(57)【要約】【課題】内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関の性能低下を抑制しつつ還元剤の拡散を促進させることができる技術を提供する。【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化触媒と、排気浄化触媒よりも上流の排気中に還元剤を供給する還元剤供給手段と、排気浄化装置よりも上流でかつ還元剤供給手段よりも下流に設けられる排気絞り弁と、還元剤供給手段により還元剤が供給されるときの排気絞り弁よりも上流の排気通路内の目標圧力を決定する目標絞り圧力設定手段（Ｓ１０２、Ｓ１０５）と、還元剤供給手段により還元剤が供給されるのに合わせて排気絞り弁よりも上流の排気通路内の圧力が目標圧力となるように排気絞り弁の開度を調節する排気絞り弁制御手段（Ｓ１０３）と、を備えることを特徴とする。【選択図】図３
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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設けられ排気を浄化する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒よりも上流の排気中に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記排気浄化装置よりも上流でかつ前記還元剤供給手段よりも下流に設けられ排気通路の流路面積を調節する排気絞り弁と、
前記還元剤供給手段により還元剤が供給されるときの前記排気絞り弁よりも上流の排気通路内の目標圧力を決定する目標絞り圧力設定手段と、
前記還元剤供給手段により還元剤が供給されるのに合わせて、前記排気絞り弁よりも上流の排気通路内の圧力が前記目標圧力となるように前記排気絞り弁の開度を調節する排気絞り弁制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記目標絞り圧力設定手段は、排気の温度に基づいて前記目標圧力を決定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】
前記目標絞り圧力設定手段は、さらに前記内燃機関の吸入空気量に基づいて前記目標圧力を決定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】
前記目標絞り圧力設定手段は、還元剤の拡散のし易さに基づいて前記目標圧力を決定することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記内燃機関の排気の温度が所定の温度よりも低い場合には前記還元剤供給手段により還元剤が供給されるか否かに関わらず前記排気通路内の圧力が前記目標圧力となるように前記排気絞り弁の開度を調節し、前記内燃機関の排気の温度が所定の温度以上の場合には前記還元剤供給手段により還元剤が供給されるのに合わせて前記排気通路内の圧力が前記目標圧力となるように前記排気絞り弁の開度を調節することを特徴とする請求項１から４の何れか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】
内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、単にＮＯx触媒という。）を配置する技術が知られている。このＮＯx触媒は、流入する排気の酸素濃度が高いときに排気中
のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときに、吸蔵
していたＮＯxを還元する。そして、ＮＯx触媒よりも上流の排気中に還元剤（例えば燃料）を添加することにより、該ＮＯx触媒に吸蔵されていたＮＯxを還元することができる。
【０００３】
このようにＮＯxを還元するためには、燃料の噴射等によりＮＯx触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比としなければならない。しかし、排気中に燃料を噴射した場合には、排気通路の壁面に燃料が付着することにより、排気の空燃比がリッチとならなかったり、燃料が拡散し難くなったりする虞がある。これにより無駄になる還元剤が増加するためより多くの還元剤が必要となるので、還元剤の消費量が増加する。
【０００４】
ここで、排気通路の上流側から順に還元剤添加弁、排気絞り弁、ＮＯx触媒を備え、還
元剤添加時に排気絞り弁を閉じることにより排気通路壁面付近の排気の流速を上げて、該排気通路に付着した燃料を吹き飛ばすことができる（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２６９１４７号公報
