JP2002038926A - 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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Abstract

(57)【要約】 【課題】内燃機関の運転状態が変化しても、常にＮＯx
触媒に適切な量の還元剤を供給できるようにする。 【解決手段】希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設け
られ、吸収したＮＯxを還元剤によって放出して還元す
るＮＯx触媒１７と、このＮＯx触媒１７の上流の排気通
路に設けられた還元剤供給手段１９と、内燃機関１の負
荷を検出する負荷検出手段と、内燃機関１の負荷に基づ
いて還元剤添加期間と還元剤添加間隔を制御する還元剤
添加制御手段と、を備える。内燃機関１の排気の流速や
温度による排気通路内での還元剤の壁面付着の程度等を
考慮しつつ還元剤の添加期間及び間隔をコントロールし
て、運転状況にかかわらず、ＮＯx触媒側に十分な還元
剤を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、希薄燃焼可能な内
燃機関から排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジンやリーンバーンガソ
リンエンジンなど希薄燃焼可能な内燃機関から排出され
る排気ガスを浄化する排気浄化装置として、選択還元型
ＮＯx触媒や吸蔵還元型ＮＯx触媒などのＮＯx触媒があ
る。
【０００３】選択還元型ＮＯx触媒は、酸素過剰の雰囲
気において炭化水素（ＨＣ）の存在下でＮＯxを還元ま
たは分解する触媒であり、この選択還元型ＮＯx触媒で
ＮＯxを浄化するためには適量のＨＣ成分（以下、還元
剤という）が必要とされる。この選択還元型ＮＯx触媒
を前記内燃機関の排気浄化に用いる場合、この内燃機関
の通常運転時の排気中のＨＣ成分の量は極めて少ないの
で、通常運転時にＮＯxを浄化するためには、選択還元
型ＮＯx触媒に還元剤として、例えば燃料である軽油を
供給する必要がある。
【０００４】一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒は、流入排気
ガスの空燃比がリーンのときはＮＯxを吸収し、流入排
気ガスの酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出
し、Ｎ2に還元する触媒である。
【０００５】この吸蔵還元型ＮＯx触媒を前記内燃機関
の排気浄化に用いる場合、この内燃機関では通常運転時
の排気ガスの空燃比がリーンであるため、排気ガス中の
ＮＯxがＮＯx触媒に吸収されることになる。しかしなが
ら、リーン空燃比の排気ガスをＮＯx触媒に供給し続け
ると、ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和して、それ以上
ＮＯxを吸収できなくなり、排気中のＮＯxをリークさせ
ることになる。
【０００６】そこで吸蔵還元型ＮＯx触媒では、ＮＯx吸
収能力が飽和する前に、所定のタイミングで流入排気ガ
スの空燃比をリッチにすることによって酸素濃度を低下
させ、ＮＯx触媒に吸収されているＮＯxを放出してＮ2
に還元し、ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力を回復させる必要
がある。以下、このように流入排気ガスの空燃比を一時
的にリッチにすることをリッチスパイクと称する。
【０００７】一方、これらＮＯx触媒のＮＯｘ吸収能力
を回復させるには、適正に排気の空燃比をリッチにする
必要がある。そこで従来は、還元剤としての燃料添加パ
ターン及び目標燃料添加圧を、内燃機関の回転数と噴射
量の関係を実験によって求めたマップに基づいて設定す
るようにしていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところが内燃機関の排
気ポートにおいて還元剤の供給をする場合、通常、排気
ポートとＮＯx触媒との距離が離れており、内燃機関の
