(57)【要約】【課題】ＨＣやＣＯのみならず、ＮＯｘの浄化並びに触媒の活性化を効率的に実行すること。【解決手段】冷間用通路６１と温間用通路６２の二股に排気通路１１を分岐する。冷間用通路６１にはＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２を設け、温間用通路６２にはＮＯｘ吸蔵材を除く温間用浄化触媒６３を設ける。排気通路１１中のＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２よりも上流側には活性酸素成分を吐出する活性酸素成分生成装置２０を設ける。排気ガスの温度に関連した値を検出する温度センサＳＷ３の検出値Ｔexに基づき、冷間運転時には活性酸素成分を供給させるとともに温間運転時には活性酸素成分の供給を停止する運転制御手段１００を設ける。さらに、冷間運転時にはＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２によって排気ガスを浄化するとともに、温間運転時には温間用浄化触媒６３によって排気ガスを浄化するように、冷間用通路６１と温間用通路６２とを択一的に開閉する開閉手段６４を設ける。【選択図】図４
2008031926.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に活性酸素成分を供給する活性酸素成分生成装置を備えた排気ガス浄化用装置であって、
前記排気通路中に配置された触媒と、
前記排気通路中の前記触媒よりも上流側に活性酸素成分を吐出する吐出管を有する前記活性酸素成分生成装置と、
排気ガスの温度に関連した値を検出する温度センサと、
前記温度センサの検出値に基づき、冷間運転時には活性酸素成分を供給させるとともに温間運転時には前記活性酸素成分の供給を停止するように前記活性酸素成分生成装置を制御する運転制御手段と、
前記排気通路中の空燃比に関する値を検出する空燃比検出手段と、
前記空燃比検出手段の検出値に基づいて、排気通路中の空燃比を制御する空燃比制御手段と
を備え、
前記触媒は、ＮＯｘ吸蔵材を含むＮＯｘ吸蔵機能付触媒であり、
前記空燃比制御手段は、温間運転時の前記活性酸素成分生成装置停止時において、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒の所定の活性化条件が成立しているとともに、当該ＮＯｘ吸蔵機能付触媒に導入される排気ガスの空燃比が所定値よりもリーンである場合には、当該空燃比をリッチに調整するものである
ことを特徴とする排気ガス浄化用装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に活性酸素成分を供給する活性酸素成分生成装置を備えた排気ガス浄化用装置であって、
前記排気通路の下流側で分岐して形成され、冷間運転時に排気ガスを浄化する冷間用通路および温間運転時に排気ガスを浄化する温間用通路と、
前記冷間用通路に設けられ、ＮＯｘ吸蔵材を含むＮＯｘ吸蔵機能付触媒と、
前記温間用通路に設けられ、ＮＯｘ吸蔵材を除く耐熱性の高い触媒成分からなる温間用浄化触媒と、
前記冷間用通路中の前記ＮＯｘ吸蔵機能付触媒よりも上流側に活性酸素成分を吐出する吐出管を有する前記活性酸素成分生成装置と、
排気ガスの温度に関連した値を検出する温度センサと、
前記温度センサの検出値に基づき、冷間運転時には活性酸素成分を供給させるとともに温間運転時には前記活性酸素成分の供給を停止するように前記活性酸素成分生成装置を制御する運転制御手段と、
前記温度センサの検出値に基づき、冷間運転時には前記ＮＯｘ吸蔵機能付触媒によって排気ガスを浄化するとともに、温間運転時には前記温間用浄化触媒によって排気ガスを浄化するように、前記冷間用通路と前記温間用通路とを択一的に開閉する開閉手段と
を備えていることを特徴とする排気ガス浄化用装置。
【請求項３】
内燃機関の排気ガス浄化用装置であって、
前記内燃機関の排気マニホールドよりも排気ガス下流側に、冷間運転時に排気ガスを浄化する冷間用通路と温間運転時に排気ガスを浄化する温間用通路とを備え、
前記冷間用通路および温間用通路には、排気温度に応じて経路を択一的に切り換える切換弁が設けられ、
前記冷間用通路に活性酸素成分を供給する活性酸素成分生成装置が設けられている
ことを特徴とする排気ガス浄化用装置。
【請求項４】
請求項３記載の排気ガス浄化用装置において、
前記冷間用通路には、ＮＯｘ吸蔵材を含むＮＯｘ吸蔵機能付触媒が設けられている
ことを特徴とする排気ガス浄化用装置。
【請求項５】
請求項２または４記載の排気ガス浄化用装置において、
温間運転時の前記活性酸素成分生成装置停止時において、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒の所定の活性化条件が成立している場合には、前記冷間用通路と前記温間用通路とを連通する連通手段を含んでいる
ことを特徴とする排気ガス浄化用装置。
【請求項６】
請求項５記載の排気ガス浄化用装置において、
前記連通手段は、温度センサが検出した値が所定値を超える場合には、前記連通手段による連通を禁止するものであることを特徴とする排気ガス浄化用装置。
【請求項７】
請求項１、２、または４記載の排気ガス浄化用装置において、
ＨＣ成分を含んだ気体を前記ＮＯｘ吸蔵機能付触媒の上流側に供給するＨＣ成分添加手段を備えていることを特徴とする排気ガス浄化用装置。
【請求項８】
請求項７記載の排気ガス浄化用装置において、
前記ＨＣ成分添加手段は、蒸発燃料吸蔵用のキャニスタを前記ＮＯｘ吸蔵機能付触媒の上流側に連通する連通管と、前記連通管を開閉する開閉弁とを含んでいることを特徴とする排気ガス浄化用装置。
【請求項９】
請求項１から８の何れか１項に記載の排気ガス浄化用装置において、
前記温度センサは、当該内燃機関の排気ガスの温度を検出する排気ガス温度センサと当該内燃機関の冷却水の温度を検出する冷却水温度センサとの少なくとも一方であることを特徴とする排気ガス浄化用装置。
【請求項１０】
請求項１から９の何れか１項に記載の排気ガス浄化用装置において、
