JP2015081541A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘ保持剤の保持容量を小さく維持しつつ、ＮＯｘ浄化触媒の温度が活性温度に達するまでにＮＯｘが大気中に放出されるのを抑制する。
【解決手段】排気ガス中のＮＯｘを吸着するためのＮＯｘ吸着剤２５と、排気ガス中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ浄化触媒２６とを機関排気通路内に配置する。ＮＯｘ吸着剤２５を昇温するための電気ヒータ２７を備える。内燃機関の始動要求を表す信号が発せられたときには、内燃機関が完爆する前に電気ヒータ２７への電力供給を開始し、かつ、ＮＯｘ吸着剤の温度が水分離脱温度以上ＮＯｘ離脱温度未満になる電力量を電気ヒータに供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来から、排気ガス中のＮＯｘを吸着するためのＮＯｘ吸着剤と、排気ガス中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ浄化触媒とを機関排気通路内に配置した内燃機関が知られている。この内燃機関では、機関運転が開始されてからＮＯｘ浄化触媒の温度が活性温度に達するまで、排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸着剤に吸着され、したがってＮＯｘが大気中に放出されるのが抑制される。

ところが、機関運転停止中に機関排気通路内に存在するガス中には水分が含まれており、この水分は機関が再始動されるまでにＮＯｘ吸着剤に吸着される。その結果、機関が再始動されたときにＮＯｘ吸着剤が吸着可能なＮＯｘ量がＮＯｘ吸着剤に吸着されている水分の量だけ減少することになる。すなわち、ＮＯｘ浄化触媒の温度が活性温度に達する前に大気中に放出されるＮＯｘの量がＮＯｘ吸着剤に吸着されている水分の量だけ増大するおそれがある。

そこで、ＮＯｘ吸着剤に電気ヒータを取り付け、ＮＯｘ吸着剤に吸着されている水分量を算出し、吸着水分量がしきい量を越えたときに電気ヒータを作動させてＮＯｘ吸着剤を昇温し、それによりＮＯｘ吸着剤から水分を放出させる、内燃機関が公知である（特許文献１参照）。

特開２００２−１５５７３６号公報

しかしながら、特許文献１では、吸着水分量がしきい量になるまで水分放出作用が行なわれない。その結果、水分放出作用が行なわれた直後は別として、ＮＯｘ吸着剤に吸着されている水分の量だけ、ＮＯｘ吸着剤が吸着可能なＮＯｘ量が減少することになる。したがって、依然として、ＮＯｘ浄化触媒の温度が活性温度に達する前に大気中に放出されるＮＯｘ量が増大するおそれがある。あるいは、ＮＯｘ吸着剤の吸着容量を、吸着される水分の量だけ大きくする必要がある。

本発明によれば、排気ガス中のＮＯｘを吸着するためのＮＯｘ吸着剤と、排気ガス中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ浄化触媒とを機関排気通路内に配置し、ＮＯｘ吸着剤は、ＮＯｘ吸着剤の温度を上昇させたときにＮＯｘ吸着剤の温度が水分離脱温度に達すると吸着している水分が離脱し始め、ＮＯｘ吸着剤の温度を更に上昇させたときにＮＯｘ吸着剤の温度がＮＯｘ離脱温度に達すると吸着しているＮＯｘが離脱し始める性質を有し、ＮＯｘ吸着剤を昇温するための電気ヒータを備え、内燃機関の始動要求を表す信号が発せられたときには、内燃機関が完爆する前に電気ヒータへの電力供給を開始し、かつ、ＮＯｘ吸着剤の温度が水分離脱温度以上ＮＯｘ離脱温度未満になる電力量を電気ヒータに供給する、内燃機関の排気浄化装置が提供される。

ＮＯｘ吸着剤の吸着容量を小さく維持しつつ、ＮＯｘ浄化触媒の温度が活性温度に達するまでにＮＯｘが大気中に放出されるのを抑制することができる。

内燃機関の全体図である。 パティキュレートフィルタの正面図である。 パティキュレートフィルタの側面断面図である。 パティキュレートフィルタの隔壁の部分拡大断面図である。 水分離脱温度及びＮＯｘ離脱温度を説明する線図である。 ＮＯｘ浄化触媒の活性温度を説明する線図である。 本発明による実施例の電気ヒータ制御を説明するタイムチャートである。 初期吸着水分量ＱＡＷ０のマップを示す図である。 電気ヒータ制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明による別の実施例の電気ヒータ制御を説明するタイムチャートである。 本発明による別の実施例の電気ヒータ制御を説明するタイムチャートである。 本発明による別の実施例の電気ヒータ制御ルーチンを示すフローチャートである。 ＮＯｘ吸着剤の別の排気浄化制御ルーチンを示すフローチャートである。

