特許 6788531 排気浄化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6788531

(24)【登録日】2020年11月4日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】排気浄化装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/22 20060101AFI20201116BHJP

   F01N 3/20 20060101ALI20201116BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20201116BHJP

   F01N 5/04 20060101ALI20201116BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20201116BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/22 301B

   F01N3/20 AZAB

   F01N3/08 A

   F01N5/04 A

   B01D53/94 222

【請求項の数】9

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2017-54661(P2017-54661)

(22)【出願日】2017年3月21日

(65)【公開番号】特開2018-155222(P2018-155222A)

(43)【公開日】2018年10月4日

【審査請求日】2019年12月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】特許業務法人青海特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】塩田 章皓

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 考

(72)【発明者】

【氏名】秋山 博志

【審査官】 沼生 泰伸

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−８９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２００８５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平８−２８２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３２８７２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３６７７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／２２

Ｆ０１Ｎ ３／２０

Ｆ０１Ｎ ３／０８

Ｆ０１Ｎ ５／０４

Ｂ０１Ｄ ５３／９４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンから排出される排気が通過する排気通路に配設され前記排気中の窒素酸化物を吸蔵可能な窒素酸化物吸蔵触媒を備える排気浄化装置であって、
前記排気通路における前記窒素酸化物吸蔵触媒より上流側に設けられ、前記排気通路から分岐した後に前記排気通路に合流する分岐路と、
前記分岐路に設けられ、前記排気の運動エネルギによって回転駆動されるタービンと、
外気を取り込み可能な取込口と一端部が接続され、前記分岐路における前記タービンより上流側と他端部が接続される外気取込路と、
前記外気取込路に設けられ、前記タービンによって回転駆動されるコンプレッサと、
前記分岐路へ送られる前記排気の流量を調整可能な調整弁と、
を備える、
排気浄化装置。

【請求項2】

前記外気取込路における前記コンプレッサより前記分岐路側には、前記コンプレッサから前記分岐路へ向かう方向のみ気体の流れを許容する逆止弁が設けられる、請求項１に記載の排気浄化装置。

【請求項3】

前記調整弁の開度を制御することによって、前記分岐路へ送られる前記排気の流量を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記窒素酸化物吸蔵触媒の温度に基づいて、前記調整弁の開度を制御する、
請求項２に記載の排気浄化装置。

【請求項4】

前記制御装置は、前記窒素酸化物吸蔵触媒の温度が第１温度閾値を上回った場合、前記分岐路へ送られる前記排気の流量が増大するように前記調整弁の開度を制御する、請求項３に記載の排気浄化装置。

【請求項5】

前記制御装置は、前記窒素酸化物吸蔵触媒の温度が前記第１温度閾値を上回った場合、前記外気取込路における前記逆止弁より前記分岐路側の圧力が前記コンプレッサ側の圧力以上となるように前記調整弁の開度を制御する、請求項４に記載の排気浄化装置。

【請求項6】

前記制御装置は、前記窒素酸化物吸蔵触媒の温度が前記第１温度閾値と比較して高い第２温度閾値を上回った場合、前記分岐路へ送られる前記排気の流量がさらに増大するように前記調整弁の開度を制御する、請求項４又は５に記載の排気浄化装置。

【請求項7】

前記制御装置は、前記窒素酸化物吸蔵触媒の温度が前記第２温度閾値を上回った場合、前記排気通路における前記分岐路より上流側を通過する前記排気が前記分岐路へ優先的に送られるように前記調整弁の開度を制御する、請求項６に記載の排気浄化装置。

【請求項8】

前記制御装置は、前記窒素酸化物吸蔵触媒の温度が前記第２温度閾値を上回った後において、前記外気取込路における前記逆止弁より前記分岐路側の圧力が圧力閾値を下回った場合、前記分岐路へ送られる前記排気の流量が減少するように前記調整弁の開度を制御する、請求項６又は７に記載の排気浄化装置。

【請求項9】

前記制御装置は、前記窒素酸化物吸蔵触媒の温度が前記第２温度閾値を上回った後において、前記外気取込路における前記逆止弁より前記分岐路側の圧力が前記圧力閾値を下回った場合、前記外気取込路における前記逆止弁より前記分岐路側の圧力が前記コンプレッサ側の圧力より低くなるように前記調整弁の開度を制御する、請求項８に記載の排気浄化装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排気浄化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、エンジンから排出される排気を浄化する排気浄化装置において、排気中の有害成分を酸化又は還元することによって浄化するために、種々の触媒が用いられている。そのような触媒として、排気中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘとも称する。）を吸蔵可能な窒素酸化物吸蔵触媒を備えた排気浄化装置に関する技術が提案されている（例えば、特許文献１等参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−２３０４７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

排気中の有害成分の浄化に関する分野では、具体的には、排気が通過する排気通路に配設される三元触媒が利用される。三元触媒は、排気中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の酸化、並びにＮＯｘの還元を行い、排気中のこのような有害成分を浄化する。ここで、燃費を向上させる目的で、空燃比を主として理論空燃比より高いリーン空燃比にするエンジンの燃焼制御であるリーンバーンが行われる場合がある。このような場合、排気中のＮＯｘの一部は、浄化されずに三元触媒を通過する。そこで、排気通路における三元触媒より下流側に窒素酸化物吸蔵触媒を設けることによって、浄化されずに三元触媒を通過したＮＯｘを当該窒素酸化物吸蔵触媒によって吸蔵することができる。

【0005】

窒素酸化物吸蔵触媒を備えた排気浄化装置では、窒素酸化物吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘの量が窒素酸化物吸蔵触媒によって吸蔵可能なＮＯｘの量の上限に到達することを防止するために、空燃比を一時的に理論空燃比より低いリッチ空燃比にするリッチ化処理が行われる。それにより、窒素酸化物吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘが還元及び放出される。

【0006】

ところで、窒素酸化物吸蔵触媒によるＮＯｘの吸蔵効率（以下、ＮＯｘ吸蔵効率とも称する。）は、窒素酸化物吸蔵触媒の温度（以下、触媒温度とも称する。）に依存する。具体的には、窒素酸化物吸蔵触媒の活性が良好となる温度域である活性温度域が存在し、触媒温度が活性温度域内にある場合にＮＯｘ吸蔵効率は比較的高くなる。しかしながら、触媒温度が活性温度域を超えて高くなる高負荷時において、ＮＯｘ吸蔵効率は顕著に低下する。そのような場合には、リッチ化処理を実行する頻度を上昇させる必要が生じる。あるいは、リーンバーンにおける空燃比の目標値を理論空燃比に近づける必要が生じる。それにより、燃費が低下し得る。

【0007】

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、ＮＯｘ吸蔵効率の低下を抑制することが可能な、新規かつ改良された排気浄化装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、エンジンから排出される排気が通過する排気通路に配設され前記排気中の窒素酸化物を吸蔵可能な窒素酸化物吸蔵触媒を備える排気浄化装置であって、前記排気通路における前記窒素酸化物吸蔵触媒より上流側に設けられ、前記排気通路から分岐した後に前記排気通路に合流する分岐路と、前記分岐路に設けられ、前記排気の運動エネルギによって回転駆動されるタービンと、外気を取り込み可能な取込口と一端部が接続され、前記分岐路における前記タービンより上流側と他端部が接続される外気取込路と、前記外気取込路に設けられ、前記タービンによって回転駆動されるコンプレッサと、前記分岐路へ送られる前記排気の流量を調整可能な調整弁と、を備える、排気浄化装置が提供される。

