(57)【要約】【課題】  低コストでＮＯｘを低減できるようにすること。【解決手段】  エンジン１の各シリンダのうち所定のシリンダ２ＦをＮＯｘ放出用のシリンダとして使用する。ＥＣＵ３２により、シリンダ２Ｆの目標空燃比はリッチに設定されるため、未燃焼の燃料成分を含んだ排ガスが排出される。この排ガスは、切替弁１１により各吸蔵部１２，１３のいずれかに選択的に供給される。排ガス中の未燃焼燃料成分により、吸蔵されていたＮＯｘが放出される（Ｓ２）。放出されたＮＯｘ及び残りの未燃焼燃料成分は、還流通路Ｌ４及び吸気通路Ｌ１を介して燃焼室５内に還流する（Ｓ３）。ＮＯｘは、燃焼により一部が還元され、未燃焼燃料成分は燃焼に使用され、エンジン出力の一部となる（Ｓ４）。これにより、還元剤を無駄なく使用することができ、低コストでＮＯｘ浄化を行うことができる。【選択図】        図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（１）からの排ガス中のＮＯｘを吸蔵する吸蔵手段（１２，１３）と、
前記エンジン（１）の各シリンダ（２Ａ〜２Ｆ）のうち少なくとも一つ以上の所定のシリンダを選択し、この選択した所定のシリンダの目標空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定して燃焼させるエンジン制御手段（３２）と、
前記所定のシリンダからのリッチ排気を前記吸蔵手段（１２，１３）に供給することにより、前記吸蔵手段に吸蔵されたＮＯｘを放出させるリッチ排気供給手段（Ｌ３１）と、
前記吸蔵手段（１２，１３）から放出されたＮＯｘ及び前記所定のシリンダから前記吸蔵手段（１２，１３）に供給された前記リッチ排気を、前記エンジン（１）の燃焼室（５）に還流させる還流手段（Ｌ４）と、
を備えたことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記エンジン制御手段（３２）は、前記各シリンダ（２Ａ〜２Ｆ）のうち、いずれか一つまたは複数のシリンダを所定の順序で切り替えながら選択する請求項１に記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記エンジン制御手段（３２）は、前記各シリンダ（２Ａ〜２Ｆ）のうち、一方のシリンダ群（２Ａ〜２Ｃ）と他方のシリンダ群（２Ｄ〜２Ｆ）とのいずれか一方のシリンダ群を切り替えながら選択し、この選択したシリンダ群の目標空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定して燃焼させる請求項１に記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
エンジンからの排ガスを吸蔵手段に導いて、前記排ガス中のＮＯｘを前記吸蔵手段に吸蔵させるステップ（Ｓ１）と、
前記エンジンの各シリンダのうちリッチ燃焼状態に設定される所定のシリンダからのリッチ排気を前記吸蔵手段に供給することにより、前記吸蔵手段に吸蔵されたＮＯｘを放出させるステップ（Ｓ２）と、
前記放出されたＮＯｘ及び前記吸蔵手段に供給された前記リッチ排気を前記エンジンの燃焼室に還流させるステップ（Ｓ３）と、
を含む排ガス浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ディーゼルエンジン等のエンジンから排出される排ガス中のＮＯｘ（窒素化合物）を除去して排ガスを浄化することができる排ガス浄化装置及び排ガス浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等から排出されるＮＯｘを低減する方法としては、例えば、排ガスを再び燃焼室に戻して燃焼させるＥＧＲ（排気再循環）、排ガスを吸蔵してから還元させる吸蔵還元触媒法等が知られている。このうち、ＮＯｘ低減効果が比較的大きい吸蔵還元触媒法がよく使用されている。
【０００３】
第１の従来技術としては、空燃比リーン運転時に、ＮＯｘを酸化して吸蔵材に貯蔵せしめ、空燃比リッチ運転時に、排ガス中の未燃焼燃料（ＨＣ）や一酸化炭素とＮＯｘとを反応させて還元し、浄化させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、第２の従来技術としては、排気通路中に２個の吸蔵還元触媒を設けて交互に切替使用し、一方の吸蔵還元触媒を使用してＮＯｘを吸蔵中に、他方の吸蔵還元触媒に還元剤を供給して還元し、浄化させる方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特許２６００４９２号公報
【特許文献２】特開昭６２−１０６８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
第１の従来技術では、空燃比を変化させることにより、ＮＯｘの吸蔵と還元を制御するため、高度かつ複雑な空燃比制御を行う必要がある。また、燃焼状態を変化させる時にショックが生じる可能性もある。さらに、吸蔵されたＮＯｘを還元させるために、燃料を過剰にして空燃比をリッチに切り替えると、その分だけ燃費が低下する。第１の従来技術では、排ガス中の未燃焼燃料成分を還元剤として利用するため、還元反応を確実かつ速やかに行わせるために、必要以上の燃料を還元剤として供給する必要がある。しかし、必要以上に供給された還元剤のうち、還元反応に使用されなかった還元剤は、排気として排出されてしまうため、燃料が無駄に使用されて燃費が悪化する。
【０００６】
第２の従来技術では、吸蔵材からＮＯｘを放出させ、さらに放出されたＮＯｘを還元させるために、水素等の還元剤を使用しているが、還元剤は、還元反応のためだけに消費されるので、還元剤の分だけコストが増加する。水素に代えて燃料を還元剤に用いる場合は、前記同様に、燃焼に寄与しない還元剤としての燃料の分だけ燃費が低下する。
【０００７】
本発明は、上記のような課題に鑑みなされたものであり、その目的は、還元剤を無駄にせずに効率よくＮＯｘを浄化できる排ガス浄化装置及び排ガス浄化方法を提供することにある。本発明の他の目的は、後述する実施の形態の記載から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の排ガス浄化装置は、エンジンからの排ガス中のＮＯｘを吸蔵する吸蔵手段と、エンジンの各シリンダのうち少なくとも一つ以上の所定のシリンダを選択し、この選択した所定のシリンダの目標空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定して燃焼させるエンジン制御手段と、所定のシリンダからのリッチ排気を吸蔵手段に供給することにより、吸蔵手段に吸蔵されたＮＯｘを放出させるリッチ排気供給手段と、吸蔵手段から放出されたＮＯｘ及び所定のシリンダから吸蔵手段に供給されたリッチ排気を、エンジンの燃焼室に還流させる還流手段と、を備える。
【０００９】
ここで、吸蔵手段としては、例えば、アルカリ金属（カリウム（K）、ナトリウム（Na）、リチウム（Li）、セシウム（Cs）等）、アルカリ土類（バリウム（Ba）、カルシウム（Ca）等）、希土類（ランタン（La）、イットリウム（Y）等）の酸化物を用いることができる。あるいは、酸化ジルコニウム（ZrO2）やジルコン酸アルミニウム（ZrO2-Al2O3）系の酸化物を用いることもできる。吸蔵手段は、酸化雰囲気中ではＮＯｘを吸蔵し、還元雰囲気では吸蔵したＮＯｘを放出する。より正確には、吸蔵手段は、還元剤の少ない雰囲気中でＮＯｘを吸蔵し、還元剤の多い雰囲気中ではＮＯｘを放出する。