運転条件によっては排気流に還元剤が乗りにくく、還元
剤の供給の効率が悪い場合が生じる。具体的には内燃機
関が低回転で低負荷の領域では排気の流速が遅く、また
排気温度が低いことから添加される還元剤の一部が排気
通路内において壁面に付着し、その結果、排気ポートに
おけるリッチスパイクとＮＯx触媒でのリッチスパイク
の度合いが異なってくる。換言すると、排気ポート側で
のリッチスパイクが目標とする空燃比に達するものであ
っても、ＮＯx触媒側では、上記の壁面付着によってＮ
Ｏx触媒に到達する還元剤の量が減少してリッチの度合
いが低下する。また瞬間的に施したリッチスパイクがＮ
Ｏx触媒側では反応の遅れが生じる結果、リッチの期間
が延長され、目標とする空燃比よりもリッチの程度が弱
くなる。
【０００９】例えば、排気ポートにおけるリッチスパイ
クの程度を図６（Ａ）に示す程度のものとしも、ＮＯx
触媒では図６（Ｂ）に示すようにリッチの度合いが低下
する。したがってＮＯx触媒では目標とする空燃比にな
らずに、ＮＯx放出、還元が十分に行われないことにな
る。するとＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和して回復で
きない状態が生じる場合があり、排気中のＮＯxがリー
クする虞がある。
【００１０】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであり、本発明が解決しようとする課題は、内燃
機関の運転状態が変化してもＮＯx触媒に適切な量の還
元剤を供給することができる内燃機関の排気浄化装置を
提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、以下の手段を採用した。すなわち、希薄燃
焼可能な内燃機関の排気通路に設けられ、吸収したＮＯ
xを還元剤によって放出して還元するＮＯx触媒と、この
ＮＯx触媒の上流の排気通路に設けられた還元剤供給手
段と、内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、内燃
機関の負荷に基づいて還元剤添加期間と還元剤添加間隔
を制御する還元剤添加制御手段と、を備えることを特徴
とする。
【００１２】内燃機関の低回転、低負荷時は排気の流速
が遅く、還元剤が排気流に乗りにくいので、機関負荷の
程度に応じて添加する還元剤の添加期間及び添加間隔を
制御する。すなわち内燃機関の低回転、低負荷時は還元
剤の添加期間及び添加間隔を長くし、一方では機関負荷
が高くなるにしたがって還元剤の添加期間及添加間隔を
短くする。ここで燃料の添加期間と添加量は、還元剤の
添加圧力（燃圧）が変化しなければ一定の関係であるこ
とから、還元剤の添加量は添加期間に比例する。
【００１３】このように本発明では、内燃機関の排気の
流速や温度による排気通路内での還元剤の壁面付着の程
度等を考慮しつつ、還元剤の添加期間及び添加間隔をコ
ントロールして、運転状態にかかわらず、常にＮＯx触
媒側に十分な還元剤を供給できるようにする。
【００１４】一方、内燃機関の低回転、低負荷時にはＮ
Ｏxの発生量も少なく添加間隔を長くして、排気の流速
が遅い状況下で前回の添加還元剤と次回のそれが干渉し
合って、リッチの度合いが不必要に大きくなることを避
けるようにする。
【００１５】また本発明では、車両の運転状態に応じて
還元剤添加の可否を判断する添加可否判断手段を備える
ことが望ましく、ＮＯx触媒が活性温度にあるか否か、
内燃機関の運転領域が還元剤添加可能な範囲にあるか否
か等を判断し、ＮＯxを放出、還元させることが可能な
ときに還元剤の供給がされるようにして、還元剤がＮＯ
x触媒をすり抜けることを防止できる。
【００１６】本発明の排気浄化装置において、希薄燃焼
可能な内燃機関としては、筒内直接噴射式のリーンバー
ンガソリンエンジンやディーゼルエンジンを例示するこ
とができる。
【００１７】また前記負荷検出手段による負荷の検出
は、アクセル開度センサの出力信号、またはエアフロメ
ータによる吸入空気量を示す出力信号に基づいて負荷の
程度を求めることができる。
【００１８】本発明の排気浄化装置における排気浄化装
