(57)【要約】【課題】ＨＣ吸着材を用いて吸着したＨＣによりＮＯｘを反応浄化させて、ＨＣの有効利用を実現した上で、無駄な燃料消費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】車両減速時などの低負荷域では第２の燃焼モードを実行して、排ガス中の増加したＨＣを排気浄化触媒装置のＨＣ吸着層に吸着させる一方、その後に車両加速時などに伴って負荷が増加すると第１の燃焼モードを実行し、負荷の増加に伴って温度上昇したＨＣ吸着層からＨＣを脱離させて、排ガス中のＮＯｘの反応浄化に利用する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の燃焼モードと、該第１の燃焼モードよりＥＧＲ量を増量させてＨＣの増加を許容しながらスモークの排出を抑制するとともにＮＯｘの排出を低減する第２の燃焼モードとを切換可能な内燃機関と、
所定の低負荷域では上記内燃機関に上記第２の燃焼モードを実行させるとともに、上記所定の低負荷域より高負荷の領域では上記内燃機関に上記第１の燃焼モードを実行させる制御手段と、
上記内燃機関の排ガス中のＨＣを吸着し、温度上昇とともに吸着ＨＣを脱離するＨＣ吸着材と該ＨＣ吸着材からの脱離ＨＣとＮＯｘとを反応浄化させるＮＯｘ触媒とを有して、上記内燃機関の排気系に設けられる排気浄化触媒装置と
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
上記ＮＯｘ触媒は、脱離ＨＣの存在下でＮＯｘを還元または分解する選択還元型ＮＯｘ触媒であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
上記ＮＯｘ触媒は、上記第１の燃焼モード実行時に排出されるＮＯｘを吸蔵または吸着し、上記第２の燃焼モード実行時及びＨＣ吸着材からのＨＣ脱離時にＮＯｘを放出還元するＮＯｘ触媒であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
上記排気浄化触媒装置は、上記ＨＣ吸着材と上記ＮＯｘ触媒とを一体に有していることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
上記制御手段は、上記内燃機関の排気系の温度に関連する指標が上記ＨＣ吸着材の吸着温度域相当の範囲にある場合は、上記指標がＨＣ吸着材の離脱開始温度相当以上である場合に比べて、上記第２の燃焼モードにおけるＥＧＲ量を増量することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
上記制御手段は、上記内燃機関の排気系の温度に関連する指標が上記ＨＣ吸着材の吸着温度域相当の範囲にある場合は、上記指標がＨＣ吸着材の離脱開始温度相当以上である場合に比べて、上記第２の燃焼モードを実行する所定の低負荷域を拡大することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
上記制御手段は、上記内燃機関が冷態始動された場合は始動後所定期間の間、上記第２の燃焼モードの実行を禁止することを特徴とする請求項１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】
本発明は内燃機関（以下、エンジンという）の排気浄化装置に係り、詳しくは排気系に設けられたＮＯｘ触媒により排ガス中のＮＯｘを反応浄化する排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【関連する背景技術】
この種のエンジンの排気浄化装置として、ＮＯｘ触媒により排ガス中のＮＯｘを効率よく浄化させるためにＨＣ吸着材を利用したものがある（例えば、特許文献１参照）。当該特許文献１に記載の排気浄化装置は、噴射ノズルから噴射した軽油を還元剤として利用して、排気系に設けた選択還元型ＮＯｘ触媒上で排ガス中のＮＯｘを反応浄化させるとともに、ＮＯｘ触媒の上流側にＨＣ吸着材を設けている。