【００１０】
エンジンからの排ガスが吸蔵手段に供給されると、吸蔵手段は排ガス中のＮＯｘを吸蔵する。次に、リッチ排気供給手段が、吸蔵手段にリッチ排気を供給すると、吸蔵手段に吸蔵されていたＮＯｘが放出される。
【００１１】
本明細書において、リッチ排気とは、目標空燃比が理論空燃比よりもリッチに設定されたシリンダからの排気を意味し、このリッチ排気には、通常燃焼するシリンダからの排気に比べて、未燃焼の燃料成分や一酸化炭素がより多く含まれている。
【００１２】
ここで、留意すべきは、本発明では、リッチ排気中の未燃焼燃料成分を、主としてＮＯｘ放出のために用いる点にある。多少の還元反応は生じるにしても、本発明では、リッチ排気中の燃料成分を主として吸蔵手段からのＮＯｘ放出のために使用する。
【００１３】
吸蔵手段に供給されたリッチ排気中の燃料成分のうち、ＮＯｘ放出（あるいは放出及び還元）に消費されなかった残余の燃料成分は、還流手段によって、放出されたＮＯｘと共にエンジンの燃焼室に還流される。即ち、本発明では、リッチ排気中の燃料成分の一部をＮＯｘの放出に用い、ＮＯｘ放出に消費されなかった残余の燃料成分を燃焼室に送り込んで燃料として作用させる。
【００１４】
燃焼室に還流されたＮＯｘは、燃焼によって一部が浄化される。一方、リッチ排気中の燃料成分は、燃料としてエンジン出力の一部となる。従って、リッチ排気中の燃料成分が、ＮＯｘ放出に必要な量よりも多い場合でも、余った燃料成分は燃焼室内で燃料として再利用されるため、燃料を無駄にすることがない。
【００１５】
また、還元剤を単独で供給するのではなく、未燃焼の燃料成分を含むリッチ排気を用いるため、還元剤だけを供給する場合に比べて、ＮＯｘ放出に使用するガス流量を大きくすることができ、吸蔵材から放出されたＮＯｘを速やかに取り除いて燃焼室に還流させることができる。
【００１６】
本発明に従う排ガス浄化方法は、エンジンからの排ガスを吸蔵手段に導いて、排ガス中のＮＯｘを吸蔵手段に吸蔵させるステップと、エンジンの各シリンダのうちリッチ燃焼状態に設定される所定のシリンダからのリッチ排気を吸蔵手段に供給することにより、吸蔵手段に吸蔵されたＮＯｘを放出させるステップと、放出されたＮＯｘ及び吸蔵手段に供給されたリッチ排気をエンジンの燃焼室に還流させるステップと、を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１〜図３に基づいて、第１の実施形態を説明する。図１は、例えば、自動車用エンジン装置等に排ガス浄化装置を適用した場合の全体構成図である。
【００１９】
エンジン１は、例えば、乗用車等に搭載されるもので、４サイクル式のガソリンエンジンとして構成されている。これに限らず、ディーゼルエンジンや２サイクルエンジン等のような他の形式のエンジンにも本発明は適用できる。
【００２０】
エンジン１のシリンダブロックには、例えば、２個、４個、６個等の複数のシリンダ２が形成されており、各シリンダ２内にはピストン３がそれぞれ摺動可能に設けられている（説明の便宜上１つのシリンダのみ図示）。各シリンダ２の開口部は、シリンダヘッド４によって気液密に施蓋されており、ピストン３の上方には燃焼室５が形成されている。燃焼室５と吸気マニホールド８との接続部には吸気弁６が、燃焼室５と排気マニホールド９との接続部には排気弁７が、それぞれ開閉可能に設けられている。
【００２１】
吸気マニホールド８には、外気を導入するための吸気通路Ｌ１が接続されており、排気マニホールド９には、排ガスを大気に開放するための排気通路Ｌ２が接続されている。そして、排気通路Ｌ２の途中には、後述の排ガス浄化装置が設けられている。
【００２２】
排ガス浄化装置は、それぞれ後述するように、酸化部１０、第１切替弁１１、第１吸蔵部１２、第２吸蔵部１３、第２切替弁１４、還元剤タンク１５及び制御部１６を備えて構成されている。
【００２３】
酸化部１０は、排ガス中の酸化窒素（NO）を二酸化窒素（NO2）に酸化させる酸化触媒（例えば、Pt、Mn2O3等）を有しており、排気通路Ｌ２の上流側に設けられている。酸化部１０の下流側には、第１切替弁１１及び第２切替弁１４が排気通路Ｌ２の途中に設けられている。
【００２４】
第１切替弁１１及び第２切替弁１４は、それぞれ第１切替手段、第２切替手段として表現可能なものであり、例えば、４ポート２位置の電磁弁として構成されている。各切替弁１１，１４は、それぞれ２つの切替位置（ａ），（ｂ）を有しており、制御部１６からの制御信号に応じて、互いに同期して位置を切り替えるようになっている。なお、各切替弁１１，１４は、各ポートがどこにも接続されない過渡位置を備えてもよく、この場合、４ポート３位置の電磁弁となる。また、電磁弁に限らず、空圧弁としてもよいし、あるいは、いわゆるレボルバー式の切替機構に代えてもよい。
【００２５】
第１切替弁１１と第２切替弁１４との間には、第１吸蔵部１２及び第２吸蔵部１３が並列的に設けられている。第１吸蔵部１２は、第１分岐通路Ｌ２１を介して第１切替弁１１及び第２切替弁１４に接続されており、第２吸蔵部１３は、第２分岐通路Ｌ２２を介して第１切替弁１１及び第２切替弁１４に接続されている。各吸蔵部１２，１３は、それぞれ例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類等の酸化物（具体的には、例えば、酸化バリウム（BaO））から構成されており、酸化雰囲気中ではＮＯｘを吸蔵し、還元雰囲気中ではＮＯｘを放出するようになっている。より正確には、各吸蔵部１２，１３は、還元剤の少ない雰囲気中でＮＯｘを吸蔵し、還元剤の多い雰囲気中でＮＯｘを放出する。
【００２６】
各切替弁１１，１４がそれぞれ第１位置（ａ）にある場合、第１吸蔵部１２の上流側は第１分岐通路Ｌ２１を介して酸化部１０に接続され、第１吸蔵部１２の下流側は大気に開放される。一方、第２吸蔵部１３の上流側は、還元剤供給通路Ｌ３を介して還元剤タンク１５に接続され、第２吸蔵部１３の下流側は、還流通路Ｌ４を介して吸気通路Ｌ１の途中に接続される。なお、本明細書において、上流及び下流とは、それぞれ流体（排ガス、還元剤、外気）の流れ方向の上流及び下流を示す。
【００２７】
各切替弁１１，１４がそれぞれ第１位置（ａ）にある場合、第１吸蔵部１２には、酸化部１０から第１分岐通路Ｌ２１を介して排ガスが供給され、第１吸蔵部１２は、排ガス中のＮＯｘを吸蔵する（Ｓ１）。第２吸蔵部１３には、還元剤供給通路Ｌ３を介して気体状の還元剤が供給され、第２吸蔵部１３は、吸蔵していたＮＯｘを放出させる（Ｓ２）。
【００２８】
放出されたＮＯｘ及びＮＯｘ放出に消費されずに余った還元剤は、還流通路Ｌ４を介して負圧状態の吸気通路Ｌ１に流れ込み、吸気通路Ｌ１を介して燃焼室５内に流入する（Ｓ３）。燃焼室５内に流入したＮＯｘ及び還元剤は、燃焼室５内で燃焼される（Ｓ４）。これにより、ＮＯｘは還元され、還元剤は、燃料としてエンジン出力の一部となる。
【００２９】
