(57)【要約】【課題】内燃機関の燃焼方法に基づいて、触媒を切り替えることにより、内燃機関の燃焼方法に応じて排出される排気を適切に浄化することができる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】機関燃焼にともなうＮＯｘの生成、及び、スモークの発生を抑制するために適用される第１の燃焼モードと、第１の燃焼モード以外の第２の燃焼モードとの間で択一的な切り替えを行う内燃機関の排気浄化装置において、第１の燃焼モード時に内燃機関から排出される排気を浄化するための触媒Ａ１と、第２の燃焼モード時に内燃機関から排出される排気を浄化するための触媒Ｂ１とを備え、燃焼モードに基づいて切り替えバルブＣ１を制御して排気の流れを切り替える。【選択図】  図３
2005030284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関燃焼に供される混合気中の不活性ガス量の増大とともに該機関燃焼に伴う煤の発生量が増大して極大値に達し、前記不活性ガス量が前記煤の発生量の極大値に対応する値から更に増大することにより、前記煤の発生量が著しく減少する所定領域で実行される燃焼モードと、吸気行程中および／または圧縮行程中に、気筒内に燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される予混合圧縮着火燃焼が実行される燃焼モードとのうち少なくともいずれかからなる第１の燃焼モードと、
前記第１の燃焼モード以外の第２の燃焼モードと、
を有し、前記第１の燃焼モードと前記第２の燃焼モードとの間で択一的に切り替えを行う内燃機関の排気浄化装置において、
前記第１の燃焼モード時に内燃機関から排出される排気を浄化するための第１の触媒と、
前記第２の燃焼モード時に内燃機関から排出される排気を浄化するための第２の触媒と、
内燃機関から排出される排気の流れを前記第１の触媒側と前記第２の触媒側との間で切り替える切り替え弁と、
内燃機関の燃焼モードに基づいて、前記第１の燃焼モード時には前記第１の触媒側に、前記第２の燃焼モード時には前記第２の触媒側に、前記切り替え弁を切り替える制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第１の燃焼モード時であって前記第１の触媒が活性状態にある場合、内燃機関から排出される排気が前記第１の触媒側と前記第２の触媒側との両方に流れるように前記切り替え弁を切り替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浄化装置。
【請求項３】
前記切り替え弁は前記第１および第２の触媒の上流側に設けられており、
前記第１の触媒の上流側であって前記切り替え弁の下流側に、ＨＣを再離脱可能に吸着するＨＣ吸着材をさらに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浄化装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記第１の燃焼モード時であって、内燃機関から排出される排気の空燃比がリッチであり、前記第２の触媒の再生処理が行われる場合には、内燃機関から排出される排気が少なくとも前記第２の触媒側に流れるように前記切り替え弁を切り替えることを特徴とする請求項１または３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記切り替え弁は前記第１および第２の触媒の上流側に設けられており、
ＨＣを再離脱可能に吸着するＨＣ吸着材と、
前記ＨＣ吸着材をバイバスするバイパス路と、
排気の流れを前記ＨＣ吸着材側と前記バイパス路側との間で切り替えるバイパス切り替え弁と、
を前記切り替え弁より上流側にさらに備え、
前記制御手段は、内燃機関の燃焼モードに基づいて排気が流入する前記第１の触媒または前記第２の触媒が活性状態にない場合に、前記バイパス切り替え弁を前記ＨＣ吸着材側に切り替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浄化装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記第２の燃焼モード時であって前記ＨＣ吸着材にＨＣが吸着されており前記第２の触媒の再生処理が行われる場合には、前記バイパス切り替え弁を前記ＨＣ吸着材側に切り替えることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記第２の触媒に流入する排気の空燃比を検出する空燃比検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記第２の燃焼モード時であって前記ＨＣ吸着材にＨＣが吸着されており前記第２の触媒の再生処理が行われる場合に、前記空燃比検出手段により検出された空燃比が、目標空燃比に近づくように前記バイパス切り替え弁の開度を制御することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記第１の触媒または前記第２の触媒の温度を検出する触媒温度検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記触媒温度検出手段により検出された前記第１の触媒または前記第２の触媒の温度が所定値より低く、前記ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣが離脱可能な場合に、前記バイパス切り替え弁を前記ＨＣ吸着材側に切り替えることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記第２の触媒は、前記第１の触媒の下流側に設けられ、
前記第１の触媒を迂回し、前記第２の触媒の上流側で合流するバイパス路をさらに備え、
内燃機関から排出される排気は、前記第１の燃焼モード時には、前記第１の触媒を通った後、前記第２の触媒を通り、前記第２の燃焼モード時には、前記バイパス路を介して前記第２の触媒を通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１０】
前記切り替え弁は、排気の流れを前記第１の触媒側と前記バイパス路側とに切り替えるように、前記第１の触媒の上流側に設けられ、
前記第１の触媒の上流側であって前記切り替え弁の下流側に、ＨＣを再離脱可能に吸着するＨＣ吸着材をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
前記第２の触媒は、前記第１の触媒の周りを囲むように設けられ、
前記第１の触媒を通り該第１の触媒から排出された排気は、前記第２の触媒を通って該第２の触媒から排出され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１２】
前記第１の触媒内の排気の流れと、前記第２の触媒内の排気の流れとは逆方向となり、さらに、前記第１の触媒の下流側と前記第２の触媒の上流側とが連通するように設けられることを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１３】
前記切り替え弁は４つのポートを有し、該４つのポートのうち第１ポートには上流側の排気通路が接続され、該４つのポートのうち第２ポートには大気側に通じる排気通路が接続され、該４つのポートのうち第３ポートには前記第１の触媒に通じる排気通路が接続され、該４つのポートのうち第４ポートには前記第２の触媒に通じる排気通路が接続されて、
前記第１の触媒から排出された排気が前記第２の触媒に流入する、または、前記第２の触媒から排出された排気が前記第１の触媒に流入するように設けられており、
前記制御手段は、
前記第１の燃焼モードの場合、前記第１ポートと前記第３ポートとを連通させるとともに、前記第２ポートと前記第４ポートとを連通させるように前記切り替え弁を制御して、排気を前記上流側排気通路から前記第１の触媒を通した後、前記第２の触媒を通して前記下流側排気通路へと流し、
