(57)【要約】【課題】副噴射による多量のＨＣが排気還流通路へ流入することを防止できる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】燃料噴射システム１３とＥＣＵ２０とによりアーリーポスト噴射とレイトポスト噴射とがなされる。エンジン１０の下流側に第１の集合管２４と第２の集合管２５とが設けられている。レイトポスト噴射が行われる第１および第２の気筒１２ａ，１２ｂより排出される排出ガスは第１の集合管２４に流入する。第３および第４の気筒１２ｃ，１２ｄより排出される排出ガスは第２の集合管２５に流入する。第２の集合管２５にＥＧＲ通路１１が接続されている。第２の集合管２５を流動する排出ガスの一部はＥＧＲ通路１１に流入する。第１および第２の集合管２４，２５は合流し排気通路３２に連通する。その下流側にはＮＯｘ吸蔵触媒２２などが設けられている。【選択図】    図１
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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、排出ガスを浄化する排気後処理装置と、
前記排気通路に設けられ、前記排気後処理装置の上流から排出ガスの一部を還流ガスとして前記内燃機関の吸気系へ戻す排気還流通路と、
前記内燃機関に設けられる気筒において、前記排気後処理装置への必要ＨＣ量の供給要求時に、燃料を噴射する第１の副噴射を行う副噴射手段と、
を具備する内燃機関の排気浄化装置において、
前記気筒のうち、前記第１の副噴射を行う気筒と行わない気筒とを分け、前記第１の副噴射を行わない気筒から前記還流ガスを取り出すことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記排気通路は、前記排気後処理装置の上流において、
前記第１の副噴射を行う気筒から排出される排出ガスを導入可能な第１の通路と、
前記第１の副噴射を行わない気筒から排出される排出ガスを導入可能な第２の通路と、
を具備し、前記第１及び第２の通路が合流してから通路内を流動する排出ガスが前記後処理装置に導入可能であり、
前記排気還流通路の導入部が前記第２の通路に接続してい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】
前記副噴射手段は排出ガス温度の上昇要求時に、主噴射の後において、前記第１の副噴射を行う時期よりも早い時期に気筒内に燃料を噴射して、排出ガスの温度を上昇させる第２の副噴射を行う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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気還流通路を有する内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関から排出される排出ガスを排気後処理装置を使用して浄化するために、燃料を内燃機関に副噴射する方法が知られている。副噴射はポスト噴射とも呼ばれ、主噴射の後に行われる。
【０００３】
ディーゼルエンジンでは、主噴射の直後の比較的早い時期になされる副噴射（アーリーポスト噴射）が知られている。これは、主噴射により上昇した筒内温度が低下する前に副噴射により燃料を筒内に供給し燃焼させて、排気温度を高めることを可能とする。この副噴射により、例えば排気後処理装置に設けられる触媒を、触媒が有効に機能する温度に高めることができる。
【０００４】
また、レイトポスト噴射と呼ばれる副噴射も知られている。これは、排気後処理装置を活性化するために行われる副噴射であり、膨張工程から排気工程において行われる。この副噴射により、例えば触媒に保持された排出ガス中のＮＯｘなどを還元する還元剤として、十分なＨＣ（炭化水素）などを供給することができる。これらのように、燃料を副噴射して後処理装置を昇温させたり活性化させる方法は、ガソリンエンジンでも用いられている。
【０００５】
一方、排出ガスの一部を吸気系へ戻すためのＥＧＲも知られている。ＥＧＲは、ディーゼルエンジンでは、ＮＯｘの低減に有効である。また、エンジンの冷態時では排出ガスの温度を上昇させることにより、排気後処理装置に設けられる触媒の温度を、触媒が有効に機能する温度に高めるためにも有効である。
【０００６】
従来、副噴射とＥＧＲを組み合わせた内燃機関の排気浄化装置も知られている。この種の排気浄化装置では、排気通路において、ＮＯｘ触媒（排気後処理装置）の上流側にＥＧＲ用の排気還流通路を設け、この排気還流通路に還流ガス浄化触媒を設けている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
また、排気マニホールドの一端側に副噴射を行うための燃料添加ノズルを設け、排気マニホールドの他端側にＥＧＲ装置の排気還流管を接続した、内燃機関の排気浄化装置も考えられている。（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−４５８８１号公報（図１）
【０００９】
【特許文献２】
特開２００１−２８０１２５号公報（図１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
