JP4438578B2

JP4438578B2 - 排気ガス浄化装置

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Publication number: JP4438578B2
Application number: JP2004266623A
Authority: JP
Inventors: 孝之小野寺
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2004-09-14
Filing date: 2004-09-14
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2024-09-14
Also published as: JP2006083714A

Description

本発明は、内燃機関から排出される排気ガスの浄化装置に関し、特に排気通路の上流側から三元触媒及びＮＯｘ触媒を備えた排気ガス浄化装置に関するものである。

従来より、エンジン（内燃機関）から排出される排ガス成分を低減する技術として、理論空燃比近傍においてＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘの３つの成分を同時に浄化できるようにした三元触媒が実用化されている。
一方、理論空燃比よりもリーンな空燃比で運転を行うリーンバーンエンジンも実用化されているが、このようなリーンバーンエンジンにおいて、リーンな空燃比で運転を行うとＮＯｘが多く発生するため、三元触媒だけではＮＯｘを浄化しきれない。このため、酸化雰囲気下でＮＯｘを浄化できるようにした吸蔵型ＮＯｘ触媒（又は単にＮＯｘ触媒という）が開発されている。

このようなＮＯｘ吸蔵触媒では、酸化雰囲気（リーン）では排気中のＮＯｘが吸蔵（トラップ）され、酸素濃度が低下すると排ガス中の未燃ＨＣやＣＯが還元剤として作用し、吸蔵されたＮＯｘが無害なＮ₂へと還元されて大気へと排出される。
そして、このＮＯｘ吸蔵触媒を三元触媒の下流側に配設することで、三元触媒で浄化し切れなかったＮＯｘがＮＯｘ吸蔵触媒で吸蔵されＮＯｘの排出量を抑制できる。

ところで、リーンな空燃比での運転が続くとＮＯｘ吸蔵触媒はこれ以上ＮＯｘを吸蔵できない飽和状態となってＮＯｘ浄化効率が低下するため、一般にタイミングを見計らって空燃比を一時的に強制的にリッチにする制御（ＮＯｘパージ制御又はリッチスパイク制御という）を実行する必要がある。そして、このようなＮＯｘパージ制御により、排気中の酸素濃度を低下させてＮＯｘ吸蔵触媒から放出させ、これにより再びＮＯｘを吸蔵しうる状態にＮＯｘ吸蔵触媒を再生するのである。

しかしながら、上述のように排気通路の上流側に三元触媒が配設されていると、ＮＯｘパージ時に還元剤として機能するＨＣやＣＯが三元触媒で浄化されてしまうため、ＮＯｘ吸蔵触媒に効率よく還元剤を供給することができない。
そこで、例えば三元触媒をバイパスするバイパス通路を設けるとともに、排気通路のメイン通路とバイパス通路との分岐部に切換弁を設け、ＮＯｘパージ時に三元触媒をバイパスさせるようにした技術が知られている。
特許第２００５０５５１号公報

ところで、冷態始動時にエンジンから排出されるＴＨＣ（ＴｏｔａｌＨＣ）は、エンジンの各モード運転により生じるＴＨＣ総排出量に対してかなりの割合を占めており、ＴＨＣ低減のためには冷態始動時の対策が重要であることが知られている。このため、排気通路を遮断する遮断弁を設け、冷態始動時に遮断弁を駆動して排気流量を制限することで排圧を上昇させ、排気ポートから燃焼室へ排ガスを逆流させて再燃焼させたり、或いは排気管で排ガス中の未燃燃料成分と酸素（Ｏ₂）との反応を促進したりする現象を生起させて、ＴＨＣ排出量の低減が図られている。

しかしながら、上述したようなＮＯｘパージ時にバイパス通路に切り換える切換弁と、冷態始動時に排気通路を遮断する遮断弁との２つの弁を排気通路に設けると構造が複雑となるという課題があるほか、２つの弁の切り換え制御ロジックも複雑となるという課題がある。また、排気通路に２つも弁を設けるとこれらの弁が流路抵抗となり排気効率が低下するという課題がある。

本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、簡素な構成でＮＯｘパージ時に三元触媒をバイパスさせるとともに、冷態始動時のＨＣ排出量を低減できるようにした、排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。

