(57)【要約】【課題】過昇温することを抑制しつつ、ＮＯｘ吸蔵剤全体の硫黄被毒再生を図ることができる排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】排気ガス通路に配置されたＮＯｘ吸蔵剤４６と、吸蔵剤４６を昇温する昇温制御を実施する手段６、２４、２５、４４と、吸蔵剤４６から硫黄分を放出させる硫黄被毒再生制御を実施する手段６、２４、２５、４４と、吸蔵剤４６を流通する排気ガスの方向を反転する手段８６とを具備し、硫黄被毒再生制御を実施する前には昇温制御が実施される排気ガス浄化装置において、昇温制御と硫黄被毒再生制御とでは吸蔵剤４６を流通する排気ガスの方向が反転される、排気ガス浄化装置を提供する。これにより硫黄被毒再生制御を開始する際には昇温し難い吸蔵剤４６のうちの上流側部分が昇温されていることになるので、吸蔵剤４６全体の硫黄被毒再生を図ることが可能となる。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガス通路に配置されたＮＯｘ吸蔵剤であって流通する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸蔵し流通する排気ガスの空燃比が小さくなり、か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吸蔵剤と、
上記ＮＯｘ吸蔵剤を昇温する昇温制御を実施する昇温手段と、
上記ＮＯｘ吸蔵剤から硫黄分を放出させる硫黄被毒再生制御を実施する硫黄被毒再生手段と、
上記ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの方向を反転する排気ガス反転手段と、を具備し、上記硫黄被毒再生制御を実施する前には上記昇温制御が実施される排気ガス浄化装置において、
上記昇温制御と上記硫黄被毒再生制御とでは上記ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの方向が反転されることを特徴とする、排気ガス浄化装置。
【請求項２】
上記昇温手段は、上記ＮＯｘ吸蔵剤の上流において排気ガス通路に還元剤を添加する還元剤添加手段と、燃料をシリンダ内に噴射する時期及び量を制御する燃料噴射制御手段と、上記内燃機関の燃焼室内の不活性ガス量を制御して燃焼を制御する燃焼制御手段とのうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
上記硫黄被毒再生手段は、上記ＮＯｘ吸蔵剤の上流において排気ガス通路に還元剤を添加する還元剤添加手段と、燃料をシリンダ内に噴射する時期及び量を制御する燃料噴射制御手段と、上記内燃機関の燃焼室内の不活性ガス量を制御して燃焼を制御する燃焼制御手段とのうちの少なくとも一つを含む、請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
上記硫黄被毒再生手段が上記還元剤添加手段を含んでいて、該還元剤添加手段は上記ＮＯｘ吸蔵剤の一方の方向からのみ還元剤を供給可能である排気ガス浄化装置であって、上記昇温制御においては上記ＮＯｘ吸蔵剤の他方の方向から排気ガスを流通させ、上記硫黄被毒再生制御においては上記ＮＯｘ吸蔵剤の上記一方の方向から排気ガスを流通させ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ＮＯｘ吸蔵剤が、排気ガス中の排気微粒子を捕集する手段に担持されていて、上記昇温制御の際には上記排気微粒子捕集手段に捕集された排気微粒子が燃焼して除去されることを特徴とする、請求項１から４の何れか一項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を除去すると共に窒素酸化物（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吸蔵剤が担持されたパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと称する）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、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタ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、フィルタを流通する排気ガスの方向を反転することにより、フィルタ内の位置による排気微粒子捕集量及びＮＯｘ吸蔵量の偏りを緩和して、フィルタ及びフィルタに担持されているＮＯｘ吸蔵剤を効率的に利用しようとするものである。また、排気ガスの流通方向を反転することにより、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を離脱させ還元浄化する作用（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吸蔵剤の上流側において還元剤（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】
なお、本明細書において「吸蔵」という語は「吸収」及び「吸着」の両方の意味を含むものとして用いる。したがって、「ＮＯｘ吸蔵剤」は、「ＮＯｘ吸収剤」と「ＮＯｘ吸着剤」の両方を含み、前者はＮＯｘを硝酸塩等の形で蓄積し、後者はＮＯ２等の形で吸着する。また、ＮＯｘ吸蔵剤からの「離脱」という語についても、「吸収」に対応する「放出」の他、「吸着」に対応する「脱離」の意味も含むものとして用いる。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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を放出等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、すなわち硫黄分放出温度（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。
【００１０】
このような硫黄被毒再生制御を実施する方法としては、いわゆる低温燃焼を利用する方法（例えば、特開２０００−２９１４６２号公報）、膨張行程または排気行程中におけるシリンダ内への燃料噴射であるポスト噴射を利用する方法、及び、ＮＯｘ吸蔵剤の上流において排気ガス通路内へ還元剤（軽油）を添加する還元剤添加を利用する方法等が公知である。
【００１１】
そしてこれらの方法は、何れもＮＯｘ吸蔵剤において排気ガス中に含まれる還元剤または燃料を反応させることによってＮＯｘ吸蔵剤を昇温し、同時に流通する排気ガスの空燃比をリッチの状態にして硫黄被毒再生を実現しようとするものである。
しかしながら、これらの方法では排気ガス中に含まれる還元剤または燃料の反応性が比較的低いこと等から、一般にＮＯｘ吸蔵剤に大きな温度分布が生じることとなる。
【００１２】
すなわち、排気ガス中に含まれる還元剤等は下流へ流れる過程において徐々に反応するため、通常、ＮＯｘ吸蔵剤の上流側部分よりも下流側部分で温度が上昇する傾向がある。そしてこのような温度分布がＮＯｘ吸蔵剤に生じると、ＮＯｘ吸蔵剤の下流側部分及び中央部分については硫黄分放出温度に達するが上流側部分では硫黄分放出温度に達しないという状況が生じ、ＮＯｘ吸蔵剤全体として十分な硫黄被毒再生が行えないという問題が生じる。また、硫黄分放出温度に達しない部分を硫黄分放出温度以上にしようとしてＮＯｘ吸蔵剤全体を昇温すると、もともと硫黄分放出温度以上であった部分が過昇温されてしまう、すなわち熱劣化を起こす温度を超えてしまう恐れがある。
