JP2008175073A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、排気通路上に上流側から水分吸着材およびＮＯｘ吸着材を備える内燃機関において、ＮＯｘ吸着材からのＮＯｘのパージを短時間かつ確実に完了できるようにすることを目的とする。
【解決手段】内燃機関１０から排出された排気ガスが流れる主排気通路１４を備える。主排気通路１４を迂回する第１バイパス通路２０および第２バイパス通路２２を備える。第１バイパス通路２０に水分吸着材２６を備える。第２バイパス通路２２にＮＯｘ吸着材３２を備える。排気ガスが第１バイパス通路２０に導入されないようにして、ＮＯｘ吸着材３２からのＮＯｘの第１パージ動作（図２（Ｂ）参照）を行う。その後、ＮＯｘのパージが比較的進んだ段階で、排気ガスが第１バイパス通路２０に導入されるように第１切替バルブ２４を制御する（図２（Ｃ）参照）。
【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、詳しくは、排気通路における触媒の下流に、触媒で浄化できなかった未浄化成分を吸着するための吸着材を備えた排気浄化装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、道路トンネルから出た換気ガスをゼオライト系の吸着材で乾式処理してＮＯｘを吸着除去することにより、当該換気ガスを浄化する技術が開示されている。この従来の技術では、ＮＯｘを吸着するための上記吸着材に対する換気ガスの流れの上流に、換気ガスに含まれる水分を吸着するためのシリカゲル系の脱湿剤（水分吸着材）を配置するようにしている。

特開平１−１５５９３４号公報 特開２００２−１３８８２０号公報

内燃機関の排気通路には、排気ガスを浄化するための触媒が設けられている。しかし、触媒の温度が低下している冷間始動時には、触媒が暖機されて活性化するまでの間、ＮＯｘを含んだ排気ガスが外部へ排出されてしまうことがある。そこで、内燃機関の排気通路上に、ＮＯｘ吸着材を配置することが考えられる。

上記のようなＮＯｘ吸着材には、ＮＯｘを吸着可能な容量があり、その容量を超えてはＮＯｘを吸着することができない。このため、次回の内燃機関の冷間始動時に良好なＮＯｘの吸着能力を得るためには、ＮＯｘ吸着材の不使用時に、短時間かつ確実に吸着能力を回復させておくことが必要となる。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、排気通路上に上流側から水分吸着材およびＮＯｘ吸着材を備える内燃機関において、ＮＯｘ吸着材からのＮＯｘのパージを短時間かつ確実に完了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。

第１の発明は、内燃機関から排出された排気ガスが流れる主排気通路と、
前記主排気通路との第１上流側接続部において前記主排気通路から分岐し、前記第１上流側接続部より下流の第１下流側接続部において再び前記主排気通路に合流する第１バイパス通路と、
前記第１下流側接続部より下流に配置された第２上流側接続部において前記主排気通路から分岐し、前記第２上流側接続部より下流の第２下流側接続部において再び前記主排気通路に合流する第２バイパス通路と、
前記第１バイパス通路に配置され、水分を吸着する機能を有する水分吸着材と、
前記第２バイパス通路に配置され、ＮＯｘを吸着する機能を有するＮＯｘ吸着材と、
排気ガスの流入先を前記主排気通路と前記第１バイパス通路との間で切り替え可能な第１流路切替手段と、
排気ガスの流入先を前記主排気通路と前記第２バイパス通路との間で切り替え可能な第２流路切替手段と、
内燃機関の冷間始動時に、排気ガスが前記第１バイパス通路に導入されるように前記第１流路切替手段を制御する水分吸着実行手段と、
内燃機関の冷間始動時に、前記水分吸着材を通過した排気ガスが前記第２バイパス通路に導入されるように前記第２流路切替手段を制御するＮＯｘ吸着実行手段と、
排気ガスが前記第１バイパス通路に導入されないように前記第１流路切替手段を制御した状態で、前記ＮＯｘ吸着材からのＮＯｘのパージを実行するＮＯｘパージ実行手段と、
ＮＯｘの前記パージの進行状況を判断するパージ進行状況判断手段と、
ＮＯｘの前記パージが比較的進んだと判断された時点で、排気ガスが前記第１バイパス通路に導入されるように前記第１流路切替手段を制御する水分パージ実行手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記パージ量判別手段は、前記ＮＯｘ吸着材の温度が所定値以上となった時点で、ＮＯｘの前記パージが比較的進んだと判断することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、前記水分吸着実行手段は、前記水分吸着前記水分吸着材への水分吸着量が最大となった時点で、前記第１バイパス通路への排気ガスの導入が停止されるように前記第１流路切替手段を制御することを特徴とする。

