(57)【要約】【課題】還元剤添加ノズルの過熱による噴孔の詰まりの発生を抑制するようにした排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】排気浄化手段１５と、浄化手段１５へ一方Ｓ１から連通する第１部分通路２２ａと、浄化手段の他方Ｓ２から連通する第２部分通路２２ｂと、排気ガスの経路を第１部分通路２２ａから浄化手段１５へ流れる第１経路と、第２部分通路２２ｂから浄化手段１５へ流れる第２経路とで切替える切替手段２６と、切替手段２６の下流で還元剤を添加する還元剤添加ノズル３４と、添加ノズル３４の位置での排気ガス温を推定する温度検出手段３６とを有する排気ガス浄化装置において、温度検出手段３６による推定温度が所定温度以上である場合には、切替手段２６により浄化手段１５を通過し添加ノズル３４に到る排気ガスの量を減少させることを特徴とする、排気ガス浄化装置を提供する。【選択図】　　　図３
2004068761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス通路内に配置されて排気ガスを浄化する排気ガス浄化手段と、
該排気ガス浄化手段の一方の端面に連通する第１部分通路と、
上記排気ガス浄化手段の他方の端面に連通する第２部分通路と、
排気ガスの経路を、上記第１部分通路から上記排気ガス浄化手段を通り上記第２部分通路へ流れる第１経路と、上記第２部分通路から上記排気ガス浄化手段を通り上記第１部分通路へ流れる第２経路とで切替える経路切替手段と、
上記経路切替手段の下流にあって排気ガス通路に還元剤を添加することにより上記排気ガス浄化手段に還元剤を供給する還元剤添加ノズルと、
該還元剤添加ノズルの位置における排気ガスの温度を推定または検出する温度検出手段とを有する排気ガス浄化装置において、
上記温度検出手段により推定または検出された温度が所定温度以上である場合には、上記経路切替手段により上記排気ガス浄化手段を通過し上記還元剤添加ノズルに到る排気ガスの量を減少させることを特徴とする、排気ガス浄化装置。
【請求項２】
上記排気ガス浄化手段は、排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタと、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸蔵し流通する排気ガスの空燃比が小さくなり、且つ還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵剤の少なくとも何れかを含むことを特徴とする、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
上記排気ガス浄化手段をバイパスするバイパス通路を更に有し、上記経路切替手段が排気ガスの経路を、上記第１経路と、上記第２経路と、排気ガスが上記バイパス通路を流れるバイパス経路とで切替えることを特徴とする、請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
上記バイパス通路に上記排気ガス浄化手段とは別個の排気ガス浄化手段が配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
上記バイパス通路に配置された上記別個の排気ガス浄化手段は、酸化触媒、排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタ、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸蔵し流通する排気ガスの空燃比が小さくなり、且つ還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵剤のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする、請求項４に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項６】
上記還元剤添加ノズルが上記第１部分通路に設けられており、上記温度検出手段により推定または検出された温度が所定温度以上である場合には、排気ガスの経路が上記第２経路とならないようにされることを特徴とする、請求項１から５の何れか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項７】
上記還元剤添加ノズルは上記第１部分通路に設けられ、上記バイパス通路に配置された上記別個の排気ガス浄化手段は排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタを含んでいて、上記温度検出手段により推定または検出された温度が所定温度以上である場合には、排気ガスの経路が上記バイパス経路とされることを特徴とする、請求項４または５に記載の排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車等に搭載される筒内噴射型の内燃機関、例えばディーゼル機関では、排気ガス中に含まれる煤等の排気微粒子や窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去することが要求されている。そしてこのような要求に対し、ＮＯｘ吸蔵剤、パティキュレートフィルタ、もしくはＮＯｘ吸蔵剤が担持されたパティキュレートフィルタ等の排気ガス浄化手段を内燃機関の排気ガス通路に配置する方式の排気ガス浄化装置が提案されている。
【０００３】
このような排気ガス浄化装置としては、上述のような排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの流量を調整できるものが公知であり、その中には排気ガスの流れの方向を反転することができるものもある（例えば特開２００１−３４２８２１号公報）。
【０００４】
これは、通常使用時において、排気ガス浄化手段を流通する排気ガスの方向を反転することにより、排気ガス浄化手段内の位置による排気微粒子捕集量やＮＯｘ吸蔵量の偏りを緩和して、排気ガス浄化手段を効率的に利用しようとするものである。また、排気ガス浄化手段がパティキュレートフィルタを含む場合であれば、排気ガスの流通方向を反転することにより、パティキュレートフィルタに堆積したアッシュ（灰分）を離脱させることによって、パティキュレートフィルタの詰まりを防止する効果もある。
