(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮上死点より若干早いタイミングで主噴射を行う通常モードにより希薄燃焼で通常運転を行いつつＮＯx吸蔵還元触媒により排気ガス中のＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し、ＮＯx吸蔵還元触媒の吸蔵量が限界に近づいた時に運転状態を通常モードから触媒再生モードに切り換え、排気ガスの排気側から吸気側への再循環量を増加し且つ吸入空気量を減らして酸素過剰率を下げ、前記通常モードの主噴射より更に早いタイミングで主噴射を行うと共に、該主噴射に続いて圧縮上死点より若干遅いタイミングでポスト噴射を行い、排気ガス中に生成された未燃燃料の熱分解成分を還元剤としてＮＯx吸蔵還元触媒からＮＯxを分解放出させて該ＮＯx吸蔵還元触媒の再生を図り、その放出したＮＯxをＮＯx吸蔵還元触媒上で前記未燃燃料の熱分解成分と反応させて還元浄化することを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化方法。
【請求項２】
ディーゼルエンジンの回転数と負荷とを検出して運転状態を監視し、その運転状態に応じたＮＯｘ吸蔵還元触媒の吸蔵量を推定して積算し、その積算された吸蔵量に基づきＮＯｘ吸蔵還元触媒の吸蔵量が限界に近づいたと判断することを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化方法。
【請求項３】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流通する排気ガスの温度を検出し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒がＮＯｘの分解放出及び還元浄化に関し活性を有する温度域であることを確認した上で運転状態を通常モードから触媒再生モードに切り換えることを特徴とする請求項１又は２に記載のディーゼルエンジンの排気浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排気ガスが流通する排気管の途中にＮＯｘ還元触媒を装備し、該ＮＯｘ還元触媒の上流側に必要量の還元剤を添加して該還元剤をＮＯｘ還元触媒上で排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）と還元反応させることによりＮＯｘの排出濃度を低減し得るようにしたものがある。
【０００３】
他方、理論空燃比より薄い空燃比で希薄燃焼（リーンバーン）を行わせることにより大幅な燃費の向上を図り得ることが広く知られているが、このような希薄燃焼運転を行うことを想定したディーゼルエンジンに関してもＮＯｘの排出濃度を低減することは重要な課題となっている。
【０００４】
しかしながら、一般的に、希薄燃焼運転時における酸素過剰存在下では、ＮＯｘ還元触媒上において、還元剤がＮＯｘと反応するよりも先に酸素と反応してしまうので、希薄燃焼運転時における実用化レベルの高いＮＯｘ低減効果を得ることが難しかった。
【０００５】
そこで、希薄燃焼運転時においてもＮＯｘを低減し得る触媒として、排気ガス中の酸素過剰率が高い時にＮＯｘを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し且つ排気ガス中の酸素過剰率が低い時に還元剤の介在によりＮＯｘを分解放出して還元浄化する性質を備えたＮＯｘ吸蔵還元触媒の実用化が現在検討されている。
【０００６】
尚、この種のＮＯｘ吸蔵還元触媒としては、白金・バリウム・アルミナ触媒や、イリジウム・白金・バリウム・アルミナ触媒などが前述した如き性質を有するものとして既に知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを放出させて該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の再生を図るのに際し、従来においては、排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）により排気ガスを排気側から吸気側へ多量に再循環させることで酸素過剰率を下げてＮＯｘ吸蔵還元触媒を再生することが検討されているが、このように多量の排気ガスを再循環させて酸素過剰率を下げるだけでは、気筒内での燃焼状態の大幅な悪化を招いて多量の黒煙が発生してしまうことが避けられないため、未だＮＯｘ吸蔵還元触媒のディーゼルエンジンでの実用化の目処が立っていないのが実情である。
