内燃機関の排気浄化装置
【課題】 リーン運転及びリッチ運転の各終了時点におけるＮＯｘの吸蔵量分布の均一化を図ることができる内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】 内燃機関の排気通路に介装されており、内部に複数の流路が並設され、且つ、各流路内の排気流れを直列方向に組み合わせるとともに、リーン運転時に排気中のＮＯｘを吸蔵してリッチ運転時に吸蔵されたＮＯｘを放出還元するＮＯｘ吸蔵触媒と、ＮＯｘ吸蔵触媒に配設され、直列方向に組み合わされた各流路内の排気流れの方向を逆転可能に切り換える切換弁と、リッチ運転の終了時点を判別するリッチ運転判別手段と(S303)、リッチ運転の終了時点にて、直列方向に組み合わされた各流路内の排気流れの方向が逆転するように切換弁を作動させる切換弁制御手段とを具備する(S304)。
【解決手段】 内燃機関の排気通路に介装されており、内部に複数の流路が並設され、且つ、各流路内の排気流れを直列方向に組み合わせるとともに、リーン運転時に排気中のＮＯｘを吸蔵してリッチ運転時に吸蔵されたＮＯｘを放出還元するＮＯｘ吸蔵触媒と、ＮＯｘ吸蔵触媒に配設され、直列方向に組み合わされた各流路内の排気流れの方向を逆転可能に切り換える切換弁と、リッチ運転の終了時点を判別するリッチ運転判別手段と(S303)、リッチ運転の終了時点にて、直列方向に組み合わされた各流路内の排気流れの方向が逆転するように切換弁を作動させる切換弁制御手段とを具備する(S304)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘをリッチスパイクによって放出還元させる内燃機関に好適な排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の排気浄化装置は、気筒内に対して行われる燃焼の改善のみでは対応困難な問題を解決する。この排気浄化装置としては、リーン運転時に排気中のＮＯｘを吸蔵してリッチ運転時に吸蔵されたＮＯｘを放出還元させるＮＯｘ吸蔵触媒が知られている。
そして、機関から排出された排気の流れ方向がこの触媒内で逆転可能な切換弁を備えた技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２８００４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記特許文献１に記載の排気浄化装置では、リッチ運転の終了後から所定期間が経過するまでは排気の流れ方向を逆転させず、切換弁の作動を禁止している。燃料が触媒を介してそのまま外部に流出するのを防ぐためである。
しかしながら、リッチ運転の終了時点で排気の流れ方向を逆転させなければ、次のリーン運転時の下流側での吸蔵量はリッチ操作の度に増加し続ける。つまり、切り換えまでの期間が長くなると、リーン運転時に上流側で吸蔵され、続くリッチ運転で放出されたＮＯｘは、下流側に再び吸蔵されてしまう。そして、この下流側には還元剤が供給され難いので、当該下流側の吸蔵量が増え続けるのである。その結果、リーン運転の終了時点におけるＮＯｘの吸蔵量は当初には上流側だけに分布されていたのに対し、次回のリーン運転の終了時点からは上流側から下流側に亘って分布されることになり、均一化が困難になる。更に、リッチ運転の各終了時点における下流側のＮＯｘの吸蔵量が大幅に増加し続けて早期に触媒の許容量を超えることになる。
【０００４】
ここで、機関の要求負荷、回転速度や燃料の添加量から切り換えまでの期間を求めることも考えられるが、これでは、触媒内の状態が把握できず、切換弁の作動が却って上記吸蔵量分布の均一化を妨げるとの懸念がある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、リーン運転及びリッチ運転の各終了時点におけるＮＯｘの吸蔵量分布の均一化を図ることが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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に介装されており、内部に複数の流路が並設され、且つ、各流路内の排気流れを直列方向に組み合わせるとともに、リーン運転時に排気中のＮＯｘを吸蔵してリッチ運転時に吸蔵されたＮＯｘを放出還元するＮＯｘ吸蔵触媒と、ＮＯｘ吸蔵触媒に配設され、直列方向に組み合わされた各流路内の排気流れの方向を逆転可能に切り換える切換弁と、リッチ運転の終了時点を判別するリッチ運転判別手段と、リッチ運転の終了時点にて、直列方向に組み合わされた各流路内の排気流れの方向が逆転するように切換弁を作動させる切換弁制御手段とを具備したことを特徴としている。
【０００６】
また、請求項２記載の発明では、直列方向に組み合わされた各流路内の排気流れの両端箇所に対するＮＯｘの吸蔵量を推定するＮＯｘ吸蔵量推定手段を更に具備し、切換弁制御手段は、ＮＯｘ吸蔵量推定手段及びリッチ運転判別手段からの信号に基づいて各流路内の排気流れの方向を逆転させることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
従って、請求項１記載の本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、リッチ運転判別手段がリッチ運転の終了時点を判別すると、切換弁制御手段が所定期間の経過を待たずに直ちに各流路内の排気流れの方向を逆転させるので、リーン運転及びリッチ運転の各終了時点においてＮＯｘの吸蔵量分布の均一化が確実に図られる。
具体的には、リーン運転の終了時点、つまり、リッチ運転の開始時点では、常に、上流側でＮＯｘの吸蔵量を可能な限り多くし、下流側の吸蔵量を少なくさせるとの分布が得られる。更に、リッチ運転の終了時点、つまり、リーン運転の開始時点では、常に、上流側でＮＯｘの吸蔵量を可能な限り少なくし、下流側の吸蔵量をこの時点の上流側の吸蔵量よりは多くさせるとの分布が得られるのである。
【０００８】
換言すれば、当該リーン運転の開始直前に各流路内の排気流れの方向を逆転させれば、このリーン運転では、先のリッチ運転の終了時点の下流側が上流側に切り換わって大量のＮＯｘが常に受け入れ可能となり、その後のリッチ運転では、この上流側に常に高濃度の還元剤を供給することができる。また、上記リーン運転では、先のリッチ運転の終了時点の上流側が下流側に切り換わって吸蔵量を減らせることができ、その後のリッチ運転で上流側から放出還元されたＮＯｘを再び吸蔵しても影響が小さくて済む。
【０００９】
