JP3912134B2 - 排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車等に搭載される筒内噴射型の内燃機関、例えばディーゼル機関では、排気ガス中に含まれる煤等の排気微粒子を除去すると共に窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去することが要求されている。そしてこのような要求に対し、ＮＯｘ吸蔵剤が担持されたパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと称する）を内燃機関の排気ガス通路に配置する方式の排気ガス浄化装置が提案されている。
このような排気ガス浄化装置としては、内蔵されたＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタを流通する排気ガスの流量を調整できるものが公知であり、その中には排気ガスの流れの方向を反転することができるものもある（例えば特開２００１−３４２８２１号公報）。
【０００３】
これは、通常使用時において、フィルタを流通する排気ガスの方向を反転することにより、フィルタ内の位置による排気微粒子捕集量及びＮＯｘ吸蔵量の偏りを緩和して、フィルタ及びフィルタに担持されているＮＯｘ吸蔵剤を効率的に利用しようとするものである。また、排気ガスの流通方向を反転することにより、フィルタの詰まりを防止する効果もある。
【０００４】
一方、上述したような排気ガス浄化装置に用いられるＮＯｘ吸蔵剤は、排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の空燃比が小さくなり、且つ排気ガス中にＨＣやＣＯ等の還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを還元浄化する作用（ＮＯｘの吸収放出及び還元作用またはＮＯｘの吸着及び還元作用）を有する。そしてこの作用を利用して、排気ガスの空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵させ、一定期間使用してＮＯｘ吸蔵剤の吸蔵効率が低下した時または低下する前にＮＯｘ吸蔵剤の上流側において還元剤（燃料）を添加する等して、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵したＮＯｘの還元浄化を行うようにしている。
【０００５】
なお、本明細書において「吸蔵」という語は「吸収」及び「吸着」の両方の意味を含むものとして用いる。したがって、「ＮＯｘ吸蔵剤」は、「ＮＯｘ吸収剤」と「ＮＯｘ吸着剤」の両方を含み、前者はＮＯｘを硝酸塩等の形で蓄積し、後者はＮＯ2等の形で吸着する。
ところで、内燃機関の燃料には硫黄（Ｓ）成分が含まれている場合があり、この場合には排気ガス中に硫黄酸化物（ＳＯｘ）が含まれることとなる。排気ガス中にＳＯｘが存在するとＮＯｘ吸蔵剤はＮＯｘの吸蔵作用を行うのと全く同じメカニズムで排気ガス中のＳＯｘの吸蔵を行う。
【０００６】
ところが、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されたＳＯｘは比較的安定であり、一般にＮＯｘ吸蔵剤に蓄積されやすい傾向がある。ＮＯｘ吸蔵剤のＳＯｘ蓄積量が増大すると、ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵容量が減少して排気ガス中のＮＯｘの除去を十分に行うことができなくなるため、ＮＯｘの浄化効率が低下するいわゆる硫黄被毒（Ｓ被毒）の問題が生じる。特に、燃料として比較的硫黄成分を多く含む軽油を使用するディーゼルエンジンにおいてはこの硫黄被毒の問題が生じやすい。
【０００７】
一方、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されたＳＯｘについても、ＮＯｘと同じメカニズムで放出、脱離等が可能であることが知られている。しかし、ＳＯｘは比較的安定した形でＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されるため、通常のＮＯｘの還元浄化制御が行われる温度（例えば２５０℃程度以上）ではＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されたＳＯｘを放出等させることは困難である。このため、硫黄被毒を解消するためには、ＮＯｘ吸蔵剤を通常のＮＯｘ還元浄化制御時より高い温度、すなわち硫黄分放出温度（例えば６００℃以上）に昇温し、且つ流入する排気ガスの空燃比を略ストイキまたはリッチ（以下、単にリッチという）にする硫黄被毒再生制御を定期的に行う必要がある。そして、硫黄被毒再生を実施するためにＮＯｘ吸蔵剤を高温且つリッチの状態にする方法としては、ＮＯｘ吸蔵剤の上流側において還元剤を添加し、還元剤の反応によってＮＯｘ吸蔵剤を昇温すると共に略ストイキまたはリッチ雰囲気を作り出す方法が公知である。
【０００８】
また、上記のようなＮＯｘ吸蔵剤を担持しているフィルタは排気ガス中に含まれる煤等の排気微粒子を捕集して除去するが、そのフィルタ上に蓄積された排気微粒子を着火燃焼させるために、フィルタの上流側において還元剤を添加する場合もある。
以上のように、上記のようなＮＯｘ吸蔵剤及びフィルタを利用した排気ガス浄化装置においては、そのＮＯｘ吸蔵剤及びフィルタを浄化（ＮＯｘの放出還元、硫黄被毒再生、捕集排気微粒子の燃焼等）するための制御等においてＮＯｘ吸蔵剤及びフィルタの上流側で還元剤の添加を行う場合がある。そしてこの際、少ない量の還元剤の添加で目的を達成し且つエミッション（還元剤のすり抜け）の低減を図るため、ＮＯｘ吸蔵剤及びフィルタを流通する排気ガスの流量を少なくするのが一般的であるが、その結果、一部の還元剤は上記のような制御完了後においてＮＯｘ吸蔵剤及びフィルタに残存することとなる。
【０００９】
そして上述したような制御を終了すると、全量の排気ガスがＮＯｘ吸蔵剤及びフィルタを通過して浄化される通常の状態に戻されるため、ＮＯｘ吸蔵剤及びフィルタを流通する排気ガスの流量は増加される。この時、排気ガス中には酸素が含まれているため、ＮＯｘ吸蔵剤及びフィルタを流通する排気ガスの流量の増加によって、上記制御中にＮＯｘ吸蔵剤及びフィルタに付着等して残存した還元剤（ＨＣ等）が急速に反応して発熱することとなる。そしてこのような発熱によって上記のような制御後にＮＯｘ吸蔵剤及びフィルタが昇温され、これらが熱劣化してしまう、もしくは溶損してしまうという問題があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、残存された還元剤の反応による排気ガス浄化手段（ＮＯｘ吸蔵剤及びフィルタ等）の過加熱を防止できる排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法を提供する。
１番目の発明は、排気ガス通路に配置された排気ガス浄化手段と、その排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を調整できる排気ガス流量調整手段と、上記排気ガス浄化手段の上流側において還元剤を添加する還元剤添加手段とを備え、必要に応じて、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を低下させて上記排気ガス浄化手段の上流側において還元剤を添加する予め定められた制御が実施される排気ガス浄化装置であって、上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記排気ガス浄化手段に残存している還元剤の反応によって上記排気ガス浄化手段が過加熱されないように上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される、排気ガス浄化装置において、更に、上記排気ガス流量調整手段が上記排気ガス浄化手段における排気ガスの流通方向を反転でき、上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、排気ガスが上記排気ガス浄化手段を流通する方向を上記予め定められた制御中とは反転して上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される、排気ガス浄化装置を提供する。
【００１２】
１番目の発明のようにすることによって、上記のような予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させる場合において、上記予め定められた制御中の還元剤の添加により上記排気ガス浄化手段に残存された還元剤と、流入排気ガス中の酸素とが急速に反応することが防止され、もしくは上記排気ガス浄化手段における上記反応による発熱量が減少され、上記排気ガス浄化手段の過加熱が防止される。
また、上記予め定められた制御中の還元剤の添加によって上記排気ガス浄化手段に残存する還元剤はその排気ガス浄化手段のうちのその還元剤の添加中における上流側部分に多い。したがって、１番目の発明のようにすることにより、上記排気ガス浄化手段が過加熱されることを防止することができる。すなわち、上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時に、排気ガスが上記排気ガス浄化手段を流通する方向を上記予め定められた制御中とは反転して上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を調整すると、この場合の流れの上流側部分においては残存した還元剤が少ないために発熱量が少なく、また、この場合の流れの下流側部分に多く残存している還元剤は、移動するとすぐに上記排気ガス浄化手段から吐き出されてしまうため、上記排気ガス浄化手段の過加熱が防止されるのである。
これにより、流量の微調整を伴わない流通方向の反転という比較的単純な流量調整によって上記排気ガス浄化手段が過加熱されることを防止することができる。
【００１３】
２番目の発明では１番目の発明において、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される場合において、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量が徐々に変化せしめられる。
このようにすることによって、上記排気ガス浄化手段に残存していた還元剤が一度に多量に吐き出されることが防止される。
【００１４】
３番目の発明は、排気ガス通路に配置された排気ガス浄化手段と、その排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を調整できる排気ガス流量調整手段と、上記排気ガス浄化手段の上流側において還元剤を添加する還元剤添加手段とを備え、必要に応じて、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を低下させて上記排気ガス浄化手段の上流側において還元剤を添加する予め定められた制御が実施される排気ガス浄化装置であって、上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記排気ガス浄化手段に残存している還元剤の反応によって上記排気ガス浄化手段が過加熱されないように上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される、排気ガス浄化装置において、更に、上記排気ガス浄化手段に残存している還元剤の量を推定する残存還元剤量推定手段を有していて、上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記残存還元剤量推定手段によって推定された残存還元剤量に基づいて上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される、排気ガス浄化装置を提供する。
【００１５】
これにより、残存された還元剤の反応による上記排気ガス浄化手段の過加熱が確実に防止されると共に、過加熱を防止しながらできるだけ多くの排気ガスが上記排気ガス浄化手段を流通するようにすることができる。
【００１６】
４番目の発明では３番目の発明において、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される場合において、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量が徐々に変化せしめられる。
このようにすることによって、上記排気ガス浄化手段に残存していた還元剤が一度に多量に吐き出されることが防止される。
【００１７】
５番目の発明では３番目または４番目の発明において、上記残存還元剤量推定手段が、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を推定する流量推定手段と、上記排気ガス浄化手段の下流側における排気ガス中の還元剤濃度を推定する還元剤濃度推定手段とを含む。
【００１８】
６番目の発明では５番目の発明において、上記還元剤濃度推定手段は、ＨＣ濃度を推定するＨＣセンサを含む。
上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量及びその流量での上記排気ガス浄化手段の下流側における排気ガス中の還元剤濃度またはＨＣ濃度と、上記排気ガス浄化手段に残存している還元剤またはＨＣの量とには一定の関係があるため、５番目または６番目の発明のようにすることによって、上記排気ガス浄化手段の残存還元剤量またはＨＣ量を推定することができる。
【００１９】
７番目の発明では３番目から６番目の何れかの発明において、上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記排気ガス流量調整手段を制御して上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を増加させることにより上記残存還元剤量が上記残存還元剤量推定手段によって推定され、推定された上記残存還元剤量が予め定められた残存還元剤量を超えている場合には、上記排気ガス流量調整手段が上記予め定められた制御中の状態に戻されて、もしくは上記予め定められた制御中の状態とは上記排気ガス浄化手段における排気ガスの流通方向のみ異なるようにされた状態にされて上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される。
【００２０】
このようにすることによって、残存された還元剤の反応による上記排気ガス浄化手段の過加熱を防止するために行う上記排気ガス流量調整手段の制御を単純化することができる。
８番目の発明では７番目の発明において、上記排気ガス流量調整手段を制御して上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を増加させることにより上記残存還元剤量が上記残存還元剤量推定手段によって推定され、推定された上記残存還元剤量が予め定められた残存還元剤量を超えている場合には、上記排気ガス流量調整手段が上記予め定められた制御中の状態に戻されて、もしくは上記予め定められた制御中の状態とは上記排気ガス浄化手段における排気ガスの流通方向のみ異なるようにされた状態にされて上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される上記制御が、予め定められた待ち時間をおいて繰り返される。
【００２１】
こうすることによって、７番目の発明と同様の作用及び効果に加え、上記の予め定められた待ち時間を適切に設定することで、効率的且つ確実に上記排気ガス浄化手段の過加熱を防止しながら通常状態に移行することが可能となる。
９番目の発明では８番目の発明において、上記排気ガス浄化手段の温度が予め定められた温度以下に低下した時に上記の予め定められた待ち時間が経過したとする。
【００２２】
このようにすることにより、上記の予め定められた温度を適切に設定することで上記排気ガス浄化手段の過加熱をより確実に防止しながら通常状態に移行することが可能となる。
１０番目の発明では７番目から９番目の何れかの発明において、上記排気ガス流量調整手段を制御して上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を増加させることにより上記残存還元剤量を上記残存還元剤量推定手段によって推定する場合において、上記排気ガス流量調整手段を通常状態における状態へと制御して上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を増加させることにより上記残存還元剤量が推定される。
【００２３】
このようにすることによって、必要な上記排気ガス流量調整手段の制御をより単純化することができる。
１１番目の発明では１番目から１０番目の何れかの発明において、上記予め定められた制御が上記排気ガス浄化手段を浄化するための制御である。
これにより、上記排気ガス浄化手段の各種の浄化制御（ＮＯｘの放出還元、硫黄被毒再生、捕集排気微粒子の燃焼等）の完了後に通常状態に戻る際に発生する残存された還元剤の反応による上記排気ガス浄化手段の過加熱が防止される。
【００２４】
１２番目の発明では１番目から１１番目の何れかの発明において、上記排気ガス浄化手段は、流入する排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が小さくなり、且つ還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵剤を含む。
これによって、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し且つ還元浄化することができると共に、ＮＯｘ吸蔵剤についての上記のような過加熱が防止される。
１３番目の発明では１番目から１１番目の何れかの発明において、上記排気ガス浄化手段は、排気ガス中の排気微粒子を除去する手段を含む。
これによって、排気ガス中の排気微粒子を除去することができると共に、排気ガス中の排気微粒子を除去する手段についての上記のような過加熱が防止される。
【００２５】
１４番目の発明は、排気ガス浄化手段を排気ガス通路に配置して行う排気ガス浄化方法であって、必要に応じて、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を低下させて上記排気ガス浄化手段の上流側において還元剤を添加する予め定められた制御が実施され、上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記排気ガス浄化手段に残存している還元剤の反応によって上記排気ガス浄化手段が過加熱されないように上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される、排気ガス浄化方法において、上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、排気ガスが上記排気ガス浄化手段を流通する方向を上記予め定められた制御中とは反転して上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される、排気ガス浄化方法を提供する。
この発明によっても１番目の発明とほぼ同様の作用及び効果が得られる。
【００２７】
１５番目の発明では１４番目の発明において、上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記排気ガス浄化手段に残存している還元剤の量が推定され、その推定残存還元剤量に基づいて上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される。
この発明によっても３番目の発明とほぼ同様の作用及び効果が得られる。
【００２８】
１６番目の発明は、排気ガス浄化手段を排気ガス通路に配置して行う排気ガス浄化方法であって、必要に応じて、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を低下させて上記排気ガス浄化手段の上流側において還元剤を添加する予め定められた制御が実施され、上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記排気ガス浄化手段に残存している還元剤の反応によって上記排気ガス浄化手段が過加熱されないように上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される、排気ガス浄化方法において、上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記排気ガス浄化手段に残存している還元剤の量が推定され、該推定残存還元剤量に基づいて上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される、排気ガス浄化方法を提供する。
【００２９】
この発明によっても３番目の発明とほぼ同様の作用及び効果が得られる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明はＮＯｘ吸蔵剤であるＮＯｘ吸収剤とＮＯｘ吸着剤のどちらを用いても実施可能であるが、以下ではＮＯｘ吸収剤を用いた場合について説明する。
図１は本発明をディーゼルエンジンへ適用した場合を示している。図１において、２は機関（エンジン）本体、４は吸気通路、６は排気ガス通路をそれぞれ示す。排気ガス通路６には本発明の排気ガス浄化装置１０が設けられるが、この部分に設置される排気ガス浄化装置１０については後に四つの異なる構成の排気ガス浄化装置２０、３０、４０、５０を挙げて詳細に説明する。
【００３１】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）８は、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の形式のディジタルコンピュータからなり、機関本体２と信号をやり取りして燃料噴射量制御等のエンジンの基本制御を行う他、以下で述べるように本発明の各実施形態においては、排気ガス浄化装置の各構成要素とも信号のやり取りを行いその制御も行う。
【００３２】
図２は、図１に示されている排気ガス浄化装置１０の部分に設置されて排気ガス通路６の一部を構成する、排気ガス浄化装置２０の外観を模式的に示した説明図であり、図２（ａ）及び（ｂ）がそれぞれ上面図及び側面図を示している。また、図３（ａ）及び（ｂ）には、それぞれ、上方及び側方から見た場合の断面図が示され、排気ガス浄化装置２０の内部の排気ガスの流れが示されている。
【００３３】
図２に示すように排気ガス浄化装置２０は、基幹通路１８と、基幹通路１８に接続された環状通路２２とを備えており、環状通路２２には排気ガス中の排気微粒子を除去する手段であるフィルタ１４が配置されている。フィルタ１４には後述するようにＮＯｘ吸収剤１２が担持され、排気ガス浄化手段を構成している。基幹通路１８と環状通路２２との接続部分には、経路変更部２４が設けられている。経路変更部２４は、排気ガスの経路を変更すると共にＮＯｘ吸収剤１２が担持されたフィルタ１４（以下、ＮＯｘ吸収剤１２とフィルタ１４を特に区別する必要がない場合にはＮＯｘ吸収剤担持フィルタを単に「フィルタ１５」と称する）を流通する排気ガス流量を調整する経路切替調整弁２６と、経路切替調整弁２６を駆動するための駆動部２８とを備えている。経路変更部２４は、４つの通路が接続された二組の対向面を有している。一方の組の対向面には、基幹通路１８を構成する二つの部分基幹通路１８ａ、１８ｂが接続されており、他方の組の対向面には、環状通路２２を構成する二つの部分環状通路２２ａ、２２ｂが接続されている。
【００３４】
第１の部分環状通路２２ａは、フィルタ１５の第１の面Ｓ１側に通じており、第２の部分環状通路２２ｂは、第２の面Ｓ２側に通じている。また、下流側の部分基幹通路１８ｂには酸化触媒３２が配置されている。下流側の部分基幹通路１８ｂは、環状通路２２のフィルタ１５を内蔵している部分を囲むように形成されている。
【００３５】