図１を参照すると、１は圧縮着火式内燃機関の本体、２は各気筒の燃焼室、３は燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射するための電磁制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ｃの出口に連結され、コンプレッサ７ｃの入口は吸気導入管８を介してエアフロメータ９及びエアクリーナ１０に順次連結される。吸気ダクト６内には電気制御式スロットル弁１１が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１２が配置される。一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｔの入口に連結され、排気タービン７ｔの出口は排気後処理装置２０に連結される。

各燃料噴射弁３は燃料供給管１３を介してコモンレール１４に連結され、このコモンレール１４は電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１５を介して燃料タンク１６に連結される。燃料タンク１６内の燃料は燃料ポンプ１５によってコモンレール１４内に供給され、コモンレール１４内に供給された燃料は各燃料供給管１３を介して燃料噴射弁３に供給される。図１に示される実施例ではこの燃料は軽油から構成される。別の実施例では、内燃機関はリーン空燃比のもとで燃焼が行われる火花点火式内燃機関から構成される。この場合には燃料はガソリンから構成される。

排気マニホルド５と吸気マニホルド４とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲという。）通路１７を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１７内には電気制御式ＥＧＲ制御弁１８が配置される。また、ＥＧＲ通路１７周りにはＥＧＲ通路１７内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１９が配置される。

排気後処理装置２０は排気タービン７ｔの出口に連結された排気管２１を具備し、この排気管２１はケーシング２２を介して排気管２３に連結される。ケーシング２２内には、排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタ２４が配置され、パティキュレートフィルタ２４上に、排気ガス中のＮＯｘを吸着するためのＮＯｘ吸着剤２５と、排気ガス中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ浄化触媒２６とが担持される。また、パティキュレートフィルタ２４上流においてケーシング２２内に電気ヒータ２７がパティキュレートフィルタ２４と一体的に配置される。更に、ＮＯｘ浄化触媒２６上流に位置する排気管２１には排気ガス中に還元剤を供給する還元剤供給弁２８が設けられる。

電子制御ユニット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。吸気導入管８には吸気導入管８内の空気の温度を検出するための温度センサ８Ｔが取り付けられ、ＮＯｘ吸着剤２５にはＮＯｘ吸着剤２５の温度を検出するための温度センサ２５Ｔが取り付けられる。図１に示される例では、ＮＯｘ吸着剤２５の温度はパティキュレートフィルタ２４及びＮＯｘ浄化触媒２６の温度を表している。エアフロメータ９及び温度センサ８Ｔ，２５Ｔの出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル３９にはアクセルペダル３９の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４０が接続され、負荷センサ４０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。さらに、クランクシャフトが例えば３０度回転するごとに出力パルスを発生するクランク角センサ４１が入力ポート３５に接続される。ＣＰＵ３４ではクランク角センサ４１からの出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。また、車両運転者によって操作されるイグニッションスイッチ４２がオンであるかオフであるかを表す信号が入力ポート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を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１１の駆動装置、燃料ポンプ１５、ＥＧＲ制御弁１８、電気ヒータ２７、及び還元剤供給弁２８に接続される。

図２Ａ及び図２Ｂはウォールフロー型パティキュレートフィルタ２４の構造を示している。なお、図２Ａはパティキュレートフィルタ２４の正面図を示しており、図２Ｂはパティキュレートフィルタ２４の側面断面図を示している。図２Ａ及び図２Ｂに示されるようにパティキュレートフィルタ２４はハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路７１ｉ，７１ｏと、これら排気流通路７１ｉ，７１ｏを互いに隔てる隔壁７２とを具備する。図２Ａに示される実施例では、排気流通路７１ｉ，７１ｏは、上流端が開放されかつ下流端が栓７３ｄにより閉塞された排気ガス流入通路７１ｉと、上流端が栓７３ｕにより閉塞されかつ下流端が開放された排気ガス流出通路７１ｏとにより構成される。なお、図２Ａにおいてハッチングを付した部分は栓７３ｕを示している。したがって、排気ガス流入通路７１ｉ及び排気ガス流出通路７１ｏは薄肉の隔壁７２を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路７１ｉ及び排気ガス流出通路７１ｏは各排気ガス流入通路７１ｉが４つの排気ガス流出通路７１ｏによって包囲され、各排気ガス流出通路７１ｏが４つの排気ガス流入通路７１ｉによって包囲されるように配置される。別の実施例では、排気流通路は、上流端及び下流端が開放された排気ガス流入通路と、上流端が栓により閉塞されかつ下流端が開放された排気ガス流出通路とにより構成される。

