JP2006283611A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 リッチスパイク時に還元剤が多く供給される箇所にＮＯｘを多く吸蔵させ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(50)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(508,518)とを具備し、ＮＯｘ吸蔵触媒は、直列方向に組み合わされた各流路内の排気流れの最上流側及び最下流側の両箇所(501,503)の触媒担持量を他の箇所(502)の触媒担持量に比して多くさせる。
【選択図】 図２

Description

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。

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。しかし、その構造の大型化は避けなければならず、この排気浄化装置の内部を分割させた技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
詳しくは、当該排気浄化装置は、並列に区分された第１から第３までの３つの構造体を備え、これら第１から第３の各構造体内には、ＮＯｘ吸蔵剤、酸化触媒（三元触媒）等がそれぞれ備えられている。これにより、ＮＯｘの吸蔵や放出、ＨＣ及びＣＯの浄化等の各機能が発揮されるとともに、構造のコンパクト化が図られる。しかしながら、ＮＯｘ吸蔵剤にはＳＯｘも吸蔵され（Ｓ被毒と呼ばれる）、その放出も必要となる。
特開２００２−８９２５１号公報

ところで、上記特許文献１に記載の排気浄化装置には、第１から第３の各構造体内の総てをＮＯｘ吸蔵触媒とする構成についても開示されている。また、この排気浄化装置は、機関から排出された排気の流れ方向を第１から第３の構造体の順に流す場合と、逆に第３から第１の構造体の順に流す場合と、第１から第３の各構造体に同方向の排気の流れを形成させる場合とに切り換え可能な切換弁を具備する。そして、定常時には切換弁を中立位置に保持して第１から第３の各構造体に同方向の排気の流れを形成させ、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を放出還元させている。

一方、上記定常時から軽負荷時に移行して排気温度が低くなった場合には、上記中立位置での保持が解除され、第１から第３の構造体の順に向かう排気の流れと、第３から第１の構造体の順に向かう排気の流れとを交互に形成させる。中立位置にて低くなった各構造体の前段部分を昇温させ、失活を防止するためである。更に、触媒温度が高温時のリッチスパイクではリッチスパイクの終了後に排気の流れを切り換えることで反応熱を触媒内に貯めないようにすることも可能である。触媒の更なる高温化によるＮＯｘ吸蔵性能の低下を防ぐためである。

すなわち、上記特許文献１に記載の排気浄化装置では、各構造体の前段部分を活性させるために排気の流れ方向を切り換える等の点については考慮されているが、リッチスパイク時における排気の流れ方向の切り換えについては格別の配慮がなされていない。
また、上記リッチスパイク時には、吸蔵されたＮＯｘを還元するためにＨＣ等の還元剤を添加することになるが、この還元剤が多く供給される箇所にＮＯｘを多く吸蔵させる必要がある点にも留意しなければならない。つまり、この添加された還元剤はＮＯｘの放出還元及び触媒の酸素ストレージ剤にそれぞれ消費され、下流側に至るに連れて還元剤の量が少なくなるからである。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、リッチスパイク時に還元剤が多く供給される箇所にＮＯｘを多く吸蔵させ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。

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を具備し、ＮＯｘ吸蔵触媒は、直列方向に組み合わされた各流路内の排気流れの最上流側及び最下流側の両箇所の触媒担持量を他の箇所の触媒担持量に比して多くさせたことを特徴としている。

また、請求項２記載の発明では、リーン運転時にはＮＯｘの吸蔵温度に応じたＮＯｘの熱解離量を反映させてＮＯｘの吸蔵量を演算し、演算されたＮＯｘの吸蔵量に基づいて最上流側及び最下流側の両箇所に対するＮＯｘの吸蔵量を推定するＮＯｘ吸蔵量推定手段と、リッチスパイク時には、両箇所の推定されたＮＯｘの吸蔵量のうち、いずれか多い方の箇所が上流側となるように切換弁を作動させる切換弁制御手段とを更に具備していることを特徴としている。

