JP3899869B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般的に、内燃機関の排気ガスは三元触媒で浄化する。三元触媒は流入する排気の空燃比が理論空燃比のときにＨＣ，ＣＯ成分の酸化とＮＯｘの還元とを同時に行うものであり、リーン空燃比で運転し燃費を向上させるいわゆるリーンバーンエンジンの排気浄化には適しない。
【０００３】
この場合、流入する排気の空燃比がリーンである場合にＮＯｘをトラップし、流入する排気の空燃比がリッチである場合にトラップしたＮＯｘを放出、浄化処理するリーンＮＯｘトラップ触媒などを用いる。但し、これらの触媒は、機関の始動直後等の低温状態においては未活性の状態であり、触媒作用が十分に行えず、浄化が十分に行えない。
【０００４】
一方、特開平１−１５５９３４号公報には、道路トンネルにおける換気ガスのの浄化（ＮＯｘ除去）のため、ゼオライトの吸着能を使用し、トンネル中に排出されたＮＯｘをゼオライトに吸着、浄化する技術について記載されている。その説明の中で、浄化すべきガスの水分濃度が高い場合には、ＮＯｘの平衡吸着量が低下すると記載されている。これを防止するために、この技術では、ゼオライトにＮＯｘを吸着させる以前に、シリカゲルでＮＯｘを含んだガスを吸着させ乾燥させて、その後ゼオライトに導いている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の技術を、内燃機関の排気浄化装置に適用し、通常の排気浄化触媒が温度上昇し、活性化するまでの期間について、ＮＯｘをトラップさせようとした場合、排気ガス中の水分濃度が高いため、シリカゲル等の吸湿剤が再生後の状態にあったとしても、短時間で水分吸着能が飽和すると考えられる。これを防止するため、シリカゲル等の吸湿剤の容量を拡大することが考えられるが、この場合には容量拡大のために車両搭載性が悪化し、さらに排気圧力損失の増大により燃費悪化を引き起こす等の問題が考えられ、内燃機関の排気浄化装置にシリカゲル等の吸湿剤を用いることは非常に難しい。
【０００６】
本発明は、このような実状を踏まえ、ゼオライトのＮＯｘ吸着能を有効利用できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らの実験において、内燃機関の排気ガス中のＮＯｘをゼオライトでトラップする際には、ガス中の水分も同時にトラップしており、ＮＯｘトラップが飽和する際には、水分のトラップ能も失われることが発見されている。すなわち水分とＮＯｘをほぼ同時にトラップしていることである。高濃度水分が存在する排気ガスに使用しても、９９％以上という非常に高いＮＯｘトラップ率が可能であることも確認されている。
【０００８】
図１は実験結果の概略である。ゼオライトを含有する触媒をゼオライトを乾燥してから使用すると、触媒入口のＮＯｘ濃度に対して触媒出口のＮＯｘ濃度がトラップにより低下している。この期間は水分も吸着しており、触媒入口の排気ガス温度に対して、吸着した水分の凝縮・吸着熱により、触媒出口の排気ガス温度は上昇する。その後、図中のＡ点すなわち水分吸着が飽和になりこれ以上水分が吸着しなくなると、吸着熱が発生しないため、触媒出口の排気ガス温度は低下してくる。また同時にＮＯｘのトラップもできなくなり、触媒出口のＮＯｘ濃度が上昇する。ゼオライトに予め水分を吸着させてから同じ実験を行った結果をあわせて載せているが、この場合のＮＯｘトラップ率はかなり低くなる。また触媒出口の排気ガス温度もあまり上昇しないことが判明している。
図１４は他の実験結果の概略である。貴金属をセリア（ＣｅＯ2 ）のみに担持して粉末触媒を生成し、これを担体にコーティングして得た触媒に、排気ガスを流通させる実験を行ったところ、若干の特性差はあるものの、低温時のＮＯｘトラップに関してゼオライト含有触媒とほぼ同様の機能があることを発見した。
【０００９】
このような実験結果を踏まえ、請求項１に係る発明では、活性温度以上のときに排気ガス中のＮＯｘを浄化もしくはトラップする排気浄化触媒と、貴金属をセリア（ＣｅＯ2 ）のみに担持してなるトラップ成分又はゼオライトを含有し、特定温度以下のときに排気ガス中のＮＯｘをトラップする低温ＮＯｘトラップ触媒と、前記排気浄化触媒から流出した排気ガスを前記低温ＮＯｘトラップ触媒へ導く排気通路と、を備え、前記排気浄化触媒の温度が前記活性温度以下である間、前記低温ＮＯｘトラップ触媒の温度が前記特定温度以下に維持されるよう前記排気通路の長さを設定する一方、前記低温ＮＯｘトラップ触媒に吸収した水分を脱離させる水分脱離手段と、前記低温ＮＯｘトラップ触媒に吸収される水分量を検知する吸収水分量検知手段とを設け、吸収水分量が飽和水分量から決まる所定量に達したときに前記水分脱離手段を作動させることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明では、貴金属をセリア（ＣｅＯ2 ）のみに担持してなるトラップ成分又はゼオライトを含有し、特定温度以下のときに排気ガス中のＮＯｘをトラップする低温ＮＯｘトラップ触媒と、機関から排出された排気ガスを前記低温ＮＯｘトラップ触媒へ導く排気通路と、を備え、機関が運転されている間、前記低温ＮＯｘトラップ触媒の温度が前記特定温度以下に維持されるよう前記排気通路の長さを設定する一方、前記低温ＮＯｘトラップ触媒に吸収した水分を脱離させる水分脱離手段と、前記低温ＮＯｘトラップ触媒に吸収される水分量を検知する吸収水分量検知手段とを設け、吸収水分量が飽和水分量から決まる所定量に達したときに前記水分脱離手段を作動させることを特徴とする。この場合も、低温ＮＯｘトラップ触媒の上流に、通常の排気浄化触媒を備えていてもよい。
【００１１】
尚、吸収水分量の検知については、水分が吸収される時には吸着熱が発生するため、この熱を測定することで水分の吸着がわかり、排気ガス量、排気ガス温度、排気ガス中の水分濃度（これは空燃比から計算可能）を考慮することで、触媒に吸収される水分量を計算できる。その他の方法として、吸収される水分が飽和に達するまでは、排気ガス中の水分全てが触媒に吸収されるものと仮定し、吸入空気量と空燃比とから水分量を積算計算することも考えられる。
【００１２】
請求項３に係る発明では、排気通路を複数に分岐し、それぞれの通路に前記低温ＮＯｘトラップ触媒を配置して、ＮＯｘトラップと水分脱離とを交互に行わせることを特徴とする。この場合、温度が所定値以下になるまでＮＯｘをトラップできないため、水分脱離後に乾燥空気等を用いて冷却してもよい。
請求項４に係る発明では、前記低温ＮＯｘトラップ触媒をバイパスするバイパス通路を設け、水分脱離時に排気ガスをバイパスさせることを特徴とする。この場合も水分脱離後にバイパスしたまま乾燥空気等を用いて冷却してもよい。
【００１３】
請求項５に係る発明では、前記水分脱離手段は、前記低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱するものであることを特徴とする。
請求項６に係る発明では、前記水分脱離手段は、前記低温ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの水分濃度を低下させるものであることを特徴とする。
請求項７に係る発明では、前記水分脱離手段は、前記低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱すると共に、この触媒に流入する排気ガスの水分濃度を低下させるものであることを特徴とする。
【００１４】
請求項８に係る発明では、前記低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱するため、点火時期を遅角して、排気温度を上昇させることを特徴とする。
請求項９に係る発明では、前記低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱するため、この触媒を電気加熱することを特徴とする。この場合、電気により排気ガスを加熱し、その熱で低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱するようにしてもよいし、担体を電気加熱できる電気加熱触媒に前記トラップ成分又はゼオライトを担持させて、触媒自体を直接加熱するようにしてもよい。
【００１５】
請求項１０に係る発明では、前記低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱するため、この触媒の上流側の排気浄化触媒の触媒燃焼を増加させるように制御して、排気温度を上昇させることを特徴とする。
この場合、筒内直噴式内燃機関では主燃焼をリーンにし、膨張行程から排気行程に再度燃料を噴射することで、上流側の排気浄化触媒での触媒燃焼を増加させてもよいし、機関での燃焼空燃比をリッチにし、上流側の排気浄化触媒に２次空気を導入することで、上流側の排気浄化触媒での触媒燃焼を増加させてもよいし、一部の気筒をリーンにその他の気筒をリッチにすることで、上流側の排気浄化触媒での触媒燃焼を増加させてもよい。
【００１６】
請求項１１に係る発明では、前記低温ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの水分濃度を低下させるため、空燃比をリーン化することを特徴とする。
請求項１２に係る発明では、前記低温ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの水分濃度を低下させるため、前記低温ＮＯｘトラップ触媒の上流側に２次空気（望ましくは乾燥２次空気）を導入することを特徴とする。
【００１７】
請求項１３に係る発明では、前記低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱すると共に、この触媒に流入する排気ガスの水分濃度を低下させるため、前記低温ＮＯｘトラップ触媒の上流側に加熱２次空気（望ましくは乾燥加熱２次空気）を導入することを特徴とする。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、排気浄化触媒の温度が活性温度以下である間（例えば、機関始動後から排気浄化触媒が活性温度に達するまでの間や極低負荷運転が長時間継続されて排気浄化触媒の温度が活性温度より低くなってしまったとき）に機関から排出されるＮＯｘを低温ＮＯｘトラップ触媒でトラップするので、機関運転中の全期間に渡りＮＯｘの大気放出量を低減することができる。
