(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化装置に関し、排気通路に未浄化成分の吸着材を備えた内燃機関において、未浄化成分の吸着効率の向上と脱離効率の向上とを高い次元で両立させることのできる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気通路１４から分岐して設けられたバイパス通路２０と、排気ガスの流入先を排気通路１４とバイパス通路２０との間で切り替える切替バルブ２２と、バイパス通路２０に配置され、排気ガスに含まれるＮＯｘを吸着するＮＯｘ吸着材２４と、バイパス通路２２におけるＮＯｘ吸着材２４の上流側に配置された触媒２６と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、冷間始動時にＮＯｘ吸着材２４に吸着された吸着ＮＯｘを脱離処理する場合に、触媒２６に導入される排気ガス中の還元剤および酸化剤の量を増量する。好ましくは、内燃機関の空燃比をリッチにすると共に、触媒２６に空気を導入する。【選択図】図１
2008309012.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通するための主排気通路と、
前記主排気通路との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、
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る切替手段と、
前記バイパス通路に配置され、排気ガスに含まれる未浄化成分を吸着する機能を有する吸着材と、
前記バイパス通路における前記吸着材の上流側に配置された触媒と、
前記内燃機関の冷間始動時に、前記吸着材に排気ガス中の未浄化成分を吸着させる吸着実行手段と、
前記吸着材に吸着された未浄化成分を脱離させて処理する脱離処理実行手段と、を備え、
前記脱離処理実行手段は、
前記切替手段を制御して排気ガスの流入先を前記主排気通路から前記バイパス通路へ変更する第１の手段と、
前記触媒に導入される排気ガス中の還元剤及び酸化剤の量を、脱離処理の実行前に前記上流側接続部を流れていた排気ガス中の還元剤及び酸化剤の量よりも増大させる第２の手段と、
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】
前記第２の手段は、
前記内燃機関の排気空燃比を理論空燃比よりも燃料リッチに制御するリッチ制御手段と、
前記触媒上流の排気ガスに空気を導入する空気導入手段と、
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。
【請求項３】
前記吸着材は、排気ガス中に含まれるＨＣを吸着する機能を有するＨＣ吸着材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】
前記第２の手段は、
前記主排気通路における前記上流側接続部の上流に設けられた前段触媒と、
前記主排気通路における前記前段触媒の上流から分岐し下流に合流する第２バイパス通路と、
排気ガスの流入先を前記主排気通路と前記第２バイパス通路との間で切り替える第２切替手段と、を含み、
前記第２切替手段を制御して排気ガスの流入先を前記主排気通路から前記第２バイパス通路へ変更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５】
前記吸着材は、排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸着する機能を有するＮＯｘ吸着材を含む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。
【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、特に、内燃機関の冷間始動時に排気ガス中の未浄化成分を吸着できる吸着材を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２０００−３４５８３２号公報に開示されているように、触媒とは別にＮＯｘ吸着材を備えた排気浄化装置が提案されている。触媒は低温時の活性度が低く、冷間始動時にはＮＯｘを十分に浄化することができない。そこで、低温時でもＮＯｘを吸着できるＮＯｘ吸着材を備えることで、ＮＯｘの大気中への排出を防止することとしている。
【０００３】
【特許文献１】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】
【０００４】
