(57)【要約】【課題】簡単な構成によって、排気管に直列に設けられた上流側の排気浄化装置と下流側の排気浄化装置に流入する排気の還元剤濃度を別個に制御することができる技術を提供する。【解決手段】排気通路に直列に設けられた２つの排気浄化装置と、上流側の排気浄化装置をバイパスするバイパス通路と、バイパス通路に設けられた排気制御弁と、分岐部より上流側に設けられた還元剤供給手段と、を備える。そして、還元剤供給手段からは還元剤を断続的に供給して排気の還元剤濃度を周期的に変化させるようにし、排気制御弁を還元剤濃度の変化に対して所定のタイミングで周期的に開閉する。このことによって、供給された還元剤を、上流側の排気浄化装置に導入されるものと、バイパス通路を介して下流側の排気浄化装置に導入されるものとに振り分ける。【選択図】図２
2008261248.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、前記排気通路を通過する排気を浄化する第１排気浄化装置と、
前記排気通路における前記第１排気浄化装置の下流に設けられ、前記排気通路における前記第１排気浄化装置の下流側を通過する排気を浄化する第２排気浄化装置と、
前記排気通路における前記第１排気浄化装置の上流側から分岐するとともに、前記排気通路における前記第１排気浄化装置の下流側であって前記第２排気浄化装置の上流側の部分で前記排気通路に合流し、前記排気通路を通過する排気に前記第１排気浄化装置をバイパスさせるバイパス通路と、
前記排気通路における前記バイパス通路への分岐部と前記第１排気浄化装置との間の部分または、前記バイパス通路に設けられ、排気の通過及び遮断を切換可能な排気制御弁と、
前記分岐部より上流側において、前記排気通路を通過する排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
を備え、
前記還元剤供給手段から前記排気に断続的に還元剤を供給して前記排気通路を通過する排気における還元剤濃度を周期的に変化させるとともに、前記排気制御弁を周期的に開閉し、前記還元剤濃度の周期的な変化に対する前記排気制御弁の開閉タイミングを制御することで、前記第１排気浄化装置に流入する排気の還元剤濃度と、前記バイパス通路を通過する排気の還元剤濃度とを制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記排気制御弁の開閉タイミングを、前記分岐部における排気の還元剤濃度の変化に同期させることで、前記第１排気浄化装置に流入する排気の還元剤濃度と、前記バイパス通路を通過する排気の還元剤濃度とを制御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システム。
【請求項３】
前記排気制御弁は前記バイパス通路に設けられ、
前記第２排気浄化装置は酸化能を有する触媒を含んでおり、
前記排気制御弁が閉弁している時期と、前記還元剤供給手段によって排気に供給された還元剤が前記分岐部を通過して該分岐部における排気の還元剤濃度が高くなった時期とを同期させ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システム。
【請求項４】
前記排気制御弁は前記バイパス通路に設けられ、
前記排気制御弁が開弁している時期と、前記還元剤供給手段によって排気に供給された還元剤が前記分岐部を通過して該分岐部における排気の還元剤濃度が高くなった時期とを同期させ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システム。
【請求項５】
前記還元剤供給手段による還元剤の断続的供給の周期は、前記排気制御弁の機械的応答性に基づく限界開閉周期以上とすることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項６】
前記還元剤供給手段による還元剤の断続的供給に係るリッチスパイク幅は、１秒以上５秒以下であることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項７】
前記第２排気浄化装置は前記内燃機関が搭載された車両のアンダーフロアに配置されたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項８】
前記第１排気浄化装置は酸化能を有する触媒を含んでおり、
前記第２排気浄化装置に流入する排気の温度が所定値以下の場合には、前記排気制御弁
の周期的な開閉を禁止して該排気制御弁を閉弁し、前記還元剤供給手段から供給された還元剤を前記第１排気浄化装置に導入して前記第１排気浄化装置を昇温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システム。
【請求項９】
前記排気制御弁を閉弁して前記第１排気浄化装置を昇温するときには、該排気制御弁の周期的な開閉を行うときと比較して、前記還元剤供給手段による還元剤の断続的供給に係るリッチスパイク幅を狭くす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システム。
【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システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気にはＮＯxなどの有害物質が含まれている。これらの有害物質の排出を
低減するために、内燃機関の排気系に、排気中のＮＯxを浄化するＮＯx触媒を設けることが知られている。この技術において例えば吸蔵還元型ＮＯx触媒を設けた場合には、吸蔵
されたＮＯxの量が増加すると浄化能力が低下するため、リッチスパイク制御を行うこと
により吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤を供給し、同触媒に吸蔵されたＮＯxを還元放出することが行われる（以下、「ＮＯx還元処理」という。）。
【０００３】