【００２０】
請求項２に係る発明によれば、機関運転中の排出ＮＯｘを常に低温ＮＯｘトラップ触媒でトラップするので、機関運転中の全期間に渡りＮＯｘの大気放出量を低減することができる。
【００２１】
また、請求項１、２に係る発明によれば、低温ＮＯｘトラップ触媒に吸収した水分を脱離させる水分脱離手段を持つことで、低温ＮＯｘトラップ触媒を確実に再生することができる。
また、請求項１、２に係る発明によれば、低温ＮＯｘトラップ触媒に吸収される水分量を検知（推定）し、吸収水分量が飽和水分量から決まる所定量に達したときに水分脱離を行わせることで、低温ＮＯｘトラップ触媒を再度水分を吸収できる状態に速やかに再生し、連続的なＮＯｘのトラップを可能とすることができる。
【００２２】
請求項３に係る発明によれば、排気通路を複数に分岐し、それぞれの通路に低温ＮＯｘトラップ触媒を設け、ＮＯｘトラップと水分脱離（再生）とを交互に行わせることにより、ＮＯｘを連続的にトラップすることができる。
請求項４に係る発明によれば、低温ＮＯｘトラップ触媒をバイパスするバイパス通路を設け、水分脱離（再生）時に排気ガスをバイパスさせることにより、水分脱離時に排気ガスへの熱の逃げがなくなり、効率良く水分脱離を行うことができる。特に、水分脱離を電気加熱で行う場合は排気ガスへの熱の逃げがなくなることで消費電力を低減できる。
【００２３】
請求項５に係る発明によれば、水分脱離に際し、低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱（所定温度以上、所定時間以上）することで、水分脱離を確実に行うことができる。
請求項６に係る発明によれば、水分脱離に際し、低温ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの水分濃度を低下させることで、水分脱離を確実に行うことができる。
【００２４】
請求項７に係る発明によれば、水分脱離に際し、低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱すると共に、この触媒に流入する排気ガスの水分濃度を低下させることで、より早く、より脱離量を増加させて、水分脱離を確実に行うことができる。
請求項８に係る発明によれば、点火時期を遅角して、排気温度を上昇させることで、低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱し、加熱のための追加装置を設けることなく、水分脱離を確実に行うことができる。
【００２５】
請求項９に係る発明によれば、低温ＮＯｘトラップ触媒を電気加熱することで、機関の運転性能へ影響を与えることなく、水分脱離を確実に行うことができる。
請求項１０に係る発明によれば、上流側の排気浄化触媒の触媒燃焼を増加させるように制御して、排気温度を上昇させることで、下流側の低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱し、水分脱離を確実に行うことができる。
【００２６】
請求項１１に係る発明によれば、空燃比をリーン化することで、低温ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの水分濃度を低下させ、水分脱離を確実に行うことができる。
請求項１２に係る発明によれば、低温ＮＯｘトラップ触媒の上流側に２次空気（特に乾燥２次空気）を導入することで、低温ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの水分濃度を低下させ、水分脱離を確実に行うことができる。
【００２７】
請求項１３に係る発明によれば、低温ＮＯｘトラップ触媒の上流側に加熱２次空気（特に乾燥加熱２次空気）を導入することで、低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱すると共に、この触媒に流入する排気ガスの水分濃度を低下させ、より早く、より脱離量を増加させて、水分脱離を確実に行うことができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図２は本発明の第１実施形態を示す内燃機関（以下エンジンという）のシステム図である。
エンジン１の吸気通路２には吸入空気量を制御する電制スロットル弁３が設置され、エンジン１の燃焼室４には燃料噴射弁５と点火プラグ６とが設置されており、これらはエンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵという）７により駆動される。但し、燃料噴射弁５は吸気通路２（吸気ポート）に設置してもよい。
【００３０】
ＥＣＵ７には、吸気通路２の電制スロットル弁３上流に設けたエアフローメータ８により検出される吸入空気量Ｑａの他、アクセルペダルセンサ９により検出されるアクセル開度Ａpo、クランク角センサ１０により検出されるエンジン回転数Ｎｅ、水温センサ１１により検出されるエンジン冷却水温Ｔｗなどが入力されている。
【００３１】
ＥＣＵ７では、アクセル開度Ａpo、エンジン回転数Ｎｅ、エンジン冷却水温Ｔｗより、エンジン１の要求トルクＴＴを算出し、これに必要な空気量を得るために電制スロットル弁３を駆動する。また、実際の吸入空気量Ｑａ、エンジン回転数Ｎｅ、更に要求トルクＴＴより、燃料噴射量（燃料噴射パルス幅）及び燃料噴射時期を算出し、これらに基づいて燃料噴射弁５を駆動する。また、エンジン回転数Ｎｅ及び要求トルクＴＴに基づいて点火プラグ６の点火時期を制御する。
【００３２】
エンジン１の排気通路１２には、上流側に排気浄化触媒１３が設けられ、下流側には低温ＮＯｘトラップ触媒としてゼオライトを含有する触媒（以下ゼオライト触媒という）１４が設けられている。下流側のゼオライト触媒１４の入口側と出口側にはそれぞれ排気温度センサ１５，１６が設置されている。
上流側の排気浄化触媒１３は、例えば、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ等の貴金属を少なくとも１成分担持したアルミナをハニカム担体にコーティングした三元触媒であり、排気ガスが理論空燃比の時にはＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘを同時に浄化し、空燃比がリーンの時にはＨＣ，ＣＯを酸化反応で浄化する特性を有するものである。
【００３３】
下流側のゼオライト触媒１４は、低温（特定温度以下）でＮＯｘをトラップ可能なゼオライト（例えばβ−ゼオライト、Ａ型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、Ｘ型ゼオライト、ＺＳＭ−５、ＵＳＹ、モルデナイト、フェリエライト）をハニカム担体にコーティングし、その上から更に白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ等の貴金属を少なくとも１成分担持したアルミナをコーティングしたものであり、触媒温度が低い時には水分の吸着と同時にＮＯｘをトラップし、更にＨＣも吸着することができ、触媒温度が活性温度以上に達すると排気浄化触媒１３と同様の触媒作用により排気ガスを浄化する特性を有するものである。
【００３４】
本実施形態では、上流側の排気浄化触媒１３の温度が活性温度（例えば２５０〜３５０℃）以下である間、ゼオライト触媒１４の温度が特定温度（ＮＯｘをトラップできる上限温度、例えば２００℃）以下に維持されるように排気浄化触媒１３とゼオライト触媒１４との間の排気通路の長さを設定してある。
図１３はエンジン始動後の経過時間に対する各触媒の温度変化を示した図であり、太実線は排気浄化触媒１３の、細実線はゼオライト触媒１４の温度変化を示している。この場合、ゼオライト触媒１４のＮＯｘトラップ可能期間と排気浄化触媒１３の排気浄化可能期間とが重なりをもって連続している。排気系の温度が低下する場合（例えば、極低温の環境下で極低負荷運転が長時間継続される場合等）も同様に、排気浄化触媒１３の温度が活性温度より低くなる前にゼオライト触媒１４の温度が特定温度以下となるようにしてある（図示略）。このような設定により、エンジン運転中の全期間に渡りＮＯｘの大気放出量を低減することができる。
これに対し、排気浄化触媒１３とゼオライト触媒１４との間の排気通路の長さを短くすると、排気通路における温度低下幅が小さくなり、排気浄化触媒１３が活性温度に達する前にゼオライト触媒１４の温度が特定温度を超えてしまうようになる（図中の破線）。このようなことがないように実験やシミュレーションを行って両触媒間の排気通路長さを決定する必要がある。
【００３５】
尚、上流側の排気浄化触媒１３として、リーンＮＯｘトラップ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒若しくはＨＣ吸着触媒などを用いてもよい。あるいは、これらの触媒を上流側の排気浄化触媒１３と下流側のゼオライト触媒１４との間に配置してもよい。その他に、下流側のゼオライト触媒１４にバリウムＢａ、セシウムＣｓ等のＮＯｘトラップ材等を混合することによって、リーンＮＯｘトラップ機能等を持たせることとしてもよい。
また、下流側に配置する触媒（低温ＮＯｘトラップ触媒）としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、及びその他の貴金属の群から選択される一種類又は二種類以上の貴金属をセリア（ＣｅＯ2 ）のみに担持してなるトラップ成分を含有する触媒を使用してもよい。このような触媒は、粉末状にした前記トラップ成分をハニカム担体に直接コーティングしたり、ハニカム担体に施したアルミナ等のウォッシュコート上に前記トラップ成分をコーティングしたり、前記トラップ成分をアルミナ等と混合したものをハニカム担体にコーティングしたりして得ることができる。
