(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（イ）内燃機関と、（ロ）この内燃機関から排出される排気ガスを浄化する触媒と、（ハ）放熱量の大きい略円弧状の断面構造の排気冷却促進部を有し、前記内燃機関から前記触媒に排気ガスを導く第１通路と、（ニ）前記第１通路の排気冷却促進部よりも放熱量の小さい略円形の断面構造をなし、前記内燃機関から前記触媒に排気ガスを導く第２通路と、（ホ）前記内燃機関から排出される排気ガスの温度降下を促進させて前記触媒に排気ガスを流すべきときには前記第２通路よりも前記第１通路に流れる排気ガス流量を多くし、前記内燃機関から排出される排気ガスの温度降下を抑制して前記触媒に排気ガスを流すべきときには前記第１通路よりも前記第２通路に流れる排気ガス流量を多くするように前記第１通路と第２通路に流れる排気ガス流量を制御する流量制御手段と、を備え、
前記第１通路の排気冷却促進部は前記第２通路を、所定の間隙を介して取り囲むように設けられていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記第１通路の管路長と第２通路の管路長がほぼ同じ長さであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記触媒は、リーン空燃比の排気ガス中のＮＯxを浄化可能なリーンＮＯx触媒であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記流量制御手段は、前記触媒の触媒床温あるいは触媒床温を支配するパラメータに基づいて前記第１通路と前記第２通路に流れる排気ガス流量を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記流量制御手段は、前記触媒の触媒床温を浄化率の高い所定の温度領域に制御すべく前記第１通路と前記第２通路に流れる排気ガス流量を制御することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記流量制御手段は、前記触媒に吸収されたＳＯxを放出せしめるＳ被毒回復処理時に、前記第１通路よりも前記第２通路に流れる排気ガス流量が多くなるように制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記Ｓ被毒回復処理時に前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比あるいはそれよりもリッチな空燃比にする排気空燃比制御手段を備えることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記流量制御手段は、前記Ｓ被毒回復処理の完了直後、第１通路に流れる排気ガスの割合を多くすべく制御することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記第１通路にはＨＣ吸着材が設けられ、前記流量制御手段は、内燃機関の始動時に排気ガスを第１通路に流すように制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記ＨＣ吸着材は前記排気冷却促進部よりも下流に設けられていることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
前記触媒は酸素過剰の雰囲気で炭化水素の存在下でＮＯxを還元または分解する選択還元型ＮＯx触媒であり、前記第２通路には、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出してＮ2に還元する吸蔵還元型ＮＯx触媒が設けられ、前記流量制御手段は、内燃機関の高負荷運転時に主として前記第１通路に排気ガスが流れるように制御することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１２】
前記第１通路と前記第２通路の上流にこれら両通路に分流される前の排気ガスが流れる共通通路を備え、この共通通路にも、酸素過剰の雰囲気で炭化水素の存在下でＮＯxを還元または分解する選択還元型ＮＯx触媒が設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１３】
前記第１通路における下流部分と前記第２通路における下流部分が合流する合流通路あるいはこの合流通路よりも下流の排気通路あるいは前記触媒に温度検出手段が設けられ、前記流量制御手段を作動させて第１通路と第２通路に流れる排気ガスの流量比を変えたときに前記温度検出手段で検出された温度変化に基づいて前記流量制御手段の作動が正常か否か判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１４】
前記第１通路に排気ガス圧力を検出する圧力検出手段を備え、前記流量制御手段を作動させて第１通路と第２通路に流れる排気ガスの流量比を変えたときに前記圧力検出手段で検出された圧力変化に基づいて前記流量制御手段の作動が正常か否か判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出される排気ガスを触媒によって浄化する排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関から排出される排気ガス中の有害成分の大気への排出量を低減するための一手段として、触媒の酸化作用あるいは還元作用を利用して有害成分を浄化するシステムがある。
【０００３】
一般に、この種の触媒には活性温度範囲があり、触媒床温がこの活性温度範囲から外れているときには排気ガス中の有害成分を浄化することができない。また、活性温度範囲内においても触媒床温に応じて排気浄化能力が大きく異なるという温度特性を有している。
【０００４】
ところで、内燃機関の排気通路に設置された触媒の床温はそこを流れる排気ガスの温度に大きく依存するが、排気ガス温度は内燃機関の運転状態に応じて大きく変化するため、これにしたがって触媒床温も変化する。
【０００５】
したがって、何らかの手段を講じて触媒床温を制御しないと、触媒の排気浄化能力が刻々と変化して安定せず、その結果、大気に放出される排気ガス中の有害成分濃度が変動する虞れがあり好ましくない。
【０００６】
触媒を用いた排気浄化システムにおいては、いかにして触媒床温を活性温度範囲に保持するか、さらに好ましくは浄化能力の高い温度領域にいかにして安定させるかが、排気浄化性能向上の鍵となる。
【０００７】
また、触媒は高温に晒されると熱劣化して、浄化性能が低下するため、高温の排気ガスを不用意に触媒に流さないようにする必要がある。
【０００８】
一方、内燃機関の燃料には硫黄分が含まれており、燃料を燃焼すると、燃料中の硫黄分が燃焼してＳＯ２やＳＯ３などの硫黄酸化物（ＳＯｘ）が発生し、これも排気ガス成分となる。このＳＯｘを含む排気ガスが前記触媒に流れると、ＳＯｘは触媒に吸収されて硫酸塩などになり易く、この硫酸塩は安定しているため、分解、放出されにくく、触媒内に蓄積し易い傾向がある。触媒内のＳＯｘ蓄積量が増大すると、触媒が排気ガス中の他の有害成分（ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ）を浄化する能力を低下させる。これがいわゆるＳ被毒である。
【０００９】
したがって、触媒の排気浄化能力を長期に亘って高く維持するためには、触媒に蓄積されているＳＯｘを該触媒から分解、放出させてＳ被毒から回復させる必要がある。このＳ被毒回復処理には、触媒を所定温度以上の高温雰囲気にする必要があり、この場合にも、触媒のＳ被毒からの回復を効率よく行うには、触媒床温の制御が非常に重要である。
【００１０】
特開平８−１０５３１８号公報には、前述したＳ被毒回復処理時における触媒床温制御に関する技術が開示されている。この公報に開示された排気浄化装置においては、希薄燃焼可能な内燃機関の排気マニホルドと、この内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘを浄化可能な触媒（いわゆるリーンＮＯｘ触媒）とを、互いに並列的に配置された第１排気通路および第２排気通路によって接続している。
【００１１】
そして、第１排気通路の流路長を第２排気通路の流路長よりも十分に長くしている。これは、排気ガスを第１排気通路に流したときの排気ガスの温度降下の方が、第２排気通路に流したときの排気ガスの温度降下よりも大きくなるようにするためであり、換言すると、第１排気通路の放熱による排気ガス冷却効果が第２排気通路の放熱による排気ガス冷却効果よりも大きくなるようにするためである。
【００１２】
さらに、第２排気通路に制御弁を設け、この制御弁を閉じることにより排気ガスを第１排気通路に流し、制御弁を開くことにより排気ガスを第２排気通路に流すことができるようにしている。
【００１３】
そして、前記触媒に対しＳ被毒回復処理実行時には、触媒床温を高く維持する必要があるので、流路長が短くて排気ガスが冷却されにくい第１排気通路に排気ガスが流れるように前記制御弁を開弁制御し、Ｓ被毒回復処理実行時以外のときには、流路長が長くて排気ガスが冷却され易い第２排気通路に排気ガスが流れるように前記制御弁を閉弁制御するようにしている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の触媒床温の制御システムでは、排気ガスに対する冷却効果を第１排気通路と第２排気通路とで大きく相違させるために、両排気通路の流路長を大きく相違させなければならず、そうすると、第２排気通路の流路長が非常に長くなって、触媒床温制御部が大型化し、車両への搭載性に問題が生じる。
【００１５】
本発明はこのような従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、触媒の床温制御に好適であって、構造簡単、且つ、コンパクトな排気浄化装置を得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために、以下の手段を採用した。（１）本発明は、（イ）内燃機関と、（ロ）この内燃機関から排出される排気ガスを浄化する触媒と、（ハ）放熱量の大きい略円弧状の断面構造の排気冷却促進部を有し、前記内燃機関から前記触媒に排気ガスを導く第１通路と、（ニ）前記第１通路の排気冷却促進部よりも放熱量の小さい略円形の断面構造をなし、前記内燃機関から前記触媒に排気ガスを導く第２通路と、（ホ）前記内燃機関から排出される排気ガスの温度降下を促進させて前記触媒に排気ガスを流すべきときには前記第２通路よりも前記第１通路に流れる排気ガス流量を多くし、前記内燃機関から排出される排気ガスの温度降下を抑制して前記触媒に排気ガスを流すべきときには前記第１通路よりも前記第２通路に流れる排気ガス流量を多くするように前記第１通路と第２通路に流れる排気ガス流量を制御する流量制御手段と、を備え、前記第１通路の排気冷却促進部は前記第２通路を、所定の間隙を介して取り囲むように設けられていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。
【００１７】
前記（１）に記載の排気浄化装置においては、流量制御手段が前記第１通路と第２通路に流れる排気ガス流量を制御して、前記内燃機関から排出される排気ガスの温度降下を促進させて前記触媒に排気ガスを流すべきときには前記第２通路よりも前記第１通路に流れる排気ガス流量を多くし、前記内燃機関から排出される排気ガスの温度降下を抑制して前記触媒に排気ガスを流すべきときには前記第１通路よりも前記第２通路に流れる排気ガス流量を多くする。したがって、流量制御手段を制御することにより、前記触媒の床温を所望の温度に制御することができる。
