(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒内燃機関の各排気ポートを結ぶ複数の枝通路をまとめるエキゾーストマニホルドと、
ＮＯｘ吸収剤を備える機関排気通路と、
前記エキゾーストマニホルドおよび前記機関排気通路上に設置した過給機を接続する接続通路と、
機関吸気系に排気ガスの一部を再循環する排気再循環装置と、
前記ＮＯｘ吸収剤に還元剤を添加する還元剤添加装置とを備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記接続通路を前記エキゾーストマニホルドの一端部分で接続し、
前記排気再循環装置を前記エキゾーストマニホルドの他端部分で接続し、
前記還元剤添加装置の吐出口を前記エキゾーストマニホルドの一端部分に最寄りの一気筒の排気ポートに設置し、
前記エキゾーストマニホルドのうち前記接続通路との接続箇所である前記一端部分から他端部分側に向けて離れた適所に、還元剤の前記他端部分側に向けた流れを防止する逆止弁を設けることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記エキゾーストマニホルドに設置する前記逆止弁は、前記一端部分に最寄りの一気筒とこの気筒に隣接する他の気筒との間の箇所に設けることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
内燃機関の作動状態に応じて前記還元剤添加装置による燃料添加実行の可否を判断する燃料添加実行判断手段を有することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記燃料添加実行判断手段により燃料添加実行の判断がされた場合に前記還元剤添加装置から放出される還元剤の吐出力を増大する還元剤吐出力増大手段を有することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
多気筒内燃機関の各排気ポートを結ぶ複数の枝通路をまとめるエキゾーストマニホルドと、
ＮＯｘ吸収剤を備える機関排気通路と、
前記エキゾーストマニホルドおよび前記機関排気通路上に設置した過給機を接続する接続通路と、
機関吸気系に排気ガスの一部を再循環する排気再循環装置と、
前記ＮＯｘ吸収剤に還元剤を添加する還元剤添加装置とを備える内燃機関の排気浄化装置
において、
前記エキゾーストマニホルドにおける気筒の配列方向の一端部分に前記接続通路を接続し、
前記エキゾーストマニホルドにおける気筒の配列方向の他端部分に前記排気再循環装置を接続し、
前記還元剤添加装置の吐出口を、前記エキゾーストマニホルドにおける気筒の配列方向の一端部分に最寄りの一気筒の排気ポートに、この吐出口から添加される還元剤が前記接続通路に向かうように設置し、
内燃機関の作動状態に応じて前記還元剤添加装置による燃料添加実行の可否を判断する燃料添加実行判断手段を備えるとともに、
この燃料添加実行判断手段により燃料添加実行の判断がされた場合に前記還元剤添加装置から放出される還元剤の吐出力を増大する還元剤吐出力増大手段を有する内燃機関の排気浄化装置。
【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（以下「希薄燃焼式内燃機関」という。）から排出される排気ガス中の有害成分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】
希薄燃焼式内燃機関に限らず、内燃機関から排出される排気ガスに含まれるＮＯｘの低減手段の一つに排気再循環装置（以下、ＥＧＲと略す）がある。
【０００３】
ＥＧＲは、排気ガスの一部を再度吸気系に戻し、不活性ガスの導入により燃焼室におけるガスの熱容量を増大させ、燃焼室の最高燃焼温度を下げることによってＮＯｘの発生を低減するものである。
【０００４】
また、希薄燃焼式内燃機関から排出される排気ガスのＮＯｘ低減手段として機関排気系に設置され、選択還元型ＮＯｘ触媒や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒などのＮＯｘ吸収剤を包蔵する触媒コンバータがある。
【０００５】
触媒コンバータは、ＥＧＲのようにＮＯｘの発生そのものを抑制する技術ではなく、発生してしまったＮＯｘを大気に放出する前に前記ＮＯｘ吸収剤によりＮＯｘを浄化するものである。
【０００６】
前記選択還元型ＮＯｘ触媒は、これが酸素過剰の雰囲気下にあるときに炭化水素（ＨＣ）を積極的に添加することでＮＯｘを還元または分解する触媒である。よって、この選択還元型ＮＯｘ触媒でＮＯｘを浄化するためにはＨＣ成分からなる適量の還元剤を必要とする。
【０００７】
選択還元型ＮＯｘ触媒を用いて排気浄化を行う場合、希薄燃焼式内燃機関は元来その通常運転時における排気成分中に含まれているＨＣの量がこれまでのガソリン車に比べて少ない。このため、ＮＯｘ浄化を行うには選択還元型ＮＯｘ触媒にＨＣ成分を供給する必要がある。
【０００８】