この結果、従来に比してＮＯｘの効率の良い放出還元が可能となるし、しかも、ＮＯｘの浄化性能は長期間に亘って維持される。従って、リッチスパイクの頻度が少なくなり、燃費低減が図られる。
また、請求項２記載の発明によれば、リッチ運転の終了時点の他、排気流れの両端箇所に対するＮＯｘの吸蔵量に基づいて各流路内の排気流れの方向を逆転させる。よって、ＮＯｘ吸蔵触媒内の状態をも正確に把握した切り換えが可能となり、フェイルセーフとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明に係る排気浄化装置が適用されるディーゼル機関（以下、エンジンという）２を示す。同図に示されるように、エンジン２の各気筒４には燃料噴射装置を有した燃料供給系６が配設されている。この気筒４には、吸気弁８の開弁により燃焼室１０に新気を導入させる吸気通路１２と、排気弁１４の開弁により燃焼室１０からの排気を導出させる排気通路１６とが接続されている。
【００１１】
吸気通路１２の上流側には過給機１８が介装され、この吸気通路１２の先端部には図示しないエアクリーナが接続されている。また、吸気通路１２の適宜位置にはインタークーラ２０が介装され、更に、この吸気通路１２の流路面積を調節する給気スロットル２２が配設されている。
一方、排気通路１６の下流側の適宜位置には後述するＮＯｘ吸蔵触媒５０が介装されている。このＮＯｘ吸蔵触媒５０は、排気空燃比がストイキオよりも希薄（リーン）状態のときに排気中のＮＯｘを吸蔵するのに対し、排気空燃比が過濃（リッチ）状態にて排気中に還元剤としての未燃燃料（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が存在するときに、吸蔵したＮＯｘの放出還元を行う。なお、ＮＯｘ吸蔵触媒５０の機能については公知である。
【００１２】
また、排気通路１６からはＥＧＲ通路２４が分岐して延び、ＥＧＲ通路２４の先端は吸気通路１２に接続され、このＥＧＲ通路２４には、ＥＧＲクーラ２６や電子コントロールユニット（ＥＣＵ）６０に電気的に接続されたＥＧＲバルブ２８が設けられている。
エアクリーナからの新気は、過給機１８を介して吸気通路１２に入ってインタークーラ２０に達し、給気スロットル２２で調整された後、各気筒４の燃焼室１０内に導かれる。そして、燃料供給系６から供給される燃料の燃焼により、クランク軸３０及びフライホイール３２を作動させる。燃焼が終了すると、排気は排気通路１６に排出され、ＮＯｘ吸蔵触媒５０に導入される。
【００１３】
本実施形態のＮＯｘ吸蔵触媒５０は、排気通路１６から導入された排気の流れの方向を逆転可能に構成されている。
具体的には、図２に示されるように、ＮＯｘ吸蔵触媒５０は円筒状の触媒本体５００を備え、この触媒本体５００の内部は３つの流路５０１，５０２，５０３が区画されている。より詳しくは、第１の流路５０１及び第３の流路５０３は触媒本体５００の長手軸方向に沿って筒状に延び（同図（ａ））、これら流路５０１及び流路５０３は触媒本体５００の外周縁に沿ってこの縁の内側に形成されており、触媒本体５００の直径部分を境にして上側には流路５０１が（同図（ｂ））、下側には流路５０３が（同図（ｃ））それぞれ配設されている。
【００１４】
第２の流路５０２は流路５０１及び流路５０３の内側に配設され、触媒本体５００の長手軸方向に沿って筒状に延びており、これら流路５０１、流路５０２及び流路５０３は並設されている（同図（ａ））。また、これら流路５０１、流路５０２及び流路５０３は同じ断面積を有し、触媒も均等に有している。
触媒本体５００の中心軸部分、つまり、流路５０２の中央部分には、上記長手軸方向に沿って筒状のロッド支持部５０４が配設されており、ロッド支持部５０４内にはロッド５０６が貫挿されている。このロッド５０６の両端部分は触媒本体５００の両端面からそれぞれ突出し、ロッド５０６の一端側には係止部５１４を介して流入方向切換弁（切換弁）５０８が固定され、ロッド５０６の他端側にも係止部５１６を介して流入方向切換弁（切換弁）５１８が固定されている。更に、このロッド５０６の他端側は継手５２４を介して駆動軸５２６に連結され、駆動軸５２６はＥＣＵ６０からの指示信号に応じて回転される。つまり、ＥＣＵ６０からオン信号が出力されると、この駆動軸５２６の回転がロッド５０６に伝達され、各流入方向切換弁５０８，５１８もロッド５０６と同方向に回転される。
【００１５】
この流入方向切換弁５０８は、同図（ｂ）に示されるように、触媒本体５００の直径を基準とした半円状の蓋部５１０と、流路５０２の直径を基準とした半円状の蓋部５１１とから構成され、蓋部５１０と蓋部５１１とは一体に形成されている。そして、流入方向切換弁５０８はロッド５０６の回転に応じて、流路５０２及び流路５０３（同図（ｂ））、或いは流路５０１及び流路５０２のいずれかを覆う。また、蓋部５１０及び蓋部５１１と触媒本体５００の一端面側との間には通路５１２が形成されている（同図（ａ））。
【００１６】
これに対し、流入方向切換弁５１８もまた、同図（ｃ）に示されるように、触媒本体５００の直径を基準とした半円状の蓋部５２０と、流路５０２の直径を基準とした半円状の蓋部５２１とから構成され、蓋部５２０と蓋部５２１とが一体に形成されている。そして、流入方向切換弁５１８はロッド５０６の回転に応じて、流路５０１及び流路５０２（同図（ｃ））、或いは流路５０２及び流路５０３のいずれかを覆う。また、蓋部５２０及び蓋部５２１と触媒本体５００の他端面側との間にも通路５２２が形成されている（同図（ａ））。
【００１７】
ところで、これら流入方向切換弁５０８と流入方向切換弁５１８とは逆位相の向きに配置されている。詳しくは、同図（ａ）に示されるように、流入方向切換弁５０８が流路５０２及び流路５０３（同図（ｂ））を覆う位置では、流入方向切換弁５１８は流路５０１及び流路５０２（同図（ｃ））を覆う位置に設けられている。この結果、流入方向切換弁５０８が流路５０２及び流路５０３の上流側を覆う場合には、流入方向切換弁５１８は流路５０１の下流側及び流路５０２を覆い、流路５０１が流路５０２よりも上流側に位置するとともに、この流路５０２が流路５０３よりも上流側に位置する。
【００１８】
一方、流入方向切換弁５０８が流路５０１の上流側及び流路５０２を覆う場合には、流入方向切換弁５１８は流路５０２及び流路５０３の下流側を覆い、流路５０３が流路５０２よりも上流側に位置するとともに、この流路５０２が流路５０１よりも上流側に位置する。
再び図１に戻ると、本実施形態においては、ＮＯｘ吸蔵触媒５０の上流側の適宜位置に、ＨＣをＮＯｘ吸蔵触媒５０に直接供給する添加インジェクタ４４が配設され、この添加インジェクタ４４は燃料添加ライン４６を介してポンプ４８に接続されている。
