(57)【要約】【課題】本発明は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、還元剤が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に滞留する時間を長くすることを課題とする。【解決手段】本発明は、内燃機関がフューエルカット状態にあるときに、還元剤供給装置から吸蔵還元型ＮＯｘ触媒へ向けて還元剤を供給させるとともに還元剤が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に到達する時期を演算し、算出された時期に吸気バルブと排気バルブとのマイナスオーバーラップ期間を増加させるようにした。マイナスオーバーラップ期間の増加によって排気の流量および流速が低下するため、還元剤が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に滞留する時間が長くなる。その結果、少量の還元剤により窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）を浄化することが可能になる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒へ還元剤を供給する還元剤供給装置と、
吸気バルブおよび排気バルブの開閉特性を変更する可変動弁機構と、
内燃機関がフューエルカット状態にあるときに、前記還元剤供給装置から前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒へ向けて還元剤を供給させる還元剤供給手段と、
前記還元剤供給装置から供給された還元剤が前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に到達する時期を特定する特定手段と、
前記特定手段により特定された時期に、排気バルブが閉弁してから吸気バルブが開弁するまでの期間であるマイナスオーバーラップ期間が増加するように前記可変動弁機構を制御する動弁制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に配置された排気浄化装置へ還元剤を供給するときに、内燃機関から排気浄化装置へ至る排気の経路長を変更して排気脈動の往復動量を大きくする技術が開示されている（たとえば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１４４５４３号公報
【特許文献２】特開２００６−１１２３４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記した従来技術によると排気の経路長を変更するために排気系の構成が複雑になる。これに対し、排気浄化装置に還元剤を供給するときに、吸気絞り弁の開度を絞ることにより排気の流量および流速を低下させたり、又は内燃機関以外の原動機により車両を駆動することにより排気の流れを停止させたりすることにより、還元剤が排気浄化装置に滞留する時間を長くする方法が考えられる。
【０００５】
しかしながら、吸気絞り弁の開度が絞られると、筒内圧の低下によって燃焼室内に過剰な潤滑油が吸い込まれる現象（オイル上がり）を生じる可能性がある。また、内燃機関以外の原動機を備えていない車両においては内燃機関を停止させることはできない。
【０００６】
本発明は、上記したような種々の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、還元剤が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に滞留する時間を長くすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記した課題を解決するために、以下のような手段を採用した。すなわち、本発明は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒へ還元剤を供給する還元剤供給装置と、吸気バルブおよび排気バルブの開閉特性を変更する可変動弁機構と、を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、
内燃機関がフューエルカット状態にあるときに、前記還元剤供給装置から前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒へ向けて還元剤を供給させる還元剤供給手段と、
前記還元剤供給装置から供給された還元剤が前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に到達する時期を特定する特定手段と、
前記特定手段により特定された時期に、排気バルブが閉弁してから吸気バルブが開弁するまでの期間であるマイナスオーバーラップ期間が増加するように前記可変動弁機構を制御する動弁制御手段と、
を備えるようにした。
【０００８】
吸気バルブと排気バルブのマイナスオーバーラップ期間が増加すると、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を通過する排気の流量および流速が低下する。そのため、還元剤が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入してから流出するまでの時間（滞留時間）が長くなる。さらに、還元剤は、排気脈動によって吸蔵還元型ＮＯｘ触媒内を往復動するため、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の広
い範囲に還元剤が行き渡るようになる。
【０００９】
