(57)【要約】【課題】化学蓄熱装置による排気浄化触媒の加熱が必要なときにできる限り排気浄化触媒を加熱することができる排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気浄化装置は、排気浄化触媒３と、化学蓄熱装置１０と、検出装置４３、４４と、制御装置３０とを具備する。化学蓄熱装置は、反応媒体と反応して発熱すると共に発熱すると排気浄化触媒を加熱する反応材２１を備えるヒータ部１１と、反応媒体を吸着する吸着材を備えるストレージ部１２と、連通路に配置された開閉弁１４とを備える。検出装置は、ヒータ部内の圧力を検出する。反応材はヒータ部内の圧力が吸放熱閾値以下であるときに反応媒体と反応して発熱する。制御装置は、開閉弁が開弁されている場合に、検出装置によって検出されたヒータ部内の圧力が吸放熱閾値よりも高く且つ所定時間以上にわたって低下しているときには反応媒体の回収が完了していなくても開閉弁を閉弁する。【選択図】図４
2016145562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関排気通路に配置された排気浄化触媒と、
反応媒体と反応して発熱すると共に発熱すると前記排気浄化触媒を加熱する反応材を備えるヒータ部と、前記反応媒体を吸着する吸着材を備えると共に連通路により前記ヒータ部と連通するストレージ部と、前記連通路に配置された開閉弁とを備える化学蓄熱装置と、
前記ヒータ部内の温度又は圧力を検出する検出装置と、
前記開閉弁の開閉を制御する制御装置とを具備し、
前記反応材は前記ヒータ部内の温度又は圧力が吸放熱閾値以下であるときに前記反応媒体と反応して発熱し、
前記制御装置は、前記吸着材への前記反応媒体の回収が完了すると前記開閉弁を閉弁すると共に、前記開閉弁が開弁されている場合に、前記検出装置によって検出された前記ヒータ部内の温度又は圧力が前記吸放熱閾値よりも高く且つ所定時間以上にわたって低下しているときには前記反応媒体の回収が完了していなくても前記開閉弁を閉弁し、前記反応媒体の回収が完了していない状態で前記開閉弁が閉弁されている場合に、前記検出装置によって検出された前記ヒータ部内の温度又は圧力が前記開閉弁を閉弁したときの温度又は圧力以上になったときには前記開閉弁を開弁する、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、化学蓄熱装置を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関の排気通路に排気浄化触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置が知られている。斯かる排気浄化触媒は、その活性温度以上になると、流入する排気ガス中の未燃ガス（ＨＣやＣＯ）やＮＯｘを良好に浄化することができる。したがって、排気浄化触媒による浄化性能を高く維持するためには、排気浄化触媒の温度を活性温度以上に維持することが必要になる。特に、機関冷間始動時等は、排気浄化触媒の温度がその活性温度よりも低いことから、排気浄化触媒による浄化性能を高めるために、排気浄化触媒を迅速に昇温することが必要になる。
【０００３】
このように排気浄化触媒の温度を高める手法として、化学蓄熱装置を用いることが提案されている（例えば、特許文献１）。化学蓄熱装置は、アンモニアと反応して発熱すると共に発熱すると排気浄化触媒を加熱する反応材を備えるヒータ部と、アンモニアを吸着する吸着材を備えると共に連通路によりヒータ部と連通するストレージ部とを具備する。斯かる化学蓄熱装置では、機関本体から排出される排気ガスの温度が低いときにはストレージ部に吸着されたアンモニアがヒータ部に送られることによりヒータ部が発熱し、これにより排気浄化触媒が加熱される。一方、機関本体から排出される排気ガスの温度が高いときにはヒータ部の反応材からアンモニアが離脱せしめられてストレージ部に送られ、ストレージ部に吸着せしめられる。斯かる化学蓄熱装置を用いることにより、排気ガスの温度が高いときに排気ガスから熱を回収すると共に排気ガスの温度が低いときに回収した熱を放出して排気浄化触媒を加熱することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１１８８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１の排気浄化装置では、機関本体から排出された排気ガスの温度が低いときには化学蓄熱装置の開閉弁が開弁される。これにより、吸着材に吸着されているアンモニアがヒータ部へと移動する。この結果、ヒータ部の反応材がアンモニアと反応して発熱し、排気浄化触媒を加熱することができる。
