(57)【要約】【課題】簡易な構成で排気ガスを冷却して、ＮＯｘ吸蔵還元触媒による窒素酸化物の吸蔵効率を向上させる。【解決手段】排気ガス浄化装置は、エンジン１２０の燃焼室１４６から排出された排気ガスが導かれるメイン排気路（排気路１４０）に設けられ、所定の温度範囲で窒素酸化物を吸蔵するＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２と、メイン排気路から分岐され、メイン排気路に合流するバイパス路２２０に設けられ、所定の温度範囲の上限値以下の吸水温度未満で水を吸着するとともに、吸水温度以上で水を放出する吸水材２３０と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流側の排気ガスの温度が所定の温度範囲の上限値を上回ると、排気ガスを、バイパス路に配された吸水材に通過させた後、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に通過させるように、排気ガスの流路を制御する流路制御部と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの燃焼室から排出された排気ガスが導かれるメイン排気路に設けられ、所定の温度範囲で窒素酸化物を吸蔵するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、
前記メイン排気路から分岐され、該メイン排気路に合流するバイパス路に設けられ、前記所定の温度範囲の上限値以下の所定の吸水温度未満で水を吸着するとともに、該吸水温度以上で水を放出する吸水材と、
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流側の排気ガスの温度が前記所定の温度範囲の上限値を上回ると、該排気ガスを、前記バイパス路に配された前記吸水材に通過させた後、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に通過させるように、該排気ガスの流路を制御する流路制御部と、
を備えたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記流路制御部は、
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流側の排気ガスの温度が前記所定の温度範囲内である場合、該排気ガスを、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に通過させた後、前記バイパス路に配された前記吸水材に通過させるように、該排気ガスの流路を制御する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】
前記バイパス路は、
前記メイン排気路における前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流側から分岐され、該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流側に合流する第１サブ流路と、
前記第１サブ流路と、前記メイン排気路における該第１サブ流路との合流箇所の下流側とを連通させる第２サブ流路と、
前記メイン排気路における前記第１サブ流路の分岐箇所と、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒との間から分岐され、該メイン排気路における該第１サブ流路との合流箇所の下流側に合流する第３サブ流路と、
を備え、
前記吸水材は、前記第１サブ流路における、前記第２サブ流路との連通箇所と、前記メイン排気路との合流箇所との間に設けられ、
前記メイン排気路における前記第１サブ流路の分岐箇所の上流側と、該メイン排気路における該分岐箇所の下流側、または、該第１サブ流路とを連通させるように、前記排気ガスの流路を切り替える第１切替手段と、
前記第１サブ流路における前記第２サブ流路との連通箇所の上流側と、該第１サブ流路における該連通箇所の下流側、または、該第２サブ流路とを連通させるように、前記排気ガスの流路を切り替える第２切替手段と、
前記メイン排気路における前記第１サブ流路との合流箇所の上流側と、該メイン排気路における該合流箇所の下流側、または、該第１サブ流路とを連通させるように、前記排気ガスの流路を切り替える第３切替手段と、
前記メイン排気路における前記第３サブ流路の分岐箇所の上流側と、該メイン排気路における該分岐箇所の下流側、または、該第３サブ流路とを連通させるように、前記排気ガスの流路を切り替える第４切替手段と、
を備え、
前記流路制御部は、前記第１切替手段、前記第２切替手段、前記第３切替手段、および、前記第４切替手段を切替制御す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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの燃焼室から排出された排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃費を向上するために、理論空燃比（ストイキ）よりもリーンな空燃比で燃料を燃焼させるリーン燃焼を実行可能なエンジンが開発されている。リーン燃焼が行われると、理論空燃比で燃焼させた場合と比べて窒素酸化物（ＮＯｘ）が発生しやすい。このため、上記リーン燃焼を実行可能なエンジンの排気路には、排気ガスから窒素酸化物を除去するＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＬＮＴ：Lean NOx Trap）が設けられる場合がある。
