(57)【要約】 【課題】水素エンジンの冷間始動時においてＮＯｘの排出を抑制し、排気ガスの浄化を適切に行う。【解決手段】水素を燃料とする水素エンジンにおいて、水吸着材２４を排気管１４に設ける一方、水吸着材２４より下流側にバイパス管２６を形成し、バイパス管２６にＮＯｘ吸着材２８を設ける。また、バイパス管２６の分岐部１４Ａには、バイパス管２６と排気管１４との間で流路を切り替える切替弁３０を設ける。冷間始動の場合、バイパス管２６へ排気ガスが流入するように切替弁３０を制御する。【選択図】図１
2009167852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を燃料とする内燃機関の排気ガス浄化システムであって、
内燃機関の排気通路に設けられる排気ガス浄化触媒と、
前記排気通路に設けられ、水を吸着する水吸着材と、
前記水吸着材より下流側で前記排気通路から分岐し、迂回するバイパス通路と、
前記バイパス通路に設けられ、ＮＯｘを吸着するＮＯｘ吸着材と、
排気ガスの流路を、前記排気通路と前記バイパス通路との間で切り替える切替弁と、
冷間始動の時に、排気ガスが前記バイパス通路へ流入するように前記切替弁を制御する排気ガス浄化制御手段と
を備えたことを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項２】
前記排気ガス浄化触媒が、前記排気通路において前記バイパス通路よりも上流側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
前記バイパス通路から分岐して内燃機関の吸気系通路と連通するパージ通路と、
前記パージ通路を開閉するパージバルブとをさらに有し、
前記排気ガス浄化制御手段が、前記排気ガス浄化触媒の温度が所定温度に達した後、排気ガスが前記ＮＯｘ吸着材を通って前記吸気系通路へ環流するように、前記切替弁および前記パージバルブを制御することを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の排気ガス浄化システム。
【請求項４】
前記排気ガス浄化制御手段が、前記排気ガス浄化触媒の温度が所定温度に達した後、理論空燃比よりもリーンな空燃比で機関運転しているときに排気ガスが前記バイパス通路へ流入するように前記切替弁を制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の排気ガス浄化システム。
【請求項５】
前記ＮＯｘ吸着材に吸着された水分量とＮＯｘ量とを検出する吸着量検出手段と、
前記ＮＯｘ吸着材における水分吸着量とＮＯｘ吸着量との相関関係に基づき、検出されるＮＯｘ量が、検出される水分量に応じた基準ＮＯｘ量を満たしているか否かを判断する吸着性能判断手段とをさらに有し、
前記排気ガス浄化制御手段が、検出されたＮＯｘ量が基準ＮＯｘ量を満たしていない場合、理論空燃比よりもリッチな空燃比で機関運転させることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の排気ガス浄化システム。
【請求項６】
前記排気ガス浄化制御手段が、冷間始動の時に、理論空燃比よりもリッチな空燃比で機関運転させることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の排気ガス浄化システム。
【請求項７】
前記水吸着材が、前記排気ガス浄化触媒よりも下流側に設けられることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の排気ガス浄化システム。
【請求項８】
