JP2015206274A - 内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関より排出される排気ガス中の浄化対象成分に対する浄化能力を向上できて、一時的に高い濃度の浄化対象成分が大気中へ排出されることを防止できる内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供する。
【解決手段】排気ガス浄化装置１２の下流側の排気ガスＧを吸着装置２０を経由せずに排気通路１１に流す第１状態と吸着装置２０を経由して排気通路１１に流す第２状態に切り替える第１切替機構２１とを設けるとともに、排気ガス浄化装置１２の上流側の排気ガスＧの流れを吸着装置２０を経由せずに排気ガス浄化装置１２に流す第３状態と吸着装置２０を経由して排気ガス浄化装置１２に流す第４状態に切り替える第２切替機構２２とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関より排出される排気ガス中の浄化対象成分に対する浄化能力を向上できて、一時的に高い濃度の浄化対象成分が大気中へ排出されることを防止できる内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法に関する。

ディーゼルエンジン（内燃機関）を搭載したトラック等の車両では、酸化触媒装置（ＤＯＣ）、微粒子捕集装置（ＤＰＤ）、尿素系の選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）、アンモニアスリップ触媒装置（ＡＳＣ）等を組み合わせた排気ガス浄化装置により、エンジンより排出される排気ガスに含有される窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）等の浄化対象成分を浄化している。

しかしながら、車両の発進時等のエンジンの暖機が不十分な期間（いわゆる低温始動時）では、排気ガス浄化装置に備えた酸化触媒装置や選択還元型触媒装置といった排気ガス浄化装置の触媒が十分に活性されていないとき（第１の状況）や、微粒子捕集装置の再生時に煤（Ｓｏｏｔ）燃焼で生じた炭化水素や一酸化炭素が高濃度で排出され、アンモニアスリップ触媒装置により十分に浄化しきれないとき（第２の状況）や、還元剤となるアンモニア（ＮＨ₃）を供給して選択還元型触媒装置でＮＯｘを浄化している最中に、余剰のアンモニアがアンモニアスリップ触媒装置でも十分に浄化されないとき（第３の状況）などでは、浄化対象成分が一時的に高い濃度で大気中に排出される場合が生じる可能性があるという問題がある。日本や欧米での排気ガス規制が強化される中では、この問題を克服することが必要になっている。

これらの三つの状況に対して、これまでにいくつかの解決手段が提案されてきている。例えば、第１の状況に対しては、将来的にも有望なものとして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ）等のリーンＮＯｘ低減触媒（ＬＮＴ）やＨＣトラップ装置等のような装置を付加した排気ガス浄化システムが提案されていたり、第２の状況や第３の状況に対しては、貴金属を担持させたアンモニアスリップ触媒装置で対応したりすることが提案されている。

しかしながら、このアンモニアスリップ触媒装置による対応では、一時的に浄化対象成分が高濃度で排出される場合には十分な浄化ができない懸念があり、また、高濃度排出に対しても十分な浄化が可能なまでに浄化性能を向上させようとすると、アンモニアスリップ触媒装置に貴金属を多量に担持させる必要があることから高価格になるという問題がある。上記のいずれの装置を使用した場合にも、これらの３つの状況に対して、総合的かつ低コストとなる解決手段は未だ提案されていない。

これに関連して、排気通路に上流側から順に、ＤＯＣ、上流側ＮＯｘ触媒、ＤＰＦ，活性化温度の低い下流側ＮＯｘ触媒を直列に配置し、下流側ＮＯｘ触媒を迂回するバイパス通路を設けたバイパス構造において、バイパス通路の下流側の合流部に流路切換バルブを設けて、ＮＯｘ触媒の温度に応じて、その流路を切り換えることで、排気ガスの浄化において、ＮＯｘの浄化と、エンジンの性能向上およびＳＯｘ被毒の防止とを両立させる排気通路のバイパス構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、この構成においては、高負荷運転時には排気ガスをバイパス通路に流して下流側ＮＯｘ触媒への高温の排気ガスの流入を回避して、下流側ＮＯｘ触媒の熱劣化を防止し、上流側ＮＯｘ触媒のサルファ―パージのときにも排気ガスをバイパス通路に流して下流側ＮＯｘ触媒へのサルファが含まれた排気ガスの流入を回避して、下流側ＮＯｘ触媒の硫黄被毒を防止することができるが、下流側ＮＯｘ触媒の再生を効率よく行うことができないという問題がある。

特開２００９−２２１９０４号公報

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関より排出される排気ガス中の浄化対象成分に対する浄化能力を向上できて、一時的に高い濃度の浄化対象成分が大気中へ排出されることを防止できる内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法を提供することである。

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気ガス浄化システムは、内燃機関より排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置を排気通路に備えた内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、低温時には排気ガスに含まれる浄化対象成分を吸着し、高温時は吸着した前記浄化対象成分を脱離する吸着剤を備えた吸着装置を、前記排気ガス浄化装置の下流側の排気通路に並列に設けたバイパス通路に配設して、前記排気ガス浄化装置の下流側の排気ガスを前記吸着装置を経由せずに排気通路に流す第１状態と前記吸着装置を経由して排気通路に流す第２状態に切り替える第１切替機構とを設けるとともに、前記排気ガス浄化装置の上流側の排気通路の第１分岐点から分岐した分岐通路を前記吸着装置の一方側の前記バイパス通路に接続し、前記吸着装置の他方側の前記バイパス通路を前記第１分岐点と前記排気ガス浄化装置との間の前記排気通路に接続し、前記排気ガス浄化装置の上流側の排気ガスの流れを前記吸着装置を経由せずに前記排気ガス浄化装置に流す第３状態と前記吸着装置を経由して前記排気ガス浄化装置に流す第４状態に切り替える第２切替機構と、前記第１切替機構と前記第２切替機構を制御する制御装置を設けて構成される。

