JPH0693846A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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JPH0693846A
JPH0693846A JP4245227A JP24522792A JPH0693846A JP H0693846 A JPH0693846 A JP H0693846A JP 4245227 A JP4245227 A JP 4245227A JP 24522792 A JP24522792 A JP 24522792A JP H0693846 A JPH0693846 A JP H0693846A
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exhaust gas
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exhaust
adsorbed
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Mikio Matsumoto
幹雄 松本
Tadaki Ota
忠樹 太田
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】内燃機関におけるHC浄化性能を高める。 【構成】機関1の冷温時にバイパス通路6を開通して吸
着剤5に排気中のHCを吸着させる時に、水温,吸着剤
5を通過する排気速度,吸着剤温度に基づいて吸着され
るHCの総量を推定し、また、排気温度が上昇して吸着
剤5からHCを脱離させる時に、吸着剤5を通過する排
気速度,吸着剤温度,HC残量に基づいて脱離開始時か
ら脱離されたHCの総量を求め、前記HC吸着総量から
差し引くことにより吸着剤へのHC残量を推定し、該推
定された残量に基づいて制御弁7,8の開度を制御して
バイパス通路6への排気の分流比を制御することによ
り、排気浄化用触媒3のHC浄化性能に見合った量のH
Cを脱離させるように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気浄化装
置に関し、特に排気中のHCを一時的に吸着する機能を
備えた装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】車両用の内燃機関においては排気浄化の
ため、排気通路中に排気中のHC (未燃ガス) ,COを
2 O,CO2 に酸化する一方、NOX をN2 に還元し
て浄化する三元浄化触媒と称される排気浄化用触媒が介
装されている。ところで前記排気中の有害成分の中、H
Cの排出量は特に排気温度に影響されやすい。即ち、貴
金属触媒を使用する場合でも、HCの浄化には一般に3
00°C以上の触媒温度を必要とする。そのため、前記
三元触媒を備えただけの排気浄化装置では、機関の冷温
始動直後など排気温度の低い時には、HCは前記触媒に
よって浄化されがたい。
【0003】このため、車両用の排気浄化装置として、
特開昭63−68713号公報に示されるように、前記
排気浄化用触媒の上流側の排気通路にHCを吸着するた
めの吸着材を介装したものが提案されている。このもの
では、吸着材が低温時にはHCを吸着し、高温になると
吸着されたHCを脱離する特性があることを利用し、排
気浄化用触媒の上流の排気通路の一部に前記吸着材を介
装したバイパス通路を並列に接続して主通路とバイパス
通路とを選択的に開閉自由な構成とし、排気浄化用触媒
が活性化される前の低温時に前記バイパス通路を開いて
吸着材にHCを吸着しておき、一旦バイパス通路を閉じ
た後、高温になって排気浄化用触媒が活性化してから再
度バイパス通路を開いて吸着されたHCを脱離させて排
気浄化用触媒で浄化するようになっている。吸着材とし
ては、ゼオライトが吸着性に優れていることから例えば
モノリス担体にゼオライトをコーティングしたものが提
案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、かかる吸着
材を備えた排気浄化装置においては、従来吸着時に吸着