前記活性酸素成分は、オゾンであることを特徴とする排気ガス浄化用装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排気ガス浄化用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される未浄化ガスの主成分は、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）である。
【０００３】
これらの成分は、当該内燃機関に設けられた触媒によって浄化される。この触媒による浄化率は、当該内燃機関の排気温度に依存する。すなわち、内燃機関が暖機された後は、浄化率は高くなる。しかし、内燃機関が始動し、充分に暖機されるまでの冷間運転時では、反応速度が遅くなる（例えば数分程度）ため、実用上、充分な浄化率を得ることは困難である。このため、排気マニホールドの直下に連結したマニホールド触媒（クローズカップルド触媒）と床下触媒とを設けていることが多い。ここで、マニホールド触媒は、内燃機関始動後に極力速く昇温させることを目的とするものである。しかし、「極力速く」とはいっても、触媒貴金属が活性化する温度下限には限界があり、通常は、２５０℃前後でやっと排気ガスの５０％程度が浄化できるのが現状である（図２参照）。
【０００４】
これに対し、特許文献１並びに特許文献２には、排気ガス成分とオゾン等の活性酸素成分とを反応させて、上記温度よりも低温であっても排気ガスを浄化できる方法が記載されている。
【０００５】
具体的には、特許文献１には、触媒において、その上流側に放電手段と水素供給手段とを設け、放電手段で酸素ラジカルまたはオゾンを発生させてＮＯをＮＯ2に酸化し、ＮＯｘ吸蔵材にＮＯ2を吸蔵させ、水素供給手段からの水素で放出されたＮＯ2を還元することが記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、炭化水素とオゾンとを反応させて炭化水素を一旦、主としてＣＯに転化し、後段の触媒でさらに酸化してＣＯ2に転化することが記載されている。その具体的な態様としては、排気通路中にプラズマ発生装置を内蔵したもの、或いは、排気通路外に配置された活性酸素成分生成装置(Ozonizer)からオゾンを排気通路内に供給するもの等が開示されている。
【０００７】
なお、活性酸素成分生成装置としてのオゾナイザとしては、特許文献３に示すように、無声放電式のものが一般的である。
【特許文献１】特開２００５−３４４６８８号公報
【特許文献２】特開２００５−２０７３１６号公報
【特許文献３】特開平９−１５６９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示されている装置は、触媒反応のために、水素を排気通路中に貯留する構成を採用しているため、安全性等の観点から好ましくはない。
【０００９】
また、特許文献２では、プラズマ装置を排気通路内に配置した態様では、プラズマ装置が故障しやすく実用的できない。内燃機関が暖機された温間運転時においては、排気温度は、１０００℃以上にも達するとともに、リーン（酸素過剰）雰囲気では、装置の酸化が促進されるためである。他方、オゾナイザを採用した態様では、上述のような耐久性の問題は軽減されるものの、ＨＣ以外の有害ガス、とりわけＮＯｘの除去と触媒の活性化については、充分な対策が取られていなかった。
【００１０】
本発明は上記不具合に鑑みてなされたものであり、ＨＣやＣＯのみならず、ＮＯｘの浄化並びに触媒の活性化を効率的に実行することのできる排気ガス用浄化装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために本発明は、内燃機関の排気通路に活性酸素成分を供給する活性酸素成分生成装置を備えた排気ガス浄化用装置であって、前記排気通路中に配置された触媒と、前記排気通路中の前記触媒よりも上流側に活性酸素成分を吐出する吐出管を有する前記活性酸素成分生成装置と、排気ガスの温度に関連した値を検出する温度センサと、前記温度センサの検出値に基づき、冷間運転時には活性酸素成分を供給させるとともに温間運転時には前記活性酸素成分の供給を停止するように前記活性酸素成分生成装置を制御する運転制御手段と、前記排気通路中の空燃比に関する値を検出する空燃比検出手段と、前記空燃比検出手段の検出値に基づいて、排気通路中の空燃比を制御する空燃比制御手段とを備え、前記触媒は、ＮＯｘ吸蔵材を含むＮＯｘ吸蔵機能付触媒であり、前記空燃比制御手段は、温間運転時の前記活性酸素成分生成装置停止時において、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒の所定の活性化条件が成立しているとともに、当該ＮＯｘ吸蔵機能付触媒に導入される排気ガスの空燃比が所定値よりもリーンである場合には、当該空燃比をリッチに調整するものであることを特徴とする排気ガス浄化用装置である。この態様では、冷間運転時においては、活性酸素成分生成装置が作動し、排気ガスに含まれるＨＣやＣＯが活性酸素成分によって浄化される。また、活性酸素成分が供給されることにより、排気通路内がリーンになり、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒によるＮＯｘの吸蔵も促進される。すなわち、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒は、排気ガス雰囲気がリーン（酸素過剰）のときにＮＯｘを吸蔵し、リッチ（酸素不足）のときに吸蔵していたＮＯｘを放出する性質を有するものである。内燃機関の始動時において、リーンスタートにすれば、燃費低減のために効果的であり、リーンスタート制御することも知られているが、通常は、リッチスタート制御する場合が多い。このようにリッチスタート制御される場合においても、活性酸素成分が供給されている際には、生成されたオゾンとともに、このオゾンを生成するための空気も排気通路内に導入されるので、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒の上流側では、リーン状態となり、ＮＯｘ吸蔵能は確保される。次に、内燃機関が暖機すると、活性酸素成分生成装置が停止するとともに、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒の所定の活性化条件が成立している場合には空燃比がリッチに制御されるので、不必要な活性酸素成分の供給が抑止されるとともにＮＯｘ吸蔵材によって吸蔵されたＮＯｘが放出される結果、排気ガス中のＨＣやＣＯによってＮＯｘが還元反応するとともに、排気ガスの昇温に伴い、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒自身の浄化率が向上するため、残余のＨＣやＣＯは、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒によって浄化される。
