JP3870819B2 - 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技術に関し、特に、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する手段を有する排気ガス浄化装置及び排気ガス中の窒素酸化物を除去する手段を用いた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おり、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を内燃機関の排気ガス通路に配置する方法が提案されている。
【０００３】
このように用いられる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。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吸蔵剤に還元剤（燃料）を供給する等して、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。
【０００４】
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。また、硫黄分等に関するＮＯｘ吸蔵剤からの「放出」という語についても、「吸収」に対応する「放出」の他、「吸着」に対応する「脱離」の意味も含むものとして用いる。
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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または脱離等（以下、単に「放出」という）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の還元浄化時より高い温度、すなわち硫黄分放出温度（例えば６００℃以上）に昇温すると共に流通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）にして硫黄分の放出を行わせる硫黄被毒再生制御を定期的に行う必要がある。
【０００７】
このような硫黄被毒再生制御としては、ＮＯｘ吸蔵剤の上流において排気ガス通路内へ還元剤（軽油）を添加し、ＮＯｘ吸蔵剤を昇温すると共にＮＯｘ吸蔵剤において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。しかしながら、この方法では排気ガス通路内に添加される還元剤（軽油）の反応性が比較的低いことから、一般にＮＯｘ吸蔵剤に大きな温度分布が生じることとなる。
【０００８】
すなわち、還元剤は添加後徐々に反応するため、例えば排気ガス流量が比較的多い場合には、ＮＯｘ吸蔵剤の上流側部分よりも下流側部分で温度が上昇する傾向がある。
そしてこのようにＮＯｘ吸蔵剤に温度分布が生じると、ある部分については硫黄分放出温度に達するが別の部分では硫黄分放出温度に達しないという状況が生じ、ＮＯｘ吸蔵剤全体として十分な硫黄被毒再生が行えないという問題が生じる。
【０００９】
【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、硫黄被毒再生を行うに際してＮＯｘ吸蔵剤を昇温させる場合において、ＮＯｘ吸蔵剤の各部分間の温度差を減少させ、ＮＯｘ吸蔵剤全体が硫黄分放出温度以上となるようにし得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。
【００１０】
【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または排気ガス浄化方法を提供する。
【００１１】
１番目の発明は、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸蔵し流通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吸蔵剤を内燃機関から排出される排気ガスが通る排気ガス通路に配置した排気ガス浄化装置において、上記ＮＯｘ吸蔵剤の上流側において還元剤を添加する還元剤添加手段と、上記ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの流量を制御する流量制御手段とを備えていて、ＮＯｘ吸蔵剤から硫黄分を放出させるべき時には、硫黄分を放出させる対象ＮＯｘ吸蔵剤の全体を硫黄分放出温度以上とするために、上記対象ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの流量を予め定めた流量として還元剤の添加を行い、その後上記対象ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの流量をその流通方向を反転することなく一方向に流した状態で予め定めた別の流量まで増加することによって上記対象ＮＯｘ吸蔵剤の上流側部分の温度と下流側部分の温度との温度差を減少させる、排気ガス浄化装置を提供する。
【００１２】
１番目の発明によれば、ＮＯｘ吸蔵剤から硫黄分を放出させるために還元剤の添加によってＮＯｘ吸蔵剤の温度を上昇させる場合において、単純な流量制御のみによって硫黄分を放出させる対象ＮＯｘ吸蔵剤の上流側部分と下流側部分との間に生じる温度差を減少させることができ、最終的に対象ＮＯｘ吸蔵剤全体を同時に硫黄分放出温度以上とすることができる。これにより、対象ＮＯｘ吸蔵剤の全体に渡って十分な硫黄被毒再生が実施可能となる。また、対象ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの流量を増加した際には、対象ＮＯｘ吸蔵剤の上流側部分に多く存在している可能性のある残存還元剤が反応（燃焼）し且つ除去されるため、添加された還元剤を硫黄被毒再生制御中の対象ＮＯｘ吸蔵剤の昇温に効率的に利用することができると共に、硫黄被毒再生制御完了後の残存還元剤に起因するＮＯｘ吸蔵剤の過加熱を抑制することができる。
【００１３】
２番目の発明は、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸蔵し流通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吸蔵剤を内燃機関から排出される排気ガスが通る排気ガス通路に配置した排気ガス浄化装置において、上記ＮＯｘ吸蔵剤の上流側において還元剤を添加する還元剤添加手段と、上記ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの流量を制御する開度調整可能なバルブとを備えていて、ＮＯｘ吸蔵剤から硫黄分を放出させるべき時には、硫黄分を放出させる対象ＮＯｘ吸蔵剤の全体を硫黄分放出温度以上とするために、上記バルブの開度を予め定めた開度に調整することによって上記対象ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの流量を制御して還元剤の添加を行い、その後上記バルブの開度を予め定めた別の開度に調整することにより上記対象ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの流量をその流通方向を反転することなく一方向に流した状態で増加することによって上記対象ＮＯｘ吸蔵剤の上流側部分の温度と下流側部分の温度との温度差を減少させる、排気ガス浄化装置を提供する。
【００１４】
２番目の発明によれば、簡単なバルブ開度の調整のみによって１番目の発明とほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。
３番目の発明では１番目または２番目の発明において、ＮＯｘ吸蔵剤が、排気ガス中の排気微粒子を除去する手段に担持されて上記排気ガス通路に配置されている。
これによって、ＮＯｘと同時に排気ガス中の排気微粒子をも除去することができる。
【００１５】
４番目の発明は、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸蔵し流通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吸蔵剤を内燃機関から排出される排気ガスが通る排気ガス通路に配置して行う排気ガス浄化方法において、ＮＯｘ吸蔵剤から硫黄分を放出させるべき時には、硫黄分を放出させる対象ＮＯｘ吸蔵剤の全体を硫黄分放出温度以上とするために、上記対象ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの流量を予め定めた流量として還元剤の添加を行い、その後上記対象ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの流量をその流通方向を反転することなく一方向に流した状態で予め定めた別の流量まで増加することによって上記対象ＮＯｘ吸蔵剤の上流側部分の温度と下流側部分の温度との温度差を減少させる、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。
【００１６】
【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。
【００１７】
また、本明細書においては便宜上、「ＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）の上流側部分」及び「ＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）の下流側部分」等の表現を、排気ガス通路内に一ヶ所にまとめて配置されたＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）のうちの「上流側にあるＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）」及び「下流側にあるＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）」という意味で用いる。より具体的には、例えばＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）がパティキュレートフィルタのような担持体に担持されている場合には、「ＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）の上流側部分」及び「ＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）の下流側部分」等の表現はそれぞれ、ＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）のうちの「担持体の上流側部分に担持されているＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）」及び「担持体の下流側部分に担持されているＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）」という意味で用いる。
【００１８】
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については後に三つの異なる構成の排気ガス浄化装置２０、３０、４０を挙げて詳細に説明する。
【００１９】
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、排気ガス浄化装置のＮＯｘ吸収剤（以下、単に「吸収剤」と言う）を硫黄被毒再生するための制御（硫黄被毒再生制御）についての制御も行う。
【００２０】
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の構成を模式的に示した説明図であり、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。
図２に示すように、排気ガス浄化装置２０は、排気ガス中の排気微粒子を除去する手段であるパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」と言う）１４を備えた基幹通路１６と、フィルタ１４の上流側において基幹通路１６から分岐しフィルタ１４の下流側で基幹通路１６に合流するバイパス通路１８とを備えている。フィルタ１４には、後述するように吸収剤１２が担持されている。
【００２１】
基幹通路１６とバイパス通路１８とのフィルタ１４の下流側の合流部分には、基幹通路１６とバイパス通路１８のそれぞれを流れる排気ガスの流量を調整するための調整部２２が設けられている。調整部２２は、調整弁２４と、それを駆動する駆動部２６とを備えている。調整弁２４は駆動部２６により、バイパス通路１８を流れる排気ガスの流量がゼロとなる第１の位置（図２中、実線で表示）と基幹通路１６を流れる排気ガスの流量がゼロとなる第２の位置（図２中、点線で表示）との間で駆動されて開度（位置）が調整され、基幹通路１６とバイパス通路１８のそれぞれを流れる排気ガスの流量を調整するが、通常時は第１の位置に位置されて、排気ガスの全量が基幹通路１６を流れ、フィルタ１４を通過するようにされる。
【００２２】
また、基幹通路１６のフィルタ１４の上流側には、後述する吸収剤１２の硫黄被毒再生の際等に使用する還元剤を基幹通路１６内に添加するための還元剤添加部が設けられている。還元剤添加部は、還元剤噴射ノズル３２と還元剤供給ポンプ（図示無し）とを備えている。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３２によって基幹通路１６内に、ＥＣＵ８の制御によって制御段階（後述する昇温制御及びリッチ化制御）等に応じ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。
【００２３】
調整部２２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、調整部２２の駆動部２６に接続されており、駆動部２６を制御することにより、調整弁２４の開度（位置）調整動作を制御する。また、ＥＣＵ８は、還元剤添加部の還元剤噴射ノズル３２に接続されており、還元剤噴射ノズル３２を制御することにより、還元剤噴射ノズル３２の還元剤添加動作を制御する。
【００２４】
更に、本排気ガス浄化装置２０においては、吸収剤１２が担持されたフィルタ１４に吸収剤１２の温度を測定する温度センサ３４が設けられている。この温度センサ３４はＥＣＵ８に接続されていて、測定結果はＥＣＵ８に与えられる。なお、本排気ガス浄化装置２０においては特に、温度センサ３４は、吸収剤１２の下流側部分の温度を測定するように設けられている。
【００２５】
また、本排気ガス浄化装置２０においては、温度センサ３４が、吸収剤１２が担持されたフィルタ１４に直接設けられたが、温度センサを吸収剤１２が担持されたフィルタ１４の下流に設置し、排気ガスの温度を測定することで吸収剤１２の温度（例えば下流側部分の温度）を推定する等、その他の手段によって吸収剤１２の温度を求めるようにしてもよい。
【００２６】
図３にフィルタ１４の拡大断面図を示す。図３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３６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。
【００２７】
第１通路３８及び第２通路４４の隔壁の表面及び内部の細孔内には吸収剤１２が担持されている。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。吸収剤１２は流通排気ガス（以下「吸収剤流通排気ガス」と言う）の空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸収し、吸収剤流通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。
【００２８】
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、通常時の排気ガス空燃比はリーンであり吸収剤１２は排気ガス中のＮＯｘの吸収を行う。また、還元剤添加部からフィルタ１４の上流側の排気ガス通路に還元剤が供給されて吸収剤流通排気ガスの空燃比が小さくなると共に還元剤が存在する状態になると、吸収剤１２は吸収したＮＯｘを放出すると共に放出したＮＯｘを還元浄化する。
【００２９】
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４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及びバリウム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。
【００３０】
すなわち、吸収剤流通排気ガスの空燃比がかなりリーンになると吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が大幅に増大し、図４（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、吸収剤流通排気ガス中の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４（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ3 -の形で吸収剤１２内に拡散する。このようにしてＮＯｘが吸収剤１２内に吸収される。