内燃機関の排出ガスを効果的に浄化するために、前述の副噴射による排気の浄化と、ＥＧＲを両立させることが考えられる。しかし、副噴射を行うことにより、排出ガスに含まれるＨＣの量が増加すると、多量のＨＣがＥＧＲガスとして吸気系へ戻されることになる。
【００１１】
多量のＨＣがＥＧＲガスとして吸気系へ戻されると、ＥＧＲ通路、ＥＧＲクーラ、ＥＧＲバルブなどに、ＨＣと共にＰＭ（固形微粒子）やすすなどの汚損成分が付着する。この汚損成分が堆積することはＥＧＲガスの流れが悪くなったり、ＥＧＲバルブが固着する原因となり好ましくない。また、ＥＧＲガスに含まれる多量のＨＣが、気筒に戻され、燃焼することにより、トルクが変動する恐れがある。
【００１２】
特開２０００−４５８８１号公報に記載された排気浄化装置では、排気還流通路に還流ガス浄化触媒を設けている。しかし、この場合では還流ガス浄化触媒を設けなくてはならない。また、特開２００１−２８０１２５号公報に記載された排気浄化装置では、燃料添加ノズルから噴射させた燃料の多量のＨＣ成分が、排気マニホールドに接続された排気還流管から吸気系へ戻される可能性がある。
【００１３】
従って、本発明の目的は、副噴射手段とＥＧＲを有する排気浄化装置において、副噴射による多量のＨＣが排気還流通路へ流入することを防止できる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置では、排気後処理装置と、その上流に排気還流通路を有し、前記排気後処理装置への必要ＨＣ量の供給要求時に第１の副噴射を行う副噴射手段を有する内燃機関の排気浄化装置において、第１の副噴射を行う気筒と行わない気筒とを分け、第１の副噴射を行わない気筒から還流ガスを取り出すようにした。前記排気後処理装置は、例えばユリアＳＣＲやＨＣ−ＳＣＲやＣＲ−ＤＰＦやＮＯｘ吸蔵触媒などである。
【００１５】
このように構成される本発明の内燃機関の排気浄化装置では、第１の副噴射によりＨＣが増加する排出ガスを含む気筒と、そうでない気筒が分けられる。
【００１６】
本発明の好ましい形態では、前記排気後処理装置の上流において、第１の副噴射が行われる気筒から排出される排出ガスを導入する第１の通路と、第１の副噴射を行わない気筒より排出される排出ガスを導入可能な第２の通路を具備し、第１及び第２の通路が合流してから通路内を流動する排出ガスが後処理装置に導入可能であるため、第１の副噴射によりＨＣが増加する排出ガスは、還流ガスとして吸気系へ戻されない。
【００１７】
さらに本発明の好ましい形態では、前記副噴射手段は第１の副噴射よりも早い時期に、排出ガスの温度を上昇させる目的で第２の副噴射を行うように構成されている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態について、図１と図２を参照して説明する。
この実施形態に使用される内燃機関は、例えば自動車用の４気筒のディーゼルエンジンである。
図１に示されるエンジン１０は、図示しない吸気マニホールドと、吸気マニホールドの上流側に設けられた図示しない吸気通路とを有している。吸気通路は図示しないエアクリーナを通過する燃焼空気と、ＥＧＲ通路１１を通り供給されるＥＧＲガスの混合気が流動する。ＥＧＲ通路１１は排出ガスの一部をＥＧＲガスとして、エンジン１０の吸気系へ戻すことを行う。吸気マニホールドによって、燃焼空気とＥＧＲガスの混合気が、エンジン１０の各気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに導入される。
【００１９】
各気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄへの燃料の供給手段は、一例としてコモンレール燃料噴射システム１３が用いられる。コモンレール燃料噴射システム１３は、コモンレール１４と、燃料を噴射するインジェクタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄと、図示しない燃料タンクと、高圧燃料供給ポンプ１６と、ＥＣＵ２０などによって構成される。インジェクタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄは内部に、図示しない電磁弁を有している。この電磁弁の開閉により各気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄへの燃料の噴射が行われる。
【００２０】
電磁弁はＥＣＵ２０の制御により開閉が行われる。ＥＣＵ２０は、車両（自動車）の運転状態により電磁弁の開閉を行い、運転に適した時期に、最適量の主噴射を行う。噴射された燃料は、各気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの内部で燃焼される。また、各気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄでは副噴射が行われる。コモンレール燃料噴射システム１３とＥＣＵ２０は副噴射手段としても使用される。
【００２１】
