(57)【要約】【課題】この発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、機関始動直後のエミッションの低減に有効な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。【解決手段】内燃機関１０の主排気通路１６に設けられた上流触媒２０および下流触媒２２より下流側に、第１バイパス通路２８および第２バイパス通路３４を備える。第１バイパス通路２８にはＨＣ吸着材３０が、第２バイパス通路３４にはＮＯｘ吸着材３６がそれぞれ設けられている。排気ガスを第１バイパス通路２８に流すバイパス状態と流さない非バイパス状態とに切り替え可能な第１の流路切替バルブ３２と、排気ガスを第２バイパス通路３４に流すバイパス状態と流さない非バイパス状態とに切り替え可能な第２の流路切替バルブ３８とは、独立に制御される。内燃機関１０は、冷間始動時、理論空燃比近傍の空燃比で運転される。【選択図】図１
2008133743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の主排気通路に設けられた排気浄化用の触媒と、
前記触媒より下流側において前記主排気通路をバイパスするバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられ、ＮＯｘを吸着する機能を有するＮＯｘ吸着材と、
排気ガスを前記バイパス通路に流すバイパス状態と前記バイパス通路に流さない非バイパス状態とに切り替え可能な流路切替手段と、
冷間始動時には前記流路切替手段を前記バイパス状態とし、温間始動時には前記流路切替手段を前記非バイパス状態とする流路制御手段と、
冷間始動時の空燃比を温間始動時の空燃比よりリッチとする空燃比制御を行う空燃比制御手段と、
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】
前記空燃比制御手段は、遅くとも、前記ＮＯｘ吸着材からのＮＯｘの脱離が始まるタイミングの近傍で、前記空燃比制御を終了す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】
前記空燃比制御手段は、冷間始動時の空燃比を理論空燃比近傍に制御す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】
内燃機関の主排気通路に設けられた排気浄化用の触媒と、
前記触媒より下流側において前記主排気通路をバイパスするバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられ、ＮＯｘを吸着する機能を有するＮＯｘ吸着材と、
排気ガスを前記バイパス通路に流すバイパス状態と前記バイパス通路に流さない非バイパス状態とに切り替え可能な流路切替手段と、
冷間始動時に前記流路切替手段を前記バイパス状態とする流路制御手段と、
冷間始動時の空燃比を理論空燃比近傍に制御する空燃比制御を行う空燃比制御手段と、
を備え、
前記空燃比制御手段は、遅くとも、前記ＮＯｘ吸着材からのＮＯｘの脱離が始まるタイミングの近傍で、前記空燃比制御を終了することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記流路制御手段は、前記空燃比制御の終了とほぼ同じタイミングで前記バイパス状態から前記非バイパス状態へ切り替えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記触媒より下流側において前記主排気通路をバイパスするバイパス通路に設けられ、ＨＣを吸着する機能を有するＨＣ吸着材を更に備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
冷間始動時の点火時期を温間始動時の点火時期より遅くする点火時期遅角手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記流路切替手段が前記バイパス状態にあるときに吸入空気量が所定値を超えた場合に、空燃比を一時的に減少させるリッチスパイクを行うリッチスパイク手段と、
を更に備え、
前記流路制御手段は、前記流路切替手段が前記バイパス状態にあるときに吸入空気量が前記所定値を超えた場合に、前記流路切替手段を前記非バイパス状態に切り替えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
内燃機関の主排気通路に設けられた排気浄化用の触媒と、
前記触媒より下流側において前記主排気通路をバイパスする第１バイパス通路および第２バイパス通路と、
前記第１バイパス通路に設けられ、ＨＣを吸着する機能を有するＨＣ吸着材と、
前記第２バイパス通路に設けられ、ＮＯｘを吸着する機能を有するＮＯｘ吸着材と、
排気ガスを前記第１バイパス通路に流すバイパス状態と前記第１バイパス通路に流さない非バイパス状態とに切り替え可能な第１の流路切替手段と、
排気ガスを前記第２バイパス通路に流すバイパス状態と前記第２バイパス通路に流さない非バイパス状態とに切り替え可能な第２の流路切替手段と、
前記第１の流路切替手段と前記第２の流路切替手段とを独立に制御する流路制御手段と、
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１０】
前記流路制御手段は、冷間始動後、前記第２の流路切替手段が前記バイパス状態になっているＮＯｘ吸着期間が、前記第１の流路切替手段が前記バイパス状態になっているＨＣ吸着期間より短くなるように、前記第１および第２の流路切替手段を制御することを特徴とする請求項９記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
前記空燃比制御手段は、冷間始動後、遅くとも、前記ＨＣ吸着材からのＨＣの脱離が始まるタイミングの近傍で前記第１の流路切替手段を前記バイパス状態から前記非バイパス状態に切り替え、遅くとも、前記ＮＯｘ吸着材からのＮＯｘの脱離が始まるタイミングの近傍で前記第２の流路切替手段を前記バイパス状態から前記非バイパス状態に切り替えることを特徴とする請求項９または１０記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１２】
前記流路制御手段は、
冷間始動後、前記第１の流路切替手段をバイパス状態から非バイパス状態に切り替えるべきタイミングを検出するＨＣ吸着終了タイミング検出手段と、
冷間始動後、前記第２の流路切替手段をバイパス状態から非バイパス状態に切り替えるべきタイミングを検出するＮＯｘ吸着終了タイミング検出手段と、
を含むことを特徴とする請求項９乃至１１の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１３】
前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を更に備え、
前記ＨＣ吸着終了タイミング検出手段は、前記吸入空気量の積算値が第１所定値に達した時点をＨＣ吸着終了タイミングとして検出し、
前記ＮＯｘ脱離推定手段は、前記吸入空気量の積算値が前記第１所定値より小さい第２所定値に達した時点をＮＯｘ吸着終了タイミングとして検出することを特徴とする請求項１２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１４】
前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を更に備え、
前記ＨＣ吸着終了タイミング検出手段は、前記吸入空気量が第１所定値を超えた時点をＨＣ吸着終了タイミングとして検出し、
前記ＮＯｘ脱離推定手段は、前記吸入空気量が前記第１所定値より小さい第２所定値を超えた時点をＮＯｘ吸着終了タイミングとして検出することを特徴とする請求項１３記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１５】
前記第１および第２の流路切替手段が前記バイパス状態とされる冷間始動時の空燃比を、前記第１および第２の流路切替手段を前記非バイパス状態とされる温間始動時の空燃比よりリッチとする空燃比制御を行う空燃比制御手段を更に備えることを特徴とする請求項９乃至１４の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１６】
冷間始動時の空燃比を理論空燃比近傍に制御する空燃比制御を行う空燃比制御手段を更に備え、
前記流路切替手段は、冷間始動時に前記第１および第２の流路切替手段を前記バイパス状態とし、
前記空燃比制御手段は、遅くとも、前記ＮＯｘ吸着材からのＮＯｘの脱離が始まるタイミングの近傍で、前記空燃比制御を終了することを特徴とする請求項９乃至１４の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１７】
前記空燃比制御手段は、冷間始動時の空燃比を、理論空燃比、理論空燃比より僅かにリーンな弱リーン空燃比、理論空燃比より僅かにリッチな弱リッチ空燃比、の何れかの空燃比に制御することを特徴とする請求項１５または１６記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１８】
前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記第１および第２の流路切替手段が前記バイパス状態にあるときに吸入空気量が所定値を超えた場合に、空燃比を一時的に減少させるリッチスパイクを行うリッチスパイク手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項９乃至１７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】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の排気浄化装置は、著しく進歩している。しかしながら、機関始動直後に関しては、未だ課題が残されている。すなわち、機関始動直後は、触媒（三元触媒など）の温度が低く、触媒の活性が不十分であるため、ＨＣ、ＮＯｘなどの有害成分の排出量が多くなり易いという問題がある。
【０００３】