【０００８】
本発明は、上述の実情に鑑みてなされたものであり、黒煙を発生させることなくＮＯｘ吸蔵還元触媒を良好に再生し得るようにした実用性の高いディーゼルエンジンの排気浄化方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧縮上死点より若干早いタイミングで主噴射を行う通常モードにより希薄燃焼で通常運転を行いつつＮＯx吸蔵還元触媒により排気ガス中のＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し、ＮＯx吸蔵還元触媒の吸蔵量が限界に近づいた時に運転状態を通常モードから触媒再生モードに切り換え、排気ガスの排気側から吸気側への再循環量を増加し且つ吸入空気量を減らして酸素過剰率を下げ、前記通常モードの主噴射より更に早いタイミングで主噴射を行うと共に、該主噴射に続いて圧縮上死点より若干遅いタイミングでポスト噴射を行い、排気ガス中に生成された未燃燃料の熱分解成分を還元剤としてＮＯx吸蔵還元触媒からＮＯxを分解放出させて該ＮＯx吸蔵還元触媒の再生を図り、その放出したＮＯxをＮＯx吸蔵還元触媒上で前記未燃燃料の熱分解成分と反応させて還元浄化することを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化方法、に係るものである。
【００１０】
而して、このようにすれば、希薄燃焼による通常運転時に、排気ガス中の酸素過剰率が高く維持されることにより、排気ガス中のＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒により良好に酸化されて硝酸塩の状態で一時的に吸蔵され、通常運転時における燃費向上が図られつつ排気ガス中のＮＯｘが大幅に低減されることになる。
【００１１】
又、十分な量のＮＯxを硝酸塩の状態で吸蔵してＮＯx吸蔵還元触媒の吸蔵能力が低下してきた時には、運転状態を通常モードから触媒再生モードに切り換えて、排気ガスの排気側から吸気側への再循環量を増加し且つ吸入空気量を減らし、これにより気筒内の酸素過剰率を下げた状態として、通常モードの主噴射より更に早いタイミングで主噴射を行い、次いで、圧縮上死点より若干遅いタイミングでポスト噴射を行うようにすると、主噴射の燃料が早めに気筒内に投入されることにより燃料の予混合化が促進されて主噴射による黒煙の発生が著しく抑制され、しかも、主としてポスト噴射の燃料が完全燃焼せずに熱分解されてＨ2，ＣＯ，ＨＣなど未燃燃料の熱分解成分が多く残留した排気ガスが生成されることになる。
【００１２】
そして、これらのＨ２，ＣＯ，ＨＣを多く含む排気ガスが排気側から吸気側へ向け多量に再循環されると、気筒内がＨ２，ＣＯ，ＨＣなどの未燃燃料の熱分解成分が均等に分散した酸素過剰率の低い状態となり、斯かる状態で気筒内に次の主噴射が行われて燃料が燃焼すると、酸素過剰率が低いために完全燃焼とはならないものの、その燃焼状態自体は良好なものとなって黒煙などを発生せずに燃焼が完了することになり、しかも、その燃焼後に排気ガス中に残存したままＮＯｘ吸蔵還元触媒へと導かれた未燃燃料の熱分解成分が還元剤として機能し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘが分解放出されて該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の再生が図られ、その放出されたＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒上で前記未燃燃料の熱分解成分と反応して還元浄化されることになる。
【００１３】
更に、本発明においては、ディーゼルエンジンの回転数と負荷とを検出して運転状態を監視し、その運転状態に応じたＮＯｘ吸蔵還元触媒の吸蔵量を推定して積算し、その積算された吸蔵量に基づきＮＯｘ吸蔵還元触媒の吸蔵量が限界に近づいたと判断することが好ましく、このようにすれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を再生すべき時期を明確に判定することが可能となる。
【００１４】
