(57)【要約】【課題】ＮＯｘ吸着材を備えた排気浄化装置に関し、酸化により吸着性能が低下したＮＯｘ吸着材を効率良く還元処理し、それによりＮＯｘ吸着材の吸着能力を維持できるようにする。【解決手段】ＮＯｘ吸着材２０とは別の特定成分吸着材２２を排気系に設け、少なくともＨＣとＣＯの何れかを含む特定の排気ガス成分を特定成分吸着材２２に吸着させておく。そして、ＮＯｘ吸着材２０の吸着能力を回復させる場合は、特定成分吸着材２２から還元物質を発生させ、発生した還元物質をＮＯｘ吸着材２０に供給する。【選択図】図１
2009091903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられたＮＯｘ吸着材と、
前記排気系に設けられて少なくともＨＣとＣＯの何れかを含む特定の排気ガス成分を吸着する特定成分吸着材と、
前記ＮＯｘ吸着材の吸着能力を回復させるための回復処理の開始条件の成否を判定する開始判定手段と、
前記開始条件が成立した場合に、前記特定成分吸着材から還元物質を発生させ、発生した還元物質を前記ＮＯｘ吸着材に供給する還元物質供給手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記還元物質供給手段は、前記特定成分吸着材を昇温させる昇温手段を含み、前記特定成分吸着材を昇温させることで前記特定成分吸着材に吸着されているＨＣ或いはＣＯを前記特定成分吸着材から脱離させること特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記昇温手段は、高温の排気ガスが前記特定成分吸着材を通過するように前記排気系における排気ガスの流通経路を切換える手段であり、
前記還元物質供給手段は、前記特定成分吸着材を通過した排気ガスが前記ＮＯｘ吸着材に流入するように排気ガスの流通経路を切換える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】
前記特定成分吸着材より吸着される排気ガス成分にはＣＯとＨ２Ｏとが含まれ、
前記還元物質供給手段は、前記特定成分吸着材から脱離したＣＯとＨ２Ｏとを反応させる触媒を含み、ＣＯによりＨ２Ｏを還元することによって水素を発生させることを特徴とする請求項２又は３記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記触媒は前記特定成分吸着材と一体化されていることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記還元物質供給手段は、前記触媒をＣＯとＨ２Ｏとの反応温度まで加熱する加熱装置を含むことを特徴とする請求項４又は５記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記開始判定手段は、
前記ＮＯｘ吸着材の温度を推定する温度推定手段を含み、
前記ＮＯｘ吸着材の推定温度が所定温度以上であることを前記開始条件の１つとしていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記開始判定手段は、
前記内燃機関の運転時に前記ＮＯｘ吸着材に吸着されたＮＯｘ量を測定するＮＯｘ吸着量測定手段と、
前記内燃機関の運転時に前記ＮＯｘ吸着材に吸着された水分量を測定する水分吸着量測定手段と、
水分吸着量に対するＮＯｘ吸着量の基準値を記憶した基準値記憶手段と、
ＮＯｘ吸着量の測定値と、水分吸着量の測定値に対応するＮＯｘ吸着量の基準値とを比較する比較手段とを含み、
ＮＯｘ吸着量の基準値と測定値との偏差が所定値以上であることを前記開始条件の１つとしていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に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】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関し、詳しくは、低温時に排気ガス中のＮＯｘを吸着できるＮＯｘ吸着材を備えた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、内燃機関から排出される排気ガスの通路に触媒とは別に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。しかし、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ができる。
【特許文献１】特開２０００−３４５８３２号公報
【特許文献２】特開２００４−１８１４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ＮＯｘ吸着材の吸着性能は、使用によって次第に低下することが知られている。吸着性能の低下原因の一つは、ＮＯｘ吸着サイトの消滅等、吸着材料の劣化によるものであり、それにより低下した吸着性能は回復することはできない。しかしその一方で、低下した吸着性能の一部は、ＮＯｘ吸着材を還元雰囲気に曝すことで回復可能なことが実験により確認された。この回復可能な吸着性能の低下は、ＮＯｘ吸着サイトが形成されるイオン交換サイト上の金属、若しくは、ＮＯｘ吸着サイトの一部が反応して何らかの化合物が形成されることによって起こるものと推定される。そして、その化合物は還元雰囲気に曝すことで再生可能なことから、そこで起きている反応はおそらく酸化であろうと推測される。
【０００４】
