(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素過剰下で運転可能な多気筒内燃機関の気筒毎の排気ガスが流れる複数の分岐排気通路と、この分岐排気通路の下流側で該分岐排気通路が集合する集合排気通路と、前記分岐排気通路の一つに設けられ、排気ガス中の炭化水素を酸化して改質する第１触媒と、前記分岐排気通路の他の一つに設けられ、前記第1触媒より弱い酸化能を有し排気ガス中の炭化水素を酸化して改質する第２触媒と、前記集合排気通路に設けられ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選択還元型ＮＯx触媒と、前記第１触媒及び第２触媒を設けた分岐排気通路に対応する気筒内それぞれに膨張または排気行程で燃料を副噴射する第１及び第２副噴射手段と、排気ガスの温度が第１の所定温度範囲内にあるときは前記第１副噴射手段を作動させ、排気ガスの温度が前記第1の所定温度範囲よりも高い第２の温度範囲内にあるときは前記第２副噴射手段を作動させる副噴射作動切替手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
酸素過剰下で運転可能な多気筒内燃機関の気筒毎の排気ガスが流れる複数の分岐排気通路と、この分岐排気通路の下流側で該分岐排気通路が集合する集合排気通路と、前記複数ある分岐排気通路のうちの一部の分岐排気通路に設けられ、排気ガス中の炭化水素を酸化して改質する改質触媒と、前記集合排気通路に設けられ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選択還元型ＮＯx触媒と、前記改質触媒を設けた分岐排気通路及び前記改質触媒を有しない分岐排気通路に対応する気筒内それぞれに膨張または排気行程で燃料を副噴射する複数の副噴射手段と、排気ガスの温度が第１の所定温度範囲内にあるときは、前記改質触媒を設けた分岐排気通路に対応する気筒内に燃料を副噴射する副噴射手段を作動させ、排気ガスの温度が前記第1の所定温度範囲よりも高い第２の温度範囲内にあるときは、前記改質触媒を有しない分岐排気通路に対応する気筒内に燃料を副噴射する副噴射手段を作動させる副噴射作動切替手段と、を備えたことを特徴と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、内燃機関から排出される排気ガス中のＮＯｘを浄化可能な内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
酸素過剰の雰囲気で炭化水素（ＨＣ）の存在下でＮＯｘを還元または分解する触媒、いわゆる選択還元型ＮＯｘ触媒は、空燃比リーンの状態で燃焼させる内燃機関、例えば、ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンから排出される排気ガスのＮＯｘ浄化に多用されている。この選択還元型ＮＯｘ触媒でＮＯｘを浄化するためには触媒内に適量のＨＣ成分が必要とされる。ところが、前記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く、そのため、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ＨＣ成分を供給する必要がある。
【０００３】
ところで、選択還元型ＮＯｘ触媒にはＮＯｘ浄化作用を行うための適正な温度範囲（以下、ＮＯｘ浄化温度範囲という）が存在し、触媒床温がＮＯｘ浄化温度範囲以下の時には適量のＨＣが触媒内に流入してもＨＣとＮＯｘが反応せず十分な浄化作用が行われない。しかしながら、ＨＣを軽質なＨＣ（以下、軽質ＨＣと称す）にすると比較的低温でもＨＣとＮＯｘを反応させることができる。
【０００４】
そこで、内燃機関の爆発行程後の膨張行程あるいは排気行程の時に、筒内に燃料を噴射（副噴射）し、燃料のＨＣ成分を内燃機関の爆発時の熱によって軽質ＨＣに改質し、これを排気ガスと共に選択還元型ＮＯｘ触媒に供給する技術が開発されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この副噴射によるＨＣ供給方法では、副噴射された燃料のＨＣ成分を最適に改質するために、排気ガス温が低くなるにしたがって副噴射時期を主噴射に近付ける必要があるが、このようにすると低排気ガス温時には、軽質ＨＣが生成される反面、燃焼室内で燃焼してしまう燃料が多くなり、燃費が悪化するという問題がある。
【０００６】