剤に吸着剤されたHCの量あるいは脱離時に吸着剤に残
っているHCの量を知ることなく脱離動作を行ってい
る。このため、次の吸着時における吸着能力を最大限に
確保すべく脱離を完了しておく必要があるので、脱離時
間を必要以上に長めに設定してあり、脱離後の吸着の再
開時期に遅れを来たし、また、高温の排気に晒される時
間が増大して吸着剤の温度劣化を早めたり、吸着剤通過
による排気抵抗が増大して燃費を悪化させてしまう等の
問題を生じていた。
【0005】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
なされたもので、吸着動作時におけるHCの吸着剤への
吸着量や脱離時における吸着剤のHCの残量等を推定
し、さらにかかる推定に基づいて脱離動作を制御するこ
とにより、HC浄化性能を可及的に高められるようにし
た内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】このため本発明は、図1
に示すように機関の排気通路に排気浄化用触媒を備える
と共に、該排気浄化用触媒の上流の排気通路の一部を主
通路と該主通路に並列に接続され排気中のHCを低温時
に吸着し高温時に脱離する機能を有した吸着剤を介装し
たバイパス通路とで構成し、前記主通路とバイパス通路
との排気の分流比を制御しつつ排気浄化用触媒の活性化
前の低温状態で吸着剤に排気中のHCを吸着し、排気浄
化用触媒の活性化後の高温状態で吸着剤に吸着されたH
Cを脱離して排気浄化用触媒により浄化させるようにし
た内燃機関の排気浄化装置において、排気中のHC排出
量を検出する手段と、吸着剤を通過する排気の流速を検
出する手段と、吸着剤の温度を検出する手段と、これら
各手段により検出されるHC排出量,排気流速及び吸着
剤温度に基づいて前記HCの吸着動作時に吸着剤に吸着
されるHCの総量を推定する手段と、を含んで構成し
た。
【0007】また、前記各手段により検出される排気の
吸着剤を通過する流速及び吸着剤温度に基づいて前記H
Cの吸着剤からのHCの脱離動作時に吸着剤から脱離す
るHCの総量を推定する手段を含み、前記吸着剤に吸着
されたと推定されるHCの総量から前記吸着剤から脱離
したと推定されるHCの総量を差し引いて吸着剤に吸着
されているHCの残量を推定する手段と、を含んで構成
してもよい。
【0008】更に、吸着剤に吸着されていると推定され
たHCの残量に基づいて主通路とバイパス通路との排気
の分流比を制御する手段を含んで構成してもよい。ま
た、吸着剤に吸着されていると推定されたHCの残量に
基づいて脱離が完了していると判断した時には前記分流
比制御手段によりバイパス通路を全閉として脱離動作を
終了させる手段を含んで構成してもよい。
【0009】
【作用】 HCの吸着動作時においては、HCの排出量
が機関運転状態、例えば機関回転数,負荷,水温等の運
転条件毎のHC排出特性を予め実験等により求めてお
き、逐次前記運転条件毎の値を検索することにより検出
され、吸着剤を通過する排気の流速が排気流量あるいは
吸気流量等を用いて検出され、吸着剤温度が温度センサ
等により直接的又は排気温度や機関運転条件,始動後経
過時間等から検出される。
【0010】ここでHCの排出量は吸着剤に供給される
HC量であり、また、排気の流速,吸着剤温度によって
吸着剤のHC吸着性能が定められる。具体的には、排気
流速が高いほど、また、吸着剤温度が高いほど吸着しに
くくなるので、これらの傾向を予め求めておいて、検出
値に応じた吸着剤のHC吸着性能を割り出し、供給され
るHC量と吸着性能との関係から、単位時間毎に吸着剤
に吸着されるHC量を積算すれば、吸着動作時において
吸着されたHCの総量が求められる。
【0011】また、脱離動作時においては、吸着剤を通
過する排気の流速は吸着時とは逆に流速の増大によって
単位時間内に基準クランク角度に流入する排気の熱エネ
ルギを増大させるからHCが脱離しやすくなり、吸着剤
温度の上昇もHC分子の運動エネルギーを増加させるた
めHCが脱離しやすくなる。そこで、これらの傾向を予
め求めておいて、検出値に応じた吸着剤からのHC脱離
性能を割り出し、単位時間毎に吸着剤から脱離するHC
量を積算すれば、脱離動作時において脱離されたHCの
