(57)【要約】【課題】触媒の浄化性能の回復を行う際、排ガスの排気経路を切り替え、下流側に配置される触媒を上流側に配置される触媒よりも高温とし、触媒に吸着した硫黄成分を脱離させる排ガス浄化装置、内燃機関及び触媒の回復方法を提供する。【解決手段】本実施例のエンジン１１において適用される排ガス浄化装置は、排気通路２６に配置され、排ガスを浄化する上流触媒２７、下流触媒２９と、上流触媒装置２８、下流触媒装置３０への排ガスの流通方向を、上流触媒２７及び下流触媒２９の一端側から他端側への順方向、又は他端側から一端側への逆方向に切り替え、排ガスの排気経路を制御する排気経路制御手段とを有する排ガス浄化装置において、排ガスに二次空気３２を供給する二次空気供給手段３３と、エンジン１１に対する空燃比をリッチとし、二次空気３２を供給した後の排ガスの空燃比がリッチとなるように制御する空燃比制御手段とを有する。【選択図】図１
2009275530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に設けられる排気通路と、
前記排気通路に配置され、排ガスを浄化する触媒が収容されている少なくとも一つ以上の触媒装置と、
前記触媒装置への排ガスの流通方向を、前記触媒装置の一端側から他端側への順方向、又は他端側から一端側への逆方向に切り替え、排ガスの排気経路を制御する排気経路制御手段とを有する排ガス浄化装置において、
排ガスに二次空気を供給する二次空気供給手段と、
前記内燃機関に対する空燃比をリッチとし、前記二次空気を供給した後の排ガスの空燃比がリッチ又はストイキとなるように制御する空燃比制御手段とを有し、
前記触媒に吸着した硫黄成分を脱離する際、前記触媒装置への排ガスの流通方向を前記触媒装置の他端側から一端側への逆方向に切り替え、前記内燃機関に対する空燃比をリッチとし、前記二次空気を混合した後の排ガスの空燃比をリッチ又はストイキとすることを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記排気通路が、前記触媒装置を通過する本流路であり、
前記排気経路制御手段が、少なくとも一つ以上の前記触媒装置を迂回して前記触媒装置の一端側から他端側に連通するバイパス通路と、前記本流路及び前記バイパス通路を開閉する切替弁とからなることを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記触媒装置が、前記排気通路の上流側に配置された上流触媒が収容されている上流触媒装置と、該上流触媒装置の下流側に配置された下流触媒が収容されている下流触媒装置とからなり、
前記排気経路制御手段が、前記下流触媒装置の上流側、下流側の何れか一方側から排ガスを送給し、その他方側から排出された排ガスを前記上流触媒装置の上流側、下流側の何れか一方側から送給するように形成されると共に、
前記二次空気供給手段が、前記内燃機関と前記下流触媒装置との間を連結する前記バイパス通路に設けられ、
前記触媒装置への排ガスの流通方向を前記触媒装置の他端側から一端側への逆方向に切り替える際、前記内燃機関に対する空燃比をリッチとし、前記二次空気を混合した後の排ガスの空燃比をリッチ又はストイキとした後、前記下流触媒装置から順に排ガスを送給することを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項４】
請求項２において、
前記触媒装置が、前記排気通路の上流側に配置された上流触媒が収容されている上流触媒装置と、該上流触媒装置の下流側に配置された下流触媒が収容されている下流触媒装置とからなり、
前記排気経路制御手段が、前記下流触媒装置の上流側、下流側の何れか一方側から排ガスを送給し、その他方側から排出された排ガスを前記上流触媒装置の上流側、下流側の何れか一方側から送給するように形成されると共に、
前記二次空気供給手段が、前記排気通路の前記上流触媒装置と前記下流触媒装置との間に設けられ、
前記触媒装置への排ガスの流通方向を前記触媒装置の他端側から一端側への逆方向に切り替える際、前記内燃機関に対する空燃比をリッチとし、前記下流触媒装置を通過した後の排ガスに前記二次空気を供給し、排ガスの空燃比をストイキとした後、前記上流触媒装置に排ガスを送給することを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項５】
請求項２乃至４の何れか一つにおいて、
前記二次空気供給手段が、前記二次空気を供給する二次空気供給部と、前記二次空気を前記排気通路又は前記バイパス通路に送給する二次空気供給管と、前記二次空気の供給量を調整する二次空気供給弁とからなることを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか一つにおいて、
前記二次空気が、吸気通路を流れる吸気の一部であることを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか一つの排ガス浄化装置を有することを特徴とする内燃機関。
【請求項８】
内燃機関の排気系に設けられる排気通路に排ガスを浄化する触媒が収容されている少なくとも一つ以上の触媒装置が配置され、
前記触媒装置への排ガスの流通方向を、前記触媒装置の一端側から他端側への順方向、又は他端側から一端側への逆方向に切り替え、排ガスの排気経路を制御する排気経路制御手段を有する触媒の回復方法において、
前記触媒に吸着した硫黄成分を脱離する際、前記触媒装置への排ガスの流通方向を前記触媒装置の他端側から一端側への逆方向に切り替え、前記内燃機関に対する空燃比をリッチとした後、排ガスに二次空気を供給して、前記二次空気を供給した後の排ガスの空燃比をリッチ又はストイキとして、最も下流側に配置されている触媒から順に上流側に配置されている触媒に排ガスを送給し、最も下流側に配置されている触媒を上流側に配置されている触媒よりも高温に暖機し、各々の触媒の排気浄化性能を回復させることを特徴とする触媒の回復方法。
【請求項９】
請求項８において、
前記排気通路が、前記触媒装置を通過する本流路であり、
前記排気経路制御手段が、少なくとも一つ以上の前記触媒装置を迂回して前記触媒装置の一端側から他端側に連通するバイパス通路と、前記本流路及び前記バイパス通路を開閉する切替弁とからなることを特徴とする触媒の回復方法。
【請求項１０】
請求項９において、
前記触媒装置が、前記排気通路の上流側に配置された上流触媒が収容されている上流触媒装置と、該上流触媒装置の下流側に配置された下流触媒が収容されている下流触媒装置とからなり、
前記触媒装置への排ガスの流通方向を前記触媒装置の他端側から一端側への逆方向に切り替える際、前記内燃機関に対する空燃比をリッチとし、
前記内燃機関と前記下流触媒装置との間を連結する前記バイパス通路で排ガスに前記二次空気を供給する二次空気供給手段より前記二次空気を混合し、排ガスの空燃比をリッチ又はストイキとした後、
前記排気経路制御手段により、前記下流触媒装置の上流側、下流側の何れか一方側から排ガスを送給し、その他方側から排出された排ガスを前記上流触媒装置の上流側、下流側の何れか一方側から送給することを特徴とする触媒の回復方法。
【請求項１１】
請求項９において、
前記触媒装置が、前記排気通路の上流側に配置された上流触媒が収容されている上流触媒装置と、該上流触媒装置の下流側に配置された下流触媒が収容されている下流触媒装置とからなり、
前記触媒装置への排ガスの流通方向を前記触媒装置の他端側から一端側への逆方向に切り替える際、前記内燃機関に対する空燃比をリッチとし、
前記排気経路制御手段により、前記下流触媒装置の上流側、下流側の何れか一方側から排ガスを送給し、
その他方側から排出された排ガスに前記二次空気を供給する二次空気供給手段より前記二次空気を混合し、排ガスの空燃比をストイキとした後、前記上流触媒装置の上流側、下流側の何れか一方側から送給することを特徴とする触媒の回復方法。
【請求項１２】
請求項１０又は１１において、
前記二次空気供給手段が、前記二次空気を供給する二次空気供給部と、前記二次空気を前記排気通路又は前記バイパス通路に送給する二次空気供給管と、前記二次空気の供給量を調整する二次空気供給弁とからなることを特徴とする触媒の回復方法。
【請求項１３】
請求項８乃至１２の何れか一つにおいて、
前記二次空気が、吸気通路を流れる吸気の一部であることを特徴とする触媒の回復方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に配置した触媒を排ガス中に含まれる硫黄成分による硫黄被毒から再生する機能を有する排ガス浄化装置、内燃機関及び触媒の回復方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、排気通路に、排気浄化用の触媒を配置して排気中の有害物質を浄化する技術が知られているが、このような触媒は、使用とともに排気中の特定の成分（被毒物質）を吸収、吸着等により吸蔵し、被毒物質の吸蔵量増大とともに排気浄化能力が低下する。
【０００３】
このようなエンジンから排出される排ガスを浄化する触媒としては、いわゆるＮＯｘ吸蔵触媒や三元触媒等が用いられている。このうちＮＯｘ吸蔵触媒は、一般に内燃機関がリーン（酸素過剰状態）の空燃比にて運転中にあるときにはその排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、内燃機関の排ガスの空燃比が理論空燃比（ストイキ）状態又はリッチ（酸素不足状態）にあるときにはその吸蔵したＮＯｘを放出し還元する機能を有している。
【０００４】
また、このような触媒には、ＮＯｘ以外にもガソリンや潤滑オイル中に含まれる硫黄分（Ｓ）に起因して排ガス中に含まれるＳＯｘを硫酸塩として吸蔵してしまうという性質がある。このような硫黄成分は、ＮＯｘに比べて安定性が高く単に排ガスの空燃比をリッチにしただけでは触媒から放出されないため、触媒を使用すると次第に蓄積される。そして、蓄積された硫黄成分の吸蔵量の増大と共に、蓄積された硫黄成分に起因して触媒が吸蔵し得るＮＯｘの量が低下し、触媒の排気浄化性能が低下する（「硫黄被毒（Ｓ被毒）」）。
【０００５】
こうした触媒の硫黄被毒を解消するためには、排気の空燃比をリッチにすると共に触媒温度を通常運転時より高い所定温度まで上昇させる必要がある。そのため、従来では、こうした硫黄被毒された触媒は、触媒の温度を高めると共に、リッチ雰囲気下で吸着された硫黄成分を硫黄酸化物（ＳＯｘ）として離脱させることができ、触媒のＮＯｘの吸蔵能力を回復させるようにしている（特許文献１、２、参照）。
【０００６】
また、硫黄脱離制御時に触媒温度を通常運転時より高い所定温度まで上昇させるためには、触媒に未燃燃料などの炭化水素（ＨＣ）やＣＯ成分を比較的多量に供給するとともに、充分な酸素を供給してＨＣやＣＯ成分を触媒上で燃焼させるのが有効である。
【０００７】
このため、硫黄脱離制御時に機関に対する空燃比をリッチで運転することにより、排気中のＨＣやＣＯ成分量を増大させるとともに、触媒に二次空気を供給することにより燃焼に必要な酸素を触媒に供給して効率的に触媒を昇温することが提案されている（特許文献３、４、参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１９５０２６号公報
【特許文献２】特開２００２−２５６９５１号公報
【特許文献３】特開２００５−０２３８２２号公報
【特許文献４】特開２００７−３３２８８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、硫黄脱離時の空燃比がリッチであるため、エンジンから排出される排ガス中にはＨＣ、ＣＯが多い上、触媒が還元雰囲気にあるため、排ガス中のＨＣ、ＣＯを十分に浄化できない、という問題がある。