第１の発明によれば、排ガスが第１バイパス通路に導入されないようにした状態で、ＮＯｘ吸着材からのＮＯｘのパージが開始された後に、当該パージが比較的進んだと判断された時点で、排気ガスが第１バイパス通路に導入される。その結果、水分吸着材から脱離した水分が第２バイパス通路を通ってＮＯｘ吸着材３２に供給されることになる。つまり、本発明によれば、ＮＯｘのパージ時に、高濃度水分をＮＯｘ吸着材に供給できるようになる。このため、ＮＯｘのパージが比較的進んだ段階において、ＮＯｘ吸着材に導入される高濃度水分によってＮＯｘの脱離が促進されるので、ＮＯｘ吸着材からのＮＯｘの脱離を短時間かつ確実に行えるようになる。これにより、次回のＮＯｘの吸着動作時におけるＮＯｘ吸着材の吸着能力を良好に確保することができる。

第２の発明によれば、ＮＯｘ吸着材の温度に基づいて、ＮＯｘのパージが比較的進んだ状態にあることを確実に判断することができる。

第３の発明によれば、吸着動作時に、水分吸着材に吸着される水分の量が最大となるようにしっかりと蓄えることができる。このため、その後のパージ動作時に、上述した第１または第２の発明に比して、より多量であって、より高濃度な水分をＮＯｘ吸着材に供給できるようになり、水分吸着材に吸着されていた水分を利用したＮＯｘのパージを更に好適に促進することができる。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１における排気浄化装置を備える内燃機関システムの構成を説明するための図である。図１に示す内燃機関１０は、筒内に空気を取り込むための吸気通路１２と、筒内から排出された排気ガスが流れる排気通路とを備えている。

本実施形態の排気通路は、筒内から排気ガスを排出するための主排気通路１４と、後述する第１バイパス通路２０および第２バイパス通路２２とを備えている。主排気通路１４には、上流側から順に、排気ガスを浄化可能な前段触媒（ＳＣ）１６および後段触媒（ＵＦ）１８が直列に配置されている。

本実施形態のシステムは、主排気通路１４を迂回する通路として、第１バイパス通路２０と第２バイパス通路２２とを備えている。第１バイパス通路２０は、後段触媒１８の下流に位置する第１上流側接続部２０aにおいて主排気通路１４から分岐し、当該第１上流側接続部２０aの下流に位置する第１下流側接続部２０bにおいて再び主排気通路１４に合流するように構成されている。

第１上流側接続部２０aには、排気ガスの流入先を主排気通路１４と第１バイパス通路２０との間で切り替えるための第１切替バルブ２４が配置されている。第１切替バルブ２４は、負圧ダイアフラム２４aに作用するエンジン吸気負圧が図示省略する電磁弁によって制御されることによって、開閉駆動される。尚、内燃機関１０の通常運転時には、第１切替バルブ２４によって第１バイパス通路２０が閉塞され、排気ガスは主排気通路１４をそのまま通って大気中に放出される。

また、第１バイパス通路２０の途中には、排気ガス中に含まれる水分を吸着する機能を有する水分吸着材２６が配置されている。そのような水分吸着材２６としては、例えば、ゼオライト系の素材を用いることができる。水分吸着材２６には、当該水分吸着材２６の温度を検出するための温度センサ２８が組み込まれている。

また、第２バイパス通路２２は、第１バイパス通路２０の第１下流側接続部２０bの下流において主排気通路１４から分岐し、第２上流側接続部２２aの下流において再び主排気通路１４に合流するように構成されている。第２上流側接続部２２aには、第１切替バルブ２４と同様の構成を有する第２切替バルブ３０が配置されている。第２切替バルブ３０は、排気ガスの流入先を主排気通路１４と第２バイパス通路２２との間で切り替えることができる。尚、内燃機関１０の通常運転時には、第２切替バルブ３０によって第２バイパス通路２２が閉塞され、排気ガスは主排気通路１４をそのまま通って大気中に放出される。