さらに、ＮＯx触媒に排気中のＳＯxが吸蔵され、浄化能力が低下するＳＯx被毒を解消
するために、ＮＯx触媒の床温を上昇させるとともに還元剤を供給する場合もある（以下
、「ＳＯx再生処理」という。）。このＳＯx再生処理において還元剤は、ＮＯx触媒の床
温を上昇させるためにも用いられる。
【０００４】
また、内燃機関の排気にはカーボンを主成分とする微粒子物質（ＰＭ：Particulate Matter）が含まれている。これらの微粒子物質の大気への放散を防止するために内燃機関の排気系に微粒子物質を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という。）を設ける技術が知られている。
【０００５】
かかるフィルタにおいては、捕集された微粒子物質の堆積量が増加すると、フィルタの目詰まりによって排気における背圧が上昇し機関性能が低下するので、フィルタの温度を上昇させて捕集された微粒子物質を酸化除去することとしている（以下、「ＰＭ再生処理」という。）。この場合にも、フィルタの温度を上昇させるために、フィルタに還元剤としての燃料を供給する場合がある。
【０００６】
このような排気浄化システムの技術に関連して、例えば以下の技術が公知である。すなわち、エンジンの排気管にＮＯx吸蔵還元触媒を設け、還元剤を噴射可能な液体噴射ノズ
ルをＮＯx吸蔵還元触媒より排ガス上流側の排気管に設ける。また、酸化触媒として機能
するパティキュレートフィルタをＮＯx吸蔵還元触媒より排ガス下流側の排気管に設ける
。さらに、ＮＯx吸蔵還元触媒をバイパスするようにバイパス管を排気管に接続し、排ガ
ス調整弁が排ガスをＮＯx吸蔵還元触媒又はバイパス管のいずれか一方に流すように切換
える。そして、ＮＯx吸蔵還元触媒より排ガス上流側の排気管内の排ガス温度を検出する
温度センサの検出出力に基づいて還元剤の噴射と排ガス調整弁開度をそれぞれ制御する。（特許文献１参照。）。
【０００７】
この技術においては、排ガス温度が所定値未満の場合、還元剤の噴射をオフし、排ガスをＮＯx吸蔵還元触媒に流すとともに、バイパス管に流さないように排ガス調整弁を調整
する。これにより排ガス中のＮＯxは触媒に吸蔵され、排ガス中のＨＣは触媒に担持され
た貴金属の酸化作用により酸化される。排ガス温度が所定値以上の場合、大部分の排ガスをバイパス管に流しかつ一部の排ガスを触媒に流すように排ガス調整弁を調整すると同時に、液体噴射ノズルから還元剤を噴射する。これにより触媒入口の排ガスの空気過剰率が低下するとともに、触媒に吸蔵されたＮＯxが上記ＨＣ等と反応しＮ2，ＣＯ2，Ｈ2Ｏとなって触媒から放出される。また、還元剤の噴射により生成されたＨＣなどの一部は触媒を通過してフィルタにより捕集される。このフィルタに捕集されたＨＣなどは、還元剤が噴射されているときに、大部分の排ガスがバイパス管を流れて、空気過剰率の高い排ガスが
フィルタに流入するので、フィルタに担持された活性金属の酸化作用により酸化・燃焼される。
【０００８】
この技術によれば、排ガスに含まれるＮＯx及びパティキュレートの排出量を高効率で
低減できるとともに、液体噴射ノズルから排気管に噴射された還元剤が気化した状態で大気中に排出されるのを防止できる。
【０００９】
また、ＮＯx触媒の熱劣化を防止するために、ＰＭ再生中はＮＯx触媒をバイパスさせる経路を設け、排気ガスを完全にバイパスさせることにより、ＮＯx触媒への熱負荷を軽減
する技術が公知である（例えば、特許文献２参照。）。
【００１０】
しかし、上記の一番目の技術においては、液体噴射ノズルが排気管におけるバイパス管との分岐部よりも下流側に配置されているため、フィルタに還元剤を供給しようとする場合には、必ず還元剤にＮＯx触媒を通過させる必要があった。また、上記の二番目の技術
においては、排気ガスにＮＯx触媒を完全にバイパスさせるためには、排気管とバイパス
管の両方に排ガス調整弁を設けるか、分岐部に三方弁を設ける必要があった。これにより、システムが複雑となりコスト削減の妨げになるおそれがあった。
【００１１】
また、上流側の排気浄化装置と下流側の排気浄化装置に流入する排気における還元剤濃度を別個に制御することは困難であった。
【特許文献１】特開２００２−３４９２３６号公報
【特許文献２】特開２００５−２４８７６５号公報
【特許文献３】特開２０００−２６５８２７号公報
【特許文献４】特開２００３−０１３７３０号公報
【特許文献５】特開平１１−０６２５６７号公報
【特許文献６】特開平０５−２３１１４０号公報
【特許文献７】特開２００５−２５６７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的とするところは、簡単な構成によって、排気通路に直列に設けられた上流側の排気浄化装置と下流側の排気浄化装置に流入する排気の還元剤濃度を別個に制御することができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するための本発明においては、以下の点を主要な特徴点とする。すなわち、排気通路に直列に設けられた２つの排気浄化装置と、上流側の排気浄化装置をバイパスするバイパス通路と、バイパス通路または排気通路におけるバイパス通路への分岐部の下流側に設けられた排気制御弁と、前記分岐部より上流側に設けられた還元剤供給手段と、を備える。そして、還元剤供給手段からは還元剤を断続的に供給して排気の還元剤濃度を周期的に変化させるようにし、排気制御弁を還元剤濃度の変化に対して所定のタイミングで周期的に開閉することによって、供給された還元剤を、上流側の排気浄化装置に導入されるものと、バイパス通路を介して下流側の排気浄化装置に導入されるものとに振り分ける。
【００１４】
より詳しくは、内燃機関の排気通路に設けられ、前記排気通路を通過する排気を浄化する第１排気浄化装置と、
前記排気通路における前記第１排気浄化装置の下流に設けられ、前記排気通路における前記第１排気浄化装置の下流側を通過する排気を浄化する第２排気浄化装置と、
前記排気通路における前記第１排気浄化装置の上流側から分岐するとともに、前記排気
