(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に排気浄化手段を有し、この排気浄化手段よりも上流の排気通路に４つのポートを備えた流れ方向切替手段が設けられ、該流れ方向切替手段の第１ポートには内燃機関に接続された第１排気通路が接続され、第２ポートには大気に接続された第２排気通路が接続され、第３ポートには前記排気浄化手段の一方側に接続された第３排気通路が接続され、第４ポートには前記排気浄化手段の他方側に接続された第４排気通路が接続されており、前記流れ方向切替手段は、前記第１ポートと前記第３ポートとを接続するとともに前記第２ポートと前記第４ポートとを接続して前記排気浄化手段に第１の方向に排気ガスを流通せしめる第１の位置と、前記第１ポートと前記第４ポートとを接続するとともに前記第２ポートと前記第３ポートとを接続して前記排気浄化手段に第１の方向と逆の方向に排気ガスを流通せしめる第２の位置と、前記第１ポートと前記第２ポートとを接続可能とする第３の位置とに切り替え可能であることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記排気浄化手段は、流入排気ガスの空燃比がリーンのときは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を放出する吸蔵還元型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３】
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されたＳＯxを該吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出せしめるＳＯx放出処理時に、前記流れ方向切替手段が前記第１の位置と前記第２の位置を切り替えて、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流れる排気ガスの流れ方向をＮＯx吸収時と逆にすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒からなる排気浄化手段は、ＮＯx吸収時の排気ガスの流れ方向における入口側に配置された吸蔵還元型ＮＯx触媒が、ＮＯx吸収時の排気ガスの流れ方向における出口側に配置された吸蔵還元型ＮＯx触媒よりもＳＯx吸収能が高いことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒によるＮＯx吸収時の排気ガスの流れ方向における吸蔵還元型ＮＯx触媒の入口に近い部位を加熱する加熱手段を備えることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記ＳＯx放出処理時の流れ方向切替手段の切り替えは、排気ガス温度もしくは吸蔵還元型ＮＯx触媒の触媒温度が上昇するときに実行することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記流れ方向切替手段を前記第１の位置と前記第２の位置に切り替えることによって、前記内燃機関から前記吸蔵還元型ＮＯx触媒までの距離が、ＮＯx吸収時よりもＳＯx放出処理時の方が短くなるように、前記第３の排気通路と前記第４の排気通路の長さが設定されていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記第２の排気通路にスィーパーを備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記スィーパーは、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触媒であることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記第１の排気通路に他の触媒を備え、前記流れ方向切替手段は、ＳＯx放出処理時における初期所定時間の間は前記第１ポートと前記第２ポートとを接続する第３の位置に切り替わり、前記所定時間経過後に、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流れる排気ガスの流れ方向をＮＯx吸収時と逆にするように切り替わることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記スイーパとが、相互に排気ガスの流通不能で熱伝達可能に一体にされていることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１２】
前記流れ方向切替手段が前記第１の位置と前記第２の位置に切り替わることによって、前記内燃機関から前記排気浄化手段までの距離が異なるように、前記第３の排気通路と前記第４の排気通路の長さが設定されてい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１３】
前記流れ方向切替手段の前記第１の位置と前記第２の位置の切り替えは、排気ガス温度あるいは排気浄化手段の温度に基づいて実行することを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１４】
前記排気浄化手段は、流入排気ガスの空燃比がリーンのときは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を放出する吸蔵還元型ＮＯx触媒であることを特徴とする請求項１３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１５】
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されたＳＯxを該吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出せしめるＳＯx放出処理時には、内燃機関から吸蔵還元型ＮＯx触媒までの距離の短い流路を選択して前記流れ方向切替手段が切り替わることを特徴とする請求項１４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１６】
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒によるＮＯx吸収時であって排気ガス温度あるいは該吸蔵還元型ＮＯx触媒の触媒温度が所定温度以上のときには内燃機関から吸蔵還元型ＮＯx触媒までの距離の長い流路を選択し、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒によるＮＯx吸収時であって排気ガス温度あるいは前記触媒温度が所定温度に満たないときには内燃機関から該吸蔵還元型ＮＯx触媒までの距離の短い流路を選択して、前記流れ方向切替手段が切り替わることを特徴とする請求項１４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１７】
前記第２の排気通路にスィーパーを備え、前記流れ方向切替手段は前記第１ポートと前記第２ポートとを接続可能とする第３の位置に切り替え可能であり、排気ガス温度あるいは前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の触媒温度が該吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収可能温度範囲よりも高温であるときに、流れ方向切替手段が前記第３の位置を選択して切り替わることを特徴とする請求項１４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１８】
前記第３の排気通路と前記第４の排気通路のいずれか一方の排気通路であって内燃機関から前記吸蔵還元型ＮＯx触媒までの距離を長くする排気通路に、排気ガスを冷却する冷却手段を備えることを特徴とする請求項１６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１９】
前記第１の排気通路に、流入排気ガスの空燃比がリーンのときはＳＯx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ＳＯxを放出するＳＯx吸収剤を備え、前記流れ方向切替手段は前記第１ポートと前記第２ポートとを接続する第３の位置に切り替え可能であり、内燃機関が連続したストイキ運転になるときに前記流れ方向切替手段が前記第３の位置を選択して切り替わることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２０】
前記ＳＯx吸収剤と前記吸蔵還元型ＮＯx触媒が同心上に配置されていることを特徴とする請求項１９に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２１】
前記第１の排気通路にＳＯx吸収能を有する三元触媒を備え、前記流れ方向切替手段は前記第１ポートと前記第２ポートとを接続可能とする第３の位置に切り替え可能であり、内燃機関が連続したストイキ運転になるときに、前記流れ方向切替手段が前記第３の位置を選択して切り替わることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２２】
前記排気浄化手段は触媒であり、前記第３の排気通路と前記第４の排気通路のいずれか一方には炭化水素を吸着するＨＣ吸着剤が設けられ、排気ガスもしくは前記ＨＣ吸着剤の温度が該ＨＣ吸着剤が炭化水素を吸着する温度域にあるときには前記触媒が前記ＨＣ吸着剤よりも上流に位置する流路を選択し、排気ガスもしくは前記ＨＣ吸着剤の温度が該ＨＣ吸着剤が炭化水素を脱離する温度域にあるときには前記ＨＣ吸着剤が前記触媒よりも上流に位置する流路を選択するように、前記流れ方向切替手段が切り替わ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、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、排気浄化手段を流れる排気ガスの流れ方向を必要に応じて切り替えることができる内燃機関の排気浄化装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関から排出される排気ガスを浄化するために、一般に、内燃機関の排気通路には排気浄化装置が設置される。この排気浄化装置に内燃機関の排気ガスを流していると、排気浄化装置における上流側から徐々に堆積物が付着する。この堆積物が何であるかは、排気ガスの組成により、あるいは、排気浄化装置の構成および排気浄化のメカニズムにより異なり、例えば酸化物、硫化物、硝酸塩、硫酸塩などがある。この堆積物は、排気浄化装置の浄化性能を低下させたり排気抵抗の増大を招く場合があり、所定のタイミングで除去する必要がある。
【０００３】
例えば、リーン空燃比の燃焼を行う内燃機関から排出される排気ガスのＮＯxを浄化する排気浄化装置として、吸蔵還元型ＮＯx触媒がある。この吸蔵還元型ＮＯx触媒は、流入排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯxを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯxを放出し、Ｎ2に還元する触媒であり、排気通路に吸蔵還元型ＮＯx触媒を配置して、リーン空燃比の排気ガスから窒素酸化物（ＮＯx）を吸収させ、ＮＯx吸収後に内燃機関に供給する燃料を増量等して前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにすることにより、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒から吸収したＮＯxを放出させるとともに、放出されたＮＯxを排気ガス中の未燃ＨＣ、ＣＯ等の還元成分によりＮ2に還元浄化する。
【０００４】
ところで、一般に、内燃機関の燃料には硫黄分が含まれており、内燃機関で燃料を燃焼すると、燃料中の硫黄分が燃焼して硫黄酸化物（ＳＯx）が発生する。前記吸蔵還元型ＮＯx触媒は、ＮＯxの吸収作用を行うのと同じメカニズムで排気ガス中のＳＯxの吸収を行うので、内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯx触媒を配置すると、吸蔵還元型ＮＯx触媒にはＮＯxのみならずＳＯxも吸収される。
【０００５】
ところが、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されたＳＯxは時間経過とともに安定な硫酸塩を形成するため、吸蔵還元型ＮＯx触媒からのＮＯxの放出、還元浄化（以下、ＮＯx放出・還元処理という）を行う条件では、分解、放出されにくく吸蔵還元型ＮＯx触媒内に蓄積され易い傾向がある。吸蔵還元型ＮＯx触媒内のＳＯx蓄積量が増大すると、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収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りＮＯx浄化効率が低下する、いわゆるＳＯx被毒が生じる。そこで、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx浄化能を長期に亘って高く維持するためには、触媒に吸収されているＳＯxを適宜のタイミングで放出させる必要がある。
【０００６】
吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されたＳＯxを放出させるには、流入排気ガスの空燃比をリッチにし、且つ、ＮＯx放出・還元処理時よりも吸蔵還元型ＮＯx触媒を高温にする必要があることが分かっている。
【０００７】
ところで、吸蔵還元型ＮＯx触媒内のＳＯxの吸収量の分布は、吸蔵還元型ＮＯx触媒において排気ガスの入口側に近いほど多くなっており、そのため、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されたＳＯxを放出させる際に、リッチ空燃比の排気ガスをＮＯx吸収時の排気ガスの流れ方向と同じ方向に流したのでは、吸蔵還元型ＮＯx触媒において前記入口側に吸収されていたＳＯxが放出されても、放出されたＳＯxが吸蔵還元型ＮＯx触媒の中を排気ガスの出口側に移動するだけで吸蔵還元型ＮＯx触媒に再吸収されてしまい、吸蔵還元型ＮＯx触媒から排出することができないという問題がある。
【０００８】
そこで、特開平７−２５９５４２号公報に開示されているように、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されたＳＯxを放出させるときには、リッチ空燃比の排気ガスをＮＯx吸収時とは逆方向に吸蔵還元型ＮＯx触媒に流す技術が提案されている。このように排気ガスの流れを逆にしてＳＯxの放出を行う逆流機能を備えていると、吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出されたＳＯxは、吸蔵還元型ＮＯx触媒内での移動距離が少なく直ちに吸蔵還元型ＮＯx触媒の外に排出されるようになるので、放出されたＳＯxが吸蔵還元型ＮＯx触媒に再吸収されることを防止することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
前記公報に開示されている逆流機能付き内燃機関の排気浄化装置は次のように構成されている。吸蔵還元型ＮＯx触媒の入口に連結された上流側排気通路と該吸蔵還元型ＮＯx触媒の出口に連結された下流側排気通路を、該吸蔵還元型ＮＯx触媒をバイパスするバイパス通路によって接続し、上流側排気通路とバイパス通路との合流部位に第１の排気流れ切替弁を設け、下流側排気通路とバイパス通路との合流部位に第２の排気流れ切替弁を設けている。第１の排気流れ切替弁は、その上流から流れてきた排気ガスを前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入させるか、あるいは前記バイパス通路に流入させるかのいずれかに切り替え可能であり、第２の排気流れ切替弁は、吸蔵還元型ＮＯx触媒を通過してきた排気ガスを第２の排気流れ切替弁よりも下流の下流側排気通路に流出させるか、あるいはバイパス通路を通過してきた排気ガスを第２の排気流れ切替弁よりも下流の下流側排気通路に流出させるかのいずれかに切り替え可能である。さらに、吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記第１の排気流れ切替弁との間の上流側排気通路から吸引用の排気通路を分岐し、この吸引用排気通路を排気ポンプの吸込口に接続し、排気ポンプの吐出口を前記バイパス通路に接続している。また、吸蔵還元型ＮＯx触媒と第２の排気流れ切替弁との間の下流側排気通路に還元剤を供給する還元剤供給装置を備えている。
【００１０】