また、第２バイパス通路２２の途中には、排気ガス中に含まれる未浄化成分であるＮＯｘを吸着する機能を有するＮＯｘ吸着材３２が配置されている。そのようなＮＯｘ吸着材３２としては、例えばゼオライトに鉄Ｆｅを担持した素材を用いることができる。ＮＯｘ吸着材３２には、当該ＮＯｘ吸着材３２の温度を検出するための温度センサ３４が組み込まれている。

また、第２バイパス通路２２には、第２上流側接続部２２aとＮＯｘ吸着材３２との間の部位において、リターン通路３６が連通している。リターン通路３６は、その途中にパージ制御バルブ３８を備え、その端部において吸気通路１２に連通している。尚、リターン通路３６の接続先は、後段触媒１８の上流の通路であれば、吸気通路１２でなくてもよく、例えば、主排気通路１４における前段触媒１６の上流部であってもよい。

本実施形態のシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)４０を備えている。ＥＣＵ４０には、内燃機関１０を制御するための各種センサや上記温度センサ２８等とともに、エンジン冷却水温度を検出するための水温センサ４２が接続されている。また、ＥＣＵ４０には、内燃機関１０を制御するための各種アクチュエータとともに、上述した切替バルブ２４等やパージ制御バルブ３８が接続されている。

以上説明した図１に示す構成によれば、第１切替バルブ２４および第２切替バルブ３０を適宜制御することで、水分吸着材２６への排気ガスの供給と、ＮＯｘ吸着材３２への排気ガスの供給とを独立して制御することができる。

［実施の形態１の動作］
図２は、本発明の実施の形態１のシステム動作を説明するための図である。
（吸着時の動作）
先ず、図２（Ａ）を参照して、内燃機関１０の冷間始動時に筒内から排出される排気ガス中のＮＯｘおよび水分をＮＯｘ吸着材３２等に吸着させるために行われる動作について説明する。

吸着動作は、図２（Ａ）に示すように、内燃機関１０の冷間始動時に、第１切替バルブ２４および第２切替バルブ３０が主排気通路１４を閉塞させる状態にして開始される。また、この吸着動作時には、パージ制御バルブ３８についても、閉弁状態に制御される。

上記のような状態では、内燃機関１０から排出された排気ガスの全部が、主排気通路１４から第１バイパス通路２０に導入される。第１バイパス通路２０に導入された排気ガスは、水分吸着材２６を通過し、その後再び主排気通路１４に戻される。その後、排気ガスの全部が、主排気通路１４から第２バイパス通路２２に導入される。第２バイパス通路２２に導入された排気ガスは、ＮＯｘ吸着材３２を通過し、その後再び主排気通路１４に戻された後に大気中に放出される。

ＮＯｘがＮＯｘ吸着材３２に吸着されると、ＮＯｘの吸着熱によってＮＯｘ吸着材３２の温度が上昇する。ＮＯｘ吸着材３２は、その温度が高くなると、吸着したＮＯｘが脱離するという性質を有している。このため、ＮＯｘ吸着材３２に排気ガスを流し続けると、ＮＯｘの温度が上昇し、吸着されていたＮＯｘの脱離が始まってしまう。尚、そのような現象は水分吸着材２６についても同様である。従って、ＮＯｘ吸着材３２からのＮＯｘの脱離が始まる前の適切なタイミングで、ＮＯｘの吸着動作を終了させる必要がある。本実施形態では、温度センサ３４によって検出されるＮＯｘ吸着材３２の温度に基づいて、ＮＯｘ吸着材３２へのＮＯｘの吸着量が所定量に達したかどうかを判断して、ＮＯｘの吸着動作を終了するタイミングを決定するようにしている。

以上説明した吸着動作によれば、排気ガス中に含まれる水分が水分吸着材２６に吸着されることで取り除かれる。そして、排気ガス中に含まれるＮＯｘがＮＯｘ吸着材３２に吸着されることで取り除かれる。これにより、前段触媒１６が未だ活性化していない冷間始動時に、排気ガス中に含まれるＮＯｘが大気中に放出されるのを抑制することができる。また、水分吸着材２６を、吸着動作時においてＮＯｘ吸着材３２の上流となる側に配置したことで、乾いた排気ガスがＮＯｘ吸着材３２に導入されることになるので、ＮＯｘ吸着材３２によるＮＯｘの吸着能力を高く維持することができる。