更に、排気ガス浄化装置２０は、還元剤添加部を第１の部分環状通路２２ａに備えており、この還元剤添加部はＮＯｘ吸収剤１２及びフィルタ１４の浄化制御の際等に還元剤を環状通路２２内に添加するために使用される。還元剤添加部は、還元剤噴射ノズル３４と還元剤供給ポンプ（図示無し）とを備えており、還元剤供給ポンプから供給された還元剤は、還元剤噴射ノズル３４によって第１の部分環状通路２２ａ内に、ＥＣＵ８の制御によって適切なやり方で添加される。なお、排気ガス浄化装置２０を含め本明細書で説明する排気ガス浄化装置３０、４０、５０においては、貯蔵、補給等の際の煩雑さを避けるため、還元剤としてディーゼルエンジン２の燃料である軽油を使用している。
【００３６】
経路変更部２４と還元剤添加部とはＥＣＵ８によって制御される。具体的には、ＥＣＵ８は、経路変更部２４の駆動部２８に接続されており、駆動部２８を制御することにより、経路切替調整弁２６の動作を制御する。また、ＥＣＵ８は、還元剤添加部の還元剤噴射ノズル３４に接続されており、還元剤噴射ノズル３４を制御することにより、還元剤噴射ノズル３４の還元剤添加動作を制御する。
排気ガス浄化装置２０に流入した排気ガスは、以下で説明するように必ず基幹通路１８を通り、選択的に環状通路２２を通る。
【００３７】
図３（ａ）、（ｂ）は、経路切替調整弁２６が第１の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している。この場合、排気ガス浄化装置２０に流入した排気ガスは、上流側の部分基幹通路１８ａを通って経路変更部２４に流入し、第１の部分環状通路２２ａと第２の部分環状通路２２ｂとをこの順序で通って、経路変更部２４に戻る。この時、排気ガスは、フィルタ１５を第１の面Ｓ１から第２の面Ｓ２に向かって流れる。経路変更部２４に戻った排気ガスは、下流側の部分基幹通路１８ｂに流入し、酸化触媒３２を通過した後に排気ガス浄化装置２０から排出される。なお、酸化触媒３２を通過した排気ガスは、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、部分基幹通路１８ｂの環状通路２２のフィルタ１５を内蔵している部分を囲むように形成されている部分を通る。
【００３８】
図４は、経路切替調整弁２６が第２の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している図３（ａ）と同様の図である。この場合、排気ガスは、図３（ａ）の場合とほぼ同様に流れるが、環状通路２２を流れる方向が反転している。すなわち、経路変更部２４に流入した排気ガスは、第２の部分環状通路２２ｂと第１の部分環状通路２２ａとをこの順序で通って、経路変更部２４に戻る。この時、排気ガスはフィルタ１５を第２の面Ｓ２から第１の面Ｓ１に向かって流れる。このように、フィルタ１５を流通する排気ガスの流れを反転することができるので、フィルタ１５内の位置による排気微粒子捕集量及びＮＯｘ吸収量等の偏りを緩和してフィルタ１４及びフィルタ１４に担持されているＮＯｘ吸収剤１２を効率良く使用することができる。また、排気ガスの流通方向を反転することにより、フィルタ１４の詰まりを防止する効果もある。
【００３９】
図５は、経路切替調整弁２６が上記第１の位置と第２の位置との中間である第３の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している図３（ａ）及び図４と同様の図である。なお、経路切替調整弁２６を第１の位置と第２の位置とで切替える際には、経路切替調整弁２６は一時的に第３の位置となる。経路切替調整弁２６が第３の位置に位置している場合、経路変更部２４に流入した排気ガスは、殆どがそのまま下流側の部分基幹通路１８ｂに流入し、酸化触媒３２を通過した後に、排気ガス浄化装置２０から排出される。
【００４０】
上記のように、経路切替調整弁２６が第１または第２の位置にある場合には、排気ガスはフィルタ１５を通過し、更に酸化触媒３２を通過する。一方、経路切替調整弁２６が第３の位置にある場合には、殆どの排気ガスは、フィルタ１５を通過せずに酸化触媒３２のみを通過して排気ガス浄化装置２０から排出される。したがって、通常状態においては、排気ガスがフィルタ１５と酸化触媒３２とを通過して浄化されるように、経路切替調整弁２６は第１または第２の位置にある。そして必要に応じて、例えば以下で説明するようなＮＯｘ吸収剤１２やフィルタ１４の浄化制御の際に還元剤を添加する場合等にその位置が駆動部２８により第１の位置と第２の位置の間で調整され、フィルタ１５を流通する排気ガスの流量が低下される。
【００４１】
図６にフィルタ１５の拡大断面図を示す。図６を参照すると、フィルタ１４は多孔質セラミックから成り、排気ガスは矢印で示されるように図中左から右に向かって流れる。フィルタ１４内には、上流側に栓３４が施された第１通路３８と下流側に栓４２が施された第２通路４４とが交互に配置されハニカム状をなしている。排気ガスが図中左から右に向かって流れると、排気ガスは第２通路４４から多孔質セラミックの隔壁を通過して第１通路３８に流入し、下流側に流れる。この時、排気ガス中の排気微粒子（パティキュレート）は多孔質セラミックによって捕集されて排気ガス中から除去され、排気微粒子の大気への放出が防止される。
【００４２】
また、第１通路３８および第２通路４４の隔壁の表面及び内部の細孔内にはＮＯｘ吸収剤１２が担持されている。ＮＯｘ吸収剤１２は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とから成る。ＮＯｘ吸収剤１２は流入排気ガス（すなわち、本排気ガス浄化装置２０の構成においてはフィルタ１５を流通する排気ガス）の空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸収し、ＮＯｘ吸収剤流入排気ガスの空燃比が小さくなり、且つ還元剤が存在していれば吸収したＮＯｘを放出して還元浄化する作用（ＮＯｘの吸収放出及び還元浄化作用）を有する。
【００４３】
図１に示した構成ではディーゼルエンジンが使用されているため、通常状態の時の排気ガス空燃比はリーンであり、ＮＯｘ吸収剤１２は通常状態の時には排気ガス中のＮＯｘの吸収を行う。そして、一定期間使用してＮＯｘ吸収剤１２のＮＯｘ吸収効率が低下する等した場合には、ＮＯｘ吸収剤１２からＮＯｘを放出し還元する必要が生じる。本排気ガス浄化装置２０においては、このようなＮＯｘ吸収剤１２からのＮＯｘの放出及び還元浄化が必要になった場合には、還元剤添加部の還元剤噴射ノズル３４からフィルタ１５上流側の排気ガス通路、すなわち第１の部分環状通路２２ａに還元剤を供給してＮＯｘ吸収剤流入排気ガスの空燃比を小さくし且つ還元剤が存在する状態とし、ＮＯｘ吸収剤１２が吸収したＮＯｘを放出すると共に放出したＮＯｘを還元浄化するようにする。
【００４４】
この吸収放出及び還元浄化作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もあるが、この吸収放出及び還元浄化作用は図７に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。次にこのメカニズムについて白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００４５】
すなわち、ＮＯｘ吸収剤流入排気ガスの空燃比がかなりリーンになるとＮＯｘ吸収剤流入排気ガス中の酸素濃度が大幅に増大し、図７（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ2がＯ2 -またはＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、ＮＯｘ吸収剤流入排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ2 -またはＯ2-と反応し、ＮＯ2となる（２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2）。次いで生成されたＮＯ2の一部は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつＮＯｘ吸収剤１２内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図７（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ3 -の形でＮＯｘ吸収剤１２内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤１２内に吸収される。
【００４６】
ＮＯｘ吸収剤流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ2が生成され、ＮＯｘ吸収剤１２のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ2がＮＯｘ吸収剤１２内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3 -が生成される。これに対してＮＯｘ吸収剤流入排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ2の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ3 -→ＮＯ2）に進み、斯くしてＮＯｘ吸収剤１２内の硝酸イオンＮＯ3 -がＮＯ2の形でＮＯｘ吸収剤１２から放出される。すなわち、ＮＯｘ吸収剤流入排気ガス中の酸素濃度が低下するとＮＯｘ吸収剤１２からＮＯｘが放出されることになる。ＮＯｘ吸収剤流入排気ガスのリーンの度合いが低くなればＮＯｘ吸収剤流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、したがってＮＯｘ吸収剤流入排気ガスのリーンの度合いを低くすればＮＯｘ吸収剤１２からＮＯｘが放出されることになる。
【００４７】
一方、この時ＮＯｘ吸収剤流入排気ガスの空燃比を小さくすると、ＨＣ、ＣＯは白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2 -またはＯ2-と反応して酸化せしめられる。また、ＮＯｘ吸収剤流入排気ガスの空燃比を小さくするとＮＯｘ吸収剤流入排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するためにＮＯｘ吸収剤１２からＮＯ2が放出され、このＮＯ2は図７（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元浄化せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ2が存在しなくなるとＮＯｘ吸収剤１２から次から次へとＮＯ2が放出される。したがってＮＯｘ吸収剤流入排気ガスの空燃比を小さくすると短時間のうちにＮＯｘ吸収剤１２からＮＯｘが放出されて還元浄化されることになる。
【００４８】
なお、ここでいう排気ガスの空燃比とはＮＯｘ吸収剤１２上流側の排気ガス通路とエンジン燃焼室または吸気通路に供給された空気と燃料との比率をいうものとする。したがって排気ガス通路に空気や還元剤が供給されていない時には排気ガスの空燃比はエンジンの運転空燃比（エンジン燃焼室内の燃焼空燃比）に等しくなる。
【００４９】
また、本発明に使用する還元剤としては、排気ガス中で炭化水素や一酸化炭素等の還元成分を発生するものであれば良く、水素、一酸化炭素等の気体、プロパン、プロピレン、ブタン等の液体または気体の炭化水素、ガソリン、軽油、灯油等の液体燃料等が使用できるが、上述のように排気ガス浄化装置２０を含め本明細書で説明する排気ガス浄化装置３０、４０、５０においては、貯蔵、補給等の際の煩雑さを避けるためディーゼルエンジン２の燃料である軽油を還元剤として使用している。
【００５０】
次にＮＯｘ吸収剤１２の硫黄被毒のメカニズムについて説明する。排気ガス中にＳＯｘ成分が含まれていると、ＮＯｘ吸収剤１２は上述のＮＯｘの吸収と同じメカニズムで排気ガス中のＳＯｘを吸収する。すなわち、排気ガスの空燃比がリーンの時、排気ガス中のＳＯｘ（例えばＳＯ2）は白金Ｐｔ上で酸化されてＳＯ3 -、ＳＯ4 -となり、酸化バリウムＢａＯと結合してＢａＳＯ4を形成する。ＢａＳＯ4は比較的安定であり、また、結晶が粗大化しやすいため一旦生成されると分解放出されにくい。このため、ＮＯｘ吸収剤１２中のＢａＳＯ4の生成量が増大するとＮＯｘの吸収に関与できるＢａＯの量が減少してしまいＮＯｘの吸収能力が低下してしまう。
【００５１】
この硫黄被毒を解消するためには、ＮＯｘ吸収剤１２中に生成されたＢａＳＯ4を高温で分解するとともに、これにより生成されるＳＯ3 -、ＳＯ4 -の硫酸イオンをスライトリーンを含む略ストイキまたはリッチ雰囲気（以下、単にリッチ雰囲気という）下で還元し、気体状のＳＯ2に転換してＮＯｘ吸収剤１２から放出させる必要がある。すなわち、硫黄被毒を解消するためには、ＮＯｘ吸収剤１２を高温且つリッチ雰囲気の状態にする必要がある。
【００５２】
本排気ガス浄化装置２０においては、このような硫黄被毒を解消する必要が生じた場合には、還元剤添加部の還元剤噴射ノズル３４からフィルタ１５上流側の排気ガス通路、すなわち第１の部分環状通路２２ａに還元剤を供給し、還元剤の反応によってＮＯｘ吸収剤１２を昇温すると共に略ストイキまたはリッチ雰囲気を作り出すようにし、ＮＯｘ吸収剤１２から硫黄分を放出するようにする。
【００５３】
また、上述のように排気ガス中の排気微粒子はフィルタ１４によって捕集されるが、本排気ガス浄化装置２０で用いるフィルタ１４のように、例えばアルカリ金属、アルカリ土類、希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とから成る触媒（本例ではＮＯｘ吸収剤１２）が担持されたフィルタ１４上においては、捕集された排気微粒子は、通常、排気ガスの熱によって着火燃焼され、フィルタ１４は再生され得る。しかしながら、排気微粒子量が多くなる等、何らかの原因で捕集された排気微粒子が完全に燃焼できなくなると、フィルタ１４上に排気微粒子が積層状に堆積してしまう場合が生じる。このようにフィルタ１４上に排気微粒子が積層状に堆積してしまうと、排気微粒子は着火燃焼しづらくなり通常温度の排気ガスの熱では着火しなくなる。したがって、この場合に排気微粒子を着火燃焼させてフィルタを再生するためには、排気ガスの温度を更に高めることが必要となる。
【００５４】
排気ガス浄化装置２０においては、このような堆積した排気微粒子を着火燃焼させてフィルタを再生する必要が生じた場合に、還元剤添加部の還元剤噴射ノズル３４からフィルタ１５上流側の排気ガス通路、すなわち第１の部分環状通路２２ａに還元剤を供給し、還元剤の反応によって排気ガス温度を高め、堆積した排気微粒子を着火燃焼させてフィルタを再生する。
【００５５】
以上のように、ＮＯｘ吸収剤１２及びフィルタ１４（すなわちフィルタ１５）を利用している排気ガス浄化装置２０においては、そのＮＯｘ吸収剤１２及びフィルタ１４を浄化（上述のようなＮＯｘの放出還元、硫黄被毒の解消、捕集排気微粒子の燃焼等）するための制御等においてフィルタ１５の上流側において還元剤噴射ノズル３４から排気ガス通路内に還元剤の添加が行われる。そしてこの際、少ない量の還元剤の添加で目的を達成し且つエミッション（還元剤のすり抜け）の低減を図るために、フィルタ１５を流通する排気ガスの流量は減少させられる。
【００５６】
より具体的には、上述したような浄化制御において還元剤の添加が行われる際には、経路切替調整弁２６は、図５に示された第３の位置から僅かに第１の位置側にずれた位置（「第４の位置」とする）に調整され、一部の排気ガスのみがフィルタ１５を第１の面Ｓ１から第２の面Ｓ２に向かって流通し、それ以外の殆どの排気ガスはフィルタ１５をバイパスするようにされる。この時、経路切替調整弁２６が、第３の位置から第２の位置側ではなく、第１の位置側にずれた位置に調整されるのは、還元剤の添加位置、すなわち還元剤噴射ノズル３４がフィルタ１５を流通する排気ガスの流れ方向に関してフィルタ１５の上流側に位置するようにするためである。
【００５７】
上述したような浄化制御において添加された還元剤は、その浄化制御の完了時点においてフィルタ１５には残存していないことが好ましいが、実際には、還元剤添加時にフィルタ１５を流通する排気ガス流量を低下させること等が原因で、一部の還元剤がフィルタ１５に残存する場合が多い。
【００５８】
一般に、上述したような浄化制御を終了すると、全量の排気ガスがフィルタ１５を通過して浄化される通常の状態に戻されるため、フィルタ１５を流通する排気ガスの流量は増加される。この時、排気ガス中には酸素が含まれているため、フィルタ１５に還元剤が残存しているとフィルタ１５を流通する排気ガスの流量の増加によって、残存していた還元剤（ＨＣ等）が急速に反応して発熱し、フィルタ１５が熱劣化してしまう、もしくは溶損してしまうという問題があった。そしてこのような問題は、フィルタ１５を流通する排気ガス流量を低下させて還元剤の添加を行うという同様な手法でそのＮＯｘ吸収剤１２及びフィルタ１４を浄化（ＮＯｘの放出還元、硫黄被毒の解消、捕集排気微粒子の燃焼等）する他の構成の排気ガス浄化装置でも生じ得るものである。
【００５９】
そこで、本排気ガス浄化装置２０では以下で説明する方法によって上記問題を解決し、残存された還元剤の反応によるフィルタ１５の過加熱を防止する。
すなわち、本排気ガス浄化装置２０では、上述のような浄化制御が完了して通常状態に戻るべくフィルタ１５を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、排気ガスがフィルタ１５を流通する方向を上記浄化制御中とは反転してフィルタ１５を流通する排気ガス流量を調整する。以下、この方法について図８を参照しつつ詳細に説明する。
【００６０】
図８は、本排気ガス浄化装置２０においてフィルタ１５に対して浄化制御を行う場合の制御ルーチンを示しており、通常の浄化制御に、フィルタ１５の過加熱を防止しながら通常状態へ移行するための移行制御が追加されている。ここでの浄化制御には、上述したようなフィルタ流通排気ガス流量を低下させて還元剤を添加することを含んでいるＮＯｘ放出還元、硫黄被毒解消、排気微粒子燃焼除去の何れかの制御、もしくは同時または連続して行える場合にはこれらの組合せ等を含んでいる。なお、本ルーチンはＥＣＵ８によって一定時間毎の割り込みによって実行される。
【００６１】
この制御ルーチンが実行されると、まず、ステップ１００でフィルタ１５についての浄化制御の実施条件が成立したか否かが判定される。浄化制御の実施条件は、実施される浄化制御の種類によって個別的に設定され得るが、各種の浄化制御に対して適用可能な浄化制御の実施条件としては、例えば車両走行距離等がある。すなわち、その浄化制御を前回実施した時点からの走行距離が予め定められた設定値よりも大きくなった時にその浄化制御の実施条件が成立したと判定する。
【００６２】
ステップ１００において浄化制御実施条件が成立していないと判定された場合には本制御ルーチンは終了し、浄化制御実施条件が成立していると判定された場合にはステップ１０２に進む。
ステップ１０２においては、実際に各浄化制御が実施される。ここでは、何れの浄化制御を実施する場合においても、経路切替調整弁２６を第４の位置に調整してフィルタ１５を流通する排気ガス流量を低下させ、還元剤噴射ノズル３４によってフィルタ１５の上流側において排気ガス通路内に還元剤を添加することが含まれる。
【００６３】
次いで、制御はステップ１０４に進み、浄化制御の完了条件が成立したか否かが判定される。浄化制御の完了条件もまた、実施される浄化制御の種類によって個別的に設定され得るが、各種の浄化制御に対して適用可能な浄化制御の完了条件としては、例えば浄化制御の実施時間等がある。すなわち、今回の浄化制御を開始した時点からの経過時間が予め定められた設定値よりも大きくなった時に浄化制御の完了条件が成立したと判定する。
【００６４】
ステップ１０４において浄化制御完了条件が成立していないと判定された場合にはステップ１０２に戻って浄化制御が継続される。一方、浄化制御完了条件が成立していると判定された場合にはステップ１０５に進んで還元剤の添加が停止され（もしくは既に停止されていれば停止が確認され）、更にステップ１０６に進む。なお、本明細書においては浄化制御完了条件が成立し、還元剤の添加が停止されるかもしくはその停止が確認された時点で浄化制御が完了したものとする。
【００６５】
ステップ１０６においては、浄化制御の完了を受けて全量の排気ガスがフィルタ１５を通過して浄化される通常状態に戻るべく、経路切替調整弁２６が第４の位置（第３の位置から僅かに第１の位置側にずれた位置）から移動されてフィルタ１５を流通する排気ガスの流量が増加される。この際、ステップ１０６においては、経路切替調整弁２６は上記の第４の位置から必ず第２の位置側に向かって移動されてフィルタ１５を流通する排気ガスの流量が増加される。すなわち、この時排気ガスがフィルタ１５を第２の面Ｓ２から第１の面Ｓ１に向かって流通するようにされる。上記浄化制御において還元剤を添加している時には経路切替調整弁２６は第４の位置にあり、排気ガスはフィルタ１５を第１の面Ｓ１から第２の面Ｓ２に向かって流通しているので、ステップ１０６の制御を実施することにより、排気ガスのフィルタ１５を流通する方向が上記浄化制御中とは反転されることとなる。
【００６６】
このようにフィルタ１５を流通する排気ガス流量を低下させてフィルタ１５の上流側において排気ガス通路内に還元剤を添加することを含む浄化制御を完了して通常状態に戻る時に、排気ガスがフィルタ１５を流通する方向を上記浄化制御中とは反転して流量を調整していくことによって、上記浄化制御中にフィルタ１５に残存された還元剤の反応によるフィルタ１５の過加熱を防止することができる。
【００６７】
すなわち、上記浄化制御中にフィルタ１５に残存される還元剤は、フィルタ１５のうちの上記浄化制御中における上流側部分（本排気ガス浄化装置２０では第１の面Ｓ１側部分）に多く残存する傾向がある。このため、上記浄化制御が完了して通常状態に戻る時、排気ガスがフィルタ１５を流通する方向を上記浄化制御中と同じ方向にして流量を増加させていくと、還元剤の多く残存しているフィルタ１５のうちの上流側部分において発熱量が多く、下流側部分（第２の面Ｓ２側部分）にその熱が伝わるのに加え、上流側部分に残存していた還元剤が下流側に流されながら発熱するため、フィルタ１５の下流側部分において過加熱が生じる場合がある。
【００６８】
一方、上述したように、上記浄化制御を完了して通常状態に戻るべくフィルタ１５を流通する排気ガス流量を増加させるべき時に、その流量を排気ガスがフィルタ１５を流通する方向を上記浄化制御中とは反転して増加させると、この場合の流れの上流側部分（第２の面Ｓ２側部分）においては残存した還元剤が少ないために発熱量が少なく、また、この場合の流れの下流側部分（第１の面Ｓ１側部分）に多く残存している還元剤は、移動するとすぐにフィルタ１５から吐き出されてしまうため、フィルタ１５が過加熱される可能性は極めて低くなる。
【００６９】
なお、ここで過加熱とは、フィルタ１５が熱劣化してしまう、もしくは溶損してしまうほどに加熱されることをいう。
更に、ステップ１０６における経路切替調整弁２６の制御においては、経路切替調整弁２６をゆっくり移動して、フィルタ１５を流通する排気ガスの流量が徐々に変化するようにすることが好ましい。これによりフィルタ１５に残存していた還元剤が一気に吐き出されることが防止され、エミッションの悪化を抑制することができる。特に、本排気ガス浄化装置２０では、下流側に酸化触媒３２が設けられており、残存還元剤が徐々に吐き出されることにより酸化触媒３２における還元剤の浄化率が向上する。また、スモークの発生も抑制される。
【００７０】
なお、ここでフィルタ１５を流通する排気ガスの方向を反転することは、フィルタ１５を第１の面Ｓ１から第２の面Ｓ２に向かって流れる排気ガスの流量を正とし、その逆を負とすると、正の流量を負の流量へ、あるいは負の流量を正の流量に調整することを意味するので、流量調整の一種であると考えられる。
以上のように、図８を参照して説明した上記方法によれば、流量の微調整を伴わない流通方向の反転という比較的単純な流量調整によってフィルタ１５が過加熱されることを防止することができる。