【００１９】
また、排気通路１６においてＮＯｘ吸蔵触媒５０の上流側の適宜位置には、出力電圧に基づきＮＯｘ濃度、すなわちＮＯｘ量を検出するＮＯｘセンサ３６や、排気通路１６内の温度を検出する排気温度センサ３８がそれぞれ配設されている。更に、ＮＯｘ吸蔵触媒５０の下流側の適宜位置には、ＮＯｘ量を検出するＮＯｘセンサ４０や、ＮＯｘ吸蔵触媒５０の温度を検出する触媒温度センサ４２がそれぞれ配設され、これら各センサ３６、３８、４０、４２はＥＣＵ６０に電気的に接続されている。
【００２０】
そして、ＥＣＵ６０の入力側には、上述のＮＯｘセンサ３６、排気温度センサ３８、ＮＯｘセンサ４０、触媒温度センサ４２の他、クランク角センサ３４等のエンジン２の運転状態を検出する各種センサも電気的に接続されている。これに対してＥＣＵ６０の出力側には、上述の燃料供給系６、給気スロットル２２、添加インジェクタ４４及び駆動軸５２６を回転させるアクチュエータやポンプ４８等が電気的に接続されている。
【００２１】
また、ＥＣＵ６０には種々のマップが設けられており、例えば、ＮＯｘ放出量マップ等のＮＯｘ吸蔵量推定に関する各種マップも設けられている。
ここで、上述したＮＯｘ吸蔵触媒５０は酸化雰囲気にて排気中のＮＯｘを吸蔵する一方、ＮＯｘ吸蔵量の増加に伴う触媒の性能低下を抑制すべく、ＮＯｘ吸蔵量が飽和に至る前にリッチ運転へ間欠的に切り換えるリッチスパイクを行ってＮＯｘ吸蔵触媒５０の再生を図る。これにより排気の浄化が良好に行われる。
【００２２】
具体的には、本実施形態のリッチスパイクは筒外リッチにて行われている。すなわち、各種センサ３６、３８、４０、４２等の信号に応じてリッチスパイクの指示がなされると、排気通路１６に設けられた添加インジェクタ４４を用い、ポンプ４８から圧送されたＨＣを排気中に直接投入してリッチ運転の条件を作り、この条件が成立すればＮＯｘの放出還元を行う。そして、このＮＯｘの放出還元の終了後には流入方向切換弁５０８，５１８を作動させる。
【００２３】
より詳しくは、ＥＣＵ６０はリッチ運転判別部（リッチ運転判別手段）６２と、ＮＯｘ吸蔵量推定部（ＮＯｘ吸蔵量推定手段）６４と、切換弁制御部（切換弁制御手段）６６とを備えている。
このリッチ運転判別部６２では、上述の各種センサ３６、３８、４０、４２等の信号に応じてリッチスパイクの指示の有無を判別するとともに、リッチ運転の終了時点を判別し、その結果はＮＯｘ吸蔵量推定部６４に出力される。
【００２４】
このＮＯｘ吸蔵量推定部６４では、流路５０１及び流路５０３に対するＮＯｘの吸蔵量を推定している。より具体的には、リーン運転時には、吸入空気量から求められた排気通路１６の排気流量、ＮＯｘセンサ３６，４０からのＮＯｘ濃度に基づいてＮＯｘの吸蔵量を演算する。これに対し、筒外リッチ中には、上記排気流量、排気温度センサ３８からの排気温度及び触媒温度センサ４２からの触媒温度に基づいてＮＯｘ放出量を上記マップで演算する。そして、上記演算されたＮＯｘ吸蔵量から上記演算されたＮＯｘ放出量を減算し、各流路５０１及び流路５０３の現在のＮＯｘ吸蔵量をそれぞれ推定している。その結果は切換弁制御部６６に出力される。
【００２５】
この切換弁制御部６６では、リッチ運転の終了時点において、流路５０１或いは流路５０３のうち、推定されたＮＯｘ吸蔵量の多い方が最上流側となるように、駆動軸５２６を回転させて流入方向切換弁５０８，５１８を作動させる。
図３には、上記リッチ運転判別部６２、ＮＯｘ吸蔵量推定部６４及び切換弁制御部６６による排気流入方向の切り換え制御のフローチャートが示されており、以下、上記のように構成された排気浄化装置の本発明に係る作用について説明する。
【００２６】
同図のステップＳ３０１ではリーン運転が実施され、ＮＯｘ吸蔵量推定部６４にてＮＯｘの吸蔵量を演算してステップＳ３０２に進む。
このステップＳ３０２ではリーン運転が終了してリッチ運転が開始される。このリッチ運転はリッチ運転判別部６２にて監視されている。また、ＮＯｘ吸蔵量推定部６４ではＮＯｘ放出量を演算し、各流路５０１及び流路５０３の現在のＮＯｘ吸蔵量をそれぞれ推定する。
【００２７】
次いで、ステップＳ３０３では、リッチ運転判別部６２にてリッチ運転が終了したか否かが判別される。そして、このリッチ運転が終了してリーン運転が開始されると判定された場合、すなわち、ＹＥＳのときにはステップＳ３０４に進み、切換弁制御部６６にて、流路５０１或いは流路５０３のうち推定されたＮＯｘ吸蔵量の多い方を上流側にする位置に切り換えられる。
【００２８】
つまり、流入方向切換弁５０８，５１８が前回のリーン及びリッチ運転時に流路５０１を上流側にする位置であったときには、このリッチ運転の終了時点では流路５０１のＮＯｘは殆ど放出還元されるが、下流側の流路５０３で再度吸蔵され得ることから、流路５０３のＮＯｘ吸蔵量が流路５０１のそれよりも多くなっている。よって、この場合には、切換弁制御部６６にて流路５０３を上流側にする位置に反転させるのである。
【００２９】
これにより、流入方向切換弁５０８が流路５０１の上流側及び流路５０２を覆うとともに、流入方向切換弁５１８が流路５０２及び流路５０３の下流側を覆う位置に作動されて一連のルーチンを抜ける。この場合には、流路５０３、流路５０２及び流路５０１内の排気流れはこの順序で直列方向に組み合わせられ、排気通路１６からの排気は、最上流側として流路５０３に導入され、次いで、通路５２２を経て流路５０２に導入され、通路５１２を経て流路５０１に導入された後、外部に向かうことになる。
【００３０】
これに対し、流入方向切換弁５０８，５１８が前回のリーン及びリッチ運転時に流路５０３を上流側にする位置であったときには、排気の流れの方向が上述とは逆転される。換言すれば、流入方向切換弁５０８が流路５０２及び流路５０３の上流側を覆うとともに、流入方向切換弁５１８が流路５０１の下流側及び流路５０２を覆う位置にそれぞれ作動されて一連のルーチンを抜ける。この場合には、流路５０１、流路５０２及び流路５０３内の排気流れはこの順序で直列方向に組み合わせられ、最上流側として流路５０１に導入され、通路５２２を経て流路５０２に導入される。次いで、通路５１２を経て流路５０３に導入された後、外部に向かうことになる。
【００３１】
以上のように、本発明によれば、切換弁制御部６６が一対のリーン・リッチ運転の終了毎に、所定期間の経過を待たずに直ちに流路５０１，５０２，５０３内の排気流れの方向を逆転させる。従って、リーン運転及びリッチ運転の各終了時点においてＮＯｘの吸蔵量分布の均一化が確実に図られる。
