JP2017025758A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘ触媒と水素添加装置とを組み合わせた内燃機関の排気浄化装置において、その機能が十分に発揮されるようにＮＯｘ触媒が適した位置に設けられた内燃機関の排気浄化装置を提供すること。【解決手段】排気浄化装置２は、ゼオライトからなる担体及びこの担体に担持されたＰｄを有するＮＯｘ触媒を有する触媒コンバータ６２と、排気管１３と吸気管１２とを連通するＥＧＲ管３１と、ＥＧＲ管３１に設けられ、水蒸気改質反応によって水素を生成する改質触媒を有する改質触媒コンバータ３６と、排気管１３に設けられ、排気の熱を用いて改質触媒を加熱する熱交換器１４と、を備える。触媒コンバータ６２は、排気管１３のうち熱交換器１４より下流側に設けられる。【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。

内燃機関で発生した動力によって走行する車両には、内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置が搭載される。排気浄化装置は、排気管に設けた触媒を利用して排気を浄化するものが主流となっている。触媒は、その温度が適切な温度に達していない間は十分な排気浄化性能を発揮することができない。そこで近年では、内燃機関の始動直後における排気の浄化性能を向上する様々な技術が提案されている。

例えば特許文献１には、始動時における内燃機関の排気の浄化に適した特性を有するＮＯｘ触媒が示されている。このＮＯｘ触媒は、ゼオライトと、このゼオライトに担持されたパラジウムと、を有することを特徴としている。特許文献１に示されたＮＯｘ触媒によれば、内燃機関の始動直後のような低温条件では排気中のＮＯｘを吸着しておき、その後ＮＯｘ触媒が暖機されるに伴い、吸着しておいたＮＯｘを還元浄化できる。

また一方で、車両に搭載した改質触媒を用いて水素を生成し、生成した水素を内燃機関の吸気に添加し、高効率燃焼を実現する水素添加装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。また吸熱反応である水蒸気改質反応によって水素を生成する場合、効率的に水素を生成するためには改質触媒に水蒸気と熱を供給する必要がある。そこで特許文献３，４には、改質触媒を排気還流通路に設けるとともに、熱交換器を用いて排気熱を改質触媒に供給することにより、高い効率で水素を生成する技術が提案されている。

特願２０１４−５１６２８号 特許第５４０９５６８号公報 特開２００９−２９３５５３号公報 特開２０１０−２５０３１号公報

ここで、特許文献１に示すようなＮＯｘ触媒と特許文献２〜４に示すような水素添加装置とを組み合わせた排気浄化装置を構成することが考えられる。水素添加装置は、上述のように排気還流通路に改質触媒を設けたり排気通路に熱交換器を設けたりすることで、排気の熱や水蒸気を利用して水素を効率的に生成する。しかしながら従来では、ＮＯｘ触媒の温度や水蒸気に対する特性が十分に明らかでなかった。このため、ＮＯｘ触媒の機能が十分に発揮されるように、ＮＯｘ触媒を排気還流通路や熱交換器等に対してどのような位置に設けるべきかについても十分に検討されていなかった。

本発明は、ＮＯｘ触媒と水素添加装置とを組み合わせた内燃機関の排気浄化装置において、その機能が十分に発揮されるようにＮＯｘ触媒が適した位置に設けられ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。

（１）本発明の内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の排気浄化装置（例えば、後述の排気浄化装置２）は、ゼオライトからなる担体及び当該担体に担持されたＰｄを有するＮＯｘ触媒（例えば、後述の触媒コンバータ６２）を内燃機関の排気通路（例えば、後述の排気管１３）に設け、当該ＮＯｘ触媒によって排気中のＮＯｘを浄化するものであって、前記排気通路と吸気通路（例えば、後述の吸気管１２）とを連通する排気還流通路（例えば、後述のＥＧＲ管３１）と、当該排気還流通路に設けられ、水蒸気改質反応によって水素を生成する改質触媒（例えば、後述の改質触媒コンバータ３６）と、前記排気通路に設けられ、排気の熱を用いて前記改質触媒を加熱する熱交換器（例えば、後述の熱交換器１４）と、を備え、前記ＮＯｘ触媒は、前記排気通路のうち前記熱交換器より下流側に設けられることを特徴とする。

（２）この場合、前記排気通路のうち前記熱交換器と前記ＮＯｘ触媒との間には、前記排気通路内で発生した凝縮水を回収する回収手段（例えば、後述のキャッチタンク１９）が設けられることが好ましい。

