(57)【要約】【課題】排ガスのＮＯｘをエンジンで処理する。【解決手段】内燃機関１の排気中のＮＯｘを媒体で捕集してＮＯｘの捕集媒体を得るＮＯｘ捕集装置２と、得られた捕集媒体を貯蔵するＮＯｘ貯蔵タンク３と、前記ＮＯｘ貯蔵タンクの捕集媒体を内燃機関のエンジンの吸気系を経由または内燃機関の燃焼筒内に添加する添加装置４と、前記ＮＯｘ捕集媒体添加装置により捕集媒体が添加される添加場の状態を検出する添加場状態検出装置５と、検出された添加場の状態に応じて、前記捕集媒体の添加タイミングを制御するコントローラ６と、を含む。【選択図】図１４
2015031258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気中のＮＯｘを媒体で捕集してＮＯｘの捕集媒体を得るＮＯｘ捕集装置と、
得られた捕集媒体を貯蔵するＮＯｘ貯蔵タンクと、
前記ＮＯｘ貯蔵タンクの捕集媒体に捕集されたＮＯｘを、内燃機関のエンジンの吸気系を経由しまたは直接内燃機関の燃焼筒内に添加する添加装置と、
前記添加装置によりＮＯｘが添加される添加場の状態を検出する添加場状態検出装置と、
検出された添加場の状態に応じて、前記添加装置によるＮＯｘの添加タイミングを制御するコントローラと、
を含む、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記捕集媒体は液体であり、
前記添加装置は、前記捕集媒体をそのまま添加する、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記捕集媒体は液体であり、
前記ＮＯｘ貯蔵タンクからの前記捕集媒体をガス状のＮＯｘに変換するＮＯｘ変換装置をさらに有し、
前記添加装置は、前記ＮＯｘ変換装置において得られたＮＯｘを添加する、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記捕集媒体は液体であり、
前記ＮＯｘ捕集装置は、水を含む液体と排気を接触させ、ＮＯｘを硝酸類として媒体中に捕集し、捕集媒体を得る、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記添加装置は、ＮＯｘを燃焼筒内に添加し、
前記添加場状態検出装置は、燃焼筒内の圧力を検出し、
前記コントローラは、検出した圧力に応じて、圧力が適切な範囲内にある場合に、ＮＯｘを燃焼筒内に添加するように前記添加装置を制御する、
内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記添加装置は、ＮＯｘを燃焼筒の吸気弁近傍の吸気管内に添加し、
前記添加場状態検出装置は、前記吸気弁の開閉状態を検出し、
前記コントローラは、前記吸気弁が開状態にある場合に、ＮＯｘを前記吸気管内に添加するように前記添加装置を制御する、
内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記添加場状態検出装置は、吸気弁の開閉に連動する機械的機構から構成され、
前記コントローラは、前記機械的機構に連動してＮＯｘを添加するように前記添加装置を機械的に制御する、
内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置において、
前記添加装置は、ＮＯｘを吸気管内であって、吸気弁より上流側に添加し、
前記添加場状態検出装置は、前記吸気管内の吸気の流れ状態を検出し、
前記コントローラは、検出した吸気の流れ状態に基づいて、前記添加装置によるＮＯｘの添加を制御する、
内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置において、
排気を吸気管に循環するＥＧＲ系を有し、
前記添加装置は、
ＮＯｘを前記ＥＧＲ系であって、循環ガスを冷却するＥＧＲクーラーより上流側に添加し、
前記添加場状態検出装置は、前記ＥＧＲ系の循環ガスの流れ状態を検出し、
前記コントローラは、検出した循環ガスの流れ状態に基づいて、前記添加装置によるＮＯｘの添加を制御する、
内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
請求項１〜４に記載の内燃機関の排気浄化装置において、
排気を吸気管に循環するＥＧＲ系を有し、