【００７１】
次に、別の構成の排気ガス浄化装置３０を用いて実施し得る、残存還元剤の反応によるフィルタ１５の過加熱を防止するための別の方法について説明する。図９から図１２の各図は排気ガス浄化装置３０を示し、これらは各々、上述した排気ガス浄化装置２０についての図２から図５の各図に対応している。
【００７２】
排気ガス浄化装置３０の基本的な構成及び各構成要素の作用等は、上述の排気ガス浄化装置２０とほぼ同様であるのでそれらの詳細な説明は省略するが、排気ガス浄化装置３０には、排気ガス浄化装置２０とは異なり、第２の部分環状通路２２ｂに排気ガス中の還元剤濃度を推定する還元剤濃度推定手段として、ＨＣ濃度を推定するＨＣセンサ３６が設けられている。このＨＣセンサ３６はＥＣＵ８に接続されていて、推定結果はＥＣＵ８に与えられる。
【００７３】
このＨＣセンサ３６を利用することによって排気ガス浄化装置３０を用いた場合には、上述した排気ガス浄化装置２０の場合とは異なる以下で説明する方法により、上述したような浄化制御が完了して通常状態に戻る時にフィルタ１５に残存された還元剤が反応することによってフィルタ１５が過加熱するのを防止する。
【００７４】
すなわち、この方法では、上述のような浄化制御が完了して通常状態に戻るベくフィルタ１５を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記ＨＣセンサ３６を利用してフィルタ１５に残存している還元剤量を推定し、その推定残存還元剤量に基づいてフィルタ１５が過加熱されないようにフィルタ１５を流通する排気ガスの流量が調整される。以下、この方法の一例について図１３及び図１４を参照しつつ詳細に説明する。
【００７５】
図１３と図１４とを組合せて得られる制御ルーチンは、排気ガス浄化装置３０においてフィルタ１５に対して浄化制御を行う場合の制御ルーチンの一例を示しており、図８に示された制御ルーチンと同様、通常の浄化制御にフィルタ１５の過加熱を防止しながら通常状態へ移行するための移行制御が追加されている。図８に示された制御ルーチンの場合と同様、ここでの浄化制御にはフィルタ流通排気ガス流量を低下させて還元剤を添加することを含んでいる各種の浄化制御、もしくは同時または連続して行える場合にはこれらの組合せ等を含んでいる。なお、本ルーチンもＥＣＵ８によって一定時間毎の割り込みによって実行される。
【００７６】
この制御ルーチンが実行されると、まず、ステップ２００、２０２、２０４及び２０５において、図８の制御ルーチンのステップ１００、１０２、１０４及び１０５と同様な浄化制御が実施される。この際、ステップ２００において浄化制御実施条件が成立していないと判定された場合には本制御ルーチンは終了する。ステップ２０５において浄化制御が完了すると、次いでステップ２０６から通常状態に戻るべくフィルタ１５を流通する排気ガスの流量Ｑpを増加する移行制御がなされる。
【００７７】
まずステップ２０６において操作カウンタｎが１だけインクリメントされる。操作カウンタｎの初期値は本制御ルーチンの開始時点では０にされているので、各回の本制御ルーチンの実行において最初にステップ２０６が実行される時にはｎ＝１とされる。次いでステップ２０８に進み、経路切替調整弁２６が第１の位置に調整されると共にこの時のフィルタ１５を流通する排気ガスの流量ＱpであるＱnが推定される。
【００７８】
このフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの推定は、ここでは以下のようにして実施される。すなわち、エンジンから排出される全排気ガス流量は、エンジン負荷Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／エンジン回転数Ｎ）が高くなればなるほど多くなり、エンジン回転数Ｎが高くなればなるほど多くなる。そこで、全排気ガス流量をエンジン負荷Ｑ／Ｎ及びエンジン回転数Ｎの関数として予め実験により求め、これをＥＣＵ８のＲＯＭに記憶させておけば、エンジン負荷Ｑ／Ｎ及びエンジン回転数Ｎで定まる各エンジン運転状態での全排気ガス流量は求めることができる。そして、経路切替調整弁２６が第１の位置にある場合には、エンジンから排出される殆ど全ての排気ガスがフィルタ１５を流通することになるので、エンジンから排出される全排気ガス流量がそのままフィルタ１５を流通する排気ガスの流量Ｑpとなる。
【００７９】
なお、ここでは上記のようなフィルタ流通排気ガス流量推定手段を用いたが、フィルタ１５の流入端に流量センサを取り付けることによってフィルタ１５を流通する排気ガスの流量Ｑpを推定する等、他の手段を用いても良い。
【００８０】
ステップ２０８において経路切替調整弁２６の調整及びその時のフィルタ流通排気ガス流量Ｑnの推定が行われると、次いでステップ２１０においてＨＣ濃度Ｃ（すなわち、この時のＨＣ濃度Ｃn）が推定される。ＨＣ濃度Ｃnは、経路切替調整弁２６が第１の位置に位置された状態においてフィルタ１５に対して排気ガスの流れの下流側に位置することになるＨＣセンサ３６を用いて推定される。つまり、フィルタ１５から流出して来る排気ガス中のＨＣ濃度が推定される。
【００８１】
ステップ２１０におけるＨＣ濃度Ｃnの推定に続いては、ステップ２１２において、ステップ２０８で得られたフィルタ流通排気ガス流量Ｑnとステップ２１０で得られたＨＣ濃度Ｃnとからフィルタ１５に残存しているＨＣ量ＬＦ（すなわち、この時の残存ＨＣ量ＬＦn）が推定される。この残存ＨＣ量ＬＦnの推定には、図１５に示されたマップが使用される。
【００８２】
一般に、フィルタ流通排気ガス流量Ｑpが一定の場合には、フィルタ１５に残存しているＨＣ量ＬＦが多いほどフィルタ１５から流出してくる排気ガス中のＨＣ濃度Ｃの値は大きくなる。また、フィルタ１５に残存しているＨＣ量ＬＦが一定の場合には、排気ガス流量Ｑpが多いほどフィルタ１５から流出してくる排気ガス中のＨＣ濃度Ｃの値は大きくなる。そしてこのような関係から実験により図１５に示すようなマップを得ることができる。
【００８３】
図１５に示されたマップはフィルタ１５を流通する排気ガスの流量Ｑpと、フィルタ１５から流出してくる排気ガス中のＨＣ濃度Ｃと、フィルタ１５に残存しているＨＣ量ＬＦとの関係を示すものであり、予めＥＣＵ８のＲＯＭに記憶させておく。図１５に示されたマップ中、ＣI、ＣII、ＣIII で示された曲線は、各フィルタ流通排気ガス流量ＱpにおいてそれぞれＨＣ濃度ＣがＣI、ＣII、ＣIII となる場合に表す残存ＨＣ量ＬＦの点を結んだもので、各ＨＣ濃度ＣはＣI＜ＣII＜ＣIII の関係にある。
【００８４】
したがって、例えば、排気ガス流量ＱpがＱnであって、ＨＣ濃度ＣがＣnである場合には、このマップ上において排気ガス流量Ｑn、ＨＣ濃度Ｃnに対応する点を定め、その点に対応する縦軸の値を求めれば、それがその場合の残存ＨＣ量ＬＦnということになる。
このようにしてステップ２１２において残存ＨＣ量ＬＦnを推定すると、次いでステップ２１４において、推定された残存ＨＣ量ＬＦnがその時のフィルタ流通流量Ｑnにおいてフィルタ１５が過加熱される、すなわち熱劣化もしくは溶損を引き起こす量であるか否かが判定される。そしてこの判定には、図１６に示されたマップが使用される。
【００８５】
図１６はフィルタ１５を流通する排気ガスの流量Ｑpとフィルタ１５に残存しているＨＣ量ＬＦとの関係において、フィルタ１５が熱劣化もしくは溶損を引き起こす危険域Ｉと、それらを引き起こす危険性の無い安全域IIとを示したものである。これら二つの領域の境界は、フィルタ流通排気ガス流量Ｑpの関数として表されるＬＦm（Ｑp）で表され、この曲線上の値は各フィルタ流通排気ガス流量Ｑpにおいて熱劣化もしくは溶損を引き起こす危険性の無い最大の残存ＨＣ量を示す。
【００８６】
図１６のようなマップは実験によって得られるが、危険域Ｉと安全域IIとの境界を示すＬＦm（Ｑp）は一般に図１６で示したような下に凸の曲線となる。これは、フィルタ流通排気ガス流量Ｑpが少ない領域においては残存ＨＣが十分にあっても供給酸素量が少ないために熱劣化もしくは溶損までには到らず、また、フィルタ流通排気ガス流量Ｑpが多い領域においては、発熱はするものの排気ガスの持去り熱も増加するため熱劣化もしくは溶損を引き起こす過加熱の状態に達するのは困難となるためである。残存ＨＣ量ＬＦが曲線ＬＦm（Ｑp）の極小点での値ＬＦs以下である場合には、全てのフィルタ流通排気ガス流量Ｑpにおいてフィルタ１５が熱劣化もしくは溶損する危険性が無いことになる。
【００８７】
ステップ２１４においては、フィルタ流通排気ガス流量ＱpがＱnの場合の曲線ＬＦmの値（すなわち、ＬＦm（Ｑn））とステップ２１２で推定されたＬＦnとが比較され、ＬＦm（Ｑn）≧ＬＦnである場合には、ステップ２１６に進み、ＬＦm（Ｑn）＜ＬＦnの場合にはステップ２２０に進む。
【００８８】
ステップ２１６に進む場合、すなわちＬＦm（Ｑn）≧ＬＦnである場合というのは、その時の状態が安全域IIにあることを示しており、続くステップ２１６において更にＬＦnがＬＦsと比較される。ステップ２１６での比較において、ＬＦs≧ＬＦnである場合には、上述したように全てのフィルタ流通排気ガス流量Ｑpにおいてフィルタ１５が熱劣化もしくは溶損する危険性が無いことになるので、ステップ２１８に進み操作カウンタｎをリセットして制御が終了する。
【００８９】
これに対し、ステップ２１６での比較において、ＬＦs＜ＬＦnである場合には、現在の状態は安全域IIにあるものの、エンジン運転状態の変化等によりフィルタ流通排気ガス流量Ｑpが変化した場合には危険域Ｉに入ることが考えられるので、ステップ２０６に戻り操作カウンタｎを更に１だけインクリメントして再度ステップ２０８からの制御が繰り返される。この時、ステップ２０８においては経路切替調整弁２６は既に第１の位置に位置しているのでその位置が維持され、エンジン運転状態に応じた新たなフィルタ流通排気ガス流量ＱpであるＱnが推定される。
【００９０】
一方、ステップ２２０に進む場合、すなわちステップ２１４でＬＦm（Ｑn）＜ＬＦnである場合というのは、その時の状態が危険域Ｉにあることを示しているので、ステップ２２０においてはフィルタ１５の熱劣化もしくは溶損が起こらないようにフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの調整がなされる。すなわち、ステップ２２０においては、経路切替調整弁２６の位置が第３の位置側へ調整されＬＦm＝ＬＦnとなるようにフィルタ流通排気ガス流量ＱpがＱnからＱn+1に減少される（ＬＦm（Ｑn+1）＝ＬＦn）。この時目標とするフィルタ流通排気ガス流量Ｑn+1は図１６のマップから求められる。
【００９１】
ここで、図１６のマップからはＬＦm（Ｑn+1）＝ＬＦnとなるフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの値が二つ求められるが、その値へ調整可能であるフィルタ流通排気ガス流量Ｑpはそのうちの小さい方であるので、ここではその値をＱn+1とする。この流量調整により図１６上においてその時の状態を示す点は危険域Ｉから曲線ＬＦm（Ｑp）の右下がりの部分上に移動することになる。これによって、その時の残存ＨＣ量ＬＦnに対応して安全域II内にある状態を維持し且つできるだけ多くの排気ガスがフィルタ１５を流通するようにされるが、これは、フィルタ１５を流通することによって排気ガスが浄化されるため、フィルタ１５を流通する排気ガス流量をできるだけ多くすることが望ましいためである。
【００９２】
なお、この時フィルタ流通排気ガス流量ＱpをＬＦm＝ＬＦnとなるような目標排気ガス流量Ｑn+1とするように経路切替調整弁２６の位置を調整する必要があるが、これは以下のように実施することができる。
すなわち、エンジンから排出される全排気ガス流量については、上述したようにこれをエンジン負荷Ｑ／Ｎ及びエンジン回転数Ｎの関数として予め求めておくことにより、所定のエンジン運転状態について求めることができる。更に各エンジン運転状態における全排気ガス流量の場合において経路切替調整弁２６が各位置の時にフィルタ１５を流通する排気ガス流量Ｑpについては実験または計算により求めることができる。
【００９３】
したがって、これらエンジン負荷Ｑ／Ｎ及びエンジン回転数Ｎの関数としての全排気ガス流量と、全排気ガス流量及び経路切替調整弁位置の関数としてのフィルタ流通排気ガス流量Ｑpとが求められるので、これらの関係をＥＣＵ８のＲＯＭに記憶させておくことによって、各運転状態に応じて、フィルタ流通排気ガス流量Ｑpを所望の流量とする経路切替調整弁２６の位置を決定することができ、その位置へ経路切替調整弁２６を駆動部２８を制御することによって調整することができる。あるいは、他の方法として、フィルタ１５の流入端に流量センサを取り付けることによってフィルタ１５を流通する排気ガスの流量Ｑpを推定する場合には、その推定値を用いたフィードバック制御により所望のフィルタ流通排気ガス流量Ｑpとなるように経路切替調整弁２６の位置を調整するようにしてもよい。
【００９４】
続くステップ２２２では、フィルタ流通排気ガス流量Ｑn+1においてその時点でのＨＣ濃度Ｃn+1が推定され、続いてステップ２２４において、これらフィルタ流通排気ガス流量Ｑn+1とＨＣ濃度Ｃn+1とから図１５のマップに基づいてその時点での残存ＨＣ量ＬＦn+1が推定される。
【００９５】
次いでステップ２２６においては、ステップ２１４と同様にして、フィルタ流通排気ガス流量ＱpがＱn+1の場合の曲線ＬＦmの値（すなわち、ＬＦm（Ｑn+1））とステップ２２４で推定されたＬＦn+1とが比較され、ＬＦm（Ｑn+1）≧ＬＦn+1である場合には、ステップ２３０に進み、ＬＦm（Ｑn+1）＜ＬＦn+1の場合にはステップ２２８に進む。
【００９６】
ここで、ステップ２２８に進む場合、すなわちステップ２２６でＬＦm（Ｑn+1）＜ＬＦn+1である場合というのは、その時の状態が危険域Ｉにあることを示しているので、この場合にはステップ２２８で操作カウンタｎを更に１だけインクリメントして再度ステップ２２０（経路切替調整弁２６によるフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの制御）から制御が繰り返される。この制御ルーチンによる方法においては、ここでのステップ２２０におけるフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの制御においても、図１６のマップから求められるＬＦm（Ｑn+1）＝ＬＦnとなるフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの二つの値のうちの小さい方を目標排気ガス流量Ｑn+1とする。
【００９７】
なお、実際にステップ２２８に進む場合というのは、何らかの原因でステップ２１２において推定した残存ＨＣ量ＬＦnよりもステップ２２４において推定した残存ＨＣ量ＬＦn+1の方が多くなった場合であり、これは通常では起こり得ないことである。
一方、ステップ２３０に進む場合、すなわちＬＦm（Ｑn+1）≧ＬＦn+1である場合というのは、その時の状態が安全域IIにあることを示しており、続くステップ２３０においてステップ２１６と同様にして、ＬＦn+1がＬＦsと比較される。
【００９８】
ステップ２３０での比較において、ＬＦs＜ＬＦn+1である場合には、その時の状態が、フィルタ流通排気ガス流量Ｑpが調整されていることによって図１６のマップ上において曲線ＬＦmの右下がりの部分上またはその下側であってＬＦsより上方の部分の安全域IIにあるということである。この場合、その時の推定残存ＨＣ量ＬＦn+1に対して安全域II内にあることを維持しながらフィルタ流通排気ガス流量Ｑpを増加することができる場合があり、且つ上述したようにフィルタ流通排気ガス流量Ｑpはできるだけ多くすることが望ましいので、ステップ２３４で操作カウンタｎを１だけインクリメントした後にステップ２３６においてフィルタ流通排気ガス流量Ｑpが調整される。
【００９９】
すなわち、ステップ２３６においては、経路切替調整弁２６の位置が第１の位置側へ調整されＬＦm＝ＬＦnとなるようにフィルタ流通排気ガス流量ＱpがＱnからＱn+1に増加される（ＬＦm（Ｑn+1）＝ＬＦn）。この場合にも目標とする排気ガス流量は図１６のマップから二つ求められるが、この制御ルーチンによる方法においては二つの値のうち小さい方を目標排気ガス流量Ｑn+1とする。この流量調整により図１６上においてその時の状態を示す点は曲線ＬＦm（Ｑp）の右下がりの部分上に移動することになる。このような流量調整を行った後、ステップ２２２からの制御が繰り返される。
【０１００】
これに対し、ステップ２３０での比較において、ＬＦs≧ＬＦn+1である場合には、上述したように全てのフィルタ流通排気ガス流量Ｑpにおいてフィルタ１５が熱劣化もしくは溶損する危険性が無いことになるので、ステップ２３２に進み経路切替調整弁２６が第１の位置、すなわち通常状態における位置となるように制御される。次いでステップ２１８に進み操作カウンタｎをリセットして制御が終了する。
【０１０１】
なお、上述の方法の説明では、ステップ２２８後のステップ２２０及びステップ２３６において行われるフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの調整において、その目標排気ガス流量を図１６のマップ上でＬＦm＝ＬＦnとなるフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの二つの値のうちの小さい方とし、その値にフィルタ流通排気ガス流量Ｑpを制御することによって図１６のマップ上において状態を表す点を曲線ＬＦmの右下がりの部分に移動させるようにした。
【０１０２】
しかしながら、この部分の制御についてはエンジン運転状態によって全排気ガス流量が十分に多い場合には、図１６のマップ上において状態を表す点を曲線ＬＦmの右上がりの部分またはその下側の領域の安全域IIまで移動させるようにしても良い。この場合、経路切替調整弁２６の調整の前にその時のエンジン運転状態における全排気ガス流量が上述した図１６のマップ上でＬＦm＝ＬＦnとなるフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの二つの値のうちの大きい方の値以上であることを確認する必要がある。
【０１０３】
このような制御を行うために、図１３及び図１４に示された制御ルーチンにおいて以下のような内容の制御ステップＳ１をステップ２２８及びステップ２３４の後にそれぞれ追加してもよい。すなわち、制御ステップＳ１では、まず図１６のマップ上でＬＦm＝ＬＦnとなるフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの二つの値を求める。次いで、その大きい方の値とその時のエンジン運転状態における全排気ガス流量とを比較する。ここで全排気ガス流量がＬＦm＝ＬＦnとなるフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの大きい方の値以上である場合には、ステップ２０８に進むようにし、そこで経路切替調整弁２６が第１の位置に調整され、図１６のマップ上において状態を表す点が曲線ＬＦmの右上がりの部分またはその下側の領域の安全域IIまで移動させられるようにする。
【０１０４】
一方、全排気ガス流量がＬＦm＝ＬＦnとなるフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの大きい方の値未満である場合には、ステップ２２０（ステップ２２８の後のステップＳ１である場合）またはステップ２３６（ステップ２３４の後のステップＳ１である場合）に進むようにする。各ステップ２２０、２３６では、これらのステップ２２０、２３６に関する上述の説明のように、ＬＦm＝ＬＦnとなるフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの小さい方の値を目標排気ガス流量として経路切替調整弁２６が調整され、図１６上において状態を表す点が曲線ＬＦmの右下がりの部分へ移動させられることになる。
【０１０５】
このような制御を実施することにより、エンジン運転状態によって全排気ガス流量が十分に多い場合を捉えてフィルタ１５により多くの排気ガスを流通させることが可能となる。
次に、フィルタ１５の推定残存還元剤量に基づいてフィルタ１５を流通する排気ガスの流量を調整することによってフィルタ１５の過加熱を防止する別の方法について説明する。
【０１０６】
この方法は排気ガス浄化装置３０の構成で実施可能である。以下、この方法について図１３及び図１７を参照しつつ詳細に説明する。
図１３及び図１７を組合せて得られる制御ルーチンは、排気ガス浄化装置３０においてフィルタ１５に対して浄化制御を行う場合の別の制御ルーチンを構成し、これまでに説明された他の制御ルーチンと同様、通常の浄化制御にフィルタ１５の過加熱を防止しながら通常状態へ移行するための移行制御が追加されている。また、ここでの浄化制御にはフィルタ流通排気ガス流量を低下させて還元剤を添加することを含んでいる各種の浄化制御、もしくは同時または連続して行える場合にはこれらの組合せ等を含んでいること、及びこの制御ルーチンがＥＣＵ８によって一定時間毎の割り込みによって実行されること等はこれまでに説明された他の制御ルーチンの場合と同様である。
【０１０７】
図１３及び図１７を組合せて得られる制御ルーチンに示されたこの方法は、先の図１３及び図１４を組合せて得られる制御ルーチンを参照して説明された方法をより単純化にしたものであり、図１３に示された制御ルーチンの部分については共通するのでその説明は省略する。
そしてこれら二つの方法の相異する部分は図１４と図１７に示された制御ルーチンの部分であるので、ここでは図１７に示された制御ルーチンの部分について説明する。すなわち、この方法では、図１３に示された制御ルーチンのステップ２１４においてＬＦm（Ｑn）＜ＬＦnであると判定されるとステップ３００に進み、経路切替調整弁２６が第４の位置、すなわち浄化制御中にフィルタ流通排気ガス流量Ｑpを減少させるために経路切替調整弁２６が位置せしめられる位置に制御される。
【０１０８】
上述したようにステップ２１４でＬＦm（Ｑn）＜ＬＦnである場合というのは、その時の状態が危険域Ｉにあることを示しているので、フィルタ１５の熱劣化もしくは溶損が起こらないようにフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの何らかの調整が必要となるのであるが、この方法では一度経路切替調整弁２６を第１の位置に制御し（ステップ２０８）、その状態で危険域Ｉにあると判断されると、経路切替調整弁２６を残存ＨＣ量ＬＦnの値に応じて微調整することなく、第４の位置に戻す制御（ステップ３００）を行う。こうすることによって、フィルタ流通排気ガス流量Ｑpは相当に少なくなるので図１６のマップ上において状態を表す点は、危険域Ｉから安全域IIへ移動することになり、フィルタ１５の熱劣化もしくは溶損が防止される。
【０１０９】
次いでステップ３０２において予め定められた待ち時間が経過したか否かが判定される。この予め定められた待ち時間は、例えば、ステップ２０８において一度経路切替調整弁２６を第１の位置に制御したことによって上昇したフィルタ１５の温度が、その後予め定められた所定の温度Ｔ１以下にまで低下した時に経過したものとすることができる。ここでフィルタ１５の温度は、温度センサをフィルタ１５の下流側に設けて排気ガス温度から推定するようにしてもよく、あるいは、温度センサをフィルタ１５に直接設けて推定するようにしてもよい。
【０１１０】
ステップ３０２において予め定められた待ち時間が経過していないと判定された場合にはステップ３００に戻り、経路切替調整弁２６の位置が第４の位置に維持される。一方、ステップ３０２において予め定められた待ち時間が経過したと判定された場合には、図１３に示された制御ルーチンのステップ２０６に戻って操作カウンタｎが１だけインクリメントされた後、ステップ２０８において経路切替調整弁２６の位置が第１の位置に再度調整され、その後の制御が続けられる。このことから明らかなように、この後のステップ２１４において再度ＬＦm（Ｑn）＜ＬＦnであると判定された場合には、再びステップ３００に進み、再度経路切替調整弁２６の位置が第４の位置に戻されるという制御が繰り返される。