また、従来は副噴射時期を制御することでＨＣの改質を制御しているのであるが、この制御だけでは最適な軽質ＨＣへの改質が難しく、その結果、選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化温度範囲が狭くなって、ＮＯｘ浄化率が低下するという問題も生じる。
【０００７】
そこで、特開平１０−６１４６４号公報に開示されているように、選択還元型ＮＯｘ触媒の上流に酸化触媒を設け、副噴射後の排気ガスを酸化触媒に通すことにより酸化触媒においてＨＣ成分を軽質ＨＣに改質し、これを選択還元型ＮＯｘ触媒に供給するようにした技術が開発されている。
【０００８】
しかしながら、この場合には、酸化触媒の選択が難しく、以下のような問題が生じる。排気ガス温は内燃機関の運転状態によって変化するが、前記酸化触媒に酸化能が強いものを採用した場合には、排気ガス温が高い時にＨＣ成分が酸化触媒で燃焼焼失してしまい、その結果、選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率が低下し、一方、酸化触媒に酸化能が弱いものを採用した場合には、排気ガス温が低い時にＨＣ成分が十分に改質されず、選択還元型ＮＯｘ触媒でＮＯｘとＨＣの反応性が低下し、やはりＮＯｘ浄化率が低下する。
【０００９】
本発明はこのような従来の技術の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、選択還元型ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率の向上と、燃費改善を図ることにある。
【００１０】
【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。本願の第１の発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、酸素過剰下で運転可能な多気筒
内燃機関の気筒毎の排気ガスが流れる複数の分岐排気通路と、この分岐排気通路の下流側で該分岐排気通路が集合する集合排気通路と、前記分岐排気通路の一つに設けられ、排気ガス中の炭化水素を酸化して改質する第１触媒と、前記分岐排気通路の他の一つに設けられ、前記第1触媒より弱い酸化能を有し排気ガス中の炭化水素を酸化して改質する第２触媒と、前記集合排気通路に設けられ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選択還元型ＮＯx触媒と、前記第１触媒及び第２触媒を設けた分岐排気通路に対応する気筒内それぞれに膨張または排気行程で燃料を副噴射する第１及び第２副噴射手段と、排気ガスの温度が第１の所定温度範囲内にあるときは前記第１副噴射手段を作動させ、排気ガスの温度が前記第1の所定温度範囲よりも高い第２の温度範囲内にあるときは前記第２副噴射手段を作動させる副噴射作動切替手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
この第１の発明に係る排気浄化装置では、排気ガスの温度に応じて、副噴射作動切替手段が第１及び第２副噴射手段の作動を切り換える。即ち、副噴射作動切替手段は、ＨＣの改質を最良にするために、排気ガスの温度に応じて第１副噴射手段を作動させるか否か、第２副噴射手段を作動させるか否かを判断し、切り換える。第１副噴射手段が作動された場合には、副噴射された燃料は排気ガスとともに第１触媒に流れる。この第１触媒において、副噴射された燃料のＨＣ成分は軽質ＨＣに改質され、集合排気通路を流れて選択還元型ＮＯx触媒に供給される。また、第２副噴射手段が作動された場合には、副噴射された燃料は排気ガスとともに第２触媒に流れる。この第２触媒において、副噴射された燃料のＨＣ成分は軽質ＨＣに改質され、集合排気通路を流れて選択還元型ＮＯx触媒に供給される。ここで、第１触媒と第２触媒とでは酸化能が異なるため、選択還元型ＮＯx触媒でのＮＯｘ浄化に適した軽質ＨＣに排気ガス中のＨＣ成分を改質することが可能となる排気ガスの温度範囲が異なる。即ち、第２触媒は第１触媒よりも酸化能が弱いため、第２触媒においてＨＣ成分をＮＯｘ浄化に適した軽質ＨＣに改質することが可能となる排気ガスの温度範囲は第１触媒のそれよりも高くなる。そこで、本発明では、排気ガスの温度が第１の所定温度範囲内にあるときは第１副噴射手段を作動させ、排気ガスの温度が第1の所定温度範囲よりも高い第２の温度範囲内にあるときは第２副噴射手段を作動させる。第１の所定温度範囲とは、第１の触媒においてＨＣ成分を選択還元型ＮＯx触媒でのＮＯｘ浄化に適した軽質ＨＣに改質することが可能となる排気ガスの温度範囲であり、第２の所定温度範囲とは、第１の触媒においてＨＣ成分をＮＯｘ浄化に適した軽質ＨＣに改質することが可能となる排気ガスの温度範囲である。上記したように、第２の所定温度範囲は第１の所定温度範囲よりも高くなる。このような制御によって、排気ガスの温度に応じた触媒をＨＣ成分の改質に使用することが出来、選択還元型ＮＯx触媒のＮＯx浄化に最適な軽質ＨＣが生成されることになる。
