(57)【要約】【課題】ＣＯ２吸収放出手段を利用して排気浄化触媒の状態を適切に制御できる排気ガスの浄化装置を提供する。【解決手段】排気ガスの浄化装置は、エンジン１の排気通路２に設けられた排気浄化触媒６と、排気通路２内にて排気浄化触媒６よりも上流側に設けられ、第１の状態でＣＯ２を吸収し、第２の状態でＣＯ２を放出するＣＯ２吸収放出材５と、ＣＯ２吸収放出材５を第１の状態と第２の状態との間で変化させる発熱装置４と、排気浄化触媒６の状態に応じてＣＯ２吸収放出材５からのＣＯ２の放出量が制御されるように発熱装置４を操作するＥＣＵ８とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
前記排気通路内にて前記排気浄化触媒よりも上流側に設けられ、第１の状態でＣＯ２を吸収し、第２の状態でＣＯ２を放出するＣＯ２吸収放出手段と、
前記ＣＯ２吸収放出手段を前記第１の状態と前記第２の状態との間で変化させる状態調整手段と、
前記排気浄化触媒の状態に応じて前記ＣＯ２吸収放出手段からのＣＯ２の放出量が制御されるように前記状態調整手段を操作する放出量制御手段と、を備えたことを特徴とする排気ガスの浄化装置。
【請求項２】
前記放出量制御手段は、前記排気浄化触媒の温度が所定の許容範囲を超えて上昇すると前記ＣＯ２吸収放出手段が第２の状態に保持され、前記許容範囲内では前記ＣＯ２吸収放出手段が前記第１の状態に保持されるように前記状態調整手段を操作することを特徴とする請求項１に記載の排気ガスの浄化装置。
【請求項３】
前記第１の状態と前記第２の状態とが互いに異なる温度範囲に対応し、前記状態調整手段は前記ＣＯ２吸収放出手段に熱を供給可能であり、前記放出量制御手段は前記状態調整手段から前記ＣＯ２吸収放出手段に供給される熱量を操作することにより前記放出量を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガスの浄化装置。
【請求項４】
前記ＣＯ２吸収放出手段によるＣＯ２の吸収放出作用に応じて前記エンジンの排気通路又は吸気通路に生じる物理量の変化を監視し、その監視結果に基づいて前記ＣＯ２吸収放出手段の吸収放出特性を学習する特性学習手段を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガスの浄化装置。
【請求項５】
前記特性学習手段は、前記物理量として、前記吸気通路の吸入空気量、吸気圧力又は前記ＣＯ２吸収放出材の前後の圧力差に生じる変化を監視することにより、前記ＣＯ２吸収放出手段によるＣＯ２の吸収速度及び放出速度を学習することを特徴とする請求項４に記載の排気ガスの浄化装置。
【請求項６】
前記ＣＯ２吸収放出手段によるＣＯ２の吸収放出作用に応じた前記排気通路のＣＯ２濃度の変化と前記ＣＯ２吸収放出手段の温度とを監視することにより、前記第１の状態及び前記第２の状態にそれぞれ対応する温度範囲を学習する特性学習手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の排気ガスの浄化装置。
【請求項７】
前記ＣＯ２吸収放出手段に導かれる排気ガス及び該ＣＯ２吸収放出手段から流出する排気ガスのうち、少なくともいずれか一方の排気ガスの状態に基づいて前記ＣＯ２吸収放出手段に吸収されているＣＯ２量を推定する吸収量推定手段を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の排気ガスの浄化装置。
【請求項８】
前記排気浄化触媒を昇温させて当該排気浄化触媒を再生する触媒再生手段をさらに具備し、
前記放出量制御手段は、前記触媒再生手段による前記触媒の再生中は前記ＣＯ２吸収放出手段が前記第１の状態に対応する温度範囲内であってかつ前記第２の状態に対応する温度範囲との境界付近の温度に保持されるように前記状態調整手段を操作することを特徴とする請求項３に記載の排気ガスの浄化装置。
【請求項９】
前記触媒再生手段による前記触媒の再生中における前記ＣＯ２の放出頻度を検出し、該放出頻度が高いときは前記触媒再生手段による前記排気浄化触媒の目標温度が低下するように前記放出頻度に基づいて前記目標温度を制御する再生目標温度制御手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の排気ガスの浄化装置。
【請求項１０】
エンジンの排気通路に設けられた排気浄化触媒と、
前記排気通路内にて前記排気浄化触媒よりも上流側に設けられ、第１の状態でＣＯ２を吸収し、第２の状態でＣＯ２を放出するＣＯ２吸収放出手段と、
前記ＣＯ２吸収放出手段を前記第１の状態と前記第２の状態との間で変化させる状態調整手段と、
前記ＣＯ２吸収放出手段に吸収されているＣＯ２量を推定する吸収量推定手段と、
前記吸収量推定手段の推定結果に応じて前記ＣＯ２吸収放出手段のＣＯ２の吸収量が制御されるように前記状態調整手段を操作する吸収量制御手段と、を備えたことを特徴とする排気ガスの浄化装置。
【請求項１１】
前記第１の状態と前記第２の状態とが互いに異なる温度範囲に対応し、前記状態調整手段は前記ＣＯ２吸収放出手段に熱を供給可能であり、前記吸収量制御手段は前記状態調整手段からの前記ＣＯ２吸収放出手段への熱の供給を制限することにより前記吸収量を制御することを特徴とする請求項１０記載の排気ガスの浄化装置。
【請求項１２】
前記ＣＯ２吸収放出手段を迂回して排気ガスを導く迂回手段と、
前記ＣＯ２吸収放出手段に導かれる排気ガスの流量と、前記迂回手段を介して導かれる排気ガスの流量との比率を調整する流量比調整手段を備えたことを特徴とする請求項１又は１０に記載の排気ガスの浄化装置。
【請求項１３】
前記ＣＯ２吸収放出手段におけるＣＯ２の吸収速度が圧力と相関関係を有しており、前記排気通路には前記ＣＯ２吸収放出手段よりも下流側に排気絞り手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は１０に記載の排気ガスの浄化装置。
【請求項１４】
複数のＣＯ２吸収放出手段が前記排気通路に並列に設けられるとともに、前記排気通路には前記排気ガスを通過させるＣＯ２吸収放出手段を選択する選択手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は１０に記載の排気ガスの浄化装置。
【請求項１５】
前記排気通路には、前記状態調整手段、前記ＣＯ２吸収放出手段、及び前記排気浄化触媒の順で設置されていることを特徴とする請求項３又は１１に記載の排気ガスの浄化装置。
【請求項１６】
前記排気通路には、前記ＣＯ２吸収放出手段、前記状態調整手段及び前記排気浄化触媒の順で設置されていることを特徴とする請求項３又は１１に記載の排気ガスの浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＯ２吸収放出手段を利用した排気ガスの浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
室温から６００°Ｃ付近までの温度範囲でＣＯ２（二酸化炭素）を吸収し、６８０°Ｃ以上の温度範囲でＣＯ２を放出するＣＯ２吸収放出材が知られている（非特許文献１参照）。また、ガソリンエンジンの排気通路の下流にＣＯ２吸収放出材と排気浄化触媒とを設置し、ＣＯ２吸収放出材により排気ガス中のＣＯ２を吸収して排気浄化触媒に導かれるＣＯ２の分圧を低下させ、それにより排気浄化触媒におけるＣＯの酸化反応を促進する技術も知られている（特許文献１参照）。その他に、本発明に関する従来技術としては特許文献２〜４がある。