（ｉ）前記添加装置は、ＮＯｘを燃焼筒内に添加し、前記添加場状態検出装置は、燃焼筒内の圧力を検出し、前記コントローラは、検出した圧力に応じて、圧力が適切な範囲内にある場合に、ＮＯｘを燃焼筒内に添加するように前記添加装置を制御する、モードと、
（ｉｉ）前記添加装置は、ＮＯｘを燃焼筒の吸気弁近傍の吸気管内に添加し、前記添加場状態検出装置は、前記吸気弁の開閉状態を検出し、前記コントローラは、前記吸気弁が開状態にある場合に、ＮＯｘを前記吸気管内に添加するように前記添加装置を制御する、モードと、
（ｉｉｉ）前記添加装置は、ＮＯｘを燃焼筒への吸気管内であって、吸気弁上流側に添加し、前記添加場状態検出装置は、前記吸気管内の吸気の流れ状態を検出し、前記コントローラは、検出した吸気の流れ状態に基づいて、前記添加装置によるＮＯｘの添加を制御する、モードと、
（ｉｖ）前記添加装置は、ＮＯｘを前記ＥＧＲ系であって、循環ガスを冷却するＥＧＲクーラーより上流側に添加し、前記添加場状態検出装置は、前記ＥＧＲ系の循環ガスの流れ状態を検出し、前記コントローラは、検出した循環ガスの流れ状態に基づいて、前記添加装置によるＮＯｘの添加を制御する、モードと、
の中のいずれかを選択する、
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、内燃機関の排気中のＮＯｘを浄化する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、エンジン排ガス中のＮＯｘガスを吸着させ、次いで脱離し、そのＮＯｘをエンジンに再添加することの提案がある。そして、このような方法の前提となる研究として、ＮＯガスをエンジン吸気に混合して、排気中のＮＯｘ濃度を調べたことについての報告がある。この実験報告によれば、ＮＯを添加した後の吸気中のＮＯｘ量に比べ、排気中のＮＯｘが減少しており、エンジンにおいてＮＯｘが分解されることが示されている。
【０００３】
また、特許文献１では、燃料を供給する装置として、吸気及び筒内に直接噴射する装置が示されている。これらの噴射装置は、内燃機関に燃料を供給するための装置であるが、噴射のタイミングを選択することが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３３７１０４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】仲野他、「ディーゼル機関を用いたＮＯｘの再吸入による排気ガスの低減」、社団法人自動車技術会、学術講演会前刷集、Ｎｏ．１０８−０４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
エンジン排ガス中のＮＯｘを除去する装置としては、触媒を用いた排ガス処理装置が一般的であるが、この触媒は低温時など条件によっては能力が十分でなかったり、また劣化の問題などがある。
【０００７】
また、非特許文献１に記載されているのは、原理的な可能性を示すだけであって、実際の排ガス処理装置が提案されているわけではない。
【０００８】
従来の触媒に比べより効果的なＮＯｘの処理が行える、実現可能の装置が望まれている。
【０００９】
なお、特許文献１は、燃料を噴射する装置を示すもので、排ガス中のＮＯｘの処理に関するものではない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、図１４に示すように、内燃機関１の排気中のＮＯｘを媒体で捕集してＮＯｘの捕集媒体を得るＮＯｘ捕集装置２と、得られた捕集媒体を貯蔵するＮＯｘ貯蔵タンク３と、前記ＮＯｘ貯蔵タンクの捕集媒体に捕集されたＮＯｘを、内燃機関のエンジンの吸気系を経由しまたは直接内燃機関の燃焼筒内に添加する添加装置４と、前記添加装置によりＮＯｘが添加される添加場の状態を検出する添加場状態検出装置５と、検出された添加場の状態に応じて、前記添加装置によるＮＯｘの添加タイミングを制御するコントローラ６と、を含む。
【００１１】
また、実施形態では、前記捕集媒体は液体であり、前記添加装置は、前記捕集媒体をそのまま添加する。
【００１２】
また、他の実施形態では、前記捕集媒体は液体であり、前記ＮＯｘ貯蔵タンクからの前記捕集媒体をガス状のＮＯｘに変換するＮＯｘ変換装置をさらに有し、前記添加装置は、前記ＮＯｘ変換装置において得られたＮＯｘを添加する。