隔壁７２は多孔質材料、例えばコージェライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ジルコニア、チタニア、アルミナ、シリカ、ムライト、リチウムアルミニウムシリケート、リン酸ジルコニウムのようなセラミックから形成される。したがって、図２Ｂに矢印で示されるように、排気ガスはまず排気ガス流入通路７１ｉ内に流入し、次いで周囲の隔壁７２内を通って隣接する排気ガス流出通路７１ｏ内に流出する。このように隔壁７２は排気ガス流入通路７１ｉの内周面を構成する。別の実施例では、隔壁ないし基材は多孔性のある抵抗発熱材、例えばＮｉ−Ｃｒ系合金、二ケイ化モリブデン（ＭｏＳｉ_２）などの金属発熱体、炭化ケイ素（ＳｉＣ）などの非金属発熱体から形成される。この場合、隔壁に通電することによりＮＯｘ吸着剤２５が昇温され、したがって隔壁は電気ヒータ２７として作用する。

図３は隔壁７２の部分拡大断面図を示している。図３に示されるように、隔壁７２の排気ガス流入通路７１ｉ側の側面上にはＮＯｘ吸着剤２５の層が形成され、ＮＯｘ吸着剤２５の層の上にＮＯｘ浄化触媒２６の層が形成される。

本発明による実施例では、ＮＯｘ吸着剤２５はゼオライトを含む。別の実施例ではＮＯｘ吸着剤２５はマンガンＭｎを含む。

ＮＯｘ吸着剤２５の温度が低いときにはＮＯｘがＮＯｘ吸着剤２５に吸着し、ＮＯｘ吸着剤２５の温度が高くなると吸着しているＮＯｘがＮＯｘ吸着剤２５から離脱し放出される。また、水分も同様にＮＯｘ吸着剤２５に吸着し、ＮＯｘ吸着剤２５から離脱する。

図４はＮＯｘ吸着剤２５から離脱する水分量ＱＤＷ及びＮＯｘ量ＱＤＮを示している。図４からわかるように、ＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡが水分離脱温度ＴＤＷよりも低いときには、離脱水分量ＱＤＷはほぼゼロに維持されており、したがってＮＯｘ吸着剤２５から水分はほとんど離脱しない。ＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡを上昇させたときにＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡが水分離脱温度ＴＤＷに達すると、離脱水分量ＱＤＷがゼロから増大し、したがってＮＯｘ吸着剤２５に吸着されている水分が離脱し始める。一方、ＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡがＮＯｘ離脱温度ＴＤＮよりも低いときには、離脱ＮＯｘ量ＱＤＮはほぼゼロに維持されており、したがってＮＯｘ吸着剤２５からＮＯｘはほとんど離脱しない。ＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡを更に上昇させたときにＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡがＮＯｘ離脱温度ＴＤＮに達すると、離脱ＮＯｘ量ＱＤＮがゼロから増大し、したがってＮＯｘ吸着剤２５に吸着されているＮＯｘが離脱し始める。本発明による実施例では、水分離脱温度ＴＤＷは約１００℃にされており、ＮＯｘ離脱温度ＴＤＮは水分離脱温度ＴＤＷよりも高い約１８０℃にされている。

一方、ＮＯｘ浄化触媒２６は本発明による実施例では、酸素過剰のもとで還元剤により排気ガス中のＮＯｘを還元するのに適したＮＯｘ選択還元触媒から構成される。このＮＯｘ選択還元触媒はチタニアＴｉＯ_２を担体とし、この担体上に担持された酸化バナジウムＶ_２Ｏ_５、又はゼオライトＺＳＭ５を担体とし、この担体上に担持された銅Ｃｕを含む。また、還元剤供給弁２８からは尿素水溶液が供給され、尿素水溶液から発生するアンモニアが還元剤として作用する。別の実施例では、還元剤として燃料（炭化水素）が用いられる。