いずれにせよ、ＮＯｘ吸着材の吸着性能の低下には、恒久的な性能低下による分と一時的な性能低下による分とが含まれている。このうち一時的な性能低下であれば、上述のようにＮＯｘ吸着材を還元雰囲気に曝すことで元の吸着性能まで回復することができる。したがって、ＮＯｘ吸着材の吸着性能を維持し、冷間始動時におけるＮＯｘの排出を防止するためには、酸化により吸着性能が低下したＮＯｘ吸着材を如何に効率良く還元処理できるかが鍵となる。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、酸化により吸着性能が低下したＮＯｘ吸着材を効率良く還元処理し、それによりＮＯｘ吸着材の吸着能力を維持できるようにした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】
【０００６】
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、
内燃機関の排気系に設けられたＮＯｘ吸着材と、
前記排気系に設けられて少なくともＨＣとＣＯの何れかを含む特定の排気ガス成分を吸着する特定成分吸着材と、
前記ＮＯｘ吸着材の吸着能力を回復させるための回復処理の開始条件の成否を判定する開始判定手段と、
前記開始条件が成立した場合に、前記特定成分吸着材から還元物質を発生させ、発生した還元物質を前記ＮＯｘ吸着材に供給する還元物質供給手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、
前記還元物質供給手段は、前記特定成分吸着材を昇温させる昇温手段を含み、前記特定成分吸着材を昇温させることで前記特定成分吸着材に吸着されているＨＣ或いはＣＯを前記特定成分吸着材から脱離させること特徴としている。
【０００８】
第３の発明は、第２の発明において、
前記昇温手段は、高温の排気ガスが前記特定成分吸着材を通過するように前記排気系における排気ガスの流通経路を切換える手段であり、
前記還元物質供給手段は、前記特定成分吸着材を通過した排気ガスが前記ＮＯｘ吸着材に流入するように排気ガスの流通経路を切換えることを特徴としている。
【０００９】
第４の発明は、第２又は第３の発明において、
前記特定成分吸着材より吸着される排気ガス成分にはＣＯとＨ２Ｏとが含まれ、
前記還元物質供給手段は、前記特定成分吸着材から脱離したＣＯとＨ２Ｏとを反応させる触媒を含み、ＣＯによりＨ２Ｏを還元することによって水素を発生させることを特徴としている。
【００１０】
第５の発明は、第４の発明において、
前記触媒は前記特定成分吸着材と一体化されていることを特徴としている。
【００１１】
第６の発明は、第４又は第５の発明において、
前記還元物質供給手段は、前記触媒をＣＯとＨ２Ｏとの反応温度まで加熱する加熱装置を含むことを特徴としている。
【００１２】
第７の発明は、第１乃至第６の何れか１つの発明において、
前記開始判定手段は、
前記ＮＯｘ吸着材の温度を推定する温度推定手段を含み、
前記ＮＯｘ吸着材の推定温度が所定温度以上であることを前記開始条件の１つとしていることを特徴としている。
【００１３】
第８の発明は、第１乃至第７の何れか１つの発明において、
前記開始判定手段は、
前記内燃機関の運転時に前記ＮＯｘ吸着材に吸着されたＮＯｘ量を測定するＮＯｘ吸着量測定手段と、
前記内燃機関の運転時に前記ＮＯｘ吸着材に吸着された水分量を測定する水分吸着量測定手段と、
水分吸着量に対するＮＯｘ吸着量の基準値を記憶した基準値記憶手段と、
ＮＯｘ吸着量の測定値と、水分吸着量の測定値に対応するＮＯｘ吸着量の基準値とを比較する比較手段とを含み、
ＮＯｘ吸着量の基準値と測定値との偏差が所定値以上であることを前記開始条件の１つとしていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明は、少なくともＨＣとＣＯの何れかを含む特定の排気ガス成分を特定成分吸着材に吸着して蓄えておくことができ、その特定排気ガス成分を利用してＮＯｘ吸着材の還元処理を行なうことができる。これによれば、ＮＯｘ以外の排気ガス成分を有効に利用して、酸化により低下したＮＯｘ吸着材の吸着性能を元の状態まで回復させることができる。
【００１５】
第２の発明によれば、特定成分吸着材を昇温させることで特定成分吸着材に吸着して蓄えられているＨＣ或いはＣＯの脱離を促進することができる。また、特定成分吸着材から脱離したＨＣ或いはＣＯは、そのまま還元物質としてＮＯｘ吸着材の還元処理に利用することができる。
【００１６】
第３の発明によれば、排気ガスの流通経路を切換えて高温の排気ガスを特定成分吸着材に導入することで、排気ガスの熱を利用して特定成分吸着材を昇温させることができる。また、特定成分吸着材を通過した排気ガスをＮＯｘ吸着材に流入させることで、特定成分吸着材から脱離したＨＣ或いはＣＯをＮＯｘ吸着材に供給することができる。
【００１７】
第４の発明によれば、排気ガス成分であるＣＯとＨ２Ｏとを利用して、ＣＯよりもさらに還元能力の高い水素を発生させることができる。この水素を還元物質としてＮＯｘ吸着材に供給することで、酸化により吸着性能が低下したＮＯｘ吸着材をより効率良く還元処理することができる。
【００１８】
第５の発明によれば、触媒が特定成分吸着材と一体化されていることにより、特定成分吸着材から脱離したＣＯとＨ２Ｏとを効率良く反応させることができる。
【００１９】
第６の発明によれば、加熱装置によって触媒を積極的に加熱することでＣＯとＨ２Ｏとを高い効率で反応させることができ、より多くの水素を取り出すことができる。
【００２０】