【０００５】
一方、上述したような排気ガス浄化装置に排気ガス浄化手段として用いられるＮＯｘ吸蔵剤は、排気ガスの空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の空燃比が小さくなり、且つ排気ガス中にＨＣやＣＯ等の還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを還元浄化する作用（ＮＯｘの吸蔵離脱及び還元浄化作用）を有する。そしてこの作用を利用して、排気ガスの空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵させ、一定期間使用してＮＯｘ吸蔵剤の吸蔵効率が低下した時または低下する前にＮＯｘ吸蔵剤の上流において還元剤（燃料）を添加する等して、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵したＮＯｘの還元浄化を行うようにしている。
【０００６】
ところで、内燃機関の燃料には硫黄（Ｓ）成分が含まれている場合があり、この場合には排気ガス中に硫黄酸化物（ＳＯｘ）が含まれることとなる。排気ガス中にＳＯｘが存在するとＮＯｘ吸蔵剤はＮＯｘの吸蔵作用を行うのと全く同じメカニズムで排気ガス中のＳＯｘの吸蔵を行う。
【０００７】
ところが、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されたＳＯｘは比較的安定であり、一般にＮＯｘ吸蔵剤に蓄積されやすい傾向がある。ＮＯｘ吸蔵剤のＳＯｘ蓄積量が増大すると、ＮＯｘ吸蔵剤のＮＯｘ吸蔵容量が減少して排気ガス中のＮＯｘの除去を十分に行うことができなくなるため、ＮＯｘの浄化効率が低下するいわゆる硫黄被毒（Ｓ被毒）の問題が生じる。特に、燃料として比較的硫黄成分を多く含む軽油を使用するディーゼルエンジンにおいてはこの硫黄被毒の問題が生じやすい。
【０００８】
一方、ＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されたＳＯｘについても、ＮＯｘと同じメカニズムで離脱させることが可能であることが知られている。しかし、ＳＯｘは比較的安定した形でＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されるため、通常のＮＯｘの還元浄化制御が行われる温度（例えば２５０℃程度以上）ではＮＯｘ吸蔵剤に吸蔵されたＳＯｘを離脱させることは困難である。このため、硫黄被毒を解消するためには、ＮＯｘ吸蔵剤を通常のＮＯｘ還元浄化制御時より高い温度、すなわち硫黄分離脱温度（例えば６００℃以上）に昇温し、且つ流入する排気ガスの空燃比をほぼ理論空燃比またはリッチ（以下、単にリッチという）にする硫黄被毒再生制御を定期的に行う必要がある。そして、硫黄被毒再生を実施するためにＮＯｘ吸蔵剤を高温且つリッチの状態にする方法としては、ＮＯｘ吸蔵剤の上流において還元剤を添加し、還元剤の反応によってＮＯｘ吸蔵剤を昇温すると共にほぼ理論空燃比またはリッチ雰囲気を作り出す方法がある。
【０００９】
また、上記排気ガス浄化手段がパティキュレートフィルタを含む場合であれば、排気ガス中に含まれる煤等の排気微粒子はパティキュレートフィルタにより捕集されて除去されるが、そのパティキュレートフィルタ上に蓄積された排気微粒子を着火燃焼させるために、パティキュレートフィルタの上流において還元剤を添加する場合もある。
【００１０】
以上のように、上記のような排気ガス浄化手段を有する排気ガス浄化装置においては、その排気ガス浄化手段を再生（ＮＯｘの離脱及び還元浄化、硫黄被毒再生、捕集排気微粒子の燃焼等）するための制御等において排気ガス浄化手段の上流で還元剤の添加を行う必要がある場合があり、そのために排気ガス浄化手段の上流において還元剤を添加する還元剤添加ノズルを有している。
【００１１】
ところが、この還元剤添加ノズルにおいては、その先端部分の温度が高くなるとノズル先端部分内の油溜り内に残留している還元剤が変質して固まるため、噴孔の詰まりが発生し易くなる。噴孔の詰まりが発生すると意図した量の還元剤の添加が実施できず、上述したような排気ガス浄化手段の再生制御を良好に実施することができなくなる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、上記排気ガス浄化手段（ＮＯｘ吸蔵剤やパティキュレートフィルタ等）の上流で還元剤を添加する還元剤添加ノズルを有する排気ガス浄化装置において、上記還元剤添加ノズルの噴孔における詰まりの発生を抑制するようにした排気ガス浄化装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された排気ガス浄化装置を提供する。
１番目の発明は、排気ガス通路内に配置されて排気ガスを浄化する排気ガス浄化手段と、該排気ガス浄化手段の一方の端面に連通する第１部分通路と、上記排気ガス浄化手段の他方の端面に連通する第２部分通路と、排気ガスの経路を、上記第１部分通路から上記排気ガス浄化手段を通り上記第２部分通路へ流れる第１経路と、上記第２部分通路から上記排気ガス浄化手段を通り上記第１部分通路へ流れる第２経路とで切替える経路切替手段と、上記経路切替手段の下流にあって排気ガス通路に還元剤を添加することにより上記排気ガス浄化手段に還元剤を供給する還元剤添加ノズルと、該還元剤添加ノズルの位置における排気ガスの温度を推定または検出する温度検出手段とを有する排気ガス浄化装置において、上記温度検出手段により推定または検出された温度が所定温度以上である場合には、上記経路切替手段により上記排気ガス浄化手段を通過し上記還元剤添加ノズルに到る排気ガスの量を減少させることを特徴とする、排気ガス浄化装置を提供する。
【００１４】
上記還元剤添加ノズルは、その先端部分の温度が高くなるとノズル先端部分内の油溜り内に残留している還元剤が変質して固まるため、噴孔が詰まり易くなる。また、排気ガス浄化手段を通過した排気ガスは排気ガス浄化手段において排気ガス中に含まれる還元剤が反応する等の理由により排気ガス浄化手段が高温になっているため、特に高温となる傾向がある。本発明によれば、還元剤添加ノズルの位置における排気ガスの温度が所定温度以上である場合には、高温の排気ガス浄化手段を通過してから還元剤添加ノズルに到る排気ガスの量が減少させられるので、還元剤添加ノズルの噴孔における詰まりの発生を抑制することができる。