【００１２】
この第１の発明に係る排気浄化装置においては、前記第１触媒及び第２触媒とも酸化能を異にする第３の触媒を別の分岐排気通路に設けてもよく、さらに別の分岐排気通路に第４の触媒を設けてもよい。その場合には、前記第３、第４の触媒を設けた分岐排気通路に対応する気筒に燃料を副噴射する副噴射手段を設け、これら副噴射手段の作動も前記副噴射作動切替手段によって切り換える。
【００１３】
また、第１の発明に係る排気浄化装置において、前記副噴射作動切替手段は、内燃機関のクランクシャフトが２回転する間に、ただ一つの副噴射手段だけを作動させるようにすることも可能であるし、複数の副噴射手段を作動させるようにすることも可能である。
【００１４】
本願の第２の発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、酸素過剰下で運転可能な多気筒内燃機関の気筒毎の排気ガスが流れる複数の分岐排気通路と、この分岐排気通路の下流側で該分岐排気通路が集合する集合排気通路と、前記複数ある分岐排気通路のうちの一部の分岐排気通路に設けられ、排気ガス中の炭化水素を酸化して改質する改質触媒と、前記集合排気通路に設けられ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選択還元型ＮＯx触媒と、前記改質触媒を設けた分岐排気通路及び前記改質触媒を有しない分岐排気通路に対応する気筒内それぞれに膨張または排気行程で燃料を副噴射する複数の副噴射手段と、排気ガスの温度が第１の所定温度範囲内にあるときは、前記改質触媒を設けた分岐排気通路に対応する気筒内に燃料を副噴射する副噴射手段を作動させ、排気ガスの温度が前記第1の所定温度範囲よりも高い第２の温度範囲内にあるときは、前記改質触媒を有しない分岐排気通路に対応する気筒内に燃料を副噴射する副噴射手段を作動させる副噴射作動切替手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
この第２の発明に係る排気浄化装置では、排気ガスの温度に応じて、副噴射作動切替手段が複数ある副噴射手段の作動を切り換える。即ち、副噴射作動切替手段は、ＨＣ改質を最良にするために、排気ガスの温度に応じていずれの副噴射手段を作動させるか否かを判断し、切り換える。排気ガス中の炭化水素を酸化して改質する改質触媒を設けた分岐排気通路に対応する気筒の副噴射手段が作動された場合には、当該気筒内に副噴射された燃料は排気ガスとともにこの改質触媒に流れる。この改質触媒において、副噴射された燃料のＨＣ成分は軽質ＨＣに改質され、集合排気通路を流れて選択還元型ＮＯx触媒に供給される。また、改質触媒が設けられていない分岐排気通路に対応する気筒の副噴射手段が作動された場合には、当該気筒内に副噴射された燃料は気筒内の爆発行程時の熱により軽質ＨＣに改質された後、あるいは改質されないまま分岐排気通路を流れ、集合排気通路を流れて選択還元型ＮＯx触媒に供給される。このように、いずれの副噴射手段を作動させるかを切り替えることによって、副噴射された排気ガスを、改質触媒に通すか否か切り換えることになり、これにより、選択還元型ＮＯx触媒のＮＯx浄化に最適な軽質ＨＣが生成されることになる。尚、第２の発明では、第１の所定温度範囲とは、改質触媒においてＨＣ成分をＮＯｘ浄化に適した軽質ＨＣに改質することが可能な排気ガスの温度範囲であり、第２の所定温度範囲とは、改質触媒においてＨＣ成分を改質する必要がないと判断される温度範囲である。
【００１６】
前記第１及び第２の発明において、副噴射手段は気筒内に燃料を主噴射する燃料噴射手段と兼用することが可能であり、換言すれば、気筒内に燃料を主噴射する燃料噴射手段によって副噴射を行うことが可能である。
【００１７】
