JP2002047974A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

エンジンの排気浄化装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】ディーゼルエンジンのＮＯｘ浄化触媒によるＮ
Ｏｘ浄化効率を高める。 【解決手段】圧縮行程上死点付近での主燃料噴射の後に
少量の燃料を噴射することによってＮＯｘ浄化触媒にＮ
Ｏｘ浄化用の還元剤を供給するにあたり、後噴射したと
きに上昇する触媒温度を予測し、この上昇する触媒温度
に基づいてＮＯｘ浄化効率が最も高くなる後噴射量を決
定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの排気浄
化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジンやガソリンエンジン
から排出されるＮＯｘ（窒素酸化物）はそのエンジンの
排気通路に配置された触媒によって還元浄化されてい
る。この触媒は、図２に示すように温度が上昇するにつ
れてＮＯｘ浄化率が上昇して特定の温度で最大のＮＯｘ
浄化率を示し、該特定温度よりも高温側では温度が上昇
するにつれてＮＯｘ浄化率が低下していくのが通常であ
る。また、この種の触媒では、排気ガス中の還元剤量を
増大させるとＮＯｘの還元浄化が効率良く進むことが知
られている。しかし、触媒が上記特定温度（ＮＯｘ浄化
率が最大になる温度）よりも高温側にあるときに多量の
還元剤を供給すると、その還元剤の酸化反応熱によって
触媒温度が大きく上昇し、かえってＮＯｘ浄化能が低下
することがある。
【０００３】これに対して、特開平９−３１７５２４号
公報には、圧縮行程上死点付近で燃料を燃焼室に噴射供
給する主噴射後に燃料を燃焼室に少量噴射供給する後噴
射によってＮＯｘ浄化触媒に還元剤を供給すること、こ
のＮＯｘ浄化触媒が最大ＮＯｘ浄化率を示す温度よりも
低温であるときは後噴射量を多くし、高温であるときは
後噴射量を少なくすることが記載されている。すなわ
ち、ＮＯｘ浄化触媒がどのような温度ゾーンにあるかに
よって後噴射量を異なるものにし、後噴射によるＮＯｘ
浄化触媒の過昇温を防止するというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】後噴射による還元剤の
供給量を制御してＮＯｘ浄化触媒の昇温を抑制すること
はＮＯｘ浄化に有利になるが、実際に還元剤供給量をど
の程度にすれば良いかは難しい問題である。すなわち、
ＮＯｘ浄化触媒が最大ＮＯｘ浄化率を示す温度よりも高
い温度ゾーンにあるとき、還元剤供給量を少な目にする
と、触媒の過昇温は抑制されるものの、還元剤の供給に
よるＮＯｘ浄化率の向上を充分に図ることができず、還
元剤供給量を多めにするとその直後のＮＯｘ浄化率は高
くなるものの、触媒温度が急激に高くなってＮＯｘ浄化
率が低下してしまう。
【０００５】本発明はかかる問題を解決するものであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そのために、本発明は、
後噴射等によって還元剤を増量したときのＮＯｘ浄化触
媒の昇温速度がその還元剤の増量度合に応じて異なり、
また、この還元剤の増量度合に応じて当該触媒のＮＯｘ
浄化能の温度依存性が異なる点に着目し、それらの観点
から還元剤を増量したときのＮＯｘ浄化能の変化を予測
し、その予測に基づいて最適な還元剤増量度合を決める
ようにしたものである。
【０００７】すなわち、本発明は、エンジンの排気通路
に配置された排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する触媒で
あって、温度が上昇するにつれてＮＯｘ浄化率が上昇し
て特定の温度で最大のＮＯｘ浄化率を示し、該特定温度
よりも高温側では温度が上昇するにつれてＮＯｘ浄化率
が低下していくＮＯｘ浄化触媒と、上記ＮＯｘ浄化触媒
に供給される排気ガス中の還元剤量を増大させる還元剤
増量手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、
上記ＮＯｘ浄化触媒の温度が上記特定温度以上のとき
に、上記還元剤増量手段によって還元剤を増量したとき
の当該触媒のＮＯｘ浄化能に関連する値の変化を予測す
る変化予測手段と、上記予測されるＮＯｘ浄化能関連値
の変化に基づいて、上記還元剤増量手段による還元剤の
増量度合を決定する増量度合決定手段とを備えているこ
とを特徴とする。
【０００８】この発明の場合、還元剤を増量したときの
ＮＯｘ浄化能関連値の変化を予測する手段を備えている
から、その還元剤増量を所定時間続けたときのＮＯｘ浄
化効率或いは該所定時間を経過した時点での当該ＮＯｘ
浄化触媒のＮＯｘ浄化能がわかり、この所定時間のＮＯ
ｘ浄化効率ないしは所定時間経過時のＮＯｘ浄化能に応
じて最適な還元剤増量度合を設定することができる。
【０００９】上記変化予測手段は、当該還元剤増量から
所定時間を経過するまでに変化する上記ＮＯｘ浄化能関