（１）本発明では、ゼオライトからなる担体及びこの担体に担持されたＰｄを有するＮＯｘ触媒を排気通路に設ける。このＮＯｘ触媒は、低温時にＮＯｘを吸着し、吸着したＮＯｘを高温時に脱離する特性を有する。このため本発明によれば、例えば始動直後の内燃機関から排出されるＮＯｘをＮＯｘ触媒に吸着させることができるので、このＮＯｘが排気浄化装置の外へ排出されるのを防止できる。

ところでこのＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着性能は、その温度によって変化する。より具体的には、ＮＯｘ触媒は、内燃機関の始動直後等における低温時には高いＮＯｘ吸着性能を発揮するが、このＮＯｘ吸着性能は温度の上昇につれて徐々に低下する特性がある（例えば、後述の図２参照）。一方、改質触媒において水蒸気改質反応によって水素を効率的に生成するためには、改質触媒の温度はできるだけ高い方が好ましい。本発明では、排気通路に改質触媒を加熱する熱交換器を設け、さらにこの熱交換器の下流側にＮＯｘ触媒を設ける。これにより、ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度が低下するとともに、その分だけ改質触媒の温度を上昇させることができる。したがって、ＮＯｘ触媒の温度上昇を緩やかにし、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着性能の低下を抑制できる。また同時に、改質触媒を高温に維持し、水素生成効率を向上できる。

（２）ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着性能は排気のＨ_２Ｏ濃度によって変化する。より具体的には、ＮＯｘ触媒で吸着できるＮＯｘの量は、これに流入する排気のＨ_２Ｏ濃度が高くなるほど少なくなる（例えば、後述の図４参照）。本発明ではこのようなＮＯｘ触媒の特性に合わせてＮＯｘ触媒に流入する前の位置で熱交換器によって排気の温度を低下させるとともに、この際に生成される凝縮水を回収手段によって回収する。これにより、ＮＯｘ触媒に流入する排気のＨ_２Ｏ濃度を低減できるので、その分だけＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着性能の低下を抑制できる。

本発明の一実施形態に係るエンジン及びその排気浄化装置の構成を示す図である。 ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸着、脱離挙動を示す図である。 ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸着量と脱離量とを比較する図である。 ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸着量と、ＮＯｘ触媒に流入する排気のＨ_２Ｏ濃度との関係を示す図である。 始動時ＮＯｘ浄化処理の具体的な手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る内燃機関（以下、「エンジン」という）１及びその排気を浄化する排気浄化装置２の構成を示す図である。

エンジン１には、吸気が流れる吸気管１２と、排気が流れる排気管１３と、排気管１３内の排気の一部を取り出し、これをＥＧＲガスとして吸気管１２に還流する排気還流装置３と、エンジン１及び排気還流装置３を制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）５と、が設けられている。

エンジン１は、燃焼空燃比をストイキよりもリーンとする所謂リーン燃焼を基本としたもの、より具体的にはディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジン等である。エンジン１には、燃料タンク１８に貯留された燃料を各シリンダ内に噴射する第１燃料インジェクタ１７が設けられている。この第１燃料インジェクタ１７を駆動するアクチュエータは、ＥＣＵ５に電磁的に接続されている。ＥＣＵ５は、図示しない燃料噴射制御の下で第１燃料インジェクタ１７からの燃料噴射量や燃料噴射時期を決定し、これが実現されるように第１燃料インジェクタ１７を駆動する。

排気管１３には、上流側から下流側へ向かって順に、熱交換器１４と、凝縮水を回収するキャッチタンク１９と、排気を浄化する触媒コンバータ６２と、排気温度センサ６３と、が設けられている。

熱交換器１４は、筒状の胴体１５と、この胴体１５の内部に収められた複数の伝熱管１６と、を備えた多管式の熱交換器である。複数の伝熱管１６は排気管１３の一部となり、その内部には排気が通流する。胴体１５は、後述のＥＧＲ管３１の一部となり、その内部にはＥＧＲガスが通流する。熱交換器１４は、複数の伝熱管１６内を通流する排気の熱を用いて、胴体１５の内部に設けられた後述の改質触媒コンバータ３６を加熱する。