【０００３】
【非特許文献１】
東芝レビューＶｏｌ．５６、Ｎｏ．８（２００１）第１１〜１４頁
【特許文献１】
特開平１１−２６２６３１号公報
【特許文献２】
特開２００１−９６１２２号公報
【特許文献３】
特開平１１−２６２６３２号公報
【特許文献４】
特開２００１−１７８８４２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ディーゼルエンジンの排気浄化装置として、パティキュレートフィルタとＮＯｘ吸蔵還元触媒とを組み合わせた排気浄化システムが実用化されている。この種の排気浄化装置では触媒に溜まったＰＭ（粒子状物質）の酸化や硫黄被毒の解消といった触媒再生処理を定期的に行う必要があり、そのためには触媒の温度を所定の活性温度まで昇温させる必要がある。従来、触媒の昇温はエンジンから排出される排気ガスの温度を上昇させ、あるいは、排気ガスに燃料を添加して触媒付近で燃焼を生じさせることにより実現されている。しかし、触媒の昇温時には触媒内部に溜まっていたＨＣやＰＭが一斉に燃焼する等して触媒温度が急激に上昇するおそれがある。従って、触媒の過熱防止の観点からは再生処理時の目標上限温度を低めに設定せざるを得ない。再生処理の効率は触媒に加えられる熱量に相関しており、触媒温度が低ければ効率が悪化して処理に必要な時間は長くなり、それに伴って燃費が悪化する等の好ましくない影響が生じる。触媒温度を効率よく低下させ得る手段があれば過熱を回避しつつ目標上限温度を従来よりも高く設定できる可能性があるが、従来、このような目的でＣＯ２吸収放出手段を利用することは検討されていない。
【０００５】
そこで、本発明はＣＯ２吸収放出手段を利用して排気浄化触媒の状態を適切に制御できる排気ガスの浄化装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の排気ガスの浄化装置は、エンジンの排気通路に設けられた排気浄化触媒と、前記排気通路内にて前記排気浄化触媒よりも上流側に設けられ、第１の状態でＣＯ２を吸収し、第２の状態でＣＯ２を放出するＣＯ２吸収放出手段と、前記ＣＯ２吸収放出手段を前記第１の状態と前記第２の状態との間で変化させる状態調整手段と、前記排気浄化触媒の状態に応じて前記ＣＯ２吸収放出手段からのＣＯ２の放出量が制御されるように前記状態調整手段を操作する放出量制御手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
この発明によれば、状態調整手段の操作によってＣＯ２吸収放出手段を第２の状態に保持すれば、ＣＯ２吸収放出手段からＣＯ２が放出され、そのＣＯ２により排気浄化触媒内における燃焼反応が抑えられて排気浄化触媒の温度上昇が抑制される。ＣＯ２を放出する必要がないときには状態調整手段の操作によってＣＯ２吸収放出手段を第１の状態に保持して排気ガス中のＣＯ２をＣＯ２吸収放出手段にて吸収する。これにより、排気浄化触媒に導かれる排気ガス中のＣＯ２ガスの分圧を減らし、排気ガス中のＣＯの酸化反応を促進して排気ガスの浄化効率を高めることができる。このように排気浄化触媒の状態に応じて状態調整手段を操作することにより、ＣＯ２吸収放出手段を利用して排気浄化触媒の状態を適切に制御することができる。
【０００８】
本発明の排気ガスの浄化装置において、排気浄化触媒の状態に応じた状態調整手段の操作は、ＣＯ２ガスがもたらす燃焼抑制作用からみて排気浄化触媒の温度に関連付けて行われることが望ましいが、排気浄化触媒の温度変化をもたらすエンジンの制御パラメータと関連付けて状態調整手段が操作されてもよい。このような制御パラメータに基づく状態調整手段の操作を行う手段も、排気浄化触媒の状態に応じたＣＯ２放出量の制御を実現する点において本発明の放出量制御手段に含まれるものである。なお、放出量の制御の概念には、放出量を０に設定する場合も含まれる。
【０００９】
また、本発明において、状態調整手段はＣＯ２吸収放出手段を第１の状態及び第２の状態のいずれにも操作し得るものであってもよいし、ＣＯ２吸収放出手段を第１又は第２のいずれか一方の状態に仕向け、又は保持するものであってもよい。後者の場合、状態調整手段が特定の操作によってＣＯ２吸収放出手段を例えば第２の状態に保持し、その特定の操作を停止することによりＣＯ２吸収放出手段が第１の状態に変化すれば、あるいはその逆であっても、状態調整手段によってＣＯ２吸収放出手段が第１の状態と第２の状態との間で変化することに変わりはない。
【００１０】
本発明の排気ガスの浄化装置において、前記放出量制御手段は、前記排気浄化触媒の温度が所定の許容範囲を超えて上昇すると前記ＣＯ２吸収放出手段が第２の状態に保持され、前記許容範囲内では前記ＣＯ２吸収放出手段が前記第１の状態に保持されるように前記状態調整手段を操作してもよい（請求項２）。このように状態調整手段を操作することにより、排気浄化触媒の温度上昇時にＣＯ２を放出させて過熱を防止し、排気浄化触媒の温度が低下している間にＣＯ２を吸収させておくことができる。
【００１１】
本発明の排気ガスの浄化装置において、前記第１の状態と前記第２の状態とが互いに異なる温度範囲に対応し、前記状態調整手段は前記ＣＯ２吸収放出手段に熱を供給可能であり、前記放出量制御手段は前記状態調整手段から前記ＣＯ２吸収放出手段に供給される熱量を操作することにより前記放出量を制御してもよい（請求項３）。この態様によれば、状態調整手段から熱を供給することによりＣＯ２吸収放出手段を第２の状態に変化させることができ、熱量を制限することによりＣＯ２吸収放出手段の温度を低下させて第１の状態へと変化させることができる。状態調整手段は電気ヒーター等の公知の発熱装置を利用して容易に構成することができる。
【００１２】
本発明の排気ガスの浄化装置は、前記ＣＯ２吸収放出手段によるＣＯ２の吸収放出作用に応じて前記エンジンの排気通路又は吸気通路に生じる物理量の変化を監視し、その監視結果に基づいて前記ＣＯ２吸収放出手段の吸収放出特性を学習する特性学習手段を備えてもよい（請求項４）。ＣＯ２が吸収される場合には排気ガス中のＣＯ２の分圧が低下し、ＣＯ２が放出される場合には反対に排気ガス中のＣＯ２の分圧が上昇し、それらの影響が排気通路の気体組成比の変化や圧力の変化として出現する。吸気通路に関しても排気通路の圧力変化に伴って吸入空気量や吸気圧力の変化といった影響が現れる。従って、ＣＯ２の吸収放出に相関する物理量の変化を監視すればＣＯ２吸収放出手段がＣＯ２の吸収、放出のいずれの状態にあるのか、あるいはＣＯ２の吸収又は放出がどの程度の速度で行われているのか等の吸収放出特性を学習することができる。このような学習によって特定された吸収放出特性を状態調整手段の操作に反映させることにより、制御の精度を向上させることができる。
【００１３】
なお、上記でも触れたが、前記特性学習手段は、前記物理量として、前記吸気通路の吸入空気量、吸気圧力又は前記ＣＯ２吸収放出材の前後の圧力差に生じる変化を監視することにより、前記ＣＯ２吸収放出手段によるＣＯ２の吸収速度及び放出速度を学習してもよい（請求項５）。吸収速度が大きいほど吸入空気量は増加し、また吸気圧力は低下し、ＣＯ２吸収放出手段の前後の差圧も低下する関係にあり、放出時にはこれらとは逆の相関関係が生じる。こうした相関関係を利用すれば個々のＣＯ２吸収放出手段に則した吸収、放出速度を把握することができる。
【００１４】