【００１５】
２番目の発明は１番目の発明において、上記排気ガス浄化手段は、排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタと、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸蔵し流通する排気ガスの空燃比が小さくなり、且つ還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵剤の少なくとも何れかを含むことを特徴とする。
上記排気ガス浄化手段がパティキュレートフィルタを含めば煤等の排気微粒子を、ＮＯｘ吸蔵剤を含めばＮＯｘを、夫々排気ガス中から除去することが可能となる。
【００１６】
３番目の発明は１番目または２番目の発明において、上記排気ガス浄化手段をバイパスするバイパス通路を更に有し、上記経路切替手段が排気ガスの経路を、上記第１経路と、上記第２経路と、排気ガスが上記バイパス通路を流れるバイパス経路とで切替えることを特徴とする。
本発明によっても１番目の発明とほぼ同様の作用及び効果が得られる。
【００１７】
４番目の発明は３番目の発明において、上記バイパス通路に上記排気ガス浄化手段とは別個の排気ガス浄化手段が配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、上記経路切替手段により排気ガスの経路がバイパス経路に切替えられた場合であっても、上記別個の排気ガス浄化手段によって排気ガスが浄化されるので、排気ガスが全く浄化されずに外部へ放出されることが防止される。
【００１８】
５番目の発明は４番目の発明において、上記バイパス通路に配置された上記別個の排気ガス浄化手段は、酸化触媒、排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタ、流通する排気ガスの空燃比がリーンの時にＮＯｘを吸蔵し流通する排気ガスの空燃比が小さくなり、且つ還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵剤のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする。
これにより、上記別個の排気ガス浄化手段が酸化触媒を含めばＨＣやＣＯ等を、パティキュレートフィルタを含めば煤等の排気微粒子を、ＮＯｘ吸蔵剤を含めばＮＯｘを、夫々排気ガス中から除去することが可能となる。
【００１９】
６番目の発明は１番目から５番目の何れかの発明において、上記還元剤添加ノズルが上記第１部分通路に設けられており、上記温度検出手段により推定または検出された温度が所定温度以上である場合には、排気ガスの経路が上記第２経路とならないようにされることを特徴とする。
上記還元剤添加ノズルが上記第１部分通路に設けられている場合に、排気ガスの経路を上記第２経路とすると、排気ガスは排気ガス浄化手段を通過してから上記還元剤添加ノズルに到ることとなる。本発明によれば、上記還元剤添加ノズルの位置における排気ガスの温度が所定温度以上である場合には、排気ガスの経路が上記第２経路とならないようにされるので、１番目の発明とほぼ同様の作用及び効果が得られる。
【００２０】
７番目の発明は４番目または５番目の発明において、上記還元剤添加ノズルは上記第１部分通路に設けられ、上記バイパス通路に配置された上記別個の排気ガス浄化手段は排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタを含んでいて、上記温度検出手段により推定または検出された温度が所定温度以上である場合には、排気ガスの経路が上記バイパス経路とされることを特徴とする。上述したように、上記還元剤添加ノズルが上記第１部分通路に設けられている場合に、排気ガスの経路を上記第２経路とすると、排気ガスは排気ガス浄化手段を通過してから上記還元剤添加ノズルに到ることとなる。この場合、上記還元剤添加ノズルは排気ガス浄化手段で昇温されて特に高温となった排気ガスに晒され、その噴孔に詰まりが生じる可能性が高くなる。一方、排気ガスの経路を上記第１経路にした場合であっても、機関から排出される排気ガス自体が高温である場合には、上記還元剤添加ノズルはやはり高温の排気ガスに晒されることとなり、その噴孔に詰まるが生じる可能性は高い。
【００２１】
本発明によれば、上記還元剤添加ノズルの位置における排気ガスの温度が所定温度以上である場合には、排気ガスの経路が上記バイパス経路とされるので、上記還元剤添加ノズルが高温の排気ガスに晒されなくなり、その噴孔における詰まりの発生が確実に抑制される。更に本発明では、上記バイパス通路に配置された上記別個の排気ガス浄化手段が排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタを含んでいるので、外部への排気微粒子の放出も防止できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。尚、図面において、同一又は類似の構成要素には共通の参照番号を付す。
図１は本発明をディーゼルエンジンへ適用した場合を示している。図１において、２は機関（エンジン）本体、４は吸気通路、６は排気ガス通路をそれぞれ示す。排気ガス通路６には排気ガス浄化器１０が設けられるが、この部分に設置される排気ガス浄化器１０については、後に構成の異なる二つの排気ガス浄化器２０、３０を例にとって詳細に説明する。
【００２３】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）８は、ＣＰＵ（中央演算装置）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の形式のディジタルコンピュータからなり、機関本体２と信号をやり取りして燃料噴射量制御等のエンジンの基本制御を行う他、以下で述べるように本発明の各実施形態においては、排気ガス浄化器の各構成要素とも信号のやり取りを行いその制御も行う。
【００２４】