【００１３】
このような硫黄被毒再生制御等においてＮＯｘ吸蔵剤で温度差が生じる問題を解決する方法として、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタを流通する排気ガスの方向を反転することができる上述したような排気ガス浄化装置では、硫黄被毒再生制御等の実施中にＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタを流通する排気ガスの方向を繰返し反転し、昇温しやすい下流側を入れ換えることによってＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタにおいて生じる温度差を小さくすることが検討されている。
【００１４】
しかしながら、この方法ではＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタの中央部分が最も昇温されやすく、また、ＮＯｘ吸蔵剤担持フィルタを通過してきた排気ガスの温度を測定するように設けられた温度センサでは上記中央部分の温度が精度良く推定できないため、上記中央部分が過昇温されてしまい、熱劣化や溶損が生じる恐れがある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、過昇温することを抑制しつつ、ＮＯｘ吸蔵剤全体の硫黄被毒再生を図ることができる排気ガス浄化装置を提供することである。
【００１６】
【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、内燃機関の排気ガス通路に配置されたＮＯｘ吸蔵剤であって流通する排気ガスの空燃比がリーンのときにＮＯｘを吸蔵し流通する排気ガスの空燃比が小さくなり、か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吸蔵剤と、上記ＮＯｘ吸蔵剤を昇温する昇温制御を実施する昇温手段と、上記ＮＯｘ吸蔵剤から硫黄分を放出させる硫黄被毒再生制御を実施する硫黄被毒再生手段と、上記ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの方向を反転する排気ガス反転手段と、を具備し、上記硫黄被毒再生制御を実施する前には上記昇温制御が実施される排気ガス浄化装置において、上記昇温制御と上記硫黄被毒再生制御とでは上記ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの方向が反転されることを特徴とする、排気ガス浄化装置を提供する。
【００１７】
上記昇温制御や上記硫黄被毒再生制御を実施する場合には、上記ＮＯｘ吸蔵剤の上流側部分と下流側部分とにおいて温度差が生じ易い。より詳細には、その制御を実施している際の排気ガスの流れの方向における上流側部分において温度が上昇し難い傾向がある。
本発明のように上記昇温制御とその後に行う上記硫黄被毒再生制御とにおいて上記ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの方向を反転すると、上記硫黄被毒再生制御を開始する際には、昇温し難い上記上流側部分が昇温されていることとなり、ＮＯｘ吸蔵剤を硫黄分放出温度以上に昇温する必要のある硫黄被毒再生を良好に行うことができる。また、排気ガスの流れが高温部分から低温部分へと流れるため上記ＮＯｘ吸蔵剤の全体に渡って温度差が小さくなり、過昇温することを抑制しつつ、ＮＯｘ吸蔵剤全体の硫黄被毒再生を図ることが可能となる。
【００１８】
２番目の発明は１番目の発明において、上記昇温手段は、上記ＮＯｘ吸蔵剤の上流において排気ガス通路に還元剤を添加する還元剤添加手段と、燃料をシリンダ内に噴射する時期及び量を制御する燃料噴射制御手段と、上記内燃機関の燃焼室内の不活性ガス量を制御して燃焼を制御する燃焼制御手段とのうちの少なくとも一つを含む。
本発明によれば、比較的簡単な手段によって上記昇温制御を実施することができる。
【００１９】
３番目の発明は１番目または２番目の発明において、上記硫黄被毒再生手段は、上記ＮＯｘ吸蔵剤の上流において排気ガス通路に還元剤を添加する還元剤添加手段と、燃料をシリンダ内に噴射する時期及び量を制御する燃料噴射制御手段と、上記内燃機関の燃焼室内の不活性ガス量を制御して燃焼を制御する燃焼制御手段とのうちの少なくとも一つを含む。
本発明によれば、比較的簡単な手段によって上記硫黄被毒再生制御を実施することができる。
【００２０】
４番目の発明は３番目の発明において、上記硫黄被毒再生手段が上記還元剤添加手段を含んでいて、該還元剤添加手段は上記ＮＯｘ吸蔵剤の一方の方向からのみ還元剤を供給可能である排気ガス浄化装置であって、上記昇温制御においては上記ＮＯｘ吸蔵剤の他方の方向から排気ガスを流通させ、上記硫黄被毒再生制御においては上記ＮＯｘ吸蔵剤の上記一方の方向から排気ガスを流通させることを特徴とする。
【００２１】
排気ガス浄化装置の構成等によっては、上記硫黄被毒再生制御が特定の排気ガスの流通方向でのみ実施可能となる場合がある。本発明によれば、このような場合においても、上記昇温制御と上記硫黄被毒再生制御とにおいて上記ＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの方向を反転させることが可能となり、１番目の発明と同様の作用及び効果を得ることができる。
【００２２】
５番目の発明は１番目から４番目の何れかの発明において、上記ＮＯｘ吸蔵剤が、排気ガス中の排気微粒子を捕集する手段に担持されていて、上記昇温制御の際には上記排気微粒子捕集手段に捕集された排気微粒子が燃焼して除去されることを特徴とする。
【００２３】
上記硫黄被毒再生制御を実施する際に、上記排気微粒子捕集手段に排気微粒子が堆積していると、排気微粒子が燃焼してＮＯｘ吸蔵剤及びそれを担持している排気微粒子捕集手段が過昇温される恐れがある。このため、硫黄被毒再生制御を実施する前に、捕集され堆積している排気微粒子（ＰＭ）を燃焼して除去すること、すなわち排気微粒子捕集手段をＰＭ再生することが望ましい。本発明によれば、上記硫黄被毒再生制御を実施する前に実施される上記昇温制御においてＰＭ再生制御が実施されることになるので、堆積した排気微粒子の燃焼による過昇温の危険性が低減される。
【００２４】
【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。なお、本発明はＮＯｘ吸蔵剤であるＮＯｘ吸収剤とＮＯｘ吸着剤のどちらを用いても実施可能であるが、以下ではＮＯｘ吸収剤を用いた場合について説明する。
【００２５】
また、本明細書においては便宜上、「ＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）の上流側部分」及び「ＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）の下流側部分」等の表現を、排気ガス通路内に一ヶ所にまとめて配置されたＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）のうちの「上流側にあるＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）」及び「下流側にあるＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）」という意味で用いる。より具体的には、例えばＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）がパティキュレートフィルタのような担持体に担持されている場合には、「ＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）の上流側部分」及び「ＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）の下流側部分」等の表現はそれぞれ、その時の排気ガスの流通方向においてＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）のうちの「担持体の上流側部分に担持されているＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）」及び「担持体の下流側部分に担持されているＮＯｘ吸収剤（またはＮＯｘ吸蔵剤）」という意味で用いる。