本発明の排気ガス浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、該ＮＯｘ触媒の上流であって該排気通路の主通路に配設された三元触媒と、該三元触媒をバイパスして該三元触媒の上流と該ＮＯｘ触媒の上流とを接続するバイパス通路と、該主通路と該バイパス通路とへの排気ガスの流入状態を切り換える切換弁と、該切換弁の作動を制御する制御手段とを有し、該制御手段は、該内燃機関の冷態始動時には該主通路及び該バイパス通路を遮断して該排気通路内の排気ガスの圧力を上昇させるとともに、該ＮＯｘ触媒のＮＯｘパージ時には該主通路を遮断して該バイパス通路に排気ガスを流入させるように切換弁を制御され、該切換弁は、互いに略直交する２つの壁部と該２つの壁部の交差部に設けられた回動中心軸とを備えるとともに、該回動中心軸が排気ガスの流れ方向に対して直交するように配設され、該冷態始動時には該２つの壁部により該主通路及び該バイパス通路が遮断される第１のモードと、該冷態始動時以外であって且つ該ＮＯｘパージ時以外の通常運転時には、該回動中心軸回りに該切換弁を回転させることにより、該主通路が開放されるとともに一方の壁部により該バイパスが遮断される第２のモードと、該ＮＯｘパージ時には、該回動中心軸回りに該切換弁を回転させることにより、該バイパス通路が開放されるとともに他方の壁部により該主通路が遮断される第３のモードとを備えていることを特徴としている（請求項１）。

請求項１に係る本発明の排気ガス浄化装置によれば、冷態始動時には主通路及びバイパス通路を遮断して排気通路内の排気ガスの圧力を上昇させることでＨＣの排出量を抑制でき、また、ＮＯｘパージ時には主通路を遮断してバイパス通路に排気ガスを流入させることで、排気ガス中の還元成分を三元触媒に通さずに直接ＮＯｘ触媒に供給でき、ＮＯｘ浄化効率が向上する。また、本発明によれば、上述したような冷態始動時における主通路及びバイパス通路の遮断と、ＮＯｘパージ時における主通路の遮断及びバイパス通路の開放とを１つの切換弁で実現することができる。

さらに、簡素な構成で冷態始動時の第１のモードと通常運転時の第２のモードとＮＯｘパージ時の第３のモードとの３つのモードを切り換えることができる。

以下、図面により、本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置について説明すると、図１〜図４はいずれもその構成及び作用について説明する図である。
まず、本発明が適用される内燃機関（以下、エンジンともいう）について説明すると、本エンジン２は、リーン空燃比で運転しうる希薄燃焼内燃機関（リーンバーンエンジン）として構成されている。

また、エンジン２の排気ポート（図示省略）には排気マニホールド４の一端が接続されるとともに、排気マニホールド４の他端には排気管６が接続されており、また、排気管６にはその下流側において図示しないマフラーが接続されている。そして、これら排気マニホールド４及び排気管６により排気通路８が構成されている。
また、排気管６の比較的エンジン２に近接した位置、即ち、排気管６の比較的上流側には三元触媒（上流側三元触媒又は第１の三元触媒）１０が設けられるとともに、この三元触媒１０よりも下流側には、排気浄化触媒装置１６が設けられている。

ここで、排気浄化触媒装置１６は、吸蔵型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ触媒）１２と、三元触媒（下流側三元触媒又は第２の三元触媒）１４とを備えて構成されており、上流側からこの順に配設されている。また、吸蔵型ＮＯｘ触媒１２は希薄燃焼（リーンバーン）時に発生するＮＯｘを吸蔵して排ガスを浄化するものであって、三元触媒１０，１４は排気空燃比が理論空燃比近傍のときに排気ガス中の有害物質（ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ）を浄化する機能を有している。

特に下流側の三元触媒１４は、吸蔵型ＮＯｘ触媒１２から吸蔵されたＮＯｘが放出された際に、吸蔵型ＮＯｘ触媒１２自身で還元しきれなかったＮＯｘを還元する役目も有している。
この吸蔵型ＮＯｘ触媒１２は、上述したように酸化雰囲気（リーン空燃比）においてＮＯｘを一旦吸蔵する機能（ＮＯｘ低減機能）以外にも、主としてＨＣ，ＣＯ（還元剤として機能する）の存在する還元雰囲気中（リッチ空燃比）においてＮＯｘを放出してＮＯｘをＮ₂（窒素）等に還元させる還元機能を有している。なお、詳しくは、吸蔵型ＮＯｘ触媒１２は、貴金属として白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）等を有した触媒として構成されており、吸蔵材としてはバリウム（Ｂａ）等のアルカリ金属、アルカリ土類金属が採用されている。

