JP2020051346A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガスに含まれる有害物質を浄化する触媒に当該触媒よりも低温の排気ガスを流すことにより、当該触媒を冷却することが可能とする。【解決手段】エンジン１００から排気された排気ガスが通過する排気通路２０４，３００に設けられ、前記排気ガスに含まれる有害物質を浄化する触媒３０２と、前記排気通路２０４，３００における前記触媒３０２の下流側に設けられ、前記排気ガスに含まれる粒子状物質を補足するフィルタ３０４と、前記触媒３０２の上流側の前記排気通路２０４，３００で分岐されるとともに、前記フィルタ３０４の下流側の前記排気通路２０４，３００に再接続され、前記フィルタ３０４の下流側の前記排気通路２０４，３００から前記触媒３０２の上流側の前記排気通路２０４，３００へ前記排気ガスを循環させる循環路３１２と、を備える、排気ガス浄化装置２００が提供される。【選択図】図２

Description

本発明は、排気ガス浄化装置に関する。

走行中の車両のエンジンから排出される排気ガスには有害物質が含まれている。例えば、排気ガスに含まれる有害物質には、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、又は窒素酸化物（ＮＯｘ）などの物質がある。従来、排気ガスに含まれるこれらの有害物質を無害な物質に浄化する技術が知られている。

例えば特許文献１には、内燃機関の排気ガス中の炭化水素を吸蔵する炭化水素吸蔵材と、炭化水素吸蔵材から脱離した炭化水素を浄化する触媒と、エンジン始動直後から触媒の温度を早期に活性化させる触媒早期暖機手段を備える内燃機関の排ガス浄化装置が開示されている。特許文献１に記載の技術は、触媒早期暖機手段により、エンジン始動直後から触媒の温度を上昇させて触媒を早期に活性化する技術である。

特開２００１−１６４９３０号公報

エンジンから排気される排気ガスに含まれる有害物質には、ＨＣ、ＣＯ、又はＮＯｘの他に、粒子状物質の煤（Ｃ）がある。排気ガスに含まれる煤を除去する方法には、排気ガスが流れる排気通路に煤を捕獲するためのフィルタを設け、当該フィルタにより排気ガスに含まれる煤を捕獲する方法がある。ここで、フィルタに所定量以上の煤が堆積し、フィルタが煤を捕獲する能力が低下したときには、煤をフィルタから除去する必要がある。煤をフィルタから除去する方法には、捕獲された煤を燃焼させて二酸化炭素としてフィルタから排気する方法がある。煤を燃焼させるためには、煤を高温にする必要がある。フィルタに捕獲された煤を高温にする方法には、煤が捕獲されたフィルタに高温の排気ガスを流す方法がある。

煤を捕獲するためのフィルタが設けられた排気通路には、排気ガスに含まれる有害物質を浄化するための触媒が設けられている場合がある。この場合、排気通路に設けられたフィルタに高温の排気ガスを流すためには、当該排気通路に設けられた触媒にも高温の排気ガスを流す必要がある。触媒に高温の排気ガスが流れ、触媒の温度が高温になり過ぎると、触媒が有害物質を浄化する能力が低下する。すると、有害物質が触媒により十分に浄化されない場合がある。

特許文献１に記載の排ガス浄化装置は、排気ガスを昇温する触媒早期暖機手段を備えるものの、有害物質を浄化する能力が低下するほど高温になった触媒を冷却するための機構を備えていない。このため、特許文献１に記載の技術では、触媒に高温の排気ガスが流れ続けることで触媒が高温になり過ぎたときに、排気ガスに含まれる有害物質を触媒が浄化する能力が低下する問題が解決されない。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、排気ガスに含まれる有害物質を浄化する触媒に当該触媒よりも低温の排気ガスを流すことにより、当該触媒を冷却することが可能な、新規かつ改良された排気ガス浄化装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、エンジンから排気された排気ガスが通過する排気通路に設けられ、前記排気ガスに含まれる有害物質を浄化する触媒と、前記排気通路における前記触媒の下流側に設けられ、前記排気ガスに含まれる粒子状物質を補足するフィルタと、前記触媒の上流側の前記排気通路で分岐されるとともに、前記フィルタの下流側の前記排気通路に再接続され、前記フィルタの下流側の前記排気通路から前記触媒の上流側の前記排気通路へ前記排気ガスを循環させる循環路と、を備える、排気ガス浄化装置が提供される。

前記触媒は、前記排気ガスに含まれる炭化水素又は一酸化炭素を浄化してもよい。

前記触媒は、三元触媒であってもよい。

排気ガス浄化装置は、前記触媒の温度が所定の温度以上である場合に、前記排気ガスを前記フィルタの下流側の前記排気通路から前記循環路を通過させ、前記触媒の上流側の前記排気通路に流す排気ガス制御部と、を備えてもよい。

排気ガス浄化装置は、前記触媒の上流側の前記排気通路で分岐されるとともに、当該分岐される箇所の下流側であって前記触媒の上流側の前記排気通路に再接続される積極放熱通路と、前記積極放熱通路に設けられ、前記積極放熱通路に流れる前記排気ガスから排熱を回収する排熱回収器と、を備えてもよい。

排気ガス制御装置は、前記排気ガスを前記積極放熱通路に流す放熱制御部を更に備えてもよい。

前記放熱制御部は、前記触媒の温度が、前記触媒による前記有害物質の浄化が促進される温度の範囲内である場合に、前記排気ガスを前記積極放熱通路に流してもよい。

前記放熱制御部は、前記フィルタの温度が、前記フィルタの再生が促進される温度以上である場合に、前記排気ガスを前記積極放熱通路に流してもよい。

前記放熱制御部は、前記フィルタの下流側の前記排気通路に設けられ、窒素酸化物を吸蔵する窒素酸化物吸蔵触媒の温度が、前記窒素酸化物吸蔵触媒による前記排気ガスに含まれる窒素酸化物の浄化が促進される温度の範囲内である場合に、前記排気ガスを前記積極放熱通路に流してもよい。

排気ガス制御装置は、前記フィルタの下流側の前記排気通路に設けられ、前記排気ガスに含まれる窒素酸化物を吸蔵する窒素酸化物吸蔵触媒を備えてもよい。

前記循環路は、前記窒素酸化物吸蔵触媒の下流側の前記排気通路に再接続されてもよい。

前記循環路は、前記フィルタの下流側であって前記窒素酸化物吸蔵触媒の上流側の前記排気通路に再接続されてもよい。

前記排熱回収器は、エンジンに設けられるシリンダーヘッドの内部に位置してもよい。

以上説明したように本発明によれば、排気ガスに含まれる有害物質を浄化する触媒に当該触媒よりも低温の排気ガスを流すことにより、当該触媒を冷却することが可能となる。

本発明の一実施形態に係るエンジン及び吸排気経路の概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る浄化機構の概略図である。 三元触媒、ＧＰＦ、及びＬＮＴの状態と温度の関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置の制御装置を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置が行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置が実施する温度制御処理の処理例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置が実施するＧＰＦ再生処理の処理例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置が実施するＬＮＴ脱離処理の処理例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置が実施するＳパージ処理の処理例を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

なお、説明は次の順序で行う。
１．エンジン及び吸排気経路の構成
２．排気ガス浄化装置
２．１．全体構成
２．２．浄化機構
２．３．制御装置
２．４．処理例
２．５．効果
３．変形例

１．エンジン及び吸排気経路の構成
まず、図１及び図２を参照して、本発明の一実施形態に係るエンジン１００及び吸排気経路の全体構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るエンジン１００及び吸排気経路の概略構成を示す図である。

図１に示されるように、本発明の一実施形態に係る車両は、エンジン１００と、エンジン１００より吸気側に設けられた吸気経路１０２と、エンジン１００より排気側に設けられた排気経路１０４を備える。以下、エンジン１００、吸気経路１０２、及び排気経路１０４の順に説明する。

まず、エンジン１００について説明する。エンジン１００は、例えば、火花点火式の内燃機関であるガソリンエンジンである。エンジン１００には、１又は複数の気筒１０８が備えられる。図１では、理解を容易にするために、エンジン１００に設けられる複数の気筒１０８のうちの１つの気筒１０８が一例として示されている。各気筒１０８の内部には燃焼室１１０が形成され、燃焼室１１０に向けて点火プラグ１１２が設けられている。また、各気筒１０８には、燃焼室１１０に向けて燃料を噴射する燃料噴射バルブ１１４が設けられている。燃料噴射バルブ１１４は、具体的には、燃料タンク１１６からフィードポンプ１１８により吸い上げられて送出された燃料を燃焼室１１０内に噴射する。

燃焼室１１０には、空気及び燃料からなる混合気が形成され、当該混合気が点火プラグ１１２の点火により燃焼する。これにより、各気筒１０８内に設けられたピストン１２０が直線往復運動を行い、各気筒１０８のピストン１２０と接続されたクランクシャフトへ動力が伝達される。各燃焼室１１０は、吸気側及び排気側においてそれぞれ吸気経路１０２及び排気経路１０４と連通している。また、各気筒１０８には、吸気ポート１２１及び排気ポート１２３をそれぞれ開閉可能な吸気バルブ１２２及び排気バルブ１２４が設けられている。吸気バルブ１２２が開かれることにより、燃焼室１１０への吸気の吸入が行われる。一方、排気バルブ１２４が開かれることにより、燃焼室１１０から排気ガスの排気が行われる。以上、エンジン１００について説明した。

次に、吸気経路１０２について説明する。吸気経路１０２は、上流側の端部において、車両の外部から外気が取り込まれる吸気口（図示しない）と連通する。吸気経路１０２には、エアクリーナ１２８が設けられる。エアクリーナ１２８の下流側の吸気経路１０２には、吸気経路１０２へ吸入される吸気の量である吸気量を調整可能なスロットルバルブ１３０が設けられる。スロットルバルブ１３０のさらに下流側の吸気経路１０２には、インテークマニホールド１２６が設けられる。インテークマニホールド１２６は、各気筒１０８の吸気側に向けて分岐し、各燃焼室１１０と連通する。具体的には、インテークマニホールド１２６から各気筒１０８へ向けて分岐する通路は、各気筒１０８の吸気ポート１２１に接続される。また、インテークマニホールド１２６には、気筒１０８側へ流れる吸気を一時的に溜めるためのサージタンク１３２が設けられる。

吸気口から取り込まれた外気は、エアクリーナ１２８を通過した後、スロットルバルブ１３０により絞られる。スロットルバルブ１３０により絞られた外気は、インテークマニホールド１２６を介してエンジン１００の各気筒１０８に吸入される。以上、吸気経路１０２について説明した。

次に、排気経路１０４について説明する。排気経路１０４には、排気ガス浄化装置２００が設けられている。排気経路１０４の下流側の端部には排気口（図示しない）が設けられている。燃焼室１１０から排気された排気ガスは、排気ガス浄化装置２００を通過して、排気口から車外へ排気される。

本発明の一実施形態の排気ガス浄化装置２００は、燃焼室１１０から排気された排気ガスを浄化する機能を有する。また、排気ガス浄化装置２００は、排気ガスの排熱を回収し、エンジン１００の暖機等を実施する機能を有する。つまり、排気ガス浄化装置２００は、排気ガスを浄化する機能と、排気ガスからの排熱の回収を両立する機能を有する。排気ガス浄化装置２００の構成及び機能の詳細については後述する。以上、排気経路１０４について説明した。