機関吸気通路、燃焼室２およびＮＯｘ浄化触媒２６上流の排気通路内に供給された空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、別の実施例では、ＮＯｘ浄化触媒２６は流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵触媒から構成される。このＮＯｘ吸蔵触媒は白金Ｐｔ、ロジウムＲｈ、パラジウムＰｄのような貴金属触媒と、カリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類金属、ランタノイドのような希土類および銀Ａｇ、銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、イリジウムＩｒのようなＮＯｘに電子を供与しうる金属から選ばれた少なくとも一つを含む塩基性層とを備えている。なお、吸蔵という用語は吸着及び吸収を含んでいる。

図５はＮＯｘ浄化触媒２６のＮＯｘ浄化率ＥＦＦとＮＯｘ浄化触媒２６の温度ＴＣとの関係を示している。図５に示されるように、ＮＯｘ浄化触媒２６のＮＯｘ浄化率ＥＦＦはＮＯｘ浄化触媒２６の温度ＴＣが高くなるにつれて高くなり、ピークに達する。この場合、ＮＯｘ浄化触媒２６の温度ＴＣが活性温度ＴＣＡＣＴ以上であると、ＮＯｘ浄化率ＥＦＦは許容値ＥＦＦ１以上になる。本発明による実施例では、ＮＯｘ浄化触媒２６の活性温度ＴＣＡＣＴはＮＯｘ吸着剤２５のＮＯｘ離脱温度ＴＤＮにほぼ等しい約１８０℃にされている。別の実施例では、ＮＯｘ浄化触媒２６の活性温度ＴＣＡＣＴはＮＯｘのＮＯｘ離脱温度ＴＤＮよりも低くされる。

さて、内燃機関の運転が開始されると、排気ガスがパティキュレートフィルタ２４に導かれる。この場合、ＮＯｘ浄化触媒２６の温度が活性温度ＴＣＡＣＴよりも低くても、ＮＯｘはＮＯｘ吸着剤２５に吸着される。その結果、ＮＯｘが大気中に排出されるのが抑制される。次いで、排気ガスによりＮＯｘ吸着剤２５及びＮＯｘ浄化触媒２６の温度が上昇される。ＮＯｘ吸着剤２５の温度がＮＯｘ離脱温度ＴＤＮに達するとＮＯｘ吸着剤２５から吸着されているＮＯｘが離脱し始め、離脱したＮＯｘはＮＯｘ浄化触媒２６に流入する。このときＮＯｘ浄化触媒２６の温度ＴＣは活性温度ＴＣＡＣＴに達しており、したがってＮＯｘがＮＯｘ浄化触媒２６によって浄化される。なお、ＮＯｘ浄化触媒２６の温度ＴＣが活性温度ＴＣＡＣＴに達すると還元剤供給弁２８からの還元剤供給が開始される。

ところで、内燃機関の運転が開始されたときにＮＯｘ吸着剤２５に水分が吸着されていると、ＮＯｘ吸着剤２５が吸着可能なＮＯｘ量がこの水分の量だけ少なくなってしまう。一方、ＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡを水分離脱温度ＴＤＷまで上昇すれば、ＮＯｘ吸着剤２５から水分を離脱させることができる。

そこで本発明による実施例では、内燃機関の始動要求を表す信号が発せられたときには、内燃機関が完爆する前に電気ヒータ２７への電力供給を開始し、かつ、ＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡが水分離脱温度ＴＤＷ以上ＮＯｘ離脱温度ＴＤＮ未満になる電力量を電気ヒータ２７に供給している。その結果、排気ガスがＮＯｘ吸着剤２５に流入する前にＮＯｘ吸着剤２５の温度を高めることができる。また、ＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡが水分離脱温度ＴＤＷ以上ＮＯｘ離脱温度ＴＤＮ未満にされるので、ＮＯｘ吸着剤２５にＮＯｘを吸着させたままＮＯｘ吸着剤２５から水分を離脱させることができる。したがって、ＮＯｘ吸着剤２５が吸着可能なＮＯｘ量を多くすることができる。したがって、ＮＯｘ吸着剤２５の吸着容量を小さく維持しつつ、ＮＯｘ浄化触媒２６の温度ＴＣが活性温度ＴＣＡＣＴに達するまでにＮＯｘが大気中に放出されるのを更に抑制することができる。

