(57)【要約】【課題】内燃機関の始動直後における有害成分の放出を抑制する。【解決手段】排気ガスを保持可能な捕集容器１１と、排気通路４から捕集容器１１へ排気ガスを導く排気ガス取り出し通路１２と、捕集容器１１から触媒７の上流側に排気ガスを導く排気ガス導入通路１３と、排気通路４から排気ガス取り出し通路１２への排気ガスの導入を許可する位置とその導入を阻止する位置との間で切り替え可能な切替弁１４と、排気ガス導入通路１３を介した排気ガスの導入を許可する位置とその導入を阻止する位置との間で切り替え可能な開閉弁１５とを具備し、内燃機関１の始動時から所定の捕集終了条件が満たされるまでの間、内燃機関１から排出される排気ガスの少なくとも一部が排気ガス取り出し通路１２を介して捕集容器１１に捕集されるように切替弁１４を制御する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスを触媒により浄化する排気浄化方法において、
前記内燃機関の始動時から所定の捕集終了条件が満たされるまでの間、前記内燃機関から排出される排気ガスの少なくとも一部を捕集容器に捕集する工程と、
前記捕集容器に捕集された排気ガスを前記触媒よりも上流側に還流させる工程と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化方法。
【請求項２】
前記捕集終了条件として、前記触媒の活性状態が所定レベルに達したことを含むことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化方法。
【請求項３】
前記捕集終了条件として、前記捕集容器への排気ガスの捕集状態が所定の限界に達したことを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化方法。
【請求項４】
前記捕集容器への前記排気ガスの捕集開始時期には前記捕集容器からの前記排気ガスの還流を禁止し、所定の還流許可条件が満たされると前記還流の禁止を解除することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気浄化方法。
【請求項５】
前記触媒の活性状態が前記所定レベルに達した後に前記捕集容器からの前記排気ガスの還流を開始することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気浄化方法。
【請求項６】
前記捕集終了条件が満たされた場合に、前記捕集容器への前記排気ガスの捕集を停止する工程を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気浄化方法。
【請求項７】
前記触媒を通過した排気ガスを前記捕集容器に捕集することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の排気浄化方法。
【請求項８】
排気通路の前記触媒よりも上流側の位置から前記捕集容器に排気ガスを導くことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の排気浄化方法。
【請求項９】
前記捕集容器による前記排気ガスの捕集と並行して、前記触媒を加熱手段にて加熱する工程を備えたことを特徴とする請求項８に記載の排気浄化方法。
【請求項１０】
前記捕集する工程では、前記排気ガスの一部を前記触媒に導くとともに、残りの排気ガスを前記捕集容器にて捕集することを特徴とする請求項８又は９に記載の排気浄化方法。
【請求項１１】
前記捕集する工程では、前記排気ガスの全量を前記捕集容器に捕集することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の排気浄化方法。
【請求項１２】
前記還流する工程では、前記排気ガスを吸気通路に還流することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の排気浄化方法。
【請求項１３】
前記還流する工程では、前記排気ガスを排気通路の前記触媒よりも上流側に還流することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の排気浄化方法。
【請求項１４】
前記捕集容器の排気ガスに圧力を作用させて当該排気ガスを前記排気通路へ還流させることを特徴とする請求項１３に記載の排気浄化方法。
【請求項１５】
前記捕集する工程では、前記捕集容器に前記排気ガスを圧縮して捕集することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気浄化方法。
【請求項１６】
内燃機関の排気ガスを触媒により浄化する排気浄化装置において、
前記排気ガスを保持可能な捕集容器と、
前記内燃機関の排気通路から前記捕集容器へ排気ガスを導く排気ガス取り出し通路と、
前記捕集容器から前記触媒の上流側に排気ガスを導く排気ガス導入通路と、
前記排気通路から前記排気ガス取り出し通路への前記排気ガスの導入を許可する位置とその導入を阻止する位置との間で切り替え可能な第１の弁手段と、
前記排気ガス導入通路を介した前記触媒の上流側への排気ガスの導入を許可する位置とその導入を阻止する位置との間で切り替え可能な第２の弁手段と、
前記内燃機関の始動時から所定の捕集終了条件が満たされるまでの間、前記内燃機関から排出される排気ガスの少なくとも一部が前記排気ガス取り出し通路を介して前記捕集容器に捕集されるように前記第１の弁手段を制御する弁制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１７】
前記捕集終了条件として、前記触媒の活性状態が所定レベルに達したことを含むことを特徴とする請求項１６に記載の排気浄化装置。
【請求項１８】