【特許文献２】特開２００５−７６６０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、排気絞り弁を閉じると、特に内燃機関の高負荷運転時に背圧が上昇するため、ポンプ損失の増加による内燃機関の性能低下や、燃費の悪化が起こり得る。
【０００６】
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、内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関の性能低下を抑制しつつ還元剤の拡散を促進させることができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ排気を浄化する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒よりも上流の排気中に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記排気浄化装置よりも上流でかつ前記還元剤供給手段よりも下流に設けられ排気通路の流路面積を調節する排気絞り弁と、
前記還元剤供給手段により還元剤が供給されるときの前記排気絞り弁よりも上流の排気通路内の目標圧力を決定する目標絞り圧力設定手段と、
前記還元剤供給手段により還元剤が供給されるのに合わせて、前記排気絞り弁よりも上流の排気通路内の圧力が前記目標圧力となるように前記排気絞り弁の開度を調節する排気絞り弁制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
排気浄化触媒は還元剤供給手段から還元剤を供給することにより排気を浄化したり、排気の浄化能力が回復されたりする。また、排気絞り弁を閉じると内燃機関の負荷が増大す
るため、排気の温度が上昇する。これにより、排気浄化触媒を活性させたり、排気浄化触媒での反応速度を上昇させたり、還元剤の蒸発を促進させたりすることができる。そして、排気絞り弁の開度を調節することにより、排気浄化触媒の温度を調節することができる。
【０００９】
また、排気絞り弁を閉じることにより該排気絞り弁よりも上流側の排気の圧力が上昇する。そのため、還元剤供給手段から供給される還元剤の勢いが弱くなる。これにより、排気通路の壁面に付着する還元剤量が少なくなるので、排気浄化触媒に速やかに還元剤が到達する。また、還元剤が排気中で蒸発し、拡散することにより、排気浄化触媒の広い範囲に還元剤が分散して供給されることになる。
【００１０】
そして、目標絞り圧力設定手段は、そのときに要求される排気の圧力を目標圧力として決定する。目標圧力は、還元剤の拡散を促進させること若しくは排気の温度を高めることと、内燃機関の性能低下を抑制することと、を考慮して決定される。つまり、目標圧力が高くなるほど還元剤の拡散がより促進されたり、排気の温度がより高くなったりするが、必要以上に目標圧力を高くすると内燃機関の性能低下を招く。そのため、目標圧力は必要最小限の高さに設定される。なお、目標絞り圧力設定手段は排気絞り弁の上流側と下流側との差圧の目標値を決定するようにしても良い。
【００１１】
また、「還元剤供給手段により還元剤が供給されるのに合わせて」とは、還元剤の供給と同時であっても良く、還元剤の供給時に排気の圧力が目標圧力となっているように還元剤の供給前としても良い。また、還元剤の供給が終了するまでとしても良く、還元剤が排気絞り弁を通過するまでとしても良い。
【００１２】
このようにして目標圧力を決定し、還元剤を供給するのに合わせて実際の圧力が目標圧力となるように排気絞り弁の開度を調節することにより、内燃機関の性能低下を抑制しつつ還元剤の拡散を促進させることができる。そして、還元剤の拡散が促進されれば、還元剤の消費量が低減される。
【００１３】
また、本発明においては、前記目標絞り圧力設定手段は、排気の温度に基づいて前記目標圧力を決定することができる。
【００１４】
排気絞り弁の開度を調節することにより、排気の温度を要求値まで上昇させることができる。この排気の温度の要求値とは、例えば排気浄化触媒の活性温度としても良く、また排気浄化触媒の全体に拡散させる温度としても良い。つまり、排気の温度が要求値よりも低い場合に排気絞り弁の開度をより小さくすることで排気の温度を要求値まで上昇させることができる。
【００１５】
そして、排気絞り弁の開度を小さくするほど排気の温度が上昇するため、排気浄化触媒の温度をより上昇させたり、還元剤の拡散を促進させたりすることができる。そして排気の温度の要求値と実際の排気の温度とに応じて排気絞り弁の開度を決定することにより、排気絞り弁の閉じる量を必要最小限の量とすることができる。そのため、ポンプ損失の増加を抑制することができる。
【００１６】
また、内燃機関の高負荷運転時等の排気の温度が高い場合には、排気浄化触媒の温度が高いまま維持され、さらに還元剤の拡散も促進されるため、目標圧力を高くする必要はあまりない。つまり、排気の温度が高くなるほど目標圧力を低くすることができる。
【００１７】