通路における前記第１排気浄化装置の下流側であって前記第２排気浄化装置の上流側の部分で前記排気通路に合流し、前記排気通路を通過する排気に前記第１排気浄化装置をバイパスさせるバイパス通路と、
前記排気通路における前記バイパス通路への分岐部と前記第１排気浄化装置との間の部分または、前記バイパス通路に設けられ、排気の通過及び遮断を切換可能な排気制御弁と、
前記分岐部より上流側において、前記排気通路を通過する排気に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
を備え、
前記還元剤供給手段から前記排気に断続的に還元剤を供給して前記排気通路を通過する排気における還元剤濃度を周期的に変化させるとともに、前記排気制御弁を周期的に開閉し、前記還元剤濃度の周期的な変化に対する前記排気制御弁の開閉タイミングを制御することで、前記第１排気浄化装置に流入する排気の還元剤濃度と、前記バイパス通路を通過する排気の還元剤濃度とを制御することを特徴とする。
【００１５】
すなわち本発明においては、還元剤供給手段から還元剤を排気に断続的に供給することで、排気通路からバイパス通路が分岐する分岐部の還元剤濃度を周期的に変化させる。また、排気通路またはバイパス通路に設けられた排気制御弁を周期的に開閉する。そして、前述の還元剤濃度の周期的な変化に対する排気制御弁の開閉タイミングを制御する。
【００１６】
換言すると、前記分岐部の還元剤濃度の変化周期のうちの還元剤濃度が高い時期と、排気制御弁の開度周期のうちの排気制御弁が開弁している時期とが重なる期間を制御することによって一定期間中に排気制御弁を通過する還元剤量を制御する。これによって、第１排気浄化装置に流入する排気の還元剤濃度と、バイパス通路を経由して直接第２排気浄化装置に流入する排気の還元剤濃度とを別個に制御する。
【００１７】
これによれば、単一の還元剤供給手段と単一の排気制御弁の組み合わせという簡単な構成で、且つ簡単な制御によって、第１排気浄化装置に流入する排気の還元剤濃度と、バイパス通路を経由して直接第２排気浄化装置に流入する排気の還元剤濃度とを高い自由度で制御することができる。その結果、第１排気浄化装置と第２排気浄化装置の昇温制御や、内部に蓄積された浄化物質の除去制御を高い自由度で別個に実施することができる。
【００１８】
また、本発明においては、前記排気制御弁の開閉タイミングを、前記排気通路における前記バイパス通路の分岐部における前記還元剤濃度の変化に同期させることで、前記上流側排気浄化装置に流入する排気の還元剤濃度と、前記バイパス通路を通過する排気の還元剤濃度とを制御してもよい。
【００１９】
すなわち、排気通路とバイパス通路との分岐部における還元剤濃度の変化の周期と、排気制御弁の開閉の周期とを略同一とし、それぞれの位相を調整することにより、還元剤供給手段から供給された還元剤を、上流側の第１排気浄化装置に導入されるものと、バイパス通路を介して下流側の第２排気浄化装置に導入されるものとに振り分ける。そうすれば、それぞれの周期的な変化の位相を調整するだけで、前記分岐部の還元剤濃度の変化周期のうちの還元剤濃度が高い時期と、排気制御弁の開度周期のうちの排気制御弁が開弁している時期とが重なる期間を制御でき一定期間中に排気制御弁を通過する還元剤量を制御することができる。その結果、前記上流側排気浄化装置に流入する排気の還元剤濃度と、前記バイパス通路を通過する排気の還元剤濃度とを高い自由度で、より効率的に制御することができる。
【００２０】
また、本発明においては、前記排気制御弁は前記バイパス通路に設けられ、前記第２排気浄化装置は酸化能を有する触媒を含んでおり、前記排気制御弁が閉弁している時期と、
前記還元剤供給手段によって排気に供給された還元剤が前記分岐部を通過して該分岐部における排気の還元剤濃度が高くなった時期とを同期させるようにしてもよい。
【００２１】
すなわち、排気制御弁はバイパス通路に設けられ、第２排気浄化装置は酸化能を有する触媒を含んでいる構成において、排気通路からバイパス通路への分岐部を還元剤供給手段から供給された還元剤が通過している間は、排気制御弁が閉弁し、還元剤濃度の高い排気が第１排気浄化装置に優先的に流入するようにした。
【００２２】
これによれば、より簡単な制御で第１排気浄化装置に流入する排気の還元剤濃度を高くすることができ（例えばリッチスパイクを深くすることができ、）、第１排気浄化装置の全体に還元剤を分散させることができる。また、一般に、第１排気浄化装置に流入する排気の還元剤濃度を高くすると、第１排気浄化装置をすり抜ける還元剤の量が増加してしまうが、本発明によれば、バイパス通路から高酸素濃度の排気を第１排気浄化装置の下流側の排気通路に供給することができるので、すり抜けた還元剤を第２排気浄化装置において充分に酸化することができる。これにより、還元剤が車外に放散されることをより確実に抑制できる。
【００２３】
また、本発明においては、排気制御弁はバイパス通路に設けられ、排気制御弁が開弁している時期と、還元剤供給手段によって排気に供給された還元剤が分岐部を通過して分岐部における排気の還元剤濃度が高くなった時期とを同期させるようにしてもよい。
【００２４】
すなわち、排気制御弁がバイパス通路に設けられている構成において、還元剤供給手段から供給された還元剤が前記分岐部を通過している間に排気制御弁が開弁し、還元剤濃度の高い排気がバイパス通路を経由して第２排気浄化装置に優先的に流入するようにした。これによれば、例えば第２排気浄化装置に還元剤を導入して昇温する際に、第１排気浄化装置で還元剤が消費されることや、第１排気浄化装置で還元剤が消費されることにより第１排気浄化装置か過昇温してしまうことを抑制できる。
【００２５】
また、本発明においては、還元剤供給手段による還元剤の断続的供給の周期は、前記排気制御弁の機械的応答性に基づく限界開閉周期以上としてもよい。
【００２６】