【００３１】
吸収剤流通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、吸収剤１２のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ2が吸収剤１２内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3 -が生成される。これに対して吸収剤流通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、斯くして吸収剤１２内の硝酸イオンＮＯ3 -がＮＯ2の形で吸収剤から放出される。すなわち、吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収剤１２からＮＯｘが放出されることになる。吸収剤流通排気ガスのリーンの度合いが低くなれば吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が低下し、したがって吸収剤流通排気ガスのリーンの度合いを低くすれば吸収剤１２からＮＯｘが放出されることになる。
【００３２】
一方、この時吸収剤流通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、吸収剤流通排気ガスの空燃比を小さくすると吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するために吸収剤１２からＮＯ2が放出され、このＮＯ2は図４（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吸収剤１２から次から次へとＮＯ2が放出される。したがって吸収剤流通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にすると短時間のうちに吸収剤１２からＮＯｘが放出されて還元浄化されることになる。
【００３３】
なお、ここでいう排気ガスの空燃比とは吸収剤１２上流側の排気ガス通路６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６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。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。
【００３４】
次に吸収剤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、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、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。
【００３５】
この硫黄被毒を解消して吸収剤１２を硫黄被毒再生するためには、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 -等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に転換して吸収剤１２から放出させる必要がある。したがって硫黄被毒再生を行うためには、吸収剤１２を高温且つリッチ雰囲気の状態にすることが必要とされる。
【００３６】
硫黄被毒再生を実施するために吸収剤１２を高温且つリッチ雰囲気の状態にする方法としては、上述したように、吸収剤１２の上流側において排気ガス通路内に還元剤を添加し、還元剤の反応によって吸収剤１２を昇温すると共にリッチ雰囲気を作り出す方法がある。しかしながら、通常の方法で還元剤を添加した場合には、還元剤の反応性が比較的低いことから吸収剤１２に大きな温度分布が生じることとなり、吸収剤のある部分については硫黄分が放出される温度、すなわち硫黄分放出温度ＴＳに達するが別の部分では硫黄分放出温度ＴＳに達しないという状況となって、吸収剤１２全体として十分な硫黄被毒再生が行えないという問題が生じる。
【００３７】
本発明は、上記問題を解決するために、硫黄被毒再生を行うに際して吸収剤１２を昇温させる場合において、吸収剤１２の各部分間の温度差を減少させ、その全体が硫黄分放出温度ＴＳ以上となるようにしようとするものである。
次に、この目的を達成するために排気ガス浄化装置２０で実施し得る方法について図５を参照しつつ説明する。図５は吸収剤１２の硫黄被毒再生制御の制御ルーチンを示すフローチャートであって、この制御ルーチンは後述する排気ガス浄化装置４０（図１０〜図１３）の制御と共通であり、排気ガス浄化装置３０（図８）の制御とも共通する部分を有しているので、これらにおける硫黄被毒再生制御の説明にも用いるものである。図５に示された硫黄被毒再生制御には後述するように昇温制御とリッチ化制御とが含まれる。本ルーチンはＥＣＵ８により一定時間毎の割込みによって実施される。
【００３８】
なお、本明細書では硫黄被毒再生制御についてのみ詳細に説明するが、以下で説明する硫黄被毒再生制御の前または後に、吸収剤１２からＮＯｘの放出を行うＮＯｘ放出制御が公知の方法で行われてもよい。このことは後述する他の構成の排気ガス浄化装置３０、４０の場合も同様である。ＮＯｘ放出制御は例えば、吸収剤１２がＮＯｘ放出温度以上である場合に、調整弁２４を第２の位置に向かって駆動して吸収剤流通排気ガス流量を低減すると共に還元剤を還元剤添加部の還元剤噴射ノズル３２から基幹通路１６内に添加して排気ガスの空燃比を小さくすることで行われる。
【００３９】
図５を参照すると、まず、ステップ１００で吸収剤１２の硫黄被毒再生制御（以下、単に「再生制御」と言う）の実施条件が成立したか否かが判定される。再生制御実施条件は、例えば吸収剤１２に吸収されたＳＯｘ量、すなわち吸収ＳＯｘ量が一定量以上になること等であるが、この場合、吸収ＳＯｘ量を直接求めることは困難であるのでエンジンから排出されるＳＯｘ量、すなわち車両走行距離に基づいて吸収ＳＯｘ量を推定する。つまり、前回再生制御を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再生制御実施条件が成立したと判定する。
【００４０】
ステップ１００において再生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、再生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では吸収剤１２の温度ＴＦが測定され、予め定められた温度である硫黄分放出温度ＴＳと比較される。ここでの温度ＴＦは、温度センサ３４により測定された吸収剤１２の下流側部分の温度である。還元剤添加等を行っていない通常状態においては、吸収剤１２の温度はほぼ均一であるので、吸収剤１２全体がこの温度ＴＦであるとすることができる。
【００４１】
なお、ここでは吸収剤１２の下流側部分の温度を吸収剤１２の温度ＴＦとし、その値を基準として制御を行う場合を例にとって説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、吸収剤１２の他の部分の温度、もしくは全体を代表する温度を測定または推定し、その温度を吸収剤１２の温度ＴＦとしてそれを基準に制御を行うようにしてもよい。
【００４２】
また、本排気ガス浄化装置２０の構成においては吸収剤１２が担持されたフィルタ１４に温度センサ３４を設けて吸収剤１２の温度ＴＦを測定しているが、上述したように温度センサを吸収剤１２が担持されたフィルタ１４の下流に設置し、排気ガスの温度を測定することで吸収剤１２の温度を推定する等、その他の手段によって制御の基準となる吸収剤１２の温度ＴＦを求めるようにしてもよい。
【００４３】
ステップ１０２における比較の結果、温度ＴＦが硫黄分放出温度ＴＳ以上であると判定された場合には、ステップ１１０へ進み、リッチ化制御に入る。一方、温度ＴＦが硫黄分放出温度ＴＳ未満であると判定された場合には、ステップ１０４へ進み、昇温制御に入る。
【００４４】
ステップ１０４においては、吸収剤１２を昇温すべく、調整弁２４が制御されてその開度が調整されると共に還元剤噴射ノズル３２によって還元剤の添加が行われる。より詳細には、調整弁２４が駆動部２６により第２の位置から僅かに第１の位置側にずれた位置である予め定められた位置（以下「微開位置」と言う）に調整され、吸収剤１２を流通する排気ガスの流量が低下せしめられる。すなわち、一部の排気ガスのみが吸収剤１２を流通し、それ以外の殆どの排気ガスは吸収剤１２をバイパスするようにされる。また、還元剤が還元剤添加部の還元剤噴射ノズル３２によって吸収剤１２の上流側において基幹通路１６内に添加されるが、この場合の還元剤の添加は吸収剤流通排気ガスの平均空燃比がリーンの状態に保たれるように行われるのが好ましい。このようにすると添加された還元剤が反応（燃焼）するのに十分な酸素が存在することになるので、添加された還元剤を残存させずに確実に反応させ、吸収剤１２の昇温のために効率的に利用することができる。
【００４５】
このようなステップ１０４の制御が行われると、添加された還元剤の反応により吸収剤１２の温度が上昇する。但し、この場合、調整弁２４は上記微開位置に調整されていて吸収剤１２を流通する排気ガスの流量は低く抑えられているので、吸収剤１２のうち主に上流側部分が温度上昇することになる。これは、添加される還元剤の反応性は比較的低いものの、吸収剤１２を流通する排気ガスの流量が少ないために、添加されてから吸収剤１２に到るまでに十分な反応時間があり、殆どの還元剤が吸収剤１２のうちの上流側部分において、もしくはそこに到るまでに反応するためである。更に、本構成のように吸収剤１２がフィルタ１４に担持されている場合には、フィルタ１４は熱容量が大きいので、還元剤の反応によって加熱された排気ガスの熱はその上流側部分で吸収されることになり、また上流側部分が加熱されてもそれによって下流側部分の温度が上昇するまでには時間を要することになるため、ステップ１０４における制御では吸収剤１２（及びそれを担持しているフィルタ１４）の上流側部分が主に昇温される。
【００４６】
続くステップ１０６においては、予め定めた待ち時間Ｐ１が経過したか否かが判定される。この待ち時間Ｐ１はステップ１０４の制御の継続時間を設定するものであって、例えば温度センサ３４で測定される吸収剤１２の温度ＴＦが予め定めた温度以上となった時に経過したものとしてもよい。または、ステップ１０４の制御を開始してからの上昇温度が予め定めた上昇温度以上となった時にこの待ち時間Ｐ１が経過したものとしてもよい。もしくはこれらの温度の条件または上昇温度の条件の何れかが満たされた時にこの待ち時間Ｐ１が経過したものとしてもよい。あるいは、吸収剤１２の温度を均一化するために、すなわち吸収剤１２の上流側部分と下流側部分との間の温度差を十分に減少させるために後述するステップ１０８の制御を開始するのに適切なタイミング（すなわちステップ１０４の制御の必要継続時間）を事前に実験等によって求め、そのタイミングを待ち時間Ｐ１として設定してもよい。この場合の待ち時間Ｐ１は、常に一定である必要はなく、エンジン運転状態等に応じて変更するようにしてもよい。
【００４７】
ステップ１０６において待ち時間Ｐ１が経過していないと判定されるとステップ１０４に戻り、調整弁２４が微開位置に維持されたまま還元剤の添加が継続される。一方、ステップ１０６において待ち時間Ｐ１が経過したと判定されると、ステップ１０８に進む。
ステップ１０８においては、再び調整弁２４が制御されてその開度が調整されると共に、還元剤噴射ノズル３２によって還元剤の添加が行われる。より詳細には、調整弁２４は駆動部２６により微開位置から第１の位置に調整され、吸収剤１２を流通する排気ガスの流量が増加せしめられる。すなわち、全ての排気ガスが吸収剤１２を流通するようにされる。また、還元剤は、ステップ１０４の制御と同様に、還元剤添加部の還元剤噴射ノズル３２によって吸収剤１２の上流側において基幹通路１６内に添加される。
【００４８】
このようなステップ１０８の制御が行われると、吸収剤１２の上流側部分と下流側部分との温度差が減少する。すなわち、ここでは調整弁２４が第１の位置に調整されているため、吸収剤１２を流通する排気ガスの流量は多くなる。上述したように添加される還元剤は反応性が比較的低いため、吸収剤１２を流通する排気ガスの流量が多い場合には、還元剤が吸収剤１２の上流側部分に到るまでに十分な反応時間が無く、下流側部分に到ってから反応が起こることになる。そして、この反応によってステップ１０４の制御においてはあまり昇温されなかった吸収剤１２の下流側部分の温度が上昇する。また、吸収剤１２を流通する排気ガスの流量が多いので、ステップ１０４の制御によって昇温された吸収剤１２の上流側部分の熱が奪われて冷却されると共に、その奪った熱が下流側部分に伝えられ、下流側部分が昇温される。このように添加された還元剤及び吸収剤１２を流通する排気ガス等の作用により、ステップ１０８の制御を実施することで吸収剤１２の上流側部分と下流側部分との温度差を減少させることができる。
【００４９】
なお、上述の説明ではステップ１０８において、還元剤を添加することとしたが、ステップ１０４における吸収剤１２の上流側部分の昇温が十分であって、その上流側部分からの伝熱、すなわち上述したような流通する排気ガスを介した伝熱によって吸収剤１２の下流側部分において所望の昇温（例えば、硫黄分放出温度ＴＳ以上にする等）が実現できるのであれば、ステップ１０８においては還元剤の添加を行わないようにしてもよい。
また、ステップ１０８においては、吸収剤１２を流通する排気ガスの流量を多くすることによって、ステップ１０４の制御において吸収剤１２（もしくはフィルタ１４）の上流側部分に付着等して残留した還元剤が反応することも考えられ、これらにより発生する熱も下流側部分の昇温に利用することができる。
【００５０】
ステップ１０８に続いてステップ１０９においては、予め定めた待ち時間Ｐ２が経過したか否かが判定される。この待ち時間Ｐ２はステップ１０８の制御の継続時間を設定するものであって、ステップ１０６における待ち時間Ｐ１とは異なるものであるが、同様な方法で設定することができる。すなわち、例えば温度センサ３４で測定される吸収剤１２の温度ＴＦが予め定めた温度（例えば硫黄分放出温度ＴＳ）以上となった時、または、ステップ１０８の制御を開始してからの上昇温度が予め定めた上昇温度以上となった時、もしくはこれらの温度の条件または上昇温度の条件の何れかが満たされた時等にこの待ち時間Ｐ２が経過したものとすることができる。あるいは、吸収剤１２の温度を均一化するために、すなわち吸収剤１２の上流側部分と下流側部分との間の温度差を十分に減少させるために必要なステップ１０８の制御の継続時間を事前に実験等によって求め、その継続時間を待ち時間Ｐ２として設定してもよい。この場合の待ち時間Ｐ２は、常に一定である必要はなく、エンジン運転状態等に応じて変更するようにしてもよい。
【００５１】
ステップ１０９において待ち時間Ｐ２が経過していないと判定されるとステップ１０８に戻り、調整弁２４が第１の位置に維持されたまま還元剤の添加が継続される。一方、ステップ１０９において待ち時間Ｐ２が経過したと判定されると、ステップ１０２に戻って、吸収剤１２の温度ＴＦと硫黄分放出温度ＴＳとが再度比較される。
【００５２】
ステップ１０２において、再び温度ＴＦが硫黄分放出温度ＴＳ未満であると判定された場合には、上述したステップ１０４からステップ１０９までの昇温制御が繰り返される。一方、温度ＴＦが硫黄分放出温度ＴＳ以上であると判定された場合には、ステップ１１０へ進み、リッチ化制御に入る。
図６及び図７は、上述した昇温制御における吸収剤１２の上流側部分と下流側部分の温度の経時変化を示した例であり、図６がステップ１０２からステップ１０９までの制御を一度だけ行って吸収剤１２全体が硫黄分放出温度ＴＳに達した場合を示し、図７がステップ１０２からステップ１０９までの制御を繰返し行って吸収剤１２全体が硫黄分放出温度ＴＳに達した場合を示している。
【００５３】
ステップ１１０においては、吸収剤１２をリッチ雰囲気に置くための制御（リッチ化制御）が行われる。このリッチ化制御については、吸収剤１２がリッチ雰囲気に置かれる状態さえ作り出せれば、特にその方法に制限はなく、例えば以下のような弁制御による排気ガス流量制御と還元剤添加が行われる。
すなわち、リッチ化制御に入ると、まず調整弁２４が駆動部２６により第２の位置側へ作動されて吸収剤１２を流通する排気ガスの流量が低減される。これは、吸収剤流通排気ガスの空燃比を略ストイキまたはリッチにするために添加される還元剤の量を低減し燃費悪化を低減すると共に、エミッションの悪化を低減するためである。次いで、還元剤添加部の還元剤噴射ノズル３２によって吸収剤流通排気ガスの空燃比が小さくなるように、すなわち少なくとも還元剤の添加が行われた時には吸収剤流通排気ガスの空燃比が略ストイキまたはリッチになるように還元剤の添加が行われる。これにより、吸収剤流通排気ガスの空燃比が小さくなった時には、吸収剤１２からＳＯｘ（硫黄分）の放出がなされる。
【００５４】
このようなリッチ化制御が実施されると、ステップ１１２に進み再生制御の完了条件が成立したか否かが判定される。再生制御の完了条件は、種々の方法で設定可能であり、例えばリッチ化制御の実施継続時間を基準として判定するようにすることができる。すなわち、ステップ１１０のリッチ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再生制御完了条件が成立したと判定する。その他、吸収剤１２の下流側において放出される硫黄分を測定し、その値が設定値以下となった場合に再生制御完了条件が成立したと判定するようにしてもよい。