置におけるＮＯx触媒としては、吸蔵還元型ＮＯx触媒や
選択還元型ＮＯx触媒を例示することができる。吸蔵還
元型ＮＯx触媒は、流入する排気ガスの空燃比がリーン
のときにＮＯxを吸収し、流入する排気ガス中の酸素濃
度が低下すると吸収したＮＯxを放出し、Ｎ2に還元する
触媒である。この吸蔵還元型ＮＯx触媒は、例えばアル
ミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナト
リウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアル
カリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアル
カリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土
類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴
金属とが担持されてなる。
【００１９】選択還元型ＮＯx触媒は、酸素過剰の雰囲
気で炭化水素の存在下でＮＯxを還元または分解する触
媒をいい、ゼオライトにＣｕ等の遷移金属をイオン交換
して担持した触媒、ゼオライトまたはアルミナに貴金属
を担持した触媒、等が含まれる。
【００２０】本発明の排気浄化装置において、還元剤噴
射手段は、還元剤供給ポンプ、排気通路に設けた還元剤
噴射ノズル等で構成することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる内燃機関の
排気浄化装置の実施の形態を図１から図６の図面に基づ
いて説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、本発
明にかかる内燃機関の排気浄化装置を内燃機関としての
車両駆動用ディーゼルエンジンに適用した態様である。
【００２２】図１は、この実施の形態における内燃機関
の排気浄化装置の全体構成を示す図である。この図にお
いて、エンジン１は直列４気筒ディーゼルエンジンであ
り、各気筒の燃焼室には吸気マニホールド２および吸気
管３を介して吸気が導入される。吸気管３の始端にはエ
アクリーナ４が設けられ、吸気管３の途中には、エアフ
ロメータ５、ターボチャージャ６のコンプレッサ６ａ、
インタークーラ７、スロットルバルブ８が設けられてい
る。
【００２３】エアフロメータ５はエアクリーナ４を介し
て吸気管３に流入する新気の空気量に応じた出力信号を
エンジンコントロール用電子制御ユニット（ＥＣＵ）９
に出力し、ＥＣＵ９はエアフロメータ５の出力信号に基
づいて吸入空気量を演算する。
【００２４】また、エンジン１の各気筒の燃焼室にはそ
れぞれ燃料噴射弁１０から燃料（軽油）が噴射される。
各燃料噴射弁１０はコモンレール１１に接続されてお
り、コモンレール１１には燃料ポンプ１２から燃料が供
給される。燃料ポンプ１２はエンジン１の図示しないク
ランクシャフトによって駆動される。各燃料噴射弁１０
の開弁時期および開弁期間は、エンジン１の運転状態に
応じてＥＣＵ９によって制御される。
【００２５】また、エンジン１の各気筒の燃焼室で生じ
た排気ガスは、排気マニホールド１３を介して排気管１
４に排出され、図示しないマフラーを介して大気に排出
される。排気マニホールド１３に排出された排気ガスの
一部は、排気還流管１５を介して吸気マニホールド２に
再循環可能になっており、排気還流管１５の途中にはＥ
ＧＲクーラ１６とＥＧＲ弁１７が設けられている。ＥＧ
Ｒ弁１７は、エンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ９に
よって開度制御され、排気還流量を制御する。
【００２６】排気管１４の途中には、ターボチャージャ
６のタービン６ｂ、吸蔵還元型ＮＯx触媒（リーンＮＯx
触媒）を収納したケーシング１８、排気絞り弁２０が設
けられている。タービン６ｂは排気ガスによって駆動さ
れ、タービン６ｂに連結されたコンプレッサ６ａを駆動
して吸気を昇圧する。
【００２７】またエンジン１のシリンダヘッド３０に
は、４番気筒の排気ポート１３に望ませて燃料添加ノズ
ル（還元剤添加装置の添加口）１９が取り付けられてい