【０００３】
ＨＣ吸着材は比較的低温域（吸着温度域）で排ガス中のＨＣを吸着し、所定温度（脱離開始温度）を越えると吸着したＨＣを脱離する性質を有している。よって、排温低下に伴ってＨＣ吸着材の温度が低下する車両減速時などに、排ガス中のＨＣがＨＣ吸着材に吸着され、その後の車両加速時などに排温とともにＨＣ吸着材の温度が上昇すると、吸着されたＨＣがＨＣ吸着材から脱離して上記燃料噴射ノズルからの還元剤とともにＮＯｘ触媒上に供給される。これにより減速時に発生したＨＣが加速時のＮＯｘの反応浄化に有効利用され、加速に伴って増加するＮＯｘ排出量に応じたＨＣが確保される。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３２５２７９３号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように特許文献１に記載の技術では、ＨＣ吸着材の吸着作用によりＨＣの有効利用を図っているものの、一方で当該技術ではＨＣ供給のために燃料噴射弁から還元剤として軽油を噴射する必要があることから、燃料消費の増大が避けられず、この点の改善が要望されていた。
【０００６】
本発明の目的は、ＨＣ吸着材を用いて吸着したＨＣによりＮＯｘを反応浄化させて、ＨＣの有効利用を実現した上で、無駄な燃料消費を防止することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、第１の燃焼モードと、第１の燃焼モードよりＥＧＲ量を増量させてＨＣの増加を許容しながらスモークの排出を抑制するとともにＮＯｘの排出を低減する第２の燃焼モードとを切換可能な内燃機関と、所定の低負荷域では内燃機関に第２の燃焼モードを実行させるとともに、所定の低負荷域より高負荷の領域では内燃機関に第１の燃焼モードを実行させる制御手段と、内燃機関の排ガス中のＨＣを吸着し、温度上昇とともに吸着ＨＣを脱離するＨＣ吸着材と該ＨＣ吸着材からの脱離ＨＣとＮＯｘとを反応浄化させるＮＯｘ触媒とを有して、内燃機関の排気系に設けられる排気浄化触媒装置とを備えたものである。
【０００８】
従って、例えばアイドル運転時や車両減速時などの低負荷域では、制御手段により内燃機関が第２の燃焼モードを実行し、当該第２の燃焼モードでは、第１の燃焼モードに比較してＥＧＲ量が増量されることで、スモークやＮＯｘの排出を抑制しながらＨＣの増加が許容され、このときのＨＣが排気浄化触媒装置のＨＣ吸着材に吸着される。その後に車両加速時などに伴って負荷が増加すると、内燃機関は第１の燃焼モードを実行するとともに、負荷の増加に伴って温度上昇した排気浄化触媒装置のＨＣ吸着材からＨＣが脱離し、この脱離ＨＣによりＮＯｘが反応浄化される。
【０００９】
そして、このようにＮＯｘ排出量の低減を目的として実行される第２の燃焼モードで発生するＨＣを利用して、第１の燃焼モードでのＮＯｘを反応浄化するようにしたため、例えば燃料噴射弁からＮＯｘ還元剤として燃料を噴射する場合に比較して無駄な燃料消費が未然に防止される。
請求項２の発明は、請求項１において、ＮＯｘ触媒を、脱離ＨＣの存在下でＮＯｘを還元または分解する選択還元型ＮＯｘ触媒としたものである。
【００１０】
従って、第１の燃焼モードの実行時に排出されるＮＯｘが、温度上昇に伴ってＨＣ吸着材から脱離されたＨＣにより還元または分解されて、効率的なＮＯｘの浄化が実現される。
請求項３の発明は、請求項１において、ＮＯｘ触媒を、第１の燃焼モード実行時に排出されるＮＯｘを吸蔵または吸着し、第２の燃焼モード実行時及びＨＣ吸着材からのＨＣ脱離時にＮＯｘを放出還元するＮＯｘ触媒（吸蔵型ＮＯｘ触媒または吸着型ＮＯｘ触媒）としたものである。
【００１１】
