(57)【要約】【課題】速やかに捕集した排気ガスを還流させる。【解決手段】内燃機関１から排出される排気ガスを排気通路４から取り出して捕集容器２１に捕集し、捕集した排気ガスを排気通路４に設けられた触媒７の上流側に還流させる排気処理装置２０において、捕集した排気ガスを触媒７の上流側の排気通路４に導く排気側導入通路２３ａと、捕集した排気ガスを吸気通路に導く吸気側導入通路２３ｂと、排気側導入通路２３ａを開閉する排気側開閉弁２７と、吸気側導入通路２３ｂを開閉する吸気側開閉弁２８とを備える。【選択図】　　　図１
2004100613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気ガスを排気通路から取り出して捕集容器に捕集し、前記捕集容器に捕集した排気ガスを前記排気通路に設けられた触媒の上流側に還流させる排気処理装置において、
前記捕集容器に捕集した排気ガスを前記触媒の上流側の前記排気通路に導く第１の排気ガス導入通路と、
前記捕集容器に捕集した排気ガスを吸気通路に導く第２の排気ガス導入通路と、
前記第１の排気ガス導入通路を介した前記排気通路への排気ガスの導入を許可する位置とその導入を阻止する位置との間で切り替え可能な第１の弁手段と、
前記第２の排気ガス導入通路を介した前記吸気通路への排気ガスの導入を許可する位置とその導入を阻止する位置との間で切り替え可能な第２の弁手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気処理装置。
【請求項２】
前記捕集容器内の圧力に基づいて前記第１の弁手段及び前記第２の弁手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気処理装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記捕集容器内の圧力が前記排気通路内の圧力に基づいて定められた閾値よりも高いことを少なくとも一つの条件として、前記捕集容器に捕集した排気ガスを前記第１の排気ガス導入通路を介して還流させるように前記第１の弁手段を制御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処理装置。
【請求項４】
前記触媒よりも下流且つ前記捕集容器へ排気ガスを取り出す位置よりも上流の前記排気通路に設けられ、前記排気通路内の圧力に対応した信号を出力する圧力センサを備え、
前記制御手段は、前記圧力センサの検出する圧力に基づいて前記第１の弁手段及び前記第２の弁手段を制御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処理装置。
【請求項５】
内燃機関から排出される排気ガスを排気通路から取り出して捕集容器に捕集する排気処理装置において、
前記捕集容器に捕集した排気ガスを前記触媒の上流側に導く排気ガス導入通路と、
前記排気通路を介した排気ガスの大気への放出を制限して、前記捕集容器へ排気ガスを導入する切替手段と、
前記排気ガス導入通路を介した前記触媒の上流側への排気ガスの導入を許可する位置とその導入を阻止する位置との間で切り替え可能な弁手段と、
前記切替手段及び弁手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、排気ガスの大気への放出を制限して前記排気通路内の圧力を上昇させつつ、排気ガスを前記捕集容器に充填するように前記切替手段を制御するとともに、その充填した排気ガスを前記捕集容器内の圧力を利用して前記触媒の上流側に還流させるように前記弁手段を制御することを特徴とする内燃機関の排気処理装置。
【請求項６】
前記排気ガス導入通路は、前記触媒の上流側の前記排気通路に接続されていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気処理装置。
【請求項７】
前記触媒よりも下流且つ前記捕集容器へ排気ガスを取り出す位置よりも上流の前記排気通路に設けられ、前記排気通路内の圧力を検出する圧力センサを備え、
前記制御手段は、圧力センサの検出した圧力が所定の許容圧力を超えないように前記切替手段を制御することを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関の排気処理装置。
【請求項８】
内燃機関から排出される排気ガスを排気通路から取り出して捕集容器に捕集する排気処理方法において、