【００１０】
また、排気通路に複数の触媒が直列に配置されている場合、後流側に配置される触媒（後流触媒）の方が上流側に配置される触媒（上流触媒）よりも温度が低いため、後流触媒には硫黄成分が溜まり易いため、後流触媒を高温にして硫黄成分を脱離させると、後流触媒とエンジンとの間にある上流触媒も高温となり、上流触媒に不要な負荷が加えられてしまう、という問題がある。
【００１１】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、触媒の浄化性能の回復を行う際、排ガスの排気経路を切り替え、下流側に配置される触媒を上流側に配置される触媒よりも高温とし、触媒に吸着した硫黄成分を脱離させる排ガス浄化装置、内燃機関及び触媒の回復方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明に係る排ガス浄化装置は、内燃機関の排気系に設けられる排気通路と、前記排気通路に配置され、排ガスを浄化する触媒が収容されている少なくとも一つ以上の触媒装置と、前記触媒装置への排ガスの流通方向を、前記触媒装置の一端側から他端側への順方向、又は他端側から一端側への逆方向に切り替え、排ガスの排気経路を制御する排気経路制御手段とを有する排ガス浄化装置において、排ガスに二次空気を供給する二次空気供給手段と、前記内燃機関に対する空燃比をリッチとし、前記二次空気を供給した後の排ガスの空燃比がリッチ又はストイキとなるように制御する空燃比制御手段とを有し、前記触媒に吸着した硫黄成分を脱離する際、前記触媒装置への排ガスの流通方向を前記触媒装置の他端側から一端側への逆方向に切り替え、前記内燃機関に対する空燃比をリッチとし、前記二次空気を混合した後の排ガスの空燃比をリッチ又はストイキとすることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る排ガス浄化装置においては、前記排気通路が、前記触媒装置を通過する本流路であり、前記排気経路制御手段が、少なくとも一つ以上の前記触媒装置を迂回して前記触媒装置の一端側から他端側に連通するバイパス通路と、前記本流路及び前記バイパス通路を開閉する切替弁とからなることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る排ガス浄化装置においては、前記触媒装置が、前記排気通路の上流側に配置された上流触媒が収容されている上流触媒装置と、該上流触媒装置の下流側に配置された下流触媒が収容されている下流触媒装置とからなり、前記排気経路制御手段が、前記下流触媒装置の上流側、下流側の何れか一方側から排ガスを送給し、その他方側から排出された排ガスを前記上流触媒装置の上流側、下流側の何れか一方側から送給するように形成されると共に、前記二次空気供給手段が、前記内燃機関と前記下流触媒装置との間を連結する前記バイパス通路に設けられ、前記触媒装置への排ガスの流通方向を前記触媒装置の他端側から一端側への逆方向に切り替える際、前記内燃機関に対する空燃比をリッチとし、前記二次空気を混合した後の排ガスの空燃比をリッチ又はストイキとした後、前記下流触媒装置から順に排ガスを送給することを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る排ガス浄化装置においては、前記触媒装置が、前記排気通路の上流側に配置された上流触媒が収容されている上流触媒装置と、該上流触媒装置の下流側に配置された下流触媒が収容されている下流触媒装置とからなり、前記排気経路制御手段が、前記下流触媒装置の上流側、下流側の何れか一方側から排ガスを送給し、その他方側から排出された排ガスを前記上流触媒装置の上流側、下流側の何れか一方側から送給するように形成されると共に、前記二次空気供給手段が、前記排気通路の前記上流触媒装置と前記下流触媒装置との間に設けられ、前記触媒装置への排ガスの流通方向を前記触媒装置の他端側から一端側への逆方向に切り替える際、前記内燃機関に対する空燃比をリッチとし、前記下流触媒装置を通過した後の排ガスに前記二次空気を供給し、排ガスの空燃比をストイキとした後、前記上流触媒装置に排ガスを送給することを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る排ガス浄化装置においては、前記二次空気供給手段が、前記二次空気を供給する二次空気供給部と、前記二次空気を前記排気通路又は前記バイパス通路に送給する二次空気供給管と、前記二次空気の供給量を調整する二次空気供給弁とからなることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る排ガス浄化装置においては、前記二次空気が、吸気通路を流れる吸気の一部であることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る内燃機関は、上述の何れか一つの排ガス浄化装置を有することを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る触媒の回復方法は、内燃機関の排気系に設けられる排気通路に排ガスを浄化する触媒が収容されている少なくとも一つ以上の触媒装置が配置され、前記触媒装置への排ガスの流通方向を、前記触媒装置の一端側から他端側への順方向、又は他端側から一端側への逆方向に切り替え、排ガスの排気経路を制御する排気経路制御手段を有する触媒の回復方法において、前記触媒に吸着した硫黄成分を脱離する際、前記触媒装置への排ガスの流通方向を前記触媒装置の他端側から一端側への逆方向に切り替え、前記内燃機関に対する空燃比をリッチとした後、排ガスに二次空気を供給して、前記二次空気を供給した後の排ガスの空燃比をリッチ又はストイキとして、最も下流側に配置されている触媒から順に上流側に配置されている触媒に排ガスを送給し、最も下流側に配置されている触媒を上流側に配置されている触媒よりも高温に暖機し、各々の触媒の排気浄化性能を回復させることを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る触媒の回復方法においては、前記排気通路が、前記触媒装置を通過する本流路であり、前記排気経路制御手段が、少なくとも一つ以上の前記触媒装置を迂回して前記触媒装置の一端側から他端側に連通するバイパス通路と、前記本流路及び前記バイパス通路を開閉する切替弁とからなることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る触媒の回復方法においては、前記触媒装置が、前記排気通路の上流側に配置された上流触媒が収容されている上流触媒装置と、該上流触媒装置の下流側に配置された下流触媒が収容されている下流触媒装置とからなり、前記触媒装置への排ガスの流通方向を前記触媒装置の他端側から一端側への逆方向に切り替える際、前記内燃機関に対する空燃比をリッチとし、前記内燃機関と前記下流触媒装置との間を連結する前記バイパス通路で排ガスに前記二次空気を供給する二次空気供給手段より前記二次空気を混合し、排ガスの空燃比をリッチ又はストイキとした後、前記排気経路制御手段により、前記下流触媒装置の上流側、下流側の何れか一方側から排ガスを送給し、その他方側から排出された排ガスを前記上流触媒装置の上流側、下流側の何れか一方側から送給することを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る触媒の回復方法においては、前記触媒装置が、前記排気通路の上流側に配置された上流触媒が収容されている上流触媒装置と、該上流触媒装置の下流側に配置された下流触媒が収容されている下流触媒装置とからなり、前記触媒装置への排ガスの流通方向を前記触媒装置の他端側から一端側への逆方向に切り替える際、前記内燃機関に対する空燃比をリッチとし、前記排気経路制御手段により、前記下流触媒装置の上流側、下流側の何れか一方側から排ガスを送給し、その他方側から排出された排ガスに前記二次空気を供給する二次空気供給手段より前記二次空気を混合し、排ガスの空燃比をストイキとした後、前記上流触媒装置の上流側、下流側の何れか一方側から送給することを特徴とする。
【００２３】
本発明に係る触媒の回復方法においては、前記二次空気供給手段が、前記二次空気を供給する二次空気供給部と、前記二次空気を前記排気通路又は前記バイパス通路に送給する二次空気供給管と、前記二次空気の供給量を調整する二次空気供給弁とからなることを特徴とする。
【００２４】
本発明に係る触媒の回復方法においては、前記二次空気が、吸気通路を流れる吸気の一部であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の排ガス浄化装置によれば、少なくとも一つ以上の触媒装置に収容されている排ガスを浄化する触媒に吸着した硫黄成分を脱離する際、前記触媒装置への排ガスの流通方向を前記触媒装置の他端側から一端側への逆方向に排ガスの排気経路を切り替え、前記内燃機関に対する空燃比をリッチとし、二次空気を混合した後の排ガスの空燃比をリッチ又はストイキとすることができる。よって、前記二次空気を混合した後の排ガスの空燃比をリッチ又はストイキとした後、最も下流側に配置されている触媒から上流側に配置されている触媒の順に排ガスを送給することができる。
【００２６】
これにより、下流側に配置されている触媒を上流側に配置されている触媒よりも高温で暖機することができるため、上流側に配置されている触媒に余計な負荷を与えることなく、下流側に配置されている触媒を暖気し、各々の触媒に吸着した硫黄成分を脱離することができ、各々の触媒の排気浄化性能を回復させることができる。
【００２７】
また、本発明の排ガス浄化装置によれば、前記触媒に吸着した硫黄成分を脱離する際、前記触媒装置への排ガスの流通方向を前記触媒装置の他端側から一端側への逆方向に排ガスの排気経路を切り替え、前記内燃機関に対する空燃比をリッチとし、下流側に配置されている触媒を通過した後の排ガスに前記二次空気を供給し、排ガスの空燃比をストイキとすることができる。よって、下流側に配置されている触媒の通過後、排ガスの空燃比をストイキとし、上流側に配置されている触媒に排ガスを送給することができる。
【００２８】
これにより、下流側に配置されている触媒を高温、且つ、還元雰囲気とすることができるため、吸着した硫黄成分の脱離を速やかに行うことができる。また、上流側に配置されている触媒も高温で暖機できるため、下流側に配置されている触媒で脱離した硫黄成分を上流側に配置されている触媒に吸着させることなく、各々の触媒に吸着した硫黄成分の脱離を行うことができ、各々の触媒の排気浄化性能を回復させることができる。また、上流側に配置されている触媒に供給される排ガスの雰囲気はストイキであるため、排ガスの排気浄化も十分に行うことができると共に、排出される硫黄成分は主にＳＯ2であるため、不快な臭いを発生し難くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、本発明に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００３０】
図１は、本発明の実施例１に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関を表す概略構成図である。
【００３１】
本実施例の内燃機関は、燃料として、ガソリンだけでなく、このガソリンにエタノールを混合した燃料を使用可能とした多様燃料を使用可能な内燃機関であって、多様燃料車（ＦＦＶ）に適用されるものである。