副噴射は主噴射の後に行われる燃料の噴射である。第１の副噴射として、レイトポスト噴射がある。この噴射は後述するＮＯｘ吸蔵触媒２２への必要ＨＣの供給を要求される場合に、排出ガス中にＨＣを増加させるために行われる。例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒２２において、ＮＯｘの脱離・還元作用を行う場合に行われる噴射である。噴射される燃料は、気筒内で燃焼することなく排出ガスと混合する。このため排出ガスには多量のＨＣが含有される。このレイトポスト噴射は、主噴射の膨張工程後期から排気工程において行われる。
【００２２】
一方、第２の副噴射として、アーリーポスト噴射がある。この噴射は排出ガスの温度を上げることを目的とする。例えばＮＯｘ吸蔵触媒２２が有効に機能する温度まで高められるように行われる噴射である。アーリーポスト噴射は主噴射による膨張工程において、前述の第１の副噴射より早い時期に行われる。
【００２３】
各気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄのうち、レイトポスト噴射が行われるのは第１および第２の気筒１２ａ，１２ｂである。すなわち、気筒１２ａ，１２ｂでは、ＮＯｘ吸蔵触媒２２へ多量のＨＣを供給するためにレイトポスト噴射が行われる。
【００２４】
一方、エンジン１０の排出ガスの低温時には、各気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄでアーリーポスト噴射が行われる。
【００２５】
各気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの下流側に各排気枝管２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが連通している。各気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄで生じる排出ガスは、各排気枝管２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄに導入される。第１および第２の排気枝管２３ａ，２３ｂの下流に第１の集合管２４が連通している。第３および第４の排気枝管２３ｃ，２３ｄの下流に第２の集合管２５が連通している。第１の集合管２４は、例えばレイトポスト噴射が行われる第１および第２の気筒１２ａ，１２ｂの排気枝管２３ａ，２３ｂと連通する。第２の集合管２５は、レイトポスト噴射が行われない第３および第４の気筒１２ｃ，１２ｄの第３および第４の排気枝管２３ｃ，２３ｄと連通する。これらの排気枝管２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄと第１，第２の集合管２４，２５は、排気マニホールド３０を構成する。
【００２６】
第１，第２の集合管２４，２５は、その下流において合流部３１で合流し、排気通路３２に連通する。排気通路３２の下流側には、排気後処理装置の一例として、排出ガスを浄化するＮＯｘ吸蔵触媒２２を有する。
【００２７】
ＮＯｘ吸蔵触媒２２は、例えばＡｌ２Ｏ３（アルミナ）を担体としている。この担体には、例えばＫ（カリウム）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｌｉ（リチウム）、Ｃｓ（セシウム）のようなアルカリ金属、Ｂａ（バリウム）、Ｃａ（カルシウム）のようなアルカリ土類、Ｌａ（ランタン）、Ｙ（イットリウム）のようなアルカリ希土類から選ばれた少なくとも一つと、Ｐｔ（白金）のような貴金属とが担持される。
【００２８】
このＮＯｘ吸蔵触媒２２は、排気通路３２より導入される排出ガス中の空燃比がリーンの場合には、ＮＯｘを吸蔵する。また、排出ガス中の空燃比がリッチになると、吸蔵したＮＯｘを放出する。
【００２９】
本実施の形態で使用されるエンジン１０は、ディーゼルエンジンである。そのため、通常の運転時は排出ガス中の空燃比はリーン域である。排出ガス中の空燃比をリッチにするためには、図２中の（Ｂ）に示すように、第１および第２の気筒１２ａ，１２ｂにおいて、レイトポスト噴射を行う。図２中において、信号オン時は電磁弁が開き、オフ時は電磁弁が閉じる。レイトポスト噴射により、排出ガス中の空燃比はリッチになり、ＮＯｘ吸蔵触媒２２が吸蔵したＮＯｘが排出される。
【００３０】
第２の集合管２５に、排気還流通路として機能するＥＧＲ通路１１が接続されている。ＥＧＲ通路１１への導入部である流入口１１ａは第２の集合管２５に開口しているため、前記レイトポスト噴射による多量のＨＣを含有しない排出ガスの一部が、ＥＧＲガスとして導入される。ＥＧＲ通路１１の途中にＥＧＲクーラ３３が設けられている。ＥＧＲクーラ３３の下流にＥＧＲバルブ３４が設けられている。ＥＧＲバルブ３４はＥＣＵ２０により、ＥＧＲガスの吸気系への流入を制御する。例えば、エンジン１０に高出力が要求される場合は、ＥＧＲガスの流入を止めるといった制御などがなされる。なお、ＥＧＲ通路１１はレイトポスト噴射が行われない気筒１２ｃ，１２ｄから吸気系へ接続されてもよい。
【００３１】
次に本実施の形態の作用について説明する。