以上、本発明の一実施形態のエンジン１００、吸気経路１０２、及び排気経路１０４の概略構成について説明した。次に、本発明の一実施形態の排気ガス浄化装置２００の構成及び機能の詳細について説明する。

２．排気ガス浄化装置
まず、本発明の一実施形態の排気ガス浄化装置２００の構成を排気経路１０４の上流側から順に説明する。次に、排気ガス浄化装置２００が備える各種の制御を実施する制御装置４００について説明する。さらに、排気ガス浄化装置２００が実施する処理の一例と、その処理による効果について説明する。

２．１．全体構成
排気ガス浄化装置２００における上流側の排気経路１０４には、第１の排気通路２０４と、第１の排気通路２０４における上流側で分岐されて第１の排気通路２０４における下流側に再接続される積極放熱通路２０６が設けられている。積極放熱通路２０６には、排気ガスの排熱を回収するための排熱回収器２０８が設けられている。排気ガス浄化装置２００における下流側の排気経路１０４には、排気ガスを浄化するための浄化機構２１０が設けられている。なお、本実施形態では、積極放熱通路２０６は、浄化機構２１０の上流側の排気経路１０４に再接続されているが、浄化機構２１０の下流側の排気経路１０４に再接続され得る。以下、排気ガス浄化装置２００における上流側の構成を説明した後に、排気ガス浄化装置２００における下流側の排気経路１０４に設けられる浄化機構２１０について説明する。

排気ガス浄化装置２００における上流側の排気経路１０４には、三方バルブ２０２設けられている。三方バルブ２０２では、第１の排気通路２０４及び積極放熱通路２０６が分岐している。三方バルブ２０２は、３方向にガスの出入り口を有するバルブである。三方バルブ２０２の３方向の出入り口のうちの２方向は開いており、残りの１方向は閉じている。三方バルブ２０２の燃焼室１１０方向の出入り口は常に開いている。また、三方バルブ２０２の第１の排気通路２０４又は積極放熱通路２０６のどちらかの方向の出入り口は開いている。つまり、三方バルブ２０２の第１の排気通路２０４又は積極放熱通路２０６のどちらかの方向の出入り口は閉じている。従って、燃焼室１１０から排気された排気ガスは、三方バルブ２０２の出入り口の開いている方向である開口方向に応じて、第１の排気通路２０４又は積極放熱通路２０６に流れる。

三方バルブ２０２で第１の排気通路２０４から分岐した積極放熱通路２０６は、三方バルブ２０２の下流側の第１の排気通路２０４に再接続される。なお、必ずしも全ての気筒１０８の燃焼室１１０の下流側の排気経路１０４に三方バルブ２０２、第１の排気通路２０４、積極放熱通路２０６、又は排熱回収器２０８が設けられていなくてもよい。

第１の排気通路２０４の下流側の端部には、エキゾーストマニホールド１３８が接続されている。なお、エキゾーストマニホールド１３８は各気筒１０８に向けて分岐している。図１のように排気経路１０４に三方バルブ２０２、第１の排気通路２０４、積極放熱通路２０６、又は排熱回収器２０８を有しない気筒１０８については、排気ポート１２３が直接エキゾーストマニホールド１３８の分岐した通路に接続されてもよい。

燃焼室１１０から排気される排気ガスは、第１の排気通路２０４又は積極放熱通路２０６のいずれかの通路を通過してエキゾーストマニホールド１３８へ排気される。三方バルブ２０２の開口方向が切り替わることで、燃焼室１１０から排気される排気ガスが流れる通路が、第１の排気通路２０４又は積極放熱通路２０６に切り替わる。

積極放熱通路２０６に設けられる排熱回収器２０８は、燃焼室１１０から排気される排気ガスの排熱を回収する機器である。排熱回収器２０８の内部には、エンジン１００を冷却するための冷却水が流れている。排熱回収器２０８に排気ガスが流れると、排熱回収器２０８に流れる排気ガスの熱が排熱回収器２０８の内部に流れる冷却水に伝わり、冷却水が暖められる。このように冷却水が暖められることにより、排熱回収器２０８は排気ガスから排熱を回収する。

排熱回収器２０８で暖められた冷却水はエンジン１００の周囲を流れる。暖められた冷却水の熱がエンジン１００に伝わることにより、エンジン１００の暖機が促進される。特に、外気温が低いときには、エンジン１００の始動時にエンジン１００が温まりにくい。排熱回収器２０８で暖められた冷却水の熱がエンジン１００に伝わることで、外気温が低いときであっても、エンジン１００の暖機が促進される。エンジン１００の暖機が促進されることにより、例えば車両の燃費が向上する。また、排熱回収器２０８で暖められた冷却水の熱は、暖房の熱源として利用されてもよい。

燃焼室１１０から排気された排気ガスは、排気経路１０４を下流側に流れることにより、排気経路１０４に放熱して冷やされていく。ここで、シリンダーヘッド１３４は、燃焼室１１０の直ぐ下流側に設けられる。このため、シリンダーヘッド１３４の内部の排気ガスは、燃焼室１１０から排気される排気ガスの中では、比較的高温である。排熱回収器２０８は、シリンダーヘッド１３４の内部に設けられている。このため、排熱回収器２０８に流れる排気ガスは、排気経路１０４を流れる排気ガスの中では、比較的高温である。

また、排熱回収器２０８を流れる排気ガスの温度と排熱回収器２０８の内部に流れる冷却水の温度の差が大きいほど、冷却水が排気ガスから受け取る熱量が大きい。通常、排熱回収器２０８を流れる排気ガスの温度の方が冷却水の温度よりも高く、排気ガスの温度が高いほど排熱回収器２０８が排気ガスから回収できる熱量が大きい。上述のように、排熱回収器２０８に流れる排気ガスは、排気経路１０４を流れる排気ガスの中では、比較的高温である。このため、排熱回収器２０８がシリンダーヘッド１３４の内部に位置することにより、排熱回収器２０８が高い熱量を排気ガスから回収することができる。

エキゾーストマニホールド１３８の下流側の排気経路１０４には、浄化機構２１０が設けられる。浄化機構２１０は、排気ガスに含まれる有害物質を浄化する機能を有する。浄化機構２１０の構成及び機能の詳細については後述する。

燃焼室１１０から排気された排気ガスは、第１の排気通路２０４又は積極放熱通路２０６を通過し、エキゾーストマニホールド１３８を介して浄化機構２１０に流入する。浄化機構２１０に流入した排気ガスは、浄化機構２１０で浄化された後に浄化機構２１０の排気側の排気経路１０４へ排気され、排気口から車外へ排気される。

２．２．浄化機構
図２は、本発明の一実施形態に係る浄化機構２１０の概略図である。浄化機構２１０は、排気ガスを浄化させるための通路である第２の排気通路３００と、第２の排気通路３００に流れる排気ガスを循環させるための通路である循環路３１２と、第２の排気通路３００の途中から循環路３１２の途中へ排気ガスを流すための分岐通路３１６を備える。以下、第２の排気通路３００、循環路３１２、及び分岐通路３１６の順で説明する。

まず、第２の排気通路３００について説明する。図２に示されるように、第２の排気通路３００において、排気ガスは左側から右側へ矢印の向きに流れる。つまり、浄化機構２１０に流入した排気ガスは、第２の排気通路３００の左端部から右端部へ流れることで、浄化機構２１０から排気される。

第２の排気通路３００には、第２の排気通路３００の上流側から順に、排気ガスに含まれる有害物質を浄化する触媒、及び排気ガスに含まれる粒子状物質を補足するフィルタが設けられる。排気ガスを浄化する触媒は、炭化水素又は一酸化炭素を浄化する各種の酸化触媒であってよい。本発明の一実施形態では、有害物質を浄化する触媒として、三元触媒３０２が用いられる。また、粒子状物質を補足するフィルタには、ＧＰＦ（Ｇａｓｏｌｉｎｅ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）３０４が用いられる。さらに、ＧＰＦ３０４の下流側の第２の排気通路３００には、排気ガスに含まれる窒素酸化物を吸蔵する窒素酸化物吸蔵触媒が設けられる。本発明の一実施形態では、窒素酸化物吸蔵触媒として、ＬＮＴ（Ｌｅａｎ ＮＯｘ Ｔｒａｐ：リーンＮＯｘ吸蔵還元触媒）３０６が設けられている。以下、三元触媒３０２、ＧＰＦ３０４、及びＬＮＴ３０６が有する機能について説明する。

まず、三元触媒３０２が有する機能について説明する。三元触媒３０２は、排気ガスに含まれる有害物質のＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、及びＮＯｘ（窒素酸化物）の三成分を酸化又は還元し、無害な物質にする触媒である。以下、ＨＣ、ＣＯ、及びＮＯｘをまとめて「三成分」ともいう。具体的には、排気ガスが三元触媒３０２に流れると、排気ガスに含まれるＨＣは酸化されてＣＯ_２（二酸化炭素）及び水になる。また、排気ガスに含まれるＣＯは酸化されてＣＯ_２になる。さらに、排気ガスに含まれるＮＯｘは還元されてＮ_２（窒素）になる。このように、三元触媒３０２は、排気ガスに含まれる上記の三成分を酸化又は還元することで無害な物質にする機能を有する。

次に、ＧＰＦ３０４が有する機能について説明する。排気ガスには、前述の有害物質であるＨＣ、ＣＯ、及びＮＯｘ以外にも、粒子状物質の煤（Ｃ）が含まれている。ＧＰＦ３０４は、排気ガスに含まれる煤を捕獲し、排気ガスから煤を除去する機能を有する。なお、ＧＰＦ３０４に捕獲された煤は、後述する再生処理により、二酸化炭素（ＣＯ_２）となってＧＰＦ３０４から排気される。

最後に、ＬＮＴ３０６が有する機能について説明する。ＬＮＴ３０６は、空燃比がストイキよりも高いリーンの状態の時にＬＮＴ３０６を流れる排気ガスに含まれるＮＯｘを吸蔵する。吸蔵されたＮＯｘは、空燃比がストイキよりも低いリッチの状態になると、還元されて無害なＮ_２になる。このように、ＬＮＴ３０６は、リーンの状態でＮＯｘを吸蔵し、リッチの状態でＮＯｘを還元することで無害なＮ_２にする触媒である。なお、本明細書では、一時的又は定期的にリッチの状態にすることにより、ＬＮＴ３０６に吸蔵されているＮＯｘを還元して、ＬＮＴ３０６から放出することをＮＯｘパージという。

これらの三元触媒３０２、ＧＰＦ３０４、又はＬＮＴ３０６には、それぞれの温度を測定するための温度計である三元触媒温度計４０４、ＧＰＦ温度計４０６、又はＬＮＴ温度計４０８が設けられている。三元触媒温度計４０４、ＧＰＦ温度計４０６、又はＬＮＴ温度計４０８はそれぞれ三元触媒３０２、ＧＰＦ３０４、又はＬＮＴ３０６の温度を検出し、制御装置４００へ出力する。なお、三元触媒３０２、ＧＰＦ３０４、又はＬＮＴ３０６に温度計が設けられていなくてもよい。例えば、第２の排気通路３００に温度計が設けられ、当該温度計が検出した温度に基づいて、三元触媒３０２、ＧＰＦ３０４、又はＬＮＴ３０６の温度が推定されてもよい。