そして、ＮＯxの吸収処理時には、バイパス通路を閉鎖するように前記第１と第２の排気流れ切替弁を切り替え、内燃機関の排気ガスの全量を吸蔵還元型ＮＯx触媒の入口から出口に向かって通過させる。一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒からＳＯxを放出させるときには、内燃機関の排気ガスのほぼ全量をバイパス通路に流れるように前記第１と第２の排気流れ切替弁を切り替え、これと同時に前記排気ポンプを運転して吸蔵還元型ＮＯx触媒と第１の排気流れ切替弁との間の上流側排気通路内の排気ガスを吸引しバイパス通路に排出することによって、吸蔵還元型ＮＯx触媒にその出口側から入口側へと逆方向に流れる排気ガスの流れを生じせしめ、且つ、還元剤供給装置を作動させて還元剤を下流側排気通路に供給する。これにより、リッチ空燃比の排気ガスをして吸蔵還元型ＮＯx触媒を逆流させ、吸蔵還元型ＮＯx触媒からＳＯxを放出している。
【００１１】
この従来の逆流機能付き内燃機関の排気浄化装置では、排気ポンプや複数の排気流れ切替弁が必要であり、部品点数が多くなって、コストアップになった。また、部品点数が多くなると、それだけ保守点検に手間がかかることになる。
【００１２】
また、上述した吸蔵還元型ＮＯx触媒において逆流を伴うＳＯx放出処理は、ＳＯx放出の際のＳＯxの移動距離を短くすることによってＳＯxの再吸収を回避することに着眼した処理方法ではあるが、その一方で、この処理方法を採用すると、排気ガスが吸蔵還元型ＮＯx触媒に至るまでの距離が長くなるため、その長い経路を流通してくる間の排気ガスの温度低下が大きく、ＳＯx放出時の温度条件の観点からすると必ずしもＳＯx放出に最良の方法と言えない場合もある。
【００１３】
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の一つは、内燃機関の排気浄化装置を簡単な構造とし、部品点数の削減及びコストダウンを図ることにある。
【００１４】
また、本発明が解決しようとする課題の他の一つは、吸蔵還元型ＮＯx触媒に対するＳＯx放出処理技術を確立することにある。
【００１５】
【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）  本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に排気浄化手段を有し、この排気浄化手段よりも上流の排気通路に４つのポートを備えた流れ方向切替手段が設けられ、該流れ方向切替手段の第１ポートには内燃機関に接続された第１排気通路が接続され、第２ポートには大気に接続された第２排気通路が接続され、第３ポートには前記排気浄化手段の一方側に接続された第３排気通路が接続され、第４ポートには前記排気浄化手段の他方側に接続された第４排気通路が接続されており、前記流れ方向切替手段は、前記第１ポートと前記第３ポートとを接続するとともに前記第２ポートと前記第４ポートとを接続して前記排気浄化手段に第１の方向に排気ガスを流通せしめる第１の位置と、前記第１ポートと前記第４ポートとを接続するとともに前記第２ポートと前記第３ポートとを接続して前記排気浄化手段に第１の方向と逆の方向に排気ガスを流通せしめる第２の位置とに切り替え可能であることを特徴とする。
【００１６】
この内燃機関の排気浄化装置では、流れ方向切替手段を切り替えて第１の位置あるいは第２の位置のいずれか一方を選択することによって、排気ガスを排気浄化手段に順方向に流したり、逆方向に流したりすることができる。どのような条件を満たした時に排気ガスの流れ方向を切り替えるかは、排気浄化の全体システムや排気浄化手段の特性によって決定する。
【００１７】
本発明における内燃機関としては、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。
本発明における排気浄化手段は、排気ガスを浄化する機能を有していればいかなる構造、形態のものであってもよく、触媒やフィルタ（例えば、Diesel Particulate Filter）などを例示することができる。また、排気浄化手段の浄化メカニズムや内燃機関の排気ガスの組成が変われば、排気浄化手段に付着する付着物の種類も異なり、付着物としては、酸化物、硫化物、硝酸塩、硫酸塩などを例示することができる。
【００１８】
そして、排気浄化手段に付着した前記付着物を離脱させるために、流れ方向切替手段を切り替える使用方法も採用可能である。その場合、排気浄化手段の種類や除去したい付着物の種類によっては、付着物を脱離する際に排気浄化手段の温度を上昇させる必要があることもあるし、排気ガスの空燃比をストイキあるいはリッチにする必要があることもあるし、これらを両方必要とすることもある。
【００１９】
（２）  本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記流れ方向切替手段が、前記第１ポートと前記第２ポートとを接続可能とする第３の位置に切り替えることができるようにすることもできる。どのようなときに流れ方向切替手段を前記第３の位置にして用いるかは、排気浄化の全体システムや排気浄化手段の特性によって決定する。
【００２０】
（３）  本発明に係る内燃機関の排気浄化装置における前記排気浄化手段は、流入排気ガスの空燃比がリーンのときは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を放出する吸蔵還元型ＮＯx触媒とすることができる。
【００２１】
（４）  前記（３）に記載の本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されたＳＯxを該吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出せしめるＳＯx放出処理時に、前記流れ方向切替手段が前記第１の位置と前記第２の位置を切り替えて、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流れる排気ガスの流れ方向をＮＯx吸収時と逆にすることができる。
【００２２】
これは、排気ガスを吸蔵還元型ＮＯx触媒に流していて排気ガス中のＳＯxが吸蔵還元型ＮＯx触媒に付着する場合、吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流部分からＳＯxの吸収が始まり徐々に下流側に吸収部分が広がっていくという考えに基づいたものであり、このように吸蔵還元型ＮＯx触媒にＳＯxが分布しているのであれば、ＳＯx放出処理時は排気ガスをＮＯx吸収時と逆の方向に流した方がＳＯxを効率よく吸蔵還元型ＮＯx触媒から脱離させ放出することができる。尚、ＳＯx放出処理時には排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにする。また、ＳＯx放出処理時には、排気ガス温度あるいは吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度を高温にした方が、ＳＯxの放出を効率よく行うことができるので好ましい。
【００２３】
（５）  前記（４）に記載の本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒からなる排気浄化手段は、ＮＯx吸収時の排気ガスの流れ方向における入口側に配置された吸蔵還元型ＮＯx触媒が、ＮＯx吸収時の排気ガスの流れ方向における出口側に配置された吸蔵還元型ＮＯx触媒よりもＳＯx吸収能が高いようにすることができる。このようにすると、吸蔵還元型ＮＯx触媒においてＮＯx吸収時の排気ガスの入口側にＳＯxがより付着するようになり、排気ガスの流れ方向を逆方向にして行うＳＯx放出処理時に、吸蔵還元型ＮＯx触媒からＳＯxの放出がより効率的に行われるようになる。
【００２４】
（６）  前記（４）に記載の本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒によるＮＯx吸収時の排気ガスの流れ方向における吸蔵還元型ＮＯx触媒の入口に近い部位を加熱する加熱手段を備えてもよい。このようにすると、吸蔵還元型ＮＯx触媒からのＳＯxの放出がより促進される。
【００２５】
（７）  前記（４）に記載の本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記ＳＯx放出処理時の流れ方向切替手段の切り替えを、排気ガス温度もしくは吸蔵還元型ＮＯx触媒の触媒温度が上昇するときに実行することができる。吸蔵還元型ＮＯx触媒は、排気ガス温度等の降温時にＮＯx，ＳＯxを吸収し易く、排気ガス温度等の昇温時に放出し易い性質を持っているので、前記切り替えタイミングを採用するとＳＯxを放出し易くなる。
【００２６】
但し、流れ方向切替手段による切り替えタイミングはこれに限るものではなく、例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されたＳＯx量が所定量に達した時を前記切り替えタイミングとしてもよい。また、リーン空燃比で燃焼可能なガソリンエンジン（いわゆる、リーンバーンガソリンエンジン）に適用した場合には、エンジンの運転状態によってエンジンでの燃焼がリーン空燃比による燃焼とリッチ空燃比による燃焼に切り替えられるので、このエンジンの運転状態に応じて流れ方向切替手段を切替制御してもよい。
【００２７】
（８）  前記（４）に記載の本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記流れ方向切替手段を前記第１の位置と前記第２の位置に切り替えることによって、前記内燃機関から前記吸蔵還元型ＮＯx触媒までの距離が、ＮＯx吸収時よりもＳＯx放出処理時の方が短くなるように、前記第３の排気通路と前記第４の排気通路の長さを設定することができる。このようにすると、ＳＯx放出処理時において排気ガスが吸蔵還元型ＮＯx触媒に至るまでの排気ガス温度の低下を少なくすることができるとともに吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度上昇を促進することができ、その結果、ＳＯxの放出を促進することができる。
【００２８】
（９）  前記（３）に記載の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２の排気通路にスィーパーを備えることができる。このようにすると、流れ方向切替手段の切り替え途中で排気ガスが排気浄化手段を通らずにバイパスして流れても、前記スィーパーにより浄化されて大気に排出される。
【００２９】
（１０）  前記（９）に記載の本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、前記スィーパーは、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触媒で構成することができる。
【００３０】
（１１）  前記（９）に記載の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の排気通路に他の触媒を備え、前記流れ方向切替手段は、ＳＯx放出処理時における初期所定時間の間は前記第１ポートと前記第２ポートとを接続する第３の位置に切り替わり、前記所定時間経過後に、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流れる排気ガスの流れ方向をＮＯx吸収時と逆にするように切り替わるようにしてもよい。このようにすると、ＳＯx放出処理時の初期において前記他の触媒からＳＯxが脱離しても、この脱離したＳＯxは吸蔵還元型ＮＯx触媒に流れ込まなくなって吸蔵還元型ＮＯx触媒がＳＯx被毒するのを防止することができ、しかも、他の触媒から脱離したＳＯxをスィーパーによって浄化することができる。
【００３１】
（１２）  前記（９）に記載の本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記スイーパとを、相互に排気ガスの流通不能で熱伝達可能に一体に構成することができる。このようにすると、スィーパーの温度を高い温度に維持することができる。
【００３２】
（１３）  前記（１）に記載の本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記流れ方向切替手段が前記第１の位置と前記第２の位置に切り替わることによって、前記内燃機関から前記排気浄化手段までの距離が異なるように、前記第３の排気通路と前記第４の排気通路の長さを設定することができる。このようにすると、内燃機関から排気浄化手段までの距離が短い流路を選択したときの方が、長い距離の流路を選択したときよりも、排気浄化手段に流入する排気ガスの温度低下を少なくすることができる。どのような時に流れ方向切替手段により排気ガスの流れ方向を切り替えるかは、排気浄化の全体システムや排気浄化手段の特性によって決定する。
【００３３】
（１４）  前記（１３）に記載の本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記流れ方向切替手段の前記第１の位置と前記第２の位置の切り替えを、排気ガス温度あるいは排気浄化手段の温度に基づいて実行することができる。どのような温度条件のときに流れ方向切替手段により排気ガスの流れ方向を切り替えるかは、排気浄化の全体システムや排気浄化手段の特性によって決定する。
【００３４】
（１５）  前記（１４）に記載の本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記排気浄化手段を、流入排気ガスの空燃比がリーンのときは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を放出する吸蔵還元型ＮＯx触媒で構成することができる。
【００３５】
（１６）  前記（１５）に記載の本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されたＳＯxを該吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出せしめるＳＯx放出処理時に、内燃機関から吸蔵還元型ＮＯx触媒までの距離の短い流路を選択して前記流れ方向切替手段が切り替わるようにすることができる。吸蔵還元型ＮＯx触媒からＳＯxを放出させる場合、吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度が高い方がＳＯxの放出効率がよい。内燃機関から吸蔵還元型ＮＯx触媒までの距離が短い流路を選択すると、吸蔵還元型ＮＯx触媒に達するまでの排気ガスの温度低下が少なく、より高い温度の排気ガスを吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入させることができ、その結果、ＳＯxをより効率的に放出させることができる。
【００３６】
（１７）  前記（１５）に記載の本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒によるＮＯx吸収時であって排気ガス温度あるいは該吸蔵還元型ＮＯx触媒の触媒温度が所定温度以上のときには内燃機関から吸蔵還元型ＮＯx触媒までの距離の長い流路を選択し、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒によるＮＯx吸収時であって排気ガス温度あるいは前記触媒温度が所定温度に満たないときには内燃機関から該吸蔵還元型ＮＯx触媒までの距離の短い流路を選択して、前記流れ方向切替手段が切り替わるようにすることができる。内燃機関から吸蔵還元型ＮＯx触媒までの距離が長いと吸蔵還元型ＮＯx触媒に至るまでの排気ガスの温度低下が大きく、その逆に内燃機関から吸蔵還元型ＮＯx触媒までの距離が短いと吸蔵還元型ＮＯx触媒に至るまでの排気ガスの温度低下が小さい。したがって、上述のように流れ方向切替手段を切り替えて長い経路と短い経路を使い分ければ、吸蔵還元型ＮＯx触媒をＮＯx吸収に好適な温度範囲に保持することができ、ＮＯx浄化率を向上させることができる。
【００３７】
（１８）  前記（１５）に記載の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２の排気通路にスィーパーを備え、前記流れ方向切替手段は前記第１ポートと前記第２ポートとを接続可能とする第３の位置に切り替え可能であり、排気ガス温度あるいは前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の触媒温度が該吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収可能温度範囲よりも高温であるときに、流れ方向切替手段が前記第３の位置を選択して切り替わるようにすることができる。排気ガス温度あるいは前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の触媒温度が該吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収可能温度範囲よりも高温であるときには、排気ガスを吸蔵還元型ＮＯx触媒に流しても排気ガス中のＮＯxが浄化されないだけでなく、吸蔵還元型ＮＯx触媒を高温劣化させてしまう。そこで、このようなときには流れ方向切替手段を第３の位置に切り替えることによって、排気ガスを吸蔵還元型ＮＯx触媒に流さずに第１の排気通路から第２の排気通路にショートパスさせ、吸蔵還元型ＮＯx触媒の劣化を防止する。また、排気ガス中のＨＣやＣＯはスイーパによって浄化される。