機関始動直後のエミッションを低減する方法の一つとして、吸着材を用いる方法が提案されている。すなわち、機関始動直後、触媒活性が不十分なときには、有害成分を吸着材に吸着させておく。そして、触媒が暖機されて十分に活性化した後に、吸着された有害成分を吸着材から脱離させて、触媒で浄化する。
【０００４】
この方法を実現するためのシステムとして、特開２００５−２９９６３１号公報には、排気マニホールドの近くにＨＣ吸着触媒およびＮＯｘ吸着触媒を直列に設けた排気ガス浄化システムが開示されている。このシステムでは、アンダーフロア触媒の温度が低い間は排気ガスをＨＣ吸着触媒およびＮＯｘ吸着触媒に流し、アンダーフロア触媒がウォーミングアップされた後は、ＨＣ吸着触媒およびＮＯｘ吸着触媒を通さずに排気ガスが流れるように流路を切り換えることとしている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２９９６３１号公報
【特許文献２】特開２０００−３４５８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＨＣ吸着材およびＮＯｘ吸着材を備えた排気浄化装置においては、触媒が十分に活性化するまでの間に機関から排出されるＨＣおよびＮＯｘを、その両吸着材が十分に吸着することができるとすれば、機関始動直後のエミッションを十分に低減することができる。そして、実際上、ＨＣ吸着材に関しては、十分な吸着能力が比較的容易に得られる。
【０００７】
しかしながら、ＮＯｘ吸着材は、ＨＣ吸着材に比して、十分な吸着能力を得ることが困難なのが現状である。すなわち、機関始動時に排出されるＮＯｘをすべて吸着し切るには、膨大な吸着材容量を必要とするが、それだけの容量を確保することは、ＮＯｘ吸着材の設置スペースやコストの面からして、困難である。
【０００８】
つまり、ＨＣ吸着材およびＮＯｘ吸着材を備えた従来の排気浄化装置では、実際上は、ＮＯｘ吸着材の能力が不足し易い。このため、触媒が十分に活性化するより前に、ＮＯｘ吸着材からのＮＯｘの脱離が始まってしまい、ＮＯｘが大気中に放出されてしまうという問題がある。
【０００９】
この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、機関始動直後のエミッションの低減に有効な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】
【００１０】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の主排気通路に設けられた排気浄化用の触媒と、
前記触媒より下流側において前記主排気通路をバイパスするバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられ、ＮＯｘを吸着する機能を有するＮＯｘ吸着材と、
排気ガスを前記バイパス通路に流すバイパス状態と前記バイパス通路に流さない非バイパス状態とに切り替え可能な流路切替手段と、
冷間始動時（「始動時」とは、始動後まもない期間を言うものとする。以下同じ。）には前記流路切替手段を前記バイパス状態とし、温間始動時には前記流路切替手段を前記非バイパス状態とする流路制御手段と、
冷間始動時の空燃比を温間始動時の空燃比よりリッチとする空燃比制御を行う空燃比制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記空燃比制御手段は、遅くとも、前記ＮＯｘ吸着材からのＮＯｘの脱離が始まるタイミングの近傍で、前記空燃比制御を終了することを特徴とする。
【００１２】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記空燃比制御手段は、冷間始動時の空燃比を理論空燃比近傍に制御することを特徴とする。
【００１３】
また、第４の発明は、内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の主排気通路に設けられた排気浄化用の触媒と、
前記触媒より下流側において前記主排気通路をバイパスするバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられ、ＮＯｘを吸着する機能を有するＮＯｘ吸着材と、
排気ガスを前記バイパス通路に流すバイパス状態と前記バイパス通路に流さない非バイパス状態とに切り替え可能な流路切替手段と、
冷間始動時に前記流路切替手段を前記バイパス状態とする流路制御手段と、
冷間始動時の空燃比を理論空燃比近傍に制御する空燃比制御を行う空燃比制御手段と、
を備え、
前記空燃比制御手段は、遅くとも、前記ＮＯｘ吸着材からのＮＯｘの脱離が始まるタイミングの近傍で、前記空燃比制御を終了することを特徴とする。
【００１４】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記流路制御手段は、前記空燃比制御の終了とほぼ同じタイミングで前記バイパス状態から前記非バイパス状態へ切り替えることを特徴とする。
【００１５】
また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記触媒より下流側において前記主排気通路をバイパスするバイパス通路に設けられ、ＨＣを吸着する機能を有するＨＣ吸着材を更に備えることを特徴とする。
【００１６】
また、第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、
冷間始動時の点火時期を温間始動時の点火時期より遅くする点火時期遅角手段を更に備えることを特徴とする。
【００１７】
また、第８の発明は、第１乃至第７の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記流路切替手段が前記バイパス状態にあるときに吸入空気量が所定値を超えた場合に、空燃比を一時的に減少させるリッチスパイクを行うリッチスパイク手段と、
を更に備え、
前記流路制御手段は、前記流路切替手段が前記バイパス状態にあるときに吸入空気量が前記所定値を超えた場合に、前記流路切替手段を前記非バイパス状態に切り替えることを特徴とする。
【００１８】
また、第９の発明は、内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の主排気通路に設けられた排気浄化用の触媒と、
前記触媒より下流側において前記主排気通路をバイパスする第１バイパス通路および第２バイパス通路と、
前記第１バイパス通路に設けられ、ＨＣを吸着する機能を有するＨＣ吸着材と、
前記第２バイパス通路に設けられ、ＮＯｘを吸着する機能を有するＮＯｘ吸着材と、
排気ガスを前記第１バイパス通路に流すバイパス状態と前記第１バイパス通路に流さない非バイパス状態とに切り替え可能な第１の流路切替手段と、
排気ガスを前記第２バイパス通路に流すバイパス状態と前記第２バイパス通路に流さない非バイパス状態とに切り替え可能な第２の流路切替手段と、
前記第１の流路切替手段と前記第２の流路切替手段とを独立に制御する流路制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１９】
また、第１０の発明は、第９の発明において、
前記流路制御手段は、冷間始動後、前記第２の流路切替手段が前記バイパス状態になっているＮＯｘ吸着期間が、前記第１の流路切替手段が前記バイパス状態になっているＨＣ吸着期間より短くなるように、前記第１および第２の流路切替手段を制御することを特徴とする。
【００２０】
また、第１１の発明は、第９または第１０の発明において、
前記空燃比制御手段は、冷間始動後、遅くとも、前記ＨＣ吸着材からのＨＣの脱離が始まるタイミングの近傍で前記第１の流路切替手段を前記バイパス状態から前記非バイパス状態に切り替え、遅くとも、前記ＮＯｘ吸着材からのＮＯｘの脱離が始まるタイミングの近傍で前記第２の流路切替手段を前記バイパス状態から前記非バイパス状態に切り替えることを特徴とする。
【００２１】
また、第１２の発明は、第９乃至第１１の発明の何れかにおいて、
前記流路制御手段は、
冷間始動後、前記第１の流路切替手段をバイパス状態から非バイパス状態に切り替えるべきタイミングを検出するＨＣ吸着終了タイミング検出手段と、
冷間始動後、前記第２の流路切替手段をバイパス状態から非バイパス状態に切り替えるべきタイミングを検出するＮＯｘ吸着終了タイミング検出手段と、
を含むことを特徴とする。
【００２２】
また、第１３の発明は、第１２の発明において、
前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を更に備え、
前記ＨＣ吸着終了タイミング検出手段は、前記吸入空気量の積算値が第１所定値に達した時点をＨＣ吸着終了タイミングとして検出し、
前記ＮＯｘ脱離推定手段は、前記吸入空気量の積算値が前記第１所定値より小さい第２所定値に達した時点をＮＯｘ吸着終了タイミングとして検出することを特徴とする。
【００２３】
また、第１４の発明は、第１２の発明において、
前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を更に備え、
前記ＨＣ吸着終了タイミング検出手段は、前記吸入空気量が第１所定値を超えた時点をＨＣ吸着終了タイミングとして検出し、
前記ＮＯｘ脱離推定手段は、前記吸入空気量が前記第１所定値より小さい第２所定値を超えた時点をＮＯｘ吸着終了タイミングとして検出することを特徴とする。
【００２４】
また、第１５の発明は、第９乃至第１４の発明の何れかにおいて、
前記第１および第２の流路切替手段が前記バイパス状態とされる冷間始動時の空燃比を、前記第１および第２の流路切替手段を前記非バイパス状態とされる温間始動時の空燃比よりリッチとする空燃比制御を行う空燃比制御手段を更に備えることを特徴とする。
【００２５】
また、第１６の発明は、第９乃至第１４の発明の何れかにおいて、
冷間始動時の空燃比を理論空燃比近傍に制御する空燃比制御を行う空燃比制御手段を更に備え、
前記流路切替手段は、冷間始動時に前記第１および第２の流路切替手段を前記バイパス状態とし、
前記空燃比制御手段は、遅くとも、前記ＮＯｘ吸着材からのＮＯｘの脱離が始まるタイミングの近傍で、前記空燃比制御を終了することを特徴とする。
