に大気中に放出される。
【００２９】
上記吸着動作は、前段触媒１６が活性化した等の所定の吸着動作の終了条件が成立した場合に終了される。当該終了条件が成立すると、バイパス通路１８の上流側接続部１８aを閉塞するように切替バルブ２０が制御されるとともに、切替バルブ２０の当該制御の実行と同時もしくはその後に、背圧制御バルブ２８が全開状態に制御される。
【００３０】
以上説明した吸着動作によれば、排気ガス中に含まれるＨＣやＮＯｘが炭化水素吸着材２２等に吸着されることで取り除かれる。上記吸着動作によれば、排気ガス中に含まれる水分が水分凝縮器２６の作用によって取り除かれるため、乾いた排気ガスを炭化水素吸着材２２やＮＯｘ吸着材２４に導入することができ、内燃機関の冷間始動時において、これらの吸着材２２等の吸着能力を十分に高く維持することができる。これにより、前段触媒１６が未だ活性化していない冷間始動時に、排気ガス中に含まれるＨＣやＮＯｘが大気中に放出されるのを確実に抑制することができる。
【００３１】
そして、上記吸着動作によれば、既述したように、前段触媒１６の暖機性を高めることができるので、冷間始動時に筒内から排出されるＨＣやＮＯｘをより早い段階で触媒１６等によって浄化することが可能となる。以上のように、本実施形態のシステムによれば、水分凝縮器２６の水分凝縮効果と、前段触媒１６の暖機性とを同時に高めることができ、これにより、冷間始動時における炭化水素吸着材２２等の吸着能力を十分に高く維持させつつ、前段触媒１６の早期暖機を図ることが可能となる。このため、内燃機関の始動時の排気エミッション性能を良好に向上させることができる。
【００３２】
（パージ時の動作）
次に、図２（Ｂ）を参照して、炭化水素吸着材２２等からのＨＣやＮＯｘのパージ動作（排気パージ動作）について説明する。
パージ動作は、前段触媒１６が活性化している等の所定のパージ開始タイミングが到来した時点で、図２（Ｂ）に示すように、再び主排気通路１４が閉塞されるように切替バルブ２０を制御した状態で開始される。この際、背圧制御バルブ２８は、上述したように、既に全開状態に制御されている。
【００３３】
上記のパージ動作によれば、図２（Ａ）に示す吸着動作時と同方向に排気ガスが導入されることになる。始動後に比較的暖まってきた排気ガスが炭化水素吸着材２２等に供給されることで、ＨＣやＮＯｘを炭化水素吸着材２２等から脱離させることができる。そして、脱離した吸着成分を含む排気ガスを後段触媒３０に通すことで浄化することができる。
【００３４】
また、本実施形態のシステムでは、上記のように前段触媒１６が活性化した際に、吸着動作が終了するように切替バルブ２０を制御するとともに、背圧制御バルブ２８を全開状態に制御するようにしている。その結果、冷間始動時に水分凝縮器２６内に凝縮し付着した水分が、前段触媒１６の活性後の高温の排気ガスを利用して蒸発させられる。このため、水分凝縮器２６内の水分が蒸発することで一時的に水分濃度が高くなった排気ガスを、パージ動作時に炭化水素吸着材２２等に導入することが可能となる。
【００３５】
排気ガス中に含まれる水分は、吸着材２２等におけるＨＣやＮＯｘの吸着を阻害する一方で、吸着材２２等からのＨＣやＮＯｘの脱離を促進させるという性質を有している。以上説明した本実施形態のシステムによれば、吸着動作時に水分凝縮器２６内に蓄えていた水分を有効利用して、パージ動作時において、炭化水素吸着材２２等からのＨＣやＮＯｘの脱離を促進することが可能となる。
【００３６】
図３は、本実施形態における吸着動作およびパージ動作を実現するために、ＥＣＵ４０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図３に示すルーチンは、内燃機関の始動直後に起動されるものとする。
【００３７】
図３に示すルーチンでは、先ず、エンジン冷却水温度が設定温度以下であるか否かが判別される（ステップ１００）。その結果、エンジン冷却水温度が設定温度よりも高いと判定された場合、すなわち、暖機が完了している場合には、今回の処理サイクルが速やかに終了される。
【００３８】
上記ステップ１００において、エンジン冷却水温度が設定温度以下であると判定された場合、すなわち、冷間始動時であると認められた場合には、切替バルブ２０が開弁され、背圧制御バルブ２８が主排気通路１４を絞るために閉じられる（ステップ１０２）。切替バルブ２０は、通常時は、バイパス通路１８の入口を閉塞しているが、本ステップ１０２において、冷間始動時と認められた場合には、主排気通路１４とバイパス通路１８とが連通状態となるように切り替えられる。これにより、ＨＣおよびＮＯｘの吸着動作が開始される。