【００１８】
前記（１）に記載の排気浄化装置において、前記第１通路の排気冷却促進部はその断面形状を略円弧状とすることによって放熱量を大きくしており、前記第２通路は
断面形状を略円形とすることによって放熱量を小さくしている。
【００１９】
前記第１通路の排気冷却促進部は前記第２通路を所定の間隙を介して取り囲むように設けられている。このようにすることにより、排気浄化装置をコンパクトにすることができ、車両搭載性も向上する。
【００２０】
前記（１）に記載の排気浄化装置においては、前記第１通路の管路長と第２通路の管路長がほぼ同じ長さにするのが好ましい。排気浄化装置をコンパクトにすることができ、車両搭載上有利だからである。
【００２１】
前記（１）に記載の排気浄化装置において、前記触媒は、リーン空燃比の排気ガス中のＮＯｘを浄化可能なリーンＮＯｘ触媒とすることができる。リーンＮＯｘ触媒には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒や選択還元型ＮＯｘ触媒が含まれる。ここで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒とは、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときはＮＯｘを吸収し、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出しＮ２に還元する触媒であり、選択還元型ＮＯｘ触媒は、酸素過剰の雰囲気で炭化水素の存在下でＮＯｘを還元または分解する触媒である。
尚、前記触媒は、リーンＮＯｘ触媒に限るものではなく、三元触媒であってもよい。
【００２２】
前記（１）に記載の排気浄化装置において、流量制御手段は流量制御弁で構成することができ、流量制御弁とした場合、電磁駆動式、空気圧駆動式などが採用可能である。
【００２３】
流量制御手段の作用において、「前記第２通路よりも前記第１通路に流れる排気ガス流量を多くし」には、前記第２通路に全量の排気ガスを流し、第１通路には排気ガスを全く流さない場合が含まれる。また、流量制御手段の作用において、「前記第１通路よりも前記第２通路に流れる排気ガス流量を多くする」には、前記第１通路に全量の排気ガスを流し、第２通路には排気ガスを全く流さない場合が含まれる。
【００２４】
前記（１）に記載の排気浄化装置において、前記流量制御手段は、前記触媒の触媒床温あるいは触媒床温を支配するパラメータに基づいて前記第１通路と前記第２通路に流れる排気ガス流量を制御することができる。このようにすることにより、触媒床温をより正確に制御することができる。ここで、触媒床温を支配するパラメータとしては、排気ガス温度、あるいは内燃機関の運転状態を例示することができる。排気ガス温度を前記パラメータとすることができるのは、触媒床温は排気ガス温度に大きく依存するからである。また、内燃機関の運転状態を前記パラメータとすることができるのは、内燃機関の運転状態に応じて内燃機関から排出される排気ガス温度が推定可能だからである。
【００２５】
さらに、前記流量制御手段の場合には、前記触媒の触媒床温を浄化率の高い所定の温度領域に制御すべく前記第１通路と前記第２通路に流れる排気ガス流量を制御するのが好ましい。このようにすると、排気浄化装置の排気浄化性能が向上する。
【００２６】
前記（１）に記載の排気浄化装置において、前記流量制御手段は、前記触媒に吸収されたＳＯｘを放出せしめるＳ被毒回復処理時に、前記第１通路よりも前記第２通路に流れる排気ガス流量が多くなるように制御することができる。Ｓ被毒回復処理時には触媒床温を所定の高温に保持した方が触媒からＳＯｘが放出され易いが、排気ガスを第２通路に流すと排気ガスの温度降下を少なくすることができ、したがって、触媒をＳＯｘ放出させ易い雰囲気にできる。
【００２７】
その場合には、前記Ｓ被毒回復処理時に前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比あるいはそれよりもリッチな空燃比にする排気空燃比制御手段を備えるのが好ましい。触媒からＳＯｘが放出され易くなるからである。排気空燃比制御手段は、内燃機関の気筒内において空燃比を制御して気筒から排出される際の排気ガスの空燃比を制御するタイプのものであってもよいし、内燃機関から排出された排気ガス中に燃料または還元剤を供給して排気ガスの空燃比を制御するタイプのものであってもよい。
【００２８】
また、前記流量制御手段は、前記Ｓ被毒回復処理の完了直後、第１通路に流れる排気ガスの割合を多くすべく制御するのが好ましい。Ｓ被毒回復処理完了直後は触媒床温が高温になっていて浄化率が悪く、触媒床温を浄化率が良くなる温度まで素早く冷却する必要がある。そこで、Ｓ被毒回復処理直後に第１通路に流れる排気ガスの割合を多くすると、触媒に流入する排気ガスの温度を素早く冷却することができ、Ｓ被毒回復処理後の排気浄化率を向上させることができる。また、このようにＳ被毒回復処理後に触媒を迅速に冷却することにより、触媒の熱劣化を防止することができる。
【００２９】
前記（１）に記載の排気浄化装置においては、前記第１通路にＨＣ吸着材を設け、前記流量制御手段は、内燃機関の始動時に排気ガスを第１通路に流すように制御することが可能である。始動時に多く排出されるＨＣをＨＣ吸着材で吸収することができ、始動時の排気浄化率が向上する。
【００３０】
その場合、前記ＨＣ吸着材を前記排気冷却促進部よりも下流に設けるのが好ましい。排気ガスは排気冷却促進部を通過する際に冷却されるので、ＨＣ吸着材に流入する排気ガスの温度を低減することができ、その結果、ＨＣ吸着時間を拡大することができる。
【００３１】
前述の如く第１通路にＨＣ吸着材を設けた排気浄化装置においては、前記触媒が、酸素過剰の雰囲気で炭化水素の存在下でＮＯｘを還元または分解する選択還元型ＮＯｘ触媒であり、前記第２通路には、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸収し流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出してＮ２に還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を設け、前記流量制御手段は、内燃機関の高負荷運転時に主として前記第１通路に排気ガスが流れるように制御することができる。
【００３２】
このようにすると、高負荷運転時に排気ガスが第１通路を通過する際にＨＣ吸着材からＨＣが放出され、このＨＣが選択還元型ＮＯｘ触媒に流入して還元剤として作用するので、選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率が向上する。また、第２通路に排気ガスを流したときには、第２通路の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒でＮＯｘを浄化することができ、選択還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化の負荷を低減することができる。
【００３３】
また、この場合にさらに、前記第１通路と前記第２通路の上流にこれら両通路に分流される前の排気ガスが流れる共通通路を備え、この共通通路にも、酸素過剰の雰囲気で炭化水素の存在下でＮＯｘを還元または分解する選択還元型ＮＯｘ触媒を設けることができる。これにより、さらに、排気浄化性能が向上する。
【００３４】
前記（１）に記載の排気浄化装置においては、前記第１通路における下流部分と前記第２通路における下流部分が合流する合流通路あるいはこの合流通路よりも下流の排気通路あるいは前記触媒に温度検出手段が設けられ、前記流量制御手段を作動させて第１通路と第２通路に流れる排気ガスの流量比を変えたときに前記温度検出手段で検出された温度変化に基づいて前記流量制御手段の作動が正常か否か判定することができる。
【００３５】
また、前記（１）に記載の排気浄化装置においては、前記第１通路に排気ガス圧力を検出する圧力検出手段を備え、前記流量制御手段を作動させて第１通路と第２通路に流れる排気ガスの流量比を変えたときに前記圧力検出手段で検出された圧力変化に基づいて前記流量制御手段の作動が正常か否か判定することができる。
【００３６】
前記（１）に記載の排気浄化装置において、内燃機関としてはガソリンエンジンやディーゼルエンジンを例示することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施の形態を図１から図１７の図面を参照して説明する。尚、以下に説明する各実施の形態は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を、希薄燃焼可能な筒内噴射型の車両用リーンバーンガソリンエンジンに適用した例である。
【００３８】
〔第１の実施の形態〕
初めに、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第１の実施の形態を図１から図１１の図面を参照して説明する。
まず、第１の実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の構成を図１から図４の図面を参照して説明する。
【００３９】
第１の実施の形態における機関本体１は直列４気筒エンジンである。機関本体１の各気筒の吸気ポートは対応する吸気枝管２を介してサージタンク３に接続され、サージタンク３は吸気管４を介してエアクリーナ５に接続されている。吸気管４内にはスロットル弁６が設けられており、スロットル弁６よりも上流には、吸気管４内を流れる空気量に対応した電気信号を出力するエアフロメータ８が設けられている。また、各気筒には筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁７が取り付けられている。この燃料噴射弁７は後述するＥＣＵ９０とともに、排気空燃比制御手段を構成する。
【００４０】
また、機関本体１の各気筒の排気ポートは排気マニホルド９を介して排気管１０に接続されており、各気筒から排出された排気ガスがこの排気管１０において合流する。排気管１０には、排気管１０を流れる排気ガスの酸素濃度に対応した電気信号を出力する上流側Ｏ２センサ１１が取り付けられている。
【００４１】
排気管１０は始動時触媒１２を収容したケーシング１３に接続されている。始動時触媒１２は、後述するＮＯｘ触媒６１が活性化していない機関始動時に排気ガスを浄化するものであり、例えばアルミナ担体上に白金Ｐｔのような貴金属が坦持された三元触媒から構成されている。
【００４２】
ケーシング１３は排気管１４を介して第１通路２０と第２通路４０に接続されている。第１通路２０と第２通路４０はほぼ同じ長さであり、互いに並行に配置されている。
【００４３】
第１通路２０は、排気管１４に連結される部分が円筒状をなす円管部２１になっていて、円管部２１が断面変形部２２を介して図３に示すように断面略円弧状をなす排気冷却促進部２３に連結され、排気冷却促進部２３が断面変形部２４を介して円筒状をなす円管部２５に連結され、円管部２５がＨＣ吸着材２６を収容したケーシング２７に連結され、ケーシング２７が円筒状をなす円管部２８に連結されて、構成されている。
【００４４】
排気冷却促進部２３は、第１通路２０を流れる排気ガスの温度降下を促進させるために断面を略円弧状にして放熱量の増大を図った部分であり、所望の放熱効果が得られるように、排気冷却促進部２３の断面形状や寸法、及び排気冷却促進部２３の軸線方向長さ（すなわち、排気ガスの流れ方向に沿う長さ）が設定されている。
【００４５】