ところで、吸着材はその性質上未浄化成分を吸着可能な容量があり、その容量を超えては未浄化成分を吸着することができない。このため、次回の内燃機関の冷間始動時に良好な吸着性能を発揮させるためには、該吸着材における吸着動作が行われていない期間に吸着されている未浄化成分を短時間かつ確実に処理して吸着能力を回復させておくことが必要となる。
【０００５】
そこで、内燃機関の暖機完了後における未浄化成分の処理動作においては、当該吸着材の温度をできるだけ上昇させて、未浄化成分の脱離を促すことが望ましい。しかしながら、その一方で、冷間始動時における未浄化成分の吸着動作においては、当該吸着材の温度上昇をできるだけ抑制し、暖機が完了するまでの期間の吸着性能を良好に維持することが要求される。つまり、吸着材における未浄化成分の吸着動作と脱離動作とでは、その動作効率を向上しうる温度特性が異なるため、単に吸着材の配置による温度環境を考慮するだけではこれらを高い次元で両立させることができなかった。
【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、排気通路に未浄化成分の吸着材を備えた内燃機関において、未浄化成分の吸着効率の向上と脱離効率の向上とを高い次元で両立することのでき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、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、
内燃機関から排出された排気ガスが流通するための主排気通路と、
前記主排気通路との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、
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る切替手段と、
前記バイパス通路に配置され、排気ガスに含まれる未浄化成分を吸着する機能を有する吸着材と、
前記バイパス通路における前記吸着材の上流側に配置された触媒と、
前記内燃機関の冷間始動時に、前記吸着材に排気ガス中の未浄化成分を吸着させる吸着実行手段と、
前記吸着材に吸着された未浄化成分を脱離させて処理する脱離処理実行手段と、を備え、
前記脱離処理実行手段は、
前記切替手段を制御して排気ガスの流入先を前記主排気通路から前記バイパス通路へ変更する第１の手段と、
前記触媒に導入される排気ガス中の還元剤及び酸化剤の量を、脱離処理の実行前に前記上流側接続部を流れていた排気ガス中の還元剤及び酸化剤の量よりも増大させる第２の手段と、
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、
前記第２の手段は、
前記内燃機関の排気空燃比を理論空燃比よりも燃料リッチに制御するリッチ制御手段と、
前記触媒上流の排気ガスに空気を導入する空気導入手段と、
を含むことを特徴とする。
【０００９】
また、第３の発明は、第２の発明において、
前記吸着材は、排気ガス中に含まれるＨＣを吸着する機能を有するＨＣ吸着材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、
前記第２の手段は、
前記主排気通路における前記上流側接続部の上流に設けられた前段触媒と、
前記主排気通路における前記前段触媒の上流から分岐し下流に合流する第２バイパス通路と、
排気ガスの流入先を前記主排気通路と前記第２バイパス通路との間で切り替える第２切替手段と、を含み、
前記第２切替手段を制御して排気ガスの流入先を前記主排気通路から前記第２バイパス通路へ変更することを特徴とする。
【００１１】
また、第５の発明は、第１乃至４の何れか１つの発明において、
前記吸着材は、排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸着する機能を有するＮＯｘ吸着材を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
主排気通路から分岐されたバイパス通路には、未浄化成分を吸着するための吸着材が配置されている。冷間始動時に吸着された未浄化成分は、当該吸着材が排気熱により加熱されることにより脱離して処理される。第１の発明によれば、未浄化成分の脱離処理を実行する場合に、該バイパス通路における吸着材の上流に配置された触媒に還元剤および酸化剤が多量に導入されるので、触媒温度が効率よく昇温される。このため、本発明によれば、該吸着材に導入される排気ガスの温度を効果的に上昇させることができ、吸着されている未浄化成分の脱離を効果的に促進させることができる。
【００１３】
