特開 2024-108329 排気ガス浄化装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024108329

(43)【公開日】2024-08-13

(54)【発明の名称】排気ガス浄化装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/08 20060101AFI20240805BHJP

   F01N 3/20 20060101ALI20240805BHJP

【ＦＩ】

F01N3/08 C

F01N3/08 A

F01N3/20 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023012638

(22)【出願日】2023-01-31

(71)【出願人】

【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】弁理士法人青海国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】神瀬 龍平

【テーマコード（参考）】

3G091

【Ｆターム（参考）】

3G091AA02

3G091AA14

3G091AA17

3G091AA18

3G091AB03

3G091AB06

3G091AB14

3G091BA04

3G091BA14

3G091BA15

3G091BA19

3G091EA05

3G091EA17

3G091EA27

3G091EA28

3G091EA34

3G091FB10

3G091FB12

3G091FC04

3G091GB06W

3G091GB07W

3G091HA08

3G091HA36

3G091HA37

3G091HA42

(57)【要約】

【課題】リーン燃焼を行う期間を延長する。
【解決手段】エンジンに接続された第１排気流路と、前記第１排気流路の下流側に接続され、前記第１排気流路よりも大きい流路断面積を有する第２排気流路と、前記第２排気流路に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒と、前記第１排気流路に設けられた磁力発生器と、前記磁力発生器を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、１つまたは複数のプロセッサと、前記プロセッサに接続される１つまたは複数のメモリと、を有し、前記プロセッサは、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度分布に基づいて、前記磁力発生器を制御する、排気ガス浄化装置。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンに接続された第１排気流路と、
前記第１排気流路の下流側に接続され、前記第１排気流路よりも大きい流路断面積を有する第２排気流路と、
前記第２排気流路に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒と、
前記第１排気流路に設けられた磁力発生器と、
前記磁力発生器を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、１つまたは複数のプロセッサと、前記プロセッサに接続される１つまたは複数のメモリと、を有し、
前記プロセッサは、
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度分布に基づいて、前記磁力発生器を制御する、排気ガス浄化装置。

【請求項2】

前記プロセッサは、
排気ガスに含まれるＮＯｘおよびＯ_２が、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒のうち吸蔵温度範囲の領域に誘導されるように、前記磁力発生器を制御する、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。

【請求項3】

前記第１排気流路の中心軸と前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の中心軸とはずれており、
前記第１排気流路から前記第２排気流路に直進した排気ガスが前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒のうち前記第１排気流路の正面の第１領域に偏って供給されるように、前記第１排気流路および前記第２排気流路が構成されている、請求項１または２に記載の排気ガス浄化装置。

【請求項4】

前記プロセッサは、
前記第１排気流路を流れる排気ガスの温度が第１温度未満であり、かつ、前記第１排気流路を流れる排気ガスの流速が第１速度未満である場合、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒のうち前記第１排気流路の正面の第１領域に、前記排気ガスに含まれるＮＯｘおよびＯ_２が誘導されるように前記磁力発生器を制御し、
前記第１排気流路を流れる排気ガスの温度が前記第１温度超の第２温度以上であり、かつ、前記第１排気流路を流れる排気ガスの流速が前記第１速度超の第２速度以上である場合、前記第１領域の周辺の第２領域に、前記排気ガスに含まれるＮＯｘおよびＯ_２が誘導されるように前記磁力発生器を制御する、請求項１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、排気ガス浄化装置に関する。

【背景技術】

【0002】

エンジンから排出された排気ガスが流れる排気流路に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えた車両が開発されている（例えば、特許文献１）。ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、エンジンにおいてリーン燃焼させているときに、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を吸蔵して除去する。そして、ＮＯｘ吸蔵還元触媒におけるＮＯｘの吸蔵量が飽和に到達したら、エンジンにおいてリッチ燃焼を行う。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘが脱離され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒においてＮＯｘが還元される。

【0003】

このように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えた車両は、エンジンにおいてリーン燃焼とリッチ燃焼とを繰り返す。その結果、ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、リーン燃焼時のＮＯｘの吸蔵と、リッチ燃焼時のＮＯｘの還元とを繰り返す。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３－３０１７１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ＮＯｘ吸蔵還元触媒は、所定の温度範囲内の温度である場合にＮＯｘを効率よく吸蔵するが、当該温度範囲外の温度である場合にはＮＯｘの吸蔵効率が低下してしまう。以下、ＮＯｘ吸蔵還元触媒において、ＮＯｘを効率よく吸蔵する温度範囲を「吸蔵温度範囲」という。

【0006】

このため、従来、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の全領域の温度が吸蔵温度範囲である期間にしか、リーン燃焼を行うことができなかった。