【０１１１】
図１８は、図１３及び図１７を組合せて得られる制御ルーチンで示される方法を実行した場合のフィルタ温度Ｔｐ、フィルタ下流側排気ガス温度Ｔｇ及び排気ガス中ＨＣ濃度Ｃの経時変化の一例であって、ステップ２０２以降に対応する部分を示している。より詳細には、図１８に示されている例は、図１３及び図１７を組合せて得られる制御ルーチンにおいて、制御が以下で説明するように実行された場合の上記の各温度Ｔｐ、Ｔｇ及びＨＣ濃度Ｃの経時変化である。
【０１１２】
すなわち、図１３及び図１７を組合せて得られる制御ルーチンにおいては、経路切替調整弁２６は浄化制御の完了後、一度第１の位置に制御される（ステップ２０８）のであるが、図１８に示された例は、ここで推定される排気ガス中ＨＣ濃度Ｃが相当に高いため残存ＨＣ量が多く、そのフィルタ流通排気ガス流量Ｑpとの関係においてその時の状態が危険域Ｉにあると判断された（ステップ２１４）場合である。この場合、経路切替調整弁２６が第４の位置に戻される（ステップ３００）。そしてこの例ではその後、フィルタ１５の温度が所定の温度Ｔ１以下まで低下したことにより予め定められた待ち時間が経過したとされて（ステップ３０２）再び経路切替調整弁２６が第１の位置に制御されている（ステップ２０８）。そして、ここで推定された排気ガス中ＨＣ濃度Ｃが今度はそれ程高くないことから残存ＨＣ量は少なくそのフィルタ流通排気ガス流量Ｑpとの関係において安全域IIにあると判断されて（ステップ２１４）、経路切替調整弁２６が第１の位置に維持され、その後通常状態へ移行していっている。
【０１１３】
以上のように、図１３及び図１７を参照して説明した上記方法によれば、図１３及び図１４を参照して説明した排気ガス流量の微調整を伴う方法に比べ、残存された還元剤の反応によるフィルタ１５の過加熱を防止するために行う経路切替調整弁２６の制御を単純化することができる。
なお、排気ガス浄化装置３０を用いた場合の上記各方法の説明においては、ＨＣセンサ３６が第２の部分環状通路２２ｂに設けられている関係から、経路切替調整弁２６の位置は第１の位置と第３の位置（より詳細には第４の位置）との間で制御されてフィルタ流通排気ガス流量Ｑpが調整されたが、ＨＣセンサ３６が第１の部分環状通路２２ａに設けられていれば、経路切替調整弁２６の位置は第２の位置と第３の位置（より詳細には第４の位置と対称となる第２の位置側の位置）との間で制御されてフィルタ流通排気ガス流量Ｑpが調整されてもよい。
【０１１４】
この場合、還元剤の添加を伴う浄化制御中にフィルタ１５を流通する排気ガスの方向と、浄化制御が完了した後で通常状態に戻るべく行われる上記移行制御中にフィルタ１５を流通する排気ガスの方向とが逆になる。このため、この場合についての図１５及び図１６に示される各マップに相当するマップとしては、上述したフィルタ流通排気ガスの方向が上記両制御中で同じ場合とは異なるものを用意する必要がある。
【０１１５】
これは、フィルタ１５に残存するＨＣ量は、フィルタ１５のうちの浄化制御中（還元剤添加時）の流れの上流側部分、すなわち、図９から図１２に示された排気ガス浄化装置３０においてはＳ１側部分に多いため、浄化制御が完了した後で通常状態に戻る時に浄化制御中と逆方向に排気ガスを流した場合には同じ方向に排気ガスを流した場合に比べ、推定されるＨＣ濃度は上昇するけれども熱劣化もしくは溶損の危険性は減少するからである。
【０１１６】
なお、本明細書において排気ガス浄化装置３０を用い、図１３及び図１４を組合せて得られる制御ルーチン、並びに図１３及び図１７を組合せて得られる制御ルーチンをそれぞれ参照して説明した各方法については、上述の各方法の説明からも明らかなように、一部の方法を除き、排気ガス浄化装置３０のようなフィルタ１５を流通する排気ガスの方向を反転可能な構成でなくともフィルタ１５を流通する排気ガスの流量を調整可能であれば実施可能である。したがって、本発明は上記説明で示された構成に限定されるものではなく、例えば、図１９及び図２０に示した構成の排気ガス浄化装置４０、５０等も含まれ得る。
【０１１７】
図１９に示した排気ガス浄化装置４０の構成は、ＮＯｘ吸収剤１２を担持したフィルタ１４（すなわちフィルタ１５）を備えた基幹通路４１と、フィルタ１５の上流側において基幹通路４１から分岐しフィルタ１５の下流側で基幹通路４１に合流するバイパス通路４２とを備えている。基幹通路４１のフィルタ１５の上流側には還元剤を基幹通路４１内に添加するための還元剤添加ノズル３４が設けられている一方、基幹通路４１のフィルタ１５の下流側には排気ガス中の還元剤濃度を推定する還元剤濃度推定手段として、ＨＣ濃度を推定するＨＣセンサ３６が設けられている。
【０１１８】
そして、基幹通路４１とバイパス通路４２とのフィルタ１５の下流側の合流部分には、駆動部２８によって駆動される排気ガス流量調整弁４３が設けられ、必要に応じて基幹通路４１とバイパス通路４２のそれぞれを流れる排気ガスの流量を調整することができる。排気ガス流量調整弁４３は通常状態においては、図１９に実線で示された位置にあり、ほぼ全ての排気ガスがフィルタ１５を通過するようにされている。
【０１１９】
一方、図２０に示した排気ガス浄化装置５０の構成は、上流側の基幹通路４４と、分岐した後に合流する二つの分岐通路４５、４５´と、下流側の基幹通路４６とを備えている。第１及び第２の分岐通路４５、４５´には、それぞれ、ＮＯｘ吸収剤１２、１２´が担持されたフィルタ、すなわち第１及び第２のフィルタ１４、１４´（第１及び第２のフィルタ１５、１５´）が配置されている。
【０１２０】
また、各分岐通路４５、４５´の各フィルタ１５、１５´の上流側には還元剤を各分岐通路４５、４５´内に添加するための還元剤添加ノズル３４、３４´が設けられている一方、各分岐通路４５、４５´の各フィルタ１５、１５´の下流側には排気ガス中の還元剤濃度を推定する還元剤濃度推定手段として、ＨＣ濃度を推定するＨＣセンサ３６、３６´が設けられている。
【０１２１】
そして、各フィルタ１５、１５´の下流側の二つの分岐通路４５、４５´の合流部分には、駆動部２８によって駆動される排気ガス流量調整弁４３が設けられ、必要に応じて両分岐通路４５、４５´を流れる排気ガスの流量割合を制御することができる。排気ガス流量調整弁４３は通常状態においては図２０に図示されたような中間位置にあり、第１の分岐通路４５を流れる排気ガスの流量と第２の分岐通路４５´を流れる排気ガスの流量とがほぼ同じになるようにされている。
【０１２２】
排気ガス浄化装置３０を用い、図１３及び図１４を組合せて得られる制御ルーチン、並びに図１３及び図１７を組合せて得られる制御ルーチンをそれぞれ参照して説明した各方法をこれらの排気ガス浄化装置４０、５０を用いて実施する方法については、上述の各方法の説明並びに各排気ガス浄化装置３０、４０、５０の各構成要素の対応関係等から概ね明らかであると思われるのでその説明は省略する。なお、排気ガス浄化装置５０については浄化制御が必要となるフィルタ１５、１５´が二つあるが、上述の各方法を実施する際にはフィルタ１５、１５´を流通する排気ガスの流量を必要に応じて調整することが求められることから、排気ガス浄化装置５０について上述の各方法を実施する場合には片方のフィルタ１５または１５´毎に実施する必要がある。
【０１２３】
なお、上述の各排気ガス浄化装置３０、４０、５０の構成においては、排気ガス中の還元剤濃度を推定する還元剤濃度推定手段として、ＨＣ濃度を推定するＨＣセンサ３６、３６´が使用されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばＣＯセンサ等の他の還元剤センサを用いてもよい。
あるいは、上述の各排気ガス浄化装置３０、４０、５０の構成においてＨＣセンサ３６、３６´（還元剤センサ）を備えず、フィルタ１５、１５´に残存するＨＣ量（還元剤量）を上記浄化制御の継続時間または上記浄化制御中に添加された還元剤量等に基づいて推定し、得られた推定残存ＨＣ量（推定残存還元剤量）に基づいて上記浄化制御完了後の通常状態への移行制御中におけるフィルタ流通排気ガス流量を制御するようにしてもよい。
【０１２４】
更に、フィルタ１５、１５´に直接温度センサを設ける、もしくはＨＣセンサ３６、３６´（還元剤濃度推定手段）の代わりに温度センサを設けて排気ガス温度からフィルタ１５、１５´の温度を推定する等、何らかの温度推定手段によってフィルタ１５、１５´の温度を推定し、この推定温度を用いたフィードバック制御によりフィルタ１５、１５´の温度が過加熱を生じる温度を超えないようにフィルタ流通排気ガス流量を各流量制御手段２６、４３によって調整するようにしてもよい。
【０１２５】
なお、上述の各排気ガス浄化装置２０、３０、４０、５０の構成においては、還元剤添加手段として、フィルタ１５、１５´の上流側において排気ガス通路内に還元剤を添加する還元剤添加ノズル３４、３４´を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、還元剤の添加の結果としてフィルタ１５、１５´に還元剤が残存する可能性のある手段であれば、他の手段によって還元剤が添加される場合も含まれる。
【０１２６】
また、上述の説明においては、フィルタ流通排気ガス流量の制御について、主にフィルタ１５、１５´の過加熱を防止する点に着目して説明したが、図８に示された制御ルーチンによる方法の説明で述べたように、フィルタ流通排気ガス流量の制御によってフィルタ１５、１５´に残存した還元剤が一気に下流側に排出されることを防止し、エミッションの悪化を抑制することもできる。これは上述の各排気ガス浄化装置２０、３０、４０、５０の構成において可能であるが、特に、排気ガス浄化装置３０の構成を例にとれば、上述したような浄化制御が完了して通常状態に戻るべくフィルタ１５を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記ＨＣセンサ３６により検出されるＨＣ濃度が予め定めた値以下となるように経路切替調整弁２６によってフィルタ流通排気ガス流量を制御するようにすればよい。これにより、残存還元剤が徐々に吐き出されることになり、下流側に設置された酸化触媒３２における還元剤の浄化率が向上する。
【０１２７】
更に、上述の説明においては、排気ガス浄化手段としてフィルタ１５、１５´を例にとり、そのフィルタ１５、１５´を流通する排気ガス流量を低下させてその上流側において還元剤を添加する制御の例として、フィルタ１５、１５´に対する浄化制御を挙げて説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を低下させてその排気ガス浄化手段の上流側において還元剤を添加する制御であれば、他の排気ガス浄化手段に対する他の制御についても適用され得る。
【０１２８】
なお、上述の各排気ガス浄化装置２０、３０、４０、５０の構成においては、ＮＯｘ吸収剤１２をフィルタ１４内の排気ガス通路壁面に担持させているが、ＮＯｘ吸収剤１２とフィルタ１４とは別個に独立させてもよい。
【０１２９】
【発明の効果】
１番目の発明によれば、排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を低下させて上記排気ガス浄化手段の上流側において還元剤を添加する予め定められた制御が実施される場合において、その予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させる時に生ずる恐れのある残存還元剤の反応による排気ガス浄化手段の過加熱が防止される。
【０１３０】
特に、１番目の発明によれば、流通方向の反転という比較的単純な流量調整によって上記排気ガス浄化手段の過加熱が防止される。
２番目の発明によれば、上記排気ガス浄化手段に残存していた還元剤が一度に吐き出されることが防止される。
３番目の発明によれば、残存された還元剤の反応による上記排気ガス浄化手段の過加熱が確実に防止されると共に、過加熱を防止しながらできるだけ多くの排気ガスが上記排気ガス浄化手段を流通するようにすることができる。
４番目の発明によれば、上記排気ガス浄化手段に残存していた還元剤が一度に吐き出されることが防止される。
【０１３１】
５番目及び６番目の発明によれば、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量とその流量での上記排気ガス浄化手段の下流側における排気ガス中の還元剤濃度またはＨＣ濃度とに基づいて、上記排気ガス浄化手段に残存している還元剤またはＨＣの量を推定することができる。
７番目の発明によれば、残存された還元剤の反応による上記排気ガス浄化手段の過加熱を防止するために行う上記排気ガス流量調整手段の制御を単純化することができる。
【０１３２】
８番目の発明によれば、７番目の発明と同様の効果に加え、上記の予め定められた待ち時間を適切に設定することで、効率的且つ確実に上記排気ガス浄化手段の過加熱を防止しながら通常状態に移行することが可能となる。
９番目の発明によれば、上記の予め定められた温度を適切に設定することで上記排気ガス浄化手段の過加熱をより確実に防止しながら通常状態に移行することが可能となる。
【０１３３】
１０番目の発明によれば、必要な上記排気ガス流量調整手段の制御をより単純化することができる。
１１番目の発明によれば、上記排気ガス浄化手段の各種の浄化制御（ＮＯｘの放出還元、硫黄被毒再生、捕集排気微粒子の燃焼等）の完了後に通常状態に戻る際に発生する残存された還元剤の反応による上記排気ガス浄化手段の過加熱が防止される。
【０１３４】
１２番目の発明によれば、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し且つ還元浄化することができると共に、ＮＯｘ吸蔵剤についての上記のような過加熱が防止される。
１３番目の発明によれば、排気ガス中の排気微粒子を除去することができると共に、排気ガス中の排気微粒子を除去する手段についての上記のような過加熱が防止される。
【０１３５】
また、１４番目の発明によって１番目の発明とほぼ同様の効果が得られる。更に、１５番目及び１６番目の発明によって３番目の発明とほぼ同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の排気ガス浄化装置をディーゼルエンジンに適用した場合を示す図である。
【図２】図２は、本発明の排気ガス浄化装置の外観を模式的に示した説明図であり、図２（ａ）及び図２（ｂ）がそれぞれ上面図及び側面図を示している。
【図３】図３は、図２に示された排気ガス浄化装置の断面を示した説明図であって、図３（ａ）及び図３（ｂ）がそれぞれ上方及び側方から見た場合の断面図を示しており、経路切替調整弁が第１の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している。
【図４】図４は、図２及び図３に示された排気ガス浄化装置に関し、経路切替調整弁が第２の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している図３（ａ）と同様の図である。
【図５】図５は、図２から図４に示された排気ガス浄化装置に関し、経路切替調整弁が第３の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している図３（ａ）及び図４と同様の図である。
【図６】図６は、ＮＯｘ吸収剤が担持されたフィルタ（ＮＯｘ吸収剤担持フィルタ）の拡大断面図である。
【図７】図７は、ＮＯｘの吸収放出及び還元浄化作用を説明するための図である。
【図８】図８は、図２から図５に示された排気ガス浄化装置においてフィルタに対して浄化制御を行う場合の制御ルーチンを示しており、通常の浄化制御に、フィルタの過加熱を防止しながら通常状態へ移行するための移行制御が追加されている。
【図９】図９は、本発明の別の排気ガス浄化装置の外観を模式的に示した説明図であり、図９（ａ）及び図９（ｂ）がそれぞれ上面図及び側面図を示している。
【図１０】図１０は、図９に示された排気ガス浄化装置の断面を示した説明図であって、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）がそれぞれ上方及び側方から見た場合の断面図を示しており、経路切替調整弁が第１の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している。
【図１１】図１１は、図９及び図１０に示された排気ガス浄化装置に関し、経路切替調整弁が第２の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している図１０（ａ）と同様の図である。
【図１２】図１２は、図９から図１１に示された排気ガス浄化装置に関し、経路切替調整弁が第３の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している図１０（ａ）及び図１１と同様の図である。
【図１３】図１３は、図９から図１２に示された排気ガス浄化装置においてフィルタに対して浄化制御を行う場合の制御ルーチンの一部分を示し、この部分は図１４または図１７に示された制御ルーチンの部分と組合されて各制御ルーチンの全体を構成する。
【図１４】図１４は、図９から図１２に示された排気ガス浄化装置においてフィルタに対して浄化制御を行う場合の制御ルーチンの一部分を示し、この部分は図１３に示された制御ルーチンの部分と組合されて１つの制御ルーチンを構成する。
【図１５】図１５は、フィルタ流通排気ガス流量と、フィルタから流出してくる排気ガス中のＨＣ濃度と、フィルタに残存しているＨＣ量との関係を示すマップである。
【図１６】図１６は、フィルタ流通排気ガス流量とフィルタに残存しているＨＣ量との関係において、フィルタが熱劣化もしくは溶損を引き起こす危険域Ｉと、それらを引き起こす危険性の無い安全域IIとを示すマップである。
【図１７】図１７は、図９から図１２に示された排気ガス浄化装置においてフィルタに対して浄化制御を行う場合の制御ルーチンの一部分を示し、この部分は図１３に示された制御ルーチンの部分と組合されて、図１３と図１４の制御ルーチンの部分が組合されて構成される制御ルーチンとは別の制御ルーチンを構成する。
【図１８】図１８は、図１３と図１７を組合せて得られる制御ルーチンで示される方法を実行した場合のフィルタ温度、フィルタ下流側排気ガス温度及び排気ガス中ＨＣ濃度の経時変化の一例であって、ステップ２０２以降に対応する部分を示している。
【図１９】図１９は、本発明の別の排気ガス浄化装置を示した説明図である。
【図２０】図２０は、本発明の更に別の排気ガス浄化装置を示した説明図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０、４０、５０…排気ガス浄化装置
２…機関（エンジン）本体
４…吸気通路
６…排気ガス通路
８…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１２、１２´…ＮＯｘ吸収剤
１４、１４´…フィルタ（パティキュレートフィルタ）
１５、１５´…ＮＯｘ吸収剤担持フィルタ
１８…基幹通路
２２…環状通路
２４…経路変更部
２６…経路切替調整弁
２８…駆動部
３２…酸化触媒
３４、３４´…還元剤噴射ノズル
３６、３６´…ＨＣセンサ
４３…排気ガス流量調整弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車等に搭載される筒内噴射型の内燃機関、例えばディーゼル機関では、排気ガス中に含まれる煤等の排気微粒子を除去すると共に窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去することが要求されている。そしてこのような要求に対し、ＮＯｘ吸蔵剤が担持されたパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと称する）を内燃機関の排気ガス通路に配置する方式の排気ガス浄化装置が提案されている。
このような排気ガス浄化装置としては、内蔵されたＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタを流通する排気ガスの流量を調整できるものが公知であり、その中には排気ガスの流れの方向を反転することができるものもある（例えば特開２００１−３４２８２１号公報）。
【０００３】
これは、通常使用時において、フィルタを流通する排気ガスの方向を反転することにより、フィルタ内の位置による排気微粒子捕集量及びＮＯｘ吸蔵量の偏りを緩和して、フィルタ及びフィルタに担持されているＮＯｘ吸蔵剤を効率的に利用しようとするものである。また、排気ガスの流通方向を反転することにより、フィルタの詰まりを防止する効果もある。
【０００４】
一方、上述したような排気ガス浄化装置に用いられるＮＯｘ吸蔵剤は、排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の空燃比が小さくなり、且つ排気ガス中にＨＣやＣＯ等の還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを還元浄化する作用（ＮＯｘの吸収放出及び還元作用またはＮＯｘの吸着及び還元作用）を有する。そしてこの作用を利用して、排気ガスの空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵させ、一定期間使用してＮＯｘ吸蔵剤の吸蔵効率が低下した時または低下する前にＮＯｘ吸蔵剤の上流側において還元剤（燃料）を添加する等して、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵したＮＯｘの還元浄化を行うようにしている。
【０００５】
なお、本明細書において「吸蔵」という語は「吸収」及び「吸着」の両方の意味を含むものとして用いる。したがって、「ＮＯｘ吸蔵剤」は、「ＮＯｘ吸収剤」と「ＮＯｘ吸着剤」の両方を含み、前者はＮＯｘを硝酸塩等の形で蓄積し、後者はＮＯ2等の形で吸着する。
ところで、内燃機関の燃料には硫黄（Ｓ）成分が含まれている場合があり、この場合には排気ガス中に硫黄酸化物（ＳＯｘ）が含まれることとなる。排気ガス中にＳＯｘが存在するとＮＯｘ吸蔵剤はＮＯｘの吸蔵作用を行うのと全く同じメカニズムで排気ガス中のＳＯｘの吸蔵を行う。
【０００６】
ところが、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されたＳＯｘは比較的安定であり、一般にＮＯｘ吸蔵剤に蓄積されやすい傾向がある。ＮＯｘ吸蔵剤のＳＯｘ蓄積量が増大すると、ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵容量が減少して排気ガス中のＮＯｘの除去を十分に行うことができなくなるため、ＮＯｘの浄化効率が低下するいわゆる硫黄被毒（Ｓ被毒）の問題が生じる。特に、燃料として比較的硫黄成分を多く含む軽油を使用するディーゼルエンジンにおいてはこの硫黄被毒の問題が生じやすい。
【０００７】
一方、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されたＳＯｘについても、ＮＯｘと同じメカニズムで放出、脱離等が可能であることが知られている。しかし、ＳＯｘは比較的安定した形でＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されるため、通常のＮＯｘの還元浄化制御が行われる温度（例えば２５０℃程度以上）ではＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されたＳＯｘを放出等させることは困難である。このため、硫黄被毒を解消するためには、ＮＯｘ吸蔵剤を通常のＮＯｘ還元浄化制御時より高い温度、すなわち硫黄分放出温度（例えば６００℃以上）に昇温し、且つ流入する排気ガスの空燃比を略ストイキまたはリッチ（以下、単にリッチという）にする硫黄被毒再生制御を定期的に行う必要がある。そして、硫黄被毒再生を実施するためにＮＯｘ吸蔵剤を高温且つリッチの状態にする方法としては、ＮＯｘ吸蔵剤の上流側において還元剤を添加し、還元剤の反応によってＮＯｘ吸蔵剤を昇温すると共に略ストイキまたはリッチ雰囲気を作り出す方法が公知である。
【０００８】
