JP2008261313A - 内燃機関の排気浄化装置及びＮＯｘ吸着材の性能診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘ吸着材を備えた排気浄化装置に関し、ＮＯｘ吸着材の一時的な性能低下を恒久的な性能低下と区別して判定可能にする。
【解決手段】内燃機関を実際に運転し、ＮＯｘ吸着材に吸着されたＮＯｘ量と水分量とをそれぞれ測定する。次に、予め設定しておいた水分吸着量とＮＯｘ吸着量との相関関係を示す基準ラインを参照して、水分吸着量の測定値ｘ１に対応するＮＯｘ吸着量の基準値ｙ０を決定する。そして、ＮＯｘ吸着量の測定値ｙ１と基準値ｙ０とを比較し、その比較結果を反映した信号を出力する。
【選択図】図２

Description

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。

従来、例えば、特許文献１（特開２０００−３４５８３２号公報）に開示されているように、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。
特開２０００−３４５８３２号公報

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。

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。ＮＯｘ吸着材を有効に活用するためには、その性能の低下が恒久的なものなのか一時的なものなのか正しく判定し、性能低下の理由に応じた処理を行うことが求められる。また、一時的な性能低下であれば、ＮＯｘ吸着材を還元雰囲気に曝すことで回復することができるが、その回復処理に掛けるべき時間やエネルギは、性能低下の程度によって異なってくる。回復処理を適正に実施するためには、吸着性能の低下の程度を客観的に評価できるようにすることが必要と考えられる。

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、ＮＯｘ吸着材の一時的な性能低下を恒久的な性能低下と区別して判定可能にすることをその第１の目的とする。さらには、ＮＯｘ吸着材の一時的な性能低下の程度を客観的に評価可能にすることをその第２の目的とする。

第１の発明は、上記の目的の少なくとも１つを達成するため、内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ吸着材と、
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、
比較結果が反映された信号を出力する信号出力手段と、
を備えることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記信号出力手段は、比較されたＮＯｘ吸着量の基準値と測定値との大小関係を示す信号を出力することを特徴としている。

第３の発明は、第１の発明において、
前記信号出力手段は、比較されたＮＯｘ吸着量の基準値と測定値との偏差に対応する信号を出力することを特徴としている。

第４の発明は、第１の発明において、
前記信号出力手段は、比較されたＮＯｘ吸着量の基準値と測定値との偏差に対応する信号と、水分吸着量の測定値に対応する信号とを出力することを特徴としている。

第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
前記ＮＯｘ吸着量測定手段は、前記ＮＯｘ吸着材の上流に配置された上流側ＮＯｘセンサと、前記ＮＯｘ吸着材の下流若しくは内部に配置された下流側ＮＯｘセンサとを含み、前記２つのＮＯｘセンサの出力値差に基づいてＮＯｘ吸着量を算出することを特徴としている。

第６の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、
前記水分吸着量測定手段は、前記ＮＯｘ吸着材の上流に配置された上流側水分センサと、前記ＮＯｘ吸着材の下流若しくは内部に配置された下流側水分センサとを含み、前記２つの水分センサの出力値差に基づいて水分吸着量を算出することを特徴としている。

第７の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、
前記水分吸着量測定手段は、前記ＮＯｘ吸着材の上流に配置された上流側温度センサと、前記ＮＯｘ吸着材の下流若しくは内部に配置された下流側温度センサとを含み、前記２つの温度センサの出力値差に基づいて水分吸着量を算出することを特徴としている。

また、第８の発明は、ＮＯｘ吸着材のＮＯｘ吸着性能を診断する方法であって、
一時的なＮＯｘ吸着性能の低下が認められないＮＯｘ吸着材（以下、基準体）での水分吸着量とＮＯｘ吸着量との相関関係を示すデータを予め用意しておく工程と、
診断対象となるＮＯｘ吸着材（以下、診断対象体）にＮＯｘ及び水分が含まれたガスを供給し、前記診断対象体に吸着されたＮＯｘ量と水分量とをそれぞれ測定する工程と、
前記データを参照して水分吸着量の測定値に対応する前記基準体でのＮＯｘ吸着量（以下、基準ＮＯｘ吸着量）を求め、ＮＯｘ吸着量の測定値と基準ＮＯｘ吸着量とを比較する工程と、
前記の比較結果に基づいて前記診断対象体の一時的なＮＯｘ吸着性能の低下の程度を判定する工程と、
を備えることを特徴としている。