更に、請求項３記載の発明では、直列方向に組み合わされた各流路は、同一の断面積を有していることを特徴としている。

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、排気流れの方向が逆転可能に構成されたＮＯｘ吸蔵触媒の直列方向に組み合わされた各流路内において、排気の流入側になり得る箇所の触媒担持量をこの排気の中継側になり得る箇所の触媒担持量よりも多くしている。よって、ＮＯｘの吸蔵量は触媒担持量の多い最上流側の箇所にまず多く分布され、この最上流側の箇所はリッチスパイク時に還元剤が最も豊富に存在し得る箇所であることから、ＮＯｘの効率の良い放出還元が可能となる。

更に、仮にＮＯｘの熱解離の発生やリッチスパイクが不完全となる運転状態に至り、最上流側の箇所に吸蔵されていたＮＯｘがスリップして下流側に向けて移動したとしても、触媒担持量の多い最下流側の箇所で再び吸蔵可能となる結果、良好な排気の浄化が維持される。
また、請求項２記載の発明によれば、ＮＯｘ吸蔵量推定手段がＮＯｘの熱解離量を考慮してＮＯｘの吸蔵量を推定しているので、ＮＯｘが触媒に吸蔵された時点の温度によってＮＯｘの吸蔵量が異なる場合にも十分に対応可能となり、この吸蔵量の推定精度が大幅に向上する。

また、リッチスパイク時には、切換弁制御手段がＮＯｘの吸蔵量の多い方の箇所が最上流側となるように切換弁を作動させることから、高いＮＯｘ浄化率が維持可能となる。更に、供給された還元剤の無駄な消費も防止されて、還元剤の添加量が低減され、リッチスパイク時の燃費低減が図られる。
更に、請求項３記載の発明によれば、最上流側及び最下流側の両箇所の断面積を同じに構成すれば、排気流れの方向を切り換えても最上流側となる箇所にＮＯｘを常に多く吸蔵することができ、その機能が確保される。また、各流路の断面積を同じに構成すれば、排気の流れが絞られないことから、スリップしたＮＯｘを最下流側の箇所で確実に吸蔵可能となる。

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。

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。

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。

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。

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は同一の断面積を有するように構成されている。
一方、これら流路５０１、流路５０２及び流路５０３の触媒担持量は均一ではなく、流路５０１及び流路５０３の触媒担持量が流路５０２の触媒担持量よりも多くされている。例えば、本実施形態においては、流路５０１及び流路５０３では約４００ｇ／ｌが担持されているのに対し、流路５０２では約１００ｇ／ｌが担持されており、一般的な構成に比して流路５０１及び流路５０３では約２倍、流路５０２では約１／２倍の触媒担持量を有するように構成されている。

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。

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））。

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））。

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。

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。

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濃度等を検出する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。この排気温度センサ３８はＮＯｘ吸蔵触媒５０の上流側の温度も検出可能である。更に、ＮＯｘ吸蔵触媒５０の下流側の適宜位置には、ＮＯｘ濃度等を検出するＮＯｘセンサ４０や、ＮＯｘ吸蔵触媒５０の下流側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。

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。

また、ＥＣＵ６０には種々のマップが設けられており、例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒５０の上流側の空気過剰率（還元剤濃度）を求めるマップの他、ＮＯｘ吸蔵量マップや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。

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、上流側からのＮＯｘの吸蔵量の増加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の放出還元の際には流入方向切換弁５０８，５１８を作動させる。

より詳しくは、ＥＣＵ６０はＮＯｘ吸蔵量推定部（ＮＯｘ吸蔵量推定手段）６２と、切換弁制御部（切換弁制御手段）６４とを備えている。
このＮＯｘ吸蔵量推定部６２では、流路５０１及び流路５０３に対するＮＯｘ吸蔵量Ｐｉ（ｉ＝１，３）を推定している。より具体的には、リーン運転時には、まず、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量αを演算し、このＮＯｘ量αを今回のリーン運転開始時点から積算してＮＯｘの積算吸蔵量Ｉｎｔαとする。次に、排気温度センサ３８にて現在の最上流側の温度Ｔ_U、触媒温度センサ４２にて現在の最下流側の温度Ｔ_Lをそれぞれ検出して各流路５０１，５０３内の温度を推定し、ＮＯｘが触媒に吸蔵された時点の温度（以下、ＮＯｘ吸蔵温度とする）と認識する。続いて、これら流路５０１，５０３内の温度から現在の最上流側及び最下流側におけるＮＯｘの各最大吸蔵量Ｐ₀（Ｔ_U）、Ｐ₀（Ｔ_L）を上記ＮＯｘ吸蔵量マップから演算する。そして、ＮＯｘの熱解離が生じた場合には、この最上流側の最大吸蔵量Ｐ₀（Ｔ_U）から熱解離量Ｄを減ずる一方、最下流側の最大吸蔵量Ｐ₀（Ｔ_L）に当該熱解離量Ｄを加えてＮＯｘの各吸蔵量Ｐ（Ｔ_U）、Ｐ（Ｔ_L）を演算する。