る。燃料添加ノズル１９には、燃料ポンプ１２でポンプ
アップされた燃料が、燃料パイプ２０及びシリンダヘッ
ド３０に設けられた燃料通路１２を介して供給可能にな
っており、燃料パイプ２０の途中に設けられた制御弁２
２によって添加量の制御が行われる。なお、制御弁２２
はＥＣＵ９によって開閉及び開度制御が行われる。この
燃料添加ノズル１９は、燃料が排気集合管１５に向けて
噴射されるように取り付けられている。なお、この実施
の形態において燃料ポンプ１２、燃料添加ノズル１９、
燃料パイプ２０、燃料通路２１、制御弁２２、還元剤添
加装置を構成する。
【００２８】また排気マニホールド１４において１番気
筒に対向する部位には、排気の一部を吸気系に戻すため
の排気環流管（以下、ＥＧＲ管と略す）２３の一端が接
続されており、ＥＧＲ管２３の他端は吸気マニホールド
２に接続されている。ＥＧＲ管２３の途中にはＥＧＲク
ーラ２４とＥＧＲ弁２５が設けられている。ＥＧＲ弁２
５は、エンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ９によって
開度制御され、排気環流量を制御する。ＥＧＲ管２３と
ＥＧＲクーラ２４とＥＧＲ弁２５は排気再循環装置（Ｅ
ＧＲ)を構成する。
【００２９】また排気管１６においてケーシング１８の
直ぐ下流には、ケーシング１８から流出する排気温度に
対応した出力信号をＥＣＵ９に出力する排気温センサ２
６が設けられている。
【００３０】ＥＣＵ９はデジタルコンピュータからな
り、双方向バスによって相互に接続されたＲＯＭ（リー
ドオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモ
リ）、ＣＰＵ（セントラルプロセッサユニット）、入力
ポート、出力ポートを具備し、エンジン１の燃料噴射量
制御等の基本制御を行う。
【００３１】これら制御のために、ＥＣＵ９の入力ポー
トには、アクセル開度センサ２８からの入力信号と、ク
ランク角センサ２７からの入力信号が入力される。アク
セル開度センサ２８はアクセル開度に比例した出力電圧
をＥＣＵ９に出力し、ＥＣＵ９はアクセル開度センサ２
８の出力信号に基づいてエンジン負荷を演算する。クラ
ンク角センサ２７はクランクシャフトが一定角度回転す
る毎に出力パルスをＥＣＵ９に出力し、ＥＣＵ９はこの
出力パルスに基づいて機関回転数を演算する。これらエ
ンジン負荷と機関回転数によってエンジン運転状態が判
別され、ＥＣＵ９はエンジン運転状態に応じた燃料噴射
量を噴射量マップ（図示せず）を参照して算出し、算出
された燃料噴射量に対応する燃料噴射弁１０の開弁期間
を算出して、燃料噴射弁１０の作動を制御する。
【００３２】次に、ケーシング１８に収納された吸蔵還
元型ＮＯx触媒（以下、ＮＯx触媒ということもある）に
ついて説明する。吸蔵還元型ＮＯx触媒は、例えばアル
ミナ（Ａｌ2Ｏ3）を担体とし、この担体上に例えばカリ
ウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓ
のようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａ
のようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹ
のような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐ
ｔのような貴金属とが担持されてなる。
【００３３】このＮＯx触媒は、流入排気の空燃比（以
下、排気空燃比と称す）が理論空燃比よりもリーンのと
きはＮＯxを吸収し、排気空燃比が理論空燃比あるいは
それよりもリッチになって流入排気ガス中の酸素濃度が
低下すると吸収したＮＯxをＮＯ2またはＮＯとして放出
するＮＯxの吸放出作用を行う。そして、ＮＯx触媒から
放出されたＮＯx（ＮＯ2またはＮＯ）は直ちに排気ガス
中の未燃ＨＣやＣＯと反応してＮ2に還元される。した
がって、排気空燃比を適宜に制御すれば排気ガス中のＨ
Ｃ，ＣＯ，ＮＯxを浄化することができることになる。
【００３４】なお排気空燃比とは、ここではＮＯx触媒