第７の発明によれば、ＮＯｘ吸着材が高温になっていることを回復処理の開始条件とすることで、リッチ空燃比の排気ガスをＮＯｘ吸着材に導入したときの還元反応をより確実なものとすることができる。
【００２１】
ところで、出願人による実験の結果、ＮＯｘ吸着材に酸化による性能の低下（一時的な性能の低下）がない場合、水分吸着量とＮＯｘ吸着量との間には高い相関があることが確認された。吸着性能の低下が劣化による恒久的なものである場合は、前記の相関を保ちながらＮＯｘ吸着量も水分吸着量も低下することになる。これに対し、ＮＯｘ吸着材の酸化による性能の低下では、ＮＯｘの吸着性能のみが低下し、水分の吸着性能には影響がないことも分かった。これらの新たな事実に鑑みれば、水分吸着量とＮＯｘ吸着量との間にある前記の相関が崩れているかどうかにより、ＮＯｘ吸着材の酸化による性能低下を恒久的な性能低下と区別して判別できると考えられる。
【００２２】
第８の発明によれば、ＮＯｘ吸着量の測定値と、水分吸着量の測定値に対応するＮＯｘ吸着量の基準値とが比較される。ＮＯｘ吸着材に吸着性能の低下がない場合、或いは、劣化による恒久的な性能低下のみの場合、ＮＯｘ吸着量の測定値は基準値とほぼ一致する。しかし、ＮＯｘ吸着材に酸化による性能低下がある場合には、ＮＯｘ吸着量の測定値は基準値から乖離する。したがって、ＮＯｘ吸着量の基準値と測定値との偏差を参照することで、ＮＯｘ吸着材の酸化による性能低下の程度を客観的に評価することができ、適切なタイミングにて回復処理を開始することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
実施の形態１．
以下、図を用いて本発明の実施の形態１について説明する。
【００２４】
［システムの構成］
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。内燃機関２には吸気管４と排気管６とが接続されている。吸気管４を中心にした内燃機関２に空気を供給するための系を吸気系といい、排気管６を中心にした内燃機関２から排気ガスを排出するための系を排気系という。本実施の形態のシステムは、特に、内燃機関２の排気系の構成に特徴を有している。
【００２５】
本実施の形態のシステムは、排気管６から分岐する３つの分岐管１２，１４，１６を備えている。以下、排気管６における最上流の分岐点６ａで分岐する分岐管１２を第１分岐管と呼ぶ。そして、中央の分岐点６ｂで分岐する分岐管１４を第２分岐管と呼び、最下流の分岐点６ｃで分岐する分岐管１６を第３分岐管と呼ぶ。このうち、第３分岐管１６の分岐点６ｃには第１切換バルブ（Ｖ１）３２が設けられている。第１切換バルブ３２は、切換え可能な２つの入口ポートと１つの出口ポートとを有する三方弁であり、一方の入口ポート（ａ）には排気管６の上流側が接続され、もう一方の入口ポート（ｂ）に第３分岐管１６が接続されている。そして、第１切換バルブ３２の出口ポートに排気管６の下流側が接続されている。
【００２６】
３つの分岐管１２，１４，１６は、それぞれの末端を第２切換バルブ（Ｖ２）３４によって互いに接続されている。第２切換バルブ３４は、切換え可能な２つの入口ポートと１つの出口ポートとを有する三方弁であり、一方の入口ポート（ａ）には第１分岐管１２が接続され、もう一方の入口ポート（ｂ）に第２分岐管１４が接続されている。そして、第２切換バルブ３４の出口ポートに第３分岐管１６が接続されている。
【００２７】
本実施の形態のシステムは、その排気系に２つの吸着材２０，２２を備えている。２つの吸着材２０，２２は二段に配置され、前段の吸着材２２は第１分岐管１２に、そして、後段の吸着材２０は第３分岐管１６に設けられている。前段の吸着材２２は、排気ガスに含まれるＨＣを吸着する機能を有するＨＣ吸着材である。そのようなＨＣ吸着材の構造や組成には限定は無く、公知のものを用いることができる。なお、本実施の形態で使用するＨＣ吸着材２２は、ＨＣだけでなくＣＯを吸着する機能を含んでいても良い。ＨＣ吸着材２２は第１の発明の「特定成分吸着材」に相当する。一方、後段の吸着材２０は、排気ガスに含まれるＮＯｘを吸着する機能を有するＮＯｘ吸着材である。そのようなＮＯｘ吸着材としては、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。
【００２８】
また、第３分岐管１６には、第１切換バルブ３２とＮＯｘ吸着材２０との間の部位において、リターン管４２が接続されている。リターン管４２はその逆側の端部を吸気管４に接続されていて、このリターン管４２を介して排気系から吸気系へ排気ガスを還流できるようになっている。リターン管４２の途中には、排気ガスの還流流量を制御するためのパージ制御バルブ（ＶEGR）４４が設けられている。
【００２９】
本実施形態のシステムは、その動作を制御する装置として、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)３０を備えている。ＥＣＵ３０には、内燃機関２を制御するための各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ３０には、上述した各切換バルブ３２，３４やパージ制御バルブ４４等の各種アクチュエータが接続されている。
【００３０】
［システムの動作］
次に、ＥＣＵ３０によって制御されるシステムの動作について説明する。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２０に係る動作について説明する。
【００３１】
（冷間始動時の動作）