ところで、図１に示すように、排気通路８は、三元触媒１０が配設されたメイン通路（主通路）３０と、三元触媒１０をバイパスするバイパス通路３２とを備えている。すなわち、排気通路８は、上流側三元触媒１０の配設位置よりも上流側において２つの通路３０，３２に分岐して形成されており、これらの通路３０，３２は三元触媒１０の下流側であって且つＮＯｘ触媒１２の上流側で合流している。

また、このメイン通路３０とバイパス通路３２との分岐部において図示するような切換弁３４が設けられている。この切換弁３４は、図示するように略Ｌ字形状の弁であって、後述するＥＣＵ（制御手段）２０からの制御信号に基づきその作動状態が切り換え制御されるようになっている。また、図示するように、この切換弁３４の上流側とメイン通路３０との間には切換弁３４をバイパスして排気ガスをメイン通路３０に逃がす第２のバイパス通路３６が設けられ、また、この第２のバイパス通路３６上には排気が設定圧以上となると開くリリーフ弁（調圧弁）３８が介装されている。

また、上述した切換弁３４の作動を制御するために、入出力装置，記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等），中央処理装置（ＣＰＵ），タイマカウンタ等を有する制御手段としてのＥＣＵ（電子コントロールユニット）２０が設けられており、このＥＣＵ２０によりエンジン２を含めた本実施形態の排気浄化装置の総合的な制御が行われる。
また、ＥＣＵ２０の入力側には、各種センサ類が接続されており、これらセンサ類からの検出情報が入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２０の出力側には、切換弁３４以外にも図示しない点火プラグや燃料噴射弁等が接続されており、各種センサ類からの検出情報に基づき演算された制御信号が、これら切換弁３４，点火コイル及び燃料噴射弁等にそれぞれ出力されるようになっている。

具体的には、ＥＣＵ２０には、キースイッチ４０やエンジン２の水温を検出する水温センサ（水温検出手段）４２が接続されており、キースイッチ４０からの情報に基づいてエンジンの運転状態が判定されるようになっている。
また、ＥＣＵ２０では、図示しないアクセル開度センサからのアクセル開度情報ＡＰＳと図示しないエンジン回転数センサからのエンジン回転速度情報Ｎｅとに基づいてエンジン負荷に対応する目標筒内圧、即ち、目標平均有効圧Ｐｅを求め、更に、この目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度情報Ｎｅとに応じて図示しないマップから燃料噴射モードを設定する機能（運転モード設定手段）２２をそなえている。

そして、運転モード設定手段２２により、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転速度Ｎｅとに応じて、空燃比を極めてリーンにして運転するリーン燃焼運転モード（単に、リーン運転モードともいう）や、空燃比を理論空燃比（ストイキ）にして運転するストイキ燃焼運転モード（ストイキモード）や、空燃比をリッチにして運転するリッチ燃焼運転モード（リッチ運転モード）のいずれかを設定するようになっている。

また、キースイッチ４０及び水温センサ４２からの情報に基づいてエンジン２が冷態始動時であるか温態始動時であるかを判定する機能（冷態始動判定手段）２９を有しており、この冷態始動判定手段２９によりエンジン２の冷態始動が判定されると、図示しない燃料噴射弁に対して２段燃焼を指示するとともに、切換弁３４に作動制御信号を出力して排気通路８を遮蔽するようになっている。なお、切換弁３４の作用については後で詳述する。

ここで、２段燃焼とは、冷態始動時において排気ガスを昇温させることを目的とするものであって、エンジン２の膨張行程時において燃料を追加噴射するモードである。そして、このように膨張行程時において燃料を追加噴射することにより膨張行程から排気行程にかけて追加された燃料が燃焼し、このときの高温の排気ガスが排気ポートに排出されることにより排気系の早期の昇温を図ることができる。