前記捕集容器に捕集した排気ガスを前記触媒よりも上流側の排気通路に還流させる工程と、
前記捕集容器に捕集した排気ガスを吸気通路に還流させる工程と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気処理方法。
【請求項９】
前記捕集容器内の圧力が前記排気通路内の圧力に基づいて定められた閾値よりも高いことを少なくとも一つの条件として、前記捕集容器内に捕集した排気ガスを前記排気通路に還流させることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気処理方法。
【請求項１０】
内燃機関から排出される排気ガスを排気通路から取り出して捕集容器に捕集する排気処理方法において、
前記内燃機関から排出される排気ガスの前記排気通路を介した大気への放出を制限して前記排気通路内の圧力を上昇させつつ、排気ガスを前記捕集容器に充填する工程と、
前記捕集容器に充填した排気ガスを、前記捕集容器内の圧力を利用して前記排気通路に設けられた触媒よりも上流側に還流させる工程と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気処理方法。
【請求項１１】
前記還流させる工程では、前記排気ガスを前記触媒の上流側の排気通路に還流させることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の排気処理方法。
【請求項１２】
前記充填する工程では、前記排気通路の圧力が所定の許容圧力を超えないように前記排気通路を介した排気ガスの大気への放出を制限することを特徴とする請求項１０又は１１に記載の内燃機関の排気処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気処理方法及び排気処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気ガスを捕集する技術として、排気通路にＮＯｘをトラップする触媒を備え、その触媒の飽和に伴ってＮＯｘが脱離する場合の対策として、排気ガスを捕集容器に捕集するとともに、その捕集した排気ガスを内燃機関の吸気通路に還流させる排気処理装置がある（例えば、特許文献１又は２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−７０５３９号公報
【特許文献２】
特開２００２−１４７２２７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した排気処理装置では、捕集した排気ガスを吸気通路に還流させるため、内燃機関の燃焼状態を悪化させないように還流量を調整しなければならない。すなわち、速やかに多量の排気ガスを還流させることができない。このため、排気ガスを捕集する必要が生じたときに、前回捕集した排気ガスが還流されずに捕集容器内に残存している場合がある。この場合、捕集すべき排気ガスが内燃機関から排出されているにも関らず、捕集容器が捕集限界に達してしまうという問題が生じる。
【０００５】
そこで、本発明は、速やかに捕集した排気ガスを還流させることが可能な排気処理装置及び排気処理方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の排気処理装置は、内燃機関から排出される排気ガスを排気通路から取り出して捕集容器に捕集し、前記捕集容器に捕集した排気ガスを前記排気通路に設けられた触媒の上流側に還流させる排気処理装置において、前記捕集容器に捕集した排気ガスを前記触媒の上流側の前記排気通路に導く第１の排気ガス導入通路と、前記捕集容器に捕集した排気ガスを吸気通路に導く第２の排気ガス導入通路と、前記第１の排気ガス導入通路を介した前記排気通路への排気ガスの導入を許可する位置とその導入を阻止する位置との間で切り替え可能な第１の弁手段と、前記第２の排気ガス導入通路を介した前記吸気通路への排気ガスの導入を許可する位置とその導入を阻止する位置との間で切り替え可能な第２の弁手段とを備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
本発明の排気処理装置によれば、第１の排気ガス導入通路を介して捕集した排気ガスを排気通路に還流させることが可能である。排気通路に還流させる場合、吸気通路に還流させる場合に比較して、還流させた排気ガスが内燃機関の燃焼状態に及ぼす影響が小さい。従って、速やかに多量の排気ガスを還流させることが可能であり、また、還流量の調整に複雑な制御を必要とすることもない。さらに、第２の排気ガス導入通路を介して吸気通路にも還流させることが可能であることから、吸気負圧を利用することにより、捕集容器内の排気ガスを容易に還流させることができる。