また、排気冷却促進部２３には、その途中に、排気冷却促進部２３を流れる排気ガスの流速分布を円弧方向に平均化するための邪魔板２９が円弧端部の一方に取り付けられている。排気ガスの流速分布を平均化することにより効率的な放熱が行われる。
【００４６】
断面変形部２２は、断面円形の円管部２１から徐々に断面変形させて断面円弧状の排気冷却促進部２３にスムーズに連結する部分であり、断面変形部２４は、断面円弧状の排気冷却促進部２３から徐々に断面変形させて断面円形の円管部２５にスムーズに連結する部分である。
【００４７】
ＨＣ吸着材２６は、エンジンを冷間始動させたときなどに始動時触媒１２で浄化できない未燃ＨＣを吸着するためのものである。
【００４８】
第１通路２０の円管部２１には、第１アクチュエータ５１によって開閉駆動される第１排気切替弁５２が設けられている。
一方、第２通路４０はその全長に亙って円筒状をなしており、第２通路４０には、第２アクチュエータ５３によって開閉駆動される第２排気切替弁５４が設けられている。
【００４９】
この実施の形態において、第１排気切替弁５２と第２排気切替弁５４は、第１通路２０を流れる排気ガス量と第２通路４０を流れる排気ガス量を制御する流量制御手段を構成する。
【００５０】
このように第１通路２０と第２通路４０が構成されているので、同一温度の排気ガスを同一流量で第１通路２０あるいは第２通路４０に流した場合を比較すると、第１通路２０に流したときの方が第２通路４０に流したときよりも、排気ガスの温度降下が大きい。
【００５１】
第１通路２０の円管部２８と第２通路４０は共に合流管（合流通路）６０に接続されている。合流管６０はリーンＮＯｘ触媒の一種である吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒と略す）６１を収容したケーシング６２に接続され、ケーシング６２は排気管６３を介して、三元触媒６４を収容したケーシング６５に接続され、ケーシング６５は排気管６６を介して図示しないマフラーに接続されている。
【００５２】
ＮＯｘ触媒６１は、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウム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，パラジウムＰｄ，ロジウムＲｈ，イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されてなる。
【００５３】
ＮＯｘ触媒６１は、排気空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘの吸放出作用を行う。また、ＮＯｘ触媒６１から放出されたＮＯｘは還元剤によってＮ２に還元される。ここで、排気空燃比とは、機関吸気通路およびＮＯｘ触媒６１より上流の排気通路内に供給された全燃料量及び全還元剤量に対する全空気量の比をいう。
【００５４】
なお、ＮＯｘ触媒６１よりも上流の排気通路内に燃料（炭化水素）あるいは空気が供給されない場合には、排気空燃比は各気筒に供給される全燃料量に対する全空気量の比に一致する。
【００５５】
排気管６３には、排気管６３を流れる排気ガスの温度に比例した電気信号を出力する排気温センサ（温度検出手段）６７と、排気管６３を流れる排気ガスの酸素濃度に対応した電気信号を出力する下流側Ｏ２センサ６８が取り付けられている。
【００５６】
この実施の形態においては、排気温センサ６７により検出される排気ガス温度は、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温あるいは三元触媒６４の触媒床温としても代用される。
【００５７】
合流管６０には、二次空気供給管６９が接続されており、二次空気供給装置７０を作動させることにより二次空気を合流管６０に供給することができるようになっている。
【００５８】
エンジンコントロール用の電子制御ユニット（ＥＣＵ）９０はディジタルコンピュータからなり、図４に示すように、双方向性バス９１によって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）９２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）９３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）９４、常時電力が供給されているＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）９５、入力ポート９６及び出力ポート９７を具備する。
【００５９】
ＥＣＵ９０の入力ポート９６には、エアフロメータ８、上流側Ｏ２センサ１１、排気温センサ６７、下流側Ｏ２センサ６８などの出力信号がそれぞれ対応するＡＤ変換器９８を介して入力される。また、ＥＣＵ９０の入力ポート９６には、回転数センサ（図示せず）から機関回転数Ｎを表す出力パルスが入力される。
【００６０】
ＥＣＵ９０の出力ポート９７は、対応する駆動回路９９を介して、各気筒の燃料噴射弁７、各気筒の点火栓（図示せず）、第１アクチュエータ５１、第２アクチュエータ５３、二次空気供給装置７０などに電気的に接続されている。
【００６１】
ところで、この実施の形態のエンジンでは、エンジンの運転状態に応じて空燃比を変えて運転する空燃比制御が実行される。つまり、このエンジンでは、リーン条件成立時には各気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比が理論空燃比よりもリーンに制御（これをリーン制御という）され、リーン条件不成立時には各気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比が理論空燃比に制御（これをストイキ制御という）される。例えば機関負荷が予め定められた設定負荷よりも高いとき、暖機運転時、またはＮＯｘ触媒６１が活性状態にないときにリーン条件が不成立であると判断されてストイキ制御が実行され、それ以外はリーン条件が成立していると判断されてリーン制御が実行される。
【００６２】
リーン制御時に機関から排出される排気ガスの空燃比はリーンであることから、リーン制御時に排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ触媒６１に吸収される。ところが、ＮＯｘ触媒６１のＮＯｘ吸収能力には限界があるのでＮＯｘ触媒６１のＮＯｘ吸収能力が飽和する前にＮＯｘ触媒６１からＮＯｘを放出させる必要がある。そこで、この実施の形態では、ＮＯｘ触媒６１のＮＯｘ吸収量が予め定められた設定量よりも多くなったときには各気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比を一時的に理論空燃比よりもリッチにしてＮＯｘ触媒６１からＮＯｘを放出させるとともに還元するようにしている。このような空燃比制御をリーン・リッチスパイク制御と称している。
【００６３】
また、ＮＯｘ触媒６１のＮＯｘ浄化率は、図１０に示すように触媒床温によって異なり、触媒床温が低すぎてもあるいは高すぎてもＮＯｘ浄化率が低く、所定の温度域において極めて高いＮＯｘ浄化率を示す。
【００６４】
そこで、この実施の形態においては、排気ガスの温度降下が大きい第１通路２０と、排気ガスの温度降下が小さい第２通路４０を状況に応じて使い分けることにより、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温をＮＯｘ浄化率の高い温度領域（以下、高ＮＯｘ浄化温度領域という）に保持するようにしている。このようにＮＯｘ触媒６１の触媒床温を制御することにより、ＮＯｘ触媒６１を高温に晒されにくくすることができ、その結果、ＮＯｘ触媒６１の熱劣化の進行を抑制することができる。尚、排気ガスの流路切り替えは第１排気切替弁５２と第２排気切替弁５４で行う。このＮＯｘ触媒６１の温度制御については、後で詳述する。
【００６５】
一方、燃料には硫黄（Ｓ）が含まれており、燃料中の硫黄が燃焼するとＳＯ２やＳＯ３などの硫黄酸化物（ＳＯｘ）が発生し、ＮＯｘ触媒６１は排気ガス中のこれらＳＯｘも吸収する。このＳＯｘはＮＯｘ触媒６１において硫酸塩を生成するが、硫酸塩は安定していて分解しにくく、リッチ空燃比の排気ガスを流しただけでは分解できず、ＮＯｘ触媒６１内に残ってしまう。そして、硫酸塩の生成量の増大に伴ってＮＯｘ触媒６１のＮＯｘ吸収能力が低下する。これがいわゆるＳ被毒である。
【００６６】
ところが、ＮＯｘ触媒６１内で生成された硫酸塩は、ＮＯｘ触媒６１の温度が所定の温度（以下、この温度をＳＯｘ放出温度という）よりも高いときに流入排気空燃比を理論空燃比より僅かにリッチ（以下、弱リッチという）にすると分解してＳＯ３の形でＮＯｘ触媒６１から放出される。そこで、この実施の形態では、ＮＯｘ触媒６１のＳＯｘ吸収量が予め定められた規定量よりも多くなったときには、流入排気空燃比を弱リッチ（例えば１３．５から１４．３程度）にするとともにＮＯｘ触媒６１を昇温し、これによってＮＯｘ触媒６１からＳＯｘを放出させるようにしている。この処理を、ＮＯｘ触媒６１のＳ被毒回復処理と称す。Ｓ被毒回復処理によりＮＯｘ触媒６１から放出されたＳＯ３は流入する排気ガス中のＨＣ、ＣＯによってただちにＳＯ２に還元せしめられる。
【００６７】
そして、この実施の形態では、Ｓ被毒回復処理時に、ＮＯｘ触媒６１からＳＯｘを放出させるべくＮＯｘ触媒６１を昇温するために、合流管６０に二次空気を供給している。Ｓ被毒回復処理時にはエンジンを弱リッチの空燃比で運転するので、排気ガスには未燃ＨＣが多く含まれており、合流管６１に二次空気を供給すると、排気ガス中の未燃ＨＣと二次空気の多量の酸素がＮＯｘ触媒６１において酸化反応を起こす。この時に生じる反応熱によってＮＯｘ触媒６１の温度が上昇する。また、Ｓ被毒回復処理時には、排気ガスを第２通路４０に流して排気ガスの温度降下を抑制し、ＮＯｘ触媒６１の加熱を促進する。
【００６８】
また、Ｓ被毒回復処理完了直後は、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が極めて高いため、ＮＯｘ浄化率が低い。そこで、この実施の形態においては、Ｓ被毒回復処理完了後は、ＮＯｘ触媒６１をＮＯｘ浄化率の高い温度まで素早く冷却するために、排気ガスの流路を排気ガスの温度降下が大きい第１通路２０に切り替えるとともに、合流管６０に二次空気を供給する。この処理をＮＯｘ触媒冷却処理と称す。
Ｓ被毒回復処理およびＮＯｘ触媒冷却処理については後で詳述する。
【００６９】
尚、空燃比を理論空燃比に制御するとき、および、弱リッチ空燃比に制御するときには、ＥＣＵ９０は、上流側Ｏ２センサ１１の出力値に基づいて燃料噴射量のメインフィードバック制御を行い、さらに制御性を高めるために下流側Ｏ２センサ６８の出力値に基づいて燃料噴射量のサブフィードバック制御を行う。
【００７０】
次に、本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の作用を図５から図９のフローチャートを参照して詳細に説明する。
図５のフローチャートは、本実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の基本制御ルーチンを示しており、この基本制御ルーチンは、ＥＣＵ９０のＲＯＭ９２に予め記憶されており、ＣＰＵ９４により予め設定された所定時間毎に繰り返し実行される。
【００７１】
＜ステップ１００＞
まず、ＥＣＵ９０は、ステップ１００において、ＨＣ吸着・パージ制御を実行する。
ＨＣ吸着・パージ制御は、エンジンを冷間始動させたときに多量に発生する未燃ＨＣを大気に放出させないように、冷間始動時に排気ガスを第１通路２０に流してＨＣ吸着材２６により排気ガス中の未燃ＨＣを吸着し、さらに、ＨＣ吸着材２６で吸着したＨＣを所定のエンジン運転状態になったときにＨＣ吸着材２６から脱離させ、下流に配置されたＮＯｘ触媒６１または三元触媒６４で酸化し浄化するために行われる。ＨＣ吸着・パージ制御については後で詳細に説明する。