また、上記のようなＮＯｘ吸蔵剤を担持しているフィルタは排気ガス中に含まれる煤等の排気微粒子を捕集して除去するが、そのフィルタ上に蓄積された排気微粒子を着火燃焼させるために、フィルタの上流側において還元剤を添加する場合もある。
以上のように、上記のようなＮＯｘ吸蔵剤及びフィルタを利用した排気ガス浄化装置においては、そのＮＯｘ吸蔵剤及びフィルタを浄化（ＮＯｘの放出還元、硫黄被毒再生、捕集排気微粒子の燃焼等）するための制御等においてＮＯｘ吸蔵剤及びフィルタの上流側で還元剤の添加を行う場合がある。そしてこの際、少ない量の還元剤の添加で目的を達成し且つエミッション（還元剤のすり抜け）の低減を図るため、ＮＯｘ吸蔵剤及びフィルタを流通する排気ガスの流量を少なくするのが一般的であるが、その結果、一部の還元剤は上記のような制御完了後においてＮＯｘ吸蔵剤及びフィルタに残存することとなる。
【０００９】
そして上述したような制御を終了すると、全量の排気ガスがＮＯｘ吸蔵剤及びフィルタを通過して浄化される通常の状態に戻されるため、ＮＯｘ吸蔵剤及びフィルタを流通する排気ガスの流量は増加される。この時、排気ガス中には酸素が含まれているため、ＮＯｘ吸蔵剤及びフィルタを流通する排気ガスの流量の増加によって、上記制御中にＮＯｘ吸蔵剤及びフィルタに付着等して残存した還元剤（ＨＣ等）が急速に反応して発熱することとなる。そしてこのような発熱によって上記のような制御後にＮＯｘ吸蔵剤及びフィルタが昇温され、これらが熱劣化してしまう、もしくは溶損してしまうという問題があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、残存された還元剤の反応による排気ガス浄化手段（ＮＯｘ吸蔵剤及びフィルタ等）の過加熱を防止できる排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された排気ガス浄化装置及び排気ガス浄化方法を提供する。
１番目の発明は、排気ガス通路に配置された排気ガス浄化手段と、その排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を調整できる排気ガス流量調整手段と、上記排気ガス浄化手段の上流側において還元剤を添加する還元剤添加手段とを備え、必要に応じて、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を低下させて上記排気ガス浄化手段の上流側において還元剤を添加する予め定められた制御が実施される排気ガス浄化装置であって、上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記排気ガス浄化手段に残存している還元剤の反応によって上記排気ガス浄化手段が過加熱されないように上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される、排気ガス浄化装置において、更に、上記排気ガス流量調整手段が上記排気ガス浄化手段における排気ガスの流通方向を反転でき、上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、排気ガスが上記排気ガス浄化手段を流通する方向を上記予め定められた制御中とは反転して上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される、排気ガス浄化装置を提供する。
【００１２】
１番目の発明のようにすることによって、上記のような予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させる場合において、上記予め定められた制御中の還元剤の添加により上記排気ガス浄化手段に残存された還元剤と、流入排気ガス中の酸素とが急速に反応することが防止され、もしくは上記排気ガス浄化手段における上記反応による発熱量が減少され、上記排気ガス浄化手段の過加熱が防止される。
また、上記予め定められた制御中の還元剤の添加によって上記排気ガス浄化手段に残存する還元剤はその排気ガス浄化手段のうちのその還元剤の添加中における上流側部分に多い。したがって、１番目の発明のようにすることにより、上記排気ガス浄化手段が過加熱されることを防止することができる。すなわち、上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時に、排気ガスが上記排気ガス浄化手段を流通する方向を上記予め定められた制御中とは反転して上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を調整すると、この場合の流れの上流側部分においては残存した還元剤が少ないために発熱量が少なく、また、この場合の流れの下流側部分に多く残存している還元剤は、移動するとすぐに上記排気ガス浄化手段から吐き出されてしまうため、上記排気ガス浄化手段の過加熱が防止されるのである。
これにより、流量の微調整を伴わない流通方向の反転という比較的単純な流量調整によって上記排気ガス浄化手段が過加熱されることを防止することができる。
【００１３】
２番目の発明では１番目の発明において、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される場合において、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量が徐々に変化せしめられる。
このようにすることによって、上記排気ガス浄化手段に残存していた還元剤が一度に多量に吐き出されることが防止される。
【００１４】
３番目の発明は、排気ガス通路に配置された排気ガス浄化手段と、その排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を調整できる排気ガス流量調整手段と、上記排気ガス浄化手段の上流側において還元剤を添加する還元剤添加手段とを備え、必要に応じて、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を低下させて上記排気ガス浄化手段の上流側において還元剤を添加する予め定められた制御が実施される排気ガス浄化装置であって、上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記排気ガス浄化手段に残存している還元剤の反応によって上記排気ガス浄化手段が過加熱されないように上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される、排気ガス浄化装置において、更に、上記排気ガス浄化手段に残存している還元剤の量を推定する残存還元剤量推定手段を有していて、上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記残存還元剤量推定手段によって推定された残存還元剤量に基づいて上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される、排気ガス浄化装置を提供する。
【００１５】
これにより、残存された還元剤の反応による上記排気ガス浄化手段の過加熱が確実に防止されると共に、過加熱を防止しながらできるだけ多くの排気ガスが上記排気ガス浄化手段を流通するようにすることができる。
【００１６】
４番目の発明では３番目の発明において、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される場合において、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量が徐々に変化せしめられる。
このようにすることによって、上記排気ガス浄化手段に残存していた還元剤が一度に多量に吐き出されることが防止される。
【００１７】
５番目の発明では３番目または４番目の発明において、上記残存還元剤量推定手段が、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を推定する流量推定手段と、上記排気ガス浄化手段の下流側における排気ガス中の還元剤濃度を推定する還元剤濃度推定手段とを含む。
【００１８】
６番目の発明では５番目の発明において、上記還元剤濃度推定手段は、ＨＣ濃度を推定するＨＣセンサを含む。
上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量及びその流量での上記排気ガス浄化手段の下流側における排気ガス中の還元剤濃度またはＨＣ濃度と、上記排気ガス浄化手段に残存している還元剤またはＨＣの量とには一定の関係があるため、５番目または６番目の発明のようにすることによって、上記排気ガス浄化手段の残存還元剤量またはＨＣ量を推定することができる。
【００１９】
７番目の発明では３番目から６番目の何れかの発明において、上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記排気ガス流量調整手段を制御して上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を増加させることにより上記残存還元剤量が上記残存還元剤量推定手段によって推定され、推定された上記残存還元剤量が予め定められた残存還元剤量を超えている場合には、上記排気ガス流量調整手段が上記予め定められた制御中の状態に戻されて、もしくは上記予め定められた制御中の状態とは上記排気ガス浄化手段における排気ガスの流通方向のみ異なるようにされた状態にされて上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される。
【００２０】
このようにすることによって、残存された還元剤の反応による上記排気ガス浄化手段の過加熱を防止するために行う上記排気ガス流量調整手段の制御を単純化することができる。
８番目の発明では７番目の発明において、上記排気ガス流量調整手段を制御して上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を増加させることにより上記残存還元剤量が上記残存還元剤量推定手段によって推定され、推定された上記残存還元剤量が予め定められた残存還元剤量を超えている場合には、上記排気ガス流量調整手段が上記予め定められた制御中の状態に戻されて、もしくは上記予め定められた制御中の状態とは上記排気ガス浄化手段における排気ガスの流通方向のみ異なるようにされた状態にされて上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される上記制御が、予め定められた待ち時間をおいて繰り返される。
【００２１】
こうすることによって、７番目の発明と同様の作用及び効果に加え、上記の予め定められた待ち時間を適切に設定することで、効率的且つ確実に上記排気ガス浄化手段の過加熱を防止しながら通常状態に移行することが可能となる。
９番目の発明では８番目の発明において、上記排気ガス浄化手段の温度が予め定められた温度以下に低下した時に上記の予め定められた待ち時間が経過したとする。
【００２２】
このようにすることにより、上記の予め定められた温度を適切に設定することで上記排気ガス浄化手段の過加熱をより確実に防止しながら通常状態に移行することが可能となる。
１０番目の発明では７番目から９番目の何れかの発明において、上記排気ガス流量調整手段を制御して上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を増加させることにより上記残存還元剤量を上記残存還元剤量推定手段によって推定する場合において、上記排気ガス流量調整手段を通常状態における状態へと制御して上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を増加させることにより上記残存還元剤量が推定される。
【００２３】
このようにすることによって、必要な上記排気ガス流量調整手段の制御をより単純化することができる。
１１番目の発明では１番目から１０番目の何れかの発明において、上記予め定められた制御が上記排気ガス浄化手段を浄化するための制御である。
これにより、上記排気ガス浄化手段の各種の浄化制御（ＮＯｘの放出還元、硫黄被毒再生、捕集排気微粒子の燃焼等）の完了後に通常状態に戻る際に発生する残存された還元剤の反応による上記排気ガス浄化手段の過加熱が防止される。
【００２４】
１２番目の発明では１番目から１１番目の何れかの発明において、上記排気ガス浄化手段は、流入する排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が小さくなり、且つ還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵剤を含む。
これによって、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し且つ還元浄化することができると共に、ＮＯｘ吸蔵剤についての上記のような過加熱が防止される。
１３番目の発明では１番目から１１番目の何れかの発明において、上記排気ガス浄化手段は、排気ガス中の排気微粒子を除去する手段を含む。
これによって、排気ガス中の排気微粒子を除去することができると共に、排気ガス中の排気微粒子を除去する手段についての上記のような過加熱が防止される。
【００２５】
１４番目の発明は、排気ガス浄化手段を排気ガス通路に配置して行う排気ガス浄化方法であって、必要に応じて、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を低下させて上記排気ガス浄化手段の上流側において還元剤を添加する予め定められた制御が実施され、上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記排気ガス浄化手段に残存している還元剤の反応によって上記排気ガス浄化手段が過加熱されないように上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される、排気ガス浄化方法において、上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、排気ガスが上記排気ガス浄化手段を流通する方向を上記予め定められた制御中とは反転して上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される、排気ガス浄化方法を提供する。
この発明によっても１番目の発明とほぼ同様の作用及び効果が得られる。
【００２７】
１５番目の発明では１４番目の発明において、上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記排気ガス浄化手段に残存している還元剤の量が推定され、その推定残存還元剤量に基づいて上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される。
この発明によっても３番目の発明とほぼ同様の作用及び効果が得られる。
【００２８】
１６番目の発明は、排気ガス浄化手段を排気ガス通路に配置して行う排気ガス浄化方法であって、必要に応じて、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を低下させて上記排気ガス浄化手段の上流側において還元剤を添加する予め定められた制御が実施され、上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記排気ガス浄化手段に残存している還元剤の反応によって上記排気ガス浄化手段が過加熱されないように上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される、排気ガス浄化方法において、上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記排気ガス浄化手段に残存している還元剤の量が推定され、該推定残存還元剤量に基づいて上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される、排気ガス浄化方法を提供する。
【００２９】
この発明によっても３番目の発明とほぼ同様の作用及び効果が得られる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明はＮＯｘ吸蔵剤であるＮＯｘ吸収剤とＮＯｘ吸着剤のどちらを用いても実施可能であるが、以下ではＮＯｘ吸収剤を用いた場合について説明する。
図１は本発明をディーゼルエンジンへ適用した場合を示している。図１において、２は機関（エンジン）本体、４は吸気通路、６は排気ガス通路をそれぞれ示す。排気ガス通路６には本発明の排気ガス浄化装置１０が設けられるが、この部分に設置される排気ガス浄化装置１０については後に四つの異なる構成の排気ガス浄化装置２０、３０、４０、５０を挙げて詳細に説明する。
【００３１】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）８は、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の形式のディジタルコンピュータからなり、機関本体２と信号をやり取りして燃料噴射量制御等のエンジンの基本制御を行う他、以下で述べるように本発明の各実施形態においては、排気ガス浄化装置の各構成要素とも信号のやり取りを行いその制御も行う。
【００３２】
図２は、図１に示されている排気ガス浄化装置１０の部分に設置されて排気ガス通路６の一部を構成する、排気ガス浄化装置２０の外観を模式的に示した説明図であり、図２（ａ）及び（ｂ）がそれぞれ上面図及び側面図を示している。また、図３（ａ）及び（ｂ）には、それぞれ、上方及び側方から見た場合の断面図が示され、排気ガス浄化装置２０の内部の排気ガスの流れが示されている。
【００３３】
図２に示すように排気ガス浄化装置２０は、基幹通路１８と、基幹通路１８に接続された環状通路２２とを備えており、環状通路２２には排気ガス中の排気微粒子を除去する手段であるフィルタ１４が配置されている。フィルタ１４には後述するようにＮＯｘ吸収剤１２が担持され、排気ガス浄化手段を構成している。基幹通路１８と環状通路２２との接続部分には、経路変更部２４が設けられている。経路変更部２４は、排気ガスの経路を変更すると共にＮＯｘ吸収剤１２が担持されたフィルタ１４（以下、ＮＯｘ吸収剤１２とフィルタ１４を特に区別する必要がない場合にはＮＯｘ吸収剤担持フィルタを単に「フィルタ１５」と称する）を流通する排気ガス流量を調整する経路切替調整弁２６と、経路切替調整弁２６を駆動するための駆動部２８とを備えている。経路変更部２４は、４つの通路が接続された二組の対向面を有している。一方の組の対向面には、基幹通路１８を構成する二つの部分基幹通路１８ａ、１８ｂが接続されており、他方の組の対向面には、環状通路２２を構成する二つの部分環状通路２２ａ、２２ｂが接続されている。
【００３４】
第１の部分環状通路２２ａは、フィルタ１５の第１の面Ｓ１側に通じており、第２の部分環状通路２２ｂは、第２の面Ｓ２側に通じている。また、下流側の部分基幹通路１８ｂには酸化触媒３２が配置されている。下流側の部分基幹通路１８ｂは、環状通路２２のフィルタ１５を内蔵している部分を囲むように形成されている。
【００３５】
更に、排気ガス浄化装置２０は、還元剤添加部を第１の部分環状通路２２ａに備えており、この還元剤添加部はＮＯｘ吸収剤１２及びフィルタ１４の浄化制御の際等に還元剤を環状通路２２内に添加するために使用される。還元剤添加部は、還元剤噴射ノズル３４と還元剤供給ポンプ（図示無し）とを備えており、還元剤供給ポンプから供給された還元剤は、還元剤噴射ノズル３４によって第１の部分環状通路２２ａ内に、ＥＣＵ８の制御によって適切なやり方で添加される。なお、排気ガス浄化装置２０を含め本明細書で説明する排気ガス浄化装置３０、４０、５０においては、貯蔵、補給等の際の煩雑さを避けるため、還元剤としてディーゼルエンジン２の燃料である軽油を使用している。
【００３６】
経路変更部２４と還元剤添加部とはＥＣＵ８によって制御される。具体的には、ＥＣＵ８は、経路変更部２４の駆動部２８に接続されており、駆動部２８を制御することにより、経路切替調整弁２６の動作を制御する。また、ＥＣＵ８は、還元剤添加部の還元剤噴射ノズル３４に接続されており、還元剤噴射ノズル３４を制御することにより、還元剤噴射ノズル３４の還元剤添加動作を制御する。
排気ガス浄化装置２０に流入した排気ガスは、以下で説明するように必ず基幹通路１８を通り、選択的に環状通路２２を通る。
【００３７】
図３（ａ）、（ｂ）は、経路切替調整弁２６が第１の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している。この場合、排気ガス浄化装置２０に流入した排気ガスは、上流側の部分基幹通路１８ａを通って経路変更部２４に流入し、第１の部分環状通路２２ａと第２の部分環状通路２２ｂとをこの順序で通って、経路変更部２４に戻る。この時、排気ガスは、フィルタ１５を第１の面Ｓ１から第２の面Ｓ２に向かって流れる。経路変更部２４に戻った排気ガスは、下流側の部分基幹通路１８ｂに流入し、酸化触媒３２を通過した後に排気ガス浄化装置２０から排出される。なお、酸化触媒３２を通過した排気ガスは、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、部分基幹通路１８ｂの環状通路２２のフィルタ１５を内蔵している部分を囲むように形成されている部分を通る。
【００３８】
図４は、経路切替調整弁２６が第２の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している図３（ａ）と同様の図である。この場合、排気ガスは、図３（ａ）の場合とほぼ同様に流れるが、環状通路２２を流れる方向が反転している。すなわち、経路変更部２４に流入した排気ガスは、第２の部分環状通路２２ｂと第１の部分環状通路２２ａとをこの順序で通って、経路変更部２４に戻る。この時、排気ガスはフィルタ１５を第２の面Ｓ２から第１の面Ｓ１に向かって流れる。このように、フィルタ１５を流通する排気ガスの流れを反転することができるので、フィルタ１５内の位置による排気微粒子捕集量及びＮＯｘ吸収量等の偏りを緩和してフィルタ１４及びフィルタ１４に担持されているＮＯｘ吸収剤１２を効率良く使用することができる。また、排気ガスの流通方向を反転することにより、フィルタ１４の詰まりを防止する効果もある。
【００３９】
図５は、経路切替調整弁２６が上記第１の位置と第２の位置との中間である第３の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している図３（ａ）及び図４と同様の図である。なお、経路切替調整弁２６を第１の位置と第２の位置とで切替える際には、経路切替調整弁２６は一時的に第３の位置となる。経路切替調整弁２６が第３の位置に位置している場合、経路変更部２４に流入した排気ガスは、殆どがそのまま下流側の部分基幹通路１８ｂに流入し、酸化触媒３２を通過した後に、排気ガス浄化装置２０から排出される。
【００４０】
上記のように、経路切替調整弁２６が第１または第２の位置にある場合には、排気ガスはフィルタ１５を通過し、更に酸化触媒３２を通過する。一方、経路切替調整弁２６が第３の位置にある場合には、殆どの排気ガスは、フィルタ１５を通過せずに酸化触媒３２のみを通過して排気ガス浄化装置２０から排出される。したがって、通常状態においては、排気ガスがフィルタ１５と酸化触媒３２とを通過して浄化されるように、経路切替調整弁２６は第１または第２の位置にある。そして必要に応じて、例えば以下で説明するようなＮＯｘ吸収剤１２やフィルタ１４の浄化制御の際に還元剤を添加する場合等にその位置が駆動部２８により第１の位置と第２の位置の間で調整され、フィルタ１５を流通する排気ガスの流量が低下される。
【００４１】
図６にフィルタ１５の拡大断面図を示す。図６を参照すると、フィルタ１４は多孔質セラミックから成り、排気ガスは矢印で示されるように図中左から右に向かって流れる。フィルタ１４内には、上流側に栓３４が施された第１通路３８と下流側に栓４２が施された第２通路４４とが交互に配置されハニカム状をなしている。排気ガスが図中左から右に向かって流れると、排気ガスは第２通路４４から多孔質セラミックの隔壁を通過して第１通路３８に流入し、下流側に流れる。この時、排気ガス中の排気微粒子（パティキュレート）は多孔質セラミックによって捕集されて排気ガス中から除去され、排気微粒子の大気への放出が防止される。