この構成によれば、ＮＯｘ、ＨＣ，ＣＯ等の浄化対象成分を吸着する吸着装置は、この吸着装置に流入する排気ガスの温度が低温(例えば、１５０℃以下)であると、吸着装置に浄化対象成分を吸着し、また、吸着装置に流入する排気ガスの温度が高温(例えば、２５０℃以上)になると、吸着した浄化対象成分を脱離する性質を持っているので、排気ガス浄化システムの状態に応じて、排気ガスを吸着装置を通過させずに排出したり、排気ガスを吸着装置を通過させて浄化対象成分を一時的に吸着装置に吸着したりすることができると共に、脱離温度以上の排気ガスを吸着装置に流入させて吸着した浄化対象成分を脱離させて吸着装置を再生し、この再生に使用した排気ガスを排気ガス浄化装置を通過させて、脱離した浄化対象成分を排気ガス浄化装置で浄化したりすることが容易にでき、一時的に高い濃度の浄化対象成分が大気中に排出されるのを防止できるようになる。

また、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、前記内燃機関の低温始動のとき、前記排気ガス浄化装置が微粒子捕集装置を備えていて該微粒子捕集装置の再生のとき、前記排気ガス浄化装置の下流側に配置したＮＯｘ濃度センサで検出されたＮＯｘの量が予め設定されたＮＯｘ排出許容量を超えたときのいずれかの第１条件下の場合には、前記第１切替機構で前記第２状態にするとともに、前記第２切替機構で前記第３状態にし、前記吸着装置を再生する第２条件下の場合には、前記第１切替機構で前記第１状態にするとともに、前記第２切替機構で前記第４状態にし、前記第１条件下でも前記第２条件下でもない第３条件下の状態では、前記第１切替機構で前記第１状態にするとともに、前記第２切替機構で前記第３状態にする制御を行うように構成される。

この構成によれば、排気ガス浄化装置での浄化対象成分の十分な浄化が見込めない第１条件下の場合には、第２状態と第３状態で、排気ガス浄化装置を通過した後の排気ガスを吸着装置を通過させることで、排気ガス浄化装置で浄化しきれなかった浄化対象成分を吸着装置に一時的に吸着することができるので、大気中への浄化対象成分の排出量を確実に低減することができる。

また、吸着装置に吸着した浄化対象成分の量が飽和量に達すると、それ以上は吸着しなくなるために、一時的に吸着した浄化対象成分の量が飽和量に達する前に吸着装置の再生を行う必要があるが、この再生のときの第２条件下の場合には、第１状態と第４状態で、高温の排気ガスを吸着装置を通過させてから排気ガス浄化装置を通過させて大気中に排出することで、高い温度の排気ガスの排熱を利用して、吸着装置に吸着された浄化対象成分を脱離し、この脱離した浄化対象成分を排気ガス浄化装置で浄化することができるため、吸着装置の再生を確実に行うことができるとともに、エネルギー利用の効率化を図ることができる。

また、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、前記内燃機関の低温始動のときを、前記排気ガス浄化装置に設けた選択還元型触媒装置の入口の排気ガス温度が予め設定した設定温度未満のときとすることを特徴とする。なお、この設定温度は、実験などにより予め設定される温度であり、１５０℃以上３００℃以下、好ましくは２００℃に設定される。

この構成によれば、選択還元型触媒装置が活性化したか否かを温度で判定して、低温時は、吸着装置で浄化対象成分を一時的に吸着することができ、浄化対象成分の大気中への排出量を低減できる。

また、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記制御装置が、前記吸着装置を再生する第２条件下の場合に、前記第１切替機構で前記第２状態から前記第１状態に移行し、前記第２切替機構で前記第３状態から前記第４状態に移行する際に、前記吸着装置に流入する排気ガスの量を徐々に増加する制御を行うように構成されると、次のような効果を奏することができる。

つまり、吸着装置の再生のときは、高温の排気ガスが上流側の分岐通路を経由して吸着装置に流れ込むことで、吸着装置の吸着剤の温度が上昇し、吸着していた浄化対象成分が脱離する。この吸着剤は排気ガスによって高温になり、脱離した浄化対象成分を含む排気ガスは、下流側の分岐通路を通り、排気ガス浄化装置に流入して浄化される。このとき、完全に第２状態から第１状態へ、及び、第３状態から第４状態に切り替えて、急激に排気ガスの流れを切り替えると、吸着剤が急激に暖められ、高濃度の浄化対象成分が一過的に放出されてしまうので、これを回避するために、吸着装置に流入する排気ガスの流量を徐々に増加させて、吸着剤が徐々に暖められるようにする。

また、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記第１切替機構が、前記バイパス通路の分岐点と合流点のそれぞれに設けられた第１三方弁及び第２三方弁で構成され、前記第２切替機構が、前記排気ガス浄化装置の上流側の前記排気通路の分岐点と合流点のそれぞれに設けられた第３三方弁と第４三方弁で構成されると、確実に排気ガスの流路を切り換えることができる。

また、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、前記排気ガス浄化装置を、上流側酸化触媒装置、選択還元型触媒装置、アンモニアスリップ触媒装置の何れか又はこれらのいくつかの組み合わせを備えて構成すると、次のような効果を奏することができる。

この構成によれば、この排気ガス浄化装置に、酸化触媒装置（ＤＯＣ）、選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）、アンモニアスリップ触媒装置（ＡＳＣ）等で触媒装置を備える場合、この吸着装置を設けることで、これらの触媒装置の浄化能力を従来の触媒装置よりも低く設計することも可能となるため、各触媒装置の容量の低減や貴金属量の低減を行うことができ、コストダウンを図ることができる。