図２は、図１に示されている排気ガス浄化器１０の部分に設置されて排気ガス通路６の一部を構成する、排気ガス浄化器２０の外観を模式的に示した説明図であり、図２（ａ）及び（ｂ）がそれぞれ上面図及び側面図を示している。また、図３（ａ）及び（ｂ）には、それぞれ、上方及び側方から見た場合の断面図が示され、排気ガス浄化器２０の内部の排気ガスの流れが示されている。
【００２５】
図２に示すように排気ガス浄化器２０は、基幹通路１８と、基幹通路１８に接続された環状通路２２とを備えており、環状通路２２には第１排気ガス浄化手段が配置されている。本排気ガス浄化器２０において第１排気ガス浄化手段は、排気ガス中の排気微粒子を除去する手段であるパティキュレートフィルタ１４にＮＯｘ吸蔵剤１２が担持されたもの（以下、ＮＯｘ吸蔵剤１２とパティキュレートフィルタ１４を特に区別する必要がない場合には「ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５」という）である。基幹通路１８と環状通路２２との接続部分には、経路切替部２４が設けられている。経路切替部２４は、排気ガスの経路を切替えると共にＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を流通する排気ガスの流量を調整する経路切替調整弁２６と、経路切替調整弁２６を駆動するための駆動部２８とを備えている。経路切替部２４は、４つの通路が接続された二組の対向面を有している。一方の組の対向面には、基幹通路１８を構成する二つの部分基幹通路１８ａ、１８ｂが接続されており、他方の組の対向面には、環状通路２２を構成する二つの部分環状通路２２ａ、２２ｂが接続されている。
【００２６】
第１の部分環状通路２２ａは、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５の第１の面Ｓ１側に通じており、第２の部分環状通路２２ｂは、第２の面Ｓ２側に通じている。また、下流側の部分基幹通路１８ｂには第２排気ガス浄化手段として酸化触媒３２が配置されている。下流側の部分基幹通路１８ｂは、環状通路２２のＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を内蔵している部分を囲むように形成されている。
【００２７】
更に、排気ガス浄化器２０は、還元剤添加部を第１の部分環状通路２２ａに備えており、この還元剤添加部はＮＯｘ吸蔵剤１２及びパティキュレートフィルタ１４の浄化制御の際等に還元剤を環状通路２２内に添加するために使用される。還元剤添加部は、還元剤添加ノズル３４と還元剤供給ポンプ（図示無し）とを備えており、還元剤供給ポンプから供給された還元剤は、還元剤添加ノズル３４によって第１の部分環状通路２２ａ内に、ＥＣＵ８の制御によって適切なやり方で添加される。なお、本明細書で説明する排気ガス浄化装置においては、還元剤の貯蔵、補給等の際の煩雑さを避けるため、ディーゼルエンジン２の燃料である軽油を還元剤として使用している。
【００２８】
また、排気ガス浄化器２０は、第２の部分環状通路２２ｂに排気ガスの温度を検出するための温度センサ３６が設けられている。この温度センサ３６はＥＣＵ８に接続されていて、検出結果はＥＣＵ８に与えられる。
経路切替部２４と還元剤添加部とはＥＣＵ８によって制御される。具体的には、ＥＣＵ８は、経路切替部２４の駆動部２８に接続されており、駆動部２８を制御することにより、経路切替調整弁２６の動作を制御する。また、ＥＣＵ８は、還元剤添加部の還元剤添加ノズル３４に接続されており、還元剤添加ノズル３４を制御することにより、還元剤添加ノズル３４の還元剤添加動作を制御する。
【００２９】
排気ガス浄化器２０に流入した排気ガスは、以下で説明するように必ず基幹通路１８を通り、選択的に環状通路２２を通る。
図３（ａ）、（ｂ）は、経路切替調整弁２６が第１の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している。この場合、排気ガス浄化器２０に流入した排気ガスは、上流側の部分基幹通路１８ａを通って経路切替部２４に流入し、第１の部分環状通路２２ａと第２の部分環状通路２２ｂとをこの順序で通って、経路切替部２４に戻る（この経路を「第１経路」とする）。この時、排気ガスは、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を第１の面Ｓ１から第２の面Ｓ２に向かって流れる。経路切替部２４に戻った排気ガスは、下流側の部分基幹通路１８ｂに流入し、酸化触媒３２を通過した後に排気ガス浄化器２０から排出される。なお、酸化触媒３２を通過した排気ガスは、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、部分基幹通路１８ｂの環状通路２２のＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を内蔵している部分を囲むように形成されている部分を通る。
【００３０】
図４は、経路切替調整弁２６が第２の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している図３（ａ）と同様の図である。この場合、排気ガスは、図３（ａ）の場合とほぼ同様に流れるが、環状通路２２を流れる方向が反転している。すなわち、経路切替部２４に流入した排気ガスは、第２の部分環状通路２２ｂと第１の部分環状通路２２ａとをこの順序で通って、経路切替部２４に戻る（この経路を「第２経路」とする）。この時、排気ガスはＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を第２の面Ｓ２から第１の面Ｓ１に向かって流れる。このように、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を流通する排気ガスの流れを反転することができるので、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５内の位置による排気微粒子捕集量及びＮＯｘ吸蔵量等の偏りを緩和してパティキュレートフィルタ１４及びパティキュレートフィルタ１４に担持されているＮＯｘ吸蔵剤１２を効率良く使用することができる。また、排気ガスの流通方向を反転することにより、パティキュレートフィルタに堆積したアッシュ（灰分）を離脱させることによって、パティキュレートフィルタ１４の詰まりを防止する効果もある。