【００１２】
本発明の別の態様は、内燃機関の排気通路に活性酸素成分を供給する活性酸素成分生成装置を備えた排気ガス浄化用装置であって、前記排気通路の下流側で分岐して形成され、冷間運転時に排気ガスを浄化する冷間用通路および温間運転時に排気ガスを浄化する温間用通路と、前記冷間用通路に設けられ、ＮＯｘ吸蔵材を含むＮＯｘ吸蔵機能付触媒と、前記温間用通路に設けられ、ＮＯｘ吸蔵材を除く耐熱性の高い触媒成分からなる温間用浄化触媒と、前記冷間用通路中の前記ＮＯｘ吸蔵機能付触媒よりも上流側に活性酸素成分を吐出する吐出管を有する前記活性酸素成分生成装置と、排気ガスの温度に関連した値を検出する温度センサと、前記温度センサの検出値に基づき、冷間運転時には活性酸素成分を供給させるとともに温間運転時には前記活性酸素成分の供給を停止するように前記活性酸素成分生成装置を制御する運転制御手段と、前記温度センサの検出値に基づき、冷間運転時には前記ＮＯｘ吸蔵機能付触媒によって排気ガスを浄化するとともに、温間運転時には前記温間用浄化触媒によって排気ガスを浄化するように、前記冷間用通路と前記温間用通路とを択一的に開閉する開閉手段とを備えていることを特徴とする排気ガス浄化用装置である。この態様では、冷間運転時においては、開閉手段によって温間用通路が閉じて冷間用通路に排気ガスが導入され、この冷間用通路内にて排気ガスに含まれるＨＣやＣＯが活性酸素成分によって浄化される。また、活性酸素成分が供給されることにより、冷間用通路内がリーンになり、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒によるＮＯｘの吸蔵も促進される。次に、内燃機関が暖機すると、活性酸素成分生成装置が停止するとともに、開閉手段によって冷間用通路が閉じて温間用通路が開くので、不必要な活性酸素成分の供給が抑止されるとともに、排気ガスの昇温に伴い、排気ガス中のＨＣやＣＯは、昇温した温間用浄化触媒によって浄化される。従って、比較的熱耐性が低く、且つリーン雰囲気でＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵機能付触媒を低温環境下でのみ使用し、高温時にはＮＯｘ吸蔵材を有しない温間用浄化触媒を用いることによって、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの浄化作用を奏することができるとともに、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒の耐久性を向上することが可能になる。
【００１３】
本発明のさらに別の態様は、内燃機関の排気ガス浄化用装置であって、前記内燃機関の排気マニホールドよりも排気ガス下流側に、冷間運転時に排気ガスを浄化する冷間用通路と温間運転時に排気ガスを浄化する温間用通路とを備え、前記冷間用通路および温間用通路には、排気温度に応じて経路を択一的に切り換える切換弁が設けられ、前記冷間用通路に活性酸素成分を供給する活性酸素成分生成装置が設けられている。この態様では、内燃機関の冷間運転時には、活性酸素成分が供給される冷間用通路にて排気ガスが浄化されるので、当該冷間用通路に配置されるであろう触媒が、ＨＣやＣＯを浄化する温度に至っていない場合でも、確実にこれらの成分を浄化することが可能になる。
【００１４】
この態様においても、前記冷間用通路には、ＮＯｘ吸蔵材を含むＮＯｘ吸蔵機能付触媒が設けられていることが好ましい。
【００１５】
好ましい態様において、温間運転時の前記活性酸素成分生成装置停止時において、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒の所定の活性化条件が成立している場合には、前記冷間用通路と前記温間用通路とを連通する連通手段を含んでいる。この態様では、温間運転時の前記活性酸素成分生成装置停止時において、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒の所定の活性化条件が成立している場合には、前記冷間用通路と前記温間用通路とが連通されるので、冷間用通路には、ＨＣやＣＯが導入されることになる。このため、温間運転時の前記活性酸素成分生成装置停止時においては、冷間用通路のＮＯｘ吸蔵機能付触媒によって吸蔵されたＮＯｘが放出される結果、排気ガス中のＨＣやＣＯによる還元反応によってＮＯｘが浄化されるとともに、残余のＨＣやＣＯは、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒との触媒反応によって浄化される。また、排気ガスを冷間用通路に連通するだけで、冷間用通路に設けた触媒のＮＯｘ吸蔵材に吸蔵されたＮＯｘを還元反応によって浄化することが可能になるので、空燃比制御手段を廉価な構成で実現できる。
【００１６】
好ましい態様において、前記連通手段は、温度センサが検出した値が所定値を超える場合には、前記連通手段による連通を禁止するものである。この態様では、排気温度がＮＯｘ吸蔵機能付触媒に悪影響を及ぼすほど高温になっている場合には、排気ガスによるＮＯｘの還元を禁止し、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒を保護することが可能になる。
【００１７】
好ましい態様において、ＨＣ成分を含んだ気体を前記ＮＯｘ吸蔵機能付触媒の上流側に供給するＨＣ成分添加手段を備えている。この態様では、内燃機関に噴射される燃料の調整によって空燃比を変更する場合に比べて内燃機関自身の運転に及ぶ悪影響を可及的に低減することができ、しかも、ＮＯｘの還元反応を促進することが可能になる。
【００１８】
