(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーンバーン運転が可能な内燃機関の排気浄化装置であって、
前記内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、ＮＳＲ触媒）と、
前記ＮＳＲ触媒の下流側に配置されたＮＯｘ選択還元触媒（以下、ＳＣＲ）と、
前記排気通路における前記ＮＳＲ触媒の上流側から分岐する分岐通路と、
前記分岐通路に配置された三元触媒と、
前記排気通路と前記分岐通路との分岐部に配置され、当該分岐部下流の排気通路と前記分岐通路とに流れる排気ガスの流量比率を可変に設定するための流量制御弁と、
前記内燃機関の運転空燃比に基づいて、前記流量制御弁を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記内燃機関のストイキ運転中は、少なくとも排気ガスの一部が前記分岐通路へ流通するように、前記流量制御弁を制御し、前記内燃機関のストイキ運転中の負荷が所定の高負荷値よりも高い場合に、排気ガスが前記分岐部下流の排気通路および前記分岐通路の両方へ流通するように前記流量制御弁を制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記内燃機関のリーンバーン運転中は、排気ガスの全量が前記分岐部下流の排気通路へ流通するように前記流量制御弁を制御することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記内燃機関のストイキ運転中の負荷が前記所定の高負荷値よりも低い場合に、排気ガスの全量が前記分岐通路へ流通するように前記流量制御弁を制御することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記分岐通路の下流端は、前記排気通路における前記ＮＳＲ触媒の下流且つ前記ＳＣＲの上流の位置に合流していることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の排気浄化装置に係り、特に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒とＮＯｘ選択還元触媒とを備える内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特開２００９−１１４８７９号公報に開示されるように、内燃機関の排気通路に上流側からＳＯｘトラップ触媒と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、「ＮＳＲ触媒」と称する）と、ＮＯｘ選択還元触媒（以下、「ＳＣＲ」と称する）と、が設けられた排気浄化装置が知られている。ＮＳＲ触媒は、内燃機関から排出される燃焼ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を触媒内部に吸蔵する吸蔵機能と、ＮＯｘおよび炭化水素（ＨＣ）等を浄化処理する触媒機能と、を備えた触媒である。内燃機関がリーン空燃比で運転される場合には、ＮＯｘを多量に含む排気ガスが排出される。このため、上記のＮＳＲ触媒は、このＮＯｘをその内部に吸蔵して、該ＮＯｘが触媒下流へ放出される事態を抑制する。また、ＳＯｘトラップ触媒は、排気ガス中に含まれるＳＯｘを捕獲しうる触媒であって、ＮＳＲ触媒へのＳＯｘ吸蔵を抑制する。
【０００３】
また、ＳＣＲは、アンモニアによりＮＯｘを選択的に還元可能な触媒である。機関運転を一時的にリッチ空燃比に制御すると、ＮＳＲ触媒内におけるＮＯｘの還元反応によってアンモニアが生成される。ＳＣＲでは、このアンモニアを利用して、ＮＯｘが選択的に還元される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１４８７９号公報
【特許文献２】特開２００４−５２５２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内燃機関がリーン空燃比で運転される場合には、上述した従来の装置のように、ＮＳＲ触媒とＳＣＲを備えた排気浄化装置によって、排気ガスを有効に浄化することができる。しかしながら、内燃機関の運転条件によっては、常にリーン運転が行われるとは限らない。すなわち、内燃機関の運転空燃比は、運転条件によって変化する。例えば、内燃機関に対して高負荷要求が出されている場合等においては、運転空燃比をストイキとするストイキ運転が行われる場合もある。この場合、三元活性が低いＮＳＲ触媒では、ストイキ運転中の排気ガスを有効に浄化できないおそれがある。このため、リーンバーン運転が可能な内燃機関において、単にＮＳＲ触媒とＳＣＲとを配置した排気浄化装置では、排気浄化性能を高く維持することができず、改善が望まれていた。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、リーンバーン運転が可能な内燃機関において、機関運転空燃比によらず高い浄化性能を維持することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、リーンバーン運転が可能な内燃機関の排気浄化装置であって、