【0009】

前記外気取込路における前記コンプレッサより前記分岐路側には、前記コンプレッサから前記分岐路へ向かう方向のみ気体の流れを許容する逆止弁が設けられてもよい。

【0010】

前記調整弁の開度を制御することによって、前記分岐路へ送られる前記排気の流量を制御する制御装置を備え、前記制御装置は、前記窒素酸化物吸蔵触媒の温度に基づいて、前記調整弁の開度を制御してもよい。

【0011】

前記制御装置は、前記窒素酸化物吸蔵触媒の温度が第１温度閾値を上回った場合、前記分岐路へ送られる前記排気の流量が増大するように前記調整弁の開度を制御してもよい。

【0012】

前記制御装置は、前記窒素酸化物吸蔵触媒の温度が前記第１温度閾値を上回った場合、前記外気取込路における前記逆止弁より前記分岐路側の圧力が前記コンプレッサ側の圧力以上となるように前記調整弁の開度を制御してもよい。

【0013】

前記制御装置は、前記窒素酸化物吸蔵触媒の温度が前記第１温度閾値と比較して高い第２温度閾値を上回った場合、前記分岐路へ送られる前記排気の流量がさらに増大するように前記調整弁の開度を制御してもよい。

【0014】

前記制御装置は、前記窒素酸化物吸蔵触媒の温度が前記第２温度閾値を上回った場合、前記排気通路における前記分岐路より上流側を通過する前記排気が前記分岐路へ優先的に送られるように前記調整弁の開度を制御してもよい。

【0015】

前記制御装置は、前記窒素酸化物吸蔵触媒の温度が前記第２温度閾値を上回った後において、前記外気取込路における前記逆止弁より前記分岐路側の圧力が圧力閾値を下回った場合、前記分岐路へ送られる前記排気の流量が減少するように前記調整弁の開度を制御してもよい。

【0016】

前記制御装置は、前記窒素酸化物吸蔵触媒の温度が前記第２温度閾値を上回った後において、前記外気取込路における前記逆止弁より前記分岐路側の圧力が前記圧力閾値を下回った場合、前記外気取込路における前記逆止弁より前記分岐路側の圧力が前記コンプレッサ側の圧力より低くなるように前記調整弁の開度を制御してもよい。

【発明の効果】

【0017】

以上説明したように本発明によれば、ＮＯｘ吸蔵効率の低下を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施形態に係る排気浄化装置を適用したエンジン及び吸排気系の概略構成の一例を示す模式図である。

【図2】同実施形態に係る排気温調機構の概略構成の一例を示す模式図である。

【図3】ＮＯｘ吸蔵効率と触媒温度との関係性の一例を示す模式図である。

【図4】排気温調機構において調整弁が全開である状態の一例を示す模式図である。

【図5】排気温調機構において調整弁の開度が第１開度である状態の一例を示す模式図である。

【図6】排気温調機構において調整弁が全閉である状態の一例を示す模式図である。

【図7】排気温調機構において調整弁の開度が第２開度である状態の一例を示す模式図である。

【図8】同実施形態に係る制御装置が行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0020】

＜１．エンジン及び吸排気系の概略構成＞
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る排気浄化装置１００を適用したエンジン１０及び吸排気系の概略構成について説明する。図１は、本実施形態に係る排気浄化装置１００を適用したエンジン１０及び吸排気系の概略構成の一例を示す模式図である。なお、図１では、気体の流れが破線の矢印によって示されている。

【0021】

本実施形態に係る排気浄化装置１００は、具体的には、車両のエンジン１０の排気系に設けられる。例えば、図１に示したように、エンジン１０には吸気通路２１及び排気通路３１が接続される。吸気通路２１からエンジン１０へ吸気が吸入され、エンジン１０から排出された排気は排気通路３１を通過し、車両の外部へ放出される。排気浄化装置１００は、例えば、このような排気通路３１に設けられる。

【0022】

エンジン１０は、燃料を燃焼させることによって動力を生成する内燃機関である。

【0023】

具体的には、エンジン１０は、火花点火式の内燃機関であるガソリンエンジンである。エンジン１０には、１又は複数の気筒１１が備えられる。図１では、理解を容易にするために、エンジン１０に設けられる気筒１１のうちの１つの気筒１１が、一例として、示されている。各気筒１１の内部には燃焼室１３が形成され、各気筒１１には燃焼室１３に向けて点火プラグ１５が設けられている。また、各気筒１１には、燃焼室１３に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１７が設けられている。燃料噴射弁１７は、具体的には、燃料が貯留される燃料タンクから供給される燃料を燃焼室１３内に噴射する。なお、燃料噴射弁１７は、燃焼室１３内に燃料を直接噴射する形式のものに限られない。燃料噴射弁１７が吸気通路２１に備えられ、あらかじめ燃料を含む吸気が燃焼室１３へ吸入されてもよい。

【0024】

燃焼室１３には、空気及び燃料からなる混合気が形成され、当該混合気が点火プラグ１５の点火により燃焼する。それにより、各気筒１１内に設けられたピストンが直線往復運動を行い、各気筒１１のピストンと接続されたクランクシャフトへ動力が伝達される。各燃焼室１３は、吸気側及び排気側においてそれぞれ吸気通路２１及び排気通路３１に連通している。

【0025】

吸気通路２１は、外気を吸気として取り込み、吸気をエンジン１０へ送るために設けられる通路である。

【0026】

具体的には、吸気通路２１の上流側の端部は、車両の外気を取り込み可能な吸気口２３と接続される。吸気通路２１には、例えば、図１に示したように、過給機４０のコンプレッサ４１が設けられてもよい。過給機４０は、コンプレッサ４１と排気通路３１に設けられるタービン４２とを含んで構成され、コンプレッサ４１とタービン４２とはシャフトを介して一体的に回転可能に連結される。それにより、コンプレッサ４１は、タービン４２によって回転駆動される。ゆえに、吸気口２３から取り込まれた吸気はコンプレッサ４１によって圧縮されて下流側へ送られる。

【0027】

吸気通路２１における過給機４０のコンプレッサ４１より下流側には、エンジン１０へ送られる吸気の流量を調整可能なスロットルバルブ２５が設けられる。スロットルバルブ２５の開度が制御されることにより、吸気通路２１の流路面積が制御される。それにより、エンジン１０へ送られる吸気の流量が調整される。なお、スロットルバルブ２５の動作は、例えば、後述する排気浄化装置１００の制御装置９０とは異なる他の制御装置によって制御され得る。

【0028】

吸気通路２１におけるスロットルバルブ２５より下流側は、各気筒１１の吸気側に向けて分岐し、各燃焼室１３と連通する。より具体的には、吸気通路２１において各気筒１１に向けて分岐する通路は、各気筒１１に設けられる吸気ポートと接続される。それにより、スロットルバルブ２５を通過した吸気は、各気筒１１に吸入される。