【０００３】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、所定の温度範囲（以下、「吸蔵温度範囲」と称する）において窒素酸化物を吸蔵するため、排気ガスを吸蔵温度範囲内に維持する必要がある。そこで、例えば、排気路にバイパス路を設けておき、バイパス路を空冷することで、排気ガスを吸蔵温度範囲まで冷却する技術（例えば、特許文献１）や、バイパス路の外周部にフィンを設けておき、フィンから外部への放熱によって排気ガスを冷却したり、バイパス路を水冷して排気ガスを冷却したりする技術（例えば、特許文献２）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２１４７３４号公報
【特許文献２】特開平８−２８２５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１、２に記載されたバイパス路を空冷する技術では、排気ガスの冷却効果が低く、排気ガスの温度を吸蔵温度範囲まで下げられない場合もある。また、上記特許文献２に記載されたバイパス路を水冷する技術では、水を循環させる複雑な機構が必要となるため、当該機構のメンテナンスに手間を要するという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、簡易な構成で排気ガスを冷却することができ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒による窒素酸化物の吸蔵効率を向上させることが可能な排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の排気ガス浄化装置は、エンジンの燃焼室から排出された排気ガスが導かれるメイン排気路に設けられ、所定の温度範囲で窒素酸化物を吸蔵するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、メイン排気路から分岐され、メイン排気路に合流するバイパス路に設けられ、所定の温度範囲の上限値以下の所定の吸水温度未満で水を吸着するとともに、吸水温度以上で水を放出する吸水材と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流側の排気ガスの温度が所定の温度範囲の上限値を上回ると、排気ガスを、バイパス路に配された吸水材に通過させた後、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に通過させるように、排気ガスの流路を制御する流路制御部と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、流路制御部は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流側の排気ガスの温度が所定の温度範囲内である場合、排気ガスを、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に通過させた後、バイパス路に配された吸水材に通過させるように、排気ガスの流路を制御するとしてもよい。
【０００９】
また、バイパス路は、メイン排気路におけるＮＯｘ吸蔵還元触媒の上流側から分岐され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の下流側に合流する第１サブ流路と、第１サブ流路と、メイン排気路における第１サブ流路との合流箇所の下流側とを連通させる第２サブ流路と、メイン排気路における第１サブ流路の分岐箇所と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒との間から分岐され、メイン排気路における第１サブ流路との合流箇所の下流側に合流する第３サブ流路と、を備え、吸水材は、第１サブ流路における、第２サブ流路との連通箇所と、メイン排気路との合流箇所との間に設けられ、メイン排気路における第１サブ流路の分岐箇所の上流側と、メイン排気路における分岐箇所の下流側、または、第１サブ流路とを連通させるように、排気ガスの流路を切り替える第１切替手段と、第１サブ流路における第２サブ流路との連通箇所の上流側と、第１サブ流路における連通箇所の下流側、または、第２サブ流路とを連通させるように、排気ガスの流路を切り替える第２切替手段と、メイン排気路における第１サブ流路との合流箇所の上流側と、メイン排気路における合流箇所の下流側、または、第１サブ流路とを連通させるように、排気ガスの流路を切り替える第３切替手段と、メイン排気路における第３サブ流路の分岐箇所の上流側と、メイン排気路における分岐箇所の下流側、または、第３サブ流路とを連通させるように、排気ガスの流路を切り替える第４切替手段と、を備え、流路制御部は、第１切替手段、第２切替手段、第３切替手段、および、第４切替手段を切替制御するとしてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡易な構成で排気ガスを冷却することができ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒による窒素酸化物の吸蔵効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】エンジンシステムの構成を示す概略図である。
【図２】排気ガス浄化ユニットの構成を示す概略図である。
【図３】流路切替処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図４】排気ガスの流れを説明するための図である。
【図５】変形例にかかる排気ガス浄化ユニットの構成を示す概略図である。