前記捕集終了条件として、前記捕集容器への排気ガスの捕集状態が所定の限界に達したことを含むことを特徴とする請求項１６又は１７に記載の排気浄化装置。
【請求項１９】
前記弁制御手段は、前記捕集容器への前記排気ガスの捕集開始時期には前記捕集容器からの前記排気ガスの還流を禁止し、所定の還流許可条件が満たされると前記還流の禁止を解除するように前記第２の弁手段を制御することを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項２０】
前記触媒の活性状態が前記所定レベルに達した後に前記捕集容器からの前記排気ガスの還流が開始されるように前記弁制御手段が前記第２の弁手段を制御することを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項２１】
前記捕集終了条件が満たされた場合に前記捕集容器への前記排気ガスの捕集が停止されるように前記弁制御手段が前記第１の弁手段を制御することを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項２２】
前記排気ガス取り出し通路が前記触媒よりも下流側の位置にて前記排気通路から分岐されていることを特徴とする請求項１６〜２１のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項２３】
前記排気ガス取り出し通路が前記触媒よりも上流側の位置にて前記排気通路から分岐されていることを特徴とする請求項１６〜２１のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項２４】
前記触媒を加熱する加熱手段と、前記捕集容器による前記排気ガスの捕集と並行して前記加熱手段による加熱を実行させる加熱制御手段とを備えたことを特徴とする請求項２３に記載の排気浄化装置。
【請求項２５】
前記第１の弁手段は前記排気ガスの一部を前記触媒に導くとともに、残りの排気ガスを前記排気ガス取り出し通路に導く位置に切り替え可能であることを特徴とする請求項２３又は２４に記載の排気浄化装置。
【請求項２６】
前記第１の弁手段は前記排気ガスの全量を前記排気ガス取り出し通路に導く位置に切り替え可能であることを特徴とする請求項１６〜２５のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項２７】
前記排気ガス導入通路は吸気通路に接続されていることを特徴とする請求項１６〜２６のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項２８】
前記排気ガス導入通路は前記排気通路の前記触媒よりも上流側の位置に接続されていることを特徴とする請求項１６〜２６のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項２９】
前記捕集容器の排気ガスに圧力を作用させて該排気ガスを前記排気通路へ送り込む圧力付与手段を備えたことを特徴とする請求項２８に記載の排気浄化装置。
【請求項３０】
前記捕集容器に前記排気ガスを圧縮して送り込む圧縮手段を備えたことを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項３１】
前記捕集容器が、容積を可変とした袋状に構成されていることを特徴とする請求項１６〜３０のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
【請求項３２】
内燃機関の排気ガスを保持可能な捕集容器と、
前記内燃機関の排気通路から前記捕集容器へ排気ガスを導く排気ガス取り出し通路と、
前記捕集容器から前記排気通路の触媒よりも上流側の位置に排気ガスを導く排気ガス導入通路と、
前記排気通路から前記排気ガス取り出し通路への前記排気ガスの導入を許可する位置とその導入を阻止する位置との間で切り替え可能な第１の弁手段と、
前記排気ガス導入通路から前記排気通路への排気ガスの導入を許可する位置とその導入を阻止する位置との間で切り替え可能な第２の弁手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気捕集装置。
【請求項３３】
前記排気ガス取り出し通路が前記触媒よりも下流側の位置にて前記排気通路から分岐されていることを特徴とする請求項３２に記載の排気捕集装置。
【請求項３４】
前記排気ガス取り出し通路が前記触媒よりも上流側の位置にて前記排気通路から分岐されていることを特徴とする請求項３２に記載の排気捕集装置。
【請求項３５】
前記第１の弁手段は前記排気ガスの一部を前記触媒に導くとともに、残りの排気ガスを前記排気ガス取り出し通路に導く位置に切り替え可能であることを特徴とする請求項３４に記載の排気捕集装置。
【請求項３６】
前記第１の弁手段は前記排気ガスの全量を前記排気ガス取り出し通路に導く位置に切り替え可能であることを特徴とする請求項３２〜３５のいずれか１項に記載の排気捕集装置。
【請求項３７】
前記捕集容器の排気ガスに圧力を作用させて該排気ガスを前記排気通路へ送り込む圧力付与手段を備えたことを特徴とする請求項３２に記載の排気捕集装置。
【請求項３８】
前記捕集容器に前記排気ガスを圧縮して送り込む圧縮手段を備えたことを特徴とする請求項３２に記載の排気捕集装置。
【請求項３９】
