(57)【要約】  気体と液体との添加剤を効率よく供給する。液体の添加剤を蓄えておき内燃機関の排気通路（２）内に液体の添加剤を供給する液体供給装置（５）と、気体の添加剤を蓄えておき排気通路（２）内に気体の添加剤を供給する気体供給装置（６）と、液体供給装置（５）及び気体供給装置（６）から添加剤が供給される箇所よりも下流側の排気通路（２）に設けられ添加剤が反応する触媒（３）と、液体供給装置（５）から添加される液体の添加剤の量と、気体供給装置（６）により添加される気体の添加剤の量と、を予め定められた規則に従って調節する調節装置（１０）と、を備える。
2011108110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の添加剤を蓄えておき内燃機関の排気通路内に液体の添加剤を供給する液体供給装置と、
気体の添加剤を蓄えておき前記排気通路内に気体の添加剤を供給する気体供給装置と、
前記液体供給装置及び前記気体供給装置から添加剤が供給される箇所よりも下流側の排気通路に設けられ添加剤が反応する触媒と、
前記液体供給装置から添加される液体の添加剤の量と、前記気体供給装置により添加される気体の添加剤の量と、を予め定められた規則に従って調節する調節装置と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記触媒をすり抜ける気体の添加剤の量と相関関係にある物理量を検出する検出装置を備え、
前記調節装置は、前記液体供給装置から添加される液体の添加剤の量と、前記気体供給装置により添加される気体の添加剤の量と、を前記検出装置により検出される物理量に基づいて調節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。
【請求項３】
前記調節装置は、前記物理量によって示される前記触媒をすり抜ける気体の添加剤の量が多くなる領域ほど、前記液体供給装置から添加される液体の添加剤の割合を高くし、前記気体供給装置により添加される気体の添加剤の割合を低くすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記検出装置は、内燃機関の加速を検出し、
前記調節装置は、内燃機関の加速時には、定常時よりも、前記液体供給装置から添加される液体の添加剤の割合を高くし、前記気体供給装置により添加される気体の添加剤の割合を低くすることを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記内燃機関の加速時には、定常時よりも、添加剤を添加するときの１回当たりの量を多くし、且つ、添加する間隔を長くすることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記触媒は、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタよりも上流側に設けられるか、または該フィルタに担持されており、
前記調節装置は、前記フィルタの再生を行なうときには、前記液体供給装置から添加される液体の添加剤の割合を低くし、前記気体供給装置により添加される気体の添加剤の割合を高く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。
【請求項７】
前記調節装置は、前記触媒の温度を、該触媒に吸着している添加剤が除去される温度まで上昇させるために添加剤を添加するときには、前記液体供給装置から添加される液体の添加剤の割合を低くし、前記気体供給装置により添加される気体の添加剤の割合を高く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。
【請求項８】
前記気体供給装置は、気体の添加剤を排気中に噴射する気体噴射弁を備えて構成され、前記液体供給装置は、液体の添加剤を排気中に噴射する液体噴射弁を備えて構成され、前記気体噴射弁と前記液体噴射弁とを対向して設けることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記気体噴射弁と前記液体噴射弁との間に、添加剤を衝突させる板を設けることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記気体噴射弁からはアンモニアガスを噴射し、前記液体噴射弁からはＨＣを噴射することを特徴とする請求項８または９に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
尿素をヒータで加熱分解してアンモニアを生成させるアンモニア生成部を設け、液体の尿素水及び気体のアンモニアを供給する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、アンモニアをヒータで加熱するために、電力を消費するため、エネルギを余計に消費することになる。これにより、燃費が悪化する虞がある。また、アンモニアを生成するのに時間がかかるため、アンモニアを供給するまでに時間を要したり、アンモニアの供給量にばらつきが生じたりする虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４２６２５２２号公報
【特許文献２】特表２００５−５２４０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、気体と液体との添加剤を効率よく供給する技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
液体の添加剤を蓄えておき内燃機関の排気通路内に液体の添加剤を供給する液体供給装置と、
気体の添加剤を蓄えておき前記排気通路内に気体の添加剤を供給する気体供給装置と、
前記液体供給装置及び前記気体供給装置から添加剤が供給される箇所よりも下流側の排気通路に設けられ添加剤が反応する触媒と、
前記液体供給装置から添加される液体の添加剤の量と、前記気体供給装置により添加される気体の添加剤の量と、を予め定められた規則に従って調節する調節装置と、
を備える。【０００６】
気体供給装置または液体供給装置は、添加剤として還元剤または酸化剤を添加する。そして、この添加剤は、下流の触媒で反応する。触媒は、添加剤が供給されることにより、例えば排気を浄化したり、排気の温度を上昇させたり、または浄化能力が回復したりする。【０００７】