各切替弁１１，１４がそれぞれ第１位置（ａ）から第２位置（ｂ）に切り替われると、上記の場合とは逆に、第１吸蔵部１２が還元剤タンク１５に接続され、第２吸蔵部１３が酸化部１０に接続される。即ち、各切替弁１１，１４が第１位置（ａ）にある場合、第１吸蔵部１２はＮＯｘ吸蔵モードで使用され、第２吸蔵部１３は、ＮＯｘ放出モードで使用される。そして、各切替弁１１，１４がそれぞれ第２位置（ｂ）に切り替わると、第１吸蔵部１２はＮＯｘ吸蔵モードからＮＯｘ放出モードに切り替わり、第２吸蔵部１３はＮＯｘ放出モードからＮＯｘ吸蔵モードに切り替わる。
【００３０】
図１中の下側に示すタイムチャート１６Ａのように、各吸蔵部１２，１３の使用モードを交互に切り替えることにより、一方の吸蔵部でＮＯｘを吸蔵しつつ、他方の吸蔵部からＮＯｘを放出させて再生することができ、排ガス中のＮＯｘを連続的に吸蔵して浄化させることができる。なお、実施例では、２個の吸蔵部１２，１３を設ける場合を例示しているが、本発明はこれに限らず、３個以上の吸蔵部を切替使用する構成としてもよい。
【００３１】
還元剤タンク１５は、還元剤を収容しており、還元剤供給通路Ｌ３及び第２切替弁１４を介して、第１吸蔵部１２又は第２吸蔵部１３のいずれか一方に還元剤を供給するものである。還元剤としては、例えば、炭化水素、ガソリン、軽油、プロパン、ブタン、プロピレン、水素、一酸化炭素等を用いることができる。なお、吸蔵部を３個以上設ける場合は、放出モードで使用する複数の吸蔵部に還元剤を供給する。
【００３２】
還元剤タンク１５は、例えば、加圧された気体状の還元剤を供給するように構成されている。これに限らず、液状の還元剤を用いることもできる。液体状の還元剤を用いる場合は、例えば、加熱して気化させた還元剤を吸蔵部に供給したり、あるいは、後述する実施形態のように、排ガスや外気等のガス中に液体状の還元剤を噴霧して吸蔵部に供給すればよい。
【００３３】
なお、還元剤として燃料の一部を利用する場合は、還元剤専用のタンク１５を設ける必要はなく、還元剤供給通路Ｌ３を燃料タンクや燃料配管に接続して燃料を取り込む構成とすればよい。液体状の還元剤を用いる場合は、気化させたり霧化させる機構が必要になるため、気体状の還元剤を用いる方が簡素な構成にできる。しかし、燃料を還元剤として利用する場合は、燃料タンクや燃料配管から燃料の一部を取り出して使用できるので、還元剤タンク１５を設けたり、タンク１５を交換等する手間を省くことができる。
【００３４】
制御部１６は、タイムチャート１６Ａに示すように、各切替弁１１，１４の作動を制御する。上述の通り、制御部１６は、適当な時期に各切替弁１１，１４に制御信号を出力し、各切替弁１１，１４の位置を切替させる。制御部１６は、マイクロコンピュータシステムとして構成することもできるし、電磁リレー等のハードウェア回路として構成することもできる。また、制御部１６は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）の一部として実現させることもできる。
【００３５】
次に、図２に基づいて、本実施形態の動作を説明する。
【００３６】
図２（ａ）は、第１吸蔵部１２でＮＯｘを吸蔵させ、第２吸蔵部１３でＮＯｘを放出させる場合を示す。この場合は、上述の通り、燃焼室５内で発生した排ガスは、酸化部１０により酸化された後、第１切替弁１１から第１吸蔵部１２に導入される。第１吸蔵部１２によりＮＯｘが除去された排ガスは、第２切替弁１４を介して排気通路Ｌ２から大気中に排出される。なお、第２切替弁１４の下流側で排気通路Ｌ２の途中に三元触媒等をさらに設けてもよい。
【００３７】
次に、図２（ｂ）に示すように、各切替弁１１，１４がそれぞれ切り替わると、還元剤供給通路Ｌ３及び第２切替弁１４を介して、還元剤タンク１５からの還元剤が第１吸蔵部１２に流入する。第１吸蔵部１２に流入した還元剤の一部は、第１吸蔵部１２に吸蔵されているＮＯｘを放出させる。第１吸蔵部１２から放出されたＮＯｘ及び余った還元剤は、第１分岐通路Ｌ２１、第１切替弁１１、還流通路Ｌ４を介して吸気通路Ｌ１に流れ込み、吸気通路Ｌ１を介して燃焼室５内に還流される。燃焼室５内でＮＯｘの一部は還元され、一方、還元剤は燃料の一部として燃やされる。
【００３８】
第２吸蔵部１３の動作は、第１吸蔵部１２の動作と逆になる。第１吸蔵部１２がＮＯｘを吸蔵している間、第２吸蔵部１３はＮＯｘを放出し、第１吸蔵部１２がＮＯｘを放出している間、第２吸蔵部１３はＮＯｘを吸蔵する。
【００３９】
次に、各部で生じる化学反応について説明する。まず、酸化部１０での酸化反応を下記化１に示す。
【００４０】
NO＋1/2O2→NO2・・・（化１）
【００４１】
次に、吸蔵材がNO2を吸蔵するときの反応式を下記化２に示す（MOは吸蔵材、Mは例えばBa）。
【００４２】
NO2＋1/2MO＋1/4O2→1/2M(NO3)2 ・・・（化２）
【００４３】
還元剤を(CH2)nと表現した場合の吸蔵材からのNO2放出反応を化３、化４にそれぞれ示す。化３はNO2として放出される場合を示し、化４はNOとして放出される場合を示す。
【００４４】
1/2M(NO3)2＋1/6n(CH2)n→NO2＋1/2MO＋1/6CO2＋1/6H2O・・・（化３）
【００４５】
1/2M(NO3)2＋1/2n(CH2)n→NO＋1/2MO＋1/2CO2＋1/2H2O・・・（化４）
【００４６】
以上の反応式をまとめると、NO2として放出される場合は化５に示され、NOとして放出される場合は化６に示される。
【００４７】
NO＋1/6n(CH2)n＋3/4O2→NO2＋1/6CO2＋1/6H2O・・・（化５）
【００４８】
1/2n(CH2)n＋3/4O2→1/2CO2＋1/2H2O・・・（化６）
【００４９】
化５に示すように、１モルのNOを吸蔵放出するのに必要な炭化水素（HC）の量（Cのモル数）は、NO2として放出される場合は1/6モル、NOとして排出される場合は1/2モルとなる。
【００５０】
なお、比較のために、放出されたＮＯｘを還元剤によってさらに還元させる場合の化学反応を検討すると、NO2として放出される場合の反応式は化７に示され、NOとして放出される場合の反応式は化８に示される。
【００５１】
NO2＋2/3n(CH2)n→1/2N2＋2/3CO2＋2/3H2O・・・（化７）
【００５２】
NO＋1/3n(CH2)n→1/2N2＋1/3CO2＋1/3H2O・・・（化８）
【００５３】
従って、NO2として放出される場合とNOとして放出される場合のいずれの場合でも、全反応式は化９に示す通りとなり、
【００５４】
NO＋5/6n(CH2)n＋3/4O2→1/2N2＋5/6CO2＋5/6H2O・・・（化９）
１モルのNOを吸蔵材から放出させてさらに還元させるのに必要な炭化水素（HC）の量は、5/6モルとなる。
【００５５】
図３は、本実施形態によるＮＯｘ低減効果を示す特性図である。ディーゼル燃焼装置を用いて、燃焼室へ還流するＮＯｘ量と燃焼室から排出されるＮＯｘ量との関係を調べたものである。燃焼室への燃料の噴射量を６０mm3にした場合（四角形）と、燃料噴射量を１２０mm3にした場合（丸印）とでそれぞれＮＯｘ低減効果を測定した。なお、ＮＯｘ測定には、ＣＬＡ（化学発光法）を用いた。
【００５６】
図３中の点斜線は、ＮＯｘ低減効果が全く無いとした場合の理論値である。グラフの左端に示すように、ＮＯｘ還流量が０のときに、約５００ppm程度のＮＯｘが発生する。これは、正常な燃焼により生じるＮＯｘ量である。本実施形態によるＮＯｘ低減効果が全く無いと仮定した場合、ＮＯｘは斜め点線に示すように、累積していく。
【００５７】