また、本発明においては、前記目標絞り圧力設定手段は、さらに前記内燃機関の吸入空気量に基づいて前記目標圧力を決定することができる。
【００１８】
内燃機関の吸入空気量が多くなると還元剤の拡散がより促進されるため、目標圧力を低くしても還元剤を拡散させることができる。つまり、内燃機関の吸入空気量が多くなるほど、目標圧力をより低くすることができる。このようにすることで、目標圧力を必要最小限の高さに設定することができるので、ポンプ損失の増加を抑制することができる。
【００１９】
本発明においては、前記目標絞り圧力設定手段は、還元剤の拡散のし易さに基づいて前記目標圧力を決定することができる。
【００２０】
つまり、還元剤が拡散し難い状態（例えば排気の温度が低い場合または吸入空気量が少ない場合）には、目標圧力をより高くすることにより還元剤の拡散を促進することができる。
【００２１】
また、排気浄化触媒の温度が所定の温度（例えば活性温度）以上となっている場合には、還元剤の拡散が進んでいるほど、目標圧力をより低く設定しても排気浄化触媒に還元剤を好適に供給することができる。そして、還元剤の拡散のし易さに応じて目標圧力を決定することにより、ポンプ損失の増加を抑制することができる。
【００２２】
本発明においては、前記内燃機関の排気の温度が所定の温度よりも低い場合には前記還元剤供給手段により還元剤が供給されるか否かに関わらず前記排気通路内の圧力が前記目標圧力となるように前記排気絞り弁の開度を調節し、前記内燃機関の排気の温度が所定の温度以上の場合には前記還元剤供給手段により還元剤が供給されるのに合わせて前記排気通路内の圧力が前記目標圧力となるように前記排気絞り弁の開度を調節することができる。
【００２３】
前記所定の温度とは、前記要求値と同様に、例えば排気浄化触媒の活性温度としても良く、また、還元剤を排気浄化触媒の全体に拡散させる温度としても良い。また、排気浄化触媒の温度を活性温度以上に保つために必要な温度としても良い。
【００２４】
つまり、排気の温度が所定の温度よりも低い場合には、排気の温度を上昇させる必要がある。これに対し、排気絞り弁よりも上流の圧力が常に目標圧力となるように排気絞り弁の開度を調節することにより、排気浄化触媒を所定の温度以上に維持することができる。なお、排気の温度が所定の温度よりも低い場合には、内燃機関の負荷が低いときが多いために背圧は上昇し難いので、内燃機関の性能低下の度合いは小さい。
【００２５】
一方、排気の温度が所定の温度以上の場合には、主に還元剤の拡散を促進させるために目標圧力が決定される。つまり、排気絞り弁を閉じることにより排気の圧力を上昇させると還元剤の勢いが弱まって還元剤がより拡散するようになる。このように還元剤の拡散を促進させることにより、還元剤の供給量をより少なくすることができる。
【００２６】
還元剤の拡散を促進させるためには、還元剤を供給したときに排気の圧力が目標圧力となっていれば良い。つまり、還元剤を供給していないときには排気の圧力を目標圧力に設定する必要は無い。また、排気の温度が所定の温度以上の場合には、内燃機関の負荷が高いときが多いため背圧が上昇し易い。これに対し、還元剤を供給するのに合わせて排気の圧力を目標圧力とし、還元剤を供給しないときには排気絞り弁を開くことにより、ポンプ損失の増加を最小限に抑えることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、内燃機関の性能低下を抑制しつつ還元剤の拡散を促進させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
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。
【実施例１】
【００２９】
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関１とその吸・排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。
【００３０】
内燃機関１には、吸気通路２および排気通路３が接続されている。この吸気通路２の途中には、該吸気通路２内を流通する吸気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ４が設けられている。このエアフローメータ４により、内燃機関１の吸入空気量が測定される。また、この吸入空気量に基づいて排気の量を求めることもできる。
【００３１】
一方、排気通路３の途中には、上流側から順に排気絞り弁５と、吸蔵還元型ＮＯx触媒
６（以下、ＮＯx触媒６という。）とが備えられている。このＮＯx触媒６は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且
つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯxを還元する機能を有する。なお、本実施例