又、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流通する排気ガスの温度を検出し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒がＮＯｘの分解放出及び還元浄化に関し活性を有する温度域であることを確認した上で運転状態を通常モードから触媒再生モードに切り換えることが好ましく、このようにすれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の活性が低下した状態を避けて効率の良い再生を行うことが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例の排気浄化装置においては、ディーゼルエンジン１からの排気ガス２が流通する排気管３の途中に、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４がケーシング５に抱持されて装備されている。
【００１７】
又、ここに図示しているディーゼルエンジン１では、排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）を成すＥＧＲパイプ６により排気管３と吸気管７との間が接続されており、このＥＧＲパイプ６の途中に備えた常時閉のＥＧＲバルブ８を吸気行程中に開け、前記ＥＧＲパイプ６を通して排気ガス２の一部を吸入空気９と一緒に再循環してディーゼルエンジン１の気筒１０内に送り込み、該気筒１０内での燃焼温度を下げてＮＯｘの低減化を図るようにしてある。
【００１８】
ここで、吸気管７におけるＥＧＲパイプ６の接続位置より上流側には、吸気量を調節する吸気バルブ１１が装備されており、又、排気管３におけるＥＧＲパイプ６の分岐位置より下流側には、排気量を調節する排気バルブ１２が装備されている。
【００１９】
更に、ディーゼルエンジン１の各気筒１０の頂部には、図示しない燃料タンクの燃料（軽油）をサプライポンプ１３によりコモンレール式の蓄圧タンク１４（実質的な燃料噴射装置）を介し導いて気筒１０内に噴射するインジェクタ１５（燃焼噴射ノズル）が装備されている。
【００２０】
そして、運転席のアクセルには、アクセル開度をディーゼルエンジン１の負荷として検出するアクセルセンサ１６（負荷センサ）が備えられていると共に、ディーゼルエンジン１の適宜位置には、その回転数を検出する回転センサ１７が装備されており、これらアクセルセンサ１６からのアクセル開度信号１６ａと回転センサ１７からの回転数信号１７ａとが制御装置１８に入力されるようになっている。
【００２１】
又、特に本形態例においては、前記ケーシング５のＮＯｘ吸蔵還元触媒４を挟んだ前後位置に、排気ガス２の温度を検出する温度センサ１９が装備されており、この温度センサ１９からの温度信号１９ａが前記制御装置１８に入力されるようになっている。
【００２２】
一方、前記制御装置１８においては、各気筒１０のインジェクタ１５に向け燃料のタイミング及び噴射量を指令する燃料噴射信号１５ａが出力されるようになっていると共に、ＥＧＲバルブ８と吸気バルブ１１と排気バルブ１２とに対し、夫々の開度を指令する開度指令信号８ａ，１１ａ，１２ａが出力されるようになっている。
【００２３】
即ち、この制御装置１８では、アクセル開度信号１６ａ及び回転数信号１７ａから判断されるディーゼルエンジン１の運転状態を監視して、その運転状態に応じたＮＯｘ吸蔵還元触媒４の吸蔵量を推定して積算し、その積算された吸蔵量に基づきＮＯｘ吸蔵還元触媒４の吸蔵量が限界に近づいたと判断された時に、温度信号１９ａにより排気ガス２の温度を更に確認し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４がＮＯｘの分解放出及び還元浄化に関し活性を有する温度域にあることを確認した上で、各気筒１０のインジェクタ１５に向け新たなタイミング及び噴射量を指令する燃料噴射信号１５ａが出力されると共に、ＥＧＲバルブ８と吸気バルブ１１と排気バルブ１２とに向け開度指令信号８ａ，１１ａ，１２ａが出力され、ディーゼルエンジン１の運転状態が通常モードから触媒再生モードに切り換えられるようにしてある。
【００２４】