また、ＧＰＦ３０４の上流側と下流側の第２の排気通路３００にはそれぞれ差圧センサ４１０が設けられている。差圧センサ４１０はＧＰＦ３０４の上流側と下流側のとの差圧を検出し、検出結果を制御装置４００へ出力する。一般的に、ＧＰＦ３０４に煤が堆積すると、ＧＰＦ３０４の上流側と下流側との差圧が大きくなる。再生処理判定部４１８は、当該差圧からＧＰＦ３０４に堆積した煤の量を推定することも可能である。再生処理判定部４１８は、当該差圧又は当該推定された煤の堆積量に基づいて、ＧＰＦ３０４の再生処理が必要であるか否かを判定することができる。

三元触媒３０２の下流側であってＧＰＦ３０４の上流側の第２の排気通路３００には、第１排気バルブ３０８が設けられている。第１排気バルブ３０８の開きの度合いである開度が制御されることで、三元触媒３０２からＧＰＦ３０４へ第２の排気通路３００を流れる排気ガスの流量が制御される。

また、ＬＮＴ３０６の下流側の第２の排気通路３００には、第２排気バルブ３１０が設けられている。第２排気バルブ３１０の開度が制御されることで、ＬＮＴ３０６から第２の排気通路３００の下流端へ流れる排気ガスの流量が制御される。

循環路３１２は、三元触媒３０２の上流側の第２の排気通路３００で分岐されるとともに、ＧＰＦ３０４の下流側の第２の排気通路３００に再接続される通路である。本発明の一実施形態の循環路３１２は、ＧＰＦ３０４の下流側の第２の排気通路３００に位置するＬＮＴ３０６の更に下流側の第２の排気通路３００に再接続されている。循環路３１２の上流側（図２でいう右側）には、第２循環バルブ３１４が設けられている。第２循環バルブ３１４が開かれることにより、ＬＮＴ３０６から排気される排気ガスが、循環路３１２へ流れることが可能となる。ＬＮＴ３０６の下流側の第２の排気通路３００から循環路３１２へ排気ガスが流れ込むと、循環路３１２の下流側（図２の左側）へ排気ガスが流れ、三元触媒３０２の上流側の第２の排気通路３００へ流れ込む。このようにして、第２の排気通路３００を流れる排気ガスは、循環路３１２を通過して、三元触媒３０２の上流側の第２の排気通路３００へ循環することができる。

分岐通路３１６は、三元触媒３０２の下流側であってＧＰＦ３０４の上流側の第２の排気通路３００で分岐され、循環路３１２の途中に接続される通路である。分岐通路３１６と循環路３１２とが接続される箇所には循環用三方バルブ３２０が設けられている。循環用三方バルブ３２０の開口方向に応じて、循環用三方バルブ３２０の上流側の循環路３１２又は分岐通路３１６のいずれか一方の通路が循環用三方バルブ３２０の下流側の循環路３１２と連通する。これにより、循環用三方バルブ３２０の上流側の循環路３１２又は分岐通路３１６のいずれかの通路を流れる排気ガスが循環用三方バルブ３２０の下流側の循環路３１２に流れることが可能になる。また、循環用三方バルブ３２０の下流側の循環路３１２には、ポンプ３２２が設けられている。ポンプ３２２が駆動することにより、循環用三方バルブ３２０の上流側の循環路３１２又は分岐通路３１６を流れる排気ガスが循環用三方バルブ３２０を通過して、循環用三方バルブ３２０の下流側の循環路３１２に流れ、ポンプ３２２を通過して第２の排気通路３００に流れる。分岐通路３１６の途中には、第１循環バルブ３１８が設けられている。第１循環バルブ３１８が開くと、三元触媒３０２から排気される排気ガスが、分岐通路３１６を通過して、循環路３１２へ流れることが可能になる。さらに、循環路３１２に流れ込んだ排気ガスは、三元触媒３０２の上流側の第２の排気通路３００へ流れる。このようにして、三元触媒３０２の下流側を流れる排気ガスは、分岐通路３１６及び循環路３１２を通過して、三元触媒３０２の上流側の第２の排気通路３００へ循環することができる。

ここで、第２の排気通路３００に設けられる三元触媒３０２、ＧＰＦ３０４、及びＬＮＴ３０６の状態と温度の関係について説明する。

図３は、三元触媒３０２、ＧＰＦ３０４、及びＬＮＴ３０６の状態と温度の関係を示す図である。以下、三元触媒３０２、ＧＰＦ３０４、及びＬＮＴ３０６の順で説明する。

まず、三元触媒３０２の状態と温度の関係について説明する。三元触媒３０２の温度がＴ１に達すると、三元触媒３０２の触媒機能が活性化し、当該三元触媒３０２が排気ガスに含まれる有害物質の三成分を酸化又は還元する能力が向上する。温度Ｔ２は、三元触媒３０２の信頼性を確保できる上限温度であり、三元触媒３０２の温度を温度Ｔ１から温度Ｔ２の間に維持することで三元触媒３０２により排気ガスに含まれる三成分の浄化を効率的に行うことができる。

次に、ＧＰＦ３０４の状態と温度の関係について説明する。ＧＰＦ３０４に排気ガスが流入し、ＧＰＦ３０４が煤を捕獲すると、煤がＧＰＦ３０４に堆積する。ＧＰＦ３０４に過剰の煤が堆積すると、ＧＰＦ３０４が目詰まりを起こし、ＧＰＦ３０４が煤を捕獲する能力が低下する。このため、ＧＰＦ３０４に捕獲された煤を定期的に除去する必要がある。例えば高温の排気ガスをＧＰＦ３０４に流してＧＰＦ３０４をＧＰＦ再生温度である温度Ｔ３（温度Ｔ１からＴ２の間の温度帯にある温度）以上の高温にし、ＧＰＦ３０４に捕獲された煤を燃焼することにより、ＧＰＦ３０４から煤を除去することができる。燃焼されてＣＯ_２となった煤は、ＧＰＦ３０４の下流側の第２の排気通路３００へ排気される。煤がＧＰＦ３０４から除去されると、ＧＰＦ３０４が排気ガスに含まれる煤を捕獲する能力が回復する。このように、高温の排気ガスをＧＰＦ３０４に流して、ＧＰＦ３０４をＴ３以上にすることによりＧＰＦ３０４から煤を除去する処理を再生処理という。

最後に、ＬＮＴ３０６の状態と温度の関係について説明する。ＬＮＴ３０６がＮＯｘを還元する能力は、図３のＬＮＴ３０６の位置における両矢印で示される温度Ｔ１〜Ｔ４（ＮＯｘ還元温度領域）の温度領域で高くなる。この温度Ｔ４は、温度Ｔ１より高く、温度Ｔ２，Ｔ３よりも低い温度である。この温度領域でリッチの状態になると、他の温度領域でリッチの状態になった場合よりも、ＬＮＴ３０６に吸蔵されたＮＯｘは還元されやすい。

また、燃料には、硫黄（Ｓ）成分が含まれている。このため、燃料が燃焼室１１０で燃焼されて生じた排気ガスには、硫黄成分と酸素が反応して生成される硫黄酸化物（ＳＯｘ）が含まれる。ＬＮＴ３０６は、排気ガスに含まれるＮＯｘを吸蔵するとともに、排気ガスに含まれるＳＯｘも吸蔵する。このため、排気ガスがＬＮＴ３０６に流入すると、ＮＯｘとともにＳＯｘもＬＮＴ３０６に吸蔵される。ＳＯｘがＬＮＴ３０６に吸蔵されると、ＬＮＴ３０６は被毒し、ＬＮＴ３０６がＮＯｘを吸蔵する能力が低下する。このため、ＬＮＴ３０６が被毒している場合には、ＬＮＴ３０６からＳＯｘを脱離させ、ＬＮＴ３０６を被毒の状態から回復させる必要がある。ＬＮＴ３０６の被毒の状態からの回復は、ＬＮＴ３０６が温度Ｔ５（Ｓパージ温度）以上の状態で、継続的にリッチの状態を維持するリッチ運転を実施することにより、ＳＯｘをＬＮＴ３０６から脱離することで実施される。以下、ＬＮＴ３０６を被毒から回復させるために、リッチ運転を実施してＬＮＴ３０６からＳＯｘを脱離することをＳパージ（サルファパージ）という。温度Ｔ５は、温度Ｔ１，Ｔ３，Ｔ４よりも高く、温度Ｔ２よりも低い温度である。

２．３．制御装置
次に、本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置２００が備える制御装置４００について説明する。

図４は、本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置２００の制御装置４００を示すブロック図である。制御装置４００は、具体的には、演算処理装置であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＣＰＵが使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する記憶素子であるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＣＰＵの実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する記憶素子であるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成される。

制御装置４００は、エンジン１００又は排気ガス浄化装置２００等における各装置と通信を行う。制御装置４００と各装置との通信は、例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信を用いて実現される。なお、本発明の一実施形態に係る制御装置４００が有する機能は複数の制御装置４００により分割されてもよく、その場合、当該複数の制御装置４００は、ＣＡＮ等の通信バスを介して、互いに接続されてもよい。

制御装置４００には、水温センサ４０２、三元触媒温度計４０４、ＧＰＦ温度計４０６、ＬＮＴ温度計４０８、及び差圧センサ４１０等のエンジン１００又は排気ガス浄化装置２００等における各種検出器が検出した結果が入力される。制御装置４００は、これらの検出器が検出した結果等を用いて各種の制御を実施する。

また、制御装置４００は、点火プラグ１１２、燃料噴射バルブ１１４、三方バルブ２０２、第１排気バルブ３０８、第２排気バルブ３１０、第１循環バルブ３１８、第２循環バルブ３１４、循環用三方バルブ３２０及びポンプ３２２等の各種のエンジン１００及び排気ガス浄化装置２００等が備える機器を制御する。

制御装置４００は、取得部４１２、判定部４１４、及び制御部４２２を備えている。以下、これらの各機能部が有する機能を説明する。

（取得部）
取得部４１２は、エンジン１００及び排気ガス浄化装置２００に設けられた各種検出器が検出した結果を取得する。取得部４１２が取得した結果は、判定部４１４に伝達される。なお、各種検出器が検出した結果は、判定部４１４又は制御部４２２に直接伝達されてもよい。

（判定部）
判定部４１４は、各種の判定を実施する機能を有する。例えば、判定部４１４は、エンジン１００又は排気ガス浄化装置２００等に設けられた各種の装置、冷却水、又は通路等の温度を判定する機能を有する。さらに、判定部４１４は、制御部４２２が実施する処理が必要であるか否かを判定する機能を有してもよい。これらの判定は、判定部４１４が備える温度判定部４１６、再生処理判定部４１８、又はパージ判定部４２０により実施される。これらの各機能部が判定した結果は、制御部４２２へ伝達される。判定部が備える各機能部が有する機能の詳細については後述する。