（パージ時の動作）
本実施形態のパージ動作は、ＮＯｘ吸着材３２からのＮＯｘのパージを行う際に、当該パージがある程度進行した時点で、水分吸着材２６から水分を脱離させるようにしたという点に特徴を有しており、より具体的には、図２（Ｂ）および（Ｃ）にそれぞれ示す第１パージ動作および第２パージ動作からなる。

先ず、図２（Ｂ）を参照して、冷間時にＮＯｘ吸着材３２に吸着されたＮＯｘを、ＮＯｘ吸着材３２からパージ（脱離）させるための第１パージ動作について説明する。第１パージ動作は、図２（Ｂ）に示すように、第１バイパス通路２０および第２バイパス通路２２を閉塞するように第１切替バルブ２４および第２切替バルブ３０がそれぞれ制御された状態で、前段触媒１６が活性化している等の所定のパージ開始タイミングが到来した時点で、パージ制御バルブ３８を開くことにより開始される。

上記の第１パージ動作によれば、筒内から排出された排気ガスは、第１バイパス通路２０には導入されずに第２バイパス通路２２に到達する。より具体的には、筒内から排出された排気ガスの一部が、内燃機関１０の吸気通路１２に生じている負圧を利用して、主排気通路１４から下流側接続部２２bを通過して第２バイパス通路２２に導入される。その結果、始動後に比較的暖まってきた排気ガスがＮＯｘ吸着材３２に供給されることで、ＮＯｘがＮＯｘ吸着材３２から脱離し、リターン通路３６を介して吸気通路１２にパージされる。吸気通路１２に戻されたＮＯｘは、再び燃焼に付された後に活性状態にある触媒１６等によって浄化される。

ところで、ＮＯｘ吸着材３２には、ＮＯｘを吸着可能な容量があり、その容量を超えてはＮＯｘを吸着することができない。このため、次回の内燃機関１０の冷間始動時に良好なＮＯｘの吸着能力を得るためには、ＮＯｘ吸着材３２の不使用時に、短時間かつ確実に吸着能力を回復させておくことが必要となる。より具体的には、冷間始動後の内燃機関の運転の態様によっては、ＮＯｘ吸着材に吸着されたＮＯｘをパージするための機会を十分に確保できない可能性がある。十分なパージができない場合には、次回の冷間始動時のＮＯｘ吸着能力が低下してしまい、排気エミッションの悪化に繋がる。従って、パージを実行可能な運転条件が成立した時点で、ＮＯｘ吸着材からのＮＯｘのパージを迅速かつ確実に行う必要がある。

そこで、本実施形態では、上記の要求を満足させるために、水分吸着材２６には排気ガスが供給されないようにし、かつＮＯｘ吸着材３２に排気ガスの一部が供給されるようにして、ＮＯｘ吸着材３２に吸着されたＮＯｘを吸気通路１２にパージさせる（上記第１パージ動作）ようにした。そして、そのうえで、ＮＯｘのパージが比較的進んだ状態になってから、ＮＯｘのパージ動作を継続させつつ、排気ガスが水分吸着材２６に導入されるように第１切替バルブ２４を調整し、水分吸着材２６から水分を脱離させるようにした（第２パージ動作）。

より具体的には、本実施形態では、上記第１パージ動作を開始させた後に、ＮＯｘ吸着材３２の温度が所定値（例えば150℃）以上になった場合に、ＮＯｘのパージが比較的進んだものと判断し、排気ガスが水分吸着材２６に導入されるように第１切替バルブ２４を制御するようにしている。

図２（Ｃ）は、そのような第２パージ動作の実行時における切替バルブ２４等の制御状態を示している。このような状態に切替バルブ２４等が制御されると、第１バイパス通路２０に排気ガスが導入されることによって水分吸着材２６から水分が脱離される。水分吸着材２６から脱離した水分を含む排気ガスは、その後、第２バイパス通路２２に配置されたＮＯｘ吸着材３２に導入されることになる。つまり、水分吸着材２６を通過した後の高濃度の水分を含む排気ガスがＮＯｘ吸着材３２に導入されることになる。