【００５５】
ステップ１１２において、再生制御完了条件が成立していると判定された場合には本制御ルーチンは終了し、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に進んで上述したような再生制御が継続される。この時、ステップ１０２において吸収剤１２の温度ＴＦが硫黄分放出温度ＴＳ未満であると判定された場合には、ステップ１０４からの制御が実施され、再度、吸収剤１２の昇温が図られる。
【００５６】
以上のように、この方法によれば、硫黄被毒再生を行うために吸収剤１２を昇温させる際に、調整弁２４の開度（位置）調整のみによって吸収剤１２の各部分（上流側部分及び下流側部分）間の温度差を減少させ、最終的に吸収剤１２全体を同時に硫黄分放出温度ＴＳ以上とすることができる。これにより、吸収剤１２の全体に渡って十分な硫黄被毒再生が実施可能となる。
【００５７】
また、この方法によれば、再生制御の実施中に吸収剤１２を流通する排気ガスの流量が一時的に増加されるので、それまでの還元剤の添加等によって吸収剤１２に残存していた還元剤を反応させて除去することが可能である。これにより、再生制御が完了して通常状態に戻る時に、吸収剤流通排気ガス流量が増加して残存還元剤が一気に反応し、それによって吸収剤１２が過加熱されるのを抑制することができる。また、残存還元剤は吸収剤１２の上流側部分に多く存在するので、再生制御の実施中に吸収剤１２を流通する排気ガスの流量を一時的に増加させることによって残存還元剤が反応して発生した熱は、特に吸収剤１２のうちの下流側部分の昇温に利用される。このため、この方法には、添加還元剤の効率的な利用を図り、吸収剤１２全体の温度上昇を早める効果もある。
【００５８】
次に別の構成の排気ガス浄化装置３０について説明する。図８は、排気ガス浄化装置３０の構成を模式的に示した説明図であり、内部の排気ガスの流れが示されている。
この排気ガス浄化装置３０は、上述の排気ガス浄化装置２０と同様に、図１に示された場合において排気ガス浄化装置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。図８に示すように、排気ガス浄化装置３０は、機関本体２へ通じる上流側の基幹通路４６と、分岐した後に合流する二つの分岐通路４８、５２と、下流側の基幹通路５４とを備えている。
【００５９】
第１及び第２の分岐通路４８、５２には、それぞれ、吸収剤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５６、５８が配置されている。これらの吸収剤１２が担持されたフィルタ５６、５８の構成は、上述の排気ガス浄化装置２０において用いられたフィルタ１４と同じである。なお、以下の説明においては、第１及び第２のフィルタ５６、５８の各々に担持されている吸収剤１２を区別するために、それぞれ第１及び第２の吸収剤１２ａ、１２ｂと称することとする。
【００６０】
各フィルタ５６、５８の下流側の二つの分岐通路４８、５２の合流部分には、両分岐通路４８、５２を流れる排気ガスの流量割合を制御するための調整部６２が設けられている。調整部６２は、調整弁６４と、それを駆動する駆動部６６とを備えている。調整弁６４は駆動部６６により、第１の分岐通路４８を流れる排気ガスの流量が微量（例えば、１／９の排気ガス流量）となる第１の位置と第２の分岐通路５２を流れる排気ガスの流量が同様に微量となる第２の位置との間で駆動され、各分岐通路４８、５２を流れる排気ガスの流量を調整するが、通常時は第１の位置と第２の位置との中間位置である図８に図示されたような第３の位置に位置され、第１の分岐通路４８を流れる排気ガスの流量と第２の分岐通路５２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。
【００６１】
また、各分岐通路４８、５２の各フィルタ５６、５８の上流側には、後述する吸収剤の再生制御の際等に使用する還元剤を各分岐通路４８、５２内に添加するための還元剤添加部が設けられている。還元剤添加部は、二つの還元剤噴射ノズル６８、７２と一つの還元剤供給ポンプ（図示無し）とを備えている。還元剤供給ポンプから供給された還元剤は、第１の還元剤噴射ノズル６８によって第１の分岐通路４８内に、また、第２の還元剤噴射ノズル７２によって第２の分岐通路５２内に、それぞれＥＣＵ８の制御によって制御段階等に応じて適切なやり方で添加される。なお、還元剤としては上述したように、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。
【００６２】
調整部６２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、調整部６２の駆動部６６に接続されており、駆動部６６を制御することにより、調整弁６４の開度（位置）調整動作を制御する。また、ＥＣＵ８は、還元剤添加部の各還元剤噴射ノズル６８、７２に接続されており、各還元剤噴射ノズル６８、７２を制御することにより、各還元剤噴射ノズル６８、７２の還元剤添加動作を制御する。
【００６３】
更に、本排気ガス浄化装置３０においては、各吸収剤１２ａ、１２ｂが担持された第１及び第２のフィルタ５６、５８に各フィルタ５６、５８上の吸収剤１２ａ、１２ｂの温度を測定する第１及び第２の温度センサ７４、７６が設けられている。これらの温度センサ７４、７６はＥＣＵ８に接続されていて、測定結果はＥＣＵ８に与えられる。
【００６４】
また、本排気ガス浄化装置３０においても上述した排気ガス浄化装置２０の場合と同様に、温度センサ７４、７６は、各吸収剤１２ａ、１２ｂの下流側部分の温度を測定するように設けられている。なお、本排気ガス浄化装置３０においても温度センサ７４、７６が、吸収剤１２ａ、１２ｂが担持された各フィルタ５６、５８に直接設けられたが、排気ガス浄化装置２０の場合と同様に、温度センサを吸収剤１２ａ、１２ｂが担持された各フィルタ５６、５８の下流に設置し、排気ガスの温度を測定することで各吸収剤１２ａ、１２ｂの温度を推定する等、その他の手段によって吸収剤１２ａ、１２ｂの温度を求めるようにしてもよい。
【００６５】
次に本排気ガス浄化装置３０で実施される再生制御について説明する。本排気ガス浄化装置３０における吸収剤１２ａ、１２ｂの再生制御の実質的部分の制御ルーチンは、図５に示された排気ガス浄化装置２０の場合とほぼ同様である。しかしながら、本排気ガス浄化装置３０においては再生制御を必要とする吸収剤が２ヶ所にあるので、両方の吸収剤１２ａ、１２ｂの再生制御を実施するために図５に示された再生制御の制御ルーチンを二回行う必要がある。図９は、本排気ガス浄化装置３０の再生制御の全体を示す制御ルーチンである。本ルーチンはＥＣＵ８により一定時間毎の割込みによって実施される。
【００６６】
図９は、第１及び第２の吸収剤１２ａ、１２ｂの再生制御実施条件を同一とし、その再生制御実施条件が成立した時には第１の吸収剤１２ａと第２の吸収剤１２ｂとについて連続して再生制御を実施する場合を示している。ステップ２００は、図５のステップ１００と同様であって、まずここで再生制御実施条件が成立したか否かが判定される。
【００６７】
続くステップ２０２及びステップ２０４において第１または第２の吸収剤１２ａ、１２ｂに対して実施される再生制御の実質的部分については、図５を参照して説明した排気ガス浄化装置２０の再生制御のステップ１０２からステップ１１２と基本的に同様であり、構成要素の対応関係（還元剤噴射ノズル３２と６８または７２、温度センサ３４と７４または７６等）及び各ステップでの調整弁６４の動作等についても図２及び図８、並びに上述の説明から明らかであるので詳細な説明は省略する（概略的に言えば、硫黄被毒再生を行わない側の分岐通路４８または５２が排気ガス浄化装置２０におけるバイパス通路１８に対応する）。
【００６８】
なお、本排気ガス浄化装置３０においては、一方の吸収剤（対象吸収剤）に対して再生制御を実施する際に、その対象吸収剤への流通排気ガス流量を調整すると、対象吸収剤をバイパスした排気ガスは再生制御を実施していない他方の吸収剤を通過することになる。これにより、本排気ガス浄化装置３０では再生制御実施中においても排気ガスが吸収剤を通過せずに大気へ放出されることが防止されるという利点がある。
【００６９】
以上のように本排気ガス浄化装置３０の構成によっても、その吸収剤１２ａ、１２ｂの再生制御において、図５を参照して説明した方法と同様な方法を実施することができ、その結果、吸収剤１２ａ、１２ｂの各部分間の温度差の減少等、排気ガス浄化装置２０に関連して説明した作用効果と同様の作用効果を得ることができる。更に本構成では、上述したように再生制御実施中において排気ガスが吸収剤を全く通過せずに大気へ放出されることが防止される。
【００７０】
次に更に別の構成の排気ガス浄化装置４０について説明する。図１０は、排気ガス浄化装置４０の外観を模式的に示した説明図であり、図１０（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１１（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４０の内部の排気ガスの流れが示されている。
【００７１】
この排気ガス浄化装置４０は、上述の他の排気ガス浄化装置２０、３０と同様に、図１に示された場合において排気ガス浄化装置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。図１０に示すように排気ガス浄化装置４０は、基幹通路７８と、基幹通路７８に接続された環状通路８２とを備えている。基幹通路７８と環状通路８２との接続部分には、経路変更部８４が設けられている。経路変更部８４は、排気ガスの経路を変更すると共に後述する吸収剤１２を流通する排気ガスの流量を調整することができる経路切替調整弁８６と、経路切替調整弁８６を駆動するための駆動部８８とを備えている。経路変更部８４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７８を構成する二つの部分基幹通路７８ａ、７８ｂが接続されており、他方の組の対向面には、環状通路８２を構成する二つの部分環状通路８２ａ、８２ｂが接続されている。
【００７２】
環状通路８２には上述した他の排気ガス浄化装置２０、３０において用いられたのと同様な吸収剤１２が担持されたフィルタ１４が配置されている。第１の部分環状通路８２ａは、フィルタ１４（吸収剤１２）の第１の面Ｓ１側に通じており、第２の部分環状通路８２ｂ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７８ｂには別の吸収剤９２が配置されている。下流側の部分基幹通路７８ｂは、環状通路８２のフィルタ１４を内蔵している部分を囲むように形成されている。
【００７３】
更に、排気ガス浄化装置４０は、後述する吸収剤１２の再生制御の際等に使用する還元剤を環状通路８２内に添加するための還元剤添加部を備えており、本構成では第１の部分環状通路８２ａに取り付けられている。還元剤添加部は、還元剤噴射ノズル９４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９４によって第１の部分環状通路８２ａ内に、ＥＣＵの制御によって制御段階等に応じて適切なやり方で添加される。なお、還元剤としては、上述した他の排気ガス浄化装置２０、３０と同様に、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。
【００７４】
経路変更部８４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８４の駆動部８８に接続されており、駆動部８８を制御することにより、経路切替調整弁８６の開度（位置）調整動作を制御する。また、ＥＣＵ８は、還元剤添加部の還元剤噴射ノズル９４に接続されており、還元剤噴射ノズル９４を制御することにより、還元剤噴射ノズル９４の還元剤添加動作を制御する。
【００７５】
更に、本排気ガス浄化装置４０においては、吸収剤１２が担持されたフィルタ１４に吸収剤１２の温度を測定する温度センサ９６が設けられている。この温度センサ９６はＥＣＵ８に接続されていて、測定結果はＥＣＵ８に与えられる。また、本排気ガス浄化装置４０においても上述した排気ガス浄化装置２０、３０と同様に、温度センサ９６は、吸収剤１２の下流側部分の温度を測定するように設けられている。
【００７６】
なお、本排気ガス浄化装置４０においても、温度センサ９６が、吸収剤１２が担持されたフィルタ１４に直接設けられたが、上述の他の排気ガス浄化装置２０、３０の場合と同様に、温度センサを後述する再生制御の際に吸収剤１２が担持されたフィルタ１４の下流側になる部分、すなわち第２の部分環状通路８２ｂに設置し、排気ガスの温度を測定することで吸収剤１２の温度を推定する等、その他の手段によって吸収剤１２の温度を求めるようにしてもよい。
排気ガス浄化装置４０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７８を通り、選択的に環状通路８２を通る。
【００７７】
図１１（ａ）、（ｂ）は、経路切替調整弁８６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４０に流入した排気ガスは、上流側の部分基幹通路７８ａを通って経路変更部８４に流入し、第１の部分環状通路８２ａと第２の部分環状通路８２ｂとをこの順序で通って、経路変更部８４に戻る。この時、排気ガスは、吸収剤１２を担持したフィルタ１４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８４に戻った排気ガスは、下流側の部分基幹通路７８ｂに流入し、別の吸収剤９２を通過した後に排気ガス浄化装置４０から排出される。なお、吸収剤９２を通過した排気ガスは、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、部分基幹通路７８ｂの環状通路８２のフィルタ１４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。
【００７８】
図１２は、経路切替調整弁８６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１１（ａ）と同様の図である。この場合、排気ガスは、図１１（ａ）の場合とほぼ同様に流れるが、環状通路８２を流れる方向が反転している。すなわち、経路変更部８４に流入した排気ガスは、第２の部分環状通路８２ｂと第１の部分環状通路８２ａとをこの順序で通って、経路変更部８４に戻る。この時、排気ガスは吸収剤１２を担持したフィルタ１４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、吸収剤１２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、通常使用時において排気ガスの流通方向によるＮＯｘ吸蔵量等の偏りを解消でき、吸収剤全体を効率良く使用することができる。
【００７９】
図１３は、経路切替調整弁８６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１１（ａ）及び図１２と同様の図である。なお、経路切替調整弁８６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８６は一時的に第３の位置となる。経路切替調整弁８６が第３の位置に位置している場合、経路変更部８４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７８ｂに流入し、吸収剤９２を通過した後に、排気ガス浄化装置４０から排出される。
【００８０】
上記のように、経路切替調整弁８６が第１または第２の位置にある場合には、排気ガスは吸収剤１２を担持したフィルタ１４を通過し、更に吸収剤９２を通過する。一方、経路切替調整弁８６が第３の位置にある場合には、殆どの排気ガスは、吸収剤１２を担持したフィルタ１４を通過せずに吸収剤９２のみを通過して排気ガス浄化装置４０から排出される。したがって、通常の運転中は、排気ガスが吸収剤１２を担持したフィルタ１４と吸収剤９２とを通過して浄化されるように、経路切替調整弁８６は第１または第２の位置にある。そして必要に応じてその位置が駆動部８８により第１の位置と第２の位置の間で調整される。
【００８１】
次に本排気ガス浄化装置４０で実施される再生制御について説明するが、本排気ガス浄化装置４０における吸収剤１２の再生制御は基本的に排気ガス浄化装置２０の場合と同様であり、その制御ルーチンは図５のフローチャートで示され、また構成要素（噴射ノズル３２と９４、温度センサ３４と９６等）の対応関係等も図面及び上述の説明から明らかであるので詳細な説明については省略する。但し、本排気ガス浄化装置４０における再生制御で実施される経路切替調整弁８６の開度（位置）調整は、排気ガス浄化装置２０の調整弁２４の場合とはかなり異なる部分もあるので、以下で説明する。
【００８２】