の上流側の排気通路やエンジン燃焼室、吸気通路等にそ
れぞれ供給された空気量の合計と燃料（炭化水素）量の
合計の比を意味するものとする。したがって、ＮＯx触
媒よりも上流の排気通路内に燃料、還元剤あるいは空気
が供給されない場合には、排気空燃比はエンジン燃焼室
内に供給される混合気の空燃比に一致する。
【００３５】ところで、ディーゼルエンジンの場合は、
ストイキ（理論空燃比、Ａ／Ｆ＝１４〜１５）よりもは
るかにリーン域で燃焼が行われるので、通常の機関運転
状態ではＮＯx触媒に流入する排気ガスの空燃比は非常
にリーンであり、排気ガス中のＮＯxはＮＯx触媒に吸収
され、ＮＯx触媒から放出されるＮＯx量は極めて少な
い。
【００３６】また、ガソリンエンジンの場合には、燃焼
室に供給する混合気をストイキまたはリッチ空燃比にす
ることにより排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッ
チ空燃比にし、排気ガス中の酸素濃度を低下させて、Ｎ
Ｏx触媒に吸収されているＮＯxを放出させることができ
るが、ディーゼルエンジンの場合には、燃焼室に供給す
る混合気をストイキまたはリッチ空燃比にすると燃焼の
際に煤が発生するなどの問題があり採用することはでき
ない。
【００３７】したがって、ディーゼルエンジンでは、Ｎ
Ｏx触媒のＮＯx吸収能力が飽和する前に所定のタイミン
グで、排気ガス中に還元剤を供給して排気ガス中の酸素
濃度を低下せしめ、ＮＯx触媒に吸収されたＮＯxを放出
し還元する必要がある。尚、前記還元剤としては、一般
に、ディーゼルエンジンの燃料である軽油を使用するこ
とができる。
【００３８】そのため、この実施の形態では、ＥＣＵ９
によりエンジン１の運転状態の履歴からＮＯx触媒に吸
収されたＮＯx量を推定し、その推定ＮＯx量が予め設定
した所定値に達したときに、所定時間だけ制御弁２２を
開弁して所定量の燃料を燃料添加ノズル１９から排気中
に噴射し、ＮＯx触媒に流入する排気中の酸素濃度を低
下させ、ＮＯx触媒に吸収されたＮＯxを放出させてＮ2
に還元するようにしている。
【００３９】ここで燃料添加ノズル１９は燃料を排気集
合管１５に向かって噴射するので、添加された燃料は排
気集合管１５にスムーズに流れる。そして、燃料添加ノ
ズル１９は４番気筒の排気ポート１３に取り付けられて
おり、一方、排気マニホールド１４におけるＥＧＲ管２
３の接続部位は１番気筒に近接した位置であるので、燃
料添加ノズル１９から添加された燃料がＥＧＲ管２３に
回り込むことはない。
【００４０】上述したように、ＮＯx触媒１７を排気通
路内に配置すれば、これに担持されたＮＯx 吸収剤がＮ
Ｏxの吸放出作用を行う。このＮＯx 吸収・還元のメカ
ニズムは、図２に示したようなものと考えられている。
図示のものは、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担
持させた場合であるが、他の貴金属，アルカリ金属，ア
ルカリ土類，希土類を用いても同様のメカニズムとな
る。この概略は次のようなものである。
【００４１】先ず、流入排気ガスのリーンの状態が進行
すると、流入排気ガス中の酸素濃度が増大し、図２
（Ａ）に示されるように、増大した酸素Ｏ2 はＯ2 - ま
たはＯ2-として白金Ｐｔの表面に付着する。このＯ2 -
またはＯ2-と流入排気ガス中のＮＯが反応してＮＯ2 と
なる（２ＮＯ＋Ｏ2 →２ＮＯ2 ）。このようにして生成
されたＮＯ2 の一部は、白金Ｐｔ上でさらに酸化されな
がら、ＮＯx 吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯ
と結合する。その結果、図２（Ａ）に示すように硝酸イ
オンＮＯ3 - としてＮＯx 吸収剤内に拡散される。以上
のようにしてＮＯxがＮＯx 吸収剤内に吸収される。
【００４２】流入排気ガス中の酸素濃度が高い間は、白
金Ｐｔの表面でＮＯ2 が生成され、ＮＯx 吸収剤の吸収
能力が飽和するまでは、ＮＯ2 はＮＯx 吸収剤内に吸収
され続けて硝酸イオンＮＯ3 - が生成される。
【００４３】これに対して流入排気ガス中の酸素濃度が
低下してＮＯ2 の生成量が低下すると、反応が逆方向