（制御部）
制御部４２２は、判定部４１４による判定結果に基づいて、排気ガス浄化装置２００が備えるエンジン１００の点火時期、混合気の空燃比、又は各種のバルブの開閉等を制御する機能を有する。これらの制御は、制御部４２２が備える排気ガス制御部４２４、エンジン制御部４２６、又は放熱制御部４２８により実施される。これらの各機能部が有する機能の詳細については後述する。

以上、制御装置４００が備える取得部４１２、判定部４１４、及び制御部４２２の概略について説明した。次に、判定部４１４及び制御部４２２が備える各機能部について説明する。まず、判定部４１４が備える各機能部が有する機能について説明する。

（温度判定部）
温度判定部４１６は、浄化機構２１０に設けられた三元触媒３０２、ＧＰＦ３０４、及びＬＮＴ３０６の温度と所定の温度との大小関係を判定する機能を有する。さらに、温度判定部４１６は、エンジン１００付近の冷却水の温度を検出する水温センサ４０２の検出結果に基づいて、三方バルブ２０２の開口方向を切り替えるか否かを判定してもよい。例えば、エンジン１００付近の冷却水の温度が所定の温度よりも低い場合には、温度判定部４１６は、排熱回収器２０８を有する積極放熱通路２０６に排気ガスが流れるように、三方バルブ２０２の開口方向を切り替えることを判定し得る。

（再生処理判定部）
再生処理判定部４１８は、ＧＰＦ３０４の再生処理が必要であるか否かを判定する機能を有する。再生処理判定部４１８は、差圧センサ４１０により検出されたＧＰＦ３０４の上流側と下流側の第２の排気通路３００の差圧に基づいて再生処理が必要であるか否かを判定してもよい。あるいは、再生処理判定部４１８は、当該差圧からＧＰＦ３０４に堆積した煤の量を推定し、推定された煤の量に基づいて、再生処理が必要であるか否かを判定してもよい。例えば、再生処理判定部４１８は、推定された煤の堆積量が所定の堆積量を超えている場合に、再生処理が必要であることを判定してもよい。また、再生処理判定部４１８は、前回の再生処理が実施されたときから、所定の時間が経過した場合に再生処理が必要であることを判定してもよい。さらに、再生処理判定部４１８は、前回の再生処理が実施されたときからの車両の走行距離が所定の距離に達した場合に再生処理が必要であることを判定してもよい。

（パージ判定部）
パージ判定部４２０は、ＮＯｘパージ又はＳパージ等のＬＮＴ３０６からのＮＯｘ又はＳＯｘ等の各種の物質の脱離が必要であるか否かを判定する機能を有する。例えば、パージ判定部４２０は、ＮＯｘパージ（又はＳパージ）が必要であるか否かを、前回ＮＯｘパージ（又はＳパージ）が実施されてからの経過時間に基づいて判定してもよい。また、パージ判定部４２０は、ＮＯｘパージ（又はＳパージ）が必要であるか否かを、前回ＮＯｘパージ（又はＳパージ）が実施されてからの走行距離と所定の距離を比較することにより判定してもよい。

（排気ガス制御部）
排気ガス制御部４２４は、排気ガス浄化装置２００が備える各種のバルブの開閉を制御し、浄化機構２１０を流れる排気ガスの流れを制御する機能を有する。より具体的には、排気ガス制御部４２４は、浄化機構２１０が備える各種のバルブの開閉を制御することにより、浄化機構２１０の第２の排気通路３００を流れる排気ガスを循環路３１２又は分岐通路３１６に通して第２の排気通路３００に循環させることができる。

例えば、排気ガス制御部４２４が、第２循環バルブ３１４を開けることにより、ＬＮＴ３０６の下流側の第２の排気通路を流れる排気ガスを循環路３１２に流入させる。循環路３１２に流入した排気ガスは、三元触媒３０２の上流側の第２の排気通路３００に流入し、さらに三元触媒３０２に流入する。三元触媒３０２よりもＬＮＴ３０６の下流側の第２の排気通路３００に流れる排気ガスの方が低温であるため、当該排気ガスが三元触媒３０２に流入することにより、三元触媒３０２が冷却される。

（エンジン制御部）
エンジン制御部４２６は、燃焼室１１０から排気される排気ガスの温度や混合気の燃料費を制御する機能を有する。より具体的には、エンジン制御部４２６は、点火プラグ１１２の点火時期を制御する。例えば、点火時期を遅角させる点火遅角が実施されると燃焼室１１０から排気される排気ガスの温度が上昇する。また、エンジン制御部４２６は、燃料噴射バルブ１１４から噴射される燃料の量を制御することにより、混合気をリーンの状態又はリッチの状態にすることができる。

（放熱制御部）
放熱制御部４２８は、三方バルブ２０２の開口方向を制御することにより、排気ガスを
第１の排気通路２０４又は積極放熱通路２０６のどちらかに流れるようにすることができる。積極放熱通路２０６に排気ガスが流れる場合には、積極放熱通路２０６に設けられた排熱回収器２０８が、排気ガスから排熱を回収することができる。

放熱制御部４２８は、三元触媒３０２の温度が所定の温度の範囲内である場合に、排気ガスが積極放熱通路２０６に流れるように三方バルブ２０２の開口方向を制御してもよい。例えば、三元触媒３０２の温度が排気ガスに含まれる有害物質を三元触媒３０２が酸化還元する能力が高い温度である温度Ｔ１〜Ｔ２である場合に、放熱制御部４２８は積極放熱通路２０６に排気ガスが流れるように三方バルブ２０２の開口方向を制御し得る。これにより、排気ガスに含まれる有害物質を三元触媒３０２が酸化還元する能力が高い状態で、排熱回収器２０８が排気ガスから排熱を回収することができる。

また、放熱制御部４２８は、ＧＰＦ３０４の温度が所定の温度の範囲内である場合に、排気ガスが積極放熱通路２０６に流れるように三方バルブ２０２の開口方向を制御してもよい。放熱制御部４２８は、ＧＰＦ３０４の温度が温度Ｔ３以上である場合に、放熱制御部４２８は積極放熱通路２０６に排気ガスが流れるように三方バルブ２０２を制御してもよい。これにより、ＧＰＦ３０４の再生処理が実施された状態で、排熱回収器２０８が排気ガスから排熱を回収することができる。

また、放熱制御部４２８は、ＬＮＴ３０６の温度が所定の温度の範囲内である場合に、排気ガスが積極放熱通路２０６に流れるように三方バルブ２０２の開口方向を制御してもよい。例えば、放熱制御部４２８は、ＬＮＴ３０６の温度が、排気ガスに含まれるＮＯｘをＬＮＴ３０６が還元する能力が高い温度Ｔ１〜温度Ｔ４の温度範囲である場合に、放熱制御部４２８が積極放熱通路２０６に排気ガスが流れるように三方バルブ２０２の開口方向を制御してもよい。これにより、ＮＯｘをＬＮＴ３０６が還元する能力が高い状態で、排熱回収器２０８が排気ガスから排熱を回収することができる。

さらに、放熱制御部４２８は、ＬＮＴ３０６の温度が、ＳパージによりＬＮＴ３０６からＳＯｘが脱離される温度Ｔ５以上の温度である場合に、積極放熱通路２０６に排気ガスが流れるように三方バルブ２０２の開口方向を制御し得る。これにより、ＬＮＴ３０６の被毒が回復される状態で、排熱回収器２０８が排気ガスから排熱を回収することができる。

このように、放熱制御部４２８が三方バルブ２０２の開口方向を制御することにより、浄化機構２１０が備える各種の触媒及びフィルタが適切な温度に保たれるとともに、排熱回収器２０８が効率よく排気ガスの排熱を回収できる。

２．４．処理例
以下、本発明の一実施形態の排気ガス浄化装置２００が実施する処理について説明する。以下、図５〜図９を参照して、本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置２００の処理例について説明する。

図５は、本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置２００が行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。図５に示される制御フローは、例えば、エンジン１００の始動時に開始される。図５の制御フロー開始時において、図１の第１の排気通路２０４及び積極放熱通路２０６の分岐箇所に設けられた三方バルブ２０２は、燃焼室１１０から排気される排気ガスが第１の排気通路２０４に流れるように開いている。また、図５の制御フロー開始時において、図２における第１循環バルブ３１８及び第２循環バルブ３１４は閉まっており、第１排気バルブ３０８及び第２排気バルブ３１０は開いている。

以下、図５における制御フローの処理について説明する。なお、図５に示すステップＳ５０２、Ｓ５０４、及びＳ５０６において実施される処理についての詳細は図６〜９で説明する。

図５に示す制御フローが開始されると、まず、ステップＳ５０２において、温度制御処理が実施される。より具体的には、制御部４２２が、三元触媒３０２の温度が温度Ｔ１以上になるまで、排気ガスを第２の排気通路３００に循環させるように浄化機構２１０の各種のバルブの開閉を制御する。すると、三元触媒３０２が、排気ガスに含まれる有害物質を三元触媒３０２が浄化する能力が高まる温度まで昇温される。これにより、三元触媒３０２による排気ガスに含まれる有害物質の浄化が促進されるようになる。ステップＳ５０２の処理が終了すると、ステップＳ５０４へ進む。

ステップＳ５０４において、ＧＰＦ再生処理が実施される。より具体的には、制御部４２２が、ＧＰＦ３０４を再生するために排気ガスを昇温する。排気ガスの昇温により三元触媒３０２の温度が上がり過ぎた場合には、制御部４２２が、三元触媒３０２を冷却するために、ＬＮＴ３０６から排気される排気ガスを三元触媒３０２に再度流入させる。これにより、ＧＰＦ３０４が再生されるとともに、温度が上がり過ぎた三元触媒３０２が冷却される。ステップＳ５０４の処理が終了すると、ステップＳ５０６へ進む。

ステップＳ５０６において、ＬＮＴ脱離処理が実施される。より具体的には、制御部４２２が、判定部４１４の判定結果に応じて、ＬＮＴ３０６がＮＯｘを還元する能力が高くなる温度領域までＬＮＴ３０６を昇温する。さらに、制御部４２２は、混合気をリッチの状態にすることでＬＮＴ３０６からＮＯｘを脱離する。また、制御部４２２が、判定部４１４の判定結果に応じて、ＬＮＴ３０６を昇温し、リッチ運転を実施することでＬＮＴ３０６からＳＯｘを脱離する。なお、ＬＮＴ３０６が昇温されている間に三元触媒３０２の温度が上がり過ぎた場合には、制御部４２２が、ＬＮＴ３０６から排気された排気ガスを三元触媒３０２に再度流入させることで、三元触媒３０２を冷却する。これにより、三元触媒３０２の温度は、排気ガスに含まれる有害物質を三元触媒３０２が酸化還元する能力が高い温度領域内の温度になる。ステップＳ５０６が終了すると、ステップＳ５０８へ進む。