ここで、気体の添加剤と、液体の添加剤と、では、夫々の特徴が異なり、夫々に優れている点もあれば劣る点もある。例えば気体の添加剤は反応性は高いが、内燃機関の運転状態によっては触媒をすり抜け易くなる。また、例えば液体の添加剤は、排気中で分散し難いが触媒に吸着し易い。【０００８】
これに対し調節装置は、予め定められた規則に従って気体の添加剤の量と液体の添加剤の量とを調節している。これは、液体と気体との供給割合を調節しているとしてもよい。供給割合とは、添加剤の全供給量に対する夫々の添加剤の供給量の割合である。また、気体または液体の一方の添加剤の供給を停止してもよい。予め定められた規則とは、予め記憶されているマップとしても良い。たとえば、液体の添加剤を供給したほうが、気体の添加剤を供給するよりも有利な場合には、液体の添加剤を供給し、または液体の添加剤の割合を高くする。また、気体の添加剤を供給したほうが、液体の添加剤を供給するよりも有利な場合には、気体の添加剤を供給し、または気体の添加剤の割合を高くする。なお、排気中の有害物質の浄化率、または添加剤が触媒をすり抜ける程度に応じて気体または液体の何れの添加剤を優先するのか決定しても良い。このように、予め定められた規則に従って気体と液体との添加剤の量を調節すれば、そのときの状態に対応した添加剤の供給が可能となる。そして、液体の添加剤と気体の添加剤とを別々に蓄えておくことにより、気体の添加剤を生成するエネルギが必要なくなるため、効率よく添加剤を供給することができる。【０００９】
本発明においては、前記触媒をすり抜ける気体の添加剤の量と相関関係にある物理量を検出する検出装置を備え、
前記調節装置は、前記液体供給装置から添加される液体の添加剤の量と、前記気体供給装置により添加される気体の添加剤の量と、を前記検出装置により検出される物理量に基づいて調節することができる。【００１０】
検出装置は、触媒において反応する気体の添加剤の量と相関関係にある物理量を検出してもよい。また、気体供給装置から供給される気体の添加剤に対し、触媒をすり抜ける気体の添加剤の割合と相関関係にある物理量を検出しても良い。ここで、内燃機関の運転状態などによって、液体の添加剤及び気体の添加剤が触媒をすり抜ける量が夫々変化する。添加剤が触媒をすり抜けると、該添加剤が無駄になったり、浄化率が低下したりするため、好ましくない。これに対し、触媒をすり抜ける気体の添加剤の量と相関関係にある物理量に基づいて気体の添加剤の量を調節すれば、より浄化率を高めることができる。【００１１】
本発明においては、前記調節装置は、前記物理量によって示される前記触媒をすり抜ける気体の添加剤の量が多くなる領域ほど、前記液体供給装置から添加される液体の添加剤の割合を高くし、前記気体供給装置により添加される気体の添加剤の割合を低くすることができる。【００１２】
調節装置は、触媒をすり抜ける気体の添加剤の量が多くなる状態のときには、液体の添加剤の割合を高くする。すなわち、液体の添加剤を増加させ、気体の添加剤を減少させる。なお、液体の添加剤の割合を高くすることには、液体の添加剤のみを添加することを含む。また、気体の添加剤の割合を低くすることには、気体の添加剤の添加を行なわないことを含む。ここで、液体の添加剤はその一部が触媒や排気通路に付着するため、気体の添加剤よりも触媒をすり抜け難い。したがって、液体の添加剤の割合を高くすることにより、添加剤が触媒をすり抜けることを抑制できる。なお、触媒をすり抜ける添加剤の量と相関関係にある物理量として、例えば機関回転数、機関負荷、排気の温度、または排気の量を用いてもよい。また、内燃機関の加速を示す物理量を用いることもできる。なお、「領域」は、運転領域または温度領域としても良い。【００１３】
また、本発明においては、前記検出装置は、内燃機関の加速を検出し、
前記調節装置は、内燃機関の加速時には、定常時よりも、前記液体供給装置から添加される液体の添加剤の割合を高くし、前記気体供給装置により添加される気体の添加剤の割合を低くすることができる。【００１４】
ここで、内燃機関の過渡運転時であって排気の流量が増加する運転状態では、気体の添加剤は触媒をすり抜け易くなる。すなわち、加速時は、定常時よりも、気体の添加剤が触媒をすり抜け易くなる。これに対し、加速時に液体の添加剤の割合を高くすれば、添加剤が触媒をすり抜けることを抑制できる。なお、加速の度合いが大きくなるほど、気体の添加剤が触媒をすり抜け易くなるため、液体の添加剤の割合を増加させても良い。また、吸入空気量または排気の量の増加率が閾値以上のときに加速していると判定しても良い。この閾値は、他の物理量に応じて変更しても良い。また、負荷の変化率に応じて加速を判定しても良い。【００１５】
また、本発明においては、前記内燃機関の加速時には、定常時よりも、添加剤を添加するときの１回当たりの量を多くし、且つ、添加する間隔を長くすることができる。【００１６】
このようにすることで、触媒に吸着する添加剤の量をより多くすることができるため、添加剤が触媒をすり抜けることをより抑制できる。【００１７】
なお、本発明においては、前記調節装置は、機関回転数が高くなるほど、前記液体供給装置から添加される液体の添加剤の割合を高くし、前記気体供給装置により添加される気体の添加剤の割合を低くすることができる。【００１８】
ここで、機関回転数が高くなるほど、例えば排気の量が増加するため、気体の添加剤が触媒をすり抜け易くなる。これに対し、機関回転数が高くなるほど、液体の添加剤の割合を高くすれば、添加剤が触媒をすり抜けることを抑制できる。なお、機関回転数が閾値以上の場合に液体の添加剤のみを供給し、閾値未満の場合に気体の添加剤のみを供給してもよい。この閾値は、他の物理量に応じて変更しても良い。【００１９】
また、本発明においては、前記調節装置は、機関負荷が高くなるほど、前記液体供給装置から添加される液体の添加剤の割合を高くし、前記気体供給装置により添加される気体の添加剤の割合を低くすることができる。【００２０】