【０００８】
本発明の排気処理装置において、前記捕集容器内の圧力に基づいて前記第１の弁手段及び前記第２の弁手段を制御する制御手段を備えてもよい（請求項２）。この場合、捕集容器内の圧力に応じて排気通路への還流量、吸気通路への還流量を制御することが可能である。従って、例えば捕集容器内の圧力が高い場合には排気通路へ還流して速やかに多量の排気ガスを還流させ、捕集容器内の圧力が低い場合には吸気通路に排気ガスを還流させるという制御が可能である。なお、捕集容器内の圧力は、捕集容器内に圧力センサを設けて検出してもよいし、捕集容器内の圧力と相関して変化する種々のパラメータに基づいて推定してもよい。
【０００９】
本発明の排気処理装置において、前記制御手段は、前記捕集容器内の圧力が前記排気通路内の圧力に基づいて定められた閾値よりも高いことを少なくとも一つの条件として、前記捕集容器に捕集した排気ガスを前記第１の排気ガス導入通路を介して還流させるように前記第１の弁手段を制御してもよい（請求項３）。この場合、排気通路内の圧力よりも高くなった捕集容器内の圧力を利用して捕集した排気ガスを排気通路に還流させることが可能である。従って、捕集した排気ガスを還流させるためのポンプ等の加圧手段が不要であり、簡素な構成で速やかに捕集した排気ガスを還流させることが可能である。ここで、閾値は、排気通路内に生じ得る圧力に基づいて予め設定してもよいし、実際の排気通路内の圧力を適宜に特定し、その特定した圧力に基づいて設定してもよい。
【００１０】
本発明の排気処理装置において、前記触媒よりも下流且つ前記捕集容器へ排気ガスを取り出す位置よりも上流の前記排気通路に設けられ、前記排気通路内の圧力に対応した信号を出力する圧力センサを備え、前記制御手段は、前記圧力センサの検出する圧力に基づいて前記第１の弁手段及び前記第２の弁手段を制御してもよい（請求項４）。この場合、ディーゼル微粒子除去装置（ＤＰＦ）を装備したときに設けられる圧力センサ等、排気ガスを捕集する装置の有無に関らず設けられる圧力センサを利用して捕集容器内の圧力を特定し、第１の弁手段及び第２の弁手段を制御することが可能である。従って、簡素な構成で本発明の排気処理方法を実現可能である。
【００１１】
本発明の他の排気処理装置は、内燃機関から排出される排気ガスを排気通路から取り出して捕集容器に捕集する排気処理装置において、前記捕集容器に捕集した排気ガスを前記触媒の上流側に導く排気ガス導入通路と、前記排気通路を介した排気ガスの大気への放出を制限して、前記捕集容器へ排気ガスを導入する切替手段と、前記排気ガス導入通路を介した前記触媒の上流側への排気ガスの導入を許可する位置とその導入を阻止する位置との間で切り替え可能な弁手段と、前記切替手段及び弁手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、排気ガスの大気への放出を制限して前記排気通路内の圧力を上昇させつつ、排気ガスを前記捕集容器に充填するように前記切替手段を制御するとともに、その充填した排気ガスを前記捕集容器内の圧力を利用して前記触媒の上流側に還流させるように前記弁手段を制御することにより、上述した課題を解決する（請求項５）。
【００１２】
本発明の他の排気処理装置によれば、捕集容器内の圧力を利用して速やかに捕集した排気ガス還流させることが可能である。
【００１３】
本発明の他の排気処理装置において、前記排気ガス導入通路は、前記触媒の上流側の前記排気通路に接続されていてもよい（請求項６）。この場合、吸気通路に還流させる場合に比較して、還流させた排気ガスが内燃機関の燃焼状態に及ぼす影響が小さい。従って、速やかに多量の排気ガスを還流させることが可能である。
【００１４】
前記触媒よりも下流且つ前記捕集容器へ排気ガスを取り出す位置よりも上流の前記排気通路に設けられ、前記排気通路内の圧力を検出する圧力センサを備え、前記制御手段は、圧力センサの検出した圧力が所定の許容圧力を超えないように前記切替手段を制御してもよい（請求項７）。この場合、排気ガスの充填に伴う排気通路内の圧力上昇によって内燃機関の燃焼状態が悪化することを簡便且つ正確に防止しつつ、排気ガスの捕集を制御することが可能である。
【００１５】