図１に示すように、本実施例の内燃機関において、この内燃機関としてのエンジン１１はポート噴射式の４気筒型であって、シリンダブロック上にシリンダヘッドが締結されており、複数のシリンダボアにピストンがそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロックの下部にクランクケースが締結され、このクランクケース内にクランクシャフトが回転自在に支持されており、各ピストンはコネクティングロッドを介してこのクランクシャフトにそれぞれ連結されている。
尚、エンジン１１は４気筒エンジンに限定されるものではなく、他の気筒エンジンに用いるようにしてもよい。
【００３２】
シリンダブロックとシリンダヘッドとピストンにより４つの気筒に対応して燃焼室１２がそれぞれ構成されており、この各燃焼室１２は、上部に吸気ポート１３及び排気ポート１４が対向してそれぞれ形成されており、この各吸気ポート１３及び排気ポート１４は、図示しない吸気弁及び排気弁によって開閉可能となっている。
【００３３】
そして、吸気管（吸気通路）１５の下流端部がインテークマニホールド１６を介して各吸気ポート１３に連結されており、この吸気管１５の上流端部にはエアクリーナ１７が取付けられている。そして、このエアクリーナ１７の下流側にスロットル弁１８を有する電子スロットル装置１９が設けられている。また、インテークマニホールド１６には、各燃焼室１２に対応した吸気ポート１３に燃料を供給可能なインジェクタ（燃料供給手段）２０が装着されている。このインジェクタ２０は、デリバリパイプ２１に連結され、デリバリパイプ２１には、燃料供給管２２により燃料タンク２３内の燃料ポンプ２４に連結されている。なお、図示しないが、各燃焼室１２には、混合気に着火する点火プラグが装着されている。
【００３４】
また、各インジェクタ２０には、燃料タンク２３に貯留された燃料が燃料供給管２２と、燃料供給管２２に接続されているデリバリパイプ２１とを介して供給される。エンジン１１は、燃料としてアルコールとガソリンとをそれぞれ単独でまたは混合して使用可能に構成されているので、燃料タンク２３には、燃料としてアルコールを混合した燃料を用いる場合、所定のアルコール濃度を有する燃料が貯留される。この燃料は、ガソリン１００％の場合や、メタノール、エタノール等のアルコールがガソリンに混合された混合燃料の場合、更にはアルコール１００％の場合もある。
【００３５】
一方、各排気ポート１４には、エキゾーストマニホールド２５を介して排気管（排気通路）２６が連結されており、この排気管（排気通路）２６には、上流触媒２７が収容されている上流触媒装置２８と、下流触媒２９が収容されている下流触媒装置３０と、マフラー３１が装着されている。
【００３６】
また、本実施例のエンジン１１において適用される排ガス浄化装置は、エンジン１１の排気系に設けられる排気通路２６と、排気通路２６に配置され、排ガスを浄化する上流触媒２７、下流触媒２９が各々収容されている上流触媒装置２８、下流触媒装置３０と、上流触媒装置２８、下流触媒装置３０への排ガスの流通方向を、上流触媒装置２８、下流触媒装置３０の一端側から他端側への順方向、又は他端側から一端側への逆方向に切り替え、排ガスの排気経路を制御する排気経路制御手段とを有する排ガス浄化装置において、排ガスに二次空気３２を供給する二次空気供給手段３３と、エンジン１１に対する空燃比をリッチとし、二次空気３２を供給した後の排ガスの空燃比がリッチ又はストイキとなるように制御する空燃比制御手段とを有するものである。
【００３７】
そして、後述するように、上流触媒２７、下流触媒２９に吸着した硫黄成分を脱離する際、上流触媒２７及び下流触媒２９への排ガスの流通方向を、上流触媒２７及び下流触媒２９の他端側から一端側への逆方向に排ガスの排気経路を切り替え、エンジン１１に対する空燃比をリッチとし、二次空気３２を混合した後の排ガスの空燃比をリッチ又はストイキとしている。
【００３８】
上流触媒２７、下流触媒２９は、排ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害物質を同時に浄化処理することができるものであり、三元触媒、ＮＯｘ吸蔵還元触媒、ＨＣやＮＯｘ吸着材及びその組み合わせたものである。三元触媒は、排ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの有害物質を同時に浄化処理することができるものであり、空燃比が理論空燃比（ストイキ）近傍にあるときに、排ガス中の有害物質を浄化することができる触媒である。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、流入する排ガスの空燃比がリーン（酸素過剰状態）のときに排気中のＮＯｘを吸着、吸収またはその両方で吸蔵し、流入する排ガスの空燃比がストイキまたはリッチ（酸素不足状態）となったときに、吸蔵したＮＯｘを排ガス中の還元成分（ＨＣ、ＣＯ）と反応させて還元浄化する触媒である。
【００３９】
また、本実施例においては、排気通路２６に上流触媒２７、下流触媒２９の二つの触媒を配置するようにしているが、本発明は、これに限定されるものではなく、触媒を三つ以上設けるようにしてもよい。
【００４０】
そして、上流触媒２７、下流触媒２９により浄化された排ガスはマフラー３１を介して大気中に排出される。
【００４１】
また、本実施例においては、排気通路２６が、上流触媒装置２８、下流触媒装置３０を通過する本流路となるものであり、前記排気経路制御手段としては、上流触媒装置２８、下流触媒装置３０を迂回して上流触媒装置２８、下流触媒装置３０の一端側である上流側から他端側である下流側に連通する第一のバイパス通路３４−１と、排気通路（本流路）２６、第一のバイパス通路３４−１及び第二のバイパス通路３４−２を開閉する切替弁３５〜４０とからなるものである。
【００４２】
また、切替弁３５〜４０は、上流触媒装置２８の上流側と、下流触媒装置３０の下流側と、第一のバイパス通路３４−１の入口部３４ａと出口部３４ｂと、第二のバイパス通路３４−２の入口部３４ｃと出口部３４ｄとに各々設けられ、排気通路２６を流れる排ガスのガス流れを切り替え、排気経路を制御するようにしている。
【００４３】
本実施例においては、前記排気経路制御手段は、下流触媒装置３０の下流側から排ガスを送給し、その上流側から排出された排ガスを上流触媒装置２８の下流側から送給するように形成されると共に、二次空気供給手段３３が、エンジン１１と下流触媒装置３０との間を連結する第一のバイパス通路３４−１に設けられている。
【００４４】
また、本実施例においては、二次空気供給手段３３は、二次空気３２を供給する二次空気供給部４２と、二次空気３２を排気通路２６又は第一のバイパス通路３４−１に送給する二次空気供給管４３と、二次空気３２の供給量を調整する二次空気供給弁４４とからなるものである。また、二次空気３２としては、吸気通路１５を流れる吸気の一部を用いるようにしてもよいが、これに限定されるものではなく外部から供給するようにしてもよい。また、本実施例に係る二次空気供給手段３３としては、特にこれに制限されるものではなく、第一のバイパス通路３４−１に二次空気３２を供給できるものであればよい。また、二次空気供給手段３３は、内燃機関の種類、用いる触媒の種類、目的とする二次空気３２の供給量等に応じて適宜変更することができる。また、二次空気供給弁４４の取り付け位置は特に制限されるものでなく、二次空気供給管４３上であればよい。
【００４５】
また、二次空気供給手段３３においては、後述するように、ＥＣＵ５１により、二次空気供給弁４４を開閉させて下流側の空燃比を調節することができ、例えば、エンジン１１に対する空燃比をリッチとし、二次空気供給手段３３より二次空気３２を排ガスに供給し、排ガスの空燃比をリッチ又はストイキとなるように制御することができる。
【００４６】
また、本実施例においては、排気通路２６の上流側から順に、第一のバイパス通路３４−１の入口部３４ａ、第二のバイパス通路３４−２の入口部３４ｃ、第一のバイパス通路３４−１の出口部３４ｂ、第二のバイパス通路３４−２の出口部３４ｄが設けられている。また、第二のバイパス通路３４−２の入口部３４ｃは第一のバイパス通路３４−１と上流触媒装置２８との間に設けられ、第二のバイパス通路３４−２の出口部３４ｄは第一のバイパス通路３４−１の出口部３４ｂよりも下流側に設けられている。
【００４７】
ここで、エンジン１１から排気通路２６に排出された排ガスのガス流路について図２、３を用いて説明する。図２は、排ガスの排気経路を簡略に示す図であり、図３は、排ガスの排気経路を制御した時の排気経路を簡略に示す図である。また、図２において、黒塗り部分が上流触媒及び下流触媒の上流側から下流側への順方向の排ガスの流れを示し、図３において、黒塗り部分が上流触媒及び下流触媒の下流側から上流側への逆方向の排ガスの流れを示す。
【００４８】
図２に示すように、エンジン１１から排気通路２６に排出された排ガスは、通常、上流触媒２７、下流触媒２９を通過して浄化された後、マフラー３１を介して大気中に排出される。このとき、図１に示す切替弁３５、３６を開放し、切替弁３７〜４０を閉鎖する。
【００４９】
そして、排ガスの排気経路を制御し、上流触媒２７、下流触媒２９に吸着した硫黄成分を脱離する際、図３に示すように、エンジン１１から排気通路２６に排出された排ガスは、第一のバイパス通路３４−１を介して上流触媒装置２８、下流触媒装置３０を迂回して下流触媒２９の下流側から送給される。このとき、エンジン１１に対する空燃比をリッチとし、第一のバイパス通路３４−１に設けた二次空気供給手段３３より二次空気３２を排ガスに供給し、排ガスの空燃比がリッチとなるように二次空気３２の供給量を制御する。そして、その下流触媒２９の上流側から排出された排ガスは、上流触媒２７の下流側から送給され、その上流触媒２７の上流側から排出される。そして、その上流触媒２７の上流側から排出された排ガスは、第二のバイパス通路３４−２を介して上流触媒装置２８、下流触媒装置３０を迂回して第一のバイパス通路３４−１の出口部３４ｂよりも下流側に送給され、マフラー３１を介して大気中に排出される。
【００５０】
よって、本実施例によれば、上流触媒２７、下流触媒２９に吸着した硫黄成分を脱離する際、上流触媒２７及び下流触媒２９への排ガスの流通方向を、上流触媒装置２８、下流触媒装置３０の他端側である下流側から一端側である上流側への逆方向に排ガスの排気経路を切り替え、エンジン１１に対する空燃比をリッチとし、二次空気３２を混合した後の排ガスの空燃比をリッチとした後、下流触媒装置３０、上流触媒装置２８の順に排ガスを送給することができる。
【００５１】
これにより、下流触媒２９を上流触媒２７よりも高温で暖機することができるため、上流触媒２７に余計な負荷を与えることなく、下流触媒２９を暖気し、各々の触媒に吸着した硫黄成分を脱離することができ、各々の触媒の排気浄化性能を回復させることができる。
【００５２】
また、本実施例においては、排ガスの流通方向を下流触媒装置３０の下流側から上流触媒装置２８の上流側に流れるように排ガスの排気経路を制御しているが、本発明は、これに限定されるものではなく、下流触媒装置３０の上流側、下流側の何れか一方側から排ガスを送給し、その他方側から排出された排ガスを上流触媒装２８置の上流側、下流側の何れか一方側から送給するようにすればよい。
【００５３】
図４〜図６は、排ガスの排気経路を制御した時の他の排気経路を簡略に示す図である。また、図３と同様に、図４〜図６において、黒塗り部分が上流触媒及び下流触媒の下流側から上流側への逆方向の排ガスの流れを示す。