【0007】

本発明は、このような課題に鑑み、リーン燃焼を行う期間を延長す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】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明の一実施の形態に係る排気ガス浄化装置は、
エンジンに接続された第１排気流路と、
前記第１排気流路の下流側に接続され、前記第１排気流路よりも大きい流路断面積を有する第２排気流路と、
前記第２排気流路に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒と、
前記第１排気流路に設けられた磁力発生器と、
前記磁力発生器を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、１つまたは複数のプロセッサと、前記プロセッサに接続される１つまたは複数のメモリと、を有し、
前記プロセッサは、
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒の温度分布に基づいて、前記磁力発生器を制御する。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、リーン燃焼を行う期間を延長することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明の実施形態に係る車両の構成を示す概略図である。

【図2】図２は、図１の部分拡大図である。

【図3】図３は、第１排気流路および第２排気流路の流路断面の形状の例を説明する第１の図である。

【図4】図４は、第１排気流路および第２排気流路の流路断面の形状の例を説明する第２の図である。

【図5】図５は、第１排気流路および第２排気流路の流路断面の形状の例を説明する第３の図である。

【図6】図６は、図２のＶＩ－ＶＩ線断面図である。

【図7】図７は、本発明の実施形態に係る制御装置の機能構成の一例を示すブロック図である。

【図8】図８は、低温低速状態である場合の適温領域を説明する図である。

【図9】図９は、中温中速状態である場合の適温領域を説明する図である。

【図10】図１０は、高温高速状態である場合の適温領域を説明する図である。

【図11】図１１は、本発明の実施形態に係る排気ガス浄化方法の処理の流れを示すフローチャートである。

【図12】図１２は、変形例に係る第１排気流路、第２排気流路、ＮＯｘ吸蔵還元触媒、および、磁力発生器を説明する図である。

【図13】図１３は、図１２のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の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具体的な寸法、材料、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。

【0012】

図１は、本発明の実施形態に係る車両１００の構成を示す概略図である。なお、図１中、破線の矢印は、信号の流れを示す。

【0013】

図１に示すように、車両１００は、エンジン１１０と、吸気管１２０と、排気管１３０と、排気ガス浄化装置１５０と、マフラ１６０とを含む。

【0014】

車両１００は、エンジン１１０のみを駆動源として備える。エンジン１１０は、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンである。ただし、本発明に係る車両は、この例に限定されず、例えば、エンジン１１０に加えてモータを駆動源として備えるハイブリッド車両であってもよい。

【0015】

エンジン１１０の吸気ポートには、吸気マニホールドが連通される。吸気マニホールドの集合部には、吸気管１２０が連通される。吸気管１２０内には、吸気流路１２２が形成される。

【0016】

エンジン１１０の排気ポートには排気マニホールドが連通される。排気マニホールドの集合部には、排気管１３０が連通される。排気管１３０内には、排気流路１３２が形成される。排気流路１３２には、エンジン１１０から近い順に、後述する三元触媒２１０、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０、および、マフラ１６０が設けられる。

【0017】

排気ガス浄化装置１５０は、エンジン１１０から排気される排気ガスを浄化する。排気ガス浄化装置１５０によって浄化された排気ガスは、マフラ１６０を通じて排気される。以下、排気ガスの流れ方向の下流側を単に「下流側」という場合がある。また、排気ガスの流れ方向の上流側を単に「上流側」という場合がある。

【0018】

［排気ガス浄化装置１５０］
続いて、本実施形態に係る排気ガス浄化装置１５０について説明する。

【0019】

図１に示すように、排気ガス浄化装置１５０は、三元触媒（ＴＷＣ：Three-Way Catalyst）２１０と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＬＮＴ：Lean NOx Trap）２２０と、磁力発生器２３０ａ、２３０ｂと、温度センサ２４０と、吸入空気量センサ２４２と、空燃比センサ２４４と、制御装置２５０とを含む。

【0020】

三元触媒２１０は、排気流路１３２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）、ＯＳＣ材（例えば、セリア）を含む。三元触媒２１０は、エンジン１１０から排出された排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、ＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化（酸化還元）する。

【0021】

ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０は、排気流路１３２における三元触媒２１０の後段（排気ガスの流れ方向の下流側）に設けられる。換言すれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０は、排気流路１３２における三元触媒２１０とマフラ１６０との間に設けられる。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０は、例えば、バリウム（Ｂａ）、カリウム（Ｋ）を含む。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０は、エンジン１１０がリーン燃焼を行っている場合に、ＮＯｘを吸蔵する。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０は、エンジン１１０がリッチ燃焼を行っている場合に、吸蔵したＮＯｘを浄化（還元）する。

【0022】

以下、三元触媒２１０とＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０とを接続する排気管１３０を「排気管１３０ａ」、「排気管１３０ｂ」とする。また、排気管１３０ａ内に形成される排気流路１３２を「第１排気流路１３２ａ」とする。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０が設けられる排気管１３０を「排気管１３０ｃ」とする。また、排気管１３０ｃ内に形成される排気流路１３２を「第２排気流路１３２ｃ」とする。ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０とマフラ１６０とを接続する排気管１３０を「排気管１３０ｄ」、「排気管１３０ｅ」とする。