本発明による実施例では、内燃機関の始動要求を表す信号はイグニッションスイッチ４２がオンであることを表す信号から構成される。別の実施例では、スタータモータスイッチがオンであることを表す信号、車両のドアが開けられたことを表す信号、又は車両のドアのロックが解錠されたことを表す信号から内燃機関の始動要求を表す信号が構成される。更に別の実施例では、電気モータ及び内燃機関を備え、車両駆動力を増大すべき又はバッテリの蓄電量を増大すべきときに内燃機関が運転されるハイブリッド車両において、車両駆動力の増大要求を表す信号又はバッテリ蓄電量の増大要求を表す信号から内燃機関の始動要求を表す信号が構成される。

上述したように、電気ヒータ２７への電力供給が行なわれるとＮＯｘ吸着剤２５から水分が離脱される。本発明による実施例では、電気ヒータ２７への電力供給中にＮＯｘ吸着剤２５の吸着水分量がしきい量よりも少なくなったか否かが判別される。ＮＯｘ吸着剤２５の吸着水分量がしきい量よりも少なくなったと判断されないときには、電気ヒータ２７への電力供給が継続される。ＮＯｘ吸着剤２５の吸着水分量がしきい量よりも少なくなったと判断されたときには電気ヒータ２７への電力供給が停止される。その結果、電気ヒータ２７に過剰の電力が供給されるのを阻止することができる。

次に、図６を参照しながら本発明による実施例を更に説明する。
図６を参照すると、時間ｔａ１はイグニッションスイッチ４２がオンにされたタイミングを示している。図６に示される例では、時間ｔａ１におけるＮＯｘ吸着剤２５の吸着水分量ＱＡＷは初期量ＱＡＷ０になっている。時間ｔａ１においてイグニッションスイッチ４２がオンにされると、電気ヒータ２７への電力供給が開始される。すなわち、電気ヒータ２７が作動される。その結果、ＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡが上昇する。また、電気ヒータ２７に供給された電力量ＥＥＨが増加し始める。

次いで、時間ｔａ２においてＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡが水分離脱温度ＴＤＷに達すると、ＮＯｘ吸着剤２５から吸着されている水分が離脱し始める。その結果、ＮＯｘ吸着剤２５の吸着水分量ＱＡＷが減少し始める。この場合、ＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡが水分離脱温度ＴＤＷ以上ＮＯｘ離脱温度ＴＤＮ未満になるように電気ヒータ２７に電力が供給される。その結果、ＮＯｘがＮＯｘ吸着剤２５に吸着されたままＮＯｘ吸着剤２５から水分が離脱される。

次いで、時間ｔａ３においてＮＯｘ吸着剤２５に供給された電力量ＥＥＨが要求電力量ＥＥＨＲに達すると、電気ヒータ２７への電力供給が停止される。この要求電力量ＥＥＨＲはＮＯｘ吸着剤２５の吸着水分量ＱＡＷを初期量ＱＡＷ０からしきい量ＱＡＷＴよりも少なくするのに必要な電力量である。したがって、ＮＯｘ吸着剤２５に供給された電力量ＥＥＨが要求電力量ＥＥＨＲに達したときに、ＮＯｘ吸着剤２５の吸着水分量ＱＡＷがしきい量ＱＡＷＴよりも少なくなったと判断することできる。図６に示される例では、時間ｔａ３において、ＮＯｘ吸着剤２５の吸着水分量ＱＡＷがしきい量ＱＡＷＴよりも少なくなっている。しきい量ＱＡＷＴは図６に示される例ではほぼゼロに設定される。

要求電力量ＥＥＨＲはおおまかに言うと、ＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡを水分離脱温度ＴＤＷまで上昇させるのに必要な電力量と、ＮＯｘ吸着剤２５から量（ＱＡＷ０−ＱＡＷＴ）の水分を離脱させるのに必要な電力量との合計で表される。前者は、ＮＯｘ吸着剤２５の熱容量、より正確に言うと図１に示される例ではＮＯｘ吸着剤２５、ＮＯｘ浄化触媒２６及びパティキュレートフィルタ２４の熱容量に応じてあらかじめ求めることができる。一方、後者は、電気ヒータ２７への電力供給が開始されるときにＮＯｘ吸着剤２５に吸着されている水分量、すなわち上述の初期量ＱＡＷ０に応じて定まる。初期吸着水分量ＱＡＷ０は図７に示されるように、電気ヒータ２７への電力供給が開始されるときの大気温度ＴＡが低くなるにつれて多くなる。初期吸着水分量ＱＡＷ０は大気温度ＴＡの関数として図７に示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。なお、電気ヒータ２７への電力供給が開始されるときの大気温度ＴＡは温度センサ８Ｔ（図１）によって検出される。