これに対し、筒外リッチ中には、上記排気流量、ＥＣＵ６０のマップで読み出された上流側の空気過剰率及び排気温度センサ３８からの排気温度に基づいてＮＯｘ放出量Ｒを上記ＮＯｘ放出量マップから演算する。そして、上記演算された吸蔵量Ｐ（Ｔ_U）或いは吸蔵量Ｐ（Ｔ_L）から上記演算された放出量Ｒをそれぞれ減算し、各流路５０１及び流路５０３の現在のＮＯｘ吸蔵量Ｐｉ（ｉ＝１，３）をそれぞれ推定している。その結果は切換弁制御部６４に出力される。

この切換弁制御部６４では、流路５０１或いは流路５０３のうち、推定されたＮＯｘ吸蔵量Ｐｉ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ＮＯｘ吸蔵量推定部６２及び切換弁制御部６４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。

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６２にて熱解離量Ｄを反映させたＮＯｘの吸蔵量Ｐ（Ｔ_U）、Ｐ（Ｔ_L）を演算してステップＳ３０２に進み、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。
本実施形態によるリーン運転からリッチ運転への変更については図４に示される。つまり、上記ステップＳ３０１のリーン運転中において、同図のステップＳ４０１では、現在の最上流側の温度Ｔ_U及び最下流側の温度Ｔ_Lがそれぞれ読み込まれ、上記最上流側及び最下流側の各最大吸蔵量Ｐ₀（Ｔ_U）、Ｐ₀（Ｔ_L）が求められている。これは、ＮＯｘ吸蔵温度によってＮＯｘの最大吸蔵量が異なることを鑑みたものである。より具体的には、図５（ａ）に各ＮＯｘ吸蔵温度に対する上記最上流側の最大吸蔵量Ｐ₀（Ｔ_U）の遷移が示されており、所定のＮＯｘ吸蔵温度Ｔ_UB（例えば約３００℃）に達するまでは最大吸蔵量Ｐ₀（Ｔ_U）が増加傾向にあるのに対し、この吸蔵温度Ｔ_UBを超えると、最大吸蔵量Ｐ₀（Ｔ_U）は減少傾向に移行する。つまり、前のＮＯｘ吸蔵温度Ｔ_UBでの最大吸蔵量Ｐ₀（Ｔ_UB）が、後のＮＯｘ吸蔵温度Ｔ_UA（例えば約４００℃）での最大吸蔵量Ｐ₀（Ｔ_UA）よりも多くなっていることが分かる。