【０００６】
その後、機関本体から排出された排気ガスの温度が高くなると、ヒータ部からアンモニアが離脱せしめられ、これに伴ってヒータ部及びストレージ部内の圧力が上昇する。ストレージ部内の圧力が或る一定圧力以上に高くなると、ほとんどのアンモニアがストレージ部の吸着材に吸着され、よって吸着材へのアンモニアの回収が完了する。このため、ストレージ部内の圧力が予め定められた圧力以上に高くなると、化学蓄熱装置の開閉弁が閉弁される。
【０００７】
一方、開閉弁が開弁されている間、ストレージ部の吸着材へのアンモニアの吸着量はストレージ部やヒータ部内の圧力が高くなるほど多くなる。ところが、開閉弁が開弁されている間、内燃機関の運転状態によっては、ストレージ部内の圧力が予め定められた圧力に到達する前に排気ガスの温度が低下する場合がある。このように排気ガスの温度が低下するとヒータ部内の温度が低下し、これに伴ってヒータ部やストレージ部内の圧力も低下する。この場合、これに伴って、ストレージ部の吸着材へのアンモニアの吸着量が減少してしまう。このように、吸着材へのアンモニアの吸着量が減少してしまうと、次に排気浄化触媒の温度が低下して化学蓄熱装置による排気浄化触媒の加熱が必要なときに、排気浄化触媒を十分に加熱することができなくなってしまう。
【０００８】
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、化学蓄熱装置による排気浄化触媒の加熱が必要なときにできる限り排気浄化触媒を加熱することができる排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、第１の発明では、機関排気通路に配置された排気浄化触媒と、反応媒体と反応して発熱すると共に発熱すると前記排気浄化触媒を加熱する反応材を備えるヒータ部と、前記反応媒体を吸着する吸着材を備えると共に連通路により前記ヒータ部と連通するストレージ部と、前記連通路に配置された開閉弁とを備える化学蓄熱装置と、前記ヒータ部内の温度又は圧力を検出する検出装置と、前記開閉弁の開閉を制御する制御装置とを具備し、前記反応材は前記ヒータ部内の温度又は圧力が吸放熱閾値以下であるときに前記反応媒体と反応して発熱し、前記制御装置は、前記吸着材への前記反応媒体の回収が完了すると前記開閉弁を閉弁すると共に、前記開閉弁が開弁されている場合に、前記検出装置によって検出された前記ヒータ部内の温度又は圧力が前記吸放熱閾値よりも高く且つ所定時間以上にわたって低下しているときには前記反応媒体の回収が完了していなくても前記開閉弁を閉弁し、前記反応媒体の回収が完了していない状態で前記開閉弁が閉弁されている場合に、前記検出装置によって検出された前記ヒータ部内の温度又は圧力が前記開閉弁を閉弁したときの温度又は圧力以上になったときには前記開閉弁を開弁する、内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、化学蓄熱装置による排気浄化触媒の加熱が必要なときにできる限り排気浄化触媒を加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本実施形態の排気浄化装置を備える内燃機関の構成を概略的に示す図である。
【図２】図２は、圧力とアンモニアの吸着量との関係を示す図である。
【図３】図３は、開閉弁の開閉状態等のタイムチャートである。
【図４】図４は、開閉弁の開閉状態等のタイムチャートである。
【図５】図５は、開閉弁の開閉状態等のタイムチャートである。
【図６】図６は、開閉弁の制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１３】
＜内燃機関の構成＞
図１は、本実施形態の排気浄化装置を備える内燃機関の構成を概略的に示す図である。内燃機関は、機関本体１と、機関本体１の排気ポートに連結された排気管２とを具備する。排気管２は、機関本体１から排出された排気ガスが流通する排気通路を画成する。排気管２には、機関本体１から排出された排気ガス中の未燃ガス（ＨＣ、ＣＯ等）及びＮＯｘを浄化するための排気浄化触媒３を内蔵した触媒コンバータ４が配置される。なお、内燃機関が圧縮自着火式の内燃機関である場合には、排気浄化触媒３は、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するためのフィルタであってもよい。
【００１４】