また、排気ガス浄化装置にアンモニアスリップ触媒装置（ＡＳＣ）を備える場合、このアンモニアスリップ触媒装置に多量の貴金属を担持させる必要がないため、貴金属に要するコストを低減することができ、また、吸着装置は貴金属を含まない素材（ゼオライト等）で構成してもよいため、吸着装置自体のコストも低減することができるので、結果として、排気ガス浄化システム全体での製造コストを低減することができる。

さらに、この吸着装置は、比較的劣化しにくい素材を使用可能であり、再生時を除いては流入する排気ガスの温度は低温であり、比較的低温の環境にさらされていることから劣化しにくく、優れた耐久性を有することができる。

また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の排気ガス浄化方法は、内燃機関より排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置を排気通路に備えると共に、低温時には排気ガスに含まれる浄化対象成分を吸着し、高温時は吸着した前記浄化対象成分を脱離する吸着剤を備えた吸着装置を、前記排気ガス浄化装置の下流側の排気通路に並列に設けたバイパス通路に配設して、前記排気ガス浄化装置の上流側の排気通路の第１分岐点から分岐した分岐通路を前記吸着装置の一方側の前記バイパス通路に接続し、前記吸着装置の他方側の前記バイパス通路を前記第１分岐点と前記排気ガス浄化装置との間の前記排気通路に接続した内燃機関の排気ガス浄化方法において、前記内燃機関の低温始動のとき、前記排気ガス浄化装置が微粒子捕集装置を備えていて該微粒子捕集装置の再生のとき、前記排気ガス浄化装置の下流側に配置したＮＯｘ濃度センサで検出されたＮＯｘの量が予め設定されたＮＯｘ排出許容量を超えたときのいずれかの第１条件下の場合には、前記排気ガス浄化装置の下流側の排気ガスを前記吸着装置を経由せずに排気通路に流す第１状態と前記吸着装置を経由して排気通路に流す第２状態に切り替えると共に、前記吸着装置を再生する第２条件下の場合には、前記排気ガス浄化装置の上流側の排気ガスの流れを前記吸着装置を経由せずに前記排気ガス浄化装置に流す第３状態と前記吸着装置を経由して前記排気ガス浄化装置に流す第４状態に切り替え、更に、前記第１条件下でも前記第２条件下でもない第３条件下の状態では、前記第１状態と前記第３状態に切り替えることを特徴とする方法である。

この方法によれば、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムと同様の効果を奏することができる。

本発明の内燃機関の排気ガス浄化システム及びその排気ガス浄化方法によれば、ＮＯｘ、ＨＣ，ＣＯ等の浄化対象成分を吸着する吸着装置は、この吸着装置に流入する排気ガスの温度が低温であると、吸着装置に浄化対象成分を吸着し、また、吸着装置に流入する排気ガスの温度が高温になると、吸着した浄化対象成分を脱離する性質を持っているので、排気ガス浄化システムの状態に応じて、排気ガスを吸着装置を通過させずに排出したり、排気ガスを吸着装置を通過させて浄化対象成分を一時的に吸着装置に吸着したりすることができると共に、脱離温度以上の排気ガスを吸着装置に流入させて吸着した浄化対象成分を脱離させて吸着装置を再生し、この再生に使用した排気ガスを排気ガス浄化装置を通過させて、脱離した浄化対象成分を排気ガス浄化装置で浄化したりすることが容易にでき、一時的に高い濃度の浄化対象成分が大気中に排出されるのを防止できる。

本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システムを備えた内燃機関の構成の一例を模式的に示す図である。 図１の模式図における、第１条件下の排気ガスの流路を示す図である。 図１の構成図における、第２条件下の排気ガスの流路を示す図である。 図１の構成図における、第３条件下の排気ガスの流路を示す図である。 本発明に係る内燃機関の排気ガス浄化方法における、制御フローの一例を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、この実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化システム２は、次のように構成される。

エンジン（内燃機関）１０の排気通路１１には、エンジン１０より排出される排気ガスＧに含まれている窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、微粒子物質（ＰＭ）等の浄化対象成分を除去する排気ガス浄化装置１２が設けられている。この排気ガス浄化装置１２は、この図１の構成では、上流側より順に、酸化触媒装置（ＤＯＣ）１２ａ、微粒子捕集装置（ＤＰＤ）１２ｂ、選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）１２ｃ、アンモニアスリップ触媒装置（ＡＳＣ）１２ｄを備えている。

なお、上記の４つの触媒又はフィルタの装置１２ａ〜１２ｄを排気ガス浄化装置１２に備えているが、この構成に限定するものではなく、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒装置（ＮＳＲ）等のリーンＮＯｘ低減触媒装置（ＬＮＴ）、酸化触媒装置、微粒子捕集装置、尿素系のＳＣＲ触媒装置（Ｕｒｅａ−ＳＣＲ）、ＨＣを還元剤とするＳＣＲ触媒装置（ＨＣ−ＳＣＲ）、アンモニアスリップ触媒装置（ＡＳＣ）や複合的な機能を併せ持つ触媒装置（例えば、微粒子捕集装置と選択還元型触媒装置の複合装置である選択触媒化燃焼フィルタ（ＳＣＲＦ））と任意の組合せをした構成でもよい。

この酸化触媒装置１２ａは、例えば、コージェライトハニカム等の多孔質のセラミックのハニカム構造体の担持体もしくは金属製の触媒担体に、ロジウム、酸化セリウム、白金、パラジウム等の酸化触媒を分散した酸化アルミニウムやゼオライト等をコーティングして形成される。この酸化触媒装置１２ａは、排気ガスＧ中に未燃燃料である炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等があるとこれを酸化し、この酸化で発生する熱により排気ガスＧを昇温して、この昇温した排気ガスＧで下流側の微粒子捕集装置１２ｂを昇温させる。