出願人による実験の結果、ＮＯｘ吸着材に一時的な性能の低下（酸化によるものと推定される性能の低下）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吸着材の一時的な性能の低下では、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吸着材の一時的な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。

第１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吸着材に一時的な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。第１の発明において出力される信号にはこの比較結果が反映されるので、この信号を参照することでＮＯｘ吸着材の一時的な性能低下を恒久的な性能低下と混同することなく検知することができる。

第２の発明によれば、出力される信号はＮＯｘ吸着量の基準値と測定値との大小関係を示す信号であるので、この信号を参照することでＮＯｘ吸着材の一時的な性能低下の有無を精確に判定することができる。

第３の発明によれば、出力される信号はＮＯｘ吸着量の基準値と測定値との偏差に対応する信号であるので、この信号を参照することでＮＯｘ吸着材の一時的な性能低下の程度を客観的に評価することができる。

第４の発明によれば、ＮＯｘ吸着量の基準値と測定値との偏差に対応する信号とともに、水分吸着量の測定値に対応する信号も出力されるので、ＮＯｘ吸着材の劣化を考慮に入れた上で、ＮＯｘ吸着材の一時的な性能低下の程度を評価することが可能になる。

第５の発明によれば、ＮＯｘセンサによる実測値に基づいてＮＯｘ吸着材のＮＯｘ吸着量を精確に測定することができる。

第６の発明によれば、水分センサによる実測値に基づいてＮＯｘ吸着材の水分吸着量を精確に測定することができる。

第７の発明によれば、吸着熱によるＮＯｘ吸着材の温度上昇を温度センサによって測定することで、吸着熱との相関が高いＮＯｘ吸着材の水分吸着量を間接的に測定することができる。

また、第８の発明によれば、ＮＯｘ吸着材の診断対象体に吸着されたＮＯｘ量と、そのときの水分吸着量に対応する基準ＮＯｘ吸着量とが比較され、その比較結果に基づいて診断対象体の一時的なＮＯｘ吸着性能の低下の程度が判定される。診断対象体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、診断対象体のＮＯｘ吸着量の測定値は基準ＮＯｘ吸着量とほぼ一致する。しかし、診断対象体に一時的な性能低下がある場合には、ＮＯｘ吸着量の測定値は基準ＮＯｘ吸着量から乖離する。したがって、ＮＯｘ吸着量の測定値と基準ＮＯｘ吸着量との比較結果に基づけば、診断対象体の一時的な性能低下を恒久的な性能低下と混同することなく検知することができ、さらには、診断対象体の一時的なＮＯｘ吸着性能の低下の程度を客観的に評価することができる。

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。

［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、筒内に空気を取り込むための吸気通路４と、筒内から排出された排気ガスが流れる排気通路６とが接続されている。排気通路６には、排気ガスを浄化可能な触媒８が配置されている。

本実施形態のシステムは、排気通路６の一部を迂回するバイパス通路１０を備えている。バイパス通路１０は、触媒８の下流に位置する上流側接続部１０ａにおいて排気通路６から分岐し、当該上流側接続部１０ａの下流に位置する下流側接続部１０ｂにおいて再び排気通路６に合流するように構成されている。上流側接続部１０ａには、排気ガスの流入先を排気通路６とバイパス通路１０との間で切り替えるための切替バルブ１２が配置されている。

バイパス通路１０の途中には、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１４が配置されている。そのようなＮＯｘ吸着材１４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。バイパス通路１０において、ＮＯｘ吸着材１４の上流（上流側接続部１０ａの側）には、水分センサ２２とＮＯｘセンサ２４とが配置されている。また、ＮＯｘ吸着材１４の下流（下流側接続部１０ｂの側）にも、水分センサ２６とＮＯｘセンサ２８とが配置されている。