【００２６】
図１は本発明を筒内噴射型の圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関に適用することもできる。
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートをそれぞれ示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、更に吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水が冷却装置１８内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００２７】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９及び排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結される。排気タービン２１の出口には排気ガス浄化器１００が連結されるが、この部分に設置される排気ガス浄化器１００については後に詳細に説明する。
【００２８】
排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２６が配置される。図１に示される実施形態では機関冷却水が冷却装置２６内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
【００２９】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル４０にはアクセルペダル４０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５及び燃料ポンプ２８等に接続される。
【００３０】
図２（Ａ）は要求トルクＴＱと、アクセルペダル４０の踏込み量Ｌと、機関回転数Ｎとの関係を示している。なお、図２（Ａ）において各曲線は等トルク曲線を表しており、ＴＱ＝０で示される曲線はトルクが零であることを示しており、残りの曲線はＴＱ＝ａ、ＴＱ＝ｂ、ＴＱ＝ｃ、ＴＱ＝ｄの順に次第に要求トルクが高くなる。図２（Ａ）に示される要求トルクＴＱは図２（Ｂ）に示されるようにアクセルペダル４０の踏込み量Ｌと機関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。本発明による実施形態では図２（Ｂ）に示すマップからアクセルペダル４０の踏込み量Ｌ及び機関回転数Ｎに応じた要求トルクＴＱがまず初めに算出され、この要求トルクＴＱに基づいて燃料噴射量等が算出される。
【００３１】
ＥＣＵ３０は、このように内燃機関の各構成要素と信号をやり取りして燃料噴射量制御等の機関の基本制御を行う他、以下で述べるように、排気ガス浄化器１００の各構成要素（後述する還元剤添加ノズル４４等）とも信号のやり取りを行い、排気ガス浄化器１００のＮＯｘ吸収剤を硫黄被毒再生するための制御（硫黄被毒再生制御）についての制御も行う。
【００３２】
図３は、図１に示されている排気ガス浄化器１００の部分に設置されて排気通路の一部を構成する、排気ガス浄化器１００の外観を模式的に示した説明図であり、図３（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４（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１００の内部の排気ガスの流れが示されている。
【００３３】
図３に示すように排気ガス浄化器１００は、基幹通路７８と、基幹通路７８に接続された環状通路８２とを備えており、環状通路８２には排気ガス中の排気微粒子を捕集し除去する手段であるフィルタ２２が配置されている。フィルタ２２には後述するようにＮＯｘ吸収剤４６が担持されている。基幹通路７８と環状通路８２との接続部分には、経路変更部８４が設けられている。経路変更部８４は、排気ガスの経路を変更すると共にＮＯｘ吸収剤４６が担持されたフィルタ２２（以下、ＮＯｘ吸収剤４６とフィルタ２２を特に区別する必要がない場合には単に「フィルタ２２」と称する）を流通する排気ガス流量を調整する切替調整弁８６と、切替調整弁８６を駆動するための駆動部８８とを備えている。経路変更部８４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７８を構成する二つの部分基幹通路７８ａ、７８ｂが接続されており、他方の組の対向面には、環状通路８２を構成する二つの部分環状通路８２ａ、８２ｂが接続されている。
【００３４】
第１の部分環状通路８２ａは、フィルタ２２の第１の面Ｓ１側に通じており、第２の部分環状通路８２ｂ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７８ｂには酸化触媒９２が配置されている。下流側の部分基幹通路７８ｂは、環状通路８２のフィルタ２２を内蔵している部分を囲むように形成されている。
【００３５】
更に、排気ガス浄化器１００は、還元剤添加部を第１の部分環状通路８２ａに備えており、この還元剤添加部は後述する昇温制御や硫黄被毒再生制御等を実施するために還元剤を環状通路８２内に添加するのに使用される。還元剤添加部は、還元剤添加ノズル４４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４４によって第１の部分環状通路８２ａ内に、ＥＣＵ３０の制御によって添加される。なお、本実施形態においては、貯蔵、補給等の際の煩雑さを避けるため、還元剤として内燃機関の燃料である軽油を使用している。
【００３６】
経路変更部８４と還元剤添加部とはＥＣＵ３０によって制御される。具体的には、ＥＣＵ３０は、経路変更部８４の駆動部８８に接続されており、駆動部８８を制御することにより、切替調整弁８６の動作を制御する。また、ＥＣＵ３０は、還元剤添加部の還元剤添加ノズル４４に接続されており、還元剤添加ノズル４４を制御することにより、還元剤添加ノズル４４の還元剤添加動作を制御する。
【００３７】
排気ガス浄化器１００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７８を通り、選択的に環状通路８２を通る。