内燃機関２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２０に吸着させ、また、ＨＣをＨＣ吸着材２２に吸着させるための動作が行われる。具体的には、第１切換バルブ３２の入口ポートは第３分岐管１６側に切換えられ、第２切換バルブ３４の入口ポートは第１分岐管１２側に切換えられる。また、パージ制御バルブ４４は閉弁状態に制御される。
【００３２】
このような状態では、内燃機関２から排出された排気ガスの全部が、排気管６の分岐点６ａから第１分岐管１２に導入される。第１分岐管１２に導入された排気ガスは、前段のＨＣ吸着材２２を通過した後、第２切換バルブ３４を経て第３分岐管１６に導入される。そして、後段のＮＯｘ吸着材２０を通過した後、第１切換バルブ３２を経て再び排気管６に戻される。
【００３３】
冷間始動時は触媒（図示略）が未だ活性化していないため、排気ガスに含まれる有害成分を触媒で浄化することができない。しかし、排気ガスの全部をＨＣ吸着材２２とＮＯｘ吸着材２０とに通すことで、排気ガスに含まれるＨＣはＨＣ吸着材２２に吸着されて取り除かれる。また、排気ガスに含まれるＮＯｘはＮＯｘ吸着材２０に吸着されて取り除かれる。これにより、触媒で浄化できなかった排気ガス中の有害成分が大気中に放出されるのを抑制することができる。
【００３４】
なお、内燃機関２から排出された排気ガスには、燃料の燃焼によって生成した水分が含まれている。ＮＯｘ吸着材２０の材料であるゼオライトは水分を吸着する機能を有するため、排気ガスをＮＯｘ吸着材２０に通すことでＮＯｘ吸着材２０にはＮＯｘとともに排気ガス中の水分も吸着されていく。
【００３５】
（触媒暖機後の動作）
内燃機関２の始動後は、触媒に流れ込む排気ガスの温度が上昇することで、やがて、触媒の温度は活性温度まで上昇する。触媒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触媒で浄化できるようになる。そこで、触媒の温度が活性温度まで上昇したことが検出されたら、第１切換バルブ３２が操作されてその入口ポートが排気管６の上流側に切換えられる。これにより、内燃機関２から排出された排気ガスは、ＨＣ吸着材２２及びＮＯｘ吸着材２０を経ること無く、そのまま排気管６を通って排出される。
【００３６】
そして、所定のパージ開始条件が成立した時点でパージ制御バルブ４４が開かれる。その際、第２切換バルブ３４の入口ポートは第１分岐管１２側に設定される。パージ制御バルブ４４の開弁により、内燃機関２の吸気管４に生じている負圧がリターン管４２を介して第３分岐管１６に作用する。この負圧の作用により、排気管６を流れる排気ガスの一部が分岐点６ａから第１分岐管１２に導入され、第１分岐管１２に配置されたＨＣ吸着材２２と第３分岐管１６に配置されたＮＯｘ吸着材２０とを通過してリターン管４２へと吸い込まれる。
【００３７】
その結果、ＨＣ吸着材２２とＮＯｘ吸着材２０とには高温の排気ガスが供給されることになる。ＨＣ吸着材２２やＮＯｘ吸着材２０への各成分の吸着は比較的低温時に起こる現象であり、温度が上昇してくると今度は各成分が脱離する現象が起きる。このため、高温の排気ガスがＮＯｘ吸着材２０に導入されることで、吸着されていたＮＯｘや水分はＮＯｘ吸着材２０から脱離する。また、高温の排気ガスがＨＣ吸着材２２に導入されることで、吸着されていたＨＣはＨＣ吸着材２２から脱離する。脱離した各成分は排気ガスとともにリターン管４２を通って吸気管４に導入される。
【００３８】
（ＮＯｘ吸着材の性能診断）
上記のように本実施の形態のシステムでは、冷間始動時に発生するＮＯｘをＮＯｘ吸着材２０に吸着させ、触媒の暖機後は吸気管４の負圧を利用してＮＯｘ吸着材２０からＮＯｘを脱離させている。ところが、このようにＮＯｘの吸着と脱離とを繰り返しているうちに、ＮＯｘ吸着材２０の吸着性能は次第に低下していく。そこで、本実施の形態のシステムでは、ＥＣＵ３０によるＯＢＤの一項目として、ＮＯｘ吸着材２０のＮＯｘ吸着性能の診断が組み込まれている。
【００３９】
ＥＣＵ３０による性能診断では、吸着材料の劣化による恒久的な吸着性能の低下と、酸化による吸着性能の低下とが区別して判定される。前者は回復不可能な性能低下であるのに対し、後者であれば適切な処理を施すことで回復することができる。さらに、この診断では、ＮＯｘ吸着材２０に酸化による吸着性能の低下が認められる場合には、その程度を評価することも行われる。以下では、本実施の形態にて実施するＮＯｘ吸着材２０の性能診断の概要について説明する。
【００４０】
図３は、ＮＯｘ吸着材２０が新品の場合における水分吸着量とＮＯｘ吸着量との相関を示す図である。この図に示すように、ＮＯｘ吸着材２０が新品であれば、ＮＯｘ吸着量は水分吸着量の関数として表すことができる。また、ＮＯｘ吸着材２０は、吸着材料の劣化によって性能が低下することがあるが、そのような恒久的な性能低下の場合にも、水分吸着量とＮＯｘ吸着量との相関は維持される。つまり、ＮＯｘ吸着性能の低下が劣化による恒久的なものであれば、ＮＯｘ吸着量と水分吸着量は図３に示す曲線（以下、この曲線を基準ラインという）に沿って低下する。
【００４１】
これに対し、ＮＯｘ吸着性能の低下が酸化による一時的なものの場合、新品に比較してＮＯｘ吸着量は低下するものの、水分吸着量には変化がない。酸化の影響を受けるのはＮＯｘの吸着性能のみであり、水分の吸着性能は酸化の影響を受けないためである。例えば、図３において点Ｐ１を初期状態（新品）とするＮＯｘ吸着材２０では、酸化によって一時的に吸着性能が低下したとき、水分吸着量とＮＯｘ吸着量との関係は基準ライン外の点Ｐ２へと移行することになる。