図３は、ＮＯｘのパージ動作の開始後に水分吸着材２６から水分を脱離させることにより得られる効果を説明するためのタイムチャートである。図３に示すように、高濃度水分供給がなされない場合（すなわち、第２パージ動作が実行されない場合）には、ＮＯｘ吸着材２６への排気ガスの導入（すなわち、第１パージ動作の開始）後に、ＮＯｘ吸着材３２の温度が上昇するに従ってＮＯｘ吸着材３２からのＮＯｘのパージ量（単位時間当たりのパージ量）は次第に増加していく。その後、パージ量がピークに達した後は、時間経過とともにパージ量が減少していく。この図３より、吸着されたＮＯｘの多くは、パージ開始後の比較的早い段階で脱離していくが、ＮＯｘを完全にパージし終えるまでには、長い時間を要することが判る。従って、内燃機関１０の運転の態様によっては、ＮＯｘのパージが完全に完了できないケースが生じてしまう。

これに対し、本実施形態では、ＮＯｘ吸着材３２の温度が所定値以上になったことを見計らってから高濃度水分供給がなされる（すなわち、第２パージ動作が実行される）。このため、ＮＯｘ吸着材３２に導入される高濃度水分によってＮＯｘの脱離が促進されるので、ＮＯｘのパージが比較的進んだ段階において、ＮＯｘのパージ量を有効に高めることができ、ＮＯｘ吸着材３２からのＮＯｘの確実な（完全な）パージを促進することができる。また、高濃度水分供給を行わない場合に比して、ＮＯｘのパージが確実に行えるようになるので、ＮＯｘのパージ時間を十分に短縮できるようになる。このように、本実施形態の第１および第２パージ動作によれば、排気ガス中に含まれる水分がＮＯｘの脱離を促進させるという性質を利用して、ＮＯｘのパージを短時間かつ確実に実行することができる。このため、次回のＮＯｘの吸着動作時におけるＮＯｘ吸着材３２の吸着能力を良好に確保することができる。

また、仮に、第１パージ動作の開始に合わせて高濃度水分を供給した場合には、パージ初期のパージ量を高めることができる。しかしながら、水分吸着材に吸着されている水分には限りがあるため、パージが比較的進んだ段階には、ＮＯｘ吸着材に導入する排気ガス中の水分濃度が低下してしまう。その結果、高濃度水分供給を行わない場合と同様に、パージ動作開始からしばらくした後にＮＯｘ吸着材に残っているＮＯｘを完全に取り除くことが困難となり、完全なパージを実現するためにはやはり長時間を要してしまう。これに対し、本実施形態では、ＮＯｘのパージがある程度進んでから（ＮＯｘ吸着材３２の温度が所定値以上に高くなることを見計らってから）、高濃度水分を供給するようにしている。このため、ＮＯｘ吸着材３２からのＮＯｘの確実なパージを短時間に行うことができる。

更に付け加えると、本実施形態の手法によれば、本来（本実施形態のような配慮が何らなされない場合）は、ＮＯｘの吸着動作が終了した後の所定のタイミングで第１バイパス通路２０に排気ガスを導入することによって、水分吸着材２６から脱離されて大気中に捨てられることになる水分を、ＮＯｘのパージの促進に積極的に有効利用することができる。

図４は、本実施形態における吸着動作およびパージ動作を実現するために、ＥＣＵ４０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図４に示すルーチンは、内燃機関１０の始動直後に起動されるものとする。

図４に示すルーチンでは、先ず、エンジン冷却水温度が設定温度以下であるか否かが判別される（ステップ１００）。その結果、エンジン冷却水温度が設定温度よりも高いと判定された場合、すなわち、暖機が完了している場合には、今回の処理サイクルが速やかに終了される。

上記ステップ１００において、エンジン冷却水温度が設定温度以下であると判定された場合、すなわち、冷間始動時であると認められた場合には、第１切替バルブ２４および第２切替バルブ３０がそれぞれ開弁されるとともに、パージ制御バルブ３８が閉弁される（ステップ１０２）。切替バルブ２４等は、通常時は、バイパス通路２０等の入口を閉塞しているが、本ステップ１０２において、冷間始動時と認められた場合には、主排気通路１４とバイパス通路２０等とが連通状態となるように切り替えられる。これにより、水分およびＮＯｘの吸着動作がそれぞれ開始される。

次に、ＮＯｘ吸着の終了タイミングが到来したか否かが判別される（ステップ１０４）。より具体的には、温度センサ３４によって検出されるＮＯｘ吸着材３２の温度が所定値に達したときにＮＯｘ吸着材３２へのＮＯｘの吸着量が所定量に達したと判断され、この場合に、上記タイミングが到来したと判定される。