第２の発明によれば、吸着された未浄化成分の脱離処理を実行する場合に、内燃機関の排気空燃比が理論空燃比よりも燃料リッチとなるように制御されるとともに、該触媒上流において、当該リッチガスに外部から空気が導入される。このリッチガスと空気との混合気には多くの未燃燃料と酸素とが含まれている。このため、本発明によれば、当該混合気が触媒に導入されることで触媒温度を昇温させることができ、吸着材に導入される排気ガスの温度を効果的に上昇させることができる。
【００１４】
第３の発明によれば、吸着材として、炭化水素（ＨＣ）を吸着する機能を有するＨＣ吸着材を使用することができる。吸着されたＨＣは脱離した後に燃焼反応により酸化されて処理される。本発明によれば、浄化処理が行われる場合に、導入された空気に含まれる酸素が脱離ＨＣとともに導入されるため、脱離ＨＣを効果的に酸化させて浄化することができる。
【００１５】
第４の発明によれば、吸着された未浄化成分の脱離処理を実行する場合に、内燃機関から排出される排気ガスが前段触媒をバイパスして、吸着材上流の触媒に導入される。前段触媒をバイパスした排気ガスには、未燃燃料および酸素が多く含まれている。このため、本発明によれば、当該排気ガスが触媒に導入されることで触媒温度を昇温させることができ、吸着材に導入される排気ガスの温度を効果的に上昇させることができる。
【００１６】
第５の発明によれば、吸着材として、ＮＯｘを吸着する機能を有するＮＯｘ吸着材を使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１８】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１としての排気浄化装置を備える内燃機関システムの概略構成を説明するための図である。図１に示すとおり、本実施の形態の排気浄化システムは、内燃機関（以下、単に「エンジン」とも称す）１０を備えている。エンジン１０には、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１４とが接続されている。排気通路１４には、上流側から順に、排気ガスを浄化するための触媒としての前段触媒（ＳＣ）１６と後段触媒（ＵＦ）１８とが直列に配置されている。前段触媒１６および後段触媒１８には、これらの触媒の温度を検出するための温度センサ５２、５４が組み込まれている。
【００１９】
また、本実施の形態のシステムは、排気通路１４の一部を迂回するバイパス通路２０を備えている。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２０ａにおいて排気通路１４から分岐し、当該上流側接続部２０ａの下流に位置する下流側接続部２０ｂにおいて再び排気通路１４に合流するように構成されている。上流側接続部２０ａには、排気ガスの流入先を排気通路１４とバイパス通路２０との間で切り替えるための切替バルブ２２が配置されている。切替バルブ２２は、負圧ダイアフラム２２ａに作用するエンジン吸気負圧が電磁弁（図示せず）によって制御されることにより開閉駆動される。
【００２０】
バイパス通路２０の途中には、排気ガスに含まれる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、Ｆｅイオン交換ゼオライト等の金属イオン交換ゼオライトを用いることができる。また、バイパス通路２０におけるＮＯｘ吸着材２４の上流（上流側接続部２０ａ側）には、触媒２６が配置されている。また、ＮＯｘ吸着材２４には、当該ＮＯｘ吸着材２４の温度を検出するための温度センサ５６が組み込まれている。
【００２１】
排気通路１４における前段触媒１６の下流且つ切替バルブ２２の上流には、空気導入通路２８の一端が接続されている。空気導入通路２８の他端は大気に開放されており、当該空気導入通路２８の途中には、大気を排気通路１４に導入するためのポンプ３０が配置されている。
【００２２】
本実施の形態のシステムは、図１に示すとおり、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力部には、上述した温度センサ５２、５４、５６の他、エンジン１０を制御するための空燃比センサ、水温センサなどの各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力部には、上述した切替バルブ２２、ポンプ３０の他、エンジン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。ＥＣＵ５０は、入力された各種の情報に基づいて、所定のプログラムに従って各機器を駆動する。
【００２３】
［実施の形態１の動作］