前記内燃機関の排気通路に配置されたＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、ＮＳＲ触媒）と、
前記ＮＳＲ触媒の下流側に配置されたＮＯｘ選択還元触媒（以下、ＳＣＲ）と、
前記排気通路における前記ＮＳＲ触媒の上流側から分岐する分岐通路と、
前記分岐通路に配置された三元触媒と、
前記排気通路と前記分岐通路との分岐部に配置され、当該分岐部下流の排気通路と前記分岐通路とに流れる排気ガスの流量比率を可変に設定するための流量制御弁と、
前記内燃機関の運転空燃比に基づいて、前記流量制御弁を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記内燃機関のストイキ運転中は、少なくとも排気ガスの一部が前記分岐通路へ流通するように、前記流量制御弁を制御し、前記内燃機関のストイキ運転中の負荷が所定の高負荷値よりも高い場合に、排気ガスが前記分岐部下流の排気通路および前記分岐通路の両方へ流通するように前記流量制御弁を制御することを特徴とする。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、
前記制御手段は、前記内燃機関のリーンバーン運転中は、排気ガスの全量が前記分岐部下流の排気通路へ流通するように前記流量制御弁を制御することを特徴とする。
【０００９】
第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記制御手段は、前記内燃機関のストイキ運転中の負荷が前記所定の高負荷値よりも低い場合に、排気ガスの全量が前記分岐通路へ流通するように前記流量制御弁を制御することを特徴とする。
【００１１】
第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記分岐通路の下流端は、前記排気通路における前記ＮＳＲ触媒の下流且つ前記ＳＣＲの上流の位置に合流していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、内燃機関のストイキ運転中は、少なくとも排気ガスの一部が、三元触媒が配置された分岐通路へ流通される。このため、本発明によれば、三元活性の低いＮＳＲ触媒によって高浄化率を維持することのできないストイキ運転中においても、三元活性の高い三元触媒を利用して、高い浄化性能を維持することができる。
また、本発明によれば、内燃機関のストイキ運転中の負荷が所定の高負荷値よりも高い場合に、三元触媒が配置された分岐通路と、ＮＳＲ触媒およびＳＣＲが配置された排気通路との両方に排気ガスが流通される。高負荷運転時は、排気ガス流量が多量であるため、分岐通路における三元触媒の下流に未浄化の排気ガスがすり抜けてしまうおそれがある。一方において、ＮＳＲ触媒はＮＯｘ吸蔵機能だけでなく三元機能も有している。このため、本発明によれば、三元触媒の三元機能に加えて、ＮＳＲ触媒の三元機能も有効に利用することができるので、高負荷ストイキ運転中においても高い浄化性能を維持することができる。
【００１３】
第２の発明によれば、内燃機関のリーンバーン運転中は、排気ガスの全量がＮＳＲ触媒およびＳＣＲを備える排気通路へ流通される。このため、本発明によれば、三元触媒によって高浄化率を維持できないリーンバーン運転中に、ＮＳＲ触媒およびＳＣＲを有効に利用することができるので、リーンバーン運転中であっても高い浄化性能を維持することができる。
【００１４】
第３の発明によれば、内燃機関のストイキ運転中の負荷が所定の高負荷値よりも低い場合に、排気ガスの全量が三元触媒を有する分岐通路へ流通される。このため、本発明によれば、ＮＳＲ触媒およびＳＣＲによって高浄化率を維持できないストイキ運転中に、三元触媒を最大限に利用することができるので、ストイキ運転中であっても高い浄化性能を維持することができる。
【００１６】
第４の発明によれば、分岐通路に配置された三元触媒の下流に排出されてしまう非メタン炭化水素（ＮＭＨＣ）成分等をＳＣＲにおいて浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。