上記ステップ１０４において、ＮＯｘ吸着の終了タイミングが到来したと判定された場合には、第１バイパス通路２０および第２バイパス通路２２をともに閉塞させるべく、第１切替バルブ２４および第２切替バルブ３０がそれぞれ閉弁される（ステップ１０６）。これにより、ＮＯｘおよび水分の吸着動作が終了される。

次に、パージ動作開始タイミングが到来したか否かが判別される（ステップ１０８）。より具体的には、本ステップ１０８では、触媒１６等が活性状態にあるか否か、第２バイパス通路２２に導入する排気ガスの温度がパージ動作を行うのに適した温度範囲内にあるか否か、および、内燃機関１０がパージ動作を行っても問題とならないような安定した運転状態にあるか否かに基づいた判別が実行される。

上記ステップ１０８において、パージ動作開始タイミングが到来したと判定された場合には、パージ制御バルブ３８が開弁される（ステップ１１０）。これにより、第１パージ動作が開始される。次いで、当該第１パージ動作中のＮＯｘ吸着材３２の温度が所定値（例えば150℃）以上となったか否かが判別される（ステップ１１２）。ここでは、温度センサ３４に基づいて、ＮＯｘ吸着材３２の温度を直接測定するようにしているが、これに限らず、ＮＯｘ吸着材３２の前後の排気ガス温度に基づいて、ＮＯｘ吸着材３２の温度を推定する手法であってもよい。

上記ステップ１１２において、ＮＯｘ吸着材３２の温度が上記所定値以上となったと判定された場合、すなわち、第１パージ動作によるＮＯｘのパージ開始が比較的進んだ段階にあると判断できる場合には、第１バイパス通路２０が開放されるように第１切替バルブ２４が開弁される（ステップ１１４）。これにより、高濃度の水分を含む排気ガスをＮＯｘ吸着材３２に導入する第２パージ動作が開始される。

次に、第２パージ動作中には、パージ量判定が実行される（ステップ１１６）。具体的には、現在のパージ量が所定の設定量に達したか否かが判別される。現在のパージ量は、例えば、上記ステップ１１０におけるパージ制御バルブ３８の開弁後の経過時間とパージガス温度との関係に基づいて推定することができる。

上記ステップ１１６において、パージ量が設定量に達したと判定された場合には、パージ制御バルブ３８が閉弁されるとともに、第１切替バルブ２４が閉弁される（ステップ１１８）。これにより、第２パージ動作が終了される。

ところで、上述した実施の形態１においては、ＮＯｘのパージ動作（第１パージ動作）中のＮＯｘ吸着材３２の温度が所定値以上になったか否かを判別することで、ＮＯｘ吸着材３２からのＮＯｘのパージが比較的進行していると判断するようにしているが、ＮＯｘ吸着材３２に基づいて判断する手法に代えて、ＮＯｘのパージ動作の開始からの積算吸入空気量やエンジン回転数等に基づいて、ＮＯｘのパージ進行の程度を推定してもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、第１切替バルブ２４が前記第１の発明における「第１流路切替手段」に、前記第２切替バルブ３０、リターン通路３６、およびパージ制御バルブ３８が前記第１の発明における「第２流路切替手段」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ４０が、上記ステップ１００および１０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「水分吸着実行手段」および「ＮＯｘ吸着実行手段」が、上記ステップ１０６〜１１０の処理を実行することにより前記第１の発明における「ＮＯｘパージ実行手段」が、上記ステップ１１２の処理を実行することにより前記第１の発明における「パージ進行状況判断手段」が、上記ステップ１１２および１１４の処理を実行することにより前記第１の発明における「水分パージ実行手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図５および図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ４０に図４に示すルーチンに代えて後述する図６に示すルーチンを実行させることにより実現することができるものである。

［実施の形態２の特徴部分］
上述した実施の形態１においては、ＮＯｘの吸着動作を終了させるタイミングで、それまでの間に行っていた水分吸着材２６への水分の吸着動作を同時に終了させるようにしている。その理由は、ＮＯｘの吸着動作の終了後には、ＮＯｘ吸着材３２へのＮＯｘの吸着を阻害する水分をＮＯｘ吸着材３２に導入しないようにする必要性がなくなるからである。