【００２６】
また、第１７の発明は、第１５または第１６の発明において、
前記空燃比制御手段は、冷間始動時の空燃比を、理論空燃比、理論空燃比より僅かにリーンな弱リーン空燃比、理論空燃比より僅かにリッチな弱リッチ空燃比、の何れかの空燃比に制御することを特徴とする。
【００２７】
また、第１８の発明は、第９乃至第１７の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
前記第１および第２の流路切替手段が前記バイパス状態にあるときに吸入空気量が所定値を超えた場合に、空燃比を一時的に減少させるリッチスパイクを行うリッチスパイク手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
第１の発明によれば、触媒より下流にＮＯｘ吸着材を配置したことにより、冷間始動時に内燃機関から排出されるＮＯｘを吸着する上で、次のような利点がある。第１の利点としては、排気ガスがＮＯｘ吸着材に流入する前に、触媒でＮＯｘをできる限り浄化することができる。つまり、触媒の上流にＮＯｘ吸着材を配置する場合と比べ、ＮＯｘ吸着材に流入するＮＯｘ量を少なくすることができる。第２の利点としては、内燃機関からＮＯｘ吸着材までの排気経路が長くなるので、ＮＯｘ吸着材に流入する排気ガスの温度を低くすることができる。ＮＯｘ吸着材は、一般に、温度が低いほど、吸着効率が高い。このため、ＮＯｘ吸着材に流入する排気ガスの温度を低くすることにより、吸着効率を高めることができる。更に、第１の発明によれば、冷間始動時の空燃比を温間始動時の空燃比よりリッチとすることにより、冷間始動時に内燃機関から排出されるＮＯｘは比較的少なく、ＨＣは比較的多くなる。触媒に流入するＨＣが多いと、触媒でのＮＯｘ浄化率は高くなる。つまり、第１の発明によれば、内燃機関からのＮＯｘ排出量自体が少なくなることと、触媒でのＮＯｘ浄化率がアップすることとの相乗効果により、ＮＯｘ吸着材に流入するＮＯｘ量を十分に少なくすることができる。一般にＮＯｘ吸着材の吸着能力は余裕がないことが多いが、第１の発明によれば、上述したようにして、ＮＯｘ吸着材の吸着効率を十分に高くすることができ、また、ＮＯｘ吸着材に流入するＮＯｘ量をできる限り少なくすることができる。このため、ＮＯｘ吸着材に流入するＮＯｘ量が吸着能力を超えてしまうことを確実に抑制することができる。よって、冷間始動時にＮＯｘが大気中へ放出されることを確実に抑制することができる。なお、冷間始動時に内燃機関から排出されるＨＣをＨＣ吸着材で吸着する場合、一般に、ＨＣ吸着材の吸着能力には余裕があることが多い。このため、冷間始動時に内燃機関から排出されるＨＣが多少増加しても、ＨＣ吸着材でそのＨＣを十分に吸着することができ、大気中へのＨＣの放出を確実に抑制することができる。
【００２９】
第２の発明によれば、遅くとも、ＮＯｘ吸着材からのＮＯｘの脱離が始まるタイミングの近傍で空燃比を通常の空燃比に戻すことができる。このため、冷間始動時のＮＯｘをＮＯｘ吸着材で十分に吸着した上で、その後はＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯの各成分をバランス良く触媒で浄化することができる。このため、全体としてのエミッションを十分に低減することができる。
【００３０】
第３の発明によれば、冷間始動時に内燃機関から排出されるＮＯｘおよびＨＣの何れかが極端に多くなることがなく、ＮＯｘおよびＨＣをそれぞれ吸着材で吸着する上で、両者の量を適切なバランスとすることができる。このため、ＮＯｘおよびＨＣの大気中への放出をより確実に抑制することができる。
【００３１】
第４の発明によれば、触媒より下流にＮＯｘ吸着材を配置したことにより、冷間始動時に内燃機関から排出されるＮＯｘを吸着する上で、次のような利点がある。第１の利点としては、排気ガスがＮＯｘ吸着材に流入する前に、触媒でＮＯｘをできる限り浄化することができる。つまり、触媒の上流にＮＯｘ吸着材を配置する場合と比べ、ＮＯｘ吸着材に流入するＮＯｘ量を少なくすることができる。第２の利点としては、内燃機関からＮＯｘ吸着材までの排気経路が長くなるので、ＮＯｘ吸着材に流入する排気ガスの温度を低くすることができる。ＮＯｘ吸着材は、一般に、温度が低いほど、吸着効率が高い。このため、ＮＯｘ吸着材に流入する排気ガスの温度を低くすることにより、吸着効率を高めることができる。更に、第４の発明では、冷間始動時の空燃比を理論空燃比近傍に制御している。従来は、一般に、冷間始動時の空燃比を理論空燃比よりリーンにする場合が多い。これに対し、第４の発明では、冷間始動時の空燃比が従来よりリッチな理論空燃比近傍であるので、従来の内燃機関と比べ、冷間始動時に内燃機関から排出されるＮＯｘは比較的少なく、ＨＣは比較的多くなる。触媒に流入するＨＣが多いと、触媒でのＮＯｘ浄化率は高くなる。つまり、第４の発明によれば、内燃機関からのＮＯｘ排出量自体が少なくなることと、触媒でのＮＯｘ浄化率がアップすることとの相乗効果により、ＮＯｘ吸着材に流入するＮＯｘ量を十分に少なくすることができる。一般にＮＯｘ吸着材の吸着能力は余裕がないことが多いが、第４の発明によれば、上述したようにして、ＮＯｘ吸着材の吸着効率を十分に高くすることができ、また、ＮＯｘ吸着材に流入するＮＯｘ量をできる限り少なくすることができる。このため、ＮＯｘ吸着材に流入するＮＯｘ量が吸着能力を超えてしまうことを確実に抑制することができる。よって、冷間始動時にＮＯｘが大気中へ放出されることを確実に抑制することができる。なお、冷間始動時に内燃機関から排出されるＨＣをＨＣ吸着材で吸着する場合、一般に、ＨＣ吸着材の吸着能力には余裕があることが多い。このため、冷間始動時に内燃機関から排出されるＨＣが多少増加しても、ＨＣ吸着材でそのＨＣを十分に吸着することができ、大気中へのＨＣの放出を確実に抑制することができる。更に、第４の発明によれば、遅くともＮＯｘ吸着材からのＮＯｘの脱離が始まるタイミングの近傍で空燃比を通常の空燃比に戻すことができる。このため、冷間始動時のＮＯｘをＮＯｘ吸着材で十分に吸着した上で、その後はＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯの各成分をバランス良く触媒で浄化することができる。このため、全体としてのエミッションを十分に低減することができる。
【００３２】
第５の発明によれば、ＮＯｘの吸着を適切なタイミングで終了することができる。
【００３３】
第６の発明によれば、冷間始動時に内燃機関から排出されるＨＣをＨＣ吸着材で吸着することができる。一般に、ＨＣ吸着材の吸着能力には余裕があることが多い。このため、冷間始動時に内燃機関から排出されるＨＣが従来と比べて多少増加しても、ＨＣ吸着材でそのＨＣを十分に吸着することができ、大気中へのＨＣの放出を確実に抑制することができる。
【００３４】
第７の発明によれば、冷間始動時の点火時期を遅くすることにより、排気温度をアップすることができる。このため、触媒をより早期に活性化させることができるので、ＮＯｘ吸着材に流入するＮＯｘ量やＨＣ吸着材に流入するＨＣ量を低減することができる。よって、ＮＯｘ吸着材やＨＣ吸着材の吸着能力を上回る量のＮＯｘやＨＣが流入することを確実に回避することができ、エミッションの低減が図れる。なお、第７の発明では、冷間始動時の内燃機関の空燃比が温間始動時と比べてリッチであるので、燃焼安定性が向上する。このため、温間始動時より点火時期を遅くしても、十分な燃焼安定性を確保することができ、トルク変動等の弊害を生ずるのを防止することができる。
【００３５】
第８の発明において、冷間始動時、機関負荷が高くなった場合、つまり吸入空気量が増えた場合には、排気ガス流量も多くなる。すると、ＮＯｘ吸着材に吸着されていたＮＯｘが排気ガス流によって押し流されるようにして、ＮＯｘ吸着材から脱離し易くなる。このような場合に、第８の発明によれば、ＮＯｘ吸着材への排気ガスの流入を止めることで、ＮＯｘの脱離を防止することができる。また、リッチスパイクを行って触媒に還元剤としてのＨＣを供給することにより、触媒でのＮＯｘ浄化率を向上させることができる。よって、ＮＯｘ吸着材への排気ガスの流入を止めても、大気中へのＮＯｘの放出を抑制することができる。なお、ＨＣ吸着材が設けられている場合、ＨＣ吸着材の吸着能力には一般に余裕があるので、リッチスパイクによってＨＣが増加しても、ＨＣ吸着材でそのＨＣを十分に吸着することができる。このため、大気中へのＨＣの放出も確実に抑制することができる。
【００３６】
第９の発明によれば、触媒より下流にＨＣ吸着材およびＮＯｘ吸着材を配置したことにより、冷間始動時に内燃機関から排出されるＨＣおよびＮＯｘを吸着する上で、次のような利点がある。第１の利点としては、排気ガスがＨＣ吸着材およびＮＯｘ吸着材に流入する前に、触媒でＨＣおよびＮＯｘをできる限り浄化することができる。つまり、ＨＣ吸着材およびＮＯｘ吸着材を触媒の上流に配置する場合と比べ、ＨＣ吸着材に流入するＨＣ量やＮＯｘ吸着材に流入するＮＯｘ量を少なくすることができる。第２の利点としては、内燃機関からＨＣ吸着材およびＮＯｘ吸着材までの排気経路が長くなるので、ＨＣ吸着材やＮＯｘ吸着材に流入する排気ガスの温度を低くすることができる。ＨＣ吸着材やＮＯｘ吸着材は、一般に、温度が低いほど、吸着効率が高い。このため、ＨＣ吸着材やＮＯｘ吸着材に流入する排気ガスの温度を低くすることにより、それらの吸着効率を高めることができる。更に、第９の発明によれば、ＨＣ吸着材へ排気ガスをバイパスさせる期間（ＨＣ吸着期間）と、ＮＯｘ吸着材へ排気ガスをバイパスさせる期間（ＮＯｘ吸着期間）とを独立に制御することができる。これにより、次のような利点がある。ＨＣ吸着材とＮＯｘ吸着材とでは、それぞれの吸着能力に差があるのが普通である。このため、ＨＣ吸着期間とＮＯｘ吸着期間とを同じにすると、両者を同時に低減することが困難である。例えば、ＮＯｘ吸着能力がＨＣ吸着能力より低いとした場合に、ＮＯｘの吸着が限界に達した時点で両者の吸着を止めてしまうと、ＨＣ吸着能力に未だ余裕があるにもかかわらず、触媒で浄化し切れなかったＨＣがそのまま大気中へ放出されてしまう。一方、ＨＣの吸着が限界に達するまで両者の吸着を続行すると、ＮＯｘの吸着が限界を超えてしまうので、ＮＯｘ吸着材からＮＯｘが脱離して大気中へ放出されてしまう。これに対し、第９の発明によれば、ＨＣ吸着能力に合わせてＨＣ吸着期間を制御し、ＮＯｘ吸着能力に合わせてＮＯｘ吸着期間を制御することができる。このため、ＨＣおよびＮＯｘの双方について、冷間始動時における大気中へ放出を確実に抑制することができる。