また、第１の状態及び第２の状態が互いに異なる温度範囲に対応付けられている場合においては、前記ＣＯ２吸収放出手段によるＣＯ２の吸収放出作用に応じた前記排気通路のＣＯ２濃度の変化と前記ＣＯ２吸収放出手段の温度とを監視することにより、前記第１の状態及び前記第２の状態にそれぞれ対応する温度範囲を学習する特性学習手段を備えてもよい（請求項６）。この場合には、ＣＯ２濃度の変化からＣＯ２吸収放出手段が第１の状態又は第２の状態にあるか否かを判別でき、温度を併せて監視することにより第１の状態及び第２の状態のそれぞれの温度範囲を個々のＣＯ２吸収放出手段に則して把握することができる。なお、ＣＯ２の濃度の変化の監視は、センサによってＣＯ２の濃度そのものを検出し又は推定する場合に限らず、ＣＯ２の濃度変化と相関関係を有する他の気体の濃度（例えば酸素濃度）を検出又は推定する場合も含む。
【００１５】
本発明の排気ガスの浄化装置において、前記ＣＯ２吸収放出手段に導かれる排気ガス及び該ＣＯ２吸収放出手段から流出する排気ガスのうち、少なくともいずれか一方の排気ガスの状態に基づいて前記ＣＯ２吸収放出手段に吸収されているＣＯ２量を推定する吸収量推定手段を備えてもよい（請求項７）。例えばＣＯ２吸収放出手段に導かれる排気ガスの流量とＣＯ２濃度とからＣＯ２吸収放出手段に導かれるＣＯ２の流量が判るので、これを手がかりにすればＣＯ２吸収放出手段にどの程度のＣＯ２が吸収されているのかを把握し、吸収量が不足しているときには積極的に第１の状態に切り換える等の制御を行うことができる。また、ＣＯ２吸収放出手段から流出する排気ガスの状態（流量及びＣＯ２濃度）に着目すれば、ＣＯ２吸収放出手段によるＣＯ２の吸収又は放出の影響が加味されたＣＯ２流量が把握できるので、ＣＯ２吸収放出手段に導かれるＣＯ２流量がエンジンの運転状態からみて既定値とみなせる場合にはＣＯ２吸収放出手段から流出する排気ガスの状態を監視するだけでＣＯ２の吸収量又は放出量を把握することができる。さらに、ＣＯ２吸収放出手段の前後における排気ガスの状態を比較することによっても、ＣＯ２吸収放出手段のＣＯ２吸収量又は放出量を把握することができる。濃度を考慮せず、ＣＯ２吸収放出手段の前後における流量の差を比較することによってもＣＯ２の吸収量又は放出量を把握できる。なお、排気ガスの流量及びＣＯ２の濃度は、センサ等によって検出してもよいし、それらと相関関係を有する他の物理量（又はエンジンの制御パラメータ）の状態に基づいて推定されてもよい。
【００１６】
前記第１の状態と第２の状態とが互いに異なる温度範囲に対応付けられている場合において、本発明の排気ガスの浄化装置は、前記排気浄化触媒を昇温させて当該排気浄化触媒を再生する触媒再生手段をさらに具備し、前記放出量制御手段は、前記触媒再生手段による前記触媒の再生中は前記ＣＯ２吸収放出手段が前記第１の状態に対応する温度範囲内であってかつ前記第２の状態に対応する温度範囲との境界付近の温度に保持されるように前記状態調整手段を操作してもよい（請求項８）。
【００１７】
排気浄化触媒の再生中には、触媒付近に溜まっていたＨＣやＰＭが燃焼して触媒温度が急に上昇することがある。上記態様によれば、このような急激な温度上昇が検出され又は予測された場合に、ＣＯ２吸収放出手段を直ちに第２の状態に対応した温度範囲まで昇温させてＣＯ２の放出を直ちに開始させることができる。
【００１８】
本発明の排気ガスの浄化装置において、排気浄化触媒の温度が許容範囲を超えるか否かによってＣＯ２吸収放出手段の状態を切り換える場合には、前記触媒再生手段による前記触媒の再生中における前記ＣＯ２の放出頻度を検出し、該放出頻度が高いときは前記触媒再生手段による前記排気浄化触媒の目標温度が低下するように前記放出頻度に基づいて前記目標温度を制御する再生目標温度制御手段を備えてもよい（請求項９）。
【００１９】
ＣＯ２の放出頻度が高いときは排気浄化触媒の温度が許容範囲を超え易いことを意味するから、そのような場合には触媒再生中の目標温度を下げることにより排気浄化触媒の許容範囲を超える温度上昇を抑えることができる。
【００２０】
本発明の第２の排気ガスの浄化装置は、エンジンの排気通路に設けられた排気浄化触媒と、前記排気通路内にて前記排気浄化触媒よりも上流側に設けられ、第１の状態でＣＯ２を吸収し、第２の状態でＣＯ２を放出するＣＯ２吸収放出手段と、前記ＣＯ２吸収放出手段を前記第１の状態と前記第２の状態との間で変化させる状態調整手段と、前記ＣＯ２吸収放出手段に吸収されているＣＯ２量を推定する吸収量推定手段と、前記吸収量推定手段の推定結果に応じて前記ＣＯ２吸収放出手段のＣＯ２の吸収量が制御されるように前記状態調整手段を操作する吸収量制御手段とを備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１０）。
【００２１】
この発明の浄化装置によれば、ＣＯ２の吸収量を推定しているので、吸収量が足りないとき、換言すれば吸収能力に余裕があるときには状態調整手段の操作によってＣＯ２吸収放出手段を第１の状態に保持し、排気ガス中のＣＯ２をＣＯ２吸収放出手段に積極的に吸収することができる。これにより、ＣＯ２の放出が必要なときに十分な量のＣＯ２を確実に供給して排気浄化触媒の温度上昇を抑えることができる。なお、状態調整手段についての解釈は上述した第１の浄化装置の場合と同じでよい。吸収量の制御の概念には、吸収量を０に設定する場合も含まれる。
【００２２】
本発明の第２の浄化装置においては、前記第１の状態と前記第２の状態とが互いに異なる温度範囲に対応し、前記状態調整手段は前記ＣＯ２吸収放出手段に熱を供給可能であってもよい。この場合、前記吸収量制御手段は前記状態調整手段からの前記ＣＯ２吸収放出手段への熱の供給を制限することにより前記吸収量を制御することができる（請求項１１）。
【００２３】
本発明の各浄化装置において、前記ＣＯ２吸収放出手段を迂回して排気ガスを導く迂回手段と、前記ＣＯ２吸収放出手段に導かれる排気ガスの流量と、前記迂回手段を介して導かれる排気ガスの流量との比率を調整する流量比調整手段を備えてもよい（請求項１２）。この場合には、流量比調整手段にて流量の比率を調整することにより、ＣＯ２吸収放出手段を通過する排気ガスの流量を変化させてＣＯ２の吸収量や放出量を調整することができる。例えば、ＣＯ２吸収放出手段のＣＯ２吸収能力に余裕があるときはＣＯ２吸収放出手段を通過する排気ガスの流量を増加させることが好ましい。ＣＯ２放出量が多すぎて排気浄化触媒が必要以上に冷却されるおそれがある場合には迂回手段を経由する排気ガスの流量を増加させることにより、ＣＯ２の放出量を減少させることができる。
【００２４】
本発明の各浄化装置において、前記ＣＯ２吸収放出手段におけるＣＯ２の吸収速度が圧力と相関関係を有している場合、前記排気通路には前記ＣＯ２吸収放出手段よりも下流側に排気絞り手段が設けられてもよい（請求項１３）。排気絞り手段による排気の絞り具合を変化させることによりＣＯ２吸収放出手段の周辺の圧力を調整してＣＯ２吸収放出手段におけるＣＯ２の吸収速度を変化させることができる。これにより、排気絞りの操作を介してＣＯ２の吸収速度を制御することが可能となる。
【００２５】
本発明の各浄化装置において、複数のＣＯ２吸収放出手段が前記排気通路に並列に設けられるとともに、前記排気通路には前記排気ガスを通過させるＣＯ２吸収放出手段を選択する選択手段が設けられてもよい（請求項１４）。この場合には、一つのＣＯ２吸収放出手段のＣＯ２吸収量が限界に達した場合に他のＣＯ２吸収放出手段へ排気ガスを導くことにより、継続してＣＯ２を吸収し、浄化装置の全体で吸収可能なＣＯ２量を増加させることができる。複数のＣＯ２吸収放出手段のそれぞれで第１の状態や第２の状態を異ならせることにより、排気通路や排気ガスの状態に応じて最適なＣＯ２吸収放出手段に排気ガスを導いてＣＯ２の吸収効率や放出効率を最適化することもできる。