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に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。
【０００９】
この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を希薄燃焼式内燃機関の排気浄化に用いる場合、該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をＮＯｘ触媒が吸収することとなる。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吸収能力が飽和に達し、それ以上ＮＯｘを吸収できなくなってＮＯｘがリークしてしまうことになる。
【００１０】
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極度に低下させるとともに還元剤を供給し、ＮＯｘ触媒に吸収された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。
【００１１】
ＮＯｘ吸収剤でＮＯｘを浄化するためには、排気ガスの空燃比をリッチにするとともに連続的にあるいは間欠的に排気ガス中に還元剤を添加する必要がある。そして、内燃機関が排出する排気ガスのＮＯｘ低減をより実効あるものとするために、例えば特開平６−７４０２２号公報開示の技術のように、ＥＧＲとＮＯｘ吸収剤を組み合わせる場合もある。
【００１２】
前記公報には、４気筒エンジンを例示しており、この４気筒エンジンの３気筒の排気ポートに接続されるエキゾーストマニホルドの３本の岐管に排気還流通路（以下「ＥＧＲ管」という。）を接続し、この３本の岐管から排気ガスの一部を吸い込んでＥＧＲ管を介して吸気管に戻している。
【００１３】
また、残りの一気筒の排気ポートには還元剤添加ノズルを取り付けてある。そして、この還元剤添加ノズルから排気ガス中に機関燃料（還元剤）を導入することで排気管下流に備えたＮＯｘ吸収剤に還元剤を添加するようにしている。
【００１４】
還元剤添加ノズルを備えた気筒をＥＧＲ管に連なる前記３つの気筒からなる気筒群と区分したのは、還元剤添加ノズルから導入された還元剤がＥＧＲ管を介して吸気系に取り込まれないようにするためである。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報記載の技術では、ＥＧＲ管を３本（複数）の岐管に接続しており、これらの管は通常溶接によってＥＧＲ管に接続する。しかし、ＥＧＲ管に複数の岐管を溶接するとその作業が面倒であるばかりか溶接の善し悪しの程度によってはガス漏れを生じるといった不具合を生じることも考えられる。
【００１６】
また、ＥＧＲ管と接続する岐管が多いと、ＥＧＲガスの流れに対する排気脈動の影響を無視できず、ＥＧＲガスの流量制御が難しくなる。
一方、ＥＧＲ管を介した再循環ガスの循環割合（以下「ＥＧＲ率」という。）は、車輌に搭載してあるコンピュータ、すなわちエンジンの制御装置である電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ、以下「ＥＣＵ」と称する。）に記憶してあるエンジン回転数−負荷マップからエンジンの運転状態にあった適量が求められるようになっている。
【００１７】
したがって、ＥＧＲ率の高い運転状態で内燃機関が作動している時に還元剤が供給されてしまうと、ＥＧＲ管に備えられている再循環ガス冷却装置であるＥＧＲクーラ内に配設されているガス通路の壁面に還元剤が徐々に付着して目詰まりを起こしてしまう虞がある。
【００１８】
すると本来吸気系に循環されるべき量の再循環ガスが、この目詰まりに起因して吸気系に送られず、よってトルク低下を招来しＥＧＲによるＮＯｘの低減効果を期待できないことが考えられる。
【００１９】
反対に前記のごとくＥＧＲ率の高い運転状態で内燃機関が作動している時であって還元剤の供給量が多すぎると、吸気系に送り込まれる還元剤が機関燃料として燃焼してしまい必要以上に機関燃焼がなされ、それに起因してトルクの増大を招来することが考えられる。
【００２０】
よって、このようなトルク変動はドライバの意図するものではないため、ドライバビリティの悪化を招くことになり好ましくない。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、例えばＮＯｘ吸収剤によるＮＯｘ低減用として用いられる還元剤のＥＧＲ系への流出を阻止することで前記還元剤のＥＧＲ系への回り込み，ＥＧＲクーラ内に配設したガス通路の目詰まりおよびトルク変動を防止し、さらには製品精度の向上や組付作業の向上を図ることを挙げられる。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明内燃機関の排気浄化装置は、次の手段を講じた。
【００２２】