次に、ＥＣＵ５０によって制御されるシステムの動作について説明する。尚、ここでは、システムで実現される様々な動作のうち、ＮＯｘ吸着材２４に係る動作について説明する。
【００２４】
（冷間始動時における動作）
エンジン１０の冷間始動時には、筒内から排出される排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸着材２４に吸着させるための動作が行われる。具体的には、切替バルブ２２によって排気ガスの流入先がバイパス通路２０側に切り替えられる。
【００２５】
このような状態では、エンジン１０から排出された排気ガスの全部が、排気通路１４からバイパス通路２０に導入される。バイパス通路２０に導入された排気ガスは、ＮＯｘ吸着材２４を通過した後、再び排気通路１４に戻されて大気中に放出される。冷間始動時は前段触媒１６および後段触媒１８における活性が発現していないため、排気ガスに含まれるＮＯｘをこれら前段触媒１６および後段触媒１８で浄化することができない。しかしながら、排気ガスの全部をバイパス通路２０に導入することで、排気ガスに含まれるＮＯｘはＮＯｘ吸着材２４に吸着されて取り除かれる。これにより、前段触媒１６および後段触媒１８で浄化できないＮＯｘが大気中に放出される事態を効果的に抑制することができる。
【００２６】
（触媒暖機後における動作）
エンジン１０の始動後は、前段触媒１６に流れ込む排気ガスの温度が上昇することで、やがて、前段触媒１６の温度は活性温度まで上昇する。前段触媒１６が活性化することで、排気ガスに含まれるＮＯｘは他の未浄化成分とともに前段触媒１６で浄化できるようになる。そこで、前段触媒１６の温度が活性温度まで上昇したことが検出されたら、切替バルブ２２が操作されて排気ガスの流入先がバイパス通路２０から排気通路１４へ切り替えられる。これにより、前段触媒１６で浄化された排気ガスは、ＮＯｘ吸着材２４を経ることなく、そのまま排気通路１４を通って大気中に排出される。
【００２７】
（吸着ＮＯｘの処理動作）
次に、エンジン１０の冷間始動時において、ＮＯｘ吸着材２４に吸着されたＮＯｘ（以下、「吸着ＮＯｘ」と称す）の処理動作について説明する。上述したとおり、エンジン１０の冷間始動が開始されてから前段触媒１６の活性が発現するまでの期間は、排気ガスがバイパス通路２０に導入され、前段触媒１６において浄化できなかったＮＯｘがＮＯｘ吸着材２４に吸着される。これらの吸着ＮＯｘは、後段触媒１８の活性が発現した後に、当該後段触媒１８おいて浄化処理される。
【００２８】
つまり、エンジン１０の暖機運転が進行すると、やがて、エンジン１０から比較的離れた場所に配置されている後段触媒１８の温度も活性温度まで上昇し、当該後段触媒１８においてＮＯｘを浄化できるようになる。そこで、後段触媒１８の温度が活性温度まで上昇したことが検出されたら、切替バルブ２２が操作されて排気ガスの流入先が排気通路１４からバイパス通路２０へ切り替えられる。これにより、筒内から排出された排気ガスがバイパス通路２０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ＮＯｘ吸着材２４に導入されることで、吸着ＮＯｘが該ＮＯｘ吸着材２４から脱離し、排気通路１４の下流に配置された後段触媒１８によって浄化される。
【００２９】
ここで、ＮＯｘ吸着材２４はその性質上ＮＯｘを吸着可能な容量があり、その容量を超えてはＮＯｘを吸着することができない。このため、次回のエンジン１０の冷間始動時に良好なＮＯｘ吸着性能を発揮させるためには、該ＮＯｘ吸着材２４における吸着動作が行われていない期間に吸着ＮＯｘを短時間かつ確実に処理して吸着能力を回復させておくことが必要となる。
【００３０】
そこで、本実施の形態のシステムにおいては、バイパス通路２０におけるＮＯｘ吸着材２４の上流に触媒２６を配置し、該触媒２６における反応熱を利用してＮＯｘ吸着材２４に導入される排気ガスの温度を上昇させることとする。より具体的には、吸着ＮＯｘの浄化処理が実行される場合に、すなわち、切替バルブ２２が操作されて排気ガスの流入先が排気通路１４からバイパス通路２０へ切り替えられる場合に、エンジン１０の排気空燃比が燃料リッチとなるように空燃比制御が行われる。また、これと同時に、空気導入通路２８に配置されたポンプ３０が駆動され、排気通路１４を流通するリッチガスに空気が混合される。このリッチガスと空気との混合気は、バイパス通路２０を流通し触媒２６に導入される。リッチガスには炭化水素（ＨＣ）等の未燃燃料が多く含まれている。このため、当該混合気が触媒２６内で燃焼することにより、排気ガス温度を効果的に上昇させることができる。高温とされた排気ガスは、その後ＮＯｘ吸着材２４に導入される。これにより、該ＮＯｘ吸着材２４における吸着ＮＯｘの脱離を効果的に促進させ、吸着ＮＯｘを短時間かつ確実に処理することができる。