【００１３】
また、さらに他の実施形態では、前記捕集媒体は液体であり、前記ＮＯｘ捕集装置は、水を含む液体と排気を接触させ、ＮＯｘを硝酸類として媒体中に捕集し、捕集媒体を得る。
【００１４】
また、さらに他の実施形態では、前記添加装置は、ＮＯｘを燃焼筒内に添加し、前記添加場状態検出装置は、燃焼筒内の圧力を検出し、前記コントローラは、検出した圧力に応じて、圧力が適切な範囲内にある場合に、ＮＯｘを燃焼筒内に添加するように前記添加装置を制御する。
【００１５】
また、さらに他の実施形態では、前記添加装置は、ＮＯｘを燃焼筒の吸気弁近傍の吸気管内に添加し、前記添加場状態検出装置は、前記吸気弁の開閉状態を検出し、前記コントローラは、前記吸気弁が開状態にある場合に、ＮＯｘを前記吸気管内に添加するように前記添加装置を制御する。
【００１６】
また、さらに他の実施形態では、前記添加場状態検出装置は、吸気弁の開閉に連動する機械的機構から構成され、前記コントローラは、前記機械的機構に連動してＮＯｘを添加するように前記添加装置を機械的に制御する。
【００１７】
また、さらに他の実施形態では、前記添加装置は、ＮＯｘを吸気管内であって、吸気弁より上流側に添加し、前記添加場状態検出装置は、前記吸気管内の吸気の流れ状態を検出し、前記コントローラは、検出した吸気の流れ状態に基づいて、前記添加装置によるＮＯｘの添加を制御する。
【００１８】
また、さらに他の実施形態では、排気を吸気管に循環するＥＧＲ系を有し、前記添加装置は、ＮＯｘを前記ＥＧＲ系であって、循環ガスを冷却するＥＧＲクーラーより上流側に添加し、前記添加場状態検出装置は、前記ＥＧＲ系の循環ガスの流れ状態を検出し、前記コントローラは、検出した循環ガスの流れ状態に基づいて、前記添加装置によるＮＯｘの添加を制御する。
【００１９】
また、さらに他の実施形態では、排気を吸気管に循環するＥＧＲ系を有し、
（ｉ）前記添加装置は、ＮＯｘを燃焼筒内に添加し、前記添加場状態検出装置は、燃焼筒内の圧力を検出し、前記コントローラは、検出した圧力に応じて、圧力が適切な範囲内にある場合に、ＮＯｘを燃焼筒内に添加するように前記添加装置を制御する、モードと、
（ｉｉ）前記添加装置は、ＮＯｘを燃焼筒の吸気弁近傍の吸気管内に添加し、前記添加場状態検出装置は、前記吸気弁の開閉状態を検出し、前記コントローラは、前記吸気弁が開状態にある場合に、ＮＯｘを前記吸気管内に添加するように前記添加装置を制御する、モードと、
（ｉｉｉ）前記添加装置は、ＮＯｘを燃焼筒への吸気管内であって、吸気弁より上流側に添加し、前記添加場状態検出装置は、前記吸気管内の吸気の流れ状態を検出し、前記コントローラは、検出した吸気の流れ状態に基づいて、前記添加装置によるＮＯｘの添加を制御する、モードと、
（ｉｖ）前記添加装置は、ＮＯｘを前記ＥＧＲ系であって、循環ガスを冷却するＥＧＲクーラーより上流側に添加し、前記添加場状態検出装置は、前記ＥＧＲ系の循環ガスの流れ状態を検出し、前記コントローラは、検出した循環ガスの流れ状態に基づいて、前記添加装置によるＮＯｘの添加を制御する、モードと、
の中のいずれかを選択する。
【発明の効果】
【００２０】
このように、本発明によれば、ＮＯｘをエンジンに供給して、ＮＯｘを処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態の構成（筒内添加）を示す図である。
【図２】実施形態の構成（筒内添加）の変形例を示す図である。
【図３】実施形態のＮＯｘ添加の構成例を示す図である。
【図４】実施形態の処理の手順を示すフローチャートである。
【図５】実施形態の構成（吸気弁近傍添加）を示す図である。
【図６】吸気弁との連動のための構成例を示す図である。
【図７】吸気弁との連動のための構成の他の例を示す図である。
【図８】吸気弁との連動のための構成のさらに他の例を示す図である。
【図９】実施形態の構成（吸気管内添加）を示す図である。
【図１０】実施形態の構成（ＥＧＲ管内添加）を示す図である。
【図１１】実施形態の構成（４添加場所添加）を示す図である。
【図１２】４添加場所の優先順位を示す図である。
【図１３】４添加場所の添加処理の手順を示すフローチャートである。
【図１４】基本構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。