（１）本発明内燃機関の排気浄化装置は、多気筒内燃機関の各排気ポートを結ぶ複数の枝通路をまとめるエキゾーストマニホルドと、ＮＯｘ吸収剤を備える機関排気通路と、前記エキゾーストマニホルドおよび前記機関排気通路上に設置した過給機を接続する接続通路と、機関吸気系に排気ガスの一部を再循環する排気再循環装置と、前記ＮＯｘ吸収剤に還元剤を添加する還元剤添加装置とを備える内燃機関の排気浄化装置において、前記接続通路を前記エキゾーストマニホルドの一端部分で接続し、前記排気再循環装置を前記エキゾーストマニホルドの他端部分で接続し、前記還元剤添加装置の吐出口を前記エキゾーストマニホルドの一端部分に最寄りの一気筒の排気ポートに設置し、前記エキゾーストマニホルドのうち前記接続通路との接続箇所である前記一端部分から他端部分側に向けて離れた適所に、還元剤の前記他端部分側に向けた流れを防止する逆止弁を設けることを特徴とする。
【００２３】
ここで、「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。
「ＮＯｘ吸収剤」としては、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒あるいは選択還元型ＮＯｘ触媒を例示することができる。
【００２４】
「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、この担体の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んだ少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とを担持してなる。
【００２５】
「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をいう。
【００２６】
「還元剤」としては軽油やガソリンなどＨＣ成分を含むものが好適である。
「排気再循環装置」は、機関排気系から吸気系に排気ガスを再循環する装置であって、排気系と吸気系とを機関本体をバイパスして結ぶバイパス通路であるＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路内を排気系側から吸気系側に流れる排気ガス（以下「ＥＧＲガス」という。）の量を制御する制御弁（以下「ＥＧＲバルブ」という。）と、ＥＧＲ通路を通るＥＧＲガスの温度を下げるＥＧＲクーラとからなる。
【００２７】
前記ＥＧＲクーラはＥＧＲガスと機関冷却液との間で熱交換を行う熱交換器であり、その内部には機関冷却液が通る機関冷却液管路とこの機関冷却液管路にＥＧＲガスが直に接した状態でＥＧＲガスを通すＥＧＲガス通路管を備えている。そして、機関冷却液がこの機関冷却液管路を流れている時にＥＧＲガスが機関冷却液管路に接することでＥＧＲガスの温度を吸収しＥＧＲガスの温度を下げる。
【００２８】
「還元剤添加装置」としては、燃料添加ノズル，燃料ポンプ，燃料パイプ，燃料添加ノズルからの噴射燃料量を制御する制御弁，燃料通路を含むものを例示できる。
【００２９】
「逆止弁」は、エキゾーストマニホルドの他端部分から一端部分に向けての排気ガスの流れは許容しても反対方向への排気ガスの流れは許容しない一方向弁のことである。
【００３０】
このような構成の本発明内燃機関の排気浄化装置では、エキゾーストマニホルドにおいて、接続通路および排気再循環装置をそれぞれエキゾーストマニホルドの一端部分および他端部分で接続してあり、還元剤添加装置を前記一端部分に最寄りの一気筒の排気ポートに設置してあるので、エキゾーストマニホルドにおける還元剤添加装置と排気再循環装置とが互いに遠く離間する。
【００３１】
よって、還元剤添加装置から吐出された還元剤が排気再循環装置を介して吸気系に回り込むのをそれだけでも防止できる。しかも本発明では、エキゾーストマニホルドのうち前記接続通路との接続箇所である前記一端部分から前記他端部分側に向けて離れた適所にエキゾーストマニホルドの他端部分から一端部分に向けての排気ガスの流れのみを許容する一方向弁としての逆止弁を設けてあるので、たとえ還元剤添加装置から吐出された還元剤が前記他端部分側に向けて必要以上に流れたとしても、還元剤が排気再循環装置を経由して機関吸気系に流れることはない。よって必要以上にトルクの増大を招来することもない。
【００３２】
また、ＥＧＲ率の高い運転状態で内燃機関が作動している時に還元剤が供給されるようなことがあったにしても、還元剤がＥＧＲ管に備えられているＥＧＲクーラ内に配設したＥＧＲガス通路管の壁面に還元剤が付着して目詰まりを起こしてしまうこともない。よって本来吸気系に循環されるべき量の再循環ガスが吸気系に送られないこともないのでトルク低下を招来することもない。さらにはＥＧＲによるＮＯｘの低減効果も充分期待できる。
【００３３】
さらにまた、還元剤の多寡に起因したトルク変動がないあるいはあっても小さなものであるからドライバビリティが悪化することもない。
また、エキゾーストマニホルドに対する排気再循環装置の接続を他端部分一箇所のみで行っているので、溶接作業も容易になりかつ耐久性が向上し、コストダウンを図ることができる。