【００３１】
図５は、経路切替調整弁２６が上記第１の位置と第２の位置との中間である第３の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している図３（ａ）及び図４と同様の図である。なお、経路切替調整弁２６を第１の位置と第２の位置とで切替える際には、経路切替調整弁２６は一時的に第３の位置となる。経路切替調整弁２６が第３の位置に位置している場合、経路切替部２４に流入した排気ガスは、殆どがそのまま下流側の部分基幹通路１８ｂに流入して酸化触媒３２を通過した後に、排気ガス浄化器２０から排出される（この経路を「バイパス経路」とする）。
【００３２】
上記のように、経路切替調整弁２６が第１または第２の位置にある場合には、排気ガスはＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を通過し、更に酸化触媒３２を通過する。一方、経路切替調整弁２６が第３の位置にある場合には、殆どの排気ガスはＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５をバイパスし、酸化触媒３２のみを通過して排気ガス浄化器２０から排出される。したがって、通常状態においては、排気ガスがＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５と酸化触媒３２とを通過して浄化されるように、経路切替調整弁２６は第１または第２の位置にある。そして必要に応じて、その位置が駆動部２８により第１の位置と第２の位置の間で調整される。
【００３３】
図６にＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５の拡大断面図を示す。図６を参照すると、パティキュレートフィルタ１４は多孔質セラミックから成り、排気ガスは矢印で示されるように図中左から右に向かって流れる。パティキュレートフィルタ１４内には、上流側に栓３４が施された第１通路３８と下流側に栓４２が施された第２通路４４とが交互に配置されハニカム状をなしている。排気ガスが図中左から右に向かって流れると、排気ガスは第２通路４４から多孔質セラミックの隔壁を通過して第１通路３８に流入し、下流側に流れる。この時、排気ガス中の排気微粒子（パティキュレート）は多孔質セラミックによって捕集されて排気ガス中から除去され、排気微粒子の外部への放出が防止される。
【００３４】
また、第１通路３８および第２通路４４の隔壁の表面及び内部の細孔内にはＮＯｘ吸蔵剤１２が担持されている。ＮＯｘ吸蔵剤１２は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とから成る。ＮＯｘ吸蔵剤１２は流入排気ガス（すなわち、本排気ガス浄化器２０の構成においてはＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を流通する排気ガス）の空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸蔵し、ＮＯｘ吸蔵剤流入排気ガスの空燃比が小さくなり、且つ還元剤が存在していれば吸蔵したＮＯｘを離脱して還元浄化する作用（ＮＯｘの吸蔵離脱及び還元浄化作用）を有する。
【００３５】
図１に示した構成ではディーゼルエンジンが使用されているため、通常状態の時の排気ガス空燃比はリーンであり、ＮＯｘ吸蔵剤１２は通常状態の時には排気ガス中のＮＯｘの吸蔵を行う。そして、一定期間使用してＮＯｘ吸蔵剤１２のＮＯｘ吸蔵効率が低下する等した場合には、ＮＯｘ吸蔵剤１２からＮＯｘを離脱させて還元する必要が生じる。本排気ガス浄化器２０においては、このようなＮＯｘ吸蔵剤１２からのＮＯｘの離脱及び還元浄化が必要になった場合には、還元剤添加部の還元剤添加ノズル３４からＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５上流側の排気ガス通路、すなわち第１の部分環状通路２２ａに還元剤を供給してＮＯｘ吸蔵剤流入排気ガスの空燃比を小さくし且つ還元剤が存在する状態として、ＮＯｘ吸蔵剤１２から吸蔵したＮＯｘを離脱させると共に離脱させたＮＯｘを還元浄化するようにする。
【００３６】
一方、排気ガス中にＳＯｘ成分が含まれていると、ＮＯｘ吸蔵剤１２は上述のＮＯｘの吸蔵と同じメカニズムで排気ガス中のＳＯｘを吸蔵する。すなわち、排気ガスの空燃比がリーンの時、排気ガス中のＳＯｘ（例えばＳＯ２）は白金Ｐｔ上で酸化されてＳＯ３−、ＳＯ４−となり、酸化バリウムＢａＯと結合してＢａＳＯ４を形成する。ＢａＳＯ４は比較的安定であり、また、結晶が粗大化しやすいため一旦生成されると分解放出されにくい。このため、ＮＯｘ吸蔵剤１２中のＢａＳＯ４の生成量が増大するとＮＯｘの吸蔵に関与できるＢａＯの量が減少してしまいＮＯｘの吸蔵能力が低下してしまう。
【００３７】
この硫黄被毒を解消するためには、ＮＯｘ吸蔵剤１２中に生成されたＢａＳＯ４を高温で分解するとともに、これにより生成されるＳＯ３−、ＳＯ４−の硫酸イオンをスライトリーンを含むほぼ理論空燃比またはリッチ雰囲気（以下、単にリッチ雰囲気という）下で還元し、気体状のＳＯ２に転換してＮＯｘ吸蔵剤１２から離脱させる必要がある。すなわち、硫黄被毒を解消するためには、ＮＯｘ吸蔵剤１２を高温且つリッチ雰囲気の状態にする必要がある。
【００３８】
本排気ガス浄化器２０においては、このような硫黄被毒を解消する必要が生じた場合には、還元剤添加部の還元剤添加ノズル３４からＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５上流側の排気ガス通路、すなわち第１の部分環状通路２２ａに還元剤を供給し、還元剤の反応によってＮＯｘ吸蔵剤１２を昇温すると共にリッチ雰囲気を作り出すようにし、ＮＯｘ吸蔵剤１２から硫黄分を放出するようにする。
【００３９】