【００３１】
［実施の形態１における具体的処理］
次に、図２を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図２は、ＥＣＵ５０が、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸着材２４に吸着させる処理、および吸着ＮＯｘを浄化するための処理を実行するルーチンのフローチャートである。尚、図２に示すルーチンは、エンジン１０の始動直後に起動されるものとする。
【００３２】
図２に示すルーチンでは、先ず、エンジン１０の暖機が完了しているか否かが判断される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、エンジン１０の冷却水温THWが、暖機完了を判定するための判定値以下であるか否かが判定される。その結果、冷却水温THWが判定値よりも高いと判定された場合、すなわち、エンジン１０における暖機が完了している場合には、今回の処理サイクルは速やかに終了される。
【００３３】
一方、上記ステップ１００において、冷却水温THWが判定値以下であると判定された場合、すなわち、エンジン１０における冷間始動時であると認められた場合には、次のステップに移行し、ＮＯｘ吸着材２４におけるＮＯｘ吸着動作が開始される（ステップ１０２）。ここでは、具体的には、切替バルブ２２が操作され、排気ガスの流入先がバイパス通路２０側に切り替えられる。つまり、切替バルブ２２は、通常運転時は、バイパス通路２０の上流側接続部２０ａを閉塞しているが、本ステップ１０２において、エンジン１０の冷間始動時と認められた場合には、排気通路１４とバイパス通路２０とが連通状態となるように切替バルブ２２が操作される。これにより、ＮＯｘ吸着材２４におけるＮＯｘ吸着動作が開始される。
【００３４】
次に、ＮＯｘ吸着動作の終了タイミングが到来したか否かが判定される(ステップ１０４)。ここでは、具体的には、温度センサ５２により検出された前段触媒１６の温度TSCが活性温度に達しているか否かが判定される。その結果、前段触媒１６の温度TSCが未だ活性温度に達していないと判定された場合には、前段触媒１６において未だＮＯｘを浄化することができないと判断され、当該温度TSCが活性温度に達するまで本ステップが繰り返し実行される。
【００３５】
一方、上記ステップ１０４において前段触媒１６の温度TSCが活性温度に達したと判定された場合には、前段触媒１６においてＮＯｘを浄化することができると判断され、次のステップに移行し、ＮＯｘ吸着動作の終了処理が実行される（ステップ１０６）。ここでは、具体的には、バイパス通路２０を閉塞させるべく、切替バルブ２２が操作され、排気ガスの流入先が排気通路１４側に切り替えられる。これにより、ＮＯｘ吸着材２４におけるＮＯｘ吸着動作が終了される。
【００３６】
図２に示すルーチンにおいては、次に、吸着ＮＯｘの脱離動作の開始タイミングが到来したか否かが判定される（ステップ１０８）。ここでは、具体的には、温度センサ５４により検出された後段触媒１８の温度TUFが活性温度に達しているか否かが判定される。その結果、後段触媒１８の温度TUFが未だ活性温度に達していないと判定された場合には、後段触媒１８において未だＮＯｘを浄化することができないと判断され、当該温度TUFが活性温度に達するまで本ステップが繰り返し実行される。
【００３７】
一方、上記１０８において後段触媒１８の温度TUFが活性温度に達したと判定された場合には、後段触媒１８においてＮＯｘを浄化することができると判断され、次のステップに移行し、吸着ＮＯｘの浄化処理が実行される（ステップ１１０）。ここでは、具体的には、先ず、排気通路１４とバイパス通路２０とを連通させるべく、切替バルブ２２が操作され、排気ガスの流入先がバイパス通路２０側に切り替えられる。次いで、エンジン１０の排気空燃比が燃料リッチとなるように、空燃比のフィードバック制御が実行される。また、これと同時に、ポンプ３０が駆動されて排気通路１４内に空気が導入される。これにより、リッチガスと空気との混合気がバイパス通路２０に流入し、触媒２６において燃焼される。燃焼により高温となった排気ガスは、隣接するＮＯｘ吸着材２４に導入される。これにより、ＮＯｘ吸着材２４における吸着ＮＯｘの脱離が促進される。
【００３８】