従って、第１の燃焼モードの実行時に排出されるＮＯｘがＮＯｘ触媒に吸蔵または吸着され、この吸蔵または吸着されたＮＯｘは、第１の燃焼モードにおいて温度上昇に伴ってＨＣ吸着材から脱離されたＨＣにより放出還元されるとともに、第２の燃焼モードにおいて排ガス中で増加したＨＣの内、ＨＣ吸着材に吸着されなかった余剰ＨＣにより放出還元されるため、効率的なＮＯｘの浄化が実現され、しかも、このように吸蔵型ＮＯｘ触媒または吸着型ＮＯｘ触媒を自然に再生する機会が増えるため、強制再生のための処理、例えばリッチスパイクなどの回数が減少される。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１において、排気浄化触媒装置が、ＨＣ吸着材とＮＯｘ触媒とを一体に有しているものである。
従って、ＨＣ吸着材と上記ＮＯｘ触媒とは、共通の担体上に相互に重なり合った層として形成されたり、或いは混ざり合った単一の層として形成されたりし、ＨＣ吸着材から脱離したＨＣが確実にＮＯｘ触媒に捕捉されてＮＯｘの反応浄化に利用される。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１において、制御手段が、内燃機関の排気系の温度に関連する指標がＨＣ吸着材の吸着温度域相当の範囲にある場合は、指標がＨＣ吸着材の離脱開始温度相当以上である場合に比べて、第２の燃焼モードにおけるＥＧＲ量を増量するものである。
従って、排気系の温度に関連する指標が吸着温度域相当の範囲にあるときには、脱離開始温度相当以上の場合に比較してＨＣ吸着材が十分なＨＣ吸着能力を保持していると見なせる。よって、第２の燃焼モードのＥＧＲ量を増量させることで排ガス中のＨＣを増加させても、増加したＨＣはＨＣ吸着材に吸着され、その後の第１の燃焼モードでＮＯｘ触媒にＨＣ吸着材から十分な脱離ＨＣを供給可能となる。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１において、制御手段が、内燃機関の排気系の温度に関連する指標がＨＣ吸着材の吸着温度域相当の範囲にある場合は、指標がＨＣ吸着材の離脱開始温度相当以上である場合に比べて、第２の燃焼モードを実行する所定の低負荷域を拡大するものである。
従って、排気系の温度に関連する指標が吸着温度域相当の範囲にあるときには、脱離開始温度相当以上の場合に比較して、より高負荷の領域までＨＣ吸着材がＨＣ吸着能力を維持できると見なせる。よって、第２の燃焼モードの領域を拡大することでＨＣ吸着材に吸着されるＨＣ量が増加し、その後の第１の燃焼モードでＮＯｘ触媒にＨＣ吸着材から十分な脱離ＨＣを供給可能となる。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項１において、制御手段が、内燃機関が冷態始動された場合は始動後所定期間の間、第２の燃焼モードの実行を禁止するものである。従って、内燃機関の冷態始動時には所定時間が経過するまで第２の燃焼モードの実行が禁止されるため、冷態始動直後にＥＧＲ量を増量する第２の燃焼モードが実行されて燃焼が不安定になる事態が防止されるとともに、冷態始動直後の第２の燃焼モードで生じたＨＣによりＨＣ吸着材が飽和して、その後の肝心の低負荷域でＨＣを吸着不能となる事態が防止される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
以下、本発明をコモンレール式のディーゼルエンジンの排気浄化装置に具体化した第１実施形態を説明する。
図１は本実施形態のディーゼルエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図である。この図ではディーゼルエンジン１の１気筒分が表されており、シリンダブロック１ａ内に配設されたピストン２は、コンロッド３を介して図示しないクランクシャフトと連結されている。エンジン１のシリンダヘッド４には筒内に臨むように燃料噴射弁５が配設され、この燃料噴射弁５は各気筒共通のコモンレール６に接続されている。コモンレール６には燃料ポンプ７が接続され、燃料ポンプ７から供給される高圧燃料がコモンレール６内に貯留されている。
【００１７】