【００３７】
第１０の発明によれば、ＮＯｘ吸着期間をＨＣ吸着期間より短くすることができる。通常、ＮＯｘ吸着能力は、ＨＣ吸着能力より低い。第１０の発明によれば、このことに鑑みて、ＮＯｘの吸着が限界を超えてＮＯｘの脱離が生ずることを抑制しつつ、ＨＣ吸着材の吸着能力を余すところなく利用することができる。このため、冷間始動時におけるＨＣおよびＮＯｘの双方の放出を確実に抑制することができる。
【００３８】
第１１の発明によれば、ＨＣの脱離が始まる時点の付近までにＨＣ吸着材への排気ガスのバイパスを終了し、また、ＮＯｘの脱離が始まる時点の付近までにＮＯｘ吸着材への排気ガスのバイパスを終了することができる。このため、ＨＣ吸着材からＨＣの脱離や、ＮＯｘ吸着材からのＮＯｘの脱離を確実に抑制することができ、それらが大気中に放出されること防止することができる。
【００３９】
第１２の発明によれば、ＨＣの脱離が始まる時点の付近までに、ＨＣ吸着材への排気ガスのバイパス、つまりＨＣの吸着を終了し、また、ＮＯｘの脱離が始まる時点の付近までに、ＮＯｘ吸着材への排気ガスのバイパス、つまりＮＯｘの吸着を終了することができる。このため、ＨＣ吸着材からＨＣの脱離や、ＮＯｘ吸着材からのＮＯｘの脱離を確実に抑制することができ、それらが大気中に放出されること防止することができる。
【００４０】
第１３の発明によれば、ＨＣ脱離開始タイミングおよびＮＯｘ脱離開始タイミングの双方を吸入空気量の積算値に基づいてそれぞれ精度良く判定することができる。そして、その推定されたそれぞれのタイミングに基づいてＨＣ吸着期間およびＮＯｘ吸着期間を終了させることにより、ＨＣ吸着材からＨＣの脱離や、ＮＯｘ吸着材からのＮＯｘの脱離を確実に抑制することができ、それらが大気中に放出されること防止することができる。
【００４１】
第１４の発明によれば、ＨＣ脱離開始タイミングおよびＮＯｘ脱離開始タイミングの双方を吸入空気量に基づいてそれぞれ精度良く判定することができる。そして、その推定されたそれぞれのタイミングに基づいてＨＣ吸着期間およびＮＯｘ吸着期間を終了させることにより、ＨＣ吸着材からＨＣの脱離や、ＮＯｘ吸着材からのＮＯｘの脱離を確実に抑制することができ、それらが大気中に放出されること防止することができる。
【００４２】
第１５の発明によれば、冷間始動時の空燃比を温間始動時の空燃比よりリッチとすることにより、冷間始動時に内燃機関から排出されるＮＯｘは比較的少なく、ＨＣは比較的多くなる。触媒に流入するＨＣが多いと、触媒でのＮＯｘ浄化率は高くなる。つまり、第１５の発明によれば、内燃機関からのＮＯｘ排出量自体が少なくなることと、触媒でのＮＯｘ浄化率がアップすることとの相乗効果により、ＮＯｘ吸着材に流入するＮＯｘ量を十分に少なくすることができる。一般にＮＯｘ吸着材の吸着能力は余裕がないことが多いが、第１５の発明によれば、上述したようにして、ＮＯｘ吸着材に流入するＮＯｘ量をできる限り少なくすることができる。このため、ＮＯｘ吸着材に流入するＮＯｘ量が吸着能力を超えてしまうことを確実に抑制することができる。よって、冷間始動時にＮＯｘが大気中へ放出されることを確実に抑制することができる。また、一般に、ＨＣ吸着材の吸着能力には余裕があることが多い。このため、冷間始動時に内燃機関から排出されるＨＣが多少増加しても、ＨＣ吸着材でそのＨＣを十分に吸着することができ、大気中へのＨＣの放出を確実に抑制することができる。
【００４３】
第１６の発明によれば、冷間始動時の空燃比を理論空燃比近傍に制御することができる。従来は、一般に、冷間始動時の空燃比を理論空燃比よりリーンにする場合が多い。これに対し、第１６の発明では、冷間始動時の空燃比が従来よりリッチな理論空燃比近傍であるので、従来の内燃機関と比べ、冷間始動時に内燃機関から排出されるＮＯｘは比較的少なく、ＨＣは比較的多くなる。触媒に流入するＨＣが多いと、触媒でのＮＯｘ浄化率は高くなる。つまり、第１６の発明によれば、内燃機関からのＮＯｘ排出量自体が少なくなることと、触媒でのＮＯｘ浄化率がアップすることとの相乗効果により、ＮＯｘ吸着材に流入するＮＯｘ量を十分に少なくすることができる。一般にＮＯｘ吸着材の吸着能力は余裕がないことが多いが、第１６の発明によれば、上述したようにして、ＮＯｘ吸着材に流入するＮＯｘ量をできる限り少なくすることができる。このため、ＮＯｘ吸着材に流入するＮＯｘ量が吸着能力を超えてしまうことを確実に抑制することができる。よって、冷間始動時にＮＯｘが大気中へ放出されることを確実に抑制することができる。また、一般に、ＨＣ吸着材の吸着能力には余裕があることが多い。このため、冷間始動時に内燃機関から排出されるＨＣが多少増加しても、ＨＣ吸着材でそのＨＣを十分に吸着することができ、大気中へのＨＣの放出を確実に抑制することができる。更に、第１６の発明によれば、遅くともＮＯｘ吸着材からのＮＯｘの脱離が始まるタイミングの近傍で空燃比を通常の空燃比に戻すことができる。このため、冷間始動時のＮＯｘをＮＯｘ吸着材で十分に吸着した上で、その後はＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯの各成分をバランス良く触媒で浄化することができる。このため、全体としてのエミッションを十分に低減することができる。
【００４４】
第１７の発明によれば、冷間始動時に内燃機関から排出されるＮＯｘおよびＨＣの何れかが極端に多くなることがなく、ＮＯｘおよびＨＣをそれぞれ吸着材で吸着する上で、両者の量を適切なバランスとすることができる。このため、ＮＯｘおよびＨＣの大気中への放出をより確実に抑制することができる。
【００４５】
第１８の発明において、冷間始動時、機関負荷が高くなった場合、つまり吸入空気量が増えた場合には、排気ガス流量も多くなる。すると、ＮＯｘ吸着材に吸着されていたＮＯｘが排気ガス流によって押し流されるようにして、ＮＯｘ吸着材から脱離し易くなる。このような場合に、第１８の発明によれば、ＮＯｘ吸着材への排気ガスの流入を止めることで、ＮＯｘの脱離を防止することができる。また、リッチスパイクを行って触媒に還元剤としてのＨＣを供給することにより、触媒でのＮＯｘ浄化率を向上させることができる。よって、ＮＯｘ吸着材への排気ガスの流入を止めても、大気中へのＮＯｘの放出を抑制することができる。また、ＨＣ吸着材の吸着能力には一般に余裕があるので、リッチスパイクによってＨＣが増加しても、ＨＣ吸着材でそのＨＣを十分に吸着することができる。このため、大気中へのＨＣの放出も確実に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
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のシステムの構成を説明するための図である。本実施形態のシステムは、例えば車両の駆動源として用いられる内燃機関１０を備えている。この内燃機関１０は、点火プラグ１２を備えた火花点火式のものである。内燃機関１０には、吸気通路１４および主排気通路１６がそれぞれ接続されている。内燃機関１０の吸気ポートには、燃料を噴射する燃料インジェクタ１８が設置されている。なお、内燃機関１０は、このようなポート噴射式のものに限らず、燃料を筒内に直接に噴射するものや、ポート噴射と筒内直接噴射とを併用するものであってもよい。
【００４７】
主排気通路１６の途中には、排気ガスを浄化するための触媒（例えば三元触媒）として、上流触媒２０と、この上流触媒２０より下流に位置する下流触媒２２とが設けられている。上流触媒２０は、内燃機関１０の排気マニホールドの直下などに配置されるのが好ましく、下流触媒２２は、車両の床下などに配置されるのが好ましい。
【００４８】
上流触媒２０の上流の主排気通路１６には、その位置での排気空燃比に応じたリニアな出力を発する空燃比センサ２４が配置されている。更に、上流触媒２０と下流触媒２２との間の主排気通路１６には、その位置での空燃比がリッチであるかリーンであるかに応じて急変する出力を発する酸素センサ２６が配置されている。
【００４９】
下流触媒２２より下流側には、主排気通路１６をバイパスする（迂回する）第１バイパス通路２８が設けられている。すなわち、第１バイパス通路２８の両端部は、それぞれ主排気通路１６に接続されている。第１バイパス通路２８の途中には、排気ガス中のＨＣを吸着可能なＨＣ吸着材３０が設けられている。ＨＣ吸着材３０としては、例えば、活性炭やゼオライトなどを用いることができる。
【００５０】
第１バイパス通路２８が主排気通路１６から分岐する箇所には、第１の流路切替バルブ３２が設置されている。この第１の流路切替バルブ３２は、排気ガスを第１バイパス通路２８に流すバイパス状態と、排気ガスを第１バイパス通路２８に流さずにそのまま主排気通路１６へ流す非バイパス状態とに切り替え可能になっている。なお、第１の流路切替バルブ３２は、バイパス状態と非バイパス状態との中間の状態、すなわち、排気ガスの一部を第１バイパス通路２８に流し、残りを主排気通路１６へ流す状態に更に切り替え可能になっていてもよい。
【００５１】
第１バイパス通路２８より下流側には、更に、主排気通路１６をバイパスする第２バイパス通路３４が設けられている。第２バイパス通路３４の途中には、排気ガス中のＮＯｘを吸着可能なＮＯｘ吸着材３６が設けられている。ＮＯｘ吸着材３６としては、例えば、セリウムにパラジウムを担持したものなどを用いることができる。
【００５２】
第２バイパス通路３４が主排気通路１６から分岐する箇所には、第２の流路切替バルブ３８が設置されている。この第２の流路切替バルブ３８は、排気ガスを第２バイパス通路３４に流すバイパス状態と、排気ガスを第２バイパス通路３４に流さずにそのまま主排気通路１６へ流す非バイパス状態とに切り替え可能になっている。なお、第２の流路切替バルブ３８は、バイパス状態と非バイパス状態との中間の状態、すなわち、排気ガスの一部を第２バイパス通路３４に流し、残りを主排気通路１６へ流す状態に更に切り替え可能になっていてもよい。
【００５３】