【００７２】
＜ステップ２００＞
ＨＣ吸着・パージ制御を実行した後、ＥＣＵ９０は、ステップ２００に進み、ＮＯｘ触媒６１の温度制御を実行する。ＮＯｘ触媒温度制御は、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が常にＮＯｘ浄化率の高い最適温度域に収まるように、触媒床温が最適温度域よりも高温側にずれそうになったときには排気ガスを第１通路２０に流して放熱量を増大させＮＯｘ触媒６１に流入する排気ガスの温度を下げることによりＮＯｘ触媒６１の触媒床温を低下させ、触媒床温が最適温度域よりも低温側にずれそうになったときには排気ガスを第２通路４０に流して放熱量を低減させてＮＯｘ触媒６１に流入する排気ガスの温度を上げることによりＮＯｘ触媒６１の触媒床温を上昇させるために行われる。ＮＯｘ触媒温度制御については後で詳述する。
【００７３】
＜ステップ３００＞
ＮＯｘ触媒温度制御を実行した後、ＥＣＵ９０は、ステップ３００に進んで、ＮＯｘ触媒６１のＳ被毒カウンタをカウントアップする。Ｓ被毒カウンタは、積算燃料消費量や積算排気ガス量などＳ消費量の代替値となり得る物理量を積算してＮＯｘ触媒６１のＳ被毒量を推定するものであり、Ｓ被毒回復処理完了時にリセットされる。
【００７４】
＜ステップ４００＞
次に、ＥＣＵ９０は、ステップ４００に進んで、Ｓ被毒カウンタのカウント値が予め設定した規定値以上、あるいは、排気冷却実行フラグＦ１が「１」、の少なくともいずれか一方の条件が満たされているか否か判定する。Ｓ被毒カウンタのカウント値が前記規定値以上であるときは、ＮＯｘ触媒６１のＳ被毒が進んでＳ被毒回復処理を実行すべき時である。また、排気冷却実行フラグＦ１が「１」のときは、Ｓ被毒回復処理後にＮＯｘ触媒６１を迅速にＮＯｘ浄化可能な温度まで冷却するために、排気通路に二次空気の供給を実行すべき時である。
【００７５】
＜ステップ５００＞
Ｓ被毒カウンタのカウント値が予め設定した規定値以上のとき、あるいは、排気冷却実行フラグＦ１が「１」のときには、ＥＣＵ９０は、ステップ４００において肯定判定してステップ５００に進み、Ｓ被毒回復制御を実行する。Ｓ被毒回復制御は、ＮＯｘ触媒６１に吸収されているＳＯｘをＮＯｘ触媒６１から脱離しＳＯ２として排出し、さらに、ＮＯｘ触媒６１からＳＯｘを脱離させた直後のＮＯｘ触媒６１は高温でＮＯｘ浄化能が低いので、ＮＯｘ浄化能の高い温度までＮＯｘ触媒６１の触媒床温を下げるために行われる。Ｓ被毒回復制御については後で詳述する。
【００７６】
＜ステップ６００＞
ステップ４００において否定判定した場合、及び、ステップ５００のＳ被毒回復制御を実行した後、ＥＣＵ９０は、ステップ６００に進んで、二次空気制御を実行する。二次空気制御は、必要なときに排気通路に二次空気を供給するために行われる。ステップ６００を実行した後、ＥＣＵ９０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００７７】
《ＨＣ吸着・パージ制御》
次に、ステップ１００のＨＣ吸着・パージ制御について図６に示すＨＣ吸着・パージ制御ルーチンを参照して説明する。
【００７８】
＜ステップ１０１＞
まず、ＥＣＵ９０は、ステップ１０１において、ＲＡＭ９３の所定領域に予め設定された吸着完了フラグＦ２の記憶領域および吸着禁止フラグＦ３の記憶領域にアクセスし、吸着完了フラグＦ２が「０」、あるいは、吸着禁止フラグＦ３が「０」、の少なくともいずれか一方の条件が満たされているか否か判定する。
【００７９】
吸着完了フラグＦ２の記憶領域は、冷間始動時にＨＣ吸着材２６に所定量のＨＣが吸着されたときに「１」が記憶され、エンジン停止時に初期値「０」が記憶される領域である。したがって、吸着完了フラグＦ２は、エンジン始動時には常に初期値「０」が記憶されている。
【００８０】
また、吸着禁止フラグＦ３の記憶領域は、排気ガスの温度が規定値以上になったときに「１」が記憶され、エンジン停止時に初期値「０」が記憶される領域である。したがって、吸着禁止フラグＦ３は、エンジン始動時には常に初期値「０」が記憶されている。
【００８１】
＜ステップ１０２＞
吸着完了フラグＦ２が「０」のとき、あるいは、吸着禁止フラグＦ３が「０」のときには、ＥＣＵ９０は、ステップ１０１において肯定判定してステップ１０２に進み、ＨＣ吸着条件が成立しているか否か判定する。ここで、ＨＣ吸着条件成立は、始動時触媒１２が活性温度に達していないときであり、エンジンの冷却水温度や始動時からの積算排気ガス量などから判定する。したがって、未燃ＨＣの発生量が多くなるエンジンの冷間始動時はＨＣ吸着条件が成立する。
【００８２】
＜ステップ１０３＞
ステップ１０２において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１０３に進み、第１排気切替弁５２が全開になるように第１アクチュエータ５１を作動させるとともに、第２排気切替弁５４が全閉になるように第２アクチュエータ５３を作動させて、排気ガスを第１通路２０に流す。ＨＣ吸着条件成立時にはＨＣ吸着材２６が吸着温度にあり、且つ排気ガス温度が低いため、排気ガスを第１通路２０に流すと、排気ガス中の未燃ＨＣがＨＣ吸着材２６に吸着される。また、排気ガスは第１通路２０の排気冷却促進部２３を通過する際に冷却されるため、ＨＣ吸着材２６に流入する排気ガス温度が下がり、ＨＣ吸着材２６のＨＣ吸着率が高められるとともにＨＣ吸着時間が拡大される。
【００８３】
＜ステップ１０４＞
ステップ１０３を実行した後、ＥＣＵ９０は、ステップ１０４に進み、ＨＣ吸着条件成立後の積算排気ガス量が規定値以上であるか否か判定する。ここで、積算排気ガス量の規定値は、ＨＣ吸着材２６の温度がＨＣ放出温度以上になるまでに必要な排気ガス量であり、予め実験的に求めてＲＯＭ９２に記憶しておく。
【００８４】
＜ステップ１０５＞
ステップ１０４において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１０５に進み、吸着完了フラグＦ２の記憶領域の値を「０」から「１」に書き換え、その後、ステップ１０９に進む。一方、ステップ１０４において否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１０４からステップ１０９に進む。したがって、ＨＣ吸着条件が成立している間は、ＨＣ吸着条件成立後の積算排気ガス量が前記規定値以上になりステップ１０４で肯定判定されるまで、排気ガスは第１通路２０に流れることになる。
【００８５】
＜ステップ１０６＞
一方、ステップ１０２において否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１０６に進み、第１排気切替弁５２が全閉になるように第１アクチュエータ５１を作動させるとともに、第２排気切替弁５４が全開になるように第２アクチュエータ５３を作動させて、排気ガスを第２通路４０に流す。
【００８６】
ここで、排気ガスの流れを第１通路２０から第２通路４０に切り替える理由は次の通りである。吸着条件不成立のときには始動時触媒１２が活性温度に達しているので、この始動時触媒１２で排気ガス中のＨＣを浄化することができるからであり、また、吸着条件不成立時にはＨＣ吸着材２６の温度がＨＣ放出温度以上になっていると推定されるので、そのときに排気ガスを第１通路２０に流すとＨＣ吸着材２６からＨＣが離脱し排気エミッションを悪化させる虞れがあるからである。
【００８７】
＜ステップ１０７＞
ステップ１０６を実行した後、ＥＣＵ９０は、ステップ１０７に進み、排気温センサ６７の出力値から排気ガス温度が規定値以上であるか否か判定する。このステップ１０７における排気ガス温度は三元触媒６４の触媒床温の代用として用いており、排気ガス温度が規定値以上ということは三元触媒６４が活性温度以上であることを意味する。排気ガス温度の前記規定値は予め実験的に求めＲＯＭ９２に記憶しておく。
【００８８】
＜ステップ１０８＞
ステップ１０７において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、三元触媒６４が活性化していると判断してステップ１０８に進み、吸着禁止フラグＦ３の記憶領域の値を「０」から「１」に書き換え、その後、ステップ１０９に進む。一方、ステップ１０７において否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１０７からステップ１０９に進む。
【００８９】
＜ステップ１０９＞
ＥＣＵ９０は、ステップ１０９において、吸着禁止フラグＦ３が「１」か否か判定する。ステップ１０９において否定判定された場合には、ＥＣＵ９０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。すなわち、吸着禁止フラグＦ３が「１」になるまでは、ＥＣＵ９０はステップ１１０〜１１５，１１６のステップには進まず、ＨＣ吸着材２６からのＨＣパージを実行しない。
【００９０】
尚、ステップ１０５において吸着完了フラグＦ２が「１」に書き換えられ、さらに、ステップ１０８において吸着禁止フラグＦ３が「１」に書き換えられた以降にＥＣＵ９０が本ルーチンを実行するときには、ステップ１０１において否定判定して、ステップ１０１からステップ１０９に進むことになる。
【００９１】
＜ステップ１１０＞
ステップ１０９において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１１０に進み、ＲＡＭ９３の所定領域に予め設定されたＨＣパージ完了フラグＦ４の記憶領域にアクセスし「０」が記憶されているか否か判定する。
【００９２】
ＨＣパージ完了フラグＦ４の記憶領域は、ＨＣ吸着材２６からのＨＣパージ実行時における排気ガス量の積算値が規定値以上になったときに「１」が記憶され、エンジン停止時に初期値「０」が記憶される領域である。したがって、ＨＣパージ完了フラグＦ４は、エンジン始動時には常に初期値「０」が記憶されている。
【００９３】
＜ステップ１１１＞
ステップ１１０において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１１１に進みＨＣパージ実行条件が成立しているか否か判定する。ここで、ＨＣパージ実行条件成立の条件は、三元触媒６４の触媒床温が活性温度以上であり、且つ、エンジンがリーン制御モードで運転されているか、あるいは、エンジンがフューエルカット運転であることである。これは、排気ガスの空燃比がリーンのときにＨＣ吸着材２６からＨＣを脱離させた方が、ＮＯｘ触媒６１および三元触媒６４への負担を減らすことができ、したがってエミッションの悪化を防止することができ、また、三元触媒６４の触媒床温が活性温度以上でないと、ＨＣ吸着材２６からパージしたＨＣを三元触媒６４で浄化できず、エミッションを悪化させてしまうからである。尚、この実施の形態では、三元触媒６４の触媒床温は排気温センサ６７で検出される排気ガス温度で代用する。
【００９４】
＜ステップ１１２＞
ステップ１１１において肯定判定した場合、すなわち、ＨＣパージ実行条件が成立している場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１１２に進み、第１排気切替弁５２が全開になるように第１アクチュエータ５１を作動させるとともに、第２排気切替弁５４が全閉になるように第２アクチュエータ５３を作動させて、排気ガスを第１通路２０に流す。
【００９５】