加えて、排気管２には、排気浄化触媒３に流入する排気ガスを加熱することによって排気浄化触媒３を間接的に加熱する化学蓄熱装置１０が設けられる。化学蓄熱装置１０は、排気浄化触媒３の排気流れ方向上流側において排気管２を囲むように配置されたヒータ部１１と、ストレージ部１２と、ヒータ部１１とストレージ部１２とを連通させる連通管１３と、連通管１３に配置された開閉弁１４とを具備する。また、化学蓄熱装置１０には、連通管１３を介してヒータ部１１及びストレージ部１２内を流通する反応媒体が封入される。反応媒体としては、例えば、アンモニアや二酸化炭素が挙げられる。以下では、反応媒体としてアンモニアを用いた場合を例にとって説明する。
【００１５】
ヒータ部１１は、排気管２を囲むように円筒状に形成されると共に、その内部にアンモニアと化学反応する固体状又は粉末状の反応材２１を備える。反応材２１としては、例えば、ＣａＣｌ2、Ｍｇｃｌ2、ＣｏＣｌ2、ＮｉＣｌ2等の金属塩化物、ＣａＢｒ2、ＭｇＢｒ2等の金属臭化物、ＣａＩ2、ＭｇＩ2等の金属ヨウ化物等が用いられる。反応材２１では、その温度が吸放熱切替温度（例えば、２６０℃）以下である場合には、反応材２１とアンモニアとが化学反応してアンモニアが反応材２１に化学吸着され、このときに熱が発生する。このようにして発生した熱は、ヒータ部１１に囲まれた排気管２内を流通する排気ガスを加熱し、加熱された排気ガスにより排気浄化触媒３が加熱される。一方、反応材２１では、その温度が吸放熱切替温度よりも高い場合には、反応材２１からアンモニアが離脱せしめられる。
【００１６】
なお、本実施形態では、ヒータ部１１は排気浄化触媒３の排気流れ方向上流側において排気管２を囲むように配置される。しかしながら、ヒータ部は、排気通路を部分的に貫通して延びるように配置されてもよい。いずれにせよこれらの場合、ヒータ部１１は、排気浄化触媒３に流入する排気ガスを加熱することによって排気浄化触媒３を間接的に加熱することになる。
【００１７】
或いは、ヒータ部は排気浄化触媒３を囲むように配置されてもよい。または、ヒータ部は、排気浄化触媒３の上流側端面と接触するように排気通路を部分的に貫通して延びるように配置されてもよい。これらの場合、ヒータ部は、排気浄化触媒３を直接的に加熱することになり、よって、化学蓄熱装置１０は排気浄化触媒３を直接的に加熱することになる。
【００１８】
また、上述したように、反応材２１の温度（すなわち、ヒータ部１１内の温度）が吸放熱切替温度以下である場合に、アンモニアと化学反応して発熱する。一方、ヒータ部１１内の圧力は反応材２１の温度に応じて変化し、反応材２１の温度が高くなるほどヒータ部１１内の圧力も上昇する。したがって、反応材２１は、ヒータ部１１内の圧力が吸放熱切替圧力以下である場合に、アンモニアと化学反応して発熱するということもできる。したがって、これらをまとめて表現すると、反応材２１は、ヒータ部１１内の温度又は圧力が吸放熱閾値以下である場合にアンモニアと反応して発熱するということができる。また、反応材２１は、ヒータ部１１内の温度又は圧力が吸放熱閾値よりも高い場合に化学吸着していたアンモニアを離脱させるということができる。
【００１９】
ストレージ部１２は、その内部に、アンモニアを離脱可能に物理吸着させる吸着材２２を備える。吸着材２２としては、例えば、活性炭、ゼオライト、シリカゲル、メソポーラスシリカ等が用いられる。吸着材２２には、ストレージ部１２内の圧力が高いほど多量のアンモニアが吸着せしめられる。
【００２０】
連通管１３は、ヒータ部１１とストレージ部１２とを連通させる連通路を画成し、連通路を介してヒータ部１１とストレージ部１２との間でアンモニアを移動させることができる。連通管１３に配置された開閉弁１４は、連通管１３によって画成される連通路の開閉を行う。開閉弁１４が開かれているときにはアンモニアはヒータ部１１とストレージ部１２との間で移動が可能になり、開閉弁１４が閉じられているときにはヒータ部１１とストレージ部１２との間でのアンモニアの移動が遮断される。
【００２１】
電子制御装置（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。
【００２２】
また、化学蓄熱装置１０のヒータ部１１には、ヒータ部１１内の温度、特に反応材２１の温度を検出するための温度センサ４３が設けられる。加えて、化学蓄熱装置１０のヒータ部１１には、ヒータ部１１内の圧力を検出するための圧力センサ４４が設けられる。さらに、触媒コンバータ４には排気浄化触媒３の温度を検出する温度センサ４５が設けられる。これら温度センサ４３、４５及び圧力センサ４４の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して内燃機関の駆動部材、例えば点火プラグ、燃料噴射弁、スロットル弁（いずれも図示せず）等に接続される。加えて、出力ポート３６は開閉弁１４に接続され、よって開閉弁１４は制御装置３０からの駆動信号によって制御される。