ここで、機関負荷が高くなるほど、例えば排気の温度が高くなったり、排気の圧力が増加したりするため、気体の添加剤が触媒をすり抜け易くなる。これに対し、機関負荷が高くなるほど、液体の添加剤の割合を高くすれば、添加剤が触媒をすり抜けることを抑制できる。なお、機関負荷が閾値以上の場合に液体の添加剤のみを供給し、閾値未満の場合に気体の添加剤のみを供給してもよい。この閾値は、他の物理量に応じて変更しても良い。【００２１】
また、本発明においては、前記調節装置は、排気の温度が高くなるほど、前記液体供給装置から添加される液体の添加剤の割合を高くし、前記気体供給装置により添加される気体の添加剤の割合を低くすることができる。【００２２】
ここで、排気温度が比較的高いときには、液体の添加剤のほうが気体の添加剤よりも触媒をすり抜け難い。一方、排気温度が比較的低いときには、気体の添加剤のほうが液体の添加剤よりも触媒をすり抜け難い。したがって、排気の温度が高くなるほど、液体の添加剤の割合を高くすれば、添加剤が触媒をすり抜けることを抑制できる。なお、排気温度が閾値以上の場合に液体の添加剤のみを供給し、閾値未満の場合に気体の添加剤のみを供給してもよい。この閾値は、他の物理量に応じて変更しても良い。【００２３】
本発明においては、前記調節装置は、排気の量が多くなるほど、前記液体供給装置から添加される液体の添加剤の量の割合を高くし、前記気体供給装置により添加される気体の添加剤の割合を低くすることができる。【００２４】
ここで、排気の量が多くなるほど、気体の添加剤が触媒をすり抜け易くなる。これに対し、排気の量が多くなるほど、液体の添加剤の割合を高くすれば、添加剤が触媒をすり抜けることを抑制できる。なお、排気の量が閾値以上の場合に液体の添加剤のみを供給し、閾値未満の場合に気体の添加剤のみを供給してもよい。この閾値は、他の物理量に応じて変更しても良い。また、排気の量は、吸入空気量と相関関係にあるため、排気の量に代えて吸入空気量を用いることができる。【００２５】
本発明においては、前記触媒は、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタよりも上流側に設けられるか、または該フィルタに担持されており、
前記調節装置は、前記フィルタの再生を行なうときには、前記液体供給装置から添加される液体の添加剤の割合を低くし、前記気体供給装置により添加される気体の添加剤の割合を高くすることができる。【００２６】
フィルタの再生は、触媒に添加剤を添加することで熱を発生させて行なわれる。この熱と排気中の酸素とにより粒子状物質（ＰＭ）は酸化され、これにより除去される。このときに液体の添加剤を添加すると、該液体の添加剤が触媒や排気通路の壁面などに付着して、固化する虞がある。これに対し、気体の添加剤の割合を高くすれば、添加剤が固化することを抑制できる。なお、フィルタの再生時には、気体の添加剤のみを添加してもよい。【００２７】
また、本発明においては、前記調節装置は、前記触媒の温度を、該触媒に吸着している添加剤が除去される温度まで上昇させるために添加剤を添加するときには、前記液体供給装置から添加される液体の添加剤の割合を低くし、前記気体供給装置により添加される気体の添加剤の割合を高くすることができる。【００２８】
たとえば、触媒に吸着している添加剤が固化した場合に、該触媒の温度を上昇させることで該添加剤を除去できる場合がある。このときに液体の添加剤を供給すると、該液体の添加剤が触媒や排気通路の壁面などに付着して、固化する虞がある。このときに、気体の添加剤の割合を高くすれば、添加剤が固化することを抑制できる。なお、このときには、気体の添加剤のみを供給してもよい。【００２９】
本発明においては、前記気体供給装置は、気体の添加剤を排気中に噴射する気体噴射弁を備えて構成され、前記液体供給装置は、液体の添加剤を排気中に噴射する液体噴射弁を備えて構成され、前記気体噴射弁と前記液体噴射弁とを対向して設けることができる。【００３０】
このようにすれば、液体の添加剤と気体の添加剤とを同時に供給したときに、液体の添加剤と気体の添加剤とが衝突する。これにより、排気中のより広い範囲に添加剤が分散するので、触媒へ均一に添加剤を供給することができる。そうすると、添加剤を効率よく供給することができる。【００３１】
本発明においては、前記気体噴射弁と前記液体噴射弁との間に、添加剤を衝突させる板を設けることができる。この板により、排気の乱れがより大きくなるため、添加剤をより均一に分散させることができる。【００３２】
本発明においては、前記気体噴射弁からはアンモニアガスを噴射し、前記液体噴射弁からはＨＣを噴射することができる。そうすると、反応性の高いアミン系の化合物が生成される。これにより、触媒における浄化率を高めることができるので、添加剤を効率よく供給することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、気体と液体との添加剤を効率よく供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施例１に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。
【図２】触媒の温度と排気の浄化率との関係を示した図である。
【図３】浄化率の推移を示したタイムチャートである。
【図４】内燃機関の過渡運転時における吸入空気量の変化率と浄化率との関係を示した図である。
【図５】添加剤の供給量の推移を示したタイムチャートである。
【図６】機関回転数と機関負荷と添加剤の供給態様との関係を示した図である。
【図７】実施例１に係る制御フローを示したフローチャートである。
【図８】機関回転数と排気の温度と添加剤の供給態様との関係を示した図である。
【図９】実施例１に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す他の図である。
【図１０】実施例２に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。
【図１１】実施例２に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す他の図である。
【図１２】分散板を排気通路の上流側から見た図である。
【図１３】実施例３に係る制御フローを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。なお、以下の実施例は可能な限り組み合わせることができる。