排気ガスを第１通路２０に流すと、ＨＣ吸着材２６はＨＣ放出温度以上であるので、ＨＣ吸着材２６に吸着されていたＨＣがパージされ、パージされたＨＣは排気ガスとともにＮＯｘ触媒６１および三元触媒６４に流れ、ＮＯｘ触媒６１あるいは三元触媒６４で酸化されて浄化される。
【００９６】
＜ステップ１１３＞
ステップ１１２を実行した後、ＥＣＵ９０は、ステップ１１３に進み、ＨＣ吸着材２６のＨＣパージ時の排気ガス量をパージ開始から積算するパージ積算ガス量カウンタをカウントアップし、ＨＣパージ時の排気ガス量を積算する。尚、このパージ積算ガス量カウンタはエンジン停止時に初期値「０」にリセットされるようになっている。
【００９７】
＜ステップ１１４＞
ステップ１１３でＨＣパージ時の排気ガス量を積算した後、ＥＣＵ９０は、ステップ１１４に進み、パージ積算ガス量カウンタのカウント値が規定値以上か否か、すなわち、ＨＣパージ時の積算排気ガス量が規定値以上か否か判定する。ここで、ＨＣパージ時の積算排気ガス量の規定値は、ＨＣ吸着材２６に吸着されたＨＣの全量をパージさせるのに必要な排気ガス量であり、予め実験的に求めてＲＯＭ９２に記憶しておく。
【００９８】
ステップ１１４において否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、本ルーチンを一旦終了する。したがって、ＨＣパージ時の積算排気ガス量が規定値以上になるまで第１通路２０に排気ガスを流しＨＣ吸着材２６のＨＣパージが続行されることになる。
【００９９】
＜ステップ１１５＞
ステップ１１４において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ１１５に進み、ＨＣパージ完了フラグＦ４の記憶領域の値を「０」から「１」に書き換えて、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１００】
この場合、ＥＣＵ９０が本ルーチンを次回以後実行したときには、ＥＣＵ９０は、ステップ１１０において否定判定して、本ルーチンの実行を一旦終了することになり、したがって、ステップ１１１〜１１５，１１６のステップを実行しない。
【０１０１】
＜ステップ１１６＞
また、ＨＣ吸着材２６からＨＣをパージしていても、次回本ルーチンを実行したときにパージ実行条件不成立になったときには、ＥＣＵ９０は、ステップ１１１において否定判定して、ステップ１１６に進み、第１排気切替弁５２が全閉になるように第１アクチュエータ５１を作動させるとともに、第２排気切替弁５４が全開になるように第２アクチュエータ５３を作動させて、排気ガスを第２通路４０に流す。これにより、ＨＣ吸着材２６からのＨＣパージが一旦中断され、再びパージ実行条件成立となったときにＨＣパージを再開することになる。
【０１０２】
以上のように、このＨＣ吸着・パージ制御を実行することにより、エンジン始動時に排出される未燃ＨＣ、特に、冷間始動時に多く排出される未燃ＨＣが大気に排出されなくなる。
【０１０３】
《ＮＯｘ触媒温度制御》
次に、図５の基本制御ルーチンにおけるステップ２００のＮＯｘ触媒温度制御について図７に示すＮＯｘ触媒温度制御ルーチンを参照して説明する。
【０１０４】
＜ステップ２０１＞
まず、ＥＣＵ９０は、ステップ２０１において、吸着完了フラグＦ２とＨＣパージ完了フラグＦ４が両方とも「１」であるか否か判定する。ＥＣＵ９０は、ステップ２０１において否定判定した場合にはステップ２０２に進み、肯定判定した場合にはステップ２０３に進む。
【０１０５】
＜ステップ２０２＞
ＥＣＵ９０は、ステップ２０２において、吸着禁止フラグＦ３が「１」であるか否か判定し、肯定判定した場合にはステップ２０３に進み、否定判定した場合には本ルーチンの実行を一旦終了する。したがって、ＥＣＵ９０は、ＨＣ吸着材２６に吸着されたＨＣのパージが完了している場合、あるいは、三元触媒６４が活性した後でなければ、ステップ２０３に進まないこととなる。
【０１０６】
＜ステップ２０３＞
ステップ２０３において、ＥＣＵ９０は、Ｓ被毒回復制御実行フラグＦ５の記憶領域にアクセスし「０」が記憶されているか否か判定する。Ｓ被毒回復制御実行フラグＦ５の記憶領域は、ＮＯｘ触媒６１に吸収されたＳＯｘを脱離させるＳ被毒回復処理を実行しているときに「１」が記憶され、Ｓ被毒回復処理完了後のＮＯｘ触媒冷却処理を実行しているときに「０」が記憶される領域である。
ステップ２０３において否定判定した場合、すなわち、ＮＯｘ触媒６１に対してＳ被毒回復処理を実行中のときは、ＥＣＵ９０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１０７】
＜ステップ２０４＞
ステップ２０３において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ２０４に進み、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が予め設定された規定値αよりも低いか否か判定する。尚、この実施の形態においては、排気温センサ６７で検出される排気ガス温度をＮＯｘ触媒６１の触媒床温として代用する。
【０１０８】
＜ステップ２０５＞
ステップ２０４において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、第１排気切替弁５２が全閉になるように第１アクチュエータ５１を作動させるとともに、第２排気切替弁５４が全開になるように第２アクチュエータ５３を作動させて、排気ガスを第２通路４０に流す。排気ガスが第２通路４０を流れたときは第１通路２０を流れたときよりも排気ガスの温度降下が少ないので、ＮＯｘ触媒６１に流入する排気ガスの温度を上げることができ、その結果、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温を高ＮＯｘ浄化率が得られる温度領域に保持することができる。
【０１０９】
＜ステップ２０６＞
ステップ２０４で否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ２０６に進み、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が予め設定された規定値β以上か否か判定する。尚、規定値βは規定値αよりも高い温度である（β＞α）。
【０１１０】
＜ステップ２０７＞
ステップ２０６において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、第１排気切替弁５２が全開になるように第１アクチュエータ５１を作動させるとともに、第２排気切替弁５４が全閉になるように第２アクチュエータ５３を作動させて、排気ガスを第１通路２０に流す。排気ガスが第１通路２０を流れたときは第２通路４０を流れたときよりも排気ガスの温度降下が大きいので、ＮＯｘ触媒６１に流入する排気ガスの温度を下げることができ、その結果、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温を高ＮＯｘ浄化率が得られる温度領域に保持することができる。
【０１１１】
ステップ２０６において否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。したがって、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定値α以上であって規定値βより小さいときには、排気ガスの流路は切り替わることなく現状維持となり、これにより排気流路の切り替え頻度が少なくなる。
【０１１２】
尚、排気ガスの流路を切り替える際に閾値となる規定値αはＮＯｘ浄化率を高く維持可能な最低温度であり、規定値βはＮＯｘ浄化率を高く維持可能な最大温度である。さらに、この規定値α，βは、単に固定値を用いてもよいし、図１０に示すようにＮＯｘ浄化率の温度特性はＮＯｘ触媒の熱劣化の度合によって異なることから、ＮＯｘ触媒の熱劣化の度合を検出し、検出された熱劣化度合に応じて規定値α，βを変更してもよい。
【０１１３】
図１１は、車速と、第１通路２０に排気ガスを流したときのＮＯｘ触媒６１の触媒床温、あるいは、第２通路４０に排気ガスを流したときのＮＯｘ触媒６１の触媒床温との関係を実験的に求めた一例である。このように第１通路２０に排気ガスを流したときには低速運転時にＮＯｘ触媒６１を高ＮＯｘ浄化温度領域に保持することができず、第２通路４０に排気ガスを流したときには高速運転時にＮＯｘ触媒６１を高ＮＯｘ浄化温度領域に保持することができない。しかしながら、前述の如くＮＯｘ触媒６１の触媒床温に応じて排気ガスの流路を第１通路２０あるいは第２通路４０に切り替えると、低車速から高車速の広範囲においてＮＯｘ触媒６１の触媒床温を高ＮＯｘ浄化温度領域に保持することが可能になる。
【０１１４】
《Ｓ被毒回復制御》
次に、図５の基本制御ルーチンにおけるステップ５００のＳ被毒回復制御について図８に示すＳ被毒回復制御ルーチンを参照して説明する。
【０１１５】
＜ステップ５０１＞
まず、ＥＣＵ９０は、ステップ５０１において、排気冷却実行フラグＦ１が「０」か否か判定する。
【０１１６】
＜ステップ５０２＞
ステップ５０１において肯定判定した場合には、Ｓ被毒カウンタのカウント値が規定値以上であることになるので、ＥＣＵ９０は、ステップ５０２に進み、Ｓ被毒回復制御実行フラグＦ５を「１」とする。Ｓ被毒回復制御実行フラグＦ５＝１はＳ被毒回復処理実行中を意味する。
【０１１７】
＜ステップ５０３＞
ステップ５０２に続いて、ＥＣＵ９０は、ステップ５０３に進み、（１）排気ガスを第２通路４０に流し、（２）二次空気を排気ガス中に供給し、（３）空燃比を弱リッチに制御してエンジンを運転する。
【０１１８】
詳述すると、まず、ＥＣＵ９０は、第１排気切替弁５２が全閉になるように第１アクチュエータ５１を作動させるとともに、第２排気切替弁５４が全開になるように第２アクチュエータ５３を作動させて、排気ガスを第２通路４０に流す。これにより、排気ガスがＮＯｘ触媒６１に到達するまでの排気ガスの温度降下が抑制される。次に、ＥＣＵ９０は、二次空気供給装置７０を作動させて、二次空気供給管６９からＮＯｘ触媒６１の上流の合流管６０に二次空気を供給する。次に、ＥＣＵ９０は、燃料噴射制御装置により空燃比を弱リッチに制御する。
【０１１９】
弱リッチの空燃比でエンジンを運転すると、排気ガスは未燃ＨＣを多量に含む弱リッチな空燃比の排気ガスとなり、この排気ガスが第２通路４０を通ってＮＯｘ触媒６１に流入する。
【０１２０】
そして、未燃ＨＣを多量に含む弱リッチな空燃比の排気ガスと二次空気供給管６９から供給された二次空気が合流管６０において合流し、ここで未燃ＨＣを多量に含む酸素過剰な排気ガスとなってＮＯｘ触媒６１に流入する。その結果、ＮＯｘ触媒６１において排気ガス中の未燃ＨＣと酸素が酸化反応し、その反応熱によってＮＯｘ触媒６１の触媒床温が上昇する。ＮＯｘ触媒６１の触媒床温がＳＯｘ放出温度（例えば、６５０゜Ｃ）以上になるとＮＯｘ触媒６１に吸収されていたＳＯｘがＮＯｘ触媒６１から脱離しＳＯ２として放出される。
【０１２１】
ＮＯｘ触媒６１において酸化されなかった未燃ＨＣは、下流の三元触媒６４において酸化されることになる。したがって、ステップ５０３において空燃比を弱リッチに制御する際の弱リッチの程度は、ＮＯｘ触媒６１を通過した未燃ＨＣを三元触媒６４で浄化することができる程度とするのが好ましい。
【０１２２】
尚、排気ガスは第２通路４０に流入する前に始動時触媒１２を通るが、始動時触媒１２を通る際には未だ二次空気が供給されておらず、排気ガス中の酸素濃度が極めて低いので、始動時触媒１２において酸化する未燃ＨＣは極めて少なく、排気ガス中の多くの未燃ＨＣがＮＯｘ触媒６１に流入する。
【０１２３】