【0029】

排気通路３１は、エンジン１０から排出される排気を車両の外部へ放出するために設けられる通路である。

【0030】

具体的には、排気通路３１の上流側の端部は、各気筒１１の排気側に向けて分岐し、各燃焼室１３と連通する。より具体的には、排気通路３１において各気筒１１に向けて分岐する通路は、各気筒１１に設けられる排気ポートと接続される。それにより、各気筒１１から排気通路３１へ排気が送られる。

【0031】

排気通路３１には、例えば、図１に示したように、過給機４０のタービン４２が設けられてもよい。タービン４２は、排気の運動エネルギによって回転駆動される。また、タービン４２は、上述したように、過給機４０のコンプレッサ４１とシャフトを介して一体的に回転可能に連結されており、タービン４２の回転動力は当該シャフトを介してコンプレッサ４１へ伝達される。それにより、吸気通路２１に設けられるコンプレッサ４１がタービン４２によって回転駆動される。

【0032】

また、排気通路３１には、図１に示したように、タービン４２より上流側と下流側とを連通するバイパス路３５及び当該バイパス路３５へ送られる排気の流量を調整可能なウェイストゲートバルブ３７が設けられてもよい。ウェイストゲートバルブ３７の開度が制御されることにより、バイパス路３５の流路面積が制御される。それにより、バイパス路３５へ送られる排気の流量が調整される。ゆえに、タービン４２へ送られる排気の流量が調整される。なお、ウェイストゲートバルブ３７の動作は、例えば、後述する排気浄化装置１００の制御装置９０とは異なる他の制御装置によって制御され得る。

【0033】

排気通路３１におけるタービン４２及びバイパス路３５より下流側には、三元触媒５０が設けられる。三元触媒５０は、排気中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）の酸化、並びにＮＯｘの還元を行い、排気中のこのような有害成分を無害な水蒸気（Ｈ_２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、及び窒素（Ｎ_２）に浄化する。また、排気通路３１における三元触媒５０より下流側には、窒素酸化物吸蔵触媒６０が配設される。窒素酸化物吸蔵触媒６０は、排気中のＮＯｘを吸蔵可能な触媒である。それにより、エンジン１０における燃焼後の排気は、三元触媒５０及び窒素酸化物吸蔵触媒６０を順に通過する。ゆえに、エンジン１０の燃焼制御がリーンバーンである場合において、浄化されずに三元触媒５０を通過したＮＯｘを窒素酸化物吸蔵触媒６０によって吸蔵することができる。

【0034】

本実施形態では、排気通路３１における三元触媒５０と窒素酸化物吸蔵触媒６０との間には、排気温調機構７０が設けられる。排気温調機構７０は、窒素酸化物吸蔵触媒６０へ送られる排気の温度を調整するために設けられる。それにより、窒素酸化物吸蔵触媒６０の温度である触媒温度Ｔｅを調整することができる。排気温調機構７０の動作は、制御装置９０によって制御される。

【0035】

本実施形態に係る排気浄化装置１００は、例えば、図１に示したように、三元触媒５０と、窒素酸化物吸蔵触媒６０と、排気温調機構７０と、制御装置９０と、を含んで構成される。本実施形態に係る排気浄化装置１００によれば、排気温調機構７０が設けられることによって、窒素酸化物吸蔵触媒６０の温度である触媒温度を適切に調整することができるので、ＮＯｘ吸蔵効率の低下を抑制することが可能となる。このような排気温調機構７０については、次節にて詳細に説明する。

【0036】

排気通路３１の下流側の端部は、車両の外部へ排気を放出可能な排気口３３と接続される。それにより、排気浄化装置１００によって浄化された排気は、排気口３３から車両の外部へ排気される。

【0037】

＜２．排気温調機構＞
続いて、図２を参照して、本実施形態に係る排気温調機構７０の詳細について説明する。図２は、本実施形態に係る排気温調機構７０の概略構成の一例を示す模式図である。

【0038】

排気温調機構７０は、例えば、図２に示したように、分岐路７１と、外気取込路７２と、タービン８２と、コンプレッサ８１と、調整弁７５と、を含む。なお、当該タービン８２は本発明に係るタービンに相当し、当該コンプレッサ８１は本発明に係るコンプレッサに相当する。また、当該タービン８２及び当該コンプレッサ８１を含んで過給機８０が構成される。

【0039】

分岐路７１は、排気通路３１における窒素酸化物吸蔵触媒６０より上流側に設けられ、排気通路３１から分岐した後に当該排気通路３１に合流する。それにより、排気通路３１における分岐路７１より上流側を通過する排気の一部又は全部を分岐路７１へ送ることが可能となる。分岐路７１へ送られた排気は、分岐路７１を迂回した後、排気通路３１における分岐路７１より下流側へ送られる。

【0040】

例えば、分岐路７１は、図２に示したように、排気通路３１における窒素酸化物吸蔵触媒６０より上流側の第１部分Ｐ１と排気通路３１における当該第１部分Ｐ１よりさらに上流側の第２部分Ｐ２とを連通する。それにより、排気通路３１における第２部分Ｐ２より上流側を通過する排気の一部又は全部を第２部分Ｐ２から分岐路７１へ送ることが可能となる。分岐路７１へ送られた排気は、分岐路７１を迂回した後、排気通路３１の第１部分Ｐ１へ送られる。

【0041】

タービン８２は、分岐路７１に設けられ、排気の運動エネルギによって回転駆動される。また、タービン８２は後述する外気取込路７２に設けられるコンプレッサ８１とシャフトを介して一体的に回転可能に連結されており、タービン８２の回転動力は当該シャフトを介してコンプレッサ８１へ伝達される。それにより、コンプレッサ８１がタービン８２によって回転駆動される。ゆえに、分岐路７１を迂回する排気のエネルギの一部は過給機８０を駆動するための動力源として消費される。それにより、分岐路７１を迂回する排気の温度は、タービン８２を通過することに伴って低下する。ゆえに、分岐路７１へ送られる排気は、温度が低下した後、排気通路３１における分岐路７１より下流側へ送られる。よって、排気通路３１における分岐路７１より上流側を通過する排気の一部又は全部について分岐路７１を迂回させることによって、窒素酸化物吸蔵触媒６０へ送られる排気の温度を低下させることができる。

【0042】

具体的には、タービン８２は、分岐路７１において、排気の運動エネルギによって回転駆動され得る姿勢で設けられる。例えば、タービン８２は、図２に示したように、タービン８２が設けられる部分から上流側へ分岐路７１が延在する方向に対して交差する回転軸を有する姿勢で設けられる。それにより、排気通路３１の第２部分Ｐ２から分岐路７１へ送られた排気によって、タービン８２が回転駆動される。ゆえに、排気通路３１の第２部分Ｐ２から分岐路７１へ送られた排気は、タービン８２を通過することに伴って温度が低下した後、排気通路３１における第１部分Ｐ１へ送られる。