本実施形態のシステムは、更に、内燃機関１０の冷却水温を検出する水温センサ４０と、内燃機関１０の吸入空気量GAを検出するエアフローメータ４２と、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを備えている。ＥＣＵ５０には、上述した空燃比センサ２４、酸素センサ２６、水温センサ４０、エアフローメータ４２等の各種センサと、上述した点火プラグ１２、燃料インジェクタ１８、第１の流路切替バルブ３２、第２の流路切替バルブ３８等の各種アクチュエータとがそれぞれ電気的に接続されている。
【００５４】
［実施の形態１の動作の概要］
内燃機関１０の冷間始動直後は、上流触媒２０や下流触媒２２の温度が低いため、それらの活性が不十分である。このため、ＨＣやＮＯｘを上流触媒２０および下流触媒２２で十分に浄化することができない。そこで、本システムでは、冷間始動直後には、排気ガスを第１バイパス通路２８および第２バイパス通路３４に通すことにより、ＨＣおよびＮＯｘをＨＣ吸着材３０およびＮＯｘ吸着材３６に吸着させることとしている。これにより、冷間始動直後におけるＨＣおよびＮＯｘの大気中への放出量を大幅に低減することができる。
【００５５】
なお、ＨＣ吸着材３０に吸着されたＨＣやＮＯｘ吸着材３６に吸着されたＮＯｘを浄化する方法は、特に限定されないが、例えば次のような方法により、浄化することができる。
【００５６】
（方法１）第２バイパス通路３４より下流側の主排気通路１６に、更に触媒を設ける。その触媒が十分に活性化した後、第１バイパス通路２８および第２バイパス通路３４に排気ガスを少しずつ流し、吸着されたＨＣおよびＮＯｘを徐々に脱離させる。そして、その脱離したＨＣやＮＯｘを、上記触媒にて浄化する。
【００５７】
（方法２）第１バイパス通路２８および第２バイパス通路３４と吸気通路１４との間を結ぶパージ通路を設ける。上流触媒２０および下流触媒２２が十分に活性化した後、主排気通路１６から一部の排気ガスを取り出して第１バイパス通路２８および第２バイパス通路３４に流し、ＨＣ吸着材３０およびＮＯｘ吸着材３６に吸着されたＨＣおよびＮＯｘをパージする。そのパージガスを、上記パージ通路を通して吸気通路１４内に導入する。これにより、ＨＣは内燃機関１０の筒内で燃焼し、ＮＯｘは上流触媒２０や下流触媒２２で浄化される。
【００５８】
図２は、実施の形態１の内燃機関１０の冷間始動直後におけるＨＣおよびＮＯｘの排出特性を示す図である。この図の横軸は時間、縦軸はＨＣ濃度およびＮＯｘ濃度を表す。
【００５９】
（触媒出口のＨＣ濃度）
図２中の上のグラフにおける細い実線は、下流触媒２２の出口（以下「触媒出口」という）におけるＨＣ濃度を表している。内燃機関１０が時刻t0において冷間始動すると、触媒出口のＨＣ濃度は、最初、急上昇する。これは、上流触媒２０や下流触媒２２が活性化していないため、両触媒においてＨＣがほとんど浄化されないからである。その後、触媒出口のＨＣ濃度は、ピークを迎え、上流触媒２０や下流触媒２２の活性が高まるにつれて、徐々に減少する。そして、上流触媒２０や下流触媒２２が十分に活性化すると、触媒出口のＨＣ濃度はほぼゼロになる（時刻t3）。仮にＨＣ吸着材３０（第１バイパス通路２８）に排気ガスを全く流さなかったとすると、上述のようなＨＣ濃度の排気ガスがそのまま大気中へ放出されることになる。一方、ＨＣ吸着材３０に排気ガスを流した場合には、上述のようなＨＣ濃度の排気ガスがＨＣ吸着材３０に流入することになる。
【００６０】
（ＨＣ吸着材３０に排気ガスを流し続けた場合のＨＣ排出特性）
図２中の上のグラフにおける太い実線は、始動時点（時刻t0）よりＨＣ吸着材３０（第１バイパス通路２８）に排気ガスを流し続けた場合におけるＨＣ排出特性（ＨＣ吸着材３０から出た排気ガスのＨＣ濃度）を表している。この場合、機関始動後しばらくの間は、排気ガス中のＨＣがＨＣ吸着材３０に吸着されるので、ＨＣ吸着材３０から出た排気ガスのＨＣ濃度は、ゼロに近く保たれる。また、上述したように、時刻t3になると、ＨＣ吸着材３０に流入する排気ガスのＨＣ濃度は、ほぼゼロになる。しかしながら、ＨＣ吸着材３０は、温度が高くなると、吸着したＨＣが脱離するという性質がある。このため、そのままＨＣ吸着材３０に排気ガスを流し続けると、ＨＣ吸着材３０の温度が上昇し、吸着されていたＨＣが脱離し始める。その結果、ＨＣ吸着材３０から出た排気ガスのＨＣ濃度は、上昇に転じる（時刻t4）。
【００６１】
ところで、一般に、ＨＣ吸着材３０に関しては、十分な能力、つまり、冷間始動後、上流触媒２０や下流触媒２２が十分に活性化するまでの間、ＨＣを吸着し続ける能力が比較的容易に得られる。すなわち、ＨＣ吸着材３０からＨＣが脱離し始める時刻t4を、触媒出口のＨＣ濃度がほぼゼロになる時刻t3よりも後の時刻とすることは比較的容易である。
【００６２】
以上のことに鑑みれば、時刻t3までは、下流触媒２２からＨＣを含んだ排気ガスが流れてくるので、その排気ガスをＨＣ吸着材３０へ流してＨＣを吸着させることが好ましい。一方、時刻t4以降は、ＨＣ吸着材３０に排気ガスを流すと、ＨＣ吸着材３０からＨＣが脱離して大気中へ放出されてしまうため、ＨＣ吸着材３０に排気ガスを流さないことが好ましい。そこで、本実施形態では、時刻t3とt4との間の時点において、第１の流路切替バルブ３２をバイパス状態から非バイパス状態へ切り替えることとした。これにより、冷間始動後における大気中へのＨＣ排出量をゼロに近くすることができる。なお、図２に示す例では、時刻t3で第１の流路切替バルブ３２を切り替えることとしている。
【００６３】
（触媒出口のＮＯｘ濃度）
図２中の下のグラフにおける細い実線は、触媒出口におけるＮＯｘ濃度を表している。内燃機関１０が時刻t0において冷間始動すると、触媒出口のＮＯｘ濃度は、最初、急上昇する。これは、上流触媒２０や下流触媒２２が活性化していないため、両触媒においてＮＯｘがほとんど浄化されないからである。その後、触媒出口のＮＯｘ濃度は、ピークを迎え、上流触媒２０や下流触媒２２の活性が高まるにつれて、徐々に減少する。そして、上流触媒２０や下流触媒２２が十分に活性化すると、触媒出口のＮＯｘ濃度はほぼゼロになる。仮にＮＯｘ吸着材３６（第２バイパス通路３４）に排気ガスを全く流さなかったとすると、上述のようなＮＯｘ濃度の排気ガスがそのまま大気中へ放出されることになる。一方、ＮＯｘ吸着材３６に排気ガスを流した場合には、上述のようなＮＯｘ濃度の排気ガスがＮＯｘ吸着材３６に流入することになる。
【００６４】
なお、図２に示す例では、触媒出口のＮＯｘ濃度がほぼゼロになる時刻は、触媒出口のＨＣ濃度がほぼゼロになる時刻t3とほぼ同じになっている。
【００６５】
（ＮＯｘ吸着材３６に排気ガスを流し続けた場合のＮＯｘ排出特性）
一方、図２中の下のグラフにおける太い実線は、始動時点（時刻t0）よりＮＯｘ吸着材３６（第２バイパス通路３４）に排気ガスを流し続けた場合におけるＮＯｘ排出特性（ＮＯｘ吸着材３６から出た排気ガスのＮＯｘ濃度）を表している。この場合、機関始動後しばらくの間は、排気ガス中のＮＯｘがＮＯｘ吸着材３６に吸着されるので、ＮＯｘ吸着材３６から出た排気ガスのＮＯｘ濃度は、ゼロに近く保たれる。また、上流触媒２０や下流触媒２２が活性化するに従い、ＮＯｘ吸着材３６に流入する排気ガスのＮＯｘ濃度は減少していく。しかしながら、ＮＯｘ吸着材３６は、温度が高くなると、吸着したＮＯｘが脱離するという性質がある。このため、そのままＮＯｘ吸着材３６に排気ガスを流し続けると、ＮＯｘ吸着材３６の温度が上昇し、吸着されていたＮＯｘが脱離し始める。その結果、ＮＯｘ吸着材３６から出た排気ガスのＮＯｘ濃度は、上昇に転じる（時刻t1）。
【００６６】
ところで、一般に、ＮＯｘ吸着材３６に関しては、十分な能力、つまり、冷間始動後、上流触媒２０や下流触媒２２が十分に活性化するまでの間、ＮＯｘを吸着し続ける能力を得ることは容易ではない。すなわち、十分なＮＯｘ吸着能力を得るには、膨大な吸着材容量が必要となるが、それだけの容量を確保することは、ＮＯｘ吸着材３６の設置スペースやコストの面からして、通常は極めて困難である。このため、図２に示すように、ＮＯｘ吸着材３６からＮＯｘが脱離し始める時刻t1は、ＨＣ吸着材３０からＨＣが脱離し始める時刻t4より早いのが普通である。
【００６７】
また、図２に示す例では、ＮＯｘ吸着材３６からＮＯｘが脱離し始める時刻t1は、触媒出口のＮＯｘ濃度がほぼゼロとなる時刻t3より前になっている。つまり、ＮＯｘ吸着材３６に排気ガスを流し続けた場合、時刻t1と時刻t3との間の、ある時刻t2を過ぎると、ＮＯｘ吸着材３６に流入する排気ガスのＮＯｘ濃度より、ＮＯｘ吸着材３６から出た排気ガスのＮＯｘ濃度の方が高くなる。よって、ＮＯｘ排出量を最少とするためには、時刻t2以降は、ＮＯｘ吸着材３６に排気ガスを流さないようにすることが必要となる。
【００６８】
そこで、本実施形態では、時刻t2において第２の流路切替バルブ３８をバイパス状態から非バイパス状態へ切り替えることとした。これにより、冷間始動後における大気中へのＮＯｘ排出量を可能な限り少なくすることができる。この場合、大気中へのＮＯｘ排出量は、図２中のクロスハッチング部分Ａで示す量となる。
【００６９】
以上説明したように、本実施形態のシステムでは、第１の流路切替バルブ３２と、第２の流路切替バルブ３８とをそれぞれ独立に制御することとしている。具体的には、ＨＣ吸着材３０の能力とＮＯｘ吸着材３６の能力との違いに鑑みて、排気ガスをＮＯｘ吸着材３６に流すＮＯｘ吸着期間（時刻t0〜t2）が、排気ガスをＨＣ吸着材３０に流すＨＣ吸着期間（時刻t0〜t3）より短くなるように制御している。これにより、上述したように、冷間始動後における大気中へのＨＣ排出量およびＮＯｘ排出量の双方を共に最小限に抑えることができる。
【００７０】
これに対し、第１の流路切替バルブ３２と第２の流路切替バルブ３８とを独立に制御しない場合、つまりＨＣ吸着期間とＮＯｘ吸着期間とを同じにした場合には、次のような事態が生ずる。まず、第２の流路切替バルブ３８を第１の流路切替バルブ３２に合わせて時刻t3で切り替えたとすると、ＨＣ排出量は最小にできるが、ＮＯｘ排出量は図２中のハッチング部分Ｂで示すような量に増えてしまう。逆に、第１の流路切替バルブ３２を第２の流路切替バルブ３８に合わせて時刻t2で切り替えたとすると、ＮＯｘ排出量は最小にできるが、ＨＣ排出量は図２中のハッチング部分Ｃで示すような量に増えてしまう。このように、ＨＣ吸着期間とＮＯｘ吸着期間とが同じであると、ＨＣとＮＯｘの両者を最小限とすることはできない。