前記第２の燃焼モードの場合、前記第１ポートと前記第４ポートとを連通させるとともに、前記第２ポートと前記第３ポートとを連通させるように前記切り替え弁を制御して、排気を前記上流側排気通路から前記第２の触媒を通した後、前記第１の触媒を通して前記下流側排気通路へと流す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する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の内燃機関においては、予混合圧縮着火燃焼や、低温燃焼などの燃焼方法を採用することにより、内燃機関から排出される排気の排出特性が向上することが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような燃焼方法によれば、内燃機関から排出される排気のうち、ＮＯｘ（窒素酸化物）やスモークの発生を抑制することができるものである。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１１０６６９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、予混合圧縮着火燃焼や、低温燃焼では、ＮＯｘやスモークの発生を抑制することができるが、その一方で、ＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）などの未燃排気物が多くなってしまうという課題がある。そして、このような予混合圧縮着火燃焼や、低温燃焼を実行可能な内燃機関が通常の燃焼モードで運転された場合には、予混合圧縮着火燃焼時や、低温燃焼時に比べてＮＯｘやスモークが多く発生してしまうことから、燃焼モードが切り替わる内燃機関において、適切に排気の浄化を行う必要がある。
【０００５】
本発明は、上記したような事情に鑑みてなされたものであり、内燃機関の燃焼方法に基づいて、触媒を切り替えることにより、内燃機関の燃焼方法に応じて排出される排気を適切に浄化することができる内燃機関の排気浄化装置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】
上記目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置にあっては、内燃機関の燃焼方法に基づいて、触媒を切り替えることを要旨とするものである。
【０００７】
燃焼方法としては、機関燃焼に供される混合気中の不活性ガス量の増大とともに該機関燃焼に伴う煤の発生量が増大して極大値に達し、前記不活性ガス量が前記煤の発生量の極大値に対応する値から更に増大することにより、前記煤の発生量が著しく減少する所定領域で実行される燃焼モードと、吸気行程中および／または圧縮行程中に、気筒内に燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される予混合圧縮着火燃焼が実行される燃焼モードとのうち少なくともいずれかからなる第１の燃焼モードと、
前記第１の燃焼モード以外の第２の燃焼モードと、から構成されるもので、内燃機関においては、前記第１の燃焼モードと前記第２の燃焼モードとの間で択一的な切り替えが行われている。
【０００８】
そして、本発明の具体的な構成としては、
前記第１の燃焼モード時に内燃機関から排出される排気を浄化するための第１の触媒と、
前記第２の燃焼モード時に内燃機関から排出される排気を浄化するための第２の触媒と、
内燃機関から排出される排気の流れを前記第１の触媒側と前記第２の触媒側との間で切り替える切り替え弁と、
内燃機関の燃焼モードに基づいて、前記第１の燃焼モード時には前記第１の触媒側に、前記第２の燃焼モード時には前記第２の触媒側に、前記切り替え弁を切り替える制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
第１の燃焼モードは、機関燃焼にともなうＮＯｘの生成、及び、スモークの発生を抑制するために好適に適用される燃焼方法であるが、その一方で、排気中の未燃燃料成分（ＨＣ、ＣＯなど）が増大する場合がある。また、第２の燃焼モードでは、機関燃焼にともなってＮＯｘが生成され、スモークが発生する場合がある。したがって、第１の触媒と第２の触媒を、内燃機関の燃焼方法に基づいて切り替えることにより、より効果的な排気物の浄化を行うことが可能となる。
【００１０】
また、第１の触媒は小容量の触媒を用いることが好ましい。例えば、機関運転状態が軽負荷の場合には、触媒温度も低く、浄化能力が小さくなっているが、小容量とすることにより、熱容量が小さくなるので、触媒の温度が早く上昇することとなり、未燃排気物の浄化率を向上させることができる。
【００１１】
上記の構成において、前記制御手段は、前記第１の燃焼モード時であって前記第１の触媒が活性状態にある場合、内燃機関から排出される排気が前記第１の触媒側と前記第２の触媒側との両方に流れるように前記切り替え弁を切り替えることも好ましい。
【００１２】
これにより、第２の触媒の温度を予め上昇させることができるので、第２の触媒を活性状態または活性状態に近い状態としておくことができる。したがって、第２の燃焼モードに切り替わった直後において、ＮＯｘなどの排気物の浄化をより効率よく行うことができる。
【００１３】
触媒が活性状態かどうかは、例えば、触媒の温度によって決定するとよい。触媒の温度は、触媒を直接測ってもよいし、触媒に流入する排気の温度や触媒から流出する排気の温度から推定してもよい。
【００１４】
また、上記の構成において、
前記切り替え弁は前記第１および第２の触媒の上流側に設けられており、
前記第１の触媒の上流側であって前記切り替え弁の下流側に、ＨＣを再離脱可能に吸着するＨＣ吸着材をさらに備えることも好ましい。
【００１５】
ここで、ＨＣ吸着材とは、所定温度以下で排気中のＨＣを吸着する一方、該所定温度を超えた場合には吸着したＨＣを放出する特性を有するものである。
【００１６】
これにより、第１の触媒が活性状態にないような場合、例えば、冷間時においても、ＨＣ吸着材によってＨＣを吸着（捕集）することができるので、ＨＣの浄化率を向上させることができる。
【００１７】
また、上記の構成において、前記制御手段は、前記第１の燃焼モード時であって、内燃機関から排出される排気の空燃比がリッチであり、前記第２の触媒の再生処理が行われる場合には、内燃機関から排出される排気が少なくとも前記第２の触媒側に流れるように前記切り替え弁を切り替えることも好ましい。
【００１８】
第２の触媒が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯｘ触媒という場合もある）により構成されている場合、第２の触媒の再生処理として、ＮＯｘ触媒に吸蔵されていたＮＯｘを還元除去する処理や、ＮＯｘ触媒をさらに高温（例えば、約５００〜７００℃）としてＮＯｘ触媒を高温かつ還元雰囲気とすることによりＮＯｘ触媒に保持されたＳＯｘを還元除去し、以ってＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒を解消させる、いわゆるＳＯｘ被毒解消処理を例示することができる。また、排気の空燃比がリッチでない燃焼方法の場合には切り替え弁を動作させないようにしてもよく、また例えば、排気系に還元剤を添加することにより排気の空燃比をリッチとしてもよい。
【００１９】
このように切り替え弁を制御可能とすることにより、第１の燃焼モード時であっても、第２の触媒の再生処理を行うことが可能となる。
【００２０】
また、上記の構成において、
前記切り替え弁は前記第１および第２の触媒の上流側に設けられており、
ＨＣを再離脱可能に吸着するＨＣ吸着材と、
前記ＨＣ吸着材をバイバスするバイパス路と、
排気の流れを前記ＨＣ吸着材側と前記バイパス路側との間で切り替えるバイパス切り替え弁と、
を前記切り替え弁より上流側にさらに備え、
前記制御手段は、内燃機関の燃焼モードに基づいて排気が流入する前記第１の触媒または前記第２の触媒が活性状態にない場合に、前記バイパス切り替え弁を前記ＨＣ吸着材側に切り替えることも好ましい。
【００２１】
内燃機関の燃焼モードに基づいて、排気が前記第１の触媒側か、前記第２の触媒側に流れるように切り替え弁が切り替えられるが、このときに排気が流れる触媒が活性状態にない場合においては、切り替え弁の上流側に設けたＨＣ吸着材に排気を流すものである。第１の触媒が活性状態にない場合は、ＨＣ吸着材に排気を流すことにより、第１の燃焼モードで排出される未燃のＨＣを吸着させることができる。第２の触媒が活性状態にない場合は、ＨＣ吸着材に排気を流すことにより、第２の燃焼モードで排出される温度の高い排気によりＨＣ吸着材からＨＣが放出される。そして、第２の触媒でＨＣの酸化反応が進行し、その反応熱により第２の触媒を昇温させることができる。