【図２】ＮＳＲ触媒とＳＣＲとを備える排気系において、リーン運転時のＮＯｘ浄化率を説明するための図である。
【図３】ＮＳＲ触媒およびＴＷＣにおけるアンモニア発生量を示す図である。
【図４】リーン運転中の流量調整弁の制御について説明するための図である。
【図５】ストイキ運転中の流量調整弁の制御について説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図７】本実施の形態１のシステムの変形例を説明するための図である。
【図８】高負荷ストイキ運転中の流量調整弁の制御について説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１９】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施の形態のシステムは、内燃機関（エンジン）１０を備えている。内燃機関１０の排気側には、排気通路１２が連通している。排気通路１２には、三元触媒であるスタート触媒（以下、「ＳＣ」と称する）１４が配置されている。
【００２０】
排気通路１２は、ＳＣ１４の下流側において、第１排気通路１２１と第２排気通路１２２とに分岐している。第１排気通路１２１の途中には、ＮＳＲ触媒（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）１６が配置され、その下流側にはＳＣＲ（ＮＯｘ選択還元触媒）１８が配置されている。また、第２排気通路１２２の途中には、三元触媒（以下、「ＴＷＣ」と称する）２０が配置されている。
【００２１】
内燃機関１０は、空燃比がリッチである場合に、ＨＣおよびＣＯを排出し易い。また、空燃比がリーンである場合にＮＯｘを排出しやすい。ＳＣ１４およびＴＷＣ２０は、リーン雰囲気では酸素（Ｏ２）を吸着しながらＮＯｘを還元（Ｎ２に浄化）する。他方、リッチ雰囲気では、酸素を放出しながらＨＣおよびＣＯを酸化（Ｈ２Ｏ、ＣＯ２に浄化）する。また、リッチ雰囲気下では、排気ガス中に含まれる窒素が水素と反応することにより、アンモニア（ＮＨ３）が生成される。
【００２２】
ＮＳＲ触媒１６は、リーン雰囲気下では、排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵する。また、ＮＳＲ触媒１６は、吸蔵しているＮＯｘをリッチ雰囲気下で放出する。リッチ雰囲気下で放出されたＮＯｘは、ＨＣやＣＯにより還元される。この際、ＳＣ１４の場合と同様に、ＮＳＲ触媒１６においてもＮＨ３が生成される。
【００２３】
ＳＣＲ１８は、ＳＣ１４およびＮＳＲ触媒１６が、リッチ雰囲気下で生成するＮＨ３を吸蔵し、リーン雰囲気下では、ＮＨ３を還元剤として、排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元する機能を有している。ＳＣＲ１８によれば、ＮＳＲ触媒１６の下流に吹き抜けてきたＮＨ３およびＮＯｘが大気中に放出される事態を有効に阻止することができる。
【００２４】
図１に示すシステムは、排気通路１２の分岐点、すなわち第１排気通路１２１および第２排気通路１２２の上流端と該排気通路１２との連通部に流量調整弁２２を備えている。流量調整弁２２は、内燃機関１０から排気された排気ガスの流通先を第１排気通路１２１と第２排気通路１２２との間で切り替える或いは所定の流量比率に調整することができる。
【００２５】
また、図１に示すシステムは、排気通路１２におけるＳＣ１４の上流側に、空燃比（Ａ／Ｆ）センサ２４を備えている。Ａ／Ｆセンサ２４は、内燃機関１０の排気空燃比を検出することができる。また、排気通路１２における流量調整弁２２の上流側且つＳＣ１４の下流側の位置、および、第１排気通路１２１と第２排気通路１２２との合流点下流の位置に、酸素（Ｏ２）センサ２６，２８を備えている。Ｏ２センサ２６，２８は、排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を発生するセンサである。
【００２６】
本実施の形態のシステムは、図１に示すとおり、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)３０を備えている。ＥＣＵ３０の出力部には、上述した流量調整弁２２等の種々のアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ３０の入力部には、上述したＡ／Ｆセンサ２４、Ｏ２センサ２６，２８の他、内燃機関１０の運転条件および運転状態を検出するための種々のセンサ類が接続されている。ＥＣＵ３０は、入力された各種の情報に基づいて、図１に示すシステムの状態を制御することができる。