【００４２】
また、第１通路３８および第２通路４４の隔壁の表面及び内部の細孔内にはＮＯｘ吸収剤１２が担持されている。ＮＯｘ吸収剤１２は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とから成る。ＮＯｘ吸収剤１２は流入排気ガス（すなわち、本排気ガス浄化装置２０の構成においてはフィルタ１５を流通する排気ガス）の空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸収し、ＮＯｘ吸収剤流入排気ガスの空燃比が小さくなり、且つ還元剤が存在していれば吸収したＮＯｘを放出して還元浄化する作用（ＮＯｘの吸収放出及び還元浄化作用）を有する。
【００４３】
図１に示した構成ではディーゼルエンジンが使用されているため、通常状態の時の排気ガス空燃比はリーンであり、ＮＯｘ吸収剤１２は通常状態の時には排気ガス中のＮＯｘの吸収を行う。そして、一定期間使用してＮＯｘ吸収剤１２のＮＯｘ吸収効率が低下する等した場合には、ＮＯｘ吸収剤１２からＮＯｘを放出し還元する必要が生じる。本排気ガス浄化装置２０においては、このようなＮＯｘ吸収剤１２からのＮＯｘの放出及び還元浄化が必要になった場合には、還元剤添加部の還元剤噴射ノズル３４からフィルタ１５上流側の排気ガス通路、すなわち第１の部分環状通路２２ａに還元剤を供給してＮＯｘ吸収剤流入排気ガスの空燃比を小さくし且つ還元剤が存在する状態とし、ＮＯｘ吸収剤１２が吸収したＮＯｘを放出すると共に放出したＮＯｘを還元浄化するようにする。
【００４４】
この吸収放出及び還元浄化作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もあるが、この吸収放出及び還元浄化作用は図７に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。次にこのメカニズムについて白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００４５】
すなわち、ＮＯｘ吸収剤流入排気ガスの空燃比がかなりリーンになるとＮＯｘ吸収剤流入排気ガス中の酸素濃度が大幅に増大し、図７（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ2がＯ2 -またはＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、ＮＯｘ吸収剤流入排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ2 -またはＯ2-と反応し、ＮＯ2となる（２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2）。次いで生成されたＮＯ2の一部は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつＮＯｘ吸収剤１２内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図７（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ3 -の形でＮＯｘ吸収剤１２内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤１２内に吸収される。
【００４６】
ＮＯｘ吸収剤流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ2が生成され、ＮＯｘ吸収剤１２のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ2がＮＯｘ吸収剤１２内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3 -が生成される。これに対してＮＯｘ吸収剤流入排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ2の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ3 -→ＮＯ2）に進み、斯くしてＮＯｘ吸収剤１２内の硝酸イオンＮＯ3 -がＮＯ2の形でＮＯｘ吸収剤１２から放出される。すなわち、ＮＯｘ吸収剤流入排気ガス中の酸素濃度が低下するとＮＯｘ吸収剤１２からＮＯｘが放出されることになる。ＮＯｘ吸収剤流入排気ガスのリーンの度合いが低くなればＮＯｘ吸収剤流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、したがってＮＯｘ吸収剤流入排気ガスのリーンの度合いを低くすればＮＯｘ吸収剤１２からＮＯｘが放出されることになる。
【００４７】
一方、この時ＮＯｘ吸収剤流入排気ガスの空燃比を小さくすると、ＨＣ、ＣＯは白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2 -またはＯ2-と反応して酸化せしめられる。また、ＮＯｘ吸収剤流入排気ガスの空燃比を小さくするとＮＯｘ吸収剤流入排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するためにＮＯｘ吸収剤１２からＮＯ2が放出され、このＮＯ2は図７（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元浄化せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ2が存在しなくなるとＮＯｘ吸収剤１２から次から次へとＮＯ2が放出される。したがってＮＯｘ吸収剤流入排気ガスの空燃比を小さくすると短時間のうちにＮＯｘ吸収剤１２からＮＯｘが放出されて還元浄化されることになる。
【００４８】
なお、ここでいう排気ガスの空燃比とはＮＯｘ吸収剤１２上流側の排気ガス通路とエンジン燃焼室または吸気通路に供給された空気と燃料との比率をいうものとする。したがって排気ガス通路に空気や還元剤が供給されていない時には排気ガスの空燃比はエンジンの運転空燃比（エンジン燃焼室内の燃焼空燃比）に等しくなる。
【００４９】
また、本発明に使用する還元剤としては、排気ガス中で炭化水素や一酸化炭素等の還元成分を発生するものであれば良く、水素、一酸化炭素等の気体、プロパン、プロピレン、ブタン等の液体または気体の炭化水素、ガソリン、軽油、灯油等の液体燃料等が使用できるが、上述のように排気ガス浄化装置２０を含め本明細書で説明する排気ガス浄化装置３０、４０、５０においては、貯蔵、補給等の際の煩雑さを避けるためディーゼルエンジン２の燃料である軽油を還元剤として使用している。
【００５０】
次にＮＯｘ吸収剤１２の硫黄被毒のメカニズムについて説明する。排気ガス中にＳＯｘ成分が含まれていると、ＮＯｘ吸収剤１２は上述のＮＯｘの吸収と同じメカニズムで排気ガス中のＳＯｘを吸収する。すなわち、排気ガスの空燃比がリーンの時、排気ガス中のＳＯｘ（例えばＳＯ2）は白金Ｐｔ上で酸化されてＳＯ3 -、ＳＯ4 -となり、酸化バリウムＢａＯと結合してＢａＳＯ4を形成する。ＢａＳＯ4は比較的安定であり、また、結晶が粗大化しやすいため一旦生成されると分解放出されにくい。このため、ＮＯｘ吸収剤１２中のＢａＳＯ4の生成量が増大するとＮＯｘの吸収に関与できるＢａＯの量が減少してしまいＮＯｘの吸収能力が低下してしまう。
【００５１】
この硫黄被毒を解消するためには、ＮＯｘ吸収剤１２中に生成されたＢａＳＯ4を高温で分解するとともに、これにより生成されるＳＯ3 -、ＳＯ4 -の硫酸イオンをスライトリーンを含む略ストイキまたはリッチ雰囲気（以下、単にリッチ雰囲気という）下で還元し、気体状のＳＯ2に転換してＮＯｘ吸収剤１２から放出させる必要がある。すなわち、硫黄被毒を解消するためには、ＮＯｘ吸収剤１２を高温且つリッチ雰囲気の状態にする必要がある。
【００５２】
本排気ガス浄化装置２０においては、このような硫黄被毒を解消する必要が生じた場合には、還元剤添加部の還元剤噴射ノズル３４からフィルタ１５上流側の排気ガス通路、すなわち第１の部分環状通路２２ａに還元剤を供給し、還元剤の反応によってＮＯｘ吸収剤１２を昇温すると共に略ストイキまたはリッチ雰囲気を作り出すようにし、ＮＯｘ吸収剤１２から硫黄分を放出するようにする。
【００５３】
また、上述のように排気ガス中の排気微粒子はフィルタ１４によって捕集されるが、本排気ガス浄化装置２０で用いるフィルタ１４のように、例えばアルカリ金属、アルカリ土類、希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とから成る触媒（本例ではＮＯｘ吸収剤１２）が担持されたフィルタ１４上においては、捕集された排気微粒子は、通常、排気ガスの熱によって着火燃焼され、フィルタ１４は再生され得る。しかしながら、排気微粒子量が多くなる等、何らかの原因で捕集された排気微粒子が完全に燃焼できなくなると、フィルタ１４上に排気微粒子が積層状に堆積してしまう場合が生じる。このようにフィルタ１４上に排気微粒子が積層状に堆積してしまうと、排気微粒子は着火燃焼しづらくなり通常温度の排気ガスの熱では着火しなくなる。したがって、この場合に排気微粒子を着火燃焼させてフィルタを再生するためには、排気ガスの温度を更に高めることが必要となる。
【００５４】
排気ガス浄化装置２０においては、このような堆積した排気微粒子を着火燃焼させてフィルタを再生する必要が生じた場合に、還元剤添加部の還元剤噴射ノズル３４からフィルタ１５上流側の排気ガス通路、すなわち第１の部分環状通路２２ａに還元剤を供給し、還元剤の反応によって排気ガス温度を高め、堆積した排気微粒子を着火燃焼させてフィルタを再生する。
【００５５】
以上のように、ＮＯｘ吸収剤１２及びフィルタ１４（すなわちフィルタ１５）を利用している排気ガス浄化装置２０においては、そのＮＯｘ吸収剤１２及びフィルタ１４を浄化（上述のようなＮＯｘの放出還元、硫黄被毒の解消、捕集排気微粒子の燃焼等）するための制御等においてフィルタ１５の上流側において還元剤噴射ノズル３４から排気ガス通路内に還元剤の添加が行われる。そしてこの際、少ない量の還元剤の添加で目的を達成し且つエミッション（還元剤のすり抜け）の低減を図るために、フィルタ１５を流通する排気ガスの流量は減少させられる。
【００５６】
より具体的には、上述したような浄化制御において還元剤の添加が行われる際には、経路切替調整弁２６は、図５に示された第３の位置から僅かに第１の位置側にずれた位置（「第４の位置」とする）に調整され、一部の排気ガスのみがフィルタ１５を第１の面Ｓ１から第２の面Ｓ２に向かって流通し、それ以外の殆どの排気ガスはフィルタ１５をバイパスするようにされる。この時、経路切替調整弁２６が、第３の位置から第２の位置側ではなく、第１の位置側にずれた位置に調整されるのは、還元剤の添加位置、すなわち還元剤噴射ノズル３４がフィルタ１５を流通する排気ガスの流れ方向に関してフィルタ１５の上流側に位置するようにするためである。
【００５７】
上述したような浄化制御において添加された還元剤は、その浄化制御の完了時点においてフィルタ１５には残存していないことが好ましいが、実際には、還元剤添加時にフィルタ１５を流通する排気ガス流量を低下させること等が原因で、一部の還元剤がフィルタ１５に残存する場合が多い。
【００５８】
一般に、上述したような浄化制御を終了すると、全量の排気ガスがフィルタ１５を通過して浄化される通常の状態に戻されるため、フィルタ１５を流通する排気ガスの流量は増加される。この時、排気ガス中には酸素が含まれているため、フィルタ１５に還元剤が残存しているとフィルタ１５を流通する排気ガスの流量の増加によって、残存していた還元剤（ＨＣ等）が急速に反応して発熱し、フィルタ１５が熱劣化してしまう、もしくは溶損してしまうという問題があった。そしてこのような問題は、フィルタ１５を流通する排気ガス流量を低下させて還元剤の添加を行うという同様な手法でそのＮＯｘ吸収剤１２及びフィルタ１４を浄化（ＮＯｘの放出還元、硫黄被毒の解消、捕集排気微粒子の燃焼等）する他の構成の排気ガス浄化装置でも生じ得るものである。
【００５９】
そこで、本排気ガス浄化装置２０では以下で説明する方法によって上記問題を解決し、残存された還元剤の反応によるフィルタ１５の過加熱を防止する。
すなわち、本排気ガス浄化装置２０では、上述のような浄化制御が完了して通常状態に戻るべくフィルタ１５を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、排気ガスがフィルタ１５を流通する方向を上記浄化制御中とは反転してフィルタ１５を流通する排気ガス流量を調整する。以下、この方法について図８を参照しつつ詳細に説明する。
【００６０】
図８は、本排気ガス浄化装置２０においてフィルタ１５に対して浄化制御を行う場合の制御ルーチンを示しており、通常の浄化制御に、フィルタ１５の過加熱を防止しながら通常状態へ移行するための移行制御が追加されている。ここでの浄化制御には、上述したようなフィルタ流通排気ガス流量を低下させて還元剤を添加することを含んでいるＮＯｘ放出還元、硫黄被毒解消、排気微粒子燃焼除去の何れかの制御、もしくは同時または連続して行える場合にはこれらの組合せ等を含んでいる。なお、本ルーチンはＥＣＵ８によって一定時間毎の割り込みによって実行される。
【００６１】
この制御ルーチンが実行されると、まず、ステップ１００でフィルタ１５についての浄化制御の実施条件が成立したか否かが判定される。浄化制御の実施条件は、実施される浄化制御の種類によって個別的に設定され得るが、各種の浄化制御に対して適用可能な浄化制御の実施条件としては、例えば車両走行距離等がある。すなわち、その浄化制御を前回実施した時点からの走行距離が予め定められた設定値よりも大きくなった時にその浄化制御の実施条件が成立したと判定する。
【００６２】
ステップ１００において浄化制御実施条件が成立していないと判定された場合には本制御ルーチンは終了し、浄化制御実施条件が成立していると判定された場合にはステップ１０２に進む。
ステップ１０２においては、実際に各浄化制御が実施される。ここでは、何れの浄化制御を実施する場合においても、経路切替調整弁２６を第４の位置に調整してフィルタ１５を流通する排気ガス流量を低下させ、還元剤噴射ノズル３４によってフィルタ１５の上流側において排気ガス通路内に還元剤を添加することが含まれる。
【００６３】
次いで、制御はステップ１０４に進み、浄化制御の完了条件が成立したか否かが判定される。浄化制御の完了条件もまた、実施される浄化制御の種類によって個別的に設定され得るが、各種の浄化制御に対して適用可能な浄化制御の完了条件としては、例えば浄化制御の実施時間等がある。すなわち、今回の浄化制御を開始した時点からの経過時間が予め定められた設定値よりも大きくなった時に浄化制御の完了条件が成立したと判定する。
【００６４】
ステップ１０４において浄化制御完了条件が成立していないと判定された場合にはステップ１０２に戻って浄化制御が継続される。一方、浄化制御完了条件が成立していると判定された場合にはステップ１０５に進んで還元剤の添加が停止され（もしくは既に停止されていれば停止が確認され）、更にステップ１０６に進む。なお、本明細書においては浄化制御完了条件が成立し、還元剤の添加が停止されるかもしくはその停止が確認された時点で浄化制御が完了したものとする。
【００６５】
ステップ１０６においては、浄化制御の完了を受けて全量の排気ガスがフィルタ１５を通過して浄化される通常状態に戻るべく、経路切替調整弁２６が第４の位置（第３の位置から僅かに第１の位置側にずれた位置）から移動されてフィルタ１５を流通する排気ガスの流量が増加される。この際、ステップ１０６においては、経路切替調整弁２６は上記の第４の位置から必ず第２の位置側に向かって移動されてフィルタ１５を流通する排気ガスの流量が増加される。すなわち、この時排気ガスがフィルタ１５を第２の面Ｓ２から第１の面Ｓ１に向かって流通するようにされる。上記浄化制御において還元剤を添加している時には経路切替調整弁２６は第４の位置にあり、排気ガスはフィルタ１５を第１の面Ｓ１から第２の面Ｓ２に向かって流通しているので、ステップ１０６の制御を実施することにより、排気ガスのフィルタ１５を流通する方向が上記浄化制御中とは反転されることとなる。
【００６６】
このようにフィルタ１５を流通する排気ガス流量を低下させてフィルタ１５の上流側において排気ガス通路内に還元剤を添加することを含む浄化制御を完了して通常状態に戻る時に、排気ガスがフィルタ１５を流通する方向を上記浄化制御中とは反転して流量を調整していくことによって、上記浄化制御中にフィルタ１５に残存された還元剤の反応によるフィルタ１５の過加熱を防止することができる。
【００６７】
すなわち、上記浄化制御中にフィルタ１５に残存される還元剤は、フィルタ１５のうちの上記浄化制御中における上流側部分（本排気ガス浄化装置２０では第１の面Ｓ１側部分）に多く残存する傾向がある。このため、上記浄化制御が完了して通常状態に戻る時、排気ガスがフィルタ１５を流通する方向を上記浄化制御中と同じ方向にして流量を増加させていくと、還元剤の多く残存しているフィルタ１５のうちの上流側部分において発熱量が多く、下流側部分（第２の面Ｓ２側部分）にその熱が伝わるのに加え、上流側部分に残存していた還元剤が下流側に流されながら発熱するため、フィルタ１５の下流側部分において過加熱が生じる場合がある。
【００６８】
一方、上述したように、上記浄化制御を完了して通常状態に戻るべくフィルタ１５を流通する排気ガス流量を増加させるべき時に、その流量を排気ガスがフィルタ１５を流通する方向を上記浄化制御中とは反転して増加させると、この場合の流れの上流側部分（第２の面Ｓ２側部分）においては残存した還元剤が少ないために発熱量が少なく、また、この場合の流れの下流側部分（第１の面Ｓ１側部分）に多く残存している還元剤は、移動するとすぐにフィルタ１５から吐き出されてしまうため、フィルタ１５が過加熱される可能性は極めて低くなる。
【００６９】
なお、ここで過加熱とは、フィルタ１５が熱劣化してしまう、もしくは溶損してしまうほどに加熱されることをいう。
更に、ステップ１０６における経路切替調整弁２６の制御においては、経路切替調整弁２６をゆっくり移動して、フィルタ１５を流通する排気ガスの流量が徐々に変化するようにすることが好ましい。これによりフィルタ１５に残存していた還元剤が一気に吐き出されることが防止され、エミッションの悪化を抑制することができる。特に、本排気ガス浄化装置２０では、下流側に酸化触媒３２が設けられており、残存還元剤が徐々に吐き出されることにより酸化触媒３２における還元剤の浄化率が向上する。また、スモークの発生も抑制される。
【００７０】
なお、ここでフィルタ１５を流通する排気ガスの方向を反転することは、フィルタ１５を第１の面Ｓ１から第２の面Ｓ２に向かって流れる排気ガスの流量を正とし、その逆を負とすると、正の流量を負の流量へ、あるいは負の流量を正の流量に調整することを意味するので、流量調整の一種であると考えられる。
以上のように、図８を参照して説明した上記方法によれば、流量の微調整を伴わない流通方向の反転という比較的単純な流量調整によってフィルタ１５が過加熱されることを防止することができる。
【００７１】
次に、別の構成の排気ガス浄化装置３０を用いて実施し得る、残存還元剤の反応によるフィルタ１５の過加熱を防止するための別の方法について説明する。図９から図１２の各図は排気ガス浄化装置３０を示し、これらは各々、上述した排気ガス浄化装置２０についての図２から図５の各図に対応している。
【００７２】
排気ガス浄化装置３０の基本的な構成及び各構成要素の作用等は、上述の排気ガス浄化装置２０とほぼ同様であるのでそれらの詳細な説明は省略するが、排気ガス浄化装置３０には、排気ガス浄化装置２０とは異なり、第２の部分環状通路２２ｂに排気ガス中の還元剤濃度を推定する還元剤濃度推定手段として、ＨＣ濃度を推定するＨＣセンサ３６が設けられている。このＨＣセンサ３６はＥＣＵ８に接続されていて、推定結果はＥＣＵ８に与えられる。
【００７３】
このＨＣセンサ３６を利用することによって排気ガス浄化装置３０を用いた場合には、上述した排気ガス浄化装置２０の場合とは異なる以下で説明する方法により、上述したような浄化制御が完了して通常状態に戻る時にフィルタ１５に残存された還元剤が反応することによってフィルタ１５が過加熱するのを防止する。
【００７４】
すなわち、この方法では、上述のような浄化制御が完了して通常状態に戻るベくフィルタ１５を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記ＨＣセンサ３６を利用してフィルタ１５に残存している還元剤量を推定し、その推定残存還元剤量に基づいてフィルタ１５が過加熱されないようにフィルタ１５を流通する排気ガスの流量が調整される。以下、この方法の一例について図１３及び図１４を参照しつつ詳細に説明する。
【００７５】
図１３と図１４とを組合せて得られる制御ルーチンは、排気ガス浄化装置３０においてフィルタ１５に対して浄化制御を行う場合の制御ルーチンの一例を示しており、図８に示された制御ルーチンと同様、通常の浄化制御にフィルタ１５の過加熱を防止しながら通常状態へ移行するための移行制御が追加されている。図８に示された制御ルーチンの場合と同様、ここでの浄化制御にはフィルタ流通排気ガス流量を低下させて還元剤を添加することを含んでいる各種の浄化制御、もしくは同時または連続して行える場合にはこれらの組合せ等を含んでいる。なお、本ルーチンもＥＣＵ８によって一定時間毎の割り込みによって実行される。
【００７６】
この制御ルーチンが実行されると、まず、ステップ２００、２０２、２０４及び２０５において、図８の制御ルーチンのステップ１００、１０２、１０４及び１０５と同様な浄化制御が実施される。この際、ステップ２００において浄化制御実施条件が成立していないと判定された場合には本制御ルーチンは終了する。ステップ２０５において浄化制御が完了すると、次いでステップ２０６から通常状態に戻るべくフィルタ１５を流通する排気ガスの流量Ｑpを増加する移行制御がなされる。
【００７７】
まずステップ２０６において操作カウンタｎが１だけインクリメントされる。操作カウンタｎの初期値は本制御ルーチンの開始時点では０にされているので、各回の本制御ルーチンの実行において最初にステップ２０６が実行される時にはｎ＝１とされる。次いでステップ２０８に進み、経路切替調整弁２６が第１の位置に調整されると共にこの時のフィルタ１５を流通する排気ガスの流量ＱpであるＱnが推定される。
【００７８】
このフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの推定は、ここでは以下のようにして実施される。すなわち、エンジンから排出される全排気ガス流量は、エンジン負荷Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／エンジン回転数Ｎ）が高くなればなるほど多くなり、エンジン回転数Ｎが高くなればなるほど多くなる。そこで、全排気ガス流量をエンジン負荷Ｑ／Ｎ及びエンジン回転数Ｎの関数として予め実験により求め、これをＥＣＵ８のＲＯＭに記憶させておけば、エンジン負荷Ｑ／Ｎ及びエンジン回転数Ｎで定まる各エンジン運転状態での全排気ガス流量は求めることができる。そして、経路切替調整弁２６が第１の位置にある場合には、エンジンから排出される殆ど全ての排気ガスがフィルタ１５を流通することになるので、エンジンから排出される全排気ガス流量がそのままフィルタ１５を流通する排気ガスの流量Ｑpとなる。
【００７９】
なお、ここでは上記のようなフィルタ流通排気ガス流量推定手段を用いたが、フィルタ１５の流入端に流量センサを取り付けることによってフィルタ１５を流通する排気ガスの流量Ｑpを推定する等、他の手段を用いても良い。
【００８０】
ステップ２０８において経路切替調整弁２６の調整及びその時のフィルタ流通排気ガス流量Ｑnの推定が行われると、次いでステップ２１０においてＨＣ濃度Ｃ（すなわち、この時のＨＣ濃度Ｃn）が推定される。ＨＣ濃度Ｃnは、経路切替調整弁２６が第１の位置に位置された状態においてフィルタ１５に対して排気ガスの流れの下流側に位置することになるＨＣセンサ３６を用いて推定される。つまり、フィルタ１５から流出して来る排気ガス中のＨＣ濃度が推定される。