ところで、吸蔵型ＮＯｘ触媒１２では、リーンモードにおけるリーン燃焼運転時のような酸素濃度過剰雰囲気で、排気中のＮＯｘが硝酸塩として吸蔵されて排気の浄化が行われる。一方、酸素濃度が低下した雰囲気では、吸蔵型ＮＯｘ触媒１２に吸蔵された硝酸塩と排気中のＨＣ，ＣＯとが反応して炭酸塩が生成されると共にＮＯｘが放出され、Ｎ₂等の無害な物質に還元される。

また、吸蔵型ＮＯｘ触媒１２へのＮＯｘの吸蔵が進んでＮＯｘ飽和状態になると、ＮＯｘの吸蔵ができなくなるため、飽和状態に近づいたら、排気空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比として（これをリッチスパイクという）、吸蔵型ＮＯｘ触媒１２雰囲気を酸素濃度の低下した状態とし、吸蔵型ＮＯｘ触媒１２に吸蔵したＮＯｘを放出する制御（ＮＯｘパージ制御、或いはＮＯｘ放出制御）を行なうようになっている。

このため、ＥＣＵ２０には、ＮＯｘパージ制御を行なう機能（ＮＯｘパージ制御手段）２４が設けられている。また、ＮＯｘパージ制御手段２４では、ＮＯｘパージが必要か否かを判定するために、吸蔵型ＮＯｘ触媒１２のＮＯｘ吸蔵状態が飽和状態領域（飽和状態の所定比率まで達した領域）に達したか否かを判定する機能（ＮＯｘパージ開始判定手段又はＮＯｘ吸蔵状態判定手段）２６と、ＮＯｘパージ制御開始後にＮＯｘパージ制御の終了を判定する機能（ＮＯｘパージ終了判定手段）２８とが設けられている。

そして、ＮＯｘパージ制御手段２４では、ＮＯｘパージ開始判定手段２６でＮＯｘ吸蔵状態が飽和状態領域に達したと判定されると、ＮＯｘパージが必要であると判定し、運転モード設定手段２２で運転モードとしてリッチスパイクモードを選択させるようになっている。また、ＮＯｘパージ終了判定手段２６により、ＮＯｘパージ制御の終了が判定されると、運転モード設定手段２２により負荷とエンジン回転数とに応じた運転モードに切り換えられるようになっている。

なお、ＮＯｘ吸蔵状態の判定手法及びＮＯｘパージ制御の終了判定手法については公知の種々の手法が適用可能であるが、本実施形態では、運転モード設定手段２２の設定によりリーンモードが設定されている際に、その継続時間をカウントして、継続時間が予め設定された所定時間ｔ１に達したら、吸蔵型ＮＯｘ触媒１２のＮＯｘ吸蔵状態が飽和状態領域に達したものと判定するようになっている。

つまり、リーンモードが継続して実施されると、その継続時間に応じてＮＯｘ吸蔵量が増加するので、リーンモードの継続時間からＮＯｘ吸蔵量を推定することができる。そこで、ＮＯｘパージ開始判定手段２６では、リーンモードの継続時間に基づいてＮＯｘ吸蔵状態を推定するとともに、ＮＯｘパージ制御を開始するべきタイミングと判定するようになっている。

また、ＮＯｘパージ終了判定手段２８では、ＮＯｘパージ制御が開始されてから所定時間ｔ２経過すると、ＮＯｘパージ制御の終了タイミングと判定するようになっている。
次に、排気通路のメイン通路３０とバイパス通路３２との分岐部に設けられた切換弁３４の作動態様について説明すると、この切換弁３４は、メイン通路３０及びバイパス通路３２をともに閉塞する（即ち、排気通路８を遮蔽する）第１のモード（図１参照）と、バイパス通路３２のみを閉塞しメイン通路３０を開放する第２のモード（図２参照）と、メイン通路３０のみを閉塞しバイパス通路３２を開放する第３のモード（図３参照）とを備えている。

このうち、第１のモードは上述したようにエンジン２の冷態始動が判定された時にのみ実行されるモードである。すなわち、ＥＣＵ２０の冷態始動判定手段２９によりエンジン２の冷態始動が判定されると、このＥＣＵ２０では切換弁３４に作動制御信号を出力して切換弁３４が第１のモードに切り換えられるようになっている。
そして、このように排気通路８を閉塞することで排気通路８内の排気圧力を上昇させて排ガス温度の上昇を図り、始動直後のＨＣの排出量が抑制されるようになっている。