【００２３】
なお、本実施形態では、排気浄化触媒３、化学蓄熱装置１０、温度センサ４３、圧力センサ４４、温度センサ４５及び制御装置３０は、内燃機関の排気浄化装置を構成する。
【００２４】
＜排気浄化装置の基本的な動作＞
次に、このように構成された排気浄化装置の基本的な動作について説明する。まず、アンモニアが多量にストレージ部１２の吸着材２２に吸着さてており且つ開閉弁１４が閉弁されている状態を考える。このような状態で、排気浄化触媒３の加熱が必要とされるとき、例えば冷間始動時等、ヒータ部１１内の温度が目標温度（例えば、排気浄化触媒３をその活性温度に維持するのに必要な温度）よりも低く且つ機関本体１から排出される排気ガスの温度が低いときには、開閉弁１４が開弁される。吸着材２２に多量のアンモニアが吸着されているときにはストレージ部１２内の圧力が高いことから、吸着材２２に吸着されているアンモニアは吸着材２２から離脱して、ヒータ部１１へと移動する。
【００２５】
ヒータ部１１へ移動したアンモニアは、ヒータ部１１の反応材２１と化学反応して熱を発生させる。このとき発生した熱により、ヒータ部１１に囲まれた排気管２内を流通する排気ガスが加熱せしめられ、この加熱された排気ガスにより排気浄化触媒３が加熱せしめられる。ヒータ部１１内の温度が吸放熱切替温度以下である限り、ヒータ部１１の反応材２１はアンモニアが化学吸着することにより発熱し、これに伴ってヒータ部１１及びストレージ部１２内の圧力が低下していく。
【００２６】
一方、排気浄化触媒３が十分に加熱され且つ機関本体１から排出される排気ガスの温度が上昇すると、ヒータ部１１が機関本体１から排出された排気ガスにより加熱される。そして、ヒータ部１１内の温度（より正確には反応材２１の温度）が吸放熱切替温度よりも高くなると、反応材２１に化学吸着されていたアンモニアが反応材２１から離脱せしめられる。これにより、ヒータ部１１及びストレージ部１２内の圧力が上昇する。
【００２７】
ヒータ部１１及びストレージ部１２内の圧力が上昇すると、ストレージ部１２の吸着材２２へアンモニアが吸着せしめられる。図２は、ヒータ部１１及びストレージ部１２内の圧力と、吸着材２２へのアンモニアの吸着量との関係を示す図である。図２に示したように、ヒータ部１１及びストレージ部１２内の圧力が高くなるほど、吸着材２２へのアンモニアの吸着量が増大する。このため、機関本体１から排出された排気ガスの温度が上昇して、ヒータ部１１内の温度が上昇すると、これに伴ってヒータ部１１及びストレージ部１２内の圧力が上昇し、よって吸着材２２へのアンモニアの吸着量が増大する。
【００２８】
ヒータ部１１内の温度上昇が続くと、ヒータ部１１及びストレージ部１２内の圧力が上昇し、やがて最大回収圧力に到達する。ヒータ部１１及びストレージ部１２内の圧力が最大回収圧力以上になると、ヒータ部１１の反応材２１に化学吸着していたアンモニアのほとんどがストレージ部１２の吸着材２２に吸着し、吸着材２２へのアンモニアの吸着量が最大吸着量となる。このため、ヒータ部１１及びストレージ部１２内の圧力が最大回収圧力以上になると、すなわち吸着材２２へのアンモニアの回収が完了すると、開閉弁１４が閉弁される。したがって、アンモニアは、排気浄化触媒３の加熱後、ストレージ部１２に再び回収されることになる。このようにしてストレージ部１２に回収されたアンモニアは、次の機関冷間始動時等に開閉弁１４が再び開かれると、再びヒータ部１１へと移動して、排気浄化触媒３を再び加熱する。
【００２９】
このように、化学蓄熱装置１０では、アンモニアがヒータ部１１とストレージ部１２との間で繰り返し移動することによって、排気ガス及び排気浄化触媒３が低温のときにこれらを繰り返し加熱することができる。
【００３０】
＜ヒータ部温度の一時的低下に伴う問題点＞
上述したように、ヒータ部１１の反応材２１にアンモニアが化学吸着された状態で、ヒータ部１１内の温度が吸放熱切替温度よりも高い温度まで上昇すると、反応材２１に吸着されていたアンモニアが離脱せしめられる。このようにして離脱せしめられたアンモニアはストレージ部１２へと移動して、吸着材２２に吸着される。ヒータ部１１内の温度が吸放熱切替温度よりも高い領域では、上述したようにストレージ部１２内の圧力が高くなるほど、したがってヒータ部１１内の圧力が高くなるほど吸着材２２へのアンモニアの吸着量は増大する。そして、ストレージ部１２内の圧力、すなわちヒータ部１１内の圧力が最大回収圧力に到達すると、吸着材２２へのアンモニアの回収は完了する。