次に、吸着ＮＯｘの浄化動作の終了タイミングが到来したか否かが判定される(ステップ１１２)。ここでは、具体的には、温度センサ５６により検出されたＮＯｘ吸着材２４の温度Taが吸着ＮＯｘの脱離完了を判定するための判定温度に達しているか否かが判定される。その結果、ＮＯｘ吸着材２４の温度Taが未だ脱離完了判定温度に達していないと判定された場合には、ＮＯｘ吸着材２４において吸着ＮＯｘが残存していると判断され、当該温度Taが当該判定温度に達するまで本ステップが繰り返し実行される。
【００３９】
一方、上記ステップ１１２においてＮＯｘ吸着材２４の温度Taが脱離完了判定温度に達したと判定された場合には、ＮＯｘ吸着材２４において吸着ＮＯｘの脱離動作が完了したと判断され、次のステップに移行し、吸着ＮＯｘの浄化動作の終了処理が実行される（ステップ１１４）。ここでは、具体的には、先ず、バイパス通路２０を閉塞させるべく、切替バルブ２２が操作され、排気ガスの流入先が排気通路１４側に切り替えられる。次いで、エンジン１０の排気空燃比が理論空燃比（ストイキ）となるように、空燃比のフィードバック制御が実行される。また、これと同時に、ポンプ３０が停止されて排気通路１４への空気の導入が停止される。これにより、ＮＯｘ吸着材２４における吸着ＮＯｘの脱離動作が終了されて、エンジン１０の通常運転が実行される。
【００４０】
以上説明したとおり、本実施の形態の排気浄化システムによれば、吸着ＮＯｘの浄化処理において、触媒２６において燃焼反応に付された高温の排気ガスが該ＮＯｘ吸着材２４に導入される。これにより、ＮＯｘ吸着材２４における吸着ＮＯｘの脱離を効果的に促進させ、吸着ＮＯｘを短時間かつ確実に処理することができる。
【００４１】
ところで、上述した実施の形態１においては、排気ガスに含まれるＮＯｘを吸着するためのＮＯｘ吸着材２４を用いて、エンジン１０の冷間始動時に排出される未浄化成分としてのＮＯｘを効果的に吸着することとしているが、未浄化成分を吸着するために使用される吸着材はこれに限られない。すなわち、排気ガスに含まれる未浄化成分としての炭化水素（ＨＣ）を吸着するためのＨＣ吸着材を使用する構成としてもよいし、また、ＮＯx吸着材２４と併用する構成としてもよい。
【００４２】
尚、吸着材としてＨＣ吸着材が使用されると、脱離したＨＣは後段触媒１８に導入されて浄化される。この際、本実施の形態のシステムによれば、ポンプ３０から導入された空気が脱離したＨＣとともに後段触媒１８内に導入されるので、脱離ＨＣを効果的に酸化させることができ、浄化効率を向上させることができる。
【００４３】
尚、上述した実施の形態１においては、排気通路１４が前記第１の発明における「主排気通路」に、切替バルブ２２が前記第１の発明における「切替手段」に、ＮＯｘ吸着材２４が前記第１の発明における「吸着材」に、触媒２６が前記第１の発明における「触媒」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０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「吸着実行手段」が、上記ステップ１１０の処理を実行することにより、前記第１の発明における「第１の手段」および「第２の手段」が、それぞれ実現されている。
【００４４】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１１０の処理において空燃比を燃料リッチに制御することにより、前記第２の発明における「リッチ制御手段」が、上記ステップ１１０の処理においてポンプ３０を駆動することにより、前記第２の発明における「空気導入手段」が、実現されている。
【００４５】
実施の形態２．
［実施の形態２の構成］
次に、図３および図４を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。図３は、本発明の実施の形態２としての排気浄化装置を備える内燃機関システムの概略構成を説明するための図である。尚、図３に示すシステムにおいて、図１に示すシステムと共通する要素には同一の符号を付して、それらに関する説明を省略あるいは簡略するものとする。
【００４６】
本実施の形態のシステムは、前段触媒１６をバイパスする第２バイパス通路４０を設けたことに特徴がある。つまり、第２バイパス通路４０は、前段触媒１６の上流に位置する上流側接続部４０ａにおいて排気通路１４から分岐し、当該前段触媒１６の下流に位置する下流側接続部４０ｂにおいて再び排気通路１４に合流するように構成されている。上流側接続部４０ａには、排気ガスの流入先を排気通路１４と第２バイパス通路４０との間で切り替えるための第２切替バルブ４２が配置されている。第２切替バルブ４２は、負圧ダイアフラム４２ａに作用するエンジン吸気負圧が電磁弁（図示せず）によって制御されることにより開閉駆動される。
【００４７】
［実施の形態２の特徴的動作］