図４（ａ）、（ｂ）は、切替調整弁８６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１００に流入した排気ガスは、上流側の部分基幹通路７８ａを通って切替調整弁８６に到り、第１の部分環状通路８２ａと第２の部分環状通路８２ｂとをこの順序で通って、切替調整弁８６のところに戻る。この時、排気ガスは、フィルタ２２を第１の面Ｓ１から第２の面Ｓ２に向かって流れる（この流れの方向を「順流」とする。）。切替調整弁８６のところに戻った排気ガスは、下流側の部分基幹通路７８ｂに流入し、酸化触媒９２を通過した後に排気ガス浄化器１００から排出される。なお、酸化触媒９２を通過した排気ガスは、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、部分基幹通路７８ｂの環状通路８２のフィルタ２２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。
【００３８】
図５は、切替調整弁８６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４（ａ）と同様の図である。この場合、排気ガスは、図４（ａ）の場合とほぼ同様に流れるが、環状通路８２を流れる方向（すなわちフィルタ２２を流通する方向）が反転している。すなわち、上流側の部分基幹通路７８ａを通って切替調整弁８６に到った排気ガスは、第２の部分環状通路８２ｂと第１の部分環状通路８２ａとをこの順序で通って、切替調整弁８６のところに戻る。この時、排気ガスはフィルタ２２を第２の面Ｓ２から第１の面Ｓ１に向かって流れる（この流れの方向を「逆流」とする。）。
【００３９】
このように、フィルタ２２（もしくはＮＯｘ吸収剤４６）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、通常使用時においてフィルタ２２内の位置による排気微粒子捕集量及びＮＯｘ吸収量の偏りを緩和して、フィルタ２２及びフィルタ２２に担持されているＮＯｘ吸収剤４６を効率的に利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、フィルタ２２の詰まりを防止する効果もある。
【００４０】
図６は、切替調整弁８６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４（ａ）及び図５と同様の図である。なお、切替調整弁８６を第１の位置と第２の位置とで切替える際には、切替調整弁８６は一時的に第３の位置となる。切替調整弁８６が第３の位置に位置している場合、基幹通路７８と環状通路８２との接続部分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７８ｂに流入し、酸化触媒９２を通過した後に、排気ガス浄化器１００から排出される。
【００４１】
上記のように、切替調整弁８６が第１または第２の位置にある場合には、排気ガスはフィルタ２２を通過し、更に酸化触媒９２を通過する。一方、切替調整弁８６が第３の位置にある場合には、殆どの排気ガスは、フィルタ２２を通過せずに酸化触媒９２のみを通過して排気ガス浄化器１００から排出される。したがって、通常の運転中は、排気ガスがフィルタ２２と酸化触媒９２とを通過して浄化されるように、切替調整弁８６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８８により第１の位置と第２の位置の間で調整される。
【００４２】
図７にフィルタ２２の拡大断面図を示す。図７を参照すると、フィルタ２２は多孔質セラミックから成り、この図において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。フィルタ２２内には、上流側に栓４８が施された第１通路５０と下流側に栓５２が施された第２通路５４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５４から多孔質セラミックの隔壁を通過して第１通路５０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、排気微粒子の大気への放出が防止される。
【００４３】
第１通路５０及び第２通路５４の隔壁の表面及び内部の細孔内にはＮＯｘ吸収剤４６が担持されている。ＮＯｘ吸収剤４６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吸収剤４６は流通する排気ガス（以下「吸収剤流通排気ガス」という）の空燃比がリーンの時にはＮＯｘを吸収し、吸収剤流通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収したＮＯｘを放出して還元浄化する作用（ＮＯｘの吸収放出及び還元浄化作用）を有する。
【００４４】
図１に示されるような圧縮着火式内燃機関では、通常時の排気ガス空燃比はリーンでありＮＯｘ吸収剤４６は排気ガス中のＮＯｘの吸収を行う。また、還元剤添加ノズル４４からフィルタ２２上流側の排気ガス通路に還元剤が供給される等して吸収剤流通排気ガスの空燃比が小さくなると共に還元剤の存在する状態になるとＮＯｘ吸収剤４６は吸収したＮＯｘを放出すると共に放出したＮＯｘを還元浄化する。
【００４５】
この吸収放出及び還元浄化作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もあるが、この吸収放出及び還元浄化作用は図８に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。次にこのメカニズムについて白金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なメカニズムとなる。
【００４６】
すなわち、吸収剤流通排気ガスの空燃比がかなりリーンになると吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が大幅に増大し、図８（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ２がＯ２−またはＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、吸収剤流通排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ２−またはＯ２−と反応し、ＮＯ２となる（２ＮＯ＋Ｏ２→２ＮＯ２）。次いで生成されたＮＯ２の一部は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつＮＯｘ吸収剤４６内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図８（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ３−の形でＮＯｘ吸収剤４６内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤４６内に吸収される。
【００４７】
吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ２が生成され、ＮＯｘ吸収剤４６のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ２がＮＯｘ吸収剤４６内に吸収されて硝酸イオンＮＯ３−が生成される。これに対して吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ２の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ３−→ＮＯ２）に進み、斯くしてＮＯｘ吸収剤４６内の硝酸イオンＮＯ３−がＮＯ２の形でＮＯｘ吸収剤から放出される。すなわち、吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が低下するとＮＯｘ吸収剤４６からＮＯｘが放出されることになる。吸収剤流通排気ガスのリーンの度合いが低くなれば吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が低下し、したがって吸収剤流通排気ガスのリーンの度合いを低くすればＮＯｘ吸収剤４６からＮＯｘが放出されることになる。