前記排気ガス浄化制御手段が、機関始動時に機関冷却水の温度が所定温度に達していない場合、排気ガスが前記バイパス通路を流れるように前記切替弁を制御することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の排気ガス浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素エンジンの排気ガス浄化システムに関し、特に、冷間始動時においてＮＯｘの排出を抑制する排気ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジンでは、ＨＣ，ＮＯｘ、ＣＯといった有害成分を含む排気ガスを浄化する三元触媒が排気管に設けられているが、触媒は低温時に活性化せず、冷間始動時には排気ガスを十分浄化できない。そのため、ＨＣ吸着材、ＮＯｘ吸着材を設けた排気ガス浄化装置が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
そこでは、主排気管から分岐するバイパス管路を形成し、バイパス管路上にＨＣ、ＮＯｘをそれぞれ吸着するＨＣ吸着材、ＮＯｘ吸着材を設ける。冷間始動時には、切替弁によって排気ガスをバイパス管路へ流入させ、ＨＣ、ＮＯｘをそれぞれ対応する吸着材に吸着させる。そして、暖機完了後、排気ガスを吸気管へ環流させることによって、各吸着材に吸着したＮＯｘ、ＨＣ、水分をパージする。
【０００４】
また、排気ガス中の水分はＮＯｘ、ＨＣに比べて吸着性能が強いことから、バイパス管路上には、ＨＣ吸着材、ＮＯｘ吸着材の上流側に水吸着材が設けられる。これによって、冷間始動時に排気ガス中の水分をあらかじめ除去し、ＨＣ、ＮＯｘ吸着材に水分が吸着するのを防ぐ。
【０００５】
ところで、水素を燃料とする水素エンジンの場合、燃焼によってＨＣ、ＣＯは発生しないが、ガソリンエンジンと同様にＮＯｘが発生する。そのため、ＮＯｘを浄化するための触媒が設けられる（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、冷間始動時には、触媒が活性化されないためにＮＯｘが十分浄化されず、有害な排気ガスが外部に排出される。
【特許文献１】特開２００６−３４２７００号公報
【特許文献２】特開平６−２００７４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
水素エンジンについても冷間始動時のＮＯｘ排出を抑制するため、触媒活性化前にＮＯｘ吸着材にＮＯｘを吸着させることが望ましい。また、水分がＮＯｘ吸着材へ吸着するのを防止するため、水吸着材を設けることも考えられる。しかしながら、特許文献１に記載されるような構成、すなわちバイパス管に水吸着材およびＮＯｘ吸着材を設ける構成では、ＮＯｘおよび水分の吸着、脱離を適切に行うことができない。
【０００７】
特許文献１の構成では、触媒活性化によって切替弁がバイパス管を遮断すると、排気ガスが水吸着材を流れず、水吸着材における水分脱離が十分に進行しない。そのため、水吸着材に残留する水分がパージされるとＮＯｘ吸着材からＮＯｘがパージされやすくなり、有害な排気ガスが排出される恐れがある。特許文献１では、水素エンジンにおける排気ガス成分の特性、およびそのような排気ガス成分に基づく各吸着材の吸着、脱離特性を踏まえた浄化システムが構成されていないため、ＮＯｘの浄化を適切に行うことができない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、水素を燃料とする内燃機関の排気ガス浄化システムであって、内燃機関の排気通路には、排気ガスを浄化する排気ガス浄化触媒と、排気ガス中の水分を吸着する水吸着材とが設けられる。また、水吸着材より下流側には、排気通路から分岐し、迂回するバイパス通路が設けられる。ただし、排気通路において内燃機関に近い側を上流側、その逆を下流側とする。そして、バイパス通路には、ＮＯｘを吸着するＮＯｘ吸着材が設けられ、さらに、排気ガスの流路を排気通路とバイパス通路との間で切り替える切替弁が設けられている。排気ガス浄化触媒は、ＮＯｘ浄化作用のある触媒（例えば三元触媒）によって構成され、ＮＯｘ吸着材は、例えばゼオライト、金属イオン交換ゼオライトなどによって構成される。水吸着材も、ゼオライトなどを素材として構成すればよい。
【０００９】