前記第１及び第２の発明において、内燃機関としては、ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンを例示することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の一実施の形態を図１から図３の図面に基いて説明する。尚、この実施の形態は、本発明に係る排気浄化装置を内燃機関としての車両用ディーゼルエンジンに適用した態様である。
【００１９】
図１は内燃機関の排気浄化装置の全体構成を示す図である。エンジン１は６気筒ディーゼルエンジンであり、１番気筒（＃１）から６番気筒（＃６）の各気筒１１，１２，１３，１４，１５，１６の燃焼室には吸気管２、及び吸気管２から分岐された図示しない吸気枝管を介して新気が導入される。吸気管２の途中には、ターボチャージャ３のコンプレッサ４と、インタークーラ５と、吸気絞り弁６が設けられている。吸気絞り弁６は、エンジン１の運転状態に応じてエンジンコントロール用電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００によって制御される。
【００２０】
また、エンジン１には、コモンレール７の燃料を各気筒１１〜１６の燃焼室に噴射する燃料噴射弁２１，２２，２３，２４，２５，２６が設けられており、これら燃料噴射弁２１〜２６の開弁時期及び開弁時間は、エンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ１００によって制御される。
【００２１】
各気筒１１〜１６の燃焼室には、各気筒１１〜１６における圧縮上死点近傍において各燃料噴射弁２１〜２６から燃料が主噴射され、この燃料の爆発によって生じた排気ガスが各気筒１１〜１６に対応して設けられた排気枝管（分岐排気通路）３１，３２，３３，３４，３５，３６を介して排気マニホールド４０に排出される。排気マニホールド４０には、排気マニホールド４０内の排気ガス温に対応した出力信号をＥＣＵ１００に出力するエキマニ温センサ４１が取り付けられている。このエキマニ温センサ４１で検出される排気ガス温は排気ポート温度に対応する。
【００２２】
また、このエンジン１においては、４番（＃４）気筒１４と５番（＃５）気筒１５と６番（＃６）気筒１６で、膨張行程あるいは排気行程においてそれぞれの気筒に対応する燃料噴射弁２４，２５，２６から燃料が副噴射されるようになっており、１番（＃１）気筒１１と２番（＃２）気筒１２と３番（＃３）気筒１３については副噴射は行われない。尚、４〜６番気筒１４〜１６のうちのいずれの気筒に対して副噴射が行われるかについてはエンジン１の運転状態に応じて決定され、これについては後で詳述する。尚、この実施の形態において、燃料噴射弁２４，２５，２６は副噴射手段を兼用している。
【００２３】
４番気筒１４に対応する排気枝管３４には、酸化能の強い低温型ＨＣ改質触媒４４が設けられている。酸化能の強い低温型ＨＣ改質触媒４４は、比較的に低温でも高沸点ＨＣを軽質ＨＣに改質することができる。５番気筒１５に対応する排気枝管３５には、酸化能の弱い高温型ＨＣ改質触媒４５が設けられている。高温型ＨＣ改質触媒４５は酸化能が弱いので、高沸点ＨＣを軽質ＨＣに改質するには、比較的に高温を必要とする。６番気筒１６に対応する排気枝管３６には、低温型ＨＣ改質触媒４４よりは酸化能が弱く、高温型ＨＣ改質触媒４５よりは酸化能が強い中温型ＨＣ改質触媒４６が設けられている。この実施の形態では、これら低温型、高温型、中温型ＨＣ改質触媒４４，４５，４６は酸化触媒で構成されている。
【００２４】
尚、ＨＣ改質触媒は、選択還元型ＮＯｘ触媒や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒で構成することも可能である。ここで、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒とは、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構成された触媒であり、この吸蔵還元型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、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出する。
【００２５】
排気マニホールド４０に流入した排気ガスは、集合排気管（集合排気通路）４２を介して大気に排出される。集合排気管４２の途中には、ターボチャージャ３のタービン８と、触媒コンバータ９が設けられている。排気ガスはタービン８を駆動し、タービン８に連結されたコンプレッサ４を駆動して、吸気を過給する。