【実施例１】
【００３６】
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒を有する水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。なお、以下の実施例は、ガソリンエンジンであっても同様に適用することができる。【００３７】
内燃機関１には、排気通路２が接続されている。排気通路２には、排気の流れ方向で上流側から順に、センサ４、液体噴射弁５、気体噴射弁６、触媒３が設けられている。なお、気体噴射弁６の下流側に液体噴射弁５が設けられていても良く、液体噴射弁５と気体噴射弁６とが同じ位置に設けられていても良い。【００３８】
また、センサ４は、排気の状態を検出するものであり、例えば排気中の特定の成分の濃度を検出する。センサ４には、例えば空燃比センサ、酸素濃度センサ、ＨＣセンサ、またはＮＯxセンサを挙げることができる。また、例えば、排気の温度を検出する温度センサであっても良い。【００３９】
液体噴射弁５は、液体の還元剤または酸化剤等の添加剤を噴射する。また、気体噴射弁６は、気体の還元剤または酸化剤等の添加剤を噴射する。液体噴射弁５と気体噴射弁６とから噴射される添加剤は、同じ種類のものであっても良く、違う種類のものであっても良い。添加剤には、例えば、アンモニア由来の化合物を用いることができる。アンモニア由来の化合物には、尿素水、尿素、アンモニア、ビュレット、シアヌル酸、イソシアン酸、またはアミン化合物を挙げることができる。また、添加剤に燃料（ＨＣ）を用いることもできる。添加剤に何を用いるのかは、触媒３の種類に応じて決まる。そして、添加剤は、触媒３にて反応する。【００４０】
触媒３には、例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒、選択還元型ＮＯx触媒、酸化触媒、または三元触媒を挙げることができる。また、これらの触媒を担持するか上流に備え、ＰＭを捕集するパティキュレートフィルタを設けても良い。【００４１】
液体噴射弁５には、液体の添加剤を貯留する液体タンク５１が接続されている。液体タンク５１には、添加剤を吐出するポンプが内蔵されており、該ポンプは液体噴射弁５へ向けて液体の添加剤を供給する。なお、液体の添加剤を添加剤の供給通路に蓄えておいても良い。また、気体噴射弁６には、気体の添加剤を貯留又は貯蔵する気体タンク６１が接続されている。なお、気体タンク６１は、添加剤を触媒などに吸蔵した状態で蓄えておいても良い。また、気体の添加剤を添加剤の供給通路に蓄えておいても良い。気体タンク６１には、添加剤を吐出するポンプが内蔵されており、該ポンプは気体噴射弁６へ向けて気体の添加剤を供給する。なお、本実施例では液体噴射弁５及び液体タンク５１が、本発明における液体供給装置に相当する。また、本実施例では気体噴射弁６及び気体タンク６１が、本発明における気体供給装置に相当する。【００４２】
また、内燃機関１には、吸気通路８が接続されている。吸気通路８の途中には、該吸気通路８を流れる吸気の量に応じた信号を出力するエアフローメータ９が取り付けられている。このエアフローメータ９により内燃機関１の吸入空気量が測定される。【００４３】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御する。【００４４】
ＥＣＵ１０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１１を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ１２、及び機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１３が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ１０には、液体噴射弁５及び気体噴射弁６が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０により液体噴射弁５及び気体噴射弁６が制御される。そして、本実施例では、センサ４、エアフローメータ９、アクセル開度センサ１２、またはクランクポジションセンサ１３が、本発明における検出装置に相当する。【００４５】
なお、本実施例では、センサ４はＮＯxセンサとし、液体噴射弁５は尿素水を添加するものとし、気体噴射弁６はアンモニアガスを添加するものとし、触媒３は選択還元型ＮＯx触媒として説明する。そうすると、液体噴射弁５から添加された尿素水は、排気の熱で加水分解されアンモニア（ＮＨ３）となり、その一部又は全部が触媒３に供給される。このアンモニアがＮＯxを選択的に還元させる。そして、触媒３にアンモニアを供給し、又は予め吸着させておき、触媒３をＮＯxが通過するときに該ＮＯxを還元させる。【００４６】
触媒３にアンモニアを予め吸着させておくためには、添加剤を間欠的に添加する。例えばセンサ４によりＮＯx濃度を検出し、該ＮＯx濃度と吸入空気量とからＮＯx量を算出する。このＮＯx量に応じて触媒３に吸着しているアンモニア量が減少するため、触媒３に吸着しているアンモニア量が規定量以下となったときに添加剤を供給する。なお、添加剤を供給する間隔を一定とし、センサ４により得られるＮＯx濃度に応じて添加剤の量を決定しても良い。【００４７】
ところで、液体の添加剤（尿素水）は、気体の添加剤（アンモニアガス）と比較して、排気の温度が低いときや空間速度（ＳＶ）が低い領域では、加水分解に時間がかかったり、添加剤が触媒３若しくは排気通路２の壁面に付着したりするため、浄化率が低いか又は反応速度が遅いという特徴がある。【００４８】
ここで、図２は、触媒３の温度と排気の浄化率との関係を示した図である。浄化率は、触媒３に流入するＮＯxの量に対して、該触媒３で浄化されるＮＯxの量の割合を示している。図２において、実線は気体の添加剤の場合を示し、破線は液体の添加剤の場合を示している。【００４９】
図２に表されるように、気体の添加剤では、触媒３の温度が低いときから高い浄化率を示しているのに対し、液体の添加剤では、触媒３の温度がある程度高くなければ浄化率が高くならない。すなわち、触媒３の温度が低い場合には、尿素水を供給しても、アンモニアに転換される割合が低いために、浄化率が低くなる。このため、触媒３の温度が低いときには、気体の添加剤を供給したほうが液体の添加剤を供給するよりも浄化率が高くなる。一方、触媒３の温度が高いときには、気体の添加剤を供給するよりも液体の添加剤を供給するほうが浄化率が高くなる。【００５０】