本発明の排気ガス浄化システムは、切替弁を制御する排気ガス浄化制御手段を備え、冷間始動の時、排気ガス浄化制御手段は、バイパス通路へ排気ガスが流入するように切替弁を制御する。ここで、冷間始動とは、機関が暖機運転されていない状態での機関始動であって、触媒が活性化しておらず、排気ガス浄化性能が正常に発揮できない状態での始動を表す。冷間始動であるか否かは、機関冷却水の温度に基づいて検出すればよく、排気ガス浄化制御手段は、機関始動時に機関冷却水の温度が所定温度に達していない場合、排気ガスがバイパス通路を流れるように切替弁を制御する。
【００１０】
冷間始動時には、排気ガスがバイパス通路へ流入し、浄化されなかったＮＯｘがＮＯｘ吸着材に吸着される。これによって、ＮＯｘを含む排気ガスの排出が抑制される。また、水吸着材が排気通路のバイパス通路より上流側に設けられているため、排気ガスに含まれる水分は水吸着材に吸着され、ＮＯｘ吸着材への水分吸着が抑制される。その結果、ＮＯｘ吸着材のＮＯｘ吸着性能が高められ、吸着しにくいＮＯｘを確実に吸着させ、ＮＯｘ排出を抑制することができる。触媒が活性化し、排気ガスの浄化作用が正常に機能する状態になった場合、排気ガス浄化制御手段は、切替弁を切り替えて排気ガスを排気通路へ流すようにすればよい。
【００１１】
本発明では、水素燃料によって発生する排気ガス特性を考慮し、水吸着材が（バイパス通路ではなく）排気通路に設けられている。そのため、切替弁の状態に関わらず、排気ガスが常に水吸着材を通過していく。これによって、吸着された水分の脱離頻度が向上し、吸着された水分を早期に脱離させ、大気中へ排出させることができる。その結果、ＮＯｘ吸着材への水分吸着による影響を抑えることができ、ＮＯｘ吸着材はＮＯｘ吸着性能を十分に発揮することができる。なお、水吸着材は、通常ＨＣ吸着性能を有する。そのため、ガソリン燃料による内燃機関の場合、水吸着材を排気通路に設けると、ＨＣが吸着、脱離し、ＨＣが外部に排出されてしまう。しかしながら、水素燃料の内燃機関ではＨＣが発生しないため、そのような問題は生じない。
【００１２】
吸着したＮＯｘをパージさせるため、機関吸気系あるいは排気系の触媒上流側に排気ガスを環流させるパージ通路を設けるのが望ましい。また、排気ガス浄化触媒は、排気通路においてバイパス通路よりも上流側に設けるのがよい。この場合、排気通路自身によってできる限り水分を吸収し、必要以上に水分を吸着させないようにするため、水吸着材は、排気ガス浄化触媒よりも下流側に設けるのがよい。パージ通路の構成としては、例えば、バイパス通路から分岐して内燃機関の吸気系通路と連通するパージ通路と、パージ通路を開閉するパージバルブとが設けられる。排気ガス浄化制御手段は、排気ガス浄化触媒の温度（触媒温度）が所定温度に達した後、排気ガスがＮＯｘ吸着材を通って吸気系通路へ環流するように、切替弁およびパージバルブを制御すればよい。
【００１３】
ここで、所定温度は、触媒の浄化作用が正常に働く下限温度を示し、触媒特性などに従って値が定められる。触媒温度の検出は、触媒を通過する排気ガス温度、ガス流量などに基づいて検出するように構成すればよい。
【００１４】
本発明では水吸着材が排気通路上に設けられているため、排気ガスを還流させてＮＯｘをパージするとき、水吸着材を通過する排気ガスがＮＯｘ吸着材を通過し、パージ通路へ流入する。そのため、水分濃度が比較的高い排気ガスがＮＯｘ吸着材を通過し、ＮＯｘ吸着材に吸着されたＮＯｘのパージが容易になる。
【００１５】
ＮＯｘ吸着材には、ＮＯｘだけでなく水分も吸着される。次回の冷間始動時でもＮＯ吸着性能を発揮させるためには、残った水分をパージするのが望ましい。そのため、排気ガス浄化制御手段は、触媒温度が所定温度に達した後、理論空燃比よりもリーンな空燃比で機関運転しているときに、排気ガスがバイパス通路へ流入するように切替弁を制御するのがよい。例えば、排気ガス環流によってＮＯｘをパージした後、バイパス通路を排気ガスが流れるように切替弁を切り替えるとともに、リーン運転へ切り替える。あるいは、運転条件などによってリーン運転になったタイミングに合わせて、バイパス通路を排気ガスが流れるように切替弁を制御してもよい。