また、バイパス通路１０には、上流側接続部１０ａとＮＯｘ吸着材１４との間の部位において、リターン通路１６が連通している。リターン通路１６は、その途中にパージ制御バルブ１８を備え、その端部において吸気通路４に連通している。

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)２０を備えている。ＥＣＵ２０には、上記の水分センサ２２，２６やＮＯｘセンサ２４，２８の他、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、ＥＣＵ２０には、上述した切替バルブ１２やパージ制御バルブ１８等の各種アクチュエータが接続されている。

［システムの動作］
次に、ＥＣＵ２０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１４に係る動作に説明する。

（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１４に吸着させるための動作が行われる。具体的には、切替バルブ１２によって排気ガスの流入先がバイパス通路１０に切り替えられる。また、パージ制御バルブ１８は閉弁状態に制御される。

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、排気通路６からバイパス通路１０に導入される。バイパス通路１０に導入された排気ガスは、ＮＯｘ吸着材１４を通過した後、再び排気通路６に戻された後に大気中に放出される。冷間始動時は触媒８が未だ活性化していないため、排気ガスに含まれるＮＯｘを触媒８で浄化することができない。しかし、排気ガスの全部をバイパス通路１０に導入することで、排気ガスに含まれるＮＯｘはＮＯｘ吸着材１４に吸着されて取り除かれる。これにより、触媒８で浄化できなかったＮＯｘが大気中に放出されるのを抑制することができる。

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１４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、排気ガスの全部をバイパス通路１０に導入することで、ＮＯｘ吸着材１４にはＮＯｘとともに排気ガス中の水分も吸着されていく。

（触媒暖機後の動作）
内燃機関２の始動後は、触媒８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８の温度は活性温度まで上昇する。触媒８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８で浄化できるようになる。そこで、触媒８の温度が活性温度まで上昇したことが検出されたら、切替バルブ１２が操作されて排気ガスの流入先がバイパス通路１０から排気通路６に切り替えられる。これにより、触媒８で浄化された排気ガスは、ＮＯｘ吸着材１４を経ること無く、そのまま排気通路６を通って大気中へ排出される。

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１８が開かれる。これにより、筒内から排出された排気ガスの一部が、内燃機関２の吸気通路４に生じている負圧を利用して、排気通路６から下流側接続部１０ｂを通過してバイパス通路１０に導入される。

その結果、高温の排気ガスがＮＯｘ吸着材１４に供給されることになる。ＮＯｘ吸着材１４へのＮＯｘや水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ＮＯｘ吸着材１４からＮＯｘや水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１４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１４から脱離する。脱離したＮＯｘや水分はリターン通路１６を介して吸気通路４に導入される。吸気通路４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８によって浄化される。水分は、そのまま排気通路６を通って大気中へ排出される。

［ＮＯｘ吸着材の性能診断］
ＥＣＵ２０には、システムのＯＢＤの一項目として、ＮＯｘ吸着材１４のＮＯｘ吸着性能を診断する機能が付与されている。この診断では、ＮＯｘ吸着性能の一時的な低下を、恒久的な吸着性能の低下と区別して判定することが行われる。一時的な性能低下とは、ＮＯｘ吸着材１４を還元雰囲気に曝すことで回復可能な性能低下（酸化による性能低下）のことであり、恒久的な性能低下とは、吸着材料の劣化による回復不可能な性能低下のことである。さらに、この診断では、ＮＯｘ吸着材１４に一時的な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。

（性能診断の概要）
まず、本実施の形態にて実施するＮＯｘ吸着材１４の性能診断の概要について説明する。図２は、ＮＯｘ吸着材１４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１４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１４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２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。

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２において点Ｐ１を初期状態（新品）とするＮＯｘ吸着材１４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。

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、ＮＯｘ吸着性能の一時的な低下を、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２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。

（性能診断の具体的な手順）
次に、ＮＯｘ吸着材１４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１４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１４にＮＯｘや水分が吸着しうる状況であることが含まれる。