また、ステップ５０３における処理を前述したように（１）排気ガス流路の切り替え、（２）二次空気供給、（３）弱リッチ制御の順番で実行することにより、Ｓ被毒回復処理開始時にエミッションが悪化するのを防止することができる。
【０１２４】
＜ステップ５０４＞
ステップ５０３の処理を実行した後、ＥＣＵ９０は、ステップ５０４に進み、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が前記ＳＯｘ放出温度以上であり且つ下流側０２センサの出力値がリッチ出力か否か判定する。尚、この実施の形態においては、排気温センサ６７で検出される排気ガス温度をＮＯｘ触媒６１の触媒床温として代用する。
【０１２５】
ＮＯｘ触媒６１から効率的にＳＯｘを脱離しＳＯ２として放出するためには、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温がＳＯｘ放出温度以上であり、且つ、ＮＯｘ触媒６１において排気ガスの空燃比が弱リッチであることが必要である。ＮＯｘ触媒下流に配置されている下流側０２センサの出力値がリッチ出力であれば、ＮＯｘ触媒６１のケーシング６２内も弱リッチな雰囲気であると判断できる。
【０１２６】
また、ＮＯｘ触媒６１に流入する排気ガスの空燃比が、ＳＯｘを効率的に還元することができる所定の空燃比となるように、二次空気供給装置７０を制御して二次空気供給量を制御するのが好ましい。なお、二次空気供給量を一定にし、エンジンの空燃比を制御して、ＮＯｘ触媒６１に流入する排気ガスの空燃比を制御してもよい。
【０１２７】
＜ステップ５０５＞
ＥＣＵ９０は、ステップ５０４において肯定判定した場合には、ＮＯｘ触媒６１からＳＯｘが放出されているものとして、ステップ５０５に進み、ＳＯｘ放出時の排気ガス量を積算するＳ被毒回復積算ガス量カウンタをカウントアップする。
【０１２８】
一方、ステップ５０４において否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ５１１に進み、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定値Ｔ２よりも低く、且つ、排気冷却実行フラグＦ１が「１」であるか否か判定する。この時点ではまだ排気冷却実行フラグＦ１が「０」であるので、ステップ５１１において否定判定して、ＥＣＵ９０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１２９】
＜ステップ５０６＞
ステップ５０５の処理を実行した後、ＥＣＵ９０は、ステップ５０６に進み、Ｓ被毒回復積算ガス量カウンタのカウント値が規定値以上か否か判定する。この規定値は、ＮＯｘ触媒６１に吸収されているＳＯｘをほぼ完全に放出するのに必要な排気ガス量に対応するカウント値であり、予め実験的に求めてＲＯＭ９２に記憶しておく。
【０１３０】
ステップ５０６において否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ５１１に進み、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定値Ｔ２よりも低く、且つ、排気冷却実行フラグＦ１が「１」であるか否か判定する。この時点ではまだ排気冷却実行フラグＦ１が「０」であるので、ステップ５１１において否定判定して、ＥＣＵ９０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１３１】
＜ステップ５０７＞
一方、ステップ５０６において肯定判定した場合には、ＮＯｘ触媒６１のＳ被毒回復処理が完了したものとして、ＥＣＵ９０は、ステップ５０７に進み、（１）第１排気切替弁５２が全開になるように第１アクチュエータ５１を作動させるとともに、第２排気切替弁５４が全閉になるように第２アクチュエータ５３を作動させて、排気ガスを第１通路２０に流し、（２）燃料噴射制御装置による空燃比制御を弱リッチ制御から上流側Ｏ２センサ１１の出力値だけに基づくフィードバックストイキ制御に切り替え、（３）排気冷却実行フラグＦ１を「１」とし、（４）Ｓ被毒カウンタをリセットし、（５）Ｓ被毒回復積算ガス量カウンタをリセットして、ＮＯｘ触媒６１に対する冷却処理を開始する。
【０１３２】
ＮＯｘ触媒６１のＳ被毒回復処理完了直後はＮＯｘ触媒６１の触媒床温が非常に高く、ＮＯｘ浄化率の低い温度域にあるため、その状態でリーン空燃比の排気ガスを流すと、エミッションが悪化してしまう。そのため、Ｓ被毒回復処理完了後は素早くＮＯｘ触媒６１の触媒床温を下げる必要がある。排気ガスを第１通路２０に流すと、排気冷却促進部２３の冷却促進効果により、合流管６０に到達するまでの排気ガスの温度降下が増大し、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温を早く下げることができる。
【０１３３】
また、合流管６０への二次空気の供給は停止されず続行されるので、ＮＯｘ触媒６１には二次空気との混合によりさらに冷却された排気ガスが流入することになり、ＮＯｘ触媒６１の冷却が促進される。
【０１３４】
また、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温がＮＯｘ浄化率の低い高温域にある間は排気空燃比を理論空燃比にしているので、ＮＯｘ触媒６１および三元触媒６４の三元触媒作用により排気ガスを浄化することができ、したがって、Ｓ被毒回復処理完了直後のエミッション悪化を防止することができる。
【０１３５】
尚、ステップ５０７における空燃比のストイキ制御を、上流側Ｏ２センサ１１の出力値だけに基づくフィードバック制御とするのは、Ｓ被毒回復処理完了後しばらくの間は下流側Ｏ２センサ６８の出力値がリッチ出力となるので、下流側Ｏ２センサ６８の出力値に基づくサブフィードバック制御も行うと、空燃比がリーン側に誤補正されるからである。
【０１３６】
＜ステップ５０８＞
ステップ５０７において排気冷却実行フラグＦ１を「１」にすると、次回このルーチンを実行したときには、ＥＣＵ９０は、ステップ５０１において否定判定してステップ５０８に進み、Ｓ被毒回復制御実行フラグＦ５を「０」にする。
【０１３７】
＜ステップ５０９＞
次に、ＥＣＵ９０は、ステップ５０９に進んで、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が予め設定された規定温度Ｔ１よりも小さく且つ上流側Ｏ２センサ１１の出力値に基づくフィードバックストイキ制御を実行しているか否か判定する。規定温度Ｔ１は、ストイキの排気ガスとリーン空燃比の排気ガスのどちらを流すかを決定する閾値である。
【０１３８】
＜ステップ５１０＞
ステップ５０９において肯定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ５１０に進み、燃料噴射制御装置による空燃比制御を上流側Ｏ２センサ１１の出力値だけに基づくフィードバックストイキ制御から通常制御（すなわち、エンジンの運転状態に応じた空燃比制御）に切り替えて、ステップ５１１に進む。
【０１３９】
また、ステップ５０９において否定判定した場合には、ＥＣＵ９０は、ステップ５１１に進む。したがって、ステップ５０７において空燃比を上流側Ｏ２センサ１１の出力値だけに基づくフィードバックストイキ制御に切り替えた後、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定温度Ｔ１よりも小さくなるまでは、ステップ５０９において否定判定されて、上流側Ｏ２センサ１１の出力値だけに基づくフィードバックストイキ制御を続行する。
【０１４０】
＜ステップ５１１＞
ステップ５１１において、ＥＣＵ９０は、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が予め設定した規定温度Ｔ２よりも低く、且つ、排気冷却実行フラグＦ１が「１」であるか否か判定する。尚、規定温度Ｔ２は規定温度Ｔ１よりも小さい値に設定しておく（例えば、Ｔ１＝５５０゜Ｃ  ，Ｔ２＝５００゜Ｃ）。
【０１４１】
ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定温度Ｔ２以上の時には、ステップ５１１において否定判定され、ＥＣＵ９０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。したがって、この場合には、合流管６０への二次空気の供給は停止されずに続行され、ＮＯｘ触媒６１の冷却を続行する。
【０１４２】
＜ステップ５１２＞
ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定温度Ｔ２よりも低くなると、ステップ５１１において肯定判定されるので、ＥＣＵ９０は、ステップ５１２に進み、排気冷却実行フラグＦ１を「０」に書き換える。排気冷却実行フラグＦ１が「０」になると、後述の二次空気制御で説明するように、合流管６０への二次空気の供給が停止される。これによりＳ被毒回復処理完了後のＮＯｘ触媒冷却処理が終了する。
【０１４３】
また、排気冷却実行フラグＦ１が「０」になることにより、次回ルーチン実行時には基本制御ルーチンのステップ４００において否定判定されるので、このＳ被毒回復制御５００は実行されない。
【０１４４】
なお、この実施の形態では、ステップ５０６で肯定判定されてＳ被毒回復処理が完了すると、ＮＯｘ触媒６１の上流への二次空気の供給を続行しつつ、ステップ５０７でエンジンの空燃比をストイキ制御に変更し、ストイキの排気ガスと二次空気とを第１通路２０を介してＮＯｘ触媒６１に流すようにしているが、このようにすると、ＮＯｘ触媒６１に流入する排気ガスの空燃比がリーン寄りになるため、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が高温状態（前述の実施の形態においては規定温度Ｔ１以上）にあるときにＮＯｘ浄化率が低くなる虞れがある。そこで、これに対処するに、Ｓ被毒回復処理が完了した時点で一旦ＮＯｘ触媒６１への二次空気の供給を停止し、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定温度Ｔ１よりも小さくなるまでは、二次空気をＮＯｘ触媒６１に供給せず、エンジンの空燃比をストイキ制御に変更し、ストイキの排気ガスを第１通路２０を介してＮＯｘ触媒６１に流すだけにすることにより、ＮＯｘ浄化率を高く維持しつつＮＯｘ触媒６１の冷却を行い、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定温度Ｔ１よりも低くなったらＮＯｘ触媒６１に二次空気を供給してより効率的にＮＯｘ触媒６１の冷却を行い、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温が規定温度Ｔ２よりも低くなったら二次空気の供給を停止するようにしてもよい。この場合、二次空気の供給に併せてエンジンの空燃比をリーン制御に変更してもよいし、あるいはストイキ制御を続行してもよい。
【０１４５】
また、前述の実施の形態では、ステップ５０６で肯定判定されてＳ被毒回復処理が完了すると、ステップ５０９で肯定判定されるまでの間は、ストイキの排気ガスを流してＮＯｘ触媒６１の冷却処理を実行しているが、Ｓ被毒回復処理完了後、直ぐにリーン空燃比の排気ガスを第１通路２０に流してＮＯｘ触媒６１の触媒床温を規定温度Ｔ２より低くすることができる場合には、換言すれば、それくらい十分に排気冷却効果が得られるように排気冷却促進部２３を設計してある場合には、ストイキの排気ガスをＮＯｘ触媒６１に流して冷却する処理を省略することができ、それによりストイキ運転による燃費悪化を抑制することができる。
【０１４６】
《二次空気制御》