本発明の排気処理方法は、内燃機関から排出される排気ガスを排気通路から取り出して捕集容器に捕集する排気処理方法において、前記捕集容器に捕集した排気ガスを前記触媒よりも上流側の排気通路に還流させる工程と、前記捕集容器に捕集した排気ガスを吸気通路に還流させる工程とを備えることにより、上述した課題を解決する（請求項８）。
【００１６】
本発明の排気処理方法によれば、捕集した排気ガスを排気通路に還流させる工程を備えることから、内燃機関の燃焼状態に影響を及ぼすことなく速やかに多量の排気ガスを還流させることが可能であり、また、還流量の調整に複雑な制御を必要とすることもない。さらに、吸気通路に還流させる工程も備えることから、吸気負圧を利用することにより、捕集容器内の排気ガスを容易に還流させることができる。
【００１７】
本発明の排気処理方法において、前記捕集容器内の圧力が前記排気通路内の圧力に基づいて定められた閾値よりも高いことを少なくとも一つの条件として、前記捕集容器内に捕集した排気ガスを前記排気通路に還流させてもよい（請求項９）。この場合、排気通路内の圧力よりも高くなった捕集容器内の圧力を利用して捕集した排気ガスを排気通路に還流させることが可能である。従って、捕集した排気ガスを還流させるためのポンプ等の加圧手段が不要であり、簡素な構成で速やかに捕集した排気ガスを還流させることが可能である。
【００１８】
本発明の他の排気処理方法は、内燃機関から排出される排気ガスを排気通路から取り出して捕集容器に捕集する排気処理方法において、前記内燃機関から排出される排気ガスの前記排気通路を介した大気への放出を制限して前記排気通路内の圧力を上昇させつつ、排気ガスを前記捕集容器に充填する工程と、前記捕集容器に充填した排気ガスを、前記捕集容器内の圧力を利用して前記排気通路に設けられた触媒よりも上流側に還流させる工程とを備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１０）。
【００１９】
本発明の他の排気処理方法によれば、捕集容器内の圧力を利用して速やかに捕集した排気ガス還流させることが可能である。
【００２０】
本発明の他の排気処理方法において、前記還流させる工程では、前記排気ガスを前記触媒の上流側の排気通路に還流させてもよい（請求項１１）。この場合、吸気通路に還流させる場合に比較して、還流させた排気ガスが内燃機関の燃焼状態に及ぼす影響が小さい。従って、速やかに多量の排気ガスを還流させることが可能である。
【００２１】
本発明の他の排気処理方法において、前記充填する工程では、前記排気通路の圧力が所定の許容圧力を超えないように前記排気通路を介した排気ガスの大気への放出を制限してもよい（請求項１２）。この場合、排気ガスの充填に伴う排気通路内の圧力上昇によって内燃機関の燃焼状態が悪化することを簡便且つ正確に防止しつつ、排気ガスの捕集を制御することが可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の排気処理装置の一実施形態を示す。図１において、内燃機関１は４つのシリンダ２…２が直列に配置された車両用の４気筒エンジンとして構成されている。周知のように、内燃機関１には吸気通路３及び排気通路４が接続され、吸気通路３には吸気濾過用のエアフィルタ５、吸気量調整用のスロットルバルブ６が、排気通路４には排気浄化用の触媒７がそれぞれ設けられている。また、内燃機関１には各シリンダ２に対応してインジェクタ（燃料噴射弁）８…８が設けられている。インジェクタ８は吸気通路３に燃料を噴射するように設けられてもよいし、シリンダ２内に燃料を噴射するように設けられてもよい。内燃機関１は火花点火式又は自着火式のいずれでもよい。触媒７としては、三元触媒やＮＯｘ吸蔵還元触媒等を利用可能である。
【００２３】
内燃機関１の運転状態はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）９により制御される。ＥＣＵ９は、例えばマイクロプロセッサ及びその主記憶装置として機能するＲＯＭ、ＲＡＭ等を組み合わせたコンピュータとして構成され、種々のセンサーからの出力信号を参照して内燃機関１の運転状態の制御に必要な各種の演算処理及び各種の機器の動作制御を実行する。ＥＣＵ９と接続されるセンサとして、触媒７の下流側には圧力センサ１０が設けられている。その他、ＥＣＵ９と接続されるセンサとしては吸入空気量に対応した信号を出力するスロットルセンサ、排気ガス中の酸素量に対応した信号を出力するＯ２センサ等がある。また、ＥＣＵ９によって動作が制御される機器としては例えばインジェクタ８等がある。