【００４２】
以上のことから、水分吸着量とＮＯｘ吸着量とを測定し、その測定値が基準ラインに載っているか否かによって、酸化による一時的なＮＯｘ吸着性能の低下を、恒久的な吸着性能の低下と区別して判定することができる。また、測定結果の基準ラインからの乖離の程度（図３中に示す矢印の長さ）を測ることによって、ＮＯｘ吸着性能の一時的な低下の程度を客観的に評価することができる。
【００４３】
次に、ＮＯｘ吸着材２０の性能診断の具体的な手順について説明する。性能診断は、所定の診断開始条件が成立した時に実施される。診断開始条件には、ＮＯｘ吸着材２０からのＮＯｘ及び水分のパージが完了していることと、排気ガスの温度が低くＮＯｘ吸着材２０にＮＯｘや水分が吸着しうる状況であることが含まれる。
【００４４】
診断開始条件が成立したときには、第１切換バルブ３２の入口ポートは第３分岐管１６側に切換えられ、第２切換バルブ３４の入口ポートは第２分岐管１４側に切換えられる。また、パージ制御バルブ４４は閉弁状態に制御される。各切替バルブ３２，３４の操作によって、ＮＯｘと水分とを含んだ排気ガスがＮＯｘ吸着材２０に導入されるようになる。ＥＣＵ３０は、切替バルブ１２の操作後、ＮＯｘ吸着材２０のＮＯｘ吸着量の測定と、水分吸着量の測定とをそれぞれ開始する。ＮＯｘ吸着量及び水分吸着量は、それぞれ次のようにして測定される。
【００４５】
まず、ＮＯｘ吸着材２０の水分吸着量は、ＮＯｘ吸着材２０の前後に水分センサ（図示略）を配置することによって測定できる。図４に示すグラフの横軸は時間であり、縦軸は時間当たりの水分吸着量である。上流側水分センサの出力値はＮＯｘ吸着材２０に流入した水分の流量に相当し、下流側水分センサの出力値はＮＯｘ吸着材２０から流れ出た水分の流量に相当するので、水分センサ間の出力値偏差は時間当たりの水分吸着量に相当する。ＮＯｘ吸着材２０の水分吸着量が飽和状態になったとき、前後の水分センサの出力値偏差はゼロとなることから、その時点までの出力値偏差を積分することで、つまり、図４の斜線部Ａの面積を計算することで、ＮＯｘ吸着材２０の水分吸着量ｘ１を求めることができる。
【００４６】
一方、ＮＯｘ吸着材２０のＮＯｘ吸着量は、ＮＯｘ吸着材２０の前後にＮＯｘセンサ（図示略）を配置することで測定できる。図５に示すグラフの横軸は時間であり、縦軸は時間当たりのＮＯｘ吸着量である。上流側ＮＯｘセンサの出力値は、ＮＯｘ吸着材２０に流入したＮＯｘの流量に相当し、下流側ＮＯｘセンサの出力値は、ＮＯｘ吸着材２０から流れ出たＮＯｘの流量に相当するので、ＮＯｘセンサ間の出力値偏差は時間当たりのＮＯｘ吸着量に相当する。
【００４７】
ところで、ＮＯｘ吸着材２０に吸着されたＮＯｘは、後から吸着される水分の作用によって脱離する。このため、吸着開始から暫くの間は、ＮＯｘセンサ間の出力値偏差は正の値を示すが、やがて、水分の作用による吸着ＮＯｘの脱離量が吸着量を上回ることで、前後のＮＯｘセンサの出力値偏差は負の値を示すようになる。そして、最終的に全ての吸着ＮＯｘが脱離したとき、ＮＯｘセンサ間の出力値偏差はゼロに収束する。このようなＮＯｘ吸着材２０の吸着特性を考慮すると、出力値偏差の積分期間は出力値偏差が正の値から負の値に反転する時点までとすればよい。つまり、図５の斜線部Ｂの面積を計算すればよい。斜線部Ｂの面積は、ＮＯｘ吸着材２０の最大ＮＯｘ吸着量を示している。本実施の形態にて実施する性能診断では、この最大ＮＯｘ吸着量をＮＯｘ吸着材のＮＯｘ吸着量として算出する。
【００４８】
ＥＣＵ３０には、図３の基準ラインに相当するマップデータが予め記憶されている。水分吸着量が測定されたら、その測定値ｘ１に対応する基準ライン上でのＮＯｘ吸着量（以下、基準ＮＯｘ吸着量）ｙ０がマップデータから読み出される。そして、ＮＯｘ吸着量の測定値ｙ１と基準ＮＯｘ吸着量ｙ０とが比較され、その偏差Δｙ（Δｙ＝ｙ０−ｙ１）が算出される。
【００４９】
ＮＯｘ吸着材２０の性能診断は、ＮＯｘ吸着量偏差Δｙとに基づいて行われる。ＮＯｘ吸着量偏差Δｙがゼロでない場合、つまり、測定結果が基準ラインに載っていない場合には、ＮＯｘ吸着材２０のＮＯｘ吸着性能に酸化による一時的な低下が生じていると診断される。そして、ＮＯｘ吸着量偏差Δｙが大きいほど、酸化によるＮＯｘ吸着性能の低下が進んでいると診断される。
【００５０】
以上説明したＮＯｘ吸着材２０の性能診断では、ＥＣＵ３０が水分センサの出力値から水分吸着量ｘ１を算出することで、第８の発明にかかる「水分吸着量測定手段」が実現される。また、ＥＣＵ３０がＮＯｘセンサの出力値からＮＯｘ吸着量ｙ１を算出することで、第８の発明にかかる「ＮＯｘ吸着量測定手段」が実現される。また、ＥＣＵ３０が図３の基準ラインに相当するマップデータを記憶する機能は、第８の発明にかかる「基準値記憶手段」に相当する。そして、ＥＣＵ３０がＮＯｘ吸着量偏差Δｙを計算することで、第８の発明にかかる「比較手段」が実現される。
【００５１】
［ＮＯｘ吸着材の吸着性能の回復処理］
上記の診断結果は、システムの次の動作に反映される。ＮＯｘ吸着材２０において酸化によるＮＯｘ吸着性能の低下が認められる場合には、吸着性能を回復するための回復処理が実施される。その回復処理とはＮＯｘ吸着材２０を還元雰囲気に曝すことであり、本実施の形態では図２にフローチャートで示す処理によってＮＯｘ吸着材２０の吸着性能の回復を図っている。
【００５２】