【００２７】
[実施の形態１の動作]
先ず、ＮＳＲ触媒１６の機能および動作について説明する。ＥＣＵ３０は、通常、内燃機関１０をリーン空燃比で運転（リーン運転）させる。リーン運転中は、ＮＯｘ等の酸化剤がＨＣ、ＣＯ等の還元剤よりも多量に排出される。このため、ＴＷＣ２０を用いて当該排気ガスを浄化しようとしても、還元剤の不足によって全てのＮＯｘを浄化することができない。そこで、本実施の形態１のシステムでは、リーン運転中は、排気ガスの全量が排気通路１２から第１排気通路１２１へ流通するように流量調整弁２２を制御することとしている。第１排気通路１２１にはＮＳＲ触媒１６が配置されている。ＮＳＲ触媒１６は、ＮＯｘをＢａ（ＮＯ３）２等の硝酸塩として吸蔵する機能を有している。このため、本実施の形態１のシステムによれば、リーン運転中であっても、該ＮＯｘが大気中に放出されてしまう事態を効果的に抑制することができる。
【００２８】
但し、ＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ吸蔵性能は、吸蔵量が増加するにつれて低下してしまう。このため、リーン運転が長時間継続されると、吸蔵されなかったＮＯｘが該触媒下流に吹き抜けてしまう。そこで、本実施の形態１のシステムでは、ＮＳＲ触媒１６に吸蔵されたＮＯｘを定期的に脱離させて処理するリッチスパイク制御が実行される。より具体的には、ＮＳＲ触媒１６の吸蔵性能が低下する所定のタイミングで、内燃機関１０の排気空燃比が一時的にリッチに（例えば、Ａ／Ｆ＝１２）される。リッチスパイク実行中の排気ガスには、ＨＣ、ＣＯ、Ｈ２等の還元剤が多量に含まれている。このため、これらの還元剤がＮＳＲ触媒１６内へ導入されると、硝酸塩として吸蔵されていたＮＯｘは、ＮＯまで還元されて塩基から脱離される。脱離したＮＯｘは、ＮＳＲ触媒１６内の触媒上でＮ２等に浄化されて処理される。このように、リーン運転中にリッチスパイクを実行することにより、ＮＳＲ触媒１６に吸蔵されていたＮＯｘを脱離処理することができるので、ＮＯｘ吸蔵性能を有効に回復させることができる。
【００２９】
次に、ＳＣＲ１８の機能について説明する。上述したとおり、リッチスパイクの実行によって、ＮＳＲ触媒１６のＮＯｘ吸蔵性能を有効に回復させることができる。しかしながら、リッチスパイクが実行されると、該ＮＳＲ触媒１６から脱離したＮＯｘの一部が浄化されずにそのまま下流に吹き抜けてしまう。また、上述したとおり、リーン運転中にＮＳＲ触媒１６に吸蔵されずに下流に吹き抜けるＮＯｘも存在する。これらの吹き抜けＮＯｘがそのまま大気中に放出されてしまうとエミッションの悪化を招いてしまう。
【００３０】
そこで、本実施の形態１のシステムは、ＮＳＲ触媒１６の下流側に吹き抜けたＮＯｘを処理するためのＳＣＲ１８を備えることとしている。上述したとおり、ＳＣＲ１８は、ＳＣ１４およびＮＳＲ触媒１６が、リッチ雰囲気下で生成するＮＨ３をその内部に吸蔵している。このため、ＳＣＲ１８によれば、ＮＳＲ触媒１６の下流に吹き抜けてきたＮＯｘをＮＨ３で選択的に還元して浄化することができる。これにより、ＮＯｘが大気中に放出されてエミッションが悪化する事態を有効に阻止することができる。
【００３１】
ＮＳＲ触媒とＳＣＲとを有する排気系の浄化性能について、以下詳細に考察する。図２は、ＮＳＲ触媒とＳＣＲとを備える排気系において、リーン運転時のＮＯｘ浄化率を説明するための図である。尚、この図において、（ａ）は本実施の形態１のシステムにおける第１排気通路１２１側の排気系と同様の構成として、排気通路の上流側からＳＣ、ＮＳＲ触媒、およびＳＣＲがそれぞれ配置された排気系を、（ｂ）はその比較例として、排気通路の上流側からＳＣ、ＴＷＣ、および２倍のＳＣＲがそれぞれ配置された排気系を、それぞれ示している。また、排気ガスのサンプルは、ＮＳＲ触媒またはＴＷＣの出口側の位置、およびＳＣＲの出口側の位置で採取したものを示している。
【００３２】
この図に示すとおり、（ａ）の排気系構成では、ＮＳＲ触媒の出口およびＳＣＲの出口の何れのサンプルにおいても、（ｂ）のそれよりも３倍以上のＮＯｘ浄化率を示している。このことから、リーン運転中においては、ＴＷＣよりもＮＳＲ触媒のほうが有効にＮＯｘを浄化できることが分かる。また、図３は、ＮＳＲ触媒およびＴＷＣにおけるアンモニア発生量を示す図である。この図に示すとおり、ＮＳＲ触媒では多量のアンモニア（ＮＨ３）が生成されるのに対し、ＴＷＣではその性質上これを望むことはできない。この結果から、該ＳＣＲにおけるＮＯｘ浄化率を高めるためには、ＳＣＲの上流にＮＳＲ触媒を配置する排気系構成が好適であることが分かる。
【００３３】
[本実施の形態１の特徴的動作]