【００２４】
触媒７の活性前等における排気ガスに含まれる有害物質の排出量を削減するため、内燃機関１は排気捕集装置２０を備えている。排気捕集装置２０は、所定量の排気ガスを蓄えることが可能な捕集容器２１と、その捕集容器２１と排気通路４とを接続する排気ガス取出し通路２２と、捕集容器２１から排気ガスを触媒７の上流側に還流させるための排気ガス導入通路２３と、排気ガス取り出し通路２２と排気通路４との接続位置下流の排気通路４に設けられた切替手段としての切替弁２５と、排気ガス取り出し通路２２と捕集容器２１との接続位置に設けられたリード弁２６とを備えている。
【００２５】
排気取り出し通路２２は触媒７よりも下流側において排気通路４から分岐する。切替弁２５は、図２（ｂ）に示すように切替弁２５よりもさらに下流側への排気ガスの通過を許可する排気放出位置と、図２（ａ）に示すようにその通過を制限することにより排気ガスを排気取り出し通路２２に導入する排気捕集位置との間で切り替え可能である。切替弁２５は排気捕集位置において、下流側の排気通路４への排気ガスの全量の通過を阻止してもよいし、一部の排気ガスの通過を許容してもよい。
【００２６】
リード弁２６は、排気ガス取り出し通路２２を閉じる位置と、捕集容器２１側へ押し開かれた位置との間で切り替え可能である。従って、リード弁２６は、図２（ａ）に示すように、排気ガス取り出し通路２２内の圧力が捕集容器２１内の圧力よりも高い場合には、排気ガス取り出し通路２２内の圧力によって押し開かれて、排気ガス取り出し通路２２から捕集容器２１への排気ガスの通過を許可する。一方、図２（ｂ）に示すように、捕集容器２１内の圧力が排気ガス取り出し通路２２内の圧力よりも高い場合には、捕集容器２１内の圧力によって閉じられて、捕集容器２１から排気ガス取り出し通路２２への排気ガスの通過を阻止する。なお、排気ガス取り出し通路２２内の圧力と捕集容器内２１内の圧力との圧力差が所定の値以上にならないと開かれないように、リード弁２６を閉じる位置へと付勢するスプリング等の付勢手段を設けてもよい。
【００２７】
捕集容器２１は金属製の箱のように容積不変の剛体容器として構成されてもよいし、容積可変のバッグ状に構成されてもよい。排気ガス取り出し通路２２、排気ガス導入通路２３は金属等の剛体にて構成された配管でもよいし、フレキシブルなチューブでもよい。
【００２８】
図１に示すように、排気ガス導入通路２３は、排気側導入通路２３ａ及び吸気側導入通路２３ｂに分岐する。排気側導入通路２３ａは触媒７の上流側の排気通路４に、吸気側導入通路２３ｂは吸気通路３にそれぞれ接続されている。排気側導入通路２３ａ及び吸気側導入通路２３ｂには、通路を開閉する排気側開閉弁２７及び吸気側開閉弁２８（以下、排気側開閉弁２７及び吸気側開閉弁２８を区別する必要がないときは単に「開閉弁」ということがある。）がそれぞれ設けられる。従って、排気側開閉弁２７が開かれることにより、図３（ａ）に示すように捕集容器２１に蓄えられた排気ガスが排気通路４に導入される。また、吸気側開閉弁２８が開かれることにより、図３（ｂ）に示すように捕集容器２１に蓄えられた排気ガスが吸気通路３に導入される。
【００２９】
ここで、排気ガスを排気通路４へ還流させた場合には、排気ガスを吸気通路３へ還流させた場合に比較して内燃機関１の燃焼に及ぼす影響が小さい。従って、排気ガスを排気側導入通路２３ａを介して排気通路４へ還流させることにより、速やかに多量の排気ガスを還流させることが可能である。さらに、吸気側導入通路２３ｂを介して吸気通路３へ還流させることも可能であるから、吸気負圧を利用して捕集容器２１内の排気ガスを容易に排出することができる。切替弁２５及び開閉弁２７、２８の動作は、例えば以下のようにＥＣＵ９によって制御すればよい。
【００３０】
図４及び図５は、ＥＣＵ９が切替弁２５及び開閉弁２７、２８をそれぞれ切り替え制御するために実行する捕集制御ルーチン及び還流制御ルーチンを示すフローチャートである。これらの処理は、車両のイグニッションスイッチをオン（以下、ＩＧ　ＯＮ）した時点で開始され、その後、所定の周期（例えば１秒）で繰返し実行される。
【００３１】
図４の捕集制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ９はまずステップＳ１で触媒７の活性状態が所定レベルに達しているか否か判断し、達していないと判断した場合はステップＳ２で切替弁２５を排気捕集位置に（図２（ａ））に、達していると判断した場合はステップＳ３で切替弁２５を排気放出位置に（図２（ｂ））にそれぞれ切り替える。その後に今回のルーチンを終了する。