【００７１】
［実施の形態１における具体的処理］
図３は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンは、内燃機関１０の始動時に実行されるものとする。図３に示すルーチンによれば、まず、水温センサ４０により検出される冷却水温が取得される（ステップ１００）。次いで、ＨＣおよびＮＯｘをＨＣ吸着材３０およびＮＯｘ吸着材３６に吸着させる要求の有無が判別される（ステップ１０２）。ステップ１０２では、具体的には、上記ステップ１００で取得された冷却水温に基づいて、その判別がなされる。冷却水温が所定の判定値以上である場合には、今回の始動は、機関停止から間もない時点での始動、つまり温間始動であり、よって上流触媒２０および下流触媒２２はＨＣおよびＮＯｘを十分に浄化可能な温度に保たれている、と判断できる。この場合には、ＨＣおよびＮＯｘをＨＣ吸着材３０およびＮＯｘ吸着材３６に吸着させる必要はないので、ＨＣ吸着材３０およびＮＯｘ吸着材３６に排気ガスが流れないように、第１の流路切替バルブ３２および第２の流路切替バルブ３８が共に非バイパス状態とされる（ステップ１０４）。
【００７２】
一方、上記ステップ１０２において、冷却水温が上記判定値未満である場合には、今回の始動は冷間始動であると判断できる。この場合には、第１の流路切替バルブ３２および第２の流路切替バルブ３８が共にバイパス状態とされる（ステップ１０６）。これにより、排気ガスは第１バイパス通路２８および第２バイパス通路３４を経由して流れ、ＨＣ吸着材３０およびＮＯｘ吸着材３６にＨＣおよびＮＯｘが吸着される。
【００７３】
続いて、エアフローメータ４２で検出される吸入空気量GAが取得され、その吸入空気量GAを積算した積算空気量が算出される（ステップ１０８）。この積算空気量は、始動後に内燃機関１０に吸入された空気の総量を表している。
【００７４】
ＮＯｘ吸着材３６やＨＣ吸着材３０の温度は、機関始動後、それらを通過した排気ガスの総量と相関している。よって、機関始動後の排気ガスの総量が、ある値に到達すると、ＮＯｘ吸着材３６からのＮＯｘの脱離が始まると考えることができる。従って、第２の流路切替バルブ３８を非バイパス状態に切り替えるべきタイミング（図２中の時刻t2）は、機関始動後の排気ガスの総量と相関しており、よって積算空気量と相関している。ＥＣＵ５０には、このタイミング（以下「ＮＯｘ吸着終了タイミング」という）を積算空気量に基づいて検出するための判定値として、所定値GAsum1が予め記憶されている。そして、上記ステップ１０８の処理に続いて、現在の積算空気量がその所定値GAsum1を超えたか否かが判別される（ステップ１１０）。その判別の結果、積算空気量が未だ所定値GAsum1に達していない場合には、上記ステップ１０８に戻って、空気量の積算が継続される。
【００７５】
一方、上記ステップ１１０において、積算空気量が所定値GAsum1を超えたと判別された場合には、ＮＯｘ吸着終了タイミングが到来したと判断できる。そこで、この場合には、ＮＯｘ吸着材３６へ排気ガスが流れないように、第２の流路切替バルブ３８を非バイパス状態へ切り替える動作が実行される（ステップ１１２）。
【００７６】
上記ステップ１１２の処理に続いて、エアフローメータ４２で検出される吸入空気量GAが取得され、現在の積算空気量が再度算出される（ステップ１１４）。ＨＣ吸着材３０の場合も、ＮＯｘ吸着材３６の場合と同様に、第１の流路切替バルブ３２を非バイパス状態に切り替えるべきタイミング（以下「ＨＣ吸着終了タイミング」という）は、機関始動後の排気ガスの総量と相関しており、よって積算空気量と相関している。ＥＣＵ５０には、このＨＣ吸着終了タイミングを積算空気量に基づいて検出するための判定値として、所定値GAsum2（ただし、GAsum2＞GAsum1）が予め記憶されている。
【００７７】
そして、上記ステップ１１４の処理に続いて、現在の積算空気量がその所定値GAsum2を超えたか否かが判別される（ステップ１１６）。その判別の結果、積算空気量が未だ所定値GAsum2に達していない場合には、上記ステップ１１４に戻って、空気量の積算が継続される。一方、上記ステップ１１６において、積算空気量が所定値GAsum2を超えたと判別された場合には、ＨＣ吸着終了タイミングが到来したと判断できる。そこで、この場合には、ＨＣ吸着材３０へ排気ガスが流れないように、第１の流路切替バルブ３２を非バイパス状態へ切り替える動作が実行される（ステップ１１８）。
【００７８】
以上説明したように、図３に示すルーチンの処理によれば、第１の流路切替バルブ３２と、第２の流路切替バルブ３８とをそれぞれ独立に制御することにより、ＮＯｘ吸着期間と、ＨＣ吸着期間とを、両吸着材３０，３６の能力の違いに応じた、それぞれの最適なタイミングで終了させることができる。このため、両吸着材３０，３６の能力を有効に利用することができるとともに、一旦吸着された有害成分が脱離することを確実に抑制することができる。その結果、冷間始動後における大気中へのＨＣ排出量およびＮＯｘ排出量の双方を共に最小限に抑えることができる。
【００７９】
なお、上述した実施の形態１では、最適なＮＯｘ吸着終了タイミングおよびＨＣ吸着終了タイミングを積算空気量に基づいて検出するようにしているが、それらの検出方法はこれに限定されるものではない。例えば、ＮＯｘ吸着材３６やＨＣ吸着材３０に温度センサを設け、それらのセンサによって計測される温度に基づいて最適なＮＯｘ吸着終了タイミングおよびＨＣ吸着終了タイミングを検出するようにしてもよい。
【００８０】
また、上述した実施の形態１においては、上流触媒２０および下流触媒２２が前記第９の発明における「触媒」に、第１の流路切替バルブ３２が前記第９の発明における「第１の流路切替手段」に、第２の流路切替バルブ３８が前記第９の発明における「第２の流路切替手段」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、図３に示すルーチンの処理を実行することにより前記第１０および第１０の発明における「流路制御手段」が、上記ステップ１１４〜１１８の処理を実行することにより前記第１３および第１３の発明における「ＨＣ吸着終了タイミング検出手段」が、上記ステップ１０８〜１１２の処理を実行することにより前記第１３および第１３の発明における「ＮＯｘ吸着終了タイミング検出手段」が、それぞれ実現されている。
【００８１】
実施の形態２．
次に、図４および図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態は、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図５に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００８２】
本実施形態は、始動時の空燃比制御の内容が異なること以外は、前述した実施の形態１と同様である。まず、従来の始動時空燃比制御について説明する。
【００８３】
（従来の始動時空燃比制御）
従来より、始動直後のエミッションを低減するため、始動直後においては理論空燃比よりもリーンな空燃比（以下単に「リーン空燃比」という）で内燃機関１０を運転することが行われている。ここで言うリーン空燃比の値は、燃料がガソリンの場合、例えば１５．５程度である。従来、始動直後に内燃機関をリーン空燃比で運転している理由は、次のようなものである。
【００８４】
内燃機関から出るＮＯｘは、負荷に応じて増える。始動直後は、アイドル運転などの軽負荷運転が行われることが多いため、ＮＯｘは元々少ないレベルにある。一方、ＨＣやＣＯは、負荷との相関が小さく、軽負荷であっても比較的多く排出される。このため、従来、始動直後においては、ＨＣやＣＯを重点的に低減する必要があった。ＨＣやＣＯは、ある程度の空燃比までは、空燃比をリーンにするほど、少なくなる。これは、空燃比がリーンになるほど、排気行程や排気ポートあるいは触媒でのＨＣやＣＯの酸化浄化がより進行するからである。そこで、従来は、始動直後、ＨＣやＣＯを重点的に低減するべく、理論空燃比よりもリーンな空燃比で内燃機関１０を運転することが行われている。
【００８５】
（本実施形態の始動時空燃比制御）
前述した実施の形態１で説明した、図２に示すＨＣおよびＮＯｘの排出特性も、内燃機関１０をリーン空燃比で運転した場合のものである。前述したように、実施の形態１では、ＨＣ吸着材３０を設けたことにより、冷間始動後に大気中に放出されるＨＣ量をゼロに近くすることができる。その一方で、ＮＯｘに関しては、僅かながらも大気中への放出が生ずる（図２中のクロスハッチング部分Ａ）。よって、このＮＯｘを更に少なくすることができれば、実施の形態１よりもエミッションを更に低減することができる。そこで、本実施形態では、実施の形態１よりもＮＯｘ排出量を更に少なくするために、冷間始動直後の空燃比を従来よりもリッチ化することとした。
【００８６】
すなわち、本実施形態では、冷間始動直後の内燃機関１０の空燃比を、理論空燃比か、または理論空燃比よりも僅かにリーンな空燃比（以下「弱リーン空燃比」という）、あるいは理論空燃比より僅かにリッチな空燃比（以下「弱リッチ空燃比」という）、の何れかになるように制御することとした。本明細書において、弱リーン空燃比とは、前述したリーン空燃比よりリッチな空燃比である。弱リーン空燃比の具体的な値は、燃料の種類によって異なるが、ガソリンの場合には、理論空燃比を超え、１５以下程度の値であるのが好ましい。また、弱リッチ空燃比の具体的な値も、燃料の種類によって異なるが、ガソリンの場合には、１４以上、理論空燃比未満程度の値であるのが好ましい。
【００８７】
以下の説明では、理論空燃比、弱リーン空燃比、および弱リッチ空燃比の範囲を総称して「理論空燃比近傍」という。つまり、本実施形態では、冷間始動直後、内燃機関１０の空燃比が理論空燃比近傍の所定の目標空燃比となるように制御する。この制御を以下「冷間始動時空燃比制御」と称する。なお、空燃比は、エアフローメータ４２で検出される吸入空気量GAに応じて燃料インジェクタ１８からの噴射量を調整することにより、制御することができる。また、酸素センサ２４や空燃比センサ２６の出力に基づいて空燃比をフィードバック制御してもよい。