運転者がイグニションスイッチをオンすることにより、エンジン１０が運転を開始する。各気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄには、燃焼空気が導入され、インジェクタ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄより主噴射が行われる。エンジン１０の排出ガスの温度が低いときには、ＮＯｘ吸蔵触媒２２が有効に機能する温度に達していない場合がある。
【００３２】
そのような場合は、図２の（Ａ），（Ｂ）に示すように各気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄにてアーリーポスト噴射が行われる。アーリーポスト噴射により、ＮＯｘ吸蔵触媒２２が有効に機能する温度まで排気温度が上昇する。なお、排気温度がＮＯｘ吸蔵触媒２２が有効に機能する温度まで上昇したのちは、アーリーポスト噴射を終了してもよい。
【００３３】
第１および第２の気筒１２ａ，１２ｂより排出される排出ガスは、第１および第２の排気枝管２３ａ，２３ｂを通り、第１の集合管２４へ流入する。第３および第４の気筒１２ｃ，１２ｄより排出される排出ガスは、第３および第４の排気枝管２３ｃ，２３ｄを通り、第２の集合管２５へ流入する。第２の集合管２５を流動する排出ガスの一部は、ＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路１１から吸気系へ戻される。第１，第２の集合管２４，２５を流動する排出ガスは、合流部３１において混合され、ＮＯｘ吸蔵触媒２２へ流入するため、合流部３１にて混合された排出ガスが、ＥＧＲ通路１１から吸気系に戻されることはない。
【００３４】
エンジン１０の通常の運転時では、排出ガスに含まれるＮＯｘは、ＮＯｘ吸蔵触媒２２に吸蔵される。ＮＯｘ吸蔵触媒２２がＮＯｘを所定量吸蔵すると、ＥＣＵ２０の制御により、第１および第２の気筒１２ａ，１２ｂにてレイトポスト噴射が行われる。このため、第１および第２の気筒１２ａ，１２ｂより排出される排出ガスにより、合流部３１で排出ガスの空燃比がリッチになり、ＮＯｘ吸蔵触媒２２へ流入する。
【００３５】
空燃比がリッチになった排出ガスがＮＯｘ吸蔵触媒２２に導入されると、ＮＯｘ吸蔵触媒２２は吸蔵したＮＯｘの放出を開始する。放出されたＮＯｘは、排出ガス中に含有されるＨＣと反応してＮ２へ還元される。
【００３６】
このように、レイトポスト噴射による多量のＨＣを含有する排出ガスが通る第１および第２の気筒１２ａ，１２ｂと、レイトポスト噴射による多量のＨＣを含まない排出ガスが通る第３および第４の気筒１２ｃ，１２ｄが分けられる。このため、ＥＧＲによる排出ガスの温度上昇と、レイトポスト噴射によるＮＯｘ吸蔵触媒２２の活性化が両立し、かつ、ＥＧＲ通路１１やＥＧＲクーラ３３やＥＧＲバルブ３４の、ＨＣによる汚損を防止することができる。
【００３７】
さらに、全ての気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄでアーリーポスト噴射を行うことにより、排出ガスの温度が効果的に上昇されるため、ＮＯｘ吸蔵触媒２２の活性化を促すことができる。なお、気筒１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの一部のみがアーリーポスト噴射を行ってもよい。
【００３８】
また、排気後処理装置にはユリアＳＣＲやＨＣ−ＳＣＲやＣＲ−ＤＰＦなどを採用してもよい。これらをはじめとして、本発明を実施するに当たって、本発明を構成する要素を本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変換して実施できることは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明によれば、ＥＧＲの還流ガスによる排出ガスの温度上昇と第１の副噴射による排気後処理装置の活性化が両立でき、しかも排気還流通路の汚損を防ぐことができる。
【００４０】
請求項２に記載した発明によれば、上記効果に加え、第１の副噴射による多量のＨＣを含有する排出ガスが、排気還流通路へ流入することを効果的に防ぐことができる。
【００４１】
請求項３に記載した発明によれば、排出ガスの温度をより高めることが可能となり、排気後処理装置の活性化をさらに促すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である内燃機関の排気浄化装置を示す模式図。
【図２】本発明の一実施形態である内燃機関の排気浄化装置において、ＥＣＵからインジェクタの電磁弁へ送られる開閉の指示信号を示す図。
【符号の説明】
１１…ＥＧＲ通路（排気還流通路）
１１ａ…流入口（排気還流通路の導入部）
１２ａ…第１の気筒（第１，第２の副噴射を行う気筒）
１２ｂ…第２の気筒（第１，第２の副噴射を行う気筒）
１２ｃ…第３の気筒（第２の副噴射を行う気筒）
１２ｄ…第４の気筒（第２の副噴射を行う気筒）
１３…コモンレール燃料噴射システム（副噴射手段）
２０…ＥＣＵ（副噴射手段）
２２…ＮＯｘ吸蔵触媒（排気後処理装置）
２４…第１の集合管（第１の通路）
２５…第２の集合管（第２の通路）。
【図１】
2004150341.tif 000003
【図２】
2004150341.tif 000004