【００３２】
一方、図５の還流制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ９はステップＳ１１で所定の還流許可条件が成立しているか否か判断する。ここで、還流許可条件は、触媒７の活性状態が所定レベルに達していることをその成立要件として含むものである。還流許可条件が成立していないときにはステップＳ１２及びＳ１３で吸気側開閉弁２８及び排気側開閉弁２７を閉じて今回のルーチンを終える。一方、還流許可条件が成立しているときはステップＳ１４へ進み、所定の還流終了条件が成立しているか否か判断する。還流終了条件は、捕集容器２１から十分な量の排気ガスが還流されたことをその成立要件として含むものである。
【００３３】
ステップＳ１４で還流終了条件が成立していればステップＳ１２及びＳ１３へ進んで吸気側開閉弁２８及び排気側開閉弁２７を閉じて今回のルーチンを終える。還流終了条件が成立していなければステップＳ１５へ進み、捕集容器２１内の圧力が所定の基準圧力（閾値）よりも高いか否か判断する。基準圧力は、排気ガスを捕集しない場合に排気通路４に生じ得る圧力域よりも高い圧力として設定されている。
【００３４】
ステップＳ１５で捕集容器２１内の圧力が基準圧力よりも高ければステップＳ１６及びＳ１７で吸気側開閉弁２８を閉じるとともに排気側開閉弁２７を開いて今回のルーチンを終える。これにより、図３（ａ）に示すように捕集容器２１から排気通路に排気ガスが還流される。基準圧力以下であればステップＳ１８及びＳ１９で排気開閉弁２７を閉じるとともに吸気側開閉弁２８を開いて今回のルーチンを終える。これにより、図３（ｂ）に示すように捕集容器２１から吸気通路に排気ガスが還流される。
【００３５】
以上のルーチンによれば、触媒７の活性状態が所定レベルに達するまでは、排気通路４に排出される排気ガスは捕集容器２１に捕集、保持され、触媒７の活性状態が所定レベルに達した後は開閉弁２７又は２８が開いて捕集容器２１の排気ガスは触媒７の上流に還流される。従って、触媒７が十分に活性化していない段階で内燃機関１から排出された排気ガスを浄化して大気中に放出することが可能である。さらに、捕集容器内の圧力が基準圧力よりも高い間は捕集容器２１内の圧力を利用して排気通路４に還流させることにより、排気ガスを速やかに還流させることが可能である。以下、この点を図６を参照して説明する。
【００３６】
図６は、触媒活性前に捕集容器２１に捕集された排気ガス量、捕集容器２１内の圧力、及び排気通路４内の圧力の経時変化をそれぞれ実線Ｌ１、実線Ｌ２、破線Ｌ３で示したものである。時刻ｔ０〜ｔ１の捕集工程は図２（ａ）に、時刻ｔ１〜ｔ３の保持工程は図２（ｂ）に、時刻ｔ３〜ｔ４の還流▲１▼工程は図３（ａ）に、時刻ｔ４〜ｔ６の還流▲２▼工程は図３（ｂ）にそれぞれ対応する。
【００３７】
図６において、内燃機関１は時刻ｔ０にて始動する。この時点では触媒７の活性状態は所定レベルに達していないので、切替弁２５は排気捕集位置に切り替えられるとともに（ステップＳ２）、開閉弁２７、２８は閉じられる（ステップＳ１２、１３）。内燃機関１からは排気ガスが排出され続ける一方で、切替弁２５によって大気への放出が制限されているために、排気ガスは排気通路４及び捕集容器２１に圧縮されつつ蓄積される。従って、時刻ｔ０で大気圧と同等であった排気通路４内の圧力及び捕集容器２１内の圧力は、図に示すように経過時間に伴って比例的に上昇し、捕集容器２１の捕集量も経過時間に伴って比例的に増加する。換言すれば、排気ガスの大気への放出を制限することにより排気通路４内の圧力を上昇させ、その圧力を利用して捕集容器２１に排気ガスを充填している。
【００３８】
時刻ｔ１で触媒７の活性状態が所定レベルに達すると、切替弁２５は排気放出位置に切り替えられる（ステップＳ３）。これにより、排気通路４内の圧縮された排気ガスは放出され、排気通路４内の圧力は下降する。さらには、破線Ｌ４で示す基準圧力以下の圧力となり、時刻ｔ２では大気への放出を制限していた影響は消滅する。ここで、図６では簡単のために、時刻ｔ２以降の圧力を一定値として示してあるが、実際には排気通路４内の圧力は内燃機関１の燃焼状態や捕集した排気ガスの還流等の種々の要因により基準圧力よりも低い圧力域で変動する。
【００３９】