診断開始条件が成立したときには、切替バルブ１２によって排気ガスの流入先がバイパス通路１０に切り替えられる。また、パージ制御バルブ１８は閉弁状態に制御される。切替バルブ１２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１４に導入されるようになる。ＥＣＵ２０は、切替バルブ１２の操作後、ＮＯｘ吸着材１４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。

まず、ＮＯｘ吸着材１４の水分吸着量は、ＮＯｘ吸着材１４の前後に配置された水分センサ２２，２６によって測定される。図３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。上流側の水分センサ２２の出力値は、ＮＯｘ吸着材１４に流入した水分の流量に相当し、下流側の水分センサ２６の出力値は、ＮＯｘ吸着材１４から流れ出た水分の流量に相当する。したがって、図３の時間当たりの水分吸着量は、上流側の水分センサ２２と下流側の水分センサ２６との出力値偏差に相当する。ＮＯｘ吸着材１４の水分吸着量が飽和状態になったとき、２つの水分センサ２２，２６の出力値偏差はゼロとなる。したがって、その時点までの水分センサ２２，２６の出力値偏差を積分することで、つまり、図３の斜線部Ａの面積を計算することで、ＮＯｘ吸着材１４の水分吸着量ｘ１を求めることができる。

一方、ＮＯｘ吸着材１４のＮＯｘ吸着量は、ＮＯｘ吸着材１４の前後に配置されたＮＯｘセンサ２４，２８によって測定される。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ＮＯｘ吸着量である。上流側のＮＯｘセンサ２４の出力値は、ＮＯｘ吸着材１４に流入したＮＯｘの流量に相当し、下流側のＮＯｘセンサ２８の出力値は、ＮＯｘ吸着材１４から流れ出たＮＯｘの流量に相当する。したがって、図４の時間当たりのＮＯｘ吸着量は、上流側のＮＯｘセンサ２４と下流側のＮＯｘセンサ２８との出力値偏差に相当する。

ところで、ＮＯｘ吸着材１４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、２つのＮＯｘセンサ２４，２８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、２つのＮＯｘセンサ２４，２８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２４，２８の出力値偏差はゼロに収束する。

このようなＮＯｘ吸着材１４の吸着特性を考慮して、本実施の形態では、２つのＮＯｘセンサ２４，２８の出力値偏差が正の値から負の値に反転する時点まで、その出力値偏差を積分する。つまり、図４の斜線部Ｂの面積を計算する。斜線部Ｂの面積は、ＮＯｘ吸着材１４の最大ＮＯｘ吸着量を示している。本実施の形態では、この最大ＮＯｘ吸着量をＮＯｘ吸着材のＮＯｘ吸着量ｙ１として算出する。

なお、ＮＯｘ吸着材１４に一旦吸着したＮＯｘの全てが脱離することから、ＮＯｘ吸着材１４からのＮＯｘ脱離量を示す斜線部Ｂ′の面積は斜線部Ｂの面積に等しい。したがって、ＮＯｘセンサ２４，２８の出力値偏差が負の値に反転してから再びゼロになるまで、その出力値偏差を積分し、その積分値をＮＯｘ吸着量ｙ１として算出してもよい。

ＥＣＵ２０には、図２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。

ＮＯｘ吸着材１４の性能診断は、ＮＯｘ吸着量偏差Δｙと水分吸着量の測定値ｘ１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１４のＮＯｘ吸着性能に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、ＮＯｘ吸着性能の一時的な低下が進んでいると診断される。一方、水分吸着量の測定値ｘ１は劣化の診断に用いられる。水分吸着量の測定値ｘ１が小さいほど、ＮＯｘ吸着材１４の恒久的な性能低下、すなわち、劣化が進んでいると診断される。

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１４にＮＯｘ吸着性能の一時的な低下が認められる場合には、所定の性能回復処理が実施される。性能回復処理としては、還元剤を含んだガスがＮＯｘ吸着材１４に供給されることが行われる。その供給方法には限定はないが、例えば、内燃機関２の空燃比をストイキよりもリッチに制御することでもよい。そして、ＮＯｘ吸着性能の一時的な低下が進んでいるほど、つまり、ＮＯｘ吸着量偏差Δｙが大きいほど、ＮＯｘ吸着材１４への還元剤の供給量は多くされる。