【００３８】
（１９）  前記（１７）に記載の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３の排気通路と前記第４の排気通路のいずれか一方の排気通路であって内燃機関から前記吸蔵還元型ＮＯx触媒までの距離を長くする排気通路に、排気ガスを冷却する冷却手段を備えることができる。冷却手段によって排気ガスを強制的に冷却することができ、吸蔵還元型ＮＯx触媒をＮＯx吸収に好適な温度範囲にさらに確実に保持することが可能になる。
【００３９】
（２０）  前記（３）に記載の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の排気通路に、流入排気ガスの空燃比がリーンのときはＳＯx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ＳＯxを放出するＳＯx吸収剤を備え、前記流れ方向切替手段は前記第１ポートと前記第２ポートとを接続する第３の位置に切り替え可能であり、内燃機関が連続したストイキ運転になるときに前記流れ方向切替手段が前記第３の位置を選択して切り替わるようにすることができる。内燃機関が連続したストイキ運転になり、ストイキの排気ガスがＳＯx吸収剤に流入するようになると、ＳＯx吸収剤からＳＯxが放出されるようになるが、このときに上述のように流れ方向切替弁を第３の位置に切り替えると、ＳＯx吸収剤から放出されたＳＯxを含む排気ガスは、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流れ込まずに、第１の排気通路から第２の排気通路にショートパスして大気に放出されるようになる。したがって、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳＯx被毒を防止することができる。
【００４０】
（２１）  前記（２０）に記載の本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記ＳＯx吸収剤と前記吸蔵還元型ＮＯx触媒を同心上に配置することができる。このようにすると、排気浄化装置をコンパクトにすることができる。
【００４１】
（２２）  前記（３）に記載の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の排気通路にＳＯx吸収能を有する三元触媒を備え、前記流れ方向切替手段は前記第１ポートと前記第２ポートとを接続可能とする第３の位置に切り替え可能であり、内燃機関が連続したストイキ運転になるときに、前記流れ方向切替手段が前記第３の位置を選択して切り替わるようにすることができる。内燃機関が連続したストイキ運転になり、ストイキの排気ガスがＳＯx吸収能を有する三元触媒に流入するようになると、三元触媒からＳＯxが放出されるようになるが、このときに上述のように流れ方向切替弁を第３の位置に切り替えると、三元触媒から放出されたＳＯxを含む排気ガスは、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流れ込まずに、第１の排気通路から第２の排気通路にショートパスして大気に放出されるようになる。したがって、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳＯx被毒を防止することができる。また、この時に排気ガスは三元触媒の三元活性によって浄化される。
【００４２】
（２３）  前記（１）に記載の本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記排気浄化手段は触媒であり、前記第３の排気通路と前記第４の排気通路のいずれか一方には炭化水素を吸着するＨＣ吸着剤が設けられ、排気ガスもしくは前記ＨＣ吸着剤の温度が該ＨＣ吸着剤が炭化水素を吸着する温度域にあるときには前記触媒が前記ＨＣ吸着剤よりも上流に位置する流路を選択し、排気ガスもしくは前記ＨＣ吸着剤の温度が該ＨＣ吸着剤が炭化水素を脱離する温度域にあるときには前記ＨＣ吸着剤が前記触媒よりも上流に位置する流路を選択するように、前記流れ方向切替手段が切り替わるようにすることができる。このようにすると、排気ガスもしくは前記ＨＣ吸着剤の温度が該ＨＣ吸着剤が炭化水素を吸着する温度域にあるときには、触媒が活性していなくて排気ガス中のＨＣが触媒を通過しても、このＨＣはＨＣ吸着剤に吸着される。また、排気ガスもしくは前記ＨＣ吸着剤の温度が該ＨＣ吸着剤が炭化水素を脱離する温度域になると、排気ガスがＨＣ吸着剤を通過するときにＨＣ吸着剤からＨＣが脱離し、さらにこのＨＣは活性温度に達した触媒を通過する際に浄化される。
【００４３】
【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４６の図面に基いて説明する。
【００４４】
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を、リーン空燃比で燃焼可能なガソリンエンジン（いわゆるリーンバーンガソリンエンジン）に適用した場合の実施の形態における概略構成を示す図である。
【００４５】
この図において、エンジン１は直列４気筒であり、吸気管２及び吸気マニホルド３を介して各気筒に吸気が供給される。吸気管２には、図示しないアクセルペダルと連動して吸気管２内の吸気通路を開閉するスロットル弁４が設けられ、このスロットル弁４には、スロットル弁４の開度に対応した出力信号をエンジンコントロール用電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００に出力するスロットルポジションセンサ５が取り付けられている。
【００４６】
吸気管２においてスロットル弁４よりも上流側には、吸気管２内を流れる吸入空気量（吸入空気質量）Ｑに対応した出力信号をＥＣＵ１００に出力するエアフロメータ６が取り付けられている。
【００４７】
エンジン１の各気筒に連なる各吸気通路には燃料噴射弁７から燃料（ガソリン）が噴射される。燃料噴射弁７の開弁時期及び開弁期間は、エンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ１００によって制御される。
【００４８】
エンジン１の各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド８及び排気管（第１の排気通路）９を介して排気される。排気管９は４つのポートを備えた排気切替弁（流れ方向切替手段）２０の第１ポートに接続されている。排気切替弁２０の第２ポートは排気ガスを大気に排出する排気管（第２の排気通路）１０に接続され、排気切替弁２０の第３ポートは排気管（第３の排気通路）１１を介して触媒コンバータ（排気浄化手段）３０の入口３０ａに接続され、排気切替弁２０の第４ポートは排気管（第４の排気通路）１２を介して触媒コンバータ３０の出口３０ｂに接続されている。触媒コンバータ３０には吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、ＮＯx触媒と略す）３１が収容されている。ＮＯx触媒３１については後で詳述する。
【００４９】
排気切替弁２０は、その弁体を図１に示す順流位置と図２に示す逆流位置に切り替えることによって、触媒コンバータ３０を流れる排気ガスの流れ方向を変えることができるバルブである。前記弁体が順流位置に位置しているとき、排気切替弁２０は、排気管９と排気管１１とを接続するとともに排気管１０と排気管１２とを接続し、この時、排気ガスは、排気管９→排気管１１→触媒コンバータ３０→排気管１２→排気管１０の順に流れて、大気に放出される。このように触媒コンバータ３０の入口３０ａから出口３０ｂに向かって流れる排気ガスの流れを、以下の説明においては「順流」と称す。また、排気切替弁２０の弁体が図２に示す逆流位置に位置しているとき、排気切替弁２０は、排気管９と排気管１２とを接続するとともに排気管１０と排気管１１とを接続し、この時、排気ガスは、排気管９→排気管１２→触媒コンバータ３０→排気管１１→排気管１０の順に流れて、大気に放出される。このように触媒コンバータ３０の出口３０ｂから入口３０ａに向かって流れる排気ガスの流れを、以下の説明においては「逆流」と称す。
【００５０】
この排気切替弁２０はアクチュエータ２１に駆動されて弁体位置の切り替えが行われるようになっており、アクチュエータ２１はＥＣＵ１００により制御される。この実施の形態では、アクチュエータ２１とＥＣＵ１００は制御手段を構成する。排気切替弁２０の弁体位置の切り替え制御については後で詳述する。
【００５１】
排気管１１において触媒コンバータ３０の入口３０ａの近傍には、排気管１１内を流れる排気ガスの温度に対応した出力信号をＥＣＵ１００に出力する排気温センサ１３が取り付けられている。
【００５２】
ＥＣＵ１００はデジタルコンピュータからなり、双方向バスによって相互に接続されたＲＯＭ（リードオンメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＣＰＵ（セントラルプロセッサユニット）、入力ポート、出力ポートを具備し、エンジン１の空燃比制御等の基本制御を行うほか、この実施の形態では、触媒コンバータ３０のＳＯx放出処理制御等を行っている。
【００５３】
これら制御のために、ＥＣＵ１００の入力ポートには、前記エアフロメータ６からの入力信号、排気温センサ１３からの入力信号が入力されるほか、回転数センサ１４からの入力信号が入力される。回転数センサ１４はエンジン１の回転数に応じた出力信号をＥＣＵ１００に出力し、この出力信号からＥＣＵ１００はエンジン回転数Ｎを演算する。また、ＥＣＵ１００はエアフロメータ６の出力信号から吸入空気量Ｑを演算し、エンジン負荷Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／エンジン回転数Ｎ）を演算する。そして、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数Ｎとエンジン負荷Ｑ／Ｎからエンジン１の運転状態を判定し、その運転状態に応じて燃料噴射弁から噴射する燃料量を制御し、リーン空燃比とストイキまたはリッチ空燃比に切り替える空燃比制御を行う。この空燃比制御の一例を挙げれば、暖機運転時および高負荷運転域ではストイキまたはリッチ空燃比とし、低中負荷運転域ではリーン空燃比とする制御方法がある。
【００５４】
触媒コンバータ３０に収容されているＮＯx触媒３１、即ち吸蔵還元型ＮＯx触媒は、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のような貴金属とが担持されている。
【００５５】
このＮＯx触媒３１は、流入排気ガスの空燃比（以下、排気空燃比と称す）がリーンのときは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を放出し、Ｎ2に還元する。尚、排気空燃比とは、ここではＮＯx触媒３１の上流側の排気通路やエンジン燃焼室、吸気通路等にそれぞれ供給された空気量の合計と燃料（炭化水素）の合計の比を意味するものとする。したがって、ＮＯx触媒３１上流の排気通路内に燃料、還元剤あるいは空気が供給されない場合には、排気空燃比はエンジン燃焼室内に供給される混合気の空燃比に一致する。
【００５６】
この実施の形態では、リーン空燃比での燃焼が可能な所謂リーンバーンガソリンエンジンを内燃機関として使用しており、エンジン１の運転状態に応じて混合気の空燃比を制御している。それゆえ、エンジン１がリーン空燃比で運転されている時には排気空燃比はリーンになり、酸素濃度は高くなる。一方、エンジン１がストイキまたはリッチ空燃比で運転されている時には排気空燃比はストイキまたはリッチになり、排気ガス中の酸素濃度は大幅に低下するとともに、エンジン１から排出される未燃ＨＣ、ＣＯ等の成分が増大する。
【００５７】
ＮＯx触媒３１のＮＯx吸放出作用のメカニズムについては明らかでない部分もあるが、図３に示すようなメカニズムで行われると考えられている。このメカニズムについて、担体上に白金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のメカニズムとなる。
【００５８】
まず、流入排気ガスがかなりリーンになると流入排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大するため、図３（Ａ）に示すように酸素Ｏ2 がＯ2-又はＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。次に、排気ガスに含まれるＮＯは、白金Ｐｔの表面上でＯ2-又はＯ2-と反応し、ＮＯ2 となる（２ＮＯ＋Ｏ2 →２ＮＯ2 ）。
【００５９】
その後、生成されたＮＯ2は、ＮＯx触媒３１のＮＯx吸収能力が飽和しない限り、白金Ｐｔ上で酸化されながらＮＯx触媒３１内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合し、図３（Ａ）に示すように硝酸イオンＮＯ3-の形でＮＯx触媒３１内に拡散する。このようにしてＮＯxがＮＯx触媒３１内に吸収される。
【００６０】
これに対し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下した場合は、ＮＯ2の生成量が低下し、前記反応とは逆の反応（ＮＯ3- →ＮＯ2）によって、ＮＯx触媒３１内の硝酸イオンＮＯ3-は、ＮＯ2またはＮＯの形でＮＯx触媒３１から放出される。
【００６１】
一方、流入排気ガス中にＨＣ，ＣＯ等の還元成分が存在すると、これらの成分は白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2-又はＯ2-と反応して酸化され、排気ガス中の酸素を消費して排気ガス中の酸素濃度を低下させる。また、排気ガス中の酸素濃度低下によりＮＯx触媒３１から放出されたＮＯ2 またはＮＯは、図３（Ｂ）に示すように、ＨＣ，ＣＯと反応して還元される。このようにして白金Ｐｔ上のＮＯ2 またはＮＯが存在しなくなると、ＮＯx触媒３１から次から次へとＮＯ2またはＮＯが放出される。
【００６２】
即ち、流入排気ガス中のＨＣ，ＣＯは、まず白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2-又はＯ2-とただちに反応して酸化せしめられ、次いで白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2-又はＯ2-が消費されてもまだＨＣ，ＣＯが残っていれば、このＨＣ，ＣＯによってＮＯx触媒３１から放出されたＮＯxおよびエンジンから排出されたＮＯxがＮ2に還元せしめられる。
【００６３】
このように、排気空燃比がリーンになるとＮＯxがＮＯx触媒３１に吸収され、排気空燃比をストイキあるいはリッチにするとＮＯxがＮＯx触媒３１から短時間のうちに放出され、Ｎ2に還元される。したがって、大気中へのＮＯxの排出を阻止することができる。
【００６４】
次に、ＮＯx触媒３１のＳＯx被毒のメカニズムについて説明する。排気ガス中に硫黄酸化物（ＳＯx）が含まれていると、ＮＯx触媒３１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。即ち、排気空燃比がリーンのときには、酸素Ｏ2がＯ2-又はＯ2-の形でＮＯx触媒３１の白金Ｐｔの表面に付着しており、流入排気ガス中のＳＯx（例えばＳＯ2）は白金Ｐｔの表面上で酸化されてＳＯ3となる。
【００６５】
その後、生成されたＳＯ2は、白金Ｐｔの表面で更に酸化されながらＮＯx触媒３１内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合し、硫酸イオンＳＯ42-の形でＮＯx触媒３１内に拡散し硫酸塩ＢａＳＯ4を形成する。ＢａＳＯ4は結晶が粗大化し易く、比較的安定し易いため、一旦生成されると分解放出されにくい。このため、時間の経過とともにＮＯx触媒３１中のＢａＳＯ4の生成量が増大するとＮＯx触媒３１の吸収に関与できるＢａＯの量が減少してＮＯxの吸収能力が低下してしまう。これが即ちＳＯx被毒である。したがって、ＮＯx触媒３１のＮＯx吸収能力を高く維持するためには、適宜のタイミングでＮＯx触媒３１に吸収されたＳＯxを放出させる必要がある。
【００６６】
ＮＯx触媒３１からＳＯxを放出させるには、ＮＯxを放出させる場合と同様に排気ガスの酸素濃度を低下させればよいことが分かっており、また、ＮＯx触媒３１の温度が高いほど放出し易いことが分かっている。
【００６７】
本出願人の研究により、ＮＯx触媒３１に吸収されたＳＯxを放出させるには、流入排気空燃比をストイキまたはリッチにし、且つ、ＮＯx触媒３１からＮＯxを放出させる通常のＮＯx放出・還元処理時よりもＮＯx触媒３１の温度を高くする必要があることがわかった。
【００６８】