次に、図５の基本制御ルーチンにおけるステップ６００の二次空気制御について図９の二次空気制御ルーチンを参照して説明する。
【０１４７】
＜ステップ６０１＞
まず、ＥＣＵ９０は、ステップ６０１において、Ｓ被毒回復制御実行フラグＦ５が「１」、あるいは、排気冷却実行フラグＦ１が「１」、の少なくともいずれか一方の条件が満たされているか否か判定する。
【０１４８】
＜ステップ６０２＞
Ｓ被毒回復制御実行フラグＦ５が「１」のとき、あるいは、排気冷却実行フラグＦ１が「１」のときには、ＥＣＵ９０は、ステップ６０１において肯定判定してステップ６０２に進み、二次空気供給装置７０を作動させて、二次空気供給管６９から合流管６０に二次空気を供給する。
【０１４９】
＜ステップ６０３＞
Ｓ被毒回復制御実行フラグＦ５が「０」であって、且つ、排気冷却実行フラグＦ１が「０」であるときには、ＥＣＵ９０は、ステップ６０１において否定判定してステップ６０３に進み、二次空気供給装置７０の作動を停止し、二次空気供給管６９から合流管６０への二次空気の供給を停止する。
【０１５０】
したがって、ＥＣＵ９０が、基本制御ルーチンにおいてステップ４００で肯定判定し、ステップ５００のＳ被毒回復制御に進んだ場合には、Ｓ被毒回復制御ルーチンのステップ５１２において排気冷却実行フラグＦ１が「０」に書き換えられるまでは、合流管６０への二次空気供給が行われることになる。
【０１５１】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態を図１２から図１５の図面を参照して説明する。
【０１５２】
第２の実施の形態は第１の実施の形態の排気浄化装置をさらにコンパクト化したものである。
図１２および図１３に示すように、第２の実施の形態では、始動時触媒１２を収容したケーシング１３の下流に設置された排気管１４の内部が、その途中から仕切板３１によって上下二つの断面半円形の通路３２，４１に仕切られている。
【０１５３】
排気管１４において仕切板３１よりも上側の部分（即ち、通路３２）は、断面変形部３４を介して断面略円弧状の排気冷却促進部３５に接続されており、排気冷却促進部３５は断面変形部３６を介して合流管６０の上半分部分に接続されている。合流管６０は円筒状をなし、第１の実施の形態と同様にＮＯｘ触媒６１を収容したケーシング６２に接続されている。また、合流管６０には二次空気供給管６９が接続されている。断面変形部３４は、排気管１４の上半分部分から徐々に断面変形させて断面円弧状の排気冷却促進部３５にスムーズに接続する部分であり、断面変形部３６は、断面円弧状の排気冷却促進部３５から徐々に断面変形させて合流管６０の上半分部分にスムーズに接続する部分である。
【０１５４】
排気管１４において仕切板３１よりも下側の部分（即ち、通路４１）は、断面変形部４２を介して円筒状をなす円管部４３に接続されており、円管部４３は断面変形部４４を介して合流管６０の下半分部分に接続されている。断面変形部４２は、排気管１４の下半分部分から徐々に断面変形させて円筒状の円管部４３にスムーズに接続する部分であり、断面変形部４４は、円管部４３から徐々に断面変形させて合流管６０の下半分部分にスムーズに接続する部分である。
排気冷却促進部３５と円管部４３の位置関係は、図１５に示すように、円管部４３を取り囲むように排気冷却促進部３５が配置されている。
【０１５５】
排気管１４の通路３２，４１には、アクチュエータ５５によって開閉駆動される排気切替弁５６が設けられている。排気切替弁５６は、図１４に示すように、仕切板３１を貫いて回動自在に設けられた１本の弁軸５６ｃに、通路３２を開閉する弁体５６ａと、通路４１を開閉する弁体５６ｂとが、互いに直交するように取り付けられていて、弁軸５６ｃがアクチュエータ５５によって回動せしめられるようになっている。この排気切替弁５６では、弁体５６ａが通路３２を全閉するように位置したときに弁体５６ｂは通路４１を全開するように位置し、弁体５６ａが通路３２を全開するように位置したときに弁体５６ｂは通路４１を全閉するように位置する。
【０１５６】
また、第２の実施の形態においては、ＨＣ吸着材２６は、排気冷却促進部３５の下流側端部に収容されている。
第２の実施の形態においては、排気管１４の通路３２と断面変形部３４と排気冷却促進部３５と断面変形部３６によって第１通路２０が構成され、排気管１４の通路４１と断面変形部４２と円管部４３と断面変形部４４によって第２通路４０が構成されている。また、第２の実施の形態においては、排気切替弁５６が、第１通路２０を流れる排気ガス量と第２通路４０を流れる排気ガス量を制御する流量制御手段を構成する。その他の構成については第１の実施の形態と同じであるので説明を省略する。
【０１５７】
この第２の実施の形態においても、第１通路２０が排気冷却促進部３５を備えることにより、同一温度の排気ガスを同一流量で第１通路２０あるいは第２通路４０に流した場合を比較すると、第１通路２０に流したときの方が第２通路４０に流したときよりも、排気ガスの温度降下が大きくなる。したがって、第１通路２０と第２通路４０の流路を使い分けることにより、第１の実施の形態の場合と同様に、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温を高ＮＯｘ浄化温度領域に保持することができるとともに、ＮＯｘ触媒６１の熱劣化を抑制することができる。
【０１５８】
そして、この第２の実施の形態においては、排気冷却促進部３５が円管部４３を取り囲むように設けられており、流量制御手段が一つの排気切替弁５６で構成されおり、ＨＣ吸着材２６が排気冷却促進部３５に収容されているので、第１の実施の形態よりも排気浄化装置をさらにコンパクトにすることができる。
【０１５９】
〔他の実施の形態〕
前述した第１の実施の形態では、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温として排気ガス温度を代用し、その排気ガス温度を検出する排気温センサ６７をＮＯｘ触媒６１の下流に配置したが、排気温センサ６７はＮＯｘ触媒６１の上流に配置しても構わない。あるいは、ケーシング６２に触媒温センサを設け、この触媒温センサで直接にＮＯｘ触媒６１の触媒床温を検出するようにしても構わない。
【０１６０】
また、前述した第１の実施の形態では、排気温センサ６７で検出した排気ガス温度に基づいて排気ガスを第１通路２０と第２通路４０のいずれの流路に流すか切り替えてはいるが、排気温センサあるいはＮＯｘ触媒６１の触媒床温を検出する触媒温センサは本発明において必須の構成ではない。
【０１６１】
例えば、予め実験的に、あらゆるエンジン運転状態（エンジン回転数、機関負荷、空燃比）を想定して第１通路２０に排気ガスを全量流した場合と第２通路４０に排気ガスを全量流した場合のＮＯｘ触媒６１の触媒床温を求め、この実験結果から、エンジン運転状態に応じてＮＯｘ浄化率が高くなる流路を決定し、エンジン運転状態と排気通路（第１通路２０と第２通路４０）の対応マップを作成してＲＯＭ９２に記憶しておき、このマップを参照してＥＣＵ９０が排気切替弁５２，５４を制御するようにしてもよい。
【０１６２】
また、前述した第１の実施の形態では、排気ガスを第１通路２０と第２通路４０のいずれか一方に流すように第１，第２排気切替弁５２，５４を制御したが、このように制御すると排気ガスの流路を切り替えたときにＮＯｘ触媒６１に流入する排気ガスの温度が急激に変化する虞れがあり、エミッションに与える影響が大きくなる虞れがある。そこで、第１，第２排気切替弁５２，５４を流量制御可能なタイプのもので構成し、排気流路切り替え温度域においては、第１通路２０と第２通路４０の流量比を制御すべく第１，第２排気切替弁５２，５４を制御し、第１通路２０と第２通路４０の両方に所定の流量比で排気ガスを流すことによって、ＮＯｘ触媒６１の触媒床温の急激な変化を防止するとともに、正確な触媒床温制御を行うようにすることができる。
【０１６３】
ここで、前記排気流路切り替え温度域とは、第１の実施の形態において第１通路２０から第２通路４０に流路を切り替えるときの閾値αよりも高く、第２通路４０から第１通路２０に流路を切り替えるときの閾値βよりも低い温度域に対応する。第１通路２０と第２通路４０の流量比設定方法としては、前記排気流路切り替え温度域内の各温度に対して、より高いＮＯｘ浄化率を得るための最適な流量比を予め実験的に求めてマップ化してＲＯＭ９２に記憶させておき、排気温センサ６７で検出した排気ガス温度に応じてＥＣＵ９０がこのマップを参照して流量比を選択する方法を例示することができる。
【０１６４】
また、エンジン運転状態に基づいて排気ガスの流路を切り替えるシステムにした場合には、あらゆるエンジン運転状態（エンジン回転数、機関負荷、空燃比）を想定して第１通路２０に排気ガスを全量流した場合と第２通路４０に排気ガスを全量流した場合のＮＯｘ触媒６１の触媒床温を求めてこれらをマップ化してＲＯＭ９２に記憶するとともに、第１通路２０と第２通路の流量比によってこれらマップを補間してＮＯｘ触媒６１の触媒床温の温度推定を行い、ＥＣＵ９０がＮＯｘ浄化に最適な触媒床温になる流量比を選択する方法を例示することができる。
【０１６５】
第１の実施の形態においては流路切り替えによる触媒床温制御の対象となる触媒、即ちケーシング６２に収容する触媒を吸蔵還元型ＮＯｘ触媒６１としたが、ケーシング６２に収容する触媒はリーンＮＯｘ触媒の一種である選択還元型ＮＯｘ触媒５７とすることが可能である（図１６参照）。
【０１６６】
ところで、選択還元型ＮＯｘ触媒の高ＮＯｘ浄化温度領域は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の高ＮＯｘ浄化温度領域よりも高温側にある。そこで、この場合には、図１６に示すように、比較的低温の排気ガスが流れる第２通路４０に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５８を設けて、排気ガス低温時のＮＯｘ浄化率を高くするのが好ましい。このようにすると、排気ガスを第２通路４０に流しているときの選択還元型ＮＯｘ触媒５７への負荷、換言すれば選択還元型ＮＯｘ触媒５７に流入する排気ガスのＮＯｘ濃度を低減することができる。
【０１６７】
また、図１６に示す態様の排気浄化装置においても、基本的な流路の切り替え制御は第１の実施の形態と同じであり、したがって、排気ガスが高温になる高負荷運転時には第１通路２０に排気ガスが流れるが、このときにＨＣ吸着材２６に吸着されていたＨＣが脱離し排気ガスとともに選択還元型ＮＯｘ触媒５７に流入しＮＯｘ浄化用の還元剤として作用する。したがって、高速走行など高負荷運転時におけるＮＯｘ浄化率が向上する。
【０１６８】
さらに、図１７に示すように、始動時触媒１２を収容するケーシング１３と排気管１４の間に、選択還元型ＮＯｘ触媒１５を収容したケーシング１６を設けると、高速走行など高負荷運転時にエンジンから温度の高い排気ガスが排出されたときに、この選択還元型ＮＯｘ触媒１５によって高浄化率でＮＯｘを浄化することができる。また、これにより、下流に配置された選択還元型ＮＯｘ触媒５７への負荷を少なくすることができる。この場合、ケーシング１６は第１通路２０と第２通路４０の上流における共通通路を構成する。
【０１６９】
また、前述した第１の実施の形態の排気浄化装置においては、第１，第２排気切替弁５２，５４の開閉制御により排気ガスの流路を切り替えた時に排気温センサ６７で検出される排気ガス温度の温度変化の大きさから、第１，第２排気切替弁５２，５４が正常に作動しているか否かを判定することができる。これは、第１，第２排気切替弁５２，５４が正常に作動しているときには、排気ガスの流路を切り替えた時に生じるＮＯｘ触媒６１における温度変化の大きさがエンジン運転状態に応じてほぼ決まっているからである。
【０１７０】