総量が求められる。そして、前記吸着動作時に吸着剤に
吸着されたと推定されるHCの総量から、脱離動作時に
吸着剤から脱離されたと推定されるHCの総量を差し引
けば、脱離動作中に吸着剤に残存しているHCの量を推
定することができる。
【0012】また、前記のようにして吸着剤に吸着され
ているHCの残量がわかれば、脱離時に排気浄化用触媒
のHC浄化性能を考慮して、主通路とバイパス通路との
排気の分流比を制御することにより、排気浄化用触媒で
処理しうるだけのHCが過不足なく脱離されるようにバ
イパス通路,即ち、吸着剤への排気流量を制御すること
ができ、HC浄化性能を確保しつつ脱離動作時間を短縮
して、吸着剤の再生を早めることができる。
【0013】そして、推定された吸着剤のHC残量が十
分少なくなって脱離が完了されたと判定された場合に、
バイパス通路を閉じ主通路を全開とすることによって、
吸着剤への排気流通を停止して排気抵抗を減少させて燃
費を改善できると共に、吸着剤の熱的劣化を抑制でき
る。
【0014】
【実施例】以下に本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。本発明の一実施例の構成を示す図2において、内燃
機関1の排気通路2には、排気浄化用触媒 (三元触媒)
3が介装され、該排気浄化用触媒3より上流側の排気通
路2の一部が主通路4と、該主通路4と並列に接続され
吸着材5を介装したバイパス通路6とで構成されてい
る。前記主通路4とバイパス通路6との上流側と下流側
の分岐点には、これら主通路4とバイパス通路6との開
度比を連続的に連動制御して排気の分流比を制御する手
段として例えば電磁式の制御弁7,8が介装されてい
る。尚、簡易的には上流側又は下流側の分岐点の一方の
みに制御弁を設けてもよい。
【0015】また、前記吸着剤5下流のバイパス通路6
には排気温度TE を検出することにより吸着剤の温度を
検出する手段となる温度センサ9が装着されている。前
記温度センサ9の他、機関冷却水温度 (水温) TW を検
出する水温センサ10、機関回転数Nを検出する回転数セ
ンサ11が設けられ、これらセンサ類からの各検出信号及
び別途演算された基本燃料噴射量TP が機関負荷の検出
信号としてコントロールユニット12に出力され、コント
ロールユニット12は、これら信号に基づいて排気中HC
の吸着及び脱離制御を行う。
【0016】前記コントロールユニット10による排気中
HCの吸着及び脱離制御を図3に示したフローチャート
に従って説明する。ステップ (図ではSと記す。以下同
様) 1では、前記各センサ類で検出された水温TW ,機
関回転数N及び別ルーチンで演算された基本燃料噴射量
P を読み込む。
【0017】ステップ2では、吸着剤5にHCを吸着す
る運転条件か否かを判定する。具体的には、水温TW
所定値以下であって、排気浄化用触媒3が非活性状態で
HCの浄化性能が低く、かつ、吸着剤5のHC吸着剤能
力は十分高い条件をHCの吸着条件とする。前記ステッ
プ2でHCの吸着条件と判定された場合は、ステップ3
へ進み、制御弁7,8をバイパス通路6側を全開 (この
時主通路4側は全閉、以下バイパス通路6側を基準とす
る) として吸着動作を開始する。
【0018】次いでステップ4へ進み、HCの (単位時
間当りの) 排出量を演算する。具体的には、燃料噴射量
(最終的な燃料噴射量TI 又は基本燃料噴射量TP )
に、運転条件に応じて設定される補正係数を乗じて求め
る。ここで補正係数は、前記ステップ1で読み込んだ水
温TW ,基本燃料噴射量TP (負荷) ,機関回転数Nに
基づいて設定する。これら水温TW ,基本燃料噴射量T
P ,機関回転数NとHC排出量との関係について説明す
ると、水温TW が低いほど燃料の気化が悪い等の理由で
HCの発生量が大であり、基本燃料噴射量TP (負荷)
が大であるほど、機関に供給される燃料が増大する等の
理由でHC発生量が大であり、機関回転数Nが大である
ほど排気流量が増大するので比例的に大となる傾向があ
る。そこで、例えばこれらの各条件をパラメータとして
実験等により予め設定された補正係数の4次元マップテ
ーブルからの検索により求めるか、或いは記憶データ量
を少なくするため図4に示すような補正係数K1