しかし、丸印あるいは四角形印をつなぐ実線は、いずれも斜め点線よりも下がった位置にあり、一定のＮＯｘ低減効果がみられる。燃料噴射量が１２０mm3の場合は、ＮＯｘ還流量が大きくなるにつれてＮＯｘ低減効果が増大している。また、燃料噴射量が６０mm3の場合は、ＮＯｘ還流量が１０００ppm程度を越えるあたりから一定量のＮＯｘを低減しており、燃料噴射量１２０mm3の場合の方がＮＯｘ低減効果が大きい。
【００５８】
以上詳述した通り、本実施の形態によれば、還元剤を積極的な（あるいは実質的な）還元反応には用いずにＮＯｘ放出のために用い、ＮＯｘ放出に寄与しなかった残余の還元剤をＮＯｘと共に燃焼室５に還流させるため、ＮＯｘを燃焼室５内で還元させつつ、還元剤を燃料として燃焼させ、エンジン出力の一部にすることができる。
【００５９】
従って、還元剤を専ら還元反応にのみ用いる場合に比較して、還元剤を無駄に消費することがなく、ＮＯｘ低減コストを下げることができる。また、還元剤として燃料を利用する場合は、燃費を悪化させることもない。
【実施例２】
【００６０】
次に、図４を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。本実施の形態の特徴は、酸化機能を備えた吸蔵部を用いた点にある。
【００６１】
本実施の形態による排ガス浄化装置は、第１の実施形態と同様に、各切替弁１１，１４及び各吸蔵部２１，２２を備え、各吸蔵部２１，２２を交互に切り替えて使用する。しかし、本実施形態では、独立した酸化部１０を廃止し、各吸蔵部２１，２２にそれぞれ酸化部２１Ａ，２２Ａを備えさせている。即ち、各吸蔵部２１，２２は、吸蔵材に酸化触媒を担持した構成を有し、酸化部２１Ａ，２２Ａと吸蔵材２１Ｂ，２２Ｂとを備える。なお、酸化触媒としては、酸素の少ない雰囲気中でも還元反応の生じにくい特性を備えていることが好ましい。
【実施例３】
【００６２】
図５は、本発明の第３の実施形態を示す。本実施形態の特徴は、外気と還元剤との混合気体を用いてＮＯｘを放出させる点にある。
【００６３】
還元剤供給通路Ｌ３の途中には、外気導入通路Ｌ５が接続されている。還元剤タンク１５から流出する還元剤は、外気導入通路Ｌ５から導入される外気に混合されて各吸蔵部１２，１３のいずれかに供給される。
【００６４】
従って、本実施形態によれば、ＮＯｘ放出に用いる混合気体の量を、還元剤を単独で供給する場合よりも大きくすることができ、吸蔵材から放出されたＮＯｘを速やかに運び去って吸気通路Ｌ１に還流させることができる。
【実施例４】
【００６５】
図６は、本発明の第４の実施形態を説明する。本実施形態の特徴は、排ガスと還元剤との混合気体を用いてＮＯｘを放出させる点にある。
【００６６】
還元剤供給通路Ｌ３の途中には、排ガス導入通路Ｌ６が接続されており、還元剤タンク１５からの還元剤は、排ガス導入通路Ｌ６から導入された排ガスに混合して、吸蔵部に供給される。
【００６７】
これにより、外気と還元剤を混合する場合と同様に、放出に用いる混合気体量を大きくして、ＮＯｘを速やかに運び去ることができる。また、本実施形態によれば、吸蔵時と放出時とで吸蔵部１２，１３の温度がほぼ変化せず、吸蔵材の温度をほぼ一定に保持することができる。従って、ＮＯｘ放出時の温度低下を防止して、放出効果を高くすることができ（一般的に、吸蔵材が高温なほどＮＯｘ放出効果が大きい）、吸蔵時と放出時との温度差による熱疲労や劣化を防止できる。
【実施例５】
【００６８】
図７に基づいて、本発明の第５の実施形態を説明する。本実施形態の特徴は、酸化機能付き吸蔵部に還元剤と外気との混合気体を供給する点にある。
【００６９】
本実施の形態による各吸蔵部２１，２２は、第２の実施形態と同様に、それぞれ酸化部２１Ａ，２２Ａを備えている。そして、還元剤供給通路Ｌ３には、第３の実施形態と同様に、外気導入通路Ｌ５が接続されている。
【００７０】
本実施形態では、外気と還元剤とが混合した多量の気体によって、吸蔵部に吸蔵されているＮＯｘを放出させるため、酸素の少ない還元雰囲気中では放出されたＮＯｘを触媒上で還元するという特徴を有する白金触媒を用いた場合に特に効果がある。つまり、外気と還元剤とを混合させることにより、酸素の多い雰囲気を形成でき、この酸素の多い雰囲気下で還元反応を抑制しつつＮＯｘを放出させ、ＮＯｘ及び還元剤の残りを燃焼室５に還流させることができる。
【実施例６】
【００７１】
図８に基づいて、本発明の第６の実施形態を説明する。本実施形態の特徴は、酸化機能付き吸蔵部に還元剤と排ガスとの混合気体を供給する点にある。
【００７２】
本実施の形態による各吸蔵部２１，２２は、第２の実施形態と同様に、それぞれ酸化部２１Ａ，２２Ａを備えている。また、還元剤供給通路Ｌ３には、排気通路Ｌ２から分岐する排ガス導入通路Ｌ６が接続されている。
【００７３】
これにより、放出に使用する混合気体量を大きくして速やかにＮＯｘを運び去ることができ、ＮＯｘ吸蔵時とＮＯｘ放出時の温度差を少なくして、ＮＯｘ放出効果を高めると共に、熱疲労や劣化等を防止できる。さらに、白金触媒を用いた場合でも、比較的酸素の多い雰囲気中でＮＯｘを放出させるため、放出されたＮＯｘが白金触媒上で還元されるのを防止できる。
【実施例７】
【００７４】
図９，図１０に基づいて、本発明の第７の実施形態を説明する。本実施形態の特徴は、ＮＯｘ放出剤として、排気中の未燃焼燃料を利用する点にある。
【００７５】
図９は、自動車用エンジンに排ガス浄化装置を適用した場合の全体構成図である。本実施例では、エンジン１は、例えば６つのシリンダ２Ａ〜２Ｆを備えている。各シリンダ２Ａ〜２Ｆには、燃焼室５に臨むようにして、電子式燃料噴射装置３１がそれぞれ設けられている。
【００７６】
これら燃料噴射装置３１には、燃料ポンプによって燃料タンクから吸引された燃料が燃料供給配管（いずれも不図示）を介してそれぞれ供給される。各燃料噴射装置３１は、ＥＣＵ３２からの制御信号に基づいて開弁し、所定量の燃料を燃焼室５に向けてそれぞれ吐出する。
【００７７】
ＥＣＵ３２は、各燃料噴射装置３１や点火装置（不図示）等の作動を制御する。ＥＣＵ３２は、例えば、燃料噴射装置３１の開弁時期及び開弁時間を制御することにより、燃料噴射量を制御することができる。ここで、一般的に、各シリンダ２Ａ〜２Ｆの目標空燃比は、１４．７程度に設定される。しかし、理論空燃比に限らず、例えば、燃費の向上や排気エミッションの低減を図る場合は、理論空燃比よりも燃料噴射量を減少させて、いわゆるリーン状態で燃焼させる場合もある。または、エンジン出力の向上を図る場合は、理論空燃比よりも燃料噴射量を増加させて、いわゆるリッチ状態で燃焼させる場合もある。
【００７８】
ＥＣＵ３２は、例えば、運転状態（定常走行状態、加減速状態等）に応じて、各シリンダ２Ａ〜２Ｆの目標空燃比を設定し、燃料噴射量を個別に制御可能である。また、ＥＣＵ３２は、排ガス浄化のために、所定のシリンダ２Ｆの目標空燃比をリッチに設定し、リッチ状態で燃焼させる。リッチ状態で燃焼されるシリンダは、各シリンダ２Ａ〜２Ｆのいずれでもよいが、本実施形態では、一例として、シリンダ２Ｆを用いる。なお、他のシリンダ２Ａ〜２Ｅの目標空燃比は、理論空燃比または理論空燃比よりもリーン状態に設定することができる。
【００７９】