まず、本排気ガス浄化装置４０で図５に示された制御ルーチンを実施した場合においてステップ１０４で行われる経路切替調整弁８６の開度（位置）調整についてであるが、ここでは、経路切替調整弁８６は、図１３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である予め定められた位置（「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１４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１４をバイパスするようにされる。したがって、仮に再生制御実施条件が成立した時に経路切替弁８６が第２の位置にあった場合には、ここでの調整により吸収剤１２を担持したフィルタ１４を通過する排気ガスの方向は反転されることになる。また、この時、経路切替調整弁８６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（上記の第４の位置）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９４がフィルタ１４を流通する排気ガスの流れ方向に関してフィルタ１４の上流側に位置するようにするためである。
【００８３】
次に、本排気ガス浄化装置４０で図５に示された制御ルーチンを実施した場合においてステップ１０８で行われる経路切替調整弁８６の開度（位置）調整について説明する。ここでは、経路切替調整弁８６は上述の第４の位置から図１１に示された第１の位置に調整され、吸収剤１２を流通する排気ガスの流量が増加せしめられる。すなわち、ステップ１０８においては、この経路切替調整弁８６の調整によって、殆ど全ての排気ガスがフィルタ１４を第１の面Ｓ１から第２の面Ｓ２に向かって流通するようにされる。
【００８４】
なお、本排気ガス浄化装置４０で図５に示された制御ルーチンを実施した場合であって、排気ガス浄化装置２０に関連して説明した例と同様な方法でステップ１１０のリッチ化制御が行われる場合には、このステップ１１０においても経路切替調整弁８６が調整される。この場合、経路切替調整弁８６は、第１の位置から第３の位置側へ作動され、フィルタ１４を第１の面Ｓ１から第２の面Ｓ２に向かって流通する排気ガスの流量が低減される。これは、上述したように、吸収剤流通排気ガスの空燃比を略ストイキまたはリッチにするために添加される還元剤の量を低減し燃費悪化を低減すると共に、エミッションの悪化を低減するためである。そしてこの時、経路切替調整弁８６は第３の位置まで移動されることは無く、吸収剤１２（フィルタ１４）を流通する排気ガスの方向（第１の面Ｓ１から第２の面Ｓ２）は維持される。
【００８５】
以上の説明から明らかなように、本排気ガス浄化装置４０の構成によっても、その吸収剤１２の再生制御において、排気ガス浄化装置２０に関連して図５を参照して説明した方法とほぼ同様な方法を実施することができる。そしてその結果、吸収剤１２の各部分間の温度差の減少等、排気ガス浄化装置２０に関連して説明した作用効果と同様の作用効果を得ることができる。更に本排気ガス浄化装置４０は吸収剤９２を具備しているので、再生制御実施中において排気ガスが吸収剤を全く通過せずに大気へ放出されることが防止される。また、本構成によれば、吸収剤１２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、通常使用時において排気ガスの流れ方向によるＮＯｘ吸蔵量等の偏りを解消でき、吸収剤１２全体を効率良く使用することができる。
【００８６】
なお、上述の説明では各構成の排気ガス浄化装置２０、３０、４０で実施される再生制御のステップ１０８での弁２４、６４、８６の制御（すなわち、開度（位置）調整）において、硫黄被毒再生を実施する対象吸収剤１２、１２ａ、１２ｂにほぼ全ての排気ガスが流入するように弁２４、６４、８６の開度または位置（以下、単に「弁開度」と言う）を調整することとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、対象吸収剤１２、１２ａ、１２ｂの各部分間の温度差の減少を図るのに適切な弁開度であれば、対象吸収剤１２、１２ａ、１２ｂを流通する排気ガス流量がステップ１０４の時よりも多くなる別の弁開度に調整するようにしてもよい。
【００８７】
また、上述の説明では、吸収剤１２、１２ａ、１２ｂの温度を測定するために温度センサ３４、７４、７６、９６が吸収剤１２、１２ａ、１２ｂを担持したフィルタ１４、５６、５８に直接設けられている排気ガス浄化装置２０、３０、４０の構成を示して説明を行い、その他の構成の例として温度センサを吸収剤の下流に設置することについて述べたが、本発明はこれらの構成に限定されるものではなく、例えば温度センサを設けずに吸収剤１２、１２ａ、１２ｂの温度を推定し、上述したような再生制御を実施するようにしてもよい。この場合、昇温開始前の吸収剤１２、１２ａ、１２ｂの温度については、例えばエンジンの運転状態に基づいて求めることができる。すなわち、吸収剤１２、１２ａ、１２ｂの温度をエンジン負荷Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／エンジン回転数Ｎ）及びエンジン回転数Ｎの関数として予め求めてマップにしておき、このマップに基づいてエンジン負荷Ｑ／Ｎとエンジン回転数Ｎとから温度を求めることが可能である。この場合には、上記マップを予めＥＣＵ８のＲＯＭに記憶させておく。また、その後の温度については、上記のエンジン運転状態に加えて、再生制御の過程における還元剤添加量や弁開度（吸収剤流通排気ガス流量）等に基づいて推定することができる。
【００８８】
あるいは、再生制御の実施条件が成立した時の各エンジン運転状態に応じて、吸収剤１２、１２ａ、１２ｂの各部分間の温度差の減少を図り且つその温度を硫黄分放出温度ＴＳ以上とすることができる適切な制御パラメータ（すなわち、ステップ１０４及びステップ１０８等における弁開度及び還元剤添加量、並びに待ち時間Ｐ１及びＰ２等）を予め求めてプログラムしておき、再生制御の実施条件が成立した時にはその時のエンジン運転状態に応じたプログラムを選択し、それに沿って制御を行うようにしてもよい。
【００８９】
更に、上述の説明では、再生制御を昇温制御とリッチ化制御とに分け、リッチ化制御時にのみ硫黄分が放出されるかのように説明したが、当然のことながら、実際には、昇温制御中においても吸収剤１２、１２ａ、１２ｂのうちの硫黄分放出温度ＴＳ以上となった部分（例えば上流側部分）がその時の還元剤の添加等によってリッチ雰囲気となれば、その部分から硫黄分の放出が行われる。
【００９０】
また、上述の説明ではステップ１０４及びステップ１０８等において、弁の開度または位置（すなわち、弁開度）を基準として弁２４、６４、８６を制御して硫黄被毒再生が行われたが、対象吸収剤１２、１２ａ、１２ｂを流通する排気ガスの流量を基準とした制御を行って同様に硫黄被毒再生を行うようにしてもよい。すなわち、この場合には、ステップ１０４及びステップ１０８等においては対象吸収剤１２、１２ａ、１２ｂを流通する排気ガス流量が予め定めた流量となるように制御される。
【００９１】
より詳細には、例えば上述した各排気ガス浄化装置２０、３０、４０のように弁２４、６４、８６によって対象吸収剤１２、１２ａ、１２ｂを流通する排気ガス流量が制御される場合には、ステップ１０４においては対象吸収剤１２、１２ａ、１２ｂを流通する排気ガス流量が予め定めた第１の流量となるように、ステップ１０８においては対象吸収剤１２、１２ａ、１２ｂを流通する排気ガス流量が予め定めた第２の流量へと増加するように、それぞれ弁開度が調整される。
【００９２】
このように、流通排気ガス流量を基準とした弁の制御においては、先の説明の弁開度を基準とした弁の制御のように最初に弁の目標開度または目標位置（以下、単に「目標開度」と言う）が設定され、単純に弁開度がその目標開度になるように調整されるのではなく、まず目標流量が設定され、対象吸収剤を流通する排気ガス流量がその目標流量となるように弁開度が調整される。つまり、対象吸収剤を流通する排気ガス流量がその目標流量となるための目標開度が設定され、その目標開度になるように弁開度が調整される。
【００９３】
このような弁開度の調整は、例えば以下のようにして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は、エンジン負荷Ｑ／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ておけば、これに基づいて所定の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。更に各排気ガス流量の場合において弁開度が各開度の時に対象吸収剤１２、１２ａ、１２ｂを流通する排気ガス流量は実験または計算により求めることができる。
【００９４】
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弁開度の関数としての対象吸収剤流通排気ガス流量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、吸収剤流通排気ガス流量を所望の流量（目標流量）とする目標開度を決定することができ、駆動部２６、６６、８８を制御することによってその目標開度へ弁開度を調整することができる。
【００９５】
あるいは、他の方法としては、吸収剤１２、１２ａ、１２ｂ（フィルタ１４）の流入端に流速センサを取り付けることによって排気ガス流速をモニターし、その測定値から流量を推定してフィードバック制御により所望の吸収剤流通排気ガス流量となるように弁開度を調整するようにしてもよい。
【００９６】
なお、排気ガス浄化装置４０の構成においては、吸収剤１２を流通する排気ガスの方向を反転することができることから、ここでの吸収剤流通排気ガス流量は、流れの方向を含めた概念となる。例えばフィルタ１４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の流量とし、その逆を負の流量とする。
【００９７】
また、上述の各排気ガス浄化装置２０、３０、４０を用いた説明においては、吸収剤１２、１２ａ、１２ｂの上流側において還元剤を添加する還元剤添加手段として、還元剤添加ノズル３２、７４、７６、９４を用いて吸収剤担持フィルタ１４、５６、５８の上流側で排気ガス通路に還元剤を供給する手段を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば上述の各排気ガス浄化装置２０、３０、４０において、還元剤添加ノズル３２、７４、７６、９４からの還元剤の添加の代わりに、ポスト噴射（すなわち、主噴射に続いて膨張行程にて噴射される副噴射）による還元剤の添加が行われるようにしてもよい。
この場合、ポスト噴射でのみ還元剤の添加を行う場合には、還元剤添加ノズル３２、７４、７６、９４を設ける必要がなくなるという利点がある。
【００９８】
なお、ポスト噴射による還元剤の添加が行われる場合には、燃料噴射弁によりシリンダ内に還元剤の添加が行われるため、排気ガス浄化装置内に複数の排気ガスの経路が存在する場合に排気ガス経路毎に個別に還元剤の添加を行うことができない点に留意する必要がある。例えば、図８に示された排気ガス浄化装置３０においてポスト噴射による還元剤の添加が行われる場合には、各吸収剤１２ａ、１２ｂに対する個別的な還元剤の添加を行うことはできず、また、排気ガス浄化装置２０や排気ガス浄化装置４０においてポスト噴射による還元剤の添加が行われる場合には、還元剤の添加された排気ガスが吸収剤１２の存在しない排気ガス経路にも流れる場合があるので還元剤の無駄が生じると共に大気中に放出される還元剤が増加する可能性がある。
【００９９】
また、上述の各排気ガス浄化装置２０、３０、４０を用いた説明においては、昇温制御からリッチ化制御に移行する条件を吸収剤の温度ＴＦが硫黄分放出温度ＴＳ以上となることとしているが、この条件を吸収剤の温度ＴＦが硫黄分放出温度ＴＳとは異なる所定の温度以上となることとしてもよい。例えば、リッチ化制御への移行後の温度低下を考慮して、上記条件となる温度（すなわち昇温制御における目標温度）を硫黄分放出温度ＴＳよりも高く設定してもよい。
【０１００】
更に、上述の各排気ガス浄化装置２０、３０、４０の構成においては、吸収剤１２、１２ａ、１２ｂをフィルタ１４、５６、５８内の排気ガス通路壁面に担持させているが、吸収剤とフィルタとは別個に独立させてもよい。
また、上述の説明は本発明をディーゼルエンジンに適用した場合についてのものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の内燃機関についても適用可能である。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明によれば、硫黄分を放出させる対象ＮＯｘ吸蔵剤全体を同時に硫黄分放出温度以上とすることができるので、対象ＮＯｘ吸蔵剤の全体に渡って十分な硫黄被毒再生が実施可能となる。また、添加された還元剤を硫黄被毒再生制御中の対象ＮＯｘ吸蔵剤の昇温に効率的に利用することができると共に、硫黄被毒再生制御完了後の残存還元剤に起因するＮＯｘ吸蔵剤の過加熱を抑制することができる。
【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を示した説明図である。
【図３】図３は、ＮＯｘ吸収剤が担持されたパティキュレートフィルタの拡大断面図である。
【図４】図４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５】図５は、図２に示した排気ガス浄化装置及び図１０から図１３に示した排気ガス浄化装置におけるＮＯｘ吸収剤の硫黄被毒再生制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】図６は、図５に示した制御ルーチンにしたがってＮＯｘ吸収剤を昇温した場合におけるＮＯｘ吸収剤の上流側部分と下流側部分の温度の経時変化を示した例であり、図５のステップ１０２からステップ１０９までの制御を一度だけ行ってＮＯｘ吸収剤全体が硫黄分放出温度に達した場合を示している。
【図７】図７は、図５に示した制御ルーチンにしたがってＮＯｘ吸収剤を昇温した場合におけるＮＯｘ吸収剤の上流側部分と下流側部分の温度の経時変化を示した例であり、図５のステップ１０２からステップ１０９までの制御を繰返し行ってＮＯｘ吸収剤全体が硫黄分放出温度に達した場合を示している。
【図８】図８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９】図９は、図８に示した排気ガス浄化装置におけるＮＯｘ吸収剤の硫黄被毒再生制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の更に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１０（ａ）及び図１０（ｂ）がそれぞれ上面図及び側面図を示している。
【図１１】図１１は、図１０に示した排気ガス浄化装置の断面を示した説明図であって、図１１（ａ）及び図１１（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１２】図１２は、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１１（ａ）と同様の図である。
【図１３】図１３は、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１１（ａ）と同様の図である。
【符号の説明】
２…機関（エンジン）本体
６…排気ガス通路
８…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１０、２０、３０、４０…排気ガス浄化装置
１２、１２ａ、１２ｂ…ＮＯｘ吸収剤
１４、５６、５８…パティキュレートフィルタ
２４、６４…調整弁
３２、６８、７２、９４…還元剤噴射ノズル
３４、７４、７６、９６…温度センサ
８６…経路切替調整弁
【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技術に関し、特に、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する手段を有する排気ガス浄化装置及び排気ガス中の窒素酸化物を除去する手段を用いた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おり、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を内燃機関の排気ガス通路に配置する方法が提案されている。
【０００３】
このように用いられる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。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吸蔵剤に還元剤（燃料）を供給する等して、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。
【０００４】
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。また、硫黄分等に関するＮＯｘ吸蔵剤からの「放出」という語についても、「吸収」に対応する「放出」の他、「吸着」に対応する「脱離」の意味も含むものとして用いる。
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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または脱離等（以下、単に「放出」という）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の還元浄化時より高い温度、すなわち硫黄分放出温度（例えば６００℃以上）に昇温すると共に流通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）にして硫黄分の放出を行わせる硫黄被毒再生制御を定期的に行う必要がある。