本発明においては、排気制御弁の開閉タイミングを、排気における還元剤濃度の周期的な変化に対して制御している、この場合に還元剤供給手段による還元剤の供給周期が排気制御弁の機械的応答性に対して極端に短いと、排気制御弁の開閉タイミングを、排気における還元剤濃度の周期的な変化に対して精度良く制御することが困難となる場合がある。
【００２７】
そこで、本発明においては、還元剤供給手段による還元剤の断続的供給の周期は、排気制御弁の機械的応答性に基づく限界開閉周期以上としてもよい。ここで限界開閉周期は、還元剤供給手段による還元剤の断続的供給の周期がこれより短い場合には、排気制御弁の開閉タイミングを、排気における還元剤濃度の周期的な変化に対して精度良く制御することが困難になる周期である。例えば、排気制御弁の開度変化に係る波形が矩形波を維持できる最小の周期としてもよい。
【００２８】
そうすれば、排気制御弁の開閉によってより確実に、還元剤供給手段から供給された還元剤を、上流側の第１排気浄化装置に導入されるものと、バイパス通路を介して下流側の第２排気浄化装置に導入されるものとに振り分けることができる。この場合、還元剤供給手段による還元剤の断続的供給に係るリッチスパイク幅は、例えば１秒以上５秒以下としてもよい。
【００２９】
ここで、リッチスパイクとは、還元剤供給手段から還元剤を排気に断続的に供給する際
の、スパイク状の還元剤供給波形を示す。すなわち、リッチスパイクによって、還元剤濃度の変化周期のうちの還元剤濃度が高い時期が形成される。このリッチスパイクは、還元剤供給手段から連続的に還元剤が供給されて形成される場合と、還元剤供給手段から更に細かいパルス状に還元剤が供給されて形成される場合とを含む。
【００３０】
また、本発明においては、第２排気浄化装置は内燃機関が搭載された車両のアンダーフロアに配置されるようにしてもよい。
【００３１】
ここで、一般的な車両において、第１排気浄化装置がマニバータ位置に配置される場合には、第２排気浄化装置が車両のアンダーフロアに配置される場合が多い。このような場合は、第２排気浄化装置の熱が外気に奪われやすいので、第２排気浄化装置の温度がより低下し易い。従って、このような構成に対して本発明を適用することで、本発明の効果をより効果的に奏することができる。すなわち、本発明によれば第１排気浄化装置と第２排気浄化装置に流入する排気の還元剤濃度をより高い自由度で別個に制御できるので、第２排気浄化装置の温度低下をより確実に抑制することができる。
【００３２】
また、本発明においては、前記第１排気浄化装置は酸化能を有する触媒を含んでおり、前記第２排気浄化装置に流入する排気の温度が所定値以下の場合には、前記排気制御弁の周期的な開閉を禁止して該排気制御弁を閉弁し、前記還元剤供給手段から供給された還元剤を前記第１排気浄化装置に導入して前記第１排気浄化装置を昇温するようにしてもよい。
【００３３】
すなわち、第２排気浄化装置に流入する排気の温度が低い場合には、第２排気浄化装置の温度が充分に上昇できず、この状態で第２排気浄化装置にいくら還元剤が導入されたとしても触媒反応を充分に起こすことができない。その結果、第２排気浄化装置の触媒が逆に冷却されて活性状態を失ったり、導入された還元剤によって詰まりが生じたりする場合がある。
【００３４】
そこで、本発明においては、第２排気浄化装置に流入する排気の温度が所定値以下の場合には、還元剤がバイパス通路を経由して第２排気浄化装置に直接導入されることを禁止し、還元剤を必ず第１排気浄化装置に優先的に導入することとした。そうすれば、まず第１排気浄化装置を充分に昇温することができ、第２排気浄化装置に流入する排気の温度を上昇させることができる。
【００３５】
ここで所定値とは、第２排気浄化装置に流入する排気の温度がこの温度以下である場合には、第２排気浄化装置に還元剤を供給しても充分に触媒反応を生じさせることが困難になると判断される閾値としての排気温度である。また、この場合には、前記排気制御弁を閉弁して前記第１排気浄化装置を昇温するときには、該排気制御弁の周期的な開閉を行うときと比較して、前記還元剤供給手段による還元剤の断続的供給に係るリッチスパイク幅を狭くするようにしてもよい。
【００３６】
すなわち、第２排気浄化装置に流入する排気の温度が所定値以下のときに還元剤を第１排気浄化装置に優先的に導入する場合、還元剤の導入の目的は第１排気浄化装置の下流側の排気の温度を上昇させることである。従って、この場合にはできるだけ早い周期で安定した量の還元剤を第１排気浄化装置に連続的に供給することが望ましい。一方、第２排気浄化装置に流入する排気の温度が所定値より高く、排気制御弁を開閉させて還元剤を第２排気浄化装置に導入する場合は、例えばＰＭ再生などの、第２排気浄化装置に蓄積された浄化物質を除去する制御が行なわれることが多い。従って、この場合には還元剤を第２排気浄化装置の全体に行き渡らせるために、１回のリッチスパイクによる還元剤濃度の上昇を大きくすることが望ましい。
【００３７】
従って、本発明においては、排気制御弁を閉弁して第１排気浄化装置を昇温するときには、排気制御弁の周期的な開閉を行うときと比較して、還元剤供給手段による還元剤の断続的供給に係るリッチスパイク幅を狭くすることとした。
【００３８】
こうすれば、第１排気浄化装置の温度を上昇させる際には、より効率よく第１排気浄化装置を昇温することができ、第２排気浄化装置の浄化能力の再生処理を行う場合には、より確実に還元剤を第２排気浄化装置全体に分散させることができる。
【００３９】
なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明にあっては、簡単な構成によって、排気通路に直列に設けられた上流側の排気浄化装置と下流側の排気浄化装置に流入する排気の還元剤濃度を別個に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
【実施例１】
【００４２】
図１は、本実施例に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ディーゼル機関である。なお、図１においては、内燃機関１の内部及びその吸気系は省略されている。
【００４３】