【0023】

図２は、図１の部分拡大図である。図３は、第１排気流路１３２ａおよび第２排気流路１３２ｃの流路断面の形状の例を説明する第１の図である。図４は、第１排気流路１３２ａおよび第２排気流路１３２ｃの流路断面の形状の例を説明する第２の図である。図５は、第１排気流路１３２ａおよび第２排気流路１３２ｃの流路断面の形状の例を説明する第３の図である。図６は、図２のＶＩ－ＶＩ線断面図である。

【0024】

排気管１３０ａ、排気管１３０ｃ、排気管１３０ｅは、直線状の配管である。排気管１３０ｃの管径は、排気管１３０ａ、１３０ｅの管径より大きい。排気管１３０ａ内には、第１排気流路１３２ａが形成される。排気管１３０ｃ内には、第２排気流路１３２ｃが形成される。つまり、第２排気流路１３２ｃは、第１排気流路１３２ａの下流側に接続される。第２排気流路１３２ｃは、第１排気流路１３２ａよりも大きい流路断面積を有する。排気管１３０ｂは、排気管１３０ａと排気管１３０ｃとを接続する配管である。排気管１３０ｂは、排気管１３０ａとの接続箇所から排気管１３０ｃとの接続箇所に向かって流路断面積が漸増する配管である。排気管１３０ｄは、排気管１３０ｃと排気管１３０ｅとを接続する配管である。排気管１３０ｄは、排気管１３０ｃとの接続箇所から排気管１３０ｅとの接続箇所に向かって流路断面積が漸減する配管である。

【0025】

排気管１３０ａの断面形状、つまり、第１排気流路１３２ａの流路断面の形状は、特に限定されない。また、排気管１３０ｃの断面形状、つまり、第２排気流路１３２ｃの流路断面の形状は、特に限定されない。例えば、図３、図４に示すように、第１排気流路１３２ａの流路断面の形状は、真円形であってもよい。また、図５に示すように、第１排気流路１３２ａの流路断面の形状は、角丸長方形であってもよい。また、第１排気流路１３２ａの流路断面の形状は、楕円形、または、矩形であってもよい。また、図３に示すように、第２排気流路１３２ｃの流路断面の形状は、真円形であってもよい。図４に示すように、第２排気流路１３２ｃの流路断面の形状は、長円形であってもよい。長円形は、２つの等しい長さの平行線と２つの半円形からなる形状である。また、図５に示すように、第２排気流路１３２ｃの流路断面の形状は、角丸長方形であってもよい。また、第２排気流路１３２ｃの流路断面の形状は、楕円形、または、矩形であってもよい。

【0026】

本実施形態では、図６に示すように、第１排気流路１３２ａの流路断面の形状が、真円形であり、第２排気流路１３２ｃの流路断面の形状が、楕円形である例について主に説明する。

【0027】

また、図２に示すように、本実施形態において、第１排気流路１３２ａの中心軸ＣＡ１と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０（第２排気流路１３２ｃ）の中心軸ＣＡ２とは、ずれている。つまり、第２排気流路１３２ｃは、第１排気流路１３２ａに対して偏って接続される。なお、本実施形態において、第１排気流路１３２ａの中心軸ＣＡ１と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の中心軸ＣＡ２とは、平行である。第１排気流路１３２ａおよび第２排気流路１３２ｃは、第１排気流路１３２ａから第２排気流路１３２ｃに直進した排気ガスがＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０のうち第１排気流路１３２ａの正面の第１領域（直進領域ＳＲ）に偏って供給されるように構成されている。

【0028】

磁力発生器２３０ａ、２３０ｂは、第１排気流路１３２ａ、および、第１排気流路１３２ａと第２排気流路１３２ｃとを接続する排気流路１３２ｂに設けられる。本実施形態において、磁力発生器２３０ａ、２３０ｂは、排気管１３０ａ、１３０ｂの外側に設けられる。磁力発生器２３０ａと磁力発生器２３０ｂとは、第１排気流路１３２ａまたは排気流路１３２ｂを挟んで対向する。磁力発生器２３０ａ、２３０ｂは、例えば、電磁石である。磁力発生器２３０ａ、２３０ｂは、後述する磁力制御部２６４によって制御される。

【0029】

図１に戻って説明すると、温度センサ２４０は、第１排気流路１３２ａに設けられる。温度センサ２４０は、第１排気流路１３２ａを流れる排気ガスの温度を検出する。

【0030】

吸入空気量センサ２４２は、吸気流路１２２に設けられる。吸入空気量センサ２４２は、エンジン１１０に供給される吸入空気量を検出する。

【0031】

空燃比センサ２４４は、排気流路１３２におけるエンジン１１０と三元触媒２１０との間に設けられる。空燃比センサ２４４は、エンジン１１０から排気された排気ガスの空燃比を検出する。

【0032】

制御装置２５０は、１つまたは複数のプロセッサ２５２と、プロセッサ２５２に接続される１つまたは複数のメモリ２５４と、を有する。プロセッサ２５２は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を含む。メモリ２５４は、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）およびＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などを含む。ＲＯＭは、ＣＰＵが使用するプログラムおよび演算パラメータ等を記憶する記憶素子である。ＲＡＭは、ＣＰＵにより実行される処理に用いられる変数およびパラメータ等のデータを一時記憶する記憶素子である。