においてはＮＯx触媒６が、本発明における排気浄化触媒に相当する。また、排気浄化触
媒は還元剤が供給される触媒であれば良く、例えば選択還元型ＮＯx触媒等であっても良
い。
【００３２】
また、排気絞り弁５よりも上流の排気通路３には、該排気通路３を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を噴射する還元剤供給弁７を備えている。還元剤供給弁７は、後述するＥＣＵ１０からの信号により開弁して排気中へ燃料を噴射する。なお、本実施例においては還元剤供給弁７が、本発明における還元剤供給手段に相当する。
【００３３】
さらに、排気絞り弁５よりも下流で且つＮＯx触媒６よりも上流の排気通路３には、該
排気通路３を流通する排気の温度を検出する排気温度センサ８が取り付けられている。
【００３４】
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ユニットである。
【００３５】
ＥＣＵ１０には、上記センサの他、アクセルペダル１１の踏み込み量を検出するアクセル開度センサ１２が電気配線を介して接続され、これらセンサの出力信号が入力されるようになっている。このアクセル開度センサ１２により内燃機関１の負荷を検出することができる。一方、ＥＣＵ１０には、排気絞り弁５及び還元剤供給弁７が電気配線を介して接続され、該ＥＣＵ１０によりこれらの機器が制御される。
【００３６】
そして、本実施例では、排気の温度が所定の温度よりも低いときには、還元剤供給弁７から還元剤の供給を行なうか否かに関わらず排気絞り弁５を全開よりも閉じ側とする。一方、排気の温度が所定の温度以上の場合には、還元剤供給弁７から還元剤の供給を行なうときに排気絞り弁５を全開よりも閉じ側とする。つまり、排気温度が所定の温度以上の場合であって還元剤の供給を行なわないときには排気絞り弁５が全開とされる。なお、本実施例においては前記所定の温度はＮＯx触媒６の活性温度とする。
【００３７】
このときに排気の温度の目標値及び還元剤の拡散のし易さに基づいて排気の圧力の目標値を決定し、実際の排気の圧力が目標値となるように排気絞り弁５の開度が決定される。
このようにすることで、排気の圧力の上昇を必要最小限に抑えることができるため、ポンプ損失の増大を抑制することができる。
【００３８】
ここで、排気温度が高いほど、また内燃機関１の吸入空気量が多くなるほど、還元剤供給弁７から供給された還元剤が蒸発し易くなるため、還元剤の拡散がより促進される。つまり、排気温度が高いほど、または内燃機関１の吸入空気量が多くなるほど、排気の圧力の目標値を小さくすることができる。そのため、本実施例では還元剤の拡散のし易さを表す値として排気温度に吸入空気量を乗じた値を用い、この値に基づいて排気の圧力の目標値を決定する。なお、内燃機関１の吸入空気量は、排気の量としても良い。
【００３９】
ここで、図２は、車速と、還元剤供給弁７の噴射パルスと、排気絞り弁５の開度との関係の一例を示したタイムチャートである。車速は内燃機関１の負荷としても良く、排気の温度としても良い。還元剤供給弁７からの還元剤の供給は所定の時間毎に繰り返し実行される。
【００４０】
そして、車速が閾値よりも遅い場合（Ａまでの期間、及びＢからＣまでの期間）には、還元剤供給弁７から還元剤の供給を行なうか否かに関わらず排気絞り弁が閉弁される。また、車速が閾値以上の場合（ＡからＢまでの期間、及びＣよりも後の期間）には、還元剤供給弁７から還元剤の供給を行なうのに合わせて排気絞り弁５が全開よりも閉じ側とされる。
【００４１】
内燃機関１の低負荷運転時には排気の温度が低いために排気絞り弁５は閉じたままとされ、排気の温度が上昇される。これにより、ＮＯx触媒６を活性温度以上に維持すること
ができるので、還元剤供給弁７から還元剤の供給を行なったときにＮＯxが浄化される。
つまり、車速における閾値とは、ＮＯx触媒６の温度を所定の温度以上とすることのでき
る温度であり、排気の温度が所定の温度となる値としても良い。
【００４２】
一方、高負荷運転時には排気の温度が高いために還元剤供給弁７からの還元剤の供給時のみに排気絞り弁５が全開よりも閉じ側とされる。つまり、排気の温度が所定の温度以上の場合にはＮＯx触媒６の温度は十分に高いため、あとは還元剤の拡散を促進させるだけ
で良い。そのため、常に排気絞り弁５を全開よりも閉じ側とする必要は無く、還元剤の供給に合わせて排気絞り弁５を閉じれば良い。
【００４３】
ここで排気絞り弁５を全開よりも閉じ側とするときの開度は、前記したように排気の圧力の目標値によって決定される。
【００４４】
次に図３は、本実施例による排気絞り弁５の制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは規定の時間毎に繰り返し実行される。
【００４５】