所定のシリンダとしてのシリンダ２Ｆは、その目標空燃比がリッチに設定されるため、シリンダ２Ｆからの排ガス中には、理論空燃比で燃焼させた場合よりも、未燃焼の燃料成分がより多く含まれている。なお、ＮＯｘ放出効果を奏する成分として、排ガス中には、未燃焼の燃料成分以外に一酸化炭素も含まれているが、以下の説明では、未燃焼燃料成分を主として説明する。
【００８０】
なお、シリンダ２Ｆは、常時リッチ燃焼状態に置かれている必要は必ずしもなく、少なくとも、吸蔵部１２，１３のいずれか一方からＮＯｘを放出させる期間に合わせて、シリンダ２Ｆの目標空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定すれば足りる。ＮＯｘ放出期間以外の期間では、シリンダ２Ｆの目標空燃比を、他のシリンダ２Ａ〜２Ｅと同様に設定することができる。
【００８１】
還元剤供給手段としての機能を実現する所定のシリンダ２Ｆは、排ガス供給通路Ｌ３１を介して、第１切替弁１１に接続されている。第１切替弁１１が切替位置（ａ）にある場合、所定のシリンダ２Ｆと第２吸蔵部１３とは、排ガス供給通路Ｌ３１及び第１切替弁１１を介して接続され、他のシリンダ２Ａ〜２Ｅと第１吸蔵部１２とは、排気マニホールド９と排気通路Ｌ２と第１切替弁１１とを介して接続される。
【００８２】
そして、第２切替弁１４が切替位置（ａ）にある場合、第２吸蔵部１３は、第２切替弁１４及び還流通路Ｌ４を介して吸気通路Ｌ１に接続され、第１吸蔵部１２は、第２切替弁１４及び排気通路Ｌ２を介して大気に開放される。第１切替弁１１及び第２切替弁１４がそれぞれ切替位置（ｂ）にある場合、上述とは逆に、シリンダ２Ｆの排ガスは第１吸蔵部１２等を介して吸気通路Ｌ１に還流し、他のシリンダ２Ａ〜２Ｅの排ガスは第２吸蔵部１３等を介して大気中に放出される。
【００８３】
図１０（ａ）に示すように、第１切替弁１１及び第２切替弁１４がそれぞれ切替位置（ａ）にある場合、シリンダ２Ｆからの排ガスは、第２吸蔵部１３に導かれる。この排ガス中に含まれる未燃焼燃料成分によって、第２吸蔵部１３に吸蔵されていたＮＯｘが放出される。放出されたＮＯｘは、シリンダ２Ｆからの排ガスと共に、還流通路Ｌ４及び吸気通路Ｌ１等を介して、各シリンダ２Ａ〜２Ｆの燃焼室５内にそれぞれ流入する。これにより、ＮＯｘ放出に寄与しなかった残りの燃料成分は、燃料として再利用される。一方、通常燃焼状態におかれる他のシリンダ２Ａ〜２Ｅからの排ガスは、第１吸蔵部１２に導かれてＮＯｘを除去され、大気中に放出される。
【００８４】
図１０（ｂ）に示すように、第１切替弁１１及び第２切替弁１４がそれぞれ切替位置（ｂ）に切り替わると、シリンダ２Ｆからの排ガスは第１吸蔵部１２に導かれ、他のシリンダ２Ａ〜２Ｅからの排ガスは第２吸蔵部１３に導かれる。そして、第１吸蔵部１２に吸蔵されていたＮＯｘが放出され、未燃焼の燃料成分と共に、各シリンダ２Ａ〜２Ｆの燃焼室５に還流する。一方、第２吸蔵部１３は、シリンダ２Ａ〜２Ｅからの排ガス中からＮＯｘを除去し、正常な排ガスを大気中に排出させる。
【００８５】
このように、本実施形態では、エンジン１の各シリンダ２Ａ〜２Ｆのうち所定のシリンダ２Ｆの目標空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定して燃焼させ、所定のシリンダ２Ｆからの排気を各吸蔵部１２，１３に交替で供給することにより、各吸蔵部１２，１３に吸蔵されたＮＯｘを放出させて、各シリンダ２Ａ〜２Ｆの燃焼室５にそれぞれ還流させる構成とした。従って、所定のシリンダ２Ｆからの排ガス中に含まれる未燃焼の燃料成分を吸蔵部１２，１３のＮＯｘ放出に利用することができ、ＮＯｘ放出に寄与しなかった残りの燃料成分を燃料として利用できる。これにより、ＮＯｘ浄化コストを低減し、燃費の悪化を防止できる。
【００８６】
これに加えて、本実施の形態では、還元剤タンクを用いず、既存のエンジン構造をほぼそのまま利用可能であり、所定のシリンダ２Ｆの目標空燃比をリッチに設定するだけで、ＮＯｘ放出に用いる燃料成分を容易に得ることができる。また、所定のシリンダ２Ｆの目標空燃比を調節するだけで、ＮＯｘ放出に使用する未燃焼燃料成分の量を制御することができる。さらに、所定のシリンダ２Ｆのリッチ燃焼は、ＮＯｘ放出剤としてのリッチ雰囲気の排ガスを発生させるだけでなく、エンジン１の出力の一部を構成するため、シリンダ２Ｆの燃焼を有効に利用することができる。
【００８７】
また、エンジン１が建設機械用エンジンである場合、建設機械用エンジンは、その使用目的に応じて、例えば、重負荷モード、軽負荷モード、軽微負荷モード等のように、複数の出力モードで使用される。そこで、例えば、軽負荷モード及び重負荷モードの場合は、全てのシリンダ２Ａ〜２Ｆを通常燃焼させ、軽微負荷モードの場合は、一つまたは複数のシリンダを選択してリッチ燃焼させることもできる。このように、エンジンの使用目的に応じて、ＮＯｘの放出及び吸蔵を制御することもできる。
【実施例８】
【００８８】
図１１に基づいて、本発明の第８の実施形態を説明する。本実施形態の特徴は、リッチ燃焼させるシリンダとして、複数のシリンダ２Ｅ，２Ｆを用いる点にある。
【００８９】
図１１は、本実施形態の全体構成図である。図１１に示すように、本実施形態では、隣接する２個のシリンダ２Ｆとシリンダ２Ｅとが、ＮＯｘ放出用の専用シリンダとして選択されており、これら各シリンダ２Ｅ，２Ｆの目標空燃比は、それぞれ理論空燃比よりもリッチに設定されている。ＮＯｘ放出用のシリンダ２Ｅ，２Ｆは、必ずしも隣接している必要はないが、隣接している方が配管の取付や引き回しが容易であり、機械構造の点からは有利である。
【００９０】
本実施形態の排ガス供給通路は、一方のシリンダ２Ｅに接続される第１の分岐通路Ｌ３１Ａと、他方のシリンダ２Ｆに接続される第２の分岐通路Ｌ３１Ｂと、これら各分岐通とＬ３１Ａ，Ｌ３１Ｂが合流する合流通路Ｌ３１Ｃとから構成される。各シリンダ２Ｅ，２Ｆからの排ガスは、合流通路Ｌ３１Ｃを介して第１切替弁１１に流入し、第１切替弁１１から各吸蔵部１２，１３のいずれか一方に選択的に供給される。
【００９１】
本実施形態はこのように構成されるので、上述した第７の実施形態と同様の作用効果を奏する。これに加えて、本実施形態では、複数のシリンダ２Ｅ，２ＦをＮＯｘ放出専用のシリンダとして使用し、各シリンダ２Ｅ，２ＦからそれぞれＮＯｘ放出用の排ガスを得る構成を採用した。従って、単一のシリンダ２ＦをＮＯｘ放出用シリンダとして用いる前記実施形態に比べて、ＮＯｘ放出に必要な未燃焼の燃料成分を複数のシリンダ２Ｅ，２Ｆでそれぞれ分担して生成すればよく、各シリンダ２Ｅ，２Ｆの目標空燃比を、より理論空燃比側に近づけることができる。
【実施例９】
【００９２】
図１２〜図１５に基づいて、本発明の第９の実施形態を説明する。本実施形態の特徴は、３個の吸蔵部４３〜４５を順番に切り替えながら使用する点にある。
【００９３】
図１２は、本実施形態の全体構成を示す説明図である。上記各実施形態では、２個の吸蔵部を切り替えて使用する場合を例示したが、本実施形態のように、３個以上の吸蔵部４３〜４５を使用してもよい。なお、吸蔵部を３個設ける場合を例に挙げて説明するが、後述する他の実施形態からも明らかなように、吸蔵部を４個以上設けることもできる。
【００９４】
前記第７実施形態と同様に、所定のシリンダ２Ｆは、ＮＯｘ放出用の専用シリンダとして使用され、その目標空燃比が理論空燃比よりもリッチに設定されている。他のシリンダ２Ａ〜２Ｅは、エンジン出力を発生させる通常のシリンダとして使用され、その目標空燃比は、理論空燃比近傍または理論空燃比よりもリーンとなるように設定可能である。なお、ＮＯｘ放出用のシリンダは２Ｆに限らず、各シリンダ２Ａ〜２Ｆのうち、いずれか一つまたは複数のシリンダを使用することができる。