また、この微粒子捕集装置１２ｂは、一般的に、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型ウォールフロータイプのフィルタ等で形成され、このフィルタの部分に、白金や酸化セリウム等の酸化触媒やＰＭ酸化触媒を担持する場合が多い。この微粒子捕集装置１２ｂにより、排気ガスＧ中のＰＭは、多孔質のセラミックの壁で捕集される。

また、この選択還元型触媒装置１２ｃは、例えば、コージェライトハニカム構造体に、バナジウム系触媒、ゼオライト系触媒、白金等の貴金属触媒、遷移金属酸化物及びこれらの混合物をコーティングし形成する。この選択還元型触媒装置１２ｃでは、一酸化窒素（ＮＯ）や二酸化窒素（ＮＯ₂）等の窒素酸化物（ＮＯｘ）を、還元反応により、窒素（Ｎ₂）と水（Ｈ₂Ｏ）に還元する。このとき、ＮＯ：ＮＯ₂が５０：５０の場合に窒素酸化物を窒素に最も効率よく還元できる。

また、このアンモニアスリップ触媒装置１２ｄは、上述の酸化触媒装置１２ａと同様もしくは上述の酸化触媒装置１２ａに選択還元型触媒装置１２ｃの触媒を複層化した構成で、選択還元型触媒装置１２ｃで使用されなかったアンモニアを酸化・分解して、アンモニアの排出を防止する装置である。

本発明においては、更に、排気ガス浄化装置１２の下流側の排気通路１１に並列に設けたバイパス通路１３に、吸着装置２０が配設される。この吸着装置２０は、低温であるほど流入する排気ガスＧに含まれる浄化対象成分を良く吸着し、高温時には吸着した浄化対象成分を脱離する性質を持つ吸着剤２０ａを備えて形成されている。

また、この吸着装置２０が備える吸着剤２０ａの素材としては、ゼオライト、鉄（Ｆｅ）や銅（Ｃｕ）等の遷移金属をイオン交換したゼオライト、粘土鉱物、多孔質シリカ、活性炭、アルミナ、チタニア、ジルコニア等の表面積が大きく、ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ等の浄化対象成分を吸着し、高温で安定な素材や、ＮＯｘ吸着量を増加する成分であるアルカリ金属やアルカリ土類金属酸化物等及び、これらの混合物や複層物を使用することができる。これらの素材を、コージェライトや炭化ケイ素（ＳｉＣ）基材のモノリスにコーティングするか、担体に練り込んで製造した吸着剤２０ａを吸着装置２０に用いる。

この吸着装置２０は、比較的劣化しにくい素材を使用でき、その上、吸着装置２０の再生時を除いては流入する排気ガスＧの温度は低温であり、比較的低温の環境にさらされている場合が多いことから劣化しにくく、優れた耐久性を有することができる。

また、このバイパス通路１３の排気通路１１とのバイパス分岐点１３Ａとバイパス合流点１３Ｂのそれぞれには、第１三方弁２１ａ及び第２三方弁２１ｂが配設され、この第１三方弁２１ａ及び第２三方弁２１ｂで第１切替機構２１が構成される。すなわち、排気ガス浄化装置１２の下流側に第１三方弁２１ａを介して分岐したバイパス通路１３を設け、そのバイパス通路１３に吸着剤２０ａを備えた吸着装置２０が配設される。これらの第１三方弁２１ａ、第２三方弁２１ｂ、第３三方弁２２ａ及び第４三方弁２２ｂを設けることで、確実に排気ガスＧの流路を切り換えることができる。

この第１切替機構２１は、排気ガス浄化装置１２の下流側の排気ガスＧを、図３に示すような、吸着装置２０を経由せずに第１三方弁２１ａ及び第２三方弁２１ｂを経由して排気通路１１に流す第１状態と、図２に示すような、第１三方弁２１ａ、吸着装置２０及び第２三方弁２１ｂを経由して排気通路１１に流す第２状態に切り替える機構である。

この構成においては、吸着装置２０に浄化対象成分をより多く吸着させるためには、バイパス通路１３から吸着装置２０に流入する排気ガスＧの温度を１５０℃以下の低温とすることが好ましい。そのために、排気ガス浄化装置１２と第１三方弁２１ａの間の排気通路１１の配管に関して、排気ガスＧが通過している間にこの排気ガスＧが十分に冷却される構成、例えば、この配管の配管長を十分長くする、この配管の表面に凹凸形状を設けて表面積を大きくする、この配管に走行風が良く当たるようにレイアウトする、この配管を冷却するファン等の冷却装置を設ける等を行うことが好ましい。

更に、排気ガス浄化装置１２の上流側の排気通路１１の分岐点１４Ａから分岐した分岐通路１４を吸着装置２０の一方側のバイパス通路１３に接続し、吸着装置２０の他方側のバイパス通路１３を分岐点１４Ａと排気ガス浄化装置１２との間の排気通路１１の合流点１４Ｂに接続する。そして、この分岐点１４Ａと合流点１４Ｂには、それぞれ第３三方弁２２ａ及び第４三方弁２２ｂが配設され、この第３三方弁２２ａ及び第４三方弁２２ｂで第２切替機構２２が構成される。

すなわち、排気ガス浄化装置１２の上流側に第３三方弁２２ａを介して分岐した分岐通路１４を設け、その分岐通路１４に吸着剤２０ａを備えた吸着装置２０が配設される構成となる。図１〜図４の構成では、分岐通路１４とバイパス通路１３は吸着装置２０の上流側と下流側で共通の通路となるが、分岐通路１４とバイパス通路１３がそれぞれ個別に吸着装置２０の上流側と下流側に接続され、吸着装置２０の内部で排気ガスが合流するように構成してもよい。