【０００７】
このような硫黄被毒再生制御としては、ＮＯｘ吸蔵剤の上流において排気ガス通路内へ還元剤（軽油）を添加し、ＮＯｘ吸蔵剤を昇温すると共にＮＯｘ吸蔵剤において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。しかしながら、この方法では排気ガス通路内に添加される還元剤（軽油）の反応性が比較的低いことから、一般にＮＯｘ吸蔵剤に大きな温度分布が生じることとなる。
【０００８】
すなわち、還元剤は添加後徐々に反応するため、例えば排気ガス流量が比較的多い場合には、ＮＯｘ吸蔵剤の上流側部分よりも下流側部分で温度が上昇する傾向がある。
そしてこのようにＮＯｘ吸蔵剤に温度分布が生じると、ある部分については硫黄分放出温度に達するが別の部分では硫黄分放出温度に達しないという状況が生じ、ＮＯｘ吸蔵剤全体として十分な硫黄被毒再生が行えないという問題が生じる。
【０００９】
【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、硫黄被毒再生を行うに際してＮＯｘ吸蔵剤を昇温させる場合において、ＮＯｘ吸蔵剤の各部分間の温度差を減少させ、ＮＯｘ吸蔵剤全体が硫黄分放出温度以上となるようにし得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。
【００１０】
【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または排気ガス浄化方法を提供する。
【００１１】
１番目の発明は、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸蔵し流通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吸蔵剤を内燃機関から排出される排気ガスが通る排気ガス通路に配置した排気ガス浄化装置において、上記ＮＯｘ吸蔵剤の上流側において還元剤を添加する還元剤添加手段と、上記ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの流量を制御する流量制御手段とを備えていて、ＮＯｘ吸蔵剤から硫黄分を放出させるべき時には、硫黄分を放出させる対象ＮＯｘ吸蔵剤の全体を硫黄分放出温度以上とするために、上記対象ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの流量を予め定めた流量として還元剤の添加を行い、その後上記対象ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの流量をその流通方向を反転することなく一方向に流した状態で予め定めた別の流量まで増加することによって上記対象ＮＯｘ吸蔵剤の上流側部分の温度と下流側部分の温度との温度差を減少させる、排気ガス浄化装置を提供する。
【００１２】
１番目の発明によれば、ＮＯｘ吸蔵剤から硫黄分を放出させるために還元剤の添加によってＮＯｘ吸蔵剤の温度を上昇させる場合において、単純な流量制御のみによって硫黄分を放出させる対象ＮＯｘ吸蔵剤の上流側部分と下流側部分との間に生じる温度差を減少させることができ、最終的に対象ＮＯｘ吸蔵剤全体を同時に硫黄分放出温度以上とすることができる。これにより、対象ＮＯｘ吸蔵剤の全体に渡って十分な硫黄被毒再生が実施可能となる。また、対象ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの流量を増加した際には、対象ＮＯｘ吸蔵剤の上流側部分に多く存在している可能性のある残存還元剤が反応（燃焼）し且つ除去されるため、添加された還元剤を硫黄被毒再生制御中の対象ＮＯｘ吸蔵剤の昇温に効率的に利用することができると共に、硫黄被毒再生制御完了後の残存還元剤に起因するＮＯｘ吸蔵剤の過加熱を抑制することができる。
【００１３】
２番目の発明は、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸蔵し流通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吸蔵剤を内燃機関から排出される排気ガスが通る排気ガス通路に配置した排気ガス浄化装置において、上記ＮＯｘ吸蔵剤の上流側において還元剤を添加する還元剤添加手段と、上記ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの流量を制御する開度調整可能なバルブとを備えていて、ＮＯｘ吸蔵剤から硫黄分を放出させるべき時には、硫黄分を放出させる対象ＮＯｘ吸蔵剤の全体を硫黄分放出温度以上とするために、上記バルブの開度を予め定めた開度に調整することによって上記対象ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの流量を制御して還元剤の添加を行い、その後上記バルブの開度を予め定めた別の開度に調整することにより上記対象ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの流量をその流通方向を反転することなく一方向に流した状態で増加することによって上記対象ＮＯｘ吸蔵剤の上流側部分の温度と下流側部分の温度との温度差を減少させる、排気ガス浄化装置を提供する。
【００１４】
２番目の発明によれば、簡単なバルブ開度の調整のみによって１番目の発明とほぼ同様の作用及び効果を得ることができる。
３番目の発明では１番目または２番目の発明において、ＮＯｘ吸蔵剤が、排気ガス中の排気微粒子を除去する手段に担持されて上記排気ガス通路に配置されている。
これによって、ＮＯｘと同時に排気ガス中の排気微粒子をも除去することができる。
【００１５】
４番目の発明は、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸蔵し流通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吸蔵剤を内燃機関から排出される排気ガスが通る排気ガス通路に配置して行う排気ガス浄化方法において、ＮＯｘ吸蔵剤から硫黄分を放出させるべき時には、硫黄分を放出させる対象ＮＯｘ吸蔵剤の全体を硫黄分放出温度以上とするために、上記対象ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの流量を予め定めた流量として還元剤の添加を行い、その後上記対象ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの流量をその流通方向を反転することなく一方向に流した状態で予め定めた別の流量まで増加することによって上記対象ＮＯｘ吸蔵剤の上流側部分の温度と下流側部分の温度との温度差を減少させる、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。
【００１６】
【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。
【００１７】
また、本明細書においては便宜上、「ＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）の上流側部分」及び「ＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）の下流側部分」等の表現を、排気ガス通路内に一ヶ所にまとめて配置されたＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）のうちの「上流側にあるＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）」及び「下流側にあるＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）」という意味で用いる。より具体的には、例えばＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）がパティキュレートフィルタのような担持体に担持されている場合には、「ＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）の上流側部分」及び「ＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）の下流側部分」等の表現はそれぞれ、ＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）のうちの「担持体の上流側部分に担持されているＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）」及び「担持体の下流側部分に担持されているＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）」という意味で用いる。
【００１８】
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については後に三つの異なる構成の排気ガス浄化装置２０、３０、４０を挙げて詳細に説明する。
【００１９】
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、排気ガス浄化装置のＮＯｘ吸収剤（以下、単に「吸収剤」と言う）を硫黄被毒再生するための制御（硫黄被毒再生制御）についての制御も行う。
【００２０】
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の構成を模式的に示した説明図であり、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。
図２に示すように、排気ガス浄化装置２０は、排気ガス中の排気微粒子を除去する手段であるパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」と言う）１４を備えた基幹通路１６と、フィルタ１４の上流側において基幹通路１６から分岐しフィルタ１４の下流側で基幹通路１６に合流するバイパス通路１８とを備えている。フィルタ１４には、後述するように吸収剤１２が担持されている。
【００２１】
基幹通路１６とバイパス通路１８とのフィルタ１４の下流側の合流部分には、基幹通路１６とバイパス通路１８のそれぞれを流れる排気ガスの流量を調整するための調整部２２が設けられている。調整部２２は、調整弁２４と、それを駆動する駆動部２６とを備えている。調整弁２４は駆動部２６により、バイパス通路１８を流れる排気ガスの流量がゼロとなる第１の位置（図２中、実線で表示）と基幹通路１６を流れる排気ガスの流量がゼロとなる第２の位置（図２中、点線で表示）との間で駆動されて開度（位置）が調整され、基幹通路１６とバイパス通路１８のそれぞれを流れる排気ガスの流量を調整するが、通常時は第１の位置に位置されて、排気ガスの全量が基幹通路１６を流れ、フィルタ１４を通過するようにされる。
【００２２】
また、基幹通路１６のフィルタ１４の上流側には、後述する吸収剤１２の硫黄被毒再生の際等に使用する還元剤を基幹通路１６内に添加するための還元剤添加部が設けられている。還元剤添加部は、還元剤噴射ノズル３２と還元剤供給ポンプ（図示無し）とを備えている。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３２によって基幹通路１６内に、ＥＣＵ８の制御によって制御段階（後述する昇温制御及びリッチ化制御）等に応じ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。
【００２３】
調整部２２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、調整部２２の駆動部２６に接続されており、駆動部２６を制御することにより、調整弁２４の開度（位置）調整動作を制御する。また、ＥＣＵ８は、還元剤添加部の還元剤噴射ノズル３２に接続されており、還元剤噴射ノズル３２を制御することにより、還元剤噴射ノズル３２の還元剤添加動作を制御する。
【００２４】
更に、本排気ガス浄化装置２０においては、吸収剤１２が担持されたフィルタ１４に吸収剤１２の温度を測定する温度センサ３４が設けられている。この温度センサ３４はＥＣＵ８に接続されていて、測定結果はＥＣＵ８に与えられる。なお、本排気ガス浄化装置２０においては特に、温度センサ３４は、吸収剤１２の下流側部分の温度を測定するように設けられている。
【００２５】
また、本排気ガス浄化装置２０においては、温度センサ３４が、吸収剤１２が担持されたフィルタ１４に直接設けられたが、温度センサを吸収剤１２が担持されたフィルタ１４の下流に設置し、排気ガスの温度を測定することで吸収剤１２の温度（例えば下流側部分の温度）を推定する等、その他の手段によって吸収剤１２の温度を求めるようにしてもよい。
【００２６】
図３にフィルタ１４の拡大断面図を示す。図３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３６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。
【００２７】
第１通路３８及び第２通路４４の隔壁の表面及び内部の細孔内には吸収剤１２が担持されている。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。吸収剤１２は流通排気ガス（以下「吸収剤流通排気ガス」と言う）の空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸収し、吸収剤流通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。
【００２８】
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、通常時の排気ガス空燃比はリーンであり吸収剤１２は排気ガス中のＮＯｘの吸収を行う。また、還元剤添加部からフィルタ１４の上流側の排気ガス通路に還元剤が供給されて吸収剤流通排気ガスの空燃比が小さくなると共に還元剤が存在する状態になると、吸収剤１２は吸収したＮＯｘを放出すると共に放出したＮＯｘを還元浄化する。
【００２９】
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４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及びバリウム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。
【００３０】
すなわち、吸収剤流通排気ガスの空燃比がかなりリーンになると吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が大幅に増大し、図４（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、吸収剤流通排気ガス中の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４（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ3 -の形で吸収剤１２内に拡散する。このようにしてＮＯｘが吸収剤１２内に吸収される。
【００３１】
吸収剤流通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、吸収剤１２のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ2が吸収剤１２内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3 -が生成される。これに対して吸収剤流通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、斯くして吸収剤１２内の硝酸イオンＮＯ3 -がＮＯ2の形で吸収剤から放出される。すなわち、吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収剤１２からＮＯｘが放出されることになる。吸収剤流通排気ガスのリーンの度合いが低くなれば吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が低下し、したがって吸収剤流通排気ガスのリーンの度合いを低くすれば吸収剤１２からＮＯｘが放出されることになる。
【００３２】
一方、この時吸収剤流通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、吸収剤流通排気ガスの空燃比を小さくすると吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するために吸収剤１２からＮＯ2が放出され、このＮＯ2は図４（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吸収剤１２から次から次へとＮＯ2が放出される。したがって吸収剤流通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にすると短時間のうちに吸収剤１２からＮＯｘが放出されて還元浄化されることになる。
【００３３】