キャッチタンク１９は、排気管１３のうち熱交換器１４と触媒コンバータ６２との間に設けられ、エンジン１の始動開始直後に排気管１３内に発生した凝縮水や、熱交換器１４によって排気が冷却することによって排気管１３内に発生した凝縮水を、触媒コンバータ６２に流入する手前の位置で回収し、貯留する。

排気温度センサ６３は、触媒コンバータ６２から流出する排気の温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ５に送信する。触媒コンバータ６２のＮＯｘ触媒の温度は、例えば、排気温度センサ６３の出力に基づいて、ＥＣＵ５における演算によって推定される。

触媒コンバータ６２は、フロースルー型のハニカム構造体を基材として、この基材にＮＯｘ触媒を担持して構成される。ＮＯｘ触媒は、ゼオライトからなる担体と、この担体に担持されたＰｄと、を含んで構成される。このＮＯｘ触媒は、例えばエンジン１の始動直後の比較的低温の条件下において、排気中のＮＯｘを吸着し、還元浄化する機能を有する。触媒コンバータ６２は、図２〜図４等を参照して説明するＮＯｘ触媒の特性を考慮して、排気管１３のうち熱交換器１４、及びキャッチタンク１９よりも下流側に設けられる。

上記ＮＯｘ触媒のゼオライトは、ストイキ又はリッチ空燃比の排気の下において、排気中に含まれるＨＣを低温条件下でその骨格中の細孔内に取り込んで吸着し、吸着したＨＣを高温条件下で脱離する特性を有する。ＨＣの脱離が開始されるＨＣ脱離温度は、後述するＰｄからＮＯｘが脱離し始めるＮＯｘ脱離温度とほぼ等しい。

ゼオライトとしては、ＺＳＭ−５、フェリエライト、モルデナイト、Ｙ型ゼオライト、ベータ型ゼオライト、ＣＨＡ型ゼオライトが挙げられる。本実施形態では、これらのうち何れかを単独で用いてもよいし、複数を併用してもよい。このようなゼオライトにＰｄを担持させることにより、優れたＮＯｘ吸着性能が発現する。

ここで、通常、ゼオライトは、ＮＯ_２として供給されたＮＯｘをその細孔内に吸着する特性を有する。そのため、主として排気中のＮＯｘを構成するＮＯをＮＯ_２に変換するためには、排気をリーンにし、高酸素濃度かつ高温雰囲気下にし、さらにＰｔ等の活性種が必要となる。これに対して、本実施形態のＮＯｘ触媒は、担体のゼオライトにＰｄを担持させることで、低温条件下で排気の空燃比がストイキ又はリッチのときにおいても優れたＮＯｘ吸着性能を発揮する。その理由は次の通りである。

すなわち、ＮＯｘ触媒では、Ｐｄは、ゼオライトを構成するＡｌ、Ｓｉ及びＯのうち、酸点であるＡｌの近傍に配置される。そのため、Ｐｄは、Ａｌとの相互作用によって電子状態が変化し、２価のＰｄ^２＋として存在する。この２価のＰｄ^２＋は、従来のゼオライトのＮＯｘ吸着とは異なり、ＮＯを酸化してＮＯ_２とするまでもなくＮＯをそのまま吸着する特性を有する。これにより、ＮＯｘ触媒は、低温条件下で排気の空燃比がストイキ又はリッチのときにおいても、優れたＮＯｘ吸着性能が得られるようになっている。

ＮＯｘ触媒全体に対するＰｄの含有量は、０．０１〜１０質量％であることが好ましい。Ｐｄの含有量がこの範囲内であれば、優れたＮＯｘ吸着性能が得られる。より好ましい含有量は、０．１〜３質量％である。

またＮＯｘ触媒としては、上述のようにゼオライトからなる担体にＰｄを担持したものに限らない。上記Ｐｄに加えて、Ｆｅ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｎからなる群より選択される少なくとも１種の添加元素をゼオライトに共担持させてもよい。すなわち、Ｐｄの間に、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｇａ、Ｉｎ及びＭｎからなる群より選択される少なくとも１種の添加元素が介在することで、２価のＰｄ^２＋が０価のＰｄ^０に還元されるのが抑制されるとともに、Ｐｄの移動及び凝集が抑制されるため、Ｐｄの分散性の悪化が抑制される。したがって、このようなＮＯｘ触媒によれば、優れたＮＯｘ吸着性能が維持され、低酸素濃度雰囲気における耐熱性が向上する。