この第２切替機構２２は、図２に示すような、排気ガス浄化装置１２の上流側の排気ガスＧの流れを、吸着装置２０を経由せずに第３三方弁２２ａ及び第４三方弁２２ｂを経由して排気ガス浄化装置１２に流す第３状態と、図３に示すような、第３三方弁２２ａ、吸着装置２０及び第４三方弁２２ｂを経由して排気ガス浄化装置１２に流す第４状態に切り替える機構である。

この構成においては、吸着装置２０から浄化対象成分をより多く脱離させるためには、分岐通路１４から吸着装置２０に流入する排気ガスＧの温度を２５０℃以上の高温とすることが好ましい。そのため、分岐点１４Ａと吸着装置２０の間の排気通路１１の配管に関して、排気ガスＧが通過している間にこの排気ガスＧの温度を維持する構成、例えば、この配管の配管長を十分短くする、この配管を二重管構造にする、この配管に走行風が当たりにくいレイアウトにする等を行うことが好ましい。

なお、この実施形態では、第１切替機構２１として第１三方弁２１ａ及び第２三方弁２１ｂを設けたが、この構成に限定されることなく、排気ガス浄化システム２の状態に応じて、第１切替機構２１が第１状態と第２状態を切り換えることができればよく、また、第２切替機構２２として第３三方弁２２ａ及び第４三方弁２２ｂを設けたが、この構成に限定されることなく、排気ガス浄化システム２の状態に応じて、第２切替機構２２が第３状態と第４状態を切り替えることができればよい。

また、第１切替機構２１の流路切替と第２切替機構２２の流路切替を制御する制御装置４１を備えて構成する。この制御装置４１は、アクセル開度センサ（図示しない）等の各種センサの情報に基づいて、エンジン１０の全般の制御を行う全体システム制御装置（ＥＣＵ）４０に組み込んでもよいし、独立して設けてもよい。

さらに、図１に示すように、第２三方弁２１ｂより下流側の排気通路１１に、ＮＯｘ濃度センサ３０を設ける。このＮＯｘ濃度センサ３０は、排気ガスＧに含有されるＮＯｘの量Ｎを検出するセンサである。

なお、図１では、ＮＯｘ濃度センサ３０を、第２三方弁２１ｂより下流側に設けると、ＮＯｘ濃度センサ３０の検出値を、排気ガス浄化装置１２におけるＮＯｘ再生の時期の判断用にも使用できると共に、吸着装置２０の吸着剤２０ａにおける浄化対象成分の堆積状態も推定できるので、この位置での配置が好ましいが、ＮＯｘ浄化の状態やＮＯｘ再生時期の判断用であれば、必ずしも、この位置に限定されることなく、排気ガス浄化装置１２より下流側の排気通路１１であればどの位置に設けてもよい。

そして、本発明では、この制御装置４１が、第１切替機構２１と第２切替機構２２を制御して、エンジン１０の低温始動のとき、排気ガス浄化装置１２が微粒子捕集装置１２ｂを備えていてこの微粒子捕集装置１２ｂの再生のとき、排気ガス浄化装置１２の下流側に配置したＮＯｘ濃度センサ３０で検出されたＮＯｘの量が予め設定されたＮＯｘ排出許容量を超えたときのいずれかの第１条件下の場合には、図２で示すように、第１切替機構２１で第２状態にするともに、第２切替機構２２で第３状態にする制御を行うように構成される。ここで、このＮＯｘ排出許容量は、予め実験等により設定され、制御装置４１に記憶されている値である。

また、このエンジン１０の低温始動のときを、選択還元型触媒装置１２ｃの入口の排気ガス温度が予め設定した設定温度未満のときとする。この設定温度は、実験などにより予め設定される温度であり、１５０℃以上３００℃以下、好ましくは２００℃に設定される。この構成によれば、選択還元型触媒装置１２ｃが活性化したか否かを温度で判定して、低温時は、吸着装置２０で浄化対象成分を一時的に吸着することができ、浄化対象成分の大気中への排出量を低減できる。

また、吸着装置２０を再生する第２条件下の場合には、図３に示すように、第１切替機構２１で第１状態にするとともに、第２切替機構２２で第４状態にする制御を行い、更に、第１条件下でも第２条件下でもない第３条件下の状態では、図４に示すように、第１切替機構２１で第１状態にするとともに、第２切替機構２２で第３状態にする制御を行うように構成される。

なお、制御装置４１が、吸着装置２０を再生する第２条件下の場合に、第１切替機構２１で第２状態から第１状態に移行し、第２切替機構２２で第３状態から第４状態に移行する際に、吸着装置２０に流入する排気ガスＧの量を徐々に増加する制御を行うことが好ましい。つまり、吸着装置２０の再生時に、分岐通路１４から吸着装置２０に流入する排気ガスＧの流量を段階的に増加させて、吸着装置２０が徐々に昇温するように制御することが好ましく、これにより、吸着装置２０の急激な昇温による高濃度の浄化対象成分の一過的な大量脱離を防止することができる。

つまり、吸着装置２０の再生のときは、高温の排気ガスＧが上流側の分岐通路１４を経由して吸着装置２０に流れ込むことで、吸着装置２０の吸着剤２０ａの温度が上昇し、吸着していた浄化対象成分が脱離する。この吸着剤２０ａは排気ガスＧによって高温になり、脱離した浄化対象成分を含む排気ガスＧは、下流側の分岐通路１４を通り、排気ガス浄化装置１２に流入して浄化される。このとき、完全に第２状態から第１状態へ、及び、第３状態から第４状態に切り替えて、急激に排気ガスＧの流れを切り替えると、吸着剤２０ａが急激に暖められ、高濃度の浄化対象成分が一過的に放出されてしまうので、これを回避するために、吸着装置２０に流入する排気ガスＧの流量を徐々に増加させて、吸着剤２０ａが徐々に暖められるようにする。