続いて、図４のステップＳ４０２では、上述した前のＮＯｘ吸蔵温度Ｔ_UB及び後のＮＯｘ吸蔵温度Ｔ_UAがそれぞれ読み込まれ、最大吸蔵量Ｐ₀（Ｔ_UB）、Ｐ₀（Ｔ_UA）が求められる。そして、ステップＳ４０３では、前のＮＯｘ吸蔵温度Ｔ_UBの最大吸蔵量Ｐ₀（Ｔ_UB）が後のＮＯｘ吸蔵温度Ｔ_UAの最大吸蔵量Ｐ₀（Ｔ_UA）よりも大きいか否かが判別される。そして、最大吸蔵量Ｐ₀（Ｔ_UB）の方が大きいと判定された場合、すなわち、ＹＥＳのときには流路内の温度の上昇によって最上流側の流路５０１（或いは５０３）ではＮＯｘの熱解離が発生し得ることから、ステップＳ４０４に進む。これは、ＮＯｘ吸蔵温度によって熱解離量も異なることを鑑みたものであり、具体的には、図５（ｂ）に示される如く、前のＮＯｘ吸蔵温度Ｔ_UBにおける熱解離量（図中、実線で示す）は後のＮＯｘ吸蔵温度Ｔ_UAにおける熱解離量（図中、一点鎖線で示す）よりも高いピークを有していることが分かる。そして、これら実線及び一点鎖線で囲まれた斜線部分は、前のＮＯｘ吸蔵温度Ｔ_UBで吸蔵されたＮＯｘが後のＮＯｘ吸蔵温度Ｔ_UAに達した時に最上流側の流路５０１（或いは５０３）で発生する熱解離量Ｄであり、下流側に向けて移動することになる。

次いで、図４のステップＳ４０４では、ＮＯｘの積算吸蔵量Ｉｎｔα、熱解離量Ｄ及びＮＯｘ量αの合計量が後のＮＯｘ吸蔵温度Ｔ_UAの最大吸蔵量Ｐ₀（Ｔ_UA）よりも大きいか否かが判別される。当該合計量の方が大きいと判定された場合、すなわち、ＹＥＳのときには当該最上流側の流路では、生じた熱解離量Ｄやこの時点で導入されたＮＯｘ量αを既に吸蔵できない状態にあるので、ステップＳ４０５に進む。

このステップＳ４０５では、ＮＯｘの積算吸蔵量Ｉｎｔαが上記ステップＳ４０１で演算された最下流側５０３（或いは５０１）の最大吸蔵量Ｐ₀（Ｔ_L）よりも大きいか否かが判別される。そして、積算吸蔵量Ｉｎｔαの方が大きいと判定された場合、すなわち、ＹＥＳのときには当該最下流側の流路でも許容量を超える状態にあることから、ステップＳ４０６に進んでリッチスパイクを要求し、一連のルーチンを抜ける。なお、上記ステップＳ４０４にて最大吸蔵量Ｐ₀（Ｔ_UA）よりも上記合計量の方が大きいと判定された場合にもリッチスパイクを要求しても良い。

再び図３のステップＳ３０２では、上記リッチスパイクが要求されてリッチ運転が開始されるとともに、ＮＯｘ吸蔵量推定部６２にて上記放出量Ｒを演算してステップＳ３０３に進む。
このステップＳ３０３では、ＮＯｘ吸蔵量推定部６２にてＮＯｘ吸蔵量Ｐｉ、つまり、上記ステップＳ３０１で演算された吸蔵量Ｐ（Ｔ_U）或いは吸蔵量Ｐ（Ｔ_L）から放出量Ｒをそれぞれ減ずることによって、流路５０１の現在のＮＯｘ吸蔵量Ｐ１及び流路５０３の現在のＮＯｘ吸蔵量Ｐ３をそれぞれ推定する。

次いで、ステップＳ３０４では、これら推定されたＮＯｘ吸蔵量Ｐ１と吸蔵量Ｐ３とを比較し、ＮＯｘ吸蔵量Ｐ１が吸蔵量Ｐ３よりも大きいか否かが判別される。そして、流路５０１のＮＯｘ吸蔵量Ｐ１の方が大きいと判定された場合、すなわち、ＹＥＳのときにはステップＳ３０５に進み、切換弁制御部６４にて流路５０１（図中（１）と示す）を上流側にする位置、つまり、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。よって、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、排気通路１６からの排気は、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（図２）。

これに対し、ステップＳ３０４にて流路５０３のＮＯｘ吸蔵量Ｐ３の方が大きいと判定されたときにはステップＳ３０６に進み、切換弁制御部６４にて流路５０３（図中（３）と示す）を上流側にする位置、つまり、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。よって、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、排気の流れの方向が上述とは逆転される。換言すれば、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。