ステップＳ５０８において、温度判定部４１６は、排熱回収器２０８による排気ガスからの排熱の回収が必要であるか否かを判定する。温度判定部４１６は、水温センサ４０２が検出した冷却水の温度に基づいて、排熱の回収が必要であるか否かを判定してもよい。例えば、温度判定部４１６は、冷却水の温度が所定の温度未満である場合に、排熱の回収が必要であることを判定してもよい。排熱の回収が必要でないことが判定された場合（ステップＳ５０８／ＮＯ）、図５の制御フローは終了する。一方、排熱の回収が必要であることが判定された場合（ステップＳ５０８／ＹＥＳ）、ステップＳ５１０へ進む。

ステップＳ５１０において、放熱制御部４２８は、三方バルブ２０２の開口方向を積極放熱通路２０６側に切り替える。すると、燃焼室１１０から排気される排気ガスが積極放熱通路２０６に流れるようになる。燃焼室１１０から排気された排気ガスは、排熱回収器２０８に流れる。排熱回収器２０８に流れる排気ガスの排熱は、排熱回収器２０８に回収される。ステップＳ５１０の処理が終了すると、図５の制御フローは終了する。

以上、本発明の一実施形態の排気ガス浄化装置２００が実施する処理の概略を説明した。以上のように、本発明の一実施形態の排気ガス浄化装置２００は、目的に応じて、三元触媒３０２、ＧＰＦ３０４、又はＬＮＴ３０６の温度が適切な温度になるように、排気ガスの温度を昇温する。その一方で、三元触媒３０２の温度が上がり過ぎた場合には、浄化機構２１０に流れる排気ガスの流れを制御することにより、三元触媒３０２を冷却する。これにより、ＧＰＦ３０４の再生、ＬＮＴ３０６のＮＯｘパージ又はＳパージの実施と、三元触媒３０２による排気ガスに含まれる有害物質の浄化の促進が両立される。

さらに、以上のように三元触媒３０２、ＧＰＦ３０４、又はＬＮＴ３０６の温度が制御された後に、排気ガスが積極放熱通路２０６に流れるように三方バルブ２０２の開口方向が制御される。これにより、三元触媒３０２、ＧＰＦ３０４、又はＬＮＴ３０６が適切な温度に制御されるとともに、排熱回収器２０８により排気ガスの排熱が回収される。

以下、図５の制御フローにおける温度制御処理（ステップＳ５０２）、ＧＰＦ再生処理（ステップＳ５０４）、及びＬＮＴ脱離処理（ステップＳ５０６）について詳細に説明する。なお、各処理における排気ガスの流れについては、図２を用いて説明する。

［温度制御処理］
図６は、本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置２００が実施する温度制御処理の処理例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ６０２において、温度判定部４１６は、三元触媒３０２の温度が温度Ｔ１以上であるか否かを判定する。三元触媒３０２の温度が温度Ｔ１以上であることが判定された場合（ステップＳ６０２／ＹＥＳ）、ステップＳ６１２に進み、温度制御処理は終了する。一方、三元触媒３０２の温度が温度Ｔ１未満であることが判定された場合（ステップＳ６０２／ＮＯ）、ステップＳ６０４へ進む。

ステップＳ６０２において、三元触媒３０２の温度が温度Ｔ１未満であることが判定された場合には、三元触媒３０２が有害物質を還元する能力が十分でない場合がある。そこで、以下のステップＳ６０４〜Ｓ６１０の処理が実施されることにより、三元触媒３０２から排気された排気ガスが循環路３１２を通過して、再度三元触媒を通過することで、排気ガスに含まれる有害物質がより浄化される。

ステップＳ６０４において、排気ガス制御部４２４は、図２における第１循環バルブ３１８を開ける。また、排気ガス制御部４２４は、分岐通路３１６と循環用三方バルブ３２０の下流側の循環路３１２とが連通するように、循環用三方バルブ３２０の開口方向を制御する。さらに、排気ガス制御部４２４は、ポンプ３２２を駆動させる。これにより、三元触媒３０２から排気される排気ガスは、分岐通路３１６を通過して循環路３１２へ流れ、三元触媒３０２の上流側の第２の排気通路３００に循環することが可能になる。つまり、三元触媒３０２から排気された排気ガスが、再び三元触媒３０２に流入することが可能になる。第１循環バルブ３１８が開くと、ステップＳ６０６へ進む。

ステップＳ６０６において、排気ガス制御部４２４は、第１排気バルブ３０８を所定量閉める。第１排気バルブ３０８が所定量閉まることにより、第１排気バルブ３０８を流れる排気ガスの流量が減少する。一方、三元触媒３０２から排気されて分岐通路３１６に流れる排気ガスの流量が増加する。これにより、三元触媒３０２から排気されて分岐通路３１６及び循環路３１２を通過して第２の排気通路３００に戻り、再び三元触媒３０２に流入する排気ガスの流量が増加する。第１排気バルブ３０８が所定量閉まった後所定時間が経過すると、ステップＳ６０８へ進む。

ステップＳ６０８において、排気ガス制御部４２４は、第１排気バルブ３０８を開ける。これにより、三元触媒３０２から排気されて第１排気バルブ３０８を通過する排気ガスの流量が増加する。一方、三元触媒３０２から排気されて第１循環バルブ３１８を通過する排気ガスの流量が減少する。第１排気バルブ３０８を開くと、ステップＳ６１０に進む。

ステップＳ６１０において、排気ガス制御部４２４は、第１循環バルブ３１８を閉める。これにより、三元触媒３０２から排気される排気ガスは、第１循環バルブ３１８を通過しなくなる。従って、三元触媒３０２から排気される全ての排気ガスは、第１排気バルブ３０８を通過するようになる。また、排気ガス制御部４２４は、ポンプ３２２を停止する。第１循環バルブ３１８が閉まると、ステップＳ６０２へ戻る。

ステップＳ６０２において、三元触媒３０２の温度が温度Ｔ１未満であることが判定された場合（ステップＳ６０２／ＮＯ）、再びステップＳ６０４へ進む。このように、ステップＳ６０２からステップＳ６１０の処理は、三元触媒３０２の温度が温度Ｔ１以上になるまで繰り返される。ステップＳ６０２からステップＳ６１０の処理が繰り返されている間、燃焼室１１０から排気される高温の排気ガスが三元触媒３０２に流入し続ける。このため、三元触媒３０２の温度は、ステップＳ６０２からステップＳ６１０の処理が繰り返されている間に上昇し続ける。三元触媒３０２の温度が温度Ｔ１以上になり、ステップＳ６０２において、三元触媒３０２の温度が温度Ｔ１以上であることが判定された場合（ステップＳ６０２／ＹＥＳ）に、温度制御処理は終了する。

以上、ステップＳ５０２において実施される温度制御処理について説明した。上記のように、三元触媒３０２の温度が当該三元触媒３０２の温度が排気ガスに含まれる有害物質を還元する能力が高まる温度である温度Ｔ１以上になるまで、排気ガス制御部４２４が三元触媒３０２から排気された排気ガスを第２の排気通路３００に循環させた。この循環により、第２の排気通路３００を流れる排気ガスに含まれる有害物質の三元触媒３０２による浄化が促進される。

次に、ステップＳ５０４において実施されるＧＰＦ再生処理について説明する。

［ＧＰＦ再生処理］
図７は、本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置２００が実施するＧＰＦ再生処理の処理例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ７０２において、再生処理判定部４１８が、ＧＰＦ３０４の再生処理が必要であるか否かを判定する。再生処理判定部４１８は、例えば、ＧＰＦ３０４の上流側と下流側の第２の排気通路３００に設けられた差圧センサ４１０が検出した差圧に基づいて、再生処理が必要であるか否かを判定してもよい。ＧＰＦ３０４の再生処理が必要でないことが判定された場合（ステップＳ７０２／ＮＯ）、ステップはＳ７２４へ進み、ＧＰＦ再生処理は終了する。一方、ＧＰＦ３０４の再生処理が必要であることが判定された場合（ステップＳ７０２／ＹＥＳ）、ステップＳ７０４へ進む。

ステップＳ７０４において、温度判定部４１６が、ＧＰＦ３０４の温度が温度Ｔ３以上であるか否かを判定する。ＧＰＦ３０４の温度が温度Ｔ３以上であることが判定された場合（ステップＳ７０４／ＹＥＳ）、ステップＳ７０８へ進む。ＧＰＦ３０４の温度が温度Ｔ３未満であることが判定された場合（ステップＳ７０４／ＮＯ）、ステップＳ７０６へ進む。

以下では、ステップＳ７０４でＮＯと判定された場合における処理の流れについて説明した後、ステップＳ７０４でＹＥＳと判定された場合における処理の流れについて説明する。

ステップＳ７０４でＮＯと判定された場合（つまり、ＧＰＦ３０４の温度が温度Ｔ３未満であることを判定された場合）、ステップＳ７０６において、エンジン制御部４２６が、点火遅角を実施する。点火遅角が実施されることで、燃焼室１１０から排気される排気ガスが昇温される。燃焼室１１０から排気された排気ガスは、浄化機構２１０へ流入する。浄化機構２１０へ流入した排気ガスは、第２の排気通路３００を通って、ＧＰＦ３０４へ流入する。つまり、点火遅角の実施により昇温された排気ガスはＧＰＦ３０４へ流入する。ＧＰＦ３０４へ流入する排気ガスの熱がＧＰＦ３０４へ伝わることで、ＧＰＦ３０４が昇温される。点火遅角が実施されると、ステップＳ７０２へ戻る。

ステップＳ７０２において、ＧＰＦ３０４の再生処理が必要であることが再び判定された場合（ステップＳ７０２／ＹＥＳ）、再びステップＳ７０４へ進む。さらに、ステップＳ７０４において、ＧＰＦ３０４の温度が温度Ｔ３未満である再び判定された場合（ステップＳ７０４／ＮＯ）、ステップＳ７０６へ進む。このようにして、ＧＰＦ３０４の温度が温度Ｔ３以上になるまで、ステップＳ７０２、Ｓ７０４、及びＳ７０６の各ステップの処理が繰り返し行われる。

ＧＰＦ３０４の温度が温度Ｔ３以上になると、ＧＰＦ３０４に堆積した煤は燃焼される。燃焼した煤（Ｃ）は、ＣＯ_２となってＧＰＦ３０４から排気される。このように、ＧＰＦ３０４に堆積した煤が燃焼され、煤がＧＰＦ３０４から除去されることにより、ＧＰＦ３０４が再生される。

ＧＰＦ３０４の温度が温度Ｔ３以上になり、ＧＰＦ３０４の温度が温度Ｔ３以上であることが判定された場合（ステップＳ７０４／ＹＥＳ）、ステップＳ７０８へ進む。

ステップＳ７０８において、温度判定部４１６が、三元触媒３０２の温度が温度Ｔ２以上であるか否かを判定する。三元触媒３０２の温度が温度Ｔ２未満であることが判定された場合（ステップＳ７０８／ＮＯ）、ステップＳ７２２へ進む。ステップＳ７２２で実施される処理については後述する。一方、三元触媒３０２の温度が温度Ｔ２以上であることが判定された場合（ステップＳ７０８／ＹＥＳ）、ステップＳ７１０へ進む。なお、本実施形態では、ステップＳ７０８でＮＯと判定された場合、後で説明する「所定時間でＧＰＦ３０４再生終了」（ステップＳ７２２）の処理が実施される。これに限らず、ステップＳ７０８でＮＯと判定された場合、ステップＳ７０２に戻り、再度ＧＰＦ３０４の再生処理が必要であるか否かを判定されてもよい。