【００８８】
図４は、実施の形態２の内燃機関１０の冷間始動直後におけるＨＣおよびＮＯｘの排出特性を示す図である。図２と同様に、図４の上のグラフにおける細い実線は、触媒出口のＨＣ濃度であり、図４中の上のグラフにおける太い実線は、始動時よりＨＣ吸着材３０に排気ガスを流し続けた場合におけるＨＣ排出特性であり、図４中の下のグラフにおける細い実線は、触媒出口のＮＯｘ濃度であり、図４中の下のグラフにおける太い実線は、始動時よりＮＯｘ吸着材３６に排気ガスを流し続けた場合におけるＮＯｘ排出特性である。これらの特性は、内燃機関１０を理論空燃比近傍の空燃比で運転した場合のものである。
【００８９】
一方、図４中の上および下のグラフにおける破線は、それぞれ、内燃機関１０をリーン空燃比で運転した場合における触媒出口のＨＣ濃度およびＮＯｘ濃度である。
【００９０】
理論空燃比近傍の空燃比で内燃機関１０を運転すると、リーン空燃比で運転した場合よりも多くのＨＣが内燃機関１０から排出されるので、上流触媒２０や下流触媒２２に流入するＨＣは多くなる。上流触媒２０や下流触媒２２でのＮＯｘ浄化率は、還元剤となるＨＣが多いほど、高くなる。よって、図４中の下のグラフに示すように、理論空燃比近傍の空燃比で内燃機関１０を運転することにより、リーン空燃比で運転した場合と比べて、触媒出口のＮＯｘ濃度、つまりＮＯｘ吸着材３６に流入する排気ガスのＮＯｘ濃度を低くすることができる。また、触媒出口のＮＯｘ濃度がほぼゼロになる時刻t5も、リーン空燃比運転の場合（時刻t3）と比べて、早くすることができる。このため、大気中へのＮＯｘ排出量を実施の形態１よりも更に少なくすることができる。
【００９１】
なお、図４に示す例では、触媒出口のＮＯｘ濃度がほぼゼロになる時刻t5は、ＮＯｘ吸着材３６に排気ガスを流し続けた場合にＮＯｘ吸着材３６からＮＯｘが脱離し始める時刻t6より前になっている。よって、本実施形態では、時刻t5とt6との間において第２の流路切替バルブ３８をバイパス状態から非バイパス状態へ切り替えることにより、大気中へのＮＯｘ排出量をゼロに近くすることができる。
【００９２】
一方、本実施形態では、上流触媒２０や下流触媒２２に流入するＨＣが多くなるため、図４中の上のグラフに示すように、触媒出口のＨＣ濃度が実施の形態１よりも高くなり、また、触媒出口のＨＣ濃度がほぼゼロになる時刻t7も、リーン空燃比運転の場合（時刻t3）と比べて、遅くなる。
【００９３】
しかしながら、前述したように、ＨＣ吸着材３０の吸着能力は十分高く、余裕がある。このため、実施の形態１よりＨＣが多少増加しても、ＨＣ吸着材３０はそのＨＣを十分に吸着することができる。よって、本実施形態においても、ＨＣ吸着材３０からＨＣが脱離し始める時刻t8を、触媒出口のＨＣ濃度がほぼゼロになる時刻t7よりも後の時刻とすることは可能である。よって、本実施形態では、時刻t7とt8との間において第１の流路切替バルブ３２をバイパス状態から非バイパス状態へ切り替えることにより、実施の形態１と同様に、大気中へのＨＣ排出量をゼロに近くすることができる。
【００９４】
以上説明したように、本実施形態によれば、冷間始動直後の空燃比を理論空燃比近傍とする冷間始動時空燃比制御を行うことにより、ＨＣ排出量を増加させることなく、ＮＯｘ排出量を実施の形態１よりも更に低減することができる。
【００９５】
なお、冷間始動時空燃比制御時の空燃比を、理論空燃比、弱リーン空燃比、弱リッチ空燃比の何れに設定するかは、次のようにして定めることが好ましい。弱リッチ空燃比とした場合には、ＮＯｘ排出量を特に有効に低減できる一方で、内燃機関１０から排出されるＨＣは多くなる。そこで、ＨＣ吸着材３０の吸着能力に余裕が特別大きい場合には、ＮＯｘの排出をより確実に抑制するべく、弱リッチ空燃比に設定することが好ましい。これに対し、ＨＣ吸着材３０の吸着能力の余裕がそれほど大きくない場合には、理論空燃比あるいは弱リーン空燃比に設定することが好ましい。これにより、ＮＯｘ排出量とＨＣ排出量との双方をバランス良く低減することができる。
【００９６】
また、本実施形態では、温間始動の場合、すなわち始動時にＨＣ吸着材３０およびＮＯｘ吸着材３６に排気ガスを流さない場合には、リーン空燃比で内燃機関１０を運転することとした。これにより、温間始動時において、ＨＣやＣＯの酸化浄化を促進させることができるので、有害成分をバランス良く低減することができる。
【００９７】
また、本実施形態では、冷間始動直後の点火時期を、温間始動直後の点火時期より遅くすることとした。点火時期を遅くすると、排気温度が高くなるため、上流触媒２０や下流触媒２２の活性化を早めることができる。その結果、ＨＣ吸着材３０やＮＯｘ吸着材３６に流入する排気ガスのＨＣ濃度やＮＯｘ濃度をより低くすることができ、ＨＣやＮＯｘの排出をより確実に抑制することができる。なお、点火時期を遅くすると、燃焼安定性が悪化し、トルク変動などの弊害が生ずることがある。しかしながら、本実施形態では、冷間始動直後の空燃比が温間始動直後と比べてリッチ化されているので、燃焼安定性が高いレベルにある。このため、点火時期を遅くしても、トルク変動などの弊害が生ずることを確実に回避することができる。
【００９８】
また、本実施形態では、上述した冷間始動時空燃比制御の終了時点は、ＮＯｘ吸着材３６からのＮＯｘの脱離が始まるタイミングの近傍、すなわち、第２の流路切替バルブ３８をバイパス状態から非バイパス状態へ切り替えるタイミングの近傍とした。つまり、それらのタイミングの近傍で冷間始動時空燃比制御を終了し、その後は、リーン空燃比で内燃機関１０を運転することとした。これにより、冷間始動時空燃比制御の終了時以降、ＨＣやＣＯの酸化浄化を促進させることができるので、ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯの各成分をバランス良く低減することができる。
【００９９】
［実施の形態２における具体的処理］
図５は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、内燃機関１０の始動時に実行される。以下、図５において、図３に示すステップと同様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化する。
【０１００】
図５に示すルーチンは、図３に示すルーチンと比べて、ステップ１０２と１０４との間にステップ１０３が、ステップ１０２と１０６との間にステップ１０５が、ステップ１１２と１１４との間にステップ１１３が、それぞれ挿入されていること以外は同様である。
【０１０１】
図５に示すルーチンによれば、ステップ１０２において、温間始動であると判別された場合には、内燃機関１０が所定のリーン空燃比で運転される（ステップ１０３）。
【０１０２】
一方、ステップ１０２において、冷間始動であると判別された場合には、内燃機関１０が理論空燃比近傍の所定の空燃比で運転されるとともに、点火時期が温間始動直後の点火時期と比べて遅角される（ステップ１０５）。
【０１０３】
また、ステップ１１２において第２の流路切替バルブ３８を非バイパス状態へ切り替える動作が実行された場合には、これに続いて、内燃機関１０の空燃比が、理論空燃比近傍からリーン空燃比に切り替えられるとともに、点火時期の遅角が終了され、通常の点火時期に戻される（ステップ１１３）。
【０１０４】
本実施形態は、上述した点以外は、実施の形態１と同様であるので、ここではこれ以上の説明を省略する。なお、本実施形態では、冷間始動直後の点火時期を温間始動直後の点火時期より遅くしているが、このような点火遅角は、行わなくてもよい。また、本実施形態では、第２の流路切替バルブ３８を非バイパス状態へ切り替えるのと同時に、空燃比を理論空燃比近傍からリーン空燃比に切り替えるようにしているが、第２の流路切替バルブ３８を非バイパス状態へ切り替えた後も空燃比を理論空燃比近傍に維持しても良い。
【０１０５】
本実施形態においては、上流触媒２０および下流触媒２２が前記第１および第４の発明における「触媒」に、第２バイパス通路３４が前記第１および第４の発明における「バイパス通路」に、第２の流路切替バルブ３８が前記第１および第４の発明における「流路切替手段」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、図５に示すルーチンのステップ１００，１０２，１０４および１０６の処理を実行することにより前記第１、第５、第１６および第１６の発明における「流路制御手段」が、上記ステップ１０４，１０５および１１３の処理を実行することにより前記第１、第５、第１６および第１６の発明における「空燃比制御手段」が、上記ステップ１０５の処理を実行することにより前記第７の発明における「点火時期遅角手段」が、それぞれ実現されている。
【０１０６】
実施の形態３．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態は、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図６に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【０１０７】
［実施の形態３の特徴］
前述したように、ＮＯｘ吸着材３６あるいはＨＣ吸着材３０のような吸着材は、温度が高くなると、吸着した有害成分を脱離させる。この脱離が生ずる温度を以下「脱離温度」と称する。吸着材の温度が脱離温度に達していなくても、吸着材を通過する排気ガスの流量（流速）が高くなると、吸着された有害成分が洗い流されるようにして、脱離が生ずる。このため、ＮＯｘ吸着材３６やＨＣ吸着材３０で吸着を行っているときに、車両の急加速などによって機関負荷が増大し、排気ガス流量が急増すると、ＮＯｘやＨＣの脱離が生ずる場合がある。このような場合には、ＮＯｘやＨＣの脱離を防止するため、ＮＯｘ吸着やＨＣ吸着を終了すること、つまり第２の流路切替バルブ３８や第１の流路切替バルブ３２を非バイパス状態に切り替えることが好ましい。
【０１０８】
排気ガス流量は、吸入空気量GAと相関している。そこで、本実施形態では、吸入空気量GAに基づいて、最適なＮＯｘ吸着終了タイミングやＨＣ吸着終了タイミングを検出することとした。
【０１０９】