図４〜図６に示すように、第一のバイパス通路３４−１が、下流触媒装置３０の上流側、下流側の何れか一方側から排ガスを送給し、その他方側から排出された排ガスを上流触媒装置２８の上流側、下流側の何れか一方側から送給するように形成し、第二のバイパス通路３４−２により上流触媒装置２８の他方側から排出された排ガスを下流触媒装置３０の下流側に送給するようにしてもよい。
【００５４】
具体的には、図４に示すように、エンジン１１から排気通路２６に排出された排ガスを入口部３４ａから第一のバイパス通路３４−１に供給し、第一のバイパス通路３４−１を介して上流触媒２７、下流触媒２９を迂回して出口部３４ｂを出た後、下流触媒２９の下流側から送給する。次いで、下流触媒２９の上流側から排出された排ガスを入口部３４ｃから第二のバイパス通路３４−２に供給し、第二のバイパス通路３４−２を介して上流触媒２７を迂回して出口部３４ｄを出た後、上流触媒２７の上流側から送給する。次いで、上流触媒２７の下流側から排出された排ガスを入口部３４ｅから第三のバイパス通路３４−３に供給し、第三のバイパス通路３４−３を介して下流触媒２９を迂回して第一のバイパス通路３４−１の出口部３４ｂよりも下流側に設けられている出口部３４ｆより排出する。
【００５５】
また、図５に示すように、排ガスを入口部３４ａから第一のバイパス通路３４−１に供給し、第一のバイパス通路３４−１を介して上流触媒２７を迂回して出口部３４ｂを出た後、下流触媒２９の上流側から送給する。次いで、下流触媒２９の下流側から排出された排ガスを入口部３４ｃから第二のバイパス通路３４−２に供給し、第二のバイパス通路３４−２を介して下流触媒２７を迂回して出口部３４ｄを出た後、上流触媒２７の下流側から送給する。次いで、上流触媒２７の上流側から排出された排ガスを入口部３４ｅから第三のバイパス通路３４−３を介して上流触媒２７、下流触媒２９を迂回して第二のバイパス通路３４−２の入口部３４ｃよりも下流側に設けられている出口部３４ｆより排出する。
【００５６】
また、図６に示すように、排ガスを入口部３４ａから第一のバイパス通路３４−１に供給し、第一のバイパス通路３４−１を介して上流触媒２７を迂回して出口部３４ｂを出た後、下流触媒２９の上流側から送給する。次いで、下流触媒２９の下流側から排出された排ガスを入口部３４ｃから第二のバイパス通路３４−２を介して上流触媒２７、下流触媒２９を迂回して出口部３４ｄを出た後、上流触媒２７の上流側から送給する。次いで、上流触媒２７の下流側から排出された排ガスを入口部３４ｅから第三のバイパス通路３４−３に供給し、第三のバイパス通路３４−３を介して下流触媒２９を迂回して第二のバイパス通路３４−２の入口部３４ｃよりも下流側に設けられている出口部３４ｆより排出する。
【００５７】
また、車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）５１が搭載されており、このＥＣＵ５１は、インジェクタ２０、点火プラグなどを駆動制御することで、燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを制御可能となっている。
【００５８】
即ち、吸気管１５の上流側にはエアフローセンサ５２が装着されており、計測した吸入空気量をＥＣＵ５１に出力している。また、電子スロットル装置１９はスロットルポジションセンサ５３を有しており、現在のスロットル開度をＥＣＵ５１に出力している。更に、クランク角センサ５４は、検出した各気筒のクランク角度をＥＣＵ５１に出力し、このＥＣＵ５１は検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気、圧縮、膨張（爆発）、排気の各行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。
【００５９】
従って、ＥＣＵ５１は、検出した吸入空気量、スロットル開度（または、アクセル開度）、エンジン回転数などのエンジン運転状態に基づいて、燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定している。
【００６０】
また、排気通路２６、第一のバイパス通路３４−１には、空燃比センサ５５〜５７が設けられ、排ガスの空燃比を検知するようにしている。
【００６１】
また、ＥＣＵ５１は、空燃比センサ５５〜５７の検出結果に基づいて、エンジン１１に対する空燃比を制御すると共に、二次空気供給弁４４の開閉を制御して第一のバイパス通路３４−１で二次空気３２を供給した後の排ガスの空燃比を調節することができ、例えば、エンジン１１に対する空燃比をリッチとし、二次空気供給手段３３より二次空気３２を排ガスに供給した後の排ガスの空燃比をリッチ又はストイキとなるように制御することができる。
【００６２】
また、上流触媒２７、下流触媒２９には、温度センサ５８、５９が設けられ、各々の触媒温度を検知するようにしている。測定された触媒温度に基づいて各々の触媒中の硫黄吸着量を推定し、排ガスの空燃比を調節することができる。
【００６３】
また、燃料供給管２２には、燃料がガソリンとアルコールとの混合燃料である場合には、燃料の混合割合を検知する燃料性状センサ、アルコール濃度を検出するアルコール濃度センサを設けるようにする。この燃料性状センサにより、燃料のガソリンとアルコールとの混合割合を検知する。また、アルコール濃度センサは、燃料の誘電率に基づいてアルコール濃度を検出する静電容量式のものが用いられているが、燃料の屈折率に基づいてアルコール濃度を検出する光学式のものを使用してもよく、その検出原理には限定されない。また、空燃比センサ５５からの出力信号に基づいた排気空燃比の学習によりアルコール濃度を推定してもよく、この推定手段をアルコール濃度検出手段としてもよい。
【００６４】
また、本実施例のエンジン１１は、燃料として、ガソリンだけでなく、このガソリンにエタノールを混合した燃料を使用可能であり、燃料がガソリンとアルコールとの混合燃料である場合、燃料タンク２３に補給される燃料は、それまで使用していた燃料とその性状が同じものであるとは限らない。そのため、ＥＣＵ５１は、この空燃比センサ５５が計測した排気空燃比をフィードバックし、この排気空燃比がストイキからリーン側またはリッチ側にずれたときに燃料性状が変更されたことを判別し、変更された燃料性状に合わせて制御し、燃料噴射量を補正する。
【００６５】
[運転制御方法]
ここで、本実施例に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関における運転制御方法について図７のフローチャートに基づいて図１〜図３を参照しつつ具体的に説明する。
図７は、本実施例に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関における運転制御を表すフローチャートである。
図７に示すように、本実施例に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関における運転制御方法は、上流触媒２７、下流触媒２９の硫黄吸着量が所定値以上であるか否かを判定し、所定値以上の場合には、上流触媒２７、下流触媒２９への排ガスの流通方向を、上流触媒２７及び下流触媒２９の一端側から他端側への順方向から、排ガスを第一のバイパス通路３４−１に送給し、上流触媒２７及び下流触媒２９の下流側から上流側への逆方向に排ガスが流入するように排ガスの排気経路を切り替え、エンジン１１に対する空燃比をリッチとした後、第一のバイパス通路３４−１で排ガスに二次空気３２を供給して、二次空気３２を供給した後の排ガスの空燃比をリッチとして、下流触媒２９、上流触媒２７の順に排ガスを送給し、下流触媒２９を上流触媒２７よりも高温に暖機し、各々の触媒の排気浄化性能を回復させるものである。
【００６６】
図７に示すように、ステップＳ１１では、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量が所定値以上であるか否かについて判定される。具体的には、上流触媒２７及び下流触媒２９の量を実際に測り、運転前に予め測っておいた上流触媒２７及び下流触媒２９の量と比較し、運転前の上流触媒２７及び下流触媒２９の量より増加した分を硫黄吸着量として算出する。また、所定値とは、ガスの臭い、触媒の浄化能力が低下する閾値となる値を例示できるが、特にこれに限定されるものではない。また、触媒中の硫黄吸着量は上流触媒２７、下流触媒２９の何れか一方のみから算出するようにしてもよい。
【００６７】
また、その他、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量が所定値以上であるか否かを判定する方法として、上流触媒２７及び下流触媒２９に流入する排ガスの量と上流触媒２７及び下流触媒２９を流出した排ガスの量とを比較して排ガス中のＨＣ、ＮＯｘ等の有害物質の浄化具合いを算出し、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量を算出するようにしてもよい。また、予め、燃料消費量や触媒の触媒温度と触媒中の硫黄吸着量との関係を示すマップを作成しておき、燃料消費量や触媒温度等から上流触媒２７及び下流触媒２９の触媒中の硫黄吸着量を推定するようにしてもよい。また、触媒温度を測定する際、上流触媒２７及び下流触媒２９に温度センサを設け、その温度センサから触媒温度を求めるようにする。
【００６８】
ステップＳ１１の判定の結果、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量が所定値以上と判定された（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）場合、即ち、上流触媒２７及び下流触媒２９に硫黄成分が吸着して触媒が硫黄被毒し、排気浄化機能が低下していると判断できる場合には、ステップＳ１２へ移行する。
【００６９】
ステップＳ１２からステップＳ１５は、後述するように、二次空気３２の供給後の空燃比はリッチとなるように制御するようにしたものである。
【００７０】
ステップＳ１２では、排気通路２６中の排ガスの排気経路を切り替える。具体的には、図２に示すように、上流触媒２７、下流触媒２９の上流側から下流側への順方向に流れている排気通路２６中の排ガスを、図３に示すように、上流触媒２７の上流側と下流触媒２９の下流側とを連結する第一のバイパス通路３４−１を通過させ、上流触媒２７及び下流触媒２９の下流側から上流側への逆方向に排ガスが流入するように排気経路を制御する。そして、第一のバイパス通路３４−１の出口部３４ｂから排出された排ガスを下流触媒２９の下流側から上流触媒２７の上流側に流れるようにする。そして、上流触媒２７の上流側から排出された排ガスを第二のバイパス通路３４−２の入口部３４ｃに流入させる。そして、排ガスは第二のバイパス通路３４−２を介して第一のバイパス通路３４−１の出口部３４ｂよりも下流側にある出口部３４ｄより排気通路２６に戻す。
【００７１】
そして、ステップＳ１２において、排気通路２６中の排ガスの排気経路を切り替えた後、ステップＳ１３へ移行する。
【００７２】
ステップＳ１３では、排ガスの空燃比を制御し、エンジン１１に対する空燃比をリッチに調整する。そして、ステップＳ１３において、エンジン１１に対する空燃比をリッチにした後、ステップＳ１４へ移行する。
【００７３】
ステップＳ１４では、第一のバイパス通路３４−１に設けられている二次空気供給手段３３より第一のバイパス通路３４−１中の排ガスに二次空気３２を供給する。具体的には、二次空気供給部４２より二次空気供給管４３を介して二次空気３２を第一のバイパス通路３４−１に送給し、排ガスと混合する。これにより、二次空気３２供給後の排ガスの空燃比を所定の空燃比に制御することができる。また、排ガスの排気温度を上昇させ、触媒の昇温を促進することができる。このとき、二次空気３２の供給量は、二次空気供給弁４４により調整される。そして、ステップＳ１４において第一のバイパス通路３４−１中の排ガスに二次空気３２を供給した後、ステップＳ１５へ移行する。