図２のフローチャートに示すのはＮＯｘ吸着材２０の吸着性能の回復処理のルーチンである。上述したＮＯｘ吸着材２０の性能診断はこのルーチンに組み込まれている。図２に示すルーチンは、ＥＣＵ３０によって実施される。ＥＣＵ３０は図２に示すルーチンを所定の周期で定期的に実施している。
【００５３】
図２に示すルーチンの最初のステップＳ２では、上述した性能診断によってＮＯｘ吸着材２０のＮＯｘ吸着性能が診断される。そして、酸化によってＮＯｘ吸着性能が低下しているか否かが判定され、酸化によるＮＯｘ吸着性能の低下が認められる場合には、それが許容範囲内か否か判定される。酸化による吸着性能の低下がない場合や、あったとしても許容範囲内である場合には、以降の処理はスキップされて本ルーチンは終了される。
【００５４】
酸化による吸着性能の低下が許容範囲を超えている場合には、次のステップＳ４以降の処理が実施される。ステップＳ４では、第１切換バルブ（Ｖ１）３２の入口ポートは排気管６側に切換えられ、第２切換バルブ（Ｖ２）３４の入口ポートは第２分岐管１４側に切換えられる。そして、パージ制御バルブ（ＶEGR）４４が開かれる。これにより、排気管６を流れる排気ガスの一部が分岐点６ｂから第２分岐管１４に導入され、第３分岐管１６に配置されたＮＯｘ吸着材２０を経て吸気管４に還流されていく。その際、ＮＯｘ吸着材２０内を高温の排気ガスが流れることで、ＮＯｘ吸着材２０は加熱され、その温度は上昇していく。
【００５５】
次のステップＳ６では、ＮＯｘ吸着材２０が所定の温度まで昇温したか否か判定される。ＮＯｘ吸着材２０の温度は、パージ制御バルブ４４を開いてからの経過時間から推定することができる。パージ制御バルブ４４を開いてからの経過時間に加えて、内燃機関２の運転状態から推定できる排気温度を考慮してもよい。また、温度センサによってＮＯｘ吸着材２０の温度を直接計測してもよい。これらの処理が実施されることで、第７の発明の「温度推定手段」が実現される。なお、上記の所定温度は、ＮＯｘ吸着材２０において酸化物の還元反応が起きる温度（例えば１５０℃程度）である。
【００５６】
ステップＳ６の条件が成立したら、次にステップＳ８の処理が実施される。ステップＳ８では、パージ制御バルブ４４は開いたまま、また、第１切換バルブ３２は排気管６側の入口ポートを選択されたまま、第２切換バルブ３４の入口ポートが第１分岐管１２側に切換えられる。これにより、排気管６を流れる排気ガスの一部が分岐点６ａから第１分岐管１２に導入され、第３分岐管１２の途中から吸気管４に還流されていくようになる。その結果、排気管６から分流した高温の排気ガスは、ＨＣ吸着材２２を通過してからＮＯｘ吸着材２０に流入するようになる。
【００５７】
高温の排気ガスがＨＣ吸着材２２を通過することで、ＨＣ吸着材２２に吸着されていたＨＣはＨＣ吸着材２２から脱離する。ＨＣは還元剤として機能するので、脱離したＨＣが排気ガスとともに高温状態にあるＮＯｘ吸着材２０に流入することで、ＮＯｘ吸着材２０内では酸化物の還元反応が起こる。これにより、酸化により低下していたＮＯｘ吸着材２０の吸着性能は元の状態まで回復されることとなる。
【００５８】
次のステップＳ１０では、第２切換バルブ３４の入口ポートが第１分岐管１２側に切換えられてから所定時間が経過したか否か判定される。この所定時間はＮＯｘ吸着材２０の還元処理に十分な時間とするのが好ましい。ステップＳ１０の条件が成立したら、次にステップＳ１２の処理が実施される。ステップＳ１２では、第１切換バルブ３２は排気管６側の入口ポートを選択されたまま、パージ制御バルブ４４が閉じられる。これにより、ＮＯｘ吸着材２０のＮＯｘ吸着性能の回復処理は完了する。
【００５９】
以上説明した回復処理を実施することで、ＮＯｘ吸着材２０のＮＯｘ吸着性能が酸化により一時的に低下したとしても、元の吸着性能まで速やかに回復させることができる。
【００６０】
なお、本実施の形態では、上記の回復処理のルーチンにおいてＥＣＵ２０がステップＳ２及びステップＳ６の判定を実施することで、第１の発明の「開始判定手段」が実現される。また、ＥＣＵ３０がステップＳ８の処理を実施することで、第１の発明の「還元物質供給手段」が実現されることになる。また、第２切換バルブ３４は第３の発明の「流通経路を切換える手段」に相当し、ＥＣＵ３０が第２切換バルブ３４を制御して高温の排気ガスをＨＣ吸着材２２に流通させることで、第２の発明の「昇温手段」が実現されている。
【００６１】
実施の形態２．
次に、図を用いて本発明の実施の形態２について説明する。
【００６２】
［システムの構成］
図６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。図６において実施の形態１のシステムと同一の要素については同一の符合を付している。また、それらに関する説明は省略或いは簡略するものとする。
【００６３】
本実施形態のシステムは、実施の形態１のシステムにおいてＨＣ吸着材２２をヒータ２６付きのＣＯ吸着触媒２４に置き換えた構成になっている。より詳しくは、第１分岐管１２にＣＯ吸着触媒２４が設けられ、ＣＯ吸着触媒２４の周囲を取り巻くようにヒータ２６が備えられている。ＮＯｘ吸着材２０は、実施の形態１と同様に第３分岐管１６に設けられている。
【００６４】
ＣＯ吸着触媒２４はＣＯ吸着材と触媒との一体化物であり、同一担体上にＣＯ吸着物質と触媒活性点とが分散している構成になっている。ＣＯ吸着物質としては、ＣＯに加えて排気ガス中の水分も吸着する機能を有する吸着物質、例えば、ゼオライト系の吸着物質が用いられる。触媒活性点としては、ＣＯによるＨ2Ｏの還元反応を促進できる物質、例えばＰｔが用いられる。ヒータ２６は、ＣＯ吸着触媒２４を加熱するための加熱装置であって、ＥＣＵ３０からの信号によってＯＮ／ＯＦＦを制御できるようになっている。