なお、ここでいう排気ガスの空燃比とは吸収剤１２上流側の排気ガス通路６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６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。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。
【００３４】
次に吸収剤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、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、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。
【００３５】
この硫黄被毒を解消して吸収剤１２を硫黄被毒再生するためには、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 -等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に転換して吸収剤１２から放出させる必要がある。したがって硫黄被毒再生を行うためには、吸収剤１２を高温且つリッチ雰囲気の状態にすることが必要とされる。
【００３６】
硫黄被毒再生を実施するために吸収剤１２を高温且つリッチ雰囲気の状態にする方法としては、上述したように、吸収剤１２の上流側において排気ガス通路内に還元剤を添加し、還元剤の反応によって吸収剤１２を昇温すると共にリッチ雰囲気を作り出す方法がある。しかしながら、通常の方法で還元剤を添加した場合には、還元剤の反応性が比較的低いことから吸収剤１２に大きな温度分布が生じることとなり、吸収剤のある部分については硫黄分が放出される温度、すなわち硫黄分放出温度ＴＳに達するが別の部分では硫黄分放出温度ＴＳに達しないという状況となって、吸収剤１２全体として十分な硫黄被毒再生が行えないという問題が生じる。
【００３７】
本発明は、上記問題を解決するために、硫黄被毒再生を行うに際して吸収剤１２を昇温させる場合において、吸収剤１２の各部分間の温度差を減少させ、その全体が硫黄分放出温度ＴＳ以上となるようにしようとするものである。
次に、この目的を達成するために排気ガス浄化装置２０で実施し得る方法について図５を参照しつつ説明する。図５は吸収剤１２の硫黄被毒再生制御の制御ルーチンを示すフローチャートであって、この制御ルーチンは後述する排気ガス浄化装置４０（図１０〜図１３）の制御と共通であり、排気ガス浄化装置３０（図８）の制御とも共通する部分を有しているので、これらにおける硫黄被毒再生制御の説明にも用いるものである。図５に示された硫黄被毒再生制御には後述するように昇温制御とリッチ化制御とが含まれる。本ルーチンはＥＣＵ８により一定時間毎の割込みによって実施される。
【００３８】
なお、本明細書では硫黄被毒再生制御についてのみ詳細に説明するが、以下で説明する硫黄被毒再生制御の前または後に、吸収剤１２からＮＯｘの放出を行うＮＯｘ放出制御が公知の方法で行われてもよい。このことは後述する他の構成の排気ガス浄化装置３０、４０の場合も同様である。ＮＯｘ放出制御は例えば、吸収剤１２がＮＯｘ放出温度以上である場合に、調整弁２４を第２の位置に向かって駆動して吸収剤流通排気ガス流量を低減すると共に還元剤を還元剤添加部の還元剤噴射ノズル３２から基幹通路１６内に添加して排気ガスの空燃比を小さくすることで行われる。
【００３９】
図５を参照すると、まず、ステップ１００で吸収剤１２の硫黄被毒再生制御（以下、単に「再生制御」と言う）の実施条件が成立したか否かが判定される。再生制御実施条件は、例えば吸収剤１２に吸収されたＳＯｘ量、すなわち吸収ＳＯｘ量が一定量以上になること等であるが、この場合、吸収ＳＯｘ量を直接求めることは困難であるのでエンジンから排出されるＳＯｘ量、すなわち車両走行距離に基づいて吸収ＳＯｘ量を推定する。つまり、前回再生制御を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再生制御実施条件が成立したと判定する。
【００４０】
ステップ１００において再生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、再生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では吸収剤１２の温度ＴＦが測定され、予め定められた温度である硫黄分放出温度ＴＳと比較される。ここでの温度ＴＦは、温度センサ３４により測定された吸収剤１２の下流側部分の温度である。還元剤添加等を行っていない通常状態においては、吸収剤１２の温度はほぼ均一であるので、吸収剤１２全体がこの温度ＴＦであるとすることができる。
【００４１】
なお、ここでは吸収剤１２の下流側部分の温度を吸収剤１２の温度ＴＦとし、その値を基準として制御を行う場合を例にとって説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、吸収剤１２の他の部分の温度、もしくは全体を代表する温度を測定または推定し、その温度を吸収剤１２の温度ＴＦとしてそれを基準に制御を行うようにしてもよい。
【００４２】
また、本排気ガス浄化装置２０の構成においては吸収剤１２が担持されたフィルタ１４に温度センサ３４を設けて吸収剤１２の温度ＴＦを測定しているが、上述したように温度センサを吸収剤１２が担持されたフィルタ１４の下流に設置し、排気ガスの温度を測定することで吸収剤１２の温度を推定する等、その他の手段によって制御の基準となる吸収剤１２の温度ＴＦを求めるようにしてもよい。
【００４３】
ステップ１０２における比較の結果、温度ＴＦが硫黄分放出温度ＴＳ以上であると判定された場合には、ステップ１１０へ進み、リッチ化制御に入る。一方、温度ＴＦが硫黄分放出温度ＴＳ未満であると判定された場合には、ステップ１０４へ進み、昇温制御に入る。
【００４４】
ステップ１０４においては、吸収剤１２を昇温すべく、調整弁２４が制御されてその開度が調整されると共に還元剤噴射ノズル３２によって還元剤の添加が行われる。より詳細には、調整弁２４が駆動部２６により第２の位置から僅かに第１の位置側にずれた位置である予め定められた位置（以下「微開位置」と言う）に調整され、吸収剤１２を流通する排気ガスの流量が低下せしめられる。すなわち、一部の排気ガスのみが吸収剤１２を流通し、それ以外の殆どの排気ガスは吸収剤１２をバイパスするようにされる。また、還元剤が還元剤添加部の還元剤噴射ノズル３２によって吸収剤１２の上流側において基幹通路１６内に添加されるが、この場合の還元剤の添加は吸収剤流通排気ガスの平均空燃比がリーンの状態に保たれるように行われるのが好ましい。このようにすると添加された還元剤が反応（燃焼）するのに十分な酸素が存在することになるので、添加された還元剤を残存させずに確実に反応させ、吸収剤１２の昇温のために効率的に利用することができる。
【００４５】
このようなステップ１０４の制御が行われると、添加された還元剤の反応により吸収剤１２の温度が上昇する。但し、この場合、調整弁２４は上記微開位置に調整されていて吸収剤１２を流通する排気ガスの流量は低く抑えられているので、吸収剤１２のうち主に上流側部分が温度上昇することになる。これは、添加される還元剤の反応性は比較的低いものの、吸収剤１２を流通する排気ガスの流量が少ないために、添加されてから吸収剤１２に到るまでに十分な反応時間があり、殆どの還元剤が吸収剤１２のうちの上流側部分において、もしくはそこに到るまでに反応するためである。更に、本構成のように吸収剤１２がフィルタ１４に担持されている場合には、フィルタ１４は熱容量が大きいので、還元剤の反応によって加熱された排気ガスの熱はその上流側部分で吸収されることになり、また上流側部分が加熱されてもそれによって下流側部分の温度が上昇するまでには時間を要することになるため、ステップ１０４における制御では吸収剤１２（及びそれを担持しているフィルタ１４）の上流側部分が主に昇温される。
【００４６】
続くステップ１０６においては、予め定めた待ち時間Ｐ１が経過したか否かが判定される。この待ち時間Ｐ１はステップ１０４の制御の継続時間を設定するものであって、例えば温度センサ３４で測定される吸収剤１２の温度ＴＦが予め定めた温度以上となった時に経過したものとしてもよい。または、ステップ１０４の制御を開始してからの上昇温度が予め定めた上昇温度以上となった時にこの待ち時間Ｐ１が経過したものとしてもよい。もしくはこれらの温度の条件または上昇温度の条件の何れかが満たされた時にこの待ち時間Ｐ１が経過したものとしてもよい。あるいは、吸収剤１２の温度を均一化するために、すなわち吸収剤１２の上流側部分と下流側部分との間の温度差を十分に減少させるために後述するステップ１０８の制御を開始するのに適切なタイミング（すなわちステップ１０４の制御の必要継続時間）を事前に実験等によって求め、そのタイミングを待ち時間Ｐ１として設定してもよい。この場合の待ち時間Ｐ１は、常に一定である必要はなく、エンジン運転状態等に応じて変更するようにしてもよい。
【００４７】
ステップ１０６において待ち時間Ｐ１が経過していないと判定されるとステップ１０４に戻り、調整弁２４が微開位置に維持されたまま還元剤の添加が継続される。一方、ステップ１０６において待ち時間Ｐ１が経過したと判定されると、ステップ１０８に進む。
ステップ１０８においては、再び調整弁２４が制御されてその開度が調整されると共に、還元剤噴射ノズル３２によって還元剤の添加が行われる。より詳細には、調整弁２４は駆動部２６により微開位置から第１の位置に調整され、吸収剤１２を流通する排気ガスの流量が増加せしめられる。すなわち、全ての排気ガスが吸収剤１２を流通するようにされる。また、還元剤は、ステップ１０４の制御と同様に、還元剤添加部の還元剤噴射ノズル３２によって吸収剤１２の上流側において基幹通路１６内に添加される。
【００４８】
このようなステップ１０８の制御が行われると、吸収剤１２の上流側部分と下流側部分との温度差が減少する。すなわち、ここでは調整弁２４が第１の位置に調整されているため、吸収剤１２を流通する排気ガスの流量は多くなる。上述したように添加される還元剤は反応性が比較的低いため、吸収剤１２を流通する排気ガスの流量が多い場合には、還元剤が吸収剤１２の上流側部分に到るまでに十分な反応時間が無く、下流側部分に到ってから反応が起こることになる。そして、この反応によってステップ１０４の制御においてはあまり昇温されなかった吸収剤１２の下流側部分の温度が上昇する。また、吸収剤１２を流通する排気ガスの流量が多いので、ステップ１０４の制御によって昇温された吸収剤１２の上流側部分の熱が奪われて冷却されると共に、その奪った熱が下流側部分に伝えられ、下流側部分が昇温される。このように添加された還元剤及び吸収剤１２を流通する排気ガス等の作用により、ステップ１０８の制御を実施することで吸収剤１２の上流側部分と下流側部分との温度差を減少させることができる。
【００４９】
なお、上述の説明ではステップ１０８において、還元剤を添加することとしたが、ステップ１０４における吸収剤１２の上流側部分の昇温が十分であって、その上流側部分からの伝熱、すなわち上述したような流通する排気ガスを介した伝熱によって吸収剤１２の下流側部分において所望の昇温（例えば、硫黄分放出温度ＴＳ以上にする等）が実現できるのであれば、ステップ１０８においては還元剤の添加を行わないようにしてもよい。
また、ステップ１０８においては、吸収剤１２を流通する排気ガスの流量を多くすることによって、ステップ１０４の制御において吸収剤１２（もしくはフィルタ１４）の上流側部分に付着等して残留した還元剤が反応することも考えられ、これらにより発生する熱も下流側部分の昇温に利用することができる。
【００５０】
ステップ１０８に続いてステップ１０９においては、予め定めた待ち時間Ｐ２が経過したか否かが判定される。この待ち時間Ｐ２はステップ１０８の制御の継続時間を設定するものであって、ステップ１０６における待ち時間Ｐ１とは異なるものであるが、同様な方法で設定することができる。すなわち、例えば温度センサ３４で測定される吸収剤１２の温度ＴＦが予め定めた温度（例えば硫黄分放出温度ＴＳ）以上となった時、または、ステップ１０８の制御を開始してからの上昇温度が予め定めた上昇温度以上となった時、もしくはこれらの温度の条件または上昇温度の条件の何れかが満たされた時等にこの待ち時間Ｐ２が経過したものとすることができる。あるいは、吸収剤１２の温度を均一化するために、すなわち吸収剤１２の上流側部分と下流側部分との間の温度差を十分に減少させるために必要なステップ１０８の制御の継続時間を事前に実験等によって求め、その継続時間を待ち時間Ｐ２として設定してもよい。この場合の待ち時間Ｐ２は、常に一定である必要はなく、エンジン運転状態等に応じて変更するようにしてもよい。
【００５１】
ステップ１０９において待ち時間Ｐ２が経過していないと判定されるとステップ１０８に戻り、調整弁２４が第１の位置に維持されたまま還元剤の添加が継続される。一方、ステップ１０９において待ち時間Ｐ２が経過したと判定されると、ステップ１０２に戻って、吸収剤１２の温度ＴＦと硫黄分放出温度ＴＳとが再度比較される。
【００５２】
ステップ１０２において、再び温度ＴＦが硫黄分放出温度ＴＳ未満であると判定された場合には、上述したステップ１０４からステップ１０９までの昇温制御が繰り返される。一方、温度ＴＦが硫黄分放出温度ＴＳ以上であると判定された場合には、ステップ１１０へ進み、リッチ化制御に入る。
図６及び図７は、上述した昇温制御における吸収剤１２の上流側部分と下流側部分の温度の経時変化を示した例であり、図６がステップ１０２からステップ１０９までの制御を一度だけ行って吸収剤１２全体が硫黄分放出温度ＴＳに達した場合を示し、図７がステップ１０２からステップ１０９までの制御を繰返し行って吸収剤１２全体が硫黄分放出温度ＴＳに達した場合を示している。
【００５３】
ステップ１１０においては、吸収剤１２をリッチ雰囲気に置くための制御（リッチ化制御）が行われる。このリッチ化制御については、吸収剤１２がリッチ雰囲気に置かれる状態さえ作り出せれば、特にその方法に制限はなく、例えば以下のような弁制御による排気ガス流量制御と還元剤添加が行われる。
すなわち、リッチ化制御に入ると、まず調整弁２４が駆動部２６により第２の位置側へ作動されて吸収剤１２を流通する排気ガスの流量が低減される。これは、吸収剤流通排気ガスの空燃比を略ストイキまたはリッチにするために添加される還元剤の量を低減し燃費悪化を低減すると共に、エミッションの悪化を低減するためである。次いで、還元剤添加部の還元剤噴射ノズル３２によって吸収剤流通排気ガスの空燃比が小さくなるように、すなわち少なくとも還元剤の添加が行われた時には吸収剤流通排気ガスの空燃比が略ストイキまたはリッチになるように還元剤の添加が行われる。これにより、吸収剤流通排気ガスの空燃比が小さくなった時には、吸収剤１２からＳＯｘ（硫黄分）の放出がなされる。
【００５４】
このようなリッチ化制御が実施されると、ステップ１１２に進み再生制御の完了条件が成立したか否かが判定される。再生制御の完了条件は、種々の方法で設定可能であり、例えばリッチ化制御の実施継続時間を基準として判定するようにすることができる。すなわち、ステップ１１０のリッチ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再生制御完了条件が成立したと判定する。その他、吸収剤１２の下流側において放出される硫黄分を測定し、その値が設定値以下となった場合に再生制御完了条件が成立したと判定するようにしてもよい。
【００５５】
ステップ１１２において、再生制御完了条件が成立していると判定された場合には本制御ルーチンは終了し、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に進んで上述したような再生制御が継続される。この時、ステップ１０２において吸収剤１２の温度ＴＦが硫黄分放出温度ＴＳ未満であると判定された場合には、ステップ１０４からの制御が実施され、再度、吸収剤１２の昇温が図られる。
【００５６】
以上のように、この方法によれば、硫黄被毒再生を行うために吸収剤１２を昇温させる際に、調整弁２４の開度（位置）調整のみによって吸収剤１２の各部分（上流側部分及び下流側部分）間の温度差を減少させ、最終的に吸収剤１２全体を同時に硫黄分放出温度ＴＳ以上とすることができる。これにより、吸収剤１２の全体に渡って十分な硫黄被毒再生が実施可能となる。
【００５７】
また、この方法によれば、再生制御の実施中に吸収剤１２を流通する排気ガスの流量が一時的に増加されるので、それまでの還元剤の添加等によって吸収剤１２に残存していた還元剤を反応させて除去することが可能である。これにより、再生制御が完了して通常状態に戻る時に、吸収剤流通排気ガス流量が増加して残存還元剤が一気に反応し、それによって吸収剤１２が過加熱されるのを抑制することができる。また、残存還元剤は吸収剤１２の上流側部分に多く存在するので、再生制御の実施中に吸収剤１２を流通する排気ガスの流量を一時的に増加させることによって残存還元剤が反応して発生した熱は、特に吸収剤１２のうちの下流側部分の昇温に利用される。このため、この方法には、添加還元剤の効率的な利用を図り、吸収剤１２全体の温度上昇を早める効果もある。
【００５８】
次に別の構成の排気ガス浄化装置３０について説明する。図８は、排気ガス浄化装置３０の構成を模式的に示した説明図であり、内部の排気ガスの流れが示されている。