【0043】

外気取込路７２の一端部は外気を取り込み可能な取込口７３と接続され、外気取込路７２の他端部は分岐路７１におけるタービン８２より上流側と接続される。それにより、外気を排気通路３１へ供給することができる。具体的には、取込口７３から取り込まれた外気は、排気通路３１へ外気取込路７２及び分岐路７１を介して供給される。また、取込口７３から取り込まれた外気は、排気通路３１へタービン８２を通過して供給される。後述するように、取込口７３から取り込まれた外気は、タービン８２によって回転駆動されるコンプレッサ８１により圧縮されて分岐路７１側へ送られる。それにより、外気の排気通路３１への供給が実現される。

【0044】

例えば、外気取込路７２の一端部は、図２に示したように、吸気通路２１と接続される吸気口２３とは異なる取込口７３と接続される。取込口７３は、車両の外部と連通し、車両の外気を取り込み可能である。また、外気取込路７２の他端部は、分岐路７１におけるタービン８２より上流側と接続される。換言すると、タービン８２は、例えば、図２に示したように、外気取込路７２の他端部と分岐路７１との合流部分Ｐ３より下流側に位置する。それにより、取込口７３から取り込まれた外気を、排気通路３１の第１部分Ｐ１へ外気取込路７２及び分岐路７１を介して供給することができる。また、取込口７３から取り込まれた外気を、排気通路３１の第１部分Ｐ１へタービン８２を通過させて供給することができる。なお、外気取込路７２の外周部は、例えば、図２に示したように、他端側において、分岐路７１の外周部と一体として形成されてもよく、接合されてもよい。

【0045】

上記のように取込口７３から取り込まれた外気を排気通路３１へ供給することによって、窒素酸化物吸蔵触媒６０へ送られる排気を外気によって希釈することができる。それにより、窒素酸化物吸蔵触媒６０へ送られる排気の温度及び濃度を低下させることができる。

【0046】

また、上記のように取込口７３から取り込まれた外気を排気通路３１へタービン８２を通過させて供給することによって、外気の運動エネルギによってタービン８２を回転駆動させることができる。それにより、外気の運動エネルギを、過給機８０を駆動するための動力源として利用することができる。ゆえに、排気通路３１から分岐路７１へ送られる排気の流量を低減させつつ、過給機８０の回転駆動を継続させることが可能となる。

【0047】

このように、本実施形態に係る過給機８０は、自らのコンプレッサ８１によって圧縮して送出した外気の運動エネルギを利用して自らのタービン８２を回転駆動させることができる自立型の過給機である。なお、自らのコンプレッサ８１によって圧縮して送出した外気の運動エネルギを利用することにより過給機８０の回転動力が維持されつつ当該過給機８０の回転駆動が継続している状態を自立運転状態とも称する。

【0048】

コンプレッサ８１は、外気取込路７２に設けられ、タービン８２によって回転駆動される。具体的には、コンプレッサ８１は、上述したように、過給機８０のタービン８２とシャフトを介して一体的に回転可能に連結されている。ゆえに、タービン８２の回転動力が当該シャフトを介してコンプレッサ８１へ伝達されることによって、コンプレッサ８１が回転駆動される。それにより、取込口７３から取り込まれた外気はコンプレッサ８１によって圧縮されて分岐路７１側へ送られる。

【0049】

より具体的には、コンプレッサ８１は、外気取込路７２において、外気を圧縮して分岐路７１側へ送出し得る姿勢で設けられる。例えば、コンプレッサ８１は、図２に示したように、コンプレッサ８１が設けられる部分から下流側へ外気取込路７２が延在する方向に対して交差する回転軸を有する姿勢で設けられる。それにより、取込口７３から取り込まれた外気がコンプレッサ８１によって圧縮されて分岐路７１側へ送られる。

【0050】

外気取込路７２におけるコンプレッサ８１より分岐路７１側には、コンプレッサ８１から分岐路７１へ向かう方向のみ気体の流れを許容する逆止弁７７が設けられてもよい。それにより、分岐路７１から外気取込路７２を介して車両の外部へ排気が漏出することを防止することができる。

【0051】

具体的には、外気取込路７２における逆止弁７７より分岐路７１側の圧力Ｐｂがコンプレッサ８１側の圧力より低い場合、コンプレッサ８１から分岐路７１へ向かう方向について気体の流れが生じる。それにより、取込口７３から取り込まれた外気が逆止弁７７を通って分岐路７１側へ送られる。一方、外気取込路７２における逆止弁７７より分岐路７１側の圧力Ｐｂがコンプレッサ８１側の圧力以上である場合、コンプレッサ８１から分岐路７１へ向かう方向及び分岐路７１からコンプレッサ８１へ向かう方向のいずれの方向についても気体の流れは生じない。

【0052】

調整弁７５は、分岐路７１へ送られる排気の流量を調整可能である。それにより、排気通路３１における分岐路７１より上流側を通過する排気のうち分岐路７１を迂回しタービン８２を通過する排気の流量を調整することができる。ゆえに、過給機８０を駆動するための動力源として消費される分岐路７１を迂回する排気のエネルギを調整することができる。よって、分岐路７１を迂回する排気によって生じる過給機８０の回転動力を調整することができる。それにより、例えば、外気が排気通路３１へ外気取込路７２及び分岐路７１を介して供給される状態と供給されない状態とを切り替えることができる。

【0053】

外気が排気通路３１へ供給されない状態となる場合、分岐路７１を迂回した排気の温度がタービン８２を通過することに伴って低下することによって、窒素酸化物吸蔵触媒６０へ送られる排気の温度を低下させることができる。また、過給機８０の回転動力をさらに上昇させることにより、外気が排気通路３１へ供給される状態へ切り替えることによって、窒素酸化物吸蔵触媒６０へ送られる排気を外気によって希釈することができる。それにより、窒素酸化物吸蔵触媒６０へ送られる排気の温度をより効果的に低下させることができる。

【0054】

例えば、調整弁７５は、排気通路３１において、分岐路７１との上流側の接続部分と下流側の接続部分との間の流路面積を調整可能であってもよい。具体的には、調整弁７５は、図２に示したように、排気通路３１において、第２部分Ｐ２より下流側かつ第１部分Ｐ１より上流側に設けられる。なお、調整弁７５は第１部分Ｐ１と比較して第２部分Ｐ２へ近接して設けられてもよい。調整弁７５が設けられる部分における排気通路３１の流路面積は、調整弁７５の開度に応じて調整され得る。具体的には、調整弁７５の開度が大きいほど当該流路面積は大きくなってもよい。例えば、調整弁７５が全開である場合に当該流路面積は最大値をとり、調整弁７５が全閉である場合に当該流路面積は０となる。その場合、分岐路７１へ送られる排気の流量は、調整弁７５の開度が大きいほど少なくなる。例えば、調整弁７５が全開である場合に当該流量は最小値をとり、調整弁７５が全閉である場合に当該流量は最大値をとる。

【0055】

調整弁７５の動作は、制御装置９０によって制御される。調整弁７５は、例えば、電動モータを備え、当該電動モータによって駆動される。その場合、制御装置９０からの動作指示に基づいて当該電動モータが駆動されることによって、調整弁７５の動作が制御される。