【００２３】
「装置の全体構成」
図１は、実施形態の構成を示す図である。内燃機関であるエンジン１０は、例えばディーゼルエンジンであるが、ガソリンエンジンでもよい。図においては、燃料供給機構について記載を省略してあるが、燃料はエンジンの気筒（筒）１０ａ内に直接、または吸気に対し噴射され、適切な燃焼が気筒１０ａ内で行われるよう燃料および空気の供給が制御される。
【００２４】
エンジン１０の気筒１０ａには、吸気弁（図示省略）が設けられ、この吸気弁を介し、吸気管１６が接続されている。吸気管１６の先端にはエアフィルタ１５が取り付けられており、ここでフィルタリングされた空気がターボチャージャ１４、インタークーラー１８、吸気弁９０を介し、エンジン１０の気筒（筒）１０ａ内に供給される。ターボチャージャ１４は、排気によって吸気量を増加させ、インタークーラー１８は吸気を冷却して、吸気量を増加させる。
【００２５】
エンジン１０の気筒１０ａには、排気弁（図示省略）が設けられ、この排気弁を介し、排気管１２が接続されている。排気管１２は、ターボチャージャ１４を介し、ＮＯｘ捕集装置２０が接続されており、ここでＮＯｘが除去された後、排気ガスが放出される。他の有害排出物を除去する必要があれば、対応した処理装置を設けるとよい。
【００２６】
また、排気管１２の排気弁とターボチャージャ１４の間と、吸気管１６の吸気弁とインタークーラー１８の間には、中間部にＥＧＲクーラー３０が配置されたＥＧＲ（排ガス循環）管２８が配置され、これによって排気の一部を吸気側に返送できるようになっている。なお、ＥＧＲ管２８には、排気循環のタイミング、量などを制御するためにＥＧＲ弁２９が設けられている。
【００２７】
ここで、ＮＯｘ捕集装置２０における、ＮＯｘを捕集するための捕集媒体としては、液体が好ましく、特に水を含む液体が好ましいが、気体でもよい。本実施形態においては、ＮＯｘ捕集装置２０は、排気に対し、捕集媒体（捕集液）として水を散布、もしくは透過膜を介して、排ガスと捕集液を気液接触させて、排ガス中のＮＯｘを硝酸類として捕集するものである。なお、ＮＯｘとは、例えばＮＯ（一酸化窒素）、ＮＯ２（二酸化窒素）であるが、Ｎ２Ｏ（亜鉛化窒素）、Ｎ２Ｏ５（五酸化二窒素）、Ｎ２Ｏ３、Ｎ２Ｏ４、ＨＮＯ３、ＮＯ３、ＨＮＯ２等も含まれる。
【００２８】
そして、捕集液は、ＮＯｘ貯蔵槽２４に貯蔵される。ＮＯｘ捕集装置２０は、内部に気液接触用充填材（例えば、ハニーコーム、モノリス多孔材、ラヒシリングのような、接触面積、空隙率が大きなもの）が充填され、その上方から捕集液を拡散噴射し、排ガスと交流接触するようなスクラバー形式のものが採用されるが、排ガスの流れは上向流でも水平方向でもよく、充填材を充填しなくてもよい。また、ガス透過膜を介し、排ガス（特にＮＯｘ）を捕集液中に拡散する膜型気液接触装置でもよい。さらに、上述したようにＮＯｘを捕集するのには水が好適であるが、ＮＯｘを捕集できればアルコールなどでもよい。通常は、水または無機塩の水溶液が用いられ、これによってＮＯｘが効果的に捕集され、捕集液は硝酸または硝酸のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩の水溶液である。
【００２９】
ＮＯｘ貯蔵槽２４には、ＮＯｘセンサ３２が設けられ、捕集液におけるＮＯｘ濃度が計測される。このＮＯｘセンサ３２としては、硝酸センサなどが用いられるが、適切な検量線などが得られればｐＨメータなどでもよい。捕集液中のＮＯｘ濃度が低いと、捕集液（またはガス化したＮＯｘ）が気筒１０ａ内に入ったときに雰囲気のＮＯｘ濃度を十分に高めることができず、ＮＯｘを低減できない。そこで、ＮＯｘセンサ３２の検出値に基づいて、捕集液のＮＯｘ濃度を検出する。
【００３０】
また、ＮＯｘ貯蔵槽２４には、循環ポンプ２６が設けられ、槽内の捕集液がＮＯｘ捕集装置２０に循環される。なお、ＮＯｘ捕集装置２０からの捕集液は重力でＮＯｘ貯蔵槽２４に輸送されることが好ましい。
【００３１】
ＮＯｘ貯蔵槽２４には、ＮＯｘ供給ポンプ３８が接続されており、このＮＯｘ供給ポンプ３８には、ＮＯｘ供給管３６が接続されている。そして、捕集されたＮＯｘは、エンジンの気筒１０ａに供給される。
【００３２】