【００９５】
各吸蔵部４３〜４５の上流側（ガスの流入側）には、第１切替弁４１が設けられ、各吸蔵部４３〜４５の下流側（ガスの流出側）には、第２切替弁４２が設けられている。これら各切替弁４１，４２は、例えば、６ポート３位置の電磁弁または空圧弁等として、それぞれ構成することができる。
【００９６】
各切替弁４１，４２は、それぞれ３つの切替位置（ａ），（ｂ）及び（ｃ）を備えており、制御部１６からの制御信号に応じて切り替わるようになっている。第１切替弁４１には、ＮＯｘ放出用シリンダ２Ｆからの排ガスと、他の通常のシリンダ２Ａ〜２Ｅからの排ガスとがそれぞれ入力される。他のシリンダ２Ａ〜２Ｅからの排ガスは、２つの流入口からそれぞれ入力される。３個の吸蔵部４３〜４５のうち、いずれか１個の吸蔵部をＮＯｘ放出モードで使用し、他の２個の吸蔵部をＮＯｘ吸蔵モードで使用するためである。第１切替弁４１の各流出口には、分岐通路Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３を介して、各吸蔵部４５，４４，４３の流入口がそれぞれ接続されている。
【００９７】
第２切替弁４２の各流入口は、分岐通路Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３を介して、各吸蔵部４５，４４，４３の流出口にそれぞれ接続されている。また、第２切替弁４２の各流出口のうち、１個の流出口は、還流通路Ｌ４を介して吸気通路Ｌ１に接続され、残りの２個の流出口は排気通路Ｌ２を介して大気に開放されている。
【００９８】
図１３に示すように、各切替弁４１，４２がそれぞれ切替位置（ａ）にある場合、第１吸蔵部４３及び第２吸蔵部４４には、通常燃焼状態のシリンダ２Ａ〜２Ｅからの排ガスが供給される。各吸蔵部４３，４４は、排ガス中のＮＯｘを吸蔵して除去し、清浄な排ガスを大気中に排出する。
【００９９】
第３吸蔵部４５には、ＮＯｘ放出用のシリンダ２Ｆからの排ガスが供給される。第３吸蔵部４５は、この未燃焼の燃料成分を含む排ガスを利用して、吸蔵していたＮＯｘを放出する。放出されたＮＯｘは、ＮＯｘ放出に使用されなかった他の燃料成分と一緒に、還流通路Ｌ４，吸気通路Ｌ１を介して、燃焼室５に還流する。
【０１００】
図１４に示すように、各切替弁４１，４２がそれぞれ切替位置（ｂ）にある場合、第１吸蔵部４３及び第３吸蔵部４５に、通常燃焼状態のシリンダ２Ａ〜２Ｅからの排ガスがそれぞれ供給される。第１吸蔵部４３及び第３吸蔵部４５は、排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排ガスを清浄化する。一方、シリンダ２Ｆからの未燃焼燃料成分を含む排ガスは、第２吸蔵部４４にのみ供給される。第２吸蔵部４４は、吸蔵していたＮＯｘを放出し、この放出されたＮＯｘは、残った燃料成分と共に燃焼室５に還流する。
【０１０１】
図１５に示すように、各切替弁４１，４２がそれぞれ切替位置（ｃ）にある場合、第２吸蔵部４４及び第３吸蔵部４５には、通常燃焼状態のシリンダ２Ａ〜２Ｅからの排ガスがそれぞれ供給される。シリンダ２Ｆからの排ガスは、第１吸蔵部４３にのみ供給される。これにより、第２，第３吸蔵部４４，４５は、排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、第１吸蔵部４３は、吸蔵していたＮＯｘを放出させる。なお、弁の切替位置と各吸蔵部の動作モードとの対応関係は、上述の例に限らない。
【０１０２】
このように、３個以上の吸蔵部４３〜４５を設け、所定の順番で切り替えながら交替で使用することができる。これにより、２個の吸蔵部によってＮＯｘをそれぞれ分担して吸蔵できる。なお、３個の吸蔵部４３〜４５のうち、いずれか１個をＮＯｘ吸蔵モードで使用し、他の２個をＮＯｘ放出モードで使用することも可能である。さらに、例えば、４個以上の吸蔵部を設ける場合、いずれか２個の吸蔵部をＮＯｘ吸蔵モードで使用し、残り２個の吸蔵部をＮＯｘ放出モードで使用することもできる。
【実施例１０】
【０１０３】
図１６〜図１８に基づいて、本発明の第１０の実施形態を説明する。本実施形態の特徴は、各シリンダ２Ａ〜２Ｆをそれぞれ同数ずつの２つのグループに分けて、いずれか一方のグループのシリンダを交替でリッチ燃焼させることにより、ＮＯｘ放出用のガスを得る点にある。
【０１０４】
図１６は、全体構成を示す説明図である。本実施形態の各シリンダ２Ａ〜２Ｆは、第１シリンダ群２Ａ〜２Ｃと第２シリンダ群２Ｄ〜２Ｆとにグループ化されている。第１シリンダ群２Ａ〜２Ｃは、第１排気マニホールド９Ａを介して、第１吸蔵部１２に接続されている。第２シリンダ群２Ｄ〜２Ｆは、第２排気マニホールド９Ｂを介して、第２吸蔵部１３に接続されている。各排気マニホールド９Ａ，９Ｂは、それぞれが接続されるシリンダ群の目標空燃比がリッチに設定される期間中、リッチ排気供給手段の一例である排気供給通路として機能する。それ以外の期間中、通常の排気マニホールドとして機能する。
【０１０５】
本実施形態では、各吸蔵部１２，１３の上流側に位置する第１切替弁が廃止され、第２切替弁１４のみが設けられている点に留意しなければならない。即ち、各吸蔵部１２，１３は、各シリンダ群に直接的に接続されている。本実施形態では、６個のシリンダ２Ａ〜２Ｆを２つのシリンダ群にグループ化し、各シリンダ群をそれぞれ各吸蔵部１２，１３に直結させる。そして、ＥＣＵ３２は、各シリンダ群のうち、いずれか一方のシリンダ群の目標空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定し、他方のシリンダ群を通常燃焼させる。即ち、本実施形態では、各シリンダ群の目標空燃比を交替で切り替えることにより、第１切替弁を不要としている。
【０１０６】
なお、各シリンダ群と各吸蔵部１２，１３とが直接的に接続されるとは、切替弁１１が不要であることを意味し、各シリンダ群と各吸蔵部１２，１３との間に、いかなる機器も介在しないという意味ではない。各シリンダ群と各吸蔵部１２，１３との間には、必要に応じて、例えば、酸化部や逆止弁等を設けることができる。
【０１０７】
図１６には、第１シリンダ群２Ａ〜２Ｃが通常燃焼状態におかれ、第２シリンダ群２Ｄ〜２Ｆがリッチ燃焼状態におかれている場合が示されている。これにより、第１シリンダ群２Ａ〜２Ｃからの通常の排ガスは、第１排気マニホールド９Ａを介して、第１吸蔵部１２に供給され、第１吸蔵部１２によりＮＯｘが除去された後、排気通路Ｌ２を介して大気中に排出される。一方、第２シリンダ群２Ｄ〜２Ｆからの未燃焼燃料成分を含む排ガスは、第２排気マニホールド９Ｂを介して、第２吸蔵部１３に供給され、第２吸蔵部１３に吸蔵されていたＮＯｘ放出に使用される。放出されたＮＯｘ及びＮＯｘ放出に使用されなかった未燃焼の燃料成分は、還流通路Ｌ４及び吸気通路Ｌ１を介して、各シリンダ２Ａ〜２Ｆの燃焼室５にそれぞれ還流される。
【０１０８】
図１７は、図１６に示す場合とは逆に、第１シリンダ群２Ａ〜２Ｃをリッチ燃焼させ、第２シリンダ群２Ｄ〜２Ｆを通常燃焼させる場合を示す。これにより、第１吸蔵部１２には、未燃焼の燃料成分を含む排ガスが供給され、第１吸蔵部１２に吸蔵されていたＮＯｘが放出される。一方、第２吸蔵部１３には、第２シリンダ群２Ｄ〜２Ｆから通常の排ガスが供給され、第２吸蔵部１３は、排ガスからＮＯｘを除去して清浄化する。