ここで、ディーゼルエンジン１の運転状態が通常モードの場合においては、ＥＧＲバルブ８を０％開度の全閉とし且つ吸気バルブ１１及び排気バルブ１２を１００％の開度として、図２に破線で示す如き圧縮上死点より若干早いタイミングで主噴射を行う運転状態に制御されるようになっているが、運転状態を触媒再生モードに切り換えた場合においては、ＥＧＲバルブ８を５０％開度に開け且つ吸気バルブ１１及び排気バルブ１２を５０％以下の開度に絞り、図２に実線で示す如き通常モードの主噴射より更に早いタイミングで且つ噴射量を減らして主噴射を行い、該主噴射に続いて圧縮上死点より若干遅いタイミングでポスト噴射を行う運転状態に制御されるようになっている。
【００２５】
尚、図２においては、その縦軸をインジェクタの針弁のリフト（揚程）とし且つ横軸をクランクシャフトの回転角度としており、圧縮上死点の左側（タイミングの早い側）が圧縮工程を示し、圧縮上死点の右側（タイミングの遅い側）が爆発工程を示している。
【００２６】
而して、このようにすれば、通常運転時において、ＥＧＲバルブ８が全閉にされてＥＧＲパイプ６による排気ガス２の再循環が止められ、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２が１００％の開度に開けられて、圧縮上死点より若干早いタイミングで主噴射を行う通常モードに制御されるので、このような希薄燃焼の通常モードで排気ガス２中の酸素過剰率が高く維持されることにより、排気ガス２中のＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒４により良好に酸化されて硝酸塩の状態で一時的に吸蔵され、通常運転時における燃費向上が図られつつ排気ガス２中のＮＯｘが大幅に低減されることになる。
【００２７】
そして、アクセル開度信号１６ａ及び回転数信号１７ａに基づきディーゼルエンジン１の運転状態が制御装置１８により監視され、その運転状態に応じたＮＯｘ吸蔵還元触媒４の吸蔵量が推定されて積算されているので、その積算された吸蔵量に基づきＮＯｘ吸蔵還元触媒４の吸蔵量が限界に近づいたと判断された時に、温度信号１９ａに基づきＮＯｘ吸蔵還元触媒４が所定の活性温度域にあることが更に確認されて、ディーゼルエンジン１の運転状態が通常モードから触媒再生モードに切り換えられる。
【００２８】
即ち、制御装置１８により、ＥＧＲバルブ８が５０％開度に開けられてＥＧＲパイプ６を通し多量の排気ガス２が排気側から吸気側へ再循環量され、且つ吸気バルブ１１及び排気バルブ１２が５０％以下の開度に絞られて吸入空気量が減らされ、これにより気筒１０内の酸素過剰率がλ＝１以下で下げられた状態となり、しかも、新たなタイミング及び噴射量を指令する燃料噴射信号１５ａを受けたインジェクタ１５により、通常モードの主噴射より更に早いタイミングで且つ噴射量を減らして主噴射が行われ、該主噴射に続いて圧縮上死点より若干遅いタイミングでポスト噴射が行われることになる。
【００２９】
このようにディーゼルエンジン１の運転状態が通常モードから触媒再生モードに切り換えられると、主噴射の燃料が早めに気筒１０内に投入されることにより燃料の予混合化が促進されて主噴射による黒煙の発生が著しく抑制され、しかも、主としてポスト噴射の燃料が完全燃焼せずに熱分解されてＨ２，ＣＯ，ＨＣなど未燃燃料の熱分解成分が多く残留した排気ガス２が生成されることになる。
【００３０】
そして、これらのＨ２，ＣＯ，ＨＣを多く含む排気ガス２がＥＧＲパイプ６を通し排気側から吸気側へ向け多量に再循環されると、気筒１０内がＨ２，ＣＯ，ＨＣなどの未燃燃料の熱分解成分が均等に分散した酸素過剰率の低い状態となり、斯かる状態で気筒１０内に次の主噴射が行われて燃料が燃焼すると、酸素過剰率が低いために完全燃焼とはならないものの、その燃焼状態自体は良好なものとなって黒煙などを発生せずに燃焼が完了することになり、しかも、その燃焼後に排気ガス２中に残存したままＮＯｘ吸蔵還元触媒４へと導かれた未燃燃料の熱分解成分が還元剤として機能し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４からＮＯｘが分解放出されて該ＮＯｘ吸蔵還元触媒４の再生が図られ、その放出されたＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒４上で前記未燃燃料の熱分解成分と反応して還元浄化されることになる。
【００３１】