【００３６】
次に第１実施形態での制御を図３のフローチャートにより説明する。本ルーチンは例えば１sec 毎に実行されるものである。
Ｓ１では、水分脱離処理要求フラグＦＤＳが０であるか否かを判定する。ＦＤＳは、ゼオライト触媒１４に所定値以上の水分が吸収されて水分脱離が必要と判定された場合にＦＤＳ＝１にセットされるものである。
【００３７】
ＦＤＳ＝０の場合は、Ｓ２に進み、エアフローメータ８の出力から吸入空気量Ｑａを、排気温度センサ１５，１６の出力からゼオライト触媒１４の入口側排気温度Ｔin及び出口側排気温度Ｔout を検出する。
次のＳ３では、ゼオライト触媒１４の入口側排気温度Ｔinが所定値ａより低いか否かを判定する。所定値ａは例えば排気ガスの露点（約６０℃）とし、入口側排気温度Ｔinが所定値ａよりも低い場合は、ゼオライト触媒１４に水分が吸収されると判断して、吸収水分量Ｗの計算のため、Ｓ４に進む。もしも入口側排気温度Ｔinが所定値ａ以上の場合は、水分吸収が行われないと判断し、本フローを終了する。
【００３８】
Ｓ４では、下記（１）式を用いて吸収水分量Ｗ［ｇ］を算出する（この部分が吸収水分量検知手段に相当する）。
Ｗ＝［（Ｔout −Ｔin）×（Ｑｅ×Ｍex＋Ｍcat ）］／Ｍｋ・・・（１）
但し、Ｑｅ［ｇ／ｓ］は排気ガスの質量流量であり、簡易的には吸入空気の質量流量Ｑａ［ｇ／ｓ］で代用可能である。単位時間当たりの燃料噴射量［ｇ／ｓ］をＱａに加算してＱｅを求めるようにすればなおよい。Ｍex［（cal ／Ｋ）／ｇ］は排気ガスの単位質量当たりの熱容量であり、排気ガスの組成すなわち空燃比に応じて決定した値を使用する。簡易的にはＭexを固定値としてもよい。Ｍcat ［cal ／Ｋ］はゼオライト触媒１４の熱容量であり、触媒のサイズから定まる定数である。Ｍｋ［cal ／ｇ］は単位質量当たりの水分の凝縮・吸着熱である。次のＳ５では、吸収水分量Ｗが所定値ｂ以上か否かを判定する。所定値ｂはゼオライト触媒１４が最大に吸収できる水分量から決める値であり、例えば最大吸収水分量の９０％とし、この値以上に吸収されたと判断した場合には、水分脱離が必要であると判断し、Ｓ６でフラグＦＤＳ＝１にセットして水分脱離が必要であることを記憶した後、Ｓ７〜Ｓ１０で水分脱離処理を行う（この部分が水分脱離手段に相当する）。
【００３９】
本実施形態の場合、ゼオライト触媒１４の上流には排気浄化触媒１３があり、この排気浄化触媒１３の未活性時に、ゼオライト触媒１４が低温状態でＮＯｘをトラップし、水分吸収と共にＮＯｘをトラップできなくなる前に、排気浄化触媒１３が活性して、これにより排気を浄化する構成となる。
Ｓ７では、水分脱離処理のため、点火時期ＡＤＶを通常のＡＤＶから所定ｒ分遅角し、排気温度を上昇させる。所定ｒ分遅角する代わりに、通常のＡＤＶよりも遅角している固定した点火時期に設定してもよい。
【００４０】
次のＳ８では、出口側排気温度Ｔout が所定値ｃ以上か否かを判定する。所定値ｃは例えば３００℃とし、これ以上であれば、水分が充分脱離する温度であると判断する。また本温度上昇の間に、トラップしていたＮＯｘも脱離し、ゼオライト層の上層部にある触媒によって浄化される。
出口側排気温度Ｔout が所定値ｃ以上となった場合、すなわち水分が充分脱離する温度に達した後は、Ｓ９でタイマカウント（ｔ）を行い、Ｓ１０で目標空燃比ＴＦＢＹＡを通常のＴＦＢＹＡよりもリーンとなるＴＦＢＹＡＬに設定して、空燃比をリーン化する。リーンとすることで、排気ガス中の水分濃度が低下し、より早く、より多くの水分をゼオライト触媒１４より脱離することが可能となる。リーン側の固定した空燃比ＴＦＢＹＡＬに設定する代わりに、目標空燃比ＴＦＢＹＡを通常のＴＦＢＹＡから所定Ｌ分リーンに設定してもよい。
【００４１】
Ｓ１１でタイマカウント値ｔが所定時間ｄ以上になれば、水分脱離が十分行えて、水分脱離処理を終了してもよいと判断し、Ｓ１２でフラグＦＤＳを０に戻して、水分脱離処理を終了する。
次に第２実施形態について、図４〜図６を用いて説明する。
図４は第２実施形態を示すエンジンのシステム図であり、図２との違いのみを説明する。
【００４２】
第２実施形態では、上流側の排気浄化触媒１３の未活性時のみならず、エンジン１が運転されている間中、常に、ゼオライト触媒１４の温度が特定温度以下に維持されるよう排気通路の長さを設定してある。すなわち、エンジン１の暖機が完了した後、エンジン１を最大負荷で運転しても、ゼオライト触媒１４の温度が特定温度を超えることはない（図１３の一点鎖線）。
また、２個のゼオライト触媒１４−１，１４−２を用いて、これらを並列に配置し、いずれか一方に排気ガスを流すことができるように、上流側の分岐部に排気切換弁１７を設ける。この排気切換弁１７はＥＣＵ７により制御される。
【００４３】
また、各ゼオライト触媒１４−１，１４−２は電気によって加熱することができる触媒担体を用いており、バッテリ１８からの供給電流がそれぞれパワートランジスタ１９−１，１９−２によってＯＮ・ＯＦＦ制御される。これらのパワートランジスタ１９−１，１９−２もＥＣＵ７により制御される。
また、各ゼオライト触媒１４−１，１４−２において電気加熱によって水分とＮＯｘの脱離を行うのであるが、脱離したＮＯｘの一部を上流側の排気浄化触媒１３で浄化するために、各ゼオライト触媒１４−１，１４−２の下流側から排気ガスを排気還流通路２０−１，２０−２により吸気通路２（吸気マニホールド）に還流させる。その流量を制御するために、排気還流弁２１−１，２１−２を持ち、これらもＥＣＵ７により制御される。
【００４４】
次に第２実施形態での制御を図５及び図６のフローチャートで説明する。
先ず水分吸収によるＮＯｘトラップを２個のゼオライト触媒１４−１，１４−２に交互に行わせるフローを図５で説明する。本ルーチンは例えば１sec 毎に実行される。
Ｓ２１では、ゼオライト触媒１４−１が水分吸収できるか否か、すなわちフラグＦＤＳ１＝０か否かを判定する。ＦＤＳ１＝０の場合、ゼオライト触媒１４−１に水分が吸収できる、すなわちＮＯｘがトラップできると判断し、ゼオライト触媒１４−１を用いたＮＯｘトラップを行うために、Ｓ２２に進む。
【００４５】
Ｓ２２では、排気切換弁１７を駆動して、排気ガスをゼオライト触媒１４−１へ流す。
次のＳ２３では、ゼオライト触媒１４−１に吸収されている水分量Ｗ１を算出する。ここでは、ゼオライト触媒１４−１の入口排気温度が常に排気ガスの露点より低く、流入した排気ガス中の水分が全てゼオライト触媒１４−１に吸収されているとみなし、排気ガス量と水分濃度とから、より具体的には、排気ガス量を吸入空気量Ｑａと同等とみなし、更に空燃比（例えば目標空燃比ＴＦＢＹＡ）から予めマップ等で水分濃度を知ることができることから、ＱａとＴＦＢＹＡとから、吸収水分量Ｗ１を計算する。
【００４６】
次のＳ２４では、吸収水分量Ｗ１が所定値ｅ以上か否かを判定する。所定値ｅはゼオライト触媒１４−１が吸収できる最大水分量から決める値であり、例えば安全を見越して最大吸収水分量の５０％とし、この値以上に吸収されたと判断した場合には、水分脱離が必要であると判断し、水分脱離処理を行わせると共にＮＯｘトラップはもう片方のゼオライト触媒１４−２に行わせるため、Ｓ２５でフラグＦＤＳ１＝１にセットする。
【００４７】
Ｓ２１での判定でフラグＦＤＳ１＝１の時は、ゼオライト触媒１４−１に水分脱離処理要求が出ているため、Ｓ２６に進む。
Ｓ２６では、ゼオライト触媒１４−２が水分吸収できるか否か、すなわちフラグＦＤＳ２＝０か否かを判定する。ＦＤＳ２＝０の場合、ゼオライト触媒１４−２に水分が吸収できる、すなわちＮＯｘがトラップできると判断し、ゼオライト触媒１４−２を用いたＮＯｘトラップを行うために、Ｓ２７に進む。
【００４８】
Ｓ２７〜Ｓ３０は、Ｓ２２〜Ｓ２５のプロセスをゼオライト触媒１４−２に適用したものであり、排気切換弁１７を駆動して、排気ガスをゼオライト触媒１４−２へ流し（Ｓ２７）、ゼオライト触媒１４−２に吸収されている水分量Ｗ２を算出し（Ｓ２８）、吸収水分量Ｗ２が所定値ｅ以上となると（Ｓ２９）、水分脱離が必要であると判断し、水分脱離処理を行わせると共にＮＯｘトラップはもう片方のゼオライト触媒１４−１に行わせるため、フラグＦＤＳ２＝１にセットする（Ｓ３０）。
【００４９】
Ｓ２６での判定でＦＤＳ２＝１の場合、すなわちゼオライト触媒１４−２にも水分脱離処理要求が出ている場合には、Ｓ２３に進み、排気切換弁１７を駆動して、排気ガスをゼオライト触媒１４−２へ流し、ゼオライト触媒１４−１の水分脱離処理が完了するのを待つことにする。
次に２個のゼオライト触媒１４−１，１４−２に吸収した水分を交互に脱離処理するフローを図６で説明する。本ルーチンも例えば１sec 毎に実行される。
【００５０】
Ｓ４１，Ｓ４７ではゼオライト触媒１４−１もしくは１４−２のどちらかに脱離処理要求が出ていないか、すなわちフラグＦＤＳ１＝１もしくはＦＤＳ２＝１か否かを判定する。
ゼオライト触媒１４−１に脱離処理要求が出ている場合（ＦＤＳ１＝１の場合）には、Ｓ４２〜Ｓ４６で、ゼオライト触媒１４−２に脱離処理要求が出ている場合（ＦＤＳ２＝１の場合）には、Ｓ４８〜Ｓ５２で、それぞれの脱離処理を行うことになる。
【００５１】
ゼオライト触媒１４−１の脱離処理について説明すると、Ｓ４２ではパワートランジスタ１９−１をＯＮにしてゼオライト触媒１４−１に通電を行い、加熱する。そして、Ｓ４３で排気還流弁２１−１を開弁作動させ、ゼオライト触媒１４−１の後流から排気ガスを還流することで、脱離してきたＮＯｘを含んだガスを吸気に戻し、上流側の排気浄化触媒１３で浄化を行う。
【００５２】
そして、Ｓ４４でタイマｔｋをカウントし、Ｓ４５で所定時間ｆ以上か否かを判定する。所定時間ｆ以上となった場合は、脱離処理が十分行われたと判断し、Ｓ４６でフラグＦＤＳ１を０に戻し、本フローを終了する。
ゼオライト触媒１４−２の脱離処理については、Ｓ４８〜Ｓ５２で、Ｓ４２〜Ｓ４６のプロセスと同様に、ゼオライト触媒１４−２に通電して加熱し（Ｓ４８）、排気還流弁２１−２を開弁作動させ、脱離してきたＮＯｘを含んだガスを吸気に戻し、排気浄化触媒１３で浄化を行い（Ｓ４９）、所定時間ｆ以上経過すると（Ｓ５０，Ｓ５１）、フラグＦＤＳ２を０に戻し（Ｓ５２）、本フローを終了する。