【００２６】
触媒コンバータ９には、その上流側に高温型の選択還元型ＮＯｘ触媒９ａが収容され、下流側に低温型の選択還元型ＮＯｘ触媒９ｂが収容されている。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であり、選択還元型ＮＯｘ触媒には、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。高温型の選択還元型ＮＯｘ触媒９ａとは、ＮＯｘ浄化温度範囲が比較的に高温側にある選択還元型ＮＯｘ触媒のことをいい、低温型の選択還元型ＮＯｘ触媒９ｂとは、ＮＯｘ浄化温度範囲が比較的に低温側にある選択還元型ＮＯｘ触媒のことをいう。
【００２７】
集合排気管４２において触媒コンバータ９の入口近傍と出口近傍には、触媒コンバータ９に流入する排気ガスの温度あるいは触媒コンバータ９から流出する排気ガスの温度に対応した出力信号をＥＣＵ１００に出力する入ガス温センサ５１と出ガス温センサ５２が取り付けられている。これら入ガス温センサ５１と出ガス温センサ５２の出力信号に基づいて、ＥＣＵ１００は触媒コンバータ９の触媒床温を演算する。
【００２８】
また、排気マニホールド４０に流入した排気ガスの一部は、排気還流管６０を介して吸気管２に再循環可能になっている。排気還流管６０の途中には、ＥＧＲクーラ６１とＥＧＲ弁６２が設けられている。ＥＧＲ弁６２は、エンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ１００によって開度制御され、排気還流量を制御する。
【００２９】
ＥＣＵ１００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ほか、この実施の形態では、副噴射制御を行っている。
【００３０】
これら制御のために、ＥＣＵ１００の入力ポートには、アクセル開度センサ７１からの入力信号と、クランク角センサ７２からの入力信号が入力される。アクセル開度センサ７１はアクセル開度に比例した出力電圧をＥＣＵ１００に出力し、ＥＣＵ１００はアクセル開度センサ７１の出力信号に基づいて機関負荷を演算する。クランク角センサ７２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ＥＣＵ１００に出力し、ＥＣＵ１００はこの出力パルスに基づいて機関回転速度を演算する。これらエンジン負荷とエンジン回転速度によってエンジン運転状態が判別される。
【００３１】
この排気浄化装置では、エンジン１の通常運転時に選択還元型ＮＯｘ触媒９ａ，９ｂによって排気ガス中のＮＯｘを浄化するために、エンジン１の爆発行程後の膨張行程あるいは排気行程において気筒内に燃料を副噴射し、副噴射された燃料のＨＣ成分を軽質ＨＣに改質して選択還元型ＮＯｘ触媒９ａ，９ｂに供給する。ここで、選択還元型ＮＯｘ触媒９ａ，９ｂのＮＯｘ浄化温度範囲を拡大し、ＮＯｘ浄化率を向上させるためには、常にＮＯｘ浄化に最適な軽質ＨＣを選択還元型ＮＯｘ触媒９ａ，９ｂに供給する必要がある。
【００３２】
そこで、この排気浄化装置では、エンジン１の排気ガス温に応じて副噴射を実行する気筒を切り換えることにより、副噴射された燃料のＨＣ成分をＨＣ改質触媒４４〜４６で常にＮＯｘ浄化に最適な軽質ＨＣに改質し、選択還元型ＮＯｘ触媒９ａ，９ｂに供給するようにしている。
【００３３】
即ち、この実施の形態では、排気ガス温が低い時には、４番気筒１４の気筒内に燃料を副噴射し、副噴射された燃料を排気枝管３４に設けられた低温型ＨＣ改質触媒４４で軽質ＨＣに改質し、排気ガス温が高い時には、５番気筒１５の気筒内に燃料を副噴射し、副噴射された燃料を排気枝管３５に設けられた高温型ＨＣ改質触媒４５で軽質ＨＣに改質し、排気ガス温が低くもなく高くもない時には４番気筒１４あるいは５番気筒１５のいずれか一方の気筒と６番気筒１６に燃料を副噴射し、６番気筒１６で副噴射された燃料を排気枝管３６に設けられた中温型ＨＣ改質触媒４６で軽質ＨＣに改質すると共に、４番気筒１４あるいは５番気筒１５で副噴射された燃料を低温型ＨＣ改質触媒４４あるいは高温型ＨＣ改質触媒４５で軽質ＨＣに改質して選択還元型ＮＯｘ触媒９ａ，９ｂに供給する。
【００３４】
次に、副噴射の気筒切り換え制御について、図２に従って説明する。図２の制御ルーチンは、ＥＣＵ１００のＲＯＭに格納されＣＰＵに呼び出されて演算が実行され、一定時間毎に割り込まれる。
【００３５】