次に、本実施の形態２における特徴的動作について説明する。上述した実施の形態１においては、吸着ＮＯｘの浄化処理時にエンジン１０の排気空燃比をリッチにするとともに、触媒２６の上流に空気を導入することとしている。これにより、触媒２６における燃焼を活発化させることができるので、ＮＯｘ吸着材２４に導入される排気ガスの温度を効果的に上昇させることができる。一方、本実施の形態２においては、これらの動作に代えて、触媒２６に前段触媒１６をバイパスした排気ガスを導入することにより、触媒２６における燃焼を活発化させることとする。
【００４８】
つまり、エンジン１０における筒内から排出される排気ガスには、炭化水素（ＨＣ）などの未燃燃料が含まれており、通常運転時においては、これらの未燃燃料の多くは前段触媒１６において浄化処理されている。このため、吸着ＮＯｘの浄化処理時に、筒内から排出された排気ガスが前段触媒１６をバイパスする構成とすれば、排気空燃比をリッチにし、且つ別途酸素を導入しなくても、触媒２６に導入される未燃燃料および酸素を増大させることができる。
【００４９】
より具体的には、吸着ＮＯｘの浄化処理が実行される場合に、すなわち、切替バルブ２２が操作されて排気ガスの流入先が排気通路１４からバイパス通路２０へ切り替えられる場合に、第２切替バルブ４２が操作されて排気ガスの流入先が排気通路１４から第２バイパス通路４０へ切り替えられる。これにより、筒内から排出された排気ガスが第２バイパス通路４０に導入される。この未燃燃料および酸素を多く含む排気ガスは、バイパス通路２０を流通し触媒２６に導入される。このため、当該触媒２６における燃焼反応を活発化することができ、排気ガス温度を効果的に上昇させることができる。高温とされた排気ガスは、その後ＮＯｘ吸着材２４に導入される。これにより、該ＮＯｘ吸着材２４における吸着ＮＯｘの脱離を効果的に促進させ、吸着ＮＯｘを短時間かつ確実に処理することができる。
【００５０】
［実施の形態２における具体的処理］
次に、図４を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図４は、ＥＣＵ５０が、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸着材２４に吸着させる処理、および吸着ＮＯｘを浄化するための処理を実行するルーチンのフローチャートである。尚、図４に示すルーチンは、エンジン１０の始動直後に起動されるものとする。
【００５１】
図４に示すルーチンでは、先ず、エンジン１０の暖機が完了しているか否かが判断される（ステップ２００）。ここでは、具体的には、図２に示すステップ１００と同様の処理が実行される。その結果、エンジン１０における暖機が完了している場合には、今回の処理サイクルは速やかに終了される。
【００５２】
一方、上記ステップ２００において、エンジン１０における冷間始動時であると認められた場合には、次のステップに移行し、ＮＯｘ吸着材２４におけるＮＯｘ吸着動作が開始される（ステップ２０２）。次に、ＮＯｘ吸着動作の終了タイミングが到来したか否かが判定される(ステップ２０４)。次に、ＮＯｘ吸着動作の終了処理が実行される（ステップ２０６）。ここでは、具体的には、図２に示すステップ１０２、１０４、および１０６と同様の処理が実行される。これにより、ＮＯｘ吸着材２４におけるＮＯｘ吸着動作が終了される。
【００５３】
図４に示すルーチンにおいては、次に、吸着ＮＯｘの脱離動作の開始タイミングが到来したか否かが判定される（ステップ２０８）。ここでは、具体的には、図２に示すステップ１０８と同様の処理が実行される。その結果、後段触媒１８の温度TUFが未だ活性温度に達していないと判定された場合には、後段触媒１８において未だＮＯｘを浄化することができないと判断され、当該温度TUFが活性温度に達するまで本ステップが繰り返し実行される。
【００５４】
一方、上記ステップ２０８において後段触媒１８の温度TUFが活性温度に達したと判定された場合には、後段触媒１８においてＮＯｘを浄化することができると判断され、次のステップに移行し、吸着ＮＯｘの浄化処理が実行される（ステップ２１０）。ここでは、具体的には、先ず、排気通路１４とバイパス通路２０とを連通させるべく、切替バルブ２２が操作され、排気ガスの流入先がバイパス通路２０側に切り替えられる。次いで、排気通路１４と第２バイパス通路４０とを連通させるべく、第２切替バルブ４２が操作され、排気ガスの流入先が第２バイパス通路４０側に切り替えられる。これにより、筒内から排出された排気ガスは、前段触媒１６をバイパスして直接触媒２６において燃焼される。燃焼により高温となった排気ガスは、隣接するＮＯｘ吸着材２４に導入される。これにより、吸着ＮＯｘの脱離が促進される。脱離したＮＯｘは、その後後段触媒１８に導入されて浄化処理される。