（２）前記エキゾーストマニホルドに設置される前記逆止弁は、前記一端部分に最寄りの一気筒とこの気筒に隣接する他の気筒との間の箇所に設けるようにすることもできる。このようにすることで逆止弁の設置範囲、すなわち設計の自由度が広がって好適である。
（３）内燃機関の作動状態に応じて前記還元剤添加装置による燃料添加実行の可否を判断する燃料添加実行判断手段を有する。
【００３４】
ここで、内燃機関全体の制御を行うＥＣＵについて簡単に述べるとともに、本項の構成要素について説明する。
ＥＣＵは、周知のごとくデジタルコンピュータからなり、双方向性バスによって相互に接続した、中央処理制御装置であるＣＰＵ，読み出し専用メモリであるＲＯＭ，ランダムアクセスメモリであるＲＡＭ，バックアップＲＡＭ，入力ポート，出力ポート等から構成する。
【００３５】
入力ポートは、内燃機関や車輌に取り付けた各種センサと電気的に接続され、これら各種センサの出力信号が入力ポートを介してＥＣＵ内に入ると、これら各センサに係るパラメータは一時的にＲＡＭに記憶される。
【００３６】
そして、ＣＰＵは双方向性バスを通じてＲＡＭに記憶しておいた前記パラメータを必要に応じて呼び出し、これらのパラメータに基づいてＣＰＵが必要とする演算処理を行い、この演算処理の結果、出力ポートを介して内燃機関の各種構成部材が作動する。
【００３７】
「燃料添加実行判断手段」としては、例えばＥＣＵのＲＯＭに記憶され、還元剤添加装置の作動制御を実現するアプリケーションプログラムおよびこのアプリケーションプログラムの実行用に用意された、エンジン回転数と負荷の関数として予めＲＯＭ内に記憶してあるエンジン回転数−負荷マップを挙げられる。
【００３８】
そしてエンジン回転数−負荷マップからＥＧＲ管を介した再循環ガスの循環割合であるＥＧＲ率を求める。そして、求めたＥＧＲ率がある所望の範囲にある場合はＣＰＵが燃料添加実行時と判断し、当該所望の範囲にない時は燃料添加非実行時と判断する。
【００３９】
前記アプリケーションプログラムの実行はＣＰＵによってなされ、また前記マップはＲＯＭに予め記憶してあり、ＣＰＵやＲＯＭの属性はＥＣＵにあるので、ＥＣＵのことを燃料添加実行判断手段ということにする。
【００４０】
本発明では燃料添加実行判断手段によって内燃機関の作動状態に応じて前記還元剤添加装置による燃料添加実行の可否を判断するので、好適な燃料添加の実現ができる。
（４）前記燃料添加実行判断手段により燃料添加実行の判断がされた場合に前記還元剤添加装置から放出される還元剤の吐出力を増大する還元剤吐出力増大手段を有することが望ましい。
【００４１】
「還元剤吐出力増大手段」としては、前記燃料添加実行判断手段によって燃料添加の実行時と判断された時に前記還元剤添加装置の動力を高める装置、例えば適宜のポンプおよびこのポンプの作動制御を行う前記ＥＣＵを例示できる。
【００４２】
本発明では前記燃料添加実行判断手段により燃料添加実行の判断がされた場合には還元剤吐出力増大手段が作動して前記還元剤添加装置から接続管に向けて放出される還元剤の吐出力を増大するので、還元剤のＥＧＲ系への回り込みを一層効果的に防止できる。
（５）多気筒内燃機関の各排気ポートを結ぶ複数の枝通路をまとめるエキゾーストマニホルドと、ＮＯｘ吸収剤を備える機関排気通路と、前記エキゾーストマニホルドおよび前記機関排気通路上に設置した過給機を接続する接続通路と、機関吸気系に排気ガスの一部を再循環する排気再循環装置と、前記ＮＯｘ吸収剤に還元剤を添加する還元剤添加装置とを備える内燃機関の排気浄化装置において、前記エキゾーストマニホルドにおける気筒の配列方向の一端部分に前記接続通路を接続し、前記エキゾーストマニホルドにおける気筒の配列方向の他端部分に前記排気再循環装置を接続し、前記還元剤添加装置の吐出口を、前記エキゾーストマニホルドにおける気筒の配列方向の一端部分に最寄りの一気筒の排気ポートに、この吐出口から添加される還元剤が前記接続通路に向かうように設置し、内燃機関の作動状態に応じて前記還元剤添加装置による燃料添加実行の可否を判断する燃料添加実行判断手段を備えるとともに、この燃料添加実行判断手段により燃料添加実行の判断がされた場合に前記還元剤添加装置から放出される還元剤の吐出力を増大する還元剤吐出力増大手段を有するようにすることもできる。
【００４３】
この場合も燃料添加実行判断手段により燃料添加実行の判断がされた場合には還元剤吐出力増大手段が作動して還元剤添加装置から接続管に向けて放出される還元剤の吐出力を増大するので、還元剤のＥＧＲ系への回り込みを効果的に防止できる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施の形態〕
まず、図１を参照して第１実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の全体構成を説明する。
【００４５】
エンジン１は直列４気筒ディーゼルエンジンである。そしてこのエンジン１の各気筒の燃焼室には、吸気管３および吸入分岐管であるインテークマニホルド２を介して吸気が導入される。