この排気ガス浄化装置３０は、上述の排気ガス浄化装置２０と同様に、図１に示された場合において排気ガス浄化装置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。図８に示すように、排気ガス浄化装置３０は、機関本体２へ通じる上流側の基幹通路４６と、分岐した後に合流する二つの分岐通路４８、５２と、下流側の基幹通路５４とを備えている。
【００５９】
第１及び第２の分岐通路４８、５２には、それぞれ、吸収剤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５６、５８が配置されている。これらの吸収剤１２が担持されたフィルタ５６、５８の構成は、上述の排気ガス浄化装置２０において用いられたフィルタ１４と同じである。なお、以下の説明においては、第１及び第２のフィルタ５６、５８の各々に担持されている吸収剤１２を区別するために、それぞれ第１及び第２の吸収剤１２ａ、１２ｂと称することとする。
【００６０】
各フィルタ５６、５８の下流側の二つの分岐通路４８、５２の合流部分には、両分岐通路４８、５２を流れる排気ガスの流量割合を制御するための調整部６２が設けられている。調整部６２は、調整弁６４と、それを駆動する駆動部６６とを備えている。調整弁６４は駆動部６６により、第１の分岐通路４８を流れる排気ガスの流量が微量（例えば、１／９の排気ガス流量）となる第１の位置と第２の分岐通路５２を流れる排気ガスの流量が同様に微量となる第２の位置との間で駆動され、各分岐通路４８、５２を流れる排気ガスの流量を調整するが、通常時は第１の位置と第２の位置との中間位置である図８に図示されたような第３の位置に位置され、第１の分岐通路４８を流れる排気ガスの流量と第２の分岐通路５２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。
【００６１】
また、各分岐通路４８、５２の各フィルタ５６、５８の上流側には、後述する吸収剤の再生制御の際等に使用する還元剤を各分岐通路４８、５２内に添加するための還元剤添加部が設けられている。還元剤添加部は、二つの還元剤噴射ノズル６８、７２と一つの還元剤供給ポンプ（図示無し）とを備えている。還元剤供給ポンプから供給された還元剤は、第１の還元剤噴射ノズル６８によって第１の分岐通路４８内に、また、第２の還元剤噴射ノズル７２によって第２の分岐通路５２内に、それぞれＥＣＵ８の制御によって制御段階等に応じて適切なやり方で添加される。なお、還元剤としては上述したように、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。
【００６２】
調整部６２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、調整部６２の駆動部６６に接続されており、駆動部６６を制御することにより、調整弁６４の開度（位置）調整動作を制御する。また、ＥＣＵ８は、還元剤添加部の各還元剤噴射ノズル６８、７２に接続されており、各還元剤噴射ノズル６８、７２を制御することにより、各還元剤噴射ノズル６８、７２の還元剤添加動作を制御する。
【００６３】
更に、本排気ガス浄化装置３０においては、各吸収剤１２ａ、１２ｂが担持された第１及び第２のフィルタ５６、５８に各フィルタ５６、５８上の吸収剤１２ａ、１２ｂの温度を測定する第１及び第２の温度センサ７４、７６が設けられている。これらの温度センサ７４、７６はＥＣＵ８に接続されていて、測定結果はＥＣＵ８に与えられる。
【００６４】
また、本排気ガス浄化装置３０においても上述した排気ガス浄化装置２０の場合と同様に、温度センサ７４、７６は、各吸収剤１２ａ、１２ｂの下流側部分の温度を測定するように設けられている。なお、本排気ガス浄化装置３０においても温度センサ７４、７６が、吸収剤１２ａ、１２ｂが担持された各フィルタ５６、５８に直接設けられたが、排気ガス浄化装置２０の場合と同様に、温度センサを吸収剤１２ａ、１２ｂが担持された各フィルタ５６、５８の下流に設置し、排気ガスの温度を測定することで各吸収剤１２ａ、１２ｂの温度を推定する等、その他の手段によって吸収剤１２ａ、１２ｂの温度を求めるようにしてもよい。
【００６５】
次に本排気ガス浄化装置３０で実施される再生制御について説明する。本排気ガス浄化装置３０における吸収剤１２ａ、１２ｂの再生制御の実質的部分の制御ルーチンは、図５に示された排気ガス浄化装置２０の場合とほぼ同様である。しかしながら、本排気ガス浄化装置３０においては再生制御を必要とする吸収剤が２ヶ所にあるので、両方の吸収剤１２ａ、１２ｂの再生制御を実施するために図５に示された再生制御の制御ルーチンを二回行う必要がある。図９は、本排気ガス浄化装置３０の再生制御の全体を示す制御ルーチンである。本ルーチンはＥＣＵ８により一定時間毎の割込みによって実施される。
【００６６】
図９は、第１及び第２の吸収剤１２ａ、１２ｂの再生制御実施条件を同一とし、その再生制御実施条件が成立した時には第１の吸収剤１２ａと第２の吸収剤１２ｂとについて連続して再生制御を実施する場合を示している。ステップ２００は、図５のステップ１００と同様であって、まずここで再生制御実施条件が成立したか否かが判定される。
【００６７】
続くステップ２０２及びステップ２０４において第１または第２の吸収剤１２ａ、１２ｂに対して実施される再生制御の実質的部分については、図５を参照して説明した排気ガス浄化装置２０の再生制御のステップ１０２からステップ１１２と基本的に同様であり、構成要素の対応関係（還元剤噴射ノズル３２と６８または７２、温度センサ３４と７４または７６等）及び各ステップでの調整弁６４の動作等についても図２及び図８、並びに上述の説明から明らかであるので詳細な説明は省略する（概略的に言えば、硫黄被毒再生を行わない側の分岐通路４８または５２が排気ガス浄化装置２０におけるバイパス通路１８に対応する）。
【００６８】
なお、本排気ガス浄化装置３０においては、一方の吸収剤（対象吸収剤）に対して再生制御を実施する際に、その対象吸収剤への流通排気ガス流量を調整すると、対象吸収剤をバイパスした排気ガスは再生制御を実施していない他方の吸収剤を通過することになる。これにより、本排気ガス浄化装置３０では再生制御実施中においても排気ガスが吸収剤を通過せずに大気へ放出されることが防止されるという利点がある。
【００６９】
以上のように本排気ガス浄化装置３０の構成によっても、その吸収剤１２ａ、１２ｂの再生制御において、図５を参照して説明した方法と同様な方法を実施することができ、その結果、吸収剤１２ａ、１２ｂの各部分間の温度差の減少等、排気ガス浄化装置２０に関連して説明した作用効果と同様の作用効果を得ることができる。更に本構成では、上述したように再生制御実施中において排気ガスが吸収剤を全く通過せずに大気へ放出されることが防止される。
【００７０】
次に更に別の構成の排気ガス浄化装置４０について説明する。図１０は、排気ガス浄化装置４０の外観を模式的に示した説明図であり、図１０（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１１（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４０の内部の排気ガスの流れが示されている。
【００７１】
この排気ガス浄化装置４０は、上述の他の排気ガス浄化装置２０、３０と同様に、図１に示された場合において排気ガス浄化装置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。図１０に示すように排気ガス浄化装置４０は、基幹通路７８と、基幹通路７８に接続された環状通路８２とを備えている。基幹通路７８と環状通路８２との接続部分には、経路変更部８４が設けられている。経路変更部８４は、排気ガスの経路を変更すると共に後述する吸収剤１２を流通する排気ガスの流量を調整することができる経路切替調整弁８６と、経路切替調整弁８６を駆動するための駆動部８８とを備えている。経路変更部８４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７８を構成する二つの部分基幹通路７８ａ、７８ｂが接続されており、他方の組の対向面には、環状通路８２を構成する二つの部分環状通路８２ａ、８２ｂが接続されている。
【００７２】
環状通路８２には上述した他の排気ガス浄化装置２０、３０において用いられたのと同様な吸収剤１２が担持されたフィルタ１４が配置されている。第１の部分環状通路８２ａは、フィルタ１４（吸収剤１２）の第１の面Ｓ１側に通じており、第２の部分環状通路８２ｂ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７８ｂには別の吸収剤９２が配置されている。下流側の部分基幹通路７８ｂは、環状通路８２のフィルタ１４を内蔵している部分を囲むように形成されている。
【００７３】
更に、排気ガス浄化装置４０は、後述する吸収剤１２の再生制御の際等に使用する還元剤を環状通路８２内に添加するための還元剤添加部を備えており、本構成では第１の部分環状通路８２ａに取り付けられている。還元剤添加部は、還元剤噴射ノズル９４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９４によって第１の部分環状通路８２ａ内に、ＥＣＵの制御によって制御段階等に応じて適切なやり方で添加される。なお、還元剤としては、上述した他の排気ガス浄化装置２０、３０と同様に、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。
【００７４】
経路変更部８４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８４の駆動部８８に接続されており、駆動部８８を制御することにより、経路切替調整弁８６の開度（位置）調整動作を制御する。また、ＥＣＵ８は、還元剤添加部の還元剤噴射ノズル９４に接続されており、還元剤噴射ノズル９４を制御することにより、還元剤噴射ノズル９４の還元剤添加動作を制御する。
【００７５】
更に、本排気ガス浄化装置４０においては、吸収剤１２が担持されたフィルタ１４に吸収剤１２の温度を測定する温度センサ９６が設けられている。この温度センサ９６はＥＣＵ８に接続されていて、測定結果はＥＣＵ８に与えられる。また、本排気ガス浄化装置４０においても上述した排気ガス浄化装置２０、３０と同様に、温度センサ９６は、吸収剤１２の下流側部分の温度を測定するように設けられている。
【００７６】
なお、本排気ガス浄化装置４０においても、温度センサ９６が、吸収剤１２が担持されたフィルタ１４に直接設けられたが、上述の他の排気ガス浄化装置２０、３０の場合と同様に、温度センサを後述する再生制御の際に吸収剤１２が担持されたフィルタ１４の下流側になる部分、すなわち第２の部分環状通路８２ｂに設置し、排気ガスの温度を測定することで吸収剤１２の温度を推定する等、その他の手段によって吸収剤１２の温度を求めるようにしてもよい。
排気ガス浄化装置４０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７８を通り、選択的に環状通路８２を通る。
【００７７】
図１１（ａ）、（ｂ）は、経路切替調整弁８６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４０に流入した排気ガスは、上流側の部分基幹通路７８ａを通って経路変更部８４に流入し、第１の部分環状通路８２ａと第２の部分環状通路８２ｂとをこの順序で通って、経路変更部８４に戻る。この時、排気ガスは、吸収剤１２を担持したフィルタ１４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８４に戻った排気ガスは、下流側の部分基幹通路７８ｂに流入し、別の吸収剤９２を通過した後に排気ガス浄化装置４０から排出される。なお、吸収剤９２を通過した排気ガスは、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、部分基幹通路７８ｂの環状通路８２のフィルタ１４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。
【００７８】
図１２は、経路切替調整弁８６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１１（ａ）と同様の図である。この場合、排気ガスは、図１１（ａ）の場合とほぼ同様に流れるが、環状通路８２を流れる方向が反転している。すなわち、経路変更部８４に流入した排気ガスは、第２の部分環状通路８２ｂと第１の部分環状通路８２ａとをこの順序で通って、経路変更部８４に戻る。この時、排気ガスは吸収剤１２を担持したフィルタ１４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、吸収剤１２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、通常使用時において排気ガスの流通方向によるＮＯｘ吸蔵量等の偏りを解消でき、吸収剤全体を効率良く使用することができる。
【００７９】
図１３は、経路切替調整弁８６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１１（ａ）及び図１２と同様の図である。なお、経路切替調整弁８６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８６は一時的に第３の位置となる。経路切替調整弁８６が第３の位置に位置している場合、経路変更部８４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７８ｂに流入し、吸収剤９２を通過した後に、排気ガス浄化装置４０から排出される。
【００８０】
上記のように、経路切替調整弁８６が第１または第２の位置にある場合には、排気ガスは吸収剤１２を担持したフィルタ１４を通過し、更に吸収剤９２を通過する。一方、経路切替調整弁８６が第３の位置にある場合には、殆どの排気ガスは、吸収剤１２を担持したフィルタ１４を通過せずに吸収剤９２のみを通過して排気ガス浄化装置４０から排出される。したがって、通常の運転中は、排気ガスが吸収剤１２を担持したフィルタ１４と吸収剤９２とを通過して浄化されるように、経路切替調整弁８６は第１または第２の位置にある。そして必要に応じてその位置が駆動部８８により第１の位置と第２の位置の間で調整される。
【００８１】
次に本排気ガス浄化装置４０で実施される再生制御について説明するが、本排気ガス浄化装置４０における吸収剤１２の再生制御は基本的に排気ガス浄化装置２０の場合と同様であり、その制御ルーチンは図５のフローチャートで示され、また構成要素（噴射ノズル３２と９４、温度センサ３４と９６等）の対応関係等も図面及び上述の説明から明らかであるので詳細な説明については省略する。但し、本排気ガス浄化装置４０における再生制御で実施される経路切替調整弁８６の開度（位置）調整は、排気ガス浄化装置２０の調整弁２４の場合とはかなり異なる部分もあるので、以下で説明する。
【００８２】
まず、本排気ガス浄化装置４０で図５に示された制御ルーチンを実施した場合においてステップ１０４で行われる経路切替調整弁８６の開度（位置）調整についてであるが、ここでは、経路切替調整弁８６は、図１３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である予め定められた位置（「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１４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１４をバイパスするようにされる。したがって、仮に再生制御実施条件が成立した時に経路切替弁８６が第２の位置にあった場合には、ここでの調整により吸収剤１２を担持したフィルタ１４を通過する排気ガスの方向は反転されることになる。また、この時、経路切替調整弁８６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（上記の第４の位置）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９４がフィルタ１４を流通する排気ガスの流れ方向に関してフィルタ１４の上流側に位置するようにするためである。
【００８３】
次に、本排気ガス浄化装置４０で図５に示された制御ルーチンを実施した場合においてステップ１０８で行われる経路切替調整弁８６の開度（位置）調整について説明する。ここでは、経路切替調整弁８６は上述の第４の位置から図１１に示された第１の位置に調整され、吸収剤１２を流通する排気ガスの流量が増加せしめられる。すなわち、ステップ１０８においては、この経路切替調整弁８６の調整によって、殆ど全ての排気ガスがフィルタ１４を第１の面Ｓ１から第２の面Ｓ２に向かって流通するようにされる。
【００８４】
なお、本排気ガス浄化装置４０で図５に示された制御ルーチンを実施した場合であって、排気ガス浄化装置２０に関連して説明した例と同様な方法でステップ１１０のリッチ化制御が行われる場合には、このステップ１１０においても経路切替調整弁８６が調整される。この場合、経路切替調整弁８６は、第１の位置から第３の位置側へ作動され、フィルタ１４を第１の面Ｓ１から第２の面Ｓ２に向かって流通する排気ガスの流量が低減される。これは、上述したように、吸収剤流通排気ガスの空燃比を略ストイキまたはリッチにするために添加される還元剤の量を低減し燃費悪化を低減すると共に、エミッションの悪化を低減するためである。そしてこの時、経路切替調整弁８６は第３の位置まで移動されることは無く、吸収剤１２（フィルタ１４）を流通する排気ガスの方向（第１の面Ｓ１から第２の面Ｓ２）は維持される。