連値の変化量を予測するものとし、上記増量度合決定手
段は、上記ＮＯｘ浄化能関連値の予測変化量に基づいて
その所定時間における当該触媒によるＮＯｘ浄化効率を
求め、該ＮＯｘ浄化効率に基づいて還元剤増量度合を決
定するものとすれば、還元剤の増量によってＮＯｘ浄化
効率を高める上で有利になる。
【００１０】また、上記変化予測手段は、複数の異なる
還元剤増量度合について上記ＮＯｘ浄化能関連値の変化
量を予測するものとし、上記増量度合決定手段は、上記
複数の異なる還元剤増量度合の各々について、上記ＮＯ
ｘ浄化能関連値の予測変化量に基づいて上記所定時間に
おける当該触媒によるＮＯｘ浄化効率を求め、この複数
の異なる還元剤増量度合のうちからＮＯｘ浄化効率が大
きくなるもの、例えば最大か又は最大に近くなるものを
選択して還元剤増量度合として決定するものとすれば、
還元剤増量度合をＮＯｘ浄化効率ができるだけ高くなる
ように設定することが容易になる。
【００１１】上記ＮＯｘ浄化能関連値としては上記ＮＯ
ｘ浄化触媒の温度を採用すること当該触媒のＮＯｘ浄化
能を精度良く予測する上で好ましい。
【００１２】また、上記ＮＯｘ浄化能関連値としては上
記ＮＯｘ浄化触媒の温度を採用する場合、上記変化予測
手段は、上記還元剤増量手段によって還元剤を増量した
ときの上記ＮＯｘ浄化触媒の昇温速度が還元剤増量度合
によってどのように異なるかを表す電子的に格納された
昇温速度データを備え、該昇温速度データに基づいて、
複数の異なる還元剤増量度合の各々について上記所定時
間に上昇する上記ＮＯｘ浄化触媒の温度を予測するもの
とし、上記増量度合決定手段は、上記ＮＯｘ浄化触媒の
温度に応じて変化するＮＯｘ浄化能特性が上記還元剤増
量度合によってどのように異なるかを表す電子的に格納
された浄化能データと、該浄化能データに基づいて上記
複数の異なる還元剤増量度合の各々について上記予測さ
れる温度上昇を生ずるときの上記所定時間のＮＯｘ浄化
効率を求める浄化効率演算手段と、上記複数の異なる還
元剤増量度合のうちから上記浄化効率演算手段によって
求められたＮＯｘ浄化効率が大きくなるもの、例えば最
大か最大に近くなるものを実行すべき還元剤増量度合と
して選択する選択手段とを備えているものとすればよ
い。
【００１３】前記還元剤増量手段としては、例えば、燃
料をエンジン本体の気筒内燃焼室に直接噴射する燃料噴
射弁を設けているときは、要求出力を得るための燃料を
噴射する主噴射の後に膨張行程又は排気行程において燃
料を噴射する後噴射を行なうことにより、排気ガス中の
還元剤としてのＨＣを増量するというものを採用するこ
とができる。
【００１４】或いは、要求出力を得るための燃料を圧縮
行程上死点付近で噴射休止間隔（前の噴射終了から次の
噴射開始までの時間）を５０〜１０００μｓ程度として
複数回に分割して噴射する分割噴射をする場合には、そ
の分割回数が増えるように、あるいは噴射休止間隔が長
くなるように噴射形態を変更することによって排気ガス
中のＨＣ量を増大させるという還元剤増量手段を採用す
ることもできる。
【００１５】或いは、要求出力を得るための燃料を噴射
する時期を例えば１０゜ＣＡ〜２０゜ＣＡ程度リタード
させることにより、排気ガス中のＨＣ量を増大させると
いう還元剤増量手段を採用することができる。その場
合、主噴射前のパイロット噴射を実行するようにしても
よい。このパイロット噴射は、要求出力を得るための燃
料噴射量の１／２０〜１／１０程度の燃料を主噴射の直
前に、具体的には圧縮行程上死点前に噴射するというも
のであり、これにより、ピストンの上昇による燃焼室内
の圧力上昇によって主噴射の前に燃焼室内に火種が形成
されるとともに燃焼室内の温度が相当に高くなる（予混
合燃焼）。このため、主噴射時期を例えば圧縮行程上死
点後になるように遅らせても、主噴射燃料の着火を損な
うことなく、良好な拡散燃焼を生起せしめることができ
る。また、ガソリンエンジンにおいては、点火時期をリ
タードさせることによって排気ガス中のＨＣ量を増大さ
せる還元剤増量手段を採用することができる。
【００１６】さらには上述の如き燃料噴射形態の変更で
はなく、排気通路の上流側触媒よりも上流部位にＨＣ、
例えば軽油を供給することによって還元剤量を増大させ
るというものを採用することもできる。
【００１７】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、エンジ
ンの排気通路に、温度が上昇するにつれてＮＯｘ浄化率
が上昇して特定の温度で最大のＮＯｘ浄化率を示し、該
特定温度よりも高温側では温度が上昇するにつれてＮＯ
ｘ浄化率が低下していくＮＯｘ浄化触媒を配置し、この
ＮＯｘ浄化触媒の温度が上記特定温度以上のときに、還
元剤増量手段によって還元剤を増量したときの当該触媒
のＮＯｘ浄化能関連値の変化を予測し、この予測結果に
基づいて還元剤増量手段による還元剤の増量度合を決定
するようにしたから、触媒温度の上昇によるＮＯｘ浄化
能の低下を見越して、ＮＯｘ浄化に有利な還元剤増量度
合にすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