【００４６】
吸気管３の始端にはエアクリーナ４を設けてあり、吸気管３の途中には、エアフローメータ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を設けてある。
【００４７】
エアフローメータ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ＥＣＵ９に出力し、ＥＣＵ９はエアフローメータ５の出力信号に基づいて吸入空気量を演算する。
【００４８】
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であるインジェクタ１０から燃料（軽油）が噴射される。この燃料は、図示しない燃料タンクから燃料ポンプ１２によってポンプアップされコモンレール１１を介してインジェクタ１０に供給されるものである。
【００４９】
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。また各インジェクタ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。
【００５０】
また、エンジン１の各気筒の燃焼室で生じた排気ガスは、各気筒の排気ポート１３を結ぶ複数の枝通路をまとめた形態の排気集合管であるエキゾーストマニホルド１４に排出される。ここで、説明の都合上、エンジン１の気筒番号を、図中右端に配置された気筒を１番気筒＃１として、左側へ順に、２番気筒＃２，３番気筒＃３とし、図中左端に配置された気筒を４番気筒＃４とする。
【００５１】
また、気筒＃１〜４の排気ポートに対応する前記枝通路をそれぞれ符合１４１から１４４を用いて示す。
エキゾーストマニホルド１４において４番気筒＃４に対向する部位すなわちエキゾーストマニホルド１４の一端部分には、当該部分および機関排気通路である排気管１６上に設置した過給機であるターボチャージャ６を接続する接続通路としての接続管１５を配管してある。接続管１５によって排気ガスをターボチャージャ６のタービン６ｂに導く。タービン６ｂは排気ガスによって回転しタービン６ｂと連結してあるコンプレッサ６ａを作動して吸気を昇圧する。
【００５２】
排気ガスはタービン６ｂを経由して排気管１６におけるタービン６ｂの設置箇所よりも下流側に排出された図示しないマフラーを経由して大気に排出される。排気管１６の途中には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収剤）１７を包蔵した触媒コンバータ１８を備えている。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１７については後で詳述する。
【００５３】
また、エンジン１のシリンダヘッド３０には、４番気筒＃４の排気ポート１３に臨ませて燃料添加ノズル１９を取り付けてある。換言すれば、燃料添加ノズル１９を前記エキゾーストマニホルドの一端部分に最寄りの一気筒である４番気筒＃４の排気ポートに設置し燃料添加ノズル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およびシリンダヘッド３０に設けた燃料通路２１を介して供給可能になっており、燃料パイプ２０の途中に設けた制御弁２２により燃料添加ノズル１９から吐出される燃料の量を制御する。なお、制御弁２２はＥＣＵ９によりその開閉および開度制御を行う。
【００５４】
図２は図１のＩＩ−ＩＩ線縦断面であり、図３は図１の要部拡大図であり、図３の×印で示す箇所は燃料添加ノズル１９の吐出口を意味する。図２および図３からわかるように、燃料添加ノズル１９はその吐出口から噴射する燃料が接続管１５に向かうように取り付けてある。
【００５５】
この実施の形態において、燃料添加ノズル１９，燃料ポンプ１２，燃料パイプ２０，燃料添加ノズル１９からの噴射燃料量を制御する制御弁２２および燃料通路２１は、還元剤添加装置を構成する。なお、燃料添加ノズル１９から還元剤が吐出するので燃料添加ノズル１９を還元剤添加装置の吐出口ということもできる。
【００５６】
また、エキゾーストマニホルド１４において１番気筒＃１に対向する部位である他端部分には、排気ガスの一部を吸気系に戻すための排気還流管（以下、ＥＧＲ管と略す）２３の一端口である排気吸込口２３ａが接続してあり、ＥＧＲ管２３の他端はインテークマニホルド２に接続してある。この他端部分に排気吸込口２３ａを接続することで当該部分に各気筒から流入した排気ガスが集合する。
【００５７】
またＥＧＲ管２３の途中にはＥＧＲクーラ２４とＥＧＲバルブを設けてある。ＥＧＲクーラ２４はＥＧＲガスと機関冷却液との間で熱交換を行う熱交換器であり、その内部には機関冷却液が通る図示しない機関冷却液管路とこの機関冷却液管路にＥＧＲガスが直に接した状態でＥＧＲガスを通す図示しないＥＧＲガス通路管を備えている。そして、機関冷却液が前記機関冷却液管路を流れている時にＥＧＲガスが機関冷却液管路に接することでＥＧＲガスの温度を吸収しＥＧＲガスの温度を下げる。