【００２２】
また、上記の構成において、前記制御手段は、前記第２の燃焼モード時であって前記ＨＣ吸着材にＨＣが吸着されており前記第２の触媒の再生処理が行われる場合には、前記バイパス切り替え弁を前記ＨＣ吸着材側に切り替えることも好ましい。
【００２３】
これにより、排気系に還元剤を添加したり、排気の空燃比がリッチとなるように機関運転状態を制御する必要がないので、燃費を向上させることができる。
【００２４】
また、上記の構成において、
前記第２の触媒に流入する排気の空燃比を検出する空燃比検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記第２の燃焼モード時であって前記第２の触媒の再生処理が行われる場合に、前記空燃比検出手段により検出された空燃比が、目標空燃比に近づくように前記バイパス切り替え弁の開度を制御することも好ましい。
【００２５】
これにより、目標空燃比として第２の触媒の再生処理を行うことができるので、より高い浄化率を得ることができる。
【００２６】
また、上記の構成において、
前記第１の触媒または前記第２の触媒の温度を検出する触媒温度検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記触媒温度検出手段により検出された前記第１の触媒または前記第２の触媒の温度が所定値より低く、前記ＨＣ吸着材に吸着されたＨＣが離脱可能な場合に、前記バイパス切り替え弁を前記ＨＣ吸着材側に切り替えることも好ましい。
【００２７】
内燃機関の運転状態によって触媒の活性状態が低下しそうな場合には、バイパス切り替え弁をＨＣ吸着材側に切り替えてＨＣを放出させることにより、触媒でＨＣの酸化反応が進行し、その反応熱により触媒を昇温させ活性状態を保持することができる。
【００２８】
また、上記の構成において、
前記第２の触媒は、前記第１の触媒の下流側に設けられ、
前記第１の触媒を迂回し、前記第２の触媒の上流側で合流するバイパス路をさらに備え、
内燃機関から排出される排気は、前記第１の燃焼モード時には、前記第１の触媒を通った後、前記第２の触媒を通り、前記第２の燃焼モード時には、前記バイパス路を介して前記第２の触媒を通ることも好ましい。
【００２９】
これにより、第１の燃焼モード時には、第１の触媒を通過することにより昇温した排気を第２の触媒に流すことによって、第２の触媒を予め活性状態または活性状態に近い状態にしておくことができ、第２の燃焼モードに切り替わった直後から、より高い浄化率を得ることが可能となる。また、第１の触媒をバイパスさせることができるので、第２の燃焼モードにおいて、特に高負荷時には、第１の触媒での排圧の上昇を防止することができる。これにより、第１の触媒を小容量化することも可能となる。
【００３０】
また、上記の構成において、
前記切り替え弁は、排気の流れを前記第１の触媒側と前記バイパス路側とに切り替えるように、前記第１の触媒の上流側に設けられ、
前記第１の触媒の上流側であって前記切り替え弁の下流側に、ＨＣを再離脱可能に吸着するＨＣ吸着材をさらに備えることも好ましい。
【００３１】
これにより、第１の触媒が活性状態にないような場合、例えば、冷間時においても、ＨＣ吸着材によってＨＣを吸着することができるので、ＨＣの浄化率を向上させることができる。
【００３２】
また、上記の構成において、
前記第２の触媒は、前記第１の触媒の周りを囲むように設けられ、
前記第１の触媒を通り該第１の触媒から排出された排気は、前記第２の触媒を通って該第２の触媒から排出されることも好ましい。
【００３３】
さらには、前記第１の触媒内の排気の流れと、前記第２の触媒内の排気の流れとは逆方向となり、さらに、前記第１の触媒の下流側と前記第２の触媒の上流側とが連通するように設けられることも好ましい。
【００３４】
これにより、第１の触媒を保温する効果を得られるので、より高い浄化率を得ることが可能となる。また、第１の燃焼モード時には、第１の触媒を通過することにより昇温した排気を第２の触媒に流すことによって、第２の触媒を予め活性状態または活性状態に近い状態にしておくことができ、第２の燃焼モードに切り替わった直後から、より高い浄化率を得ることが可能となる。これは、第１の触媒を小容量化する場合において効果的である。
【００３５】
また、上記の構成において、
前記切り替え弁は４つのポートを有し、該４つのポートのうち第１ポートには上流側の排気通路が接続され、該４つのポートのうち第２ポートには大気側に通じる排気通路が接続され、該４つのポートのうち第３ポートには前記第１の触媒に通じる排気通路が接続され、該４つのポートのうち第４ポートには前記第２の触媒に通じる排気通路が接続されて、
前記第１の触媒から排出された排気が前記第２の触媒に流入する、または、前記第２の触媒から排出された排気が前記第１の触媒に流入するように設けられており、
前記制御手段は、
前記第１の燃焼モードの場合、前記第１ポートと前記第３ポートとを連通させるとともに、前記第２ポートと前記第４ポートとを連通させるように前記切り替え弁を制御して、排気を前記上流側排気通路から前記第１の触媒を通した後、前記第２の触媒を通して前記下流側排気通路へと流し、
前記第２の燃焼モードの場合、前記第１ポートと前記第４ポートとを連通させるとともに、前記第２ポートと前記第３ポートとを連通させるように前記切り替え弁を制御して、排気を前記上流側排気通路から前記第２の触媒を通した後、前記第１の触媒を通して前記下流側排気通路へと流すことも好ましい。
【００３６】
これにより、いずれか一方の触媒を通過した排気は、全量他方の触媒を通過することとなるので、他方の触媒を予め昇温させておくことができる。したがって、他方の触媒を活性状態または活性状態に近い状態としておくことができ、他方の触媒に切り替わった場合に、より高い浄化率で排気を浄化することが可能となる。
【００３７】
なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。
【００３８】
【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を、ディーゼルエンジンシステムに適用した実施の形態について説明する。
【００３９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る排気浄化装置を適用した内燃機関としてディーゼルエンジンの概略構成を示す図である。
【００４０】
図１に示すように、内燃機関（以下、エンジンという）１は、吸入行程、圧縮行程、爆発行程（膨張行程）及び排気行程の４サイクルを繰り返して出力を得るディーゼルエンジンである。エンジン１は、その内部に気筒（燃焼室）２を形成する。気筒２で発生する燃料の爆発力は、ピストン３及びコンロッド４を介してクランクシャフト（図示略）の回転力に変換される。また、気筒２には、吸気通路５の最下流部をなす吸気ポート１１と、排気通路６の最上流部をなす排気ポート８とが設けられている。吸気ポート１１と気筒２との境界は吸気弁１２によって開閉される。また、排気ポート８と気筒２との境界は排気弁９によって開閉される。
【００４１】
エンジン１は、燃料噴射弁１０を備える。燃料噴射弁１０は、高圧ポンプ（図示略）等によって加圧された軽油を、気筒２に適宜の量、適宜のタイミングで噴射供給する電磁駆動式開閉弁である。
【００４２】
エンジン１は、運転者によるアクセルペダル（図示略）の踏込量に応じた信号を出力するアクセルポジションセンサ（図示略）、クランクシャフト（図示略）の回転速度（エンジン回転数）ＮＥに応じた信号を出力する回転速度センサ、及びエンジン１内を循環する冷却水の温度（冷却水温）に応じた信号を出力する水温センサ、吸気通路５を通じて気筒２に導入される空気の流量（吸入空気量）に応じた信号を出力するエアフロメータ等、各種センサを備える。これら各種センサの信号は、電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ）２０に入力される。
【００４３】
ＥＣＵ２０は、制御手段を構成するものであり、中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及びバックアップＲＡＭ等からなる論理演算回路を備え、各種センサの信号に基づいてエンジン１の各種構成要素を統括制御する。例えば、ＥＣＵ２０は、エンジン１の運転状態に基づき燃料噴射弁１０の開閉操作（燃料噴射制御）を行う。