したがって、エンジン運転状態と、第１，第２排気切替弁５２，５４が正常に作動している時の流路切り替え時の温度変化の大きさとの関係を予め実験的に求めて、これに許容誤差を考慮して基準温度差のマップを作成しＲＯＭ９２に記憶しておき、流路切り替え前後において排気温センサ６７で検出した排気ガス温度に基づいて算出した温度変化の大きさと、エンジン運転状態に対応してマップから読み出した前記基準温度差とを比較することにより、第１，第２排気切替弁５２，５４が正常に作動しているか否か良否判定をすることができる。
この排気切替弁の作動良否判定は、第２の実施の形態の排気浄化装置においても実施可能である。
【０１７１】
また、排気切替弁の作動良否判定は、上述のように流路切り替え時の温度変化の大きさで判定する以外に、流路切り替え時の圧力変化によっても判定することができる。これについて、第２の実施の形態の排気浄化装置を例にとって説明する。
【０１７２】
図１２に示す第２の実施の形態の排気浄化装置においては、ＨＣ吸着材２６より上流の管内圧力は、弁体５６ａが通路３２を開いているときの方が通路３２を閉ざしているときよりも大きくなる。そして、弁体５６ａが開弁状態から閉弁状態に切り替わったとき、あるいはその逆に閉弁状態から開弁状態に切り替わったときに生じる圧力変化の大きさは、エンジン運転状態に応じてほぼ決まっている。
【０１７３】
そこで、弁体５６ａとＨＣ吸着材２６との間の管内圧力を検出する圧力センサ（圧力検出手段）３７を例えば排気管１４に設けるとともに、エンジン運転状態と、排気切替弁５６が正常に作動している時の流路切り替え時の圧力変化の大きさとの関係を予め実験的に求めて、これに許容誤差を考慮して基準圧力変化幅のマップを作成しＲＯＭ９２に記憶しておき、流路切り替え前後において圧力センサ３７で検出した圧力値に基づいて算出した圧力変化の大きさと、エンジン運転状態に対応して前記マップから読み出した前記基準圧力変化幅とを比較することにより、排気切替弁５６が正常に作動しているか否かを判定することができる。
【０１７４】
尚、図１２に示す第２の実施の形態では、排気切替弁５６をＨＣ吸着材２６よりも上流に設けているが、排気切替弁５６を仕切板３１とともにＨＣ吸着材２６よりも下流の合流管６０に設置することも可能である。その場合にも、ＨＣ吸着材２６と排気切替弁５６の弁体５６ａの間に区間に圧力センサを設けることにより、排気切替前後にこの圧力センサで検出した圧力値の変化幅の大きさから、排気切替弁６０の作動良否判定を行うことができる。
この圧力変化に基づく排気切替弁の作動良否判定は、第１の実施の形態の排気浄化装置においても実施可能である。
【０１７５】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、（イ）内燃機関と、（ロ）この内燃機関から排出される排気ガスを浄化する触媒と、（ハ）放熱量の大きい断面構造の排気冷却促進部を有し、前記内燃機関から前記触媒に排気ガスを導く第１通路と、（ニ）前記第１通路の排気冷却促進部よりも放熱量の小さい断面構造をなし、前記内燃機関から前記触媒に排気ガスを導く第２通路と、（ホ）前記内燃機関から排出される排気ガスの温度降下を促進させて前記触媒に排気ガスを流すべきときには前記第２通路よりも前記第１通路に流れる排気ガス流量を多くし、前記内燃機関から排出される排気ガスの温度降下を抑制して前記触媒に排気ガスを流すべきときには前記第１通路よりも前記第２通路に流れる排気ガス流量を多くするように前記第１通路と第２通路に流れる排気ガス流量を制御する流量制御手段と、を備えることにより、前記触媒の床温を所望の温度に制御することができるという優れた効果が奏される。
【０１７６】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、前記第２通路を取り囲むように前記第１通路の排気冷却促進部設けた場合には、排気浄化装置をコンパクトにすることができ、車両搭載性が向上する。
【０１７７】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、前記第１通路の管路長と第２通路の管路長をほぼ同じ長さにした場合には、排気浄化装置をコンパクトにすることができ、車両搭載性が向上する。
【０１７８】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、前記流量制御手段が、前記触媒の触媒床温あるいは触媒床温を支配するパラメータに基づいて前記第１通路と前記第２通路に流れる排気ガス流量を制御するようにした場合には、触媒床温をより正確に制御することができるという優れた効果が奏される。
【０１７９】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、前記流量制御手段が、前記触媒の触媒床温を浄化率の高い所定の温度領域に制御すべく前記第１通路と前記第２通路に流れる排気ガス流量を制御するようにした場合には、排気浄化装置の排気浄化性能をさらに向上させることができる。
【０１８０】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、前記流量制御手段が、前記触媒に吸収されたＳＯｘを放出せしめるＳ被毒回復処理時に前記第１通路よりも前記第２通路に流れる排気ガス流量が多くなるように制御するようにした場合には、Ｓ被毒回復処理を効率よく行うことができるという優れた効果が奏される。
【０１８１】
さらに、前記Ｓ被毒回復処理時に前記触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比あるいはそれよりもリッチな空燃比にする排気空燃比制御手段を備えると、Ｓ被毒回復処理をより効率よく行うことができる。
【０１８２】
また、前記流量制御手段が、前記Ｓ被毒回復処理の完了直後、第１通路に流れる排気ガスの割合を多くすべく制御するようにした場合には、Ｓ被毒回復処理後の排気浄化率を向上させることができるとともに、触媒の熱劣化を防止することができる。
【０１８３】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、前記第１通路にＨＣ吸着材を設け、前記流量制御手段が、内燃機関の始動時に排気ガスを第１通路に流すように制御した場合には、始動時の排気浄化率が向上する。
【０１８４】
さらに、前記ＨＣ吸着材を前記排気冷却促進部よりも下流に設けた場合には、ＨＣ吸着時間の拡大により、始動時の排気浄化率がさらに向上する。
【０１８５】
前述のように第１通路にＨＣ吸着材を設けた場合であって、前記触媒が選択還元型ＮＯｘ触媒であり、前記第２通路には吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を設け、前記流量制御手段が、内燃機関の高負荷運転時に主として前記第１通路に排気ガスが流れるように制御する場合には、高負荷運転時に排気ガスが第１通路を通過する際にＨＣ吸着材からＨＣが脱離し、このＨＣが選択還元型ＮＯｘ触媒に流入して還元剤として作用するので、選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
【０１８６】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記第１通路における下流部分と前記第２通路における下流部分が合流する合流通路あるいはこの合流通路よりも下流の排気通路あるいは前記触媒に温度検出手段が設けられ、前記流量制御手段を作動させて第１通路と第２通路に流れる排気ガスの流量比を変えたときに前記温度検出手段で検出された温度変化に基づいて前記流量制御手段の作動が正常か否か判定することができる。
【０１８７】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記第１通路に排気ガス圧力を検出する圧力検出手段を備え、前記流量制御手段を作動させて第１通路と第２通路に流れる排気ガスの流量比を変えたときに前記圧力検出手段で検出された圧力変化に基づいて前記流量制御手段の作動が正常か否か判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第１の実施の形態の概略構成図である。
【図２】第１の実施の形態の排気浄化装置の要部の斜視図である。
【図３】第１の実施の形態の排気浄化装置の排気冷却促進部の縦断面図である。
【図４】第１の実施の形態におけるＥＣＵの構成図である。
【図５】第１の実施の形態における基本制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】第１の実施の形態におけるＨＣ吸着・パージ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図７】第１の実施の形態におけるＮＯｘ触媒温度制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】第１の実施の形態におけるＳ被毒回復制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】第１の実施の形態における二次空気制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率温度特性の一例を示す図である。
【図１１】排気ガスを第１通路あるいは第２通路の一方にだけ流したときの触媒床温と車速との関係を示す図である。
【図１２】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態における要部を示す構成図である。
【図１３】第２の実施の形態の排気浄化装置の要部の斜視図である。
【図１４】第２の実施の形態における排気切替弁の概略斜視図である。
【図１５】第２の実施の形態における第１通路と第２通路の断面図である。
【図１６】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の他の実施の形態における要部を示す構成図である。
【図１７】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置のさらに別の実施の形態における要部を示す構成図である。
【符号の説明】
１  機関本体
７  燃料噴射弁（排気空燃比制御手段）
８  エアフロメータ
９  排気マニホルド（排気通路）
１０，１４，６３，６６  排気管（排気通路）
１１  上流側Ｏ２センサ
１５  選択還元型ＮＯｘ触媒
１６  ケーシング（共通通路）
２０  第１通路（排気通路）
２１  円管部
２２  断面変形部
２３，３５  排気冷却促進部
２４  断面変形部
２５  円管部
２６  ＨＣ吸着材
２８  円管部
３７  圧力センサ（圧力検出手段）
４０  第２通路
５２  第１排気切替弁（流量制御手段）
５４  第２排気切替弁（流量制御手段）
５６  排気切替弁（流量制御手段）
５７  選択還元型ＮＯｘ触媒（リーンＮＯｘ触媒）
５８  吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
６０  合流管（排気管、合流通路）
６１  吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（リーンＮＯｘ触媒）
６４  三元触媒
６７  排気温センサ（温度検出手段）
６８  下流側Ｏ２センサ
６９  二次空気供給管
７０  二次空気供給装置
９０  ＥＣＵ（排気空燃比制御手段）
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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