燃料噴射弁５は圧縮上死点近傍の所定タイミングで開弁され、コモンレール６内の高圧燃料が燃料噴射弁５からピストン頭部のキャビティ２ａに向けて噴射されて、圧縮空気中で着火・燃焼してピストン２を押し下げる。コモンレールシステムの構成は公知のものであるため詳述しないが、燃料噴射弁５の開弁状態を制御することで、燃料噴射量及び噴射時期を自由に設定可能である。
【００１８】
一方、各気筒の筒内は、シリンダヘッド４に形成された吸気ポート８を介して共通の吸気通路９に接続され、吸気通路９には上流側より、エアクリーナ１０、吸気絞り弁１２が設けられている。また、各気筒の筒内は、シリンダヘッド４の排気ポート１３を介して共通の排気通路１４に接続され、排気通路１４には上流側より、排気絞り弁１５、排気浄化触媒装置１６、及び図示しない消音器が設けられている。
【００１９】
本実施形態の排気浄化触媒装置１６は、多数のセルからなるハニカム（モノリス）型のコージライト担体を有する触媒として構成されている。図２は一つのセルの四半部を示しており、コージライト担体１６ａの表面にはＨＣ吸着層１６ｂが形成され、このＨＣ吸着層１６ｂの表面には選択還元型ＮＯｘ触媒層１６ｃが形成されている。
【００２０】
ＨＣ吸着層１６ｂはゼオライトを主成分とし、比較的低温の吸着温度域で排ガス中のＨＣを吸着し、この吸着温度域より平衡域を経て高温側の脱離開始温度を越えると、吸着したＨＣを脱離する機能を有する。一方、選択還元型ＮＯｘ触媒層１６ｃは、ＨＣが存在する雰囲気中でＮＯｘを還元または分解する機能を有する。
【００２１】
そして、エアクリーナ１０から吸気通路９に導入された吸入空気は、吸気絞り弁１２を経て各気筒の吸気弁１８の開弁に伴って筒内に導入され、ピストン２の上昇に伴って圧縮されて上記のように燃焼に利用される。燃焼後の排ガスは排気弁１９の開弁に伴って排気通路１４に排出されて排気絞り弁１５を経た後に排気浄化触媒装置１６を通過し、消音器を経て大気中に排出される。
【００２２】
一方、上記吸気通路９の吸気絞り弁１２の下流位置にはＥＧＲ通路２３の一端が接続され、このＥＧＲ通路２３にはＥＧＲ弁２１及びＥＧＲクーラ２５が設けられると共に、ＥＧＲ通路２３の他端は上記排気通路１４の排気絞り弁１５の上流位置に接続されている。排気通路１４から吸気通路９へのＥＧＲの還流はＥＧＲ通路２３を経て行われ、ＥＧＲ弁２１の開弁時には、ＥＧＲ通路２３を経てＥＧＲクーラ２５で冷却された排ガスが還流される。なお、このときのＥＧＲ率は、ＥＧＲ弁２１の開度、吸気絞り弁１２による吸入空気の制限、排気絞り弁１５による排ガスの制限に応じて適宜調整される。
【００２３】
一方、車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子制御ユニット）３１が設置されている。ＥＣＵ３１の入力側には、アクセル操作量θａｃｃを検出するアクセルセンサ３２、エンジン回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサ３３等の各種センサ類が接続され、出力側には上記燃料噴射弁５、吸気絞り弁１２、排気絞り弁１５、ＥＧＲ弁１２等の各種デバイス類が接続されている。
【００２４】
そして、ＥＣＵ３１はアクセル操作量θａｃｃ及びエンジン回転速度Ｎｅに基づき、図示しないマップから燃料噴射量Ｑを算出する一方、エンジン回転速度Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに基づき、図示しないマップから燃料噴射時期ＩＴを算出し、これらの算出値に基づいて燃料噴射弁５を駆動制御する。
また、ＥＣＵ３１はエンジン回転速度Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑの算出値に基づき、図示しないマップから目標空気過剰率λｔｇｔを算出し、この目標空気過剰率λｔｇｔと実際の空気過剰率λとからＥＧＲ弁２１の開度（つまり、ＥＧＲ率）をフィードバック制御する。
【００２５】
一方、本実施形態のエンジン１は、運転領域に応じて燃焼モードを切換可能に構成されている。当該燃焼モードは、第１の燃焼モードと第２の燃焼モードとの間で切換えられ、以下、両燃焼モードでの排ガス特性を図３の特性図に基づいて説明する。