【００１９】図１は本発明の実施形態に係るディーゼル
エンジンの排気浄化装置Ａの全体構成を示し、１は車両
に搭載された多気筒ディーゼルエンジンのエンジン本体
である。このエンジン本体１は複数の気筒２（１つのみ
図示する）を有し、その各気筒２内にピストン３が往復
動可能に嵌挿されていて、この気筒２とピストン３によ
って各気筒２内に燃焼室４が形成されている。また、燃
焼室４の上面の略中央部には、インジェクタ（燃料噴射
弁）５が先端部の噴孔を燃焼室４に臨ませて配設され、
各気筒毎に所定の噴射タイミングで噴孔が開閉作動され
て、燃焼室４に燃料を直接噴射するようになっている。
【００２０】上記各インジェクタ５は高圧の燃料を蓄え
る共通のコモンレール（蓄圧室）６に接続されていて、
そのコモンレール６にはクランク軸７により駆動される
高圧供給ポンプ８が接続されている。この高圧供給ポン
プ８は、圧力センサ６ａによって検出されるコモンレー
ル６内の燃圧が所定値以上に保持されるように作動す
る。また、クランク軸７の回転角度を検出するクランク
角センサ９が設けられており、このクランク角センサ９
は、クランク軸７の端部に設けた被検出用プレート（図
示省略）と、その外周に相対向するように配置され電磁
ピックアップとからなり、その電磁ピックアップが被検
出用プレートの外周部全周に所定角度おきに形成された
突起部の通過に対応してパルス信号を出力するようにな
っている。
【００２１】１０はエンジン本体１の燃焼室４に対しエ
アクリーナ（図示省略）で濾過した吸気（空気）を供給
する吸気通路であり、この吸気通路１０の下流端部に
は、図示しないがサージタンクが設けられ、このサージ
タンクから分岐した各通路が吸気ポートにより各気筒２
の燃焼室４に接続されている。また、サージタンクには
各気筒２に供給される過給圧力を検出する吸気圧センサ
１０ａが設けられている。上記吸気通路１０には上流側
から下流側に向かって順に、エンジン本体１に吸入され
る吸気流量を検出するホットフィルム式エアフローセン
サ１１と、後述のタービン２１により駆動されて吸気を
圧縮するブロワ１２と、このブロワ１２により圧縮した
吸気を冷却するインタークーラ１３と、吸気通路１０の
断面積を絞る吸気絞り弁（吸入空気量調節手段）１４と
がそれぞれ設けられている。この吸気絞り弁１４は、全
閉状態でも吸気が流通可能なように切り欠きが設けられ
たバタフライバルブからなり、後述のＥＧＲ弁２４と同
様、ダイヤフラム１５に作用する負圧の大きさが負圧制
御用の電磁弁１６により調節されることで、弁の開度が
制御されるようになっている。また、上記吸気絞り弁１
４にはその開度を検出するセンサ（図示省略）が設けら
れている。
【００２２】２０は各気筒２の燃焼室４から排気ガスを
排出する排気通路で、排気マニホールドを介して各気筒
２の燃焼室４に接続されている。この排気通路２０に
は、上流側から下流側に向かって順に、排気ガス中の酸
素濃度を検出するリニアＯ2センサ１７と、排気流によ
り回転されるタービン２１と、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ
及びＮＯｘを浄化可能なＮＯｘ浄化触媒２２とが配設さ
れている。このＮＯｘ浄化触媒２２にはその温度を検出
するための温度センサ１８が付設されている。
【００２３】前記ＮＯｘ浄化触媒２２は、軸方向に平行
に延びる多数の貫通孔を有するハニカム構造のコージェ
ライト製担体の各貫通孔壁面に触媒層を形成してなるも
のであり、その触媒層はゼオライトにＰｔ等の貴金属
（触媒金属）をスプレードライ法によって乾固担持させ
てなる触媒粉をバインダによって前記担体に担持させる
ことによって形成されている。
【００２４】図２はこのＮＯｘ浄化触媒２２によるＮＯ
ｘ浄化率及びＨＣ浄化率に関する温度特性を概略的に示
すものである。すなわち、ＮＯｘ浄化率に関しては、触
媒温度の上昇に伴って上昇し、特定温度（２５０〜３０
０℃付近）で最大のＮＯｘ浄化率を示し、該特定温度よ
りも高温側では温度が上昇するにつれてＮＯｘ浄化率が
低下していく。ＨＣ浄化率に関しては、触媒温度の上昇
に伴って上昇し、約３００℃以降は略一定のＨＣ浄化率
（１００％に近い浄化率）になる。
【００２５】上記排気通路２０のタービン２１よりも上
流側の部位からは、排気ガスの一部を吸気側に還流させ
る排気還流通路（以下ＥＧＲ通路という）２３が分岐
し、このＥＧＲ通路２３の下流端は吸気絞り弁１４より
も下流側の吸気通路１０に接続されている。ＥＧＲ通路
２３の途中の下流端寄りには、開度調節可能な排気還流
量調節弁（吸入空気量調節手段：以下ＥＧＲ弁という）
２４が配置されていて、排気通路２０の排気ガスの一部
をＥＧＲ弁２４により流量調節しながら吸気通路１０に
還流させるようになっている。
【００２６】上記ＥＧＲ弁２４は、負圧応動式のもので
あって、その弁箱の負圧室に負圧通路２７が接続されて
いる。この負圧通路２７は、負圧制御用の電磁弁２８を
介してバキュームポンプ（負圧源）２９に接続されてお
り、電磁弁２８が後述のＥＣＵ３５からの制御信号（電