まず、ＥＣＵ１００は、ステップ１０１において、入ガス温センサ５１と出ガス温センサ５２の入力信号から演算した触媒床温ＴｃａｔがＮＯｘ浄化温度範囲か否かを判定する。ステップ１０１でＮＯｘ浄化温度範囲内であると判定されたときにはステップ１０２に進んで副噴射気筒決定処理を実行し、ＮＯｘ浄化温度範囲から外れていると判定されたときには本制御ルーチンを終了する。
【００３６】
ステップ１０２における副噴射気筒決定処理は、エキマニ温センサ４１で検出される排気ガス温Ｔｅｘに基づいて行われる。
【００３７】
排気ガス温Ｔｅｘが第１設定温度Ｔ１未満のときには、いずれの気筒に対しても副噴射を実行しないものと決定する。これは、排気ガス温Ｔｅｘが第１設定温度Ｔ１未満の場合には、副噴射した燃料をいずれのＨＣ改質触媒４４〜４６に通しても、温度が低すぎてＨＣ成分を軽質なＨＣに改質することができないからであり、改質されない高沸点ＨＣを選択還元型ＮＯｘ触媒９ａ，９ｂに供給すると、選択還元型ＮＯｘ触媒９ａ，９ｂにＨＣ被毒（ＳＯＦ被毒）を生じさせる虞れがあるからである。
【００３８】
排気ガス温Ｔｅｘが第１設定温度Ｔ１以上であって第２設定温度Ｔ２未満のときには、４番気筒１４に対してのみ副噴射を実行するものと決定する。排気ガス温Ｔｅｘが第２設定温度Ｔ２以上であって第３設定温度Ｔ３未満のときには、４番気筒１４と６番気筒１６に対して副噴射を実行し、５番気筒１５に対しては副噴射を実行しないものと決定する。排気ガス温Ｔｅｘが第３設定温度Ｔ３以上であって第４設定温度Ｔ４未満のときには、６番気筒１６と５番気筒１５に対して副噴射を実行し、４番気筒１４に対しては副噴射を実行しないものと決定する。排気ガス温Ｔｅｘが第４設定温度Ｔ４以上であって第５設定温度Ｔ５未満のときには、５番気筒１５に対してのみ副噴射を実行するものと決定する。
【００３９】
排気ガス温Ｔｅｘが第５設定温度Ｔ５以上のときには、いずれの気筒に対しても副噴射を実行しないものと決定する。これは、排気ガス温Ｔｅｘが第５設定温度Ｔ５以上の場合には、副噴射した燃料をいずれのＨＣ改質触媒４４〜４６に通しても、温度が高すぎて副噴射された燃料がＨＣ改質触媒４４〜４６で燃焼してしまい、燃費を悪化させるだけとなるからである。
【００４０】
ステップ１０２で副噴射を実行する気筒を決定した後、ステップ１０３に進んで、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転状態（エンジン回転速度、エンジン負荷等）に基づいて副噴射実行予定の気筒毎の副噴射時期及び副噴射量を演算する。
【００４１】
次に、ステップ１０４に進み、ＥＣＵ１００は、ステップ１０２で決定した副噴射気筒に対し、ステップ１０３で決定した副噴射時期及び副噴射量での燃料の副噴射を実行する。即ち、該当する気筒の燃料噴射弁が前記副噴射時期に開弁せしめられ、前記副噴射量の燃料が気筒内に噴射される。
【００４２】
しかして、前述したように、排気ガス温Ｔｅｘが第１設定温度Ｔ１以上であって第２設定温度Ｔ２未満のときには、４番気筒１４に対してのみ副噴射が実行されるが、このとき、４番気筒１４に副噴射された燃料は、排気枝管３４に設けられた低温型ＨＣ改質触媒４４を通過する。低温型ＨＣ改質触媒４４は酸化能が強いので、排気ガス温Ｔｅｘが前記温度範囲にあっても燃料のＨＣ成分をＮＯｘ浄化に最適な軽質ＨＣに十分に改質することができる。低温型ＨＣ改質触媒４４で改質された軽質ＨＣは、排気マニホールド４０、集合排気管４２を通って触媒コンバータ９の選択還元型ＮＯｘ触媒９ａ，９ｂに供給され、選択還元型ＮＯｘ触媒９ａ，９ｂにおけるＮＯｘの還元浄化に供される。
【００４３】
また、排気ガス温Ｔｅｘが第２設定温度Ｔ２以上であって第３設定温度Ｔ３未満のときには、４番気筒１４と６番気筒１６に対して副噴射が実行され、５番気筒１５に対しては副噴射は実行されないこととなるが、このときには、４番気筒１４に副噴射された燃料は、排気枝管３４に設けられた低温型ＨＣ改質触媒４４を通過し、その際に燃料のＨＣ成分が低温型ＨＣ改質触媒４４によってＮＯｘ浄化に最適な軽質ＨＣに改質され、一方、６番気筒１６に副噴射された燃料は排気枝管３６に設けられた中温型ＨＣ改質触媒４６を通過し、その際に燃料のＨＣ成分が中温型ＨＣ改質触媒４６によってＮＯｘ浄化に最適な軽質ＨＣに改質される。これら低温型及び中温型ＨＣ改質触媒４４，４６によって改質された軽質ＨＣは、排気マニホールド４０、集合排気管４２を通って触媒コンバータ９の選択還元型ＮＯｘ触媒９ａ，９ｂに供給され、選択還元型ＮＯｘ触媒９ａ，９ｂにおけるＮＯｘの還元浄化に供される。