より詳しくは、ＮＯｘ吸蔵触媒の特性は、図４（ａ）に示されるように、リーン運転の終了時点、つまり、リッチ運転の開始時点におけるＮＯｘ吸蔵量をみると、入口側が多く、出口側では少なくなるとの右下がりの分布になる（図中、斜線で示す）。これは、ＮＯｘは入口側で吸蔵され易く、出口側に位置するに連れて吸蔵され難くなるからである。一方、図４（ｂ）に示されるように、リッチ運転の終了時点、つまり、リーン運転の開始時点におけるＮＯｘ吸蔵量をみると、入口側では殆ど認められず、出口側が多くなるとの右上がりの分布になる（図中、斜線で示す）。これは、入口側には高濃度の還元剤が供給され易く、この入口側に吸蔵されたＮＯｘ（図中、点線で示す）は殆ど放出還元されるが、還元剤は出口側に位置するに連れて供給され難くなるので、この入口側から放出還元されたＮＯｘの一部は出口側にて再び吸蔵されるからである。
【００３２】
ここで、従来の如く切り換えまでの期間が長くなってリッチ運転の終了時点で排気の流れ方向が全く逆転されない場合には、次のリーン運転の終了時点では、入口側の他、出口側にも吸蔵されていることになり、上記右下がりの分布が得られ難くなる。更に、続くリッチ運転の終了時点では、入口側のＮＯｘが放出還元されて上記右上がりの分布は得られるものの、出口側には非常に多く吸蔵され、触媒の許容量に達し易くなるのである。
【００３３】
しかしながら、本発明によれば、リッチ運転の終了時点で流路５０１，５０２，５０３内の排気流れの方向を逆転させているので、リーン運転では、前回のリッチ運転の終了時点（同図（ｂ））の出口側が上流側に設定され、この上流側で大量のＮＯｘが受け入れ可能となる。しかも、前回のリッチ運転の終了時点（同図（ｂ））の入口側が下流側に設定され、常に、下流側での吸蔵量を減らせることができる。つまり、上記右下がりの分布が必ず得られ、均一化が図られる。そして、続くリッチ運転では、常に、高濃度の還元剤をこの上流側で大量に吸蔵されたＮＯｘに供給して放出還元することができ、上記右上がりの分布が得られて均一化が図られるとともに、この放出還元されたＮＯｘの一部は前回のリッチ運転の終了時点（同図（ｂ））の入口側に吸蔵されるので、その吸蔵量も触媒の許容量に達し難くなる。
【００３４】
この結果、従来に比してＮＯｘの効率の良い放出還元が可能となるし、更に、ＮＯｘの浄化性能は長期間に亘って維持される。従って、リッチスパイクの頻度が少なくなり、燃費低減が図られる。
また、切換弁制御部６６が、リッチ運転の終了時点の他、流路５０１，５０３に対するＮＯｘの吸蔵量に基づいて流路５０１，５０２，５０３内の排気流れの方向を逆転させると、ＮＯｘ吸蔵触媒５０内の状態をも正確に把握した切り換えが可能となり、フェイルセーフとなるし、リーン運転及びリッチ運転の各終了時点においてＮＯｘの吸蔵量分布の均一化がより一層確実に図られる。
【００３５】
更に、切換弁制御部６６が流路５０１，５０２，５０３内の排気流れの方向を逆転させると、ＮＯｘ吸蔵触媒内の温度分布の均一化も図られる。
具体的には、図５に示されるように、ＮＯｘ吸蔵触媒内におけるリッチ運転中の温度分布は、このリッチ運転の開始直後では、入口側の温度（図中、実線で示す）が中央の温度（図中、一点鎖線で示す）や出口側の温度（図中、二点鎖線で示す）に比して常に高温になるとの特性があるが、本発明よれば、上述の排気流れ方向の切り換えによって、同一の流路がＳパージ等で熱劣化し難くなる。これにより、ＮＯｘ吸蔵触媒の耐久性の向上及び劣化後の性能維持にも寄与する。なお、この場合の切り換えのタイミングはリッチ操作の度に必ず行われなくても良い。
【００３６】
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施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の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、切換弁制御部６６は、現在のＮＯｘ吸蔵量の推定値を考慮することなく、リッチ運転判別部６２からのリッチ運転の終了時点の信号に基づき、直ちに駆動軸５２６を回転させて流入方向切換弁５０８，５１８を作動させても良い。この場合にも上記と同様に、リーン運転及びリッチ運転の各終了時点におけるＮＯｘの吸蔵量分布の均一化が図られるという効果を奏する。
【００３７】
また、上記実施形態では、ＮＯｘ吸蔵触媒５０が３つの流路５０１，５０２，５０３に区画されているが、必ずしもこの形態に限定されるものではない。つまり、任意の複数の流路に区画することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用されるエンジンシステム構成図である。
【図２】ＮＯｘ吸蔵触媒の断面図である。
【図３】ＥＣＵが実行する排気流入方向の切り換え制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】触媒内のＮＯｘ吸蔵量分布を説明する図である。
【図５】触媒内の温度分布を説明する図である。
【符号の説明】
【００３９】
２ 内燃機関
１６ 排気通路
５０ ＮＯｘ吸蔵触媒
６０ ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
６２ リッチ運転判別部（リッチ運転判別手段）
６４ ＮＯｘ吸蔵量推定部（ＮＯｘ吸蔵量推定手段）
６６ 切換弁制御部（切換弁制御手段）
５０１ 第１の流路（流路）
５０２ 第２の流路（流路）
５０３ 第３の流路（流路）
５０８ 流入方向切換弁（切換弁）
５１８ 流入方向切換弁（切換弁）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘをリッチスパイクによって放出還元させる内燃機関に好適な排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の排気浄化装置は、気筒内に対して行われる燃焼の改善のみでは対応困難な問題を解決する。この排気浄化装置としては、リーン運転時に排気中のＮＯｘを吸蔵してリッチ運転時に吸蔵されたＮＯｘを放出還元させるＮＯｘ吸蔵触媒が知られている。
そして、機関から排出された排気の流れ方向がこの触媒内で逆転可能な切換弁を備えた技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２８００４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記特許文献１に記載の排気浄化装置では、リッチ運転の終了後から所定期間が経過するまでは排気の流れ方向を逆転させず、切換弁の作動を禁止している。燃料が触媒を介してそのまま外部に流出するのを防ぐためである。