流）によって負圧通路２７を連通・遮断することによっ
て、負圧室のＥＧＲ弁駆動負圧が調節され、それによっ
て、ＥＧＲ通路２３の開度がリニアに調節されるように
なっている。
【００２７】上記ターボ過給機２５は、ＶＧＴ（バリア
ブルジオメトリーターボ）であって、これにはダイヤフ
ラム３０が取り付けられていて、負圧制御用の電磁弁３
１によりダイヤフラム３０に作用する負圧が調節される
ことで、排気ガス流路の断面積が調節されるようになっ
ている。
【００２８】上記各インジェクタ５、高圧供給ポンプ
８、吸気絞り弁１４、ＥＧＲ弁２４、ターボ過給機２５
等はコントロールユニット（Engine Contorol Unit：以
下ＥＣＵという）３５からの制御信号によって作動する
ように構成されている。一方、このＥＣＵ３５には、上
記圧力センサ６ａからの出力信号と、クランク角センサ
９からの出力信号と、圧力センサ１０ａからの出力信号
と、エアフローセンサ１１からの出力信号と、Ｏ2セン
サ１７からの出力信号と、温度センサ１８からの出力信
号と、ＥＧＲ弁２４のリフトセンサ２６からの出力信号
と、車両の運転者による図示しないアクセルペダルの操
作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３
２からの出力信号と、エンジン水温を検出するセンサ
（図示省略）からの出力信号とが少なくとも入力されて
いる。
【００２９】そして、インジェクタ５による燃料噴射量
（燃料供給量）及び燃料噴射時期（着火時期）がエンジ
ン本体１の運転状態に応じて制御されるとともに、高圧
供給ポンプ８の作動によるコモンレール圧力、即ち燃量
噴射圧の制御が行なわれ、これに加えて、ＥＧＲ弁２４
の作動による排気還流量（吸入空気量）の制御と、ター
ボ過給機２５の作動制御（ＶＧＴ制御）とが行なわれる
ようになっている。
【００３０】（燃料噴射制御）上記ＥＣＵ３５には、ア
クセル開度（エンジン負荷）とエンジン回転数の変化に
対して目標トルクの最適値を実験的に決定して記録した
目標トルクマップ、並びにこの目標トルク、吸入空気量
及びエンジン回転数の変化に応じて実験的に決定した最
適な燃料噴射量Ｑｂを記録した燃料噴射量マップが、メ
モリ上に電子的に格納して備えられている。通常は、ア
クセル開度センサ３２からの出力信号によるアクセル開
度とクランク角センサ９からの出力信号によるエンジン
回転数とに基づいて目標トルクを求め、この目標トルク
とエンジン回転数とエアフローセンサ１１からの出力信
号による吸入空気量とに基づいて燃料噴射量Ｑｂを求
め、燃料噴射量Ｑｂと圧力センサ６ａにより検出された
コモンレール圧力とに基づいて、各インジェクタ５の励
磁時間（開弁時間）が決定されるようになっている。前
記のようにして求めた燃料噴射量をエンジン水温や大気
圧等に応じて補正した上で、この補正後の燃料噴射量を
燃料噴射量Ｑｂとしてもよい。
【００３１】上記のような基本的な燃料噴射制御、すな
わち主噴射制御によって、エンジン１の目標トルク（エ
ンジン１への要求出力）に対応する分量の燃料が供給さ
れ、エンジン１は燃焼室４における平均的空燃比がかな
りリーン（Ａ／Ｆ≧１８、酸素濃度が４％以上）な状態
で運転される。上記アクセル開度センサ３２及びクラン
ク角センサ９がエンジン１への要求出力を検出する要求
出力検出手段に対応している。
【００３２】また、定常運転時（アクセル開度の変化が
小さい時）には、ＮＯｘ浄化触媒２２にＮＯｘの還元浄
化を促進するための還元剤成分を供給すべく、主噴射後
の膨張行程又は排気行程において燃料を少量噴射する後
噴射が触媒温度に応じて適宜行なわれる。従って、イン
ジェクタ５はＮＯｘ浄化触媒２２に対して供給される還
元剤の量を後噴射によって増大させる還元剤増量手段を
構成している。
【００３３】なお、後噴射は、各気筒に対する主噴射の
たびに行なうのではなく、適宜間引いて行なわれる。す
なわち、主噴射が各気筒に対して所定の順番で行なわれ
ていくとき、例えば主噴射５回に１回の割合で後噴射を
行なう。例えばＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４気筒があってこの順
番で主噴射行なっていく場合、最初にＡ気筒について後
噴射を行なうと、続くＢ，Ｃ，Ｄ，Ａの各気筒に対して
は後噴射を行なわず（間引き）、その次のＢ気筒に対し
て後噴射を行なう。
【００３４】そうして、本発明の特徴は、端的に言え
ば、後噴射を行なったときのＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄
化能関連値の経時変化を予測し、その予測に基づいて最
適な後噴射量を設定するようにした点にある。そのため
に図３にブロック図で示す後噴射量設定手段を備えてい
る。
【００３５】すなわち、後噴射量設定手段は、後噴射量
演算に必要なデータを電子的に格納したデータ記憶部３
６と、後噴射によって還元剤を所定時間Δｔにわたって
増量したときに上昇するＮＯｘ浄化触媒２２の温度変化
量ΔＴを演算する温度変化量演算手段３７と、上記温度
変化量ΔＴに基づいて上記所定時間ΔｔにおけるＮＯｘ