図６において、Ｘは内燃機関の運転が開始されたタイミングを示しており、Ｙは内燃機関が完爆したタイミング、すなわち機関回転数Ｎｅがあらかじめ定められた設定回転数ＮｅＣを越えたタイミングを示している。図６に示される実施例では、内燃機関が完爆するタイミングＹよりも前に電気ヒータ２７への電力供給が開始される（ｔａ１）。したがって、ＮＯｘ吸着剤２５の温度を速やかに高めることができる。また、図６に示される実施例では、電気ヒータ２７への電力供給が停止された後に（ｔａ３）、機関運転が開始され（Ｘ）、内燃機関が完爆している（Ｙ）。したがって、内燃機関からの排気ガスがＮＯｘ吸着剤２５に流入する前に、ＮＯｘ吸着剤２５が吸着可能なＮＯｘ量をあらかじめ増大させることができる。別の実施例では、電気ヒータ２７への電力供給が開始され（ｔａ１）、次いで機関運転が開始され（Ｘ）、次いで電気ヒータ２７への電力供給が停止され（ｔａ３）、次いで内燃機関が完爆する（Ｙ）。更に別の実施例では、電気ヒータ２７への電力供給が開始され（ｔａ１）、次いで機関運転が開始され（Ｘ）、次いで内燃機関が完爆し（Ｙ）、次いで電気ヒータ２７への電力供給が停止される（ｔａ３）。

図８は本発明による実施例の電気ヒータ制御を実行するルーチンを示している。このルーチンはイグニッションスイッチ４２がオンにされたときに１回だけ行なわれる。
図８を参照すると、ステップ１００では大気温度ＴＡが読み込まれる。続くステップ１０１では初期吸着水分量ＱＡＷ０が図７のマップから算出される。続くステップ１０２では要求電力量ＥＥＨＲが算出される。続くステップ１０３では電気ヒータ２７への電力供給が開始される。続くステップ１０４では電気ヒータ２７に供給された電力量ＥＥＨが算出される。続くステップ１０５では電気ヒータ２７に供給された電力量ＥＥＨが要求電力量ＥＥＨＲ以上か否かが判別される。ＥＥＨ＜ＥＥＨＲのときにはステップ１０３に戻り、電気ヒータ２７への電力供給が継続される。ＥＥＨ≧ＥＥＨＲのときにはステップ１０６に進み、電気ヒータ２７への電力供給が停止される。

次に、図９を参照しながら本発明による別の実施例を説明する。
図９を参照すると、時間ｔｂ１において電気ヒータ２７への電力供給が開始される。この場合、ＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡが第１の目標温度ＴＴＮＡ１になるように電気ヒータ２７への電力供給が制御される。したがって、ＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡが次第に上昇する。次いで、時間ｔｂ２においてＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡが第１の目標温度ＴＴＮＡ１に達すると、ＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡが第２の目標温度ＴＴＮＡ２になるように電気ヒータ２７に供給される電力がステップ状に増大される。その結果、ＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡは上昇する。

次いで、時間ｔｂ３においてＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡが第２の目標温度ＴＴＮＡ２に達すると、ＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡが第１の目標温度ＴＴＮＡ１から第２の目標温度ＴＴＮＡ２まで上昇するのに要した時間ｄｔ（＝ｔｂ３−ｔｂ２）が算出される。この所要時間ｄｔは電気ヒータ２７に供給される電力をステップ状に上昇させたときのＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡの上昇速度を表している。

この所要時間ｄｔはＮＯｘ吸着剤２５に吸着されている水分の量が少なくなるにつれて短くなる。図９はＮＯｘ吸着剤２５の吸着水分量ＱＡＷが少なく、したがって所要時間ｄｔが短い場合を示している。これに対し、図１０はＮＯｘ吸着剤２５の吸着水分量ＱＡＷが多く、したがって所要時間ｄｔが長い場合を示している。