【００１６】
ＮＯｘ吸着材は使用経過に伴って吸着性能が低下していくが、その材質劣化などによる恒久的性能低下と、酸化劣化による一時的な性能低下（回復可能な性能低下）とに分けられる。一時的な性能低下の場合、還元雰囲気をＮＯｘ吸着材に晒すことによって吸着性能が回復する。よって、その一時的な性能低下を診断し、回復させるのが望ましい。
【００１７】
そのため、ＮＯｘ吸着材に吸着された水分量とＮＯｘ量とを検出する吸着量検出手段と、ＮＯｘ吸着材における水分吸着量とＮＯｘ吸着量との相関関係に基づき、検出されたＮＯｘ量と、検出された水分量に応じた基準ＮＯｘ量とを比較判断する吸着性能判断手段を設けるのがよい。排気ガス浄化制御手段は、検出されたＮＯｘ量が基準ＮＯｘ量を満たしていない場合、理論空燃比よりもリッチな空燃比で機関運転させる。リッチ運転を行うことによって、水素とともに排気ガス浄化触媒において生成されるアンモニアがＮＯｘ吸着材に供給される。水素、アンモニアという還元作用のある排気ガスがＮＯｘ吸着材を通過することで、酸化劣化したＮＯｘ吸着材が還元される。
【００１８】
アンモニアは、ＮＯｘに比べて吸着性能が高い。そのため、排気ガス浄化制御手段は、機関始動時に触媒温度が所定温度に達していない場合、理論空燃比よりもリッチな空燃比で機関運転させるのがよい。これにより、触媒において生成されたアンモニアがＮＯｘ吸着材に確実に吸着され、有害ガス成分の排出が抑えられる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、水素エンジンの冷間始動時においてＮＯｘの排出を抑制し、排気ガスの浄化を適切に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下では、図面を参照して、本発明の実施形態である水素エンジンの排気ガス浄化システムについて説明する。
【００２１】
図１は、水素エンジンの排気ガス浄化システムの概略的構成図である。
【００２２】
エンジン１０は、水素を燃料とする火花点火式エンジンであって、吸気管１２と排気管１４が接続されている。吸気管１２に入った空気は、インジェクタ１５から噴射される水素燃料と混合され、エンジン１０のシリンダ１６内へ吸入される。水素燃料は、例えば水素吸蔵合金を備えたタンク（図示せず）に貯蔵され、図示しないデリバリーによってインジェクタ１５へ供給される。なお、水素燃料については、気体、あるいは液体として貯蔵するように構成してもよい。
【００２３】
シリンダ１６内に吸入された混合気は点火栓１８によって点火し、燃焼する。シリンダ内１６に発生した燃焼ガスは、排気ガスとして排気口１２Ｂから排出され、排気管１４の下流側へ流れていく。ピストン２０の上下運動に連動してクランクシャフト（図示せず）が回転し、吸気バルブ１９Ａ、排気バルブ１９Ｂは、カムシャフト（図示せず）の回転に合わせて吸気口１２Ａ、排気口１２Ｂをそれぞれ所定のタイミングで開閉する。
【００２４】
排気管１４には、触媒２２、水吸着材２４が設けられている。触媒２２は、ＮＯｘなど排気ガス中の有害成分を浄化し、ここでは三元触媒によって構成される。水吸着材２４は、細径孔のあるゼオライト素材によって構成され、排気ガス中に含まれる水分を吸着する。
【００２５】
水吸着材２４の下流側には、排気管１４の分岐部１４Ａから分岐し、その後再び排気管１４へ合流するバイパス管２６が形成されている。バイパス管２６には、排気ガス中のＮＯｘを吸着するＮＯｘ吸着材２８が設けられ、例えばＦｅイオン交換ゼオライトによって構成される。
【００２６】
排気管１４の分岐部１４Ａには、排気管１４とバイパス管２６との間で流路を切り替える切替弁３０が設けられている。排気管１４においてバイパス管２６と並列する部分を主管路１４Ｔとすると、切替弁３０は、ダイアフラムなどのアクチュエータ３１によって動作し、バイパス管２６を遮断することで排気ガスをそのまま主管路１４Ｔに流し、主管路１４Ｔを遮断することによって排気ガスをバイパス管２６へ流入させる。
【００２７】