浄化触媒２２によるＮＯｘ浄化効率を演算する浄化効率
演算手段３８と、上記所定時間Δｔにおいて上記ＮＯｘ
浄化触媒２２で浄化されずに排出されるＨＣ量を演算す
るＨＣ排出量演算手段３９と、各ＨＣ／ＮＯx*比でのＮ
Ｏｘ浄化効率及びＨＣ排出量に基づいて最適なＨＣ／Ｎ
Ｏx*比を選択するＨＣ／ＮＯx*比選択手段４０と、エン
ジンの運転状態に基づいて当該エンジンのＮＯｘ発生量
ＮＯx*を求めるＮＯｘ発生量推定手段４１と、上記選択
されたＨＣ／ＮＯx*比とＮＯｘ発生量ＮＯx*とに基づい
て還元剤増量度合、つまりは後噴射量Ｑｐを求める後噴
射量演算手段４２とを備えている。
【００３６】上記ＨＣ／ＮＯx*比とは、エンジンのＮＯ
ｘ発生量ＮＯx*に対する還元剤供給量ＨＣの比であり、
還元剤供給量ＨＣは主噴射及び後噴射によってＮＯｘ浄
化触媒２２に供給される還元剤量である。また、所定時
間Δｔは、後噴射によって還元剤を増量したときにそれ
がＮＯｘ浄化触媒２２の温度変化となって表れる影響を
予測するためのものであるから、温度変化が表れる時
間、例えば３０秒〜６０秒程度をΔｔとして設定すれば
よい。但し、温度変化が表れるまでに要する時間は排気
ガス量の大小によって異なるから、エンジン回転数が高
くなるほどΔｔが短くなるようにしてもよい。
【００３７】上記データ記憶部３６には後噴射量演算に
必要な昇温速度データ４３と浄化能データ４４とＨＣ排
出量データ４５とが格納されている。
【００３８】昇温速度データ４２は、図４に示すよう
に、ＨＣ／ＮＯx*比が変化するときにＮＯｘ浄化触媒２
２の昇温速度ＶＴがどのように変化するかの両者の関係
を示すものであり、予め実験的に求めて設定されてい
る。この関係はエンジン回転数Ｎｅによって異なるから
エンジン回転数Ｎｅとの関係で設定されている。
【００３９】浄化能データ４４は、図５に示すように、
ＮＯｘ浄化触媒２２の温度が変化するときにＮＯｘ浄化
率がどのように変化するかというＮＯｘ浄化率の温度特
性を示すものであり、予め実験的に求めて設定されてい
る。このＮＯｘ浄化率の温度特性はＨＣ／ＮＯx*比の大
小によって異なるから、複数の異なるＨＣ／ＮＯx*比に
ついて設定されている。
【００４０】ＨＣ排出量データ４５は、図６に示すよう
に、複数の異なるＨＣ／ＮＯx*比で還元剤を増量したと
きにＮＯｘ浄化触媒２２を通過した排気ガスのＨＣ濃度
が時間の経過によってどのように変化するかを示すもの
であり、予め実験的に求めて設定されている。
【００４１】温度変化量演算手段３７は、そのときのエ
ンジン回転数Ｎｅと複数の異なるＨＣ／ＮＯx*比とが与
えられ、図４に示す昇温速度データ４３から各ＨＣ／Ｎ
Ｏx*比について昇温速度ＶＴを読込み、該昇温速度ＶＴ
と所定時間Δｔとによって温度変化量ΔＴ（＝ＶＴ×Δ
ｔ）を求める。温度変化量演算手段３７と昇温速度デー
タ４３とが変化予測手段を構成している。
【００４２】浄化効率演算手段３８は、各ＨＣ／ＮＯx*
比についての温度変化量ΔＴ及び現在の触媒温度Ｔｃが
与えられ、各ＨＣ／ＮＯx*比についてＮＯｘ浄化触媒２
２が上記変化量ΔＴの温度上昇をするときのＮＯｘ浄化
率の変化を図５に示す浄化能データ４４から読込み、所
定時間ΔｔのＮＯｘ浄化効率、すなわち、ここでは平均
ＮＯｘ浄化率AvNOx を演算する。
【００４３】ＨＣ／ＮＯx*＝５とＨＣ／ＮＯx*＝３の場
合を例にとって具体的に説明すると、前者の方が後者よ
りも、還元剤の増量度合が大きいから、図４の昇温速度
データ４３から求められる昇温速度ＶＴは高いものにな
り、従って、温度変化量ΔＴも大きくなる。図５に示す
ように現在の触媒温度Ｔｃが当該触媒が最大ＮＯｘ浄化
率を示すピーク温度Ｔｏよりも高いＴc1であるとする
と、ＨＣ／ＮＯx*＝５の場合は温度変化量ΔＴが大きい
から、所定時間Δｔ秒を経過した時点の触媒温度はＴc5
になるが、ＨＣ／ＮＯx*＝３では所定時間Δｔ経過時の
触媒温度はＴc5よりも高いＴc3となる。ＨＣ／ＮＯx*＝
２であれば、温度変化量ΔＴがさらに小さくなるから、
所定時間Δｔ経過後の触媒温度はＴc3よりもさらに高い
Ｔc2になる。
【００４４】このような触媒温度の上昇変化を生ずると
きのＮＯｘ浄化率の経時変化をみると、図７に示すよう
に、ＨＣ／ＮＯx*＝５のときは還元剤を増量した当初は
ＮＯｘ浄化率が最も高くなるが、温度変化量ΔＴが大き
く触媒温度が急激に上昇するためにそれに伴ってＮＯｘ
浄化率も早いうちに大きく低下する。ＨＣ／ＮＯx*＝３
のときは還元剤の増量に伴うＮＯｘ浄化率の上昇度合は
ＨＣ／ＮＯx*＝５に比べて少なくなるが、温度変化量Δ
Ｔはさほど大きくなく触媒温度はさほど上昇しないため
に、ＮＯｘ浄化率の低下度合は小さい。ＨＣ／ＮＯx*＝
２の場合は還元剤の増量に伴うＮＯｘ浄化率の上昇度が
小さいが、温度変化量ΔＴも小さいから時間が経過して
もＮＯｘ浄化率はあまり低下しない。
【００４５】結局、ＨＣ／ＮＯx*＝５，３，２の各々に
ついて所定時間Δｔの平均ＮＯｘ浄化率を求めると、図
８に示すようにＨＣ／ＮＯx*＝３のときが最も高いとい
うことになる。