その結果、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒をすり抜ける還元剤が減少することになり、少量の還元剤によって窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）を浄化することが可能となる。さらに、気筒内を過度の負圧に曝すことがないので、オイル上がりなどを併発することも防止される。また、上記したような可変動弁機構の制御は、内燃機関のフューエルカット中に行われるため、ドライバビリティの低下も抑制される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、還元剤が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に滞留する時間を長くすることができる。その結果、還元剤の消費量を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】内燃機関のフューエルカット中にＮＯｘ再生処理を行うための制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】吸気バルブと排気バルブのマイナスオーバーラップ期間を増加させる第１の方法を示す図である。
【図４】吸気バルブと排気バルブのマイナスオーバーラップ期間を増加させる第２の方法を示す図である。
【図５】吸気バルブと排気バルブのマイナスオーバーラップ期間を増加させる第３の方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１３】
図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒を有する圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）である。内燃機関１の排気通路２が接続されている。排気通路２は、各気筒と連通しており、各気筒から排出されたガスを大気中へ導く通路である。
【００１４】
排気通路２の途中には、酸化触媒３が配置されている。酸化触媒３より下流の排気通路２には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持されたパティキュレートフィルタを含む排気浄化装置４が配置されている。吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、排気中の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を保持（吸蔵）し、排気中の酸素濃度が低くかつ還元剤が存在するときは保持していた窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する触媒である。パティキュレートフィルタは、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタである。
【００１５】
酸化触媒３より上流の排気通路２には、添加弁５が配置されている。添加弁５は、排気通路２内を流れる排気中に還元剤を添加する弁である。なお、添加弁５から排気中へ添加される還元剤としては、内燃機関１の燃料を用いることができる。
【００１６】
また、内燃機関１には、吸気バルブおよび排気バルブの開弁特性を変更する可変動弁機構６が取り付けられている。可変動弁機構６は、たとえば、クランクシャフトに対するインテークカムシャフトの位相およびエキゾーストカムシャフトの位相を変更することにより、吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングを変更する機構である。なお、可変動弁機構６は、吸気バルブおよび排気バルブの作用角を変更する機構であってもよい。
【００１７】
このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ７が併設されている。ＥＣＵ７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ７は、クランクポジションセンサやアクセルポジションセンサなどの各種センサの出力信号に基づいて、添加弁５や可変動弁機構６を制御する。
【００１８】
たとえば、ＥＣＵ７は、内燃機関１がフューエルカット状態にあるときに、排気浄化装置４に保持された窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する処理（ＮＯｘ再生処理）や、排気浄化装置４のＳＯｘ被毒を解消する処理（ＳＯｘ再生処理）を行う。
【００１９】
以下、内燃機関１のフューエルカット中にＮＯｘ再生処理を実行する手順について図２に沿って説明する。図２は、内燃機関１のフューエルカット中にＮＯｘ再生処理を行うための制御ルーチンを示すフローチャートである。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ７のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ７によって周期的に実行する。
【００２０】
図２の制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ７は、先ずＳ１０１で内燃機関１のフューエルカット条件が成立しているか否かを判別する。この判別方法としては、機関回転数が所定回転数以上であり、かつアクセル開度が零であるときにフューエルカット条件が成立していると判定する方法を例示することができる。
【００２１】
前記Ｓ１０１において否定判定された場合（内燃機関１がフューエルカット状態にない場合）は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０８へ進み、吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミング（バルブタイミング）を通常のバルブタイミングに設定して本ルーチンの実行を終了する。