【００５３】
次に第３実施形態について、図７及び図８により説明する。
下流側のゼオライト触媒１４（１４−１，１４−２）の水分脱離手段（水分脱離のための加熱手段）として、第１実施形態では点火時期リタードを、第２実施形態では電気加熱を用いたが、第３実施形態では、上流側の排気浄化触媒１３での触媒燃焼を増加させて、排気温度を上昇させるようにしており、特に図７では図２のタイプに適用している。
【００５４】
図７の構成では、エンジン１での燃焼空燃比をリッチに設定して、エンジン１から排出される未燃燃料（ＣＯ等）を増加させる一方、上流側の排気浄化触媒１３の上流に２次空気供給ポンプ２２から２次空気導入通路２３を介して２次空気を導入することで、未燃燃料と酸素とを上流側の排気浄化触媒１３に与え、上流側の排気浄化触媒１３での触媒燃焼により排気温度を上昇させて、下流側のゼオライト触媒１４を加熱している。
【００５５】
図７の構成での制御を図８のフローチャートにより説明する。図３との違いのみを説明する。
Ｓ１〜Ｓ６は図３のＳ１〜Ｓ６と同じであり、水分脱離処理が必要であると判断された場合、Ｓ６でフラグＦＤＳが１にセットされて、Ｓ６１に進む。
Ｓ６１では、目標空燃比ＴＦＢＹＡに所定分リッチとしたＴＦＢＹＡＲをセットし、空燃比をリッチ化することで、排気ガス中の未燃分（ＣＯ，Ｈ2 ，ＨＣ）を増加させる。
【００５６】
次のＳ６２では、２次空気供給ポンプ２２を作動させて、２次空気を導入し、上流側の排気浄化触媒１３で触媒燃焼を増加させることによって、排気温度を上昇させ、下流側のゼオライト触媒１４を加熱する。
次のＳ６３では、下流側のゼオライト触媒１４の出口側排気温度Ｔout が所定値ｃ以上か否かを判定する。所定値ｃは例えば３００℃とし、これ以上であれば、水分が十分脱離する温度であると判断する。
【００５７】
そして水分が十分脱離する温度に達した後に、Ｓ６４でタイマカウント（ｔ）を行い、Ｓ６５で所定時間ｄ以上になれば、水分脱離が十分行えて、水分脱離処理を終了してもよいと判断し、Ｓ６６でフラグＦＤＳを０に戻して、水分脱離処理を終了する。
尚、上流側の排気浄化触媒１３の触媒燃焼による下流側のゼオライト触媒１４の加熱方法としては、この他、筒内直噴式エンジンにおいて、主燃焼をリーンにし、膨張行程から排気行程に再度燃料を噴射することにより、又は、一部の気筒をリーンにし、その他の気筒をリッチにすることにより、未燃燃料と酸素とを上流側の排気浄化触媒１３に与えることで行ってもよい。
【００５８】
次に第４実施形態について、図９により説明する。
ゼオライト触媒１４の水分脱離手段として、第１実施形態では、ゼオライト触媒１４の加熱と、空燃比のリーン化による水分濃度の低下とを用いたが、第４実施形態では、加熱２次空気によりゼオライト触媒１４の加熱と水分濃度の低下とを行っており、特に図９では図２のタイプに適用している。
【００５９】
すなわち、図９の構成では、下流側のゼオライト触媒１４の上流に２次空気供給ポンプ２４から２次空気を導入する２次空気導入通路２５と、２次空気導入通路２５の途中で２次空気を加熱するヒータ２６とを設けて、加熱２次空気によりゼオライト触媒１４の加熱と水分濃度の低下とで水分脱離を行っている。尚、単に水分濃度を低下させるだけであれば、ヒータ２６を省いてもよい。
【００６０】
次に第５実施形態について、図１０により説明する。
第５実施形態は、乾燥空気により水分の脱離を行わせるものであり、特に図１０では図４のタイプ（下流側のゼオライト触媒を２個備えるもの）に適用している。
図１０に示すように、下流側のゼオライト触媒１４−１、１４−２を２個並列に設けて、ＮＯｘトラップと水分脱離とを交互に行わせるものにおいて、各ゼオライト触媒１４−１，１４−２の上流へ、除湿後の加熱２次空気を導入できるように、２次空気供給ポンプ２７と、該ポンプ２７からの２次空気を除湿するためのクーラ２８と、除湿後の２次空気を加熱するためのヒータ２９と、除湿後の加熱２次空気を各ゼオライト触媒１４−１，１４−２の上流に導入する２次空気導入通路３０−１，３０−２と、各２次空気導入通路３０−１，３０−２を開閉して各ゼオライト触媒１４−１，１４−２に独立して２次空気を導入できるようする電磁弁３１−１，３１−２とを設け、各ゼオライト触媒１４−１，１４−２の水分脱離を行うときに、排気ガスは流さずに、除湿した加熱２次空気によって脱離させる。
【００６１】
この構成の場合、水分脱離後に２次空気加熱用のヒータ２９のみを停止し、低温の２次空気を流し続けることによって、水分脱離後のゼオライト触媒１４−１，１４−２の温度を素早く低下させることができ、次回のＮＯｘトラップまでの時間を短縮することができる。また脱離時間の延長が可能であれば、クーラ２８を設けずに除湿しなくても水分の脱離は可能である。逆にヒータ２９を設けずに除湿した乾燥空気のみを導入することで、水分の脱離をすることも可能である。但しこの場合、非加熱のために水分の脱離処理に時間がかかるため、先の構成のようにヒータ２９を持っている方が望ましい。
【００６２】
次に第６実施形態及び第７実施形態について、図１１及び図１２により説明する。
図４や図１０では、ＮＯｘをトラップするゼオライト触媒１４を複数（１４−１，１４−２）持ち、ＮＯｘトラップと水分脱離とを交互に行わせることにより、常にＮＯｘを浄化できる構成となっているが、このゼオライト触媒１４の上流に排気浄化触媒１３を持ち、暖機後はその上流側の排気浄化触媒１３で排気を浄化する場合は、ＮＯｘをトラップするゼオライト触媒１４を複数持つ必要がなくなる。
【００６３】
この場合は、図１１や図１２に示すように、ＮＯｘをトラップするゼオライト触媒１４をバイパスするバイパス通路３２を持つ構成とするとよく、これにより、排気ガスを流さずに脱離処理を行うことができるため、加熱のための電気等が少量で済むというメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ゼオライト触媒の前後のＮＯｘ濃度及び排気ガス温度を示す図
【図２】 本発明の第１実施形態を示すシステム図
【図３】 第１実施形態のフローチャート
【図４】 本発明の第２実施形態を示すシステム図
【図５】 第２実施形態のフローチャート（その１）
【図６】 第２実施形態のフローチャート（その２）
【図７】 本発明の第３実施形態を示すシステム図
【図８】 第３実施形態のフローチャート
【図９】 本発明の第４実施形態を示すシステム図
【図１０】 本発明の第５実施形態を示すシステム図
【図１１】 本発明の第６実施形態を示すシステム図
【図１２】 本発明の第７実施形態を示すシステム図
【図１３】 エンジン始動後の経過時間に対する各触媒の温度変化を示す図
【図１４】 貴金属をセリア（ＣｅＯ2 ）のみに担持してなるトラップ成分を含有する触媒の前後のＮＯｘ濃度及び排気ガス温度を示す図
【符号の説明】
１ エンジン
２ 吸気通路
３ 電制スロットル弁
４ 燃焼室
５ 燃料噴射弁
６ 点火プラグ
７ ＥＣＵ
８ エアフローメータ
９ アクセルペダルセンサ
１０ クランク角センサ
１１ 水温センサ
１２ 排気通路
１３ 排気浄化触媒
１４，１４−１，１４−２ ゼオライト触媒
１５，１６ 排気温度センサ
１７ 排気切換弁
１８ バッテリ
１９，１９−１，１９−２ パワートランジスタ
２０，２０−１，２０−２ 排気還流通路
２１，２１−１，２１−２ 排気還流弁
２２，２４，２７ ２次空気供給ポンプ
２３，２５，３０，３０−１，３０−２ ２次空気導入通路
２６，２９ ヒータ
２８ クーラ
３１−１，３１−２ 電磁弁
３２ バイパス通路
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来一般的に、内燃機関の排気ガスは三元触媒で浄化する。三元触媒は流入する排気の空燃比が理論空燃比のときにＨＣ，ＣＯ成分の酸化とＮＯｘの還元とを同時に行うものであり、リーン空燃比で運転し燃費を向上させるいわゆるリーンバーンエンジンの排気浄化には適しない。
【０００３】
この場合、流入する排気の空燃比がリーンである場合にＮＯｘをトラップし、流入する排気の空燃比がリッチである場合にトラップしたＮＯｘを放出、浄化処理するリーンＮＯｘトラップ触媒などを用いる。但し、これらの触媒は、機関の始動直後等の低温状態においては未活性の状態であり、触媒作用が十分に行えず、浄化が十分に行えない。
【０００４】
一方、特開平１−１５５９３４号公報には、道路トンネルにおける換気ガスのの浄化（ＮＯｘ除去）のため、ゼオライトの吸着能を使用し、トンネル中に排出されたＮＯｘをゼオライトに吸着、浄化する技術について記載されている。その説明の中で、浄化すべきガスの水分濃度が高い場合には、ＮＯｘの平衡吸着量が低下すると記載されている。これを防止するために、この技術では、ゼオライトにＮＯｘを吸着させる以前に、シリカゲルでＮＯｘを含んだガスを吸着させ乾燥させて、その後ゼオライトに導いている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の技術を、内燃機関の排気浄化装置に適用し、通常の排気浄化触媒が温度上昇し、活性化するまでの期間について、ＮＯｘをトラップさせようとした場合、排気ガス中の水分濃度が高いため、シリカゲル等の吸湿剤が再生後の状態にあったとしても、短時間で水分吸着能が飽和すると考えられる。これを防止するため、シリカゲル等の吸湿剤の容量を拡大することが考えられるが、この場合には容量拡大のために車両搭載性が悪化し、さらに排気圧力損失の増大により燃費悪化を引き起こす等の問題が考えられ、内燃機関の排気浄化装置にシリカゲル等の吸湿剤を用いることは非常に難しい。
【０００６】
本発明は、このような実状を踏まえ、ゼオライトのＮＯｘ吸着能を有効利用できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らの実験において、内燃機関の排気ガス中のＮＯｘをゼオライトでトラップする際には、ガス中の水分も同時にトラップしており、ＮＯｘトラップが飽和する際には、水分のトラップ能も失われることが発見されている。すなわち水分とＮＯｘをほぼ同時にトラップしていることである。高濃度水分が存在する排気ガスに使用しても、９９％以上という非常に高いＮＯｘトラップ率が可能であることも確認されている。