2 ,K3 を個別のマップテーブルとして設定しておい
て、各検出値に基づいて検索した補正係数K1 ,K2
3 を乗じて求めるようにすればよい。また、この他
に、空燃比や点火時期等によってもHC排出量が影響さ
れるので、これらの値を考慮してより高精度に求めるこ
ともできる。
【0019】次に、ステップ5では、吸着剤5を通過す
る排気の流速を演算する。基本的には制御弁7,8が全
開であり、排気の略全量がバイパス通路6に流れるの
で、排気の単位時間当りの流量に比例する値として求め
られ、排気流量は簡単のため略吸入空気流量に等しいと
すれば、基本燃料噴射量TP と機関回転数Nとの積に比
例する値として求められる吸入空気流量Q又は図示しな
いエアフローメータによって検出される吸入空気流量Q
に、流速換算の係数を乗じて演算すればよい。ここで、
前記係数は、吸着剤5の取付位置や容量を考慮して設定
するとより精度が向上する。
【0020】ステップ6では、前記温度センサ9により
検出された吸着剤5下流の排気温度に基づいて吸着剤5
の温度を検出する。尚、吸着剤にセンサ部を挿入して直
接吸着剤温度を検出するセンサを設けて検出してもよ
く、或いは、機関運転条件、始動後経過時間等からの推
定により求めてもよい。ステップ7では、このようにし
て求められたHCの排出量,排気流速,吸着剤温度に基
づいて単位時間 (例えば、本ルーチンの実行周期) 当り
の吸着剤5へのHC吸着量を演算する。ここで、前記各
条件とHCの吸着量との関係を説明すると、HC吸着量
はHC排出量に比例的に増大することは明らかであり、
また、排気流速が大きくなるほどHCの吸着材5を通過
する時間が短くなるため、吸着しにくくなり、また、吸
着剤温度が大きいほどHC分子の内部エネルギーが大き
いため吸着しにくくなる。そこで、前記各条件をパラメ
ータとして実験的に設定されたHC吸着量の4次元マッ
プテーブルからの検索により求めるか、簡易的に図5に
示すような補正係数K4 ,K5 ,K6 を個別のマップテ
ーブルとして設定しておいて、各検出値に基づいて検索
した補正係数K4 ,K5 ,K6 を乗じて求めるようにす
ればよい。
【0021】ステップ8では、上記のようにして求めら
れた単位時間当りのHC吸着量を積算して現在吸着剤5
に吸着されているHC量を求める。ステップ9では、脱
離の終了時に1にセットされるパージフラグFを0にリ
セットする。このようにして吸着剤5への吸着が遂行さ
れ、水温の上昇と共に吸着剤5温度が上昇してステップ
2での吸着条件が満たされなくなったと判定されると、
ステップ10へ進み、今度は吸着剤5から吸着されている
HCを脱離する条件を満たしているか否かを判定する。
具体的には水温TW や排気温度TE が所定温度以上であ
ることの検出或いは始動後の所定時間が経過しているこ
と等から排気浄化用触媒3が活性化される温度に達して
いることが検出され、かつ、空燃比センサや運転条件の
検出値等から空燃比が過濃でないことが検出され、か
つ、吸着剤5に流入する排気の温度が所定値以上である
ことが検出され、かつ、機関回転数及び負荷等で検出さ
れる排気流量が所定値以上であることを検出されたとき
等を脱離条件とする。
【0022】前記ステップ2の吸着剤5への吸着条件が
満たされなくなってから、前記脱離条件が満たされるま
でには通常時間があり、その間はステップ11へ進んで、
制御弁7,8を主通路4全開側に切り換え、バイパス通
路6を閉じる。これにより、吸着剤5には排気が流れな
いので、その後吸着剤5温度上昇は抑えられてHCを脱
離する温度に達しないのでHCを脱離することなく、H
Cを保持している。
【0023】その後、水温TW や排気温度等の上昇によ
って排気浄化用触媒3が活性化されるなどしてステップ
10の脱離条件が満たされると、ステップ12以降に進んで
脱離動作が開始される。まず、ステップ12では前記パー
ジフラグFの値をみて脱離が完了しているか否かを判定
する。
【0024】脱離の完了前はステップ13へ進んで、吸着
剤5を通過する排気の流速を演算する。該排気の流速
は、吸着時の場合と同様吸入空気流量Qに係数を乗じて
得られる値に、制御弁7,8による主通路4とバイパス