【００２６】
本発明の各浄化装置において、状態調整手段が熱を供給してＣＯ２吸収放出手段の状態を切り換えるものである場合、前記排気通路には、前記状態調整手段、前記ＣＯ２吸収放出手段、及び前記排気浄化触媒の順で設置されてもよい（請求項１５）。このような配置によれば、排気ガスの流れ方向に沿って状態調整手段の下流にＣＯ２吸収放出手段が並ぶので、状態調整手段の熱をＣＯ２吸収放出手段に効率よく伝えられる。
【００２７】
あるいは、前記排気通路には、前記ＣＯ２吸収放出手段、前記状態調整手段及び前記排気浄化触媒の順で設置されてもよい（請求項１６）。この場合には、状態調整手段から熱伝導又は輻射によってＣＯ２吸収放出手段に熱を供給できる。
また、ＣＯ２吸収放出手段から放出されるＣＯ２により状態調整手段そのものの過熱をも防止できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）図１は本発明の排気ガスの浄化装置の一実施形態を示している。この実施形態では、車両の走行用動力源として使用される内燃式のディーゼルエンジン１が対象とされ、そのエンジン１の排気通路２の途中には本発明に係る排気浄化ユニット３が設けられている。排気浄化ユニット３は、排気通路２の流れ方向（図中に矢印ＥＸで示す。）に沿って順に、状態調整手段としての発熱装置４と、ＣＯ２吸収放出手段としてのＣＯ２吸収放出材５と、排気浄化触媒６とを並べてなるものである。これら発熱装置４、ＣＯ２吸収放出材５及び排気浄化触媒６は互いに分離不可能に一体化されている。
【００２９】
発熱装置４はＣＯ２吸収放出材５を加熱するためのものであり、なるべくは温度制御の応答性に優れた発熱装置を使用することが望ましい。例えば電気エネルギの供給によって発熱する電気ヒータを発熱装置４として好適に用いることができる。ＥＨＣ（電熱触媒）を発熱装置として利用してもよい。ＣＯ２吸収放出材５はリチウムの複合酸化物、例えばジルコネート（Ｌｉ２ＺｒＯ３）を主体として構成され、図２にその特性を示したように、ａ°Ｃ〜ｂ°Ｃの温度範囲でＣＯ２を吸収（放出速度が負）し、ｃ°Ｃ〜ｄ°Ｃの温度範囲でＣＯ２を放出（放出速度が正）する特性を備えた公知のものである。ａ〜ｄの各温度はＣＯ２吸収放出材の材質や使用目的に応じて適宜に変更されるが、一例としてａ＝４００°Ｃ、ｂ＝５８０°Ｃ、ｃ＝６００°Ｃ、ｄ＝７００°Ｃ程度である。
【００３０】
さらに、排気浄化触媒６はセラミックス製の触媒坦体にＮＯｘ吸蔵還元触媒として機能する触媒物質を付着させた公知のＮＯｘ吸蔵還元触媒である。排気浄化触媒６を昇温させてＰＭ酸化や硫黄被毒の解消等の再生処理を行う触媒再生手段として、排気浄化ユニット３よりも上流の排気通路２には燃料供給装置７が設けられている。
【００３１】
上述した発熱装置４の発熱量、及び燃料供給装置７による燃料の供給量はＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）８によって制御される。また、排気浄化触媒６のＰＭ酸化や硫黄被毒の再生処理を行う際には、排気ガスの温度が上昇するようにエンジン１の運転条件がＥＣＵ８にて操作される。
【００３２】
ＥＣＵ８はＣＰＵ及びその動作に必要な周辺装置としてのＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えたコンピュータとして構成されており、ＲＯＭに記録された各種のプログラムに従ってエンジン１や各装置４，７の動作を制御する。ＥＣＵ８がその制御において参照すべき情報として、ＥＣＵ８には吸気通路９のエアフローメータ１０が検出した吸入空気量の情報、インテークマニホールド１１の吸気圧センサ１２が検出した吸気圧力の情報、温度センサ１３が検出したＣＯ２吸収放出材５の温度の情報、及び排気通路２の排気浄化触媒６よりも下流の排気成分センサ１４が検出した排気ガス中の特定成分の濃度、例えば酸素やＣＯ２の濃度の情報が与えられる。この他にもエンジン１の運転制御等のためにＥＣＵ８には種々のセンサから情報が与えられるが、各センサの図示は省略した。
【００３３】
次に、図３以下を参照して、ＥＣＵ８が発熱装置４及び燃料供給装置７を操作するために実行する各種の処理を説明する。
【００３４】
図３及び図４は、図２に示したＣＯ２吸収放出材５の吸収放出特性を学習するためにＥＣＵ８が実行する吸収放出特性学習ルーチンを示している。このルーチンはエンジン１の冷間始動直後のようにＣＯ２吸収放出材５の温度が吸収開始温度ａ°Ｃよりも低い段階で開始され、吸収放出特性が取得できるまで繰り返し実行される。このルーチンを実行することにより、ＥＣＵ８は特性学習手段として機能する。
【００３５】
図３のルーチンにおいて、ＥＣＵ８はまずステップＳ１で発熱装置４を作動させてＣＯ２吸収放出材５を加熱する。続いて、ステップＳ２では温度センサ１３からＣＯ２吸収放出材５の温度を取得し、さらにステップＳ３で排気成分センサ１４から排気中の酸素濃度を取得する。次に、ステップＳ４で吸収フラグに“１”がセットされているか否か判断し、セットされていなければステップＳ５に進んで放出フラグに“１”がセットされているか否か判断する。そして、セットされていなければステップＳ６に進み、ステップＳ３で取得した排気ガス中の酸素濃度が所定の基準値に対して上昇を開始したか否か判断する。ここでいう基準値とはＣＯ２吸収放出材５がＣＯ２を吸収も放出もしないときに排気ガス中に含まれるべき酸素濃度である。換言すればＣＯ２吸収放出材５が設けられていないと過程したときに検出されるべき酸素濃度である。また、ステップＳ６で上昇していないと判断した際にはステップＳ７へ進み、酸素濃度が基準値から低下を開始したか否か判断する。この場合の基準値はステップＳ６の場合と同じである。
【００３６】
図５から明らかなように、ＣＯ２吸収放出材５がＣＯ２を吸収する温度範囲（ａ°Ｃ〜ｂ°Ｃ）では排気中のＣＯ２量が減少するのでそれに応じて排気中の酸素濃度が上昇する。一方、ＣＯ２吸収放出材５がＣＯ２を放出する温度範囲（ｃ°Ｃ〜ｄ°Ｃ）では排気中のＣＯ２量が増加するのでそれに応じて排気中の酸素濃度が低下する。ステップＳ６の処理はＣＯ２の吸収開始に伴う酸素濃度の上昇開始を検出し、ステップＳ７の処理はＣＯ２の放出開始に伴う酸素濃度の低下開始を検出するものである。ステップＳ６及びＳ７がいずれも否定判断されたときは今回のルーチンを終える。
【００３７】
ステップＳ６で酸素濃度が上昇を開始したと判断したときにはステップＳ８へ進んで今回のルーチンのステップＳ２で取得したＣＯ２吸収放出材５の温度を吸収開始温度ａ°ＣとしてＥＣＵ８のＲＡＭに記憶し、続くステップＳ９で吸収フラグに“１”をセットして今回のルーチンを終える。これによりＣＯ２吸収放出材５がＣＯ２を吸収している間は吸収フラグに“１”がセットされてステップＳ４が肯定判断されてステップＳ１０へ処理が進むことになる。
【００３８】
ステップＳ１０では酸素濃度が上記の基準値に復帰したか否か判断し、復帰していなければステップＳ１１へ進んでＣＯ２吸収放出材５のＣＯ２の吸収速度を取得し、その値を温度と対応付けてＲＡＭに記憶してから今回のルーチンを終える。酸素濃度とＣＯ２濃度とは相補的な関係にあり、酸素濃度の基準値からのずれ量と、前回のルーチンから今回のルーチンまでに排気浄化触媒６を通過した排気ガスの量とから、ＣＯ２吸収放出材５におけるＣＯ２の吸収量を特定することができるので、その吸収量を前回のルーチンから今回のルーチンまでの時間で除算することによりその時点での吸収速度を求めることができる。