【００４８】
一方、この時吸収剤流通排気ガスの空燃比を小さくすると、ＨＣ、ＣＯは白金Ｐｔ上の酸素Ｏ２−またはＯ２−と反応して酸化せしめられる。また、吸収剤流通排気ガスの空燃比を小さくすると吸収剤流通排気ガス中の酸素濃度が極度に低下するためにＮＯｘ吸収剤４６からＮＯ２が放出され、このＮＯ２は図８（Ｂ）に示されるように未燃ＨＣ、ＣＯと反応して還元浄化せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ２が存在しなくなるとＮＯｘ吸収剤４６から次から次へとＮＯ２が放出される。したがって吸収剤流通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にすると短時間のうちにＮＯｘ吸収剤４６からＮＯｘが放出されて還元浄化されることになる。
なお、ここでいう排気ガスの空燃比とはＮＯｘ吸収剤４６上流側の排気ガス通路と燃焼室５または吸気通路に供給された空気と燃料との比率をいうものとする。
【００４９】
次にＮＯｘ吸収剤４６の硫黄被毒のメカニズムについて説明する。排気ガス中にＳＯｘ成分が含まれていると、ＮＯｘ吸収剤４６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。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吸収剤４６中のＢａＳＯ４の生成量が増大するとＮＯｘの吸収に関与できるＢａＯの量が減少してしまいＮＯｘの吸収能力が低下してしまう。
【００５０】
この硫黄被毒を解消するためには、ＮＯｘ吸収剤４６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吸収剤４６から放出させる必要がある。したがって硫黄被毒再生を行うためには、ＮＯｘ吸収剤４６を高温且つリッチ雰囲気の状態にすることが必要とされる。
【００５１】
このような硫黄被毒再生を実施する際に生ずる問題として、ＮＯｘ吸収剤４６において温度の高い部分と低い部分ができてしまい、ＮＯｘ吸収剤４６全体の硫黄被毒再生を良好に行うことができないという問題がある。そしてこの場合、温度の低い部分を更に昇温しようとすると、もともと温度の高かった部分が過昇温されてしまう恐れがある。
【００５２】
本発明は、図１及び図３から図６に示したような構成の排気ガス浄化装置において、ＮＯｘ吸収剤４６を高温且つリッチ雰囲気の状態とする硫黄被毒再生制御を実施する前に、ＮＯｘ吸収剤４６を昇温する昇温制御を別に実施し、且つ、上記昇温制御と上記硫黄被毒再生制御とにおいてＮＯｘ吸収剤４６を流通する排気ガスの方向を反転することにより上記問題を解決しようとするものである。
【００５３】
その具体的な方法を説明する前に、まず、その方法の中で実施される昇温制御及び硫黄被毒再生制御の方法について、図１及び図３から図６に示された構成において実施し得るものについて説明する。なお、昇温制御と硫黄被毒再生制御はほぼ同様の方法で実施され得るが、硫黄被毒再生制御の場合にはＮＯｘ吸収剤４６がリッチ雰囲気の状態となるように以下の各方法が実施される。
【００５４】
図１及び図３から図６に示された構成において実施し得る昇温制御及び硫黄被毒再生制御の方法には、内燃機関の制御による方法と内燃機関の制御によらない方法とがある。そして内燃機関の制御による方法には、いわゆる低温燃焼やポスト噴射を利用する方法があり、内燃機関の制御によらない方法には、排気ガス通路内への還元剤（軽油）添加を利用する方法がある。
【００５５】
まず還元剤添加を利用する方法について説明する。この方法は、第１の部分環状通路８２ａに設けられた還元剤添加ノズル４４によって還元剤を排気ガス通路内に添加することによって実施される。添加された還元剤は排気ガスと共に下流へ流れ、ＮＯｘ吸収剤４６において反応し、ＮＯｘ吸収剤４６を昇温する。この際、添加される還元剤の量及び添加の仕方を制御すること等によってＮＯｘ吸収剤４６の温度が硫黄分放出温度以上になるようにし、且つ排気ガスの空燃比がリッチになるようにすれば、ＮＯｘ吸収剤４６から硫黄分を放出させる硫黄被毒再生制御を実施することができる。
【００５６】
なお、以上の説明からも明らかなように、還元剤の添加はＮＯｘ吸収剤４６の上流で行う必要があるので、第１の部分環状通路８２ａにのみ還元剤添加ノズル４４が設けられている本排気ガス浄化器１００においては、還元剤添加が行われる時は、切替調整弁８６は第１の位置と第３の位置の間に位置される。すなわち、還元剤添加による昇温制御または硫黄被毒再生制御を実施する時の排気ガスの流れの方向は順流にする必要がある。
【００５７】
また、この方法では切替調整弁８６によりＮＯｘ吸収剤４６を流通する排気ガスの量が調整できるので、機関から排出される排気ガス量が多い時（例えば高速高負荷運転時など）に硫黄被毒再生制御を行う場合に燃費悪化を抑制することができる。すなわち、ＮＯｘ吸収剤４６を流通する排気ガスの量を低減することによりその空燃比をリッチにするために必要な還元剤（燃料）量を低減することができる。
【００５８】
次に内燃機関の制御による方法の一つであるいわゆるポスト噴射を利用する方法について説明する。この方法は機関の膨張行程または排気行程中にシリンダ内へ燃料噴射弁６によって燃料噴射（ポスト噴射）することによって実施される。ポスト噴射された燃料は既燃ガスと共に下流へ流れ、ＮＯｘ吸収剤４６において反応し、ＮＯｘ吸収剤４６を昇温する。この際、ポスト噴射される燃料量等を制御することによってＮＯｘ吸収剤４６の温度が硫黄分放出温度以上になるようにし、且つ排気ガスの空燃比がリッチになるようにすれば、ＮＯｘ吸収剤４６から硫黄分を放出させる硫黄被毒再生制御を実施することができる。
【００５９】
但し、この方法では、上述した還元剤添加を利用する方法とは異なり、硫黄被毒再生制御を実施する際には機関から排出される排気ガスの全てをリッチにする必要があるため、排気ガス量が多い時（例えば高速高負荷運転時など）に硫黄被毒再生制御を行う場合には燃費悪化を招く恐れがある。そしてその一方、ポスト噴射は、噴射した燃料がシリンダ内壁に到達し潤滑油を希釈してしまう場合があるため、シリンダ内圧力が比較的高い高速高負荷運転時に行うことが望ましい。
このようなことから、このポスト噴射を利用する方法については機関の運転状態が高速高負荷運転状態である時に昇温制御を実施するために行われるのが望ましいと考えられる。
【００６０】
次に内燃機関の制御による別の方法であるいわゆる低温燃焼を利用する方法について説明するが、その前にまず「低温燃焼」について説明する。
図１に示される内燃機関ではＥＧＲ率（ＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量））を増大していくとスモークの発生量が次第に増大してピークに達し、更にＥＧＲ率を高めていくと今度はスモークの発生量が急激に低下する。このことについてＥＧＲガスの冷却度合を変えた時のＥＧＲ率とスモークとの関係を示す図９を参照しつつ説明する。なお、図９において曲線ＡはＥＧＲガスを強力に冷却してＥＧＲガス温をほぼ９０℃に維持した場合を示しており、曲線Ｂは小型の冷却装置でＥＧＲガスを冷却した場合を示しており、曲線ＣはＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合を示している。