【００３９】
次に、吸着動作の終了タイミングが到来したか否かが判別される（ステップ１０４）。より具体的には、前段触媒１６が活性化状態にあるか否か、吸着動作の開始から所定時間が経過したか否か等の判定条件が成立したか否かが判別される。その結果、吸着動作の終了タイミングが到来したと判定された場合には、バイパス通路１８の上流側接続部１８aを閉塞させるべく、切替バルブ２０が閉弁される（ステップ１０６）。これにより、吸着動作が終了される。また、このタイミングで、背圧制御バルブ２８が開弁される（ステップ１０６）。
【００４０】
次に、パージ動作開始タイミングが到来したか否かが判別される（ステップ１０８）。より具体的には、本ステップ１０８では、前段触媒１６が活性化状態になっているか否か、バイパス通路１８に導入する排気ガスの温度がパージ動作を行うのに適した温度範囲内にあるか否か、および、内燃機関がパージ動作を行っても問題とならないような安定した運転状態にあるか否かに基づいた判別が実行される。
【００４１】
上記ステップ１０８において、パージ動作開始タイミングが到来したと判定された場合には、切替バルブ２０が開弁される（ステップ１１０）。これにより、パージ動作が開始される。パージ動作の実行中には、パージ量判定が実行される（ステップ１１２）。具体的には、現在のパージ量が所定の設定量に達したか否かが判別される。現在のパージ量は、例えば、上記ステップ１１０において切替バルブ２０が開弁した後の経過時間とパージガス温度との関係に基づいて推定することができる。
【００４２】
上記ステップ１１２において、パージ量が設定量に達したと判定された場合には、切替バルブ２０が閉弁される（ステップ１１４）。これにより、パージ動作が終了される。
【００４３】
尚、上述した実施の形態１においては、切替バルブ２０が前記第１の発明における「流路切替手段」に、水分凝縮器２６が前記第１の発明における「水分凝縮手段」に、背圧制御バルブ２８が前記第１の発明における「流路断面積制御手段」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ４０が上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「吸着動作実行手段」が実現されている。
また、ＥＣＵ４０が上記ステップ１０８および１１０の処理を実行することにより前記第２の発明における「排気パージ時流路制御手段」が実現されている。
また、ＥＣＵ４０が上記ステップ１０４および１０６の処理を実行することにより前記第３の発明における「流路断面積拡大手段」が実現されている。
【００４４】
実施の形態２．
次に、図４乃至図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
図４は、本発明の実施の形態２における排気浄化装置を備える内燃機関の排気系５０の構成を説明するための図である。尚、図４において、上記図１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。
【００４５】
図４に示す排気系５０の構成は、リターン通路５２およびパージ制御バルブ５４が追加されている点と、後段触媒５６の配置場所が異なっている点とを除き、上述した図１に示す排気系１０の構成と同様である。
【００４６】
より具体的には、リターン通路５２は、上流側接続部１８aと炭化水素吸着材２２との間の部位において、バイパス通路１８に連通している。リターン通路５２は、その途中にパージ制御バルブ５４を備え、その端部において吸気通路（図示省略）に連通している。また、後段触媒５６は、主排気通路１４における水分凝縮器２６および背圧制御バルブ２８より下流であって、かつ、切替バルブ２０の上流の部位に配置されている。
【００４７】
［実施の形態２の動作］
図５は、本発明の実施の形態２のシステム動作を説明するための図である。
（吸着時の動作）
先ず、図５（Ａ）を参照して、内燃機関の冷間始動時に筒内から排出される排気ガス中のＨＣやＮＯｘを炭化水素吸着材２２等に吸着させるために行われる吸着動作について説明する。
【００４８】