しかしながら、リッチ運転の終了時点で排気の流れ方向を逆転させなければ、次のリーン運転時の下流側での吸蔵量はリッチ操作の度に増加し続ける。つまり、切り換えまでの期間が長くなると、リーン運転時に上流側で吸蔵され、続くリッチ運転で放出されたＮＯｘは、下流側に再び吸蔵されてしまう。そして、この下流側には還元剤が供給され難いので、当該下流側の吸蔵量が増え続けるのである。その結果、リーン運転の終了時点におけるＮＯｘの吸蔵量は当初には上流側だけに分布されていたのに対し、次回のリーン運転の終了時点からは上流側から下流側に亘って分布されることになり、均一化が困難になる。更に、リッチ運転の各終了時点における下流側のＮＯｘの吸蔵量が大幅に増加し続けて早期に触媒の許容量を超えることになる。
【０００４】
ここで、機関の要求負荷、回転速度や燃料の添加量から切り換えまでの期間を求めることも考えられるが、これでは、触媒内の状態が把握できず、切換弁の作動が却って上記吸蔵量分布の均一化を妨げるとの懸念がある。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、リーン運転及びリッチ運転の各終了時点におけるＮＯｘの吸蔵量分布の均一化を図ることが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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するべく、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に介装されており、内部に複数の流路が並設され、且つ、各流路内の排気流れを直列方向に組み合わせるとともに、リーン運転時に排気中のＮＯｘを吸蔵してリッチ運転時に吸蔵されたＮＯｘを放出還元するＮＯｘ吸蔵触媒と、ＮＯｘ吸蔵触媒に配設され、直列方向に組み合わされた各流路内の排気流れの方向を逆転可能に切り換える切換弁と、リッチ運転の終了時点を判別するリッチ運転判別手段と、リッチ運転の終了時点にて、直列方向に組み合わされた各流路内の排気流れの方向が逆転するように切換弁を作動させる切換弁制御手段とを具備したことを特徴としている。
【０００６】
また、請求項２記載の発明では、直列方向に組み合わされた各流路内の排気流れの両端箇所に対するＮＯｘの吸蔵量を推定するＮＯｘ吸蔵量推定手段を更に具備し、切換弁制御手段は、ＮＯｘ吸蔵量推定手段及びリッチ運転判別手段からの信号に基づいて各流路内の排気流れの方向を逆転させることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
従って、請求項１記載の本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、リッチ運転判別手段がリッチ運転の終了時点を判別すると、切換弁制御手段が所定期間の経過を待たずに直ちに各流路内の排気流れの方向を逆転させるので、リーン運転及びリッチ運転の各終了時点においてＮＯｘの吸蔵量分布の均一化が確実に図られる。
具体的には、リーン運転の終了時点、つまり、リッチ運転の開始時点では、常に、上流側でＮＯｘの吸蔵量を可能な限り多くし、下流側の吸蔵量を少なくさせるとの分布が得られる。更に、リッチ運転の終了時点、つまり、リーン運転の開始時点では、常に、上流側でＮＯｘの吸蔵量を可能な限り少なくし、下流側の吸蔵量をこの時点の上流側の吸蔵量よりは多くさせるとの分布が得られるのである。
【０００８】
換言すれば、当該リーン運転の開始直前に各流路内の排気流れの方向を逆転させれば、このリーン運転では、先のリッチ運転の終了時点の下流側が上流側に切り換わって大量のＮＯｘが常に受け入れ可能となり、その後のリッチ運転では、この上流側に常に高濃度の還元剤を供給することができる。また、上記リーン運転では、先のリッチ運転の終了時点の上流側が下流側に切り換わって吸蔵量を減らせることができ、その後のリッチ運転で上流側から放出還元されたＮＯｘを再び吸蔵しても影響が小さくて済む。
【０００９】
この結果、従来に比してＮＯｘの効率の良い放出還元が可能となるし、しかも、ＮＯｘの浄化性能は長期間に亘って維持される。従って、リッチスパイクの頻度が少なくなり、燃費低減が図られる。
また、請求項２記載の発明によれば、リッチ運転の終了時点の他、排気流れの両端箇所に対するＮＯｘの吸蔵量に基づいて各流路内の排気流れの方向を逆転させる。よって、ＮＯｘ吸蔵触媒内の状態をも正確に把握した切り換えが可能となり、フェイルセーフとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面により本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明に係る排気浄化装置が適用されるディーゼル機関（以下、エンジンという）２を示す。同図に示されるように、エンジン２の各気筒４には燃料噴射装置を有した燃料供給系６が配設されている。この気筒４には、吸気弁８の開弁により燃焼室１０に新気を導入させる吸気通路１２と、排気弁１４の開弁により燃焼室１０からの排気を導出させる排気通路１６とが接続されている。
【００１１】
吸気通路１２の上流側には過給機１８が介装され、この吸気通路１２の先端部には図示しないエアクリーナが接続されている。また、吸気通路１２の適宜位置にはインタークーラ２０が介装され、更に、この吸気通路１２の流路面積を調節する給気スロットル２２が配設されている。
一方、排気通路１６の下流側の適宜位置には後述するＮＯｘ吸蔵触媒５０が介装されている。このＮＯｘ吸蔵触媒５０は、排気空燃比がストイキオよりも希薄（リーン）状態のときに排気中のＮＯｘを吸蔵するのに対し、排気空燃比が過濃（リッチ）状態にて排気中に還元剤としての未燃燃料（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が存在するときに、吸蔵したＮＯｘの放出還元を行う。なお、ＮＯｘ吸蔵触媒５０の機能については公知である。
【００１２】
また、排気通路１６からはＥＧＲ通路２４が分岐して延び、ＥＧＲ通路２４の先端は吸気通路１２に接続され、このＥＧＲ通路２４には、ＥＧＲクーラ２６や電子コントロールユニット（ＥＣＵ）６０に電気的に接続されたＥＧＲバルブ２８が設けられている。