ここで、エンジン１０の気筒内では、燃料が空気中の酸素を利用して燃焼し、炭酸ガスが生成されるが、高熱の状態でＮＯｘも生成される。しかし、このＮＯｘの反応は、Ｚｅｌｄｏｖｉｃｈ機構（ＮＯ平衡反応）であり（Ｎ２＋Ｏ⇔ＮＯ＋Ｎ，Ｏ２＋Ｎ⇔ＮＯ＋Ｏ，Ｎ＋ＯＨ⇔ＮＯ＋Ｈ）、吸気におけるＮＯｘが多ければ、生成されるＮＯｘが減少する。そして、各種実験の結果、条件を選べば、エンジン１０の気筒１０ａ内に供給されるＮＯｘに対し、燃焼後の排気中のＮＯｘの量を減少できることがわかった。
【００３３】
そこで、本実施形態では、コントローラであるＥＣＵ４２がＮＯｘを気筒１０ａ内に添加するタイミングを制御する。これによって、エンジン１０において、上述したようなＮＯｘが減少する条件が維持され、ＮＯｘの排出をほぼ０にして、エンジン１０の運転を可能にする。
【００３４】
ここで、本実施形態で、ＮＯｘの排出を０にするためには、下記の浄化率が０％より大きいことが必要である。
浄化率＝｛（ＮＯｘ供給量−ＮＯｘ排出量）／（ＮＯｘ供給量）｝×１００（％）
【００３５】
上記式の通り、浄化率とは、ＮＯｘ供給量からＮＯｘ排出量を引いた差をＮＯｘ供給量で除した値である。ここで、ＮＯｘ供給量とは、エンジン１０に供給されるＮＯｘの量である。ＮＯｘ排出量とは、ＮＯｘが供給されたときのサイクルの燃焼によりエンジン１０が排出するＮＯｘの排出量である。
【００３６】
エンジン出力トルク、エンジン回転数などのエンジン１０の運転条件と、そのときのＮＯｘの供給量および排出量とから、浄化率を予め調べ、これをマップとして記憶しておくことによって、ＥＣＵ４２がその時のエンジン１０の運転条件から、吸気のＮＯｘ濃度をいくらにすることで浄化が行えるかを判断し、ＮＯｘのエンジン１０への供給を制御する。
【００３７】
なお、ＥＣＵ４２は、アクセル踏み込み量、エンジン回転数などからエンジン１０の燃料噴射やその他の動作を制御するものであり、それに加えて、捕集液の制御も行う。エンジン状態検出器３４は、エンジン出力トルク、エンジン回転数などを検出し、ＥＣＵ４２に検出信号を供給する。各種機器の実際の動作制御については、ＥＣＵ４２からの信号を調節器が受け、調節器が各種機器の動作を制御するが、この調節器については記載を省略する。
【００３８】
「気筒内添加」
ここで、図１に示す例では、ＮＯｘ供給管３６は、添加弁４０を介し、気筒１０ａ内に捕集液を供給する供給ノズルに接続されている。従って、ＮＯｘ供給ポンプ３８を駆動した状態で、添加弁４０を開くことで、ＮＯｘ貯蔵槽２４内の捕集液が気筒１０ａ内に供給される。この捕集液を気筒１０ａ内に供給するタイミングおよび量は、コントローラであるＥＣＵ４２が制御する。
【００３９】
また、捕集液の添加タイミングが悪いと、捕集液が吸排気管やＥＧＲ管内に侵入し、そこに止まり、吸気管やＥＧＲ管の腐食が進みやすい。そこで、このような事態を防止する必要もある。
【００４０】
本実施形態において、捕集液は、気筒１０ａ内に直接添加される。ディーゼルエンジンの場合、捕集液は気筒１０ａにおける圧縮工程の燃料噴射と同時あるいは着火後に噴射する。これによって、燃焼時におけるＮＯｘ濃度を所望のものに設定でき、また捕集液はすぐに気化するので気筒１０ａに液状で付着することを防止できる。なお、ガソリンエンジンでは、点火直後または着火直後のタイミングが好適である。このようなタイミングで、捕集液を添加することで、捕集液が添加直後に気化し、シリンダなどに付着することがなく、また燃料燃焼時に吸気と同様にして気筒１０ａ内にＮＯｘとして存在できる。
【００４１】
図２には、本実施形態における変形例が示してあり、この例では、ＮＯｘ変換装置５６と、ＮＯｘ（ガス）貯蔵槽５８を有している。また、図３には、この構成における捕集液の供給系のみを示してある。
【００４２】
このように、ＮＯｘ貯蔵槽２４内の例えば硝酸類を含む捕集液はＮＯｘ供給ポンプ３８によって、ＮＯｘ変換装置に供給され、生成されたガス状のＮＯｘがＮＯｘ（ガス）貯蔵槽５８に一旦貯蔵され加圧された後、添加弁４０を介し、気筒１０ａ内に添加される。この添加のタイミングは、ＥＣＵ４２によって制御される。
【００４３】
ＮＯｘ変換装置５６は、例えば熱処理によって、硝酸類をＮＯｘガスに変換する。この際、白金などの硝酸分解触媒を利用することが好適である。硝酸類の熱分解のためには、数１００°Ｃ（２００〜５００°Ｃ程度）に加熱することが好適であり、このためにエンジンの排熱を利用することが好適である。また、変換後のＮＯｘガスにおけるＮＯｘ濃度は高い方がよい。そこで、ＮＯｘセンサ３２により検出したＮＯｘ濃度が所定値以上の場合に、ＮＯｘ変換装置５６に捕集液を送るとよい。