【００２２】
前記Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０２へ進む。Ｓ１０２では、ＥＣＵ７は、添加弁５を作動させることにより、酸素濃度が低くかつ還元剤が含まれるガス（以下、「還元ガス」と称する）を生成する。
【００２３】
続いて、ＥＣＵ７は、Ｓ１０３からＳ１０５において、前記還元ガスが排気浄化装置４に到達する時期を特定する。先ず、ＥＣＵ７は、Ｓ１０３において、還元ガスが排気浄化装置４に到達するまでに要する時間（以下、「還元剤到達時間」と称する）Ｃ１を演算する。還元剤到達時間Ｃ１は、排気の流速に相関する。排気の流速は機関回転数に相関する。よって、ＥＣＵ７は、機関回転数をパラメータとして還元剤到達時間Ｃ１を演算することができる。
【００２４】
Ｓ１０４では、ＥＣＵ７は、カウンタＣを起動させる。このカウンタＣは、添加弁５が作動された時点からの経過時間を計測するものである。次に、ＥＣＵ７は、Ｓ１０５へ進み、カウンタＣの計測時間が還元剤到達時間Ｃ１に達したか否かを判別する。Ｓ１０５の処理は、カウンタＣの計測時間が還元剤到達時間Ｃ１と等しくなるまで繰り返し実行される。
【００２５】
前記Ｓ１０５において肯定判定された場合（Ｃ＝Ｃ１）は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０６へ進む。Ｓ１０６では、ＥＣＵ７は、内燃機関１から排出されるガスの流量および流速を低下させるための処理を実行する。具体的には、ＥＣＵ７は、吸気バルブと排気バルブとのマイナスオーバーラップ期間が増加するように可変動弁機構６を制御する。
【００２６】
ここで、マイナスオーバーラップ期間を増加させる方法について図３乃至図５に基づいて説明する。先ず、ＥＣＵ７は、図３に示すように、排気バルブの開閉タイミング（位相）を進角させることにより、マイナスオーバーラップ期間を増加させてもよい。この場合
、排気行程（ピストンが排気ＢＤＣから吸気ＴＤＣへ移動する行程）の半ばで排気バルブが閉弁するため、気筒内に残留するガスが増加する。気筒内に残留するガスが増加すると、内燃機関１の吸入空気量が減少する。その結果、内燃機関１から排出されるガスの流量および流速が低下することになる。
【００２７】
次に、ＥＣＵ７は、図４に示すように、吸気バルブの開閉タイミング（位相）を遅角させることにより、マイナスオーバーラップ期間を増加させてもよい。この場合、圧縮行程（ピストンが圧縮ＢＤＣから膨脹ＴＤＣへ移動する行程）の半ばで吸気バルブが閉弁するため、気筒内に吸入されたガスが吸気系へ逆流することになる。その結果、内燃機関１の吸入空気量が減少し、それに応じて内燃機関１から排出されるガスの流量および流速が低下することになる。
【００２８】
また、ＥＣＵ７は、図５に示すように、排気バルブの開閉タイミング（位相）を進角させるとともに、吸気バルブの開閉タイミング（位相）を遅角させることにより、マイナスオーバーラップ期間を増加させるようにしてもよい。この場合、気筒内に残留するガスが増加するとともに、気筒内から吸気系へ逆流するガスが増加する。その結果、内燃機関１から排出されるガスの流量および流速が低下することになる。
【００２９】
なお、可変動弁機構６が吸気バルブと排気バルブの少なくとも一方の作用角を変更可能な機構を具備している場合は、吸気バルブと排気バルブの少なくとも一方の作用角を減少させることにより、内燃機関１の吸入空気量、又は内燃機関１から排出されるガス量を減少させるようにしてもよい。
【００３０】
上記したような方法によりマイナスオーバーラップ期間が増加されると、還元ガスが排気浄化装置４を通過するために要する時間、言い換えれば還元ガスが排気浄化装置４内に滞留する時間を長くすることができる。さらに、還元ガスは排気脈動を受けて排気浄化装置４内を往復動するため、還元ガスが排気浄化装置４内の広い範囲に行き渡るようになる。
【００３１】
その結果、排気浄化装置４をすり抜ける還元剤の量が少なくなるため、添加弁５から排気中へ添加する還元剤の量を減少させることができる。言い換えれば、すり抜ける還元剤の量を見越して余剰の還元剤を添加する必要がなくなる。
【００３２】
ここで、図２の制御ルーチンに戻り、ＥＣＵ７は、前記Ｓ１０６の処理を実行した後にＳ１０７へ進む。Ｓ１０７では、ＥＣＵ７は、内燃機関１のフューエルカット状態が終了したか否かを判別する。Ｓ１０７の処理は、内燃機関１のフューエルカット状態が終了するまで繰り返し実行される。
【００３３】
前記Ｓ１０７において肯定判定された場合は、ＥＣＵ７は、Ｓ１０８へ進み、吸気バルブおよび排気バルブの開閉タイミングを通常の開閉タイミング（バルブタイミング）に戻す。
【００３４】
以上述べた実施例によれば、還元剤の添加量を減少させつつ排気浄化装置４に保持されたＮＯｘを還元させることができる。さらに、吸気絞り弁などを絞る必要がないため、気筒内を過度の負圧下に曝すこともない。
【００３５】
なお、本実施例では、ＮＯｘ再生処理を行う場合に吸気バルブと排気バルブのマイナスオーバーラップ期間を増加させる場合を例に挙げたが、ＳＯｘ再生処理を行う場合に吸気バルブと排気バルブのマイナスオーバーラップ期間を増加させてもよい。その場合、ＳＯｘの還元に必要となる還元剤の量を減少させることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１     内燃機関
２     排気通路
３     酸化触媒
４     排気浄化装置
５     添加弁
６     可変動弁機構
７     ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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