【００５８】
ＥＧＲバルブ２５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、ＥＧＲ率を制御する。ＥＧＲ管２３とＥＧＲクーラ２４とＥＧＲバルブ２５は排気再循環装置（ＥＧＲ）を構成する。
【００５９】
また、排気管１６において触媒コンバータ１８の直ぐ下流には、触媒コンバータ１８から流出する排気ガスの温度に対応した出力信号をＥＣＵ９に出力する排気温センサ１７ａを設けてある。この温度センサにより触媒が有効に機能するかどうかの判断の目安となる活性温度等、触媒に関する温度を検出する。
【００６０】
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全体の制御を行う。
【００６１】
ＥＣＵ９の入力ポートには、アクセル開度センサ２６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る。アクセル開度センサ２６はスロットルバルブ８の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２６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エンジン回転数を演算する。
【００６２】
これらエンジン負荷とエンジン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てインジェクタ１０の開弁時期、開弁期間を制御する。
【００６３】
触媒コンバータ１８に収容された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒と略す場合もある）１７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Ｐｔのような貴金属とが担持されてなる。
【００６４】
このＮＯｘ触媒１７は、流入排気ガスの空燃比（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１７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。
【００６５】
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ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘを浄化できることになる。
尚、ここでは排気空燃比は、排気管１６のうちＮＯｘ触媒１７を含む触媒コンバータ１８の上流側箇所やエンジン燃焼室，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、触媒コンバータ１８よりも上流箇所の排気管１６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。
【００６６】
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を行うので、通常の機関運転状態ではＮＯｘ触媒１７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１７に吸収され、ＮＯｘ触媒１７から放出されるＮＯｘ量は極めて少なくなる。
【００６７】
一方ガソリンエンジンの場合は、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、ＮＯｘ触媒に吸収されているＮＯｘを放出することができる。しかし、ディーゼルエンジンにおいてはその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よってガソリン車なみの空燃比での使用はできない。
【００６８】
したがって、ディーゼルエンジンでは、ＮＯｘ触媒１７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し、ＮＯｘ触媒１７が吸収していた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場合が多い。
【００６９】
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１７が吸収していたＮＯｘ量を推定し、その推定ＮＯｘ量が予め設定しておい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から排気ガス中に噴射し、ＮＯｘ触媒１７に流入する排気ガス中の酸素濃度を低下させ、ＮＯｘ触媒に吸収されていたＮＯｘを放出し、Ｎ２に還元する。すなわちエンジン１の作動状態に応じて還元剤添加装置による燃料添加実行の可否を判断する。
【００７０】
この判断は、ＥＣＵのＲＯＭに記憶され、還元剤添加装置の作動制御を実現する図示しない周知のアプリケーションプログラムの採用によって実現する。そしてこのアプリケーションプログラムの実行にあたってエンジン回転数と負荷の関数として予めＲＯＭ内に記憶してあるエンジン回転数−負荷マップを適用する。