そこで本発明による別の実施例では、所要時間ｄｔがあらかじめ定められた設定時間ｄｔＳよりも短いか否かが判別され、所要時間ｄｔが設定時間ｄｔＳよりも短いときにはＮＯｘ吸着剤２５の吸着水分量ＱＡＷがしきい量ＱＡＷＴよりも少なくなったと判断され、電気ヒータ２７への電力供給が停止される。その結果、電気ヒータ２７への過剰な電力供給が阻止される。

所要時間ｄｔがあらかじめ定められた設定時間ｄｔＳよりも長いときには電気ヒータ２７への電力供給が継続される。この場合、ＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡが第１の目標温度ＴＴＮＡ１になるように電気ヒータ２７への電力供給が制御される。次いで、ＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡが第１の目標温度ＴＴＮＡ１まで低下すると、電気ヒータ２７に供給される電力が再びステップ状に増大され、所要時間ｄｔが再び算出される。次いで、所定時間ｄｔが設定時間ｄｔＳよりも短いか否かが再び判別される。

すなわち、本発明による別の実施例では、電気ヒータ２７に供給される電力をステップ状に増大させたときのＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡの上昇速度が検出され、上昇速度があらかじめ定められた設定速度よりも高いときにＮＯｘ吸着剤２５の吸着水分量ＱＡＷがしきい量ＱＡＷＴよりも少なくなったと判断される。

なお、第１の目標温度ＴＴＮＡ１及び第２の目標温度ＴＴＮＡ２は水分離脱温度ＴＤＷとＮＯｘ離脱温度ＴＤＮとの間で設定される。本発明による別の実施例では、第１の目標温度ＴＴＮＡ１は１１０℃に設定され、第２の目標温度ＴＴＮＡ２は１２０℃に設定される。

図１１は本発明による実施例の電気ヒータ制御を実行するルーチンを示している。このルーチンはイグニッションスイッチ４２がオンにされたときに１回だけ行なわれる。
図１１を参照すると、ステップ２００では電気ヒータ２７が作動される。続くステップ２０１ではＮＯｘ吸着剤２５の目標温度ＴＴＮＡが第１の目標温度ＴＴＮＡ１に設定される。その結果、ＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡが第１の目標温度ＴＴＮＡ１になるように電気ヒータ２７への電力供給が制御される。続くステップ２０２ではＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡが第１の目標温度ＴＴＮＡ１になったか否かが判別される。ＴＮＡ≠ＴＴＮＡ１のときにはステップ２０１に戻る。ＴＮＡ＝ＴＴＮＡ１のときには次いでステップ２０３に進み、ＮＯｘ吸着剤２５の目標温度ＴＴＮＡが第２の目標温度ＴＴＮＡ２に設定される。続くステップ２０４ではＮＯｘ吸着剤２５の温度ＴＮＡが第２の目標温度ＴＴＮＡ２になったか否かが判別される。ＴＮＡ≠ＴＴＮＡ２のときにはステップ２０３に戻る。ＴＮＡ＝ＴＴＮＡ２のときには次いでステップ２０５に進み、所要時間ｄｔが算出される。続くステップ２０６では所要時間ｄｔがあらかじめ定められた設定時間ｄｔＳよりも短いか否かが判別される。ｄｔ≧ｄｔＳのときにはステップ２０１に戻る。すなわち、電気ヒータ２７への電力供給が継続される。ｄｔ＜ｄｔＳのときにはステップ２０７に進み、電気ヒータ２７への電力供給が停止される。

図３を参照して説明したように、図１に示される実施例では、ＮＯｘ吸着剤２５とＮＯｘ浄化触媒２６とが互いに共通の基材上に担持されており、ＮＯｘ吸着剤２５が基材に近い側に、ＮＯｘ浄化触媒２６が基材から遠い側に、それぞれ配置され、基材がパティキュレートフィルタ２４から構成される。このようにすると、ＮＯｘ吸着剤２５の温度だけでなく、パティキュレートフィルタ２４及びＮＯｘ浄化触媒２６の温度も電気ヒータ２７により速やかに上昇させることができる。また、ケーシング２２の容積を低減することもできる。