上述したとおり、ＥＣＵ３０は、通常、内燃機関１０をリーン空燃比で運転（リーン運転）させる。図４は、リーン運転中の流量調整弁の制御について説明するための図である。この図に示すとおり、リーン運転中は、排気ガスの全量が排気通路１２から第１排気通路１２１へ流通するように流量調整弁２２を制御することとしている。この場合、排気ガスの全量が第１排気通路１２１に配置されているＮＳＲ触媒１６およびＳＣＲ１８へ導入されるので、排気ガスとしてのリーンガスを有効に浄化することができる。
【００３４】
しかしながら、内燃機関１０へ加速要求や高負荷要求等の運転要求が出された場合には、内燃機関１０をストイキ空燃比で運転させるストイキ運転を行ったほうがよい場合もある。この場合、ＥＣＵ３０は内燃機関１０をストイキ運転させるため、三元機能に乏しいＮＳＲ触媒１６では、ストイキガスの全てを浄化できないおそれがある。
【００３５】
そこで、本実施の形態１のシステムでは、ストイキ運転中は、排気ガスの全量が排気通路１２から第２排気通路１２２へ流通するように流量調整弁２２を制御することとしている。図５は、ストイキ運転中の流量調整弁の制御について説明するための図である。この図に示すとおり、第２排気通路１２２にはＴＷＣ２０が配置されている。ＴＷＣ２０は、ＮＳＲ触媒１６よりもストイキ活性が高い。このため、本実施の形態１のシステムによれば、ストイキ運転中であっても、排気ガスとしてのストイキガスを有効に浄化することができる。
【００３６】
このように、本実施の形態のシステムによれば、内燃機関１０の運転空燃比に応じて流量調整弁２２が制御される。これにより、内燃機関１０がリーン運転中かストイキ運転中かによらず、排気ガスを有効に浄化することができる。
【００３７】
［実施の形態１における具体的処理］
次に、図６を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図６は、ＥＣＵ３０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図６に示すルーチンは、内燃機関１０の運転中に繰り返し実行されるものとする。
【００３８】
図６に示すルーチンでは、先ず、流量調整弁２２のベース位置が設定される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、流量調整弁２２の弁位置が、排気ガスの全量が第１排気通路１２１へ流通する位置に設定される。次に、内燃機関１０のストイキ運転要求が出されているか否かが判定される（ステップ１０２）。その結果、ストイキ運転要求が出されていない場合には、リーン運転中であると判断されて、上記ステップ１００の処理が繰り返し実行される。一方、上記ステップ１０２において、ストイキ運転要求が出されている場合には、ＮＳＲ触媒１６およびＳＣＲ１８を用いてストイキガスの全量を浄化することができないと判断されて、次のステップに移行し、排気ガスの全量が第２排気通路１２２へ流通するように、流量調整弁２２が設定される（ステップ１０４）。これにより、排気ガスの全量がＴＷＣ２０へ流通する。
【００３９】
図６に示すルーチンでは、次に、ストイキ運転要求が未だ継続中か否かが判定される（ステップ１０６）。その結果、ストイキ運転要求が継続中であると判定された場合には、未だストイキガスが排気されていると判断されて、上記ステップ１０４の処理が繰り返し実行される。一方、上記ステップ１０６においてストイキ運転要求が継続していないと判定された場合には、リーン運転に切り替わると判断されて、流量調整弁２２の弁位置が再度ベース位置に戻される。
【００４０】
以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、リーン運転中は排気通路１２の連通先が第１排気通路１２１側に設定され、ストイキ運転中は第２排気通路１２２側に設定される。これにより、リーン運転中はＮＳＲ触媒１６およびＳＣＲ１８を用いてリーンガスを有効に浄化することができ、また、ストイキ運転中は、ＮＳＲ触媒１６およびＳＣＲ１８では完全に浄化できないストイキガスを、ＴＷＣ２０を用いて有効に浄化することができる。これにより、リーン運転中であってもストイキ運転中であっても、排気ガスの浄化を有効に行うことができる。
【００４１】
ところで、上述した実施の形態１においては、第１排気通路１２１におけるＮＳＲ触媒１６の下流側にＳＣＲ１８を配置することとしているが、ＳＣＲ１８の配置はこれに限られない。図７は、本実施の形態１のシステムの変形例を説明するための図である。この図に示すように、ＳＣＲ１８は、第１排気通路１２１と第２排気通路１２２とが合流した後の排気通路１２に配置することとしてもよい。これにより、ＴＷＣ２０の下流に排出されてしまう非メタン炭化水素（ＮＭＨＣ）成分等も、当該ＳＣＲ１８において浄化することができる。