エアクリーナからの新気は、過給機１８を介して吸気通路１２に入ってインタークーラ２０に達し、給気スロットル２２で調整された後、各気筒４の燃焼室１０内に導かれる。そして、燃料供給系６から供給される燃料の燃焼により、クランク軸３０及びフライホイール３２を作動させる。燃焼が終了すると、排気は排気通路１６に排出され、ＮＯｘ吸蔵触媒５０に導入される。
【００１３】
本実施形態のＮＯｘ吸蔵触媒５０は、排気通路１６から導入された排気の流れの方向を逆転可能に構成されている。
具体的には、図２に示されるように、ＮＯｘ吸蔵触媒５０は円筒状の触媒本体５００を備え、この触媒本体５００の内部は３つの流路５０１，５０２，５０３が区画されている。より詳しくは、第１の流路５０１及び第３の流路５０３は触媒本体５００の長手軸方向に沿って筒状に延び（同図（ａ））、これら流路５０１及び流路５０３は触媒本体５００の外周縁に沿ってこの縁の内側に形成されており、触媒本体５００の直径部分を境にして上側には流路５０１が（同図（ｂ））、下側には流路５０３が（同図（ｃ））それぞれ配設されている。
【００１４】
第２の流路５０２は流路５０１及び流路５０３の内側に配設され、触媒本体５００の長手軸方向に沿って筒状に延びており、これら流路５０１、流路５０２及び流路５０３は並設されている（同図（ａ））。また、これら流路５０１、流路５０２及び流路５０３は同じ断面積を有し、触媒も均等に有している。
触媒本体５００の中心軸部分、つまり、流路５０２の中央部分には、上記長手軸方向に沿って筒状のロッド支持部５０４が配設されており、ロッド支持部５０４内にはロッド５０６が貫挿されている。このロッド５０６の両端部分は触媒本体５００の両端面からそれぞれ突出し、ロッド５０６の一端側には係止部５１４を介して流入方向切換弁（切換弁）５０８が固定され、ロッド５０６の他端側にも係止部５１６を介して流入方向切換弁（切換弁）５１８が固定されている。更に、このロッド５０６の他端側は継手５２４を介して駆動軸５２６に連結され、駆動軸５２６はＥＣＵ６０からの指示信号に応じて回転される。つまり、ＥＣＵ６０からオン信号が出力されると、この駆動軸５２６の回転がロッド５０６に伝達され、各流入方向切換弁５０８，５１８もロッド５０６と同方向に回転される。
【００１５】
この流入方向切換弁５０８は、同図（ｂ）に示されるように、触媒本体５００の直径を基準とした半円状の蓋部５１０と、流路５０２の直径を基準とした半円状の蓋部５１１とから構成され、蓋部５１０と蓋部５１１とは一体に形成されている。そして、流入方向切換弁５０８はロッド５０６の回転に応じて、流路５０２及び流路５０３（同図（ｂ））、或いは流路５０１及び流路５０２のいずれかを覆う。また、蓋部５１０及び蓋部５１１と触媒本体５００の一端面側との間には通路５１２が形成されている（同図（ａ））。
【００１６】
これに対し、流入方向切換弁５１８もまた、同図（ｃ）に示されるように、触媒本体５００の直径を基準とした半円状の蓋部５２０と、流路５０２の直径を基準とした半円状の蓋部５２１とから構成され、蓋部５２０と蓋部５２１とが一体に形成されている。そして、流入方向切換弁５１８はロッド５０６の回転に応じて、流路５０１及び流路５０２（同図（ｃ））、或いは流路５０２及び流路５０３のいずれかを覆う。また、蓋部５２０及び蓋部５２１と触媒本体５００の他端面側との間にも通路５２２が形成されている（同図（ａ））。
【００１７】
ところで、これら流入方向切換弁５０８と流入方向切換弁５１８とは逆位相の向きに配置されている。詳しくは、同図（ａ）に示されるように、流入方向切換弁５０８が流路５０２及び流路５０３（同図（ｂ））を覆う位置では、流入方向切換弁５１８は流路５０１及び流路５０２（同図（ｃ））を覆う位置に設けられている。この結果、流入方向切換弁５０８が流路５０２及び流路５０３の上流側を覆う場合には、流入方向切換弁５１８は流路５０１の下流側及び流路５０２を覆い、流路５０１が流路５０２よりも上流側に位置するとともに、この流路５０２が流路５０３よりも上流側に位置する。
【００１８】
一方、流入方向切換弁５０８が流路５０１の上流側及び流路５０２を覆う場合には、流入方向切換弁５１８は流路５０２及び流路５０３の下流側を覆い、流路５０３が流路５０２よりも上流側に位置するとともに、この流路５０２が流路５０１よりも上流側に位置する。
再び図１に戻ると、本実施形態においては、ＮＯｘ吸蔵触媒５０の上流側の適宜位置に、ＨＣをＮＯｘ吸蔵触媒５０に直接供給する添加インジェクタ４４が配設され、この添加インジェクタ４４は燃料添加ライン４６を介してポンプ４８に接続されている。
【００１９】
また、排気通路１６においてＮＯｘ吸蔵触媒５０の上流側の適宜位置には、出力電圧に基づきＮＯｘ濃度、すなわちＮＯｘ量を検出するＮＯｘセンサ３６や、排気通路１６内の温度を検出する排気温度センサ３８がそれぞれ配設されている。更に、ＮＯｘ吸蔵触媒５０の下流側の適宜位置には、ＮＯｘ量を検出するＮＯｘセンサ４０や、ＮＯｘ吸蔵触媒５０の温度を検出する触媒温度センサ４２がそれぞれ配設され、これら各センサ３６、３８、４０、４２はＥＣＵ６０に電気的に接続されている。
【００２０】
そして、ＥＣＵ６０の入力側には、上述のＮＯｘセンサ３６、排気温度センサ３８、ＮＯｘセンサ４０、触媒温度センサ４２の他、クランク角センサ３４等のエンジン２の運転状態を検出する各種センサも電気的に接続されている。これに対してＥＣＵ６０の出力側には、上述の燃料供給系６、給気スロットル２２、添加インジェクタ４４及び駆動軸５２６を回転させるアクチュエータやポンプ４８等が電気的に接続されている。
【００２１】
また、ＥＣＵ６０には種々のマップが設けられており、例えば、ＮＯｘ放出量マップ等のＮＯｘ吸蔵量推定に関する各種マップも設けられている。
ここで、上述したＮＯｘ吸蔵触媒５０は酸化雰囲気にて排気中のＮＯｘを吸蔵する一方、ＮＯｘ吸蔵量の増加に伴う触媒の性能低下を抑制すべく、ＮＯｘ吸蔵量が飽和に至る前にリッチ運転へ間欠的に切り換えるリッチスパイクを行ってＮＯｘ吸蔵触媒５０の再生を図る。これにより排気の浄化が良好に行われる。
【００２２】
具体的には、本実施形態のリッチスパイクは筒外リッチにて行われている。すなわち、各種センサ３６、３８、４０、４２等の信号に応じてリッチスパイクの指示がなされると、排気通路１６に設けられた添加インジェクタ４４を用い、ポンプ４８から圧送されたＨＣを排気中に直接投入してリッチ運転の条件を作り、この条件が成立すればＮＯｘの放出還元を行う。そして、このＮＯｘの放出還元の終了後には流入方向切換弁５０８，５１８を作動させる。
【００２３】
より詳しくは、ＥＣＵ６０はリッチ運転判別部（リッチ運転判別手段）６２と、ＮＯｘ吸蔵量推定部（ＮＯｘ吸蔵量推定手段）６４と、切換弁制御部（切換弁制御手段）６６とを備えている。