また、上述した追加燃料噴射による２段燃焼との相乗効果により、更なる排ガス温度上昇の促進を図ることができる。なお、排気圧がリリーフ弁３６の設定圧よりも高くなるとリリーフ弁３６が開いて、第２のバイパス通路３６を介して排気ガスが下流側に排出されるようになっている。
また、第２のモードは、通常運転時（又は通常運転状態）に実行されるモードであって、ＥＣＵ２０によりエンジン２が通常運転状態であると判定されると、ＥＣＵ２０により切換弁３４が図２に示す第２のモードに切り換えられるようになっている。そして、このようなモードでエンジン２を運転することにより、エンジン２から排出される排ガスは、上流側の三元触媒１０，ＮＯｘ触媒１２及び下流側の三元触媒１４により浄化され、排ガス中の有害成分が浄化される。

すなわち、なお、通常運転状態とは、冷態始動時ではなく、且つＮＯｘパージ制御ではない運転状態をいう。
したがって、具体的には、冷態始動判定手段２９によりエンジン２が冷態始動時ではないと判定され、且つＮＯｘパージ制御手段２４によりＮＯｘパージ制御中ではないと判定されると、エンジン２は通常運転時であると判定され、第２のモードに切り換えられるようになっている。

また、第３のモードはＮＯｘパージ制御時に実行されるモードであって、このようなＮＯｘパージ時には、図３に示すように、切換弁３４が第３のモードに切り換えられるようになっている。つまり、ＥＣＵ２０のＮＯｘパージ制御手段２４によりＮＯｘパージ制御中であると判定されると、メイン通路３０が閉塞されるとともにバイパス通路３２が開放されるようになっている。

このようにＮＯｘパージ時に切換弁３４を第３のモードに切り換えるのは、主に以下の理由による。即ち、ＮＯｘパージ中に排ガスが三元触媒１０を通過すると、排ガス中の還元成分（ＨＣ，ＣＯ）が三元触媒１０で消費されてしまい、ＮＯｘ触媒１２に還元成分を十分に供給できなくなる。また、還元剤をＮＯｘ触媒１２に十分に供給しようとすると、燃費の悪化を招いてしまう。

そこで、ＮＯｘパージ時には、切換弁３４を図３に示す第３のモードに切り換えてバイパス通路３２を開放することにより、排ガスを直接ＮＯｘ触媒１２に導いて還元成分を効率よくＮＯｘ触媒１２に供給するようにしているのである。
ところで、本実施形態に係る切換弁３４は、図１〜図３に示すような側面視で略Ｌ字形状に形成された弁であって、このような形状の弁を用いることにより、メイン通路３０及びバイパス通路３２をともに閉塞する第１のモードと、バイパス通路３２のみを閉塞しメイン通路３０を開放する第２のモードと、メイン通路３０のみを閉塞しバイパス通路３２を開放する第３のモードとの３つの作動モードを１つの切換弁３４で実現することが可能となる。

つまり、図１に示すように、この切換弁３４では互いに略直交する２つの壁部３４ａ，３４ｂを備えて構成されており、これらの壁部３４ａ，３４ｂの交差部に回動中心軸３４ｃが設けられている。また、この回動中心軸３４ｃは、排気ガスの流れ方向に対して略直交するように設定されている。また、この回動中心軸３４ｃは図示しないステッパモータに接続されており、このステッパモータはＥＣＵ２０からの制御信号に基づいて作動するように構成されている。また、切換弁３４は、図１に示す状態（第１モード）から９０度毎の位相で回動するように構成されている。

そして、このような切換弁３４を用いることにより、切換弁３４を図１に示す状態から図中時計回りに１８０度の位相だけ回転させることで、第１のモードから第２のモードに切り換えることができ、また、さらに９０度だけ時計回りに回転させることで第３のモードに切り換えることができる。また、この第３モードから９０度だけ時計回りに回転させることで第１のモードに切り換えることができ、第３のモードから反時計回りに９０度回転させることにより第２のモードに切り換えることができる。