【0033】

制御装置２５０は、車両１００に設けられる各装置（例えば、エンジン１１０、温度センサ２４０、吸入空気量センサ２４２、空燃比センサ２４４等）と通信を行う。制御装置２５０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。

【0034】

図７は、本発明の実施形態に係る制御装置２５０の機能構成の一例を示すブロック図である。例えば、図７に示すように、制御装置２５０は、推定部２６０、空燃比制御部２６２、および、磁力制御部２６４を有する。なお、推定部２６０、空燃比制御部２６２、および、磁力制御部２６４により行われる以下で説明する処理を含む各種処理は、プロセッサ２５２によって実行され得る。詳細には、メモリ２５４に記憶されているプログラムをプロセッサ２５２が実行することにより、各種処理が実行される。

【0035】

推定部２６０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０のうち、吸蔵温度範囲の領域を推定する。吸蔵温度範囲とは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０において、ＮＯｘを効率よく吸蔵する温度範囲を意味する。吸蔵温度範囲は、例えば、２５０℃以上、４００℃以下の温度範囲である。以下、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０のうち、吸蔵温度範囲の領域を「適温領域ＴＲ」という。

【0036】

推定部２６０は、第１排気流路１３２ａを流れる排気ガスの温度、および、第１排気流路１３２ａを流れる排気ガスの流速に基づいて、適温領域ＴＲを推定する。適温領域ＴＲの位置は、第１排気流路１３２ａを流れる排気ガスの温度、および、第１排気流路１３２ａを流れる排気ガスの流速に応じて変化する。具体的に説明すると、本実施形態に係る排気ガス浄化装置１５０は、第１排気流路１３２ａと、第１排気流路１３２ａよりも大きい流路断面積を有する第２排気流路１３２ｃとを備える。このため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０に供給される排気ガスの状態が、低温低速状態である場合、中温中速状態である場合、高温高速状態である場合それぞれにおいて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０における適温領域ＴＲの位置が変化する。

【0037】

低温低速状態は、車両１００の冷態始動時等、第１排気流路１３２ａを流れる排気ガスの温度が第１温度未満であり、かつ、第１排気流路１３２ａを流れる排気ガスの流速が第１速度未満である状態である。なお、第１温度は、吸蔵温度範囲の下限値（例えば２５０℃）以上、上限値（例えば４００℃）以下の温度である。

【0038】

そして、低温低速状態からエンジン１１０の負荷が増加すると、第１排気流路１３２ａを流れる排気ガスの温度が第１温度以上となり、また、第１排気流路１３２ａを流れる排気ガスの流速が第１速度以上となり、低温低速状態から中温中速状態に移行する。

【0039】

車両１００が高速道路を走行する場合等、中温中速状態からさらにエンジン１１０の負荷が増加すると、第１排気流路１３２ａを流れる排気ガスの温度が第２温度以上となり、かつ、第１排気流路１３２ａを流れる排気ガスの流速が第２速度以上となる高温高速状態に移行する。なお、第２温度は、第１温度超の温度であり、中温中速状態の排気ガスよりも高い温度である。また、第２速度は、第１速度超の速度であり、中温中速状態の排気ガスの流速より大きい流速である。

【0040】

図８は、低温低速状態である場合の適温領域ＴＲを説明する図である。図９は、中温中速状態である場合の適温領域ＴＲを説明する図である。図１０は、高温高速状態である場合の適温領域ＴＲを説明する図である。図８～図１０中、白抜きの矢印は、排気ガスの流れを示す。図８、図１０中、破線の矢印は、磁力線を示す。図８～図１０中、実線の矢印は、排気ガスに含まれるＮＯｘおよびＯ_２（酸素）の流れを示す。

【0041】

図８に示すように、低温低速状態である場合、まず、直進領域ＳＲ（第１領域）が暖機される。直進領域ＳＲは、第１排気流路１３２ａから直進した排気ガスが供給されるＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の領域である。直進領域ＳＲは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０のうち第１排気流路１３２ａの正面の領域である。このため、排気ガスの状態が低温低速状態である場合、直進領域ＳＲが適温領域ＴＲとなる。

【0042】

一方、第２排気流路１３２ｃは、第１排気流路１３２ａよりも大きい流路断面積を有するため、直進領域ＳＲの周辺の周辺領域ＰＲ（第２領域）への排気ガスの供給量は、直進領域ＳＲへの供給量よりも少ない。また、周辺領域ＰＲは、直進領域ＳＲよりも外部への放熱量が大きい。このため、周辺領域ＰＲは、直進領域ＳＲよりも低温となる。したがって、低温低速状態である場合、周辺領域ＰＲは、吸蔵温度範囲の下限値未満となる。つまり、低温低速状態である場合、周辺領域ＰＲは、適温領域ＴＲとならない。