【００６１】
図９の曲線Ａで示されるようにＥＧＲガスを強力に冷却した場合にはＥＧＲ率が５０パーセントよりも少し低いところでスモークの発生量がピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ５５パーセント以上にすればスモークがほとんど発生しなくなる。一方、図９の曲線Ｂで示されるようにＥＧＲガスを少し冷却した場合にはＥＧＲ率が５０パーセントよりも少し高いところでスモークの発生量がピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ６５パーセント以上にすればスモークがほとんど発生しなくなる。また、図９の曲線Ｃで示されるようにＥＧＲガスを強制的に冷却していない場合にはＥＧＲ率が５５パーセントの付近でスモークの発生量がピークとなり、この場合にはＥＧＲ率をほぼ７０パーセント以上にすればスモークがほとんど発生しなくなる。
【００６２】
このようにＥＧＲガス率を５５パーセント以上にするとスモークが発生しなくなるのは、ＥＧＲガスの吸熱作用によって燃焼時における燃料及び周囲のガス温がさほど高くならず、その結果炭化水素が煤まで成長しないからであり、本明細書ではこのような燃焼を「低温燃焼」と称している。なお、ここでの説明では、ＥＧＲガスを用いた場合について説明したが、ＥＧＲガスに限らず、吸熱作用を有するその他の不活性ガスを用いることによっても同様に低温燃焼を行わせることができる。
【００６３】
この低温燃焼は、空燃比にかかわらずにスモークの発生を抑制しつつＮＯｘの発生量を低減することができるという特徴を有する。すなわち、空燃比がリッチにされると燃料が過剰となるが燃焼温度が低い温度に抑制されているために過剰な燃料は煤まで成長せず、斯くしてスモークが発生することがない。また、この時ＮＯｘも極めて少量しか発生しない。一方、平均空燃比がリーンの時、或いは空燃比が理論空燃比の時でも燃焼温度が高くなれば少量の煤が生成されるが低温燃焼下では燃焼温度が低い温度に抑制されているためにスモークは全く発生せず、ＮＯｘも極めて少量しか発生しない。
【００６４】
一方、この低温燃焼を行うと燃料及びその周囲のガス温は低くなるが排気ガス温度は上昇する。このことについて図１０（Ａ）、（Ｂ）を参照しつつ説明する。
図１０（Ａ）の実線は低温燃焼が行われた時の燃焼室５内の平均ガス温Ｔｇとクランク角との関係を示しており、図１０（Ａ）の破線は通常の燃焼が行われた時の燃焼室５内の平均ガス温Ｔｇとクランク角との関係を示している。また、図１０（Ｂ）の実線は低温燃焼が行われた時の燃料及びその周囲のガス温Ｔｆとクランク角との関係を示しており、図１０（Ｂ）の破線は通常の燃焼が行われた時の燃料及びその周囲のガス温Ｔｆとクランク角との関係を示している。
【００６５】
低温燃焼が行われている時には通常の燃焼が行われている時に比べてＥＧＲガス量が多く、したがって図１０（Ａ）に示されるように圧縮上死点前は、すなわち圧縮工程中は実線で示す低温燃焼時における平均ガス温Ｔｇのほうが破線で示す通常の燃焼時における平均ガス温Ｔｇよりも高くなっている。なお、この時図１０（Ｂ）に示されるように燃料及びその周囲のガス温Ｔｆは平均ガス温Ｔｇとほぼ同じ温度になっている。
【００６６】
次いで圧縮上死点付近において燃焼が開始されるがこの場合、低温燃焼が行われている時には図１０（Ｂ）の実線で示されるようにＥＧＲガスの吸熱作用により燃料及びその周囲のガス温Ｔｆはさほど高くならない。これに対して通常の燃焼が行われている場合には燃料周りに多量の酸素が存在するために図１０（Ｂ）の破線で示されるように燃料及びその周囲のガス温Ｔｆは極めて高くなる。このように通常の燃焼が行われた場合には燃料及びその周囲のガス温Ｔｆは低温燃焼が行われている場合に比べてかなり高くなるが大部分を占めるそれ以外のガスの温度は低温燃焼が行われている場合に比べて通常の燃焼が行われている場合の方が低くなっており、したがって図１０（Ａ）に示されるように圧縮上死点付近における燃焼室５内の平均ガス温Ｔｇは低温燃焼が行われている場合の方が通常の燃焼が行われている場合に比べて高くなる。その結果、図１０（Ａ）に示されるように燃焼が完了した後の燃焼室５内の既燃ガス温は低温燃焼が行われた場合の方が通常の燃焼が行われた場合に比べて高くなり、斯くして低温燃焼を行うと排気ガス温度が高くなる。
【００６７】
このように低温燃焼が行われるとスモークの発生量が少なくなると共に、排気ガス温度が上昇する。また、低温燃焼を行っている時の排気ガスは、一般にＨＣ、ＣＯ等（還元剤）を多く含むことになる。
そして、このような低温燃焼を利用して昇温制御及び硫黄被毒再生制御を実施することができる。すなわち内燃機関の燃焼室５内の不活性ガス量を制御することによって上記低温燃焼を行わせると、上記排気ガス温度の上昇並びに上記のＨＣ、ＣＯ等（還元剤）のＮＯｘ吸収剤４６における反応によって（主には後者によって）ＮＯｘ吸収剤４６が昇温される。この際、燃焼室５内の平均空燃比がリッチになるようにして低温燃焼を行い、且つＮＯｘ吸収剤４６の温度が硫黄分放出温度以上になるようにすれば、ＮＯｘ吸収剤４６から硫黄分を放出させる硫黄被毒再生制御を実施することができる。
【００６８】
しかしながら、この低温燃焼は機関の要求トルクが高くなると、すなわち燃料噴射量が多くなると燃焼時における燃料及び周囲のガス温が高くなるために、その実施が困難となる。すなわち、低温燃焼を行い得るのは燃焼による発熱量が比較的少ない機関の低速低負荷運転時に限られる。したがって、このような低温燃焼を利用した昇温制御及び硫黄被毒再生制御は、機関が高速高負荷で運転されている時には実施することができない。
【００６９】
以上のように、内燃機関の制御による方法については、内燃機関の運転状態によって実施が制限される場合があり、内燃機関の制御によらない方法、すなわち還元剤添加を利用する方法については、本排気ガス浄化器１００の構成の場合には実施の際の排気ガスの流れの方向が順流に限られる。また、上述した方法は何れもＮＯｘ吸収剤４６において排気ガス中に含まれる還元剤または燃料を反応させることによってＮＯｘ吸収剤４６を昇温するものであり、通常これらの方法が実施されると排気ガス中に含まれる還元剤または燃料の反応性が比較的低いこと等の理由から、ＮＯｘ吸収剤４６のうち、その時の排気ガスの流れの方向において下流側となる部分の温度が上昇し易く、上流側となる部分の温度が上昇し難い傾向がある。
【００７０】
以上のことを踏まえ、次に図１及び図３から図６に示された構成において実施し得る、過昇温することを抑制しつつＮＯｘ吸収剤４６全体の硫黄被毒再生を図る方法について説明する。図１１はこの方法を実施するための制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンはＥＣＵ３０により一定時間毎の割込みによって実施される。
【００７１】
この制御ルーチンがスタートすると、まず、ステップ１０１でＮＯｘ吸収剤４６の硫黄（Ｓ）被毒再生制御の実施条件が成立したか否かが判定される。硫黄被毒再生制御実施条件は、例えばＮＯｘ吸収剤４６に吸収されたＳＯｘ量、すなわち吸収ＳＯｘ量が一定量以上になること等であるが、この場合、吸収ＳＯｘ量を直接求めることは困難であるので内燃機関から排出されるＳＯｘ量、すなわち車両走行距離に基づいて吸収ＳＯｘ量を推定する。つまり、前回硫黄被毒再生制御を実施した時点からの走行距離が予め定められた設定値よりも大きくなった時に硫黄被毒再生制御実施条件が成立したと判定する。
【００７２】