【００８１】
ステップ２１０におけるＨＣ濃度Ｃnの推定に続いては、ステップ２１２において、ステップ２０８で得られたフィルタ流通排気ガス流量Ｑnとステップ２１０で得られたＨＣ濃度Ｃnとからフィルタ１５に残存しているＨＣ量ＬＦ（すなわち、この時の残存ＨＣ量ＬＦn）が推定される。この残存ＨＣ量ＬＦnの推定には、図１５に示されたマップが使用される。
【００８２】
一般に、フィルタ流通排気ガス流量Ｑpが一定の場合には、フィルタ１５に残存しているＨＣ量ＬＦが多いほどフィルタ１５から流出してくる排気ガス中のＨＣ濃度Ｃの値は大きくなる。また、フィルタ１５に残存しているＨＣ量ＬＦが一定の場合には、排気ガス流量Ｑpが多いほどフィルタ１５から流出してくる排気ガス中のＨＣ濃度Ｃの値は大きくなる。そしてこのような関係から実験により図１５に示すようなマップを得ることができる。
【００８３】
図１５に示されたマップはフィルタ１５を流通する排気ガスの流量Ｑpと、フィルタ１５から流出してくる排気ガス中のＨＣ濃度Ｃと、フィルタ１５に残存しているＨＣ量ＬＦとの関係を示すものであり、予めＥＣＵ８のＲＯＭに記憶させておく。図１５に示されたマップ中、ＣI、ＣII、ＣIII で示された曲線は、各フィルタ流通排気ガス流量ＱpにおいてそれぞれＨＣ濃度ＣがＣI、ＣII、ＣIII となる場合に表す残存ＨＣ量ＬＦの点を結んだもので、各ＨＣ濃度ＣはＣI＜ＣII＜ＣIII の関係にある。
【００８４】
したがって、例えば、排気ガス流量ＱpがＱnであって、ＨＣ濃度ＣがＣnである場合には、このマップ上において排気ガス流量Ｑn、ＨＣ濃度Ｃnに対応する点を定め、その点に対応する縦軸の値を求めれば、それがその場合の残存ＨＣ量ＬＦnということになる。
このようにしてステップ２１２において残存ＨＣ量ＬＦnを推定すると、次いでステップ２１４において、推定された残存ＨＣ量ＬＦnがその時のフィルタ流通流量Ｑnにおいてフィルタ１５が過加熱される、すなわち熱劣化もしくは溶損を引き起こす量であるか否かが判定される。そしてこの判定には、図１６に示されたマップが使用される。
【００８５】
図１６はフィルタ１５を流通する排気ガスの流量Ｑpとフィルタ１５に残存しているＨＣ量ＬＦとの関係において、フィルタ１５が熱劣化もしくは溶損を引き起こす危険域Ｉと、それらを引き起こす危険性の無い安全域IIとを示したものである。これら二つの領域の境界は、フィルタ流通排気ガス流量Ｑpの関数として表されるＬＦm（Ｑp）で表され、この曲線上の値は各フィルタ流通排気ガス流量Ｑpにおいて熱劣化もしくは溶損を引き起こす危険性の無い最大の残存ＨＣ量を示す。
【００８６】
図１６のようなマップは実験によって得られるが、危険域Ｉと安全域IIとの境界を示すＬＦm（Ｑp）は一般に図１６で示したような下に凸の曲線となる。これは、フィルタ流通排気ガス流量Ｑpが少ない領域においては残存ＨＣが十分にあっても供給酸素量が少ないために熱劣化もしくは溶損までには到らず、また、フィルタ流通排気ガス流量Ｑpが多い領域においては、発熱はするものの排気ガスの持去り熱も増加するため熱劣化もしくは溶損を引き起こす過加熱の状態に達するのは困難となるためである。残存ＨＣ量ＬＦが曲線ＬＦm（Ｑp）の極小点での値ＬＦs以下である場合には、全てのフィルタ流通排気ガス流量Ｑpにおいてフィルタ１５が熱劣化もしくは溶損する危険性が無いことになる。
【００８７】
ステップ２１４においては、フィルタ流通排気ガス流量ＱpがＱnの場合の曲線ＬＦmの値（すなわち、ＬＦm（Ｑn））とステップ２１２で推定されたＬＦnとが比較され、ＬＦm（Ｑn）≧ＬＦnである場合には、ステップ２１６に進み、ＬＦm（Ｑn）＜ＬＦnの場合にはステップ２２０に進む。
【００８８】
ステップ２１６に進む場合、すなわちＬＦm（Ｑn）≧ＬＦnである場合というのは、その時の状態が安全域IIにあることを示しており、続くステップ２１６において更にＬＦnがＬＦsと比較される。ステップ２１６での比較において、ＬＦs≧ＬＦnである場合には、上述したように全てのフィルタ流通排気ガス流量Ｑpにおいてフィルタ１５が熱劣化もしくは溶損する危険性が無いことになるので、ステップ２１８に進み操作カウンタｎをリセットして制御が終了する。
【００８９】
これに対し、ステップ２１６での比較において、ＬＦs＜ＬＦnである場合には、現在の状態は安全域IIにあるものの、エンジン運転状態の変化等によりフィルタ流通排気ガス流量Ｑpが変化した場合には危険域Ｉに入ることが考えられるので、ステップ２０６に戻り操作カウンタｎを更に１だけインクリメントして再度ステップ２０８からの制御が繰り返される。この時、ステップ２０８においては経路切替調整弁２６は既に第１の位置に位置しているのでその位置が維持され、エンジン運転状態に応じた新たなフィルタ流通排気ガス流量ＱpであるＱnが推定される。
【００９０】
一方、ステップ２２０に進む場合、すなわちステップ２１４でＬＦm（Ｑn）＜ＬＦnである場合というのは、その時の状態が危険域Ｉにあることを示しているので、ステップ２２０においてはフィルタ１５の熱劣化もしくは溶損が起こらないようにフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの調整がなされる。すなわち、ステップ２２０においては、経路切替調整弁２６の位置が第３の位置側へ調整されＬＦm＝ＬＦnとなるようにフィルタ流通排気ガス流量ＱpがＱnからＱn+1に減少される（ＬＦm（Ｑn+1）＝ＬＦn）。この時目標とするフィルタ流通排気ガス流量Ｑn+1は図１６のマップから求められる。
【００９１】
ここで、図１６のマップからはＬＦm（Ｑn+1）＝ＬＦnとなるフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの値が二つ求められるが、その値へ調整可能であるフィルタ流通排気ガス流量Ｑpはそのうちの小さい方であるので、ここではその値をＱn+1とする。この流量調整により図１６上においてその時の状態を示す点は危険域Ｉから曲線ＬＦm（Ｑp）の右下がりの部分上に移動することになる。これによって、その時の残存ＨＣ量ＬＦnに対応して安全域II内にある状態を維持し且つできるだけ多くの排気ガスがフィルタ１５を流通するようにされるが、これは、フィルタ１５を流通することによって排気ガスが浄化されるため、フィルタ１５を流通する排気ガス流量をできるだけ多くすることが望ましいためである。
【００９２】
なお、この時フィルタ流通排気ガス流量ＱpをＬＦm＝ＬＦnとなるような目標排気ガス流量Ｑn+1とするように経路切替調整弁２６の位置を調整する必要があるが、これは以下のように実施することができる。
すなわち、エンジンから排出される全排気ガス流量については、上述したようにこれをエンジン負荷Ｑ／Ｎ及びエンジン回転数Ｎの関数として予め求めておくことにより、所定のエンジン運転状態について求めることができる。更に各エンジン運転状態における全排気ガス流量の場合において経路切替調整弁２６が各位置の時にフィルタ１５を流通する排気ガス流量Ｑpについては実験または計算により求めることができる。
【００９３】
したがって、これらエンジン負荷Ｑ／Ｎ及びエンジン回転数Ｎの関数としての全排気ガス流量と、全排気ガス流量及び経路切替調整弁位置の関数としてのフィルタ流通排気ガス流量Ｑpとが求められるので、これらの関係をＥＣＵ８のＲＯＭに記憶させておくことによって、各運転状態に応じて、フィルタ流通排気ガス流量Ｑpを所望の流量とする経路切替調整弁２６の位置を決定することができ、その位置へ経路切替調整弁２６を駆動部２８を制御することによって調整することができる。あるいは、他の方法として、フィルタ１５の流入端に流量センサを取り付けることによってフィルタ１５を流通する排気ガスの流量Ｑpを推定する場合には、その推定値を用いたフィードバック制御により所望のフィルタ流通排気ガス流量Ｑpとなるように経路切替調整弁２６の位置を調整するようにしてもよい。
【００９４】
続くステップ２２２では、フィルタ流通排気ガス流量Ｑn+1においてその時点でのＨＣ濃度Ｃn+1が推定され、続いてステップ２２４において、これらフィルタ流通排気ガス流量Ｑn+1とＨＣ濃度Ｃn+1とから図１５のマップに基づいてその時点での残存ＨＣ量ＬＦn+1が推定される。
【００９５】
次いでステップ２２６においては、ステップ２１４と同様にして、フィルタ流通排気ガス流量ＱpがＱn+1の場合の曲線ＬＦmの値（すなわち、ＬＦm（Ｑn+1））とステップ２２４で推定されたＬＦn+1とが比較され、ＬＦm（Ｑn+1）≧ＬＦn+1である場合には、ステップ２３０に進み、ＬＦm（Ｑn+1）＜ＬＦn+1の場合にはステップ２２８に進む。
【００９６】
ここで、ステップ２２８に進む場合、すなわちステップ２２６でＬＦm（Ｑn+1）＜ＬＦn+1である場合というのは、その時の状態が危険域Ｉにあることを示しているので、この場合にはステップ２２８で操作カウンタｎを更に１だけインクリメントして再度ステップ２２０（経路切替調整弁２６によるフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの制御）から制御が繰り返される。この制御ルーチンによる方法においては、ここでのステップ２２０におけるフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの制御においても、図１６のマップから求められるＬＦm（Ｑn+1）＝ＬＦnとなるフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの二つの値のうちの小さい方を目標排気ガス流量Ｑn+1とする。
【００９７】
なお、実際にステップ２２８に進む場合というのは、何らかの原因でステップ２１２において推定した残存ＨＣ量ＬＦnよりもステップ２２４において推定した残存ＨＣ量ＬＦn+1の方が多くなった場合であり、これは通常では起こり得ないことである。
一方、ステップ２３０に進む場合、すなわちＬＦm（Ｑn+1）≧ＬＦn+1である場合というのは、その時の状態が安全域IIにあることを示しており、続くステップ２３０においてステップ２１６と同様にして、ＬＦn+1がＬＦsと比較される。
【００９８】
ステップ２３０での比較において、ＬＦs＜ＬＦn+1である場合には、その時の状態が、フィルタ流通排気ガス流量Ｑpが調整されていることによって図１６のマップ上において曲線ＬＦmの右下がりの部分上またはその下側であってＬＦsより上方の部分の安全域IIにあるということである。この場合、その時の推定残存ＨＣ量ＬＦn+1に対して安全域II内にあることを維持しながらフィルタ流通排気ガス流量Ｑpを増加することができる場合があり、且つ上述したようにフィルタ流通排気ガス流量Ｑpはできるだけ多くすることが望ましいので、ステップ２３４で操作カウンタｎを１だけインクリメントした後にステップ２３６においてフィルタ流通排気ガス流量Ｑpが調整される。
【００９９】
すなわち、ステップ２３６においては、経路切替調整弁２６の位置が第１の位置側へ調整されＬＦm＝ＬＦnとなるようにフィルタ流通排気ガス流量ＱpがＱnからＱn+1に増加される（ＬＦm（Ｑn+1）＝ＬＦn）。この場合にも目標とする排気ガス流量は図１６のマップから二つ求められるが、この制御ルーチンによる方法においては二つの値のうち小さい方を目標排気ガス流量Ｑn+1とする。この流量調整により図１６上においてその時の状態を示す点は曲線ＬＦm（Ｑp）の右下がりの部分上に移動することになる。このような流量調整を行った後、ステップ２２２からの制御が繰り返される。
【０１００】
これに対し、ステップ２３０での比較において、ＬＦs≧ＬＦn+1である場合には、上述したように全てのフィルタ流通排気ガス流量Ｑpにおいてフィルタ１５が熱劣化もしくは溶損する危険性が無いことになるので、ステップ２３２に進み経路切替調整弁２６が第１の位置、すなわち通常状態における位置となるように制御される。次いでステップ２１８に進み操作カウンタｎをリセットして制御が終了する。
【０１０１】
なお、上述の方法の説明では、ステップ２２８後のステップ２２０及びステップ２３６において行われるフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの調整において、その目標排気ガス流量を図１６のマップ上でＬＦm＝ＬＦnとなるフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの二つの値のうちの小さい方とし、その値にフィルタ流通排気ガス流量Ｑpを制御することによって図１６のマップ上において状態を表す点を曲線ＬＦmの右下がりの部分に移動させるようにした。
【０１０２】
しかしながら、この部分の制御についてはエンジン運転状態によって全排気ガス流量が十分に多い場合には、図１６のマップ上において状態を表す点を曲線ＬＦmの右上がりの部分またはその下側の領域の安全域IIまで移動させるようにしても良い。この場合、経路切替調整弁２６の調整の前にその時のエンジン運転状態における全排気ガス流量が上述した図１６のマップ上でＬＦm＝ＬＦnとなるフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの二つの値のうちの大きい方の値以上であることを確認する必要がある。
【０１０３】
このような制御を行うために、図１３及び図１４に示された制御ルーチンにおいて以下のような内容の制御ステップＳ１をステップ２２８及びステップ２３４の後にそれぞれ追加してもよい。すなわち、制御ステップＳ１では、まず図１６のマップ上でＬＦm＝ＬＦnとなるフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの二つの値を求める。次いで、その大きい方の値とその時のエンジン運転状態における全排気ガス流量とを比較する。ここで全排気ガス流量がＬＦm＝ＬＦnとなるフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの大きい方の値以上である場合には、ステップ２０８に進むようにし、そこで経路切替調整弁２６が第１の位置に調整され、図１６のマップ上において状態を表す点が曲線ＬＦmの右上がりの部分またはその下側の領域の安全域IIまで移動させられるようにする。
【０１０４】
一方、全排気ガス流量がＬＦm＝ＬＦnとなるフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの大きい方の値未満である場合には、ステップ２２０（ステップ２２８の後のステップＳ１である場合）またはステップ２３６（ステップ２３４の後のステップＳ１である場合）に進むようにする。各ステップ２２０、２３６では、これらのステップ２２０、２３６に関する上述の説明のように、ＬＦm＝ＬＦnとなるフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの小さい方の値を目標排気ガス流量として経路切替調整弁２６が調整され、図１６上において状態を表す点が曲線ＬＦmの右下がりの部分へ移動させられることになる。
【０１０５】
このような制御を実施することにより、エンジン運転状態によって全排気ガス流量が十分に多い場合を捉えてフィルタ１５により多くの排気ガスを流通させることが可能となる。
次に、フィルタ１５の推定残存還元剤量に基づいてフィルタ１５を流通する排気ガスの流量を調整することによってフィルタ１５の過加熱を防止する別の方法について説明する。
【０１０６】
この方法は排気ガス浄化装置３０の構成で実施可能である。以下、この方法について図１３及び図１７を参照しつつ詳細に説明する。
図１３及び図１７を組合せて得られる制御ルーチンは、排気ガス浄化装置３０においてフィルタ１５に対して浄化制御を行う場合の別の制御ルーチンを構成し、これまでに説明された他の制御ルーチンと同様、通常の浄化制御にフィルタ１５の過加熱を防止しながら通常状態へ移行するための移行制御が追加されている。また、ここでの浄化制御にはフィルタ流通排気ガス流量を低下させて還元剤を添加することを含んでいる各種の浄化制御、もしくは同時または連続して行える場合にはこれらの組合せ等を含んでいること、及びこの制御ルーチンがＥＣＵ８によって一定時間毎の割り込みによって実行されること等はこれまでに説明された他の制御ルーチンの場合と同様である。
【０１０７】
図１３及び図１７を組合せて得られる制御ルーチンに示されたこの方法は、先の図１３及び図１４を組合せて得られる制御ルーチンを参照して説明された方法をより単純化にしたものであり、図１３に示された制御ルーチンの部分については共通するのでその説明は省略する。
そしてこれら二つの方法の相異する部分は図１４と図１７に示された制御ルーチンの部分であるので、ここでは図１７に示された制御ルーチンの部分について説明する。すなわち、この方法では、図１３に示された制御ルーチンのステップ２１４においてＬＦm（Ｑn）＜ＬＦnであると判定されるとステップ３００に進み、経路切替調整弁２６が第４の位置、すなわち浄化制御中にフィルタ流通排気ガス流量Ｑpを減少させるために経路切替調整弁２６が位置せしめられる位置に制御される。
【０１０８】
上述したようにステップ２１４でＬＦm（Ｑn）＜ＬＦnである場合というのは、その時の状態が危険域Ｉにあることを示しているので、フィルタ１５の熱劣化もしくは溶損が起こらないようにフィルタ流通排気ガス流量Ｑpの何らかの調整が必要となるのであるが、この方法では一度経路切替調整弁２６を第１の位置に制御し（ステップ２０８）、その状態で危険域Ｉにあると判断されると、経路切替調整弁２６を残存ＨＣ量ＬＦnの値に応じて微調整することなく、第４の位置に戻す制御（ステップ３００）を行う。こうすることによって、フィルタ流通排気ガス流量Ｑpは相当に少なくなるので図１６のマップ上において状態を表す点は、危険域Ｉから安全域IIへ移動することになり、フィルタ１５の熱劣化もしくは溶損が防止される。
【０１０９】
次いでステップ３０２において予め定められた待ち時間が経過したか否かが判定される。この予め定められた待ち時間は、例えば、ステップ２０８において一度経路切替調整弁２６を第１の位置に制御したことによって上昇したフィルタ１５の温度が、その後予め定められた所定の温度Ｔ１以下にまで低下した時に経過したものとすることができる。ここでフィルタ１５の温度は、温度センサをフィルタ１５の下流側に設けて排気ガス温度から推定するようにしてもよく、あるいは、温度センサをフィルタ１５に直接設けて推定するようにしてもよい。
【０１１０】
ステップ３０２において予め定められた待ち時間が経過していないと判定された場合にはステップ３００に戻り、経路切替調整弁２６の位置が第４の位置に維持される。一方、ステップ３０２において予め定められた待ち時間が経過したと判定された場合には、図１３に示された制御ルーチンのステップ２０６に戻って操作カウンタｎが１だけインクリメントされた後、ステップ２０８において経路切替調整弁２６の位置が第１の位置に再度調整され、その後の制御が続けられる。このことから明らかなように、この後のステップ２１４において再度ＬＦm（Ｑn）＜ＬＦnであると判定された場合には、再びステップ３００に進み、再度経路切替調整弁２６の位置が第４の位置に戻されるという制御が繰り返される。
【０１１１】
図１８は、図１３及び図１７を組合せて得られる制御ルーチンで示される方法を実行した場合のフィルタ温度Ｔｐ、フィルタ下流側排気ガス温度Ｔｇ及び排気ガス中ＨＣ濃度Ｃの経時変化の一例であって、ステップ２０２以降に対応する部分を示している。より詳細には、図１８に示されている例は、図１３及び図１７を組合せて得られる制御ルーチンにおいて、制御が以下で説明するように実行された場合の上記の各温度Ｔｐ、Ｔｇ及びＨＣ濃度Ｃの経時変化である。
【０１１２】
すなわち、図１３及び図１７を組合せて得られる制御ルーチンにおいては、経路切替調整弁２６は浄化制御の完了後、一度第１の位置に制御される（ステップ２０８）のであるが、図１８に示された例は、ここで推定される排気ガス中ＨＣ濃度Ｃが相当に高いため残存ＨＣ量が多く、そのフィルタ流通排気ガス流量Ｑpとの関係においてその時の状態が危険域Ｉにあると判断された（ステップ２１４）場合である。この場合、経路切替調整弁２６が第４の位置に戻される（ステップ３００）。そしてこの例ではその後、フィルタ１５の温度が所定の温度Ｔ１以下まで低下したことにより予め定められた待ち時間が経過したとされて（ステップ３０２）再び経路切替調整弁２６が第１の位置に制御されている（ステップ２０８）。そして、ここで推定された排気ガス中ＨＣ濃度Ｃが今度はそれ程高くないことから残存ＨＣ量は少なくそのフィルタ流通排気ガス流量Ｑpとの関係において安全域IIにあると判断されて（ステップ２１４）、経路切替調整弁２６が第１の位置に維持され、その後通常状態へ移行していっている。
【０１１３】
以上のように、図１３及び図１７を参照して説明した上記方法によれば、図１３及び図１４を参照して説明した排気ガス流量の微調整を伴う方法に比べ、残存された還元剤の反応によるフィルタ１５の過加熱を防止するために行う経路切替調整弁２６の制御を単純化することができる。
なお、排気ガス浄化装置３０を用いた場合の上記各方法の説明においては、ＨＣセンサ３６が第２の部分環状通路２２ｂに設けられている関係から、経路切替調整弁２６の位置は第１の位置と第３の位置（より詳細には第４の位置）との間で制御されてフィルタ流通排気ガス流量Ｑpが調整されたが、ＨＣセンサ３６が第１の部分環状通路２２ａに設けられていれば、経路切替調整弁２６の位置は第２の位置と第３の位置（より詳細には第４の位置と対称となる第２の位置側の位置）との間で制御されてフィルタ流通排気ガス流量Ｑpが調整されてもよい。
【０１１４】
この場合、還元剤の添加を伴う浄化制御中にフィルタ１５を流通する排気ガスの方向と、浄化制御が完了した後で通常状態に戻るべく行われる上記移行制御中にフィルタ１５を流通する排気ガスの方向とが逆になる。このため、この場合についての図１５及び図１６に示される各マップに相当するマップとしては、上述したフィルタ流通排気ガスの方向が上記両制御中で同じ場合とは異なるものを用意する必要がある。
【０１１５】
これは、フィルタ１５に残存するＨＣ量は、フィルタ１５のうちの浄化制御中（還元剤添加時）の流れの上流側部分、すなわち、図９から図１２に示された排気ガス浄化装置３０においてはＳ１側部分に多いため、浄化制御が完了した後で通常状態に戻る時に浄化制御中と逆方向に排気ガスを流した場合には同じ方向に排気ガスを流した場合に比べ、推定されるＨＣ濃度は上昇するけれども熱劣化もしくは溶損の危険性は減少するからである。
【０１１６】
なお、本明細書において排気ガス浄化装置３０を用い、図１３及び図１４を組合せて得られる制御ルーチン、並びに図１３及び図１７を組合せて得られる制御ルーチンをそれぞれ参照して説明した各方法については、上述の各方法の説明からも明らかなように、一部の方法を除き、排気ガス浄化装置３０のようなフィルタ１５を流通する排気ガスの方向を反転可能な構成でなくともフィルタ１５を流通する排気ガスの流量を調整可能であれば実施可能である。したがって、本発明は上記説明で示された構成に限定されるものではなく、例えば、図１９及び図２０に示した構成の排気ガス浄化装置４０、５０等も含まれ得る。
【０１１７】
図１９に示した排気ガス浄化装置４０の構成は、ＮＯｘ吸収剤１２を担持したフィルタ１４（すなわちフィルタ１５）を備えた基幹通路４１と、フィルタ１５の上流側において基幹通路４１から分岐しフィルタ１５の下流側で基幹通路４１に合流するバイパス通路４２とを備えている。基幹通路４１のフィルタ１５の上流側には還元剤を基幹通路４１内に添加するための還元剤添加ノズル３４が設けられている一方、基幹通路４１のフィルタ１５の下流側には排気ガス中の還元剤濃度を推定する還元剤濃度推定手段として、ＨＣ濃度を推定するＨＣセンサ３６が設けられている。
【０１１８】
そして、基幹通路４１とバイパス通路４２とのフィルタ１５の下流側の合流部分には、駆動部２８によって駆動される排気ガス流量調整弁４３が設けられ、必要に応じて基幹通路４１とバイパス通路４２のそれぞれを流れる排気ガスの流量を調整することができる。排気ガス流量調整弁４３は通常状態においては、図１９に実線で示された位置にあり、ほぼ全ての排気ガスがフィルタ１５を通過するようにされている。