好ましい態様において、前記ＨＣ成分添加手段は、蒸発燃料吸蔵用のキャニスタを前記ＮＯｘ吸蔵機能付触媒の上流側に連通する連通管と、前記連通管を開閉する開閉弁とを含んでいる。この態様では、キャニスタが吸蔵したＨＣ成分を有効利用してＮＯｘの還元反応を促進することができるので、低コストで実現性が高くなる。また、内燃機関に噴射される燃料の調整によって空燃比を変更する場合に比べて内燃機関自身の運転に及ぶ悪影響を可及的に低減できる。
【００１９】
好ましい態様において、前記温度センサは、当該内燃機関の排気ガスの温度を検出する排気ガス温度センサと当該内燃機関の冷却水の温度を検出する冷却水温度センサとの少なくとも一方である。
【００２０】
また、前記活性酸素成分は、オゾンであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明は、冷間運転時においては、活性酸素成分生成装置とＮＯｘ吸蔵機能付触媒とによって、ＨＣ、ＣＯの酸化やＮＯｘの吸蔵が促進されるとともに、温間運転時においては、活性酸素成分生成装置が停止するので、不必要な活性酸素成分の供給が抑止されるとともに、ＨＣやＣＯのみならず、ＮＯｘの浄化並びに触媒の活性化を効率的に実行することができるという顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施の一形態に係る排気ガス浄化用装置の概略構成を示す構成図である。
【００２４】
まず図１を参照して、本実施形態を採用した内燃機関の排気通路１１には、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２が配置されている。このＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２は、表１に示すように、ＮＯｘ吸蔵材（炭酸バリウム）と、触媒貴金属としてのパラジウム（Ｐｄ）、プラチナ（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）から選ばれる少なくとも１種を担持する高比表面積担体（アルミナ）と、酸素吸蔵材（ＯＳＣ：セリア系酸化物）とを触媒成分として有するものである。
【００２５】
【表１】
2008031926.tif 000003
【００２６】
図２は、アルミナとＯＳＣ材と触媒貴金属とを含む一般的な触媒を用い、活性酸素を流入させない場合の、つまり従来の排気ガス浄化用装置における浄化率と温度との関係を示すグラフである。図２に示すように従来の方法では、排気ガスの温度が約２５０℃を超えるまでは、ＨＣ、ＣＯの浄化率が４０％を下回るものである。そのため、本実施形態では、上記排気通路１１に活性酸素成分としてのオゾンを供給するオゾナイザ（活性酸素成分生成装置の一例）２０を設けている。
【００２７】
図１を参照して、オゾナイザ２０は、排気通路１１の当該ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２よりも上流側に接続された吐出管２１と、この吐出管２１の途中部分に設けられたオゾン発生ユニット２２と、オゾン発生ユニット２２にオゾンを生成するための空気を送給するエアポンプ２３と、エアポンプ２３とオゾン発生ユニット２２との間に配置され、エアポンプ２３が送給した空気量を計測するエアフローメータ２４と、オゾン発生ユニット２２に高電圧を印可する給電ユニット２５とを備えている。
【００２８】
オゾン発生ユニット２２は、例えば、従来技術欄の特許文献３に開示されているように、円筒形状のアース電極と、アース電極内に同心に配置された印加電極とを有し、給電ユニット２５によって、印加電極に高電圧を印可することによって、アース電極との間に無声放電を生成し、両電極間の空気からオゾンを生成するものである。
【００２９】
エアポンプ２３は、外気を吐出管２１に導入し、新気をオゾン発生ユニット２２に送給するものである。
【００３０】
エアフローメータ２４は、エアポンプ２３から供給された空気量を示す信号を出力し、本実施形態を採用した内燃機関のコントロールユニット１００に入力するものである。
【００３１】
給電ユニット２５は、本実施形態が採用された内燃機関のコントロールユニット１００に制御されることによって、オゾン発生ユニット２２の印加電極に高電圧を印可するものである。
【００３２】
次に、本実施形態に係る排気通路１１には、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２の上流側に連通管５０を介して、燃料タンク５１の蒸発燃料を吸蔵するキャニスタ５２と接続されている。キャニスタ５２の下流側には、開閉弁Ｖ１が設けられており、この開閉弁Ｖ１が開くことによって、当該キャニスタ５２から排出される燃料を含んだ空気がＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２の上流側に排出されるようになっている。連通管５０に設けられた開閉弁Ｖ１も、コントロールユニット１００によって制御されるように構成されている。
【００３３】
コントロールユニット１００は、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、インターフェース１０３並びにこれらのユニット１０１〜１０３を接続するバス１０４を有するものであり、メモリ１０２に記憶されるプログラム並びにデータによって、オゾナイザ２０の運転を制御する運転制御手段を機能的に構成している。このコントロールユニット１００の入力要素としては、排気通路１１に設置された上流側酸素センサＳＷ１、下流側酸素センサＳＷ２、排気ガス温度センサＳＷ３、および内燃機関の冷却水の温度を検出する冷却水温度センサＳＷ４、並びにオゾナイザ２０のエアフローメータ２４および給電ユニット２５である。なお、酸素センサＳＷ１、ＳＷ２は、排気ガス温度が低温であっても機能するように、センサ素子を少なくとも２５０℃以上に加熱するヒータ付酸素センサとされている。
【００３４】
上流側酸素センサＳＷ１は、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２とオゾナイザ２０の吐出管２１との間に配置されており、吐出管２１から吐出されたオゾンや酸素を含む排気ガスの浄化前の酸素原子数に基づいて酸素濃度を検出し、対応する信号をコントロールユニット１００に出力するように構成されている。