また、図３は、浄化率の推移を示したタイムチャートである。実線はＳＶが比較的低い場合を示し、破線はＳＶが比較的高い場合を示している。図３を見れば分かるように、低ＳＶの場合のほうが、高ＳＶの場合よりも、浄化率が高くなるのに時間を要する。【００５１】
ところで、気体の添加剤（アンモニアガス）は、液体の添加剤（尿素水）と比較して、内燃機関１の過渡運転時には、浄化率が低いという特徴がある。これは、触媒３を通過する排気の量が増加する状態では、気体の添加剤が触媒３をすり抜け易くなることによる。【００５２】
ここで、図４は、内燃機関１の過渡運転時における吸入空気量の変化率と浄化率との関係を示した図である。実線は気体の添加剤の場合を示し、破線は液体の添加剤の場合を示している。吸入空気量は、単位時間当たりに内燃機関１に吸入される空気量である。そして、吸入空気量の変化率（Ｇａ／θ）は、吸入空気量の単位時間あたりの変化量である。なお、吸入空気量は排気の量と相関があるため、触媒３を通過する排気の量に代えて吸入空気量を用いている。吸入空気量の変化率が大きくなるほど、加速の度合いが大きい。【００５３】
図４に表されるように、液体の添加剤は、吸入空気量の変化率が高くなっても高い浄化率を維持できる。一方、気体の添加剤は、吸入空気量の変化率が高くなるに従って一旦は浄化率が高くなる。しかし、吸入空気量の変化率がある値を超えると浄化率が下降し始める。このときには、吸入空気量の変化率が高くなるほど、気体の添加剤が触媒３をすり抜け易くなっている。また、吸入空気量が増加する状態で気体の添加剤を供給すると、供給する添加剤の容積が大きくなりすぎるために、添加剤を供給し難くなる。【００５４】
このように、液体の添加剤と、気体の添加剤と、では、長所もあれば短所もあるため、本実施例では、これらを考慮して添加剤の供給を行う。このために、本実施例では、液体噴射弁５と気体噴射弁６とから夫々添加剤を同時にまたは時間をずらして添加することができる。また、何れか一方のみから添加剤を添加することもできる。そして、内燃機関１の運転状態に応じて液体の添加剤と気体の添加剤との量を調節する。これは、内燃機関１の運転状態に応じて液体の添加剤と気体の添加剤との割合を調節するとしても良い。また、触媒３の状態に応じてこれらを調節しても良い。【００５５】
たとえば、液体の添加剤と気体の添加剤とで触媒３をすり抜ける量（割合としても良い）が異なるときに、すり抜ける量がより少ない方の添加剤を供給する。これにより、添加剤が触媒３をすり抜けることを抑制できるため、添加剤の消費量を低減することができる。また、ＮＯxの浄化率を高めることができる。また、たとえば、内燃機関１の運転状態によって液体の添加剤と気体の添加剤とで浄化率が異なるときに、より浄化率の高い方の割合を高くしても良い。内燃機関１の運転状態には、例えば機関回転数及び機関負荷を用いることができる。【００５６】
また、本実施例では、加速時のような過渡運転時には、液体の添加剤の供給割合を高くし、気体の添加剤の供給割合を低くする。なお、過渡運転時には、液体の添加剤のみを供給しても良い。また、吸入空気量の変化率が閾値以上の場合に、液体の添加剤のみを供給しても良い。この閾値は、たとえば気体の添加剤を供給したときのＮＯx浄化率が許容値となるか否かの境界としても良い。また、吸入空気量の変化率に代えて、アクセル開度とその継続時間、内燃機関１の燃焼室内へ供給する燃料量の増加分、または要求トルクの増加量を用いることもできる。このように、気体の添加剤が触媒３をすり抜け易い運転状態では、液体の添加剤の割合を高くするか、液体の添加剤のみを供給する。なお、加速の度合いが大きいほど、液体の添加剤の供給割合を高くしても良い。【００５７】
なお、図５に示すように、定常運転時と過渡運転時とで単位時間あたりの添加剤の供給量を調節しても良い。ここで、図５は、添加剤の供給量の推移を示したタイムチャートである。実線は、過渡運転時に液体の添加剤のみを供給する場合を示し、破線は、定常運転時に液体及び気体の添加剤を供給する場合を示している。【００５８】
定常運転時には、添加剤を供給するときの１回当たりの供給量を少なくし、且つ、供給間隔を短くしている。この場合、常に一定量の添加剤を供給しているとしても良い。一方、過渡運転時には、添加剤を供給するときの１回当たりの供給量を多くし、かつ、供給間隔を長くしている。これは、添加剤を供給するときの単位時間あたりの供給量を多くし、且つ供給間隔を長くしているとしても良い。なお、液体の添加剤の噴射圧力を高めることにより、単位時間あたりの供給量を多くしても良い。このように、添加剤を供給するときの１回当たりの供給量を多くすると、または単位時間あたりの供給量を多くすると、液体の添加剤が気化し難くなるため、触媒３に吸着する添加剤の量が多くなる。これにより、添加剤が触媒３をすり抜けることを抑制できるため、ＮＯxの浄化率の低下を抑制できる。【００５９】
また、内燃機関１の定常運転時には、例えば内燃機関１の運転状態に応じて添加剤の供給態様を決定する。図６は、機関回転数と機関負荷と添加剤の供給態様との関係を示した図である。機関負荷は、アクセル開度、平均有効圧力、軸トルク、または内燃機関１の燃焼室内への燃料噴射量としても良い。実線は気体の添加剤を供給する領域と、液体の添加剤を供給する領域との境界を示している。また、破線は、排気の量（排気の圧力としても良い）が等しい範囲を示している。機関回転数または機関負荷が大きくなるほど、排気の量は増加する。そして、実線よりも機関回転数が低い側では、気体の添加剤が供給される。また、実線よりも機関回転数が高い側では、液体の添加剤が供給される。なお、図６に示した、液体と気体との境界は、実験等により最適値を求めても良い。この境界は、たとえば液体の添加剤を供給したときのＮＯx浄化率が許容値以上となるように決定してもよい。【００６０】