【００３９】
一方、ステップＳ１０で濃度が基準値に復帰したと判断した場合にはステップＳ１２へ進み、その時点で取得されているＣＯ２吸収放出材５の温度を吸収停止温度ｂ°ＣとしてＲＡＭに記憶し、続くステップＳ１３で吸収フラグを“０”にリセットしてから今回のルーチンを終える。
【００４０】
ステップＳ１３にて吸収フラグがリセットされた後もＣＯ２吸収放出材５が加熱され続けることにより、ＣＯ２吸収放出材５の温度がＣＯ２を放出する温度範囲（ｃ°Ｃ〜ｄ°Ｃ）に達し、その結果、ステップＳ７が肯定される。そして、ステップＳ７が肯定されると図４のステップＳ１４へ処理が進み、その時点で取得されているＣＯ２吸収放出材５の温度を放出開始温度ｃ°ＣとしてＥＣＵ８のＲＡＭに記憶し、続くステップＳ１５で放出フラグに“１”をセットして今回のルーチンを終える。これによりＣＯ２吸収放出材５がＣＯ２を放出している間は放出フラグに“１”がセットされ、その結果、図３のステップＳ５が肯定判断されて図４のステップＳ１６へ処理が進むことになる。
【００４１】
ステップＳ１６では酸素濃度が上記の基準値に復帰したか否か判断し、復帰していなければステップＳ１７へ進んでＣＯ２吸収放出材５のＣＯ２の放出速度を取得し、その値を温度と対応付けてＲＡＭに記憶してから今回のルーチンを終える。酸素濃度の基準値からのずれ量と、前回のルーチンから今回のルーチンまでに排気浄化触媒６を通過した排気ガスの量とから、ＣＯ２吸収放出材５におけるＣＯ２の放出量を特定することができるので、その放出量を前回のルーチンから今回のルーチンまでの時間で除算することによりその時点での放出速度を求めることができる。
【００４２】
一方、ステップＳ１６で濃度が基準値に復帰したと判断した場合にはステップ１８へ進み、その時点で取得されているＣＯ２吸収放出材５の温度を放出停止温度ｄ°ＣとしてＲＡＭに記憶し、続くステップＳ１９で放出フラグを“０”にリセットしてから今回のルーチンを終える。
【００４３】
ステップＳ１８及びＳ１９の処理の実行により、学習ルーチンで取得すべき全ての情報が特定されるので、ステップＳ１９の処理をもって学習は終了し、その後、発熱装置４は図６に示すＣＯ２吸収放出制御ルーチンに従って制御される。また、図３及び図４の学習ルーチンは再学習の必要が生じない限りＥＣＵ８において実行されない。
【００４４】
以上の学習ルーチンを実行することにより、図２に示したような吸収放出特性、すなわち吸収開始温度ａ°Ｃ、吸収停止温度ｂ°Ｃ、放出開始温度ｃ°Ｃ、放出停止温度ｄ°Ｃと、吸収温度範囲（ａ〜ｂ°Ｃ）内の各温度における吸収速度と、放出温度範囲（ｃ〜ｄ°Ｃ）内の各温度における放出速度とを現実の排気浄化ユニット３に則して特定できる。このようにして取得した吸収放出特性が以下に説明する各種のルーチンで参照されることにより、発熱装置４の操作によるＣＯ２の吸収及び放出が高精度に制御される。
【００４５】
なお、図３及び図４の例では排気中の酸素濃度を利用してＣＯ２吸収放出材５の特性を取得したが、ＣＯ２の吸収及び放出に伴って排気通路２の背圧が変化し、それに伴って吸気通路９における吸入空気量や吸気圧力も変化する。例えば、ＣＯ２の吸収時には排気背圧が低下して吸入空気量は増加し、吸気圧力は低下する。従って、吸入空気量や吸気圧力とＣＯ２吸収放出材５の吸収及び放出動作との間にも図５に示した通りの相関関係がある。従って、図３及び図４のステップＳ１１及びＳ１７においてはエアフローメータ１０が検出する吸入空気量、又は吸気圧センサ１２が検出するインテークマニホールド１１の圧力を参照してＣＯ２の吸収量や放出量を特定し、吸収速度や放出特性を求めるようにしてもよい。
さらに、排気浄化触媒６の前後差圧に関しても図５に示したようにＣＯ２吸収放出材５の吸収及び放出動作との間において相関関係を有しているから、当該差圧を取得してＣＯ２の吸収量や放出量を特定してもよい。
【００４６】
次に図６のＣＯ２吸収放出制御ルーチンを説明する。このルーチンは排気浄化触媒６の過熱防止を目的として発熱装置４を操作するためのものであり、排気浄化触媒６の暖機完了後において所定の周期で繰り返し実行される。図６のルーチンを実行することによりＥＣＵ８は放出量制御手段、及び吸収量制御手段として機能する。
【００４７】
図６の吸収放出制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ８はまずステップＳ２１で排気浄化触媒６がＰＭ再生（酸化）や硫黄被毒の再生を目的として加熱運転されている状態か否か判断する。ここでいう加熱は燃料供給装置７による燃料添加等によって実行される排気浄化触媒６の昇温処理を意味する。
【００４８】
ステップＳ２１において加熱運転中でなければステップＳ２２へ進み、ＣＯ２吸収放出材５に吸収されているＣＯ２の量（以下、ＣＯ２吸収総量）が下限の閾値として設定されたＦ％未満か否か判断する。Ｆ％未満であればステップＳ２３に進んでＣＯ２吸収放出材５が吸収温度範囲に維持されるように発熱装置４の発熱量を制御する（図７のハッチング領域参照）。一方、図６のステップＳ２２において吸収総量がＦ％以上のときはステップＳ２３をスキップする。
【００４９】
また、ステップＳ２１において排気浄化触媒６が加熱運転中であった場合にはステップＳ２４へ進み、排気浄化触媒６の過熱を防止する上でＣＯ２の放出が必要か否か判断する。例えば、排気浄化触媒６の温度を検出又は推定し、その温度が許容範囲を超えているときにＣＯ２の放出が必要と判断する。その他、ＣＯ２を利用した昇温防止の必要性は様々な条件と関連付けてよい。
【００５０】
ステップＳ２４においてＣＯ２の放出が不要と判断された場合には続くステップＳ２５においてエンジン１が過熱多発領域、つまり排気浄化触媒６における過熱を誘発し易い領域で運転されているか否かを判断する。そして、過熱多発領域で運転されている場合にはＣＯ２吸収放出材５がその放出開始温度ｃ°Ｃよりも僅かに低温に保持されるように発熱装置４を操作する。但し、ＣＯ２吸収放出材５の保持温度と放出開始温度ｃ°Ｃとの差は、発熱装置４の操作によるＣＯ２吸収放出材５の温度制御の誤差量よりも大きく設定しておく。ＣＯ２吸収放出材５をこのような温度に保持しておけば、必要がないにも拘わらず制御の誤差でＣＯ２吸収放出材５からＣＯ２が放出されるおそれがなくなる。その一方で、ＣＯ２の放出が必要になった際には発熱装置４の熱量を僅かに増加させるだけで直ちにＣＯ２の放出を開始させることができる。
【００５１】
ステップＳ２５で否定判断された場合にはステップＳ２７へ進み、ＣＯ２吸収総量が下限の閾値として設定されたＦ％未満か否か判断する。Ｆ％未満であればステップＳ２８に進んでＣＯ２吸収放出材５が吸収温度範囲に維持されるように発熱装置４の発熱量を制御し、Ｆ％以上のときはステップＳ２８をスキップする。一方、ステップＳ２４でＣＯ２の放出が必要と判断された場合にはステップＳ２９へ進み、ＣＯ２吸収放出材５が放出温度範囲（ｃ°Ｃ〜ｄ°Ｃ）に保持されるように発熱装置４を操作する。このときに放出されるＣＯ２により排気浄化触媒６における燃焼反応が抑えられて触媒６の過熱が防止される。
【００５２】
そして、ステップＳ２３、Ｓ２６、Ｓ２８及びＳ２９のいずれかの処理が行われた後はステップＳ３０へ進み、ＣＯ２の吸収総量算出用のサブルーチンを実行し、その終了を待って今回のＣＯ２放出制御ルーチンを終える。
【００５３】
ステップＳ３０で呼び出されるＣＯ２吸収総量算出サブルーチンを図８に示す。このサブルーチンを実行することにより、ＥＣＵ８は吸収量推定手段として昨日する。