図１において、内燃機関１には、内燃機関１から排出される排気が流通する排気管５が接続され、この排気管５は下流にて図示しないマフラーに接続されている。また、排気管５の途中には、排気中のＮＯxを浄化する吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、「ＮＳＲ」と略す。）１０が配置されている。そして、排気管５におけるＮＳＲ１０の下流側には、排気中の微粒子物質を捕集するフィルタに吸蔵還元型ＮＯx触媒が担持されたＤＰＮＲ１１が配
置されている。
【００４４】
また、ＮＳＲ１０の上流の分岐部５ａにおいて、排気管５からバイパス管６が分岐されている。そして、バイパス管６には、内燃機関１からの排気にバイパス管６を通過させるか遮断するかを切換える切換弁１５が備えられている。また、バイパス管６は、ＮＳＲ１０とＤＰＮＲ１１の間の部分で排気管５に合流している。
【００４５】
ここで、切換弁１５を作動させて、内燃機関１からの排気にそのまま排気管５を通過させることにより、排気にＮＳＲ１０及びＤＰＮＲ１１の両方を通過させることができる。同様に、内燃機関１からの排気にバイパス管６を通過させることにより、排気にＮＳＲ１０をバイパスさせてＤＰＮＲ１１のみを通過させることができる。
【００４６】
なお、排気管５におけるＮＳＲ１０の上流側には、ＮＳＲ１０のＮＯx還元処理やＳＯx被毒再生処理の際や、ＤＰＮＲ１１のＮＯx還元処理、ＳＯx被毒再生処理、ＰＭ再生処理の際に、還元剤としての燃料を排気中に添加する燃料添加弁１４が配置されている。上記においてＮＳＲ１０は第１排気浄化装置に、ＤＰＮＲ１１は第２排気浄化装置に相当する。また、切換弁１５は排気制御弁に、燃料添加弁１４は還元剤供給手段に相当する。
【００４７】
以上述べたように構成された内燃機関１及びその排気系には、該内燃機関１及び排気系
を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２０が併設さ
れている。このＥＣＵ２０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の運転状態等を制御する他、内燃機関１のＮＳＲ１０、ＤＰＮＲ１１を含めた排気浄化システムに係る制御を行うユニットである。
【００４８】
ＥＣＵ２０には、図示しないエアフローメータ、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内燃機関１の運転状態の制御に係るセンサ類が電気配線を介して接続され、出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２０には、内燃機関１内の図示しない燃料噴射弁等が電気配線を介して接続される他、本実施例における切換弁１５、燃料添加弁１４などが電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０によって制御されるようになっている。
【００４９】
また、ＥＣＵ２０には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、内燃機関１の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。以下で説明する本実施例におけるＤＰＮＲ温度制御ルーチンも、ＥＣＵ２０内のＲＯＭに記憶されたプログラムの一つである。
【００５０】
ここで、上記の構成においてＮＳＲ１０のＮＯx還元処理を行う場合について考える。
この場合は、切換弁１５を閉弁して燃料添加弁１４から燃料を排気に添加することとなるが、ＮＳＲ１０の全域に燃料を分散させようとすると、燃料添加量が増加し、多くの燃料がＮＳＲ１０をすり抜けてしまう。さらに、排気中の酸素の大部分はＮＳＲ１０における触媒反応で消費されるので、すり抜けた燃料をＤＰＮＲ１１で充分に酸化させることが困難となる場合があった。そうすると、ＮＳＲ１０をすり抜けた燃料が酸化されずにＤＰＮＲ１１もすり抜け、車外に放散されるおそれがあった。
【００５１】
次に、上記の構成においてＤＰＮＲ１１のＰＭ再生処理またはＮＯx還元処理を行う場
合について考える。この場合は、切換弁１５を開弁して燃料添加弁１４から燃料を添加することとなるが、そうすると、ＤＰＮＲ１１に供給する排気と同じ空燃比の排気がＮＳＲ１０に流入する。従って、ＤＰＮＲ１１を昇温するためには多量の燃料をＮＳＲ１０にも供給することとなり、ＮＳＲ１０が過昇温してしまうおそれがあった。
【００５２】
これらの不都合を解消するためには、排気管５とバイパス管６を通過する排気の比率を調整可能な三方弁を導入したり、排気管５とバイパス管６とに独立の燃料添加弁を配置するなどの必要があり、部品点数やコストの増大を招くおそれがあった。
【００５３】
そこで、本実施例においては、燃料添加弁１４からは燃料を断続的に添加し、バイパス管６における切換弁１５の開閉を、燃料添加弁１４から添加された燃料が分岐部５ａに到達する時期と同期させる制御を行うこととした。
【００５４】
まず第１に、上記制御を、ＮＳＲ１０のＮＯx還元処理時に実施する場合について説明
する。図２は、この場合の燃料添加弁１４からの燃料添加タイミングと、切換弁１５の開閉タイミングとの関係を示したタイムチャートである。
【００５５】
この場合には、図２に示したように、燃料添加弁１４からの燃料添加の周期と、切換弁１５の開弁周期とは略同一である。そして、両者の位相は、燃料添加弁１４からの燃料添加が終了した時に切換弁１５が開弁され、燃料添加弁１４からの燃料添加が開始された時に切換弁１５が閉弁されるように制御される。これにより、燃料添加弁１４からの燃料添加が停止している期間に排気がバイパス通路６を通過可能な状態とした。なお、本実施例においては、燃料添加弁１４と分岐部５ａの距離が短いため、燃料添加弁１４から排気に燃料が添加された時点と、添加された燃料が分岐部５ａに達する時点とを同じとしている
。
【００５６】