上述の実施の形態では、ＥＣＵ２０が水分センサ２２，２６の出力値から水分吸着量ｘ１を算出することで、第１の発明にかかる「水分吸着量測定手段」が実現され、ＥＣＵ２０がＮＯｘセンサ２４，２８の出力値からＮＯｘ吸着量ｙ１を算出することで、第１の発明にかかる「ＮＯｘ吸着量測定手段」が実現される。また、ＥＣＵ２０が図２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１の発明にかかる「基準値記憶手段」に相当する。そして、ＥＣＵ２０がＮＯｘ吸着量偏差Δｙを計算することで、第１の発明にかかる「比較手段」が実現される。また、ＥＣＵ２０がＮＯｘ吸着量偏差Δｙと水分吸着量の測定値ｘ１とを算出することで、つまり、それらを信号化することで、第１の発明にかかる「信号出力手段」が実現される。

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。

［システムの構成］
図５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５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。

本実施形態のシステムは、実施の形態１にかかる水分センサに替えて温度センサ（熱伝対）を配置したことに特徴がある。つまり、ＮＯｘ吸着材１４の上流（上流側接続部１０ａの側）には、ＮＯｘセンサ２４とともに温度センサ３０が配置されている。また、ＮＯｘ吸着材１４の下流（下流側接続部１０ｂの側）にも、ＮＯｘセンサ２８とともに温度センサ３２が配置されている。

［ＮＯｘ吸着材の性能診断］
本実施の形態のシステムは、ＮＯｘ吸着材１４の性能診断に温度センサ３０，３２の出力値を用いることに特徴がある。性能診断の項目は実施の形態１と全く同様であり、ＮＯｘ吸着性能の一時的な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行われる。また、ＮＯｘ吸着材１４に一時的な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。

（性能診断の概要）
まず、本実施の形態にて実施するＮＯｘ吸着材１４の性能診断の概要について説明する。ＮＯｘ吸着材１４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１４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ができれば、それはＮＯｘ吸着材１４の水分吸着量を間接的に測定したことになる。本実施の形態では、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１４の性能診断を実施する。

図６は、ＮＯｘ吸着材１４が新品の場合における発熱量（水分の吸着による発熱量）とＮＯｘ吸着量との相関を示す図である。発熱量は水分吸着量に対して高い相関を示すので、図６に示すように、ＮＯｘ吸着材１４が新品であれば、ＮＯｘ吸着量は発熱量の関数として表すことができる。ＮＯｘ吸着性能の低下が劣化による恒久的なものである場合には、ＮＯｘ吸着量と発熱量は図６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。

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、発熱量には変化がない。例えば、図６において点Ｐ３を初期状態（新品）とするＮＯｘ吸着材１４では、酸化によって一時的に吸着性能が低下したとき、水分の吸着による発熱量とＮＯｘ吸着量との関係は基準ライン外の点Ｐ４へと移行することになる。

以上のことから、水分の吸着による発熱量と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、ＮＯｘ吸着性能の一時的な低下を、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６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。

（性能診断の具体的な手順）
次に、ＮＯｘ吸着材１４の性能診断の具体的な手順について説明する。診断開始条件や条件成立時のシステムの動作、そして、ＮＯｘ吸着材１４のＮＯｘ吸着量の測定については実施の形態１と共通している。実施の形態１と異なるのは、水分吸着量ではなく、水分の吸着による発熱量を測定する点にある。

ＮＯｘ吸着材１４に水分が吸着した際の発熱量は、ＮＯｘ吸着材１４の前後に配置された温度センサ３０，３２によって測定される。図７に示すグラフの横軸は時間であり、縦軸は下流側の温度センサ３２の出力値と上流側の温度センサ３０の出力値との差、つまり、ＮＯｘ吸着材１４の下流と上流との温度差である。ＮＯｘ吸着材１４の下流と上流との温度差は、ＮＯｘ吸着材１４に水分が吸着される際には吸着熱が発生することで生じる。したがって、その温度差を積分することで、つまり、図７の斜線部Ｃの面積を計算することで、水分の吸着による発熱量ｘ１を求めることができる。