通路6との開度比から求められる係数を乗じて求められ
る。該開度比に応じた係数は、バイパス通路6側の開度
が大であるほど大で全開時に1に設定されており、この
係数を乗じることでバイパス通路6に流入する排気流量
に比例した値として排気流速を求めることができる。
尚、脱離開始時は制御弁7,8がバイパス通路6を全閉
としているので、前記開度比に応じた係数は0となる。
【0025】ステップ14では、吸着剤5下流の排気温度
E から吸着剤5の温度を検出する。ステップ15では、
前記吸着剤5を通過する排気の流速と、前記吸着剤5の
温度と、現在吸着剤5に吸着しているHCの残量とに基
づいて単位時間 (例えば本ルーチンの実行周期) 当りの
HCの脱離量を演算する。尚、HCの残量は、後述する
演算により求められるように脱離が進むに連れて減少す
る。ここで、排気の流速が大のとき、吸着剤温度が高い
とき、HC残量が大であるときほど夫々HCの脱離量は
大となる傾向があるから、これら各条件をパラメータと
して実験等により予め設定されたHC脱離量の4次元マ
ップテーブルからの検索により求めるか、簡易的に図6
に示すような補正係数K7 ,K8 ,K9 を個別のマップ
テーブルとして設定しておいて、各検出値に基づいて検
索した補正係数K7 ,K8 ,K9を乗じて求めるように
すればよい。
【0026】ステップ16では、上記のようにして求めら
れた単位時間当りのHC脱離量を積算して脱離開始後吸
着剤5から脱離されたHCの総量を求める。ステップ17
では、前記吸着動作時に吸着剤5に吸着されたHCの総
量ΣHCaから前記ステップ16で求められた脱離開始後
に脱離されたHCの総量ΣHCp を差し引くことによ
り、現在HCに吸着されているHCの残量を求める。
【0027】ステップ18では、ステップ17で求められた
HCの残量が0であるか否かによってHCの吸着剤5か
らの脱離が完了したか否かを判定する。脱離の完了前
は、ステップ19へ進み、HCの残量に基づいて制御弁
7,8の開度比を制御して主通路4とバイパス通路6と
の分流比を制御する。ここで、排気浄化用触媒3の活性
化され状態でのHC浄化能力に見合った量のHCが過不
足なく脱離されるようにバイパス通路6への排気流量を
制御すべく、制御弁7,8の開度比を制御して分流比が
制御される。具体的には、吸着剤5へのHCの残量が多
いときほど、脱離量が増大するので、脱離量を浄化能力
に見合った所定値に保持すべく図7に示すように設定さ
れた分流比 (バイパス通路6の全開を1,全閉を0とす
る) に制御する。
【0028】かかる脱離を継続して行うことにより、ス
テップ18で脱離が完了したと判定されると、ステップ20
へ進んで制御弁7,8によりバイパス通路6を全閉と
し、主通路4を全開とするように制御する。これによ
り、排気の略全量が主通路4に流れ、バイパス通路6に
は排気が流れないので、吸着剤5に高温な排気が無駄に
流れることを防止して吸着剤5の熱的劣化を抑制できる
と共に、吸着剤5通過時の排気抵抗増大による燃費の悪
化を抑制できる。
【0029】次いでステップ21に進み、前記パージフラ
グFを1にセットする。これにより、ステップ12でパー
ジフラグFが1であると判定された場合は、HC残量の
推定演算を行うことなくステップ11へ進んで主通路4を
全開 (バイパス通路を全閉)に保持する。尚、以上の説
明では、吸着材5上流に触媒 (所謂プーリ触媒) を配す
る既述を含んでいないが、更に排気浄化性能を高めるた
め、このプーリ触媒があってもよい。
【0030】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、吸着動作時に吸着剤に吸着されるHCの総量を排気
中のHC排出量,吸着剤を通過する排気の流速及び吸着
剤温度に基づいて推定する構成としたため、該吸着され
るHCの総量を高精度に推定することができる。
【0031】また、脱離動作時に吸着剤から脱離するH
Cの総量も吸着剤を通過する排気の流速及び吸着剤温度
に基づいて高精度に推定し、前記吸着されたHCの総量
から脱離されたHCの総量を差し引くことにより、脱離
動作中の吸着剤へのHCの残量も高精度に推定できる。
そして、前記推定されたHCの残量に基づいて主通路と