【００６５】
［システムの動作］
次に、ＥＣＵ３０によって制御されるシステムの動作について説明する。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２０に係る動作について説明する。
【００６６】
（冷間始動時の動作）
内燃機関２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２０に吸着させ、また、ＣＯをＣＯ吸着触媒２４に吸着させるための動作が行われる。具体的には、第１切換バルブ３２の入口ポートは第３分岐管１６側に切換えられ、第２切換バルブ３４の入口ポートは第１分岐管１２側に切換えられる。また、パージ制御バルブ４４は閉弁状態に制御される。
【００６７】
（触媒暖機後の動作）
内燃機関２の始動後は、触媒に流れ込む排気ガスの温度が上昇することで、やがて、触媒の温度は活性温度まで上昇する。触媒の温度が活性温度まで上昇したことが検出されたら、第１切換バルブ３２が操作されてその入口ポートが排気管６の上流側に切換えられる。これにより、内燃機関２から排出された排気ガスは、ＣＯ吸着触媒２４及びＮＯｘ吸着材２０を経ること無く、そのまま排気管６を通って排出される。
【００６８】
そして、所定のパージ開始条件が成立した時点でパージ制御バルブ４４が開かれる。その際、第２切換バルブ３４の入口ポートは第１分岐管１２側に設定される。パージ制御バルブ４４の開弁により、内燃機関２の吸気管４に生じている負圧がリターン管４２を介して第３分岐管１６に作用する。この負圧の作用により、排気管６を流れる排気ガスの一部が分岐点６ａから第１分岐管１２に導入され、第１分岐管１２に配置されたＣＯ吸着触媒２４と第３分岐管１６に配置されたＮＯｘ吸着材２０とを通過してリターン管４２へと吸い込まれる。
【００６９】
その結果、ＣＯ吸着触媒２４とＮＯｘ吸着材２０とには高温の排気ガスが供給されることになる。高温の排気ガスがＮＯｘ吸着材２０に導入されることで、吸着されていたＮＯｘや水分はＮＯｘ吸着材２０から脱離する。また、高温の排気ガスがＣＯ吸着触媒２４に導入されることで、吸着されていたＣＯはＣＯ吸着触媒２４から脱離する。脱離した各成分は排気ガスとともにリターン管４２を通って吸気管４に導入される。
【００７０】
［ＮＯｘ吸着材の吸着性能の回復処理］
次に、ＮＯｘ吸着材２０の吸着性能の回復処理について説明する。本実施の形態では図７にフローチャートで示す処理によってＮＯｘ吸着材２０の吸着性能の回復を図っている。図７のフローチャートに示すのはＮＯｘ吸着材２０の吸着性能の回復処理のルーチンである。図７に示すルーチンはＥＣＵ３０によって実施される。ＥＣＵ３０は図７に示すルーチンを所定の周期で定期的に実施している。
【００７１】
図７に示すルーチンの最初のステップＳ１０２では、ＮＯｘ吸着材２０の性能診断が実施され、その診断結果に基づいて酸化によるＮＯｘ吸着性能の低下が許容範囲内か否か判定される。吸着性能の低下が許容範囲内である場合には、以降の処理はスキップされて本ルーチンは終了される。
【００７２】
酸化による吸着性能の低下が許容範囲を超えている場合には、次のステップＳ１０４以降の処理が実施される。ステップＳ１０４では、第１切換バルブ（Ｖ１）３２の入口ポートは排気管６側に切換えられ、第２切換バルブ（Ｖ２）３４の入口ポートは第２分岐管１４側に切換えられる。そして、パージ制御バルブ（ＶEGR）４４が開かれる。これにより、ＮＯｘ吸着材２０内を高温の排気ガスが流れることとなり、ＮＯｘ吸着材２０の温度は上昇していく。
【００７３】
次のステップＳ１０６では、ヒータ２６がＯＮにされる。電源が投入されることでヒータ２６は発熱し、その熱でＣＯ吸着触媒２４は加熱される。ヒータ２６の発熱量はＣＯ吸着触媒２４の内部温度が４００℃程度に達するように設定されている。
【００７４】
ＣＯ吸着触媒２４の吸着物質へのＣＯとＨ2Ｏの吸着は比較的低温時に起こる現象であり、温度が上昇してくると今度は各成分が脱離する現象が起きる。このため、ヒータ２６によってＣＯ吸着触媒２４が加熱されることで、吸着されていたＣＯとＨ2ＯはＣＯ吸着触媒２４の吸着物質から脱離する。ＣＯ吸着触媒２４内では吸着物質と触媒活性点とが並存しているので、その触媒活性点の作用よってＣＯとＨ2Ｏとの化学反応が起きる。その反応はＣＯによるＨ2Ｏの還元反応であり、反応の結果、還元能力が高いＨ2が生成される、
【００７５】
次のステップＳ１０８では、パージ制御バルブ３４を開いてからの経過時間からＮＯｘ吸着材２０の温度が推定され、ＮＯｘ吸着材２０の推定温度がＮＯｘ吸着材２０において酸化物の還元反応が起きる温度を超えているか否か判定される。この処理によって第７の発明の「温度推定手段」が実現される。
【００７６】
ステップＳ１０８の条件が成立したら、次にステップＳ１１０の処理が実施される。ステップＳ１１０では、パージ制御バルブ４４は開いたまま、また、第１切換バルブ３２は排気管６側の入口ポートを選択されたまま、第２切換バルブ３４の入口ポートが第１分岐管１２側に切換えられる。これにより、排気管６から分流した排気ガスは、ＣＯ吸着触媒２４を通過してからＮＯｘ吸着材２０に流入するようになる。
【００７７】
排気ガスがＣＯ吸着触媒２４を通過することで、ＣＯ吸着触媒２４内で生成されたＨ2は排気ガスとともにＮＯｘ吸着材２０内に流入する。高温状態にあるＮＯｘ吸着材２０に還元剤であるＨ2が流入することで、ＮＯｘ吸着材２０内では酸化物の還元反応が起こる。これにより、酸化により低下していたＮＯｘ吸着材２０の吸着性能は元の状態まで回復されることとなる。