【0043】

そして、低温低速状態からエンジン１１０の負荷が増加すると、排気ガスの状態は、低速状態から中温中速状態に移行する。

【0044】

中温中速状態である場合、低温低速状態である場合よりも、直進領域ＳＲおよび周辺領域ＰＲの温度が上昇する。そうすると、図９に示すように、直進領域ＳＲおよび周辺領域ＰＲの両方の領域、つまり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の全領域が適温領域ＴＲとなる。

【0045】

そして、中温中速状態からさらにエンジン１１０の負荷が増加すると、排気ガスの状態は、中温中速状態から高温高速状態に移行する。

【0046】

高温高速状態である場合、直進領域ＳＲの温度は、第２温度以上となる。したがって、直進領域ＳＲは、吸蔵温度範囲の上限値超の温度となる。つまり、図１０に示すように、直進領域ＳＲは、適温領域ＴＲとならない。一方、高温高速状態である場合でも、周辺領域ＰＲは、直進領域ＳＲよりも低温であるため、適温領域ＴＲとなる。

【0047】

このように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０における適温領域ＴＲの位置は、第１排気流路１３２ａを流れる排気ガスの温度、および、第１排気流路１３２ａを流れる排気ガスの流速に応じて変化する。したがって、推定部２６０は、第１排気流路１３２ａを流れる排気ガスの温度、および、第１排気流路１３２ａを流れる排気ガスの流速に基づいて、適温領域ＴＲを推定する。なお、本実施形態において、推定部２６０は、温度センサ２４０の検出値を、第１排気流路１３２ａを流れる排気ガスの温度とする。なお、推定部２６０は、エンジン負荷に基づいて、第１排気流路１３２ａを流れる排気ガスの温度を推定してもよい。また、本実施形態において、推定部２６０は、エンジン１１０の回転数、吸入空気量センサ２４２の検出値、および、エンジン１１０における燃料噴射量の群から選択される１または複数に基づいて、第１排気流路１３２ａを流れる排気ガスの流速を推定する。

【0048】

図７に戻って説明すると、空燃比制御部２６２は、エンジン１１０における燃料の噴射量を調整して排気ガスの空燃比を制御する。空燃比制御部２６２は、ストイキモード、リーン燃焼モード、または、リッチ燃焼モードに運転モードを設定する。

【0049】

なお、ストイキモードは、空燃比をストイキとするエンジン１１０の運転モードである。つまり、空燃比制御部２６２によって運転モードがストイキモードに設定されると、エンジン１１０において、ストイキ燃焼が行われる。

【0050】

リーン燃焼モードは、空燃比をストイキよりリーンとするエンジン１１０の運転モードである。つまり、空燃比制御部２６２によって運転モードがリーン燃焼モードに設定されると、エンジン１１０において、リーン燃焼が行われる。

【0051】

リッチ燃焼モードは、空燃比をストイキよりリッチとするエンジン１１０の運転モードである。つまり、空燃比制御部２６２によって運転モードがリッチ燃焼モードに設定されると、エンジン１１０において、リッチ燃焼が行われる。

【0052】

磁力制御部２６４は、リーン燃焼が行われている間、磁力発生器２３０ａ、２３０ｂを制御する。磁力制御部２６４は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の温度分布に基づいて、磁力発生器２３０ａ、２３０ｂを制御する。磁力制御部２６４は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の温度分布の偏りがほとんどない場合、つまり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の全領域が適温領域ＴＲである場合（中温中速状態である場合）、磁力発生器２３０ａおよび磁力発生器２３０ｂへの電力の供給を停止する。

【0053】

また、磁力制御部２６４は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の温度分布の偏りが大きい場合、つまり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の一部の領域が適温領域ＴＲである場合（低温低速状態または高温高速状態である場合）、磁力発生器２３０ａおよび磁力発生器２３０ｂへ電力を供給する。本実施形態において、磁力制御部２６４は、推定部２６０によって推定された適温領域ＴＲに、排気ガスに含まれるＮＯｘおよびＯ_２が誘導されるように、磁力発生器２３０ａ、２３０ｂを制御する。

【0054】

例えば、図８に示すように、推定部２６０は、低温低速状態である場合、直進領域ＳＲが適温領域ＴＲであると推定する。したがって、低温低速状態である場合、磁力制御部２６４は、排気ガスに含まれるＮＯｘおよびＯ_２が直進領域ＳＲに誘導されるように、磁力発生器２３０ａ、２３０ｂを制御する。

【0055】

ＮＯｘ（例えば、ＮＯ（一酸化窒素）、ＮＯ_２（二酸化窒素））、および、Ｏ_２は、常磁性を有する。このため、磁力発生器２３０ａ、２３０ｂから磁力が発生されると、ＮＯｘおよびＯ_２は、磁力発生器２３０ａ、２３０ｂから発生された磁力に引き寄せられる。