ステップ１０１において硫黄被毒再生制御実施条件が成立していないと判定された場合には本制御ルーチンは終了し、硫黄被毒再生制御実施条件が成立していると判定された場合にはステップ１０３に進む。ステップ１０３においては内燃機関の制御による硫黄被毒再生制御が可能か否かが判定される。より具体的には、例えば上述した低温燃焼を利用した硫黄被毒再生制御が実施可能か否かが判定される。つまり、内燃機関の運転状態が検出され低温燃焼が実施可能な運転状態（すなわち低速低負荷運転状態）であるか否かが判定される。このような内燃機関の運転状態は、例えば図１２に示されたようなマップに基づいて判定される。
【００７３】
図１２は、要求トルクＴＱと機関回転数Ｎとからその時の機関運転状態（ＴＱｎ，Ｎｎ）を運転領域Ｉ（低速低負荷運転状態）、運転領域ＩＩ（中速中負荷運転状態）、運転領域ＩＩＩ（高速高負荷運転状態）とに判別するためのものであり、事前に実験等によって求め、ＲＯＭ３２内に記憶しておく。ここで、互いに隣り合う二つの運転領域の境界線Ｘ（Ｎ）またはＹ（Ｎ）は、後述するように各運転状態において行われる昇温制御及び硫黄被毒再生制御の方法に関連して適切に定められる。
【００７４】
例えば、ここで運転領域Ｉと運転領域ＩＩとの境界（曲線Ｘ（Ｎ））は低温燃焼が行えるか否かによって定められている。先にも述べたように、機関の要求トルクＴＱが高くなって燃料噴射量が多くなると燃焼時における燃料及び周囲のガス温が高くなるために低温燃焼を行うのが困難となる。つまり、低温燃焼を行い得るのは燃焼による発熱量が比較的少ない低速低負荷運転時に限られる。この曲線Ｘ（Ｎ）は、この低温燃焼を行いうる最大の要求トルクＴＱを機関回転数Ｎの関数として表したものである。つまり、ここで運転領域Ｉは、低温燃焼を行い得る運転領域であると言え、その時の運転状態が運転領域Ｉに入る場合には低温燃焼を利用した硫黄被毒再生制御が実施可能であると言える。
【００７５】
ステップ１０３において内燃機関の制御によって（すなわち、ここでは低温燃焼を利用して）硫黄被毒再生制御が実施可能であると判定されるとステップ１０５に進み、そうでない場合にはステップ１１１に進む。
ステップ１０５においては内燃機関の制御による昇温制御が実施される。すなわち、ここでは上述した低温燃焼を利用した昇温制御が行われＮＯｘ吸収剤４６の昇温が図られる。この時、ＮＯｘ吸収剤４６を通過する排気ガスの流れの方向に特に制限はなく、順流であっても逆流であってもよい。また、この昇温制御は予め定めた所定時間継続するようにしてもよく、あるいは、ＮＯｘ吸収剤４６を通過した排気ガスの温度を測定する温度センサ（図示なし）を設けておき、その測定値が予め定めた所定値になった時に昇温制御が完了したものとしてもよい。
【００７６】
続くステップ１０７においては、切替調整弁８６が操作され、ＮＯｘ吸収剤４６を通過する排気ガスの流れの方向が反転される。そしてステップ１０９において内燃機関の制御による硫黄被毒再生制御、すなわちここでは上述した低温燃焼を利用した硫黄被毒再生制御が行われＮＯｘ吸収剤４６の硫黄被毒再生が図られる。
【００７７】
以上のステップ１０５からステップ１０９までの制御において、ステップ１０５の昇温制御が実施された時には、ＮＯｘ吸収剤４６のうちその時の流れの方向における下流側部分の温度が高くなる傾向がある。そしてステップ１０７で排気ガスの流れの方向が反転されるので、ステップ１０９の硫黄被毒再生制御を開始する際にはその時の流れの方向における上流側部分の温度が高くなっている。通常、上流側部分は昇温し難いため硫黄被毒再生を良好に行うことが難しいが、この方法によれば上流側部分の硫黄被毒再生も良好に行うことができる。また、排気ガスの流れが高温部分から低温部分へと流れるためＮＯｘ吸収剤４６の全体に渡って温度差が小さくなり、過昇温することを抑制しつつ、ＮＯｘ吸収剤全体の硫黄被毒再生を図ることが可能となる。
【００７８】
一方、ステップ１１１に進んだ場合には、内燃機関の制御による昇温制御が可能か否かが判定される。より具体的には、例えば上述したポスト噴射を利用した昇温制御が実施可能か否かが判定される。つまり、ポスト噴射を利用した昇温制御は上述したように高速高負荷運転時に行うことが望ましいため、内燃機関の運転状態が検出され、ポスト噴射を利用した昇温制御を行うのを許容できる運転状態（すなわち高速高負荷運転状態）であるか否かが判定される。このような内燃機関の運転状態は、上述した図１２に示されたようなマップに基づいて判定される。図１２において運転領域ＩＩと運転領域ＩＩＩとの境界（曲線Ｙ（Ｎ））は、その運転状態においてポスト噴射を利用した昇温制御が望ましいか否かもしくは許容されるか否かによって定められている。つまり、ここで運転領域ＩＩＩは、ポスト噴射を利用した昇温制御が望ましいもしくは許容される運転領域であると言え、その時の運転状態が運転領域ＩＩＩに入る場合にはポスト噴射を利用した昇温制御が実施可能であると言える。
【００７９】
ステップ１１１において内燃機関の制御によって（すなわち、ここではポスト噴射を利用して）昇温制御が実施可能であると判定されるとステップ１１３に進み、そうでない場合、すなわちその時の運転状態が運転領域ＩＩ（中速中負荷運転状態）に入ると判定された場合にはステップ１２１に進む。
ステップ１１３に進むと切替調整弁８６が操作されてＮＯｘ吸収剤４６を通過する排気ガスの流れの方向が逆流にされ、続くステップ１１５において内燃機関の制御による昇温制御が実施される。すなわち、ここでは上述したポスト噴射を利用した昇温制御が行われＮＯｘ吸収剤４６の昇温が図られる。
【００８０】
そして、昇温制御が完了すると続くステップ１１７において切替調整弁８６が操作されてＮＯｘ吸収剤４６を通過する排気ガスの流れの方向が順流にされ、ステップ１１９において上述した還元剤添加を利用した硫黄被毒再生制御が実施される。
このようなステップ１１３からステップ１１９までの制御によっても上述したステップ１０５からステップ１０９までの制御と同様な効果が得られる。すなわち、ステップ１１５の昇温制御が実施された時には、排気ガスの流れの方向は逆流であるのでＮＯｘ吸収剤４６のうち下流側部分にあたる面Ｓ１側部分の温度が高くなる傾向がある。そしてステップ１１７で排気ガスの流れの方向が順流にされるので、ステップ１１９の硫黄被毒再生制御を開始する際には昇温し難い上流側部分（面Ｓ１側部分）の温度が高くなっている。したがって、この方法によれば上流側部分の硫黄被毒再生も良好に行うことができ、また、排気ガスの流れが高温部分から低温部分へと流れるためＮＯｘ吸収剤４６の全体に渡って温度差が小さくなり、過昇温することを抑制しつつ、ＮＯｘ吸収剤全体の硫黄被毒再生を図ることが可能となる。
【００８１】
なお、ステップ１１９において還元剤添加によって硫黄被毒再生制御をすることとしたのは、ステップ１１１の判定においてステップ１１３に進む場合というのは高速高負荷運転状態の場合であり、その場合には上述したように燃費悪化の懸念からポスト噴射による硫黄被毒再生制御が望ましくないからである。そして、還元剤添加による硫黄被毒再生制御は排気ガスの流れの方向が順流の場合にのみ可能であるので、昇温制御実施時と硫黄被毒再生制御実施時とにおいて排気ガスの流れの方向を反転させることによる上述したような作用効果を得るためには、ステップ１１３において排気ガスの流れの方向を逆流にしてから昇温制御を行う必要がある。
【００８２】
一方、ステップ１２１に進んだ場合には、昇温制御と硫黄被毒再生制御とが何れも排気ガス通路内への還元剤添加によって行われる。この場合、排気ガスの流れの方向は順流でなければならないので、まずステップ１２１において切替調整弁８６が操作されてＮＯｘ吸収剤４６を通過する排気ガスの流れの方向が順流にされ、続いて昇温制御（ステップ１２３）と硫黄被毒再生制御（ステップ１２５）が行われる。