【００７４】
そして、ステップＳ１５では、二次空気３２を供給後の排ガスの空燃比が、リッチでの目標空燃比であるか否かについて判定される。このリッチでの目標空燃比とは、排ガスの浄化が十分に行えるリッチにおける空燃比をいう。
【００７５】
ステップＳ１５の判定の結果、二次空気３２を供給した後の排ガスの空燃比が、リッチでの目標空燃比と判定された（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）場合には、ステップＳ１６へ移行する。
【００７６】
ステップＳ１６では、上流触媒２７及び下流触媒２９の触媒温度が硫黄排出可能温度であるか否かについて判定される。硫黄排出可能温度としては、触媒の種類に応じて適宜触媒に吸着した硫黄成分を脱離するのに適した温度とする。また、触媒温度が硫黄排出可能温度となる触媒は、上流触媒２７及び下流触媒２９の両方である必要はなく、少なくとも下流触媒２９の触媒温度が硫黄排出可能温度としてもよい。
【００７７】
ステップＳ１６の判定の結果、上流触媒２７及び下流触媒２９の触媒温度が硫黄排出可能温度以上と判定された（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）場合には、上流触媒２７、下流触媒２９に吸着していた硫黄成分は脱離し、排気浄化機能が回復したものと判断できるため、ステップＳ１７へ移行する。
【００７８】
ステップＳ１７では、排ガスの流通方向を、上流触媒２７及び下流触媒２９の下流側から上流側への逆方向から上流触媒２７及び下流触媒２９の上流側から下流側への順方向に排ガスが流れるように排ガスの排気経路を切り替え、排ガスの空燃比の制御を終了する。
【００７９】
一方、ステップＳ１１の判定の結果、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量が所定値以下と判定された（ステップＳ１１：Ｎｏ）場合には、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量は少なく硫黄被毒しておらず、排気浄化機能が低下していないと判断できるため、ステップＳ１８へ移行する。
【００８０】
ステップＳ１８では、排気通路２６中の排ガスの流通方向は通常運転通り、上流触媒２７及び下流触媒２９の上流側から下流側への順方向に排ガスが流れるように排ガスの排気経路をそのまま維持する。即ち、図２に示すように、エンジン１１から排出される排ガスを上流触媒２７、下流触媒２９の上流側から下流側への順方向に流れるように送給する。また、上流触媒２７の上流側の空燃比は空燃比センサ５５で検知され、空燃比センサ５５で検知された空燃比に基づいて上流触媒２７の上流側の空燃比を制御する。また、上流触媒２７と下流触媒２９との間の空燃比は空燃比センサ５７で検知され、空燃比センサ５７で検知された空燃比に基づいて上流触媒２７と下流触媒２９との間の空燃比を制御する。そして、排ガスの流通方向は通常運転通り、上流触媒２７及び下流触媒２９の上流側から下流側への順方向に排ガスが流れるように排ガスの排気経路を維持し、運転制御を終了する。
【００８１】
また、ステップＳ１５の判定の結果、第一のバイパス通路３４−１において二次空気供給手段３３により二次空気３２を供給した後の排ガスの空燃比が、リッチでの目標空燃比でないと判定された（ステップＳ１５：Ｎｏ）場合には、ステップＳ１９へ移行する。
【００８２】
ステップＳ１９では、第一のバイパス通路３４−１において供給する二次空気３２の供給量、エンジン１１で空燃比をリッチとするために供給される燃料量を調整する。これにより、第一のバイパス通路３４−１中の二次空気３２を供給した後の排ガスの空燃比をリッチでの目標空燃比となるように制御する。
【００８３】
また、ステップＳ１６の判定の結果、上流触媒２７及び下流触媒２９の触媒温度が硫黄排出可能温度以下と判定された（ステップＳ１６：Ｎｏ）場合には、上流触媒２７、下流触媒２９に送給される排ガス温度が硫黄脱離にするために十分昇温されていないものと判断できるため、ステップＳ２０へ移行する。
【００８４】
ステップＳ２０では、上流触媒２７及び下流触媒２９の暖機を行う。具体的には、所定期間、点火時期を遅角させて上流触媒２７及び下流触媒２９を所定温度まで昇温させることにより行われる。そして、触媒の暖機を行い、触媒温度を硫黄排出可能温度以上とした後、ステップＳ１７へ移行し、排ガスの流通方向を、上流触媒２７及び下流触媒２９の下流側から上流側への逆方向から、上流触媒２７及び下流触媒２９の上流側から下流側への順方向に排ガスが流れるように排ガスの排気経路を切り替え、運転制御を終了する。
【００８５】
そして、第二のバイパス通路３４−２の出口部３４ｄより排気通路２６に出た排ガスは、マフラー３１を通過した後、大気中に放出される。
【００８６】
この一連の制御方法により、上流触媒２７、下流触媒２９に吸着した硫黄成分を脱離する際、上流触媒２７、下流触媒２９への排ガスの流通方向を、第一のバイパス通路３４−１を介して上流触媒２７及び下流触媒２９の下流側から上流側への逆方向に排ガスが流れるように排ガスの排気経路を切り替え、エンジン１１に対する空燃比をリッチとした後、第一のバイパス通路３４−１で排ガスに二次空気３２を供給して排ガスの排気温度を上昇ささせ、空燃比をリッチとして、下流触媒２９、上流触媒２７の順に排ガスを送給することができるため、下流触媒２９を上流触媒２７よりも高温で暖機することができる。このため、上流触媒２７に余計な負荷を与えることなく、下流触媒２９を暖気し、各々の触媒に吸着した硫黄成分を脱離することができ、各々の触媒の排気浄化性能を回復させることができる。
【００８７】
また、下流触媒２９を脱離した硫黄成分は、上流触媒２７に流入しても上流触媒２７も高温で暖機できるため、上流触媒２７に硫黄成分が吸着することなく、排気することができる。
【００８８】
また、各々の触媒は、高温、且つ、還元雰囲気にあるため、速やかに各々の触媒に吸着した硫黄成分を脱離することができる。
【００８９】
また、下流触媒２９、上流触媒２７は二次空気３２により暖気を行っているため、暖気のために点火時期を遅角するなどの制御を行う頻度、量を軽減することができ、ドライバビリティを改善することができる。
【００９０】
また、本実施例では、一連の制御方法を燃料としてガソリンを用いた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなくアルコール成分を含有する燃料を用いるようにしてよい。
【００９１】
また、排気通路に上流触媒２７及び下流触媒２９の二つを配置しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、三つ以上配設してもよい。
【００９２】
このように、本実施例に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関では、上流触媒２７、下流触媒２９に吸着した硫黄成分を脱離する際、上流触媒２７、下流触媒２９への排ガスの流通方向を、上流触媒２７及び下流触媒２９の下流側から上流側への逆方向に排ガスが流れるように排ガスの排気経路を切り替え、エンジン１１に対する空燃比をリッチとし、二次空気３２を混合した後の排ガスの空燃比をリッチとした後、下流触媒２９、上流触媒２７の順に排ガスを送給するようにしている。このため、下流触媒２９を上流触媒２７よりも高温とすることができ、上流触媒２７に余計な負荷を与えることなく、下流触媒２９を暖気し、各々の触媒に吸着した硫黄成分を脱離することができ、各々の触媒の排気浄化性能を回復させることができる。
【実施例２】
【００９３】
本発明の実施例２に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関について説明する。
本発明の実施例２に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関の構成は、図１に示す本発明の実施例１に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関の構成と同様であるため、図１に示すような排ガス浄化装置を適用した内燃機関の構成を示す図は省略し、図１を用いて説明する。
【００９４】
本実施例に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関における運転制御方法について図８のフローチャートに基づいて図１〜図３を参照しつつ具体的に説明する。
図８は、本実施例に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関における運転制御を表すフローチャートであり、図９は、硫黄吸着量と所定値との関係を示す関係図である。
図８、９に示すように、本実施例に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関における運転制御方法は、図７に示す運転制御方法に、触媒の硫黄吸着量が図７のステップＳ１１で算出される所定値と同様に設定される第１の所定値よりも高く設定された第２の所定値以下であるか否かを判定し、その所定値よりも触媒の硫黄吸着量が少ない場合には、触媒の硫黄吸着量がそれほど多くなく、硫黄被毒がされていないと判断し、排ガスの流通方向を、上流触媒２７及び下流触媒２９の下流側から上流側への逆方向に排ガスの排気経路を切り替え、第一のバイパス通路３４−１で排ガスに二次空気３２を供給した後の排ガスの空燃比をストイキとなるように制御するものである。
【００９５】
即ち、図８に示すように、本実施例に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関における運転制御方法は、上流触媒２７、下流触媒２９の硫黄吸着量が図７のステップＳ１１で算出される所定値と同様に設定される第１の所定値よりも高く設定された第２の所定値以下であるか否かを判定し、第２の所定値以上の場合には、前記図７に示すように運転制御するものであり、第２の所定値以下の場合には、上流触媒２７及び下流触媒２９への排ガスの流通方向を、上流触媒２７及び下流触媒２９の一端側から他端側への順方向から上流触媒２７、下流触媒２９の他端側から一端側への逆方向に排ガスが流入するように排ガスの排気経路を切り替え、エンジン１１に対する空燃比をリッチとした後、第一のバイパス通路３４−１で排ガスに二次空気３２を供給して、二次空気３２を供給した後の排ガスの空燃比をストイキとして、下流触媒２９、上流触媒２７の順に排ガスを送給し、下流触媒２９を上流触媒２７よりも高温に暖機し、各々の触媒の排気浄化性能を回復させるものである。
【００９６】
図８に示すように、ステップＳ２１では、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量が第１の所定値以上であるか否かについて判定される。第１の所定値は、例えば図７のステップＳ１１で算出される所定値と同様の値である。
【００９７】
ステップＳ２１の判定の結果、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量が第１の所定値以上と判定された（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）場合には、ステップＳ２２へ移行する。
【００９８】