ここで、三元触媒３０２の温度が温度Ｔ２以上であることが判定された後に実施されるステップＳ７１０〜Ｓ７１６の処理の目的を説明する。図３を用いて説明したように、三元触媒３０２の温度が温度Ｔ２以上の高温になると、三元触媒３０２が排気ガスに含まれる有害物質の三成分を酸化還元する能力が低下する。上述のように、ＧＰＦ３０４の温度が温度Ｔ３未満である場合（ステップＳ７０４／ＮＯ）、ステップＳ７０６において、点火遅角が実施される。これにより、燃焼室１１０から排気される排気ガスが昇温され、昇温された排気ガスは三元触媒３０２にも流れる。このため、三元触媒３０２が昇温されて、三元触媒３０２の温度が温度Ｔ２以上である場合がある。

また、第２の排気通路３００の下流側へ向かうほど、排気ガスの熱が第２の排気通路３００に放熱されることにより、第２の排気通路３００を流れる排気ガスの温度は低くなる。ＬＮＴ３０６は、第２の排気通路３００における下流側に位置している。従って、第２の排気通路３００を流れる排気ガスの中では、ＬＮＴ３０６から排気される排気ガスの温度は比較的低い。このため、ＬＮＴ３０６から排気された排気ガスが循環路３１２を通過して、三元触媒３０２に流れることにより、速やかに三元触媒３０２が冷却される。このように、三元触媒３０２を冷却することを目的として、以下のステップＳ７１０からステップＳ７１６の処理が行われる。

まず、ステップＳ７１０において、排気ガス制御部４２４は、第２循環バルブ３１４を開ける。また、排気ガス制御部４２４は、循環用三方バルブ３２０の上流側の循環路３１２と下流側の循環路３１２とが連通するように、循環用三方バルブ３２０の開口方向を制御する。さらに、排気ガス制御部４２４は、ポンプ３２２を駆動させる。これにより、ＬＮＴ３０６から排気された排気ガスが、循環路３１２に流れて再び三元触媒３０２に流入することが可能になる。第２循環バルブ３１４が開くと、ステップＳ７１２へ進む。

ステップＳ７１２において、排気ガス制御部４２４は、第２排気バルブ３１０を所定量閉める。これにより、ＬＮＴ３０６から排気されて第２排気バルブ３１０を通過する排気ガスの流量が減少する。一方、ＬＮＴ３０６から排気され、循環路３１２を通過して、三元触媒３０２に再び流入する排気ガスの流量が増大する。これにより、三元触媒３０２は、ＬＮＴ３０６から排気された排気ガスにより冷却される。第２排気バルブ３１０が所定量閉じてから所定期間が経過すると、ステップＳ７１４へ進む。

ステップＳ７１４において、排気ガス制御部４２４は、第２排気バルブ３１０を開ける。第２排気バルブ３１０が開くことにより、ＬＮＴ３０６から排気されて第２排気バルブ３１０を通過する排気ガスの流量が増大する。一方、ＬＮＴ３０６から排気されて循環路３１２を通過して再び三元触媒３０２に流入する排気ガスの流量が減少する。第２排気バルブ３１０が開くと、ステップＳ７１６へ進む。

ステップＳ７１６において、排気ガス制御部４２４は、第２循環バルブ３１４を閉じる。これにより、ＬＮＴ３０６から排気された排気ガスは、第２循環バルブ３１４を通過しなくなる。従って、ＬＮＴ３０６から排気された排気ガスは、三元触媒３０２に流入しなくなる。また、排気ガス制御部４２４は、ポンプ３２２を停止させる。第２循環バルブ３１４が閉じると、ステップＳ７１８へ進む。

ここで、ステップＳ７１０からステップＳ７１６で実施される処理の効果を説明する。排気ガスは第２の排気通路３００を下流に流れる間に放熱する。このため、第２の排気通路３００の下流に向かうにつれて排気ガスの温度が下がる傾向がある。特に、ＬＮＴ３０６から排気される排気ガスは、第２の排気通路３００における下流側を流れるため、第２の排気通路３００を流れる排気ガスの中では比較的低温である。一方、三元触媒３０２は、第２の排気通路３００における上流側に位置する。このため、三元触媒３０２を流れる排気ガスは、第２の排気通路３００を流れる排気ガスの温度の中では、比較的高温になる。このため、三元触媒３０２も第２の排気通路３００の中では比較的高温になる。

ステップＳ７１０からステップＳ７１６において、第２循環バルブ３１４及び第２排気バルブ３１０が開閉されることにより、ＬＮＴ３０６から排気される排気ガスが再び三元触媒３０２に流入する。上述のように、ＬＮＴ３０６から排気される排気ガスは、第２の排気通路３００を流れる排気ガスの中では、比較的低温である。このため、ＬＮＴ３０６から排気される排気ガスが、循環路３１２を通過して、再び三元触媒３０２に流入することで、三元触媒３０２が冷却される。これにより、排気ガスに含まれる有害物質を三元触媒３０２が酸化還元する能力が高められ、三元触媒３０２を流れる排気ガスの浄化が促進される。

ステップＳ７１６の処理が終わると、ステップＳ７１８へ進む。

ステップＳ７１８において、温度判定部４１６は、三元触媒３０２の温度が温度Ｔ２以上であるか否かを判定する。三元触媒３０２の温度が温度Ｔ２以上であることが判定された場合（ステップＳ７１８／ＹＥＳ）、ステップＳ７２０へ進む。三元触媒３０２の温度が温度Ｔ２未満であることが判定された場合（ステップＳ７１８／ＮＯ）、ステップＳ７２２へ進む。

以下では、ステップＳ７１８でＹＥＳと判定された場合における処理の流れについて説明した後、ステップＳ７１８でＮＯと判定された場合における処理の流れについて説明する。

次に、ステップＳ７１８でＹＥＳと判定された場合（つまり、三元触媒３０２の温度が温度Ｔ２以上であることが判定された場合）について説明する。制御フローがステップＳ７２０に到達する前に、ステップＳ７０６において、点火遅角が実施されている場合がある。この場合、ステップＳ７２０において、エンジン制御部４２６が点火遅角を終了する。これにより、ＧＰＦ３０４の再生処理が強制終了される。点火遅角が終了すると、ステップＳ７２４へ進み、ＧＰＦ再生処理の制御フローが終了する。また、制御フローがステップＳ７２０に到達する前に、点火遅角が実施されていない場合には、ステップＳ７２４へ進み、ＧＰＦ再生処理の制御フローが終了する。

次に、ステップＳ７１８でＮＯと判定された場合（つまり、三元触媒３０２の温度が温度Ｔ２未満であることが判定された場合）について説明する。制御フローがステップＳ７２２に到達する前に、ステップＳ７０６において、点火遅角が実施されている場合がある。この場合、ステップＳ７２２において、例えばＧＰＦ３０４の温度が温度Ｔ３以上になってから所定時間が経過したときに、エンジン制御部４２６が点火遅角を終了する。また、制御フローがステップＳ７２２に到達する前に、点火遅角が実施されていない場合がある。この場合は、例えばＧＰＦ３０４の温度が温度Ｔ３以上になってから所定時間が経過すると、ステップＳ７２４に進み、ＧＰＦ再生処理の制御フローが終了する。

以上、ステップＳ５０４において実施されるＧＰＦ再生処理について説明した。上記のように、ＧＰＦ３０４の温度が当該ＧＰＦ３０４の再生が促進される温度である温度Ｔ３以上になるように、エンジン制御部４２６が排気ガスを昇温した。その一方、排気ガス制御部４２４が、ＬＮＴ３０６の下流側の第２の排気通路３００を流れる排気ガスを循環路３１２に通し、三元触媒３０２に流すことにより、三元触媒３０２を冷却した。これにより、ＧＰＦ３０４の再生処理が実施と三元触媒３０２による排気ガスに含まれる有害物質の浄化の促進が両立された。

［ＬＮＴ脱離処理］
次に、ステップＳ５０６において実施されるＬＮＴ脱離処理について説明する。図８は、本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置２００が実施するＬＮＴ脱離処理の処理例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ８０２において、パージ判定部４２０が、ＮＯｘパージが必要であるか否かを判定する。パージ判定部４２０は、所定の時間が経過したときに、ＮＯｘパージが必要であることを判定してもよい。例えば、パージ判定部４２０は、前回ＮＯｘパージが実施されてから数十秒が経過したときに、ＮＯｘパージが必要であることを判定してもよい。ＮＯｘパージが必要であることが判定された場合（ステップＳ８０２／ＹＥＳ）、ステップＳ８０４へ進む。ＮＯｘパージが必要でないことが判定された場合（ステップＳ８０２／ＮＯ）、ステップＳ８１８へ進み、ＬＮＴ脱離処理の制御フローは終了する。

ステップＳ８０４において、温度判定部４１６が、ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ１以上であるか否かを判定する。ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ１以上である場合（ステップＳ８０４／ＹＥＳ）、ステップＳ８０８へ進む。ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ１未満であることが判定された場合（ステップＳ８０４／ＮＯ）、ステップＳ８０６へ進む。

以下では、ステップＳ８０４でＮＯと判定された場合における処理の流れについて説明した後、ステップＳ８０４でＹＥＳと判定された場合における処理の流れについて説明する。

まず、ステップＳ８０４でＮＯと判定された場合（つまり、ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ１未満であることが判定された場合）について説明する。この場合、ステップＳ８０６へ進む。ここで、ステップＳ８０６の処理の目的について説明する。図３で示されたように、ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ１〜温度Ｔ４の温度領域のときに、ＬＮＴ３０６がＮＯｘを還元する能力が高い。そこで、ステップＳ８０６の処理は、ＬＮＴ３０６がＮＯｘを還元する能力を高めるために、ＬＮＴ３０６を昇温することを目的として実施される。

ステップＳ８０６において、エンジン制御部４２６が、点火遅角を実施する。点火遅角が実施されることで、燃焼室１１０から排気される排気ガスが昇温する。燃焼室１１０から排気された排気ガスは、浄化機構２１０へ流入する。浄化機構２１０へ流入した排気ガスは、第２の排気通路３００を通ってＬＮＴ３０６に流れ込む。このように、点火遅角により昇温された排気ガスがＬＮＴ３０６に流れ込むことにより、ＬＮＴ３０６が昇温される。点火遅角が実施されると、ステップＳ８０４へ戻る。

ステップＳ８０４において、再び温度判定部４１６が、ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ１以上であるか否かを判定する。ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ１未満であることが再び判定された場合（ステップＳ８０４／ＮＯ）、ステップＳ８０６へ再び進む。

このようにして、ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ１以上になるまで、ステップＳ８０４及びステップＳ８０６の処理が繰り返される。ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ１以上であることが判定された場合（ステップＳ８０４／ＹＥＳ）、ステップＳ８０８へ進む。

ステップＳ８０８において、温度判定部４１６が、ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ４以上であるか否かを判定する。ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ４以上であることが判定された場合（ステップＳ８０８／ＹＥＳ）、ステップＳ８１０へ進む。ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ４未満であることが判定された場合（ステップＳ８０８／ＮＯ）、ステップＳ８１４へ進む。ステップＳ３１４の処理については後述する。まず、ステップＳ８１０の処理について説明する。