【０１１９】
一方、図２０に示した排気ガス浄化装置５０の構成は、上流側の基幹通路４４と、分岐した後に合流する二つの分岐通路４５、４５´と、下流側の基幹通路４６とを備えている。第１及び第２の分岐通路４５、４５´には、それぞれ、ＮＯｘ吸収剤１２、１２´が担持されたフィルタ、すなわち第１及び第２のフィルタ１４、１４´（第１及び第２のフィルタ１５、１５´）が配置されている。
【０１２０】
また、各分岐通路４５、４５´の各フィルタ１５、１５´の上流側には還元剤を各分岐通路４５、４５´内に添加するための還元剤添加ノズル３４、３４´が設けられている一方、各分岐通路４５、４５´の各フィルタ１５、１５´の下流側には排気ガス中の還元剤濃度を推定する還元剤濃度推定手段として、ＨＣ濃度を推定するＨＣセンサ３６、３６´が設けられている。
【０１２１】
そして、各フィルタ１５、１５´の下流側の二つの分岐通路４５、４５´の合流部分には、駆動部２８によって駆動される排気ガス流量調整弁４３が設けられ、必要に応じて両分岐通路４５、４５´を流れる排気ガスの流量割合を制御することができる。排気ガス流量調整弁４３は通常状態においては図２０に図示されたような中間位置にあり、第１の分岐通路４５を流れる排気ガスの流量と第２の分岐通路４５´を流れる排気ガスの流量とがほぼ同じになるようにされている。
【０１２２】
排気ガス浄化装置３０を用い、図１３及び図１４を組合せて得られる制御ルーチン、並びに図１３及び図１７を組合せて得られる制御ルーチンをそれぞれ参照して説明した各方法をこれらの排気ガス浄化装置４０、５０を用いて実施する方法については、上述の各方法の説明並びに各排気ガス浄化装置３０、４０、５０の各構成要素の対応関係等から概ね明らかであると思われるのでその説明は省略する。なお、排気ガス浄化装置５０については浄化制御が必要となるフィルタ１５、１５´が二つあるが、上述の各方法を実施する際にはフィルタ１５、１５´を流通する排気ガスの流量を必要に応じて調整することが求められることから、排気ガス浄化装置５０について上述の各方法を実施する場合には片方のフィルタ１５または１５´毎に実施する必要がある。
【０１２３】
なお、上述の各排気ガス浄化装置３０、４０、５０の構成においては、排気ガス中の還元剤濃度を推定する還元剤濃度推定手段として、ＨＣ濃度を推定するＨＣセンサ３６、３６´が使用されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばＣＯセンサ等の他の還元剤センサを用いてもよい。
あるいは、上述の各排気ガス浄化装置３０、４０、５０の構成においてＨＣセンサ３６、３６´（還元剤センサ）を備えず、フィルタ１５、１５´に残存するＨＣ量（還元剤量）を上記浄化制御の継続時間または上記浄化制御中に添加された還元剤量等に基づいて推定し、得られた推定残存ＨＣ量（推定残存還元剤量）に基づいて上記浄化制御完了後の通常状態への移行制御中におけるフィルタ流通排気ガス流量を制御するようにしてもよい。
【０１２４】
更に、フィルタ１５、１５´に直接温度センサを設ける、もしくはＨＣセンサ３６、３６´（還元剤濃度推定手段）の代わりに温度センサを設けて排気ガス温度からフィルタ１５、１５´の温度を推定する等、何らかの温度推定手段によってフィルタ１５、１５´の温度を推定し、この推定温度を用いたフィードバック制御によりフィルタ１５、１５´の温度が過加熱を生じる温度を超えないようにフィルタ流通排気ガス流量を各流量制御手段２６、４３によって調整するようにしてもよい。
【０１２５】
なお、上述の各排気ガス浄化装置２０、３０、４０、５０の構成においては、還元剤添加手段として、フィルタ１５、１５´の上流側において排気ガス通路内に還元剤を添加する還元剤添加ノズル３４、３４´を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、還元剤の添加の結果としてフィルタ１５、１５´に還元剤が残存する可能性のある手段であれば、他の手段によって還元剤が添加される場合も含まれる。
【０１２６】
また、上述の説明においては、フィルタ流通排気ガス流量の制御について、主にフィルタ１５、１５´の過加熱を防止する点に着目して説明したが、図８に示された制御ルーチンによる方法の説明で述べたように、フィルタ流通排気ガス流量の制御によってフィルタ１５、１５´に残存した還元剤が一気に下流側に排出されることを防止し、エミッションの悪化を抑制することもできる。これは上述の各排気ガス浄化装置２０、３０、４０、５０の構成において可能であるが、特に、排気ガス浄化装置３０の構成を例にとれば、上述したような浄化制御が完了して通常状態に戻るべくフィルタ１５を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記ＨＣセンサ３６により検出されるＨＣ濃度が予め定めた値以下となるように経路切替調整弁２６によってフィルタ流通排気ガス流量を制御するようにすればよい。これにより、残存還元剤が徐々に吐き出されることになり、下流側に設置された酸化触媒３２における還元剤の浄化率が向上する。
【０１２７】
更に、上述の説明においては、排気ガス浄化手段としてフィルタ１５、１５´を例にとり、そのフィルタ１５、１５´を流通する排気ガス流量を低下させてその上流側において還元剤を添加する制御の例として、フィルタ１５、１５´に対する浄化制御を挙げて説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を低下させてその排気ガス浄化手段の上流側において還元剤を添加する制御であれば、他の排気ガス浄化手段に対する他の制御についても適用され得る。
【０１２８】
なお、上述の各排気ガス浄化装置２０、３０、４０、５０の構成においては、ＮＯｘ吸収剤１２をフィルタ１４内の排気ガス通路壁面に担持させているが、ＮＯｘ吸収剤１２とフィルタ１４とは別個に独立させてもよい。
【０１２９】
【発明の効果】
１番目の発明によれば、排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を低下させて上記排気ガス浄化手段の上流側において還元剤を添加する予め定められた制御が実施される場合において、その予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させる時に生ずる恐れのある残存還元剤の反応による排気ガス浄化手段の過加熱が防止される。
【０１３０】
特に、１番目の発明によれば、流通方向の反転という比較的単純な流量調整によって上記排気ガス浄化手段の過加熱が防止される。
２番目の発明によれば、上記排気ガス浄化手段に残存していた還元剤が一度に吐き出されることが防止される。
３番目の発明によれば、残存された還元剤の反応による上記排気ガス浄化手段の過加熱が確実に防止されると共に、過加熱を防止しながらできるだけ多くの排気ガスが上記排気ガス浄化手段を流通するようにすることができる。
４番目の発明によれば、上記排気ガス浄化手段に残存していた還元剤が一度に吐き出されることが防止される。
【０１３１】
５番目及び６番目の発明によれば、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量とその流量での上記排気ガス浄化手段の下流側における排気ガス中の還元剤濃度またはＨＣ濃度とに基づいて、上記排気ガス浄化手段に残存している還元剤またはＨＣの量を推定することができる。
７番目の発明によれば、残存された還元剤の反応による上記排気ガス浄化手段の過加熱を防止するために行う上記排気ガス流量調整手段の制御を単純化することができる。
【０１３２】
８番目の発明によれば、７番目の発明と同様の効果に加え、上記の予め定められた待ち時間を適切に設定することで、効率的且つ確実に上記排気ガス浄化手段の過加熱を防止しながら通常状態に移行することが可能となる。
９番目の発明によれば、上記の予め定められた温度を適切に設定することで上記排気ガス浄化手段の過加熱をより確実に防止しながら通常状態に移行することが可能となる。
【０１３３】
１０番目の発明によれば、必要な上記排気ガス流量調整手段の制御をより単純化することができる。
１１番目の発明によれば、上記排気ガス浄化手段の各種の浄化制御（ＮＯｘの放出還元、硫黄被毒再生、捕集排気微粒子の燃焼等）の完了後に通常状態に戻る際に発生する残存された還元剤の反応による上記排気ガス浄化手段の過加熱が防止される。
【０１３４】
１２番目の発明によれば、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し且つ還元浄化することができると共に、ＮＯｘ吸蔵剤についての上記のような過加熱が防止される。
１３番目の発明によれば、排気ガス中の排気微粒子を除去することができると共に、排気ガス中の排気微粒子を除去する手段についての上記のような過加熱が防止される。
【０１３５】
また、１４番目の発明によって１番目の発明とほぼ同様の効果が得られる。更に、１５番目及び１６番目の発明によって３番目の発明とほぼ同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の排気ガス浄化装置をディーゼルエンジンに適用した場合を示す図である。
【図２】図２は、本発明の排気ガス浄化装置の外観を模式的に示した説明図であり、図２（ａ）及び図２（ｂ）がそれぞれ上面図及び側面図を示している。
【図３】図３は、図２に示された排気ガス浄化装置の断面を示した説明図であって、図３（ａ）及び図３（ｂ）がそれぞれ上方及び側方から見た場合の断面図を示しており、経路切替調整弁が第１の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している。
【図４】図４は、図２及び図３に示された排気ガス浄化装置に関し、経路切替調整弁が第２の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している図３（ａ）と同様の図である。
【図５】図５は、図２から図４に示された排気ガス浄化装置に関し、経路切替調整弁が第３の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している図３（ａ）及び図４と同様の図である。
【図６】図６は、ＮＯｘ吸収剤が担持されたフィルタ（ＮＯｘ吸収剤担持フィルタ）の拡大断面図である。
【図７】図７は、ＮＯｘの吸収放出及び還元浄化作用を説明するための図である。
【図８】図８は、図２から図５に示された排気ガス浄化装置においてフィルタに対して浄化制御を行う場合の制御ルーチンを示しており、通常の浄化制御に、フィルタの過加熱を防止しながら通常状態へ移行するための移行制御が追加されている。
【図９】図９は、本発明の別の排気ガス浄化装置の外観を模式的に示した説明図であり、図９（ａ）及び図９（ｂ）がそれぞれ上面図及び側面図を示している。
【図１０】図１０は、図９に示された排気ガス浄化装置の断面を示した説明図であって、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）がそれぞれ上方及び側方から見た場合の断面図を示しており、経路切替調整弁が第１の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している。
【図１１】図１１は、図９及び図１０に示された排気ガス浄化装置に関し、経路切替調整弁が第２の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している図１０（ａ）と同様の図である。
【図１２】図１２は、図９から図１１に示された排気ガス浄化装置に関し、経路切替調整弁が第３の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している図１０（ａ）及び図１１と同様の図である。
【図１３】図１３は、図９から図１２に示された排気ガス浄化装置においてフィルタに対して浄化制御を行う場合の制御ルーチンの一部分を示し、この部分は図１４または図１７に示された制御ルーチンの部分と組合されて各制御ルーチンの全体を構成する。
【図１４】図１４は、図９から図１２に示された排気ガス浄化装置においてフィルタに対して浄化制御を行う場合の制御ルーチンの一部分を示し、この部分は図１３に示された制御ルーチンの部分と組合されて１つの制御ルーチンを構成する。
【図１５】図１５は、フィルタ流通排気ガス流量と、フィルタから流出してくる排気ガス中のＨＣ濃度と、フィルタに残存しているＨＣ量との関係を示すマップである。
【図１６】図１６は、フィルタ流通排気ガス流量とフィルタに残存しているＨＣ量との関係において、フィルタが熱劣化もしくは溶損を引き起こす危険域Ｉと、それらを引き起こす危険性の無い安全域IIとを示すマップである。
【図１７】図１７は、図９から図１２に示された排気ガス浄化装置においてフィルタに対して浄化制御を行う場合の制御ルーチンの一部分を示し、この部分は図１３に示された制御ルーチンの部分と組合されて、図１３と図１４の制御ルーチンの部分が組合されて構成される制御ルーチンとは別の制御ルーチンを構成する。
【図１８】図１８は、図１３と図１７を組合せて得られる制御ルーチンで示される方法を実行した場合のフィルタ温度、フィルタ下流側排気ガス温度及び排気ガス中ＨＣ濃度の経時変化の一例であって、ステップ２０２以降に対応する部分を示している。
【図１９】図１９は、本発明の別の排気ガス浄化装置を示した説明図である。
【図２０】図２０は、本発明の更に別の排気ガス浄化装置を示した説明図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０、４０、５０…排気ガス浄化装置
２…機関（エンジン）本体
４…吸気通路
６…排気ガス通路
８…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１２、１２´…ＮＯｘ吸収剤
１４、１４´…フィルタ（パティキュレートフィルタ）
１５、１５´…ＮＯｘ吸収剤担持フィルタ
１８…基幹通路
２２…環状通路
２４…経路変更部
２６…経路切替調整弁
２８…駆動部
３２…酸化触媒
３４、３４´…還元剤噴射ノズル
３６、３６´…ＨＣセンサ
４３…排気ガス流量調整弁
Claims (16)
- 排気ガス通路に配置された排気ガス浄化手段と、
該排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を調整できる排気ガス流量調整手段と、
上記排気ガス浄化手段の上流側において還元剤を添加する還元剤添加手段とを備え、
必要に応じて、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を低下させて上記排気ガス浄化手段の上流側において還元剤を添加する予め定められた制御が実施される排気ガス浄化装置であって、
上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記排気ガス浄化手段に残存している還元剤の反応によって上記排気ガス浄化手段が過加熱されないように上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される、排気ガス浄化装置において、
更に、上記排気ガス流量調整手段が上記排気ガス浄化手段における排気ガスの流通方向を反転でき、
上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、排気ガスが上記排気ガス浄化手段を流通する方向を上記予め定められた制御中とは反転して上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される、排気ガス浄化装置。 - 上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される場合において、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量が徐々に変化せしめられる、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
- 排気ガス通路に配置された排気ガス浄化手段と、
該排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を調整できる排気ガス流量調整手段と、
上記排気ガス浄化手段の上流側において還元剤を添加する還元剤添加手段とを備え、
必要に応じて、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を低下させて上記排気ガス浄化手段の上流側において還元剤を添加する予め定められた制御が実施される排気ガス浄化装置であって、
上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記排気ガス浄化手段に残存している還元剤の反応によって上記排気ガス浄化手段が過加熱されないように上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される、排気ガス浄化装置において、
更に、上記排気ガス浄化手段に残存している還元剤の量を推定する残存還元剤量推定手段を有していて、
上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記残存還元剤量推定手段によって推定された残存還元剤量に基づいて上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される、排気ガス浄化装置。 - 上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される場合において、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量が徐々に変化せしめられる、請求項３に記載の排気ガス浄化装置。
- 上記残存還元剤量推定手段が、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を推定する流量推定手段と、上記排気ガス浄化手段の下流側における排気ガス中の還元剤濃度を推定する還元剤濃度推定手段とを含む、請求項３または４に記載の排気ガス浄化装置。
- 上記還元剤濃度推定手段は、ＨＣ濃度を推定するＨＣセンサを含む、請求項５に記載の排気ガス浄化装置。
- 上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記排気ガス流量調整手段を制御して上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を増加させることにより上記残存還元剤量が上記残存還元剤量推定手段によって推定され、推定された上記残存還元剤量が予め定められた残存還元剤量を超えている場合には、上記排気ガス流量調整手段が上記予め定められた制御中の状態に戻されて、もしくは上記予め定められた制御中の状態とは上記排気ガス浄化手段における排気ガスの流通方向のみ異なるようにされた状態にされて上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される、請求項３から６の何れか一項に記載の排気ガス浄化装置。
- 上記排気ガス流量調整手段を制御して上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を増加させることにより上記残存還元剤量が上記残存還元剤量推定手段によって推定され、推定された上記残存還元剤量が予め定められた残存還元剤量を超えている場合には、上記排気ガス流量調整手段が上記予め定められた制御中の状態に戻されて、もしくは上記予め定められた制御中の状態とは上記排気ガス浄化手段における排気ガスの流通方向のみ異なるようにされた状態にされて上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される上記制御が、予め定められた待ち時間をおいて繰り返される、請求項７に記載の排気ガス浄化装置。
- 上記排気ガス浄化手段の温度が予め定められた温度以下に低下した時に上記の予め定められた待ち時間が経過したとする、請求項８に記載の排気ガス浄化装置。
- 上記排気ガス流量調整手段を制御して上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を増加させることにより上記残存還元剤量を上記残存還元剤量推定手段によって推定する場合において、上記排気ガス流量調整手段を通常状態における状態へと制御して上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を増加させることにより上記残存還元剤量が推定される、請求項７から９の何れか一項に記載の排気ガス浄化装置。
- 上記予め定められた制御が上記排気ガス浄化手段を浄化するための制御である請求項１から１０の何れか一項に記載の排気ガス浄化装置。
- 上記排気ガス浄化手段は、流入する排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸蔵し流入する排気ガスの空燃比が小さくなり、且つ還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵剤を含む、請求項１から１１の何れか一項に記載の排気ガス浄化装置。
- 上記排気ガス浄化手段は、排気ガス中の排気微粒子を除去する手段を含む、請求項１から１２の何れか一項に記載の排気ガス浄化装置。
- 排気ガス浄化手段を排気ガス通路に配置して行う排気ガス浄化方法であって、
必要に応じて、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を低下させて上記排気ガス浄化手段の上流側において還元剤を添加する予め定められた制御が実施され、
上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記排気ガス浄化手段に残存している還元剤の反応によって上記排気ガス浄化手段が過加熱されないように上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される、排気ガス浄化方法において、
上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、排気ガスが上記排気ガス浄化手段を流通する方向を上記予め定められた制御中とは反転して上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される、排気ガス浄化方法。 - 上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記排気ガス浄化手段に残存している還元剤の量が推定され、該推定残存還元剤量に基づいて上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される、請求項１４に記載の排気ガス浄化方法。
- 排気ガス浄化手段を排気ガス通路に配置して行う排気ガス浄化方法であって、
必要に応じて、上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を低下させて上記排気ガス浄化手段の上流側において還元剤を添加する予め定められた制御が実施され、
上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記排気ガス浄化手段に残存している還元剤の 反応によって上記排気ガス浄化手段が過加熱されないように上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される、排気ガス浄化方法において、
上記予め定められた制御が完了して通常状態に戻るべく上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガス流量を増加させるべき時には、上記排気ガス浄化手段に残存している還元剤の量が推定され、該推定残存還元剤量に基づいて上記排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量が調整される、排気ガス浄化方法。
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