ＥＣＵ２０には、図６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。水分の吸着による発熱量ｘ１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。

ＮＯｘ吸着材１４の性能診断は、ＮＯｘ吸着量偏差Δｙと発熱量の測定値ｘ１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１４のＮＯｘ吸着性能に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、ＮＯｘ吸着性能の一時的な低下が進んでいると診断される。一方、発熱量の測定値ｘ１は劣化の診断に用いられる。発熱量の測定値ｘ１が小さいほど、ＮＯｘ吸着材１４の恒久的な性能低下、すなわち、劣化が進んでいると診断される。この診断結果は、実施の形態１の場合と同様、システムの次の動作に反映される。

上述の実施の形態では、ＥＣＵ２０が温度センサ３０，３２の出力値から水分の吸着による発熱量ｘ１を算出することで、第１の発明にかかる「水分吸着量測定手段」が実現され、ＥＣＵ２０がＮＯｘセンサ２４，２８の出力値からＮＯｘ吸着量ｙ１を算出することで、第１の発明にかかる「ＮＯｘ吸着量測定手段」が実現される。また、ＥＣＵ２０が図６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１の発明にかかる「基準値記憶手段」に相当する。そして、ＥＣＵ２０がＮＯｘ吸着量偏差Δｙを計算することで、第１の発明にかかる「比較手段」が実現される。また、ＥＣＵ２０がＮＯｘ吸着量偏差Δｙと発熱量の測定値ｘ１とを算出することで、つまり、それらを信号化することで、第１の発明にかかる「信号出力手段」が実現される。

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。

（変形例１）
図１に示すシステム構成では、ＮＯｘ吸着材１４の下流に水分センサ２６とＮＯｘセンサ２８とを配置しているが、図８に示すように、ＮＯｘ吸着材１４の内部にそれらを配置する構成を採ることもできる。この構成は、ＮＯｘ吸着材１４の吸着容量が大きく、ＮＯｘ吸着材１４の前後に各センサを配置したのでは吸着性能をはっきりと確認できない場合に有効である。なお、この構成では、吸着性能の診断範囲はＮＯｘ吸着材１４の前端部に限定されることになるが、前端部は最も活用される部位であって酸化や劣化による性能低下が起きやすいので、診断をこの範囲に限定することに問題はない。

また、図は省略するが、図５に示す構成において、ＮＯｘ吸着材１４の内部に水分センサ２６と温度センサ３２を配置する構成を採ることもできる。この場合も、ＮＯｘ吸着材１４の吸着容量が大きく、ＮＯｘ吸着材１４の前後に各センサを配置したのでは吸着性能をはっきりと確認できない場合に有効である。

（変形例２）
実施の形態１において、上流側の水分センサ２２及びＮＯｘセンサ２４を廃止し、代わりに、内燃機関２の運転条件からＮＯｘ吸着材１４に流入する水分及びＮＯｘの各流量を推定するようにしてもよい。その具体的な方法としては、回転数、空燃比、点火時期等、排気ガスの流量及び組成に係る運転条件をパラメータとするマップを作成しておき、そのマップから運転条件に応じた水分流量及びＮＯｘ流量を読み出すことでもよい。或いは、予め特定の運転条件について水分流量及びＮＯｘ流量を確認しておき、その特定運転条件を性能診断時の内燃機関２の運転条件として設定するようにしてもよい。

（変形例３）
実施の形態２おいて、図６に示すグラフでは横軸に発熱量をとっているが、横軸は水分吸着量との相関が高い温度パラメータであればよい。例えば、ＮＯｘ吸着材１４の下流と上流との温度差の最大値、つまり、図７の斜線部Ｃの最大高さを図６に示すグラフの横軸にとってもよい。或いは、上記温度差の上昇速度を図６に示すグラフの横軸にとってもよい。