また、触媒コンバータ３０におけるＳＯxの吸収状態は、触媒コンバータ３０の入口３０ａに近く位置しているＮＯx触媒３１の方が、入口３０ａから遠くに位置しているＮＯx触媒３１よりもＳＯx吸収量が多くなるため、ＮＯx触媒３１からＳＯxを放出させる際には、排気空燃比がストイキまたはリッチで且つ高温の排気ガスを触媒コンバータ３０の出口３０ｂ側から入口３０ａ側に向けて流すと、ＳＯxを短時間で放出することができる。
【００６９】
そこで、本実施の形態では、排気切替弁２０を操作することにより、触媒コンバータ３０における排気ガスの流れ方向を切り替え制御し、ＮＯx，ＳＯxの吸収時には触媒コンバータ３０における排気ガスの流れを順流にし、ＮＯx，ＳＯxの放出時には触媒コンバータ３０における排気ガスの流れを逆流にすることとした。
【００７０】
次に、本実施の形態における排気浄化装置の作動について説明する。前述したように、エンジン１はリーンバーンエンジンであり、エンジン１の運転状態に応じて空燃比がＥＣＵ１００により制御され、エンジン１がリーン空燃比で運転されている時には排気空燃比はリーンになって、酸素濃度は高くなり、エンジン１がストイキまたはリッチ空燃比で運転されている時には排気空燃比はストイキまたはリッチになり、排気ガス中の酸素濃度は大幅に低下するとともに、エンジン１から排出される未燃ＨＣ、ＣＯ等の成分が増大する。
【００７１】
そこで、エンジン１がリーン空燃比で運転されているときには、排気切替弁２０の弁体が図１に示す順流位置に保持されるように、ＥＣＵ１００によってアクチュエータ２１の作動を制御する。これにより、エンジン１の排気ガスは、排気管９→排気管１１→触媒コンバータ３０→排気管１２→排気管１０の順に流れて、大気に放出されるようになり、触媒コンバータ３０では入口３０ａから出口３０ｂに向かって流れる順流となる。この時、排気ガス中のＮＯx及びＳＯxが触媒コンバータ３０のＮＯx触媒３１に吸収される。
【００７２】
そして、エンジン１がストイキまたはリッチ空燃比で運転されているときには、排気切替弁２０の弁体が図２に示す逆流位置に保持されるように、ＥＣＵ１００によってアクチュエータ２１の作動を制御する。これにより、エンジン１の排気ガスは、排気管９→排気管１２→触媒コンバータ３０→排気管１１→排気管１０の順に流れて、大気に放出されるようになり、触媒コンバータ３０では出口３０ｂから入口３０ａに向かって流れる逆流となる。また、エンジン１をストイキまたはリッチ空燃比で運転している時には、ＮＯx触媒３１からＳＯxが放出され易い排気ガス温度となるように、ＥＣＵ１００によってエンジン１の運転制御がなされるようにしておく。
【００７３】
これにより、触媒コンバータ３０内をストイキまたはリッチ空燃比の高温の排気ガスが、ＮＯx，ＳＯx吸収時とは逆の方向に通過するようになり、ＮＯx触媒３１からＮＯxが放出され、さらに排気ガス中の未燃ＨＣ，ＣＯ等によりＮ2に還元浄化される。また、排気ガスが触媒コンバータ３０を逆流することにより、ＮＯx触媒３１に吸収されているＳＯxを短時間のうちにＮＯx触媒３１から放出させることができる。
【００７４】
また、エンジン１の運転条件によりリーン空燃比運転が長時間続いた時には、エンジン１を強制的にストイキまたはリッチ空燃比で運転されるように制御して上述のようにＮＯx，ＳＯxの放出処理を行い、触媒コンバータ３０がＮＯxやＳＯxで飽和しないようにする。このようなエンジン１の空燃比制御方法を以下の説明ではリーン・リッチスパイク制御と称す。尚、リーン・リッチスパイク制御について具体的に数値を挙げて説明すると、エンジン１の「リーン空燃比運転」が数十秒（例えば４０〜６０秒）続くと、「ストイキまたはリッチ空燃比運転」が数秒（例えば２〜３秒）続き、この「リーン空燃比運転」と「ストイキまたはリッチ空燃比運転」が交互に実行されるといった具合である。
【００７５】
この実施の形態では、リーンバーンガソリンエンジンは内燃機関を構成し、ＮＯx触媒３１は排気浄化手段を構成し、ＳＯxは排気浄化手段（ＮＯx触媒３１）から除去すべき付着物を構成している。また、ＳＯx除去に必要な排気ガスの空燃比（ストイキまたはリッチ）と排気ガス温度（高温）をエンジン１の運転制御によって得ているので、この実施の形態ではエンジン１の運転制御が除去手段を構成している。
【００７６】
この実施の形態において、触媒コンバータ３０を流れる排気ガスを逆流にしたときの触媒コンバータ３０よりも上流に位置する排気通路（即ち、排気通路１２あるいは排気通路９）に還元剤を添加する還元剤添加装置を設け、ＮＯx，ＳＯxの放出処理を行う際に、前記還元剤添加装置から排気ガス中に還元剤を添加して、ＮＯxの放出、還元、及びＳＯxの放出を促進させるようにすることも可能である。その場合には、エンジン１の運転制御に加えて還元剤添加装置とその運転制御が除去手段を構成する。
【００７７】
尚、上述した実施の形態では、ＮＯx触媒３１からのＮＯx，ＳＯxの放出処理を同時に行っているが、エンジンの排気ガス、特にガソリンエンジンの排気ガスに含まれるＳＯx量は極めて僅かであるため、ＮＯxの放出処理と同一の頻度でＳＯxの放出処理を行う必要はない。そこで、ＮＯxの放出処理を行う場合には、ストイキまたはリッチ空燃比の運転域であっても排気ガス温度が比較的に低いエンジン１の運転状態の時には、排気ガスを触媒コンバータ３０にＮＯx吸収時と同じ順流で流してＮＯx触媒３１からＮＯxを放出・還元させるようにし、一方、ストイキまたはリッチ空燃比の運転域であって且つ排気ガス温度が上昇して高温になるエンジン１の運転状態（加速時や高負荷運転時など）のとき、即ち排気ガスの状態がＳＯx放出に有利なストイキまたはリッチ空燃比且つ高温になった時にのみ、排気切替弁２０の弁体を逆流位置に切り替えて、触媒コンバータ３０を流れる排気ガスの流れを逆流にし、ＳＯxの放出処理を行うように制御してもよい。
【００７８】
また、ＥＣＵ１００によってＮＯx触媒３１のＳＯx放出処理が必要か否かを判定し、ＳＯx放出処理の必要なしと判定されたときには排気切替弁２０の弁体を順流位置に保持して触媒コンバータ３０を流れる排気ガスの流れを順流にし、必要があると判定されたときに排気切替弁２０の弁体を逆流位置に切り替え、触媒コンバータ３０を流れる排気ガスの流れを逆流にし、且つ、ＥＣＵ１００が、ＳＯxの放出に最適な目標空燃比や目標触媒温度を算出し、さらに前述した還元剤添加装置を備えた場合には目標還元剤量を算出し、これら目標値となるようにエンジン１や還元剤添加装置等を制御して、ＳＯxの放出処理を行うようにしてもよい。ＳＯx放出処理の要否判定法方としては、ＥＣＵ１００がエンジン１の運転時間を積算し、その積算値が所定時間に達した場合にＳＯx放出処理必要と判定したり、ＥＣＵ１００がＮＯx触媒３１に吸収されたＳＯx量を積算し、積算値が所定量に達した時にＳＯx放出処理必要と判定するなどを例示することができる。
【００７９】
また、上述するように、ＥＣＵ１００によりＳＯxの放出処理が必要と判定されたときに、排気切替弁２０の弁体位置を切り替えて触媒コンバータ３０を流れる排気ガスの流れを逆流にするとともにストイキまたはリッチ空燃比運転にし、ＳＯx放出を行うようにした場合には、排気切替弁２０の弁体位置の切り替え動作中はリーン空燃比とするのが好ましい。これは次の理由による。排気切替弁２０は、その弁体を順流位置から逆流位置に切り替える場合、あるいはそれとは逆に切り替える場合に、その切り替え動作の途中で必ず図４に示すように排気管９と排気管１０とが連通する状態がある。このように排気管９と排気管１０とが連通した状態では、流通抵抗の関係から排気ガスは排気管９から排気管１０にショートパスし、排気中のＨＣやＣＯが大気に排出される虞れがある。そこで、排気切替弁２０の弁体位置の切り替え動作中に大気に排出されるＨＣやＣＯをできるだけ少なくするために、排気切替弁２０の弁体位置の切り替え動作中は排気空燃比がリーンになるように制御する。
【００８０】
上述したように、この第１の実施の形態の排気浄化装置においては、ただ一つの排気切替弁２０の弁位置を切替操作するだけで、触媒コンバータ３０を流れる排気ガスの流れ方向を順流と逆流に切り替えることができ、構造が簡単で、安価にできる。
【００８１】
図５から図１５の図面は、第１の実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の変形例を示す図である。以下、各変形例について説明する。
【００８２】
＜図５に示す変形例＞
前述した図１に示す態様では、排気切替弁２０と触媒コンバータ３０の入口３０ａとを接続する排気管１１の管長さよりも、触媒コンバータ３０の出口３０ｂと排気切替弁２０とを接続する排気管１２の管長さの方を長く設定してあるが、図５に示す変形例は、触媒コンバータ３０の出口３０ｂと排気切替弁２０とを接続する排気管１２の管長さよりも、排気切替弁２０と触媒コンバータ３０の入口３０ａとを接続する排気管１１の管長さの方を長く設定した例である。
【００８３】
＜図６、図７に示す変形例＞
図６あるいは図７に示す変形例は、それぞれ図１あるいは図５に示す例と排気切替弁２０の設置位置が若干異なるだけである。排気切替弁２０の設置位置を図６あるいは図７に示すようにすると、排気マニホールド８と排気切替弁２０とを接続する排気管９の管長さを図１あるいは図５に示す例の場合よりも長くすることができる。
【００８４】
＜図８から図１１に示す変形例＞
図８から図１１に示す変形例は、前記した図６に示す態様の排気切替弁２０と排気管９〜１２と触媒コンバータ３０をユニット化した例である。
【００８５】
この排気浄化ユニット５０Ａは次のように構成されている。図１０に示すように、両端を閉塞させた大径のケーシング５１に小径のパイプ５２が同心上に貫通して固定され、ケーシング５１とパイプ５２との間に環状の空間５３が形成されている。この環状の空間５３においてケーシング５１の軸方向ほぼ中間部位にＮＯx触媒３１が設置されていて、空間５３はＮＯx触媒３１を間にして二つの部屋５４，５５に区画される。
【００８６】
ケーシング５１から突出するパイプ５２の一端に設けられたフランジ５２ａは、排気マニホールド８に連なる排気管９に連結され、ケーシング５１から突出するパイプ５２の他端に設けられたフランジ５２ｂは、大気に連なる排気管１０に連結される。
【００８７】
パイプ５２において一方の部屋５５を貫く部分には、パイプ５２の軸中心を挟んで対向して一対の開口５６，５７が設けられている。一方の開口５６は接続パイプ５８の一端に連なり、この接続パイプ５８の他端側は、部屋５５及びケーシング５１を貫きケーシング５１の外を通って他方の部屋５４に連なっている。また、パイプ５２の他方の開口５７は部屋５５に連なっている。さらに、パイプ５２の内部であって開口５６，５７が設けられている部位には弁体５９が回動可能に設置されており、この弁体５９はアクチュエータ２１によって回動せしめられるようになっている。
【００８８】
図１１に示すように、弁体５９はパイプ５２を閉塞せしめる２つの閉塞位置に保持可能である。弁体５９を図１１において実線で示す第１の閉塞位置に保持したときには、パイプ５２において弁体５９よりもフランジ５２ａに近い部分が開口５６を介して接続パイプ５８に接続され、パイプ５２において弁体５９よりもフランジ５２ｂに近い部分が開口５７を介して部屋５５に接続される。これと逆に弁体５９を図１１において二点鎖線で示す第２の閉塞位置に保持したときには、パイプ５２において弁体５９よりもフランジ５２ａに近い部分が開口５７を介して部屋５５に接続され、パイプ５２において弁体５９よりもフランジ５２ｂに近い部分が開口５６を介して接続パイプ５８に接続される。
【００８９】
以上の構成からなる排気浄化ユニット５０Ａは図６に示す態様のものと次のような対応関係にある。排気浄化ユニット５０Ａの弁体５９は図６に示す態様の排気切替弁２０の弁体に相当する。排気浄化ユニット５０Ａのパイプ５２において弁体５９よりもフランジ５２ａに近い部分は図６に示す態様の排気管９の一部に相当し、弁体５９よりもフランジ部５２ｂに近い部分は図６に示す態様の排気管１０の一部に相当する。排気浄化ユニット５０Ａの部屋５４と接続パイプ５８は図６に示す排気管１１に相当し、排気浄化ユニット５０Ａの部屋５５は図６に示す態様の排気管１２に相当する。
【００９０】
図８及び図９は排気浄化ユニット５０Ａの断面図であり、括弧内の符号は図６との対応関係を示している。図８はＮＯx触媒３１に排気ガスを順流で流しているときを示しており、図９はＮＯx触媒３１に排気ガスを逆流で流しているときを示している。尚、この排気浄化ユニット５０Ａのように構成した場合も、排気浄化装置としての作用は第１の実施の形態の場合と同じであるので、その説明は省略する。
【００９１】
＜図１２から図１５に示す変形例＞
図１２から図１５に示す変形例は、前記した図８から図１１に示す排気浄化ユニット５０Ａから接続パイプ５８をなくして更にコンパクト化した例である。図８から図１１に示す態様との相違点について以下に説明し、同一態様部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００９２】
この変形例の排気浄化ユニット５０Ｂにおいては、ケーシング５１とパイプ５２との間に形成された環状の空間が、フランジ５２ａ側の端部に形成された環状空間６０と、ケーシング５１とパイプ５２に掛け渡して固定された隔壁板６１により上下２つに分けられた断面半円弧状の空間６２，６３の３つに分けられている。
【００９３】
そして、図１４において上側に位置する断面半円弧状の空間６３には、空間６０に近い部分にＮＯx触媒３１が設置されており、空間６３においてＮＯx触媒３１よりもフランジ５２ｂに近い部分は部屋６４を形成し、パイプ５２の開口５７は部屋６４に連通している。一方、図１４において下側に位置する断面半円弧状の空間６２は、環状空間６０に連通すると共に、パイプ５２の開口５６に連通している。
【００９４】
弁体５９と開口５６，５７との位置関係、及び、パイプ５２を閉塞せしめる弁体５９の２つの閉塞位置については、図８から図１１に示した排気浄化ユニット５０Ａと全く同じである。そして、図１１を援用して本変形例の排気浄化ユニット５０Ｂの場合を説明すると、弁体５９を図１１において実線で示す第１の閉塞位置に保持したときには、パイプ５２において弁体５９よりもフランジ５２ａに近い部分が開口５６を介して下側の断面半円弧状の空間６２に接続され、パイプ５２において弁体５９よりもフランジ５２ｂに近い部分が開口５７を介して部屋６４に接続される。これと逆に弁体５９を図１１において二点鎖線で示す第２の閉塞位置に保持したときには、パイプ５２において弁体５９よりもフランジ５２ａに近い部分が開口５７を介して部屋６４に接続され、パイプ５２において弁体５９よりもフランジ５２ｂに近い部分が開口５６を介して下側の断面半円弧状の空間６２に接続される。
【００９５】
以上の構成からなる排気浄化ユニット５０Ｂは図６に示す態様のものと次のような対応関係にある。排気浄化ユニット５０Ｂの弁体５９は図６に示す態様の排気切替弁２０の弁体に相当する。排気浄化ユニット５０Ｂのパイプ５２において弁体５９よりもフランジ５２ａに近い部分は図６に示す態様の排気管９の一部に相当し、弁体５９よりもフランジ部５２ｂに近い部分は図６に示す態様の排気管１０の一部に相当する。排気浄化ユニット５０Ｂの下側の断面半円弧状の空間６２と環状の空間６０は図６に示す態様の排気管１１に相当し、排気浄化ユニット５０Ｂの部屋６４は図６に示す態様の排気管１２に相当する。
【００９６】
図１２及び図１３は排気浄化ユニット５０Ｂの断面図であり、括弧内の符号は図６との対応関係を示している。図１２はＮＯx触媒３１に排気ガスを順流で流しているときを示しており、図１３はＮＯx触媒３１に排気ガスを逆流で流しているときを示している。尚、この排気浄化ユニット５０Ｂのように構成した場合も、排気浄化装置としての作用は第１の実施の形態の場合と同じであるので、その説明は省略する。
【００９７】
〔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の実施の形態について図１６を参照して説明する。図１６は、第２の実施の形態における排気浄化装置の要部を示す図であり、排気切替弁２０の弁体を順流位置に位置させた状態を示している。第２の実施の形態が第１の実施の形態と相違する点は、排気管１０の途中にスィーパー４０が設置されている点だけである。
【００９８】
スィーパー４０の内部には、排気ガスの空燃比がリーンの時に酸素を吸着し、排気ガスの空燃比がストイキまたはリッチの時に吸着している酸素でＨＣやＣＯを浄化する触媒（例えば、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）４０ａが収容されている。
【００９９】
前述したように、排気切替弁２０は弁体位置の切り替え動作の途中に必ず排気管９と排気管１０とが連通する状態があり、この間、排気ガスは排気管９から排気管１０にショートパスし、排気ガス中のＨＣやＣＯが大気に排出される虞れがある。これは、排気ガスの空燃比がストイキまたはリッチなときに排気切替弁２０の弁体位置を切り替え動作させる場合に留意する必要がある。これに対処するために、この実施の形態ではスィーパー４０を設けている。
【０１００】