排気ガスを環流させるパージ管３２は、バイパス管２６においてＮＯｘ吸着材２８より上流側で分岐し、吸気管１２と連通する。そして、パージ管３２の途中には、パージ管３２を開放、遮断するパージバルブ３４が設けられている。パージバルブ３４は、図示しないアクチュエータによって開閉動作し、排気ガスを通過させ、あるいは遮断する。
【００２８】
ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含むＥＣＵ６０は、エンジン１０を制御し、Ｏ２センサ４２、冷却水温センサ４３、触媒温度センサ４４など、各センサからの信号を検出する。そして、クランクシャフトの回転位置に従い、インジェクタ１５、点火栓１８、スロットルバルブ４６などへ制御信号を出力する。また、切替弁３０の切り替え、パージバルブ３４の開閉を制御するための制御信号を出力する。
【００２９】
ＮＯｘ吸着材２８での水分吸着量、ＮＯｘ吸着量を測定するため、ＮＯｘ吸着材２８の前後には、水分量およびＮＯｘ量を検出する水分センサ５２Ａ、５４Ａ、およびＮＯｘセンサ５２Ｂ、５４Ｂがそれぞれ設けられている。バイパス管２６に配置された排気ガス温度センサ５７は、バイパス管２６を流れる排気ガスの温度を検出する。
【００３０】
図２は、ＥＣＵ６０によって実行される排気ガス浄化制御処理のフローチャートを示した図である。また、図３は、運転を開始してからの排気ガス流路を示した図である。図２、図３を用いて、排気ガス浄化の制御処理について説明する。エンジン１０が始動すると、処理が開始される。
【００３１】
ステップＳ１０１では、エンジンの冷却水温度が所定温度Ｔ０以上であるか否かが判断される。エンジンが冷間始動である、すなわちエンジンが暖機運転されていない状態で始動される場合、触媒が活性化されていないため、本来の排気ガス浄化性能が発揮されない。このような冷間始動に該当するか否かを、エンジン冷却水の温度によって判断する。ここでは、冷却水温センサ４３に検出される冷却水温度が所定温度Ｔ０以上でない場合、冷間始動時とみなす。
【００３２】
エンジンの冷却水温度が設定温度Ｔ０以上であると判断されると、ステップＳ１０２に進み、切替弁３０はバイパス管２６を遮断するように制御される。その結果、触媒２２、水吸着材２４を通った排気ガスは、そのまま主管路１４Ｔを流れていく。また、理論空燃比に基づいたストイキ運転が行われるように、燃料噴射量が制御される。ステップＳ１０２が実行されると、ステップＳ１０９へ移行する。
【００３３】
一方、ステップＳ１０１において冷却水温度が設定温度Ｔ０以上ではないと判断されると、ステップＳ１０３に進み、主管路１４Ｔを遮蔽するように切替弁３０が切り替えられる。その結果、触媒２２、水吸着材２４を通った排気ガスは、バイパス管２６を流れる（図３（ａ）参照）。そして、ステップＳ１０４では、理論空燃比に比べてリッチな空燃比でエンジン運転されるように、燃料噴射量が制御される。
【００３４】
冷間始動時には触媒２２が活性化していないため、ＮＯｘが浄化されないまま排気ガスが流れていくが、排気ガスがバイパス管２６を通ることによって、排気ガス中のＮＯｘ成分が吸着される。ＮＯｘ吸着材２８は、排気ガスが比較的低温であるときにもＮＯｘを吸着する。また、冷間始動時には比較的多くの水分が排気ガスに含まれるが、水分はバイパス管２６より上流側に設けられた水吸着材２４に吸着する。
【００３５】
水分は吸着作用が強く、ＮＯｘ吸着材２８に対してＮＯｘより吸着しやすい性質をもっている。しかしながら、水吸着材２４によって水分があらかじめ取り除かれるため、ＮＯｘ吸着が阻害されない。また、水吸着材２４は排気ガス中のＨＣ成分も吸着するが、水素燃料ではＨＣが排出されないため、ＨＣ成分を考慮する必要はない。
【００３６】
一方で、冷間始動時にリッチ運転を行うことにより、排出されるＮＯｘ量が減少する。さらに、触媒２２がまだ十分活性化されていない状態では、排出されたＮＯｘが触媒２２において反応し、水素やアンモニアが生成される。アンモニアはＮＯｘに比べて吸着率が高いため、生成されたアンモニアがＮＯｘ吸着材２８によって確実に吸着される。これによって、ＮＯｘの排出が一層抑えられる。