この制御によれば、燃料添加弁１４から添加された燃料がＮＳＲ１０に導入されると排気の流量が減少し、ＮＳＲ１０に導入された燃料の反応時間を充分に確保することができるとともに、すり抜け燃料を減少させることができる。その結果、ＮＳＲ１０におけるＮＯx浄化率を向上させ、ＮＯx還元処理における燃費を低減することができる。また、排気による持ち去り熱量を減少することができ、ＮＳＲ１０の活性化、昇温のための燃費を低減することができる。
【００５７】
ところで、ＮＯx還元処理を行うためにＮＳＲ１０の全体に還元剤としての燃料を分散
させる場合、燃料添加弁１４から添加される燃料の量を増加させ、ＮＳＲ１０に導入される燃料のリッチ度合いを高くする必要がある。そうすると、このことによってＮＳＲ１０を未反応のまますり抜ける燃料の量が増加するおそれがある。そして、ＮＳＲ１０の下流側における排気の酸素濃度が低い場合には、ＮＳＲ１０をすり抜けた燃料を、下流側のＤＰＮＲ１１で充分に消費することが困難な場合があった。これに対し、本実施例においては、燃料添加弁１４からの燃料添加の終了後に、バイパス管６を介して酸素濃度の高い排気をＮＳＲ１０とＤＰＮＲ１１との間の排気管５に導入できるので、ＮＳＲ１０をすり抜けた燃料をより確実にＤＰＮＲ１１で消費することができる。なお、切換弁１５の開弁中にバイパス管６を通過したＮＯxは、ＤＰＮＲ１１で浄化することができる。
【００５８】
次に、ＤＰＮＲ１１のＰＭ再生処理を実行する場合について説明する。図３には、この場合の燃料添加弁１４からの燃料添加タイミングと、切換弁１５の開閉タイミングとの関係を示したタイムチャートを示す。
【００５９】
この場合には、図３に示したように、図２と同様、燃料添加弁１４からの燃料添加の周期と、切換弁１５の開弁周期とは略同一とする。そして、両者の位相は、燃料添加弁１４からの燃料添加が開始された時に切換弁１５が開弁され、燃料添加弁１４からの燃料添加が終了した時に切換弁１５が閉弁されるように制御される。これにより、燃料添加弁１４からの燃料添加が行なわれている期間に排気がバイパス通路６を通過可能な状態とした。なお、ここにおいても、燃料添加弁１４から排気に燃料が添加された時点と、添加された燃料が分岐部５ａに達する時点とを同じとしている。
【００６０】
この場合は、燃料添加弁１４から排気への燃料添加が開始された時点でバイパス管６の切換弁１５が開弁される。そうすると、燃料添加弁１４から添加された燃料をバイパス管６を経由してＤＰＮＲ１１に導入することができる。一方、燃料添加弁１４から排気への燃料添加が終了した時点でバイパス管６の切換弁１５が閉弁される。そうすると、空燃比の高い排気を優先的にＮＳＲ１０に流入させることができる。これにより、ＤＰＮＲ１１のＰＭ再生処理時などにおいても、ＮＳＲ１０の温度上昇を抑制することができ、ＮＳＲ１０の過昇温を抑制することができる。また、バイパス管６を通過する排気自体は低温であっても、ＮＳＲ１０を通過した排気の温度は上昇しているので、ＤＰＮＲ１１の温度を容易に上昇させることができる。
【００６１】
このように、燃料添加弁１４から断続的に燃料添加を実施し、燃料添加のタイミングと同期させて切換弁１５を開閉することで、ＮＳＲ１０及びＤＰＮＲ１１に流入する排気の空燃比を別個に制御することができ、ＮＳＲ１０及びＤＰＮＲ１１の浄化性能の再生処理を高い自由度で好適に実施することができる。
【００６２】
なお、上記の実施例においては、燃料添加弁１４と分岐部５ａの距離が短いため、燃料添加弁１４から排気に燃料が供給された時点と、添加された燃料が分岐部５ａに達する時点とを同じとしているが、例えば、燃料添加弁１４と分岐部５ａの距離が長い場合などは
、添加された燃料が分岐部５ａに達する時点を、燃料添加弁１４から排気に燃料が添加された時点に対して遅れ時間Δｔが経過した時点としてもよい。このΔｔは、不変の一定値としてもよいし、運転状態との関係でマップから逐一読み出すようにしてもよい。この場合は、図２及び図３における切換弁開閉タイミングは、Δｔだけ遅延させることとなる。
【００６３】
また、燃料添加弁１４から排気に添加された燃料を、より適当な割合でＮＳＲ１０とＤＰＮＲ１１とに分配させて導入させたい場合には以下のような制御を行ってもよい。すなわち、燃料添加弁１４から排気に燃料が添加された時点と、添加された燃料が分岐部５ａに達する時点とを同じとする場合であっても、図４に示すように、燃料添加弁１４からの燃料添加の周期と、切換弁１５の開弁周期とは略同一とし、両者の位相を適宜調整する。そうすれば、燃料添加が実施されており切換弁１５が閉弁している期間中は添加燃料をＮＳＲ１０に導入するとともに、燃料添加が実施されており切換弁１５が開弁している期間中は添加燃料をバイパス管６を経由してＤＰＮＲ１１に導入することができる。これにより、より高い自由度をもって、ＮＳＲ１０とＤＰＮＲ１１に流入する排気の空燃比を別個に制御することができる。
【００６４】
なお、図２から図４で説明した燃料添加弁１４からの燃料添加タイミングと、切換弁１５の開閉タイミングに係る制御は、還元剤供給手段から排気に断続的に還元剤を供給して排気通路を通過する排気における還元剤濃度を周期的に変化させるとともに、排気制御弁を周期的に開閉し、還元剤濃度の周期的な変化に対する前記排気制御弁の開閉タイミングを制御することに相当し、且つ、排気制御弁の開閉タイミングを、前記分岐部における排気の還元剤濃度の変化に同期させることに相当する。
【００６５】
また、図２から図４で説明した燃料添加弁１４からの燃料添加の周期は、切換弁１５の開閉タイミングと同期させる関係上、切換弁１５の機械的応答性に応じて定めることが望ましい。すなわち、燃料添加弁１４からの燃料添加の周期が切換弁１５の機械的応答性に基づく限界の周期より短くなると、切換弁１５の開閉に係る波形が矩形波を維持できなくなり、ＮＳＲ１０とＤＰＮＲ１１に流入する排気の空燃比を正確に制御できなくなるおそれがあるからである。例えば、燃料添加弁１４からの燃料添加に係る矩形波の幅(リッチ
スパイク幅)は１秒から５秒程度としてもよい。そして、当該燃料添加に係る周期はリッ
チスパイク幅の倍以上としてもよい。なお、上述の限界の周期は、本実施例における限界開閉周期に相当する。