排気管１０にスィーパー４０を設置すると、エンジン１がリーン空燃比で運転されているときにスィーパー４０の触媒４０ａは酸素を吸着する。そして、エンジン１がストイキまたはリッチ空燃比運転となって排気切替弁２０の弁体位置が切り替えられ、その切り替え動作中にストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスが排気管１０にショートパスすると、排気ガス中のＨＣやＣＯは、スィーパー４０の触媒４０ａに吸着されている酸素で酸化され浄化されて大気に排出されるようになる。
【０１０１】
図１７から図１９はそれぞれ、前述した第２の実施の形態における排気浄化装置の変形例を示す図である。以下、それぞれの変形例を説明する。
【０１０２】
＜図１７に示す変形例＞
図１７に示すように、触媒コンバータ３０とスィーパー４０とを、両者間における排気ガスの流通は不可能であって両者間における熱伝達は可能なように一体化すると、スィーパー４０の触媒４０ａの温度をできるだけ高く維持することができ、スィーパー４０の触媒４０ａの活性化に有利である。尚、図１７は排気切替弁２０の弁体を順流位置に位置させた状態を示している。
【０１０３】
＜図１８に示す変形例＞
図１８は、排気切替弁２０と触媒コンバータ３０の出口３０ｂとを接続する排気管１２の長さをできるだけ短くするために、触媒コンバータ３０の出口３０ｂを排気切替弁２０の近くに位置するように触媒コンバータ３０を配置した例を示している。このようにすると、図１８に示すように排気切替弁２０の弁体を逆流位置にして触媒コンバータ３０に排気ガスを逆流で流すときに、エンジン１から触媒コンバータ３０までの流路長さが短くできるので、ＳＯx放出処理時に触媒コンバータ３０のＮＯx触媒３１の温度上昇を早めることができるとともに触媒温度を高くすることができ、ＳＯxの放出が促進される。
【０１０４】
＜図１９に示す変形例＞
図１９は、排気切替弁２０への熱負荷を軽減するために、エンジン１から排気切替弁２０までの流路長さが長くなるように排気切替弁２０をスィーパー４０に接近させて配置した例を示している。これは、排気切替弁２０の耐久性の点で有利である。尚、図１９は排気切替弁２０の弁体を順流位置に位置させた状態を示している。
【０１０５】
〔第３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３の実施の形態について図２０を参照して説明する。図２０は、第３の実施の形態における排気浄化装置の要部を示す図であり、第３の実施の形態が図１６に示す第２の実施の形態と相違する点は、触媒コンバータ３０内のＮＯx触媒３１にある。
【０１０６】
詳述すると、この実施の形態では、触媒コンバータ３０の入口３０ａ側にＳＯx吸収能の高いＮＯx触媒３１ａが収容されており、出口３０ｂ側にＳＯx吸収能の比較的に低いＮＯx触媒３１ｂが収容されている。このようにすると、図２０に示すように触媒コンバータ３０に排気ガスを順流で流したときには、排気ガス中のＳＯxが触媒コンバータ３０の入口３０ａ側にのみ吸収されるようになり、触媒コンバータ３０に排気ガスを逆流で流すＳＯx放出処理時にはＳＯxの放出が効率よく行われるようになる。
【０１０７】
尚、触媒コンバータ３０の入口３０ａ側をＳＯx吸収能の高いＮＯx触媒３１ａとし、出口３０ｂ側をＳＯx吸収能の比較的に低いＮＯx触媒３１ｂとする方法としては、出口３０ｂ側よりも入口３０ａ側に吸蔵材を多く坦持させたり、出口３０ｂ側よりも入口３０ａ側に吸蔵力の強い吸蔵材を坦持させるなどの方法を例示することができる。
【０１０８】
図２１は、前述した第３の実施の形態における排気浄化装置の変形例を示す図である。この変形例においては、触媒コンバータ３０の入口３０ａ側の外周部に、ＳＯx吸収能の高いＮＯx触媒３１ａを加熱するための電気ヒータ３３が取り付けられていて、図２１に示すように触媒コンバータ３０に排気ガスを逆流で流してＮＯx触媒３１ａからＳＯxを放出させる時に、ＥＣＵ１００がこの電気ヒータ３３をＯＮするように制御されており、ＳＯx放出処理時にＮＯx触媒３１ａを強制的に加熱して触媒温度を高め、ＳＯxの放出を促進させる。尚、ＮＯx触媒３１ａを加熱する手段は電気ヒータに限るものではない。
【０１０９】
〔第４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４の実施の形態について図２２及び図２３を参照して説明する。図２２は、第４の実施の形態における排気浄化装置の要部を示す図であり、第４の実施の形態が図１６に示す第２の実施の形態と相違する点は、排気管９の途中にスタートキャット（他の触媒）４１が設置されている点だけである。
【０１１０】
スタートキャット４１の内部には、活性が高い三元触媒等の触媒４１ａが収容されている。
一般に、スタートキャットは、エンジンの始動時に後段の触媒（この実施の形態では触媒コンバータ３０のＮＯx触媒３１）の昇温を早めるとともに触媒温度を高めるために設置されるものである。本実施の形態においては、この作用に加えて、図２２に示すように触媒コンバータ３０に排気ガスを順流に流しているときに、スタートキャット４１において排気ガス中の還元成分が消費されるため、触媒コンバータ３０に流入する排気ガス中の還元性ガス成分が減少し、その結果、触媒コンバータ３０のＮＯx触媒３１において入口３０ａ側にＮＯx及びＳＯxがより吸収され易くなる。これにより、触媒コンバータ３０に排気ガスを逆流に流したときに、ＮＯx触媒３１からＮＯx及びＳＯxを放出し易くなる。
尚、スタートキャット４１の設置位置は吸気マニホルド８に近い部位（つまり、エンジン１からの流路距離が短い位置）が好ましい。
【０１１１】
また、スタートキャット４１を設置した場合、ストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスを触媒コンバータ３０に逆流に流して触媒コンバータ３０のＮＯx触媒３１のＳＯx放出処理を行うと、ＳＯx放出処理の初期においてはスタートキャット４１の触媒４１ａからもＳＯxが放出される。このスタートキャット４１から放出されたＳＯxを触媒コンバータ３０に流すのは好ましくない。そこで、この実施の形態においては、ＳＯx放出処理のために排気切替弁２０の弁体位置を切り替える際に、排気切替弁２０の弁体を直ちに順流位置から逆流位置に切り替えるのではなく、ストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスがスタートキャット４１に流れ始めてから所定の時間、排気切替弁２０の弁体を図２３に示すように中立位置に保持させて排気ガスを排気管９から排気管１０にショートパスさせるべく、アクチュエータ２１をＥＣＵ１００によって制御する。ここで、前記所定の時間を、スタートキャット４１の触媒４１ａからＳＯxの放出が完了するに足る時間に設定すると、スタートキャット４１から放出されたＳＯxが触媒コンバータ３０に流入するのを阻止することができる。また、この間、スタートキャット４１から放出されたＳＯxを含む排気ガスはスィーパー４０で浄化されることになる。そして、前記所定時間経過後に、排気切替弁２０の弁体を逆流位置に切り替える。
【０１１２】
〔第５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５の実施の形態について図２４を参照して説明する。図２４は、第５の実施の形態における排気浄化装置の要部を示す図であり、第５の実施の形態が図１８に示す第２の実施の形態の変形例と相違する点は、排気管１１の途中にＳトラップ４２が設置されている点だけである。
【０１１３】
Ｓトラップ４２の内部にはＳＯx吸収剤４２ａが収容されている。ＳＯx吸収剤４２ａは、流入ガスの空燃比がリーンのときにＳＯxを吸収し、流入ガスの酸素濃度が低いときに吸収したＳＯxを放出するものである。ＳＯx吸収剤４２ａとしては、三元触媒や、吸蔵還元型ＮＯx触媒の中でもＳＯx吸収能が高いＮＯx触媒や、ゼオライトに白金を坦持させたものなどを例示することができる。
【０１１４】
このようにＳトラップ４２を設けると、図２４に示すように排気切替弁２０の弁体を順流位置にしたとき（即ち、ＮＯx吸収時）には、Ｓトラップ４２が触媒コンバータ３０よりも上流に位置することになるので、排気ガス中のＳＯxはＳトラップ４２のＳＯx吸収剤４２ａに吸着され、触媒コンバータ３０へのＳＯxの流入を阻止することができ、触媒コンバータ３０のＮＯx触媒３１のＳＯx被毒を阻止することができる。この実施の形態においては、Ｓトラップ４２のＳＯx吸収剤４２ａが排気浄化手段を構成する。
【０１１５】
この実施の形態においても、排気切替弁２０の弁体を逆流位置に切り替えることによりＳトラップ４２に排気ガスを逆流させることができ、この時にストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスを流すことによりＳトラップ４２のＳＯx吸収剤４２ａからＳＯxを放出させＳＯ2にして排出することができる。また、その際には、ＥＣＵ１００が、Ｓトラップ４２のＳＯx吸収剤４２ａからＳＯxを放出させるのに最適な、Ｓトラップ４２に流入する排気ガスの目標空燃比、Ｓトラップ４２の目標床温度、さらに還元剤添加装置を備えた場合には目標還元剤量を算出し、これら目標値となるようにエンジン１や還元剤添加装置等を制御して、ＳＯxの放出処理を行うようにするのが好ましい。
【０１１６】
また、Ｓトラップ４２の床温度制御において、床温度を上昇させるために、触媒コンバータ３０に流入する排気ガス中の酸素濃度を上昇させ、触媒コンバータ３０のＮＯx触媒３１での酸化による発熱によって排気ガス温度を上昇させ、Ｓトラップ４２を昇温することも可能である。
【０１１７】
図２５は、前述した第５の実施の形態における排気浄化装置の変形例を示す図であり、触媒コンバータ３０とスィーパー４０とＳトラップ４２を、互いに排気ガスの流通は不可能であって互いに熱伝達は可能なように一体化した例である。このようにすると、触媒における反応熱を有効に利用することができ、いずれの触媒にとっても活性化に有利である。尚、図２５は、排気切替弁２０の弁体を順流位置に位置させた状態を示している。
【０１１８】
尚、排気切替弁２０や弁体５９の弁体位置の切り替えタイミング、即ち、排気浄化手段を流れる排気ガスの流れを順流と逆流に切り替えるタイミングは、前述した第１から第５の実施の形態で説明したタイミングに限られるものではない。
【０１１９】
例えば、排気浄化手段がＮＯx触媒３１の場合、ＮＯx触媒３１は、排気ガス温度の降温時にＮＯx，ＳＯxを吸収し易く、排気ガス温度の昇温時に放出し易い性質を持っているので、排気ガスの降温時に排気切替弁２０や弁体５９の弁体位置を順流位置にしてＮＯx触媒３１に排気ガスを順流に流し、排気ガスの昇温時に排気切替弁２０や弁体５９の弁体位置を逆流位置にしてＮＯx触媒３１に排気ガスを逆流に流すように、排気切替弁２０や弁体５９を切り替え制御してもよい。
【０１２０】
また、排気浄化手段から除去すべき堆積物の種類によっては、例えば除去すべき堆積物がＨ2ＳＯ4のように排気浄化手段の床温度がある所定温度（例えば４００゜Ｃ）以上になると分解し脱離するものの場合には、床温度が前記所定温度より低いときには排気切替弁２０や弁体５９の弁体位置を順流位置にして浄化手段を排気ガスが順流に流れるようにし、床温度が前記所定温度以上になったときに排気切替弁２０や弁体５９の弁体位置を逆流位置に切り替えて排気浄化手段に排気ガスが逆流に流れるように、排気切替弁２０や弁体５９の弁体位置を切り替え制御してもよい。
【０１２１】
〔第６の実施の形態〕
次に、本発明の内燃機関の排気浄化装置の第６の実施の形態について図２６及び図２８を参照して説明する。
【０１２２】
前述した第１から第５の実施の形態は、触媒コンバータ３０あるいはＳトラップ４２に排気ガスを順流で流していると、触媒コンバータ３０あるいはＳトラップ４２にはそれらの排気ガス流入口に近い部分に排気ガス中のＳＯxが吸収されるので、触媒コンバータ３０やＳトラップ４２からＳＯxを放出する場合には、ストイキまたはリッチ空燃比の排気ガスを吸収時とは逆の方向に流した方が、ＮＯx触媒３１やＳＯx吸収剤４２ａから脱離したＳＯxを短い移動距離で触媒コンバータ３０やＳトラップ４２から排出することができ、ＳＯx放出処理を効率的に行い得る、という考え方に基づいて排気切替弁２０の弁体位置の切り替え制御を行うものである。
【０１２３】
これに対して、この第６の実施の形態の場合は、排気切替弁２０の弁体位置を切り替えると、排気ガスが触媒コンバータ３０に流入するまでの流路長さが変わることに着目し、ＮＯx触媒３１の温度特性と関連させて、排気切替弁３０の弁体位置の切り替え制御を行うものである。
【０１２４】
図２６は第６の実施の形態における排気浄化装置の概略構成を示す図であるが、その装置構成は図１に示す第１の実施の形態の排気浄化装置と全く同じであるので装置構成の説明は省略し、第６の実施の形態の作用について以下に説明する。尚、この第６の実施の形態においても、ＮＯx触媒３１が排気浄化手段を構成する。
【０１２５】
図２６は排気切替弁２０の弁体を順流位置に位置させたときを示し、図２７は、排気切替弁２０の弁体を逆流位置に位置させたときを示している。これら図からもわかるように、排気ガスが触媒コンバータ３０に流入するまでの流路長さは、排気切替弁２０の弁体を順流位置にしたときの方が、弁体を逆流位置にしたときよりも短い。
【０１２６】
ところで、排気ガスを排気管に流すと放熱現象により排気ガス温度が低下し、流路長さが長くなるほど温度降下は大きい。したがって、排気切替弁２０の弁体を順流位置に位置させたときよりも、弁体を逆流位置に位置させたときの方が、触媒コンバータ３０に流入するまでの排気ガスの温度降下が大きい。
【０１２７】
一方、図２８に示すように、ＮＯx触媒３１のＮＯx浄化率は触媒温度と相関があり、ＮＯxを吸収するのに最適な温度ウィンドウ（以下、ＮＯx吸収ウィンドウという）を有しており、このＮＯx吸収ウィンドウから外れるとＮＯx吸収能力が大幅に低下する。また、ＮＯx触媒３１からＮＯxを放出・還元させるときには、ＮＯx触媒３１の温度をそれほど高くしなくてもＮＯxを放出させることができるが、ＮＯx触媒３１からＳＯxを放出させるときには、前述したようにＮＯx触媒３１の温度を高温にした方がＳＯxを効率的に放出することができる。
【０１２８】
そこで、第６の実施の形態の排気浄化装置においては、次のように排気切替弁２０の弁体位置の切り替え制御を行うこととした。
まず、ＮＯx触媒３１にＮＯxが吸収され得る条件のとき、つまりＮＯx触媒３１の温度が低温（例えば、４００゜Ｃ未満）であって、排気ガスの空燃比がリーンであるとき（即ち、エンジン１をリーン空燃比で運転しているとき）には、排気切替弁２０の弁体を順流位置に位置させる。このようにすると、排気ガスが触媒コンバータ３０に流入するまでの流路長さを短くでき、触媒コンバータ３０に流入するまでの排気ガスの温度降下が小さくなるので、ＮＯx触媒３１の温度低下を抑制することができ、ＮＯx触媒３１をＮＯxの吸収に適した温度に保持することができる。
【０１２９】
次に、ＮＯx触媒３１に吸収されているＮＯxを放出・還元し得る条件のとき、つまりＮＯx触媒３１の温度が低温（例えば、４００゜Ｃ以下）であって、排気ガスの空燃比がストイキまたはリッチであるとき（即ち、エンジン１をストイキまたはリッチ空燃比で運転しているとき）には、排気切替弁２０の弁体を順流位置に位置させる。このようにすると、排気ガスが触媒コンバータ３０に流入するまでの流路長さを短くでき、触媒コンバータ３０に流入するまでの排気ガスの温度降下が小さくなるので、ＮＯx触媒３１の温度低下を抑制することができ、ＮＯx触媒３１をＮＯxの放出・還元に適した温度に保持することができる。
【０１３０】
また、ＮＯx触媒３１の温度がＮＯx浄化率を悪化させるような高温（例えば、４００゜Ｃ以上）であって、排気ガスの空燃比がリーンであるとき（即ち、エンジン１をリーン空燃比で運転しているとき）には、排気切替弁２０の弁体を逆流位置に位置させる。このようにすると、排気ガスが触媒コンバータ３０に流入するまでの流路長さを長くでき、触媒コンバータ３０に流入するまでの排気ガスの温度降下を増大せしめることができるので、ＮＯx触媒３１の温度低下を促進することができ、その結果、ＮＯx触媒３１をＮＯxの吸収に適した温度に保持することができる。
【０１３１】
さらに、ＮＯx触媒３１に吸収されているＳＯxを放出し得る条件のとき、つまりＮＯx触媒３１の温度が高温（例えば、６００゜Ｃ以上）であって、排気ガスの空燃比がストイキまたはリッチであるとき（即ち、エンジン１をストイキまたはリッチ空燃比で運転しているとき）には、排気切替弁２０の弁体を順流位置に位置させる。このようにすると、排気ガスが触媒コンバータ３０に流入するまでの流路長さを短くでき、触媒コンバータ３０に流入するまでの排気ガスの温度降下が小さくなるので、ＮＯx触媒３１の温度低下を抑制することができ、ＮＯx触媒３１からＳＯxを放出するのに適した温度に保持することができる。
【０１３２】
尚、この実施の形態においては、ＮＯx触媒３１の触媒温度として、触媒コンバータ３０の入口３０ａの近傍に設けた排気温センサ１３で検出した排気ガス温度を代用する。
【０１３３】