これに対し、本実施形態は、ＮＯｘの吸着動作の終了後にも水分吸着材２６に排気ガスが導入されるように第１切替バルブ２４を制御しておき、その後に水分吸着材２６への水分吸着量が最大となった時点で、水分吸着材２６に排気ガスが導入されないように第１切替バルブ２４を切り替えることによって、水分の吸着を終了させるようにしたという点に特徴を有している。

［実施の形態２の動作］
図５は、本発明の実施の形態２のシステム動作を説明するための図である。

（吸着時の動作）
本実施形態では、吸着動作として、先ず、第１吸着動作が実行される。第１吸着動作は、図５（Ａ）に示す状態に切替バルブ２４等を制御して行われるものであり、その動作の内容としては、実施の形態１における吸着動作（図２（Ａ）参照）と同様である。

本実施形態では、上述した実施の形態１とは異なり、ＮＯｘ吸着材３２へのＮＯｘの吸着動作を終了させるタイミングが到来した時点で、図５（Ｂ）に示す状態に切替バルブ２４等が制御される。より具体的には、第１切替バルブ２４は主排気通路１４を閉塞する状態に維持され、第２切替バルブ３０は主排気通路１４を開放する状態に切り替えられる。

図５（Ｂ）に示す状態では、内燃機関１０から排出された排気ガスの全部が、主排気通路１４から第１バイパス通路２０に導入される。第１バイパス通路２０に導入された排気ガスは、水分吸着材２６を通過し、その後再び主排気通路１４に戻された後に大気中に放出される。

すなわち、上記第２吸着動作によれば、ＮＯｘ吸着材３２へのＮＯｘの吸着動作の終了後にも水分吸着材２６への水分の吸着動作が継続される。本実施形態では、この第２吸着動作中に水分吸着材２６への水分吸着量が最大となる時点を、水分吸着材２６の温度に基づいて推定する。そして、水分吸着材２６の水分吸着量が最大となったと判断した時点で、第１切替バルブ２４を主排気通路１４を開放するように切り替えることで、第２吸着動作を終了するようにしている。

（パージ時の動作）
本実施形態においても、上述した実施の形態２と同様に、内燃機関１０の始動後にパージ開始タイミングが到来した時点で、第１パージ動作および第２パージ動作が実行される。これらの第１パージ動作および第２パージ動作は、それぞれ図５（Ｃ）および（Ｄ）に示す状態に切替バルブ２４等を制御して行われることになるが、図５（Ｃ）および（Ｄ）
に示す状態は、上述した実施の形態１における図２（Ｂ）および（Ｃ）に示す状態にそれぞれ対応しているため、ここではその詳細な説明は省略するものとする。

以上説明した第２吸着動作によれば、水分吸着材２６に吸着される水分の量が最大となるようにしっかりと蓄えられる。このため、その後の第２パージ動作時に、上述した実施の形態１に比して、より多量であって、より高濃度な水分をＮＯｘ吸着材３２に供給できるようになり、水分吸着材２６に吸着されていた水分を利用したＮＯｘのパージを更に好適に促進することができる。

図６は、本実施形態における吸着動作およびパージ動作を実現するために、ＥＣＵ４０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図６に示すルーチンは、内燃機関１０の始動直後に起動されるものとする。尚、図６において、実施の形態１における図４に示すステップと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。

図６に示すルーチンでは、ステップ１０４において、ＮＯｘ吸着の終了タイミングが到来したと判定された場合には、第２バイパス通路２２を閉塞させるべく、第２切替バルブ３０が閉弁されるとともに、第１切替バルブ２４は開弁状態に維持される（ステップ２００）。これにより、ＮＯｘの吸着を行う第１吸着動作が終了されるとともに、水分吸着材２６への水分の吸着動作が継続される（第２吸着動作が開始される）。

次に、水分吸着材２６への水分吸着量が最大量に達したか否かが判別される（ステップ２０２）。水分吸着材２６の温度は、水分の吸着量が増えるほど、吸着熱によって上昇する。一方、水分吸着材２６の温度が高くなるほど、水分が脱離し易くなる。ＥＣＵ４０には、予め水分吸着量が最大となる水分吸着材２６の温度域に関する情報が記憶されており、本ステップ２０２では、水分吸着材２６の現在の温度がそのような温度域にあると認められる場合に、水分吸着量が最大量に達したと判定するようにしている。