前記捕集容器が、捕集された排気ガスの量に応じて変形可能であることを特徴とする請求項３２に記載の排気捕集装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化方法及び浄化装置、並びにこれらに使用できる排気捕集装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気の浄化に使用される触媒は、所定の活性化温度域まで加熱されないと十分な浄化性能を発揮しない特性を有している。そのため、触媒を内燃機関の排気ポートになるべく接近させて配置したり、冷間始動時に点火時期を意図的に遅らせる遅角制御を実施して触媒の早期活性化を図ることが試みられている。しかしながら、触媒を排気ポートに近付けた場合には暖機完了後に触媒が必要以上の高温にさらされて触媒の熱劣化が生じる。熱劣化による浄化性能の低下を補うには貴金属の担持量を増加させることが効果的であるが、その場合には触媒の製造コストが増大する。また、点火時期を遅らせる場合には、昇温効果を最大限得るために遅角幅を大きくし過ぎると燃焼が悪化してドライバビリティ（操縦安定性）が悪くなる。さらに、触媒の昇温速度をいかに速くしても、始動時から暖機完了までの時間はゼロではないため、排気ガスは必ず排出される。
【０００３】
触媒の暖機が完了するまでの排気ガスの処理に関連して、特開２００２−７０５３９号公報には、ＨＣについては吸着剤等が利用できること、及びＮＯｘについてはゼオライト触媒が利用できることが記載されている。また、同公報には、ゼオライト触媒の飽和に伴ってトラップしたＮＯｘが触媒から脱離する場合の対策として、触媒を通過した排気ガスをタンク等の捕集容器に捕集し、その捕集された排気ガスをＥＧＲ装置と同様に内燃機関の吸気通路に還流させることが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開２００２−７０５３９号公報に記載の装置は、低温時に排出されるＮＯｘをゼオライト触媒でトラップすることを前提としており、ゼオライト触媒がほぼ飽和し、トラップしたＮＯｘが排出される時期だけ排気ガスを捕集しているに過ぎない。ゼオライト触媒が飽和していない段階では触媒が十分に暖機されていなくても排気ガスの捕集が行われず、ＨＣ及びＣＯについてはゼオライト触媒以外の手段、例えばＨＣ吸着剤等を利用してその排出を抑える必要がある。従って、ゼオライト触媒及び排気ガスの捕集装置に加えて、ＨＣ、ＣＯの吸着剤等を設ける必要が生じ、排気ガス浄化装置の構成が複雑化してその製造やメンテナンスに要する手間が増す。
【０００５】
そこで、本発明は内燃機関の始動直後で触媒が十分に暖機していない場合の有害成分の放出を、吸着剤等を用いた処理とは別の手段によって抑制する排気浄化方法及び排気浄化装置、並びにこれらに用いて好適な排気捕集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】
本発明の内燃機関の排気浄化方法は、内燃機関の排気ガスを触媒により浄化する排気浄化方法において、前記内燃機関の始動時から所定の捕集終了条件が満たされるまでの間、前記内燃機関から排出される排気ガスの少なくとも一部を捕集容器に捕集する工程と、前記捕集容器に捕集された排気ガスを前記触媒よりも上流側に還流させる工程と、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】
本発明の排気浄化方法によれば、内燃機関の始動時から捕集容器に排気ガスを捕集するので、排気ガスの有害物質を吸着剤等で吸着しなくとも、始動直後の大気中への有害物質の放出を抑制することができる。
【０００８】
本発明の排気浄化方法においては、前記捕集終了条件として、前記触媒の活性状態が所定レベルに達したことを含んでもよい（請求項２）。あるいは、前記捕集終了条件として、前記捕集容器への排気ガスの捕集状態が所定の限界に達したことを含んでもよい（請求項３）。
【０００９】
本発明の排気浄化方法において、前記捕集容器への前記排気ガスの捕集開始時期には前記捕集容器からの前記排気ガスの還流を禁止し、所定の還流許可条件が満たされると前記還流の禁止を解除してもよい（請求項４）。これにより、始動後の所定期間に内燃機関から排出された排気ガスが捕集容器には導入されて保持されるので、捕集した排気ガスが排気通路に戻される時期を効果的に遅延させ、その間に触媒の暖機を進めることができる。
【００１０】
前記触媒の活性状態が前記所定レベルに達した後に前記捕集容器からの前記排気ガスの還流を開始してもよい（請求項５）。このようにすれば、内燃機関の始動後の初期段階で生成された有害物質を、所定レベルまで活性化された触媒にて確実に浄化することができる。
【００１１】
本発明の排気浄化方法は、前記捕集終了条件が満たされた場合に前記捕集容器への前記排気ガスの捕集を停止する工程を備えてもよい（請求項６）。これにより、捕集装置への余分な排気ガスの捕集が防止され、捕集された排気ガスの処理に関する負担が不必要に増すおそれがなくなる。
【００１２】
本発明の排気浄化方法においては、前記触媒を通過した排気ガスを前記捕集容器に捕集してもよい（請求項７）。この場合には、排気ガスが一旦触媒を通過するので、触媒における未燃物の反応による触媒の暖機効果を十分に活用することができる。一方、排気通路の前記触媒よりも上流側の位置から前記捕集容器に排気ガスを導くようにしてもよい（請求項８）。この場合には、触媒へ導かれる排気ガスの量を捕集によって制限できるので、活性化が不十分な状態で大量の排気ガスが通過することに起因する触媒温度の低下を抑えることができる。なお、触媒よりも上流側の位置から捕集容器に排気を導いた場合には、未燃物の供給による触媒の暖機促進効果が期待できない。このような場合には、捕集容器による前記排気ガスの捕集と並行して、前記触媒を加熱手段にて加熱する工程を備えることが望ましい（請求項９）。さらに、触媒よりも上流側の位置から前記捕集容器に排気ガスを導く場合、前記捕集する工程では、前記排気ガスの一部を前記触媒に導くとともに、残りの排気ガスを前記捕集容器にて捕集してもよい（請求項１０）。このようにすれば、触媒を暖機させる上で必要な量の排気ガスを触媒に導いて触媒の暖機を促進しつつ、余剰な排気ガスを捕集容器に捕集して排気ガスの浄化性能の悪化を防止することができる。
【００１３】