【００３７】
ステップＳ１０５では、ＮＯｘ吸着性能の劣化を検出するため、ＮＯｘ吸着材に吸着されている水分量、ＮＯｘ量が検出される。ＮＯｘ吸着性能劣化の診断については、後述する。
【００３８】
ステップＳ１０６では、触媒温度が所定温度Ｔ１以上であるか否かが判断される。ここでの所定温度Ｔ１は、触媒が活性化し、ＮＯｘなどの有害成分を正常に浄化できる下限温度を示す。触媒温度センサ４４は、触媒２２を通る排気ガスの温度を検出し、排気ガス温度に基づいて触媒温度（床温）を得る。所定温度Ｔ１に達するまで、排気ガスはバイパス管２６を流れ続け、触媒温度が所定温度Ｔ１以上であると判断されると、ステップＳ１０６に進む。
【００３９】
ステップＳ１０７では、リッチ運転からストイキ運転に切り替えられ、排気ガスが主管路１４Ｔへ流入するように切替弁３０が切り替えられる。触媒が活性化しているため、排気ガス中のＮＯｘ成分は触媒２２によって浄化される。また、切替弁３０が切り替えられた後も排気ガスが水吸着材２４を通過するため、排気ガスの温度上昇に伴って、水吸着材２４に吸着された水分の脱離が進行していく。
【００４０】
ステップＳ１０８では、排気ガスが吸気管１２へ環流するようにパージバルブ３４が開く。その結果、排気管１４の主管路１４Ｔを通った排気ガスの一部はバイパス管２６に流入し、ＮＯｘ吸着材２８を通ってパージ管３２に流入する（図３（ｂ）参照）。排気ガスの温度上昇に伴ってＮＯｘ吸着材２８に吸着されていたＮＯｘが脱離し、吸気管１２へ環流されたＮＯｘは、活性状態にある触媒２２によって浄化される。また、パージ管３４の開放によってＥＧＲが機能し、シリンダ２０内でのＮＯｘ発生が抑制される。水分は、排気管１４をそのまま通って大気中へ排出される。
【００４１】
ＮＯｘ吸着材２８を通る排気ガスは、水吸着材２４を通過している。排気ガス中の水分濃度が比較的高いため、ＮＯｘ吸着材２８に吸着されているＮＯｘは、水分吸着の影響によって脱離しやすくなり、ＮＯｘ吸着材２８からＮＯｘを効果的にパージすることができる。パージ期間に関しては、例えば温度センサ５７によって検出さる排気ガス温度とパージバルブ解放後の経過時間からパージ量が推定され、パージ量が設定量になるまでの経過時間をパージ期間と定める。ＮＯｘパージ期間が経過すると、パージバルブ３４が閉じる。
【００４２】
ステップＳ１０９では、検出されるＮＯｘ吸着材の水分量、ＮＯｘ量に基づき、ＮＯｘ吸着材２８の吸着性能が劣化しているか否かを判断する。以下において、図４、５を参照しながらＮＯｘ吸着性能診断について説明する。
【００４３】
まず、ＮＯｘ吸着性能について説明すると、ＮＯｘ吸着性能は使用によって低下していくことが知られていて、材料性能劣化等による回復不能な低下（恒久的性能低下）と、回復可能な低下（一時的性能低下）とに分けられる。一時的性能低下は、酸化劣化と推測され、ＮＯｘ吸着材を還元雰囲気に晒すことによって吸着性能が回復する。
【００４４】
図４は、ＮＯｘ吸着材２８の水分吸着量との相関関係を示した図である。一時的な性能劣化が生じていない場合、ＮＯｘ吸着量と水分吸着量は、図５に示す曲線（以下、基準ラインという）Ｌに沿っていく。この基準ラインＬは、恒久的劣化によるＮＯｘ吸着量、水分吸着量の変化を表す。
【００４５】
これに対し、酸化による一時的性能劣化が生じた場合、ＮＯｘ吸着量が減少する一方、水分吸着量は変化しない。例えば、基準ラインＬ上の所定位置Ｐ１から一時的劣化が生じたとき、水分吸着量とＮＯｘ吸着量の関係は、基準ラインＬから外れた位置Ｐ２へ移行する。したがって、ＮＯｘ吸着剤２８に吸着された水分量、ＮＯｘ量を検出し、その量が基準ラインＬ上にある、あるいは乖離しているかを判定することにより、一時的性能低下が生じているか否かを判断することができる。
【００４６】
吸着性能診断を行うため、上述したように、冷間始動時においてＮＯｘ吸着材２８に吸着されるＮＯｘ吸着量、水分吸着量を検出している（Ｓ１０５）。排気ガスの温度が比較的低いといった診断条件を満たし、吸着されたＮＯｘは外部へ排出されない。水分吸着量、ＮＯｘ吸着量は以下のように測定される。