このリッチ運転判別部６２では、上述の各種センサ３６、３８、４０、４２等の信号に応じてリッチスパイクの指示の有無を判別するとともに、リッチ運転の終了時点を判別し、その結果はＮＯｘ吸蔵量推定部６４に出力される。
【００２４】
このＮＯｘ吸蔵量推定部６４では、流路５０１及び流路５０３に対するＮＯｘの吸蔵量を推定している。より具体的には、リーン運転時には、吸入空気量から求められた排気通路１６の排気流量、ＮＯｘセンサ３６，４０からのＮＯｘ濃度に基づいてＮＯｘの吸蔵量を演算する。これに対し、筒外リッチ中には、上記排気流量、排気温度センサ３８からの排気温度及び触媒温度センサ４２からの触媒温度に基づいてＮＯｘ放出量を上記マップで演算する。そして、上記演算されたＮＯｘ吸蔵量から上記演算されたＮＯｘ放出量を減算し、各流路５０１及び流路５０３の現在のＮＯｘ吸蔵量をそれぞれ推定している。その結果は切換弁制御部６６に出力される。
【００２５】
この切換弁制御部６６では、リッチ運転の終了時点において、流路５０１或いは流路５０３のうち、推定されたＮＯｘ吸蔵量の多い方が最上流側となるように、駆動軸５２６を回転させて流入方向切換弁５０８，５１８を作動させる。
図３には、上記リッチ運転判別部６２、ＮＯｘ吸蔵量推定部６４及び切換弁制御部６６による排気流入方向の切り換え制御のフローチャートが示されており、以下、上記のように構成された排気浄化装置の本発明に係る作用について説明する。
【００２６】
同図のステップＳ３０１ではリーン運転が実施され、ＮＯｘ吸蔵量推定部６４にてＮＯｘの吸蔵量を演算してステップＳ３０２に進む。
このステップＳ３０２ではリーン運転が終了してリッチ運転が開始される。このリッチ運転はリッチ運転判別部６２にて監視されている。また、ＮＯｘ吸蔵量推定部６４ではＮＯｘ放出量を演算し、各流路５０１及び流路５０３の現在のＮＯｘ吸蔵量をそれぞれ推定する。
【００２７】
次いで、ステップＳ３０３では、リッチ運転判別部６２にてリッチ運転が終了したか否かが判別される。そして、このリッチ運転が終了してリーン運転が開始されると判定された場合、すなわち、ＹＥＳのときにはステップＳ３０４に進み、切換弁制御部６６にて、流路５０１或いは流路５０３のうち推定されたＮＯｘ吸蔵量の多い方を上流側にする位置に切り換えられる。
【００２８】
つまり、流入方向切換弁５０８，５１８が前回のリーン及びリッチ運転時に流路５０１を上流側にする位置であったときには、このリッチ運転の終了時点では流路５０１のＮＯｘは殆ど放出還元されるが、下流側の流路５０３で再度吸蔵され得ることから、流路５０３のＮＯｘ吸蔵量が流路５０１のそれよりも多くなっている。よって、この場合には、切換弁制御部６６にて流路５０３を上流側にする位置に反転させるのである。
【００２９】
これにより、流入方向切換弁５０８が流路５０１の上流側及び流路５０２を覆うとともに、流入方向切換弁５１８が流路５０２及び流路５０３の下流側を覆う位置に作動されて一連のルーチンを抜ける。この場合には、流路５０３、流路５０２及び流路５０１内の排気流れはこの順序で直列方向に組み合わせられ、排気通路１６からの排気は、最上流側として流路５０３に導入され、次いで、通路５２２を経て流路５０２に導入され、通路５１２を経て流路５０１に導入された後、外部に向かうことになる。
【００３０】
これに対し、流入方向切換弁５０８，５１８が前回のリーン及びリッチ運転時に流路５０３を上流側にする位置であったときには、排気の流れの方向が上述とは逆転される。換言すれば、流入方向切換弁５０８が流路５０２及び流路５０３の上流側を覆うとともに、流入方向切換弁５１８が流路５０１の下流側及び流路５０２を覆う位置にそれぞれ作動されて一連のルーチンを抜ける。この場合には、流路５０１、流路５０２及び流路５０３内の排気流れはこの順序で直列方向に組み合わせられ、最上流側として流路５０１に導入され、通路５２２を経て流路５０２に導入される。次いで、通路５１２を経て流路５０３に導入された後、外部に向かうことになる。
【００３１】
以上のように、本発明によれば、切換弁制御部６６が一対のリーン・リッチ運転の終了毎に、所定期間の経過を待たずに直ちに流路５０１，５０２，５０３内の排気流れの方向を逆転させる。従って、リーン運転及びリッチ運転の各終了時点においてＮＯｘの吸蔵量分布の均一化が確実に図られる。
より詳しくは、ＮＯｘ吸蔵触媒の特性は、図４（ａ）に示されるように、リーン運転の終了時点、つまり、リッチ運転の開始時点におけるＮＯｘ吸蔵量をみると、入口側が多く、出口側では少なくなるとの右下がりの分布になる（図中、斜線で示す）。これは、ＮＯｘは入口側で吸蔵され易く、出口側に位置するに連れて吸蔵され難くなるからである。一方、図４（ｂ）に示されるように、リッチ運転の終了時点、つまり、リーン運転の開始時点におけるＮＯｘ吸蔵量をみると、入口側では殆ど認められず、出口側が多くなるとの右上がりの分布になる（図中、斜線で示す）。これは、入口側には高濃度の還元剤が供給され易く、この入口側に吸蔵されたＮＯｘ（図中、点線で示す）は殆ど放出還元されるが、還元剤は出口側に位置するに連れて供給され難くなるので、この入口側から放出還元されたＮＯｘの一部は出口側にて再び吸蔵されるからである。
【００３２】
ここで、従来の如く切り換えまでの期間が長くなってリッチ運転の終了時点で排気の流れ方向が全く逆転されない場合には、次のリーン運転の終了時点では、入口側の他、出口側にも吸蔵されていることになり、上記右下がりの分布が得られ難くなる。更に、続くリッチ運転の終了時点では、入口側のＮＯｘが放出還元されて上記右上がりの分布は得られるものの、出口側には非常に多く吸蔵され、触媒の許容量に達し易くなるのである。
【００３３】
しかしながら、本発明によれば、リッチ運転の終了時点で流路５０１，５０２，５０３内の排気流れの方向を逆転させているので、リーン運転では、前回のリッチ運転の終了時点（同図（ｂ））の出口側が上流側に設定され、この上流側で大量のＮＯｘが受け入れ可能となる。しかも、前回のリッチ運転の終了時点（同図（ｂ））の入口側が下流側に設定され、常に、下流側での吸蔵量を減らせることができる。つまり、上記右下がりの分布が必ず得られ、均一化が図られる。そして、続くリッチ運転では、常に、高濃度の還元剤をこの上流側で大量に吸蔵されたＮＯｘに供給して放出還元することができ、上記右上がりの分布が得られて均一化が図られるとともに、この放出還元されたＮＯｘの一部は前回のリッチ運転の終了時点（同図（ｂ））の入口側に吸蔵されるので、その吸蔵量も触媒の許容量に達し難くなる。
【００３４】