【００４６】ＨＣ排出量演算手段３９は、複数の異なる
ＨＣ／ＮＯx*比が与えられて、図６に示すＨＣ排出量デ
ータから上記所定時間Δｔにおいて上記ＮＯｘ浄化触媒
２２で浄化されずに排出されるＨＣ量を演算する。
【００４７】ＨＣ／ＮＯx*比選択手段４０は、浄化効率
演算手段３８によって演算された各ＨＣ／ＮＯx*比での
平均ＮＯｘ浄化率のうち最大のＮＯｘ浄化率を示すＨＣ
／ＮＯx*比を選択する。但し、ＮＯｘ浄化触媒２２の温
度がＮＯｘ浄化率ピーク温度よりも高いときは大きなＨ
Ｃ／ＮＯx*比が選択されることはないから問題にならな
いが、触媒温度が当該ピーク温度Ｔｏよりも低いとき
は、ＨＣ排出量演算手段３９で演算されるＨＣ排出量に
よる規制が加わる。
【００４８】すなわち、触媒温度が当該ピーク温度Ｔｏ
よりも低いときは、図９に示すようにＨＣ／ＮＯx*比が
大きいほどＮＯｘ浄化率が高くなるが、図６に示すよう
にＨＣ排出量も多くなる。従って、このＨＣ排出量が所
定値を越えない範囲で最大のＮＯｘ浄化効率が得られる
ＨＣ／ＮＯx*比を選択することになる。
【００４９】ＮＯｘ発生量推定手段４１は、現在のエン
ジン回転数Ｎｅとアクセル開度とに基づいて当該エンジ
ンのＮＯｘ発生量ＮＯx*を予め設定し電子的に格納した
マップから求める。すなわち、このマップはエンジン回
転数Ｎｅ及びアクセル開度の変化に対してＮＯｘ発生量
ＮＯx*がどのように変化するかを実験的に求めて設定し
たものであり、基本的にはエンジン回転数Ｎｅが高くな
るほど、またアクセル開度が大きくなるほどＮＯｘ発生
量ＮＯx*は多くなる。
【００５０】後噴射量演算手段４２は、ＨＣ／ＮＯx*比
選択手段４０によって選択されたＨＣ／ＮＯx*比とＮＯ
ｘ発生量推定手段４１によって求められたＮＯｘ発生量
ＮＯx*とに基づいて、当該ＨＣ／ＮＯx*比を得るに必要
なＨＣ量を求め、このＨＣ量を得るに必要な後噴射量Ｑ
ｐを求める。
【００５１】以下に、具体的な燃料噴射制御の処理手順
について図１０に示すフローチャート図に沿って説明す
る。尚、この制御は各気筒毎にクランク角信号に同期し
て実行される。
【００５２】スタート後のステップＡ１において、クラ
ンク角信号、エアフローセンサ出力、アクセル開度、温
度センサ出力等を読み込む。続くステップＡ２において
当該制御の実行回数、つまりは主噴射回数ｎをカウント
する。このカウントは主噴射５回につき後噴射を１回行
なうべく主噴射回数をチェックするものである。続くス
テップＡ３において、アクセル開度とエンジン回転数と
に基づいてマップを参照して目標トルクを設定し、エン
ジン回転数と目標トルクと吸入空気量とに基づいてマッ
プを参照して主燃料噴射量Ｑｂを決定する。このステッ
プＡ３は噴射量決定手段を構成している。
【００５３】続くステップＡ４において、エンジン回転
数と目標トルクとに基づいてマップを参照して主噴射開
始時期Ｉｔを設定する。噴射開始時期Ｉｔは基本的には
圧縮行程上死点付近に設定されているが、エンジン水温
やエンジン回転数が異なれば燃料噴霧の着火遅れ時間が
異なるので、エンジン水温が低いほど、またエンジン回
転数が高いほど早められるように設定されている。
【００５４】続くステップＡ５で主噴射が５回目か否か
を判別し、５回目であるときは後噴射を実行すべくステ
ップＡ６以下に進み、５回目に達していないときはステ
ップＡ２０に進む。後噴射を実行すべく進んだステップ
Ａ６では回数ｎを零に戻し、続くステップＡ７でＮＯｘ
浄化触媒２２の温度Ｔｃを温度センサ１８の出力に基づ
いて検出し、続くステップＡ８でエンジン回転数Ｎｅと
アクセル開度とに基づいてマップからＮＯｘ発生量ＮＯ
x*を演算推定する。
【００５５】続くステップＡ９では各ＨＣ／ＮＯx*比
（例えば１〜５）についてそのときのエンジン回転数Ｎ
ｅに基づいて昇温速度データ４３から昇温速度を読込
み、この昇温速度に基づいて各ＨＣ／ＮＯx*比で還元剤
増量を継続したときの所定時間Δｔ秒間に上昇する触媒
温度（温度変化量）ΔＴを予測する。そして、現在の触
媒温度Ｔｃと温度変化量ΔＴとに基づいて浄化能データ
４４から各ＨＣ／ＮＯx*比での当該Δｔ秒間の平均ＮＯ
ｘ浄化率AvNOx を求める。
【００５６】続くステップＡ１０では各ＨＣ／ＮＯx*比
での平均ＮＯｘ浄化率AvNOx のうち最大のものについて
それが基準値AvNOxo未満か否かを判別し、ステップＡ１
１では現在の触媒温度Ｔｃが基準温度Ｔcoよりも高いか
否かを判別する。
【００５７】すなわち、平均ＮＯｘ浄化率AvNOx が基準
値AvNOxo未満で且つ現在の触媒温度Ｔｃが基準温度Ｔco
よりも高いときは、触媒温度Ｔｃが高すぎるために後噴
射により還元剤を増量してもＮＯｘ浄化効率の期待する
向上は望めないということであり、その場合はステップ
Ａ１２で後噴射量Ｑｐを零とし、ステップＡ１３でフラ
グＦ＝１とする。Ｆ＝１は後噴射禁止中であることを示
す。触媒温度Ｔｃが基準温度Ｔco以下であれば、ステッ
プＡ１４に進んでＦ＝０として後噴射量設定のためのス
テップＡ１６に進む。
【００５８】一方、ステップＡ１０で平均ＮＯｘ浄化率
AvNOx が基準値AvNOxo以上になっていると判別されたと