【００４７】
図５は、水分吸着量およびＮＯｘ吸着量のグラフを示した図であり、縦軸が単位時間当たりの水分吸着量もしくはＮＯｘ吸着量を表し、横軸が時間を表す。まず、水分吸着量の測定について説明する。ＮＯｘ吸着材２８の上流側の水分センサ５２Ｂは、ＮＯｘ吸着材２８に流入する水分量を計測し、下流側の水分センサ５４Ｂは、ＮＯｘ吸着材２８から流出する水分量を計測する。そして、その差分値を、単位時間当たりの水分吸着量として検出する。水分吸着量が飽和状態になったとき、差分値はゼロとなることから、ゼロになるまでの差分値を積分することによって（斜線部Ａの面積を計算することによって）、水分吸着量ｘ１が求められる。
【００４８】
ＮＯｘ吸着量についても、ＮＯｘ吸着材２８の上流にあるＮＯｘセンサ５２Ａによって検出されるＮＯｘ流入量と、下流側のＮＯｘセンサ５４Ａによって検出されるＮＯｘ流出する量との差分を求め、差分値を積分することによってＮＯｘ吸着量ｙ１が求められる。
【００４９】
ところで、ＮＯｘ吸着材２８に吸着されて飽和状態となったＮＯｘは、後から吸着される水分の作用によって、脱離していく。そのため、吸着開始からしばらくの間、ＮＯｘセンサ５２ＡとＮＯｘセンサ５４の出力差（単位時間当たりの吸着量）は正の値となるが、ＮＯｘが脱離し始めると、出力差は負の値となる。このようなＮＯｘの吸着特性を考慮し、出力差が正から負に反転するまでのＮＯｘ吸着量を積分し（斜線部Ｂの面積を計算し）、この積分値をＮＯｘ吸着量ｙ１と定める。
【００５０】
図５に示す基準ラインＬに関するデータは、あらかじめＥＣＵ６０のＲＯＭに格納されている。ＮＯｘ吸着量ｙ１、水分吸着量ｘ１が測定されると、基準ラインＬに基づいて水分吸着量ｘ１に対応するＮＯｘ吸着量（以下、基準ＮＯｘ吸着量という）ｙ０が検出される。そして、検出されたＮＯｘ吸着量ｙ１と基準ＮＯｘ吸着量ｙ０との差Δｙ（＝ｙ０−ｙ１）が求められる。
【００５１】
このように差Δｙが求められた後、差Δｙがゼロであるか否かが判断される（図２のステップＳ１０９）。差Δｙがゼロである場合、一時的な（回復可能な）吸着性能劣化は生じていないと判断される。一方、差Δｙがゼロではない場合、一時的な性能低下があると判断され、この差Δｙが大きいほど、ＮＯｘの吸着性能低下が進行しているとみなされる。
【００５２】
図２のステップＳ１０９において一時的性能低下が生じていると判断されると、ステップＳ１１０へ進み、理論空燃比よりリッチな空燃比によってエンジン運転されるように、燃料噴射量が制御される。このリッチ運転は所定期間続けられ、差Δｙが大きいほど所定期間が長くなるように制御される。差Δｙとリッチ運転期間との関係を示すデータは、あらかじめＲＯＭに記憶される。
【００５３】
空燃比をリッチ状態にすると、触媒２２では、比較的還元作用の強い水素、アンモニアが多く生成される。水素、アンモニア成分を多く含む排気ガスがＮＯｘ吸着材を通過することによって、ＮＯｘ吸着材２８を還元雰囲気に晒すこととなり、一時的劣化していたＮＯｘ吸着材２８の吸着性能が回復する。一方、一時的性能が劣化していない場合、ステップＳ１０９からそのままステップＳ１１１へ進む。
【００５４】
ステップＳ１１１では、ＮＯｘ吸着材に吸着された水分を脱離させるため、排気ガスがバイパス管２６へ流入するように切替弁３０が制御され、それとともに、理論空燃比よりもリーンな空燃比によってエンジン運転するように燃料噴射量が制御される（図３（ｃ）参照）。
【００５５】
上述したように、水はＮＯｘに比べて吸着性能が高いため、ＮＯｘ吸着材２８にはＮＯｘとともに水分も吸着されている。この吸着された水分をパージするため、ＮＯｘパージ後、排気ガスをバイパス管２６へ流す。そして、リーン運転にすると、排気ガス中の水分濃度は相対的に低くなるため、ＮＯｘ吸着材２８の水分が容易に脱離する。水分パージ処理は、あらかじめ定められた所定期間だけ行われる。水分パージ期間が過ぎると、リーン運転からストイキ運転に変更されるとともに、排気ガスが主管路１４Ｔを流れるように切替弁３０が制御される。