次に、本発明の実施の形態の内燃機関の排気ガス浄化方法について、図５の制御フローを参照しながら説明する。図５の制御フローは、エンジン１０の運転中に一定の制御時間間隔毎に、上級の制御フローから呼ばれてスタートし、制御フローの制御を実施しては、リターンして、上級の制御フローに戻る制御フローであり、エンジン１０の運転中は繰り返し実施される制御フローである。そして、エンジン１０が運転停止すると、割り込みが生じて、上級の制御フローにリターンし、この上級の制御フローと共に終了する。

図５の制御フローがスタートすると、ステップＳ１１では、第１条件が成立しているか否かを判定する。この第１条件が成立しているか否かは、エンジン１０が低温始動のときであるか否か、あるいは、排気ガス浄化装置１２が微粒子捕集装置１２ｂを備えていてこの微粒子捕集装置１２ｂの再生のときであるか否か、あるいは、排気ガス浄化装置１２の下流側に配置したＮＯｘ濃度センサ３０で検出されたＮＯｘの量Ｅが予め設定されたＮＯｘ排出許容量Ｅ１を超えたときであるか否かで判定し、いずれかひとつが成立する場合、即ち「である」場合に（ＹＥＳ）、ステップＳ１２にいき、何れも不成立の場合、即ち「ではない」場合には（ＮＯ）、ステップＳ２１に行く。

ここで、エンジン１０の低温始動のときの判定を、選択還元型触媒装置１２ｃの入口の排気ガスＧの温度Ｔａが予め設定した設定温度Ｔａ１（例えば、２００℃）未満のときとしたり、あるいは、選択還元型触媒装置１２ｃの出口の排気ガスＧの温度Ｔｂが予め設定した設定温度Ｔａ２（例えば、２００℃）未満のときとしたりすることができる。

また、微粒子捕集装置１２ｂの再生のときに関しては、再生開始時を、微粒子捕集装置１２ｂの前後差圧ΔＰｄが予め設定した再生開始差圧閾値ΔＰ１以上となった時としてもよいし、あるいは、微粒子捕集装置１２ｂへの微粒子（ＰＭ:Particulate Matter）の堆積量ＰＭｃｍを推定算出して、この推定堆積量ＰＭｃｍが予め設定した再生開始堆積量閾値ＰＭｃｍ１以上となった時としてもよい。そして、再生終了時を、微粒子捕集装置１２ｂの前後差圧ΔＰｄが予め設定した再生終了差圧閾値ΔＰ２以下となった時としてもよいし、あるいは、推定堆積量ＰＭｃｍが予め設定した再生終了堆積量閾値ＰＭｃｍ２以下となった時としてもよい。

また、このＮＯｘ排出許容量Ｅ１は、予め実験等により設定しておく閾値であり、制御装置４１に記憶してある数値である。

このステップＳ１２では、第１切替機構２１で、排気ガス浄化装置１２の下流側の低温の排気ガスＧの流れを吸着装置２０を経由して排気通路１１に流す第２状態に切り替えるとともに、第２切替機構２２で、排気ガス浄化装置１２の上流側の高温の排気ガスＧの流れを吸着装置２０を経由せずに排気ガス浄化装置１２に流す第３状態に切り替えた状態の「吸着時制御」を行う。そして、一定の予め設定された制御時間が経過した後、ステップＳ１１に戻る。

ステップＳ２１では、吸着装置２０を再生する第２条件が成立しているか否かを判定する。この吸着装置２０の再生は、前回の再生の終了からの経過時間ｔが実験等により予め設定した再生開始時間ｔ１を経過したか否か、あるいは、「吸着時制御」を行っているときの、ＮＯｘ濃度センサ３０の検出値を元に推定した浄化対象成分の推定堆積量が、予め設定した再生開始用判定値を超えているか否か等の判定で行う。

このステップＳ２１の判定で、成立である場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ２２に進み、第１切替機構２１で、排気ガス浄化装置１２の下流側の低温の排気ガスＧの流れを吸着装置２０を経由せずに排気通路１１に流す第１状態に切り替えるとともに、第２切替機構２２で、排気ガス浄化装置１２の上流側の高温の排気ガスＧの流れを吸着装置２０を経由して排気ガス浄化装置１２に流す第４状態に切り替えた状態の「再生時制御」を行う。そして、一定の予め設定された制御時間が経過した後、ステップＳ１１に戻る。

ここで、第２切替機構２２で、排気ガス浄化装置１２の上流側の高温の排気ガスの流れを第３状態から第４状態に切り替える際に、吸着装置２０に流入する排気ガスＧの流量を段階的に増加させて、吸着装置２０が徐々に昇温するように切り替えることが好ましい。これにより、吸着装置２０の急激な昇温による高濃度の浄化対象成分の一過的な大量脱離を防止することができ、下流側の排気ガス浄化装置１２での確実な浄化処理を図ることができる。

また、ステップＳ２１の判定で、不成立である場合は（ＮＯ）、ステップＳ３１に進み、第１条件下でも第２条件下でもない第３条件が成立しているとして、第１切替機構２１で、排気ガス浄化装置１２の下流側の低温の排気ガスＧの流れを吸着装置２０を経由せずに排気通路１１に流す第１状態に切り替えるとともに、第２切替機構２２で、排気ガス浄化装置１２の上流側の高温の排気ガスＧの流れを吸着装置２０を経由せずに排気ガス浄化装置１２に流す第３状態に切り替えた状態の「通常時制御」を行う。そして、一定の予め設定された制御時間が経過した後、ステップＳ１１に戻る。