一方、触媒７の活性状態が所定レベルに達した後であっても、開閉弁２７、２８は還流許可条件が成立するまで閉じられたままであり、且つリード弁２６によって捕集容器２１から排気ガス取り出し通路２２への逆流は防止されているので、捕集容器２１内の捕集量及び圧力は時刻ｔ１の圧力のまま保たれる。従って、捕集容器２１内の圧力と排気通路４の圧力との間には圧力差Ｐが生じている。
【００４０】
時刻ｔ３で還流許可条件が成立すると、捕集容器２１内の圧力は基準圧力よりも高いことから、排気側開閉弁２７が開かれる（ステップＳ１７）。捕集容器２１内の圧力は排気通路４内の圧力よりも高いことから、捕集容器２１内の排気ガスは排気通路４に流出する。そして、捕集容器２１内の捕集量は次第に減少し、また捕集容器２１内の圧力も次第に下降する。
【００４１】
時刻ｔ４で捕集容器２１内の圧力が基準圧力まで下降すると、排気側開閉弁２７が閉じられるとともに（ステップＳ１８）、吸気側開閉弁２８が開かれる（ステップＳ１９）。そして、内燃機関１の吸気負圧により捕集容器２１内の排気ガスは吸気通路３に還流される。この時点では捕集容器２１内の圧力の方が排気通路４内の圧力よりも若干高いことがあり得るが、還流によって時刻ｔ５には排気通路４と同程度の圧力となる。時刻ｔ５以降も吸気負圧によって捕集容器２１内の排気ガスは還流されるが、捕集容器２１内の圧力が排気通路４内の圧力よりも低くなると、リード弁２６が開かれて排気ガスが捕集容器２１内に導入される。従って、捕集容器２１内の圧力は排気通路４内の圧力と同程度に保たれる。そして、触媒活性前に捕集した排気ガスは次第に吸気通路に還流されて、捕集容器２１は触媒活性後に排出された排気ガスで満たされる。
【００４２】
時刻ｔ６に時刻ｔ０〜ｔ１までの触媒活性前に捕集した排気ガスの略全量が還流され、還流終了条件が満たされると吸気側開閉弁２８は閉じられる（ステップＳ１３）。
【００４３】
このように、時刻ｔ３〜ｔ４においては、捕集容器２１に充填した排気ガスを、捕集容器２１内の圧力を利用して排気通路４に還流させるため、排気側導入通路２３ａにポンプ等の加圧手段を設ける必要がなく、しかも、内燃機関１の燃焼状態に悪影響を及ぼすことなく速やかに多量の捕集ガスを還流させることができる。
【００４４】
ここで、上記の排気側導入通路２３ａを介した還流だけでは、捕集容器２１内の圧力が排気通路４内の圧力と同じ圧力まで下降した後に捕集容器２１内の排気ガスを還流させることができず、触媒活性前に捕集した排気ガスが捕集容器２１内に残存することになる。しかし、時刻ｔ４〜ｔ６まで吸気側導入通路２３ｂを介した還流を行うことにより、捕集容器２１内の圧力が排気通路４内の圧力まで下降した時刻ｔ５以降も還流が可能である。
【００４５】
なお、吸気側導入通路２３ｂを介した排気ガスの還流については、例えば内燃機関１の運転状態からみて適切な量の排気ガスが戻されるように制御することが望ましい。吸気側開閉弁２８に代え、開度調整が可能な制御弁を使用して捕集容器２１からの排気ガスの還流量を運転状態等に応じて増減させてもよい。
【００４６】
ステップＳ１５において、捕集容器２１内の圧力は、例えば、時刻ｔ１において圧力センサ１０の検出した圧力と、時刻ｔ３からの経過時間とに基づいて推定してよい。すなわち、捕集容器２１内に圧力センサを設けることなく、排気通路４の圧力センサ１０に基づいて、開閉弁２７、２８を制御してよい。もちろん、捕集容器２１内に圧力センサを設けることにより直接特定してもよいし、他の情報から推定してもよい。また、基準圧力を排気ガスを捕集しない場合に排気通路４に生じうる圧力域に基づいて定めたが、圧力センサ１０の検出する圧力に基づいて適宜に基準圧力を定めてもよい。
【００４７】
本実施形態においては、触媒７の活性状態が所定のレベルに達したことを捕集の終了条件とした（ステップＳ１）。しかし、排気通路４内の圧力が上昇することに伴い、内燃機関１の燃焼状態の悪化が懸念される場合には、図７に示すように、圧力センサ１０の検出する圧力が所定の許容圧力に達したことを捕集の終了条件としてもよい。この場合、図８に示すように、排気通路４の圧力が許容圧力に達すると、切替弁２５は排気放出位置に切り替えられ、排気通路４の圧力は速やかに排気ガスを捕集しない場合の圧力まで下降する。従って、内燃機関１の燃焼状態が悪化することを回避することが可能である。しかも、圧力センサ１０は排気通路４に設けられているため、捕集容器２１に設けられている場合に比較して、内燃機関１の燃焼状態をより正確に反映した圧力を検出可能である。