【0056】

以上説明したように、本実施形態に係る排気温調機構７０によれば、排気通路３１における分岐路７１より上流側を通過する排気のうち分岐路７１を迂回しタービン８２を通過する排気の流量を調整することができる。ゆえに、過給機８０を駆動するための動力源として消費される分岐路７１を迂回する排気のエネルギを調整することができる。よって、分岐路７１を迂回する排気によって生じる過給機８０の回転動力を調整することができる。それにより、外気が排気通路３１へ外気取込路７２及び分岐路７１を介して供給される状態への切り替えを行うことができる。ゆえに、触媒温度Ｔｅが活性温度域を超えて高くなる高負荷時に当該状態への切り替えを行うことによって、窒素酸化物吸蔵触媒６０へ送られる排気を外気によって希釈することにより、当該排気の温度を低下させることができる。よって、高負荷時において、触媒温度Ｔｅを窒素酸化物吸蔵触媒６０の活性が良好となる温度域である活性温度域内の温度へ調整することができる。したがって、本実施形態に係る排気浄化装置１００によれば、排気温調機構７０が設けられることによって、ＮＯｘ吸蔵効率の低下を抑制することができる。

【0057】

さらに、本実施形態に係る排気浄化装置１００によれば、ＮＯｘ吸蔵効率の低下を抑制することができるので、リッチ化処理を実行する頻度が上昇することを抑制することができる。また、ＮＯｘ吸蔵効率の低下が抑制されることによって、リーンバーンにおける空燃比の目標値が理論空燃比に近づくことを抑制することができる。したがって、燃費を向上させることができる。

【0058】

さらに、本実施形態に係る排気浄化装置１００によれば、外気が排気通路３１へ外気取込路７２及び分岐路７１を介して供給される状態への切り替えを高負荷時に行うことによって、窒素酸化物吸蔵触媒６０へ送られる排気を外気によって希釈することにより、当該排気の濃度を低下させることができる。ここで、ＮＯｘ吸蔵効率は、排気の濃度に依存し、濃度が高いほど低下する傾向を有する。ゆえに、高負荷時において、窒素酸化物吸蔵触媒６０へ送られる排気の濃度を低下させることによって、ＮＯｘ吸蔵効率の低下をより効果的に抑制することができる。

【0059】

さらに、本実施形態に係る排気浄化装置１００によれば、外気が排気通路３１へ外気取込路７２及び分岐路７１を介して供給される状態において、外気は排気通路３１へタービン８２を通過して供給される。それにより、外気の運動エネルギによってタービン８２を回転駆動させることができるので、外気の運動エネルギを、過給機８０を駆動するための動力源として利用することができる。ゆえに、排気通路３１から分岐路７１へ送られる排気の流量を低減させつつ、過給機８０の回転駆動を継続させることができる。よって、排気通路３１を流れる排気の流量が調整弁７５によって絞られることに起因して生じる掃気効率の低下を抑制しつつ、過給機８０の回転駆動を継続させることが可能となる。したがって、燃費をより効果的に向上させることができる。

【0060】

排気浄化装置１００は、各種センサを含んでもよい。例えば、排気浄化装置１００は、図２に示したように、温度センサ２０１と、圧力センサ２０３と、を含んでもよい。

【0061】

温度センサ２０１は、窒素酸化物吸蔵触媒６０へ送られる排気の温度を検出し、検出結果を出力する。当該検出結果は、窒素酸化物吸蔵触媒６０の温度である触媒温度Ｔｅを推定するために用いられる。温度センサ２０１は、例えば、排気通路３１における窒素酸化物吸蔵触媒６０より上流側かつ排気通路３１の第１部分Ｐ１より下流側に設けられる。

【0062】

圧力センサ２０３は、外気取込路７２における逆止弁７７より分岐路７１側の圧力Ｐｂを検出し、検出結果を出力する。圧力センサ２０３は、例えば、外気取込路７２における逆止弁７７より分岐路７１側に設けられる。

【0063】

制御装置９０は、演算処理装置であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＣＰＵが使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する記憶素子であるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＰＵの実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する記憶素子であるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成される。

【0064】

制御装置９０は、排気温調機構７０を構成する各装置の動作を制御する。例えば、制御装置９０は、制御対象である各装置に対して電気信号を用いて動作指示を出力することによって、各装置の動作を制御する。具体的には、制御装置９０は、調整弁７５の動作を制御する。より具体的には、制御装置９０は、調整弁７５の開度を制御することによって、分岐路７１へ送られる排気の流量を制御する。なお、以下では、制御装置９０が行う調整弁７５の開度の制御を弁開度制御とも称する。

【0065】

また、制御装置９０は、各装置から出力された情報を受信する。制御装置９０と各装置との通信は、例えば、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信を用いて実現される。例えば、制御装置９０は、温度センサ２０１及び圧力センサ２０３から出力される各種検出結果を受信する。なお、本実施形態に係る制御装置９０が有する機能は複数の制御装置により分割されてもよく、その場合、当該複数の制御装置は、ＣＡＮ等の通信バスを介して、互いに接続されてもよい。このような制御装置９０については、次節にて詳細に説明する。

【0066】

＜３．制御装置＞
続いて、図３〜図８を参照して、本実施形態に係る制御装置９０の詳細について説明する。

【0067】

［３−１．弁開度制御］
まず、図３〜図７を参照して、本実施形態に係る制御装置９０が行う弁開度制御について説明する。

【0068】

制御装置９０は、調整弁７５の開度を制御することによって、分岐路７１へ送られる排気の流量を制御する。具体的には、制御装置９０は、窒素酸化物吸蔵触媒６０の温度である触媒温度Ｔｅに基づいて、調整弁７５の開度を制御する。このように、触媒温度Ｔｅに基づく弁開度制御が行われることによって、触媒温度Ｔｅを適切に調整することが実現される。制御装置９０は、例えば、温度センサ２０１から出力される検出結果に基づいて触媒温度Ｔｅを推定し得る。具体的には、制御装置９０は、温度センサ２０１により検出される窒素酸化物吸蔵触媒６０へ送られる排気の温度の検出値が高いほど触媒温度Ｔｅとして大きな値を推定する。例えば、触媒温度Ｔｅの推定は、窒素酸化物吸蔵触媒６０へ送られる排気の温度の検出値と触媒温度Ｔｅとの関係性を規定するマップを用いて行われ得る。

【0069】

ここで、図３を参照して、ＮＯｘ吸蔵効率と触媒温度Ｔｅとの関係性について説明する。図３は、ＮＯｘ吸蔵効率と触媒温度Ｔｅとの関係性の一例を示す模式図である。上述したように、窒素酸化物吸蔵触媒６０の活性が良好となる温度域である活性温度域が存在する。図３では、ＮＯｘ吸蔵効率が閾値Ｅｔｈ以上である状態が窒素酸化物吸蔵触媒６０の活性が良好である状態と対応する例が示されている。