図２は、上記ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸着、脱離挙動を示す図である。この図２は、下記に示すような組成のモデルガスをＮＯｘ触媒に供給し、ＮＯｘ触媒を酸素過剰雰囲気（酸素過剰率λ＝２）に維持しながら、ＮＯｘ触媒に流入するガスのＮＯｘ濃度及びＮＯｘ触媒の温度を変化させた場合における、ＮＯｘ触媒から流出するガスのＮＯｘ濃度を示す。図２中、横軸は時間（秒）であり、右縦軸はＮＯｘ触媒の温度［℃］であり、左縦軸はＮＯｘ濃度［ｐｐｍ］である。

モデルガスは、ＣＯを１０００ｐｐｍで一定とし、Ｏ_２を０．１％で一定とし、ＮＯを所定の態様で変化させるとともに、Ｎ_２をバランスガスとすることで全体の酸素過剰率λ＝２とした。ここで、ＮＯｘ触媒に流入するモデルガスのＮＯｘ濃度は、図２において破線で示すように、モデルガスの供給開始から約２００秒を経過するまでの間では０より大きな所定値とし、これ以降は０とした。またＮＯｘ触媒の温度は、図２において一点鎖線で示すようにモデルガスの供給開始から約１２００秒を経過するまでの間では約５０℃で一定とし、約１２００秒を経過した後は約５００℃に達するまで徐々に上昇させた。なお約４００〜１０００秒までの間ではＮＯｘ濃度やＮＯｘ触媒の温度等にほとんど変化がないため、図２ではこれらの間の図示を省略する。

図２に示すように、ＮＯｘ触媒が５０℃の低温の状態でかつＮＯｘを含むモデルガスをＮＯｘ触媒に供給し始めてから約２００秒経過するまでの間では、ＮＯｘ触媒から流出するガスのＮＯｘ濃度（実線）はＮＯｘ触媒に流入するガスのＮＯｘ濃度（破線）よりも低い。特に、モデルガスの供給を開始した直後（０〜１００秒程度）においては、ＮＯｘ触媒から流出する排気中のＮＯｘ濃度はほぼ０ｐｐｍである。これは、ＮＯｘ触媒に流入するガス中に含まれるＮＯｘ（ＮＯ）のほぼ全てがＮＯｘ触媒に吸着されていることを意味する。この結果から、触媒コンバータのＮＯｘ触媒は、５０℃程度の低温条件下においてＮＯｘ（ＮＯ）を効率良く吸着可能であることが分かる。

モデルガスの供給を開始してから約２００秒が経過するまでの間において、ＮＯｘ触媒から流出するガス中のＮＯｘ濃度は徐々に上昇し、ＮＯｘ触媒に流入するガスのＮＯｘ濃度とほぼ同等になる（図２中の２００秒付近を参照）。これは、ＮＯｘ触媒で吸着できるＮＯｘの量には限界があり、またＮＯｘ触媒に吸着されているＮＯｘ量がこの限界量に近付くにつれてＮＯｘが吸着しにくくなる（ＮＯｘ吸着率の低下）ことを意味する。すなわち、約２００秒が経過した時点では、ＮＯｘ触媒にはほぼ限界量に近い量のＮＯｘが吸着されている。また、図２中の領域Ｔａｄの面積は、ＮＯｘ触媒が吸着したＮＯｘの総量（すなわち、ＮＯｘ吸着量）を表している。

約２００秒が経過した時点でモデルガスのＮＯｘ濃度を０ｐｐｍまで低下させると、これに応じてＮＯｘ触媒から流出するガスのＮＯｘ濃度も直ちに０ｐｐｍまで低下する。またこれ以降、図２に示すように、ＮＯｘ触媒から流出するガスのＮＯｘ濃度は、ほぼ０ｐｐｍである。すなわちＮＯｘ触媒は、０〜２００秒の間にＮＯｘ触媒に吸着したＮＯｘを、酸素過剰雰囲気下において保持し続ける機能を有する。