【0056】

図８に示す例において、磁力制御部２６４は、磁力発生器２３０ａ、２３０ｂに電力を供給し、磁力発生器２３０ａから磁力発生器２３０ｂへ向かって磁力線が形成されるように、磁力発生器２３０ａ、２３０ｂを制御する。そうすると、第１排気流路１３２ａを流れる排気ガスに含まれるＮＯｘおよびＯ_２は、磁力発生器２３０ｂ側に引き寄せられる。これにより、排気ガスに含まれるＮＯｘおよびＯ_２を、磁力発生器２３０ｂ側、つまり、直進領域ＳＲに誘導することができる。

【0057】

また、図９に示すように、推定部２６０は、中温中速状態である場合、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の全領域が適温領域ＴＲであると推定する。中温中速状態である場合、磁力制御部２６４は、磁力発生器２３０ａおよび磁力発生器２３０ｂへの電力の供給を停止する。この場合、磁力発生器２３０ａおよび磁力発生器２３０ｂから磁力は発生されない。したがって、排気ガスに含まれるＮＯｘおよびＯ_２は、磁力発生器２３０ａ側へも磁力発生器２３０ｂ側へも引き寄せられることなく、排気ガスの流れに伴って、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の全領域に供給される。

【0058】

また、図１０に示すように、推定部２６０は、高温高速状態である場合、周辺領域ＰＲが適温領域ＴＲであると推定する。したがって、高温高速状態である場合、磁力制御部２６４は、排気ガスに含まれるＮＯｘおよびＯ_２が周辺領域ＰＲに誘導されるように、磁力発生器２３０ａ、２３０ｂを制御する。

【0059】

図１０に示す例において、磁力制御部２６４は、磁力発生器２３０ａ、２３０ｂに電力を供給し、磁力発生器２３０ｂから磁力発生器２３０ａへ向かって磁力線が形成されるように、磁力発生器２３０ａ、２３０ｂを制御する。そうすると、第１排気流路１３２ａを流れる排気ガスに含まれるＮＯｘおよびＯ_２は、磁力発生器２３０ａ側に引き寄せられる。これにより、排気ガスに含まれるＮＯｘおよびＯ_２を、磁力発生器２３０ａ側、つまり、周辺領域ＰＲに誘導することができる。

【0060】

［排気ガス浄化方法］
図１１は、本発明の実施形態に係る排気ガス浄化方法の処理の流れを示すフローチャートである。

【0061】

図１１に示すように、排気ガス浄化方法は、適温領域判定工程Ｓ１１０と、全領域判定工程Ｓ１２０と、磁力発生工程Ｓ１３０と、リーン燃焼工程Ｓ１４０とを含む。以下、各工程について詳述する。

【0062】

［適温領域判定工程Ｓ１１０］
推定部２６０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０において、適温領域ＴＲがあるか否かを判定する。その結果、適温領域ＴＲがあると判定した場合（Ｓ１１０におけるＹＥＳ）、推定部２６０は、全領域判定工程Ｓ１２０に処理を移す。一方、適温領域ＴＲがないと判定した場合（Ｓ１１０におけるＮＯ）、推定部２６０は、当該排気ガス浄化方法を終了する。

【0063】

［全領域判定工程Ｓ１２０］
推定部２６０は、適温領域ＴＲがＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の全領域であるか否かを判定する。その結果、適温領域ＴＲがＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の全領域であると判定した場合（Ｓ１２０におけるＹＥＳ）、推定部２６０は、リーン燃焼工程Ｓ１４０に処理を移す。一方、適温領域ＴＲがＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の全領域ではない、つまり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の一部の領域が適温領域ＴＲであると判定した場合（Ｓ１２０におけるＮＯ）、推定部２６０は、磁力発生工程Ｓ１３０に処理を移す。

【0064】

［磁力発生工程Ｓ１３０］
磁力制御部２６４は、排気ガスに含まれるＮＯｘおよびＯ_２が適温領域ＴＲに誘導されるように磁力発生器２３０ａおよび磁力発生器２３０ｂに電力を供給する。そして、磁力制御部２６４は、リーン燃焼工程Ｓ１４０に処理を移す。

【0065】

［リーン燃焼工程Ｓ１４０］
空燃比制御部２６２は、運転モードをリーン燃焼モードに設定する。

【0066】

以上説明したように、本実施形態に係る排気ガス浄化装置１５０は、第１排気流路１３２ａと、第１排気流路１３２ａよりも大きい流路断面積を有する第２排気流路１３２ｃとを備える。これにより、排気ガスの状態が低温低速状態である場合、および、高温高速状態である場合に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の温度分布の偏りを大きくすることができる。つまり、本実施形態に係る排気ガス浄化装置１５０は、低温低速状態である場合、および、高温高速状態である場合に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０における少なくとも一部の領域を適温領域ＴＲとすることが可能となる。

【0067】

また、本実施形態に係る排気ガス浄化装置１５０は、第１排気流路１３２ａに設けられた磁力発生器２３０ａ、２３０ｂ、および、磁力発生器２３０ａ、２３０ｂを制御する磁力制御部２６４を備える。そして、磁力制御部２６４は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の温度分布に基づいて、磁力発生器２３０ａ、２３０ｂを制御する。