【図６】変形例にかかる流路切替処理の流れを説明するためのフローチャートである。
【図７】変形例にかかる排気ガスの流れを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１３】
図１は、本実施形態にかかるエンジンシステム１００の構成を示す概略図である。なお、図１中、信号の流れを破線の矢印で示す。図１に示すように、エンジンシステム１００には、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータでなるＥＣＵ（Engine Control Unit）１１０が設けられ、ＥＣＵ１１０によりエンジン１２０全体が統括制御される。ただし、以下では、本実施形態に関係する構成や処理について詳細に説明し、本実施形態と無関係の構成や処理については説明を省略する。
【００１４】
エンジン１２０は、複数の気筒１２２ａを有する多気筒エンジンであり、シリンダブロック１２２に形成された各気筒１２２ａの吸気ポート１２４に、吸気マニホールド１２６が連通される。吸気マニホールド１２６の集合部には、エアチャンバ１２８を介して吸気路１３０が連通され、吸気路１３０の上流側にエアクリーナ１３２が設けられ、エアクリーナ１３２の下流側にスロットル弁１３４が設けられる。
【００１５】
また、エンジン１２０のシリンダブロック１２２に形成された各気筒１２２ａの排気ポート１３６には、排気マニホールド１３８が連通される。排気マニホールド１３８の集合部には、排気路１４０（メイン排気路）を介してマフラー１４２が連通され、排気路１４０に、後述する排気ガス浄化ユニット２００が設けられている。
【００１６】
エンジン１２０には、点火プラグ１４８が、その先端が燃焼室１４６内に位置するように各気筒１２２ａそれぞれに対して設けられる。また、各気筒１２２ａの燃焼室１４６には、インジェクタ１５０が設けられる。
【００１７】
エンジンシステム１００には、吸気路１３０におけるエアクリーナ１３２とスロットル弁１３４との間に、エンジン１２０に流入する吸入空気量を検出する吸入空気量センサ１６０、および、エンジン１２０に流入する空気の温度を検出する吸気温センサ１６２が設けられる。また、エンジンシステム１００には、スロットル弁１３４の開度を検出するスロットル開度センサ１６４が設けられる。また、エンジンシステム１００には、クランクシャフトのクランク角を検出するクランク角センサ１６６が設けられる。
【００１８】
また、エンジンシステム１００には、燃焼室１４６と吸気ポート１２４とを開閉可能な吸気弁（図示せず）、および、燃焼室１４６と排気ポート１３６とを開閉可能な排気弁（図示せず）を開閉させるカム（図示せず）を駆動するＶＶＴアクチュエータ１５２、および、当該カムの回転角度を検出するカムセンサ１６８が設けられる。また、エンジンシステム１００は、アクセル（図示せず）の開度を検出するアクセル開度センサ１７０が設けられる。
【００１９】
これら各センサ１６０〜１７０は、ＥＣＵ１１０に接続されており、検出値を示す信号をＥＣＵ１１０に出力する。
【００２０】
ＥＣＵ１１０は、各センサ１６０〜１７０から出力された信号を取得してエンジン１２０を制御する。ＥＣＵ１１０は、エンジン１２０を制御する際、信号取得部１８０、目標値導出部１８２、空気量決定部１８４、噴射量決定部１８６、スロットル開度決定部１８８、点火時期決定部１９０、駆動制御部１９２として機能する。
【００２１】
信号取得部１８０は、各センサ１６０〜１７０が検出した値を示す信号を取得する。目標値導出部１８２は、クランク角センサ１６６から取得したクランク角を示す信号に基づいて現時点のエンジン回転数を導出する。また、目標値導出部１８２は、導出したエンジン回転数、および、アクセル開度センサ１７０から取得したアクセル開度を示す信号に基づき、予め記憶されたマップを参照して目標トルクおよび目標エンジン回転数を導出する。
【００２２】
空気量決定部１８４は、目標値導出部１８２により導出された目標エンジン回転数および目標トルクに基づいて、各気筒１２２ａに供給する目標空気量を決定する。スロットル開度決定部１８８は、空気量決定部１８４により決定された各気筒１２２ａの目標空気量の合計量を導出し、合計量の空気を外部から吸気するための目標スロットル開度を決定する。
【００２３】
噴射量決定部１８６は、空気量決定部１８４により決定された各気筒１２２ａの目標空気量に基づいて、例えば、空燃比が理論空燃比よりリーンとなるように、各気筒１２２ａに供給する燃料の目標噴射量を決定する。また、噴射量決定部１８６は、決定した目標噴射量をエンジン１２０の吸気行程あるいは圧縮行程でインジェクタ１５０から噴射させるために、クランク角センサ１６６により検出されるクランク角を示す信号に基づいて、各インジェクタ１５０の目標噴射時期および目標噴射期間を決定する。
【００２４】
点火時期決定部１９０は、目標値導出部１８２により導出された目標エンジン回転数、および、クランク角センサ１６６により検出されるクランク角を示す信号に基づいて、各気筒１２２ａでの点火プラグ１４８の目標点火時期を決定する。
【００２５】
駆動制御部１９２は、スロットル開度決定部１８８により決定された目標スロットル開度でスロットル弁１３４が開口するように、スロットル弁用アクチュエータ（図示せず）を駆動する。また、駆動制御部１９２は、噴射量決定部１８６により決定された目標噴射時期および目標噴射期間でインジェクタ１５０を駆動することで、インジェクタ１５０から目標噴射量の燃料を噴射させる。また、駆動制御部１９２は、点火時期決定部１９０により決定された目標点火時期で点火プラグ１４８を点火させる。
【００２６】