つまり、冷態始動時に切換弁３４を第１のモードに設定したのち、温態運転となると、切換弁３４を時計回りに１８０度回転させることで、メイン通路３０のみを開く第２のモード（図２参照）に切り換えることができる。一方、この状態からＮＯｘパージが開始されると、さらに切換弁３４を時計回りに９０度回転させることでバイパス通路３２を開きながらメイン通路３０を閉じて図２に示す第２モードから図３に示す第３のモードに切り換えることができる。また、ＮＯｘパージが終了すると、切換弁３４を反時計回りに９０度回転させることでバイパス通路３２を閉じながらメイン通路を開いて図３に示す第３のモードから図２に示す第２のモードに切り換えることができる。

また、第２のモードから第１のモードを経て第３のモードに切り換えたり、第３のモードから第１のモードを経て第２のモードに切り換えることも可能である。
なお、モードの切り換えの際、排気通路を閉塞する第１のモードを介在しないように制御することが好ましい。
本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置は上述のように構成されているので、図４のフローチャートを用いてその作用について説明すると以下のようになる。

まず、ステップＳ１において、キースイッチ４０からの情報に基づいてイグニッションＯＮ（エンジンスタート）か否かが判定され、イグニッションＯＮと判定されるとステップＳ２に進む。また、そうでなければリターンして、以降イグニッションＯＮが判定されるまでこのループを繰り返す。
ステップＳ２では、水温センサ４２の情報に基づいて冷態か温態かが判定され、冷態であればステップＳ３に進み、温態であればステップＳ５に進む。なお、ここでは、水温センサ４２で得られるエンジン水温が所定温度（例えば７０℃）未満であると、冷態であると判定される。

そして、ステップＳ３に進んだ場合には、排気通路８が全閉となるように、切換弁３４が第１のモードに切り換え制御される。つまり、ステップＳ３に進んだ場合には、エンジン２は冷態始動時又は冷態運転時であるので、排ガス中にＨＣが比較的多く含まれることが考えられるので、排気通路８を閉塞することで排ガス温度の上昇を図るとともに、ＨＣの排出量が抑制される。なお、このときには、エンジン２内において追加燃料噴射による２段燃焼も実行される。

次に、ステップＳ４で排気通路８を全閉にしてから所定時間経過したか否かが判定され、所定時間が経過するまでは排気通路８の全閉状態を保持する（つまり切換弁３４を第１のモードに保持する）。そして、所定時間が経過すると、ステップＳ５に進み、切換弁３４を第２のモードに切り換えて、排気通路８のメイン通路３０のみを開放する。
これにより、高温となった排ガスが三元触媒１０に供給されて、冷態始動直後であっても早期に三元触媒１０が活性化し、これにより冷態始動時におけるＨＣの排出量が大幅に低減される。

次に、ステップＳ６に進み、ＮＯｘパージ制御が開始されたか否かが判定される。そして、ＮＯｘパージ制御が開始されるまでは、ステップＳ５及びステップＳ６のルーチンを繰り返し、第２のモードが保持される。
一方、ＮＯｘパージ制御の開始が判定されると、ステップＳ７に進み、切換弁３４を第２のモードから第３のモードに切り換えて、排気通路８のメイン通路３０を閉塞するとともにバイパス通路３２を開放する。つまり、ＮＯｘパージ制御中には空燃比がリッチに設定され、排ガス中の還元成分としてのＨＣ，ＣＯの割合が高められているが、排ガスが上流側三元触媒１０に流入するとこの還元成分としてのＨＣが三元触媒１０で酸化されてしまう。そこで、切換弁３４を第３のモードに切り換えることで、エンジン２から排出される排ガスが上流側三元触媒１０をバイパスして直接ＮＯｘ触媒１２に流入するので、還元成分を効率よくＮＯｘ触媒１２に供給でき、ＮＯｘパージを効率よく実行することができる。

次に、ステップＳ８に進み、ＮＯｘパージが終了したか否かを判定する。なお、ここでは例えば予め設定された時間ｔ２を経過したか否かを判定し、ＮＯｘパージ制御開始から設定時間ｔ２を経過するとＮＯｘパージが終了したものと判定している。
そして、ＮＯｘパージが終了したと判定されるまでステップＳ７，ステップＳ８を繰り返し、ＮＯｘパージが終了すると、リターンする。