【0068】

磁力制御部２６４は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の温度分布の偏りが大きい場合、つまり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の一部の領域が適温領域ＴＲである低温低速状態または高温高速状態である場合、排気ガスに含まれるＮＯｘおよびＯ_２が、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０における適温領域ＴＲに誘導されるように磁力発生器２３０ａおよび磁力発生器２３０ｂに電力を供給する。

【0069】

したがって、排気ガス浄化装置１５０は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の全領域が適温領域ＴＲとなっている場合のみならず、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の一部の領域が適温領域ＴＲとなっている場合にも、磁力制御部２６４によって、排気ガスに含まれるＮＯｘおよびＯ_２を適温領域ＴＲに誘導することができる。これにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の全領域が適温領域ＴＲになっている場合に加えて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の一部の領域が適温領域ＴＲとなっている場合にも、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０によって排気ガスに含まれるＮＯｘを吸蔵させることが可能となる。

【0070】

このため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の全領域が適温領域ＴＲになっている期間（中温中速状態の期間）に加えて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の一部の領域が適温領域ＴＲとなっている期間（低温低速状態の期間、および、高温高速状態の期間）もリーン燃焼を行うことができる。これにより、リーン燃焼を行う期間を延長することができ、燃費を向上することが可能となる。

【0071】

また、磁力制御部２６４は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の温度分布の偏りがほとんどない場合、つまり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の全領域が適温領域ＴＲである中温中速状態である場合、磁力発生器２３０ａおよび磁力発生器２３０ｂへの電力の供給を停止する。これにより、リーン燃焼中であっても、磁力発生器２３０ａ、２３０ｂへ不要に電力が供給されてしまう事態を回避することができる。

【0072】

また、上記のように、第１排気流路１３２ａの中心軸ＣＡ１とＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の中心軸ＣＡ２とはずれている。これにより、直進領域ＳＲと周辺領域ＰＲとを、排気ガスの流れ方向と交差する一方向に並列させることができる。つまり、周辺領域ＰＲを一方向に偏らせることができる。したがって、１組の磁力発生器２３０ａ、２３０ｂにより、周辺領域ＰＲ全体に、ＮＯｘおよびＯ_２を誘導することが可能となる。また、１組の磁力発生器２３０ａ、２３０ｂにより、直進領域ＳＲに、ＮＯｘおよびＯ_２を誘導することが可能となる。

【0073】

［変形例］
上記実施形態において、第１排気流路１３２ａの中心軸ＣＡ１とＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の中心軸ＣＡ２とがずれている場合について説明した。しかし、第１排気流路１３２ａの中心軸ＣＡ１とＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の中心軸ＣＡ２とは同軸であってもよい。

【0074】

図１２は、変形例に係る第１排気流路１３２ａ、第２排気流路１３２ｃ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０、および、磁力発生器２３０ａ～２３０ｄを説明する図である。図１３は、図１２のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線断面図である。

【0075】

図１２に示すように、第１排気流路１３２ａの中心軸ＣＡ１とＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の中心軸ＣＡ２とが同軸である場合、周辺領域ＰＲは、直進領域ＳＲの外周を囲むように形成される。

【0076】

上記実施形態と同様に、変形例においても、低温低速状態である場合、直進領域ＳＲが適温領域ＴＲとなる。また、中温中速状態である場合、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の全領域が適温領域ＴＲとなる。高温高速状態である場合、周辺領域ＰＲが適温領域ＴＲとなる。

【0077】

また、図１３に示すように、変形例では、磁力発生器２３０ａ～２３０ｄが設けられる。上記実施形態と同様に、磁力発生器２３０ａは、第１排気流路１３２ａを挟んで磁力発生器２３０ｂに対向する。また、変形例において、磁力発生器２３０ｃは、第１排気流路１３２ａを挟んで磁力発生器２３０ｄに対向する。磁力発生器２３０ｃおよび磁力発生器２３０ｄは、第１排気流路１３２ａの中心軸ＣＡ１を回転軸として、磁力発生器２３０ａおよび磁力発生器２３０ｂを９０度回転させた位置に設けられる。

【0078】

変形例において、磁力制御部２６４は、低温低速状態および高温高速状態である場合、磁力発生器２３０ａおよび磁力発生器２３０ｂ、または、磁力発生器２３０ｃおよび磁力発生器２３０ｄに電力を供給する。

【0079】

例えば、磁力制御部２６４が、磁力発生器２３０ａ、２３０ｂに電力を供給し、磁力発生器２３０ｂから磁力発生器２３０ａに向かって磁力線が形成されるように、磁力発生器２３０ａ、２３０ｂを制御する。そうすると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の周辺領域ＰＲのうち、磁力発生器２３０ａに対応する領域（図１２、図１３中、周辺領域ＰＲのうちの直進領域ＳＲの上側の領域）にＮＯｘおよびＯ_２を誘導することができる。