このようにして、燃焼室１４６で燃料が燃焼されたことにより生じた排気ガスは、排気路１４０を通じて外部に排出されることになるが、排気ガスには、炭化水素（ＨＣ：HydroCarbon）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物(ＮＯｘ)が含まれるため、これらを除去する必要がある。そこで、排気路１４０に排気ガス浄化ユニット２００を設けておき、排気ガス浄化ユニット２００において、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物を除去する。
【００２７】
なお、ＥＣＵ１１０は、排気ガス浄化ユニット２００を制御する際、流路制御部１９４として機能する。流路制御部１９４の処理については、後に詳述する。
【００２８】
図２は、排気ガス浄化ユニット２００の構成を示す概略図である。なお、図２中、信号の流れを破線の矢印で示す。図２に示すように、排気ガス浄化ユニット２００は、三元触媒（Three-Way Catalyst）２１０と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２と、バイパス路２２０と、吸水材２３０と、第１切替手段２４０と、第２切替手段２４２と、第３切替手段２４４と、第４切替手段２４６とを含んで構成される。
【００２９】
三元触媒２１０は、排気路１４０内に設けられる。三元触媒２１０は、例えば、プラチナ（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）を含んで構成され、排気ポート１３６から排出された排気ガス中の炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物を除去する。
【００３０】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２は、排気路１４０内における三元触媒２１０の下流側に設けられ、三元触媒２１０で除去しきれなかった窒素酸化物を一旦吸蔵し、吸蔵した窒素酸化物を所定のタイミングで還元（浄化）する。
【００３１】
具体的に説明すると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２は、所定の吸蔵温度範囲（例えば、３００℃〜５００℃の温度範囲）において、窒素酸化物を吸蔵し、吸蔵温度範囲の上限値よりも高温の還元温度（例えば、５５０℃）以上で窒素酸化物を還元するという特性を有する。一方、エンジン１２０において空燃比をリーンとしている状態、すなわち、リーン燃焼（リーンバーン）を行っている状態では、理論空燃比としている状態や、空燃比をリッチとしている状態、すなわち、リッチ燃焼（リッチバーン）を行っている状態よりも窒素酸化物の排出量が多く、また、排気ガスの温度が低い。
【００３２】
したがって、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２は、リーン燃焼を行っている状態において、窒素酸化物を吸蔵し、リッチ燃焼を行っている状態において、窒素酸化物を還元するのが望ましい。つまり、リーン燃焼を行っている状態においては、排気ガスの温度が吸蔵温度範囲内となり、リッチ燃焼を行っている状態においては、排気ガスの温度が還元温度以上となるのが好ましい。そして、本実施形態のエンジン１２０は、通常リーン燃焼を行い、間欠的に短期間（例えば、数秒）リッチ燃焼を行うことにより、リーン燃焼を行っている間にＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２で窒素酸化物を吸蔵し、リッチ燃焼を行っている間に窒素酸化物が還元されるように構成される。
【００３３】
ここで、リッチ燃焼を行っている状態において、排気ガスの温度が還元温度以上となるため窒素酸化物を還元できるが、リーン燃焼を行っている状態においては、排気ガスの温度が吸蔵温度範囲を上回り、還元温度未満となってしまう場合がある。そうすると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２の吸蔵効率が低下し、窒素酸化物の除去率が低減してしまうおそれがある。
【００３４】
そこで、本実施形態の排気ガス浄化ユニット２００は、バイパス路２２０、吸水材２３０、第１切替手段２４０、第２切替手段２４２、第３切替手段２４４、第４切替手段２４６を備え、排気ガスの温度が吸蔵温度範囲を上回る場合（例えば、排気ガスの温度が５００℃を上回る場合）に、排気ガスの流路を排気路１４０からバイパス路２２０に切り替えて吸蔵温度範囲まで冷却する。
【００３５】
具体的に説明すると、バイパス路２２０は、排気路１４０から分岐（連通）され、排気路１４０に合流（連通）する流路であり、第１サブ流路２２２、第２サブ流路２２４、第３サブ流路２２６を含んで構成される。第１サブ流路２２２は、排気路１４０におけるＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２の上流側から分岐され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２の下流側に合流する流路である。第２サブ流路２２４は、第１サブ流路２２２と、排気路１４０における第１サブ流路２２２との合流箇所の下流側とを連通させる流路である。第３サブ流路２２６は、排気路１４０における第１サブ流路２２２の分岐箇所と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２との間から分岐され、排気路１４０における第１サブ流路２２２との合流箇所の下流側に合流する流路である。
【００３６】