【００４４】
そして、排気通路６は、気筒２から排出される排気の通路（排気通路）を形成するものであり、排気中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ：微粒子）等を浄化する排気浄化部７が設けられている。
【００４５】
ここで、ＥＧＲ制御の概要について説明する。
【００４６】
エンジン１には、吸気通路５と排気通路６とを連通する還流通路（ＥＧＲ通路）３０が形成されている。このＥＧＲ通路３０は、排気の一部を適宜吸気通路５に戻す機能を有する。ＥＧＲ通路３０には、同通路３０内を流れるガス（以下、ＥＧＲガスという）の流れ方向（図１中において矢印で示す）に沿って上流から下流にかけ、ＥＧＲクーラ３１、ＥＧＲ弁３２が、順次配設されている。
【００４７】
ＥＧＲクーラ３１は、ＥＧＲ通路３０の周囲を取り巻くように設けられ、ＥＧＲガスを冷却する。ＥＧＲ弁３２は、ＥＣＵ２０の指令信号に従って無段階に開閉される電子制御弁であり、ＥＧＲガスの流量を自在に調整することができる。
【００４８】
ＥＣＵ２０は、各種センサの検出信号から把握されるエンジン１の運転状態に基づきＥＧＲ制御を実施する。本実施の形態においてＥＧＲ制御とは、ＥＧＲ通路に設けられた電子制御式のＥＧＲ弁（開閉弁）３２を操作して、ＥＧＲ通路を通過するガスの流量、言い換えれば排気通路６から吸気通路５に還流される排気の流量調整を行う処理をいう。
【００４９】
目標となるＥＧＲ弁３２の開弁量（以下、目標開弁量）は、基本的にはエンジン１の負荷や回転数等の運転状態に基づき、予め設定されたマップ（図示略）を参照して決定される。ＥＣＵ２０は、この目標開弁量をエンジン１の運転中所定時間毎に更新し、逐次、ＥＧＲ弁３２の実際の開弁量が更新された目標開弁量に合致するよう同ＥＧＲ弁３２の駆動回路に指令信号を出力する。
【００５０】
こうした一連の処理により排気の一部が吸気通路５に還流されると、その還流量（ＥＧＲガスの流量）に応じ機関燃焼に供される混合気中の不活性ガス成分が増量することになる。排気還流量（混合気中の不活性ガス成分量）を増大させていくと、ある限界値を越えたところから排気中に発生する煤の量が急増しはじめ、排気還流量がある値に達したところで煤の発生量は最大となる。この煤の発生量の最大値に対応する値を上回る領域で排気還流量をさらに増大させると、煤の発生量は逆に抑制されるようになる。このように、この煤の発生量の最大値に対応する値を上回る領域で排気還流を行う燃焼方式を低温燃焼という。なお、この煤の発生量の最大値に対応する値を上回る領域とは、エンジン１の運転状態にもよるが、例えばＥＧＲ率（排気還流量／（排気還流量＋吸入空気の流量））が概ね５５％を上回る領域に相当する。低温燃焼については、例えば、特許第３１１６８７６号公報に記載されている。
【００５１】
低温燃焼を実施することで、排気中に煤がほとんど発生しなくなる他、エンジン１の燃焼温度が低下し、排気中のＮＯｘ量も低減されるようになる。
【００５２】
また、低温燃焼の実施に伴い排気中のＣＯや未燃ＨＣ（還元成分）が増量することになるため、結果として、還元剤として機能する軽質なＨＣが排気系に添加され排気中の還元成分濃度を高めることとなる。
【００５３】
次に、予混合圧縮着火燃焼について説明する。
【００５４】
エンジン１は、ＥＣＵ２０からの指令によって吸気行程中または圧縮行程中に燃料噴射弁１０から気筒２へ向けて燃料を噴射することで、気筒２内において燃料と吸気との予混合気が形成され、該予混合気が燃焼に供される、いわゆる予混合圧縮着火燃焼を行う内燃機関である。
【００５５】
予混合圧縮着火燃焼においては、燃料噴射弁１０の燃料噴射により形成される予混合気はピストンの上昇とともに圧縮されて温度が上昇し、圧縮行程上死点付近で混合気全体に着火が生じ燃焼が進行するようになる。この場合、気筒内混合気全体にわたって火炎が生じるが、この火炎は微細な火炎粒が気筒内全体に分散し、個々の火炎粒の周囲を空気が囲んだ形となっている。このため、予混合圧縮着火燃焼では火炎温度は通常の燃焼方法に比べて低くなり、ＮＯｘの生成が抑制される。また、燃料は空気と均一に混合した状態で十分な量の酸素の存在下で燃焼するため、酸素の不足によるスモークの発生が生じにくい。
【００５６】
このように、エンジン１においては、機関燃焼にともなうＮＯｘの生成、及び、スモークの発生を抑制するために、低温燃焼や予混合圧縮着火燃焼などの燃焼方法（第１の燃焼モード；以下、低ＮＯｘ・低スモーク燃焼という場合もある）を適用するものであり、ＥＣＵ２０は、低ＮＯｘ・低スモーク燃焼モードと、この燃焼モード以外の燃焼モード（第２の燃焼モード；以下、通常燃焼という場合もある）とを切り替えることによってエンジン１の運転を行うものである。
【００５７】
図２は、エンジン１の運転状態に応じた燃焼方法を示す図である。エンジン１の運転状態は、例えば、図２に示すように、エンジン回転数と負荷とに基づいて、低温燃焼や予混合圧縮着火燃焼などの低ＮＯｘ・低スモーク燃焼を行う（この領域を図２ではＡで表している）か、または、低ＮＯｘ・低スモーク燃焼以外の燃焼、すなわち、通常燃焼（この領域を図２ではＢで表している）を行っている。図２に示すような関係は、予め実験等により導き出してマップ化しておきＲＯＭに記憶されている。
【００５８】
そして、本実施の形態の排気浄化部７においては、この燃焼方式に応じて使用する触媒を切り替えることにより、各燃焼方法により排出される排気物に応じた排気浄化を行うものである。
【００５９】
次に、排気浄化部７について説明する。図３は、本実施の形態に係る排気浄化部７を示す概略構成図である。
【００６０】
図３に示すように、排気通路６には、触媒Ａ１（第１の触媒）と触媒Ｂ１（第２の触媒）とが並列に設けられている。触媒Ａ１は、予混合圧縮着火燃焼や低温燃焼が行われた場合に生じる未燃排気物を浄化（酸化）するための触媒であり、酸化触媒を例示することができる。また、触媒Ｂ１は、通常燃焼が行われた場合に生じる排気物（ＮＯｘやＰＭなど）を浄化する触媒であり、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持したフィルタ（ＤＰＮＲ），吸蔵還元型ＮＯｘ触媒，パティキュレートフィルタ，酸化触媒を例示することができる。また、排気の通路を触媒Ａ１側か触媒Ｂ１側に切り替える切り替えバルブ（切り替え弁）Ｃ１が設けられている。切り替えバルブＣ１は、ＥＣＵ２０により制御されている。
【００６１】
そして、ＥＣＵ２０は、エンジンの燃焼方法（運転状態）に応じて、切り替えバルブＣ１を切り替えることにより、予混合圧縮着火燃焼や低温燃焼などの低ＮＯｘ・低スモーク燃焼が行われた場合には、排気の通路を触媒Ａ１側に切り替え、通常燃焼が行われた場合には、排気の通路を触媒Ｂ１側に切り替える。
【００６２】
図４は、エンジンの燃焼方法に応じて制御される切り替えバルブＣ１の切り替え制御を示すフローチャートである。
【００６３】
まず、ステップＳ１０１では、エンジンの運転状態が検出される。続くステップＳ１０２では、ステップＳ１０１で検出されたエンジンの運転状態から低ＮＯｘ・低スモーク燃焼モードであるかどうかを判定する。低ＮＯｘ・低スモーク燃焼モードであると判定された場合はステップＳ１０３に進む。一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０４に進む。ステップＳ１０３では、触媒Ａ１側に排気が流れるように切り替えバルブＣ１を切り替える。ステップＳ１０４では、触媒Ｂ１側に排気が流れるように切り替えバルブＣ１を切り替える。
【００６４】
このように構成することにより、低ＮＯｘ・低スモーク燃焼時においては、触媒Ａ１により未燃排気物（ＨＣ、ＣＯなど）を浄化することができる。ここで、触媒Ａ１を小容量として、熱容量を小さくするとよく、これにより、触媒温度が早く上昇し、未燃排気物の浄化率の向上を図ることができる。
【００６５】
また、通常燃焼が行われた場合には、触媒Ｂ１により排気物（ＮＯｘやＰＭなど）を浄化することができる。また、通常燃焼時においては、排気温度が高い状態となり、触媒Ｂ１も温度が高い状態で使用することができるので、ＰＭの詰まりやＮＯｘのすりぬけ（そのまま下流側（大気側）へ排出されること）を防止することができる。