【００６６】
なお、上記の実施例においては、第１排気浄化装置としてＮＳＲ１０、第２排気浄化装置としてＤＰＮＲ１１を用いた排気浄化システムについて説明したが、第１排気浄化装置と第２排気浄化装置の組合せはこれに限られない。
【００６７】
例えば図２に示した制御が適用される排気浄化システムにおいては、第１排気浄化装置はＤＰＮＲであってもよく、第２排気浄化装置はＮＳＲ、酸化触媒ＣＣｏ、三元触媒などでもよい。また、図２に示した制御は、第１排気浄化装置としてのＮＳＲのＳＯx被毒回
復処理や第１排気浄化装置としてのＤＰＮＲのＳＯx被毒回復処理、ＰＭ再生処理を行う
場合に適用されてもよい。また、例えば図３に示した制御が適用される排気浄化システムにおいては、第１排気浄化装置はＤＰＮＲ、酸化触媒ＣＣｏ、三元触媒などであってもよく、第２排気浄化装置はＮＳＲ、微粒子物質を捕集するフィルタ、フィルタと酸化触媒ＣＣｏの組合せなどでもよい。また、図３に示した制御は、第２排気浄化装置としてのＮＳＲのＳＯx被毒回復処理やＮＯx還元処理、第２排気浄化装置としてのＤＰＮＲのＳＯx被
毒回復処理、ＰＭ再生処理、ＮＯx還元処理を行う場合に適用されてもよい。
【実施例２】
【００６８】
次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例においては、実施例１で説明した
構成で、ＤＰＮＲ１１に流入する排気の温度が低温の場合には、切換弁１５の断続的な開閉制御を実施せず、ＮＳＲ１０に還元剤を優先的に供給して排気を昇温する例について説明する。
【００６９】
本実施例における内燃機関及びその排気系は図１に示したものと同等である。ここで、燃料添加弁１４からの燃料添加の周期と、切換弁１５の開弁周期とを略同一とし、両者の位相を、燃料添加弁１４からの燃料添加が開始された時に切換弁１５が開弁されるように制御した場合について考える。
【００７０】
このような制御を例えば燃料添加弁１４による燃料添加の初期から実行した場合、ＮＳＲ１０の床温が上昇しづらく、結果としてＤＰＮＲ１１に流入する排気を充分に昇温できないまま、ＤＰＮＲ１１に燃料が導入されることとなる。そうすると、ＤＰＮＲ１１の前端面で燃料による詰まりが発生したり、ＤＰＮＲ１１の昇温が妨げられ、活性温度を下回ってしまうなどの不都合が生じるおそれがあった。
【００７１】
そこで、本実施例においては、ＤＰＮＲ１１に流入する排気の温度を取得し、この温度が閾値より低い場合には、切換弁１５を周期的に開閉する制御をせず、切換弁１５を閉弁し、燃料添加弁１４から添加された燃料を優先的にＮＳＲ１０に導入することとした。
【００７２】
図５には、本実施例におけるＤＰＮＲ温度制御ルーチンを示す。本ルーチンはＥＣＵ２０内のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、内燃機関１の稼動中はＥＣＵ２０によって所定期間毎に実行される。
【００７３】
本ルーチンが実行されるとまず、Ｓ１０１においてＤＰＮＲ１１の昇温制御中かどうかが判定される。ここで昇温制御とはＰＭ再生処理、ＳＯx被毒回復処理など、ＤＰＮＲ１
１に還元剤としての燃料を添加してＤＰＮＲ１１の床温を上昇させる制御を意味する。ここでＤＰＮＲ１１の昇温制御中でないと判定される場合には本ルーチンを一旦終了する。一方、ＤＰＮＲ１１の昇温制御中であると判定された場合にはＳ１０２に進む。
【００７４】
Ｓ１０２においては、ＤＰＮＲ前目標排気温度Ｔ０が導出される。このＤＰＮＲ前目標排気温度Ｔ０は、ＤＰＮＲ１１に流入する排気の温度がこれ以下の場合には、燃料添加弁１４からの燃料添加の開始と切換弁１５の開弁を同期させる制御を行うと、ＤＰＮＲ１１の燃料による詰まりや失活が生じるおそれがあると判定される閾値である。このＤＰＮＲ前目標排気温度Ｔ０は、不変の一定値(例えば２５０〜３００℃)をＲＯＭから読み出して導出してもよいし、昇温制御の種類や浄化物質の堆積量に応じた値をマップから読み出して導出してもよい。Ｓ１０２の処理が終了するとＳ１０３に進む。
【００７５】
Ｓ１０３においては、ＤＰＮＲ１１に対する通常の昇温制御である燃料添加が実施され、切換弁１５の閉弁状態が継続される。具体的には、燃料添加弁１４からの燃料添加の周期が１秒以下程度のリッチスパイク制御が継続される。Ｓ１０３の処理が終了するとＳ１０４に進む。
【００７６】
Ｓ１０４においては、この時点でＤＰＮＲ１１に導入されている排気の温度がＤＰＮＲ前目標排気温度Ｔ０より高いかどうかが判定される。この時点でＤＰＮＲ１１に導入されている排気の温度は図示しないセンサで検出してもよいし、運転状態または吸入空気量などから推定してもよい。ここで、ＤＰＮＲ１１に導入されている排気の温度がＤＰＮＲ前目標排気温度Ｔ０より高いと判定された場合にはＳ１０５に進む。一方、ＤＰＮＲ１１に導入されている排気の温度がＤＰＮＲ前目標排気温度Ｔ０以下と判定された場合にはＳ１０６に進む。
【００７７】
Ｓ１０５においては、燃料添加弁１４からの燃料添加の周期と、切換弁１５の開弁周期とを略同一とし、燃料添加弁１４からの燃料添加が開始された時期に切換弁１５が開弁されるようにする制御を実行する。
【００７８】
Ｓ１０６においては、Ｓ１０３で実施されたような、ＤＰＮＲ１１に対する通常の昇温制御である燃料添加と、切換弁１５の閉弁状態とが継続される。Ｓ１０５またはＳ１０６の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
【００７９】
以上、説明したように、本実施例においては、ＤＰＮＲ１１に流入する排気の温度に応じて、ＤＰＮＲ１１に対する通常の昇温制御である燃料添加を行うとともに切換弁１５の閉弁状態を継続する制御と、燃料添加弁１４からの燃料添加の周期と切換弁１５の開弁周期とを略同一とし燃料添加弁１４からの燃料添加が開始された時期に切換弁１５が開弁されるようにする制御と、を使い分けることとした。
【００８０】