【００４２】
また、上述した本実施の形態１においては、ストイキ運転要求が出されているか否か基づいて、流量調整弁２２の弁位置を制御することとしているが、Ａ／Ｆセンサ２４によって検出された排気ガスの空燃比が所定のストイキ空燃比であるか否かに基づいて、当該弁制御を実行することとしてもよい。
【００４３】
尚、上述した実施の形態１においては、ＮＳＲ触媒１６が前記第１の発明における「ＮＳＲ触媒」に、ＳＣＲ１８が前記第１の発明における「ＳＣＲ」に、ＴＷＣ２０が前記第１の発明における「三元触媒」に、第１排気通路１２１が前記第１の発明における「分岐部下流の排気通路」に、第２排気通路１２２が前記第１の発明における「分岐通路」に、それぞれ相当している。また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより、前記第１の発明における「制御手段」が実現されている。
【００４４】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１００または１０８の処理を実行することにより、前記第２の発明における「制御手段」が実現されている。
【００４５】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより、前記第３の発明における「制御手段」が実現されている。
【００４６】
実施の形態２．
［実施の形態２の特徴］
次に、図８および図９を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ３０に後述する図９に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００４７】
上述した実施の形態１のシステムでは、内燃機関１０のリーン運転中は排気ガスの全量を第１排気通路１２１へ流通させ、ストイキ運転中は排気ガスの全量を第２排気通路１２２へ流通させることとしている。ここで、内燃機関１０のストイキ運転中に高負荷要求が出された場合、ストイキガスがＴＷＣ２０の下流側へすり抜けてしまい、排気ガスの全量を浄化することができない場合も想定される。
【００４８】
そこで、本実施の形態２のシステムでは、ストイキ運転時に所定の高負荷要求が出された場合に、排気ガスの一部を第１排気通路１２１側へも流通させることとする。図８は、高負荷ストイキ運転中の流量調整弁の制御について説明するための図である。この図に示すように、高負荷ストイキ運転中は、第１排気通路１２１側と第２排気通路１２２側とに流通する排気ガスの流量比率が所定の比率（例えば２：７）になるように、流量調整弁２２の弁位置を制御することとする。ＮＳＲ触媒１６は、ＮＯｘ吸蔵機能だけでなく三元機能も有している。これにより、高負荷時のストイキガスが、第１排気通路１２１側と第２排気通路１２２側とに分散されるので、ＴＷＣ２０およびＮＳＲ触媒１６の三元機能を用いて、排気ガスを有効に浄化することができる。尚、ＴＷＣ２０の三元活性はＮＳＲ触媒１６のそれよりも高い。このため、ストイキ運転時の流量比率を設定する際には、第２排気通路１２２側を主とし、第１排気通路１２１側を従とすることが好ましい。
【００４９】
［実施の形態２における具体的処理］
次に、図９を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図９は、ＥＣＵ３０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図９に示すルーチンは、内燃機関１０の運転中に繰り返し実行されるものとする。
【００５０】
図９に示すルーチンでは、先ず、流量調整弁２２のベース位置が設定される（ステップ２００）。次に、内燃機関１０のストイキ運転要求が出されているか否かが判定される（ステップ２０２）。ここでは、具体的には、上記ステップ１００〜１０２と同様の処理が実行される。その結果、ストイキ運転要求が出されていない場合には、リーン運転中であると判断されて、上記ステップ２００の処理が繰り返し実行される。
【００５１】
一方、上記ステップ２０２において、ストイキ運転要求が出されている場合には、ＮＳＲ触媒１６およびＳＣＲ１８を用いてストイキガスの全量を浄化することができないと判断されて、次のステップに移行し、所定の高負荷運転であるか否か、例えば、負荷ＫＬ＞９０が成立するか否かが判定される（ステップ２０４）。その結果、ＫＬ＞９０の成立が認められない場合には、排気ガスの全量をＴＷＣ２０において浄化可能と判断されて、次のステップに移行し、排気ガスの全量が第２排気通路１２２へ流通するように、流量調整弁２２が設定される（ステップ２０６）。