また、上述のように排気ガス中の排気微粒子はパティキュレートフィルタ１４によって捕集されるが、本排気ガス浄化器２０で用いるパティキュレートフィルタ１４のように、例えばアルカリ金属、アルカリ土類、希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とから成る触媒（本例ではＮＯｘ吸蔵剤１２）が担持されたパティキュレートフィルタ１４上においては、捕集された排気微粒子は、通常、排気ガスの熱によって着火燃焼され、パティキュレートフィルタ１４は再生され得る。しかしながら、排気微粒子量が多くなる等、何らかの原因で捕集された排気微粒子が完全に燃焼できなくなると、パティキュレートフィルタ１４上に排気微粒子が積層状に堆積してしまう場合が生じる。このようにパティキュレートフィルタ１４上に排気微粒子が積層状に堆積してしまうと、排気微粒子は着火燃焼しづらくなり通常温度の排気ガスの熱では着火しなくなる。したがって、この場合に排気微粒子を着火燃焼させてパティキュレートフィルタ１４を再生するためには、排気ガスの温度を更に高めることが必要となる。
【００４０】
排気ガス浄化器２０においては、このような堆積した排気微粒子を着火燃焼させてパティキュレートフィルタ１４を再生する必要が生じた場合に、還元剤添加部の還元剤添加ノズル３４からＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５上流側の排気ガス通路、すなわち第１の部分環状通路２２ａに還元剤を供給し、還元剤の反応によって排気ガス温度を高め、堆積した排気微粒子を着火燃焼させてパティキュレートフィルタ１４を再生する。
【００４１】
以上のように、ＮＯｘ吸蔵剤１２及びパティキュレートフィルタ１４（すなわちＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５）を利用している排気ガス浄化器２０においては、そのＮＯｘ吸蔵剤１２及びパティキュレートフィルタ１４を再生（上述のようなＮＯｘの離脱及び還元浄化、硫黄被毒の解消、捕集排気微粒子の燃焼等）するための制御等において還元剤添加ノズル３４から排気ガス通路内に還元剤の添加が行われる。ところが、この還元剤添加ノズル３４においては、その先端部分の温度が高くなるとノズル先端部分内の油溜り内に残留している還元剤が変質して固まるため、噴孔の詰まりが発生し易くなる。噴孔の詰まりが発生すると意図した量の還元剤の添加が実施できず、上述したような再生制御を良好に実施することができなくなる。
【００４２】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、排気ガス浄化器２０を用いた場合には、以下で図７を参照しつつ説明するような制御を行い、上記還元剤添加ノズル３４の噴孔における詰まりの発生を抑制する。図７は本排気ガス浄化器２０を用いて行われる制御のフローチャートである。
本制御がスタートすると、まずステップ１０１において還元剤添加ノズル３４の位置における排気ガスの温度ＴＮが推定される。本実施形態において温度ＴＮは温度センサ３６により検出された排気ガスの温度ＴＧに基づいて推定される。すなわち、例えば温度ＴＧと温度ＴＮとの関係を経路切替調整弁２６の位置（第１、第２、第３の位置）毎に予め求めておけば、温度ＴＧと経路切替調整弁２６の位置から温度ＴＮを推定することができる。また、温度センサを経路切替部２４の上流に設け、そこで検出される排気ガス温度に基づいて同様に温度ＴＮを推定してもよい。
【００４３】
更に、温度センサを設けずに内燃機関の運転状態に基づいて温度ＴＮを推定するようにしてもよい。すなわち、例えば温度ＴＮを機関負荷Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）及び機関回転数Ｎの関数として予め求めてマップにしておき、このマップに基づいて機関負荷Ｑ／Ｎと機関回転数Ｎとから温度ＴＮを求めることも可能である。この際、経路切替調整弁２６の位置毎にマップを作成しておいてもよい。
【００４４】
また、還元剤添加ノズル３４からの還元剤の添加によらず、いわゆる低温燃焼やポスト噴射等の内燃機関側の制御によってＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を再生（ＮＯｘの離脱及び還元浄化、硫黄被毒の解消、捕集排気微粒子の燃焼等）するための制御が実施される場合もある。このような制御が行われると、機関から排出される排気ガスの温度が高くなると共に、特にＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５の下流における排気ガスの温度が高くなる。したがって、このような制御の実施についても内燃機関の運転状態に関する要素として考慮し、経路切替調整弁２６の位置についても合わせて考慮して温度ＴＮを推定することによって、より正確な温度ＴＮの推定が可能となる。
【００４５】
更に、上述したような温度センサによって検出された温度に基づいて推定する方法と機関の運転状態に基づいて推定する方法とを組合せて温度ＴＮを推定するようにしてもよい。また、還元剤添加ノズル３４の近傍に温度センサを設け、その温度センサで検出される温度を温度ＴＮとしてもよい。
ステップ１０１において温度ＴＮが推定されると、続くステップ１０３において、温度ＴＮが予め定めた所定温度ＴＣと比較される。所定温度ＴＣは、還元剤添加ノズル３４の噴孔がノズル先端部分内の油溜り内に残留している還元剤が変質して固まるために詰まり易くなり始める温度であり、実験等によって予め定められる。したがって、ステップ１０３において温度ＴＮが所定温度ＴＣ未満であると判定された場合には、還元剤添加ノズル３４の噴孔において詰まりが生じる危険性の低い場合であるのでそのまま本制御は終了する。一方、温度ＴＮが所定温度ＴＣ以上である場合には還元剤添加ノズル３４の噴孔において詰まりが生じる危険性が高い場合であるので、ステップ１０５に進み、還元剤添加ノズル３４の噴孔における詰まりの発生を抑制するための処置がとられる。
【００４６】
すなわち、ステップ１０５においては経路切替調整弁２６が操作され、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を通過してから還元剤添加ノズル３４に到る排気ガスの量を減少させるようにする。より具体的には、例えば、経路切替調整弁２６が第１の位置または第３の位置にあるように操作され、排気ガスが第１経路またはバイパス経路で流れるようにされる。なお、経路切替調整弁２６が既にステップ１０５の制御において目標とする位置にある場合にはその位置が維持される。