【００４４】
ＮＯｘ変換装置５６からのＮＯｘガスは、ＮＯｘ（ガス）貯蔵槽５８内に貯蔵され、圧力が上昇する。ＮＯｘ（ガス）貯蔵槽５８には、その内部圧力を検出する圧力センサ９４が設けられており、気筒１０ａには、気筒内の圧力を計測する圧力センサ９６が添加場状態検出装置として設けられている。ＥＣＵ４２は、これら圧力センサ９４，９６の検出値に基づいて、気筒１０ａ内の圧力が、ＮＯｘ（ガス）貯蔵槽５８内で加圧されたＮＯｘの圧力よりも低い場合には気筒１０ａ内への添加が可能と判断され、かつエンジン１０の動作を制御しているＥＣＵ４２からの信号で運転状態がＮＯｘを十分に浄化できる状態と判断された場合に、気筒１０ａ内に添加される。
【００４５】
上述したように、ディーゼル機関の場合は、燃料噴射と同時もしくは着火後に、ガソリン機関の場合は火花添加され着火後に添加されるのが望ましい。これらのタイミングは噴射・着火時期の制御信号よりコントロールされる。
【００４６】
なお、エンジン１０の回転数、出力トルクに応じて、燃焼によってＮＯｘが減少するか否かも変化するため、これも考慮する。
【００４７】
ここで、図４には、図２，３の構成におけるＥＣＵ４２による、捕集液添加制御のフローチャートを示す。
【００４８】
まず、ＮＯｘセンサ３２により捕集液中のＮＯｘ濃度を計測し（Ｓ１１）、計測したＮＯｘ濃度を設定値と比較する（Ｓ１２）。なお、添加されるＮＯｘ量としては、２．５ｌ／ｍｉｎ以上が望ましい。
【００４９】
ＮＯｘ濃度が所定値以上であれば、エンジン１０の回転数、出力トルク（これらは車両において常に把握している）を取り込み（Ｓ１３）、エンジン１０の運転状態から、ＮＯｘが浄化できる運転状態かを判定する（Ｓ１４）。浄化できる状態であれば、ＮＯｘ供給ポンプ３８を作動させ捕集液をＮＯｘ変換装置５６に添加する（Ｓ１５）。
【００５０】
気筒１０ａ内圧力と、ＮＯｘ（ガス）貯蔵槽５８内圧力（噴射圧）を比較し（Ｓ１６）、噴射圧の方が高い場合には、燃焼時期のタイミングに合わせ、噴射弁をオンして、ＮＯｘガスを気筒１０ａ内に添加する（Ｓ１７）。
【００５１】
なお、Ｓ１２で設定値以下、Ｓ１４で浄化できない、Ｓ１６で噴射圧の方が低い場合には、ＮＯｘの添加は行わず処理を終了する。
【００５２】
このように、ＮＯｘの浄化が行える場合であって、添加に問題がないタイミングで、ＮＯｘを気筒１０ａに添加するため、確実なＮＯｘの処理が行える。また、本実施形態では、ＮＯｘガスを添加するため、気筒への悪影響が少ない。
【００５３】
「吸気弁近傍の吸気管内添加」
図５には、気筒１０ａの吸気弁６０近傍の吸気管１６にＮＯｘを添加する例を示してある。このように、吸気弁６０の開閉を検出する弁開閉検出装置８０により、対応する吸気弁６０の開閉状態を検出し、吸気弁６０が開の状態で、添加弁４０を開き、ＮＯｘを添加する。この例では、ＮＯｘ変換装置５６、ＮＯｘ（ガス）貯蔵槽５８を有しており、ガス状のＮＯｘが添加されるが、これに限らず液状のＮＯｘ（硝酸類）を直接添加してもよい。
【００５４】
ここで、この実施形態では、吸気管にＮＯｘを添加するが、吸気弁６０が閉じているタイミングでＮＯｘを添加すると、吸気管１６やＥＧＲ管２８に悪影響を及ぼす可能性がある。特に、液状のＮＯｘを添加する場合には、悪影響が大きい。そこで、本実施形態では、弁開閉検出装置８０によって吸気弁６０が開の状態であることを検出して、ＮＯｘ添加のタイミングを調整する。
【００５５】
図６には、吸気弁６０の開閉と、添加弁の開閉を機械的に連動させる構成例が示されている。吸気弁６０は、カム６２の回転によって吸気弁６０の上部バー６０ａが上下して開閉する。図には、カム６２によって、吸気弁が押し下げられて開になっている状態が示してある。吸気弁６０の上部バー６０ａには一対のバーをジョイント６４ａで連結し下方が開いている逆Ｖ字状の連動機構６４が接続されている。そして、連動機構６４の上部バーの一端が吸気弁６０のバー６０ａに回動自在に固定されており、その上部バーの中間部分がピンで位置が固定され、ここが支点になっている。そこで、吸気弁６０が上方に移動すると、連動機構６４のジョイント６４ａが下方に移動する。連動機構６４の下方バーの先端は、添加弁６８に接続されており、連動機構６４の下方バーが下方に移動することによって添加弁６８が開となる。添加弁６８には、ＮＯｘ供給管７０が接続されているため、添加弁６８が開となることによって、吸気管１６内にＮＯｘガスが添加される。