本発明の排気浄化方法において、前記捕集する工程では、前記排気ガスの全量を前記捕集容器に捕集してもよい（請求項１１）。この場合には、始動時からの所定期間において、有害物質を含んだ排気ガスが大気中に放出されるおそれがなく、排気ガスの浄化特性が最大限に改善される。
【００１４】
前記還流する工程では、前記排気ガスを吸気通路に還流してもよいし（請求項１２）、前記排気ガスを排気通路の前記触媒よりも上流側に還流してもよい（請求項１３）。吸気通路に還流させる場合にはＥＧＲと同様に排気ガス中の未燃物を内燃機関にて燃焼させて未燃物の排出量を抑制することができる。その一方、排気通路に還流させる場合には、吸気通路に還流させる場合と比較して、捕集された排気ガスが内燃機関の運転状態に与える影響（例えば空燃比の変動）が小さくなり、排気ガスの還流に対する制限が緩和される。
【００１５】
排気ガスを吸気通路に還流させる場合にはその吸気通路に生じる負圧を利用して捕集容器から排気ガスを取り出すことができるが、排気ガスを排気通路に還流させる場合にはそのような負圧が得られない。従って、排気通路に排気ガスを還流させる場合には、前記捕集容器の排気ガスに圧力を作用させて当該排気ガスを前記排気通路へ還流させてもよい（請求項１４）。圧力は例えばポンプや圧縮機等の圧力付与手段によって与えることができる。
【００１６】
本発明の排気浄化方法において、前記捕集する工程では、前記捕集容器に前記排気ガスを圧縮して捕集してもよい（請求項１５）。排気ガスを圧縮することにより捕集容器に必要な容積を小さくし、車両への搭載時の制約を緩和することができる。
【００１７】
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気ガスを触媒により浄化する排気浄化装置において、前記排気ガスを保持可能な捕集容器と、前記内燃機関の排気通路から前記捕集容器へ排気ガスを導く排気ガス取り出し通路と、前記捕集容器から前記触媒の上流側に排気ガスを導く排気ガス導入通路と、前記排気通路から前記排気ガス取り出し通路への前記排気ガスの導入を許可する位置とその導入を阻止する位置との間で切り替え可能な第１の弁手段と、前記排気ガス導入通路を介した前記触媒の上流側への排気ガスの導入を許可する位置とその導入を阻止する位置との間で切り替え可能な第２の弁手段と、前記内燃機関の始動時から所定の捕集終了条件が満たされるまでの間、前記内燃機関から排出される排気ガスの少なくとも一部が前記排気ガス取り出し通路を介して前記捕集容器に捕集されるように前記第１の弁手段を制御する弁制御手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１６）。
【００１８】
本発明の排気浄化装置によれば、弁制御手段による第１の弁手段の制御により、内燃機関の始動時から所定期間は内燃機関から排出される排気ガスの少なくとも一部が捕集容器に捕集される。捕集容器に捕集された排気ガスは第２の弁手段を操作することにより、触媒よりも上流側に還流させることができる。以上により、本発明の排気浄化方法が実現される。
【００１９】
本発明の排気浄化装置においては、上述した本発明の排気浄化方法の好ましい態様を実現するために、以下の態様を含むことができる。
【００２０】
前記捕集終了条件として、前記触媒の活性状態が所定レベルに達したことを含めてもよいし（請求項１７）、前記捕集容器への排気ガスの捕集状態が所定の限界に達したことを含めてもよい（請求項１８）。前記弁制御手段は、前記捕集容器への前記排気ガスの捕集開始時期には前記捕集容器からの前記排気ガスの還流を禁止し、所定の還流許可条件が満たされると前記還流の禁止を解除するように前記第２の弁手段を制御してもよい（請求項１９）。前記触媒の活性状態が前記所定レベルに達した後に前記捕集容器からの前記排気ガスの還流が開始されるように前記弁制御手段が前記第２の弁手段を制御してもよい（請求項２０）。前記捕集終了条件が満たされた場合に前記捕集容器への前記排気ガスの捕集が停止されるように前記弁制御手段が前記第１の弁手段を制御してもよい（請求項２１）。前記排気ガス取り出し通路が前記触媒よりも下流側の位置にて前記排気通路から分岐されてもよい（請求項２２）。前記排気ガス取り出し通路が前記触媒よりも上流側の位置にて前記排気通路から分岐されてもよい（請求項２３）。前記触媒を加熱する加熱手段と、前記捕集容器による前記排気ガスの捕集と並行して前記加熱手段による加熱を実行させる加熱制御手段とを備えてもよい（請求項２４）。前記第１の弁手段は前記排気ガスの一部を前記触媒に導くとともに、残りの排気ガスを前記排気ガス取り出し通路に導く位置に切り替え可能であってもよい（請求項２５）。前記第１の弁手段は前記排気ガスの全量を前記排気ガス取り出し通路に導く位置に切り替え可能であってもよい（請求項２６）。前記排気ガス導入通路は吸気通路に接続されてもよい（請求項２７）。前記排気ガス導入通路は前記排気通路の前記触媒よりも上流側の位置に接続されてもよい（請求項２８）。前記捕集容器の排気ガスに圧力を作用させて該排気ガスを前記排気通路へ送り込む圧力付与手段を備えてもよい（請求項２９）。前記捕集容器に前記排気ガスを圧縮して送り込む圧縮手段を備え手もよい（請求項３０）。
【００２１】
さらに、本発明の排気浄化装置においては、前記捕集容器が、容積を可変とした袋状に構成されてもよい（請求項３１）。この場合には排気ガスの捕集が不要な状態、又は捕集量が少ない段階では捕集容器を小さく変形させることができるので、捕集容器を車両に搭載する際の制限が緩和される。
【００２２】