ステップＳ８１０において、パージ判定部４２０は、Ｓパージが必要であるか否かを判定する。例えば、パージ判定部４２０は、前回Ｓパージが実施されてから車両が走行した距離が所定の距離以上である場合に、Ｓパージが必要であることを判定してもよい。Ｓパージが必要であることが判定された場合（ステップＳ８１０／ＹＥＳ）、ステップＳ８１２に進む。Ｓパージが必要でないことが判定された場合（ステップＳ８１０／ＮＯ）、ステップＳ８１４に進む。

以下では、ステップＳ８１０でＹＥＳと判定された場合における処理の流れについて説明した後、ステップＳ８１０でＮＯと判定された場合における処理の流れについて説明する。

ステップＳ８１０でＹＥＳと判定された場合（つまり、Ｓパージが必要であることが判定された場合）、ステップＳ８１２において、Ｓパージ処理が行われる。Ｓパージ処理が行われることにより、ＬＮＴ３０６の被毒が回復する。Ｓパージ処理の詳細については後述する。Ｓパージ処理の制御フローが終了すると、ステップＳ８１４へ進む。

ステップＳ８１４において、パージ判定部４２０が、ＮＯｘパージ処理が必要であるか否かを判定する。ＮＯｘパージ処理が必要であることが判定された場合（ステップＳ８１４／ＹＥＳ）、ステップＳ８１６へ進む。ＮＯｘパージ処理が必要でないことが判定された場合（ステップＳ８１４／ＮＯ）、ステップＳ８１８へ進み、ＬＮＴ脱離処理の制御フローは終了する。

ステップＳ８１６において、排気ガス制御部４２４が、ＬＮＴ３０６からＮＯｘを脱離するためにＮＯｘパージを行う。具体的には、排気ガス制御部４２４は、一時的に空燃比がリッチの状態になるように、燃料噴射バルブ１１４から噴射される燃料の量を増量する。ＮＯｘパージが実施されることにより、ＮＯｘに吸蔵されたＮＯｘが還元されてＮ_２となり、ＬＮＴ３０６から排気される。ここで、ステップＳ８０８においてＮＯと判定された場合（つまり、ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ４未満であることが判定された場合）には、ＬＮＴ３０６の温度は温度Ｔ１〜Ｔ４の温度領域内である。図３を用いて説明したように、ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ１〜Ｔ４の温度領域内であるときに、ＬＮＴ３０６に吸蔵されたＮＯｘは還元され易い。従って、ステップＳ８０８においてＮＯと判定された後にＮＯｘパージが実施された場合、ＬＮＴ３０６に吸蔵されたＮＯｘが還元され易い。なお、ステップＳ８０８においてＹＥＳと判定された後に、ステップＳ８１６の処理が実施される場合には、ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ４以上であり得る。ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ４以上であっても、ＬＮＴ３０６に吸蔵されたＮＯｘが還元されて、Ｎ_２としてＬＮＴから排気され得る。

ＮＯｘパージが実施されると、ステップＳ８１８に進み、ＬＮＴ脱離処理の制御フローは終了する。なお、点火遅角が実施されている場合には、ＬＮＴ脱離処理の制御フローが終了するとともに、エンジン制御部４２６が点火遅角を終了してもよい。

以上、ＬＮＴ脱離処理について説明した。上記のように、エンジン制御部４２６が、ＬＮＴ３０６の温度が、ＬＮＴ３０６によるＮＯｘの還元が促進される温度領域になるように、排気ガスを昇温した。これにより、ＮＯｘパージによるＬＮＴ３０６に吸蔵されたＮＯｘの脱離が促進された。

［Ｓパージ処理］
次に、ＬＮＴ脱離処理のステップＳ８１２において実施されるＳパージ処理の詳細について説明する。図９は、本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置２００が実施するＳパージ処理の処理例を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ９０２において、温度判定部４１６が、ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ５以上であるか否かを判定する。ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ５以上であることが判定された場合（ステップＳ９０２／ＹＥＳ）、ステップＳ９０６へ進む。ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ５未満であることが判定された場合（ステップＳ９０２／ＮＯ）、ステップＳ９０４へ進む。

以下では、ステップＳ９０２でＮＯと判定された場合における処理の流れについて説明した後、ステップＳ９０２でＹＥＳと判定された場合における処理の流れについて説明する。

ステップＳ９０２でＮＯと判定された場合（つまり、ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ５未満であることが判定された場合）、ステップＳ９０４において、エンジン制御部４２６は、点火遅角を実施する。点火遅角が実施されることで、燃焼室１１０から排気される排気ガスの温度が昇温され、ＬＮＴ３０６に流入する排気ガスの温度が昇温される。点火遅角が実施されると、ステップＳ９０２へ戻る。

ステップＳ９０２において、ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ５未満であることが判定された場合（ステップＳ９０２／ＮＯ）、再びステップＳ９０４へ進む。

このようにして、ステップＳ９０２とステップＳ９０４の処理が繰り返される。ステップＳ９０２とステップＳ９０４が繰り返されている間には、点火遅角により昇温された排気ガスがＬＮＴ３０６に流入することで、ＬＮＴ３０６が昇温される。ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ５以上になると、ステップＳ９０２において、ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ５以上であることが判定される。なお、本実施形態では、ＬＮＴ３０６が温度Ｔ５以上であることが判定されるまで、ステップＳ９０２とＳ９０４の処理が繰り返される。これに限らず、Ｓパージ処理が開始（ステップＳ９００）されるとともに、排気ガス昇温制御（ステップＳ９０４）が実施され、ＬＮＴ３０６の温度判定（ステップＳ９０２）が省略されて、リッチ運転が開始（次のステップＳ９０６）されてもよい。あるいは、リッチ運転が開始と排気ガス昇温制御の処理は同時に実施されてもよいし、リッチ運転の開始が先に実施されてもよい。

ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ５以上であることが判定された場合（ステップＳ９０２／ＹＥＳ）、ステップＳ９０６において、エンジン制御部４２６は、リッチ運転を開始する。より具体的には、エンジン制御部４２６は、空燃比が継続的にリッチの状態になるように、燃料噴射バルブ１１４から噴射される燃料を増量する。上記のように、ステップＳ９０２において、ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ５以上であることが判定されている。図３を用いて説明したように、ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ５以上であるときにリッチ運転が実施されると、ＬＮＴ３０６に吸蔵されたＳＯｘがＬＮＴ３０６から脱離されるＳパージが実施される。Ｓパージが実施されることにより、ＬＮＴ３０６の被毒が回復する。リッチ運転が開始されると、ステップＳ９０８に進む。

ステップＳ９０８において、温度判定部４１６は、三元触媒３０２の温度が温度Ｔ２以上であるか否かを判定する。三元触媒３０２の温度が温度Ｔ２以上であることが判定された場合（ステップＳ９０８／ＹＥＳ）、ステップＳ９１０へ進む。三元触媒３０２の温度が温度Ｔ２未満であることが判定された場合（ステップＳ９０８／ＮＯ）、ステップＳ９１８へ進む。

以下では、ステップＳ９０８でＹＥＳと判定された場合における処理の流れについて説明した後、ステップＳ９０８でＮＯと判定された場合における処理の流れについて説明する。

ステップＳ９０８でＹＥＳと判定された場合（つまり、三元触媒３０２の温度が温度Ｔ２以上であることが判定された場合）、ステップＳ９１０〜ステップＳ９１６の処理が行われる。以下、ステップＳ９１０〜Ｓ９１６の各ステップにおいて行われる処理について説明する。

まず、ステップＳ９１０において、排気ガス制御部４２４が、第２循環バルブ３１４を開ける。また、排気ガス制御部４２４は、循環用三方バルブ３２０の上流側の循環路３１２と循環用三方バルブ３２０の下流側の循環路３１２とが連通するように、循環用三方バルブ３２０の開口方向を制御する。さらに、排気ガス制御部４２４は、ポンプ３２２を駆動させる。これにより、ＬＮＴ３０６から排気された排気ガスが、循環路３１２を通過して再び三元触媒３０２に流入することが可能になる。第２循環バルブ３１４が開くと、ステップＳ９１２へ進む。

ステップＳ９１２において、排気ガス制御部４２４が、第２排気バルブ３１０を所定量閉める。これにより、ＬＮＴ３０６から排気されて第２排気バルブ３１０を通過する排気ガスの流量が減少する。一方、ＬＮＴ３０６から排気され、循環路３１２を通過して、三元触媒３０２に再び流入する排気ガスの流量が増大する。これにより、三元触媒３０２は、ＬＮＴ３０６から排気された排気ガスにより冷却される。第２排気バルブ３１０が閉じてから所定期間が経過すると、ステップＳ９１４へ進む。

ステップＳ９１４において、排気ガス制御部４２４が、第２排気バルブ３１０を開ける。第２排気バルブ３１０が開くことにより、ＬＮＴ３０６から排気されて第２排気バルブ３１０を通過する排気ガスの流量が増大する。一方、ＬＮＴ３０６から排気されて循環路３１２を通過して再び三元触媒３０２に流入する排気ガスの流量が減少する。第２排気バルブ３１０が開くと、ステップＳ９１６へ進む。

ステップＳ９１６において、排気ガス制御部４２４が、第２循環バルブ３１４を閉じる。これにより、ＬＮＴ３０６から排気された排気ガスは、第２循環バルブ３１４を通過しなくなる。従って、ＬＮＴ３０６から排気された排気ガスは、三元触媒３０２に流入しなくなる。また、排気ガス制御部４２４は、ポンプ３２２を停止させる。第２循環バルブ３１４が閉じると、ステップＳ９０８へ戻る。

ステップＳ９０８において、三元触媒３０２の温度が温度Ｔ２以上であることが判定された場合（ステップＳ９０８／ＹＥＳ）、ステップＳ９１０からステップＳ９１６の処理が再度実施される。

このように、ステップＳ９０８からステップＳ９１６の処理が繰り返し行われることにより、ＬＮＴ３０６から排気された排気ガスが三元触媒３０２に再度流入することで、三元触媒３０２は冷却される。前述のように、ＬＮＴ３０６の下流側の排気ガスは、第２の排気通路３００を流れる排気ガスの中では、比較的低温である。このため、ＬＮＴ３０６の下流側を流れる排気ガスが三元触媒３０２に再度流入することにより、三元触媒３０２が速やかに冷却される。

ステップＳ９０８において、三元触媒３０２の温度が温度Ｔ２未満であることが判定された場合（ステップＳ９０８／ＮＯ）、ステップＳ９１８において、エンジン制御部４２６は、リッチ運転を終了する。より具体的には、エンジン制御部４２６は、空燃比を継続的にリーンの状態にするために、燃料噴射バルブ１１４から噴射される燃料を減量する。リーン運転が開始されると、ステップＳ９２０に進み、Ｓパージ処理は終了する。