きはステップＡ１５に進み、Ｆ＝１でなければ後噴射量
設定のためのステップＡ１６に進む。Ｆ＝１（後噴射禁
止中）であれば、ステップＡ１１に進んで触媒温度Ｔｃ
が基準温度Ｔco以下になっているか否かを判別する。す
なわち、後噴射が一旦禁止された場合は、平均ＮＯｘ浄
化率AvNOx が基準値AvNOxo以上になっても、触媒温度Ｔ
ｃが基準温度Ｔco以下にならない限り、後噴射禁止を継
続し、触媒温度Ｔｃを速やかに低下させんとするもので
ある。平均ＮＯｘ浄化率の基準値AvNOxoは例えば１０％
とし、触媒温度の基準温度Ｔcoは例えば３００℃とす
る。
【００５９】ステップＡ１６では各ＨＣ／ＮＯx*比につ
いてΔｔ秒間のＨＣ排出量をＨＣ排出量データ４５に基
づいて予測する。続くステップＡ１７では各ＨＣ／ＮＯ
x*比のうちからΔｔ秒間のＨＣ排出量が所定の上限値以
下で平均ＮＯｘ浄化率AvNOxが最大のＨＣ／ＮＯx*比を
選択する。続くステップＡ１８では選択されたＨＣ／Ｎ
Ｏx*比と現在のＮＯｘ発生量ＮＯx*とに基づいて後噴射
量Ｑｐを算出し、続くステップＡ１９で後噴射時期Ｉｐ
を設定する。後噴射時期Ｉｐは、例えばＡＴＤＣ３０〜
９０゜ＣＡの範囲でエンジン負荷が高いほど進角するよ
うに設定する。
【００６０】そうして、主噴射時期Ｉｂになったときに
主噴射を実行し（ステップＡ２０，Ａ２１）、後噴射量
Ｑｐが零よりも大のときは、後噴射時期Ｉｐになったと
きに後噴射を実行する（ステップＡ２２〜Ａ２４）。
【００６１】以上のように、後噴射によってＮＯｘ浄化
触媒２２に供給する還元剤の増量を図るとき、複数の異
なる還元剤増量度合（ＨＣ／ＮＯx*比）についてΔｔ秒
間の触媒温度上昇を予測してＮＯｘ浄化効率を求め、最
も効率の良いＨＣ／ＮＯx*比を選択して後噴射量Ｑｐを
設定するようにしたから、後噴射量が多すぎて触媒温度
が過度に上昇しかえってＮＯｘ浄化効率が下がったり、
あるいは触媒温度の過度上昇を避けるがために後噴射量
を抑えすぎて期するＮＯｘ浄化効率が得られなかったり
する問題がなくなる。すなわち、後噴射量Ｑｐの過不足
がなくなり、ＮＯｘ浄化効率が高くなる。
【００６２】また、ＨＣ／ＮＯx*比の選択にあたってＨ
Ｃ排出量が所定の上限値を越えないことという制限を与
えているので、ＮＯｘ浄化触媒２２が最大ＮＯｘ浄化率
を示すピーク温度よりも低い温度状態にあるとき、ＮＯ
ｘ浄化率を高めんがために後噴射量が過剰になってＨＣ
排出量が多くなってエミッション性がかえって悪化する
という問題が避けられる。また、このＨＣ排出量による
制限は、ＮＯｘ浄化触媒２２の温度が上記ピーク温度を
越えて急激に上昇することを抑制する効果がある。
【００６３】なお、上記実施形態ではＨＣ／ＮＯx*比の
選択にあたってΔｔ秒間のＨＣ排出量で制限を与えるよ
うにしたが、Δｔ秒を経過するまでにＮＯｘ浄化触媒２
２を通過した排気ガスのＨＣ濃度が所定の上限値を越え
ることがないようにＨＣ濃度の面から制限するようにし
てもよい。
【００６４】また、上記実施形態ではΔｔ秒間の触媒温
度上昇を予測してＮＯｘ浄化効率を求めるようにした
が、各ＨＣ／ＮＯx*比についてΔｔ秒後のＮＯｘ浄化率
を予測して適切なＨＣ／ＮＯx*比を選択するようにして
もよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装
置の構成図。
【図２】本発明に係るＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化率及
びＨＣ浄化率に関する温度特性を概略的に示すグラフ
図。
【図３】本発明に係る後噴射量設定手段の構成を示すブ
ロック図。
【図４】本発明に係るＮＯｘ浄化触媒の昇温速度とＨＣ
／ＮＯx*比とエンジン回転数との関係を示すグラフ図。
【図５】各ＨＣ／ＮＯx*比における上記ＮＯｘ浄化触媒
のＮＯｘ浄化率の温度特性を示すグラフ図。
【図６】各ＨＣ／ＮＯx*比における上記ＮＯｘ浄化触媒
を通過した排気ガスのＨＣ濃度の経時変化を示すグラフ
図。
【図７】上記ＮＯｘ浄化触媒が最大ＮＯｘ浄化率を示す
温度よりも高温側にあるときの各ＨＣ／ＮＯx*比におけ
るＮＯｘ浄化率の経時変化を示すグラフ図。
【図８】各ＨＣ／ＮＯx*比における上記ＮＯｘ浄化触媒
の所定時間での平均ＮＯｘ浄化率を示すグラフ図。
【図９】上記ＮＯｘ浄化触媒が最大ＮＯｘ浄化率を示す
温度よりも低温側にあるときの各ＨＣ／ＮＯx*比におけ
るＮＯｘ浄化率の経時変化を示すグラフ図。
【図１０】本発明に係る燃料噴射制御のフロー図。
【符号の説明】