吸着動作は、図５（Ａ）に示すように、内燃機関の冷間始動時に、主排気通路１４が閉塞されるように切替バルブ２０を制御した状態にして開始される。この際、背圧制御バルブ２８は、主排気通路１４を絞るべく上記所定開度となるように制御される。尚、この吸着動作時には、パージ制御バルブ５４についても、閉弁状態に制御される。
【００４９】
上記のような制御がなされると、筒内から排出された排気ガス中に含まれる水分が水分凝縮器２６の邪魔板２６aによって凝縮され、水分が邪魔板２６aに付着した状態となる。これにより、水分凝縮器２６より下流の排気ガス中の水分濃度を下げることができる。また、背圧制御バルブ２８によって主排気通路１４が絞られていることで、背圧制御バルブ２８より上流の排気通路内の圧力が高められる。これにより、前段触媒１６の暖機性を高めることができるとともに、水分凝縮器２６による水分の凝縮効果を良好に高めることができる。
【００５０】
水分凝縮器２６によって十分に水分濃度が下げられた排気ガスは、上流側接続部１８aを介して主排気通路１４からバイパス通路１８に導入される。バイパス通路１８に導入された排気ガスは、炭化水素吸着材２２およびＮＯｘ吸着材２４を順に通過し、その後再び主排気通路１４に戻された後に大気中に放出される。
【００５１】
上記吸着動作は、前段触媒１６が活性化した等の所定の吸着動作の終了条件が成立した場合に終了される。当該終了条件が成立すると、バイパス通路１８の上流側接続部１８aを閉塞するように切替バルブ２０が制御されるとともに、切替バルブ２０の当該制御の実行と同時もしくはその後に、背圧制御バルブ２８が全開状態に制御される。
【００５２】
以上説明した吸着動作によれば、排気ガス中に含まれるＨＣやＮＯｘが炭化水素吸着材２２等に吸着されることで取り除かれる。上記吸着動作によれば、排気ガス中に含まれる水分が水分凝縮器２６の作用によって取り除かれるため、乾いた排気ガスを炭化水素吸着材２２やＮＯｘ吸着材２４に導入することができ、内燃機関の冷間始動時において、これらの吸着材２２等の吸着能力を十分に高く維持することができる。これにより、前段触媒１６が未だ活性化していない冷間始動時に、排気ガス中に含まれるＨＣやＮＯｘが大気中に放出されるのを確実に抑制することができる。
【００５３】
そして、上記吸着動作によれば、既述したように、前段触媒１６の暖機性を高めることができるので、冷間始動時に筒内から排出されるＨＣやＮＯｘをより早い段階で触媒１６等によって浄化することが可能となる。以上のように、本実施形態のシステムによれば、水分凝縮器２６の水分凝縮効果と、前段触媒１６の暖機性とを同時に高めることができ、これにより、冷間始動時における炭化水素吸着材２２等の吸着能力を十分に高く維持させつつ、前段触媒１６の早期暖機を図ることが可能となる。このため、内燃機関の始動時の排気エミッション性能を良好に向上させることができる。
【００５４】
（パージ時の動作）
次に、図５（Ｂ）を参照して、前段触媒１６が活性化している等の所定のパージ開始タイミングにおいて行われる、炭化水素吸着材２２等からのＨＣやＮＯｘのパージ動作（吸気パージ動作）について説明する。
【００５５】
パージ動作は、図５（Ｂ）に示すように、バイパス通路１８の上流側接続部１８aを閉塞するように切替バルブ２０が制御された状態（すなわち、上記吸着動作を終了させている状態）で、上記所定のパージ開始タイミングが到来した時点で、パージ制御バルブ５４を開くことにより開始される。この際、背圧制御バルブ２８は、上述したように、既に全開状態に制御されている。
【００５６】
上記のパージ動作によれば、筒内から排出された排気ガスの一部が、内燃機関の吸気通路に生じている負圧を利用して、主排気通路１４から下流側接続部１８bを通過してバイパス通路１８に導入される。その結果、始動後に比較的暖まってきた排気ガスが炭化水素吸着材２２等に供給されることで、ＨＣやＮＯｘが炭化水素吸着材２２等から脱離し、リターン通路２６を介して吸気通路にパージされる。吸気通路に戻されたＨＣやＮＯｘは、再び燃焼に付された後に活性状態にある前段触媒１６等によって浄化される。
【００５７】
また、本実施形態のシステムでは、上記のように前段触媒１６が活性化した際に、吸着動作が終了するように切替バルブ２０を制御するとともに、背圧制御バルブ２８を全開状態に制御するようにしている。その結果、冷間始動時に水分凝縮器２６内に凝縮し付着した水分が、前段触媒１６の活性後の高温の排気ガスを利用して蒸発させられる。このため、水分凝縮器２６内の水分が蒸発することで一時的に水分濃度が高くなった排気ガスを、パージ動作時に炭化水素吸着材２２等に導入することが可能となる。排気ガス中に含まれる水分は、吸着材２２等におけるＨＣやＮＯｘの吸着を阻害する一方で、吸着材２２等からのＨＣやＮＯｘの脱離を促進させるという性質を有している。以上説明した本実施形態のシステムによれば、吸着動作時に水分凝縮器２６内に蓄えていた水分を有効利用して、パージ動作時において、炭化水素吸着材２２等からのＨＣやＮＯｘの脱離を促進することが可能となる。