【０００８】
図１は実験結果の概略である。ゼオライトを含有する触媒をゼオライトを乾燥してから使用すると、触媒入口のＮＯｘ濃度に対して触媒出口のＮＯｘ濃度がトラップにより低下している。この期間は水分も吸着しており、触媒入口の排気ガス温度に対して、吸着した水分の凝縮・吸着熱により、触媒出口の排気ガス温度は上昇する。その後、図中のＡ点すなわち水分吸着が飽和になりこれ以上水分が吸着しなくなると、吸着熱が発生しないため、触媒出口の排気ガス温度は低下してくる。また同時にＮＯｘのトラップもできなくなり、触媒出口のＮＯｘ濃度が上昇する。ゼオライトに予め水分を吸着させてから同じ実験を行った結果をあわせて載せているが、この場合のＮＯｘトラップ率はかなり低くなる。また触媒出口の排気ガス温度もあまり上昇しないことが判明している。
図１４は他の実験結果の概略である。貴金属をセリア（ＣｅＯ2 ）のみに担持して粉末触媒を生成し、これを担体にコーティングして得た触媒に、排気ガスを流通させる実験を行ったところ、若干の特性差はあるものの、低温時のＮＯｘトラップに関してゼオライト含有触媒とほぼ同様の機能があることを発見した。
【０００９】
このような実験結果を踏まえ、請求項１に係る発明では、活性温度以上のときに排気ガス中のＮＯｘを浄化もしくはトラップする排気浄化触媒と、貴金属をセリア（ＣｅＯ2 ）のみに担持してなるトラップ成分又はゼオライトを含有し、特定温度以下のときに排気ガス中のＮＯｘをトラップする低温ＮＯｘトラップ触媒と、前記排気浄化触媒から流出した排気ガスを前記低温ＮＯｘトラップ触媒へ導く排気通路と、を備え、前記排気浄化触媒の温度が前記活性温度以下である間、前記低温ＮＯｘトラップ触媒の温度が前記特定温度以下に維持されるよう前記排気通路の長さを設定する一方、前記低温ＮＯｘトラップ触媒に吸収した水分を脱離させる水分脱離手段と、前記低温ＮＯｘトラップ触媒に吸収される水分量を検知する吸収水分量検知手段とを設け、吸収水分量が飽和水分量から決まる所定量に達したときに前記水分脱離手段を作動させることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に係る発明では、貴金属をセリア（ＣｅＯ2 ）のみに担持してなるトラップ成分又はゼオライトを含有し、特定温度以下のときに排気ガス中のＮＯｘをトラップする低温ＮＯｘトラップ触媒と、機関から排出された排気ガスを前記低温ＮＯｘトラップ触媒へ導く排気通路と、を備え、機関が運転されている間、前記低温ＮＯｘトラップ触媒の温度が前記特定温度以下に維持されるよう前記排気通路の長さを設定する一方、前記低温ＮＯｘトラップ触媒に吸収した水分を脱離させる水分脱離手段と、前記低温ＮＯｘトラップ触媒に吸収される水分量を検知する吸収水分量検知手段とを設け、吸収水分量が飽和水分量から決まる所定量に達したときに前記水分脱離手段を作動させることを特徴とする。この場合も、低温ＮＯｘトラップ触媒の上流に、通常の排気浄化触媒を備えていてもよい。
【００１１】
尚、吸収水分量の検知については、水分が吸収される時には吸着熱が発生するため、この熱を測定することで水分の吸着がわかり、排気ガス量、排気ガス温度、排気ガス中の水分濃度（これは空燃比から計算可能）を考慮することで、触媒に吸収される水分量を計算できる。その他の方法として、吸収される水分が飽和に達するまでは、排気ガス中の水分全てが触媒に吸収されるものと仮定し、吸入空気量と空燃比とから水分量を積算計算することも考えられる。
【００１２】
請求項３に係る発明では、排気通路を複数に分岐し、それぞれの通路に前記低温ＮＯｘトラップ触媒を配置して、ＮＯｘトラップと水分脱離とを交互に行わせることを特徴とする。この場合、温度が所定値以下になるまでＮＯｘをトラップできないため、水分脱離後に乾燥空気等を用いて冷却してもよい。
請求項４に係る発明では、前記低温ＮＯｘトラップ触媒をバイパスするバイパス通路を設け、水分脱離時に排気ガスをバイパスさせることを特徴とする。この場合も水分脱離後にバイパスしたまま乾燥空気等を用いて冷却してもよい。
【００１３】
請求項５に係る発明では、前記水分脱離手段は、前記低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱するものであることを特徴とする。
請求項６に係る発明では、前記水分脱離手段は、前記低温ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの水分濃度を低下させるものであることを特徴とする。
請求項７に係る発明では、前記水分脱離手段は、前記低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱すると共に、この触媒に流入する排気ガスの水分濃度を低下させるものであることを特徴とする。
【００１４】
請求項８に係る発明では、前記低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱するため、点火時期を遅角して、排気温度を上昇させることを特徴とする。
請求項９に係る発明では、前記低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱するため、この触媒を電気加熱することを特徴とする。この場合、電気により排気ガスを加熱し、その熱で低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱するようにしてもよいし、担体を電気加熱できる電気加熱触媒に前記トラップ成分又はゼオライトを担持させて、触媒自体を直接加熱するようにしてもよい。
【００１５】
請求項１０に係る発明では、前記低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱するため、この触媒の上流側の排気浄化触媒の触媒燃焼を増加させるように制御して、排気温度を上昇させることを特徴とする。
この場合、筒内直噴式内燃機関では主燃焼をリーンにし、膨張行程から排気行程に再度燃料を噴射することで、上流側の排気浄化触媒での触媒燃焼を増加させてもよいし、機関での燃焼空燃比をリッチにし、上流側の排気浄化触媒に２次空気を導入することで、上流側の排気浄化触媒での触媒燃焼を増加させてもよいし、一部の気筒をリーンにその他の気筒をリッチにすることで、上流側の排気浄化触媒での触媒燃焼を増加させてもよい。
【００１６】
請求項１１に係る発明では、前記低温ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの水分濃度を低下させるため、空燃比をリーン化することを特徴とする。
請求項１２に係る発明では、前記低温ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの水分濃度を低下させるため、前記低温ＮＯｘトラップ触媒の上流側に２次空気（望ましくは乾燥２次空気）を導入することを特徴とする。
【００１７】
請求項１３に係る発明では、前記低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱すると共に、この触媒に流入する排気ガスの水分濃度を低下させるため、前記低温ＮＯｘトラップ触媒の上流側に加熱２次空気（望ましくは乾燥加熱２次空気）を導入することを特徴とする。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、排気浄化触媒の温度が活性温度以下である間（例えば、機関始動後から排気浄化触媒が活性温度に達するまでの間や極低負荷運転が長時間継続されて排気浄化触媒の温度が活性温度より低くなってしまったとき）に機関から排出されるＮＯｘを低温ＮＯｘトラップ触媒でトラップするので、機関運転中の全期間に渡りＮＯｘの大気放出量を低減することができる。
【００２０】
請求項２に係る発明によれば、機関運転中の排出ＮＯｘを常に低温ＮＯｘトラップ触媒でトラップするので、機関運転中の全期間に渡りＮＯｘの大気放出量を低減することができる。
【００２１】
また、請求項１、２に係る発明によれば、低温ＮＯｘトラップ触媒に吸収した水分を脱離させる水分脱離手段を持つことで、低温ＮＯｘトラップ触媒を確実に再生することができる。
また、請求項１、２に係る発明によれば、低温ＮＯｘトラップ触媒に吸収される水分量を検知（推定）し、吸収水分量が飽和水分量から決まる所定量に達したときに水分脱離を行わせることで、低温ＮＯｘトラップ触媒を再度水分を吸収できる状態に速やかに再生し、連続的なＮＯｘのトラップを可能とすることができる。
【００２２】
請求項３に係る発明によれば、排気通路を複数に分岐し、それぞれの通路に低温ＮＯｘトラップ触媒を設け、ＮＯｘトラップと水分脱離（再生）とを交互に行わせることにより、ＮＯｘを連続的にトラップすることができる。
請求項４に係る発明によれば、低温ＮＯｘトラップ触媒をバイパスするバイパス通路を設け、水分脱離（再生）時に排気ガスをバイパスさせることにより、水分脱離時に排気ガスへの熱の逃げがなくなり、効率良く水分脱離を行うことができる。特に、水分脱離を電気加熱で行う場合は排気ガスへの熱の逃げがなくなることで消費電力を低減できる。
【００２３】
請求項５に係る発明によれば、水分脱離に際し、低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱（所定温度以上、所定時間以上）することで、水分脱離を確実に行うことができる。
請求項６に係る発明によれば、水分脱離に際し、低温ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの水分濃度を低下させることで、水分脱離を確実に行うことができる。
【００２４】