Ａ 排気浄化装置 １ ディーゼルエンジン ２ 気筒 ４ 燃焼室 ５ インジェクタ（燃料噴射弁） ９ クランク角センサ（要求出力検出手段） ２２ 触媒 ２３ 排気還流通路 ２４ 排気還流量調節弁 ２５ ターボ過給機 ３２ アクセル開度センサ（要求出力検出手段） ３５ ＥＣＵ（コントロールユニット）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｇ ３０１Ｔ (72)発明者 渡辺 友巳 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 Ｆターム(参考） 3G084 AA01 BA08 BA13 BA20 BA24 DA10 FA07 FA10 FA11 FA27 FA33 FA38 3G091 AA02 AA10 AA11 AA18 AA28 AB04 BA04 BA14 CA13 CA18 CB02 CB03 CB07 CB08 DA01 DA02 DA03 DA05 DB10 DB13 EA00 EA01 EA05 EA06 EA07 EA16 EA18 EA21 EA23 EA30 EA31 EA34 FB02 FB03 FB10 GA06 GB01X GB05W GB09X GB10X GB17X HA36 HA38 HB03 HB05 HB06 3G301 HA02 HA11 HA13 JA25 MA12 MA18 MA26 NB02 NE23 PA01Z PA07Z PA11Z PB08Z PD04Z PD12Z PE01Z PE03Z PF03Z

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エンジンの排気通路に配置された排気ガ
    ス中のＮＯｘを還元浄化する触媒であって、温度が上昇
    するにつれてＮＯｘ浄化率が上昇して特定の温度で最大
    のＮＯｘ浄化率を示し、該特定温度よりも高温側では温
    度が上昇するにつれてＮＯｘ浄化率が低下していくＮＯ
    ｘ浄化触媒と、 上記ＮＯｘ浄化触媒に供給される排気ガス中の還元剤量
    を増大させる還元剤増量手段とを備えたエンジンの排気
    浄化装置において、 上記ＮＯｘ浄化触媒の温度が上記特定温度以上のとき
    に、上記還元剤増量手段によって還元剤を増量したとき
    の当該触媒のＮＯｘ浄化能に関連する値の変化を予測す
    る変化予測手段と、 上記予測されるＮＯｘ浄化能関連値の変化に基づいて、
    上記還元剤増量手段による還元剤の増量度合を決定する
    増量度合決定手段とを備えていることを特徴とするエン
    ジンの排気浄化装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のエンジンの排気浄化装
    置において、 上記変化予測手段は、当該還元剤増量から所定時間を経
    過するまでに変化する上記ＮＯｘ浄化能関連値の変化量
    を予測するものであり、 上記増量度合決定手段は、上記ＮＯｘ浄化能関連値の予
    測変化量に基づいてその所定時間における当該触媒によ
    るＮＯｘ浄化効率を求め、該ＮＯｘ浄化効率に基づいて
    還元剤増量度合を決定することを特徴とするエンジンの
    排気浄化装置。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載のエンジンの排気浄化装
    置において、 上記変化予測手段は、複数の異なる還元剤増量度合につ
    いて上記ＮＯｘ浄化能関連値の変化量を予測し、 上記増量度合決定手段は、上記複数の異なる還元剤増量
    度合の各々について、上記ＮＯｘ浄化能関連値の予測変
    化量に基づいて上記所定時間における当該触媒によるＮ
    Ｏｘ浄化効率を求め、この複数の異なる還元剤増量度合
    のうちからＮＯｘ浄化効率が大きくなるものを選択して
    還元剤増量度合として決定することを特徴とするエンジ
    ンの排気浄化装置。
  4. 【請求項４】 請求項３に記載のエンジンの排気浄化装
    置において、 上記ＮＯｘ浄化能関連値が上記ＮＯｘ浄化触媒の温度で
    あることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載のエンジンの排気浄化装
    置において、 上記変化予測手段は、上記還元剤増量手段によって還元
    剤を増量したときの上記ＮＯｘ浄化触媒の昇温速度が還
    元剤増量度合によってどのように異なるかを表す電子的
    に格納された昇温速度データを備え、該昇温速度データ
    に基づいて、複数の異なる還元剤増量度合の各々につい
    て上記所定時間に上昇する上記ＮＯｘ浄化触媒の温度を
    予測するものであり、 上記増量度合決定手段は、上記ＮＯｘ浄化触媒の温度に
    応じて変化するＮＯｘ浄化能特性が上記還元剤増量度合
    によってどのように異なるかを表す電子的に格納された
    浄化能データと、該浄化能データに基づいて上記複数の
    異なる還元剤増量度合の各々について上記予測される温
    度上昇を生ずるときの上記所定時間のＮＯｘ浄化効率を
    求める浄化効率演算手段と、上記複数の異なる還元剤増
    量度合のうちから上記浄化効率演算手段によって求めら
    れたＮＯｘ浄化効率が大きくなるものを実行すべき還元
    剤増量度合として選択する選択手段とを備えていること
    を特徴とするエンジンの排気浄化装置。
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