【００８３】
以上のように、この方法によれば内燃機関の運転状態に応じて許容される場合において、昇温制御と硫黄被毒再生制御とでＮＯｘ吸収剤４６を流通する排気ガスの方向が反転され、その結果、過昇温することを抑制しつつ、ＮＯｘ吸収剤４６全体の硫黄被毒再生を図ることが可能となる。
【００８４】
また、他の方法として、硫黄被毒再生制御実施条件が成立した場合には必ずＮＯｘ吸収剤４６を流通する排気ガスの方向を逆流にして機関制御による昇温制御を実施し、次いで流れの方向を逆流にして硫黄被毒再生制御を実施するようにしてもよい。
図１１を参照して説明した方法においては、ステップ１２１へ進む場合、すなわち中速中負荷運転を行っている場合には、低温燃焼を実施することができず、またポスト噴射を行うことも望ましくないため還元剤添加によって昇温制御と硫黄被毒再生制御が実施される。しかし、この場合、還元剤添加による昇温制御及び硫黄被毒再生制御は排気ガスの流れの方向が順流でないと実施できないため、二つの制御においてＮＯｘ吸収剤４６を流通する排気ガスの方向を反転し、それによって過昇温することを抑制しつつ、ＮＯｘ吸収剤４６全体の硫黄被毒再生を図るという作用効果を得ることはできない。
【００８５】
ここで、ポスト噴射による昇温制御は内燃機関の運転状態が中速中負荷運転の時に必ずしも実施が不可能なわけではなく、硫黄被毒再生制御の実施頻度等から考えて潤滑油の希釈が問題にならなければ実施は可能である。したがって、内燃機関の運転状態にかかわらず、上述の何れかの方法で内燃機関の制御による昇温制御が実施可能である。また内燃機関の制御による昇温制御においては排気ガスの流れの方向は制限されないのでこの時の流れの方向を逆流に設定することができる。
【００８６】
そして、その後の硫黄被毒再生制御は排気ガスの流れの方向を順流として行う必要があるが、排気ガスの流れの方向が順流であれば、全ての運転状態に渡って還元剤添加による場合も含めた上述の何れかの方法によって硫黄被毒再生制御の実施が可能である。
以上のように、硫黄被毒再生制御実施条件が成立した場合には必ずＮＯｘ吸収剤４６を流通する排気ガスの方向を逆流にして昇温制御を実施し、次いで流れの方向を順流にして硫黄被毒再生制御を実施するようにすることが可能であり、これによって内燃機関の運転状態にかかわらず、上述したような過昇温することを抑制しつつ、ＮＯｘ吸収剤４６全体の硫黄被毒再生を図るという作用効果を得ることができる。
【００８７】
また、以上の説明は、還元剤添加ノズル４４が第１の部分環状通路８２ａにのみ設けられている構成を有する排気ガス浄化器１００を用いた場合に関してのものであるが、還元剤添加ノズルが第２の部分環状通路８２ｂにも設けられている場合には、更に異なる方法が考えられる。すなわち、この場合には還元剤添加による昇温制御及び硫黄被毒再生制御においてもＮＯｘ吸収剤４６を流通する排気ガスの方向に関する制限が無くなるので、例えば硫黄被毒再生制御が還元剤添加により行われる場合においても昇温制御の際の排気ガスの流れの方向を逆流に調整する必要がなくなる。
【００８８】
また、以上の説明における昇温制御は、フィルタ２２に捕集された排気微粒子（ＰＭ）を燃焼除去するためのＰＭ再生制御であってもよい。すなわち、フィルタ２２に捕集された排気微粒子は、内燃機関の運転状態によって、例えば排気温度が高くなる高負荷運転時等には自然に燃焼するが、通常の運転状態では次第に堆積していく。排気微粒子が堆積するとフィルタ２２において生じる排気抵抗（すなわち、圧力損失）が上昇して内燃機関の性能に悪影響を及ぼす要因となる。このため、フィルタ２２に堆積した排気微粒子を燃焼させて除去すること（ＰＭ再生）が必要であるが、これはフィルタ２２を昇温することで実施される。つまり、上述したような昇温制御を実施することによってフィルタ２２をＰＭ再生することができ、また逆にＰＭ再生制御は昇温制御の一種であると言える。
【００８９】
そして、硫黄被毒再生制御を実施する際に、フィルタ２２に排気微粒子が堆積していると、排気微粒子が燃焼してＮＯｘ吸収剤４６及びそれを担持しているフィルタ２２が過昇温される恐れがあるので、硫黄被毒再生制御を実施する前に、捕集され堆積している排気微粒子（ＰＭ）を燃焼して除去すること、すなわちＰＭ再生制御を実施することは過昇温の危険性を低減する上で望ましい。
【００９０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、昇温制御とその後に行う硫黄被毒再生制御とにおいてＮＯｘ吸蔵剤を流通する排気ガスの方向を反転することによって、硫黄被毒再生制御を開始する際には昇温し難いＮＯｘ吸蔵剤のうちの上流側部分が昇温されているようになるので、その部分の硫黄被毒再生を良好に行うことができる。また、排気ガスの流れが高温部分から低温部分へと流れるためＮＯｘ吸蔵剤の全体に渡って温度差が小さくなり、過昇温することを抑制しつつ、ＮＯｘ吸蔵剤全体の硫黄被毒再生を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の排気ガス浄化装置を筒内噴射型の圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示す図である。
【図２】図２は、機関の要求トルクを示す図である。
【図３】図３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３（ａ）及び図３（ｂ）がそれぞれ上面図及び側面図を示している。
【図４】図４は、図３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４（ａ）及び図４（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、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５】図５は、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４（ａ）と同様の図である。
【図６】図６は、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４（ａ）と同様の図である。
【図７】図７は、ＮＯｘ吸収剤が担持されたパティキュレートフィルタの拡大断面図である。
【図８】図８は、ＮＯｘの吸収放出及び還元浄化作用を説明するための図である。
【図９】図９は、スモークの発生量を示す図である。
【図１０】図１０は、燃焼室内のガス温等を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の排気ガス浄化装置のための制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、要求トルクと機関回転数とから機関運転状態を運転領域Ｉ（低速低負荷運転状態）、運転領域ＩＩ（中速中負荷運転状態）、運転領域ＩＩＩ（高速高負荷運転状態）とに判別するためのマップの一例である。
【符号の説明】
１…機関本体
５…燃焼室
６…電気制御式燃料噴射弁
２２…パティキュレートフィルタ
３０…電子制御ユニット
４４…還元剤添加ノズル
４６…ＮＯｘ吸収剤
８６…切替調整弁
１００…排気ガス浄化器
【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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