【００４４】
さらに、排気ガス温Ｔｅｘが第３設定温度Ｔ３以上であって第４設定温度Ｔ４未満のときには、６番気筒１６と５番気筒１５に対して副噴射が実行され、４番気筒１４に対しては副噴射は実行されないこととなるが、このときには、６番気筒１６に副噴射された燃料は、排気枝管３６に設けられた中温型ＨＣ改質触媒４６を通過し、その際に燃料のＨＣ成分が中温型ＨＣ改質触媒４６によってＮＯｘ浄化に最適な軽質ＨＣに改質され、一方、５番気筒１５に副噴射された燃料は排気枝管３５に設けられた高温型ＨＣ改質触媒４５を通過し、その際に燃料のＨＣ成分が高温型ＨＣ改質触媒４５によってＮＯｘ浄化に最適な軽質ＨＣに改質される。これら中温型及び高温型ＨＣ改質触媒４６，４５によって改質された軽質ＨＣは、排気マニホールド４０、集合排気管４２を通って触媒コンバータ９の選択還元型ＮＯｘ触媒９ａ，９ｂに供給され、選択還元型ＮＯｘ触媒９ａ，９ｂにおけるＮＯｘの還元浄化に供される。
【００４５】
また、排気ガス温Ｔｅｘが第４設定温度Ｔ４以上であって第５設定温度Ｔ５未満のときには、５番気筒１５に対してのみ副噴射が実行されるが、このとき、５番気筒１５に副噴射された燃料は、排気枝管３５に設けられた高温型ＨＣ改質触媒４５を通過する。高温型ＨＣ改質触媒４４は酸化能が弱いので、排気ガス温Ｔｅｘが前記温度範囲にあっても燃料が燃焼焼失することはなく、燃料のＨＣ成分をＮＯｘ浄化に最適な軽質ＨＣに改質することができる。高温型ＨＣ改質触媒４５で改質された軽質ＨＣは、排気マニホールド４０、集合排気管４２を通って触媒コンバータ９の選択還元型ＮＯｘ触媒９ａ，９ｂに供給され、選択還元型ＮＯｘ触媒９ａ，９ｂにおけるＮＯｘの還元浄化に供される。
【００４６】
したがって、この実施の形態の排気浄化装置においては、排気ガス温Ｔｅｘが第１設定温度Ｔ１から第５設定温度Ｔ５の温度範囲に入っているときに、所定の気筒において副噴射が実行され、副噴射された燃料をＨＣ改質触媒４４〜４６に通すことにより、燃料のＨＣ成分を常にＮＯｘ浄化に最適な軽質ＨＣに改質して、選択還元型ＮＯｘ触媒９ａ，９ｂに供給することができる。その結果、触媒コンバータ９のＮＯｘ浄化温度範囲を拡大することができるとともに、ＮＯｘ浄化率が向上する。特に低温側のＮＯｘ浄化温度範囲が拡大する。また、ＨＣ軽質化の改善によってＮＯｘ浄化率を向上させているので、選択還元型ＮＯｘ触媒９ａ，９ｂの貴金属量を従来よりも低減することが可能になり、コストダウンを図ることができる。
【００４７】
また、副噴射された燃料のＨＣ成分が常にＮＯｘ浄化に最適な軽質ＨＣに改質されるので、高沸点ＨＣが触媒コンバータ９に供給されなくなり、その結果、選択還元型ＮＯｘ触媒９ａ，９ｂがＨＣ被毒（ＳＯＦ被毒）されにくくなる。これは、排気ガス温Ｔｅｘの低温時に特に効果が大きい。
【００４８】
排気ガス温Ｔｅｘの低温時においても、副噴射された燃料のＨＣ成分が常にＮＯｘ浄化に最適な軽質ＨＣに改質され、この軽質ＨＣがＮＯｘの還元浄化に供されるので、排気ガス低温時でのＨＣ浄化率が向上する。
【００４９】
さらに、ＨＣ軽質化の改善によってＮＯｘ浄化率を向上させているので、選択還元型ＮＯｘ触媒９ａ，９ｂの酸化力を低く抑えることができ、したがって、選択還元型ＮＯｘ触媒でサルフェートが生成されるのを抑制することができる。
【００５０】
図３は、この実施の形態の排気浄化装置において、触媒コンバータ９の触媒床温Ｔｃａｔと、ＮＯｘ浄化率及び副噴射による燃費悪化との関係を示している。この図における触媒床温Ｔｃ１，Ｔｃ２，Ｔｃ３，Ｔｃ４，Ｔｃ５は、排気ガス温Ｔｅｘに係る前記第１〜第５の設定温度Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５とそれぞれ対応関係にある。
【００５１】
この図では、４番（＃４）気筒１４だけ副噴射を実行したときのＮＯｘ浄化率曲線と、６番（＃６）気筒１６だけ副噴射を実行したときのＮＯｘ浄化率曲線と、５番（＃５）気筒１５だけ副噴射を実行したときのＮＯｘ浄化率曲線が記載されているが、４番気筒１４と６番気筒１６に対して副噴射を実行した場合のＮＯｘ浄化率曲線は、触媒床温がＴｃ２とＴｃ３の間でＮＯｘ浄化率が最大となる曲線になるものと推定される。同様に、６番気筒１６と５番気筒１５に対して副噴射を実行した場合のＮＯｘ浄化率曲線は、触媒床温がＴｃ３とＴｃ４の間でＮＯｘ浄化率が最大となる曲線になるものと推定される。
【００５２】