請求項７に係る発明によれば、水分脱離に際し、低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱すると共に、この触媒に流入する排気ガスの水分濃度を低下させることで、より早く、より脱離量を増加させて、水分脱離を確実に行うことができる。
請求項８に係る発明によれば、点火時期を遅角して、排気温度を上昇させることで、低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱し、加熱のための追加装置を設けることなく、水分脱離を確実に行うことができる。
【００２５】
請求項９に係る発明によれば、低温ＮＯｘトラップ触媒を電気加熱することで、機関の運転性能へ影響を与えることなく、水分脱離を確実に行うことができる。
請求項１０に係る発明によれば、上流側の排気浄化触媒の触媒燃焼を増加させるように制御して、排気温度を上昇させることで、下流側の低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱し、水分脱離を確実に行うことができる。
【００２６】
請求項１１に係る発明によれば、空燃比をリーン化することで、低温ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの水分濃度を低下させ、水分脱離を確実に行うことができる。
請求項１２に係る発明によれば、低温ＮＯｘトラップ触媒の上流側に２次空気（特に乾燥２次空気）を導入することで、低温ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの水分濃度を低下させ、水分脱離を確実に行うことができる。
【００２７】
請求項１３に係る発明によれば、低温ＮＯｘトラップ触媒の上流側に加熱２次空気（特に乾燥加熱２次空気）を導入することで、低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱すると共に、この触媒に流入する排気ガスの水分濃度を低下させ、より早く、より脱離量を増加させて、水分脱離を確実に行うことができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図２は本発明の第１実施形態を示す内燃機関（以下エンジンという）のシステム図である。
エンジン１の吸気通路２には吸入空気量を制御する電制スロットル弁３が設置され、エンジン１の燃焼室４には燃料噴射弁５と点火プラグ６とが設置されており、これらはエンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵという）７により駆動される。但し、燃料噴射弁５は吸気通路２（吸気ポート）に設置してもよい。
【００３０】
ＥＣＵ７には、吸気通路２の電制スロットル弁３上流に設けたエアフローメータ８により検出される吸入空気量Ｑａの他、アクセルペダルセンサ９により検出されるアクセル開度Ａpo、クランク角センサ１０により検出されるエンジン回転数Ｎｅ、水温センサ１１により検出されるエンジン冷却水温Ｔｗなどが入力されている。
【００３１】
ＥＣＵ７では、アクセル開度Ａpo、エンジン回転数Ｎｅ、エンジン冷却水温Ｔｗより、エンジン１の要求トルクＴＴを算出し、これに必要な空気量を得るために電制スロットル弁３を駆動する。また、実際の吸入空気量Ｑａ、エンジン回転数Ｎｅ、更に要求トルクＴＴより、燃料噴射量（燃料噴射パルス幅）及び燃料噴射時期を算出し、これらに基づいて燃料噴射弁５を駆動する。また、エンジン回転数Ｎｅ及び要求トルクＴＴに基づいて点火プラグ６の点火時期を制御する。
【００３２】
エンジン１の排気通路１２には、上流側に排気浄化触媒１３が設けられ、下流側には低温ＮＯｘトラップ触媒としてゼオライトを含有する触媒（以下ゼオライト触媒という）１４が設けられている。下流側のゼオライト触媒１４の入口側と出口側にはそれぞれ排気温度センサ１５，１６が設置されている。
上流側の排気浄化触媒１３は、例えば、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ等の貴金属を少なくとも１成分担持したアルミナをハニカム担体にコーティングした三元触媒であり、排気ガスが理論空燃比の時にはＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘを同時に浄化し、空燃比がリーンの時にはＨＣ，ＣＯを酸化反応で浄化する特性を有するものである。
【００３３】
下流側のゼオライト触媒１４は、低温（特定温度以下）でＮＯｘをトラップ可能なゼオライト（例えばβ−ゼオライト、Ａ型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、Ｘ型ゼオライト、ＺＳＭ−５、ＵＳＹ、モルデナイト、フェリエライト）をハニカム担体にコーティングし、その上から更に白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ等の貴金属を少なくとも１成分担持したアルミナをコーティングしたものであり、触媒温度が低い時には水分の吸着と同時にＮＯｘをトラップし、更にＨＣも吸着することができ、触媒温度が活性温度以上に達すると排気浄化触媒１３と同様の触媒作用により排気ガスを浄化する特性を有するものである。
【００３４】
本実施形態では、上流側の排気浄化触媒１３の温度が活性温度（例えば２５０〜３５０℃）以下である間、ゼオライト触媒１４の温度が特定温度（ＮＯｘをトラップできる上限温度、例えば２００℃）以下に維持されるように排気浄化触媒１３とゼオライト触媒１４との間の排気通路の長さを設定してある。
図１３はエンジン始動後の経過時間に対する各触媒の温度変化を示した図であり、太実線は排気浄化触媒１３の、細実線はゼオライト触媒１４の温度変化を示している。この場合、ゼオライト触媒１４のＮＯｘトラップ可能期間と排気浄化触媒１３の排気浄化可能期間とが重なりをもって連続している。排気系の温度が低下する場合（例えば、極低温の環境下で極低負荷運転が長時間継続される場合等）も同様に、排気浄化触媒１３の温度が活性温度より低くなる前にゼオライト触媒１４の温度が特定温度以下となるようにしてある（図示略）。このような設定により、エンジン運転中の全期間に渡りＮＯｘの大気放出量を低減することができる。
これに対し、排気浄化触媒１３とゼオライト触媒１４との間の排気通路の長さを短くすると、排気通路における温度低下幅が小さくなり、排気浄化触媒１３が活性温度に達する前にゼオライト触媒１４の温度が特定温度を超えてしまうようになる（図中の破線）。このようなことがないように実験やシミュレーションを行って両触媒間の排気通路長さを決定する必要がある。
【００３５】
尚、上流側の排気浄化触媒１３として、リーンＮＯｘトラップ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒若しくはＨＣ吸着触媒などを用いてもよい。あるいは、これらの触媒を上流側の排気浄化触媒１３と下流側のゼオライト触媒１４との間に配置してもよい。その他に、下流側のゼオライト触媒１４にバリウムＢａ、セシウムＣｓ等のＮＯｘトラップ材等を混合することによって、リーンＮＯｘトラップ機能等を持たせることとしてもよい。
また、下流側に配置する触媒（低温ＮＯｘトラップ触媒）としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、及びその他の貴金属の群から選択される一種類又は二種類以上の貴金属をセリア（ＣｅＯ2 ）のみに担持してなるトラップ成分を含有する触媒を使用してもよい。このような触媒は、粉末状にした前記トラップ成分をハニカム担体に直接コーティングしたり、ハニカム担体に施したアルミナ等のウォッシュコート上に前記トラップ成分をコーティングしたり、前記トラップ成分をアルミナ等と混合したものをハニカム担体にコーティングしたりして得ることができる。
【００３６】
次に第１実施形態での制御を図３のフローチャートにより説明する。本ルーチンは例えば１sec 毎に実行されるものである。
Ｓ１では、水分脱離処理要求フラグＦＤＳが０であるか否かを判定する。ＦＤＳは、ゼオライト触媒１４に所定値以上の水分が吸収されて水分脱離が必要と判定された場合にＦＤＳ＝１にセットされるものである。
【００３７】
ＦＤＳ＝０の場合は、Ｓ２に進み、エアフローメータ８の出力から吸入空気量Ｑａを、排気温度センサ１５，１６の出力からゼオライト触媒１４の入口側排気温度Ｔin及び出口側排気温度Ｔout を検出する。
次のＳ３では、ゼオライト触媒１４の入口側排気温度Ｔinが所定値ａより低いか否かを判定する。所定値ａは例えば排気ガスの露点（約６０℃）とし、入口側排気温度Ｔinが所定値ａよりも低い場合は、ゼオライト触媒１４に水分が吸収されると判断して、吸収水分量Ｗの計算のため、Ｓ４に進む。もしも入口側排気温度Ｔinが所定値ａ以上の場合は、水分吸収が行われないと判断し、本フローを終了する。
【００３８】
Ｓ４では、下記（１）式を用いて吸収水分量Ｗ［ｇ］を算出する（この部分が吸収水分量検知手段に相当する）。
Ｗ＝［（Ｔout −Ｔin）×（Ｑｅ×Ｍex＋Ｍcat ）］／Ｍｋ・・・（１）
但し、Ｑｅ［ｇ／ｓ］は排気ガスの質量流量であり、簡易的には吸入空気の質量流量Ｑａ［ｇ／ｓ］で代用可能である。単位時間当たりの燃料噴射量［ｇ／ｓ］をＱａに加算してＱｅを求めるようにすればなおよい。Ｍex［（cal ／Ｋ）／ｇ］は排気ガスの単位質量当たりの熱容量であり、排気ガスの組成すなわち空燃比に応じて決定した値を使用する。簡易的にはＭexを固定値としてもよい。Ｍcat ［cal ／Ｋ］はゼオライト触媒１４の熱容量であり、触媒のサイズから定まる定数である。Ｍｋ［cal ／ｇ］は単位質量当たりの水分の凝縮・吸着熱である。次のＳ５では、吸収水分量Ｗが所定値ｂ以上か否かを判定する。所定値ｂはゼオライト触媒１４が最大に吸収できる水分量から決める値であり、例えば最大吸収水分量の９０％とし、この値以上に吸収されたと判断した場合には、水分脱離が必要であると判断し、Ｓ６でフラグＦＤＳ＝１にセットして水分脱離が必要であることを記憶した後、Ｓ７〜Ｓ１０で水分脱離処理を行う（この部分が水分脱離手段に相当する）。
【００３９】