そして、このステップＳ１１からステップＳ１２，Ｓ２２，Ｓ３１のいずれかに行く制御を繰り返し行い、本制御フローの途中で、エンジン１０を運転停止した場合に、割り込みを発生して、上級の制御フローにリターンして、上級の制御フローと共に本制御フローを終了する。

この制御により、エンジン１０の低温始動のとき、排気ガス浄化装置１２が微粒子捕集装置１２ｂを備えていてこの微粒子捕集装置１２ｂの再生のとき、排気ガス浄化装置１２の下流側に配置したＮＯｘ濃度センサ３０で検出されたＮＯｘの量Ｅが予め設定されたＮＯｘ排出許容量Ｅ１を超えたときのいずれかの第１条件下の場合には、排気ガス浄化装置１２の下流側の排気ガスＧを吸着装置２０を経由せずに排気通路１１に流す第１状態と吸着装置２０を経由して排気通路１１に流す第２状態に切り替えることができる。

それと共に、吸着装置２０を再生する第２条件下の場合には、排気ガス浄化装置１２の上流側の排気ガスＧの流れを吸着装置２０を経由せずに排気ガス浄化装置１２に流す第３状態と吸着装置２０を経由して排気ガス浄化装置１２に流す第４状態に切り替えることがきる。

更に、第１条件下でも第２条件下でもない第３条件下の状態では、第１状態と第３状態に切り替えることができる。

上記の構成の内燃機関の排気ガス浄化システム２及び内燃機関の排気ガス浄化方法によれば、ＮＯｘ、ＨＣ，ＣＯ等の浄化対象成分を吸着する吸着装置２０は、この吸着装置２０に流入する排気ガスＧの温度が低温であると、吸着装置２０に浄化対象成分を吸着し、また、吸着装置２０に流入する排気ガスＧの温度が高温になると、吸着した浄化対象成分を脱離する性質を持っているので、排気ガス浄化システム２の状態に応じて、排気ガスＧを吸着装置２０を通過させずに排出したり、排気ガスＧを吸着装置２０を通過させて浄化対象成分を一時的に吸着装置２０に吸着したりすることができる。

それと共に、脱離温度以上の排気ガスＧを吸着装置２０に流入させて吸着した浄化対象成分を脱離させて吸着装置２０を再生し、この再生に使用した排気ガスＧを排気ガス浄化装置１２を通過させて、脱離した浄化対象成分を排気ガス浄化装置１２で浄化したりすることが容易にでき、一時的に高い濃度の浄化対象成分が大気中に排出されるのを防止できる。

また、排気ガス浄化装置１２での浄化対象成分の十分な浄化が見込めない第１条件下の場合には、第２状態と第３状態で、排気ガス浄化装置１２を通過した後の排気ガスＧを吸着装置２０を通過させることで、排気ガス浄化装置１２で浄化しきれなかった浄化対象成分を吸着装置２０に一時的に吸着することができるので、大気中への浄化対象成分の排出量を確実に低減することができる。

この構成によれば、排気ガス浄化装置１２での浄化対象成分の十分な浄化が見込めない第１条件下の場合には、第２状態と第３状態で、排気ガス浄化装置１２を通過した後の排気ガスＧを吸着装置２０を通過させることで、排気ガス浄化装置１２で浄化しきれなかった浄化対象成分を吸着装置２０に一時的に吸着することができるので、大気中への浄化対象成分の排出量を確実に低減することができる。

また、吸着装置２０に吸着した浄化対象成分の量が飽和量に達すると、それ以上は吸着しなくなるために、一時的に吸着した浄化対象成分の量が飽和量に達する前に吸着装置２０の再生を行う必要があるが、この再生のときの第２条件下の場合には、第１状態と第４状態で、高温の排気ガスＧを吸着装置２０を通過させてから排気ガス浄化装置１２を通過させて大気中に排出することで、高い温度の排気ガスＧの排熱を利用して、吸着装置２０に吸着された浄化対象成分を脱離し、この脱離した浄化対象成分を排気ガス浄化装置１２で浄化することができるため、吸着装置２０の再生を確実に行うことができるとともに、エネルギー利用の効率化を図ることができる。

また、上記の内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、排気ガス浄化装置１２を、上流側酸化触媒装置１２ａ、微粒子捕集装置１２ｂ、選択還元型触媒装置１２ｃ、アンモニアスリップ触媒装置１２ｄで構成しているが、上流側酸化触媒装置１２ａ、選択還元型触媒装置１２ｃ、アンモニアスリップ触媒装置１２ｄの何れか又はこれらのいくつかの組み合わせを備えて構成すると、次のような効果を奏することができる。

この構成によれば、吸着装置２０を設けることで、これらの触媒装置１２ａ、１２ｃ、１２ｄの浄化能力を従来の触媒装置よりも低く設計することも可能となるため、各触媒装置１２ａ、１２ｃ、１２ｄの容量の低減や貴金属量の低減を行うことができ、コストダウンを図ることができる。

また、排気ガス浄化装置１２にアンモニアスリップ触媒装置（ＡＳＣ）１２ｄを備える場合、このアンモニアスリップ触媒装置１２ｄに多量の貴金属を担持させる必要がないため、貴金属に要するコストを低減することができ、また、吸着装置２０は貴金属を含まない素材（ゼオライト等）で構成してもよいため、吸着装置２０自体のコストも低減することができるので、結果として、排気ガス浄化システム２の全体での製造コストを低減することができる。