【００７８】
次のステップＳ１１２では、第２切換バルブ３４の入口ポートが第１分岐管１２側に切換えられてから所定時間が経過したか否か判定される。ステップＳ１１２の条件が成立したら、次にステップＳ１１４とステップＳ１１６の処理が実施される。ステップＳ１１４では、第１切換バルブ３２は排気管６側の入口ポートを選択されたまま、パージ制御バルブ４４が閉じられる。ステップＳ１１６では、ＣＯ吸着触媒２４を加熱していたヒータ２６がＯＦＦにされる。これにより、ＮＯｘ吸着材２０のＮＯｘ吸着性能の回復処理は完了する。
【００７９】
以上説明した回復処理を実施することで、ＮＯｘ吸着材２０のＮＯｘ吸着性能が酸化により一時的に低下したとしても、元の吸着性能まで速やかに回復させることができる。
【００８０】
なお、本実施の形態では、上記の回復処理のルーチンにおいてＥＣＵ２０がステップＳ１０２及びステップＳ１０８の判定を実施することで、第１の発明の「開始判定手段」が実現される。また、ＥＣＵ３０がステップＳ１０６及びＳ１１０の処理を実施することで、第１の発明の「還元物質供給手段」が実現されることになる。また、本実施の形態のシステムでは、ヒータ２６が第２の発明の「昇温手段」として機能するとともに、第６の発明の「加熱装置」としても機能する。また、ＣＯ吸着触媒２４に含まれる吸着物質が第１の発明の「特定成分吸着材」に相当し、ＣＯ吸着触媒２４に含まれる触媒活性点が第４の発明の「触媒」に相当する。
【００８１】
その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。
【００８２】
図３の基準ラインに関し、その設定に係るＮＯｘ吸着材２０の基準体は必ずしも新品でなくてもよい。上述の回復処理が必要となる程度までＮＯｘ吸着性能が低下したＮＯｘ吸着材２０を基準体とし、その基準体における水分吸着量とＮＯｘ吸着量との相関を示す曲線を基準ラインとして設定してもよい。このような基準ラインの設定によれば、水分吸着量及びＮＯｘ吸着量の測定結果が基準ラインよりも上側であれば性能回復処理は不要と判断することができ、基準ラインよりも下側であれば性能回復処理は必要と判断することができる。
【００８３】
また、上述の実施の形態において、水分の吸着による発熱量を求め、それとＮＯｘ吸着量との関係に基づいてＮＯｘ吸着材２０の性能診断を実施してもよい。ＮＯｘ吸着材２０に水分が吸着される際には吸着熱が発生し、その発熱量はＮＯｘ吸着材２０の水分吸着量との相関が極めて高い。したがって、水分の吸着による発熱量を測定することで、ＮＯｘ吸着材２０の水分吸着量を間接的に測定することができる。なお、ＮＯｘ吸着材２０内で発生する吸着熱の量は、ＮＯｘ吸着材２０の前後における排気ガスの温度差から求めることができる。
【００８４】
また、ＮＯｘ吸着量と水分吸着量とに基づいてＮＯｘ吸着性能の低下を判定する方法に代えて、内燃機関２の冷間始動回数からＮＯｘ吸着性能の低下を判定してもよい。内燃機関２の冷間始動回数が多くなるほど、酸化によるＮＯｘ吸着性能の低下も大きくなるものと予想できるからである。この場合には、冷間始動回数が所定回数を超えることが、回復処理の開始条件の１つとなる。
【００８５】
実施の形態２において、ヒータ２６によるＣＯ吸着触媒２４の加熱を行なわず、ＣＯ吸着触媒２４から脱離したＣＯとＨ2ＯとをそのままＮＯｘ吸着材２０に供給するようにしてもよい。Ｈ2を供給する場合に比較すれば還元能力は落ちるものの、この場合でもＣＯによってＮＯｘ吸着材２０を還元処理することができる。
【００８６】
また、実施の形態２では、ＣＯ吸着材と触媒とが一体化されたＣＯ吸着触媒２４を用いているが、ＣＯ吸着材と触媒とを別々の物体としてもよい。その場合、排気ガスの流通方向における上流側にＣＯ吸着材を配置し、下流側に触媒を配置するのが好ましい。ヒータは触媒のみに付設すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】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２】本発明の実施の形態１にて実施するＮＯｘ吸着材の吸着性能の回復処理のルーチンを示すフローチャートである。
【図３】ＮＯｘ吸着材が新品の場合における水分吸着量とＮＯｘ吸着量との相関を示す図である。
【図４】ＮＯｘ吸着材における時間当たりの水分吸着量の時間変化を示すグラフである。
【図５】ＮＯｘ吸着材における時間当たりのＮＯｘ吸着量の時間変化を示すグラフである。
【図６】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。
【図７】本発明の実施の形態２にて実施するＮＯｘ吸着材の吸着性能の回復処理のルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００８８】
２  内燃機関
２ａ  インジェクタ
４  吸気管
６  排気管
６ａ，６ｂ，６ｃ  分岐点
１２，１４，１６  分岐管
２０  ＮＯｘ吸着材
２２  ＨＣ吸着材
２４  ＣＯ吸着触媒
２６  ヒータ
３０  ＥＣＵ
３２  第１切換バルブ
３４  第２切換バルブ
４２  リターン管
４４  パージ制御バルブ
【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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