本発明の排気捕集装置は、内燃機関の排気ガスを保持可能な捕集容器と、前記内燃機関の排気通路から前記捕集容器へ排気ガスを導く排気ガス取り出し通路と、前記捕集容器から前記排気通路の触媒よりも上流側の位置に排気ガスを導く排気ガス導入通路と、前記排気通路から前記排気ガス取り出し通路への前記排気ガスの導入を許可する位置とその導入を阻止する位置との間で切り替え可能な第１の弁手段と、前記排気ガス導入通路から前記排気通路への排気ガスの導入を許可する位置とその導入を阻止する位置との間で切り替え可能な第２の弁手段と、備えることにより、上述した課題を解決する（請求項３２）。この排気捕集装置の第１の弁手段及び第２の弁手段を操作することにより、本発明の排気浄化方法を実現することができる。
【００２３】
本発明の排気捕集装置は、上述した本発明の排気浄化装置と同様に以下の好ましい態様を含むことができる。
【００２４】
すなわち、本発明の排気捕集装置において、前記排気ガス取り出し通路は前記触媒よりも下流側の位置にて前記排気通路から分岐されてもよい（請求項３３）。前記排気ガス取り出し通路が前記触媒よりも上流側の位置にて前記排気通路から分岐されてもよい（請求項３４）。前記第１の弁手段は前記排気ガスの一部を前記触媒に導くとともに、残りの排気ガスを前記排気ガス取り出し通路に導く位置に切り替え可能であってもよい（請求項３５）。前記第１の弁手段は前記排気ガスの全量を前記排気ガス取り出し通路に導く位置に切り替え可能であってもよい（請求項３６）。前記捕集容器の排気ガスに圧力を作用させて該排気ガスを前記排気通路へ送り込む圧力付与手段を備えてもよい（請求項３７）。前記捕集容器に前記排気ガスを圧縮して送り込む圧縮手段を備えてもよい（請求項３８）。前記捕集容器が、捕集された排気ガスの量に応じて変形可能であってもよい（請求項３９）。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は本発明の排気浄化装置の第１の実施形態を示す。図１において、内燃機関１は４つのシリンダ２…２が直列に配置された４気筒エンジンとして構成されている。周知のように、内燃機関１には吸気通路３及び排気通路４が接続され、吸気通路３には吸気濾過用のエアフィルタ５、吸気量調整用のスロットルバルブ６が、排気通路４には排気浄化用の三元触媒７がそれぞれ設けられている。また、内燃機関１には各シリンダ２に対応してインジェクタ（燃料噴射弁）８…８が設けられている。インジェクタ８は吸気通路３に燃料を噴射するように設けられてもよいし、シリンダ２内に燃料を噴射するように設けられてもよい。内燃機関１は火花点火式又は自着火式のいずれでもよい。
【００２６】
内燃機関１の運転状態はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）９により制御される。ＥＣＵ９は、例えばマイクロプロセッサ及びその主記憶装置として機能するＲＯＭ、ＲＡＭ等を組み合わせたコンピュータとして構成され、種々のセンサーからの出力信号を参照して内燃機関１の運転状態の制御に必要な各種の演算処理及び各種の機器の動作制御を実行する。ＥＣＵ９と接続されるセンサとしては、例えば吸入空気量に対応した信号を出力するスロットルセンサ、排気ガス中の酸素量に対応した信号を出力するＯ２センサ等がある。また、ＥＣＵ９によって動作が制御される機器としては例えばインジェクタ８等がある。
【００２７】
内燃機関１の始動時の有害物質の排出量を削減するため、内燃機関１は排気捕集装置１０を備えている。排気捕集装置１０は、所定量の排気ガスを蓄えることが可能な捕集容器１１と、その捕集容器１１と排気通路４とを接続する排気ガス取出し通路１２と、捕集容器１１から排気ガスを内燃機関１側に還流させるための排気ガス導入通路１３と、排気ガス取り出し通路１２と吸気通路３との接続位置に設けられた第１の弁手段としての切替弁１４と、排気ガス導入通路１３を開閉する第２の弁手段としての開閉弁１５とを備えている。
【００２８】
排気取り出し通路１２は触媒７よりも下流側において排気通路４から分岐する。切替弁１４は、図２（ｂ）に示すように触媒７を通過した排気ガスを切替弁１４よりもさらに排気通路４の下流側に導く排気放出位置と、図２（ａ）に示すように排気ガスを排気ガス取り出し通路１２に導く排気捕集位置との間で切り替え可能である。排気捕集位置において、切替弁１４は排気ガスの全量を排気ガス取り出し通路１２に導いてもよいし、排気通路４の下流側への一部の排気ガスの通過を許容し、残りの排気ガスを排気ガス取り出し通路１２に導いてもよい。
【００２９】
捕集容器１１は、内燃機関１の始動時から触媒７の活性状態が所定レベルに達するまでの排気ガスの総排出量に相当する容量を備えている。捕集容器１１は金属製の箱のように容積不変の剛体容器として構成されてもよいし、容積可変のバッグ状に構成されてもよい。排気ガス取り出し通路１２及び排気ガス導入通路１３は金属等の剛体にて構成された配管でもよいし、フレキシブルなチューブでもよい。
【００３０】
図１に示すように、排気ガス導入通路１３は内燃機関１の吸気通路３に接続されている。開閉弁１５が開かれることにより、図２（ｃ）に示すように捕集容器１１に蓄えられた排気ガスが吸気通路３に導入される。
【００３１】
切替弁１４及び開閉弁１５の動作はＥＣＵ９によって制御される。図３及び図４は、ＥＣＵ９が触媒の活性化状態に応じて切替弁１４及び開閉弁１５をそれぞれ切り替え制御するために実行する捕集制御ルーチン及び還流制御ルーチンを示すフローチャートである。これらの処理は、車両のイグニッションスイッチをオン（以下、ＩＧ　ＯＮ）した時点で開始され、その後、所定の周期（例えば１秒）で繰返し実行される。
【００３２】
図３の捕集制御処理において、ＥＣＵ９はまずステップＳ１で触媒７の活性状態が所定レベルに達しているか否か判断し、達していないと判断した場合はステップＳ２で切替弁１４を排気捕集位置に（図２（ａ））に、達していると判断した場合はステップＳ３で切替弁１４を排気放出位置に（図２（ｂ））にそれぞれ切り替える。その後に今回の捕集制御を終了する。
【００３３】