（ＮＯ3 - →ＮＯ2 ）に進み、ＮＯx 吸収剤内の硝酸イ
オンＮＯ3 - がＮＯ2 としてＮＯx 吸収剤から放出され
る。すなわち、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると
ＮＯx 吸収剤からＮＯx が放出されることになるが、流
入排気ガスのリーンの度合いが低いときは、流入排気ガ
ス中の酸素濃度が低下する。
【００４４】他方、流入排気ガスの空燃比をリッチにす
ると、ＨＣ，ＣＯは白金Ｐｔ上の酸素Ｏ2 - またはＯ2-
と反応して酸化される。また流入排気ガスの空燃比がリ
ッチであると流入排気ガス中の酸素濃度が極度に低下す
るため、ＮＯx 吸収剤からＮＯ2 が放出され、このＮＯ
2 は図２（Ｂ）に示されるように未燃のＨＣ、ＣＯと反
応して還元浄化される。このようにして白金Ｐｔの表面
にＮＯ2 が存在しなくなるとＮＯx 吸収剤から次々とＮ
Ｏ2 が放出される。
【００４５】したがって流入排気ガスの空燃比をリッチ
にすると、短時間のうちにＮＯx 吸収剤からＮＯx が放
出されて還元浄化される。この実施の形態では、ディー
ゼルエンジンが使用されているため通常運転時の排気空
燃比はリーンであり、ＮＯx 吸収剤は排気中のＮＯx を
吸収する。また、ＮＯx触媒１７の上流側の排気ポート
に還元剤が供給されると、このＮＯx触媒１７を通過す
る排気ガスの空燃比はリッチになり、ＮＯx 吸収剤から
のＮＯx の放出と還元がされる。
【００４６】なお、ここでいう排気の空燃比とはＮＯx
吸収剤の上流側の排気ポートとエンジン燃焼室または吸
気通路に供給された空気と燃料との比率をいう。したが
って排気ポートに空気や還元剤が供給されないときは、
排気空燃比はエンジンの運転空燃比（エンジン燃焼室内
の燃焼空燃比）に等しくなる。
【００４７】また、本発明で使用する還元剤は、排気中
で炭化水素や一酸化炭素等の還元成分を発生させるもの
であればよく、水素、一酸化炭素等の気体、プロパン、
プロピレン、ブタン等の液体又は気体の炭化水素、ガソ
リン、軽油、灯油等の液体燃料等が使用できる。ここで
は貯蔵、補給等の際の煩雑さを避けるため、前述のよう
にエンジン１の燃料である軽油を還元剤として使用す
る。
【００４８】なお一般的には、還元剤の供給条件とし
て、還元剤（この実施の形態では燃料）の供給圧力（ひ
いては噴射圧力）、供給期間、供給間隔があり、これは
結局は燃料の供給量にほかならない。ここでは運転条件
によって添加燃料の添加期間及び添加間隔をコントロー
ルすることで、効率的なＮＯxの放出、還元を実行す
る。
【００４９】以下、排気ポート１３において燃料添加ノ
ズル１９から還元剤を供給するに際し、エンジン１の負
荷状態を判断し、特に排気の流速に応じて還元剤として
の燃料（軽油）の添加期間及び添加間隔を制御する場合
について説明する。
【００５０】この制御は、先ずエンジン１の運転条件が
ＥＣＵ９によって読み込まれる。上述のようにＥＣＵ９
は、アクセル開度センサ２８の出力信号に基づいてエン
ジン負荷を演算し、クランク角センサ２７の出力パルス
に基づいて機関回転数を演算する。これらエンジン負荷
と機関回転数によってエンジン運転状態が判別され、Ｅ
ＣＵ９はエンジン運転状態に応じた燃料噴射量を噴射量
マップ（図示せず）を参照して算出する。
【００５１】次いで、ＥＣＵ９によりエンジン１の運転
状態の履歴からＮＯx触媒に吸収されたＮＯx量を推定
し、その推定ＮＯx量が予め設定した所定値に達したと
きに、燃料を燃料添加ノズル１９から排気中に噴射す
る。
【００５２】またＥＣＵ９は、上述のようにしてエンジ
ン負荷を演算し、さらにＮＯx触媒１７の下流に設置し
た排気温センサ２６からの信号に基づき、これをＮＯx
触媒１７の床温として採用する。
【００５３】さらにＥＣＵ９は、エンジン１に対する燃
料噴射量Ｑと機関回転数Ｎｅに基づく運転条件により、
還元剤としての燃料の添加期間Ｐを予め実験により求め
る。この添加期間Ｐは、エンジン１に対する燃料噴射量
Ｑ及び機関回転数Ｎｅの関数として、図３（Ｂ）に示す
ようなマップの形で予めＥＣＵ９のＲＯＭに記憶してお
く。
【００５４】前記燃料添加期間Ｐは、図３（Ａ）に示す