【００５６】
なお、ここでは、ＮＯｘ吸着材の水分を脱離させるため積極的にリーン運転へ切り替えているが、機関減速時に行うフューエルカットなど他の目的によってリーン運転されるタイミングに合わせて、水分パージを行ってもよい。この場合、リーン運転に合わせて排気ガスがバイパス側へ流れるように切替弁３０を切り替え、水分パージ期間終了後、排気ガスを主管路１４Ｔへ流すように切り替えればよい。
【００５７】
水分のパージ終了後、排気ガスが主管路１４Ｔを流れるように切替弁３０が制御されると、上述したエンジン始動時における一連の制御処理が終了する。
【００５８】
このように本実施形態によれば、水吸着材２４が排気管１４に設けられる一方、水吸着材２４より下流側に形成されるバイパス管２６には、ＮＯｘ吸着材２８が設けられ、また、バイパス管２６と排気管１４との間で流路を切り替える切替弁３０が設けられる。そして、冷間始動時には、バイパス管２６へ排気ガスが流入するように切替弁３０が制御される。これにより、冷間始動時には、水分が水吸着材２４に吸着され、触媒２２で浄化されなかったＮＯｘはＮＯｘ吸着材に吸着される。
【００５９】
水吸着材２４が排気管１４に設けられているため、切替弁３０の状態に関係なく排気ガスが水吸着材２４を通過する。その結果、排気ガスの温度上昇に伴って吸着した水分の脱離が早く進行し、水吸着材２４の水分パージを早期に完了させることができる。よって、冷間始動〜暖機後に至るまで排気ガス中の水分吸着を水吸着材２４が担うことができ、ＮＯｘ吸着材２８はＮＯｘ吸着性能を十分発揮することができる。
【００６０】
また、排気ガスを吸気管１２へ環流させることより、ＮＯｘ吸着材２８に吸着されたＮＯｘが確実にパージされ、ＮＯｘパージ後にリーン運転によって排気ガスをバイパス管２６へ流すことにより、水分が確実にパージされる。さらに、ＮＯｘ吸着材２８の吸着性能が一時的に低下した場合、リッチ運転によって吸着性能が回復される。これにより、次の冷間始動時においても水吸着材２４、ＮＯｘ吸着材２８が正常に機能し、常に、冷間始動時においては排気ガスを十分浄化する。
【００６１】
なお、冷却水温以外で冷間始動時であるか否かについて判断してもよく、例えば触媒温度によって判断してもよい。また、ＮＯｘ吸着材の吸着性能劣化については、ＮＯｘを排出させないように、ＮＯｘ吸着量、水分量を検出する構成であればよい。
【００６２】
排気ガス環流については、排気管の触媒上流側へ戻すように構成してもよい。また、触媒をバイパス管より下流側に配置するように構成してもよい。
【００６３】
冷間始動時のリッチ運転、水分パージ時のリーン運転、ＮＯｘ吸着材の吸着性能回復のためのリッチ運転は、運転負荷などの運転状況を考慮し、選択的に実行するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】エンジンの排気ガス浄化システムの概略的構成図である。
【図２】ＥＣＵによって実行される排気ガス浄化制御処理のフローチャートを示した図である。
【図３】運転を開始してからの排気ガス流路を示した図である。
【図４】ＮＯｘ吸着材の水分吸着量との相関関係を示した図である。
【図５】水分吸着量およびＮＯｘ吸着量のグラフを示した図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０  エンジン
１２  吸気管（吸気系通路）
１４  排気管（排気通路）
１４Ｔ  主管路（排気通路）
２２  触媒（排気ガス浄化触媒）
２４  水吸着材  
２６  バイパス管（バイパス通路）
２８  ＮＯｘ吸着材
３０  切替弁
３２  パージ管（パージ通路）
３４  パージバルブ
【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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