〔第７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７の実施の形態について図２９および図３０を参照して説明する。図２９は、第７の実施の形態における排気浄化装置の要部を示す図であり、排気切替弁２０の弁体を順流位置に位置させた状態を示している。第７の実施の形態が第６の実施の形態と相違する点は、排気管１０の途中にスィーパー４０が設置されている点だけである。尚、この第７の実施の形態においても、ＮＯx触媒３１が排気浄化手段を構成する。
【０１３４】
スィーパー４０の内部には、排気ガスの空燃比がリーンの時に酸素を吸着し、排気ガスの空燃比がストイキまたはリッチの時に吸着している酸素でＨＣやＣＯを浄化する触媒（例えば、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）４０ａが収容されている。したがって、この実施の形態におけるリーンバーンガソリンエンジン１においては、エンジン１がリーン空燃比で運転しているときにスィーパー４０の触媒４０ａは排気ガス中の酸素を吸着する。
【０１３５】
前述した第６の実施の形態では、ＮＯx触媒３１の温度が高温であって、排気ガスの空燃比がリーンであるときには、排気切替弁２０の弁体を逆流位置に位置させることにより、排気ガスが触媒コンバータ３０に流入するまでの流路長さを長くし、排気ガスの温度降下を増大せしめ、これによりＮＯx触媒３１の温度をＮＯx吸収ウィンドウに収まるようにしているのであるが、このようにしてもＮＯx触媒３１の温度がＮＯx吸収ウィンドウを越える場合も考えられる。
【０１３６】
このようにＮＯx触媒３１の温度がＮＯx吸収ウィンドウを越える状態で高温の排気ガスを流しても、排気ガスは浄化されず、それどころか却ってＮＯx触媒３１を劣化させかねない。
【０１３７】
そこで、この第７の実施の形態の排気浄化装置では、排気ガスの空燃比がリーンであって（即ち、エンジン１をリーン空燃比で運転しているとき）、ＮＯx触媒３１の温度がＮＯx吸収ウィンドウを越える高温（例えば、５００゜Ｃ以上）になったときには、図３０に示すように、排気切替弁２０の弁体を順流位置と逆流位置の中間である中立位置に位置させる。このようにすると、排気ガスは排気管９から排気管１０にショートパスするようになり、触媒コンバータ３０には殆ど流れなくなる。そして、排気管１０に流れ出た排気ガス中のＨＣやＣＯは、スィーパー４０の触媒４０ａに吸着されている酸素で酸化され浄化されて大気に排出される。したがって、触媒コンバータ３０に収容されているＮＯx触媒３１の劣化を防止することができる。
【０１３８】
〔第８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８の実施の形態について図３１を参照して説明する。図３１は、第８の実施の形態における排気浄化装置の要部を示す図であり、排気切替弁２０の弁体を逆流位置に位置させた状態を示している。第８の実施の形態が第７の実施の形態と相違する点は、排気管１２の途中にクーラ（冷却手段）４３が設けられている点だけである。
【０１３９】
前述した第６の実施の形態では、ＮＯx触媒３１の温度が高温であって、排気ガスの空燃比がリーンであるときには、排気切替弁２０の弁体を逆流位置に位置させることにより、排気ガスが触媒コンバータ３０に流入するまでの流路長さを長くし、排気ガスの温度降下を増大せしめ、これによりＮＯx触媒３１の温度をＮＯx吸収ウィンドウに収まるようにしているのであるが、このようにしてもＮＯx触媒３１の温度がＮＯx吸収ウィンドウを越える場合も考えられる。
【０１４０】
そこで、この第８の実施の形態では、排気ガスの空燃比がリーンであって（即ち、エンジン１をリーン空燃比で運転しているとき）、ＮＯx触媒３１の温度がＮＯx吸収ウィンドウを越える高温（例えば、５００゜Ｃ以上）になったときには、図３１に示すように、排気切替弁２０の弁体を逆流位置に位置させて、クーラ４３を稼働する。このようにすると、排気ガスが触媒コンバータ３０に流入するまでの流路長さを長くでき、触媒コンバータ３０に流入するまでの排気ガスの温度降下を増大せしめることができるだけでなく、クーラ４３によって排気ガスの温度を強制的に低下させることができるので、ＮＯx触媒３１の温度低下を促進することができ、その結果、ＮＯx触媒３１をＮＯxの吸収に適した温度に保持することができる。
【０１４１】
尚、クーラ４３は水冷式であっても空冷式であってもいずれでもよく、また、その構造についても何ら限定されるものではない。要は、クーラ４３は、排気管１２を流れる排気ガスの温度を冷却することができる機能を有していればよい。
【０１４２】
〔第９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９の実施の形態について図３２から図３６の図面を参照して説明する。
【０１４３】
図３２は、第９の実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。エンジン１はリーンバーンガソリンエンジンであり、吸気管２及び吸気マニホールド３を介して各気筒に吸気が供給され、各気筒に連なる各吸気通路に燃料噴射弁７から燃料が噴射され、各気筒から排出される排気ガスは排気マニホールド８及び排気管９を介して排気され、吸気管２にはスロットルポジションセンサ５を備えたスロットル弁４とエアフロメータ６が設置され、排気管９には排気温センサ１３が設置され、エンジン１には回転数センサ１４が設置され、スロットルポジションセンサ５、エアフロメータ６、排気温センサ１３、回転数センサ１４の各出力信号がＥＣＵ１００に出力され、ＥＣＵ１００からの出力信号に基づいて燃料噴射弁７が作動制御されるという構成については、前述した第１の実施の形態と全く同じである。
【０１４４】
第９の実施の形態の排気浄化装置は、排気管９よりも下流部分の構成が第１の実施の形態のものと相違しており、これについて以下に詳述する。
排気管９の下流端は排気浄化ユニット５０Ｃに連結され、排気浄化ユニット５０Ｃは排気管１０を介して大気に接続される。排気浄化ユニット５０Ｃの基本構造は、図８から図１１に示された第１の実施の形態の変形例における排気浄化ユニット５０Ａと同じであり、排気浄化ユニット５０Ａと同一態様部分には図３２から図３６の図面に同一符号を付して説明を省略し、相違する点を以下に説明する。尚、この第９の実施の形態においても、ＮＯx触媒３１が排気浄化手段を構成する。
【０１４５】
第９の実施の形態の排気浄化ユニット５０Ｃにおいては、パイプ５２の軸方向ほぼ中間部位にＳＯx吸収剤７０が設置されている。つまり、この排気浄化ユニット５０Ｃでは、ＮＯx触媒３１とＳＯx吸収剤７０が同心上に配置されている。ＳＯx吸収剤７０としては、ＳＯx吸収能を有する吸蔵還元型ＮＯx触媒や、三元触媒や、ゼオライトに白金を坦持させたものなどを例示することができる。
【０１４６】
ただし、この実施の形態では、ＳＯx吸収能を有する吸蔵還元型ＮＯx触媒をＳＯx吸収剤７０として採用した。したがって、この実施の形態では、ＳＯx吸収剤７０はＳＯx吸放出機能とＮＯx浄化機能の両方を併有している。
【０１４７】
また、排気浄化ユニット５０Ｃの場合には、弁体５９を図３６において実線で示す第１の閉塞位置に保持したときに排気ガスがＮＯx触媒３１を順流に流れ、弁体５９を図３６において一点鎖線で示す第２の閉塞位置に保持したときに排気ガスがＮＯx触媒３１を逆流に流れるようになっている。
【０１４８】
詳述すると、図３２は弁体５９を順流位置に位置せしめた状態を示しており、この時、排気管９からパイプ５２に流入した排気ガスは、ＳＯx吸収剤７０→開口５７→部屋５５→ＮＯx触媒３１→部屋５４→接続パイプ５８→開口５６→パイプ５２→排気管１０と流れる。
【０１４９】
また、図３３は弁体５９を逆流位置に位置せしめた状態を示しており、この時、排気管９からパイプ５２に流入した排気ガスは、ＳＯx吸収剤７０→開口５６→接続パイプ５８→部屋５４→ＮＯx触媒３１→部屋５５→開口５７→パイプ５２→排気管１０と流れる。
【０１５０】
したがって、この排気浄化ユニット５０Ｃの場合には、排気ガスがＮＯx触媒３１に流入するまでの流路長さは、弁体５９を逆流位置にしたときの方が、弁体５９を順流位置にしたときよりも長い。その結果、弁体５９を逆流位置に位置させたときの方が、弁体５９を順流位置に位置させたときよりも、ＮＯx触媒３１に流入するまでの排気ガスの温度降下が大きい。
【０１５１】
さらに、この排気浄化ユニット５０Ｃにおいては、図３４に示すように、弁体５９をパイプ５２の軸線に沿って配置する中立位置にも保持可能になっている。このように弁体５９を中立位置に位置せしめると、ＮＯx触媒３１の入口と出口との間に圧力差が生じない構造になるため、排気ガスは、パイプ５２の開口５６，５７から部屋５５あるいは接続パイプ５８に殆ど流出しなくなり、排気管９からパイプ５２を介して排気管１０にショートパスするように流れるようになる。したがって、ＮＯx触媒３１には排気ガスが流れない。
【０１５２】
尚、環状の空間５３に設置されたＮＯx触媒（吸蔵還元型ＮＯx触媒）３１のＮＯx浄化率と触媒温度との関係は、第６の実施の形態において説明したように図２８に示すようになっている。
【０１５３】
この第９の実施の形態の排気浄化装置においては、ＥＣＵ１００は次のように弁体５９の弁体位置切り替え制御を行う。
まず、エンジン１の負荷が比較的に小さく、ＮＯx触媒３１の温度が低温（例えば、４００゜Ｃ未満）であって、エンジン１の空燃比をリーン・リッチスパイク制御しているときには、弁体５９を図３２に示すように順流位置に位置させる。このようにすると、排気ガスがＮＯx触媒３１に流入するまでの流路長さを短くでき、ＮＯx触媒３１に流入するまでの排気ガスの温度降下が小さくなるので、ＮＯx触媒３１の温度低下を抑制することができ、ＮＯx触媒３１をＮＯxの吸収及び放出に適した温度に保持することができる。
【０１５４】
そして、このときには、排気ガスはＳＯx吸収剤７０を通った後、ＮＯx触媒３１を通って排気される。したがって、排気ガス中のＳＯxはＳＯx吸収剤７０に吸収されるので、ＮＯx触媒３１がＳＯx被毒するのを防止することができる。また、排気ガス中のＮＯxはＳＯx吸収剤７０とＮＯx触媒３１の両方で吸収されるので、ＮＯx浄化率が極めて高くなる。
【０１５５】
次に、エンジン１の負荷が比較的に高く、ＮＯx触媒３１の温度がＮＯx浄化率を悪化させるような高温（例えば、４００゜Ｃ以上）であって、エンジン１の空燃比をリーン・リッチスパイク制御しているときには、弁体５９を図３３に示すように逆流位置に位置させる。このようにすると、排気ガスがＮＯx触媒３１に流入するまでの流路長さを長くでき、ＮＯx触媒３１に流入するまでの排気ガスの温度降下を増大せしめることができるので、ＮＯx触媒３１の温度低下を促進することができ、その結果、ＮＯx触媒３１をＮＯxの吸収及び放出に好適な温度に保持することができる。
【０１５６】
そして、このときも、排気ガスはＳＯx吸収剤７０を通った後、ＮＯx触媒３１を通って排気される。したがって、排気ガス中のＳＯxはＳＯx吸収剤７０に吸収されるので、ＮＯx触媒３１がＳＯx被毒するのを防止することができる。また、排気ガス中のＮＯxはＳＯx吸収剤７０とＮＯx触媒３１の両方で吸収されるので、ＮＯx浄化率が極めて高くなる。
【０１５７】
このように、接続パイプ５８は排気ガスの温度を低下させる冷却手段として機能するので、この接続パイプ５８を走行風が当たる位置に設置すると、冷却効果を高めることができる。
【０１５８】
また、エンジン１の始動時や加速運転時や高速高負荷運転時などでエンジン１のストイキ運転が継続される状態では、弁体５９を図３４に示すように中立位置に位置させる。このようにすると、前述したように、排気ガスは排気管９からパイプ５２を通って排気管１０にショートパスするように流れ、ＮＯx触媒３１には排気ガスが流れない。
【０１５９】
ＳＯx吸収剤７０にストイキの排気ガスが所定時間以上継続して流れると、排気ガスの温度が高い場合には勿論であるが排気ガスの温度が低い場合にも、ＳＯx吸収剤７０からＳＯxが放出される。このようにＳＯx吸収剤７０から放出されたＳＯxをＮＯx触媒３１に流入させるとＮＯx触媒３１がＳＯx被毒してしまう。そこで、ストイキの排気ガスが継続して流れる場合には、弁体５９を中立位置に保持することにより排気ガスをＮＯx触媒３１に流れ込まないようにするのである。
【０１６０】
ＳＯx吸収剤７０から放出されたＳＯxはＳＯ2に還元されて排気管１０に流出する。
尚、この実施の形態においては、ＮＯx触媒３１の触媒温度として、排気浄化ユニット５０Ａのフランジ５２ａの近傍に設けた排気温センサ１３で検出した排気ガス温度を代用する。
【０１６１】
＜図３７から図４１に示す変形例＞
図３７から図４１の図面は第９の実施の形態の排気浄化装置の変形例を示しており、前述した図３２から図３６に示す排気浄化ユニット５０Ｃから接続パイプ５８をなくして更にコンパクト化した例である。
【０１６２】
この変形例の排気浄化ユニット５０Ｄについて、前述した排気浄化ユニット５０Ｃとの相違点を以下に説明し、排気浄化ユニット５０Ｃと同一態様部分については図３７から図４１の図面に同一符号を付して説明を省略する。尚、この変形例においても、ＮＯx触媒３１が排気浄化手段を構成する。
【０１６３】
この変形例の排気浄化ユニット５０Ｃにおいては、ケーシング５１とパイプ５２との間に形成された環状の空間が、フランジ５２ａ側の端部に形成された環状空間６０と、ケーシング５１とパイプ５２に掛け渡して固定された隔壁板６１により上下２つに分けられた断面半円弧状の空間６２，６３の３つに分けられている。
【０１６４】
そして、図４０において上側に位置する断面半円弧状の空間６３には、空間６０に近い部分にＮＯx触媒３１が設置されており、空間６３においてＮＯx触媒３１よりもフランジ５２ｂに近い部分は部屋６４を形成し、パイプ５２の開口５７は部屋６４に連通している。一方、図４０において下側に位置する断面半円弧状の空間６２は、環状空間６０に連通すると共に、パイプ５２の開口５６に連通している。
【０１６５】
弁体５９と開口５６，５７との位置関係、及び、パイプ５２を閉塞せしめる弁体５９の２つの閉塞位置については、前述した排気浄化ユニット５０Ｃと全く同じである。そして、図３６を援用して本変形例の排気浄化ユニット５０Ｄの場合を説明すると、弁体５９を図３６において実線で示す第１の閉塞位置（順流位置）に保持したときには、パイプ５２において弁体５９よりもＳＯx吸収剤７０に近い部分が開口５７を介して部屋６４に接続され、パイプ５２において弁体５９よりもフランジ５２ｂに近い部分が開口５６を介して下側の断面半円弧状の空間６２に接続される。これと逆に弁体５９を図３６において二点鎖線で示す第２の閉塞位置（逆流位置）に保持したときには、パイプ５２において弁体５９よりもＳＯx吸収剤７０に近い部分が開口５６を介して下側の断面半円弧状の空間６２に接続され、パイプ５２において弁体５９よりもフランジ５２ｂに近い部分が開口５７を介して部屋６４に接続される。
【０１６６】
図３７から図３９は排気浄化ユニット５０Ｄの断面図であり、図３７はＮＯx触媒３１に排気ガスを順流で流しているときを示し、図３８はＮＯx触媒３１に排気ガスを逆流で流しているときを示し、図３９は弁体５９を中立位置にして排気ガスをＮＯx触媒３１に通さずにショートパスさせているときを示している。尚、この排気浄化ユニット５０Ｄのように構成した場合も、排気浄化装置としての作用は排気浄化ユニット５０Ｃを備えた第９の実施の形態の場合と同じであるので、その説明は省略する。
【０１６７】
＜図４２から図４４に示す変形例＞
図４２から図４４の図面は、第９の実施の形態の排気浄化装置の変形例を示すものである。この変形例の排気浄化装置が図３２から図３６に示された態様の排気浄化装置と相違する点は、排気管９およびその下流部分についてだけであり、この相違点について図４２から図４４を参照して説明する。尚、この変形例においても、ＮＯx触媒３１が排気浄化手段を構成する。
【０１６８】
排気管９の下流端部近くにはＳＯx吸収剤７１が設置されている。このＳＯx吸収剤７１はアルミナなどの塩基点（basic site）を含む担体を備えた三元触媒からなり、十分にＳＯx吸収能を有するものである。
【０１６９】
ＳＯx吸収剤７１よりも下流の排気管９は、４つのポートを備えた排気切替弁２０の第１ポートに接続されている。排気切替弁２０は、第１の実施の形態の排気浄化装置に用いられているものと全く同じものであり、この排気切替弁２０よりも下流側については、第１の実施の形態の排気浄化装置と全く同じ構成からなっている。そこで、排気切替弁２０より下流側については、図４２から図４４において第１の実施の形態と同一態様部分に同一符号を付して説明を省略する。
【０１７０】
ただし、この変形例では、排気切替弁２０の弁体を、図４２に示すようにＮＯx触媒３１に排気ガスを順流に流すときの順流位置と、図４３に示すようにＮＯx触媒３１に排気ガスを逆流に流すときの逆流位置と、図４４に示すように排気ガスをＮＯx触媒３１に通さず排気管９から排気管１０にショートパスさせるときの中立位置に保持可能になっている。
【０１７１】