ように、燃料噴射量Ｑが少ない程、還元剤としての燃料
添加期間Ｐは長くなり、燃料噴射量Ｑが増大するにつれ
て添加期間Ｐは短くなる。燃料噴射量Ｑが少量の場合は
機関回転数Ｎｅが上昇しても添加期間Ｐはほぼ一定であ
るが、燃料噴射量Ｑが増大するにつれて、機関回転数Ｎ
ｅの上昇により添加期間Ｐはさらに短くなる。
【００５５】一方、図４（Ａ）に示すように燃料の添加
間隔Ｉは、エンジン１に対する燃料噴射量Ｑが少ない
程、添加間隔Ｉは長くなり、燃料噴射量Ｑが増大するに
つれて添加間隔Ｉは短くなるように定められている。
【００５６】また機関回転数Ｎeが低いと添加間隔Ｉは
長いが、機関回転数Ｎｅが上昇するに従って添加の添加
間隔Ｉは短くなるように定められる。この添加間隔Ｉは
機関回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑの関数として、図４
（Ｂ）に示すようなマップの形で予めＥＣＵ９のＲＯM
に記憶しておく。
【００５７】なお、燃料添加ノズル１９から噴射される
燃料に作用する圧力が一定であれば、添加期間Ｉと添加
燃料の噴射量は一定の関係にある。よって上述のように
燃料の添加期間Ｉの長短をコントロールすることは、エ
ンジン１の運転状態に従って添加燃料の噴射量を増減さ
せることになる。
【００５８】この燃料添加制御は、図５に示す燃料添加
ルーチンに従って実行され、この処理ルーチンはＥＣＵ
９のＲＯＭに予め記憶されており、ＣＰＵによって繰り
返し実行されるルーチンである。
【００５９】先ず、ステップ１００では、ＮＯx還元、
放出時期か否かが判断される。運転履歴等からみてＮＯ
x還元、放出時期でないと判断したときは、一旦、この
ルーチンを終了する。一方、ＮＯx還元、放出時期であ
ると判断されたときは、ステップ１０１に進む。
【００６０】ステップ１０１では、ＥＣＵ９は、エンジ
ン負荷と機関回転数等のエンジン１の運転条件を読み込
む。次にステップ１０２では、ＥＣＵ９が、ステップ１
０１で読み込んだ運転条件に基づいて、還元剤としての
燃料の添加期間及び添加間隔を算出する。
【００６１】ステップ１０３では、算出した燃料の添加
期間及び添加間隔で燃料添加を実行する。〔他の実施の
形態〕前述した実施の形態では本発明をディーゼルエン
ジンに適用した例で説明したが、本発明を希薄燃焼可能
なガソリンエンジンに適用することもできる。
【００６２】
【発明の効果】本発明の内燃機関の排気浄化装置によれ
ば、還元剤の添加位置とＮＯx触媒が離れている場合で
あっても、添加還元剤の添加期間及び添加間隔をコント
ロールすることで、適切な還元剤の供給がされる。特
に、内燃機関が低回転、低負荷のときは添加還元剤の添
加期間及び添加間隔を長くすることで、一部の還元剤の
排気通路内での壁面付着が生じても、十分な還元剤を排
気流に乗せてＮＯx触媒に到達させることができる。
【００６３】このように内燃機関の運転状態にかかわら
ず、適切な量の還元剤をＮＯx触媒に到達させ、効率の
よいＮＯx還元をすることができる。したがってＮＯx触
媒におけるＮＯx吸蔵量を常に空近くに維持することが
可能で、ＮＯxの高浄化率を達成できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構
成図である。
【図２】吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸放出作用を説明
するための図である。
【図３】燃料添加の噴射期間と機関回転数及び燃料噴射
量との関係を示す図である。
【図４】燃料添加の添加間隔と機関回転数及び燃料噴射
量との関係を示す図である。
【図５】燃料添加ルーチンを示すフローチャート図であ
る。
【図６】排気ポートとＮＯx触媒でのリッチスパイクの
空燃比を示す図である。
【符号の説明】
１ エンジン（内燃機関） ２ 吸気マニホールド（吸気系） ３ 吸気管 ６ ターボチャージャ ９ ＥＣＵ（エンジンコントロール用電子制御ユニッ