一方、図４の還流制御処理において、ＥＣＵ９はステップＳ１１で所定の還流許可条件が成立しているか否か判断する。ここで、還流許可条件は、触媒７の活性状態が所定レベルに達していることをその成立要件として含むものである。還流許可条件が成立していないときにはステップＳ１２で開閉弁１５を閉じて今回の処理を終える。一方、還流許可条件が成立しているときはステップＳ１３へ進み、所定の還流終了条件が成立しているか否か判断する。還流終了条件は、捕集容器１１から十分な量の排気ガスが還流されたことをその成立要件として含むものである。
【００３４】
ステップＳ１３で還流終了条件が成立していればステップＳ１２へ進んで開閉弁１５を閉じる。還流終了条件が成立していなければステップＳ１４で開閉弁１５を開いて今回の処理を終える。開閉弁１５が開かれることにより、図２（ｃ）に示すように、捕集容器１１から吸気通路３に排気ガスが戻され、その戻された排気ガスが触媒７に導かれて浄化される。
【００３５】
以上の処理によれば、触媒７の活性状態が所定レベルに達するまでは、排気通路４に排出される排気ガスの全量又は一部が捕集容器１１に捕集され、活性化が所定レベルに達した後は排気ガスの全量が大気へ放出される。従って、触媒７が十分に活性化していない段階で大気中に放出される有害成分の量を削減し、冷間始動時の排気ガスの浄化性能を改善することができる。
【００３６】
また、触媒７が所定レベルに活性化されるまでは還流許可条件が成立せず、開閉弁１５が閉じているので捕集容器１１に排気ガスが保持され、触媒７の活性化が所定レベルに達した後は開閉弁１５が開いて捕集容器１１の排気ガスが吸気通路３に還流される。従って、触媒７が活性化する前に触媒７を通過した有害物質を活性化された触媒７に改めて導いて浄化することができる。
【００３７】
以上の処理において、ステップＳ１の判断にて参照される触媒７の活性化のレベルは、排気ガスの全量を触媒７に導いても十分な浄化が可能なレベルに設定される。ステップＳ１１の還流許可条件を成立させるための所定レベルはステップＳ１と同一レベルに設定してもよいし、異なるレベルに設定してもよい。触媒７が所定レベルまで活性化したか否かは、触媒７の活性状態と相関する様々なパラメータに基づいて判断することができる。例えば、内燃機関１の冷却水温度、内燃機関１の始動時からの経過時間、始動時からの積算吸入空気量、内燃機関１が前回停止してからの経過時間、排気ガスの温度、触媒の温度、触媒を通過した排気ガスの量、触媒を通過した排気ガスに含まれる有害物質（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等）の量を監視して触媒７が所定レベルまで活性化されたか否かを判断することができる。これらのパラメータはセンサから取得してもよいし、所定の推定ロジックにより推定してもよい。排気ガスの還流については、例えばＥＧＲと同様に内燃機関１の運転状態からみて適切な量の排気ガスが戻されるように制御することが望ましい。開閉弁１５に代え、開度調整が可能な制御弁を使用して捕集容器１１からの排気ガスの還流量を運転状態等に応じて増減させてもよい。
【００３８】
また、図４のステップＳ１３における還流終了条件の判断において、排気ガスが十分な量だけ還流されたか否かは、開閉弁１５を開いた時間に基づいて判断し、あるいは、排気ガス導入通路１３に流量計を設け、その出力信号に基づいて判断することができる。図３の捕集制御において排気ガスの捕集量を検出又は推定しておき、その捕集量に相当するだけ排気ガスが還流されたことを還流終了条件の成立要件として規定してもよい。但し、必ずしも捕集容器１１に保持された排気ガスの全量を還流させなくてもよい。
【００３９】
図３の処理では、触媒７が所定レベルまで活性化されていない状態で内燃機関１のイグニッションスイッチがオンされた時点で切替弁１４が排気捕集位置（図２（ａ）参照）に切り替えられる。但し、切替弁１４の切り替え時期はイグニッションスイッチのオン時点に限定されない。切替弁１４は、内燃機関１の始動に伴って生成される有害成分が切替弁１４に達するよりも前の段階で排気捕集位置に切り替えられていればよい。従って、切替弁１４の排気捕集位置への切り替え時期としては、内燃機関１のスタータモータ（セルモータ）が動作するクランキング時、イグニッションスイッチがオンされる前でかつ運転者が乗車したとみなせる時（運転席のドアが開いた時、又は運転席のシートベルトが着用された時）、内燃機関１の前回の停止時等に設定してもよい。内燃機関の始動後に有害成分を含む排気ガスが切替弁１４に達するまでの遅れ時間内に切替弁１４を排気捕集位置へ切り替えてもよい。
【００４０】
（第２の実施形態）
次に、図５、図６を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。但し、各図において図１又は図２と共通する部分には同一符号を付し、それらの説明は省略する。
【００４１】
図５に示す実施形態は、排気ガス導入通路１３が排気通路４の触媒７の上流側に接続されている点において図１の実施形態と異なる。その他の点は図１と同様である。従って、開閉弁１５を開けると、図６（ｃ）に示すように捕集容器１１の排気ガスが排気通路４に導入されて触媒７に供給される。このように排気ガスを排気通路４に還流させた場合、排気ガスの導入が内燃機関１の運転状態に与える影響（例えば空燃比の変動）が図１の実施形態よりも小さくなる。従って、捕集容器１１からの排気ガスの還流制御を容易に行える利点がある。換言すれば、捕集容器１１からの排気ガスの還流時期、及び還流量に関する制限が、吸気通路３に排気ガスを還流させる場合よりも緩やかとなる利点がある。
【００４２】
なお、本実施形態においても、図３及び図４と同様の処理によって切替弁１４及び開閉弁１５を制御することにより、触媒７の暖機前の排気ガスを図６（ａ）に示すように捕集容器１１に捕集し、暖機後の排気ガスを図６（ｂ）に示すように排気通路４から大気中へ放出することができる。
【００４３】