【００５４】
図８のサブルーチンにおいて、ＥＣＵ８は、まずステップＳ１０１でＣＯ２吸収放出材５の温度が吸収温度範囲か否かを判断する。吸収温度範囲であればステップＳ１０２へ進み、ＣＯ２吸収放出材５の手前（上流）におけるＣＯ２濃度と排気ガスの流量とからＣＯ２吸収量△ＣＯ２ａｄｄを算出する。ここでは、ＣＯ２濃度と排気ガスの流量とからＣＯ２吸収放出材５に流入するＣＯ２の流量を特定できるので、その流量と図３の学習ルーチンで取得したＣＯ２吸収放出材５のＣＯ２吸収速度とからＣＯ２の吸収率を特定して吸収量△ＣＯ２ａｄｄを求めればよい。
【００５５】
吸収量△ＣＯ２ａｄｄを算出した後はステップＳ１０３へ進み、今回のルーチン実行時におけるＣＯ２吸収総量ＣＯ２ｓｔｒｇｉを以下の式で求め、得られた値をＥＣＵ８のＲＡＭに記憶する。なお、ＣＯ２ｓｔｒｇｉ−１は前回のルーチン実行時に求めたＣＯ２吸収総量である。
【数１】
ＣＯ２ｓｔｒｇｉ＝ＣＯ２ｓｔｒｇｉ−１＋△ＣＯ２ａｄｄ
【００５６】
一方、ステップＳ１０１で吸収温度範囲ではないと判断した場合にはステップＳ１０４へ進み、ＣＯ２吸収放出材５の温度が放出温度範囲か否かを判断する。放出温度範囲であればステップＳ１０５へ進み、ＣＯ２吸収放出材５の手前におけるＣＯ２濃度と排気ガスの流量とからＣＯ２放出量△ＣＯ２ｓｕｂを算出する。
ここでも、ＣＯ２濃度と排気ガスの流量とからＣＯ２吸収放出材５に流入するＣＯ２の流量を特定できるので、その流量と図３の学習ルーチンで取得したＣＯ２吸収放出材５のＣＯ２放出速度とからＣＯ２の放出率を特定して放出量△ＣＯ２ｓｕｂを求めればよい。
【００５７】
放出量△ＣＯ２ｓｕｂを算出した後はステップＳ１０６へ進み、今回のルーチン実行時におけるＣＯ２吸収総量ＣＯ２ｓｔｒｇｉを以下の式で求め、得られた値をＥＣＵ８のＲＡＭに記憶する。
【数２】
ＣＯ２ｓｔｒｇｉ＝ＣＯ２ｓｔｒｇｉ−１−△ＣＯ２ｓｕｂ
【００５８】
また、ステップＳ１０４で放出温度範囲ではないと判断した場合にはステップＳ１０７に進み、前回のルーチンで求めた吸収総量ＣＯ２ｓｔｒｇｉ−１を今回のルーチン実行時のＣＯ２吸収総量ＣＯ２ｓｔｒｇｉとしてＲＡＭに記憶する。
【００５９】
以上のステップＳ１０３，Ｓ１０６又はＳ１０７にて吸収総量を求めることによって図８のサブルーチンを終了する。
【００６０】
なお、図３及び図４の学習ルーチンで取得した吸収特性及び放出特性を図８のルーチンで使用することにより、吸収総量の演算値の信頼性を高めることができる。図８のルーチンにおいて、ＣＯ２吸収放出材５の手前におけるＣＯ２濃度や排気ガス流量はセンサによって実測してもよいし、これらの値に相関するエンジン１の運転制御パラメータから演算してもよい。
【００６１】
次に、図９及び図１０を参照してＥＣＵ８による排気浄化触媒６の目標温度の制御を説明する。なお、これらの制御は排気浄化触媒６の再生処理のために排気浄化触媒６を燃料供給装置７からの燃料添加やエンジン１の排気温度の上昇によって昇温させている間にＥＣＵ８が繰り返し実行するものである。これらのルーチンを実行することにより、ＥＣＵ８は再生目標温度制御手段として機能する。
【００６２】
図１０の触媒温度制御の実行に必要な情報を取得するため、ＥＣＵ８は図９のＣＯ２放出頻度取得ルーチンを所定の周期で繰り返し実行する。図９のルーチンではまずステップＳ４１でＣＯ２吸収放出材５がＣＯ２の放出を開始したか否か判断する。例えば、温度センサ１３にて検出した温度が放出温度範囲外から放出温度範囲内に変化したか否かを監視し、そのような変化があれば放出が開始されたと判定すればよい。続くステップＳ４２ではＲＡＭに記録された放出回数のカウント値に１を加算し、次のステップＳ４３では前回のルーチン実行時からの車両の走行距離を取得する。ステップＳ４１〜Ｓ４３の処理によりＣＯ２の放出履歴が走行距離と対応付けて取得される。この後ステップＳ４４に進み、所定の単位走行距離当たりの放出回数を検出し、これをＣＯ２吸収放出材５のＣＯ２放出頻度としてＲＡＭ５に記憶してルーチンを終える。
【００６３】
次に、図１０の触媒温度制御ルーチンを説明する。このルーチンはＥＣＵ８が図示外のルーチンにより排気浄化触媒６をＰＭ酸化や硫黄被毒の解消等の再生処理に必要な高温域に昇温させる場合に限り、触媒６の再生処理における目標温度を制御するために所定の周期で繰り返し実行される。
【００６４】
図１のルーチンにおいて、ＥＣＵ８はまずステップＳ５１においてエンジン１が過熱多発領域、つまり排気浄化触媒６における過熱を誘発し易い領域で運転されているか否かを判断する（図６のステップＳ２５と同様）。そして、過熱多発領域で運転されていない場合にはステップＳ５２へ進んで触媒目標温度を増加させてからルーチンを終える。これにより、例えば燃料供給装置７からの燃料添加量が増量され、あるいは排気ガスの温度が上昇するようにエンジン１の運転条件が調整される。
【００６５】
一方、ステップＳ５１において過熱多発領域で運転されている場合にはステップＳ５３へ進み、ＣＯ２の放出頻度が所定の許容回数よりも多いか否か判断する。放出頻度が許容回数以下の場合はステップＳ５４へ進み、触媒目標温度を現在の温度に維持してルーチンを終える。これに対して、ステップＳ５３でＣＯ２放出頻度が許容回数よりも多いときは過熱が生じ易い触媒６であると判断してステップＳ５５へ進み、現在の目標温度が再生処理における目標温度の下限か否かを判断する。そして、下限でなければステップＳ５６へ進んで触媒目標温度を低下させてルーチンを終える。
【００６６】
ステップＳ５５にて目標温度の下限と判断した場合にはステップＳ５７に進み、排気浄化触媒６に供給される単位時間当たりのエネルギ量を制限してルーチンを終える。具体的には、燃料供給装置７から添加される単位時間当たりの燃料量やエンジン１の運転パラメータの制御によって実現される排気ガス温度の上昇量を通常の場合よりも小さく制限する。ステップＳ５５が肯定判断される場合には、再生処理時の目標温度を下限まで低下させも触媒６が過熱してＣＯ２の放出が頻繁に繰り返されていることを意味するから、触媒６の温度制御精度が劣化し又は異常を起こしているおそれが高い。このような場合にステップＳ５７の処理で供給エネルギ量を制限すれば触媒６の過熱を確実に防止することができる。
【００６７】
以上の実施形態では排気ガスの流れる方向に沿って発熱装置４、ＣＯ２吸収放出材５及び排気浄化触媒６の順に並べているので、発熱装置４の発生した熱を効率よくＣＯ２吸収放出材５へ与えることができ、少ない熱エネルギでＣＯ２吸収放出材５を速やかに加熱することができる。但し、これらの配置は図１の形態に限定されず、例えば図１１（ａ）に示すように排気の流れ方向に沿ってＣＯ２吸収放出材５、発熱装置４、そして排気浄化触媒６の順に並べて排気浄化ユニット３を構成してもよい。図１１（ａ）のレイアウトによれば、発熱装置４で発生した熱を熱伝導や輻射によってＣＯ２吸収放出材５に伝達でき、ＣＯ２吸収放出材５が放出したＣＯ２により触媒６のみならず発熱装置４の過熱をも抑制することができる。
【００６８】
また、図１１（ｃ）に示すように、図１の排気浄化ユニット３を複数（図では２つ）連結してもよい。勿論、図１１（ａ）の排気浄化ユニット３を複数連結してもよい。この場合には、発熱装置４、ＣＯ２吸収放出材５及び排気浄化触媒６が排気の流れ方向に沿って繰り返しかつ離散的に配置されるので、全体としてみると各装置４、５及び触媒６の配置に関する偏りが小さくなり、ＣＯ２の放出による温度抑制効果の局部的な偏りを抑えることができる。