吸水材２３０は、例えば、多孔質体のセラミックで構成され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２が窒素酸化物を吸蔵する吸蔵温度範囲の上限値（例えば、５００℃）以下の所定の吸水温度（例えば、４００℃）未満で水（液体、または、気体）を吸着するとともに、吸水温度以上で水を放出する。本実施形態において、吸水材２３０は、吸水温度が吸蔵温度範囲内であるものが採用されている。吸水材２３０は、第１サブ流路２２２における、第２サブ流路２２４との連通箇所と、排気路１４０との合流箇所との間に設けられる。
【００３７】
また、吸水材２３０は、電子の偏りを有するセラミック、例えば、アルカリ金属やアルカリ土類金属を含むセラミックで構成されてもよい。これにより、吸水材２３０の吸水効率を向上させることができる。
【００３８】
第１切替手段２４０は、例えば、排気路１４０における第１サブ流路２２２の分岐箇所に設けられた切替弁で構成される。第１切替手段２４０は、排気路１４０における第１切替手段２４０の上流側（三元触媒２１０側）と、排気路１４０における第１切替手段２４０の下流側（ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２側）、または、第１サブ流路２２２とを連通させるように、排気ガスの流路を切り替える。つまり、第１切替手段２４０は、排気路１４０における第１サブ流路２２２の分岐箇所の上流側と、排気路１４０における第１サブ流路２２２の分岐箇所の下流側、または、第１サブ流路２２２とを連通させるように、排気ガスの流路を切り替える。
【００３９】
第２切替手段２４２は、例えば、第１サブ流路２２２における第２サブ流路２２４との連通箇所に設けられた切替弁で構成される。第２切替手段２４２は、第１サブ流路２２２における第２切替手段２４２の上流側と、第１サブ流路２２２における第１切替手段２４０の下流側（吸水材２３０側）、または、第２サブ流路２２４とを連通させるように排気ガスの流路を切り替える。つまり、第２切替手段２４２は、第１サブ流路２２２における第２サブ流路２２４との連通箇所の上流側と、第１サブ流路２２２における連通箇所の下流側、または、第２サブ流路２２４とを連通させるように、排気ガスの流路を切り替える。
【００４０】
第３切替手段２４４は、例えば、排気路１４０における第１サブ流路２２２の合流箇所に設けられた切替弁で構成される。第３切替手段２４４は、排気路１４０における第３切替手段２４４の上流側（ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２側）と、排気路１４０における第３切替手段２４４の下流側（マフラー１４２側）、または、第１サブ流路２２２とを連通させるように排気ガスの流路を切り替える。つまり、第３切替手段２４４は、排気路１４０における第１サブ流路２２２との合流箇所の上流側と、排気路１４０における合流箇所の下流側、または、第１サブ流路２２２とを連通させるように、排気ガスの流路を切り替える。
【００４１】
第４切替手段２４６は、例えば、排気路１４０における第３サブ流路２２６の分岐箇所に設けられた切替弁で構成される。第４切替手段２４６は、排気路１４０における第４切替手段２４６の上流側（三元触媒２１０側）と、排気路１４０における第４切替手段２４６の下流側（ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２側）、または、第３サブ流路２２６とを連通させるように排気ガスの流路を切り替える。つまり、第４切替手段２４６は、排気路１４０における第３サブ流路２２６の分岐箇所の上流側と、排気路１４０における分岐箇所の下流側、または、第３サブ流路２２６とを連通させるように、排気ガスの流路を切り替える。
【００４２】
流路制御部１９４は、運転条件に応じて、第１切替手段２４０、第２切替手段２４２、第３切替手段２４４、第４切替手段２４６を制御する。
【００４３】
（流路切替処理）
続いて、流路制御部１９４による流路切替処理について説明する。図３は、流路切替処理の流れを説明するためのフローチャートであり、図４は、排気ガスの流れを説明するための図である。なお、図４中、排気ガスの流れを矢印で示す。また、本実施形態において、所定の時間間隔毎に生じる割込によって流路切替処理が繰り返し遂行される。
【００４４】
（ステップＳ３１０）
図３に示すように、流路制御部１９４は、まず、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２の上流側（ここでは、三元触媒２１０と第１切替手段２４０の間）の排気ガスの温度が吸蔵温度範囲の上限値（例えば、５００℃）未満かを判定する。本実施形態において、流路制御部１９４は、目標値導出部１８２が導出したエンジン回転数、および、アクセル開度センサ１７０から取得したアクセル開度を示す信号に基づいて、排気ガスの温度を推定する。具体的に説明すると、ＥＣＵ１１０には、エンジンの回転数およびアクセル開度と、排気ガスの温度とを関連付けた排気ガス温度マップが予め記憶されている。そして、流路制御部１９４は、エンジン回転数、および、アクセル開度を示す信号に基づき、予め記憶された排気ガス温度マップを参照してＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２の上流側の排気ガスの温度の推定値を導出する。こうして導出した推定値を排気ガスの温度とみなして、流路制御部１９４は、排気ガスの温度が吸蔵温度範囲の上限値未満かを判定する。
【００４５】
その結果、排気ガスの温度が、吸蔵温度範囲の上限値未満であると判定した場合（ステップＳ３１０におけるＹＥＳ）には、ステップＳ３１２に処理を移し、吸蔵温度範囲の上限値未満ではない（吸蔵温度範囲の上限値を上回る）と判定した場合（ステップＳ３１０におけるＮＯ）には、ステップＳ３１４に処理を移す。