またＮＯｘ濃度を０ｐｐｍまで低下させた後、約１２００〜２５００秒までの間でほぼ一定の速度でＮＯｘ触媒の温度を上昇させる。この際、ＮＯｘ触媒から流出するガスのＮＯｘ濃度は、図２に示すように約１８００秒において０ｐｐｍから増加し始め、約２３００秒において再び０ｐｐｍに戻る。なお、ＮＯｘ触媒の温度は、約１８００秒においては約２５０℃であり、約２３００秒においては約４５０℃である。これは、ＮＯｘ触媒に吸着されていたＮＯｘは、ＮＯｘ触媒の温度が約２５０℃を超えてから４５０℃を超えるまでの間に脱離したことを意味する。以下では、このようにＮＯｘ触媒に吸着されていたＮＯｘの脱離が開始する温度（図２の例では、約２５０℃）をＮＯｘの脱離温度という。なおこの際、ＮＯｘ触媒から脱離するＮＯｘは、ほぼ全てＮＯであり、ＮＯ_２やＮ_２Ｏはほとんど観測されなかった。また図２中の領域Ｔｄｅｓの面積は、ＮＯｘ触媒から脱離したＮＯｘの総量（すなわち、ＮＯｘ脱離量）を表している。

図３は、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸着量と脱離量とを比較する図である。図３において、ＮＯｘ吸着量及びＮＯｘ脱離量はそれぞれ所定の空気過剰率のモデルガスを用いて図２と同様の手順に従ってＮＯｘ濃度及び温度を変化させる試験を行うことによって取得した。図３の左側は酸素過剰率λ＝２のガスを用いて取得した結果であり、図３の右側は酸素過剰率λ＝０．９のガスを用いて取得した結果である。

図３の左側に示すように、酸素過剰雰囲気（λ＝２）のモデルガスの下では、ＮＯｘ脱離量はＮＯｘ吸着量とほぼ等しい。すなわち酸素過剰雰囲気では、低温時にＮＯｘ触媒に吸着されたＮＯｘは、約５００℃まで昇温するとほぼ全てがそのまま脱離する。

一方、図３の右側に示すように、λ＝０．９のモデルガスの下では、ＮＯｘ吸着量はλ＝２の場合とほぼ同じであるにもかかわらず、ＮＯｘ脱離量はこのＮＯｘ吸着量よりも大幅に減少する。すなわち還元雰囲気では、低温時にＮＯｘ触媒に吸着されたＮＯｘは、約５００℃まで昇温する過程でほぼ全てが脱離するとともにＮ_２に還元浄化する。これはすなわち、ＮＯｘ触媒は、λが１以下の適正な空燃比の排気の下では、排気中に含まれるＨＣ及びＣＯや、上述のようにゼオライトに吸着されていたＨＣを還元剤として、脱離したＮＯｘを還元浄化する機能があることを意味する。

図４は、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸着量［ｇ／Ｌ］と、ＮＯｘ触媒に流入する排気のＨ_２Ｏ濃度［％］との関係を示す図である。すなわち、ＮＯと共存するＨ_２Ｏが、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸着量に及ぼす影響の大きさを示す図である。図４に示すように、ＮＯｘ触媒によって吸着できるＮＯｘの総量は、共存するＨ_２Ｏの濃度によって変化する。より具体的には、ＮＯｘ吸着量は、Ｈ_２Ｏ濃度が０のときに最大となり、Ｈ_２Ｏ濃度が高くなる程少なくなる。従って、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着性能をできるだけ高く維持するためには、これに流入する排気のＨ_２Ｏ濃度をできるだけ低くすることが好ましい。

図１に戻り、排気還流装置３は、排気管１３と吸気管１２とを連通するＥＧＲ管３１と、ＥＧＲ管３１内を通流する排気の量を調整するＥＧＲバルブ３２と、を備える。以下では、ＥＧＲ管３１を介して吸気管１２へ還流されるガスをＥＧＲガスともいう。

ＥＧＲバルブ３２は、ＥＧＲ管３１内で開閉可能に設けられた電磁弁であり、アクチュエータ３３を介してＥＣＵ５に接続されている。ＥＧＲバルブ３２の開度は、図示しないバッテリからアクチュエータ３３に供給される駆動電流をＥＣＵ５で調整することによって制御される。ＥＣＵ５は、エンジン１の運転状態に応じて目標ＥＧＲ率及びこの目標ＥＧＲ率に応じたＥＧＲバルブ３２の開度を決定し、この開度が実現されるように駆動電流のデューティ比を決定する。このＥＧＲバルブ３２の制御の詳細については説明を省略する。

またＥＧＲ管３１には、ＥＧＲガスを用いて水素やＣＯ等を生成し、含水素のＥＧＲガスをエンジン１に供給するため、改質触媒コンバータ３６と、第２燃料インジェクタ３４と、水インジェクタ３５とが設けられている。