この結果、従来に比してＮＯｘの効率の良い放出還元が可能となるし、更に、ＮＯｘの浄化性能は長期間に亘って維持される。従って、リッチスパイクの頻度が少なくなり、燃費低減が図られる。
また、切換弁制御部６６が、リッチ運転の終了時点の他、流路５０１，５０３に対するＮＯｘの吸蔵量に基づいて流路５０１，５０２，５０３内の排気流れの方向を逆転させると、ＮＯｘ吸蔵触媒５０内の状態をも正確に把握した切り換えが可能となり、フェイルセーフとなるし、リーン運転及びリッチ運転の各終了時点においてＮＯｘの吸蔵量分布の均一化がより一層確実に図られる。
【００３５】
更に、切換弁制御部６６が流路５０１，５０２，５０３内の排気流れの方向を逆転させると、ＮＯｘ吸蔵触媒内の温度分布の均一化も図られる。
具体的には、図５に示されるように、ＮＯｘ吸蔵触媒内におけるリッチ運転中の温度分布は、このリッチ運転の開始直後では、入口側の温度（図中、実線で示す）が中央の温度（図中、一点鎖線で示す）や出口側の温度（図中、二点鎖線で示す）に比して常に高温になるとの特性があるが、本発明よれば、上述の排気流れ方向の切り換えによって、同一の流路がＳパージ等で熱劣化し難くなる。これにより、ＮＯｘ吸蔵触媒の耐久性の向上及び劣化後の性能維持にも寄与する。なお、この場合の切り換えのタイミングはリッチ操作の度に必ず行われなくても良い。
【００３６】
以上で本発明の一実施形態についての説明を終えるが、本発明は上記実施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の変更ができるものである。
例えば、上記実施形態では、切換弁制御部６６は、現在のＮＯｘ吸蔵量の推定値を考慮することなく、リッチ運転判別部６２からのリッチ運転の終了時点の信号に基づき、直ちに駆動軸５２６を回転させて流入方向切換弁５０８，５１８を作動させても良い。この場合にも上記と同様に、リーン運転及びリッチ運転の各終了時点におけるＮＯｘの吸蔵量分布の均一化が図られるという効果を奏する。
【００３７】
また、上記実施形態では、ＮＯｘ吸蔵触媒５０が３つの流路５０１，５０２，５０３に区画されているが、必ずしもこの形態に限定されるものではない。つまり、任意の複数の流路に区画することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置が適用されるエンジンシステム構成図である。
【図２】ＮＯｘ吸蔵触媒の断面図である。
【図３】ＥＣＵが実行する排気流入方向の切り換え制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】触媒内のＮＯｘ吸蔵量分布を説明する図である。
【図５】触媒内の温度分布を説明する図である。
【符号の説明】
【００３９】
２ 内燃機関
１６ 排気通路
５０ ＮＯｘ吸蔵触媒
６０ ＥＣＵ（電子コントロールユニット）
６２ リッチ運転判別部（リッチ運転判別手段）
６４ ＮＯｘ吸蔵量推定部（ＮＯｘ吸蔵量推定手段）
６６ 切換弁制御部（切換弁制御手段）
５０１ 第１の流路（流路）
５０２ 第２の流路（流路）
５０３ 第３の流路（流路）
５０８ 流入方向切換弁（切換弁）
５１８ 流入方向切換弁（切換弁）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に介装されており、内部に複数の流路が並設され、且つ、該各流路内の排気流れを直列方向に組み合わせるとともに、リーン運転時に排気中のＮＯｘを吸蔵してリッチ運転時に該吸蔵されたＮＯｘを放出還元するＮＯｘ吸蔵触媒と、
該ＮＯｘ吸蔵触媒に配設され、前記直列方向に組み合わされた各流路内の排気流れの方向を逆転可能に切り換える切換弁と、
前記リッチ運転の終了時点を判別するリッチ運転判別手段と、
該リッチ運転の終了時点にて、前記直列方向に組み合わされた各流路内の排気流れの方向が逆転するように前記切換弁を作動させる切換弁制御手段と
を具備したことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記直列方向に組み合わされた各流路内の排気流れの両端箇所に対するＮＯｘの吸蔵量を推定するＮＯｘ吸蔵量推定手段を更に具備し、
前記切換弁制御手段は、該ＮＯｘ吸蔵量推定手段及び前記リッチ運転判別手段からの信号に基づいて前記各流路内の排気流れの方向を逆転させ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。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に介装されており、内部に複数の流路が並設され、且つ、該各流路内の排気流れを直列方向に組み合わせるとともに、リーン運転時に排気中のＮＯｘを吸蔵してリッチ運転時に該吸蔵されたＮＯｘを放出還元するＮＯｘ吸蔵触媒と、
該ＮＯｘ吸蔵触媒に配設され、前記直列方向に組み合わされた各流路内の排気流れの方向を逆転可能に切り換える切換弁と、
前記リッチ運転の終了時点を判別するリッチ運転判別手段と、
該リッチ運転の終了時点にて、前記直列方向に組み合わされた各流路内の排気流れの方向が逆転するように前記切換弁を作動させる切換弁制御手段と
を具備したことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記直列方向に組み合わされた各流路内の排気流れの両端箇所に対するＮＯｘの吸蔵量を推定するＮＯｘ吸蔵量推定手段を更に具備し、
前記切換弁制御手段は、該ＮＯｘ吸蔵量推定手段及び前記リッチ運転判別手段からの信号に基づいて前記各流路内の排気流れの方向を逆転させ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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−２７４９１０（Ｐ２００６−２７４９１０Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−９４５５５（Ｐ２００５−９４５５５）
【出願日】平成１７年３月２９日（２００５．３．２９）
【出願人】（３０３００２１５８）三菱ふそうトラック・バス株式会社 (1,037)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２９日（２００５．３．２９）
【出願人】（３０３００２１５８）三菱ふそうトラック・バス株式会社 (1,037)
【Ｆターム（参考）】
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