【００７１】
詳しくは、エンジン１の作動状態に基づいてエンジン回転数−負荷マップからＥＧＲ管を介した再循環ガスの循環割合であるＥＧＲ率を求め、この求めたＥＧＲ率がある所望の範囲にある場合はＣＰＵが燃料添加実行時と判断して燃料添加ノズル１９から軽油等の還元剤を排気ガス中に噴射し、当該所望の範囲にない時は燃料添加非実行時と判断して燃料添加ノズル１９からの還元剤の噴射を止める。このような燃料添加実行判断はＣＰＵやＲＯＭに属するアプリケーションプログラムや前記マップに基づいてなされ、ＣＰＵやＲＯＭの属性はＥＣＵにあるので、ＥＣＵ９のことを燃料添加実行判断手段ということにする。
【００７２】
燃料添加実行判断手段であるＥＣＵ９により燃料添加実行の判断がされた場合には燃料添加ノズル１９が放出する還元剤の吐出力を燃料ポンプのポンプ圧を高めることで増大するとともに燃料添加ノズル１９は燃料を接続管１５に向かって噴射するようになっている。よって、添加された燃料は接続管１５に向けて一気にかつスムーズに流出するようになる。前記燃料添加実行判断手段であるＥＣＵ９によって燃料添加の実行時と判断された時に燃料添加ノズル１９の動力（吐出力）を高める装置として、前記燃料ポンプ１２およびこのポンプ１２の作動制御を行うＥＣＵ９を還元剤吐出力増大手段ということにする。
また燃料添加ノズル１９は４番気筒＃４の排気ポート１３に取り付けられており、一方、エキゾーストマニホルド１４におけるＥＧＲ管２３の接続部位は１番気筒＃１に近接した位置である。すなわちエキゾーストマニホルド１４において接続管１５およびＥＧＲ管２３の前記排気吸込口２３ａをそれぞれエキゾーストマニホルドの一端部分および他端部分で接続してあり、燃料添加ノズル１９を前記一端部分に最寄りの一気筒である４番気筒＃４の排気ポートに設置してあるので、エキゾーストマニホルド１４における燃料添加ノズル１９とＥＧＲ管２３の排気吸込口２３ａとが互いに遠く離間する。よって、燃料添加ノズル１９から吐出された軽油等の還元剤がＥＧＲ管２３を介してインテークマニホルド２に回り込むのを防止できる。
【００７３】
また、エキゾーストマニホルド１４とＥＧＲ管２３との接続個所が一箇所であるので、溶接作業が容易になりかつ耐久性が向上し、コストダウンを図ることもできる。
【００７４】
さらに、ＥＧＲ管２３との接続部が、エキゾーストマニホルド１４において各気筒から流入した排気ガスが集合する部位といえる他端部分に設けられているといえるので、ＥＧＲ管２３を流れる排気ガスが排気脈動の影響を受けにくくなり、ＥＧＲ量の精密制御が可能になる。
【００７５】
また、燃料添加実行判断手段であるＥＣＵ９により燃料添加実行の判断がされた場合には還元剤吐出力増大手段である、ポンプ１２やその作動制御を行うＥＣＵ９が作動して前記燃料添加ノズル１９から接続管１５に向けて放出される還元剤添である軽油の吐出力を増大するので、軽油のＥＧＲ系への回り込みを一層効果的に防止できる。
〔第２の実施の形態〕
次に、第２実施形態における内燃機関の排気浄化装置を図４および図５を参照して説明する。
【００７６】
この第２実施形態に係るエンジン１Ａは、燃料添加ノズル１９から添加した燃料のＥＧＲ系への回り込みをより確実に防止するために、前述した第１実施形態の排気浄化装置をさらに発展させたものである。
【００７７】
この第２実施形態に係るエンジン１Ａが第１実施形態に係るエンジン１と異なる点は、エキゾーストマニホルド１４のうち接続管１５との接続箇所である前記一端部分から他端部分側に向けて離れた適所、詳しくは前記一端部分に最寄りの一気筒である４番気筒＃４とこの気筒＃４に隣接する他の気筒である３番気筒＃３との間の箇所に逆止弁５０を設けた点だけである。
【００７８】
よって、他の構成については、第１実施形態のものと同じであるので、当該同一部分には第１実施形態のものと同一符合を付してその説明を省略する。
逆止弁５０は、エキゾーストマニホルド１４の前記他端部分から前記一端部分に向けての排気ガスの流れは許容しても反対方向、すなわちエキゾーストマニホルド１４の前記一端部分から前記他端部分に向けての排気ガスの流れは許容しない一方向弁である。
【００７９】
逆止弁５０を有する第２実施形態に係るエンジン１Ａの作用効果は、第１実施形態の作用効果に加え次の作用効果を奏する。
第１実施形態で述べたごとくエキゾーストマニホルド１４において接続管１５およびＥＧＲ管２３をそれぞれエキゾーストマニホルド１４の一端部分および他端部分で接続してあり、燃料添加ノズル１９を４番気筒＃４の排気ポートに設置してあるので、エキゾーストマニホルド１４における燃料添加ノズル１９とＥＧＲ管２３とが互いに遠く離間するため、燃料添加ノズル１９から吐出された軽油等の還元剤がＥＧＲ管２３を介して吸気系に回り込むのをそれだけでも防止することができるが、このことに加え、エキゾーストマニホルド１４のうち前記一端部分から前記他端部分側に向けて離れた適所にエキゾーストマニホルド１４の他端部分から一端部分に向けての排気ガスの流れ、すなわち気筒＃４側から気筒＃１側に向けて流れる排気ガスの流れのみを許容する一方向弁として機能する逆止弁５０を設けたので、たとえ燃料添加ノズル１９から吐出された還元剤が前記他端部分側に向けて必要以上に流れたとしても（図５の矢印参照）、その時に気筒＃４から排出される排気ガスの流力によって図５の二点鎖線で示すように逆止弁５０は閉鎖される。