事実、本発明者らが行った実験結果によれば、図３に示す如く、通常モードによる主噴射のみで酸素過剰率を下げていった場合に、既にλ＝１．４付近から急激に黒煙の発生率が上昇し、λ＝１以下の領域では、実用性のある排気浄化装置として到底供し得ないほどの激しい黒煙の発生が確認されたが、触媒再生モードに切り換えて主噴射とポスト噴射とを行いつつ酸素過剰率を下げていった場合には、λ＝０．８付近まで下げても黒煙の発生率が極めて低く抑えられることが確認されている。
【００３２】
従って、上記形態例によれば、気筒１０内での燃焼状態の大幅な悪化を招くことなく排気ガス２を排気側から吸気側へ多量に再循環させて酸素過剰率を下げることができるので、黒煙を発生させることなくＮＯｘ吸蔵還元触媒４を良好に再生することができ、これによりＮＯｘ吸蔵還元触媒４のディーゼルエンジン１への適用を実用化することができる。
【００３３】
又、特に本形態例においては、ディーゼルエンジン１の回転数と負荷とを検出して運転状態を監視し、その運転状態に応じたＮＯｘ吸蔵還元触媒４の吸蔵量を推定して積算し、その積算された吸蔵量に基づきＮＯｘ吸蔵還元触媒４の吸蔵量が限界に近づいたと判断するようにしているので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４を再生すべき時期を明確に判定することができる。
【００３４】
更には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４に流通する排気ガス２の温度についても検出し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４がＮＯｘの分解放出及び還元浄化に関し活性を有する温度域であることを確認した上で運転状態を通常モードから触媒再生モードに切り換えるようにしているので、ＮＯｘ吸蔵還元触媒４の活性が低下した状態を避けて効率の良い再生を行うことができる。
【００３５】
尚、本発明のディーゼルエンジンの排気浄化方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３６】
【発明の効果】
上記した本発明のディーゼルエンジンの排気浄化方法によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００３７】
（Ｉ）気筒内での燃焼状態の大幅な悪化を招くことなく排気ガスを排気側から吸気側へ多量に再循環させて酸素過剰率を下げることができるので、黒煙を発生させることなくＮＯｘ吸蔵還元触媒を良好に再生することができ、これによりＮＯｘ吸蔵還元触媒のディーゼルエンジンへの適用を実用化することができる。
【００３８】
（ＩＩ）ディーゼルエンジンの回転数と負荷とを検出して運転状態を監視し、その運転状態に応じたＮＯｘ吸蔵還元触媒の吸蔵量を推定して積算し、その積算された吸蔵量に基づきＮＯｘ吸蔵還元触媒の吸蔵量が限界に近づいたと判断するようにすれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を再生すべき時期を明確に判定することができる。
【００３９】
（ＩＩＩ）ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流通する排気ガスの温度を検出し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒がＮＯｘの分解放出及び還元浄化に関し活性を有する温度域であることを確認した上で運転状態を通常モードから触媒再生モードに切り換えるようにすれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の活性が低下した状態を避けて効率の良い再生を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】触媒再生モードの有効性を通常モードと比較して示したグラフである。
【図３】通常モードと触媒再生モードとによる燃焼の噴射タイミングを説明するグラフである。
【符号の説明】
１    ディーゼルエンジン
２    排気ガス
３    排気管
４    ＮＯｘ吸蔵還元触媒
６    ＥＧＲパイプ
７    吸気管
９    吸入空気
１２    排気バルブ
１５    インジェクタ
１６    アクセルセンサ（負荷センサ）
１７    回転センサ
１９    温度センサ
【図１】
0003621864.tif 000002
【図２】
0003621864.tif 000003
【図３】
0003621864.tif 000004