【００３１】
ところが、機関運転状態によっては、吸着材２２へのアンモニアの回収中に、すなわちヒータ部１１及びストレージ部１２内の圧力が最大回収圧力に到達する前に、機関本体１から排出された排気ガスの温度が一時的に低くなることがある。このように、排気ガスの温度が低くなると、ヒータ部１１内の温度が一時的に低下し、これに伴ってヒータ部１１やストレージ部１２内の圧力も低下する。この場合、これに伴って、ストレージ部１２の吸着材２２へのアンモニアの吸着量が減少する。この様子を図３に示す。
【００３２】
図３は、開閉弁１４の開閉状態、機関本体から排出された排気ガスの温度（排気温度）、ヒータ部１１内の温度Ｔ、ヒータ部１１内の圧力Ｐｈ、ストレージ部１２内の圧力Ｐｓ、吸着材２２へのアンモニアの吸着量のタイムチャートである。
【００３３】
図３に示した例では、ヒータ部１１の温度Ｔが目標温度Ｔｔｇよりも低く、よって排気浄化触媒３の温度が低いことから、化学蓄熱装置１０により排気浄化触媒３を加熱すべく、時刻ｔ1において開閉弁１４が開弁された場合を示している。特に、図３に示した例では、時刻ｔ3以前において、ストレージ部１２の吸着材２２へのアンモニアの吸着量は最大吸着量となっており、ストレージ部１２内の圧力Ｐｓも最大回収圧力Ｐｍａｘとなっている。
【００３４】
時刻ｔ1において開閉弁１４が開弁されると、吸着材２２に吸着されていたアンモニアがヒータ部１１へと移動し、反応材２１と反応して発熱する。したがって、吸着材２２へのアンモニアの吸着量は徐々に減少し、これに伴ってストレージ部１２内の圧力Ｐｓも徐々に低下する。一方、ヒータ部１１内の温度Ｔは反応熱及び排気ガスの熱により徐々に上昇し、これに伴ってヒータ部１１内の圧力Ｐｈも上昇する。この結果、図３に示した例では、時刻ｔ2において、吸着材２２へのアンモニアの吸着量がかなり減少すると共に、ヒータ部１１内の温度Ｔが吸放熱切替温度に到達する。また、ヒータ部１１内の圧力Ｐｈも吸放熱切替温度に対応する吸放熱切替圧力に到達する。
【００３５】
図３に示した例では、時刻ｔ2以降も排気ガスの温度が高いため、ヒータ部１１内の温度Ｔはさらに上昇していく。ヒータ部１１内の温度Ｔが上昇すると、ヒータ部１１に化学吸着されていたアンモニアが反応材２１から離脱せしめられるため、ヒータ部１１内の圧力Ｐｈも上昇していく。また、反応材２１から離脱せしめられたアンモニアは、ストレージ部１２へと移動して吸着材２２に吸着せしめられる。このため、吸着材２２へのアンモニアの吸着量が徐々に増大していく。
【００３６】
図３に示した例では、時刻ｔ3において、機関本体１から排出される排気ガスの温度が低下する。このため、時刻ｔ3以降、ヒータ部１１内の温度Ｔは徐々に低下していく。このようにヒータ部１１内の温度Ｔが低下すると、これに伴ってヒータ部１１内の圧力Ｐｈが低下し、開閉弁１４が開弁されていることからストレージ部１２内の圧力Ｐｓも低下する。図２を参照して説明したように、ヒータ部１１及びストレージ部１２内の圧力が低下すると、吸着材２２へのアンモニア吸着量が減少せしめられる。
【００３７】
その後、時刻ｔ4において、ヒータ部１１内の温度Ｔが吸放熱切替温度Ｔｔｈに到達すると、ヒータ部１１内のアンモニアは反応材２１と反応して発熱する。このため、時刻ｔ4以降、ヒータ部１１内の温度Ｔは吸放熱切替温度Ｔｔｈ近傍に維持される。一方、ヒータ部１１内の圧力Ｐｈは、アンモニアが反応材２１と反応して減少するため、徐々に低下する。
【００３８】
ここで、化学蓄熱装置１０は、上述したように排気浄化触媒３の温度を一定温度以上に維持することを目的として用いられている。しかしながら、時刻ｔ4においては、ヒータ部１１内の温度Ｔは目標温度Ｔｔｇよりも十分に高く、よってこのときの排気浄化触媒３の温度は上記一定温度よりも十分に高い。したがって、このとき排気浄化触媒３を加熱する必要はない。しかしながら、化学蓄熱装置１０では、開閉弁１４が開弁されている限り時刻ｔ3以降において反応材２１とアンモニアとが反応してこれらが発熱してしまう。
【００３９】
また、時刻ｔ4以降、ヒータ部１１内のアンモニアの減少に伴って、吸着材２２からアンモニアが離脱せしめられ、よって吸着材２２へのアンモニアの吸着量は徐々に減少していく。そして、図３に示した例では、時刻ｔ5において吸着材２２へのアンモニアの吸着量はほぼゼロとなってしまう。
【００４０】