このように、機関回転数が高いときには、機関負荷によらず液体の添加剤のみを供給する。また、機関回転数が低いときには、機関負荷によらず気体の添加剤のみを供給する。また、機関回転数が中程度のときには、機関負荷に応じて液体の添加剤を供給するのか、または気体の添加剤を供給するのか決定される。そして、機関回転数が中程度のときであって、負荷が高い場合には、液体の添加剤が供給され、負荷が低い場合には、気体の添加剤が供給される。【００６１】
また、図６に示される排気の量に基づいて、液体または気体の何れかの添加剤を供給するのか決定することもできる。すなわち、排気の量が比較的多いときには、液体の添加剤のほうが気体の添加剤よりも浄化率が高くなるため、液体の添加剤のみを供給する。また、排気の量が比較的少ないときには、液体の添加剤では浄化率が低くなるため、気体の添加剤のみを供給する。そして、排気の量が中程度のときには、機関回転数または機関負荷に応じて液体の添加剤を供給するのか、気体の添加剤を供給するのか決定する。【００６２】
図７は、本実施例に係る制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎にＥＣＵ１０により実行される。【００６３】
ステップＳ１０１では、添加剤の供給量が算出される。例えばセンサ４によりＮＯx濃度を検出し、該ＮＯx濃度と吸入空気量とから排気中のＮＯx量を算出する。このＮＯx量に応じて触媒３に吸着しているアンモニア量が減少するため、この減少分を補う量の添加剤を供給する。なお、添加剤の供給量は規定量とし、代わりに供給間隔を調節しても良い。【００６４】
ステップＳ１０２では、添加剤を供給する条件が成立しているか否か判定される。たとえば、触媒３の温度が活性温度に達していなければＮＯxを浄化することができないため、添加剤を供給する条件が成立していないと判定される。また、たとえば触媒３に吸着しているアンモニア量が規定量以下となったときに添加剤を供給する条件が成立していると判定される。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、否定判定がなされた場合には添加剤を供給することはできないため本ルーチンを終了させる。【００６５】
ステップＳ１０３では、液体の添加剤のみを供給するか否か判定される。内燃機関１の加速時には液体の添加剤のみを供給すると判定される。一方、内燃機関１の定常時には、機関回転数及び機関負荷を測定し、この測定値を図６に示したマップに代入することにより判定される。図６に示したマップは予め実験等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。【００６６】
ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進んで、液体噴射弁５から液体の添加剤が供給される。また、ステップＳ１０３で否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進んで、気体噴射弁６から気体の添加剤が供給される。なお、本実施例ではステップＳ１０３を処理するＥＣＵ１０が、本発明における調節装置に相当する。【００６７】
なお、図６では、境界を設けて液体と気体との何れか一方の添加剤を供給しているが、これに代えて、液体と気体との両方の添加剤を供給する領域を設け、この領域では機関回転数または機関負荷が高くなるほど液体の添加剤の供給量の割合を高くし、気体の添加剤の供給量の割合を低くしても良い。【００６８】
なお、排気の温度が閾値以上の場合には液体の添加剤を供給し、排気の温度が閾値未満の場合には気体の添加剤を供給しても良い。この閾値は、たとえば液体の添加剤を供給したときのＮＯx浄化率が許容値以上となる温度とする。【００６９】
また、排気の温度に応じて、液体の添加剤と気体の添加剤との供給割合を決定しても良い。図８は、機関回転数と排気の温度と添加剤の供給態様との関係を示した図である。図８は、定常運転の場合を示している。実線は気体の添加剤を供給する領域と、液体の添加剤を供給する領域との境界を示している。実線よりも機関回転数が低い側では、気体の添加剤が供給される。また、実線よりも機関回転数が高い側では、液体の添加剤が供給される。なお、図８に示した、液体と気体との境界は、実験等により最適値を求めても良い。この境界は、たとえば液体の添加剤を供給したときのＮＯx浄化率が許容値以上となるように決定してもよい。【００７０】
すなわち、機関回転数が高いときには、排気の温度によらず液体の添加剤のみを供給する。また、機関回転数が低いときには、排気の温度によらず気体の添加剤のみを供給する。また、機関回転数が中程度のときには、排気の温度に応じて液体の添加剤を供給するのか、気体の添加剤を供給するのか決定される。そして、機関回転数が中程度のときであって、排気の温度が高い場合には、液体の添加剤が供給され、排気の温度が低い場合には、気体の添加剤が供給される。【００７１】
なお、図８では、境界を設けて液体と気体との何れか一方の添加剤を供給しているが、これに代えて、液体と気体との両方の添加剤を供給する領域を設け、この領域では機関回転数または排気温度が高くなるほど液体の添加剤の供給量の割合を高くしても良い。排気の温度は、センサ４により測定しても良く、内燃機関１の運転状態から推定してもよい。また、排気の温度に代えて、触媒３の温度を用いても良い。【００７２】
図９は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す他の図である。図１と異なる点について説明する。図９に示す内燃機関の排気浄化装置では、液体噴射弁５よりも下流側で且つ気体噴射弁６よりも上流側に、添加剤をより広い範囲に分散させるための分散装置２０が備わる。この分散装置２０は、液体噴射弁５よりも上流側に備えていてもよい。また、分散装置２０は、気体噴射弁６の下流側に備えていても良い。さらに、液体噴射弁５と気体噴射弁６との位置が逆になっていても良い。【００７３】
分散装置２０は、排気の乱れを大きくしたり、排気を旋回させたりするものであれば良い。例えば、複数の孔が開いている板を排気の流れに対して垂直に設置しても良い。【００７４】
このような分散装置２０を備えることにより、添加剤が排気中のより広い範囲に分散するので、触媒３に対して均一に添加剤を供給することができる。また、液体の添加剤の気化を促進させることができる。【００７５】