図１２はＮＯｘ吸着剤２５の別の実施例を示している。この実施例では、ＮＯｘ吸着剤２５とＮＯｘ浄化触媒２６とが互いに別個の基材上に担持されており、ＮＯｘ吸着剤２５が排気流れ上流側に、ＮＯｘ浄化触媒２６が排気ガス流れ下流側に、それぞれ配置される。この場合、ＮＯｘ吸着剤２５を担持する基材はハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁により互いに分離された複数個の排気ガス流通路を具備する。これら排気ガス流通路は上流端及び下流端が開放されている。各隔壁の両側表面上にＮＯｘ吸着剤２５が担持される。この基材はパティキュレートフィルタ２４と同様に構成される。一方、ＮＯｘ浄化触媒２６を担持する基材はパティキュレートフィルタ２４から構成される。また、電気ヒータ２７はＮＯｘ吸着剤２５に取り付けられ、還元剤供給弁２８はＮＯｘ吸着剤２５とＮＯｘ浄化触媒２６との間に配置される。

図１２に示される例では、パティキュレートフィルタ２４がＮＯｘ吸着剤２５下流に配置されることになる。その結果、電気ヒータ２７により昇温されたＮＯｘ吸着剤２５を通過した排気ガスがパティキュレートフィルタ２４内に流入するので、パティキュレートフィルタ２４及びＮＯｘ浄化触媒２６の温度が速やかに上昇される。

図１に示される実施例及び図１２に示される実施例を包含するように表現すると、ＮＯｘ吸着剤２５から離脱したＮＯｘがＮＯｘ浄化触媒２６に流入するようにＮＯｘ吸着剤２５及びＮＯｘ浄化触媒２６が機関排気通路内に配置されているということになる。

１ 機関本体
２１ 排気管
２４ パティキュレートフィルタ
２５ ＮＯｘ吸着剤
２６ ＮＯｘ浄化触媒
２７ 電気ヒータ
４２ イグニッションスイッチ

Claims (10)

1. 排気ガス中のＮＯｘを吸着するためのＮＯｘ吸着剤と、排気ガス中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ浄化触媒とを機関排気通路内に配置し、ＮＯｘ吸着剤は、ＮＯｘ吸着剤の温度を上昇させたときにＮＯｘ吸着剤の温度が水分離脱温度に達すると吸着している水分が離脱し始め、ＮＯｘ吸着剤の温度を更に上昇させたときにＮＯｘ吸着剤の温度がＮＯｘ離脱温度に達すると吸着しているＮＯｘが離脱し始める性質を有し、ＮＯｘ吸着剤を昇温するための電気ヒータを備え、内燃機関の始動要求を表す信号が発せられたときには、内燃機関が完爆する前に電気ヒータへの電力供給を開始し、かつ、ＮＯｘ吸着剤の温度が水分離脱温度以上ＮＯｘ離脱温度未満になる電力量を電気ヒータに供給する、内燃機関の排気浄化装置。
2. 電気ヒータへの電力供給中にＮＯｘ吸着剤の吸着水分量がしきい量よりも少なくなったか否かが判別され、ＮＯｘ吸着剤の吸着水分量がしきい量よりも少なくなったと判断されたときに電気ヒータへの電力供給が停止される、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. ＮＯｘ吸着剤の吸着水分量をしきい量よりも少なくするのに必要な電力量が求められ、電気ヒータに供給された電力量が該必要な電力量に達したときにＮＯｘ吸着剤の吸着水分量がしきい量よりも少なくなったと判断される、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記必要な電力量が電気ヒータへの電力供給が開始されるときの大気温度に基づいて求められる、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 電気ヒータに供給される電力をステップ状に増大させたときのＮＯｘ吸着剤の温度の上昇速度が検出され、該上昇速度があらかじめ定められた設定速度よりも高いときにＮＯｘ吸着剤の吸着水分量がしきい量よりも少なくなったと判断される、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. ＮＯｘ吸着剤から離脱したＮＯｘがＮＯｘ浄化触媒に流入するようにＮＯｘ吸着剤及びＮＯｘ浄化触媒が配置される、請求項１から５までいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. ＮＯｘ吸着剤とＮＯｘ浄化触媒とが互いに共通の基材上に担持されており、ＮＯｘ吸着剤が基材に近い側に、ＮＯｘ浄化触媒が基材から遠い側に、それぞれ配置される、請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記基材が、排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタの隔壁から構成される、請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. ＮＯｘ吸着剤とＮＯｘ浄化触媒とが互いに別個の基材上に担持されており、ＮＯｘ吸着剤が排気流れ上流側に、ＮＯｘ浄化触媒が排気ガス流れ下流側に、それぞれ配置される、請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 排気ガス中の粒子状物質を捕集するためのパティキュレートフィルタがＮＯｘ吸着剤下流に配置される、請求項９に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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