【００６９】
また、図１１（ｃ）に示すように、ＣＯ２吸収放出材５と発熱装置４とを交互に複数並べ、最も下流に排気浄化触媒６を配置して排気浄化ユニット３を構成してもよい。このレイアウトによれば、ＣＯ２吸収放出材５を上流側及び下流側の両方の発熱装置４から効率よく加熱することができ、かつ、ＣＯ２吸収放出材５からのＣＯ２により発熱装置４の過熱を防止することができる。
【００７０】
さらに、図１１（ｄ）に示すように、発熱装置４とＣＯ２吸収放出材５とを一体化して排気通路２の上流側に配置し、これらから排気通路２の下流側に離して排気浄化触媒６を配置して一つの排気浄化ユニット３を構成してもよい。このような構成によれば、発熱装置４とＣＯ２吸収放出材５とをエンジン１に近付けることにより、エンジン１からの排出直後の高温の排気ガスの熱を利用して発熱装置４及びＣＯ２吸収放出材５を加熱する一方、排気浄化触媒６をエンジン１から遠ざけて排気ガスによる触媒６の過度の温度上昇を抑制することができる。また、排気ガスとＣＯ２吸収放出材５から放出されたＣＯ２とを均一に混合してから排気浄化触媒６に導くことができるので、ＣＯ２による温度抑制効果が触媒６内において局所的に偏るおそれがなく、安定した温度抑制効果が得られる。
【００７１】
（第２の実施形態）次に、本発明の第２の実施形態について説明する。但し、本実施形態において、第１の実施形態との共通部分には同一の参照符号を使用し、それらの詳細な説明は省略する。図１２（ａ）に示すように、本実施形態では、排気通路２がＣＯ２吸収放出材５を通過する第１通路２０ａと、ＣＯ２吸収放出材５を迂回する第２通路（迂回手段）２０ｂとに分岐され、それらの分岐部分に入口弁２１及び出口弁２２がそれぞれ設けられている。入口弁２１は支点２１ａを中心として弁体２１ｂがアクチュエータ２１ｃで回転駆動されることにより、第１通路２０ａを閉じて第２通路２０ｂを開く全閉位置（実線で示す。）と、第１通路２０ａを開いて第２通路２０ｂを閉じる全開位置（想像線で示す。）との間の任意の開度に調整可能である。また、出口弁２２は支点２２ａを中心として弁体２２ｂがアクチュエータ２２ｃで回転駆動されることにより、第１通路２０ａを閉じて第２通路２０ｂを全閉開く位置（実線で示す。）と、第１通路２０ａを開いて第２通路２０ｂを閉じる全開位置（想像線で示す。）との間の任意の開度に調整可能である。これらの弁２１、２２の弁体２１ｂ、２２ｂの開度はＥＣＵ８にて制御される。
【００７２】
さらに、第１通路２０ａには、ＣＯ２吸収放出材５の前後の圧力を検出する圧力センサ２３，２４及び温度センサ１３が設けられている。なお、排気浄化触媒６は出口弁２２よりも下流に設置されているがその図示は省略した。発熱装置４は第１通路２０ａのＣＯ２吸収放出材５の前又は後に設置されてもよいし、入口弁２１よりも上流側の排気通路２内に設置されてもよい。
【００７３】
以上のような構成によれば、入口弁２１及び出口弁２２を利用することにより、（１）排気ガスが通過する通路の切り替え、（２）ＣＯ２吸収放出材５から放出されるＣＯ２量の調整、及び（３）ＣＯ２吸収放出材５の周辺の圧力の調整という３つの機能を実現することができる。例えば、入口弁２１及び出口弁２２の開度をそれぞれ全閉に設定すれば、排気ガスの全量が第２通路２０ｂを通過し、入口弁２１及び出口弁２２の開度をそれぞれ全開に設定すれば、排気ガスの全量が第１通路２０ａを通過する。また、入口弁２１及び出口弁２２を全閉と全開との間の任意の位置に設定することにより、第１通路２０ａを通過する排気ガスと、第２通路２０ｂを通過する排気ガスとの流量比を変化させることができ、ＣＯ２吸収放出材５から出口弁２２よりも下流の排気通路２に放出されるＣＯ２の流量を変化させることができる。従って、入口弁２１及び出口弁２２はそれぞれ流量比調整手段として機能することができる。
【００７４】
さらに、入口弁２１の開度を全開として排気ガスの全量を第１通路２０ａに導くようにした場合には、出口弁２２を排気絞り手段として機能させて第１通路２０ａの圧力を通常時の圧力（つまり、入口弁２１や出口弁２２にて排気ガスの流れを絞らない場合の圧力）よりも上昇させることができる。その際の第１通路２０ａの圧力は出口弁２２の全閉位置からの開度に応じて変化する。
【００７５】
次に、入口弁２１及び出口弁２２の上記機能を利用してＣＯ２吸収放出材５のＣＯ２の吸収及び放出を制御するためにＥＣＵ８が実行する処理の一例を図１３により説明する。
【００７６】
図１３はエンジン１（図１参照）の動作中にＥＣＵ８が所定の周期で繰り返し実行する開度制御ルーチンを示している。この開度制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ８はまずステップＳ２０１でＣＯ２放出条件が満たされているか否か判断する。ＣＯ２放出条件とはＣＯ２吸収放出材５がＣＯ２を放出するために必要な条件であり、例えば温度センサ１３にて検出される温度が放出温度範囲（図２のｃ°Ｃ〜ｄ°Ｃ）にあることが条件に含まれる。
【００７７】
ステップＳ２０１で放出条件でないときはステップＳ２０２へ進み、ＣＯ２吸収総量が所定の上限に達しているか否か判断する。達していなければステップＳ２０３へ進み、ＣＯ２吸収放出材５の周辺における目標圧力を算出する。ステップＳ２０２でＣＯ２吸収総量が上限に達しているときはステップＳ２０９へ進んで入口弁２１及び出口弁２２の開度をそれぞれ全閉に決定する。ＣＯ２吸収放出材５におけるＣＯ２吸収速度を高めるためには第１通路２０ａの圧力が高いことが望ましいが、圧力が高い状態を長時間維持すると燃費悪化といった不都合が生じる。そこで、ＣＯ２吸収総量が十分な量に達するまでは目標圧力を比較的高めに設定してＣＯ２を短時間で吸収させ、その後は目標圧力を通常時の圧力に戻すためである。
【００７８】
ステップＳ２０３で目標圧力を算出した後はステップＳ２０４に進み、圧力センサ２３、２４を利用してＣＯ２吸収放出材５の周辺の現在の圧力を取得し、続くステップＳ２０５で目標圧力と現在の圧力との偏差を算出し、さらにステップＳ２０６で圧力偏差に応じた出口弁２２の開度の調整量を算出し、その算出結果に基づいて出口弁２２の開度を決定する。例えば、目標圧力に対して現在の圧力が小さければ出口弁２２の全閉位置からの開き量がより小さくなるように開度を変化させて第１通路２０ａの圧力を高めるようにする。その後、ステップＳ２０７で入口弁２１の開度を全開に決定する。
【００７９】
ステップＳ２０１においてＣＯ２放出条件であったときはステップＳ２０８に進み、排気浄化触媒６の状態に基づいてＣＯ２の放出が要求されているか否かを判断する。要求されていないときはステップＳ２０９へ進み、入口弁２１及び出口弁２２の開度をそれぞれ全閉に決定する。
【００８０】
一方、ステップＳ２０８にてＣＯ２放出が要求されているときは図１４のステップＳ２１０へ進み、第１通路２０ａを通過すべき排気ガスの目標流量（目標通過ガス量）を算出する。目標通過ガス量は、ＣＯ２吸収放出材５からのＣＯ２の放出量が多すぎて排気浄化触媒６が過剰に冷却されないように、排気浄化触媒６の状態に応じて増減される。次にステップＳ２１１へ進み、圧力センサ２３、２４が検出するＣＯ２吸収放出材５の前後の圧力を利用して、ＣＯ２吸収放出材５を通過する排気ガスの現在の流量を取得する。その後、ステップＳ２１２にて目標通過ガス量に対する現在の流量の偏差を算出し、さらにステップＳ２１３で流量の偏差に応じた入口弁２１の開度の調整量を算出し、その算出結果に基づいて入口弁２１の開度を決定する。続くステップＳ２１４では、出口弁２２の開度を中立、すなわち第１通路２０ａ及び第２通路２０ｂのいずれもほぼ等しく開く位置に決定する。