また、図３に示した例では、時刻ｔ5以降も機関本体１から排出される排気ガスの温度が低いままとなっている。また、時刻ｔ5以降は、吸着材２２へのアンモニアの吸着量がほぼゼロとなっているため、反応材２１における発熱反応も生じない。このため、時刻ｔ5以降はヒータ部１１内の温度Ｔが徐々に低下し、時刻ｔ6において目標温度Ｔｔｇに到達する。しかしながら、吸着材２２にはアンモニアは吸着されていないため、時刻ｔ6以降も反応材２１における化学反応によってヒータ部１１や排気浄化触媒３を加熱することはできない。この結果、時刻ｔ6以降、ヒータ部１１内の温度Ｔは、目標温度Ｔｔｇ以下になり、よって排気浄化触媒３の温度が例えば活性温度以下になる。
【００４１】
このように、ヒータ部１１及びストレージ部１２内の圧力が最大回収圧力Ｐｍａｘに到達するまで開閉弁１４の閉弁を待つと、一時的な排気ガスの温度の低下により、吸着材２２へのアンモニアの吸着量の減少を招く。加えて、ヒータ部１１内の温度Ｔｈが目標温度Ｔｔｇ以下になっても吸着材２２にアンモニアが吸着されておらず、よって排気浄化触媒３の温度が例えば活性温度未満になってしまう場合がある。
【００４２】
＜開閉弁の閉弁＞
そこで、本実施形態では、圧力センサ４４によって検出されたヒータ部１１内の圧力Ｐｈが吸放熱切替温度Ｔｔｈに相当する吸放熱切替圧力Ｐｔｈよりも高く且つ予め定められた基準低下時間Δｔｒｅｆ以上に亘って低下しているときには、検出された圧力Ｐｈが最大回収圧力Ｐｍａｘに達していなくても、すなわちアンモニアの回収が完了していなくても、開閉弁１４を閉弁することとしている。
【００４３】
図４は、開閉弁１４の開閉状態等を示す、図３と同様なタイムチャートである。図中の実線は、本実施形態の排気浄化装置による開閉弁１４の制御を行った場合の推移を示しており、図中の実線は、本実施形態の排気浄化装置による開閉弁１４の制御を行わなかった場合の推移を示している（したがって、図３における推移と同一）。
【００４４】
図４に示した例においても、時刻ｔ3までは、各パラメータは図３に示した例と同様に推移する。したがって、時刻ｔ1において、吸着材２２へのアンモニアの吸着量が最大吸着量となっている状態で開閉弁１４が開弁せしめられる。その後、時刻ｔ2において吸着材２２へのアンモニアの吸着量がほぼゼロになり、また、時刻ｔ3において機関本体１から排出される排気ガスの温度が低下する。
【００４５】
時刻ｔ3において排気ガスの温度が低下すると、時刻ｔ3以降、ヒータ部１１内の温度Ｔが徐々に低下していく。ここで、上述したように、本実施形態では、圧力センサ４４によって検出されたヒータ部１１内の圧力Ｐｈが吸放熱切替圧力Ｐｔｈよりも高く且つ基準低下時間Δｔｒｅｆ以上に亘って低下しているときには、開閉弁１４が閉弁せしめられる。図４に示した例では、ヒータ部１１内の圧力Ｐｈが、時刻ｔ3から低下し、時刻ｔ3から基準低下時間Δｔｒｅｆ経過した時刻ｔ4まで低下し続けている。このため、時刻ｔ4において開閉弁１４が閉弁せしめられる。
【００４６】
時刻ｔ4において開閉弁１４が閉弁されると、ストレージ部１２内の圧力Ｐｓはそのまま維持され、また、吸着材２２へのアンモニアの吸着量もそのまま維持される。一方、開閉弁１４が閉弁されることによりヒータ部１１において反応材２１とアンモニアとの反応による発熱が生じないため、ヒータ部１１内の温度Ｔは徐々に低下する。また、ヒータ部１１内の温度Ｔの低下に伴って、ヒータ部１１内の圧力Ｐｈも低下する。
【００４７】
図４に示した例では、ヒータ部１１内の温度Ｔは吸放熱切替温度Ｔｔｈよりも低くなり、時刻ｔ5において目標温度Ｔｔｇに到達する。ヒータ部１１内の温度が目標温度Ｔｔｇよりも低くなると排気浄化触媒３の温度が過剰に低下してしまうことから、ヒータ部１１内の温度Ｔが目標温度Ｔｔｇに到達すると、上述したように開閉弁１４が開弁される。このため、ストレージ部１２の吸着材２２に吸着されていたアンモニアが、吸着材２２から離脱されてヒータ部１１へと移動する。このため、時刻ｔ5以降、吸着材２２へのアンモニアの吸着量が減少していき、これに伴ってストレージ部１２内の圧力Ｐｓが低下していく。一方、ヒータ部１１に移動したアンモニアは反応材２１と反応して発熱するため、時刻ｔ5以降、ヒータ部１１内の温度Ｔが上昇する。
【００４８】
このように本実施形態では、ヒータ部１１内の圧力Ｐｈが吸放熱切替圧力Ｐｔｈよりも高く且つ基準低下時間Δｔｒｅｆ以上に亘って低下しているときには、開閉弁１４を閉弁するようにしている。このため、ヒータ部１１内の温度が目標温度Ｔｔｇよりも或る程度高い状態で、すなわち排気浄化触媒３の加熱が必要ない状態で、反応材２１とアンモニアとの反応による加熱が行われるのが抑制される。これにより、ヒータ部１１内の温度が目標温度Ｔｔｇ以下になったとき、すなわち排気浄化触媒３の加熱が必要なときに、開閉弁１４を開弁して反応材２１とアンモニアとの反応による加熱を行うことができる。特に、ヒータ部１１内の温度が低いときの方が反応材２１とアンモニアとの反応によって生じた熱エネルギを効率的に排気浄化触媒３の昇温に用いることができる。