ＨＣ排出量は空気過剰率λの低下（排気空燃比のリッチ化）に伴って増加し、ＮＯｘ排出量は空気過剰率λの増加（排気空燃比のリーン化）に伴って増加し、両者はトレードオフの関係にある。また、スモークも本来はＨＣと同様に空気過剰率λの低い領域で増加する傾向にあるが、本実施形態では空気過剰率λの低い領域で燃料噴射時期ＩＴを大幅に進角させているため、燃料噴射から着火までの噴射燃料と空気との予混合時間が確保され、図に示すように空気過剰率λの低い領域でのスモークの増加が抑制されている。なお、燃料噴射時期ＩＴは必ずしも進角させる必要はなく、空気過剰率λの変化に対して常に一定の燃料噴射時期ＩＴに制御してもよい。
【００２６】
上記第１の燃焼モードでは、一般的なディーゼルエンジンと同様にＥＧＲ量をある程度制限してストイキオよりリーン側の空気過剰率λに制御され、ＮＯｘ排出量が多少増加するものの、ＨＣ及びスモークの排出を抑制した排ガス特性が実現される。また、第２の燃焼モードでは、ＥＧＲ量を増量して第１の燃焼モードよりはリッチ側の空気過剰率λに制御され、ＨＣ排出量が多少増加するものの、ＮＯｘ及びスモークの排出を抑制した排ガス特性が実現される。
【００２７】
燃焼モードの設定は図４に示すマップに従ってＥＣＵ３１により実施され、燃焼モードの設定に応じてエンジン１が制御される（制御手段）。燃焼モードは機関負荷（具体的には、燃料噴射量Ｑなどを適用）及びエンジン回転速度Ｎｅに対応して設定され、多量のＥＧＲ還流により新気量の制限を受ける第２の燃焼モードは、機関負荷及びエンジン回転速度Ｎｅが比較的低い領域で設定され、それ以上の領域では第１の燃焼モードが設定される。
【００２８】
また、エンジン１の冷態始動時には、予め設定された所定時間が経過するまでＥＣＵ３１により第２の燃焼モードの実行が禁止される。よって、冷態始動直後に第２の燃焼モードに対応する運転領域、例えばアイドル運転などが継続されても、所定時間の経過前以前は第１の燃焼モードが実行される。
次に、以上のように構成されたディーゼルエンジン１の排気浄化装置が奏する排気浄化作用を図５のタイムチャートに基づいて説明する。なお、当該タイムチャートは、予め設定された走行パターンに従って車両を加減速させたときのＮＯｘ排出量、触媒温度、ＰＭ排出量（スモークと相関する）の測定結果を示している。
【００２９】
排気浄化触媒装置１６の温度（図中の触媒温度）は、車両の加減速状態に応じたエンジン１の排温変化に対し、若干の遅れをもって追従して変化する。例えば減速時などには、エンジン１の排温低下に伴って触媒温度は吸着温度域まで低下し、加速時などには、エンジン１の排温上昇に伴って触媒温度は上昇して脱離開始温度（例えば、図中に示す１６０℃）を越える。
【００３０】
一方、減速時などには機関負荷やエンジン回転速度Ｎｅの低下に伴ってＥＣＵ３１により図４のマップから第２の燃焼モードが設定されるため、図３の特性に基づき排ガス中のＨＣが増加し、加速時などには機関負荷やエンジン回転速度Ｎｅの増加に伴ってＥＣＵ３１により図４のマップから第１の燃焼モードが設定されるため、図３の特性に基づき排ガス中のＮＯｘが増加する。
【００３１】
その結果、図５に示すように、車両の加減速毎に触媒温度が脱離開始温度を越える期間と、ＮＯｘ排出量が急増する期間とが略同期するとともに、図示はしないが、加減速毎に触媒温度が吸着温度域まで低下する期間とＨＣ排出量が増加する期間とが略同期する。よって、車両の減速時などには、増加した排ガス中のＨＣが吸着温度域にある排気浄化触媒装置１６のＨＣ吸着層１６ｂに吸着され、その後の加速時などにＨＣ吸着層１６ｂに吸着されたＨＣが脱離して、表面側の選択還元型ＮＯｘ触媒層１６ｃ上で排ガス中のＮＯｘの還元または分解に利用される。
【００３２】