【0070】

ＮＯｘ吸蔵効率は、例えば、図３に示したように、触媒温度Ｔｅが第１温度閾値Ｔｔｈ１を超える温度域において触媒温度Ｔｅの上昇に伴って低下し、触媒温度Ｔｅが第１温度閾値Ｔｔｈ１と比較して高い第２温度閾値Ｔｔｈ２を超える温度域において閾値Ｅｔｈを下回る。第１温度閾値Ｔｔｈ１は、活性温度域内においてＮＯｘ吸蔵効率が触媒温度Ｔｅの上昇に伴って低下し始める温度に相当する。また、第２温度閾値Ｔｔｈ２は、活性温度域の上限温度に相当する。なお、活性温度域の下限温度も存在するが、図３では活性温度域の下限温度の図示を省略している。触媒温度Ｔｅが活性温度域を超えて高くなる高負荷時は、触媒温度Ｔｅが第２温度閾値Ｔｔｈ２より高い場合に相当する。なお、第１温度閾値Ｔｔｈ１及び第２温度閾値Ｔｔｈ２を示す情報は、制御装置９０の記憶素子に予め記憶され得る。

【0071】

制御装置９０は、具体的には、触媒温度Ｔｅが活性温度域内の温度になるように、触媒温度Ｔｅに基づく弁開度制御を行う。以下では、図４〜図８を参照して、制御装置９０による触媒温度Ｔｅに基づく弁開度制御について、より詳細に説明する。なお、図４〜図８では、気体の流れが破線の矢印によって示されている。

【0072】

制御装置９０は、触媒温度Ｔｅが第１温度閾値Ｔｔｈ１以下である場合、排気通路３１における分岐路７１より上流側を通過する排気が分岐路７１を迂回せずに分岐路７１より下流側へ送られるように調整弁７５の開度を制御してもよい。例えば、制御装置９０は、触媒温度Ｔｅが第１温度閾値Ｔｔｈ１以下である場合、調整弁７５を全開する。

【0073】

図４は、排気温調機構７０において調整弁７５が全開である状態の一例を示す模式図である。上述したように、調整弁７５が全開である場合、分岐路７１へ送られる排気の流量は最小値をとり得る。例えば、図４に示したように、調整弁７５が全開である場合、排気通路３１における第２部分Ｐ２より上流側を通過する排気は、基本的に第２部分Ｐ２から分岐路７１へは送られない。ゆえに、排気通路３１における第２部分Ｐ２より上流側を通過する排気は、分岐路７１を迂回せずに分岐路７１より下流側へ送られる。よって、図４に示した状態では、後述する図５〜図７に示した状態と比較して、排気通路３１を流れる排気の流量が調整弁７５によって絞られることに起因して生じる掃気効率の低下をより抑制することができる。

【0074】

触媒温度Ｔｅが第１温度閾値Ｔｔｈ１以下である場合には、触媒温度Ｔｅは活性温度域内の温度であり、ＮＯｘ吸蔵効率は触媒温度Ｔｅが変化した場合であっても比較的高い効率に維持されやすい。ゆえに、触媒温度Ｔｅを調整する必要性が低いので、上記のように掃気効率を重視した開弁度制御を行うことによって、燃費を適切に向上させることができる。

【0075】

また、制御装置９０は、触媒温度Ｔｅが第１温度閾値Ｔｔｈ１を上回った場合、分岐路７１へ送られる排気の流量が増大するように調整弁７５の開度を制御してもよい。具体的には、制御装置９０は、触媒温度Ｔｅが第１温度閾値Ｔｔｈ１を上回った場合、外気取込路７２における逆止弁７７より分岐路７１側の圧力Ｐｂがコンプレッサ８１側の圧力以上となるように調整弁７５の開度を制御してもよい。例えば、制御装置９０は、触媒温度Ｔｅが第１温度閾値Ｔｔｈ１を上回った場合、調整弁７５の開度を第１開度へ制御する。第１開度は、具体的には、外気取込路７２における逆止弁７７より分岐路７１側の圧力Ｐｂをコンプレッサ８１側の圧力以上にし得るような開度に設定される。

【0076】

図５は、排気温調機構７０において調整弁７５の開度が第１開度である状態の一例を示す模式図である。例えば、図５に示したように、調整弁７５の開度が第１開度である場合、排気通路３１における第２部分Ｐ２より上流側を通過する排気の一部は、第２部分Ｐ２から分岐路７１へ送られる。そして、排気通路３１の第２部分Ｐ２から分岐路７１へ送られた排気は、タービン８２を通過することに伴って温度が低下した後、図５に示したように、排気通路３１における第１部分Ｐ１へ送られる。ゆえに、図５に示した状態では、図４に示した状態と比較して、窒素酸化物吸蔵触媒６０へ送られる排気の温度を低下させることができる。ゆえに、触媒温度Ｔｅを低下させることができる。

【0077】

触媒温度Ｔｅが第１温度閾値Ｔｔｈ１を上回った場合において、触媒温度Ｔｅは活性温度域内においてＮＯｘ吸蔵効率が触媒温度Ｔｅの上昇に伴って低下する温度域内の温度であり、ＮＯｘ吸蔵効率が今後においてさらに低下する可能性が高い。ゆえに、窒素酸化物吸蔵触媒６０へ送られる排気の温度を低下させることにより、触媒温度Ｔｅの上昇を抑制することによって、ＮＯｘ吸蔵効率の低下をより効果的に抑制することができる。

【0078】

また、制御装置９０は、触媒温度Ｔｅが第２温度閾値Ｔｔｈ２を上回った場合、分岐路７１へ送られる排気の流量がさらに増大するように調整弁７５の開度を制御してもよい。具体的には、制御装置９０は、触媒温度Ｔｅが第２温度閾値Ｔｔｈ２を上回った場合、排気通路３１における分岐路７１より上流側を通過する排気が分岐路７１へ優先的に送られるように調整弁７５の開度を制御してもよい。例えば、制御装置９０は、触媒温度Ｔｅが第２温度閾値Ｔｔｈ２を上回った場合、調整弁７５を全閉する。

【0079】

図６は、排気温調機構７０において調整弁７５が全閉である状態の一例を示す模式図である。上述したように、調整弁７５が全閉である場合、分岐路７１へ送られる排気の流量は最大値をとり得る。例えば、図６に示したように、調整弁７５が全閉である場合、排気通路３１における第２部分Ｐ２より上流側を通過する排気は、全て第２部分Ｐ２から分岐路７１へ送られる。そして、コンプレッサ８１が回転駆動されることにより、図６に示したように、取込口７３から取り込まれた外気がコンプレッサ８１によって圧縮されて分岐路７１側へ送られる。

【0080】

ここで、調整弁７５が全閉である場合には、外気取込路７２における逆止弁７７より分岐路７１側の圧力Ｐｂはコンプレッサ８１側の圧力より低くなり得る。ゆえに、取込口７３から取り込まれた外気は、排気通路３１へ外気取込路７２及び分岐路７１を介して供給される。それにより、窒素酸化物吸蔵触媒６０へ送られる排気を外気によって希釈することができる。ゆえに、図６に示した状態では、図５に示した状態と比較して、窒素酸化物吸蔵触媒６０へ送られる排気の温度をより効果的に低下させることができる。ゆえに、触媒温度Ｔｅをより効果的に低下させることができる。