【００４９】
なお、上記実施形態では、ヒータ部１１内の圧力Ｐｈが低下し始めてすぐではなく、ヒータ部１１内の圧力Ｐｈが基準低下時間Δｔｒｅｆ以上に亘って低下してから、開閉弁１４を閉弁するようにしている。ここで、実際の内燃機関の運転中においては、ヒータ部１１内の温度Ｔやヒータ部１１の圧力Ｐｈの上下が頻繁に起きるため、ヒータ部１１内の圧力Ｐｈが低下し始めてからすぐに開閉弁１４を閉弁すると、開閉弁１４の開閉が頻繁に行われてしまう。このため、本実施形態では、ヒータ部１１内の圧力Ｐｈが基準低下時間Δｔｒｅｆ以上に亘って低下してから、開閉弁１４を閉弁するようにしている。逆に言うと、基準低下時間Δｔｒｅｆは、内燃機関の運転中にヒータ部１１内の圧力Ｐｈが基準低下時間Δｔｒｅｆ以上に亘って低下する頻繁が或る一定値以下になるように設定される。
【００５０】
＜開閉弁の開弁＞
また、本実施形態では、アンモニアの回収が完了していない状態で開閉弁１４が閉弁されている場合に、圧力センサ４４によって検出されたヒータ部１１内の圧力Ｐｈが開閉弁１４を閉弁したときの圧力以上になったとき開閉弁１４を開弁するようにしている。
【００５１】
図５は、開閉弁１４の開閉状態等を示す、図４と同様なタイムチャートである。特に、図４に示した例では、図３に示した例と同様に、時刻ｔ3において排気ガスの温度が低下すると共に、時刻ｔ4において開閉弁１４が閉弁される。加えて、図４に示した例では、時刻ｔ5において、排気ガスの温度が再び上昇した場合を示している。
【００５２】
時刻ｔ5において排気ガスの温度が上昇すると、これに伴ってヒータ部１１内の温度Ｔも上昇する。したがって、時刻ｔ5以降、ヒータ部１１内の温度Ｔは上昇し、これに伴ってヒータ部１１内の圧力Ｐｈも上昇する。一方、時刻ｔ5以降も、開閉弁１４は閉弁されたままとなっているため、ストレージ部１２内の圧力Ｐｓは変化せず、よって吸着材２２へのアンモニアの吸着量も変化しない。
【００５３】
ヒータ部１１内の温度が上昇していくと、時刻ｔ6において、ヒータ部１１内の温度が、開閉弁１４を閉弁したときのヒータ部１１内の温度Ｔｐｒｅに到達する。このとき、同様に、ヒータ部１１内の圧力Ｐｈが、開閉弁１４を閉弁したときのヒータ部１１内の圧力Ｐｈｐｒｅに到達する。そこで、本実施形態では、時刻ｔ6において、開閉弁１４が開弁される。
【００５４】
ヒータ部１１内の温度が温度Ｔｐｒｅとなっており、またヒータ部１１内の圧力Ｐｈが圧力Ｐｈｐｒｅとなっているため、開閉弁１４を開弁しても、吸着材２２に吸着されているアンモニアは吸着材２２から離脱されることなく吸着材２２に吸着されたまま維持される。したがって、本実施形態では、時刻ｔ6まで開閉弁１４を開弁するのを待つことによって、吸着材２２へのアンモニアの吸着量が減少してしまうことが抑制される。
【００５５】
図５に示した例では、その後、ヒータ部１１内の温度Ｔ及び圧力Ｐｈが上昇し、これに伴ってストレージ部１２内の圧力Ｐｓが上昇し、よって吸着材２２へのアンモニアの吸着量が増大していく。そして、時刻ｔ7において、吸着材２２へのアンモニアの吸着量が最大吸着量になり、これによりヒータ部１１内の圧力Ｐｈが最大回収圧力Ｐｍａｘに到達してヒータ部１１内の温度Ｔが最大回収温度に到達すると、吸着材２２へのアンモニアの回収が完了する。このため、時刻ｔ7において開閉弁１４が閉弁される。
【００５６】
このように、本実施形態では、圧力センサ４４によって検出されたヒータ部１１内の圧力Ｐｈが開閉弁１４を閉弁したときの圧力Ｐｈｐｒｅ以上になったとき開閉弁１４を開弁するようにしている。これにより、吸着材２２へのアンモニア吸着量の減少を抑制することができる。
【００５７】
なお、上記実施形態では、開閉弁１４の開閉を、ヒータ部１１内の圧力Ｐｈに基づいて行っている。しかしながら、開閉弁１４の開閉をヒータ部１１内の温度Ｔに基づいて行ってもよい。この場合、温度センサ４３によって検出されたヒータ部１１内の温度Ｔが吸放熱切替温度Ｔｔｈよりも高く且つ予め定められた基準低下時間Δｔｒｅｆ以上に亘って低下しているときには、アンモニアの回収が完了していなくても、開閉弁１４が閉弁される。加えて、アンモニアの回収が完了していない状態で開閉弁１４が閉弁されている場合に、温度センサ４３によって検出されたヒータ部１１内の温度Ｔが開閉弁１４を閉弁したときの温度Ｔｐｒｅ以上になったとき開閉弁１４が開弁される。
【００５８】
＜フローチャート＞