この変形例の場合も、排気ガスがＮＯx触媒３１に流入するまでの流路長さは、排気切替弁２０の弁体位置を逆流位置にしたときの方が、弁体位置を順流位置にしたときよりも長い。その結果、排気切替弁２０の弁体位置を逆流位置に位置させたときの方が、弁体位置を順流位置に位置させたときよりも、ＮＯx触媒３１に流入するまでの排気ガスの温度降下が大きい。
【０１７２】
この変形例の排気浄化装置においては、ＥＣＵ１００は次のように排気切替弁２０の弁体位置の切り替え制御を行う。
まず、エンジン１の負荷が比較的に小さく、ＮＯx触媒３１の温度が低温（例えば、４００゜Ｃ未満）であって、エンジン１の空燃比をリーン・リッチスパイク制御しているときには、排気切替弁２０の弁体を図４２に示すように順流位置に位置させる。このようにすると、排気ガスがＮＯx触媒３１に流入するまでの流路長さを短くでき、ＮＯx触媒３１に流入するまでの排気ガスの温度降下が小さくなるので、ＮＯx触媒３１の温度低下を抑制することができ、ＮＯx触媒３１をＮＯxの吸収及び放出に適した温度に保持することができる。
【０１７３】
そして、このときには、排気ガスはＳＯx吸収剤７１を通った後、ＮＯx触媒３１を通って排気される。したがって、排気ガス中のＳＯxはＳＯx吸収剤７１に吸収されるので、ＮＯx触媒３１がＳＯx被毒するのを防止することができる。
【０１７４】
次に、エンジン１の負荷が比較的に高く、ＮＯx触媒３１の温度がＮＯx浄化率を悪化させるような高温（例えば、４００゜Ｃ以上）であって、エンジン１の空燃比をリーン・リッチスパイク制御しているときには、排気切替弁２０の弁体を図４３に示すように逆流位置に位置させる。このようにすると、排気ガスがＮＯx触媒３１に流入するまでの流路長さを長くでき、ＮＯx触媒３１に流入するまでの排気ガスの温度降下を増大せしめることができるので、ＮＯx触媒３１の温度低下を促進することができ、その結果、ＮＯx触媒３１をＮＯxの吸収及び放出に好適な温度に保持することができる。
【０１７５】
そして、このときも、排気ガスはＳＯx吸収剤７１を通った後、ＮＯx触媒３１を通って排気される。したがって、排気ガス中のＳＯxはＳＯx吸収剤７１に吸収されるので、ＮＯx触媒３１がＳＯx被毒するのを防止することができる。
【０１７６】
また、エンジン１の始動時や加速運転時や高速高負荷運転時などでエンジン１のストイキ運転が継続される状態では、排気切替弁２０の弁体を図４４に示すように中立位置に位置させる。このようにすると、前述したように、排気ガスは排気管９からパイプ５２を通って排気管１０にショートパスするように流れ、ＮＯx触媒３１には排気ガスが流れない。したがって、ＳＯx吸収剤７１からＳＯxが放出されたとしても、そのＳＯxによってＮＯx触媒３１が被毒することはない。また、このときには、排気ガスはＳＯx吸収剤７１の三元活性によって浄化される。したがって、排気管１０にスイーパを設ける必要がない。
【０１７７】
さらに、この変形例の場合には、ＳＯx吸収剤７１に吸収されたＳＯxが所定量に達して、リーン・リッチスパイク制御における短時間のリッチスパイクでもＳＯx吸収剤７１からＳＯxが放出される虞れがあるときにはＳＯx吸収剤７１からＳＯxを放出する再生処理を行うようにし、この再生処理の間も排気切替弁２０の弁体を図４４に示す中立位置に位置させて、ＳＯx吸収剤７１から放出されたＳＯxがＮＯx吸収剤３１に流れ込まないようにする。
【０１７８】
尚、ＳＯx吸収剤７１の再生処理は、空燃比をストイキとし、排気ガス温度を所定温度以上の高温（例えば、６００゜Ｃ以上）となるエンジン１の運転状態を所定時間継続することにより実行される。
【０１７９】
また、ＳＯx吸収剤７１の再生時期の判定は、ＥＣＵ１００がエンジン１の運転状態の履歴からＳＯx吸収剤７１のＳＯx吸収量を推定して積算し、その推定積算値が所定量に達した時を再生時期と判定してもよいし、あるいは、ＳＯx吸収剤７１よりも下流の排気管９にＳセンサ（ＳＯxセンサ）を設置してＳＯx吸収剤７１から流出する排気ガス中のＳＯ2濃度を検出可能にし、リーン・リッチスパイク制御実行中のときのリッチスパイク時のＳＯ2の脱離ピーク値が所定値に達した時を再生時期と判定してもよい。
【０１８０】
〔第１０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１０の実施の形態について図４５及び図４６の図面を参照して説明する。
図４５は、第１０の実施の形態における内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。エンジン１はリーンバーンガソリンエンジンであり、吸気管２及び吸気マニホールド３を介して各気筒に吸気が供給され、各気筒に連なる各吸気通路に燃料噴射弁７から燃料が噴射され、各気筒から排出される排気ガスは排気マニホールド８及び排気管９を介して排気され、吸気管２にはスロットルポジションセンサ５を備えたスロットル弁４とエアフロメータ６が設置され、エンジン１には回転数センサ１４が設置され、スロットルポジションセンサ５、エアフロメータ６、回転数センサ１４の各出力信号がＥＣＵ１００に出力され、ＥＣＵ１００からの出力信号に基づいて燃料噴射弁７が作動制御されるという構成については、前述した第１の実施の形態と全く同じである。
【０１８１】
また、排気管（第１の排気通路）９は４つのポートを備えた排気切替弁（流れ方向切替手段）２０の第１ポートに接続され、排気切替弁２０の第２ポートは排気管（第２の排気通路）１０を介して大気に接続されている点と、排気切替弁２０の構造についても、第１の実施の形態と全く同じである。
【０１８２】
第１０の実施の形態の排気浄化装置が第１の実施の形態のものと相違する点は以下のとおりである。
第１０の実施の形態では、排気切替弁２０の第３ポートは排気管（第３の排気通路）１１を介して触媒コンバータ３０の入口３０ａに接続され、触媒コンバータ３０の出口３０ｂは排気管１２Ａを介してＨＣ吸着剤８０の入口８０ａに接続され、ＨＣ吸着剤８０の出口８０ｂは排気管１２Ｂを介して排気切替弁２０の第４ポートに接続されている。この実施の形態においては、排気管１２Ａ，１２Ｂは第４の排気通路を構成し、この第４の排気通路にＨＣ吸着剤８０が設置されているということができる。
【０１８３】
触媒コンバータ３０には少なくとも炭化水素（ＨＣ）を浄化することができる触媒（排気浄化手段）３２が収容されている。触媒３２としては、吸蔵還元型ＮＯx触媒や選択還元型ＮＯx触媒などを例示することができる。
【０１８４】
ＨＣ吸着剤８０は、吸着剤温度が所定温度以下のときに炭化水素（ＨＣ）を吸着し、前記所定温度を越えると吸着したＨＣを脱離する性質を有するものであり、例えばゼオライトなどの多孔体で構成することができる。
【０１８５】
排気管１２ＢにおいてＨＣ吸着剤８０の出口８０ｂの近傍には、排気管１２Ｂ内を流れる排気ガスの温度に対応した出力信号をＥＣＵ１００に出力する排気温センサ８１が取り付けられている。
【０１８６】
尚、排気切替弁２０はアクチュエータ２１に駆動されて弁体位置の切り替えが行われ、アクチュエータ２１はＥＣＵ１００により制御される点については、第１の実施の形態と同じである。
【０１８７】
図４５は排気切替弁２０の弁体位置を順流にした状態を示し、このとき排気ガスは、排気管９→排気管１１→触媒コンバータ３０→排気管１２Ａ→ＨＣ吸着剤８０→排気管１２Ｂ→排気管１０の順に流れて大気に放出される。図４６は排気切替弁２０の弁体位置を逆流にした状態を示し、このとき排気ガスは、排気管９→排気管１２Ｂ→ＨＣ吸着剤８０→排気管１２Ａ→触媒コンバータ３０→排気管１１→排気管１０の順に流れて大気に放出される。
【０１８８】
この第１０の実施の形態の排気浄化装置においては、ＥＣＵ１００は次のように排気切替弁２０の弁体位置の切り替え制御を行う。
いま、ＨＣ吸着剤８０は、吸着剤温度が１５０゜Ｃ以下でＨＣを吸着し、１５０゜Ｃを越えると吸着したＨＣを脱離するものとし、触媒３２は活性温度である２００゜Ｃ以上で所定の浄化性能を発揮するものとする。また、ＨＣ吸着剤８０の吸着剤温度としては、ＨＣ吸着剤８０の出口８０ｂの近傍に設けた排気温センサ８１で検出した排気ガス温度を代用する。
【０１８９】
まず、エンジン１の始動時などにおいて排気ガス温度が低く、排気温センサ８１で検出した排気ガス温度が１５０゜Ｃ以下であるときには、排気切替弁２０の弁体を図４５で示すように順流位置に位置させる。このようにすると、排気ガスは、触媒コンバータ３０を通過してからＨＣ吸着剤８０を通り、大気に放出される。
【０１９０】
このときには、触媒コンバータ３０の触媒３２は活性温度（２００゜Ｃ）に達していないので、排気ガスは殆ど浄化されずに触媒コンバータ３０を通過する。そして、この後、排気ガスがＨＣ吸着剤８０を通過するときに、排気ガス中のＨＣはＨＣ吸着剤８０に吸着される。排気温センサ８１で検出される排気ガス温度が１５０゜Ｃに達するまでは、このように排気ガスを順流で流し続ける。したがって、低温始動時などで触媒３２が活性温度に達していない場合にも、排気ガス中のＨＣが大気に放出されることがない。
【０１９１】
ここで、触媒コンバータ３０とＨＣ吸着剤８０との間には排気管１２Ａが存在し、また、触媒コンバータ３０及びＨＣ吸着剤８０はそれぞれ熱容量を有しているので、排気ガス温度が上昇過程にあるときには触媒コンバータ３０の触媒３２の温度とＨＣ吸着剤８０の温度は同じにはならず、排気ガスを順流で流しているときには、ＨＣ吸着剤８０よりも触媒３２の方が高温になる。そして、この実施の形態では、排気ガスを順流で流していてＨＣ吸着剤８０の温度が１５０゜Ｃに達した時には触媒３２の温度が２００゜Ｃ以上に達するように、排気管１２Ａの長さ等が設定されている。
【０１９２】
次に、排気ガス温度が上昇してきて、排気温センサ８１で検出した排気ガス温度が１５０゜Ｃを越えたときには、排気切替弁２０の弁体を図４６に示すように逆流位置に切り替える。このようにすると、排気切替弁２０の切り替え直後に、高温の排気ガスがＨＣ吸着剤８０に流入し、触媒コンバータ３０を通って大気に放出される。
【０１９３】
この場合には、高温の排気ガスがＨＣ吸着剤８０を通過するときにＨＣ吸着剤８０に吸着されていたＨＣが脱離し、脱離したＨＣが排気ガスと共に触媒コンバータ３０に流入する。そして、前述したように、この時には触媒コンバータ３０の触媒３２の温度は活性温度である２００゜Ｃを越えているはずであるので、排気ガス中のＨＣは触媒コンバータ３０を通過する際に触媒３２において浄化される。そして、触媒３２の有する浄化性能により、排気ガスに含まれるＨＣ以外の大気汚染物質（例えば、二酸化炭素やＮＯx等）も触媒３２を通過する際に浄化されることとなる。
【０１９４】
この第１０の実施の形態の排気浄化装置において、前記ＨＣ吸着剤８０に触媒としての機能を付加し、付加した触媒が活性温度以上になったときにＨＣ吸着剤８０によっても排気を浄化することができるようにしてもよい。また、ＨＣ吸着剤８０にＳＯx吸収機能を付加し、触媒３２に吸蔵還元型ＮＯx触媒を採用して、前述した第９の実施の形態の排気浄化装置と複合させた排気浄化装置とすることも可能である。
【０１９５】
〔その他の実施の形態〕
前述した第１から第１０の各実施の形態では、内燃機関としてのリーンバーンガソリンエンジンの排気浄化装置に適用した態様で説明したが、本発明はディーゼルエンジンの排気浄化装置にも適用可能である。その場合、ディーゼルエンジンの通常の運転状態では、ストイキ（理論空燃比、Ａ／Ｆ＝１３〜１４）よりもはるかにリーン域で燃焼が行われるので、排気空燃比は非常にリーンであり、ストイキまたはリッチになることはない。したがって、排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにするためには、排気ガス中に還元剤を添加するための還元剤添加手段が必要であり、この還元剤添加手段を、排気切替弁２０あるいは弁体５９の切り替え制御に関連させて制御する必要がある。尚、この還元剤の添加方法は、例えば排気管９に直接に還元剤を添加するようにしてもよいし、ディーゼルエンジンの各気筒が膨張行程あるいは排気行程の時に燃料噴射弁から気筒内に燃料を副噴射するようにしてもよい。
【０１９６】
さらに、前述した第１から第９の実施の形態では、ＮＯx触媒やＳＯx吸収剤からＳＯxを放出することが目的であるため、ＳＯx放出の際に、排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにし且つ排気ガス温度を高温にするようにしたが、排気浄化手段から脱離放出させたい堆積物の種類によっては必ずしもこのようにする必要はない。例えば、排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにするだけで排気浄化手段から脱離可能な堆積物であれば、堆積物除去時に排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにするだけでよく、排気ガス温度を上昇させる必要はない。また、排気ガス温度を高温にするだけで排気浄化手段から脱離可能な堆積物であれば、排気ガス温度を高温にするだけでよく、排気ガスの空燃比をストイキまたはリッチにする必要はない。
【０１９７】
【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、流れ方向切替手段を第１の位置と第２の位置に切り替えるだけで排気浄化手段を流れる排気ガスの流れ方向を順流方向と逆流方向のいずれかに選択的に切り替えることができるので、排気浄化装置の構造が簡単になり、コストダウンを図ることができる。（請求項１に対応する効果）
【０１９８】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化手段を吸蔵還元型ＮＯx触媒とし、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されたＳＯxを該吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出せしめるＳＯx放出処理時に、前記流れ方向切替手段が前記第１の位置と前記第２の位置を切り替えて、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流れる排気ガスの流れ方向をＮＯx吸収時と逆にした場合には、吸蔵還元型ＮＯx触媒からＳＯxを効率よく放出することができる。（請求項３に対応する効果）
【０１９９】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒からなる排気浄化手段について、ＮＯx吸収時の排気ガスの流れ方向における入口側に配置された吸蔵還元型ＮＯx触媒が、ＮＯx吸収時の排気ガスの流れ方向における出口側に配置された吸蔵還元型ＮＯx触媒よりもＳＯx吸収能が高いようにした場合には、吸蔵還元型ＮＯx触媒からのＳＯxの放出をより効率的に行うことができる。（請求項４に対応する効果）
【０２００】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化装置を吸蔵還元型ＮＯx触媒とし、ＮＯx吸収時の排気ガスの流れ方向における吸蔵還元型ＮＯx触媒の入口に近い部位を加熱する加熱手段を備えた場合には、吸蔵還元型ＮＯx触媒からのＳＯxの放出をより促進することができる。（請求項５に対応する効果）
【０２０１】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化装置を吸蔵還元型ＮＯx触媒とし、前記流れ方向切替手段を前記第１の位置と前記第２の位置に切り替えることによって、前記内燃機関から前記吸蔵還元型ＮＯx触媒までの距離が、ＮＯx吸収時よりもＳＯx放出処理時の方が短くなるように、前記第３の排気通路と前記第４の排気通路の長さを設定した場合には、ＳＯx放出処理時に吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度上昇を促進することができ、ＳＯxの放出を促進することができる。（請求項７に対応する効果）
【０２０２】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化装置を吸蔵還元型ＮＯx触媒とし、前記第２の排気通路にスィーパーを備えた場合には、流れ方向切替手段の切り替え途中で排気ガスが排気浄化手段を通らずにバイパスして流れても、前記スィーパーにより浄化してから大気に排出することができる。（請求項８に対応する効果）
【０２０３】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化装置を吸蔵還元型ＮＯx触媒とし、前記第１の排気通路に他の触媒を備え、前記第２の排気通路にスィーパーを備え、前記流れ方向切替手段は、ＳＯx放出処理時における初期所定時間の間は前記第１ポートと前記第２ポートとを接続する第３の位置に切り替わり、前記所定時間経過後に、吸蔵還元型ＮＯx触媒に流れる排気ガスの流れ方向をＮＯx吸収時と逆にするように切り替わるようにした場合には、ＳＯx放出処理時の初期において前記他の触媒からＳＯxが脱離しても、この脱離したＳＯxは吸蔵還元型ＮＯx触媒に流れ込まなくなるので吸蔵還元型ＮＯx触媒がＳＯx被毒するのを防止することができ、しかも、他の触媒から脱離したＳＯxをスィーパーによって浄化することができる。（請求項１０に対応する効果）