【００５８】
図６は、本実施形態における吸着動作およびパージ動作を実現するために、ＥＣＵ４０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図６に示すルーチンは、内燃機関の始動直後に起動されるものとする。また、図６において、実施の形態１における図３に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。
【００５９】
図６に示すルーチンでは、ステップ１００において、冷間始動時であると認められた場合には、切替バルブ２０が開弁され、背圧制御バルブ２８が主排気通路１４を絞るために閉じられ、また、パージ制御バルブ５４が閉弁状態に維持される（ステップ２００）。これにより、ＨＣおよびＮＯｘの吸着動作が開始される。
【００６０】
また、図６に示すルーチンでは、ステップ１０８において、パージ動作開始タイミングが到来したと判定された場合には、パージ制御バルブ５４が開弁される（ステップ２０２）。これにより、パージ動作が開始される。その後、ステップ１１２において、パージ量が設定量に達したと判定された場合には、パージ制御バルブ５４が閉弁される（ステップ２０４）。これにより、パージ動作が終了される。
【００６１】
尚、上述した実施の形態２においては、切替バルブ２０およびパージ制御バルブ５４が前記第１の発明における「流路切替手段」に相当している。また、ＥＣＵ４０が上記ステップ２００の処理を実行することにより前記第１の発明における「吸着動作実行手段」が実現されている。
また、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１０６、１０８、および２０２の処理を実行することにより前記第４の発明における「吸気パージ時流路制御手段」が、上記ステップ１０４および１０６の処理を実行することにより前記第４の発明における「流路断面積拡大手段」が、それぞれ実現されている。
【００６２】
ところで、上述した実施の形態１および２においては、水分凝縮器２６および背圧制御バルブ２８を主排気通路１４上に配置するようにしているが、本発明における水分凝縮手段（例えば水分凝縮器２６）や流路断面積制御手段（例えば背圧制御バルブ２８）の配置場所は、吸着材より上流の排気通路上であれば、主排気通路１４上でなくてもよく、バイパス通路１８上であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【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の排気系の構成を説明するための図である。
【図２】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３】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４】本発明の実施の形態２における排気浄化装置を備える内燃機関の排気系の構成を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態２のシステム動作を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６４】
１０、５０  排気系
１４  主排気通路
１６  前段触媒
１８  バイパス通路
１８a  上流側接続部
１８b  下流側接続部
２０  切替バルブ
２２  炭化水素吸着材
２４  ＮＯｘ吸着材
２６  水分凝縮器
２６a  邪魔板
２８  背圧制御バルブ
３０、５６  後段触媒
４０  ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
５２  リターン通路
５４  パージ制御バルブ
【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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