以上、ＬＮＴ脱離処理のステップＳ８１２で実施されるＳパージ処理について説明した。上記のように、ＬＮＴ脱離処理では、エンジン制御部４２６が、ＬＮＴ３０６の被毒を回復するために、ＬＮＴ３０６の温度が温度Ｔ５以上になるように排気ガスを昇温した。その一方で、排気ガス制御部４２４は、高温になり過ぎた三元触媒３０２を冷却するために、ＬＮＴ３０６の下流側の第２の排気通路３００を流れる排気ガスを循環路３１２に通して、三元触媒３０２に流した。このようにして、ＬＮＴ３０６の被毒の回復と、排気ガスに含まれる有害物質の三元触媒３０２による浄化の促進が両立された。

以上、本発明の一実施形態の排気ガス浄化装置２００が実施する処理例について説明した。

２．５．効果
以上説明したように、本発明の一実施形態によれば、排気ガス制御部４２４が、ＬＮＴ３０６の下流側の第２の排気通路３００に流れる排気ガスを、循環路３１２に通して、三元触媒３０２の上流側の第２の排気通路３００に循環させ、三元触媒３０２に流した。第２の排気通路３００の下流側ほど、排気ガスの温度は低い。また、ＬＮＴ３０６は、第２の排気通路３００における下流側に位置する。従って、ＬＮＴ３０６の下流側の第２の排気通路３００に流れる排気ガスは、第２の排気通路３００を流れる排気ガスの中では、比較的低温である。一方、三元触媒３０２は、第２の排気通路３００において上流側に位置するため、第２の排気通路３００の中では、比較的高温である。このため、ＬＮＴ３０６の下流側の第２の排気通路３００を流れる排気ガスが、循環路３１２を通過して、三元触媒３０２に流れることで三元触媒３０２が速やかに冷却される。例えば、ＧＰＦ再生処理において、点火遅角が実施されることで排気ガスが昇温され、第２の排気通路３００に高温の排気ガスが流れることで三元触媒３０２の温度が例えば温度Ｔ２以上の高温になる場合がある。このような場合であっても、ＬＮＴ３０６の下流側の第２の排気通路３００に流れる排気ガスが三元触媒３０２に流れることで、三元触媒３０２が冷却される。これにより、三元触媒３０２の温度が温度Ｔ２未満となり、排気ガスに含まれる有害物質を三元触媒３０２が酸化還元する能力が高められ、当該有害物質の浄化が促進される。

また、本発明の一実施形態では、排熱回収器２０８が、浄化機構２１０の上流側の排気経路１０４に設けられている。排気ガスは、排気経路１０４の下流側に向かうにつれて、段々と冷えていく。従って、排気経路１０４の上流側ほど、排気ガスは高温である。このため、浄化機構２１０の下流側の排気経路１０４に排熱回収器２０８が設けられた場合と比べると、本発明の一実施形態のように浄化機構２１０の上流側の排気経路１０４に排熱回収器２０８が設けられた場合の方が、より高い温度の排気ガスが排熱回収器２０８に流れる。さらに、本発明の一実施形態では、排熱回収器２０８は、燃焼室１１０の排気ポート１２３の付近に設けられたシリンダーヘッド１３４の内部に位置するため、排熱回収器２０８を流れる排気ガスは、排気経路１０４の中では、最も高温となる。通常、排熱回収器２０８に流れる排気ガスの温度が高いほど、排熱回収器２０８が排気ガスから回収する熱量が大きい。従って、本発明の一実施形態のように、シリンダーヘッド１３４の内部に排熱回収器２０８が設けられることにより、排熱回収器２０８は大きな熱量を排気ガスから回収することができる。

さらに、本発明の一実施形態では、エンジン制御部４２６が、三方バルブ２０２の開口方向を制御することにより、燃焼室１１０から排気される排気ガスが流れる経路を第１の排気通路２０４又は積極放熱通路２０６に切り替えることができる。本発明の一実施形態では、図５に示した処理が開始されるとき、第１の排気通路２０４に排気ガスが流れる。図５に示した制御フローが実施されることにより、浄化機構２１０の第２の排気通路３００に設けられた三元触媒３０２、ＤＰＦ３０４、又はＬＮＴ３０６が適切な温度になるように、排気ガスの流れる経路、点火時期、又は空燃比等が制御される。これらの制御が実施された後に、三方バルブ２０２の開口方向が制御されることにより、冷却水の温度に応じて、燃焼室１１０から排気される排気ガスが積極放熱通路２０６に流れるようになる。このようにして、本発明の一実施形態の排気ガス浄化装置２００は、浄化機構２１０が備える三元触媒３０２、ＤＰＦ３０４、又はＬＮＴ３０６を適切な温度に保ちながら、排熱回収器２０８による排気ガスからの効率のよい排熱の回収を実現することができる。

３．変形例
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明の一実施形態では、循環路３１２はＬＮＴ３０６の下流側の第２の排気通路３００で接続されている。これに限らず、循環路３１２は、ＧＰＦ３０４の下流側であってＬＮＴ３０６の上流側の第２の排気通路３００で接続されていてもよい。このように、循環路３１２がＧＰＦ３０４の下流側であってＬＮＴ３０６の上流側の第２の排気通路３００で接続されている場合も、当該循環路３１２は、三元触媒３０２の上流側の第２の排気通路３００で分岐されてもよい。前述のように、第２の排気通路３００における下流側を流れる排気ガスの方が、第２の排気通路３００における上流側を流れる排気ガスよりも低温である。ＧＰＦ３０４は三元触媒３０２の下流側の第２の排気通路３００に位置するため、三元触媒３０２を流れる排気ガスよりも、ＧＰＦ３０４の下流側の第２の排気通路３００を流れる排気ガスの方が低温である。従って、ＧＰＦ３０４から排気された排気ガスが、ＧＰＦ３０４の下流側であってＬＮＴ３０６の上流側の第２の排気通路３００と循環路３１２の分岐箇所から循環路３１２へ流入し、第２の排気通路３００へ循環し、再び三元触媒３０２へ流れ込むことにより、三元触媒３０２が冷却される。

本発明の一実施形態では、循環路３１２は、三元触媒３０２の上流側の第２の排気通路３００で分岐されるとともに、ＬＮＴ３０６の下流側の第２の排気通路３００で接続される通路の一本のみである。これに限らず、循環路３１２は複数本であってもよい。例えば、浄化機構２１０には、本発明の一実施形態の循環路３１２の他に、三元触媒３０２の上流側の第２の排気通路３００で分岐されるとともに、ＧＰＦ３０４の下流側であってＬＮＴ３０６の上流側の第２の排気通路３００で再接続される第２の循環路が設けられてもよい。

本発明の一実施形態では、排気ガス制御部４２４は、第１排気バルブ３０８の開度を調整して、第２の排気通路から分岐通路３１６に流れる排気ガスの流量を制御した。これに限らず、第１排気バルブ３０８が第２の排気通路３００に設けられず、排気ガス制御部４２４が第１循環バルブの開閉の制御のみで、第２の排気通路から分岐通路３１６に流れる排気ガスの流量を制御してもよい。また、本発明の一実施形態では、排気ガス制御部４２４は、第２排気バルブ３１０の開度を調整して、第２の排気通路から循環路３１２に流れる排気ガスの流量を制御した。これに限らず、第２排気バルブ３１０が第２の排気通路３００に設けられず、排気ガス制御部４２４が第２循環バルブの開閉の制御のみで、第２の排気通路から循環路３１２に流れる排気ガスの流量を制御してもよい。また、本発明の一実施形態では排熱回収器２０８をシリンダーヘッド１３４の内部に設けるようにしたが、排熱回収器２０８はシリンダーヘッド１３４の外部に設けてもよい。

また、循環路３１２には、第２循環バルブ３１４以外にも各種のバルブが設けられてもよい。例えば、循環路３１２と分岐通路３１６の接続箇所の下流側の循環路３１２にバルブが設けられ、当該バルブの開閉により循環路３１２を流れる排気ガスの流量が制御されてもよい。

１００ エンジン
２００ 排気ガス浄化装置
２０４ 第１の排気通路
２０６ 積極放熱通路
２０８ 排熱回収器
２１０ 浄化機構
３００ 第２の排気通路
３０２ 三元触媒
３０４ ＧＰＦ
３０６ ＬＮＴ
３１２ 循環路
４１６ 温度判定部
４２４ 排気ガス制御部
４２６ エンジン制御部
４２８ 放熱制御部

Claims (13)

1. エンジンから排気された排気ガスが通過する排気通路に設けられ、前記排気ガスに含まれる有害物質を浄化する触媒と、
   前記排気通路における前記触媒の下流側に設けられ、前記排気ガスに含まれる粒子状物質を補足するフィルタと、
   前記触媒の上流側の前記排気通路で分岐されるとともに、前記フィルタの下流側の前記排気通路に再接続され、前記フィルタの下流側の前記排気通路から前記触媒の上流側の前記排気通路へ前記排気ガスを循環させる循環路と、
   を備える、排気ガス浄化装置。
2. 前記触媒は、前記排気ガスに含まれる炭化水素又は一酸化炭素を浄化する、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
3. 前記触媒は、三元触媒である、請求項１又は請求項２に記載の排気ガス浄化装置。
4. 前記触媒の温度が所定の温度以上である場合に、前記排気ガスを前記フィルタの下流側の前記排気通路から前記循環路を通過させ、前記触媒の上流側の前記排気通路に流す排気ガス制御部と、を備える、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
5. 前記触媒の上流側の前記排気通路で分岐されるとともに、当該分岐される箇所の下流側であって前記触媒の上流側の前記排気通路に再接続される積極放熱通路と、
   前記積極放熱通路に設けられ、前記積極放熱通路に流れる前記排気ガスから排熱を回収する排熱回収器と、を備える、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
6. 前記排気ガスを前記積極放熱通路に流す放熱制御部を更に備える、請求項５に記載の排気ガス浄化装置。
7. 前記放熱制御部は、前記触媒の温度が、前記触媒による前記有害物質の浄化が促進される温度の範囲内である場合に、前記排気ガスを前記積極放熱通路に流す、請求項６に記載の排気ガス浄化装置。
8. 前記放熱制御部は、前記フィルタの温度が、前記フィルタの再生が促進される温度以上である場合に、前記排気ガスを前記積極放熱通路に流す、請求項６又は請求項７に記載の排気ガス浄化装置。
9. 前記放熱制御部は、前記フィルタの下流側の前記排気通路に設けられた、前記排気ガスに含まれる窒素酸化物を吸蔵する窒素酸化物吸蔵触媒の温度が、前記窒素酸化物吸蔵触媒による前記排気ガスに含まれる窒素酸化物の浄化が促進される温度の範囲内である場合に、前記排気ガスを前記積極放熱通路に流す、請求項６〜請求項８のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
10. 前記フィルタの下流側の前記排気通路に設けられ、前記排気ガスに含まれる窒素酸化物を吸蔵する窒素酸化物吸蔵触媒を備える、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
11. 前記循環路は、前記窒素酸化物吸蔵触媒の下流側の前記排気通路に再接続される、請求項１０に記載の排気ガス浄化装置。
12. 前記循環路は、前記フィルタの下流側であって前記窒素酸化物吸蔵触媒の上流側の前記排気通路に再接続される、請求項１０に記載の排気ガス浄化装置。
13. 前記排熱回収器は、エンジンに設けられるシリンダーヘッドの内部に位置する、請求項５〜請求項９のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
    

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