この図から明らかなように、触媒床温Ｔｃ１〜Ｔｃ５の全温度範囲において４番気筒１４の副噴射だけで対応した場合（換言すれば、低温型ＨＣ改質触媒４４だけで対応した場合）、ＮＯｘ浄化率は低温側では高いが高温側では低くなり、また、触媒床温Ｔｃ１〜Ｔｃ５の全温度範囲において５番気筒１５の副噴射だけで対応した場合（換言すれば、高温型ＨＣ改質触媒４５だけで対応した場合）、ＮＯｘ浄化率は高温側では高いが低温側では低くなる。しかしながら、この実施の形態の排気浄化装置では、排気ガス温Ｔｅｘの大きさに応じて副噴射を実行する気筒を切り換えているので、触媒床温Ｔｃ１〜Ｔｃ５の全温度範囲においてＮＯｘ浄化率を高く維持することができるのである。
【００５３】
また、触媒床温Ｔｃ１〜Ｔｃ５の全温度範囲において６番気筒１６の副噴射だけで対応した場合（換言すれば、中温型ＨＣ改質触媒４６だけで対応した場合）の燃費曲線と、この実施の形態の排気浄化装置（即ち、排気ガス温Ｔｅｘの大きさに応じて副噴射を実行する気筒を切り換えた場合）における副噴射による燃費曲線とを比較すると、後者の方が前者の方より低温域において燃費悪化が低減されることが明らかである。これは、この実施の形態における排気浄化装置では、排気ガス温Ｔｅｘが低いほど、副噴射された燃料を酸化能の強いＨＣ改質触媒に通して軽質ＨＣに改質しているので、排気ガス温Ｔｅｘが低いときの副噴射時期を、６番気筒１６の副噴射だけで対応した場合よりも遅らせることが可能になるからである。副噴射時期が遅れれば遅れるほど副噴射された燃料が燃焼焼失する量は減少する傾向にあり、したがって、燃費が向上することになる。
【００５４】
上述した実施の形態では、５番気筒１５に対応する排気枝管３５に酸化能の弱い高温型ＨＣ改質触媒４５を設けているが、排気枝管３５にＨＣ改質触媒を設けずに、前述の実施の形態と同様に５番気筒１５の副噴射を実行するようにしてもよい。この場合、酸化能が限りなく零に近い高温型ＨＣ改質触媒を排気枝管３５に設けたのと等価と考えることができる。この場合には、５番気筒１５に副噴射された燃料は、爆発行程時の気筒内の熱によって軽質ＨＣに改質されるか、あるいは改質されないまま触媒コンバータ９に供給されることになる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置よれば、排気ガスの温度に応じて副噴射作動切替手段が副噴射手段の作動を切り換え、これによって副噴射された燃料をＨＣ改質触媒に通すか否か、あるいはいずれのＨＣ改質触媒に通すかを選択するようにしているので、選択還元型ＮＯx触媒には常にＮＯx浄化に最適な軽質ＨＣが供給されるようになり、その結果、ＮＯx浄化温度範囲が拡大し、ＮＯx浄化率を向上せしめることができるとともに、燃費の向上を図ることができるという優れた効果が奏される。
【００５６】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、ＨＣ軽質化の改善によってＮＯｘ浄化率の向上を図っているので、選択還元型ＮＯｘ触媒のＨＣ被毒（ＳＯＦ被毒）を抑制することができる。
【００５７】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、排気ガス低温時でのＨＣ浄化率を向上せしめることができ、また、サルフェートの生成を抑制することもできる。
【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一実施の形態における概略構成を示すシステム図である。
【図２】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置における副噴射作動制御手順の一例を示すフローチャートである。
【図３】ＮＯｘ浄化率曲線と燃費曲線の一例を示す図である。
【符号の説明】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）
９  触媒コンバータ
９ａ，９ｂ  選択還元型ＮＯｘ触媒
１１〜１６  気筒
２４〜２５  燃料噴射弁（副噴射手段）
３４〜３６  排気枝管（分岐排気通路）
４２  集合排気管（集合排気通路）
４４  低温型ＨＣ改質触媒（酸化能を有する触媒）
４５  中温型ＨＣ改質触媒（酸化能を有する触媒）
４６  高温型ＨＣ改質触媒（酸化能を有する触媒）
１００  ＥＣＵ（副噴射作動切替手段）
【図１】
0003633290.tif 000002
【図２】
0003633290.tif 000003
【図３】
0003633290.tif 000004