【００６６】
図５は、予混合圧縮着火燃焼が行われた場合と通常燃焼が行われた場合に、それぞれ排出されるＰＭ量と、触媒Ｂ１としてＤＰＮＲを使用した場合のＰＭ酸化速度とを触媒温度に対してそれぞれ表した図である。
【００６７】
触媒温度が低い場合のＰＭ量は、通常燃焼の場合よりも予混合圧縮着火燃焼の場合の方が、小さくなっている。また、触媒温度が低い場合に通常燃焼が行われる場合には、ＰＭ排出量が多いのにもかかわらず、ＤＰＮＲのＰＭ酸化速度は遅いが、触媒温度が高くなるとＤＰＮＲが活性状態となりＤＰＮＲのＰＭ酸化速度が速くなっていることがわかる。したがって、触媒温度が低い場合には予混合圧縮着火燃焼を行い、触媒温度が高くなりＤＰＮＲが活性状態となったときに、通常燃焼に切り替えることにより、ＰＭに対して常に浄化率の高い排気浄化部を構成することができる。
【００６８】
次に、エンジン１の運転状態が低ＮＯｘ・低スモーク燃焼時であって、触媒Ａ１が活性状態にある場合について説明する。
【００６９】
低ＮＯｘ・低スモーク燃焼時であって、触媒Ａ１が活性状態にある場合には、切り替えバルブＣ１を半開状態（触媒Ａ１，Ｂ１両側に排気が流れる状態）とし、触媒Ｂ１にも排気を流入させて、触媒Ｂ１の温度を予め上昇させておくとよい。これにより、通常燃焼に切り替わった直後には既に触媒Ｂ１が活性状態となっているため、ＮＯｘなどの排気物の浄化をより効率よく行うことができ、排気物が大気側に排出してしまうことをより確実に防止することができる。
【００７０】
図６は、エンジンの燃焼方法に応じて制御される切り替えバルブＣ１の切り替え制御を示すフローチャートであり、低ＮＯｘ・低スモーク燃焼時であって触媒Ａ１が活性温度にある場合には、切り替えバルブＣ１を半開状態に制御する場合のものである。
【００７１】
ここで、ステップＳ２０１，ステップＳ２０２およびステップＳ２０４においては、図４に示したフローチャートのステップＳ１０１，ステップＳ１０２およびステップＳ１０４とそれぞれ同様であり、その説明は省略する。ステップＳ２０２で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ２０３に進む。
【００７２】
ステップＳ２０３では、触媒Ａ１が活性状態かどうかを判定する。触媒Ａ１が活性状態にあると判定された場合にはステップＳ２０５に進み、触媒Ａ１が活性状態にないと判定された場合にはステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０５では、触媒Ａ１側及び触媒Ｂ１側の両方に排気が流れるように切り替えバルブＣ１を切り替える。ステップＳ２０６では、触媒Ａ１側に排気が流れるように切り替えバルブＣ１を切り替える。
【００７３】
以下に、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の他の実施の形態について説明する。上述した実施の形態１と同様にエンジン１の排気浄化部７について説明するものであり、エンジン１において実施の形態１と同様の構成部分についての説明は省略する。なお、触媒においては、予混合圧縮着火燃焼や低温燃焼が行われた場合に生じる未燃排気物を浄化するための第１の触媒をＡｍ（ｍ＝２〜６）、通常燃焼が行われた場合に生じる排気物を浄化する第２の触媒をＢｎ（ｎ＝２〜６）で表す。
【００７４】
（実施の形態２）
実施の形態２においては、上述した実施の形態１に対して、エンジン１の冷間時の場合について説明するものである。エンジン１の冷間時においては、触媒温度が低いため、触媒がすぐには活性状態にならない。このような状態で、予混合圧縮着火燃焼や低温燃焼が行われると、未燃排気物（ＨＣやＣＯなど）が多く排出されてしまう。そこで、本実施の形態では、予混合圧縮着火燃焼や低温燃焼が行われた場合に生じる未燃排気物を浄化する触媒として、上述した実施の形態１の触媒Ａ１に加えてＨＣ吸着材を備えるものである。
【００７５】
図７は、本発明の実施の形態２に係る排気浄化部７を示す概略構成図である。図７に示すように、排気通路６には、触媒Ａ２と触媒Ｂ２とが並列に設けられている。触媒Ａ２には、上流側から順にＨＣ吸着材Ａ２１と酸化触媒Ａ２２とが直列に設けられている。そして、エンジンの運転状態に応じてＥＣＵ２０に制御されることにより排気の通路を触媒Ａ２側か触媒Ｂ２側に切り替える切り替えバルブＣ２が設けられている。
【００７６】
ここで、エンジンの燃焼方法に応じて制御される切り替えバルブＣ２の切り替え制御は、図４に示したフローチャートと同様に実行される。但し、ステップＳ１０３では、触媒Ａ２側に排気が流れるように切り替えバルブＣ２を切り替え、ステップＳ１０４では、触媒Ｂ２側に排気が流れるように切り替えバルブＣ２を切り替えている。
【００７７】
このように、冷間時において低ＮＯｘ・低スモーク燃焼が行われた場合には、切り替えバルブＣ２を触媒Ａ２側にして、排気をＨＣ吸着材Ａ２１に流し、低ＮＯｘ・低スモーク燃焼にて生じるＨＣをＨＣ吸着材Ａ２１によって吸着させることによって、酸化触媒Ａ２２が活性状態にない場合においてもＨＣの浄化率を向上させることができる。
【００７８】
ここで、排気の温度が上昇することにより、ＨＣ吸着材Ａ２１に吸着されたＨＣは、ＨＣ吸着材Ａ２１から放出されることとなるが、ＨＣ吸着材Ａ２１からＨＣが放出される温度と、酸化触媒Ａ２２が活性状態となる活性温度とを略等しくしておくとよい。これにより、排気の温度が上昇してＨＣがＨＣ吸着材Ａ２１から放出されても、酸化触媒Ａ２２が活性状態となっているため、ＨＣ吸着材Ａ２１から放出されたＨＣは、確実に酸化触媒Ａ２２で浄化される。
【００７９】
次に、触媒Ｂ２に適用されている吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の再生処理を実行する場合について説明する。
【００８０】
エンジン１においては、予混合圧縮着火燃焼や低温燃焼などの低ＮＯｘ・低スモーク燃焼を行うとともに、リッチ燃焼を行うことが可能である。したがって、触媒Ｂ２としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒が適用されている場合においては、低ＮＯｘ・低スモーク燃焼時であって、かつ、リッチ燃焼時に、触媒Ｂ２に排気が流れるように切り替えバルブＣ２を制御することにより、触媒Ｂ２に還元剤たる燃料を供給し触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比にして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生処理（ＮＯｘを還元除去する処理、さらに昇温することによるＳＯｘ被毒解消処理）を行うことができる。また、排気系に還元剤として例えば燃料を添加することにより、排気の空燃比をリッチ空燃比にして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の再生処理を行ってもよい。
【００８１】
図８は、ＮＯｘ触媒の再生処理時の切り替えバルブＣ２の切り替え制御を示すフローチャートである。ここでは、再生処理として、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを還元除去する処理について説明する。
【００８２】
ここで、ステップＳ３０１およびステップＳ３０２においては、図４に示したフローチャートのステップＳ１０１およびステップＳ１０２とそれぞれ同様であり、その説明は省略する。ステップＳ３０２で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ３０３に進む。一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ３０４に進む。
【００８３】
ステップＳ３０３では、ＮＯｘの浄化要求があるかどうかを判定する。ＮＯｘの浄化要求としては、例えば、運転状態から触媒に吸蔵されたＮＯｘの量を推定し、その推定値が予め設定された設定値を超えたかどうかを判定したり、また、触媒が活性状態にあるか、排気温度が所定値以下であるかなどの条件下で所定周期毎に行われるものである。ステップＳ３０３において肯定判定がなされた場合はステップＳ３０５に進む。一方、否定判定がなされた場合はステップＳ３０７に進む。
【００８４】