以上説明したように本実施例によれば、内燃機関１の運転状態などに基づいて液体の添加剤の量と、気体の添加剤の量と、を調節することができる。すなわち、液体の添加剤の量と、気体の添加剤の量と、を予め定められた規則に従って調節することができる。これにより、触媒３における排気の浄化率を高めたり、添加剤の供給量を減少させたりすることができる。また、過渡運転時のように気体の添加剤が触媒３をすり抜け易い状態では、液体の添加剤を供給するため、添加剤が触媒３をすり抜けることを抑制できる。また、気体タンク６１を備えているため、液体や固体の添加剤をヒータなどで暖めて気化させる必要がないので、エネルギの消費量を低減できる。これらにより、触媒３へ添加剤を効率よく供給することができる。
【実施例２】
【００７６】
図１０は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す図である。図１と異なる点について説明する。図１０に示す内燃機関の排気浄化装置では、液体噴射弁５と気体噴射弁６とを、対向させて設けている。このような構成によれば、液体噴射弁５から噴射される液体の添加剤と、気体噴射弁６から噴射される気体の添加剤と、が排気通路２において衝突する。これにより、両添加剤が排気中のより広い範囲に分散するため、触媒３へ添加剤を均一に供給することができる。なお、両添加剤が衝突すれば良いため、液体噴射弁５と気体噴射弁６とは対向する位置から多少ずれていても良い。【００７７】
次に、図１１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成を示す他の図である。図１０と異なる点について説明する。図１１に示す内燃機関の排気浄化装置では、液体噴射弁５と気体噴射弁６との間の排気通路２に、排気の流れに乱れを生じさせる分散板２１を備えている。この分散板２１は、添加剤を排気中の広い範囲に分散させる。ここで、図１２は、分散板２１を排気通路２の上流側から見た図である。【００７８】
分散板２１は、排気の流れ方向、すなわち排気通路２の中心軸方向に対して傾斜した面を有する略長方形の金属製の板である。排気通路２の上流側から見ると、分散板２１の面積は、排気通路２の通路面積よりも小さい。分散板２１の長さは排気通路２の直径よりも長く、幅は排気通路２の直径よりも短い。そして、分散板２１の長さ方向は排気の流れ方向に対して傾斜しており、分散板２１の幅方向は排気の流れ方向に対して直交している。分散板２１の中心は、排気通路２の中心軸線上に位置し、分散板２１の上流端と下流端とは夫々排気通路２の壁面に溶接されている。ここで、分散板２１の幅は排気通路２の直径よりも短いため、分散板２１と排気通路２との壁面との間を排気が流通することができる。【００７９】
そして、分散板２１の上流側を向く面の側に液体噴射弁５を取り付けている。また、分散板２１の下流側を向く面の側に気体噴射弁６を取り付けている。なお、液体噴射弁５と気体噴射弁６との位置は逆になっていても良い。また、分散板２１は、平面の板であっても良いが、波板等であっても良い。分散板２１に複数の穴を開けておいても良く、触媒を担持していても良い。【００８０】
このように分散板２１を設けると、排気は分散板２１の側方を流通する。そして、液体噴射弁５の周りには分散板２１の側方を通過する前の排気が流れ、気体噴射弁６の周りには分散板２１の側方を通過した後の排気が流れる。【００８１】
ここで、排気の流れの中に分散板２１を設けることにより排気の流れに乱れが生じるので、添加剤が広い範囲に分散することになる。なお、添加剤を分散板２１に衝突させることにより、該添加剤の分散を図っても良い。そして、本実施例では分散板２１が、本発明における「添加剤を衝突させる板」に相当する。【００８２】
なお、液体噴射弁５からＨＣを供給し、気体噴射弁６からアンモニアガスを供給すると、両添加剤が衝突して混合することにより、アミン化合物が生成される。このアミン化合物は触媒３での反応性が高いため、ＮＯxの浄化率をより高めることができる。【００８３】
このように本実施例によれば、液体噴射弁５と気体噴射弁６とが対向して設けられているため、両添加剤が衝突することにより、添加剤をより分散させることができる。また、液体噴射弁５から添加される添加剤と、気体噴射弁６から添加される添加剤と、が分散板２１により、排気中のより広い範囲に分散するため、触媒３に添加剤を均一に供給することができる。さらに、排気通路２の狭い範囲に液体噴射弁５、気体噴射弁６、分散板２１を設置することができる。
【実施例３】
【００８４】
本実施例では、触媒３はフィルタに担持されているものとする。その他の装置は実施例１と同じため説明を省略する。そして、本実施例では、フィルタの再生時に気体噴射弁６のみから添加剤を添加する。この添加剤を触媒３で反応させることで、フィルタの温度を上昇させる。そうすると、フィルタに捕集されているＰＭが排気中に含まれる酸素によって酸化される。仮にフィルタの再生時に液体の添加剤を添加すると、液体の添加剤が排気通路２の壁面や触媒３に付着して、固化する虞がある。このため、本実施例では、フィルタの再生時には、気体の添加剤のみを添加している。なお、フィルタの再生時には、それ以外のときよりも、気体の添加剤の割合を高くし、液体の添加剤の割合を低くしても良い。【００８５】
図１３は、本実施例に係る制御フローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎にＥＣＵ１０により実行される。【００８６】
ステップＳ２０１では、フィルタの再生時期となっているか否か判定される。フィルタの再生は、たとえば内燃機関１の運転状態から推定されるＰＭの排出量を積算し、この積算値が閾値となったときに行なわれる。ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進む。一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させて、そのときの運転状態などに応じて添加剤が添加される。【００８７】
ステップＳ２０２では、気体噴射弁６のみから添加剤を添加してフィルタの再生を行う。このときの添加剤の添加量は、たとえばフィルタの温度がフィルタの再生に最適な温度となるようにフィードバック制御しても良い。【００８８】