【００４７】
排気ガスが第１経路またはバイパス経路で流れる場合には、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を通過し還元剤添加ノズル３４に到る排気ガスの量はほぼゼロとなる。ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５は排気ガス中に含まれる還元剤の反応等により高温となっている場合があり、それを通過した排気ガスが特に高温となる傾向がある。したがって、上述のように経路切替調整弁２６を第１の位置または第３の位置にあるように操作するなどして、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を通過してから還元剤添加ノズル３４に到る排気ガスの量を減少させることによって、還元剤添加ノズル３４がＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５によって昇温され特に高温となった排気ガスに晒される機会が低減されるなどして、還元剤添加ノズル３４の噴孔における詰まりの発生を抑制することができる。なお、以上の説明から明らかなように、ここでＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を通過してから還元剤添加ノズル３４に到る排気ガスの量を減少させることには、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を通過してから還元剤添加ノズル３４に到る排気ガスの量をほぼゼロとすることを含む。
【００４８】
また、特に、経路切替調整弁２６を第３の位置にあるように操作し、排気ガスがバイパス経路で流れるようにした場合には、還元剤添加ノズル３４の設けられた排気ガス通路を排気ガスが殆ど流通しなくなるので、機関から排出された排気ガス自体が高温である場合においても還元剤添加ノズル３４が高温の排気ガスに晒される機会を低減することができる。但し、この場合には、排気ガスは第２排気ガス浄化手段である酸化触媒３２のみを通過して外部へ放出される点に留意する必要がある。すなわち、排気ガスが第１経路で流れるようにされた場合には、排気ガスはＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を通過した後、更に酸化触媒３２を通過して外部へ放出されるので、バイパス経路を流れた排気ガスに比べてＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ１５を通過する分だけ浄化されて外部へ放出される。
【００４９】
ここで、特に、排気微粒子の除去に関してはバイパス経路とした場合と第１経路とした場合とで相当の差があると考えられる。したがって、この点を考慮すると排気ガス浄化器２０の構成ではステップ１０５において経路切替調整弁２６を第１の位置にあるように操作し、排気ガスが第１経路で流れるようにすることが望ましい。
【００５０】
その一方、ステップ１０５において排気ガスが第１経路で流れるようにすると、機関から排出される排気ガス自体が高温である場合には、還元剤添加ノズル３４の噴孔における詰まりの発生を十分に抑制できない場合が生じる可能性がある。これに対しては、還元剤添加ノズル３４の取付け部分の構成を図８のようにし、排気ガスが第１経路で流れた場合に排気ガスの熱の影響を受け難い構成とすることができる。図８は還元剤添加ノズル３４の取付け部分の構成についての一例を示す拡大略示図であるが、この図のように還元剤添加ノズル３４を排気ガス通路から引込んだ状態で取付けることによって、排気ガスが図８中に矢印で表示したように第１経路で流れた場合に還元剤添加ノズル３４が排気ガスに直接晒されることを防止することができる。これにより、排気ガスが第１経路で流れた場合については、流通する排気ガスが高温であっても還元剤添加ノズル３４の噴孔における詰まりの発生をある程度抑制することができる。なお、同様の目的を達成するために還元剤添加ノズル３４の周りに冷却水を導く等、他の構成をとってもよい。
【００５１】
ステップ１０５において経路切替調整弁２６を第１の位置と第３の位置の何れにあるように操作するかは、上述したような排気ガスの浄化や装置の構成等を考慮して、事前に何れか一方に操作するように設定しておいてもよいし、温度ＴＮと所定温度ＴＣとの差に応じて決定するようにしてもよい。
【００５２】
次に別の構成の排気ガス浄化器３０について説明する。図９から図１１の各図は排気ガス浄化器３０を示し、これらは各々、上述した排気ガス浄化器２０についての図３から図５の各図に対応している。
排気ガス浄化器３０の基本的な構成及び各構成要素の作用等は、上述の排気ガス浄化器２０とほぼ同様であるのでそれらの詳細な説明は省略するが、排気ガス浄化器３０では、排気ガス浄化器２０とは異なり、環状通路２２に配置される第１排気ガス浄化手段としてＮＯｘを吸蔵及び還元浄化するＮＯｘ吸蔵剤１２が用いられ、部分基幹通路１８ｂに配置される第２排気ガス浄化手段として排気微粒子を除去するパティキュレートフィルタ１４が用いられている。
【００５３】
また、本排気ガス浄化器３０を用いて行われる制御についても、図７に示されるフローチャートで表すことができ、上述した排気ガス浄化器２０の場合とほぼ同様であるので、重複する部分（ステップ１０１及びステップ１０３）については説明を省略するが、ステップ１０５における経路切替調整弁２６の操作については排気ガス浄化器２０の場合とは異なるので以下で説明する。
【００５４】
すなわち、排気ガス浄化器２０の場合にはステップ１０５において、経路切替調整弁２６が第１の位置または第３の位置にあるように操作され、排気ガスが第１経路またはバイパス経路で流れるようにされたが、本排気ガス浄化器３０においては経路切替調整弁２６が必ず第３の位置にあるように操作され、排気ガスがバイパス経路で流れるようにされる。
【００５５】