ステップＳ３０５では、リッチ燃焼が可能かどうかを判定する。これは、予混合圧縮着火燃焼においては、エンジン運転状態が軽負荷にある場合にはリッチ燃焼を行うことができない場合があるためである（予混合圧縮着火燃焼においては、噴霧を分散させることにより燃焼温度を低下させている。また、軽負荷では局所的な発熱量が小さい。このため、予混合圧縮着火燃焼において、エンジン運転状態が軽負荷にある場合にリッチ燃焼とすると、燃焼温度に至らずに失火してしまう可能性がある。）。ステップＳ３０５においては、例えば、エンジン運転状態を検出したり、ＲＯＭに予め記憶されているマップからリッチ燃焼が可能かどうかを判定するとよい。常にリッチ燃焼が行われる場合や、排気系に還元剤を添加するような場合であれば、ステップＳ３０５を省略してもよい。ステップＳ３０５において肯定判定がなされた場合はステップＳ３０６に進む。一方、否定判定がなされた場合はステップＳ３０７に進む。
【００８５】
ステップＳ３０４では、触媒Ｂ２側に排気が流れるように切り替えバルブＣ２を切り替える。ステップＳ３０７では、触媒Ａ２側に排気が流れるように切り替えバルブＣ２を切り替える。そして、ステップＳ３０６では、少なくとも触媒Ｂ２側に排気が流れるように切り替えバルブＣ２を切り替える（触媒Ｂ２側にのみ流れるようにするか、触媒Ａ２，Ｂ２両側に流れるようにする）。
【００８６】
（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３に係る排気浄化部７を示す概略構成図である。上述した実施の形態２では、ＨＣ吸着材Ａ２１と酸化触媒Ａ２２とを１つの触媒Ａ２として備えるものであったが、本実施の形態においては、ＨＣ吸着材と酸化触媒とをそれぞれ独立して備えるものである。
【００８７】
すなわち、予混合圧縮着火燃焼や低温燃焼が行われた場合に生じる未燃排気物（ＨＣ、ＣＯなど）を浄化するための触媒（酸化触媒）Ａ３と、通常燃焼が行われた場合に生じる排気物（ＮＯｘやＰＭなど）を浄化するための触媒Ｂ３とを並列に配置し、これら酸化触媒Ａ３と触媒Ｂ３とを切り替える切り替えバルブＣ３１の上流側にＨＣ吸着材Ｄを配置している。さらに、ＨＣ吸着材Ｄの上流側の排気通路６と切り替えバルブＣ３１の上流側の排気通路とを連結してＨＣ吸着材Ｄをバイパスさせるバイパス路６１が設けられている。
【００８８】
そして、ＥＣＵ２０は、エンジンの燃焼方法（運転状態）に応じて、切り替えバルブＣ３１を切り替えることにより、予混合圧縮着火燃焼や低温燃焼などの低ＮＯｘ・低スモーク燃焼が行われた場合には、排気の通路を触媒Ａ３側に切り替え、通常燃焼が行われた場合には、排気の通路を触媒Ｂ３側に切り替える。さらに、冷間時等において、触媒Ａ３が活性状態にない場合には、切り替えバルブＣ３２をＨＣ吸着材Ｄ側に切り替える。これにより、冷間時等にエンジンから排出されるＨＣは、ＨＣ吸着材Ｄに吸着させることができるので、ＨＣの浄化率を向上させることができる。その後、触媒Ａ３が活性状態となった場合には、切り替えバルブＣ３２をバイパス路６１側に切り替えることにより、エンジンから排出されるＨＣは触媒Ａ３で浄化することができる。
【００８９】
また、ＨＣ吸着材Ｄの温度が上昇して、ＨＣ吸着材Ｄに吸着されたＨＣがＨＣ吸着材Ｄから放出される前に、切り替えバルブＣ３２をバイパス路６１側に切り替えることにより、ＨＣ吸着材ＤにＨＣを貯蔵しておく（蓄えておく）ことができる。
【００９０】
そして、触媒Ｂ３が活性状態にない場合などに、切り替えバルブＣ３２をＨＣ吸着材Ｄ側に切り替えることにより、ＨＣ吸着材Ｄに貯蔵していたＨＣを触媒Ｂ３に供給することができるので、ＨＣによる反応熱により触媒Ｂ３の温度を上昇させることができる。
【００９１】
図１０は、切り替えバルブＣ３１，Ｃ３２の切り替え制御を示すフローチャートである。
【００９２】
ここで、ステップＳ４０１およびステップＳ４０２においては、図４に示したフローチャートのステップＳ１０１およびステップＳ１０２とそれぞれ同様であり、その説明は省略する。ステップＳ４０２で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ４０３に進む。一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ４０４に進む。
【００９３】
ステップＳ４０３では、切り替えバルブＣ３１を触媒Ａ３側に切り替え、その後、ステップＳ４０５に進む。一方、ステップＳ４０４では、切り替えバルブＣ３１を触媒Ｂ３側に切り替え、その後、ステップＳ４０８に進む。ステップＳ４０５では、触媒Ａ３が活性状態かどうかを判定する。触媒Ａ３が活性状態である場合には、ステップＳ４０６に進み、活性状態でない場合にはステップＳ４０７に進む。ステップＳ４０８では、触媒Ｂ３が活性状態かどうかを判定する。触媒Ｂ３が活性状態である場合には、ステップＳ４０９に進み、活性状態でない場合にはステップＳ４１０に進む。
【００９４】
ステップＳ４０６では、切り替えバルブＣ３２をバイパス路６１側に切り替える。すなわち、低ＮＯｘ・低スモーク燃焼モードであり、触媒Ａ３が活性状態である場合には、ＨＣ吸着材Ｄをバイパスさせて触媒Ａ３に排気を流入させることにより、低ＮＯｘ・低スモーク燃焼モードにより排出される未燃排気物を触媒Ａ３で浄化する。
【００９５】
また、ステップＳ４０７では、切り替えバルブＣ３２をＨＣ吸着材Ｄ側に切り替える。すなわち、低ＮＯｘ・低スモーク燃焼モードであり、触媒Ａ３が活性状態にない場合には、低ＮＯｘ・低スモーク燃焼モードにより排出されるＨＣをＨＣ吸着材Ｄに吸着させる。
【００９６】
ステップＳ４０９では、切り替えバルブＣ３２をバイパス路６１側に切り替える。すなわち、通常燃焼モードであり、触媒Ｂ３が活性状態である場合には、ＨＣ吸着材Ｄをバイパスさせて触媒Ｂ３に排気を流入させることにより、通常燃焼モードにより排出される排気物を触媒Ｂ３で浄化する。
【００９７】
ステップＳ４１０では、切り替えバルブＣ３２をＨＣ吸着材Ｄ側に切り替える。すなわち、通常燃焼モードであり、触媒Ｂ３が活性状態にない場合には、ＨＣ吸着材ＤからＨＣを放出させることにより触媒Ｂ３の温度を上昇させて触媒Ｂ３を活性状態とする。
【００９８】
次に、触媒Ｂ３の再生処理について説明する。この再生処理は、上述した実施の形態２で説明したものと同様である。
【００９９】
上述したように、低ＮＯｘ・低スモーク燃焼時に大量のＨＣをＨＣ吸着材Ｄに貯蔵することができる。そして、触媒Ｂ３に適用されているＮＯｘ触媒の還元剤として、ＨＣ吸着材Ｄに貯蔵されているＨＣを供給することによりＮＯｘ触媒の再生処理を実行することができる。したがって、燃料を排気系に添加したり、排気がリッチとなるように機関運転状態を制御する必要がなくなり、燃費の悪化を抑制することができる。
【０１００】
図１１は、触媒Ｂ３の再生処理時の切り替えバルブＣ３２の切り替え制御を示すフローチャートである。ここでは、再生処理として、触媒Ｂ３からＮＯｘを還元除去する処理について説明する。なお、触媒Ｂ３の再生処理時の制御のため、切り替えバルブＣ３１は、触媒Ｂ３側に切り替えられた状態となっている。
【０１０１】
まず、ステップＳ５０１では、エンジンの運転状態が検出される。続くステップＳ５０２では、ＮＯｘの浄化要求があるかどうかを判定する。ステップＳ５０２において肯定判定がなされた場合はステップＳ５０３に進む。一方、否定判定がなされた場合はステップＳ５０４に進む。
【０１０２】
ステップＳ５０３では、ＨＣ吸着材Ｄに吸着されたＨＣを放出可能かどうかを判定する。ＨＣ吸着材Ｄに吸着されたＨＣを放出可能かどうかは、例えば、ＨＣ吸着材ＤにＨＣが吸着されているかどうか（ＨＣ吸着材Ｄ内にＨＣが存在するかどうか）を見るとよい。これには、運転状態に基づいてエンジンから排出されるＨＣ量を推定することにより、ＨＣ吸着材Ｄに吸着されるＨＣ量を推定することができる。そして、温度センサによりＨＣ吸着材Ｄの温度を検出し、その温度が、ＨＣ吸着材ＤからＨＣが放出される放出温度を越えたかどうかを判定する。放出温度を超えた場合には、ＨＣ吸着材ＤからＨＣが放出され、ＨＣ吸着材ＤにはＨＣが存在しないと推定することができる。ステップＳ５０３において肯定判定がなされた場合はステップＳ５０５に進む。一方、否定判定がなされた場合はステップＳ５０６に進む。
【０１０３】
ステップＳ５０４では、切り替えバルブＣ３２をバイパス路６１側に切り替える。ステップＳ５０５では、切り替えバルブＣ３２をＨＣ吸着材Ｄ側に切り替える。これによって、ＨＣ吸着材Ｄに吸着されたＨＣが放出され、触媒Ｂ３の再生処理が実行される。ステップＳ５０６では、切り替えバルブＣ３２をバイパス路６１側に切り替える。