【００８０】
よって、還元剤の流れは気筒＃４から排出される排気ガスの流れとともに逆止弁設定箇所で抑制されて還元剤がＥＧＲ管２３を経由して機関吸気系に流れることはない。その結果、必要以上にトルクの増大を招来することもない。
【００８１】
また、ＥＧＲ率の高い運転状態でエンジン１Ａが作動している時に還元剤が供給されても、還元剤がＥＧＲ管２３に備えられているＥＧＲクーラ２４内に配設した図示しないＥＧＲガス通路管の壁面に還元剤が付着して目詰まりを起こしてしまうこともない。目詰まりがないので本来吸気系に循環されるべき量の再循環ガスが吸気系に送られないということもなく、よってトルクが低下してもしまうこともなく、さらにはＥＧＲによるＮＯｘの低減効果も充分期待できる。
【００８２】
さらに、還元剤の多寡に起因したトルク変動がないあるいはあっても小さなものであるので、ドライバビリティの悪化を招来することもない。
また、エキゾーストマニホルド１４に設置される前記逆止弁５０は、４番気筒＃４と３番気筒＃３との間の箇所に設けたので逆止弁の設置範囲、すなわち設計の自由度が広がって好適である。
【００８３】
なお、前記逆止弁は気筒＃４側から気筒＃１側に向けて流れる排気ガスの流れを抑制する一方向弁であるので、気筒＃１〜＃３から排出された排気ガスが当該逆止弁５０を経由して排気管１６に流れる分には何ら問題ない。
【００８４】
また、この明細書では、内燃機関としてディーゼルエンジンを例示したが、これに限ることなく、他に例えば筒内直接噴射式のリーンバーンガソリンエンジンであってもよい。
【００８５】
【発明の効果】
本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置によれば、例えばＮＯｘ吸収剤によるＮＯｘ低減用として用いられる還元剤のＥＧＲ系への流出を阻止することで前記還元剤のＥＧＲ系への回り込みを防止し、ＥＧＲクーラ内に配設したガス通路の目詰まりやトルク変動を防止し、製品精度の向上や組付作業の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置の第１実施形態における概略構成を示す図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１の要部拡大図である。
【図４】本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置の第２実施形態における概略構成を示す図である。
【図５】図１の要部拡大図である。
【符号の説明】
１      エンジン（内燃機関）
１Ａ    エンジン（内燃機関）
２      インテークマニホルド（吸気系）
３      吸気管
４      エアクリーナ
５      エアフローメータ
６      ターボチャージャ（過給機）
６ａ    コンプレッサ
６ｂ    タービン
７      インタークーラ
８      スロットルバルブ
９      ＥＣＵ（燃料添加実行判断手段，還元剤吐出力増大手段）
１０    インジェクタ
１１    コモンレール
１２    燃料ポンプ（還元剤添加装置の構成部材，還元剤吐出力増大手            段）
１３    排気ポート
１４    エキゾーストマニホルド
１５    接続管（接続通路）
１６    排気管（機関排気通路）
１７    吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収剤）
１７ａ  触媒温度センサ
１８    触媒コンバータ
１９    燃料添加ノズル（還元剤添加装置の吐出口）
２０    燃料パイプ（還元剤添加装置の構成部材）
２１    燃料通路（還元剤添加装置の構成部材）
２２    制御弁（還元剤添加装置の構成部材）
２３    ＥＧＲ管（排気再循環装置）
２３ａ  排気吸込口
２４    ＥＧＲクーラ（排気再循環装置）
２５    ＥＧＲバルブ（排気再循環装置）
２６    アクセル開度センサ
２７    クランク角センサ
３０    シリンダヘッド
５０    逆止弁
１４１  枝通路
１４２  枝通路
１４３  枝通路
１４４  枝通路
＃１    １番気筒
＃２    ２番気筒
＃３    ３番気筒
＃４    ４番気筒（エキゾーストマニホルドの一端部分に最寄りの一気筒）
【図１】
0003632570.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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