【００４６】
（ステップＳ３１２）
流路制御部１９４は、排気ガスがＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２を通過した後に、吸水材２３０を通過する流路となるように（図４（ａ）参照）、第１切替手段２４０、第２切替手段２４２、第３切替手段２４４、第４切替手段２４６を切替制御して（吸水流路切替処理）、当該流路切替処理を終了する。つまり、流路制御部１９４は、排気ガスの流路が、排気路１４０、三元触媒２１０、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２、吸水材２３０（第１サブ流路２２２）、第２サブ流路２２４、排気路１４０となるように、第１切替手段２４０、第２切替手段２４２、第３切替手段２４４、第４切替手段２４６を切替制御する。
【００４７】
これにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２において排気ガス中の窒素酸化物を吸蔵しつつ、吸水材２３０において排気ガス中の水を吸着することができる。また、吸水材２３０には、窒素酸化物が取り除かれた排気ガスが導かれるため、窒素酸化物による吸水材２３０の劣化を防止することが可能となる。
【００４８】
また、図４（ａ）に示す流路において、排気ガスは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２を通過した後、吸水材２３０に到達する、つまり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２で冷却された後、吸水材２３０に到達する。このため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２の上流側の排気ガスの温度が吸蔵温度範囲の上限値未満である場合には、吸水材２３０を通過する排気ガスは、吸水温度未満になっており、吸水材２３０において排気ガス中の水を吸着することが可能となっている。
【００４９】
（ステップＳ３１４）
流路制御部１９４は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２の上流側の排気ガスの温度が、吸水材２３０の耐熱温度（例えば、１０００℃）以上であるかを判定する。その結果、耐熱温度以上であると判定した場合（ステップＳ３１４におけるＹＥＳ）には、ステップＳ３１８に処理を移し、耐熱温度以上ではないと判定した場合（ステップＳ３１４におけるＮＯ）には、ステップＳ３１６に処理を移す。
【００５０】
（ステップＳ３１６）
流路制御部１９４は、排気ガスが吸水材２３０を通過した後に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２を通過する流路となるように（図４（ｂ）参照）、第１切替手段２４０、第２切替手段２４２、第３切替手段２４４、第４切替手段２４６を切替制御して（放出流路切替処理）、当該流路切替処理を終了する。つまり、流路制御部１９４は、排気ガスの流路が、排気路１４０、吸水材２３０（第１サブ流路２２２）、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２、第３サブ流路２２６、排気路１４０となるように、第１切替手段２４０、第２切替手段２４２、第３切替手段２４４、第４切替手段２４６を切替制御する。
【００５１】
これにより、吸水材２３０が吸着した水を排気ガスの熱によって放出させることができ、放出された水をＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２に導くことが可能となる。したがって、放出された水でＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２を冷却することが可能となり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２を吸蔵温度範囲内とすることができる。
【００５２】
（ステップＳ３１８）
流路制御部１９４は、排気ガスが吸水材２３０を通過することなくＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２を通過する流路となるように（図４（ｃ）参照）、第１切替手段２４０、第３切替手段２４４、第４切替手段２４６を切替制御して（メイン流路切替処理）、当該流路切替処理を終了する。つまり、流路制御部１９４は、排気ガスの流路が、排気路１４０、三元触媒２１０、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２、排気路１４０となるように、第１切替手段２４０、第３切替手段２４４、第４切替手段２４６を切替制御する。
【００５３】
これにより、排気ガスの温度が吸水材２３０の耐熱温度以上である場合、吸水材２３０へ排気ガスが導かれる事態を回避することができ、吸水材２３０の劣化を防止することが可能となる。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２を通過させているため、排気ガスから窒素酸化物を確実に除去（還元）することができる。
【００５４】