【００５６】
このように、図６の例では、吸気弁６０と、添加弁６８が機械的に接続されており、吸気弁６０の開動作と、添加弁６８の開動作が連動されている。従って、吸気弁６０の開動作を検出して、添加弁６８を開制御すること、機械的機構を用いて自動的に行うことができる。
【００５７】
図７には、添加弁６８の開閉についての他の構成例が示してある。この例では、吸気弁６０を駆動するカム６２の回転を回転位置計測装置７２により計測する。そして、この回転位置計測装置７２の検出結果に基づいて吸気弁６０の開を検出し、噴射制御装置７４が添加弁を制御する。この構成によっても、吸気弁６０の開に応じてＮＯｘを吸気管１６内の吸気弁６０の近傍に供給することができる。
【００５８】
図８には、添加弁６８の開閉についてのさらに他の構成例が示してある。この例では、吸気弁の動きを弁開閉検出装置８０によって検出する。この弁開閉検出装置８０は、吸気弁６０のバーに取り付けられた永久磁石８０ａと、この永久磁石８０ａの周囲に配置されたコイル８０ｂを有し、永久磁石８０ａの動き（吸気弁６０の開）をコイル８０ｂに流れる電流として検知する。開閉検出装置８０には、噴射制御装置８２が接続されており、噴射制御装置８２が吸気弁６０の開状態において、添加弁６８を開として、ＮＯｘの添加を制御する。
【００５９】
このように、吸気弁６０近傍の吸気管１６内にＮＯｘを添加する場合には、吸気弁６０が開状態であることが条件となる。さらに、液状のＮＯｘを添加する場合には、吸気弁６０近傍の温度が所定以上であることが好適である。すなわち、液状のＮＯｘが吸気管１６や吸気弁６０に付着することを防止できる。
【００６０】
「インタークーラー手前の吸気管内添加」
図９には、吸気管１６のインタークーラー１８の上流側にＮＯｘを添加する構成を示している。ターボチャージャ１４の下流側でインタークーラー１８の上流側の吸気管１６内の吸気状態を添加場状態検出装置９８によって検出し、この状態に応じてＥＣＵ４２が添加弁４０の開閉を制御する。すなわち、インタークーラー１８の上流側のＮＯｘの添加場における、吸気管１６内の吸気流速などを検出し、ＮＯｘの添加の可否を判定する。エンジン１０は、通常複数の気筒１０ａを有しており、各気筒の吸気弁６０開放のタイミングはずれている。また、インタークーラー１８の上流側では、吸気の流れはある程度平均化されているが、吸気量は出力トルク、エンジン回転数などによって大きく異なる。本実施形態においては、添加場状態検出装置９８において検出した吸気流速が所定値以上の場合に、ＮＯｘの添加を許可する。もちろん、上述したエンジン１０の運転状態から、ＮＯｘを添加できる状態であることも考慮する。
【００６１】
また、吸気弁６０が開であって、ＥＧＲ弁２９が閉であることを条件とすることも好適である。これによって、吸気管１６内の流速が所定以上であることが担保される。
【００６２】
ここで、車両の運転状態が変化している場合、吸気管１６内の状態が大きく変化する。この例の場合、添加されたＮＯｘが実際にエンジン１０の気筒１０ａ内に到達するまでに所定の時間が掛かる。従って、エンジン１０の運転状態から、ＮＯｘを添加してよいと判断されても、実際にエンジン１０の気筒１０ａ内にＮＯｘが供給される時には状態が変わってしまう場合がある。そこで、定常運転時においてＮＯｘを添加するよう制御することが好適である。さらに、液状のＮＯｘを添加する場合には、吸気弁６０近傍の温度が所定以上であることが好適であり、これによって、液状のＮＯｘが吸気管１６に付着することを防止できる。
【００６３】
なお、図９では、インタークーラー１８の上流側にＮＯｘを添加しているが、吸気弁９０とインタークーラー１８の間に添加してもかまわない。
【００６４】
「ＥＧＲ管内添加」