ステップＳ１０１では、排気温度を上昇させる要求があるか否か判定される。例えばＮＯx触媒６の温度が活性温度よりも低い場合、若しくは内燃機関１の負荷が低くてＮＯx触媒６の温度が活性温度よりも低くなると推定される場合に排気温度を上昇させる要求がなされる。
【００４６】
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進む。
【００４７】
ステップＳ１０２では、排気の圧力の目標値が算出される。ここで図４は、排気温度の目標上昇値と排気の圧力の目標値との関係を示した図である。排気温度の目標上昇値とは、前記所定の温度と現時点での排気温度との差を示しており、どれだけ排気温度を上昇さ
せなければならないのかを示す値である。本ステップでは、排気温度の目標上昇値が高くなるほど、排気の圧力の目標値が大きくされる。
【００４８】
ステップＳ１０３では、排気の圧力の目標値に基づいて排気絞り弁５の開度が設定される。排気の圧力の目標値と排気絞り弁５の開度との関係は予め実験等により求めてもよく、排気の圧力を実際に測定してフィードバック制御しても良い。なお、本実施例ではステップＳ１０３の処理を実行するＥＣＵ１０が、本発明における排気絞り弁制御手段に相当する。
【００４９】
ステップＳ１０４では、還元剤供給弁７からの還元剤供給要求があるか否か判定される。ＮＯx触媒６へ還元剤の供給が必要となったときに還元剤供給要求がなされる。例えば
、所定の時間毎またはＮＯx触媒６に規定量のＮＯxが吸蔵された場合に還元剤供給要求がなされる。そして、本ルーチンでは還元剤供給弁７から還元剤が噴射される前に排気の圧力を目標値としておくために、還元剤の噴射前に排気絞り弁５の開度が調節される。
【００５０】
ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。
【００５１】
ステップＳ１０５では、排気の圧力の目標値が算出される。ステップＳ１０２での処理とは異なり、排気の温度に吸入空気量を乗じた値に基づいて排気の圧力の目標値が算出される。つまり本ステップでは、ＮＯx触媒６の温度は十分に高いため、ＮＯx触媒６の温度上昇よりも還元剤の拡散を促進させることを主目的として排気の圧力の目標値が算出される。
【００５２】
ここで図５は、排気温度に吸入空気量を乗じた値と排気の圧力の目標値との関係を示した図である。排気温度に吸入空気量を乗じた値が大きくなるほど、還元剤の拡散がより促進されるため、排気の圧力の目標値を小さくしている。
【００５３】
なお、本実施例ではステップＳ１０２またはステップＳ１０５の処理を実行するＥＣＵ１０が、本発明における目標絞り圧力設定手段に相当する。
【００５４】
ステップＳ１０６では、排気絞り弁５が全開とされる。つまり、排気の温度が高いために排気絞り弁５を閉じる必要はなく、また還元剤が供給されないために還元剤の拡散を促進させる必要もない。さらに排気絞り弁５を閉じるとポンプ損失が増大してしまうため、排気絞り弁５を全開とする。
【００５５】
このように、排気温度が所定の温度よりも低い場合には排気絞り弁５を常に全開よりも閉じ側とすることにより、ＮＯx触媒６の温度を上昇させることと還元剤の拡散を促進す
ることとが可能となる。また、排気温度が所定の温度以上の場合には還元剤を供給するのに合わせて排気絞り弁５を全開よりも閉じ側とすることにより、ポンプ損失の増大を抑制しつつ還元剤の拡散を促進させることができる。
【００５６】
以上説明したように本実施例によれば、ＮＯx触媒６の温度を活性温度以上に維持し、
且つ還元剤の拡散を促進させることができるため、ＮＯxの浄化率を高めることができる
。また、還元剤の供給量を減少させることができる。さらに、排気絞り弁５を閉じるのは必要な場合に限られるのでポンプ損失の増大を抑制することができるため、燃費の悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。
【図２】車速と、還元剤供給弁の噴射パルスと、排気絞り弁の開度との関係の一例を示したタイムチャートである。
【図３】実施例による排気絞り弁の制御のフローを示したフローチャートである。
【図４】排気温度の目標上昇値と排気の圧力の目標値との関係を示した図である。
【図５】排気温度に吸入空気量を乗じた値と排気の圧力の目標値との関係を示した図である。
【符号の説明】
【００５８】
１     内燃機関
２     吸気通路
３     排気通路
４     エアフローメータ
５     排気絞り弁
６     吸蔵還元型ＮＯx触媒
７     還元剤供給弁
８     排気温度センサ
１０   ＥＣＵ
１１   アクセルペダル
１２   アクセル開度センサ
【図１】
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【図２】
2008223592.tif 000004
【図３】
2008223592.tif 000005
【図４】
2008223592.tif 000006
【図５】
2008223592.tif 000007