以上説明したように、排気ガス浄化ユニット２００および流路制御部１９４で構成される本実施形態の排気ガス浄化装置によれば、バイパス路２２０に吸水材２３０を設けるといった簡易な構成で、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２を冷却することができる。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２を吸蔵温度範囲まで低下させることができ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２による窒素酸化物の吸蔵効率を向上させることが可能となる。
【００５５】
また、従来の水冷で排気ガスを冷却する構成と比較して、水を循環させる複雑な機構が不要になり、メンテナンスの手間を低減することができる。さらに、本実施形態の排気ガス浄化装置によれば、従来廃棄されていた排気ガス中の水を用いて排気ガスを冷却することから、冷却専用の水をわざわざ調達する必要がなく、水に要するコストを削減できる。
【００５６】
（変形例）
図５は、変形例にかかる排気ガス浄化ユニット４００を説明するための図である。図５に示すように、排気ガス浄化ユニット４００は、三元触媒２１０と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２と、バイパス路４２０と、吸水材２３０と、切替手段４４０とを含んで構成される。なお、上述した実施形態の排気ガス浄化ユニット２００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、ここでは、構成の異なるバイパス路４２０、切替手段４４０について詳述する。
【００５７】
バイパス路４２０は、排気路１４０におけるＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２の上流側から分岐され、分岐箇所より下流側であってＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２の上流側に合流する流路である。なお、変形例において、吸水材２３０は、バイパス路４２０に設けられる。
【００５８】
切替手段４４０は、例えば、排気路１４０におけるバイパス路４２０の分岐箇所に設けられた切替弁で構成され、排気ガスの流路を排気路１４０またはバイパス路４２０に切り替える。
【００５９】
また、本実施形態において、流路制御部１９４は、切替手段４４０を切替制御する。
【００６０】
（流路切替処理）
続いて、変形例にかかる流路制御部１９４による流路切替処理について説明する。図６は、変形例にかかる流路切替処理の流れを説明するための図である。また、変形例において、所定の時間間隔毎に生じる割込によって流路切替処理が繰り返し遂行される。
【００６１】
（ステップＳ５１０）
図６に示すように、流路制御部１９４は、まず、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２の上流側（ここでは、三元触媒２１０と、バイパス路４２０の分岐箇所との間）の排気ガスの温度が、吸蔵温度範囲の下限値（例えば、３００℃）以上であり、かつ、吸水温度（例えば、４００℃）未満であるか、または、吸蔵温度範囲の上限値（例えば、５００℃）を上回り、かつ、耐熱温度（例えば、１０００℃）未満であるかを判定する。その結果、吸蔵温度範囲の下限値以上であり、かつ、吸水温度未満である、または、吸蔵温度範囲の上限値を上回り、かつ、耐熱温度未満であると判定した場合（ステップＳ５１０におけるＹＥＳ）には、ステップＳ５１２に処理を移す。一方、吸蔵温度範囲の下限値から吸水温度までの温度、および、吸蔵温度範囲の上限値から耐熱温度までの温度ではないと判定した場合（ステップＳ５１０におけるＮＯ）には、ステップＳ５１４に処理を移す。
【００６２】
（ステップＳ５１２）
流路制御部１９４は、切替手段４４０を制御し、排気ガスの流路を、バイパス路４２０（吸水材２３０）を通過して、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２を通過する流路として、当該流路切替処理を終了する。
【００６３】
（ステップＳ５１４）
流路制御部１９４は、切替手段４４０を制御し、排気ガスの流路を、バイパス路４２０（吸水材２３０）を通過せずに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２を通過する流路として、当該流路切替処理を終了する。
【００６４】
流路制御部１９４が上記ステップＳ５１０、ステップＳ５１２、ステップＳ５１４の処理を遂行することで、図７に示すように、排気ガスの温度が吸蔵温度範囲の下限値に到達するまでは、排気ガスの流路を、バイパス路４２０を通過せずに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２を通過する流路とする。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２を吸蔵温度まで効率よく加熱することができる。
【００６５】
そして、排気ガスの温度が吸蔵温度範囲の下限値に到達すると、流路制御部１９４は、排気ガスの流路をバイパス路４２０に切り替える。これにより、排気ガス中の水を吸水材２３０に吸着させることができる。
【００６６】
また、排気ガスの温度が吸水温度に到達すると、流路制御部１９４は、排気ガスの流路を、バイパス路４２０を通過せずに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２を通過する流路に切り替える。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２が吸蔵温度範囲内であるにもかかわらず、つまり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２を冷却する必要がないにもかかわらず、吸水材２３０から水が放出してしまう事態を回避することができる。