（第３の実施形態）
次に、図７〜図１０を参照して本発明の第３の実施形態を説明する。但し、各図において図１又は図２と共通する部分には同一符号を付し、それらの説明は省略する。
【００４４】
図７の実施形態においては、排気取り出し通路１２が排気通路４の触媒７よりも上流側の位置で排気通路４から分岐し、切替弁１４は、図８（ｂ）に示すように排気ガスを触媒７に導く排気放出位置と、図８（ａ）に示すように排気ガスを排気ガス取り出し通路１２に導く排気捕集位置との間で切り替え可能である。また、切替弁１４と触媒７との間には加熱手段としてのヒータ２０が設けられている。ヒータ２０は電気ヒータであってもよいし、バーナーであってもよい。なお、ヒータ２０として電気ヒータを利用する場合、触媒７とは別の触媒とヒータ２０とを一体化してもよいし、ヒータ２０を触媒７と一体化してもよい。
【００４５】
本実施形態において、ＥＣＵ９による切替弁１４及び開閉弁１５の切り替え制御は図３及び図４と同様に行えばよい。切替弁１４及び開閉弁１５の制御により、排気ガスの流れは図８（ａ）〜図８（ｃ）の間で切り替わる。また、ＥＣＵ９は、触媒７の活性化状態に関連付けてヒータ２０のオン（発熱）及びオフ（発熱停止）を制御する。図９はそのＥＣＵ９がＩＧ　ＯＮ後に一定周期で実行する加熱制御ルーチンの手順を示すフローチャートである。
【００４６】
図９の加熱制御処理においてヒータ２０はまずステップＳ２１で触媒７が所定レベルまで活性化されているか否か判断する。このときの判断基準は図３又は図４の場合と同様でよい。触媒７が所定レベルまで活性化されていないときはステップＳ２２でヒータ２０をオンし、今回の処理を終了する。一方、ステップＳ２１で触媒７が所定レベルまで活性化されているときはステップＳ２３へ進み、触媒７が所定レベルまで活性化された後、所定の遅延時間が経過したか否かを判断する。そして、遅延時間が経過していないときはステップＳ２２へ進んでヒータ２０のオンを継続し、遅延時間が経過しているときにはステップＳ２４にてヒータ２０をオフして今回の処理を終える。このように触媒７が所定レベルまで活性化した後、所定の遅延時間が経過してからヒータ２０をオフするのは、切替弁１４の排気捕集位置から排気放出位置への切り替えに伴って触媒７に排気ガスが導入された時点で直ぐにヒータ２０をオフすると、排気ガスによって触媒７が冷やされて温度が低下するおそれがあるためである。同様の理由から、切替弁１４の排気捕集位置から排気放出位置への切り替えも一定の時間をかけて徐々に進行させることが望ましい。
【００４７】
図１０は、触媒７をヒータ２０にて加熱する場合と、ヒータ２０によらないで排気ガスで触媒７を加熱する場合の触媒温度と排出ガス捕集量との関係を示している。図１０において内燃機関１は時刻ｔ１で始動し、始動時からの総排出量は直線Ｌ１で示すように始動時からの経過時間に伴って比例的に増加する。ヒータ２０による加熱が行われない場合において、破線Ｌ２で示すように触媒温度が上昇し、時刻ｔ３で触媒７が十分な浄化性能を発揮する温度（活性温度）Ｔ１に達すると仮定すれば、触媒７が活性化するまでに捕集すべき排気ガスの量は時刻ｔ３における総排出量Ｖ２で与えられる。一方、ヒータ２０にて触媒７を加熱する場合、直接Ｌ３で示すようにヒータ２０は触媒７よりも極めて短い時間で活性温度Ｔ１よりも高温域に達するから、その影響で触媒７の温度も線Ｌ４で示すように早期に上昇し、触媒７の温度はより早い時刻ｔ２で活性温度Ｔ１に達する。従って、触媒７が活性化するまでに捕集すべき排気ガスの量は時刻ｔ２に対応した総排出量Ｖ１で足り、捕集量が削減される。
【００４８】
本実施形態においては、図８（ａ）に示すように排気ガスを捕集している間、少量の排気ガスを触媒７側へ流すことにより、触媒７の着火性を向上させて暖機を促進してもよい。
【００４９】
（第４の実施形態）
次に、図１１及び図１２を参照して本発明の第４の実施形態を説明する。但し、各図において図７、図８と共通する部分には同一符号を付し、それらの説明は省略する。
【００５０】
図１１の実施形態は、排気ガス導入通路１３が排気通路４の触媒７の上流側に接続されている点において図７の実施形態と異なる。その他の点は図７と同様である。従って、開閉弁１５を開けると、図１２（ｃ）に示すように捕集容器１１の排気ガスが排気通路４に導入されて触媒７に供給される。このように排気ガスを排気通路４に還流させた場合、排気ガスの導入が内燃機関１の運転状態に与える影響（例えば空燃比の変動）が図７の実施形態よりも小さくなる。従って、捕集容器１１からの排気ガスの還流制御を容易に行える利点がある。換言すれば、捕集容器１１からの排気ガスの還流時期、及び還流量に関する制限が、吸気通路３に排気ガスを還流させる場合よりも緩やかとなる利点がある。
【００５１】
なお、本実施形態においても、図３、図４及び図９と同様の処理によって切替弁１４、開閉弁１５及びヒータ２０を制御することにより、触媒７が活性化する前の排気ガスを図１２（ａ）に示すように捕集容器１１に捕集し、活性後の排気ガスを図１２（ｂ）に示すように排気通路４から大気へ排出することができる。図１１の実施形態では、排気ガス取り出し通路１２と排気ガス導入通路１３とを兼用してもよい。例えば排気ガス取り出し通路１２から捕集容器１１へ排気ガスを取り出すとともに、その捕集容器１１に保持された排気ガスを排気ガス取り出し通路１２から排気通路４へ導入してもよい。
【００５２】
上述した第１及び第３の実施形態においては、吸気通路３に生じる負圧を利用することにより、捕集容器１１の排気ガスを吸気通路３に還流させることができる。一方、第２及び第４の実施形態においては、排気通路４に排気ガスを還流させるので吸気通路３のような負圧が得られないから、排気ガスに圧力を作用させて排気ガスを排気通路４に送り込む排気ガス送出手段を設けることが望ましい。排気ガス送出手段として、例えば図１３（ａ）に示すように排気ガス導入通路１３にポンプ２１を設けてもよい。捕集容器１１が変形可能なバック状に構成されている場合には、図１３（ｂ）に示すように捕集容器１１を圧縮する油圧シリンダ等のアクチュエータ２２を排気ガス送出手段として設けてもよい。