【0081】

触媒温度Ｔｅが第２温度閾値Ｔｔｈ２を上回った場合は、触媒温度Ｔｅが活性温度域を超えて高くなる高負荷時に相当する。ゆえに、窒素酸化物吸蔵触媒６０へ送られる排気の温度をより効果的に低下させることによって、触媒温度Ｔｅを活性温度域内の温度へ調整することができる。よって、ＮＯｘ吸蔵効率の低下を適切に抑制することができる。

【0082】

さらに、ＮＯｘ吸蔵効率の低下が抑制されることによって、リッチ化処理を実行する頻度が上昇すること又はリーンバーンにおける空燃比の目標値が理論空燃比に近づくことを抑制することができる。ゆえに、燃費を適切に向上させることができる。

【0083】

さらに、図６に示した状態では、窒素酸化物吸蔵触媒６０へ送られる排気を外気によって希釈することにより、当該排気の濃度を低下させることができる。ゆえに、高負荷時において、窒素酸化物吸蔵触媒６０へ送られる排気の濃度を低下させることによって、ＮＯｘ吸蔵効率の低下をより効果的に抑制することができる。

【0084】

また、制御装置９０は、触媒温度Ｔｅが第２温度閾値Ｔｔｈ２を上回った後において、外気取込路７２における逆止弁７７より分岐路７１側の圧力Ｐｂが圧力閾値Ｐｔｈを下回った場合、分岐路７１へ送られる排気の流量が減少するように調整弁７５の開度を制御してもよい。具体的には、制御装置９０は、触媒温度Ｔｅが第２温度閾値Ｔｔｈ２を上回った後において、外気取込路７２における逆止弁７７より分岐路７１側の圧力Ｐｂが圧力閾値Ｐｔｈを下回った場合、外気取込路７２における逆止弁７７より分岐路７１側の圧力Ｐｂがコンプレッサ８１側の圧力より低くなるように調整弁７５の開度を制御してもよい。

【0085】

圧力閾値Ｐｔｈは、触媒温度Ｔｅが第２温度閾値Ｔｔｈ２を上回った後において分岐路７１へ送られる排気の流量を減少させた場合であっても、過給機８０の回転動力を維持しつつ当該過給機８０の回転駆動を継続させることができるような値に設定される。換言すると、圧力閾値Ｐｔｈは、触媒温度Ｔｅが第２温度閾値Ｔｔｈ２を上回った後において分岐路７１へ送られる排気の流量を減少させた場合であっても、過給機８０の自立運転状態を維持し得るような値に設定される。なお、圧力閾値Ｐｔｈを示す情報は、制御装置９０の記憶素子に予め記憶され得る。

【0086】

例えば、制御装置９０は、触媒温度Ｔｅが第２温度閾値Ｔｔｈ２を上回った後において、外気取込路７２における逆止弁７７より分岐路７１側の圧力Ｐｂが圧力閾値Ｐｔｈを下回った場合、調整弁７５の開度を第２開度へ制御する。第２開度は、具体的には、外気取込路７２における逆止弁７７より分岐路７１側の圧力Ｐｂをコンプレッサ８１側の圧力より低くし得るような開度に設定される。

【0087】

図７は、排気温調機構７０において調整弁７５の開度が第２開度である状態の一例を示す模式図である。上述したように、調整弁７５の開度が第２開度である場合、外気取込路７２における逆止弁７７より分岐路７１側の圧力Ｐｂはコンプレッサ８１側の圧力より低くなる。ゆえに、取込口７３から取り込まれた外気は、排気通路３１へ外気取込路７２及び分岐路７１を介して供給される。ここで、図７に示したように、取込口７３から取り込まれた外気は、排気通路３１へタービン８２を通過して供給される。それにより、外気の運動エネルギを、過給機８０を駆動するための動力源として利用することができる。ゆえに、排気通路３１から分岐路７１へ送られる排気の流量を低減させつつ、過給機８０の回転駆動を継続させることができる。例えば、図７に示したように、調整弁７５の開度が第２開度である場合、排気通路３１における第２部分Ｐ２より上流側を通過する排気の一部が分岐路７１を迂回せずに分岐路７１より下流側へ送られる状態であっても、過給機８０の回転駆動を継続させることができる。よって、図７に示した状態では、図６に示した状態と比較して、排気通路３１を流れる排気の流量が調整弁７５によって絞られることに起因して生じる掃気効率の低下をより抑制することができる。

【0088】

このように、本実施形態に係る排気温調機構７０によれば、自立型の過給機である過給機８０が設けられることによって、排気通路３１を流れる排気の流量が調整弁７５によって絞られることに起因して生じる掃気効率の低下を抑制しつつ、過給機８０の回転駆動を継続させることが可能となる。したがって、燃費をより効果的に向上させることができる。

【0089】

なお、制御装置９０は、排気通路３１を通過する排気の流量に応じて調整弁７５の開度を制御してもよい。具体的には、制御装置９０は、上述した第１開度及び第２開度を、排気通路３１を通過する排気の流量に応じて適宜算出し得る。排気浄化装置１００には、例えば、排気通路３１における分岐路７１より上流側又は下流側を通過する排気の流量を検出可能なセンサが設けられてもよく、その場合、制御装置９０は当該センサから検出結果を受信することによって、排気通路３１を通過する排気の流量を示す情報を取得し得る。

【0090】

［３−２．動作］
続いて、図８に示すフローチャートを参照して、本実施形態に係る制御装置９０が行う処理の流れについて説明する。図８は、本実施形態に係る制御装置９０が行う処理の流れの一例を示すフローチャートである。図８に示した処理は、例えば、適宜設定され得る設定時間おきに繰り返される。

【0091】

図８に示したように、まず、制御装置９０は、触媒温度Ｔｅが第１温度閾値Ｔｔｈ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ５０１）。触媒温度Ｔｅが第１温度閾値Ｔｔｈ１以下であると判定された場合（ステップＳ５０１／ＹＥＳ）、制御装置９０は、調整弁７５を全開し（ステップＳ５０３）、図８に示した処理は終了する。一方、触媒温度Ｔｅが第１温度閾値Ｔｔｈ１を上回ったと判定された場合（ステップＳ５０１／ＮＯ）、制御装置９０は、触媒温度Ｔｅが第２温度閾値Ｔｔｈ２以下であるか否かを判定する（ステップＳ５０５）。

【0092】

そして、触媒温度Ｔｅが第２温度閾値Ｔｔｈ２以下であると判定された場合（ステップＳ５０５／ＹＥＳ）、制御装置９０は、調整弁７５の開度を第１開度へ制御し（ステップＳ５０７）、図８に示した処理は終了する。一方、触媒温度Ｔｅが第２温度閾値Ｔｔｈ２を上回ったと判定された場合（ステップＳ５０５／ＮＯ）、制御装置９０は、調整弁７５を全閉する（ステップＳ５０９）。次に、制御装置９０は、触媒温度Ｔｅが第２温度閾値Ｔｔｈ２以下であるか否かを判定する（ステップＳ５１１）。