また、触媒３に吸着している添加剤を除去するときにも気体の添加剤のみを添加しても良い。この場合、フィルタを備えていなくても良い。たとえば、触媒３を選択還元型ＮＯx触媒とした場合、該触媒３にアンモニアを予め吸着させておく。そして、触媒３に吸着しているアンモニア量が規定量未満となったときに添加剤を供給することで、該触媒３に吸着しているアンモニア量を規定量に保つ。ここで、触媒３に吸着しているアンモニア量はＥＣＵ１０により推定されるが、たとえば触媒３に吸着しているアンモニアの一部が固化している場合には、ＮＯxの浄化が困難となる。この場合、触媒３に吸着しているアンモニア量が規定量以上と推定されていても、ＮＯxの浄化率が低くなってしまう。【００８９】
そこで、所定の時期に触媒３の温度を上昇させることで、該触媒３に吸着しているアンモニア化合物を全て除去する。このときに、液体の添加剤を添加すると、該液体の添加剤が排気通路２の壁面や触媒３に付着して、固化する虞がある。このため、本実施例では、触媒３に吸着している添加剤を除去するときには、気体の添加剤のみを添加する。この場合、前記ステップＳ２０１では、触媒３の温度を上昇させる時期となっているか否か判定する。たとえば、規定の時間が経過したときに、触媒３の温度を上昇させる時期となっていると判定される。なお、触媒３に吸着している添加剤を除去するときには、それ以外のときよりも、気体の添加剤の割合を高くし、液体の添加剤の割合を低くしても良い。【００９０】
以上説明したように本実施例によれば、フィルタの再生時や触媒３に吸着している添加剤を除去するときに、気体の添加剤のみを添加するか、気体の添加剤の割合を高くするため、液体の添加剤が触媒３に付着して固化することを抑制できる。これにより、添加剤の供給量を減少させることができるため、触媒３へ添加剤を効率よく供給することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１     内燃機関
２     排気通路
３     触媒
４     センサ
５     液体噴射弁
６     気体噴射弁
８     吸気通路
９     エアフローメータ
１０   ＥＣＵ
１１   アクセルペダル
１２   アクセル開度センサ
１３   クランクポジションセンサ
２０   分散装置
２１   分散板
５１   液体タンク
６１   気体タンク
【図１】
2011108110.tif 000003
【図２】
2011108110.tif 000004
【図３】
2011108110.tif 000005
【図４】
2011108110.tif 000006
【図５】
2011108110.tif 000007
【図６】
2011108110.tif 000008
【図７】
2011108110.tif 000009
【図８】
2011108110.tif 000010
【図９】
2011108110.tif 000011
【図１０】
2011108110.tif 000012
【図１１】
2011108110.tif 000013
【図１２】
2011108110.tif 000014
【図１３】
2011108110.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成24年9月21日(2012.9.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の添加剤を蓄えておき内燃機関の排気通路内に液体の添加剤を供給する液体供給装置と、
気体の添加剤を蓄えておき前記排気通路内に気体の添加剤を供給する気体供給装置と、
前記液体供給装置及び前記気体供給装置から添加剤が供給される箇所よりも下流側の排気通路に設けられ添加剤が反応する触媒と、
前記液体供給装置から添加される液体の添加剤の量と、前記気体供給装置により添加される気体の添加剤の量と、を予め定められた規則に従って調節する調節装置と、
前記触媒をすり抜ける気体の添加剤の量と相関関係にある物理量を検出する検出装置と、
を備え、
前記調節装置は、前記液体供給装置から添加される液体の添加剤の量と、前記気体供給装置により添加される気体の添加剤の量と、を前記検出装置により検出される物理量に基づいて調節し、
前記調節装置は、前記物理量によって示される前記触媒をすり抜ける気体の添加剤の量が多くなる領域ほど、前記液体供給装置から添加される液体の添加剤の割合を高くし、前記気体供給装置により添加される気体の添加剤の割合を低くすることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記検出装置は、内燃機関の加速を検出し、
前記調節装置は、内燃機関の加速時には、定常時よりも、前記液体供給装置から添加される液体の添加剤の割合を高くし、前記気体供給装置により添加される気体の添加剤の割合を低く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。
【請求項３】
前記内燃機関の加速時には、定常時よりも、添加剤を添加するときの１回当たりの量を多くし、且つ、添加する間隔を長くすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記気体供給装置は、気体の添加剤を排気中に噴射する気体噴射弁を備えて構成され、前記液体供給装置は、液体の添加剤を排気中に噴射する液体噴射弁を備えて構成され、前記気体噴射弁と前記液体噴射弁とを対向して設けることを特徴とする請求項１から３の何
れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記気体噴射弁と前記液体噴射弁との間に、添加剤を衝突させる板を設けることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記気体噴射弁からはアンモニアガスを噴射し、前記液体噴射弁からはＨＣを噴射することを特徴とする請求項４または５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【国際調査報告】
2011108110.tif 000016
2011108110.tif 000017
2011108110.tif 000018
2011108110.tif 000019