改質触媒コンバータ３６は、改質反応を促進する改質触媒をフロースルー型のハニカム構造体に担持したものが用いられる。改質触媒コンバータ３６は、ＥＧＲ管３１のうち熱交換器１４の胴体１５内に設けられる。改質触媒としては、例えば、Ｐｔ／ＣｅＯ_２等の既知の材料が用いられる。改質触媒が設けられた改質触媒コンバータでは、燃料及び水を含んだＥＧＲガスが供給されると、例えば、下記式（１）に示すような水蒸気改質反応（吸熱反応）が主として進行し、エンジン１における燃焼改善効果がある水素やＣＯ等が生成される。この改質触媒コンバータ３６において生成された水素やＣＯ等は、エンジン１の燃焼状態を改善すべく、ＥＧＲ管３１を介して燃焼室に導入される。
Ｃ_ｎＨ_ｍ＋ｎＨ_２Ｏ→ｎＣＯ＋（ｎ＋１／２ｍ）Ｈ_２ （１）

第２燃料インジェクタ３４及び水インジェクタ３５は、ＥＧＲ管３１のうち改質触媒コンバータ３６より上流側に設けられる。第２燃料インジェクタ３４は、燃料タンク１８に貯留された燃料を改質触媒コンバータ３６に流入するＥＧＲガス中に噴射し、水インジェクタ３５は、キャッチタンク１９に貯留された凝縮水を改質触媒コンバータ３６に流入するＥＧＲガス中に噴射する。

これらインジェクタ３４，３５を駆動するアクチュエータは、ＥＣＵ５に電磁的に接続されている。ＥＣＵ５は、改質触媒で進行する改質反応の水素生成効率や排熱回収効果等が最適になるように、改質触媒に流入するＥＧＲガスの炭素に対する水蒸気のモル比（Ｓ／Ｃ比）の目標を決定し、当該目標が実現されるように第２燃料インジェクタ３４からの燃料噴射量及び噴射時期や水インジェクタ３５からの水噴射量及び噴射時期を制御する。

ＥＣＵ５は、センサの検出信号をＡ／Ｄ変換するＩ／Ｏインターフェース、後述の図６等に示すフローチャートに沿った処理を実行するＣＰＵ、この処理の下で決定した態様で各種デバイスを駆動する駆動回路、及び各種データを記憶するＲＡＭやＲＯＭ等で構成されるマイクロコンピュータである。

図５は、始動直後のエンジンから排出されるＮＯｘを浄化する始動時ＮＯｘ浄化処理の具体的な手順を示すフローチャートである。図５の始動時ＮＯｘ浄化処理は、始動直後のエンジンの排気中に含まれるＮＯｘを一旦ＮＯｘ触媒に吸着しておき、その後所定のタイミングでＮＯｘパージ制御を実行することにより、吸着しておいたＮＯｘをＮＯｘ触媒上で還元浄化する。図５の処理は、エンジンを始動させたり停止させたりするイグニッションスイッチ（図示せず）がオンにされたことに応じて、ＥＣＵにおいて所定の制御周期の下で繰り返し実行される。

Ｓ１では、ＥＣＵは、パージ制御完了フラグが１であるか否かを判定する。このパージ制御完了フラグは、エンジンを始動してから１回目のＮＯｘパージ制御が完了したことを示すフラグである。この完了フラグは、エンジンの始動直後には０にセットされ、後述のＳ８において、所定時間にわたってＮＯｘパージ制御が実行されたことに応じて１にセットされる。ＥＣＵは、Ｓ１の判定がＮＯである場合にはＳ３に移り、ＹＥＳである場合には図５の処理を直ちに終了する。

Ｓ３では、ＥＣＵは、排気温度センサの出力に基づいて、ＮＯｘ触媒の温度（以下では単に「触媒温度」という）を算出し、Ｓ４に移る。Ｓ４では、ＥＣＵは、Ｓ３で取得した触媒温度がＮＯｘ触媒の脱離温度より高いか否か、すなわちエンジンの始動直後に吸着したＮＯｘがＮＯｘ触媒から脱離する時期であるか否かを判定する。