以上のように、本発明によれば、排気流れの方向が逆転可能に構成されたＮＯｘ吸蔵触媒５０の直列方向に組み合わされた各流路５０１，５０２，５０３内において、排気の流入側になり得る流路５０１，５０３の触媒担持量をこの排気の中継側になり得る流路５０２の触媒担持量よりも多くさせている。
詳しくは、図６に示されるように、ＮＯｘ吸蔵量は最上流側となり得る流路５０１（或いは５０３）にまず多く分布されるが、本発明では従来に比して限界吸蔵量が高くなるように担持され、ＮＯｘが多く吸蔵されている（同図（ａ））。また、この最上流側となり得る流路５０１（或いは５０３）ではリッチスパイク時にＨＣが最も豊富に存在し得る箇所である。従って、リッチスパイク時にはＨＣが多く供給される箇所にＮＯｘを多く吸蔵させることができ、ＮＯｘの効率の良い放出還元が可能となるし、ＨＣを有効に利用することができ、ＨＣスリップが発生し難くなる。

また、ＮＯｘ吸蔵量は最下流側となり得る流路５０３（或いは５０１）でも多く分布可能であり、本発明では従来に比して限界吸蔵量が高くなるように担持され、ＮＯｘが多く吸蔵可能に構成されている。よって、仮にＮＯｘの熱解離の発生やリッチスパイクが不完全となる運転状態に至り、最上流側となり得る流路５０１（或いは５０３）に吸蔵されていたＮＯｘがスリップして下流側に向けて移動したとしても、この最下流側となり得る流路５０３（或いは５０１）で再び吸蔵可能となる（同図（ｂ））。つまり、同図の斜線部分は、従来の触媒担持量ではＮＯｘが触媒外にそのまま放出される部分であったのに対し、本発明では吸蔵できる部分になり、良好な排気の浄化が維持される。

なお、本実施形態の如く、流路５０１，５０３の触媒担持量を従来の約２倍にする一方、流路５０２の触媒担持量を従来の約１／２倍にすれば、触媒のコストも従来の構成と同程度に維持可能となる。
また、ＮＯｘ吸蔵量推定部６２がＮＯｘの熱解離量Ｄを考慮してＮＯｘ吸蔵量Ｐ１，Ｐ３を推定しているので、ＮＯｘ吸蔵温度に応じてＮＯｘの吸蔵量が変動しても十分に対応可能となり、ＮＯｘ吸蔵量Ｐ１，Ｐ３の推定精度が大幅に向上する。

更に、リッチスパイク時には、切換弁制御部６４がＮＯｘ吸蔵量Ｐ１，Ｐ３の多い方の流路５０１（或いは５０３）が最上流側となるように流入方向切換弁５０８，５１８を作動させるので、高いＮＯｘ浄化率が維持可能となる。更にまた、供給されたＨＣの無駄な消費が防止される結果、ＨＣの添加量も低減され、リッチスパイク時の燃費低減が図られる。

また、最上流側或いは最下流側となる流路５０１，５０３の断面積が同じに構成されると、流入方向切換弁５０８，５１８によって排気流れの方向が切り換えられても流路５０１（或いは５０３）にはＮＯｘを常に多く吸蔵可能となり、その機能を確保できる。更に、各流路５０１，５０２，５０３の断面積も同じに構成されると、排気の流れが流路５０１から５０３の間にて絞られないことから、最上流側でスリップしたＮＯｘは最下流側で確実に吸蔵される。

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、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。

また、上記実施形態では、排気温度センサ３８や触媒温度センサ４２を用いてＮＯｘ吸蔵触媒５０の上流側や下流側の温度をそれぞれ検出しているが、この構成に代えて流路５０１の内部に温度センサを設けるとともに、流路５０３の内部にも温度センサを設けてＮＯｘ吸蔵触媒５０の上流側や下流側の温度をそれぞれ検出しても良い。更に、ＮＯｘセンサ３６，４０からのＮＯｘ濃度の検出に代えてＥＣＵ６０に備えられたマップからＮＯｘ濃度を読み出しても良い。