【０１０４】
（実施の形態４）
図１２は、本発明の実施の形態４に係る排気浄化部７を示す概略構成図である。本実施の形態では、上述した実施の形態３において図９に示した排気浄化部に対して、切り替えバルブＣ３１に流入する排気の空燃比（Ａ／Ｆ）を検出する空燃比センサ６２を設けている。これにより、触媒Ｂ３の再生処理時に切り替えバルブＣ３２の開度を調整するものである。
【０１０５】
すなわち、本実施の形態においては、触媒Ｂ３の再生処理時に、ＨＣ吸着材ＤからＨＣが放出される場合に、触媒Ｂ３に流入する排気の空燃比が目標空燃比となるように切り替えバルブＣ３２の開度を調整している。この場合、切り替えバルブＣ３２は、例えばＥＣＵ２０により制御される電磁弁により構成されるとよい。
【０１０６】
図１３は、触媒Ｂ３の再生処理時における切り替えバルブＣ３２の開度制御を示すフローチャートである。これは、図１１に示したフローチャートに対して、ステップＳ５０３で肯定判定がなされた後が異なるもので、ここでは異なるステップのみ説明する。
【０１０７】
ステップＳ５０３で肯定判定がなされた場合はステップＳ６０１に進む。ステップＳ６０１では、予め記憶されている目標空燃比をＲＯＭから読み出すとともに、空燃比センサ６２により検出された空燃比を読み出す。続くステップＳ６０２では、目標空燃比となるように切り替えバルブＣ３２の開度を調整する。この場合、目標空燃比に近づくようにフィードバック制御を行うとよい。
【０１０８】
（実施の形態５）
図１４は、本発明の実施の形態５に係る排気浄化部を示す概略構成図である。本実施の形態では、上述した実施の形態３において図９に示した排気浄化部に対して、触媒Ａ３または触媒Ｂ３から排出された排気の温度を検出する排気温度センサ６３を設けたものである。
【０１０９】
エンジンの運転状態により、排気の温度が低くなってしまい、そのために、触媒の活性状態が低下してしまう場合がある。そのような場合には、ＨＣ吸着材Ｄに吸着されたＨＣを放出させて触媒に供給することにより、触媒の活性状態を保持することができ、触媒の浄化率を維持することができる。
【０１１０】
図１５は、ＨＣ吸着材Ｄに吸着されたＨＣを放出させることにより触媒の活性状態を保持する制御を示すフローチャートである。これは、図１１に示したフローチャートに対して、ステップＳ５０２がステップＳ７０１に置き換わったものである。
【０１１１】
ステップＳ７０１では、排気温度が低下したかどうかを判定している。これには、ＲＯＭから読み出した予め記憶されている設定値と、排気温度センサ６３によって検出された排気温度と、を比較することにより判定するとよい。排気温度が低下したと判定された場合には、ステップＳ５０３に進み、低下していないと判定された場合には、ステップＳ５０４に進む。それ以降のステップは、図１１に示すフローチャートと同様である。
【０１１２】
（実施の形態６）
図１６は、本発明の実施の形態６に係る排気浄化部を示す概略構成図である。本実施の形態では、上述した実施の形態で説明したような２つの触媒、すなわち、予混合圧縮着火燃焼や低温燃焼が行われた場合に生じる未燃排気物を浄化するための触媒Ａ４と、通常燃焼が行われた場合に生じる排気物（ＮＯｘやＰＭなど）を浄化する触媒Ｂ４と、を触媒Ａ４を上流側にして直列に配置するものである。そして、触媒Ａ４の上流側の排気通路６と、触媒Ａ４の下流側であって触媒Ｂ４の上流側の排気通路６とを連結して触媒Ａ４をバイパスさせるバイパス路６４が設けられている。
【０１１３】
また、エンジンの燃焼状態に応じてＥＣＵ２０に制御されることにより排気の通路を触媒Ａ４側か、バイパス路６４側（触媒Ｂ４側）に切り替える切り替えバルブＣ４が設けられている。また、触媒Ａ４としては、ＨＣ吸着材Ａ４１及び酸化触媒Ａ４２を備え、かつ、ＨＣ吸着材Ａ４１が上流側に配置されていると好ましい。
【０１１４】
そして、ＥＣＵ２０は、エンジンの燃焼方法（運転状態）に応じて、切り替えバルブＣ４を切り替えることにより、予混合圧縮着火燃焼や低温燃焼などの低ＮＯｘ・低スモーク燃焼が行われた場合には、排気の通路を触媒Ａ４側に切り替え、通常燃焼が行われた場合には、排気の通路をバイパス路６４側（触媒Ｂ４側）に切り替える。
【０１１５】
このように構成することにより、排気は触媒Ａ４を通過することで触媒での反応熱により温度が上昇し、昇温した排気を触媒Ｂ４に流入させることができるので、触媒Ｂ４を活性状態または活性状態に近い状態にすることができ、運転状態を通常燃焼に切り替えた直後から高い浄化率を得ることが可能となる。
【０１１６】
また、エンジンの運転状態が高負荷時となるような場合には、切り替えバルブＣ４をバイパス路６４側に切り替えることにより、触媒Ａ４での排圧の上昇を防止することができる。これにより、触媒Ａ４の小容量化を図ることもできる。
【０１１７】
エンジンの燃焼状態に応じて制御される切り替えバルブＣ４の切り替え制御は、実施の形態１で説明した図４に示すフローチャートと同様に実行される。ただし、図４に示すステップＳ１０４においては、触媒Ｂ１側に排気が流れるように切り替えバルブＣ１を切り替えているが、本実施の形態では、触媒Ａ４をバイパスするバイパス路６４側に排気が流れるように切り替えバルブＣ４を切り替えている。
【０１１８】
次に、本実施の形態において、触媒Ｂ４の再生処理を実行する場合について説明する。この再生処理は、上述した実施の形態２で説明したものと同様である。
【０１１９】
このような場合には、燃焼形態によらず、触媒Ａ４をバイパスさせるように切り替えバルブＣ４をバイパス路６４側に切り替える。これにより、触媒Ａ４に還元剤を消費されることなく（ＨＣ吸着材Ａ４１にＨＣが吸着されることもなく、ＨＣが酸化触媒Ａ４２により浄化されてしまうこともなく）、触媒Ｂ４に還元剤を供給することができるので、還元剤の消費量（リッチ燃焼による場合は燃料消費量、排気系に添加する場合は還元剤の消費量）を低減することができる。
【０１２０】
図１７は、触媒Ｂ４の再生処理を実行する場合の切り替えバルブＣ４の切り替え制御を示すフローチャートである。ここでは、再生処理として、排気系に還元剤を添加する場合について説明する。
【０１２１】
まず、ステップＳ８０１では、エンジンの運転状態が検出される。続くステップＳ８０２では、排気系に還元剤を添加する要求があるかどうかを判定する。これは、触媒Ｂ４の再生処理の実行要求があるかどうかによるものである。排気系に還元剤を添加する要求がある場合には、ステップＳ８０３に進む。一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ８０４に進む。
【０１２２】
ステップＳ８０３では、触媒Ａ４をバイパスするバイパス路６４側に排気が流れるように切り替えバルブＣ４を切り替える。ステップＳ８０４では、触媒Ａ４側に排気が流れるように切り替えバルブＣ４を切り替える。
【０１２３】
（実施の形態７）
実施の形態７では、上記の実施の形態１で説明した触媒Ａ１を小容量化しても温度が上がりにくい場合に好適に適用できる排気浄化装置について説明するものである。
【０１２４】
図１８は、本発明の実施の形態７に係る排気浄化部７を示す概略構成図である。同図（ａ）は、低ＮＯｘ・低スモーク燃焼モードにおいて、排気の通路が触媒Ａ５側に切り替えられた場合を示す図であり、同図（ｂ）は、通常燃焼モードにおいて、排気の通路が触媒Ｂ５側に切り替えられた場合を示す図である。ＥＣＵ２０による切り替えバルブＣ５の切り替え制御については、実施の形態１と同様である。
【０１２５】
そして、本実施の形態では、図に示すように、触媒Ａ５を触媒Ｂ５の中に配置する（触媒Ａ５は、全周にわたって触媒Ｂ５に覆われている）ものである。これにより、触媒Ａ５を保温する効果を得ることができるので、触媒Ａ５の温度がより上昇しやすくなり、浄化率の向上を図ることができる。
【０１２６】
ここで、図１８（ａ），（ｂ）に示す矢印は、排気の流れを示すものである。図１８（ａ）は、低ＮＯｘ・低スモーク燃焼が行われた場合を示しており、排気は触媒Ａ５を通過した後、触媒Ｂ５を通過する。同図（ｂ）は、通常燃焼が行われた場合を示しており、排気は触媒Ｂ５を通過する。
【０１２７】