【００４８】
本実施形態では、触媒７の下流側の排気通路４から排気取り出し通路２２が分岐する例を示したが、触媒７の上流で排気取り出し通路２２が分岐していてもよい。
【００４９】
排気側導入通路２３ａ及び吸気側導入通路２３ｂの捕集容器２１側の一部の通路を相互に共用する例を示したが、もちろん別個独立に設けられてもよい。
【００５０】
排気通路４と排気ガス取り出し通路２２との接続位置よりも下流の排気通路４に切替弁２５を設けるとともに、排気ガス取り出し通路２２と捕集容器２１との接続位置にリード弁２６を設けることにより、排気ガスを捕集容器２１に充填、保持したが、これらの代わりに排気通路４と排気ガス取り出し通路２２との接続位置に、排気ガスの流路を排気通路４と排気ガス取り出し通路２２との間で切り替え可能な手段を設け、排気ガスを捕集容器２１に充填、保持してもよい。
【００５１】
第１の弁手段として排気側開閉弁２７を、第２の弁手段として吸気側開閉弁２８をそれぞれ別々に設ける例を示したが、単一の弁を両弁手段として兼用してもよい。例えば、排気ガス導入通路２３の分岐点に、排気ガスの排気側導入通路２３ａへの導入を許可する一方で吸気側導入通路２３ｂへの導入を阻止する位置、排気ガスの吸気側導入通路２３ｂへの導入を許可する一方で排気側導入通路２３ａへの導入を阻止する位置、排気ガスの排気側導入通路２３ａ及び吸気側導入通路２３ｂの双方への導入を阻止する位置の３位置で切替可能な３方弁を設けることにより、この３方弁を第１の弁手段及び第２の弁手段として機能させることができる。
【００５２】
内燃機関１の始動時から触媒７の活性状態が所定のレベルに達するまでに排出される排気ガスを捕集する場合を例示したが、始動時の捕集や、触媒活性前の捕集に限られず、種々の要因によって排気ガスを捕集する必要が生じた場合にも本発明の排気処理装置は適用可能である。従って、触媒の活性レベル、還流許可条件、還流終了条件（ステップＳ１、１１、１４）は、適宜の条件に置き換えてよい。
【００５３】
排気側導入通路２３ａを介した還流及び吸気側導入通路２３ｂを介した還流のいずれかを択一的に行う場合を例示したが、双方の還流を同時に行ってもよい。この場合、例えば排気通路４へ多量の排気ガスを還流すると同時に、吸気通路３への還流量を調整して内燃機関１の燃焼温度を下げることが可能である。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の排気処理装置によれば、第１の排気ガス導入通路を介して捕集した排気ガスを排気通路に還流させることが可能である。排気通路に還流させる場合、吸気通路に還流させる場合に比較して、還流させた排気ガスが内燃機関の燃焼状態に及ぼす影響が小さい。従って、速やかに多量の排気ガスを還流させることが可能であり、また、還流量の調整に複雑な制御を必要とすることもない。さらに、第２の排気ガス導入通路を介して吸気通路にも還流させることが可能であることから、吸気負圧を利用することにより、捕集容器内の排気ガスを容易に還流させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気処理装置の構成を示す図。
【図２】図１の排気処理装置における排気ガスの流路を示す図。
【図３】図１の排気処理装置における排気ガスの流路を示す図。
【図４】図１のＥＣＵが実行する捕集制御ルーチンの手順を示すフローチャート。
【図５】図１のＥＣＵが実行する還流制御ルーチンの手順を示すフローチャート。
【図６】図１の捕集容器内の圧力及び捕集した排気ガス量の経時変化を示す図。
【図７】図４の捕集制御ルーチンの変形例を示すフローチャート。
【図８】図７の捕集制御ルーチン実行時の排気通路内の圧力の経時変化を示す図。
【符号の説明】
１　内燃機関
２　シリンダ
３　吸気通路
４　排気通路
７　触媒
９　エンジンコントロールユニット（制御手段）
１０　圧力センサ
２０　捕集装置
２１　捕集容器
２２　排気ガス取り出し通路
２３　排気ガス導入通路
２３ａ　排気側導入通路（第１の排気ガス導入通路）
２３ｂ　吸気側導入通路（第２の排気ガス導入通路）
２５　切替弁（切替手段）
２６　リード弁
２７　排気側開閉弁（第１の弁手段）
２８　吸気側開閉弁（第２の弁手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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