【００８１】
以上のようにして、ステップＳ２０７、Ｓ２０９又はＳ２１４の処理後は図１３のステップＳ２１５に進み、決定された開度を各弁２１、２２のアクチュエータ２１ｃ、２２ｃに指示して今回のルーチンを終える。
【００８２】
以上の開度制御ルーチンにおいて、ＣＯ２吸収放出材５がＣＯ２を放出する状態ではなく、かつそのＣＯ２吸収総量も上限に達していなければステップＳ２０２〜Ｓ２０７の処理により第１通路２０ａの圧力が上昇するように入口弁２１及び出口弁２２の開度が調整され、それによりＣＯ２の吸収が短時間で行われるようになる。また、ＣＯ２の放出が要求された場合にはステップＳ２１０〜２１４により排気浄化触媒６に適正な量のＣＯ２が放出されるように第１通路２０ａを通過する排気ガスの量が調整されるから、ＣＯ２の供給過多による触媒６の過冷却を防止することができる。さらに、ＣＯ２の放出が不要となった場合にはステップＳ２０８からＳ２０９へ処理が進んで排気ガスの全量が第２通路２０ｂを通過するため、ＣＯ２吸収放出材５から排気浄化触媒６へのＣＯ２の供給を速やかに停止することができる。
【００８３】
なお、第２の実施形態では、入口弁２１及び出口弁２２を併用したが、図１５に示すように入口弁２１のみ、又は図１６に示すように出口弁２２のみを設けてもよい。図１５の例では（３）の機能、すなわちＣＯ２吸収放出材５の周辺の圧力を上昇させることができないものの、入口弁２１の開度調整による第１通路２０ａと第２通路２０ｂとの間での排気ガス通路の切り替え（（１）の機能）、及びＣＯ２吸収放出材５からのＣＯ２放出量の調整（（２）の機能）を実現することができる。また、図１６の例でもＣＯ２吸収放出材５の周辺の圧力を上昇させること（（３）の機能）が実現できないものの、出口弁２２の開度調整による第１通路２０ａと第２通路２０ｂとの間での排気ガス通路の切り替え（（１）の機能）、及びＣＯ２吸収放出材５からのＣＯ２放出量の調整（（２）の機能）を実現することができる。
【００８４】
また、出口弁２２は図１７に示すように、第１通路２０ａ及び第２通路２０ｂの双方を排気通路２の下流側に対して閉じる全閉位置（図の実線位置）と、第１通路２０ａを開き第２通路２０ｂを閉じる全開位置（図の想像線位置）との間の間の任意の開度に調整可能であってもよい。この場合には、第１通路２０ａを閉じて第２通路２０ｂのみを開くことができないために上述した（１）の機能は実現できないが、弁体２２ｂの開度調整により第１通路２０ａと第２通路２０ｂとの間の流量比の調整（（２）の機能）と、第１通路２０ａの圧力上昇（（３）の機能）とを実現することができる。さらに、図１８に示すように、図１７に示す出口弁２２と、図１２、図１５及び図１６の入口弁２１とを組み合わせてもよい。図１８の例では、入口弁２１を全閉にして出口弁２２を全閉位置と全開位置との間の開度に設定すれば第２通路２０ｂのみを排気ガスが流れるので、上述した（１）〜（３）の機能の全てを実現できる。
【００８５】
さらに、図１９に示すように、排気通路２０に第１通路２０ａ〜第ｎ通路２０ｎ（但し、ｎは３以上の自然数）を設け、いずれか一つの通路（第ｎ通路２０ｎ）を除く全ての通路２０ａ〜２０ｎ−１にＣＯ２吸収放出材５を設置し、かつそれらのＣＯ２吸収放出材５が設置された全ての通路の出口側に選択手段としての出口弁２２を設けた構成としてもよい。このような構成によれば、ＣＯ２の吸収時に例えば第１通路２０ａのＣＯ２吸収放出材５が上限まで達したらその出口弁２２を閉じ、第２通路２０ｂを開けてそこのＣＯ２吸収放出材５にＣＯ２を吸収させるといった具合に、ＣＯ２を吸収させるＣＯ２吸収放出材５を適宜に選択することができる。各通路のＣＯ２吸収放出材５の吸収特性が同じであれば、装置全体としてのＣＯ２の吸収放出速度が向上する。また、各通路に配置されるＣＯ２吸収放出材５の吸収温度範囲を互いにずらしておき、排気ガスの温度に対して最も効率良くＣＯ２を吸収できる通路に選択的に排気ガスを導くようにしてもよい。さらに、ＣＯ２の放出時においても、現在の温度からみて最も効率よくＣＯ２を放出できる通路を排気ガスが通過するよう出口弁２２を制御してもよい。
【００８６】
本発明は以上の実施形態に限定されず、種々の形態にて実施してよい。例えば本発明の浄化装置はディーゼルエンジンに限らずガソリンエンジンにも適用してよい。本発明の浄化装置は内燃機関、外燃機関のいずれにも適用できる。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発熱装置等の状態調整手段を操作してＣＯ２吸収放出手段を第２の状態に保持することにより、排気ガス中のＣＯ２量を増加させて排気浄化触媒の過熱を抑えることができ、反対にＣＯ２吸収放出手段を第１の状態に保持することにより、将来の放出に備えて排気ガス中のＣＯ２をＣＯ２吸収放出手段に蓄えておくことができる。しかも、ＣＯ２吸収放出手段にてＣＯ２を吸収した場合には排気浄化触媒におけるＣＯの酸化反応を促進して排気エミッションを改善することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る排気ガスの浄化装置の構成を示す図。
【図２】図１のＣＯ２吸収放出材の温度とＣＯ２の吸収速度との関係を示す図。
【図３】図１のＥＣＵが実行する吸収放出特性学習ルーチンの手順を示すフローチャート。
【図４】図３に続くフローチャート。
【図５】図１のＣＯ２吸収放出材の吸収放出特性と、排気酸素濃度、吸入空気量、インテークマニホールド圧力、触媒前後差圧との相関関係を示す図。
【図６】図１のＥＣＵが実行するＣＯ２吸収放出制御ルーチンの手順を示すフローチャート。
【図７】図６のルーチンによって実現されるＣＯ２吸収放出材のＣＯ２吸収総量と温度制御範囲との相関関係を示す図。
【図８】図１のＥＣＵ８が図６のサブルーチンとして実行するＣＯ２吸収総量算出ルーチンの手順を示すフローチャート。
【図９】図１のＥＣＵが実行するＣＯ２放出頻度取得ルーチンの手順を示すフローチャート。
【図１０】図１のＥＣＵが実行する触媒温度制御ルーチンの手順を示すフローチャート。
【図１１】発熱装置、ＣＯ２吸収放出材及び排気浄化触媒のレイアウトに関する変形例を示す図。
【図１２】排気通路に迂回手段を設けた第２の実施形態の構成を示す図。
【図１３】第２の実施形態においてＥＣＵが実行する開度制御ルーチンの手順を示すフローチャート。
【図１４】図１３に続くフローチャート。
【図１５】入口弁のみを設けた構成を示す図。
【図１６】出口弁のみを設けた構成を示す図。
【図１７】出口弁の他の例を示す図。
【図１８】入口弁と出口弁を併設した他の例を示す図。
【図１９】複数のＣＯ２吸収放出材を併設した例を示す図。
【符号の説明】
１  ディーゼルエンジン
２  排気通路
３  排気浄化ユニット
４  発熱装置（状態調整手段）
５  ＣＯ２吸収放出材（ＣＯ２吸収放出手段）
６  排気浄化触媒
７  燃料供給装置（触媒再生手段）
８  エンジンコントロールユニット（放出量制御手段、特性学習手段、吸収量制御手段、再生目標温度制御手段、吸収量推定手段）
２０ｂ  第２通路（迂回手段）
２１  入口弁（流量比調整手段）
２２  出口弁（流量比調整手段、排気絞り手段、選択手段）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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