【００３５】
下流側酸素センサＳＷ２は、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２の下流側に配置され、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２によって浄化された後の排気ガスに含まれる酸素原子数に基づいて酸素濃度を検出し、対応する信号をコントロールユニット１００に出力するように構成されている。
【００３６】
排気ガス温度センサＳＷ３は、浄化前の排気ガスの温度を検出し、対応する信号をコントロールユニット１００に出力するように構成されている。
【００３７】
冷却水温度センサＳＷ４は、内燃機関の冷却水の温度を検出することにより、コントロールユニット１００が当該内燃機関の筒内温度や排気ガス温度を推定するためのものである。
【００３８】
エアフローメータ２４は、送風時の空気量に相当する信号をコントロールユニット１００に出力するように構成されている。
【００３９】
給電ユニット２５は、給電時の印加電圧に相当する信号をコントロールユニット１００に出力するように構成されている。
【００４０】
他方、コントロールユニット１００には、出力要素として、エアポンプ２３や給電ユニット２５が出力要素として制御可能に接続されている。これにより、コントロールユニット１００は、排気ガス温度センサＳＷ３（または冷却水温度センサＳＷ４或いは両センサＳＷ３およびＳＷ４）の検出値Ｔexに基づき、冷間運転時にはオゾナイザ２０を作動させる運転制御手段として機能するように構成されている。さらにコントロールユニット１００には、開閉弁Ｖ１が出力要素として接続されており、上流側酸素センサＳＷ１の検出に基づいて空燃比を演算し、演算された空燃比が所定の運転状態でリーンの場合には、開閉弁Ｖ１を開いて燃料を含む空気をＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２の上流側に供給するＨＣ成分添加手段としても機能するように構成されている。
【００４１】
なお、コントロールユニット１００のメモリ１０２には、酸素センサＳＷ１、ＳＷ２の故障を診断する診断プログラムが記憶されており、この診断プログラムによって酸素センサＳＷ１、ＳＷ２の故障判定がなされた場合には、図略の報知ユニットを用いて乗員にセンサの故障を報知するように構成されている。尤も、酸素センサＳＷ１、ＳＷ２の故障を診断する診断プログラム自身は、公知の構成をそのまま採用することができるので、その詳細については説明を省略する。
【００４２】
次に、図３を参照して、コントロールユニット１００の制御フローについて説明する。
【００４３】
図３は、図１の実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。
【００４４】
図３を参照して、内燃機関の始動時において、オゾナイザ運転制御手段としてのコントロールユニット１００が作動すると、まず、開閉弁Ｖ１を閉じる（ステップＳ２０）。
【００４５】
次いで、コントロールユニット１００は、排気ガス温度センサＳＷ３の検出値Ｔexを読み、所定のしきい値Ｔ１と比較することによって、内燃機関が冷間運転時であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。このしきい値Ｔ１としては、例えば２５０℃が好適である。仮に冷間運転時であると判定した場合（ステップＳ２１において、ＹＥＳの場合）、コントロールユニット１００は、オゾナイザ２０を作動させ（ステップＳ２２）、ステップＳ２０に復帰する。これにより、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２の触媒反応による浄化率が低い運転状態では、オゾナイザ２０に生成されるオゾンによってＨＣやＣＯが浄化されるとともに、排気ガス中に含まれるＮＯｘについては、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２に吸蔵されることになる。
【００４６】
他方、温間運転時であると判定した場合（ステップＳ２１において、ＮＯの場合）、コントロールユニット１００は、まず、オゾナイザ２０をＯＦＦにする（ステップＳ２３）。これにより、不必要なオゾンが生成されるのを防止し、装置の安全性が高まる。
【００４７】
次に、コントロールユニット１００は、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２のリフレッシュ条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ２４）。ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２のリフレッシュ条件は、例えば、内燃機関の運転状態が所定時間以上、リーンである場合や、図略のＮＯｘセンサを設け、このＮＯｘセンサの出力をコントロールユニット１００に入力して、判定することが可能である。
【００４８】
リフレッシュ条件が成立していない場合（ステップＳ２４においてＮＯの場合）、コントロールユニット１００の制御は、ステップＳ２０に復帰する。他方、リフレッシュ条件が成立している場合（ステップＳ２４においてＹＥＳの場合）、コントロールユニット１００は、上流側酸素センサＳＷ１の検出に基づいて、排気ガス中の空燃比を演算する（ステップＳ２５）。次いで、コントロールユニット１００は、演算された空燃比がしきい値Ｎ（例えば、１４．１から１３．５の間）未満であるであるか否か、すなわち、リッチ雰囲気であるか否かを判定する（ステップＳ２６）。仮に排気ガスがリッチ雰囲気である場合には（ステップＳ２６において、ＹＥＳの場合）、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２が吸蔵したＮＯｘが放出され、ＨＣやＣＯと還元反応することによって放出されたＮＯｘが浄化される。従って、所定のリッチ雰囲気においては、コントロールユニット１００は、そのままステップＳ２０に戻って上述した処理を繰り返す。他方、演算された空燃比がしきい値Ｎを超えるリーン雰囲気である場合（ステップＳ２６において、ＮＯの場合）、コントロールユニット１００は、開閉弁Ｖ１を開き、キャニスタ５２が吸蔵した蒸発燃料を含む空気を排気通路１１に流通させる（ステップＳ２７）。これにより、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２の上流側の空燃比がリッチになるため、当該ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２に吸蔵されたＮＯｘの放出と還元反応とが促進される。