上記ステップ２０２において、水分吸着材２６への水分吸着量が最大量に達したと判定された場合には、第１バイパス通路２０を閉塞させるべく、第１切替バルブ２４が閉弁される（ステップ２０４）。これにより、水分の吸着を行う第２吸着動作が終了される。
尚、以後のステップ１０８〜１１８におけるパージ動作は、図４に示すルーチンと同様であるので、ここではその詳細な説明を省略するものとする。

ところで、上述した実施の形態２においては、水分吸着材２６の温度に基づいて、水分吸着材２６への水分吸着量が最大となる時点を判断するようにしているが、水分吸着材２６への水分吸着量が最大となる時点は、このような手法に限定されるものではなく、例えば、以下のような手法であってもよい。

具体的には、吸着動作時に水分吸着材２６より下流となる側の第１バイパス通路２０上に、つまり、第１バイパス通路２０における水分吸着材２６と第１下流側接続部２０bとの間の部位に、水分吸着材２６を通過した排気ガス中の水分濃度を検出するための水分濃度センサ（図示省略）を配置するようにする。水分吸着材２６に水分が吸着されている間は、水分吸着材２６の下流の水分濃度が低くなる。一方、水分吸着材２６から水分が脱離すると、水分吸着材２６の下流の水分濃度が高くなる。そこで、水分吸着材２６の下流の水分濃度が所定値以上になった場合に、水分吸着材２６への水分吸着量が最大になったと判断するようにしてもよい。

本発明の実施の形態１における排気浄化装置を備える内燃機関システムの構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１のシステム動作を説明するための図である。 ＮＯｘのパージ動作の開始後に水分吸着材から水分を脱離させることにより得られる効果を説明するためのタイムチャートである。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２のシステム動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１４ 主排気通路
１６ 前段触媒
１８ 後段触媒
２０ 第１バイパス通路
２０a 第１上流側接続部
２０b 第１下流側接続部
２２ 第２バイパス通路
２２a 第２上流側接続部
２２b 第２下流側接続部
２４ 第１切替バルブ
２６ 水分吸着材
３０ 第２切替バルブ
３２ ＮＯｘ吸着材
３６ リターン通路
３８ パージ制御バルブ
４０ ECU(Electronic Control Unit)

Claims (3)

1. 内燃機関から排出された排気ガスが流れる主排気通路と、
   前記主排気通路との第１上流側接続部において前記主排気通路から分岐し、前記第１上流側接続部より下流の第１下流側接続部において再び前記主排気通路に合流する第１バイパス通路と、
   前記第１下流側接続部より下流に配置された第２上流側接続部において前記主排気通路から分岐し、前記第２上流側接続部より下流の第２下流側接続部において再び前記主排気通路に合流する第２バイパス通路と、
   前記第１バイパス通路に配置され、水分を吸着する機能を有する水分吸着材と、
   前記第２バイパス通路に配置され、ＮＯｘを吸着する機能を有するＮＯｘ吸着材と、
   排気ガスの流入先を前記主排気通路と前記第１バイパス通路との間で切り替え可能な第１流路切替手段と、
   排気ガスの流入先を前記主排気通路と前記第２バイパス通路との間で切り替え可能な第２流路切替手段と、
   内燃機関の冷間始動時に、排気ガスが前記第１バイパス通路に導入されるように前記第１流路切替手段を制御する水分吸着実行手段と、
   内燃機関の冷間始動時に、前記水分吸着材を通過した排気ガスが前記第２バイパス通路に導入されるように前記第２流路切替手段を制御するＮＯｘ吸着実行手段と、
   排気ガスが前記第１バイパス通路に導入されないように前記第１流路切替手段を制御した状態で、前記ＮＯｘ吸着材からのＮＯｘのパージを実行するＮＯｘパージ実行手段と、
   ＮＯｘの前記パージの進行状況を判断するパージ進行状況判断手段と、
   ＮＯｘの前記パージが比較的進んだと判断された時点で、排気ガスが前記第１バイパス通路に導入されるように前記第１流路切替手段を制御する水分パージ実行手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記パージ量判別手段は、前記ＮＯｘ吸着材の温度が所定値以上となった時点で、ＮＯｘの前記パージが比較的進んだと判断することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記水分吸着実行手段は、前記水分吸着前記水分吸着材への水分吸着量が最大となった時点で、前記第１バイパス通路への排気ガスの導入が停止されるように前記第１流路切替手段を制御することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化装置。

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