【０２０４】
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒と前記スィーパーとを互いに排気ガス流通不能で熱伝達可能に一体にした場合には、前記スィーパーの温度を高く維持することができ、浄化性能を高くすることができる。（請求項１１に対応する効果）
【０２０５】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化装置を吸蔵還元型ＮＯx触媒とし、前記流れ方向切替手段が前記第１の位置と前記第２の位置に切り替わることによって、前記内燃機関から前記排気浄化手段までの距離が異なるように、前記第３の排気通路と前記第４の排気通路の長さを設定し、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸収されたＳＯxを該吸蔵還元型ＮＯx触媒から放出せしめるＳＯx放出処理時に、内燃機関から吸蔵還元型ＮＯx触媒までの距離の短い流路を選択して前記流れ方向切替手段が切り替わるようにした場合には、より高い温度の排気ガスを吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入させることができ、その結果、ＳＯxをより効率的に放出させることができる。（請求項１５に対応する効果）
【０２０６】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化装置を吸蔵還元型ＮＯx触媒とし、前記流れ方向切替手段が前記第１の位置と前記第２の位置に切り替わることによって、前記内燃機関から前記排気浄化手段までの距離が異なるように、前記第３の排気通路と前記第４の排気通路の長さを設定し、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒によるＮＯx吸収時であって排気ガス温度あるいは該吸蔵還元型ＮＯx触媒の触媒温度が所定温度以上のときには内燃機関から吸蔵還元型ＮＯx触媒までの距離の長い流路を選択し、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒によるＮＯx吸収時であって排気ガス温度あるいは前記触媒温度が所定温度に満たないときには内燃機関から該吸蔵還元型ＮＯx触媒までの距離の短い流路を選択して、前記流れ方向切替手段が切り替わるようにした場合には、吸蔵還元型ＮＯx触媒をＮＯx吸収に好適な温度範囲に保持することができ、ＮＯx浄化率を向上させることができる。（請求項１６に対応する効果）
【０２０７】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化装置を吸蔵還元型ＮＯx触媒とし、前記流れ方向切替手段が前記第１の位置と前記第２の位置に切り替わることによって、前記内燃機関から前記排気浄化手段までの距離が異なるように、前記第３の排気通路と前記第４の排気通路の長さを設定し、前記第２の排気通路にスィーパーを備え、前記流れ方向切替手段は前記第１ポートと前記第２ポートとを接続可能とする第３の位置に切り替え可能であり、排気ガス温度あるいは前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の触媒温度が該吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸収可能温度範囲よりも高温であるときに、流れ方向切替手段が前記第３の位置を選択して切り替わるようにした場合には、高温の排気ガスを吸蔵還元型ＮＯx触媒に流さずに第１の排気通路から第２の排気通路にショートパスさせることができ、吸蔵還元型ＮＯx触媒が高温劣化するのを防止することができる。（請求項１７に対応する効果）
【０２０８】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、前記第３の排気通路と前記第４の排気通路のいずれか一方の排気通路であって内燃機関から前記吸蔵還元型ＮＯx触媒までの距離を長くする排気通路に、排気ガスを冷却する冷却手段を備えた場合には、吸蔵還元型ＮＯx触媒をＮＯx吸収に好適な温度範囲にさらに確実に保持することができる。（請求項１８に対応する効果）
【０２０９】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化装置を吸蔵還元型ＮＯx触媒とし、前記第１の排気通路に、流入排気ガスの空燃比がリーンのときはＳＯx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ＳＯxを放出するＳＯx吸収剤を備え、前記流れ方向切替手段は前記第１ポートと前記第２ポートとを接続する第３の位置に切り替え可能であり、内燃機関が連続したストイキ運転になるときに前記流れ方向切替手段が前記第３の位置を選択して切り替わるようにした場合には、ストイキの排気ガスがＳＯx吸収剤に流入してＳＯx吸収剤からＳＯxが放出されても、このＳＯxを吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入させないようにすることができ、吸蔵還元型ＮＯx触媒がＳＯx被毒するのを防止することができる。（請求項１９に対応する効果）
前記ＳＯx吸収剤と前記吸蔵還元型ＮＯx触媒を同心上に配置した場合には、排気浄化装置をコンパクトにすることができる。（請求項２０に対応する効果）
【０２１０】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化装置を吸蔵還元型ＮＯx触媒とし、前記第１の排気通路にＳＯx吸収能を有する三元触媒を備え、前記流れ方向切替手段は前記第１ポートと前記第２ポートとを接続可能とする第３の位置に切り替え可能であり、内燃機関が連続したストイキ運転になるときに、前記流れ方向切替手段が前記第３の位置を選択して切り替わるようにした場合には、ストイキの排気ガスが三元触媒に流入して三元触媒からＳＯxが放出されても、このＳＯxを吸蔵還元型ＮＯx触媒に流入させないようにすることができ、吸蔵還元型ＮＯx触媒がＳＯx被毒するのを防止することができる。（請求項２１に対応する効果）
【０２１１】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記排気浄化手段は触媒であり、前記第３の排気通路と前記第４の排気通路のいずれか一方には炭化水素を吸着するＨＣ吸着剤が設けられ、排気ガスもしくは前記ＨＣ吸着剤の温度が該ＨＣ吸着剤が炭化水素を吸着する温度域にあるときには前記触媒が前記ＨＣ吸着剤よりも上流に位置する流路を選択し、排気ガスもしくは前記ＨＣ吸着剤の温度が該ＨＣ吸着剤が炭化水素を脱離する温度域にあるときには前記ＨＣ吸着剤が前記触媒よりも上流に位置する流路を選択するように、前記流れ方向切替手段が切り替わるようにした場合には、排気ガスの温度が低温のときにもＨＣを排出させないようにすることができる。（請求項２２に対応する効果）
【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の実施の形態における概略構成図であり、排気切替弁を順流位置に位置させたときを示す図である。
【図２】前記第１の実施の形態の排気浄化装置において、排気切替弁を逆流位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図３】吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸放出・還元作用を説明する図である。
【図４】前記第１の実施の形態の排気浄化装置において、排気切替弁を順流位置と逆流位置の間の中立位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図５】前記第１の実施の形態の排気浄化装置の変形例を示す図であり、排気切替弁を順流位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図６】前記第１の実施の形態の排気浄化装置の変形例を示す図であり、排気切替弁を順流位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図７】前記第１の実施の形態の排気浄化装置の変形例を示す図であり、排気切替弁を順流位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図８】前記第１の実施の形態の排気浄化装置の変形例を示す図であり、弁体を順流位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図９】図８に示す変形例において弁体を逆流位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図１０】図８に示す変形例を破断して示した斜視図である。
【図１１】図８に示す変形例の弁体近傍を破断して示した詳細斜視図である。
【図１２】前記第１の実施の形態の排気浄化装置の変形例を示す図であり、弁体を順流位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図１３】図１２に示す変形例において弁体を逆流位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図１４】図１２に示す変形例を破断して示した斜視図である。
【図１５】図１４のI−I矢視断面図である。
【図１６】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第２の実施の形態において、排気切替弁を順流位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図１７】前記第２の実施の形態の排気浄化装置の変形例を示す図であり、排気切替弁を順流位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図１８】前記第２の実施の形態の排気浄化装置の変形例を示す図であり、排気切替弁を逆流位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図１９】前記第２の実施の形態の排気浄化装置の別の変形例を示す図であり、排気切替弁を順流位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図２０】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第３の実施の形態において、排気切替弁を順流位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図２１】前記第３の実施の形態の排気浄化装置の変形例を示す図であり、排気切替弁を逆流位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図２２】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第４の実施の形態において、排気切替弁を順流位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図２３】前記第４の実施の形態の排気浄化装置において、排気切替弁を順流位置と逆流位置の間の中立位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図２４】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第５の実施の形態において、排気切替弁を順流位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図２５】前記第５の実施の形態の排気浄化装置の変形例を示す図であり、排気切替弁を順流位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図２６】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第６の実施の形態における概略構成図であり、排気切替弁を順流位置に位置させたときを示す図である。
【図２７】前記第６の実施の形態の排気浄化装置において、排気切替弁を逆流位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図２８】吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx浄化率の温度特性を示す図である。
【図２９】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第７の実施の形態において、排気切替弁を順流位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図３０】前記第７実施の形態の排気浄化装置において、排気切替弁を順流位置と逆流位置の間の中立位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図３１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第８の実施の形態において、排気切替弁を逆流位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図３２】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第９の実施の形態における概略構成図であり、弁体を順流位置に位置させたときを示す図である。
【図３３】前記第９の実施の形態の排気浄化装置において、弁体を逆流位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図３４】前記第９の実施の形態の排気浄化装置において、排気切替弁を順流位置と逆流位置の間の中立位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図３５】前記第９の実施の形態の排気浄化装置の要部を破断して示した斜視図である。
【図３６】前記第９の実施の形態の排気浄化装置の弁体近傍を破断して示した詳細斜視図である。
【図３７】前記第９の実施の形態の排気浄化装置の変形例を示す図であり、弁体を順流位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図３８】図３７に示す変形例において弁体を逆流位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図３９】図３７に示す変形例において弁体を順流位置と逆流位置の間の中立位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図４０】図３７に示す変形例の要部を破断して示した斜視図である。
【図４１】図４０のII−II矢視断面図である。
【図４２】前記第９の実施の形態の排気浄化装置の変形例を示す図であり、排気切替弁を順流位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図４３】図４２に示す変形例において排気切替弁を逆流位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図４４】図４２に示す変形例において排気切替弁を順流位置と逆流位置の間の中立位置に位置させたときの要部を示す図である。
【図４５】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の第１０の実施の形態における概略構成図であり、排気切替弁を順流位置に位置させたときを示す図である。
【図４６】前記第１０の実施の形態の排気浄化装置において、排気切替弁を逆流位置に位置させたときの要部を示す図である。
【符号の説明】
１  リーンバーンガソリンエンジン（内燃機関）
２  吸気管（吸気通路）
６  エアフロメータ
７  燃料噴射弁
９  排気管（第１の排気通路）
１０  排気管（第２の排気通路）
１１  排気管（第３の排気通路）
１２  排気管（第４の排気通路）
１３  排気温センサ
１４  回転数センサ
２０  排気切替弁（流れ方向切替手段）
２１  アクチュエータ（制御手段）
３０  触媒コンバータ（浄化手段）
４０  スィーパー
４１  スタートキャット（他の触媒）
４２  Ｓトラップ
４２ａ  ＳＯx吸収剤
４３  クーラ（冷却手段）
５０  ＥＣＵ（制御手段）
５２  パイプ（第１の排気通路、第２の排気通路）
５５  部屋（第４の排気通路）
５８  接続パイプ（第３の排気通路）
５９  弁体（流れ方向切替手段）
６０  空間（第３の排気通路）
６２  空間（第３の排気通路）
６４  部屋（第４の排気通路）
７０  ＳＯx吸収剤
７１  ＳＯx吸収剤（三元触媒）
８０  ＨＣ吸着剤
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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