本実施形態の場合、ゼオライト触媒１４の上流には排気浄化触媒１３があり、この排気浄化触媒１３の未活性時に、ゼオライト触媒１４が低温状態でＮＯｘをトラップし、水分吸収と共にＮＯｘをトラップできなくなる前に、排気浄化触媒１３が活性して、これにより排気を浄化する構成となる。
Ｓ７では、水分脱離処理のため、点火時期ＡＤＶを通常のＡＤＶから所定ｒ分遅角し、排気温度を上昇させる。所定ｒ分遅角する代わりに、通常のＡＤＶよりも遅角している固定した点火時期に設定してもよい。
【００４０】
次のＳ８では、出口側排気温度Ｔout が所定値ｃ以上か否かを判定する。所定値ｃは例えば３００℃とし、これ以上であれば、水分が充分脱離する温度であると判断する。また本温度上昇の間に、トラップしていたＮＯｘも脱離し、ゼオライト層の上層部にある触媒によって浄化される。
出口側排気温度Ｔout が所定値ｃ以上となった場合、すなわち水分が充分脱離する温度に達した後は、Ｓ９でタイマカウント（ｔ）を行い、Ｓ１０で目標空燃比ＴＦＢＹＡを通常のＴＦＢＹＡよりもリーンとなるＴＦＢＹＡＬに設定して、空燃比をリーン化する。リーンとすることで、排気ガス中の水分濃度が低下し、より早く、より多くの水分をゼオライト触媒１４より脱離することが可能となる。リーン側の固定した空燃比ＴＦＢＹＡＬに設定する代わりに、目標空燃比ＴＦＢＹＡを通常のＴＦＢＹＡから所定Ｌ分リーンに設定してもよい。
【００４１】
Ｓ１１でタイマカウント値ｔが所定時間ｄ以上になれば、水分脱離が十分行えて、水分脱離処理を終了してもよいと判断し、Ｓ１２でフラグＦＤＳを０に戻して、水分脱離処理を終了する。
次に第２実施形態について、図４〜図６を用いて説明する。
図４は第２実施形態を示すエンジンのシステム図であり、図２との違いのみを説明する。
【００４２】
第２実施形態では、上流側の排気浄化触媒１３の未活性時のみならず、エンジン１が運転されている間中、常に、ゼオライト触媒１４の温度が特定温度以下に維持されるよう排気通路の長さを設定してある。すなわち、エンジン１の暖機が完了した後、エンジン１を最大負荷で運転しても、ゼオライト触媒１４の温度が特定温度を超えることはない（図１３の一点鎖線）。
また、２個のゼオライト触媒１４−１，１４−２を用いて、これらを並列に配置し、いずれか一方に排気ガスを流すことができるように、上流側の分岐部に排気切換弁１７を設ける。この排気切換弁１７はＥＣＵ７により制御される。
【００４３】
また、各ゼオライト触媒１４−１，１４−２は電気によって加熱することができる触媒担体を用いており、バッテリ１８からの供給電流がそれぞれパワートランジスタ１９−１，１９−２によってＯＮ・ＯＦＦ制御される。これらのパワートランジスタ１９−１，１９−２もＥＣＵ７により制御される。
また、各ゼオライト触媒１４−１，１４−２において電気加熱によって水分とＮＯｘの脱離を行うのであるが、脱離したＮＯｘの一部を上流側の排気浄化触媒１３で浄化するために、各ゼオライト触媒１４−１，１４−２の下流側から排気ガスを排気還流通路２０−１，２０−２により吸気通路２（吸気マニホールド）に還流させる。その流量を制御するために、排気還流弁２１−１，２１−２を持ち、これらもＥＣＵ７により制御される。
【００４４】
次に第２実施形態での制御を図５及び図６のフローチャートで説明する。
先ず水分吸収によるＮＯｘトラップを２個のゼオライト触媒１４−１，１４−２に交互に行わせるフローを図５で説明する。本ルーチンは例えば１sec 毎に実行される。
Ｓ２１では、ゼオライト触媒１４−１が水分吸収できるか否か、すなわちフラグＦＤＳ１＝０か否かを判定する。ＦＤＳ１＝０の場合、ゼオライト触媒１４−１に水分が吸収できる、すなわちＮＯｘがトラップできると判断し、ゼオライト触媒１４−１を用いたＮＯｘトラップを行うために、Ｓ２２に進む。
【００４５】
Ｓ２２では、排気切換弁１７を駆動して、排気ガスをゼオライト触媒１４−１へ流す。
次のＳ２３では、ゼオライト触媒１４−１に吸収されている水分量Ｗ１を算出する。ここでは、ゼオライト触媒１４−１の入口排気温度が常に排気ガスの露点より低く、流入した排気ガス中の水分が全てゼオライト触媒１４−１に吸収されているとみなし、排気ガス量と水分濃度とから、より具体的には、排気ガス量を吸入空気量Ｑａと同等とみなし、更に空燃比（例えば目標空燃比ＴＦＢＹＡ）から予めマップ等で水分濃度を知ることができることから、ＱａとＴＦＢＹＡとから、吸収水分量Ｗ１を計算する。
【００４６】
次のＳ２４では、吸収水分量Ｗ１が所定値ｅ以上か否かを判定する。所定値ｅはゼオライト触媒１４−１が吸収できる最大水分量から決める値であり、例えば安全を見越して最大吸収水分量の５０％とし、この値以上に吸収されたと判断した場合には、水分脱離が必要であると判断し、水分脱離処理を行わせると共にＮＯｘトラップはもう片方のゼオライト触媒１４−２に行わせるため、Ｓ２５でフラグＦＤＳ１＝１にセットする。
【００４７】
Ｓ２１での判定でフラグＦＤＳ１＝１の時は、ゼオライト触媒１４−１に水分脱離処理要求が出ているため、Ｓ２６に進む。
Ｓ２６では、ゼオライト触媒１４−２が水分吸収できるか否か、すなわちフラグＦＤＳ２＝０か否かを判定する。ＦＤＳ２＝０の場合、ゼオライト触媒１４−２に水分が吸収できる、すなわちＮＯｘがトラップできると判断し、ゼオライト触媒１４−２を用いたＮＯｘトラップを行うために、Ｓ２７に進む。
【００４８】
Ｓ２７〜Ｓ３０は、Ｓ２２〜Ｓ２５のプロセスをゼオライト触媒１４−２に適用したものであり、排気切換弁１７を駆動して、排気ガスをゼオライト触媒１４−２へ流し（Ｓ２７）、ゼオライト触媒１４−２に吸収されている水分量Ｗ２を算出し（Ｓ２８）、吸収水分量Ｗ２が所定値ｅ以上となると（Ｓ２９）、水分脱離が必要であると判断し、水分脱離処理を行わせると共にＮＯｘトラップはもう片方のゼオライト触媒１４−１に行わせるため、フラグＦＤＳ２＝１にセットする（Ｓ３０）。
【００４９】
Ｓ２６での判定でＦＤＳ２＝１の場合、すなわちゼオライト触媒１４−２にも水分脱離処理要求が出ている場合には、Ｓ２３に進み、排気切換弁１７を駆動して、排気ガスをゼオライト触媒１４−２へ流し、ゼオライト触媒１４−１の水分脱離処理が完了するのを待つことにする。
次に２個のゼオライト触媒１４−１，１４−２に吸収した水分を交互に脱離処理するフローを図６で説明する。本ルーチンも例えば１sec 毎に実行される。
【００５０】
Ｓ４１，Ｓ４７ではゼオライト触媒１４−１もしくは１４−２のどちらかに脱離処理要求が出ていないか、すなわちフラグＦＤＳ１＝１もしくはＦＤＳ２＝１か否かを判定する。
ゼオライト触媒１４−１に脱離処理要求が出ている場合（ＦＤＳ１＝１の場合）には、Ｓ４２〜Ｓ４６で、ゼオライト触媒１４−２に脱離処理要求が出ている場合（ＦＤＳ２＝１の場合）には、Ｓ４８〜Ｓ５２で、それぞれの脱離処理を行うことになる。
【００５１】
ゼオライト触媒１４−１の脱離処理について説明すると、Ｓ４２ではパワートランジスタ１９−１をＯＮにしてゼオライト触媒１４−１に通電を行い、加熱する。そして、Ｓ４３で排気還流弁２１−１を開弁作動させ、ゼオライト触媒１４−１の後流から排気ガスを還流することで、脱離してきたＮＯｘを含んだガスを吸気に戻し、上流側の排気浄化触媒１３で浄化を行う。
【００５２】
そして、Ｓ４４でタイマｔｋをカウントし、Ｓ４５で所定時間ｆ以上か否かを判定する。所定時間ｆ以上となった場合は、脱離処理が十分行われたと判断し、Ｓ４６でフラグＦＤＳ１を０に戻し、本フローを終了する。
ゼオライト触媒１４−２の脱離処理については、Ｓ４８〜Ｓ５２で、Ｓ４２〜Ｓ４６のプロセスと同様に、ゼオライト触媒１４−２に通電して加熱し（Ｓ４８）、排気還流弁２１−２を開弁作動させ、脱離してきたＮＯｘを含んだガスを吸気に戻し、排気浄化触媒１３で浄化を行い（Ｓ４９）、所定時間ｆ以上経過すると（Ｓ５０，Ｓ５１）、フラグＦＤＳ２を０に戻し（Ｓ５２）、本フローを終了する。
【００５３】
次に第３実施形態について、図７及び図８により説明する。
下流側のゼオライト触媒１４（１４−１，１４−２）の水分脱離手段（水分脱離のための加熱手段）として、第１実施形態では点火時期リタードを、第２実施形態では電気加熱を用いたが、第３実施形態では、上流側の排気浄化触媒１３での触媒燃焼を増加させて、排気温度を上昇させるようにしており、特に図７では図２のタイプに適用している。
【００５４】
図７の構成では、エンジン１での燃焼空燃比をリッチに設定して、エンジン１から排出される未燃燃料（ＣＯ等）を増加させる一方、上流側の排気浄化触媒１３の上流に２次空気供給ポンプ２２から２次空気導入通路２３を介して２次空気を導入することで、未燃燃料と酸素とを上流側の排気浄化触媒１３に与え、上流側の排気浄化触媒１３での触媒燃焼により排気温度を上昇させて、下流側のゼオライト触媒１４を加熱している。
【００５５】
図７の構成での制御を図８のフローチャートにより説明する。図３との違いのみを説明する。
Ｓ１〜Ｓ６は図３のＳ１〜Ｓ６と同じであり、水分脱離処理が必要であると判断された場合、Ｓ６でフラグＦＤＳが１にセットされて、Ｓ６１に進む。
Ｓ６１では、目標空燃比ＴＦＢＹＡに所定分リッチとしたＴＦＢＹＡＲをセットし、空燃比をリッチ化することで、排気ガス中の未燃分（ＣＯ，Ｈ2 ，ＨＣ）を増加させる。
【００５６】
次のＳ６２では、２次空気供給ポンプ２２を作動させて、２次空気を導入し、上流側の排気浄化触媒１３で触媒燃焼を増加させることによって、排気温度を上昇させ、下流側のゼオライト触媒１４を加熱する。
次のＳ６３では、下流側のゼオライト触媒１４の出口側排気温度Ｔout が所定値ｃ以上か否かを判定する。所定値ｃは例えば３００℃とし、これ以上であれば、水分が十分脱離する温度であると判断する。
【００５７】
そして水分が十分脱離する温度に達した後に、Ｓ６４でタイマカウント（ｔ）を行い、Ｓ６５で所定時間ｄ以上になれば、水分脱離が十分行えて、水分脱離処理を終了してもよいと判断し、Ｓ６６でフラグＦＤＳを０に戻して、水分脱離処理を終了する。