【００４９】
本実施形態では、開閉弁Ｖ１を開いた時点から所定時間ｔをカウントし（ステップＳ２８）、所定の設定時間ｎを経過した場合にステップＳ２０に復帰するように構成されている（ステップＳ２９）。これにより、温間運転時に排気ガスがリーン雰囲気であったとしても、ＮＯｘの還元反応を促進することが可能となる。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態によれば、冷間運転時においては、オゾナイザ２０が作動し、排気ガスに含まれるＨＣやＣＯがオゾンによって浄化される。また、オゾンが供給されることにより、排気通路１１内がリーンになり、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２によるＮＯｘの吸蔵も促進される。すなわち、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２は、排気ガス雰囲気がリーン（酸素過剰）のときにＮＯｘを吸蔵し、リッチ（酸素不足）のときに吸蔵していたＮＯｘを放出する性質を有するものである。内燃機関の始動時において、リーンスタートにすれば、燃費低減のために効果的であり、リーンスタート制御することも知られているが、通常は、リッチスタート制御する場合が多い。このようにリッチスタート制御される場合においても、オゾンが供給されている際には、生成されたオゾンとともに、このオゾンを生成するための空気も排気通路１１内に導入されるので、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２の上流側では、リーン状態となり、ＮＯｘ吸蔵能は確保される。次に、内燃機関が暖機すると、オゾナイザ２０が停止するとともに、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２の活性化条件が成立している場合には空燃比がリッチに制御されるので、不必要なオゾンの供給が抑止されるとともにＮＯｘ吸蔵材によって吸蔵されたＮＯｘが放出される結果、排気ガス中のＨＣやＣＯによってＮＯｘが還元反応するとともに、排気ガスの昇温に伴い、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２自身の浄化率が向上するため、残余のＨＣやＣＯは、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２によって浄化される。
【００５１】
また、本実施形態において、温度センサとしては、当該内燃機関の排気ガスの温度を検出する排気ガス温度センサＳＷ３と当該内燃機関の冷却水の温度を検出する冷却水温度センサＳＷ４との少なくとも一方である。このため、本実施形態では、運転状態や内燃機関の特性に応じて適宜最適な温度検出を実行することが可能になる。
【００５２】
以上説明したように、本発明は、冷間運転時においては、オゾナイザ２０とＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２とによって、ＨＣ、ＣＯの酸化やＮＯｘの吸蔵が促進されるとともに、温間運転時においては、オゾナイザ２０が停止するので、不必要なオゾンの供給が抑止されるとともに、ＨＣやＣＯのみならず、ＮＯｘの浄化並びに触媒の活性化を効率的に実行することができるという顕著な効果を奏する。
【００５３】
上述した実施形態は、本発明の好ましい具体例を例示したものに過ぎず、本発明は上述した実施形態に限定されない。
【００５４】
例えば、上述した実施形態では、排気温度が比較的低い（高くても約４００℃から約５００℃程度）ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンに好適であるが、排気温度が約８００℃から約１０００℃程度に上昇し得るようなガソリンエンジンでは、図４および図５に示すような構成を用いることがさらに好適である。
【００５５】
図４は、本発明の別の実施形態に係る排気ガス浄化用装置の概略構成を示す構成図である。
【００５６】
図４を参照して、同図に示す実施形態では、排気通路１１の下流側を冷間用通路６１と温間用通路６２の二股状に分岐させている。
【００５７】
冷間用通路６１には、図１の実施形態と同様なＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２が設けられ、その上流側には、オゾナイザ２０や連通管５０が接続されている。
【００５８】
温間用通路６２には、表２に示すように、ＮＯｘ吸蔵材以外の耐熱性を有する触媒成分で構成される温間用浄化触媒６３が設けられている。なお、温間用浄化触媒６３のセリア系酸化物としては、冷間用（ＮＯｘ吸蔵機能付）触媒１２のものとは別にセリア−ジルコニア系複合酸化物を用いるのが好ましい。
【００５９】
【表２】
2008031926.tif 000004
【００６０】
図示の例において、各通路６１および６２は、運転状態に応じて択一的に用いられるものであり、排気通路１１の分岐部分には、一方の通路６１（６２）を閉じるための切換弁６４が設けられている。また、図示の例において、各通路６１および６２の各上流側は、連通路６５によって連通可能に構成されている。連通路６５には、開閉弁Ｖ２が設けられている。これら切換弁６４および開閉弁Ｖ２は、後述するようにコントロールユニット１００によって制御されるように構成されている。
【００６１】
また、図４の例では、排気通路１１の上流部分に排気ガス温度センサＳＷ３が設けられ、温間用通路６２の温間用浄化触媒６３よりも上流側に上流側酸素センサＳＷ１が設けられている。尤も、この例に限らず、上流側酸素センサＳＷ１を冷間用通路６１にも設けてもよい。また、具体的には図示していないが、図１で説明した下流側酸素センサＳＷ２を各通路６１および６２の各触媒１２および６３の下流側に設けてもよい。