図１０には、ＮＯｘをＥＧＲ管のＥＧＲクーラー３０の上流側に添加する例を示してある。この例では、添加場状態検出装置９８において、ＮＯｘを添加するＥＧＲクーラー３０の上流側の状態を検出し、検出結果に基づいて添加弁４０を開閉してＮＯｘの添加を制御する。この場合、上述の吸気管１６への添加の場合と同様に、ＥＧＲ管２８内の流速が所定以上である時点で、ＮＯｘを添加することが好適である。この例では、上述の吸気管内添加と同様に定常運転であることを条件とすることが好適であり、またＥＧＲ弁２９が下位であることを条件とするとよい。さらに、液状のＮＯｘを添加する場合には、添加場所の温度が所定以上の場合に限定することも好適である。
【００６５】
ＥＧＲ管２８内に流れるガスは、もともとＮＯｘを含んでおり、これにＮＯｘを添加することで、ＮＯｘ濃度をより高くできる。エンジン１０の気筒１０ａに供給するＮＯｘ濃度を高く維持しやすい。そこで、このＥＧＲ管２８内にＮＯｘを供給することが好ましい。
【００６６】
「添加場所の制御」
図１１には、複数の添加場所を用意した例を示す。すなわち、（ｉ）気筒１０ａ内、（ｉｉ）吸気弁近傍の吸気管１６内、（ｉｉｉ）インタークーラー１８の上流側の吸気管１６内、（ｉｖ）ＥＧＲクーラー３０の上流側のＥＧＲ管内、の４つ添加場所を用意してあり、対応する添加弁４０ａ〜４０ｄの開閉を制御することによって、いずれかの場所を選択して、ＮＯｘを添加することができる。
【００６７】
そして、添加場状態検出装置９８により、４つの添加場所の状態をそれぞれ検出しておき、適切な添加場所に対し、ＮＯｘを選択的に添加する。
【００６８】
図１２には、４つの添加場所の選択について示してある。優先順位として、（１）（ｉｖ）ＥＧＲ管２８内の添加、（２）（ｉｉｉ）インタークーラー１８の上流側の吸気管１６内、（３）（ｉｉ）吸気弁近傍の吸気管１６内、（４）（ｉ）気筒１０ａ内、という順が採用される。これによって、（１）ＥＧＲ弁開、添加場所温度所定以上、定常運転の場合にＥＧＲ管内、（２）上記（１）以外で、ＥＧＲ弁閉、吸気弁開、定常運転の場合に吸気管内、（３）上記（１）（２）以外で、吸気弁近傍の温度が所定以上の場合に吸気弁近傍、（４）上記（１）（２）（３）以外の場合に気筒内、にＮＯｘが添加される。
【００６９】
図１３には、この例の場合の処理のフローチャートが示されている。
【００７０】
このように、ＮＯｘ貯蔵槽２４内のＮＯｘ濃度を計測し（Ｓ２１）、所定値以上であれば（Ｓ２２）、エンジン１０の運転状態を取り込み（Ｓ２３）、ＮＯｘが浄化できる運転状態かを判定し（Ｓ２４）、浄化できる状態であれば、添加場状態検出装置９８により４箇所の添加場所の状態を検出する（Ｓ２５）。そして、上述の優先順位に従って、添加場所を決定し(Ｓ２６）、ＮＯｘ供給ポンプ３８を作動させ、ＮＯｘを適切な添加場所に添加する（Ｓ２７）。なお、ＮＯｘ変換装置５６、ＮＯｘ貯蔵槽５８を経由して、ＮＯｘガスを添加場所に添加することも好適である。
【００７１】
なお、Ｓ２２で設定値以下、Ｓ２４で浄化できない場合には、ＮＯｘの添加は行わず処理を終了する。
【００７２】
このように、４つの添加場所を用意し、添加場所の条件に応じて、添加場所を選択することで、ＮＯｘ添加可能な状態を多くでき、また最適の添加場所を選択して、ＮＯｘを添加することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１  内燃機関、２  ＮＯｘ捕集装置、３  ＮＯｘ貯蔵タンク、４  添加装置、５  添加場状態検出装置、６  コントローラ、１０  エンジン、１０a  気筒、１２  排気管、１４  ターボチャージャ、１５  エアフィルタ、１６  吸気管、１８  インタークーラー、２０  ＮＯｘ捕集装置、２４  ＮＯｘ貯蔵槽、２６  循環ポンプ、２８  ＥＧＲ管、２９  ＥＧＲ弁、３０  ＥＧＲクーラー、３２  ＮＯｘセンサ、３６  ＮＯｘ供給管、３８  ＮＯｘ供給ポンプ、４０  添加弁、４２  ＥＣＵ、６０  吸気弁、６２  カム、６４  連動機構、７０  ＮＯｘ供給管、７２  回転位置計測装置、７４，８２  噴射制御装置、８０  弁開閉検出装置、５６  ＮＯｘ変換装置、５８  ＮＯｘ貯蔵槽、９０  吸気弁、９４，９６  圧力センサ、９８  添加場状態検出装置、
【図４】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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