尚、上流側の排気浄化触媒１３の触媒燃焼による下流側のゼオライト触媒１４の加熱方法としては、この他、筒内直噴式エンジンにおいて、主燃焼をリーンにし、膨張行程から排気行程に再度燃料を噴射することにより、又は、一部の気筒をリーンにし、その他の気筒をリッチにすることにより、未燃燃料と酸素とを上流側の排気浄化触媒１３に与えることで行ってもよい。
【００５８】
次に第４実施形態について、図９により説明する。
ゼオライト触媒１４の水分脱離手段として、第１実施形態では、ゼオライト触媒１４の加熱と、空燃比のリーン化による水分濃度の低下とを用いたが、第４実施形態では、加熱２次空気によりゼオライト触媒１４の加熱と水分濃度の低下とを行っており、特に図９では図２のタイプに適用している。
【００５９】
すなわち、図９の構成では、下流側のゼオライト触媒１４の上流に２次空気供給ポンプ２４から２次空気を導入する２次空気導入通路２５と、２次空気導入通路２５の途中で２次空気を加熱するヒータ２６とを設けて、加熱２次空気によりゼオライト触媒１４の加熱と水分濃度の低下とで水分脱離を行っている。尚、単に水分濃度を低下させるだけであれば、ヒータ２６を省いてもよい。
【００６０】
次に第５実施形態について、図１０により説明する。
第５実施形態は、乾燥空気により水分の脱離を行わせるものであり、特に図１０では図４のタイプ（下流側のゼオライト触媒を２個備えるもの）に適用している。
図１０に示すように、下流側のゼオライト触媒１４−１、１４−２を２個並列に設けて、ＮＯｘトラップと水分脱離とを交互に行わせるものにおいて、各ゼオライト触媒１４−１，１４−２の上流へ、除湿後の加熱２次空気を導入できるように、２次空気供給ポンプ２７と、該ポンプ２７からの２次空気を除湿するためのクーラ２８と、除湿後の２次空気を加熱するためのヒータ２９と、除湿後の加熱２次空気を各ゼオライト触媒１４−１，１４−２の上流に導入する２次空気導入通路３０−１，３０−２と、各２次空気導入通路３０−１，３０−２を開閉して各ゼオライト触媒１４−１，１４−２に独立して２次空気を導入できるようする電磁弁３１−１，３１−２とを設け、各ゼオライト触媒１４−１，１４−２の水分脱離を行うときに、排気ガスは流さずに、除湿した加熱２次空気によって脱離させる。
【００６１】
この構成の場合、水分脱離後に２次空気加熱用のヒータ２９のみを停止し、低温の２次空気を流し続けることによって、水分脱離後のゼオライト触媒１４−１，１４−２の温度を素早く低下させることができ、次回のＮＯｘトラップまでの時間を短縮することができる。また脱離時間の延長が可能であれば、クーラ２８を設けずに除湿しなくても水分の脱離は可能である。逆にヒータ２９を設けずに除湿した乾燥空気のみを導入することで、水分の脱離をすることも可能である。但しこの場合、非加熱のために水分の脱離処理に時間がかかるため、先の構成のようにヒータ２９を持っている方が望ましい。
【００６２】
次に第６実施形態及び第７実施形態について、図１１及び図１２により説明する。
図４や図１０では、ＮＯｘをトラップするゼオライト触媒１４を複数（１４−１，１４−２）持ち、ＮＯｘトラップと水分脱離とを交互に行わせることにより、常にＮＯｘを浄化できる構成となっているが、このゼオライト触媒１４の上流に排気浄化触媒１３を持ち、暖機後はその上流側の排気浄化触媒１３で排気を浄化する場合は、ＮＯｘをトラップするゼオライト触媒１４を複数持つ必要がなくなる。
【００６３】
この場合は、図１１や図１２に示すように、ＮＯｘをトラップするゼオライト触媒１４をバイパスするバイパス通路３２を持つ構成とするとよく、これにより、排気ガスを流さずに脱離処理を行うことができるため、加熱のための電気等が少量で済むというメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ゼオライト触媒の前後のＮＯｘ濃度及び排気ガス温度を示す図
【図２】 本発明の第１実施形態を示すシステム図
【図３】 第１実施形態のフローチャート
【図４】 本発明の第２実施形態を示すシステム図
【図５】 第２実施形態のフローチャート（その１）
【図６】 第２実施形態のフローチャート（その２）
【図７】 本発明の第３実施形態を示すシステム図
【図８】 第３実施形態のフローチャート
【図９】 本発明の第４実施形態を示すシステム図
【図１０】 本発明の第５実施形態を示すシステム図
【図１１】 本発明の第６実施形態を示すシステム図
【図１２】 本発明の第７実施形態を示すシステム図
【図１３】 エンジン始動後の経過時間に対する各触媒の温度変化を示す図
【図１４】 貴金属をセリア（ＣｅＯ2 ）のみに担持してなるトラップ成分を含有する触媒の前後のＮＯｘ濃度及び排気ガス温度を示す図
【符号の説明】
１ エンジン
２ 吸気通路
３ 電制スロットル弁
４ 燃焼室
５ 燃料噴射弁
６ 点火プラグ
７ ＥＣＵ
８ エアフローメータ
９ アクセルペダルセンサ
１０ クランク角センサ
１１ 水温センサ
１２ 排気通路
１３ 排気浄化触媒
１４，１４−１，１４−２ ゼオライト触媒
１５，１６ 排気温度センサ
１７ 排気切換弁
１８ バッテリ
１９，１９−１，１９−２ パワートランジスタ
２０，２０−１，２０−２ 排気還流通路
２１，２１−１，２１−２ 排気還流弁
２２，２４，２７ ２次空気供給ポンプ
２３，２５，３０，３０−１，３０−２ ２次空気導入通路
２６，２９ ヒータ
２８ クーラ
３１−１，３１−２ 電磁弁
３２ バイパス通路
Claims (13)
- 活性温度以上のときに排気ガス中のＮＯｘを浄化もしくはトラップする排気浄化触媒と、
貴金属をセリア（ＣｅＯ2 ）のみに担持してなるトラップ成分又はゼオライトを含有し、特定温度以下のときに排気ガス中のＮＯｘをトラップする低温ＮＯｘトラップ触媒と、
前記排気浄化触媒から流出した排気ガスを前記低温ＮＯｘトラップ触媒へ導く排気通路と、を備え、
前記排気浄化触媒の温度が前記活性温度以下である間、前記低温ＮＯｘトラップ触媒の温度が前記特定温度以下に維持されるよう前記排気通路の長さを設定する一方、
前記低温ＮＯｘトラップ触媒に吸収した水分を脱離させる水分脱離手段と、前記低温ＮＯｘトラップ触媒に吸収される水分量を検知する吸収水分量検知手段とを設け、吸収水分量が飽和水分量から決まる所定量に達したときに前記水分脱離手段を作動させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 貴金属をセリア（ＣｅＯ2 ）のみに担持してなるトラップ成分又はゼオライトを含有し、特定温度以下のときに排気ガス中のＮＯｘをトラップする低温ＮＯｘトラップ触媒と、
機関から排出された排気ガスを前記低温ＮＯｘトラップ触媒へ導く排気通路と、を備え、
機関が運転されている間、前記低温ＮＯｘトラップ触媒の温度が前記特定温度以下に維持されるよう前記排気通路の長さを設定する一方、
前記低温ＮＯｘトラップ触媒に吸収した水分を脱離させる水分脱離手段と、前記低温ＮＯｘトラップ触媒に吸収される水分量を検知する吸収水分量検知手段とを設け、吸収水分量が飽和水分量から決まる所定量に達したときに前記水分脱離手段を作動させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 排気通路を複数に分岐し、それぞれの通路に前記低温ＮＯｘトラップ触媒を配置して、ＮＯｘトラップと水分脱離とを交互に行わせることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記低温ＮＯｘトラップ触媒をバイパスするバイパス通路を設け、水分脱離時に排気ガスをバイパスさせることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記水分脱離手段は、前記低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱するものであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記水分脱離手段は、前記低温ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの水分濃度を低下させるものであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記水分脱離手段は、前記低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱すると共に、この触媒に流入する排気ガスの水分濃度を低下させるものであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱するため、点火時期を遅角して、排気温度を上昇させることを特徴とする請求項５又は請求項７記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱するため、この触媒を電気加熱することを特徴とする請求項５又は請求項７記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱するため、この触媒の上流側の排気浄化触媒の触媒燃焼を増加させるように制御して、排気温度を上昇させることを特徴とする請求項５又は請求項７記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記低温ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの水分濃度を低下させるため、空燃比をリーン化することを特徴とする請求項６又は請求項７記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記低温ＮＯｘトラップ触媒に流入する排気ガスの水分濃度を低下させるため、前記低温ＮＯｘトラップ触媒の上流側に２次空気を導入することを特徴とする請求項６又は請求項７記載の内燃機関の排気浄化装置。
- 前記低温ＮＯｘトラップ触媒を加熱すると共に、この触媒に流入する排気ガスの水分濃度を低下させるため、前記低温ＮＯｘトラップ触媒の上流側に加熱２次空気を導入することを特徴とする請求項７記載の内燃機関の排気浄化装置。
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