これによれば、ＤＰＮＲ１１に流入する排気が充分に高温の際には、燃料添加弁１４からの添加燃料に優先的にバイパス管６を通過させることにより、ＤＰＮＲ１１を昇温させつつ上流のＮＳＲ１０の過昇温を抑制することができる。一方、ＤＰＮＲ１１に流入する排気が低温の場合には、燃料添加弁１４からの添加燃料に積極的にＮＳＲ１０を通過させることにより排気の温度を上昇させ、ＤＰＮＲ１１の昇温を促進し、ＤＰＮＲ１１の燃料による詰まりや失活を抑制することができる。
【００８１】
ここで、上記のＤＰＮＲ温度制御ルーチンのＳ１０３及びＳ１０６における通常の燃料添加を行う際の周期は１秒以下、リッチスパイク幅は０．５秒以下としてもよい。そうすれば、より安定的に燃料をＮＳＲ１０に供給でき、より効率よくＮＳＲ１０及びＮＳＲ１０からの排気の温度を上昇させることができる。一方、Ｓ１０５に係る燃料添加を行う際の周期は５〜１０秒程度、リッチスパイク幅は２〜４秒程度としてもよい。そうすれば、１回のリッチスパイクによる空燃比の低下量を大きくすることができ、燃料をＤＰＮＲ１１全体に行き渡らせ易くなる。よって、ＤＰＮＲ１１の全体に対してより確実にＰＭ再生処理またはＳＯx被毒回復処理を行うことができる。
【００８２】
なお、上記のＤＰＮＲ温度制御ルーチンのＳ１０３の処理においては、その時点で、前回の本ルーチンの実行時にＳ１０５で実行された制御が継続している場合には、その制御をそのまま継続してＳ１０４に進むようにしてもよい。そうすれば、ＤＰＮＲ１１に導入されている排気の温度がＤＰＮＲ前目標排気温度Ｔ０より高い状態が続いた場合には、燃料添加弁１４からの燃料添加の周期と切換弁１５の開弁周期とを略同一とし燃料添加弁１４からの燃料添加が開始された時期に切換弁１５が開弁されるようにする制御を中断されることなく継続することができる。
【００８３】
なお、図６には、ＤＰＮＲ１１に対する通常の昇温制御である燃料添加が実施され切換弁１５の閉弁状態が継続された場合の、燃料添加タイミングと切換弁１５の開度について示す。また、図７には、燃料添加弁１４からの燃料添加の周期と切換弁１５の開弁周期とを略同一とし燃料添加弁１４からの燃料添加が開始された時期に切換弁１５が開弁される制御を行った場合の、燃料添加タイミングと切換弁１５の開閉タイミングについて示す。
【００８４】
また、本実施例においは、図１に示す内燃機関１の排気系は、ＮＳＲ１０はマニバータ位置に、ＤＰＮＲ１１はアンダーフロアに配置されたものであってもよい。このような配置の排気系においては、アンダーフロアに配置されたＤＰＮＲ１１の熱が外気に奪われ易く、温度低下することによって燃料詰まりや失火が発生し易い。従って、そのような構成の内燃機関１の排気系に上記の制御を適用すれば、より効果的にＤＰＮＲ１１の昇温を促進し、ＤＰＮＲ１１の燃料による詰まりや失活をより効果的に抑制することができる。
【００８５】
また、上記の実施例においては切換弁１５はバイパス管６に備えられることとしたが、本発明の技術思想の範囲内である限り、切換弁１５の配置場所はバイパス管６に限られない。例えば、切換弁１５を排気管５における分岐部５ａとＮＳＲ１０との間に備えて、燃料添加弁１４から断続的に燃料を添加するとともに、切換弁１５の開閉タイミングを制御してもよい。この制御により、ＮＳＲ１０に流入する排気の空燃比と、ＤＰＮＲ１１に流入する排気の空燃比とを制御すること自体は、本発明の技術思想の範囲内である。
【００８６】
なお、本実施例においても、第１排気浄化装置としてＮＳＲ１０、第２排気浄化装置としてＤＰＮＲ１１を用いた排気浄化システムについて説明したが、第１排気浄化装置と第２排気浄化装置の組合せはこれに限られない。
【００８７】
例えば図５に示したフローチャートが適用される排気浄化システムにおいては、第１排気浄化装置はＤＰＮＲ、酸化触媒ＣＣｏ、三元触媒などであってもよく、第２排気浄化装置はＮＳＲ、微粒子物質を捕集するフィルタ、フィルタと酸化触媒ＣＣｏの組合せなどでもよい。第１排気浄化装置は燃料が導入されて排気温度を上昇させる機能を有するため、酸化能を有することが望ましい。
【００８８】
また、本発明の排気浄化システムにおける第１排気浄化装置、第２排気浄化装置は、各々が各種触媒、フィルタなどの組み合わせに係る排気浄化装置であることを妨げない。
【００８９】
また、上記の実施例においては、還元剤として燃料を排気に添加する燃料添加弁１４が還元剤供給手段の機能を果たす例について説明したが、本発明は、還元剤として燃料以外の液体、例えば尿素水を使用する排気浄化システムにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示した図である。
【図２】本発明の実施例１に係る燃料添加と切換弁の開閉のタイミングを示すタイムチャートの第１の例である。
【図３】本発明の実施例１に係る燃料添加と切換弁の開閉のタイミングを示すタイムチャートの第２の例である。
【図４】本発明の実施例１に係る燃料添加と切換弁の開閉のタイミングを示すタイムチャートの第３の例である。
【図５】本発明の実施例２に係るＤＰＮＲ温度制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施例２に係る燃料添加と切換弁の開閉のタイミングを示すタイムチャートの第１の例である。
【図７】本発明の実施例２に係る燃料添加と切換弁の開閉のタイミングを示すタイムチャートの第２の例である。
【符号の説明】
【００９１】
１・・・内燃機関
５・・・排気管
５ａ・・・分岐部
６・・・バイパス管
１０・・・ＮＳＲ
１１・・・ＤＰＮＲ
１４・・・燃料添加弁
１５・・・切換弁
２０・・・ＥＣＵ
【図１】
2008261248.tif 000003
【図２】
2008261248.tif 000004
【図３】
2008261248.tif 000005
【図４】
2008261248.tif 000006
【図５】
2008261248.tif 000007
【図６】
2008261248.tif 000008
【図７】
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