バイパス通路との開度比を制御し、残量が十分少なくな
って脱離の完了を検出したときにバイパス通路を全閉と
することにより、排気浄化用触媒のHC浄化能力に見合
った量のHCを過不足なく脱離させることができ、HC
浄化性能を良好に維持しつつ、可及的に脱離時間を短縮
でき、吸着剤の再生を早めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の構成,機能を示すブロック図
【図2】本発明の一実施例のシステム構成を示す図
【図3】同上実施例のHCの吸着,脱離制御ルーチンを
示すフローチャート
【図4】同上吸着制御ルーチンの中で排気中のHCの排
出量を演算するための各運転条件とHC排出量との関係
を示す線図
【図5】同じく単位時間当りのHC吸着量を推定するた
めの各状態量とHC吸着量との関係を示す線図
【図6】同じく単位時間当りのHC脱離量を推定するた
めの各状態量とHC脱離量との関係を示す線図
【図7】同じく、推定されたHC残量に対する主通路と
バイパス通路との分流比を設定した線図
【符号の説明】
1 内燃機関 2 排気通路 3 排気浄化用触媒 4 主通路 5 吸着材 6 バイパス通路 7,8 制御弁 9 温度センサ 10 水温センサ 11 回転数センサ 12 コントロールユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02D 45/00 358 Z 7536−3G

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】機関の排気通路に排気浄化用触媒を備える
    と共に、該排気浄化用触媒の上流の排気通路の一部を主
    通路と該主通路に並列に接続され排気中のHCを低温時
    に吸着し高温時に脱離する機能を有した吸着剤を介装し
    たバイパス通路とで構成し、前記主通路とバイパス通路
    との排気の分流比を制御しつつ排気浄化用触媒の活性化
    前の低温状態で吸着剤に排気中のHCを吸着し、排気浄
    化用触媒の活性化後の高温状態で吸着剤に吸着されたH
    Cを脱離して排気浄化用触媒により浄化させるようにし
    た内燃機関の排気浄化装置において、排気中のHC排出
    量を検出する手段と、吸着剤を通過する排気の流速を検
    出する手段と、吸着剤の温度を検出する手段と、これら
    各手段により検出されるHC排出量,排気流速及び吸着
    剤温度に基づいて前記HCの吸着動作時に吸着剤に吸着
    されるHCの総量を推定する手段と、を含んで構成した
    ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 【請求項2】前記各手段により検出される排気の吸着剤
    を通過する流速及び吸着剤温度に基づいて前記HCの吸
    着剤からのHCの脱離動作時に吸着剤から脱離するHC
    の総量を推定する手段を含み、前記吸着剤に吸着された
    と推定されるHCの総量から前記吸着剤から脱離したと
    推定されるHCの総量を差し引いて吸着剤に吸着されて
    いるHCの残量を推定する手段と、を含んで構成したこ
    とを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気浄化装
    置。
  3. 【請求項3】吸着剤に吸着されていると推定されたHC
    の残量に基づいて主通路とバイパス通路との排気の分流
    比を制御する手段を含んで構成したことを特徴とする請
    求項2に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  4. 【請求項4】吸着剤に吸着されていると推定されたHC
    の残量に基づいて脱離が完了していると判断した時には
    前記分流比制御手段によりバイパス通路を全閉として脱
    離動作を終了させる手段を含んで構成したことを特徴と
    する請求項3に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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