【００５３】
捕集容器１１の配置を容易にするために、排気ガスを圧縮して捕集することにより、捕集容器１１の容量を小さくしてもよい。排気ガスは排気そのものが有する圧力を利用して圧縮してもよいが、図１４に示すようにポンプ２３等の加圧手段を排気取り出し通路１２に設けて排気ガスを圧縮してもよい。捕集容器１１は所定量の排気ガスを保持できる容積を有していればその形状は問わない。例えば、図１５に示すように排気取り出し通路１２や排気ガス導入通路１３と同様の配管又はチューブを適宜に蛇行させて所定量の排気ガスを保持可能な捕集容器１１を構成してもよい。
【００５４】
以上の実施形態では、ＥＣＵ９が弁制御手段及び加熱制御手段として機能する。また、各実施形態では、触媒７の活性状態が所定のレベルに達したことを捕集終了条件が満たされる要件として設定しているが、捕集終了条件が満たされる要件として、捕集容器１１における捕集状態が所定の限界に達したことを要求してもよい。所定の限界は捕集容器１１に保持し得る排気ガス量の限界値として設定してもよいし、捕集容器１１に排気ガスが蓄えられる結果として上昇する排気通路４の圧力（背圧）の限界値として設定してもよい。排気ガスの捕集量が限界値に達したか否かは、例えば内燃機関１の積算吸入空気量、始動後の経過時間に基づいて判断し、あるいは排気取り出し通路１２に設けた流量計の出力信号に基づいて判断することができる。排気通路４の背圧が限界に達しか否かは、排気通路４に設けた背圧センサの出力信号に基づいて判断し、あるいは背圧上昇に伴う吸入空気量の減少の程度、又は背圧上昇による内燃機関１の燃焼状態の悪化の程度から判断することができる。捕集終了条件として、複数の要件を設定してもよい。
【００５５】
また、図４のステップＳ１１の還流許可条件では、触媒７が所定レベルまで活性化されたことをその成立要件として含めているが、この他にも、内燃機関１の運転状態と関連付けて還流許可条件を設定してもよい。特に、吸気通路３に排気ガスを戻す場合には、排気ガスの還流による燃焼状態の悪化が所定の許容レベルに収まること、内燃機関１の暖機状態が所定レベルに達していること、吸気通路３に負圧が作用していること、等を還流許可条件の成立要件として設定してもよい。
【００５６】
排気通路４に排気ガスを還流する図５及び図１１の実施形態においては、触媒７よりも上流側に別の触媒が設けられてもよい。この場合において、排気ガス導入通路１３はその別の触媒よりも上流側の位置に排気ガスを還流可能としてもよく、複数の触媒に挟まれた位置に排気ガスを還流可能としてもよい。上流側の触媒よりもさらに上流の位置と、複数の触媒に挟まれた位置との両者に排気ガスを還流可能としてもよい。この場合には、上流側の触媒ほど早期に活性化されるので、それに合わせて排気ガスの還流開始時期を早めてもよい。
【００５７】
本発明において捕集容器は車両の適宜の位置に設置してよいが、例えば、バンパー、ルーフ、トランク、フロア下等に存在する適宜の空間に捕集容器を配置してよい。複数箇所に分散して捕集容器を配置してもよい。
【００５８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の排気浄化方法及び排気浄化装置によれば、内燃機関の始動時から捕集容器に排気ガスを捕集するので、排気ガスの有害物質を吸着剤等で吸着しなくとも、始動直後の大気中への有害物質の放出を抑制することができる。従って、始動直後における排気ガスの浄化特性を従来よりも簡単な構成で改善することができる。
【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浄化装置の構成を示す図。
【図２】図１の排気浄化装置における排気ガスの流路を示す図。
【図３】図１のＥＣＵが実行する捕集制御処理の手順を示すフローチャート。
【図４】図１のＥＣＵが実行する還流制御処理の手順を示すフローチャート。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る排気浄化装置の構成を示す図。
【図６】図５の排気浄化装置における排気ガスの流路を示す図。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る排気浄化装置の構成を示す図。
【図８】図７の排気浄化装置における排気ガスの流路を示す図。
【図９】図７のＥＣＵが実行する加熱制御処理の手順を示すフローチャート。
【図１０】図７の捕集装置の排気ガスの捕集量を示す図。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る排気浄化装置の構成を示す図。
【図１２】図１１の排気浄化装置における排気ガスの流路を示す図。
【図１３】捕集された排気ガスの還流方法の例を示す図。
【図１４】捕集容器に排気ガスを圧縮して送り込む例を示す図。
【図１５】捕集容器の変形例を示す図。
【符号の説明】
１　内燃機関
２　シリンダ
３　吸気通路
４　排気通路
７　触媒
９　エンジンコントロールユニット（弁制御手段、加熱制御手段）
１０　排気捕集装置
１１　捕集容器
１２　排気ガス取り出し通路
１３　排気ガス導入通路
１４　切替弁（第１の弁手段）
１５　開閉弁（第２の弁手段）
２０　ヒータ（加熱手段）
２１　ポンプ（圧力付与手段）
２２　アクチュエータ（圧力付与手段）
２３　ポンプ（圧縮手段）
【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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