【００６２】
図５は、図４の実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。
【００６３】
図５を参照して、図４の構成においては、コントロールユニット１００は、図３の場合と同様に、内燃機関の始動時において、オゾナイザ運転制御手段としてのコントロールユニット１００が作動すると、まず、開閉弁Ｖ１およびＶ２を閉じる（ステップＳ３０）。
【００６４】
次いで、コントロールユニット１００は、排気ガス温度センサＳＷ３の検出値Ｔexを読み、所定のしきい値Ｔ１と比較することによって、内燃機関が冷間運転時であるか否かを判定する（ステップＳ３１）。仮に冷間運転時であると判定した場合（ステップＳ３１において、ＹＥＳの場合）、コントロールユニット１００は、切換弁６４を作動させて、冷間用通路６１を開き、温間用通路６２を閉じる（ステップＳ３２）。次いでオゾナイザ２０を作動させ（ステップＳ３３）、ステップＳ３０に復帰する。これにより、触媒反応による浄化率が低い運転状態では、冷間用通路６１に排気ガスが流通し、オゾナイザ２０に生成されるオゾンによってＨＣやＣＯが浄化されるとともに、排気ガス中に含まれるＮＯｘについては、冷間用通路６１に設けられたＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２に吸蔵されることになる。
【００６５】
他方、温間運転時であると判定した場合（ステップＳ３１において、ＮＯの場合）、コントロールユニット１００は、まず、オゾナイザ２０をＯＦＦにする（ステップＳ３４）。これにより、不必要なオゾンが生成されるのを防止し、装置の安全性が高まる。
【００６６】
次に、コントロールユニット１００は、切換弁６４を操作し、冷間用通路６１を閉じて、温間用通路６２を開く（ステップＳ３５）。これにより、暖機によって温度が上昇した排気ガスは、温間用通路６２に導かれる。
【００６７】
次いで、コントロールユニット１００は、昇温した排気ガスが所定の高温Ｔ２（例えば、約６００℃から約７００℃）に達しているか否かを判定する（ステップＳ３６）。仮に、排気ガスが高温Ｔ２を超えている場合には、ステップＳ３４に戻って、専ら、温間用通路６２で排気ガスを処理するようにしている。このような高温状態では、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２の劣化が生じ得るので、後述する連通処理によって排気ガスをＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２に通過させないようにしているのである。
【００６８】
他方、暖機後の所定温度範囲（Ｔ１＜Ｔex＜Ｔ２）である場合、コントロールユニット１００は、さらに、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２のリフレッシュ条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ３７）。リフレッシュ条件が成立していない場合（ステップＳ３７においてＮＯの場合）、コントロールユニット１００の制御は、ステップＳ３０に復帰する。他方、リフレッシュ条件が成立している場合（ステップＳ３７においてＹＥＳの場合）、コントロールユニット１００は、上流側酸素センサＳＷ１の検出に基づいて、排気ガス中の空燃比を演算する（ステップＳ３８）。次いで、コントロールユニット１００は、演算された空燃比がしきい値Ｎ（例えば、１４．１から１３．５の間）未満であるであるか否か、すなわち、リッチ雰囲気であるか否かを判定する（ステップＳ３９）。仮に排気ガスがリッチ雰囲気である場合（ステップＳ３９において、ＹＥＳの場合）には、コントロールユニット１００は、開閉弁Ｖ２を開き、連通路６５を連通する（ステップＳ４０）。これにより、空燃比がリッチになった排気ガスが冷間用通路６１にも導入され、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２によって浄化されることになるので、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２が吸蔵したＮＯｘが放出され、ＨＣやＣＯと還元反応することによって放出されたＮＯｘが浄化される。
【００６９】
他方、仮に、空燃比がリーン雰囲気である場合（ステップＳ３９において、ＮＯの場合）には、コントロールユニット１００は、開閉弁Ｖ１、Ｖ２の双方を開く（ステップＳ４１）。これにより、キャニスタ５２に吸蔵された燃料を含む空気を冷間用通路６１に導入させた状態で排気ガスが温間用通路６２から連通路６５を経由してＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２によって浄化されることになる。この結果、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２の上流側の空燃比がリッチになるため、当該ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２に吸蔵されたＮＯｘの放出と還元反応とが促進される。なおこの場合、開閉弁Ｖ２は、必ずしも全開状態にする必要はなく、温間用通路６２の高温排気ガスの一部が連通路６５を経由してＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２に導入されてもよい。
【００７０】
本実施形態においても、開閉弁Ｖ２を開いた時点（ステップＳ４０）または開閉弁Ｖ１およびＶ２を開いた時点（ステップＳ４１）から所定時間ｔをカウントし（ステップＳ４２）、所定の設定時間ｎを経過した場合にステップＳ３０に復帰するように構成されている（ステップＳ４３）。これにより、温間運転時に排気ガスがリーン雰囲気であったとしても、ＮＯｘの還元反応を促進することが可能となる。
【００７１】