図６は、開閉弁１４の制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図示した制御ルーチンは一定時間間隔の割り込みによって行われる。
【００５９】
まず、ステップＳ１１においてヒータ部１１内の圧力Ｐｈが最大回収圧力Ｐｍａｘ未満であるか否かが判定される。また、ステップＳ１２において、ヒータ部１１内の温度Ｔが目標温度Ｔｔｇ以上であるか否かが判定される。ステップＳ１１において、ヒータ部１１内の圧力が最大回収圧力Ｐｍａｘ以上であると判定された場合、及びステップＳ１２においてヒータ部１１内の温度が目標温度Ｔｔｇ未満であると判定された場合には、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、開閉弁１４が閉弁とされ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００６０】
一方、ステップＳ１１においてヒータ部１１内の圧力Ｐｈが最大回収圧力Ｐｍａｘ未満であると判定され、且つステップＳ１２においてヒータ部１１内の温度Ｔが目標温度Ｔｔｇ以上であると判定された場合には、ステップＳ１４へと進む。ステップＳ１４では、ヒータ部１１内の圧力Ｐｈが吸放熱切替圧力Ｐｔｈ以上であるか否かが判定される。ステップＳ１４において、ヒータ部１１内の圧力Ｐｈが吸放熱切替圧力Ｐｔｈ未満であると判定された場合には、ストレージ部１２の吸着材２２にアンモニアを保持しておく必要がない。このため、ステップＳ１５へと進んで開閉弁１４が開弁とされ、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００６１】
一方、ステップＳ１４において、ヒータ部１１内の圧力Ｐｈが吸放熱切替圧力Ｐｔｈ以上であると判定された場合には、ステップＳ１６へと進む。ステップＳ１６では、閉弁フラグＦが１に設定されているか否かが判定される。閉弁フラグＦは、アンモニアの回収が完了していない状態で開閉弁１４が閉弁されているときに１に設定され、それ以外のときには０に設定されるフラグである。ステップＳ１６において、閉弁フラグＦが１に設定されていないと判定された場合には、すなわち開閉弁１４が閉弁されていない場合には、ステップＳ１７へと進む。
【００６２】
ステップＳ１７では、ヒータ部１１内の圧力が低下していてその低下時間Δｔが基準低下時間Δｔｒｅｆ以上であるか否かが判定される。ステップＳ１７において、ヒータ部１１内の圧力の低下時間Δｔが基準低下時間Δｔｒｅｆ未満であると判定された場合にはステップＳ１８へと進んで開閉弁１４が開弁とされ、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、排気ガスの温度が或る程度の期間に亘って連続的に低下すること等により、ステップＳ１７においてヒータ部１１内の圧力の低下時間Δｔが基準低下時間Δｔｒｅｆ以上であると判定された場合にはステップＳ１９へと進む。ステップＳ１９では、開閉弁１４が閉弁とされ、次いで、ステップＳ２０では、閉弁フラグＦが１に設定されて、制御ルーチンが終了せしめられる。
【００６３】
閉弁フラグＦが１に設定されると、次の制御ルーチンではステップＳ１６からステップＳ２１へと進む。ステップＳ２１では、ヒータ部１１内の圧力Ｐｈが、開閉弁１４を閉弁したときの圧力Ｐｈｐｒｅ以上であるか否かが判定される。ステップＳ２１において、ヒータ部１１内の圧力Ｐｈが圧力Ｐｈｐｒｅ未満であると判定された場合には、ステップＳ２２へと進む。ステップＳ２２では、開閉弁１４が閉弁されたまま維持され、制御ルーチンが終了せしめられる。一方、排気ガスの温度が上昇すること等によってヒータ部１１内の圧力Ｐｈが上昇すると、ステップＳ２１においてヒータ部１１内の圧力Ｐｈが開閉弁１４を閉弁したときの圧力Ｐｈｐｒｅ以上であると判定されて、ステップＳ２３へと進む。ステップＳ２３では、開閉弁１４が開弁とされ、次いで、ステップＳ２４では、閉弁フラグＦが０に設定されて、制御ルーチンが終了せしめられる。
【符号の説明】
【００６４】
１    機関本体
２    排気管
３    排気浄化触媒
１０    化学蓄熱装置
１１    ヒータ部
１２    ストレージ部
１３    連通管
１４    開閉弁
２１    反応材
２２    吸着材
３０    電子制御装置
４３    温度センサ
４４    圧力センサ
４５    温度センサ
【図１】
2016145562.tif 000003
【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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