【０１０９】
図１８は、本実施形態による制御の概要を示すフローチャートである。まず、ある時点において、第１シリンダ群２Ａ〜２Ｃがリッチ燃焼状態、第２シリンダ群２Ｄ〜２Ｆが通常燃焼状態で運用されていると仮定する（Ｓ１１，Ｓ１２）。この場合は、図１７に示すように、第１吸蔵部１２はＮＯｘ放出モードで使用されることになり（Ｓ１３）、第２吸蔵部１３はＮＯｘ吸蔵モードで使用されることになる（Ｓ１４）。
【０１１０】
ＥＣＵ３２は、目標空燃比の設定切替時期が到来したか否かを監視しており（Ｓ１５）、所定の時期が到来したと判定した場合は（S15：YES）、切替指示を制御部１６に送信する（Ｓ１６）。ここで、所定の時期としては、例えば、一定時間の経過を挙げることができる。予め設定された固定のまたは可変の所定時間が経過した場合に、目標空燃比の設定切替時期が到来したものと判定することができる。また、例えば、定常走行時にＮＯｘ放出を行わせる等のように、エンジンの現在または過去の運転状態に基づいて、切替判定を行うこともできる。あるいは、ＮＯｘ吸蔵量を監視するセンサを設け、このセンサからの出力信号を考慮して、切替時期か否かを判定することもできる。
【０１１１】
制御部１６は、ＥＣＵ３２からの切替指示を受信すると、切替弁１４に制御信号を出力し、切替弁１４の位置を切り替える（Ｓ１７）。ＥＣＵ３２は、第１シリンダ群２Ａ〜２Ｃの目標空燃比をリッチ状態から理論空燃比近傍に変化させ（Ｓ１８）、第２シリンダ群２Ｄ〜２Ｆの目標空燃比を理論空燃比近傍からリッチ状態に変化させる（Ｓ１９）。
【０１１２】
切替弁１４の位置が切り替わり、また、各シリンダ群の目標空燃比がそれぞれ設定変更されることにより、図１６に示すように、第１シリンダ群２Ａ〜２Ｃから排出される通常の排ガスは、第１吸蔵部１２によってＮＯｘを除去された後、排気通路Ｌ２から大気中に排出される（Ｓ２０）。一方、第２シリンダ群２Ｄ〜２Ｆから排出される未燃焼の燃料成分を含む排ガスは、第２吸蔵部１３に吸蔵されたＮＯｘ放出に使用され、放出されたＮＯｘと共に燃焼室５に還流する（Ｓ２１）。なお、作動モードの切替によって、ＮＯｘが除去されていない排ガスが大気中に放出されないように、各シリンダ群の目標空燃比の設定変更時期と切替弁１４の切替時期とを適宜調節する。
【０１１３】
そして、再びＥＣＵ３２は、切替時期が到来したか否かを判定し（Ｓ２２）、切替時期が到来した場合は、制御部１６に切替指示を出力する（Ｓ２３）。制御部１６は、この切替指示に応じて、切替弁１４の位置を切り替える（Ｓ２４）。また、ＥＣＵ３２は、第１シリンダ群２Ａ〜２Ｃの目標空燃比をリッチに、第２シリンダ群２Ｄ〜２Ｆの目標空燃比を理論空燃比近傍に、それぞれ設定変更する（Ｓ２５，Ｓ２６）。これにより、図１７に示すように、第１吸蔵部１２はＮＯｘ放出モードで使用され（Ｓ２７）、第２吸蔵部１３はＮＯｘ吸蔵モードで使用される（Ｓ２８）。
【０１１４】
本実施形態は、このように構成されるので、前記第７の実施形態と同様の作用効果を発揮する。これに加えて、本実施形態では、エンジン１の各シリンダ２Ａ〜２Ｆを第１シリンダ群２Ａ〜２Ｃと第２シリンダ群２Ｄ〜２Ｆとにグループ化し、第１シリンダ群２Ａ〜２Ｃに第１吸蔵部１２を直接的に接続し、第２シリンダ群２Ｄ〜２Ｆに第２吸蔵部１３を直接的に接続し、各吸蔵部１２，１３の下流側には各吸蔵部１２，１３の流出口を大気中または燃焼室５のいずれかに接続する切替弁１４を設け、各シリンダ群の目標空燃比を交互にリッチに設定する構成としたので、各吸蔵部１２，１３と各シリンダ群との間に切替弁１１を設ける必要がなく、構成を簡素化することができる。
【実施例１１】
【０１１５】
図１９〜図２２に基づいて、本発明の第１１の実施形態を説明する。本実施形態の特徴は、各シリンダ２Ａ〜２Ｆにそれぞれ吸蔵部６１〜６６を直接的に接続し、各シリンダ２Ａ〜２Ｆを順番に切替ながらリッチ燃焼させる点にある。
【０１１６】
図１９の全体構成図に示すように、本実施形態のエンジン１の各シリンダ２Ａ〜２Ｆは、それぞれ排ガス供給通路Ｌ３１Ａ〜Ｌ３１Ｆを介して、各吸蔵部６１〜６６にそれぞれ接続されている。即ち、各シリンダ２Ａ〜２Ｆには、それぞれ専用の吸蔵部６１〜６６が直接的に接続されている。
【０１１７】
各吸蔵部６１〜６６の下流側には、各吸蔵部６１〜６６の流出口をそれぞれ燃焼室５または大気中のいずれかに接続させるための切替弁７０が設けられている。この切替弁７０は、例えば、シリンダ数に応じた数だけ２方切替弁７１〜７６を設けることにより、実現することができる。
【０１１８】
各２方切替弁７１〜７６の流入口は、各吸蔵部６１〜６６にそれぞれ接続されており、各２方切替弁７１〜７６の一方の流出口は還流通路Ｌ４にそれぞれ接続され、各２方切替弁７１〜７６の他方の流出口は排気通路Ｌ２にそれぞれ接続されている。従って、各２方切替弁７１〜７６の弁位置を切り替えることにより、各２方切替弁７１〜７６を燃焼室５または大気中のいずれかに個別に接続することができる。
【０１１９】
図１９では、シリンダ２Ｆのみがリッチ燃焼され、他のシリンダ２Ａ〜２Ｅがそれぞれ通常燃焼の場合を示している。この場合、シリンダ２Ｆに接続される第６吸蔵部６６のみがＮＯｘ放出モードで使用され、他の吸蔵部６１〜６５はそれぞれＮＯｘ吸蔵モードで使用される。そして、第６吸蔵部６６に接続された切替弁７６により、第６吸蔵部６６は還流通路Ｌ４から吸気通路Ｌ１を介して、各シリンダ２Ａ〜２Ｆの燃焼室５にそれぞれ接続される。これにより、第６吸蔵部６６から放出されたＮＯｘ及び残りの未燃焼燃料成分は、各燃焼室５にそれぞれ還流する。他の吸蔵部６１〜６５は、各シリンダ２Ａ〜２Ｅからの排ガスからＮＯｘをそれぞれ除去する。ＮＯｘが除去されて清浄化された排ガスは、切替弁７１〜７５から排気通路Ｌ２を介して、大気中に排出される。
【０１２０】
図２０は、シリンダ２Ｅのみをリッチ燃焼させた場合の様子を示す。この場合、シリンダ２Ｅに接続される第５吸蔵部６５のみがＮＯｘ放出モードで使用され、他の吸蔵部６１〜６４及び６６は、それぞれＮＯｘ吸蔵モードで使用される。
【０１２１】
同様に、図２１は、シリンダ２Ａのみをリッチ燃焼させた場合を示す。シリンダ２Ａに接続される第１吸蔵部６１のみがＮＯｘ放出モードで使用され、他の吸蔵部６２〜６６はそれぞれＮＯｘ吸蔵モードで使用される。
【０１２２】
図２２は、ＥＣＵ３２及び制御部１６の動作概略を示すフローチャートである。まず、ＥＣＵ３２は、シリンダ２Ａ〜２Ｆのうちいずれか一つのシリンダを選択するためのシリンダ番号ＣＮに初期値としての「１」をセットする（Ｓ３１）。同様に、制御部１６は、吸蔵部６１〜６６のうちいずれか一つの吸蔵部を選択するための吸蔵部番号ＡＮに初期値としての「１」をセットする（Ｓ３２）。
【０１２３】
ＥＣＵ３２は、シリンダ番号ＣＮで指定されたシリンダの目標空燃比を理論空燃比よりもリッチに設定する（Ｓ３３）。制御部１６は、切替弁７０に制御信号を出力することにより、吸蔵部番号ＡＮで指定された吸蔵部を還流通路Ｌ４に接続させる（Ｓ３４）。
【０１２４】