ステップＳ２２では、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量が第２の所定値以上であるか否かについて判定される。第２の所定値は、図９に示すように、硫黄吸着量が第１の所定値よりも高い値に設定された値である。これにより、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量が図７のステップＳ１１で算出される所定値よりも高いが、その硫黄吸着量が比較的少なく、急速な硫黄脱離を必要としないかを判断することができる。
【００９９】
また、図９に示すような第１の所定値、第２の所定値は、触媒の状態、用いる触媒の種類、エンジンの運転状態などに応じて適宜調整を行うようにする。
【０１００】
また、ステップＳ２１、Ｓ２２において、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量が所定値以上であるか否かの判定方法は、上述の図７に示すステップＳ１１の場合と同様である。また、触媒中の硫黄吸着量は上流触媒２７、下流触媒２９の何れか一方のみから算出するようにしてもよい。
【０１０１】
ステップＳ２２の判定の結果、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量が第２の所定値以下と判定された（ステップＳ２２：Ｎｏ）場合、即ち、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量が比較的少なく、急速な硫黄脱離を必要としないため、硫黄脱離のために排ガス中の燃料濃度が低くても十分である場合には、ステップＳ２３へ移行する。
【０１０２】
ステップＳ２３からステップＳ２６までは、後述するように、二次空気供給後の空燃比はストイキに制御するようにしたものである。
【０１０３】
ステップＳ２３では、排気通路２６中の排ガスの排気経路を切り替える。排ガスの排気経路の切り替え方法は、上述の図７に示すステップＳ１２の場合と同様である。
即ち、上流触媒２７及び下流触媒２９の上流側から下流側への順方向に流れている排ガスを、第一のバイパス通路３４−１を通過させ、上流触媒２７及び下流触媒２９の下流側から上流側への逆方向に排ガスが流入するように排ガスの排気経路を制御する。そして、上流触媒２７から排出された排ガスを第二のバイパス通路３４−２を介して排気通路２６に戻す。
【０１０４】
ステップＳ２３において、排気通路２６中の排ガスの排気経路を切り替えた後、ステップＳ２４へ移行する。
【０１０５】
ステップＳ２４では、排ガスの空燃比を制御し、エンジン１１に対する空燃比をリッチに調整する。そして、ステップＳ２４において、エンジン１１に対する空燃比をリッチにした後、ステップＳ２５へ移行する。
【０１０６】
ステップＳ２５では、上述の図７に示すステップＳ１４の場合と同様、第一のバイパス通路３４−１に設けられている二次空気供給手段３３より第一のバイパス通路３４−１中の排ガスに二次空気３２を供給する。二次空気３２を供給することで排ガスの空燃比を所定の空燃比に制御することができる。また、排ガスの排気温度を上昇させ、触媒の昇温を促進することができる。そして、ステップＳ２５において第一のバイパス通路３４−１中の排ガスに二次空気３２を供給した後、ステップＳ２６へ移行する。
【０１０７】
そして、ステップＳ２６では、二次空気３２を供給後の排ガスの空燃比が、ストイキでの目標空燃比であるか否かについて判定される。このストイキでの目標空燃比とは、排ガスの浄化が十分に行えるストイキでの空燃比をいう。
【０１０８】
ステップＳ２６の判定の結果、第一のバイパス通路３４−１において二次空気供給手段３３により二次空気３２を供給した後の排ガスの空燃比が、ストイキでの目標空燃比と判定された（ステップＳ２６：Ｙｅｓ）場合には、ステップＳ２７へ移行する。
【０１０９】
ステップＳ２７では、上述の図７に示すステップＳ１６の場合と同様、上流触媒２７及び下流触媒２９の触媒温度が硫黄排出可能温度であるか否かについて判定される。また、触媒温度が硫黄排出可能温度となる触媒としては、上流触媒２７及び下流触媒２９の両方である場合の他、少なくとも下流触媒２９の触媒温度が硫黄排出可能温度としてもよい。
【０１１０】
ステップＳ２７の判定の結果、上流触媒２７及び下流触媒２９の触媒温度が硫黄排出可能温度以上と判定された（ステップＳ２７：Ｙｅｓ）場合には、上流触媒２７、下流触媒２９に吸着していた硫黄成分は脱離し、排気浄化機能が回復したものと判断できるため、ステップＳ２８へ移行する。
【０１１１】
ステップＳ２８では、排ガスの流通方向を、上流触媒２７及び下流触媒２９の下流側から上流側への逆方向から上流触媒２７及び下流触媒２９の上流側から下流側への順方向に排ガスが流れるように排ガスの排気経路を切り替え、排ガスの空燃比の制御を終了する。
【０１１２】
よって、上記ステップＳ２３からステップＳ２６までのように、上流触媒２７及び下流触媒２９の下流側から上流側への逆方向から排ガスが流入するように排ガスの排気経路を切り替え、二次空気３２を供給した後の排ガスの空燃比をストイキとすることで、下流触媒２９を上流触媒２７よりも高温で暖機することができるため、上流触媒２７に余計な負荷を与えることなく、下流触媒２９を暖気し、各々の触媒に吸着した硫黄成分を脱離することができ、各々の触媒の排気浄化性能を回復させることができると共に、排ガスの排気浄化も同時に行うことができる。
【０１１３】
また、下流触媒２９を脱離した硫黄成分は、上流触媒２７に流入しても上流触媒２７も高温で暖機できるため、上流触媒２７に硫黄成分が吸着することなく、排気することができる。
【０１１４】
また排出される硫黄成分は、主に二酸化硫黄（ＳＯ2）であるため、不快な臭いを発生し難くすることができる。
【０１１５】
また、下流触媒２９、上流触媒２７は二次空気３２により暖気を行っているため、暖気のために点火時期を遅角するなどの制御を行う頻度、量を軽減することができ、ドライバビリティを改善することができる。
【０１１６】
一方、ステップＳ２６の判定の結果、第一のバイパス通路３４−１において二次空気供給手段３３により二次空気３２を供給した後の二次空気３２が、ストイキでの目標空燃比でないと判定された（ステップＳ２６：Ｎｏ）場合には、ステップＳ２９へ移行する。
【０１１７】
ステップＳ２９では、上述の図７に示すステップＳ２９の場合と同様、第一のバイパス通路３４−１において供給する二次空気３２の供給量、エンジン１１で空燃比をリッチとするために供給される燃料量を調整する。これにより、第一のバイパス通路３４−１中の二次空気３２を供給した後の排ガスの空燃比をストイキでの目標空燃比となるように制御する。
【０１１８】
また、ステップＳ２７の判定の結果、上流触媒２７及び下流触媒２９の触媒温度が硫黄排出可能温度以下と判定された（ステップＳ２７：Ｎｏ）場合には、上流触媒２７、下流触媒２９に送給される排ガス温度が硫黄脱離にするために十分昇温されていないものと判断できるため、ステップＳ３０へ移行する。
【０１１９】
ステップＳ３０では、上述の図７に示すステップＳ２０の場合と同様、上流触媒２７及び下流触媒２９の触媒の暖機を行う。触媒の暖機の行い方は、上述の図７に示すステップＳ２０の場合と同様にして行う。そして、触媒の暖機を行い、触媒温度を硫黄排出可能温度以上とした後、ステップＳ２８へ移行し、排ガスの流通方向を、上流触媒２７及び下流触媒２９の下流側から上流側への逆方向から上流触媒２７及び下流触媒２９の上流側から下流側への順方向に排ガスが流れるように排ガスの排気経路を切り替え、運転制御を終了する。
【０１２０】
一方、ステップＳ２２の判定の結果、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量が第２の所定値以上と判定された（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）場合、即ち、上流触媒２７及び下流触媒２９が硫黄被毒し、排気浄化機能が低下している上、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量が多く、硫黄再生のために排ガス中の燃料濃度を高くする必要があると判断できる場合には、ステップＳ３１へ移行する。
【０１２１】
ステップＳ３１からステップＳ３４は、上述の図７に示すステップＳ１２からステップＳ１５の場合と同様、二次空気供給後の空燃比はリッチに制御するものである。
【０１２２】
即ち、ステップＳ３１では、上述の図７に示すステップＳ１２の場合と同様、排気通路２６中の排ガスの排気経路を切り替える。排ガスの排気経路の切り替え方法は、上述の図７に示すステップＳ１２の場合と同様である。
即ち、上流触媒２７及び下流触媒２９の上流側から下流側への順方向に流れている排ガスの流通方向を、第一のバイパス通路３４−１を通過させ、上流触媒２７及び下流触媒２９の下流側から上流側への逆方向に流れるように排ガスの排気経路を制御する。そして、上流触媒２７から排出された排ガスを第二のバイパス通路３４−２を介して排気通路２６に戻す。
【０１２３】
そして、ステップＳ３１において、排気通路２６中の排ガスの排気経路を切り替えた後、ステップＳ３２へ移行する。
【０１２４】
ステップＳ３２では、上述の図７に示すステップＳ１３の場合と同様、排ガスの空燃比を制御し、エンジン１１に対する空燃比をリッチに調整する。そして、ステップＳ３２において、エンジン１１に対する空燃比をリッチにした後、ステップＳ３３へ移行する。
【０１２５】
ステップＳ３３では、上述の図７に示すステップＳ１４の場合と同様、第一のバイパス通路３４−１中の排ガスに二次空気３２を供給する。そして、ステップＳ３３において第一のバイパス通路３４−１中の排ガスに二次空気３２を供給した後、ステップＳ３４へ移行する。
【０１２６】
そして、ステップＳ３４では、上述の図７に示すステップＳ１５の場合と同様、二次空気３２を供給後の排ガスの空燃比が、リッチでの目標空燃比であるか否かについて判定される。このリッチでの目標空燃比とは、排ガスの浄化が十分に行えるリッチにおける空燃比をいう。
【０１２７】
ステップＳ３４の判定の結果、二次空気３２を供給後の排ガスの空燃比が、リッチでの目標空燃比と判定された（ステップＳ３４：Ｙｅｓ）場合には、ステップＳ２７へ移行する。
【０１２８】
そして、ステップＳ２７では、上述のように、上流触媒２７及び下流触媒２９の触媒温度が硫黄排出可能温度であるか否かについて判定され、判定の結果、触媒温度が硫黄排出可能温度以上と判定された（ステップＳ２７：Ｙｅｓ）場合、排ガスの流通方向を、上流触媒２７及び下流触媒２９の下流側から上流側への逆方向から上流触媒２７及び下流触媒２９の上流側から下流側への順方向に排ガスが流れるように排ガスの排気経路を切り替え、排ガスの空燃比の制御を終了する。
【０１２９】
よって、上記ステップＳ３１からステップＳ３４までのように、排ガスの流通方向を、上流触媒２７及び下流触媒２９の下流側から上流側への逆方向に排ガスが流れるように排ガスの排気経路を切り替え、二次空気３２を供給した後の排ガスの空燃比をリッチとすることで、下流触媒２９を上流触媒２７よりも高温で暖機することができるため、上流触媒２７に余計な負荷を与えることなく、下流触媒２９を暖気し、各々の触媒に吸着した硫黄成分を脱離することができ、各々の触媒の排気浄化性能を回復させることができる。
【０１３０】
また、各々の触媒は、高温、且つ、還元雰囲気にあるため、速やかに各々の触媒に吸着した硫黄成分を脱離することができる。
【０１３１】