上述したように排気ガス浄化器２０の場合には、経路切替調整弁２６が第３の位置にあるように操作され、排気ガスがバイパス経路で流れるようにされると、排気ガスが第２排気ガス浄化手段である酸化触媒３２のみを通過して外部へ放出されるため、排気微粒子除去の観点から好ましくないという問題があった。しかし、本排気ガス浄化器３０においては第２排気ガス浄化手段として排気微粒子を除去するパティキュレートフィルタ１４を用いているため、経路切替調整弁２６を第３の位置にあるように操作し、排気ガスがバイパス経路で流れるようにしてもこのような問題は生じない。
【００５６】
そこで、排気ガス浄化器３０ではステップ１０５において経路切替調整弁２６が必ず第３の位置にあるように操作され、排気ガスがバイパス経路で流れるようにされる。これにより、還元剤添加ノズル３４の設けられた排気ガス通路を排気ガスが殆ど流通しなくなるので、機関から排出された排気ガス自体が高温である場合においても還元剤添加ノズル３４が高温の排気ガスに晒される機会を低減することができ、より確実に還元剤添加ノズル３４の噴孔における詰まりの発生を抑制することができる。
【００５７】
なお、上述の排気ガス浄化器２０、３０における第１排気ガス浄化手段及び第２排気ガス浄化手段については、目的に応じて、酸化触媒、ＮＯｘ吸蔵剤、パティキュレートフィルタ、またはこれらの任意の組合せ等、様々に変更され得る。例えば、第１排気ガス浄化手段をＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタとし第２排気ガス浄化手段をＮＯｘ吸蔵剤としてもよい。あるいは、第１排気ガス浄化手段をＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタとし、第２排気ガス浄化手段をＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタもしくは酸化触媒担持フィルタとしてもよい。
【００５８】
第１及び第２排気ガス浄化手段の種々の組合せにおいて、第２排気ガス浄化手段がパティキュレートフィルタを含む場合には、上述の説明からも明らかなように、図７に示されるフローチャートで表される制御において、ステップ１０５で経路切替調整弁２６を第３の位置にあるように操作し、排気ガスがバイパス経路で流れるようにした場合においても、排気微粒子が外部へ放出されるのを防止することができる。したがって、この場合には排気ガス浄化器３０に関して上述したような制御を実施し、同様の作用及び効果を得ることができる。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、排気ガス浄化手段（ＮＯｘ吸蔵剤やパティキュレートフィルタ等）の上流で還元剤を添加する還元剤添加ノズルを有する排気ガス浄化装置において、上記還元剤添加ノズルの噴孔における詰まりの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明をディーゼルエンジンに適用した場合を示す図である。
【図２】図２は、本発明で用いられる排気ガス浄化器の外観を模式的に示した説明図であり、図２（ａ）及び図２（ｂ）がそれぞれ上面図及び側面図を示している。
【図３】図３は、図２に示された排気ガス浄化器の断面を示した説明図であって、図３（ａ）及び図３（ｂ）がそれぞれ上方及び側方から見た場合の断面図を示しており、経路切替調整弁が第１の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している。
【図４】図４は、図２及び図３に示された排気ガス浄化器に関し、経路切替調整弁が第２の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している図３（ａ）と同様の図である。
【図５】図５は、図２から図４に示された排気ガス浄化器に関し、経路切替調整弁が第３の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している図３（ａ）及び図４と同様の図である。
【図６】図６は、ＮＯｘ吸蔵剤が担持されたパティキュレートフィルタ（ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ）の拡大断面図である。
【図７】図７は、本発明の排気ガス浄化装置の制御を示すフローチャートである。
【図８】図８は還元剤添加ノズルの取付け部分の構成についての一例を示す拡大略示図である。
【図９】図９は、本発明で用いられる別の排気ガス浄化器の断面を示した説明図であって、図９（ａ）及び図９（ｂ）がそれぞれ上方及び側方から見た場合の断面図を示しており、経路切替調整弁が第１の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している。
【図１０】図１０は、図９に示された排気ガス浄化器に関し、経路切替調整弁が第２の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している図９（ａ）と同様の図である。
【図１１】図１１は、図９及び図１０に示された排気ガス浄化器に関し、経路切替調整弁が第３の位置に位置された場合の排気ガスの流れを示している図９（ａ）及び図１０と同様の図である。
【符号の説明】
１０、２０、３０…排気ガス浄化器
２…機関（エンジン）本体
４…吸気通路
６…排気ガス通路
８…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１２…ＮＯｘ吸蔵剤
１４…パティキュレートフィルタ
１５…ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ
１８…基幹通路
２２…環状通路
２４…経路変更部
２６…経路切替調整弁
２８…駆動部
３２…酸化触媒
３４…還元剤添加ノズル
３６…温度センサ
【図１】
2004068761.tif 000003
【図２】
2004068761.tif 000004
【図３】
2004068761.tif 000005
【図４】
2004068761.tif 000006
【図５】
2004068761.tif 000007
【図６】
2004068761.tif 000008
【図７】
2004068761.tif 000009
【図８】
2004068761.tif 000010
【図９】
2004068761.tif 000011
【図１０】
2004068761.tif 000012
【図１１】
2004068761.tif 000013