【0093】

そして、触媒温度Ｔｅが第２温度閾値Ｔｔｈ２以下であると判定された場合（ステップＳ５１１／ＹＥＳ）、制御装置９０は、調整弁７５の開度を第１開度へ制御し（ステップＳ５０７）、図８に示した処理は終了する。一方、触媒温度Ｔｅが第２温度閾値Ｔｔｈ２より高いと判定された場合（ステップＳ５１１／ＮＯ）、制御装置９０は、外気取込路７２における逆止弁７７より分岐路７１側の圧力Ｐｂが圧力閾値Ｐｔｈを下回ったか否かを判定する（ステップＳ５１３）。

【0094】

そして、外気取込路７２における逆止弁７７より分岐路７１側の圧力Ｐｂが圧力閾値Ｐｔｈ以上であると判定された場合（ステップＳ５１３／ＮＯ）、ステップＳ５１１の判定処理へ戻る。一方、外気取込路７２における逆止弁７７より分岐路７１側の圧力Ｐｂが圧力閾値Ｐｔｈを下回ったと判定された場合（ステップＳ５１３／ＹＥＳ）、制御装置９０は、調整弁７５の開度を第２開度へ制御する（ステップＳ５１５）。次に、制御装置９０は、触媒温度Ｔｅが第１温度閾値Ｔｔｈ１以下であるか否かを判定する（ステップＳ５１７）。

【0095】

そして、触媒温度Ｔｅが第１温度閾値Ｔｔｈ１より高いと判定された場合（ステップＳ５１７／ＮＯ）、ステップＳ５１７の判定処理が繰り返される。一方、触媒温度Ｔｅが第１温度閾値Ｔｔｈ１以下であると判定された場合（ステップＳ５１７／ＹＥＳ）、図８に示した処理は終了する。

【0096】

＜４．むすび＞
以上説明したように、本実施形態によれば、分岐路７１は、排気通路３１における窒素酸化物吸蔵触媒６０より上流側に設けられ、排気通路３１から分岐した後に当該排気通路３１に合流する。また、タービン８２は、分岐路７１に設けられ、排気の運動エネルギによって回転駆動される。また、外気取込路７２の一端部は外気を取り込み可能な取込口７３と接続され、外気取込路７２の他端部は分岐路７１におけるタービン８２より上流側と接続される。また、コンプレッサ８１は、外気取込路７２に設けられ、タービン８２によって回転駆動される。また、調整弁７５は、分岐路７１へ送られる排気の流量を調整可能である。

【0097】

本実施形態に係る排気浄化装置１００は、上記構成を有することによって、分岐路７１を迂回しタービン８２を通過する排気の流量を調整することができる。ゆえに、分岐路７１を迂回する排気によって生じる過給機８０の回転動力を調整することができる。それにより、外気が排気通路３１へ外気取込路７２及び分岐路７１を介して供給される状態への切り替えを行うことができる。ゆえに、触媒温度Ｔｅが活性温度域を超えて高くなる高負荷時に当該状態への切り替えを行うことによって、窒素酸化物吸蔵触媒６０へ送られる排気を外気によって希釈することにより、当該排気の温度を低下させることができる。よって、高負荷時において、触媒温度Ｔｅを活性温度域内の温度へ調整することができる。したがって、本実施形態に係る排気浄化装置１００によれば、排気温調機構７０が設けられることによって、ＮＯｘ吸蔵効率の低下を抑制することができる。

【0098】

さらに、本実施形態に係る排気浄化装置１００によれば、ＮＯｘ吸蔵効率の低下を抑制することができるので、リッチ化処理を実行する頻度が上昇することを抑制することができる。また、ＮＯｘ吸蔵効率の低下が抑制されることによって、リーンバーンにおける空燃比の目標値が理論空燃比に近づくことを抑制することができる。したがって、燃費を向上させることができる。

【0099】

さらに、本実施形態に係る排気浄化装置１００によれば、外気が排気通路３１へ外気取込路７２及び分岐路７１を介して供給される状態への切り替えを高負荷時に行うことによって、窒素酸化物吸蔵触媒６０へ送られる排気を外気によって希釈することにより、当該排気の濃度を低下させることができる。ゆえに、高負荷時において、ＮＯｘ吸蔵効率の低下をより効果的に抑制することができる。

【0100】

さらに、本実施形態に係る排気浄化装置１００によれば、外気が排気通路３１へ外気取込路７２及び分岐路７１を介して供給される状態において、外気は排気通路３１へタービン８２を通過して供給される。それにより、外気の運動エネルギによってタービン８２を回転駆動させることができるので、外気の運動エネルギを、過給機８０を駆動するための動力源として利用することができる。ゆえに、排気通路３１から分岐路７１へ送られる排気の流量を低減させつつ、過給機８０の回転駆動を継続させることができる。よって、排気通路３１を流れる排気の流量が調整弁７５によって絞られることに起因して生じる掃気効率の低下を抑制しつつ、過給機８０の回転駆動を継続させることが可能となる。したがって、燃費をより効果的に向上させることができる。

【0101】

なお、上記では、外気取込路７２の一端部が吸気通路２１と接続される吸気口２３とは異なる取込口７３と接続される例について説明したが、本発明の技術的範囲は係る例に限定されない。例えば、外気取込路７２の一端部は、吸気通路２１と接続される吸気口２３と接続されてもよい。その場合、吸気口２３が、外気を取り込み可能な取込口に相当する。

【0102】

また、上記では、各図面を参照して、排気浄化装置１００を適用したエンジン１０及び吸排気系の各構成要素について説明したが、各構成要素の形状は各図面に対応する例に限定されず、図面に示した形状は一例に過ぎない。また、各構成要素間の位置関係は、各図面に対応する例に限定されず、図面に示した位置関係は一例に過ぎない。また、各構成要素は、複数の部材によって形成され得る。

【0103】

また、本明細書においてフローチャートを用いて説明した処理は、必ずしもフローチャートに示された順序で実行されなくてもよい。いくつかの処理ステップは、並列的に実行されてもよい。例えば、図８に示したフローチャートについて、ステップＳ５１１，Ｓ５１３の処理は当該フローチャートに示された順序で実行されなくてもよい。また、追加的な処理ステップが採用されてもよく、一部の処理ステップが省略されてもよい。

【0104】

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詳細に説明したが、本発明は係る例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は応用例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【符号の説明】

【0105】

１０ エンジン
１１ 気筒
１３ 燃焼室
１５ 点火プラグ
１７ 燃料噴射弁
２１ 吸気通路
２３ 吸気口
２５ スロットルバルブ
３１ 排気通路
３３ 排気口
３５ バイパス路
３７ ウェイストゲートバルブ
４０ 過給機
４１ コンプレッサ
４２ タービン
５０ 三元触媒
６０ 窒素酸化物吸蔵触媒
７０ 排気温調機構
７１ 分岐路
７２ 外気取込路
７３ 取込口
７５ 調整弁
７７ 逆止弁
８０ 過給機
８１ コンプレッサ
８２ タービン
９０ 制御装置
１００ 排気浄化装置
２０１ 温度センサ
２０３ 圧力センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】