【0080】

同様に、磁力制御部２６４が、磁力発生器２３０ａ、２３０ｂに電力を供給し、磁力発生器２３０ａから磁力発生器２３０ｂに向かって磁力線が形成されるように、磁力発生器２３０ａ、２３０ｂを制御する。そうすると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の周辺領域ＰＲのうち、磁力発生器２３０ｂに対応する領域（図１２、図１３中、周辺領域ＰＲのうちの直進領域ＳＲの下側の領域）にＮＯｘおよびＯ_２を誘導することができる。

【0081】

また、磁力制御部２６４が、磁力発生器２３０ｃ、２３０ｄに電力を供給し、磁力発生器２３０ｄから磁力発生器２３０ｃに向かって磁力線が形成されるように、磁力発生器２３０ｃ、２３０ｄを制御する。そうすると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の周辺領域ＰＲのうち、磁力発生器２３０ｃに対応する領域（図１２中、周辺領域ＰＲのうちの直進領域ＳＲよりも紙面奥側の領域、図１３中、周辺領域ＰＲのうちの直進領域ＳＲの左側の領域）にＮＯｘおよびＯ_２を誘導することができる。

【0082】

同様に、磁力制御部２６４が、磁力発生器２３０ｃ、２３０ｄに電力を供給し、磁力発生器２３０ｃから磁力発生器２３０ｄに向かって磁力線が形成されるように、磁力発生器２３０ｃ、２３０ｄを制御する。そうすると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の周辺領域ＰＲのうち、磁力発生器２３０ｄに対応する領域（図１２中、周辺領域ＰＲのうちの直進領域ＳＲよりも紙面手前側の領域、図１３中、周辺領域ＰＲのうちの直進領域ＳＲの右側の領域）にＮＯｘおよびＯ_２を誘導することができる。

【0083】

変形例に係る磁力制御部２６４は、磁力発生器２３０ａから磁力発生器２３０ｂに向かって磁力線が形成される制御、磁力発生器２３０ｂから磁力発生器２３０ａに向かって磁力線が形成される制御、磁力発生器２３０ｃから磁力発生器２３０ｄに向かって磁力線が形成される制御、および、磁力発生器２３０ｄから磁力発生器２３０ｃに向かって磁力線が形成される制御を満遍なく行うことが好ましい。これにより、磁力制御部２６４は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０における周辺領域ＰＲに偏りなくＮＯｘを吸蔵させることができる。

【0084】

以上説明したように、第１排気流路１３２ａの中心軸ＣＡ１とＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の中心軸ＣＡ２とが同軸であっても、第２排気流路１３２ｃが第１排気流路１３２ａよりも大きい流路断面積を有しているため、排気ガスの状態が低温低速状態である場合、および、高温高速状態である場合に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の温度分布の偏りを大きくすることができる。つまり、変形例に係る排気ガス浄化装置１５０であっても、低温低速状態である場合、および、高温高速状態である場合に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０における少なくとも一部の領域を適温領域ＴＲとすることが可能となる。

【0085】

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。

【0086】

また、上記実施形態において、磁力発生器２３０ａ、２３０ｂが、第１排気流路１３２ａ、および、第１排気流路１３２ａと第２排気流路１３２ｃとを接続する排気流路１３２ｂに設けられる構成について説明した。しかし、磁力発生器２３０ａ、２３０ｂは、少なくとも第１排気流路１３２ａに設けられていればよい。これにより、磁力発生器２３０ａ、２３０ｂは、排気ガスに含まれるＮＯｘおよびＯ_２を、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０における適温領域ＴＲに効率よく誘導することができる。

【0087】

また、上記実施形態において、推定部２６０が、第１排気流路１３２ａを流れる排気ガスの温度、および、第１排気流路１３２ａを流れる排気ガスの流速に基づいて、適温領域ＴＲを推定する構成について説明した。しかし、推定部２６０は、他の構成で適温領域ＴＲを推定してもよい。例えば、エンジン負荷と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒２２０の温度分布とが関連付けられたマップをメモリ２５４に予め記憶させておき、推定部２６０は、エンジン負荷に基づき、当該マップを参照して、適温領域ＴＲを推定してもよい。

【0088】

また、上記実施形態において、空燃比制御部２６２が、ストイキモード、リーン燃焼モード、または、リッチ燃焼モードに運転モードを設定する場合を例に挙げた。しかし、空燃比制御部２６２は、リーン燃焼モード、または、リッチ燃焼モードに運転モードを設定してもよい。

【符号の説明】

【0089】

ＰＲ 周辺領域（第２領域）
ＳＲ 直進領域（第１領域）
１１０ エンジン
１２０ 吸気管
１３２ａ 第１排気流路
１３２ｃ 第２排気流路
１５０ 排気ガス浄化装置
２２０ ＮＯｘ吸蔵還元触媒
２３０ａ 磁力発生器
２３０ｂ 磁力発生器
２３０ｃ 磁力発生器
２３０ｄ 磁力発生器
２５０ 制御装置
２５２ プロセッサ
２５４ メモリ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】