（変形例４）
実施の形態１及び２において、システムのパージ動作時にＮＯｘ吸着剤１４の性能診断を行うようにしてもよい。パージ動作によってＮＯｘ吸着剤１４からはＮＯｘと水分が脱離する。このときのＮＯｘの脱離量はＮＯｘセンサ２４，２８の出力値偏差から求めることができ、水分の脱離量は水分センサ２２，２６の出力値偏差から求めることができる。パージ動作によるＮＯｘ脱離量と水分脱離量とを求めることで、性能診断に必要なＮＯｘ吸着量と水分吸着量とを得ることができる。

（変形例５）
図２及び図６の基準ラインに関し、その設定に係るＮＯｘ吸着材１４の基準体は必ずしも新品でなくてもよい。所定の性能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１４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。

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。 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。 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。 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。 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。 ＮＯｘ吸着材が新品の場合における発熱量とＮＯｘ吸着量との相関を示す図である。 ＮＯｘ吸着材の下流と上流との温度差の時間変化を示すグラフである。 内燃機関システムにおけるＮＯｘセンサ及び水分センサの配置の変形例を示す図である。

符号の説明

２ 内燃機関
４ 吸気通路
６ 排気通路
８ 触媒
１０ バイパス通路
１０ａ 上流側接続部
１０ｂ 下流側接続部
１２ 切替バルブ
１４ ＮＯｘ吸着材
１６ リターン通路
１８ パージ制御バルブ
２０ ＥＣＵ
２２，２６ 水分センサ
２４，２８ ＮＯｘセンサ
３０，３２ 温度センサ

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ吸着材と、
   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、
   比較結果が反映された信号を出力する信号出力手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記信号出力手段は、比較されたＮＯｘ吸着量の基準値と測定値との大小関係を示す信号を出力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. 前記信号出力手段は、比較されたＮＯｘ吸着量の基準値と測定値との偏差に対応する信号を出力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。
4. 前記信号出力手段は、比較されたＮＯｘ吸着量の基準値と測定値との偏差に対応する信号と、水分吸着量の測定値に対応する信号とを出力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。
5. 前記ＮＯｘ吸着量測定手段は、前記ＮＯｘ吸着材の上流に配置された上流側ＮＯｘセンサと、前記ＮＯｘ吸着材の下流若しくは内部に配置された下流側ＮＯｘセンサとを含み、前記２つのＮＯｘセンサの出力値差に基づいてＮＯｘ吸着量を算出することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記水分吸着量測定手段は、前記ＮＯｘ吸着材の上流に配置された上流側水分センサと、前記ＮＯｘ吸着材の下流若しくは内部に配置された下流側水分センサとを含み、前記２つの水分センサの出力値差に基づいて水分吸着量を算出することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記水分吸着量測定手段は、前記ＮＯｘ吸着材の上流に配置された上流側温度センサと、前記ＮＯｘ吸着材の下流若しくは内部に配置された下流側温度センサとを含み、前記２つの温度センサの出力値差に基づいて水分吸着量を算出することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. ＮＯｘ吸着材のＮＯｘ吸着性能を診断する方法であって、
   一時的なＮＯｘ吸着性能の低下が認められないＮＯｘ吸着材（以下、基準体）での水分吸着量とＮＯｘ吸着量との相関関係を示すデータを予め用意しておく工程と、
   診断対象となるＮＯｘ吸着材（以下、診断対象体）にＮＯｘ及び水分が含まれたガスを供給し、前記診断対象体に吸着されたＮＯｘ量と水分量とをそれぞれ測定する工程と、
   前記データを参照して水分吸着量の測定値に対応する前記基準体でのＮＯｘ吸着量（以下、基準ＮＯｘ吸着量）を求め、ＮＯｘ吸着量の測定値と基準ＮＯｘ吸着量とを比較する工程と、
   前記の比較結果に基づいて前記診断対象体の一時的なＮＯｘ吸着性能の低下の程度を判定する工程と、
   を備えることを特徴とするＮＯｘ吸着材の性能診断方法。

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