Ｓ４の判定がＹＥＳである場合、ＥＣＵは、Ｓ５に移り、始動時に吸着したＮＯｘが脱離する時期に合わせて、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をストイキ又はリッチに制御するＮＯｘパージ制御を実行し、Ｓ７に移る。ここでＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比は、例えばアフター噴射を行うことによってエンジンの燃焼室における空燃比をストイキ又はリッチにしたり、ポスト噴射を行い排気管内へ未燃燃料を供給したりすることによってストイキ又はリッチに制御される。これにより、ＮＯｘ触媒から脱離するＮＯｘは、このＮＯｘ触媒上で還元浄化される。

Ｓ７では、ＥＣＵは、上記Ｓ５のパージ制御を実行した時間を計測するパージタイマの値が０であるか否かを判定する。このパージタイマの値は、エンジンの始動直後は０より大きな所定の初期値に設定され、最小値を０として後述のＳ９の処理において制御周期ごとに経過時間分だけ減算される。したがって、パージタイマの値が０である状態とは、エンジンを始動してから、その初期値に相当する時間にわたってパージ制御が実行されたことを意味する。Ｓ７の判定がＹＥＳである場合、ＥＣＵは、Ｓ８に移り、パージ制御完了フラグの値を１にし、図５の処理を終了する。

Ｓ７の判定がＮＯである場合、ＥＣＵは、Ｓ９に移り、パージタイマの値を更新し、図６の処理を終了する。より具体的には、パージタイマの前回値から、図５の制御周期に相当する時間を減算することによってパージタイマの値を更新する。

以上のような本実施形態の排気浄化装置２によれば、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態の排気浄化装置２では、ゼオライトからなる担体及びこの担体に担持されたＰｄを有するＮＯｘ触媒を排気管１３に設ける。これにより、例えば始動直後のエンジンから排出されるＮＯｘをＮＯｘ触媒に吸着させることができるので、このＮＯｘが排気浄化装置２の外へ排出されるのを防止できる。また、図２等を参照して説明したように、ＮＯｘ触媒は、エンジンの始動直後等における低温時には高いＮＯｘ吸着性能を発揮するが、このＮＯｘ吸着性能は温度の上昇につれて徐々に低下する特性がある。一方、改質触媒において水蒸気改質反応によって水素を効率的に生成するためには、改質触媒の温度はできるだけ高い方が好ましい。本実施形態では、排気管１３に改質触媒を加熱する熱交換器１４を設け、さらにこの熱交換器１４の下流側にＮＯｘ触媒を設ける。これにより、ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度が低下するとともに、その分だけ改質触媒の温度を上昇させることができる。したがって、ＮＯｘ触媒の温度上昇を緩やかにし、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着性能の低下を抑制できる。また同時に、改質触媒を高温に維持し、水素生成効率を向上できる。

（２）図４等を参照して説明したように、ＮＯｘ触媒で吸着できるＮＯｘの量は、これに流入する排気のＨ_２Ｏ濃度が高くなるほど少なくなる。本実施形態ではこのようなＮＯｘ触媒の特性に合わせてＮＯｘ触媒に流入する前の位置で熱交換器１４によって排気の温度を低下させるとともに、この際に生成される凝縮水をキャッチタンク１９によって回収する。これにより、ＮＯｘ触媒に流入する排気のＨ_２Ｏ濃度を低減できるので、その分だけＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸着性能の低下を抑制できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。

１…エンジン（内燃機関）
１２…吸気管（吸気通路）
１３…排気管（排気通路）
１４…熱交換器
１９…キャッチタンク（回収手段）
２…排気浄化装置
３１…ＥＧＲ管（排気還流通路）
６２…触媒コンバータ（ＮＯｘ触媒）

Claims (2)

1. ゼオライトからなる担体及び当該担体に担持されたＰｄを有するＮＯｘ触媒を内燃機関の排気通路に設け、当該ＮＯｘ触媒によって排気中のＮＯｘを浄化する内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記排気通路と吸気通路とを連通する排気還流通路と、
   当該排気還流通路に設けられ、水蒸気改質反応によって水素を生成する改質触媒と、
   前記排気通路に設けられ、排気の熱を用いて前記改質触媒を加熱する熱交換器と、を備え、
   前記ＮＯｘ触媒は、前記排気通路のうち前記熱交換器より下流側に設けられることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記排気通路のうち前記熱交換器と前記ＮＯｘ触媒との間には、前記排気通路内で発生した凝縮水を回収する回収手段が設けられることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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