２ 内燃機関の排気ガス浄化システム
１０ エンジン（内燃機関）
１１ 排気通路
１２ 排気ガス浄化装置
１２ａ 酸化触媒装置（ＤＯＣ）
１２ｂ 微粒子捕集装置
１２ｃ 選択還元型触媒装置（ＳＣＲ）
１２ｄ アンモニアスリップ触媒装置（ＡＳＣ）
１３ バイパス通路
１３Ａ バイパス分岐点
１３Ｂ バイパス合流点
１４ 分岐通路
１４Ａ 分岐点
１４Ｂ 合流点
２０ 吸着装置
２０ａ 吸着剤
２１ 第１切替機構
２１ａ 第１三方弁
２１ｂ 第２三方弁
２２ 第２切替機構
２２ａ 第３三方弁
２２ｂ 第４三方弁
３０ ＮＯｘ濃度センサ
４０ 全体システム制御装置（ＥＣＵ）
４１ 制御装置
Ｇ 排気ガス

Claims (7)

1. 内燃機関より排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置を排気通路に備えた内燃機関の排気ガス浄化システムにおいて、
   低温時には排気ガスに含まれる浄化対象成分を吸着し、高温時は吸着した前記浄化対象成分を脱離する吸着剤を備えた吸着装置を、前記排気ガス浄化装置の下流側の排気通路に並列に設けたバイパス通路に配設して、前記排気ガス浄化装置の下流側の排気ガスを前記吸着装置を経由せずに排気通路に流す第１状態と前記吸着装置を経由して排気通路に流す第２状態に切り替える第１切替機構とを設けるとともに、
   前記排気ガス浄化装置の上流側の排気通路の第１分岐点から分岐した分岐通路を前記吸着装置の一方側の前記バイパス通路に接続し、前記吸着装置の他方側の前記バイパス通路を前記第１分岐点と前記排気ガス浄化装置との間の前記排気通路に接続し、前記排気ガス浄化装置の上流側の排気ガスの流れを前記吸着装置を経由せずに前記排気ガス浄化装置に流す第３状態と前記吸着装置を経由して前記排気ガス浄化装置に流す第４状態に切り替える第２切替機構と、前記第１切替機構と前記第２切替機構を制御する制御装置を設けたことを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化システム。
2. 前記制御装置が、前記内燃機関の低温始動のとき、前記排気ガス浄化装置が微粒子捕集装置を備えていて該微粒子捕集装置の再生のとき、前記排気ガス浄化装置の下流側に配置したＮＯｘ濃度センサで検出されたＮＯｘの量が予め設定されたＮＯｘ排出許容量を超えたときのいずれかの第１条件下の場合には、前記第１切替機構で前記第２状態にするとともに、前記第２切替機構で前記第３状態にし、
   前記吸着装置を再生する第２条件下の場合には、前記第１切替機構で前記第１状態にするとともに、前記第２切替機構で前記第４状態にし、
   前記第１条件下でも前記第２条件下でもない第３条件下の状態では、前記第１切替機構で前記第１状態にするとともに、前記第２切替機構で前記第３状態にする制御を行うように構成されたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
3. 前記制御装置が、前記内燃機関の低温始動のときを、前記排気ガス浄化装置に設けた選択還元型触媒装置の入口の排気ガス温度が予め設定した設定温度未満のときとすることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
4. 前記制御装置が、前記吸着装置を再生する第２条件下の場合に、前記第１切替機構で前記第２状態から前記第１状態に移行し、前記第２切替機構で前記第３状態から前記第４状態に移行する際に、前記吸着装置に流入する排気ガスの量を徐々に増加する制御を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
5. 前記第１切替機構が、前記バイパス通路の分岐点と合流点のそれぞれに設けられた第１三方弁及び第２三方弁で構成され、前記第２切替機構が、前記排気ガス浄化装置の上流側の前記排気通路の分岐点と合流点のそれぞれに設けられた第３三方弁と第４三方弁で構成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
6. 前記排気ガス浄化装置を、上流側酸化触媒装置、選択還元型触媒装置、アンモニアスリップ触媒装置の何れか又はこれらのいくつかの組み合わせを備えて構成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気ガス浄化システム。
7. 内燃機関より排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置を排気通路に備えると共に、低温時には排気ガスに含まれる浄化対象成分を吸着し、高温時は吸着した前記浄化対象成分を脱離する吸着剤を備えた吸着装置を、前記排気ガス浄化装置の下流側の排気通路に並列に設けたバイパス通路に配設して、前記排気ガス浄化装置の上流側の排気通路の第１分岐点から分岐した分岐通路を前記吸着装置の一方側の前記バイパス通路に接続し、前記吸着装置の他方側の前記バイパス通路を前記第１分岐点と前記排気ガス浄化装置との間の前記排気通路に接続した内燃機関の排気ガス浄化方法において、
   前記内燃機関の低温始動のとき、前記排気ガス浄化装置が微粒子捕集装置を備えていて該微粒子捕集装置の再生のとき、前記排気ガス浄化装置の下流側に配置したＮＯｘ濃度センサで検出されたＮＯｘの量が予め設定されたＮＯｘ排出許容量を超えたときのいずれかの第１条件下の場合には、前記排気ガス浄化装置の下流側の排気ガスを前記吸着装置を経由せずに排気通路に流す第１状態と前記吸着装置を経由して排気通路に流す第２状態に切り替えると共に、
   前記吸着装置を再生する第２条件下の場合には、前記排気ガス浄化装置の上流側の排気ガスの流れを前記吸着装置を経由せずに前記排気ガス浄化装置に流す第３状態と前記吸着装置を経由して前記排気ガス浄化装置に流す第４状態に切り替え、
   更に、前記第１条件下でも前記第２条件下でもない第３条件下の状態では、前記第１状態と前記第３状態に切り替えることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化方法。

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