図４および図５に示す実施形態では、冷間運転時においては、開閉手段としての切換弁６４によって温間用通路６２が閉じて冷間用通路６１に排気ガスが導入され、この冷間用通路６１内にて排気ガスに含まれるＨＣやＣＯがオゾンによって浄化される。また、オゾンが供給されることにより、冷間用通路６１内がリーンになり、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２によるＮＯｘの吸蔵も促進される。次に、内燃機関が暖機すると、オゾナイザ２０が停止するとともに、切換弁６４によって冷間用通路６１が閉じて温間用通路６２が開くので、不必要なオゾンの供給が抑止されるとともに、排気ガスの昇温に伴い、排気ガス中のＨＣやＣＯは、昇温した温間用浄化触媒６３によって浄化される。従って、比較的熱耐性が低く、且つリーン雰囲気でＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２を低温環境下でのみ使用し、高温時にはＮＯｘ吸蔵材を有しない温間用浄化触媒６３を用いることによって、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの浄化作用を奏することができるとともに、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２の耐久性を向上することが可能になる。
【００７２】
また、本実施形態では、オゾナイザ２０が停止している温間運転時において、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２の活性化条件が成立している場合には、冷間用通路６１と温間用通路６２とを連通する連通手段としての連通路６５および開閉弁Ｖ２を含んでいる。このため本実施形態では、温間運転時のオゾナイザ２０停止時において、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２の活性化条件が成立している場合には、冷間用通路６１と温間用通路６２とが連通されるので、冷間用通路６１には、ＨＣやＣＯが導入されることになる。従って、温間運転時のオゾナイザ２０停止時においては、冷間用通路６１のＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２によって吸蔵されたＮＯｘが放出される結果、排気ガス中のＨＣやＣＯによる還元反応によってＮＯｘが浄化されるとともに、残余のＨＣやＣＯは、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２との触媒反応によって浄化される。また、排気ガスを冷間用通路６１に連通するだけで、冷間用通路６１に設けた触媒のＮＯｘ吸蔵材に吸蔵されたＮＯｘを還元反応によって浄化することが可能になるので、空燃比制御手段を廉価な構成で実現できる。
【００７３】
また、本実施形態では、ＨＣ成分を含んだ気体をＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２の上流側に供給するＨＣ成分添加手段（連通管５０や連通手段の構成要素）を機能的に有している。このため本実施形態では、内燃機関に噴射される燃料の調整によって空燃比を変更する場合に比べて内燃機関自身の運転に及ぶ悪影響を可及的に低減することができ、しかも、ＮＯｘの還元反応を促進することが可能になる。
【００７４】
また、本実施形態では、ＨＣ成分添加手段として、蒸発燃料吸蔵用のキャニスタ５２をＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２の上流側に連通する連通管５０と、連通管５０を開閉する開閉弁Ｖ１とを設けている。このため本実施形態では、キャニスタ５２が吸蔵したＨＣ成分を有効利用してＮＯｘの還元反応を促進することができるので、低コストで実現性が高くなる。また、内燃機関に噴射される燃料の調整によって空燃比を変更する場合に比べて内燃機関自身の運転に及ぶ悪影響を可及的に低減できる。
【００７５】
また、本実施形態では、排気ガス温度センサＳＷ３が検出した値が所定値を超える場合には、連通手段による連通を禁止する（すなわち、開閉弁Ｖ２を閉じる）ものである。このため本実施形態では、排気温度がＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２に悪影響を及ぼすほど高温になっている場合には、排気ガスによるＮＯｘの還元を禁止し、ＮＯｘ吸蔵機能付触媒１２を保護することが可能になる。
【００７６】
なお、本発明は、内燃機関が頻繁に駆動と停止とを繰り返すように構成される、いわゆるアイドルストップ車や、内燃機関と電動機とを組み合わせたハイブリッド車での利用が特に有効であるが、これに限定されるものではない。
【００７７】
その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施の一形態に係る排気ガス浄化用装置の概略構成を示す構成図である。
【図２】アルミナとＯＳＣ材と触媒貴金属とを含む一般的な触媒を用い、活性酸素を流入させない場合の、従来の排気ガス浄化用装置における浄化率と温度との関係を示すグラフである。
【図３】図１の実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。
【図４】本発明の別の実施形態に係る排気ガス浄化用装置の概略構成を示す構成図である。
【図５】図４の実施形態に係る制御フローを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７９】
１１  排気通路
１２  ＮＯｘ吸蔵機能付触媒
２０  オゾナイザ
２１  吐出管
５０  連通管
５１  燃料タンク
５２  キャニスタ
６１  冷間用通路
６２  温間用通路
６３  温間用浄化触媒
６４  切換弁
６５  連通路
１００  コントロールユニット
ＳＷ１  上流側酸素センサ
ＳＷ２  下流側酸素センサ
ＳＷ３  排気ガス温度センサ
ＳＷ３  両センサ
ＳＷ４  冷却水温度センサ
Ｖ１  開閉弁
Ｖ２  開閉弁
【図１】
2008031926.tif 000005
【図２】
2008031926.tif 000006
【図３】
2008031926.tif 000007
【図４】
2008031926.tif 000008
【図５】
2008031926.tif 000009