【００５５】
次に、吸着ＮＯｘの浄化動作の終了タイミングが到来したか否かが判定される(ステップ２１２)。ここでは、具体的には、図２に示すステップ１１２と同様の処理が実行される。その結果、ＮＯｘ吸着材２４の温度Taが未だ判定温度に達していないと判定された場合には、未だＮＯｘ吸着材２４において吸着ＮＯｘの脱離動作が行われている判断され、当該温度Taが判定温度に達するまで本ステップが繰り返し実行される。
【００５６】
一方、上記ステップ２１２においてＮＯｘ吸着材２４の温度Taが判定温度に達したと判定された場合には、ＮＯｘ吸着材２４において吸着ＮＯｘの脱離動作が完了したと判断され、次のステップに移行し、吸着ＮＯｘの浄化動作の終了処理が実行される（ステップ２１４）。ここでは、具体的には、先ず、バイパス通路２０を閉塞させるべく、切替バルブ２２が操作され、排気ガスの流入先が排気通路１４側に切り替えられる。次いで、第２バイパス通路４０を閉塞させるべく、第２切替バルブ４２が操作され、排気ガスの流入先が排気通路１４側に切り替えられる。これにより、ＮＯｘ吸着材２４における吸着ＮＯｘの脱離動作が終了されて、エンジン１０の通常運転が実行される。
【００５７】
以上説明したとおり、本実施の形態の排気浄化システムによれば、吸着ＮＯｘの浄化処理において、前段触媒１６をバイパスした排気ガスが触媒２６に導入されるので、当該触媒２６における燃焼反応を活発化させることができる。これにより、ＮＯｘ吸着材２４に導入される排気ガスの温度を効果的に上昇させることができるので、ＮＯｘ吸着材２４における吸着ＮＯｘの脱離を効果的に促進させ、吸着ＮＯｘを短時間かつ確実に処理することができる。
【００５８】
ところで、上述した実施の形態２においては、排気ガスに含まれるＮＯｘを吸着するためのＮＯｘ吸着材２４を用いて、エンジン１０の冷間始動時に排出される未浄化成分としてのＮＯｘを効果的に吸着することとしているが、未浄化成分を吸着するために使用される吸着材はこれに限られない。すなわち、排気ガスに含まれる未浄化成分としての炭化水素（ＨＣ）を吸着するためのＨＣ吸着材を使用する構成としてもよいし、当該ＮＯｘ吸着材２４と併用する構成としてもよい。
【００５９】
尚、上述した実施の形態２においては、排気通路１４が前記第１の発明における「主排気通路」に、切替バルブ２２が前記第１の発明における「切替手段」に、ＮＯｘ吸着材２４が前記第１の発明における「吸着材」に、触媒２６が前記第１の発明における「触媒」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ２０２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「吸着実行手段」が、上記ステップ２１０の処理を実行することにより、前記第１の発明における「第１の手段」および「第２の手段」が、それぞれ実現されている。
【００６０】
また、上述した実施の形態２においては、第２切替バルブ４２が前記第１の発明における「第２切替手段」に相当しているとともに、ＥＣＵ５０が、上記ステップ２１０の処理において第２切替バルブ４２を操作することにより、前記第４の発明における「第２の手段」が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施形態１としての排気浄化装置を備える内燃機関システムの概略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において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態２としての排気浄化装置を備える内燃機関システムの概略構成を説明するための図である。
【図４】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】
【００６２】
１０  内燃機関（エンジン）
１２  吸気通路
１４  排気通路
１６  前段触媒（ＳＣ）
１８  後段触媒（ＵＦ）
２０  バイパス通路
２２  切替バルブ
２４  ＮＯｘ吸着材
２６  触媒
２８  空気導入通路
３０  ポンプ
４０  第２バイパス通路
４２  第２切替バルブ
５０  ECU(Electronic Control Unit)
５２、５４、５６  温度センサ
【図１】
2008309012.tif 000003
【図２】
2008309012.tif 000004
【図３】
2008309012.tif 000005
【図４】
2008309012.tif 000006