【００５２】
一方、上記ステップ２０４において、ＫＬ＞９０の成立が認められた場合には、未浄化の排気ガスがＴＷＣ２０の下流側にすり抜けてしまうと判断されて、次のステップに移行し、第１排気通路１２１および第２排気通路１２２に流通する排気ガスの流量比率が所定の比率となるように、流量調整弁２２が設定される（ステップ２０８）。
【００５３】
図９に示すルーチンでは、次に、ストイキ運転要求が未だ継続中か否かが判定される（ステップ２１０）。その結果、ストイキ運転要求が継続中であると判定された場合には、未だストイキガスが排気されていると判断されて、上記ステップ２０４の処理が繰り返し実行される。一方、上記ステップ２１０においてストイキ運転要求が継続していないと判定された場合には、リーン運転に切り替わると判断されて、流量調整弁２２の弁位置が再度ベース位置に戻される。
【００５４】
以上説明したとおり、本実施の形態２のシステムによれば、高負荷ストイキ運転中は、排気ガスの流通先が所定の流量比率で第１排気通路１２１側と第２排気通路１２２側とに分散される。これにより、排気ガスの一部が第１排気通路１２１側に流通されるので、ＮＳＲ触媒１６の三元機能を用いてこれらのガスを有効に浄化することができる。また、排気ガスの流通先が分散されると第２排気通路１２２側に流通する排気ガス流量が低減されるので、ＴＷＣ２０の下流側に未浄化の排気ガスがすり抜けてしまう事態を有効に抑止することができる。
【００５５】
ところで、上述した実施の形態２においては、第１排気通路１２１におけるＮＳＲ触媒１６の下流側にＳＣＲ１８を配置することとしているが、ＳＣＲ１８の配置はこれに限られない。すなわち、上述した図７に示すように、ＳＣＲ１８は、第１排気通路１２１と第２排気通路１２２とが合流した後の排気通路１２に配置することとしてもよい。これにより、ＴＷＣ２０の下流に排出されてしまう非メタン炭化水素（ＮＭＨＣ）成分等も、当該ＳＣＲ１８において浄化することができる。
【００５６】
また、上述した本実施の形態２においては、ストイキ運転要求が出されているか否か基づいて、流量調整弁２２の弁位置を制御することとしているが、Ａ／Ｆセンサ２４によって検出された排気ガスの空燃比が所定のストイキ空燃比であるか否かに基づいて、当該弁制御を実行することとしてもよい。
【００５７】
尚、上述した実施の形態２においては、ＮＳＲ触媒１６が前記第１の発明における「ＮＳＲ触媒」に、ＳＣＲ１８が前記第１の発明における「ＳＣＲ」に、ＴＷＣ２０が前記第１の発明における「三元触媒」に、第１排気通路１２１が前記第１の発明における「分岐部下流の排気通路」に、第２排気通路１２２が前記第１の発明における「分岐通路」に、それぞれ相当している。また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ１０６または２０８の処理を実行することにより、前記第１の発明における「制御手段」が実現されている。
【００５８】
また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ２００または２１２の処理を実行することにより、前記第２の発明における「制御手段」が実現されている。
【００５９】
また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ２０６の処理を実行することにより、前記第３の発明における「制御手段」が実現されている。
【００６０】
また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ３０が、上記ステップ２０８の処理を実行することにより、前記第１の発明における「制御手段」が実現されている。
【符号の説明】
【００６１】
１０  内燃機関（エンジン）
１２  排気通路
１２１  第１排気通路
１２２  第２排気通路
１４  スタート触媒（ＳＣ）
１６  ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ触媒）
１８  ＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ）
２０  三元触媒（ＴＷＣ）
２２  流量調整弁
２４  Ａ／Ｆセンサ
２６  Ｏ２センサ
２８  Ｏ２センサ
３０  ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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