また、排気ガス流量が増えた場合も、ＮＯｘ吸着材３６からのＮＯｘ脱離の方が、ＨＣ吸着材３０からのＨＣ離脱より発生し易い。つまり、ＮＯｘ吸着材３６からのＮＯｘ脱離が始まる排気ガス流量の閾値は、ＨＣ吸着材３０からのＨＣ脱離が始まる排気ガス流量の閾値よりも小さい。そこで、本実施形態では、ＮＯｘ脱離が始まるタイミングと、ＨＣ脱離が始まるタイミングとに合わせて、第２の流路切替バルブ３８および第１の流路切替バルブ３２の切り替えを独立に制御することとした。
【０１１０】
［実施の形態３における具体的処理］
図６は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、内燃機関１０の始動時に実行される。以下、図６において、図３に示すステップと同様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化する。
【０１１１】
図６に示すルーチンによれば、まず、内燃機関１０の冷却水温が取得され（ステップ１００）、その冷却水温に基づいて、ＨＣおよびＮＯｘをＨＣ吸着材３０およびＮＯｘ吸着材３６に吸着させる要求の有無が判別される（ステップ１０２）。ステップ１０２において、ＨＣおよびＮＯｘをＨＣ吸着材３０およびＮＯｘ吸着材３６に吸着させる必要はない、つまり温間始動であると判別された場合には、ＨＣ吸着材３０およびＮＯｘ吸着材３６に排気ガスが流れないように、第１の流路切替バルブ３２および第２の流路切替バルブ３８が共に非バイパス状態とされる（ステップ１０４）。
【０１１２】
一方、上記ステップ１０２において、ＨＣおよびＮＯｘをＨＣ吸着材３０およびＮＯｘ吸着材３６に吸着させる必要がある、つまり冷間始動であると判別された場合には、第１の流路切替バルブ３２および第２の流路切替バルブ３８が共にバイパス状態とされる（ステップ１０６）。これにより、排気ガスは第１バイパス通路２８および第２バイパス通路３４を経由して流れ、ＨＣ吸着材３０およびＮＯｘ吸着材３６にＨＣおよびＮＯｘが吸着される。
【０１１３】
続いて、エアフローメータ４２で検出される吸入空気量GAが取得され（ステップ１２０）、その取得された値が所定値GA1を超えているか否かが判別される（ステップ１２２）。その判別の結果、吸入空気量GAが所定値GA1を超えていない場合には、上記ステップ１２０以下の処理が再度実行される。一方、上記ステップ１２２において、吸入空気量GAが所定値GA1を超えている場合には、現在の排気ガス流量が、ＮＯｘ吸着材３６からＮＯｘ脱離が始まる閾値を超えていると判断できる。そこで、この場合には、ＮＯｘ吸着材３６へ排気ガスが流れないように、第２の流路切替バルブ３８を非バイパス状態へ切り替える動作が実行される（ステップ１２４）。これにより、ＮＯｘ脱離を防止することができる。
【０１１４】
上記ステップ１２４の処理に続いて、エアフローメータ４２で検出される吸入空気量GAが再度取得され（ステップ１２６）、その取得された値が所定値GA2（ただし、GA2＞GA1）を超えているか否かが判別される（ステップ１２８）。その判別の結果、吸入空気量GAが所定値GA2を超えていない場合には、上記ステップ１２６以下の処理が再度実行される。一方、上記ステップ１２８において、吸入空気量GAが所定値GA2を超えている場合には、現在の排気ガス流量が、ＨＣ吸着材３０からＨＣ脱離が始まる閾値を超えていると判断できる。そこで、この場合には、ＨＣ吸着材３０へ排気ガスが流れないように、第１の流路切替バルブ３２を非バイパス状態へ切り替える動作が実行される（ステップ１３０）。これにより、ＨＣ脱離を防止することができる。
【０１１５】
なお、上述した図６のルーチンは、図３に示すルーチンと併せて実行するようにしても良い。
【０１１６】
上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１２６〜１３０の処理を実行することにより前記第１４の発明における「ＨＣ吸着終了タイミング検出手段」が、上記ステップ１２０〜１２４の処理を実行することにより前記第１４の発明における「ＮＯｘ吸着終了タイミング検出手段」が、それぞれ実現されている。
【０１１７】
実施の形態４．
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態４について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態は、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図７に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【０１１８】
［実施の形態４の特徴］
本実施形態では、実施の形態２で述べたのと同様の理由により、冷間始動直後、内燃機関１０を理論空燃比または弱リーン空燃比で運転する。
【０１１９】
また、本実施形態では、実施の形態３と同様に、ＮＯｘ吸着材３６に排気ガスを流しているとき、機関負荷が高くなって排気ガス流量が増大した場合にＮＯｘ吸着材３６からＮＯｘが脱離することを防止するため、吸入空気量GAが所定値GA1を超えた場合には、第２の流路切替バルブ３８を非バイパス状態へ切り替えて、ＮＯｘの吸着を終了する。このようにしてＮＯｘの吸着を終了した場合には、触媒出口のＮＯｘ濃度は必ずしもゼロに近くなっていない。このため、大気中にＮＯｘが排出されてしまう。
【０１２０】
そこで、本実施形態では、ＮＯｘ吸着材３６に排気ガスを流しているときに吸入空気量GAが所定値GA1を超えた場合には、空燃比を一時的にリッチとするリッチスパイクを実施することとした。このリッチスパイクの実施により、多量のＨＣが上流触媒２０や下流触媒２２に流入するので、上流触媒２０や下流触媒２２でのＮＯｘ浄化率が向上する。よって、ＮＯｘの吸着を終了した後も、大気中へのＮＯｘの排出を抑制することができる。また、前述したように、ＨＣ吸着材３０の吸着能力には余裕があるので、リッチスパイクによってＨＣが増加しても、ＨＣ吸着材３０で十分に吸着することができる。よって、リッチスパイクを実施しても、大気中へのＨＣ排出量が増加することを防止することができる。
【０１２１】
［実施の形態４における具体的処理］
図７は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。本ルーチンは、内燃機関１０の始動時に実行される。以下、図７において、図６に示すステップと同様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化する。
【０１２２】
図７に示すルーチンは、図６に示すルーチンと比べて、ステップ１０２と１０６との間にステップ１３２が、ステップ１２４と１２６との間にステップ１２５が、それぞれ挿入されていること以外は同様である。
【０１２３】
図７に示すルーチンによれば、ステップ１０２において、冷間始動であると判別された場合には、内燃機関１０が、理論空燃比または弱リーン空燃比で運転される（ステップ１３２）。続いて、排気ガスがＨＣ吸着材３０およびＮＯｘ吸着材３６へ流れるように、第１の流路切替バルブ３２および第２の流路切替バルブ３８が共にバイパス状態とされ、（ステップ１０６）。
【０１２４】
続いて、エアフローメータ４２で検出される吸入空気量GAが取得され（ステップ１２０）、その取得された値が所定値GA1を超えているか否かが判別される（ステップ１２２）。その判別の結果、吸入空気量GAの所定値GA1を超えていない場合には、上記ステップ１２０以下の処理が再度実行される。
【０１２５】
一方、上記ステップ１２２において、吸入空気量GAが所定値GA1を超えている場合には、現在の排気ガス流量が、ＮＯｘ吸着材３６からＮＯｘ脱離が始まる閾値を超えていると判断できる。そこで、この場合には、ＮＯｘ吸着材３６へ排気ガスが流れないように、第２の流路切替バルブ３８を非バイパス状態へ切り替える動作が実行される（ステップ１２４）。
【０１２６】
上記ステップ１２４の処理に続いて、内燃機関１０の空燃比を一時的にリッチとするリッチスパイクが実行される（ステップ１２５）。これにより、多量のＨＣが上流触媒２０や下流触媒２２に流入し、ＮＯｘ浄化率が向上する。よって、ＮＯｘの吸着を終了した後も、大気中へのＮＯｘの排出を確実に抑制することができる。
【０１２７】
上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１２０，１２２および１２５の処理を実行することにより前記第８の発明における「リッチスパイク手段」が、上記ステップ１２０〜１２４の処理を実行することにより前記第８の発明における「流路制御手段」が、それぞれ実現されている。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム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におけるＨＣおよびＮＯｘの排出特性を示す図である。
【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ＨＣおよびＮＯｘの排出特性を示す図である。
【図５】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。
【図６】本発明の実施の形態３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７】本発明の実施の形態４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】
【０１２９】
１０  内燃機関
１２  点火プラグ
１４  吸気通路
１６  主排気通路
１８  燃料インジェクタ
２０  上流触媒
２２  下流触媒
２４  空燃比センサ
２６  酸素センサ
２８  第１バイパス通路
３０  ＨＣ吸着材
３２  第１の流路切替バルブ
３４  第２バイパス通路
３６  ＮＯｘ吸着材
３８  第２の流路切替バルブ
４０  水温センサ
【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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