ト） １０ 燃料噴射弁 １２ 燃料ポンプ １３ 排気ポート １４ 排気マニホールド １５ 排気集合管 １６ 排気管 １７ 吸蔵還元型ＮＯx触媒 １９ 燃料添加ノズル ２０ 燃料パイプ ２１ 燃料通路 ２２ 制御弁 ２３ ＥＧＲ管 ２４ ＥＧＲクーラ ２５ ＥＧＲ弁 ２６ 排気温センサ ２７ クランク角センサ ２８ アクセル開度センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塚崎 之弘 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 林 孝太郎 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 石山 忍 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 大坪 康彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 曲田 尚史 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 小林 正明 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 柴田 大介 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 根上 秋彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 小田 富久 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 原田 泰生 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 小野 智幸 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AA10 AA11 AA12 AA17 AA18 AA24 AA28 AB05 AB06 BA14 BA32 BA33 CA18 CA19 CB02 CB03 CB08 DA01 DA02 DA03 DA05 DB06 DB10 EA01 EA03 EA05 EA07 EA17 EA31 FA07 FA08 FA11 FA12 FA13 FB10 FB11 FB12 FC02 GB01W GB01X GB02W GB03W GB04W GB05W GB06W GB09X GB10X GB16X HA37 HB05 HB06 4D048 AA06 AB02 AB07 AC02 BA03X BA11X BA14X BA15X BA18X BA30X BA35X BA41X CC61 DA01 DA02 DA10 DA20 EA04

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】希薄燃焼可能な内燃機関の排気通路に設け
    られ、吸収したＮＯxを還元剤によって放出して還元す
    るＮＯx触媒と、 このＮＯx触媒の上流の排気通路に設けられた還元剤供
    給手段と、 内燃機関の負荷を検出する負荷検出手段と、 内燃機関の負荷に基づいて還元剤添加期間と還元剤添加
    間隔を制御する還元剤添加制御手段と、を備えることを
    特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 【請求項２】車両の運転状態に応じて還元剤添加の可否
    を判断する添加可否判断手段をさらに備え、前記添加可
    否判断手段により添加可能と判断された時には、前記負
    荷検出手段により検出された負荷に基づいて還元剤添加
    量と還元剤添加間隔を制御する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】内燃機関の負荷が小さい時には、内燃機関
    の負荷が大きいときに比較して添加する還元剤の量を多
    くし、かつ還元剤添加間隔を長くすることを特徴とする
    請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
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