また、ＥＣＵ３２は、他のシリンダの目標空燃比を理論空燃比近傍に設定し（Ｓ３５）、制御部１６は、他の吸蔵部をそれぞれ排気通路Ｌ２に接続させる（Ｓ３６）。これにより、いずれか一つの吸蔵部をＮＯｘ放出モードで使用し、他の吸蔵部をＮＯｘ吸蔵モードで使用することができる。
【０１２５】
そして、ＥＣＵ３２は、切替時期が到来したか否かを判定する（Ｓ３７）。切替時期が到来したか否かの判定は、前記実施形態で述べたように、時間経過やエンジン運転状態等に基づいて行うことができる。
【０１２６】
ＥＣＵ３２は、切替時期が到来したと判定した場合（S37：YES）、制御部１６に切替指示を出力する（Ｓ３８）。制御部１６は、切替指示を受信すると、吸蔵部選択番号ＡＮを１つだけインクリメントさせる（Ｓ３９）。ＥＣＵ３２も、シリンダ選択番号ＣＮを１つだけインクリメントさせる（Ｓ４０）。
【０１２７】
ここで、ＥＣＵ３２は、シリンダ選択番号ＣＮが上限値ＣＮmaxを超えたか否かを判定する（Ｓ４１）。本実施例では６気筒エンジンを例示するので、上限値ＣＮmaxは、シリンダ数の「６」である。Ｓ４０でシリンダ選択番号ＣＮを１だけインクリメントさせた結果、シリンダ選択番号ＣＮの値が上限値ＣＮmaxを超えた場合（S41：YES  つまり、ＣＮ＝７）、シリンダ選択番号ＣＮを初期値である「１」に戻す（Ｓ４２）。シリンダ選択番号ＣＮの値が上限値ＣＮmaxを超えない場合（S41：NO）、Ｓ３３に戻る。このようにして、ＣＮが所定数に達する毎にカウンタをリセットすることにより、各シリンダを順番に繰り返して、周期的に選択する。
【０１２８】
同様に、制御部１６も、吸蔵部選択番号ＡＮを１だけインクリメントさせた後（Ｓ３９）、吸蔵部選択番号ＡＮの値が上限値ＡＮmaxを超えたか否かを判定する（Ｓ４３）。本実施例では、各シリンダ毎にそれぞれ専用の吸蔵部を設け、各シリンダと各吸蔵部とが一対一で対応しているため、吸蔵部選択番号ＡＮの上限値ＡＮmaxは、ＣＮmaxと同一の値、即ち「６」となっている。吸蔵部選択番号ＡＮの値が上限値ＡＮmaxを超えない場合（S43：NO）、Ｓ３４に戻る。これに対し、吸蔵部選択番号ＡＮの値が上限値ＡＮmaxを超えた場合（S43：YES  つまり、ＡＮ＝７）、制御部１６は、吸蔵部選択番号ＡＮを初期値である「１」にセットする（Ｓ４４）。
【０１２９】
以上のように、リッチ燃焼させるシリンダの制御と吸蔵部のモード制御（切替弁制御）とは、同期させることができる。これにより、所定の順番に従って所定のシリンダがリッチ燃焼状態におかれ、このシリンダに接続された吸蔵部のみがＮＯｘ放出モードで使用される。なお、いずれか一つの吸蔵部のみをＮＯｘ放出モードで使用する場合を説明したが、これに限らず、複数の吸蔵部をそれぞれＮＯｘ放出モードで使用してもよい。
【０１３０】
このように、本実施形態では、各シリンダ２Ａ〜２Ｆ毎にそれぞれ専用の吸蔵部６１〜６６を直接的に接続し、各吸蔵部６１〜６６の下流側には、各吸蔵部６１〜６６を燃焼室５または大気中のいずれかに個別に接続可能な切替弁７０を設け、各シリンダ２Ａ〜２Ｆのうちいずれか一つまたは複数のシリンダを順番にリッチ燃焼させる構成とした。従って、いずれの吸蔵部をＮＯｘ放出モードで使用し、いずれの吸蔵部をＮＯｘ吸蔵モードで使用するかを柔軟に設定することができる。
【０１３１】
なお、当業者であれば、各実施の形態に記載された本発明の要旨の範囲内で種々の追加や変更等が可能である。例えば、当業者は、前記各実施の形態を適宜組み合わせることができる。
【０１３２】
例えば、本発明の排ガス浄化装置に、従来の還元触媒や三元触媒等をさらに追加する構成も可能である。
【０１３３】
また、乗用車用エンジンに限らず、例えば、建設機械用エンジン、船舶用エンジン、農業機械用エンジン、発電用エンジン等の種々のエンジンに適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る排ガス浄化装置の全体構成図である。
【図２】各吸蔵部の切替動作を示す説明図であって、（ａ）は第１吸蔵部でＮＯｘを吸蔵し第２吸蔵部でＮＯｘを放出する状態を、（ｂ）は第１吸蔵部でＮＯｘを放出し第２吸蔵部でＮＯｘを吸蔵する状態を、それぞれ示す。
【図３】本実施形態によるＮＯｘ低減効果を示す特性図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る排ガス浄化装置の全体構成図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る排ガス浄化装置の全体構成図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る排ガス浄化装置の全体構成図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に係る排ガス浄化装置の全体構成図である。
【図８】本発明の第６の実施形態に係る排ガス浄化装置の全体構成図である。
【図９】本発明の第７の実施形態に係る排ガス浄化装置の全体構成図である。
【図１０】各吸蔵部の切替動作を示す説明図であって、（ａ）は第１吸蔵部でＮＯｘを吸蔵し第２吸蔵部でＮＯｘを放出する状態を、（ｂ）は第１吸蔵部でＮＯｘを放出し第２吸蔵部でＮＯｘを吸蔵する状態を、それぞれ示す。
【図１１】本発明の第８の実施形態に係る排ガス浄化装置の全体構成図である。
【図１２】本発明の第９の実施形態に係る排ガス浄化装置の全体構成図である。
【図１３】第１及び第２吸蔵部がＮＯｘを吸蔵し、第３吸蔵部がＮＯｘを放出する様子を示す説明図である。
【図１４】第１及び第３吸蔵部がＮＯｘを吸蔵し、第２吸蔵部がＮＯｘを放出する様子を示す説明図である。
【図１５】第２及び第３吸蔵部がＮＯｘを吸蔵し、第１吸蔵部がＮＯｘを放出する様子を示す説明図である。
【図１６】本発明の第１０の実施形態に係る排ガス浄化装置の全体構成図である。
【図１７】リッチ燃焼させるシリンダ群を交替させた場合の説明図である。
【図１８】目標空燃比制御と切替弁の切替制御との関係を示すフローチャートである。
【図１９】本発明の第１１の実施形態に係る排ガス浄化装置の全体構成図である。
【図２０】第５吸蔵部でＮＯｘを放出し、他の吸蔵部でＮＯｘを吸蔵する場合の説明図である。
【図２１】第１吸蔵部でＮＯｘを放出し、他の吸蔵部でＮＯｘを吸蔵する場合の説明図である。
【図２２】目標空燃比制御と切替弁の切替制御との関係を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３５】
１…エンジン、２…シリンダ、５…燃焼室、８…吸気マニホールド、９…排気マニホールド、１０…酸化部、１１…第１切替弁、１２…第１吸蔵部、１３…第２吸蔵部、１４…第２切替弁、１５…還元剤タンク、１６…制御部、Ｌ１…吸気通路、Ｌ２…排気通路、Ｌ３…還元剤供給通路、Ｌ４…還流通路、２１…第１吸蔵部、２１Ａ…酸化部、２１Ｂ…吸蔵材、２２…第２吸蔵部、２２Ａ…酸化部、２２Ｂ…吸蔵材、Ｌ５…外気導入通路、Ｌ６…排ガス導入通路、２Ａ〜２Ｆ…シリンダ、３１…燃料噴射装置、３２…エンジンコントロールユニット、Ｌ３１…排ガス供給通路、４１…第１切替弁、４２…第２切替弁、４３…第１吸蔵部、４４…第２吸蔵部、４５…第３吸蔵部、６１〜６６…吸蔵部、７１〜７６…２方切替弁
【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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