更に、上記実施形態では、熱解離量Ｄを考慮してリッチスパイクの要求やＮＯｘ吸蔵量の推定を行っているが、熱解離が生ずる温度に達しない場合等には図７の如くの制御を行っても良い。
つまり、リーン運転中において、同図のステップＳ７０１では、現在の最上流側の温度Ｔ_U、中流側の温度Ｔ_M及び最下流側の温度Ｔ_Lがそれぞれ読み込まれ、ＮＯｘの最大吸蔵量Ｐ₀（Ｔ_U）、Ｐ₀（Ｔ_M）、Ｐ₀（Ｔ_L）を上記マップから求める。なお、中流側の温度Ｔ_Mは図示しない温度センサにて検出される。

続いて、ステップＳ７０２では、ＮＯｘの積算吸蔵量Ｉｎｔαが最上流側の最大吸蔵量Ｐ₀（Ｔ_U）よりも大きいか否かが判別され、積算吸蔵量Ｉｎｔαの方が大きいと判定された場合、すなわち、ＹＥＳのときにはこの最上流側の流路では許容量を超える状態にあることから、ステップＳ７０３に進み、積算吸蔵量Ｉｎｔαが中流側の最大吸蔵量Ｐ₀（Ｔ_M）よりも大きいか否かが判別される。そして、積算吸蔵量Ｉｎｔαの方が大きいと判定された場合には、この中流側の流路でも許容量を超える状態にあることから、ステップＳ７０４に進み、積算吸蔵量Ｉｎｔαが最下流側の最大吸蔵量Ｐ₀（Ｔ_L）よりも大きいか否かが判別され、積算吸蔵量Ｉｎｔαの方が大きいと判定されたときには、この最下流側の流路でも許容量を超える状態にあるので、ステップＳ７０５に進んでリッチスパイクを要求し、一連のルーチンを抜ける。なお、上記ステップＳ７０２にて最大吸蔵量Ｐ₀（Ｔ_U）よりも積算吸蔵量Ｉｎｔαの方が大きいと判定された場合にはリッチスパイクを準備し、また、ステップＳ７０３にて最大吸蔵量Ｐ₀（Ｔ_M）よりも積算吸蔵量Ｉｎｔαの方が大きいと判定された場合にもリッチスパイクを要求しても良い。

そして、この後、ＮＯｘ吸蔵量推定部６２にてＮＯｘ放出量Ｒを演算し、上記最大吸蔵量Ｐ₀（Ｔ_U）或いは最大吸蔵量Ｐ₀（Ｔ_L）から放出量Ｒをそれぞれ減ずることにより、流路５０１の現在のＮＯｘ吸蔵量Ｐ１及び流路５０３の現在のＮＯｘ吸蔵量Ｐ３をそれぞれ推定することになる。

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。 ＮＯｘ吸蔵触媒の断面図である。 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。 ＥＣＵが実行するリッチスパイクの指示制御ルーチンを示すフローチャートである。 熱解離量を説明する図である。 触媒内のＮＯｘ濃度分布を説明する図である。 ＥＣＵが実行する他のリッチスパイクの指示制御ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

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 ＮＯｘ吸蔵量推定部（ＮＯｘ吸蔵量推定手段）
６４ 切換弁制御部（切換弁制御手段）
５０１ 第１の流路（１）
５０２ 第２の流路
５０３ 第３の流路（３）
５０８ 流入方向切換弁（切換弁）
５１８ 流入方向切換弁（切換弁）

Claims (3)

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を具備し、
   前記ＮＯｘ吸蔵触媒は、前記直列方向に組み合わされた各流路内の排気流れの最上流側及び最下流側の両箇所の触媒担持量を他の箇所の触媒担持量に比して多くさせたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記リーン運転時にはＮＯｘの吸蔵温度に応じたＮＯｘの熱解離量を反映させてＮＯｘの吸蔵量を演算し、該演算されたＮＯｘの吸蔵量に基づいて前記最上流側及び最下流側の両箇所に対するＮＯｘの吸蔵量を推定するＮＯｘ吸蔵量推定手段と、
   リッチスパイク時には、前記両箇所の推定されたＮＯｘの吸蔵量のうち、いずれか多い方の箇所が上流側となるように前記切換弁を作動させる切換弁制御手段と
   を更に具備してい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。
3. 前記直列方向に組み合わされた各流路は、同一の断面積を有してい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浄化装置。

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