【００６７】
そして、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２が吸蔵温度範囲の上限値を上回ると、流路制御部１９４は、排気ガスの流路をバイパス路４２０に切り替える。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２を冷却することができ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２を吸蔵温度範囲とすることが可能となる。
【００６８】
排気ガスの温度が還元温度の下限値を超え、吸水材２３０の耐熱温度以上になると、流路制御部１９４は、排気ガスの流路を、バイパス路４２０を通過せずに、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２を通過する流路に切り替える。これにより、吸水材２３０へ排気ガスが導かれる事態を回避することができ、吸水材２３０の劣化を防止することが可能となる。
【００６９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００７０】
なお、上記実施形態において、ＥＣＵ１１０が流路制御部１９４として機能する構成を例に挙げて説明した。しかし、流路制御部１９４は、ＥＣＵ１１０と別体で構成されてもよい。
【００７１】
また、上記実施形態において、流路制御部１９４は、エンジン回転数、および、アクセル開度を示す信号に基づき、温度マップを参照して、排気ガスの温度を推定する構成を例に挙げて説明した。しかし、温度センサを設けておき、温度センサが排気ガスの温度を測定するとしてもよい。
【００７２】
また、上記実施形態において、流路制御部１９４が、三元触媒２１０と、第１サブ流路２２２の分岐箇所との間を流通する排気ガスの温度に基づいて、第１切替手段２４０、第２切替手段２４２、第３切替手段２４４、第４切替手段２４６を切替制御する構成を例に挙げて説明した。しかし、流路制御部１９４は、例えば、三元触媒２１０の上流側の排気ガスの温度に基づいて、第１切替手段２４０、第２切替手段２４２、第３切替手段２４４、第４切替手段２４６を切替制御してもよい。
【００７３】
同様に、上記変形例において、流路制御部１９４が三元触媒２１０と、バイパス路４２０の分岐箇所との間を流通する排気ガスの温度に基づいて、切替手段４４０を切替制御する構成を例に挙げて説明した。しかし、流路制御部１９４は、例えば、三元触媒２１０の上流側の排気ガスの温度に基づいて、切替手段４４０を切替制御してもよい。
【００７４】
また、上記変形例において、流路制御部１９４は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２の上流側の排気ガスの温度が、吸蔵温度範囲の上限値を上回り、耐熱温度未満である場合に、排気ガスの流路をバイパス路４２０に切り替える構成を例に挙げて説明した。しかし、流路制御部１９４は、排気ガスの温度が、耐熱温度未満の還元温度の下限値以上となったら、排気ガスの流路を排気路１４０に切り替えてもよい。これにより、還元温度の下限値に達している排気ガスが吸水材２３０によって冷却されてしまう事態を回避することができ、排気ガス中の窒素酸化物をＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２で還元することが可能となる。
【００７５】
また、上記実施形態においては、排気ガスが常にＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２を通過する構成を例に挙げて説明した。しかし、エンジン１２０がストイキで燃焼を行っている場合、三元触媒２１０で窒素酸化物を除去できるため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２を通過させずともよい。つまり、流路制御部１９４は、排気ガスの流路が、排気路１４０、三元触媒２１０、第３サブ流路２２６、排気路１４０となるように、第１切替手段２４０、第４切替手段２４６を切替制御してもよい。かかる構成により、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２の劣化を防止することができる。
【００７６】
また、上記実施形態において、三元触媒２１０とＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２とが別体で構成される場合を例に挙げて説明した。しかし、三元触媒２１０とＮＯｘ吸蔵還元触媒２１２とが１つの筐体内に配されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、エンジンの燃焼室から排出された排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置に利用できる。
【符号の説明】
【００７８】
１２０  エンジン
１４０  排気路
１４６  燃焼室
１９４  流路制御部（排気ガス浄化装置）
２００、４００  排気ガス浄化ユニット（排気ガス浄化装置）
２１２  ＮＯｘ吸蔵還元触媒
２２０、４２０  バイパス路
２２２  第１サブ流路
２２４  第２サブ流路
２２６  第３サブ流路
２３０  吸水材
２４０  第１切替手段
２４２  第２切替手段
２４４  第３切替手段
２４６  第４切替手段
【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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