【００８５】
以上の説明から明らかなように、本排気ガス浄化装置４０の構成によっても、その吸収剤１２の再生制御において、排気ガス浄化装置２０に関連して図５を参照して説明した方法とほぼ同様な方法を実施することができる。そしてその結果、吸収剤１２の各部分間の温度差の減少等、排気ガス浄化装置２０に関連して説明した作用効果と同様の作用効果を得ることができる。更に本排気ガス浄化装置４０は吸収剤９２を具備しているので、再生制御実施中において排気ガスが吸収剤を全く通過せずに大気へ放出されることが防止される。また、本構成によれば、吸収剤１２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、通常使用時において排気ガスの流れ方向によるＮＯｘ吸蔵量等の偏りを解消でき、吸収剤１２全体を効率良く使用することができる。
【００８６】
なお、上述の説明では各構成の排気ガス浄化装置２０、３０、４０で実施される再生制御のステップ１０８での弁２４、６４、８６の制御（すなわち、開度（位置）調整）において、硫黄被毒再生を実施する対象吸収剤１２、１２ａ、１２ｂにほぼ全ての排気ガスが流入するように弁２４、６４、８６の開度または位置（以下、単に「弁開度」と言う）を調整することとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、対象吸収剤１２、１２ａ、１２ｂの各部分間の温度差の減少を図るのに適切な弁開度であれば、対象吸収剤１２、１２ａ、１２ｂを流通する排気ガス流量がステップ１０４の時よりも多くなる別の弁開度に調整するようにしてもよい。
【００８７】
また、上述の説明では、吸収剤１２、１２ａ、１２ｂの温度を測定するために温度センサ３４、７４、７６、９６が吸収剤１２、１２ａ、１２ｂを担持したフィルタ１４、５６、５８に直接設けられている排気ガス浄化装置２０、３０、４０の構成を示して説明を行い、その他の構成の例として温度センサを吸収剤の下流に設置することについて述べたが、本発明はこれらの構成に限定されるものではなく、例えば温度センサを設けずに吸収剤１２、１２ａ、１２ｂの温度を推定し、上述したような再生制御を実施するようにしてもよい。この場合、昇温開始前の吸収剤１２、１２ａ、１２ｂの温度については、例えばエンジンの運転状態に基づいて求めることができる。すなわち、吸収剤１２、１２ａ、１２ｂの温度をエンジン負荷Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／エンジン回転数Ｎ）及びエンジン回転数Ｎの関数として予め求めてマップにしておき、このマップに基づいてエンジン負荷Ｑ／Ｎとエンジン回転数Ｎとから温度を求めることが可能である。この場合には、上記マップを予めＥＣＵ８のＲＯＭに記憶させておく。また、その後の温度については、上記のエンジン運転状態に加えて、再生制御の過程における還元剤添加量や弁開度（吸収剤流通排気ガス流量）等に基づいて推定することができる。
【００８８】
あるいは、再生制御の実施条件が成立した時の各エンジン運転状態に応じて、吸収剤１２、１２ａ、１２ｂの各部分間の温度差の減少を図り且つその温度を硫黄分放出温度ＴＳ以上とすることができる適切な制御パラメータ（すなわち、ステップ１０４及びステップ１０８等における弁開度及び還元剤添加量、並びに待ち時間Ｐ１及びＰ２等）を予め求めてプログラムしておき、再生制御の実施条件が成立した時にはその時のエンジン運転状態に応じたプログラムを選択し、それに沿って制御を行うようにしてもよい。
【００８９】
更に、上述の説明では、再生制御を昇温制御とリッチ化制御とに分け、リッチ化制御時にのみ硫黄分が放出されるかのように説明したが、当然のことながら、実際には、昇温制御中においても吸収剤１２、１２ａ、１２ｂのうちの硫黄分放出温度ＴＳ以上となった部分（例えば上流側部分）がその時の還元剤の添加等によってリッチ雰囲気となれば、その部分から硫黄分の放出が行われる。
【００９０】
また、上述の説明ではステップ１０４及びステップ１０８等において、弁の開度または位置（すなわち、弁開度）を基準として弁２４、６４、８６を制御して硫黄被毒再生が行われたが、対象吸収剤１２、１２ａ、１２ｂを流通する排気ガスの流量を基準とした制御を行って同様に硫黄被毒再生を行うようにしてもよい。すなわち、この場合には、ステップ１０４及びステップ１０８等においては対象吸収剤１２、１２ａ、１２ｂを流通する排気ガス流量が予め定めた流量となるように制御される。
【００９１】
より詳細には、例えば上述した各排気ガス浄化装置２０、３０、４０のように弁２４、６４、８６によって対象吸収剤１２、１２ａ、１２ｂを流通する排気ガス流量が制御される場合には、ステップ１０４においては対象吸収剤１２、１２ａ、１２ｂを流通する排気ガス流量が予め定めた第１の流量となるように、ステップ１０８においては対象吸収剤１２、１２ａ、１２ｂを流通する排気ガス流量が予め定めた第２の流量へと増加するように、それぞれ弁開度が調整される。
【００９２】
このように、流通排気ガス流量を基準とした弁の制御においては、先の説明の弁開度を基準とした弁の制御のように最初に弁の目標開度または目標位置（以下、単に「目標開度」と言う）が設定され、単純に弁開度がその目標開度になるように調整されるのではなく、まず目標流量が設定され、対象吸収剤を流通する排気ガス流量がその目標流量となるように弁開度が調整される。つまり、対象吸収剤を流通する排気ガス流量がその目標流量となるための目標開度が設定され、その目標開度になるように弁開度が調整される。
【００９３】
このような弁開度の調整は、例えば以下のようにして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は、エンジン負荷Ｑ／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ておけば、これに基づいて所定の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。更に各排気ガス流量の場合において弁開度が各開度の時に対象吸収剤１２、１２ａ、１２ｂを流通する排気ガス流量は実験または計算により求めることができる。
【００９４】
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弁開度の関数としての対象吸収剤流通排気ガス流量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、吸収剤流通排気ガス流量を所望の流量（目標流量）とする目標開度を決定することができ、駆動部２６、６６、８８を制御することによってその目標開度へ弁開度を調整することができる。
【００９５】
あるいは、他の方法としては、吸収剤１２、１２ａ、１２ｂ（フィルタ１４）の流入端に流速センサを取り付けることによって排気ガス流速をモニターし、その測定値から流量を推定してフィードバック制御により所望の吸収剤流通排気ガス流量となるように弁開度を調整するようにしてもよい。
【００９６】
なお、排気ガス浄化装置４０の構成においては、吸収剤１２を流通する排気ガスの方向を反転することができることから、ここでの吸収剤流通排気ガス流量は、流れの方向を含めた概念となる。例えばフィルタ１４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の流量とし、その逆を負の流量とする。
【００９７】
また、上述の各排気ガス浄化装置２０、３０、４０を用いた説明においては、吸収剤１２、１２ａ、１２ｂの上流側において還元剤を添加する還元剤添加手段として、還元剤添加ノズル３２、７４、７６、９４を用いて吸収剤担持フィルタ１４、５６、５８の上流側で排気ガス通路に還元剤を供給する手段を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば上述の各排気ガス浄化装置２０、３０、４０において、還元剤添加ノズル３２、７４、７６、９４からの還元剤の添加の代わりに、ポスト噴射（すなわち、主噴射に続いて膨張行程にて噴射される副噴射）による還元剤の添加が行われるようにしてもよい。
この場合、ポスト噴射でのみ還元剤の添加を行う場合には、還元剤添加ノズル３２、７４、７６、９４を設ける必要がなくなるという利点がある。
【００９８】
なお、ポスト噴射による還元剤の添加が行われる場合には、燃料噴射弁によりシリンダ内に還元剤の添加が行われるため、排気ガス浄化装置内に複数の排気ガスの経路が存在する場合に排気ガス経路毎に個別に還元剤の添加を行うことができない点に留意する必要がある。例えば、図８に示された排気ガス浄化装置３０においてポスト噴射による還元剤の添加が行われる場合には、各吸収剤１２ａ、１２ｂに対する個別的な還元剤の添加を行うことはできず、また、排気ガス浄化装置２０や排気ガス浄化装置４０においてポスト噴射による還元剤の添加が行われる場合には、還元剤の添加された排気ガスが吸収剤１２の存在しない排気ガス経路にも流れる場合があるので還元剤の無駄が生じると共に大気中に放出される還元剤が増加する可能性がある。
【００９９】
また、上述の各排気ガス浄化装置２０、３０、４０を用いた説明においては、昇温制御からリッチ化制御に移行する条件を吸収剤の温度ＴＦが硫黄分放出温度ＴＳ以上となることとしているが、この条件を吸収剤の温度ＴＦが硫黄分放出温度ＴＳとは異なる所定の温度以上となることとしてもよい。例えば、リッチ化制御への移行後の温度低下を考慮して、上記条件となる温度（すなわち昇温制御における目標温度）を硫黄分放出温度ＴＳよりも高く設定してもよい。
【０１００】
更に、上述の各排気ガス浄化装置２０、３０、４０の構成においては、吸収剤１２、１２ａ、１２ｂをフィルタ１４、５６、５８内の排気ガス通路壁面に担持させているが、吸収剤とフィルタとは別個に独立させてもよい。
また、上述の説明は本発明をディーゼルエンジンに適用した場合についてのものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の内燃機関についても適用可能である。
【０１０１】
【発明の効果】
本発明によれば、硫黄分を放出させる対象ＮＯｘ吸蔵剤全体を同時に硫黄分放出温度以上とすることができるので、対象ＮＯｘ吸蔵剤の全体に渡って十分な硫黄被毒再生が実施可能となる。また、添加された還元剤を硫黄被毒再生制御中の対象ＮＯｘ吸蔵剤の昇温に効率的に利用することができると共に、硫黄被毒再生制御完了後の残存還元剤に起因するＮＯｘ吸蔵剤の過加熱を抑制することができる。
【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を示した説明図である。
【図３】図３は、ＮＯｘ吸収剤が担持されたパティキュレートフィルタの拡大断面図である。
【図４】図４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５】図５は、図２に示した排気ガス浄化装置及び図１０から図１３に示した排気ガス浄化装置におけるＮＯｘ吸収剤の硫黄被毒再生制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】図６は、図５に示した制御ルーチンにしたがってＮＯｘ吸収剤を昇温した場合におけるＮＯｘ吸収剤の上流側部分と下流側部分の温度の経時変化を示した例であり、図５のステップ１０２からステップ１０９までの制御を一度だけ行ってＮＯｘ吸収剤全体が硫黄分放出温度に達した場合を示している。
【図７】図７は、図５に示した制御ルーチンにしたがってＮＯｘ吸収剤を昇温した場合におけるＮＯｘ吸収剤の上流側部分と下流側部分の温度の経時変化を示した例であり、図５のステップ１０２からステップ１０９までの制御を繰返し行ってＮＯｘ吸収剤全体が硫黄分放出温度に達した場合を示している。
【図８】図８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９】図９は、図８に示した排気ガス浄化装置におけるＮＯｘ吸収剤の硫黄被毒再生制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の更に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１０（ａ）及び図１０（ｂ）がそれぞれ上面図及び側面図を示している。
【図１１】図１１は、図１０に示した排気ガス浄化装置の断面を示した説明図であって、図１１（ａ）及び図１１（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１２】図１２は、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１１（ａ）と同様の図である。
【図１３】図１３は、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１１（ａ）と同様の図である。
【符号の説明】
２…機関（エンジン）本体
６…排気ガス通路
８…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１０、２０、３０、４０…排気ガス浄化装置
１２、１２ａ、１２ｂ…ＮＯｘ吸収剤
１４、５６、５８…パティキュレートフィルタ
２４、６４…調整弁
３２、６８、７２、９４…還元剤噴射ノズル
３４、７４、７６、９６…温度センサ
８６…経路切替調整弁
Claims (4)
- 流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸蔵し流通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吸蔵剤を内燃機関から排出される排気ガスが通る排気ガス通路に配置した排気ガス浄化装置において、
上記ＮＯｘ吸蔵剤の上流側において還元剤を添加する還元剤添加手段と、
上記ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの流量を制御する流量制御手段とを備えていて、
ＮＯｘ吸蔵剤から硫黄分を放出させるべき時には、硫黄分を放出させる対象ＮＯｘ吸蔵剤の全体を硫黄分放出温度以上とするために、上記対象ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの流量を予め定めた流量として還元剤の添加を行い、その後上記対象ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの流量をその流通方向を反転することなく一方向に流した状態で予め定めた別の流量まで増加することによって上記対象ＮＯｘ吸蔵剤の上流側部分の温度と下流側部分の温度との温度差を減少させる、排気ガス浄化装置。 - 流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸蔵し流通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吸蔵剤を内燃機関から排出される排気ガスが通る排気ガス通路に配置した排気ガス浄化装置において、
上記ＮＯｘ吸蔵剤の上流側において還元剤を添加する還元剤添加手段と、
上記ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの流量を制御する開度調整可能なバルブとを備えていて、
ＮＯｘ吸蔵剤から硫黄分を放出させるべき時には、硫黄分を放出させる対象ＮＯｘ吸蔵剤の全体を硫黄分放出温度以上とするために、上記バルブの開度を予め定めた開度に調整することによって上記対象ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの流量を制御して還元剤の添加を行い、その後上記バルブの開度を予め定めた別の開度に調整することにより上記対象ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの流量をその流通方向を反転することなく一方向に流した状態で増加することによって上記対象ＮＯｘ吸蔵剤の上流側部分の温度と下流側部分の温度との温度差を減少させる、排気ガス浄化装置。 - ＮＯｘ吸蔵剤が、排気ガス中の排気微粒子を除去する手段に担持されて上記排気ガス通路に配置されている、請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置。
- 流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸蔵し流通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吸蔵剤を内燃機関から排出される排気ガスが通る排気ガス通路に配置して行う排気ガス浄化方法において、
ＮＯｘ吸蔵剤から硫黄分を放出させるべき時には、硫黄分を放出させる対象ＮＯｘ吸蔵剤の全体を硫黄分放出温度以上とするために、上記対象ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの流量を予め定めた流量として還元剤の添加を行い、その後上記対象ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの流量をその流通方向を反転することなく一方向に流した状態で予め定めた別の流量まで増加することによって上記対象ＮＯｘ吸蔵剤の上流側部分の温度と下流側部分の温度との温度差を減少させる、排気ガス浄化方法。
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