一方、ステップＳ２１の判定の結果、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量が第１の所定値以下と判定された（ステップＳ２１：Ｎｏ）場合には、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量は少なく硫黄被毒しておらず、排気浄化機能が低下していないと判断できるため、ステップＳ３５へ移行する。
【０１３２】
ステップＳ３５では、上述の図７に示すステップＳ１８の場合と同様、排気通路２６中の排ガスの流通方向は、通常運転通り、上流触媒２７及び下流触媒２９の上流側から下流側への順方向に排ガスが流れるように排ガスの排気経路をそのまま維持し、運転制御を終了する。
【０１３３】
また、ステップＳ３４の判定の結果、二次空気３２を供給後の排ガスの空燃比が、リッチでの目標空燃比でないと判定された（ステップＳ３４：Ｎｏ）場合には、ステップＳ３６へ移行する。
【０１３４】
ステップＳ３６では、上述の図７に示すステップＳ１９の場合と同様、第一のバイパス通路３４−１において供給する二次空気３２の供給量、エンジン１１で空燃比をリッチとするために供給される燃料量を調整する。これにより、第一のバイパス通路３４−１中の二次空気３２を供給した後の排ガスの空燃比をリッチでの目標空燃比となるように制御する。
【０１３５】
そして、第二のバイパス通路３４−２の出口部３４ｄより排気通路２６に出た排ガスはマフラー３１を通過した後、大気中に放出させる。
【０１３６】
この一連の制御方法により、上流触媒２７、下流触媒２９に吸着した硫黄成分を脱離する際、上流触媒２７及び下流触媒２９への排ガスの流通方向を、上流触媒２７及び下流触媒２９の下流側から上流側への逆方向に排ガスが流れるように排ガスの排気経路を切り替え、エンジン１１に対する空燃比をリッチとした後、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量に応じて、適宜、第一のバイパス通路３４−１において二次空気３２を供給した後の空燃比をリッチ又はストイキに制御し、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄脱離を行うようにしている。
【０１３７】
これにより、下流触媒２９、上流触媒２７の順に排ガスを送給し、下流触媒２９を上流触媒２７よりも高温で暖機することができるため、上流触媒２７に余計な負荷を与えることなく、下流触媒２９を暖気し、各々の触媒に吸着した硫黄成分を脱離することができ、各々の触媒の排気浄化性能を回復させることができる。
【０１３８】
また、各々の触媒を二次空気３２で暖気しているため、点火時期を遅角するなどの制御を行う頻度、量を軽減することができ、ドライバビリティを改善することができる。
【０１３９】
また、二次空気３２を供給した後の空燃比をストイキとすることで、排ガスの排気浄化も同時に行うことができる。また、排出される硫黄成分は、主に二酸化硫黄（ＳＯ2）であるため、不快な臭いを発生し難くすることができる。
【０１４０】
即ち、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量が第２の所定値以上である場合には、図９に示すように、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量が多く、硫黄再生のために排ガス中の燃料濃度を高くする必要がある。このため、二次空気３２を供給した後の空燃比はリッチに制御し、触媒に吸着している硫黄成分の脱離を行う。
【０１４１】
そして、上流触媒２７及び下流触媒２９からある程度硫黄成分が脱離し、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量が第１の所定値以上であるが、第２の所定値以下である場合には、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量がそれほど、多くなく、硫黄再生のための排ガス中の燃料濃度が低くても十分であるといえる。この場合には、二次空気３２を供給した後の空燃比はストイキに制御し、触媒に吸着している硫黄成分の脱離を行う。
【０１４２】
このように、本実施例に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関では、触媒の硫黄吸着量が所定値以上の場合には、排ガスの排気経路を制御して排ガスを第一のバイパス通路３４−１に送給し、第一のバイパス通路３４−１を介して排ガスを下流触媒２９に送給する際、エンジン１１に対する空燃比をリッチとし、第一のバイパス通路３４−１で排ガスに二次空気３２を供給し、排ガスの空燃比をリッチ又はストイキに制御し、排気通路２６中の排ガスの排気経路を下流触媒２９から上流触媒２７となるように制御している。これにより、下流触媒２９を上流触媒２７よりも高温で暖機することができ、上流触媒２７に余計な負荷を与えることなく、下流触媒２９を暖気し、上流触媒２７及び下流触媒２９から硫黄成分を脱離することができる。この結果、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄被毒の回復を行なうことができ、上流触媒２７及び下流触媒２９の性能を回復することができる。
【０１４３】
また、暖気のために点火時期を遅角するなどの制御を行う頻度、量を軽減することができるため、ドライバビリティを改善することができる。
【０１４４】
また、二次空気３２を供給した後の空燃比をストイキとすることで、排ガスの排気浄化も同時に行うことができると共に、排出される硫黄成分は、主に二酸化硫黄（ＳＯ2）であるため、不快な臭いを発生し難くすることができる。
【実施例３】
【０１４５】
本発明の実施例３に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関の構成について、図面を参照して説明する。
図１０は、本発明の実施例３に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関の構成を示す概略図であり、図１１は、本発明の実施例３に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関において排ガスの排気経路を制御した時の排気経路を簡略に示す図である。
本発明の実施例３に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関の構成は、図１に示す本発明の実施例１に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関の構成と同様であるため、重複した説明は省略する。
【０１４６】
図１０に示すように、本発明の実施例３に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関は、図１に示す本発明の実施例１に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関の二次空気供給手段３３を排気通路２６の上流触媒２７と下流触媒２９との間に設けるようにしたものである。
【０１４７】
また、本実施例では、図１１に示すように、上流触媒２７及び下流触媒２９への排ガスの流通方向を、上流触媒２７、下流触媒２９の一端側から他端側への順方向から上流触媒２７、下流触媒２９の他端側から一端側への逆方向に排気経路を制御する際、上流触媒２７と下流触媒２９との間に二次空気供給手段３３より二次空気３２を供給し、二次空気３２を供給した後の排ガスの空燃比をストイキとなるように制御している。
【０１４８】
これにより、下流触媒２９は高温、且つ、還元雰囲気であるため、吸着した硫黄成分の脱離を速やかに行うことができると共に、上流触媒２７も高温で暖機できるため、上流触媒２７に下流触媒２９で脱離した硫黄成分を吸着させることなく上流触媒２７に吸着した硫黄成分の脱離を行うことができる。また、上流触媒２７に供給される排ガスの雰囲気をストイキとしているため、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの浄化も十分行うことができる。また、排出される硫黄成分は主にＳＯ2であるため、不快な臭いを発生し難くすることができる。
【０１４９】
［運転制御方法］
本実施例に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関における運転制御方法について図１２のフローチャートに基づいて図１０、１１を参照しつつ具体的に説明する。
図１２は、本実施例に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関における運転制御を表すフローチャートである。
図１２に示すように、本実施例に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関における運転制御方法は、図７に示す運転制御方法において、排気通路２６中の排ガスの排気経路を下流触媒２９から上流触媒２７に制御する際、二次空気３２の供給する場所を第一のバイパス通路３４−１に代えて排気通路２６の上流触媒２７と下流触媒２９との間とし、排気通路２６に二次空気３２を供給した後の排ガスの空燃比をストイキとなるように制御するものである。
【０１５０】
即ち、図１２に示すように、本実施例に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関における運転制御方法は、上流触媒２７、下流触媒２９の硫黄吸着量が所定値以上であるか否かを判定し、所定値以上の場合には、排ガスの流通方向を、上流触媒２７、下流触媒２９の順に送給する順方向から第一のバイパス通路３４−１を介して上流触媒２７及び下流触媒２９の下流側から上流側への逆方向に排ガスが流入するように排ガスの排気経路を制御する際、エンジン１１に対する空燃比をリッチとし、排気通路２６の上流触媒２７と下流触媒２９との間で排ガスに二次空気３２を供給し、排ガスの空燃比をストイキとして、各々の触媒の排気浄化性能を回復させると共に、上流触媒２７により排気の浄化も同時に行うものである。
【０１５１】
図１２に示すように、ステップＳ４１では、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量が所定値以上であるか否かについて判定される。この所定値は、図７のステップＳ１１で算出される所定値と同様の値である。また、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量が所定値以上であるか否かの判定方法は、上述の図７に示すステップＳ１１の場合と同様である。また、触媒中の硫黄吸着量は上流触媒２７、下流触媒２９の何れか一方のみから算出するようにしてもよい。
【０１５２】
ステップＳ４１の判定の結果、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量が所定値以上と判定された（ステップＳ４１：Ｙｅｓ）場合、即ち、上流触媒２７及び下流触媒２９に硫黄成分が吸着して触媒が硫黄被毒し、排気浄化機能が低下していると判断できる場合には、ステップＳ４２へ移行する。
【０１５３】
ステップＳ４２からステップＳ４５までは、後述するように、二次空気供給後の空燃比はストイキに制御するようにしたものである。
【０１５４】
ステップＳ４２では、排気通路２６中の排ガスの排気経路を切り替える。排ガスの排気経路の切り替え方法は、上述の図７に示すステップＳ１２の場合と同様である。
即ち、上流触媒２７及び下流触媒２９の上流側から下流側への順方向に流れている排ガスの流通方向を、第一のバイパス通路３４−１を通過させ、上流触媒２７及び下流触媒２９の下流側から上流側への逆方向に排ガスが流入するように排ガスの排気経路を制御する。そして、上流触媒２７から排出された排ガスを第二のバイパス通路３４−２を介して排気通路２６に戻す。