このような排気の流れは、低ＮＯｘ・低スモーク燃焼モードにおいて触媒Ａ５を流れる排気の通過方向と、通常燃焼モードにおいて触媒Ｂ５を流れる排気の通過方向とが、反対方向になるように触媒Ａ５が触媒Ｂ５の中に配置されて、触媒Ａ５の下流側の端部Ａ５１と触媒Ｂ５の上流側の端部Ｂ５１とが連通するように設けられることによるものである。
【０１２８】
そして、これら触媒Ａ５，Ｂ５は、その内部が下流側の排気通路６５に連通しているケーシングＥ１内に設けられており、排気は触媒Ｂ５からケーシングＥ１内に排出されてから、下流側の排気通路６５へと排出される。
【０１２９】
本実施の形態においても、低ＮＯｘ・低スモーク燃焼が行われた場合、排気は触媒Ａ５を通過した後、触媒Ｂ５を通過することとなるので、排気は触媒Ａ５を通過することで触媒での反応熱により温度が上昇し、昇温した排気を触媒Ｂ５に流入させることができるので、触媒Ｂ５を活性状態または活性状態に近い状態にすることができ、運転状態を通常燃焼に切り替えた直後から高い浄化率を得ることが可能となる。
【０１３０】
（実施の形態８）
図１９は、本発明の実施の形態８に係る排気浄化部を示す概略構成図である。本実施の形態では、上述したような２つの触媒のうち一方の触媒を通過した排気が、全量、該２つの触媒のうち他方の触媒を通過する構成とするものである。本実施の形態においても、上述した実施の形態１と同様に、２つの触媒Ａ６，Ｂ６を備えており、２つの触媒Ａ６，Ｂ６は切り替えバルブＣ６に接続されている。
【０１３１】
そして、切り替えバルブＣ６においては、上流側の排気通路６と、２つの触媒Ａ６，Ｂ６に接続される３つのポートに加えて、さらに、下流側の排気通路６５に接続されるポートを備えている。すなわち、切り替えバルブＣ６は、上流側の排気通路６が接続される第１ポートＣ６１と、下流側の排気通路６５が接続される第２ポートＣ６２と、触媒Ａ６に通じる排気通路が接続される第３ポートＣ６３と、触媒Ｂ６に通じる排気通路が接続される第４ポートＣ６４と、の４つのポートを備えるものである。
【０１３２】
２つの触媒Ａ６，Ｂ６は、ケーシングＥ２内に設けられ、上流側からの排気は、それぞれの触媒を通過した後ケーシングＥ２内に排出されるように設けられている。ケーシングＥ２の内部は、実施の形態７において図１８に示したケーシングＥ１のように下流側の排気通路とは連通していない。すなわち、ケーシングＥ２の内部は、２つの触媒Ａ６，Ｂ６が通じているのみの構成となっている。したがって、触媒Ａ６からケーシングＥ２に排出された排気は、触媒Ｂ６を通って、切り替えバルブＣ６の第４ポートＣ６４へと流れ、また、触媒Ｂ６からケーシングＥ２に排出された排気は、触媒Ａ６を通って、切り替えバルブＣ６の第３ポートＣ６３へと流れることとなる。
【０１３３】
ＥＣＵ２０は、エンジンの運転状態（燃焼方法）に応じて切り替えバルブＣ６を制御するもので、予混合圧縮着火燃焼や低温燃焼などの低ＮＯｘ・低スモーク燃焼が行われた場合には、第１ポートＣ６１と第３ポートＣ６３とを連通させるとともに、第２ポートＣ６２と第４ポートＣ６４とを連通させるように切り替えバルブＣ６を制御して、排気を上流側の排気通路６から触媒Ａ６を通した後、触媒Ｂ６を通して下流側の排気通路６５へと流す。図１９に示す矢印は、この場合の排気の流れを示すものである。
【０１３４】
また、通常燃焼が行われた場合には、第１ポートＣ６１と第４ポートＣ６４とを連通させるとともに、第２ポートＣ６２と第３ポートＣ６３とを連通させるように切り替えバルブＣ６を制御して、排気を上流側の排気通路６から触媒Ｂ６を通した後、触媒Ａ６を通して下流側の排気通路６５へと流す。
【０１３５】
このように、一方の触媒を通過した排気が、全量、他方の触媒を通過する構成としているので、他方の触媒を予め温めておくことができる。特に、低ＮＯｘ・低スモーク燃焼モードにおいて触媒Ａ６を通過した排気は触媒Ｂ６を通過して、通常燃焼モードに切り替わる前に触媒Ｂ６を予め昇温させておくことができるので、通常燃焼モードに切り替わった直後には既に触媒Ｂ６が活性状態または活性状態に近い状態となっており、浄化率を向上させることができる。
【０１３６】
エンジンの燃焼方法に応じて制御される切り替えバルブＣ６の切り替え制御は、実施の形態１で説明した図４に示すフローチャートと同様となる。
【０１３７】
なお、実施の形態７，８の排気浄化部においては、触媒の温度を高温に保持することを目的の一つとしているので、サルフェート抑制の観点から、燃料には硫黄を含まない合成燃料（ＤＭＥ（ジメチルエーテル）、ＧＴＬ（Ｇａｓ−Ｔｏ−Ｌｉｑｕｉｄｓ）など）やバイオ燃料を適用することも好ましい。
【０１３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、内燃機関の燃焼方法に基づいて、触媒を切り替えることにより、内燃機関の燃焼方法に応じて排出される排気を適切に浄化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る排気浄化装置を適用した内燃機関としてディーゼルエンジンの概略構成を示す図。
【図２】エンジンの運転状態に応じた燃焼方法を示す図。
【図３】実施の形態１に係る排気浄化部を示す概略構成図。
【図４】実施の形態１においてエンジンの燃焼方法に応じて制御される切り替えバルブの切り替え制御を示すフローチャート図。
【図５】予混合圧縮着火燃焼が行われた場合と通常燃焼が行われた場合に、それぞれ排出されるＰＭ量と、ＤＰＮＲを使用した場合のＰＭ酸化速度とを触媒温度に対してそれぞれ表した図。
【図６】実施の形態１においてエンジンの燃焼方法に応じて制御される切り替えバルブの切り替え制御を示すフローチャート図。
【図７】実施の形態２に係る排気浄化部を示す概略構成図。
【図８】実施の形態２においてＮＯｘ触媒の再生処理時の切り替えバルブの切り替え制御を示すフローチャート図。
【図９】実施の形態３に係る排気浄化部を示す概略構成図。
【図１０】実施の形態３において切り替えバルブの切り替え制御を示すフローチャート図。
【図１１】実施の形態３において、触媒の再生処理時の切り替えバルブの切り替え制御を示すフローチャート図。
【図１２】実施の形態４に係る排気浄化部を示す概略構成図。
【図１３】実施の形態４において触媒の再生処理時における切り替えバルブの開度制御を示すフローチャート図。
【図１４】実施の形態５に係る排気浄化部を示す概略構成図。
【図１５】実施の形態５においてＨＣ吸着材に吸着されたＨＣを放出させることにより触媒の活性状態を保持する制御を示すフローチャート図。
【図１６】実施の形態６に係る排気浄化部を示す概略構成図。
【図１７】実施の形態６において触媒の再生処理を実行する場合の切り替えバルブの切り替え制御を示すフローチャート図。
【図１８】実施の形態７に係る排気浄化部を示す概略構成図。
【図１９】実施の形態８に係る排気浄化部を示す概略構成図。
【符号の説明】
１  エンジン
２  気筒
３  ピストン
４  コンロッド
５  吸気通路
６  排気通路
７  排気浄化部
８  排気ポート
９  排気弁
１０  燃料噴射弁
１１  吸気ポート
１２  吸気弁
２０  ＥＣＵ
３０  ＥＧＲ通路
３１  ＥＧＲクーラ
３２  ＥＧＲ弁
６１  バイパス路
６２  空燃比センサ
６３  排気温度センサ
６４  バイパス路
６５  排気通路
【図１】
2005030284.tif 000003
【図２】
2005030284.tif 000004
【図３】
2005030284.tif 000005
【図４】
2005030284.tif 000006
【図５】
2005030284.tif 000007
【図６】
2005030284.tif 000008
【図７】
2005030284.tif 000009
【図８】
2005030284.tif 000010
【図９】
2005030284.tif 000011
【図１０】
2005030284.tif 000012
【図１１】
2005030284.tif 000013
【図１２】
2005030284.tif 000014
【図１３】
2005030284.tif 000015
【図１４】
2005030284.tif 000016
【図１５】
2005030284.tif 000017
【図１６】
2005030284.tif 000018
【図１７】
2005030284.tif 000019
【図１８】
2005030284.tif 000020
【図１９】
2005030284.tif 000021