以上詳述したように、本発明の一実施形態に係る排気ガスの浄化装置によれば、冷態始動時における排気通路８の遮断（メイン通路３０及びバイパス通路３２の遮断）と、ＮＯｘパージ時におけるメイン通路３０の遮断及びバイパス通路３２の開放とを１つの切換弁３４で実現することができる。したがって、これらの機能を２つの弁で実現した場合に対して、構造が簡素化されるのでコストの低下及び軽量化を図ることができるほか、制御ロジックも簡素化できるという利点がある。

また、冷態始動時にはメイン通路３０及びバイパス通路３２を遮断して排気通路８内の排気ガスの圧力を上昇させることでＨＣの排出量を抑制でき、また、ＮＯｘパージ時にはメイン通路３０を遮断してバイパス通路３２に排気ガスを流入させることで、排気ガス中の還元成分を三元触媒１０に通さずに直接ＮＯｘ触媒１２に供給でき、ＮＯｘ浄化効率が向上する利点がある。

また、上述したような直交する壁部３４ａ，３４ｂを有する切換弁３４を用いることにより冷態始動時（第１のモード）、通常運転時（第２のモード）及びＮＯｘパージ時（第３のモード）を簡単に切り換えることができる利点がある。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態ではメイン通路３０とバイパス通路３２との分岐部に切換弁３４を設けた場合について説明したが、メイン通路３０とバイパス通路３２との下流側合流部に切換弁を設けても良い。この場合、冷態始動時の第１モードにて排気圧力を上昇させたとき、切換弁の上流に位置する三元触媒１０の早期活性化を行うことができ、一層排気ガスの浄化に有利となる。また、このときには追加燃料噴射による２段燃焼を実行すれば、三元触媒１０の早期活性化がより一層促進される。

また、上述の実施形態では、冷態始動時に切換弁３４を第１のモードにした後、所定時間経過すると第２モードに移行するように構成されているが（ステップＳ４参照）、排気通路内の圧力を検出して、この排気圧力に基づいて第２モードに移行するように構成してもよい。また、エンジンの運転状態を考慮して第２モードに移行するようにしても良い。例えばアクセルの踏み込みが検出された場合や走行レンジへの切り換えが検出された時点で第２モードに切り換えるように構成してもよい。

本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置の全体構成を示す模式図である。本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置の全体構成を示す模式図である。本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置の全体構成を示す模式図である。本発明の一実施形態に係る排気ガス浄化装置の作用について説明するフローチャートである。

符号の説明

２エンジン（内燃機関）
８排気通路
１０上流側三元触媒（三元触媒）
１２ＮＯｘ吸蔵触媒（ＮＯｘ触媒）
１４下流側三元触媒
２０ＥＣＵ（制御手段）
３０メイン通路（主通路）
３２バイパス通路
３４切換弁
３４ａ，３４ｂ壁部
３４ｃ回動中心軸

Claims

内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、
該ＮＯｘ触媒の上流であって該排気通路の主通路に配設された三元触媒と、
該三元触媒をバイパスして該三元触媒の上流と該ＮＯｘ触媒の上流とを接続するバイパス通路と、
該主通路と該バイパス通路とへの排気ガスの流入状態を切り換える切換弁と、
該切換弁の作動を制御する制御手段とを有し、
該制御手段は、
該内燃機関の冷態始動時には該主通路及び該バイパス通路を遮断して該排気通路内の排気ガスの圧力を上昇させるとともに、該ＮＯｘ触媒のＮＯｘパージ時には該主通路を遮断して該バイパス通路に排気ガスを流入させるように切換弁を制御し、
該切換弁は、
互いに略直交する２つの壁部と該２つの壁部の交差部に設けられた回動中心軸とを備えるとともに、該回動中心軸が排気ガスの流れ方向に対して直交するように配設され、
該冷態始動時には、該２つの壁部により該主通路及び該バイパス通路が遮断される第１のモードと、
該冷態始動時以外であって且つ該ＮＯｘパージ時以外の通常運転時には、該回動中心軸回りに該切換弁を回転させることにより、該主通路が開放されるとともに一方の壁部により該バイパスが遮断される第２のモードと、
該ＮＯｘパージ時には、該回動中心軸回りに該切換弁を回転させることにより、該バイパス通路が開放されるとともに他方の壁部により該主通路が遮断される第３のモードとを備えている
ことを特徴とする、排気ガス浄化装置。