【０１５５】
そして、ステップＳ４２において、排気通路２６中の排ガスの排気経路を切り替えた後、ステップＳ４３へ移行する。
【０１５６】
また、排ガスの排気経路を切り替える際、予め上流触媒２７及び下流触媒２９を暖機し、上流触媒２７及び下流触媒２９の触媒温度を十分高くしておいてもよい。触媒の暖機の行い方は、点火時期の遅角などにより行われる。予め上流触媒２７及び下流触媒２９を暖機し、上流触媒２７及び下流触媒２９の触媒温度を高めておくことで、各々の触媒から硫黄成分の脱離を容易に行うことができる。
【０１５７】
ステップＳ４３では、排ガスの空燃比を制御し、エンジン１１に対する空燃比をリッチに調整する。そして、ステップＳ４３において、エンジン１１に対する空燃比をリッチにした後、ステップＳ４４へ移行する。
【０１５８】
ステップＳ４４では、排気通路２６の上流触媒２７と下流触媒２９との間に設けられている二次空気供給手段３３より排気通路２６中の排ガスに二次空気３２を供給する。これにより、二次空気３２供給後の排ガスの空燃比を所定の空燃比に制御することができる。また、排ガスの排気温度を上昇させ、触媒の昇温を促進することができる。そして、ステップＳ４４において排気通路２６中の排ガスに二次空気３２を供給した後、ステップＳ４５へ移行する。二次空気供給手段３３の構成は、上述の図７に示すステップＳ１４の場合と同様である。
【０１５９】
そして、ステップＳ４５では、二次空気３２を供給後の排ガスの空燃比が、ストイキでの目標空燃比であるか否かについて判定される。このストイキでの目標空燃比とは、排ガスの浄化が十分に行えるストイキでの空燃比をいう。
【０１６０】
ステップＳ４５の判定の結果、二次空気供給手段３３により排気通路２６において二次空気３２を供給した後の排ガスの空燃比が、ストイキでの目標空燃比と判定された（ステップＳ４５：Ｙｅｓ）場合には、ステップＳ４６へ移行する。
【０１６１】
ステップＳ４６では、上述の図７に示すステップＳ１６の場合と同様、上流触媒２７及び下流触媒２９の触媒温度が硫黄排出可能温度であるか否かについて判定される。また、触媒温度が硫黄排出可能温度となる触媒としては、上流触媒２７及び下流触媒２９の両方である場合の他、少なくとも下流触媒２９の触媒温度が硫黄排出可能温度としてもよい。
【０１６２】
ステップＳ４６の判定の結果、触媒温度が硫黄排出可能温度以上と判定された（ステップＳ４６：Ｙｅｓ）場合には、上流触媒２７、下流触媒２９に吸着していた硫黄成分は脱離し、排気浄化機能が回復したものと判断できるステップＳ４７へ移行する。
【０１６３】
ステップＳ４７では、排ガスの排気経路を上流触媒２７及び下流触媒２９の下流側から上流側への逆方向から上流触媒２７及び下流触媒２９の上流側から下流側への順方向に排ガスが流れるように排ガスの排気経路を切り替え、排ガスの空燃比の制御を終了する。
【０１６４】
一方、ステップＳ４１の判定の結果、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量が所定値以下と判定された（ステップＳ４１：Ｎｏ）場合には、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄吸着量は少なく硫黄被毒しておらず、排気浄化機能が低下していないと判断できるため、ステップＳ４８へ移行する。
【０１６５】
ステップＳ４８では、排気通路２６中の排ガスの流通方向は、通常運転通り、上流触媒２７及び下流触媒２９の上流側から下流側への順方向に排ガスが流れるように排ガスの排気経路をそのまま維持する。即ち、図２に示すように、エンジン１１から排出される排ガスを上流触媒２７、下流触媒２９の上流側から下流側への順方向に流れるように送給する。また、上流触媒２７と下流触媒２９との間の空燃比は、上述のように、空燃比センサ５７で検知され、空燃比センサ５７で検知された空燃比に基づいて上流触媒２７と下流触媒２９との間の空燃比を制御するようにする。そして、排ガスの排気経路を通常運転通り行い、運転制御を終了する。
【０１６６】
また、ステップＳ４５の判定の結果、排気通路２６において二次空気供給手段３３により二次空気３２を供給した後の排ガスの空燃比が、ストイキでの目標空燃比でないと判定された（ステップＳ４５：Ｎｏ）場合には、ステップＳ４９へ移行する。
【０１６７】
ステップＳ４９では、上述の図７に示すステップＳ１９の場合と同様、排気通路２６において供給する二次空気３２の供給量、エンジン１１で空燃比をリッチとするために供給される燃料量を調整する。これにより、排気通路２６中の二次空気３２を供給した後の排ガスの空燃比をストイキでの目標空燃比となるように制御する。
【０１６８】
また、ステップＳ４６の判定の結果、触媒温度が硫黄排出可能温度以下と判定された（ステップＳ４６：Ｎｏ）場合には、上流触媒２７、下流触媒２９に送給される排ガス温度が硫黄脱離するために十分昇温されていないものと判断できるため、ステップＳ５０へ移行する。
【０１６９】
ステップＳ５０では、上述の図７に示すステップＳ２０の場合と同様、上流触媒２７及び下流触媒２９の触媒の暖機を行う。触媒の暖機の行い方は、上述の図７に示すステップＳ２０の場合と同様に、点火時期の遅角などにより行われる。そして、触媒の暖機を行い、触媒温度を硫黄排出可能温度以上とした後、ステップＳ４７へ移行し、排ガスの流通方向を、上流触媒２７及び下流触媒２９の下流側から上流側への逆方向から上流触媒２７及び下流触媒２９の上流側から下流側への順方向に排ガスが流れるように排ガスの排気経路を切り替え、運転制御を終了する。
【０１７０】
この一連の制御方法により、上流触媒２７、下流触媒２９に吸着した硫黄成分を脱離する際、上流触媒２７及び下流触媒２９への排ガスの流通方向を、第一のバイパス通路３４−１を介して上流触媒２７及び下流触媒２９の下流側から上流側への逆方向に排ガスの排気経路を切り替え、エンジン１１に対する空燃比をリッチとした後、排気通路２６の上流触媒２７と下流触媒２９との間で排ガスに二次空気３２を供給し、排ガスの空燃比をストイキとして、下流触媒２９、上流触媒２７の順に排ガスを送給することができる。これにより、下流触媒２９は高温、且つ、還元雰囲気であるため、吸着した硫黄成分の脱離を速やかに行うことができる。また、上流触媒２７も高温で暖機できるため、下流触媒２９で脱離した硫黄成分を上流触媒２７に吸着させることなく、上流触媒２７に余計な負荷を与えずに上流触媒２７及び下流触媒２９に吸着した硫黄成分の脱離を行うことができる。
【０１７１】
この結果、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄被毒の回復を行なうことができ、上流触媒２７及び下流触媒２９の性能を回復することができる。また、上流触媒２７に供給される排ガスの雰囲気をストイキとしているため、ＨＣ、ＣＯの浄化も十分行うことできる。また、排出される硫黄成分は主にＳＯ2であるため、不快な臭いを発生し難くすることができる。
【０１７２】
このように、本実施例に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関では、触媒の硫黄吸着量が所定値以上の場合には、排ガスの排気経路を制御して排ガスを第一のバイパス通路３４−１に送給し、第一のバイパス通路３４−１を介して排ガスを下流触媒２９に送給する際、エンジン１１に対する空燃比をリッチとし、排気通路２６の上流触媒２７と下流触媒２９との間で排ガスに二次空気３２を供給し、排ガスの空燃比をストイキに制御している。これにより、下流触媒２９は高温、且つ、還元雰囲気であるため、吸着した硫黄成分の脱離を速やかに行うことができると共に、上流触媒２７に硫黄成分を吸着させることなく硫黄脱離を行うことができる。この結果、上流触媒２７及び下流触媒２９の硫黄被毒の回復を行なうことができ、上流触媒２７及び下流触媒２９の性能を回復することができる。また、上流触媒２７に供給される排ガスの雰囲気はストイキであるため、ＨＣ、ＣＯの浄化も十分行うことができる。更に、排出される硫黄成分は主にＳＯ2であるため、不快な臭いの発生を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１７３】
以上のように、本発明に係る内燃機関は、排ガスの流通方向を順方向から逆方向に排気経路を制御し、排ガスの空燃比を制御することで、触媒に余計な負荷を与えることなく、触媒に吸着した硫黄成分を脱離し、触媒回復するものであり、いずれの種類の内燃機関に用いても好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１７４】
【図１】本発明の実施例１に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関を表す概略構成図である。
【図２】排ガスの排気経路を簡略に示す図である。
【図３】排ガスの排気経路を制御した時の排気経路を簡略に示す図である。
【図４】排ガスの排気経路を制御した時の他の排気経路を簡略に示す図である。
【図５】排ガスの排気経路を制御した時の他の排気経路を簡略に示す図である。
【図６】排ガスの排気経路を制御した時の他の排気経路を簡略に示す図である。
【図７】本発明の実施例１に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関における運転制御を表すフローチャートである。
【図８】本発明の実施例２に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関における運転制御を表すフローチャートである。
【図９】硫黄吸着量と所定値との関係を示す関係図である。
【図１０】本発明の実施例３に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関の構成を示す概略図である。
【図１１】排ガスの排気経路を制御した時の排気経路を簡略に示す図である。
【図１２】本発明の実施例３に係る排ガス浄化装置を適用した内燃機関における運転制御を表すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１７５】
１１  エンジン（内燃機関）
１２  燃焼室
１３  吸気ポート
１４  排気ポート
１５  吸気管（吸気通路）
１６  インテークマニホールド
１７  エアクリーナ
１８  スロットル弁
１９  電子スロットル装置
２０  インジェクタ（燃料供給手段）
２１  デリバリパイプ
２２  燃料供給管
２３  燃料タンク
２４  燃料ポンプ
２５  エキゾーストマニホールド
２６  排気管（排気通路）
２７  上流触媒
２８  上流触媒装置
２９  下流触媒
３０  下流触媒装置
３１  マフラー
３２  二次空気
３３  二次空気供給手段
３４−１  第一のバイパス通路
３４−２  第二のバイパス通路
３４−３  第三のバイパス通路
３４ａ、３４ｃ、３４ｅ  入口部
３４ｂ、３４ｄ、３４ｆ  出口部
３５〜４０  切替弁
４２  二次空気供給部
４３  二次空気供給管
４４  二次空気供給弁
５１  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
５２  エアフローセンサ
５３  スロットルポジションセンサ
５４  クランク角センサ
５５〜５７  空燃比センサ
５８、５９  温度センサ
【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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