ここで、排ガス中のＮＯｘに対して脱離ＨＣの供給量が不足する場合にはＮＯｘの排出に繋がり、脱離ＨＣの供給量が過剰な場合にはＨＣの排出に繋がる。そこで、第１の燃焼モードにおいてＥＣＵ３１はエンジン１の排温や排気流量を制御して、ＨＣ吸着層１６ｂからのＨＣの脱離状態を調整している。例えば、排温制御は排気行程での燃料噴射により実施され、燃料増量により排温が上昇するほどＨＣの脱離は活発となる。また、排気流量制御は吸気絞り弁１２による吸入空気の制限や排気絞り弁１５による排ガスの制限により実施され、弁開度の増加により排気流量が増加するほどＨＣの脱離は活発となる。これらの排温制御や排気流量制御により排ガス中のＮＯｘに応じて脱離ＨＣが過不足なく供給され、ＮＯｘやＨＣの排出をより一層確実に防止することができる。
【００３３】
以上の説明から明らかなように、本実施形態のディーゼルエンジン１の排気浄化装置によれば、車両減速時などに発生したＨＣを排気浄化触媒装置１６のＨＣ吸着層１６ｂに一時的に吸着して、その後の加速時などのＮＯｘの還元・分解に有効利用しているため、加速時などに急増するＮＯｘを確実に浄化することができる。
【００３４】
しかも、ＮＯｘ排出量の低減を目的として低負荷低回転域において実行される第２の燃焼モードで発生するＨＣを利用して、第１の燃焼モードでのＮＯｘを反応浄化するようにしたため、例えば特許文献１に記載の技術のように燃料噴射弁から還元剤として軽油を噴射する場合に比較して、無駄な燃料消費を未然に防止することができる。
【００３５】
また、排気浄化触媒装置１６にＨＣ吸着層１６ｂとＮＯｘ触媒層１６ｃとを重ね合わせて形成したため、ＨＣ吸着層１６ｂから脱離したＨＣは表面側のＮＯｘ触媒層１６ｃに確実に捕捉される。よって、脱離ＨＣを無駄なくＮＯｘの反応浄化に利用することができる。
一方、エンジン１の冷態始動時には、所定時間が経過するまで第２の燃焼モードの実行が禁止されるため、冷態始動直後にＥＧＲ量を増量する第２の燃焼モードが実行されて燃焼が不安定になる事態を未然に防止できる。しかも、冷態始動直後に第２の燃焼モードが実行されると、生じたＨＣの吸着により排気浄化触媒装置１６のＨＣ吸着層１６ｂが飽和して、その後の肝心の減速時などにＨＣを吸着できずにそのまま排出してしまう虞があるが、このような事態を未然に防止して、その信頼性を向上できるという利点もある。
【００３６】
なお、本実施形態では、排気浄化触媒装置１６のＨＣ吸着層１６ｂの表面に選択還元型ＮＯｘ触媒層１６ｃを形成したが、例えば図６に示すように、ＨＣ吸着層１６ｂと選択還元型ＮＯｘ触媒層１６ｃとを混ざり合った単一の層１６ｄとして形成してもよく、この場合でも実施形態と同じく同様の作用効果が得られる。また、これら図２や図６のように必ずしもＨＣ吸着層１６ｂとＮＯｘ触媒層１６ｃとを共通の担体１６ａ上に形成する必要はなく、例えば特許文献１の技術のようにＮＯｘ触媒の上流側にＨＣ吸着材を別体で設けてもよい。
【００３７】
［第２実施形態］
次に、本発明を別のディーゼルエンジン１の排気浄化装置に具体化した第２実施形態を説明する。本実施形態の排気浄化装置は、第１実施形態で説明したものに対して、図２に示す選択還元型ＮＯｘ触媒層１６ｃに代えて吸蔵型ＮＯｘ触媒層１６ｅを形成した点が相違し、その他の構成は同一である。よって、吸蔵型ＮＯｘ触媒層１６ｅが奏するＮＯｘの吸蔵・放出還元作用を重点的に説明する。
【００３８】
吸蔵型ＮＯｘ触媒層１６ｅは、空気過剰率の高い雰囲気中でＮＯｘを吸蔵し、主としてＨＣ，ＣＯが存在する空気過剰率の低い雰囲気中でＮＯｘを一旦放出した後にＮ２（窒素）等に還元させる機能を有する。
ＥＣＵ３１による燃焼モードの制御は第１実施形態と同様であり、図４のマップに従って機関負荷及びエンジン回転速度Ｎｅが比較的低い領域では第２の燃焼モードが実行され、それ以上の領域では第１の燃焼モードが実行される。そして、上記第１実施形態と同じく、車両減速時などには第２の燃焼モードの実行により排ガス中のＨＣが増加し、そのＨＣが吸着温度域にあるＨＣ吸着層１６ｂに吸着される。
【００３９】
一方、車両加速時などには第１の燃焼モードの実行により排ガス中のＮＯｘが増加するが、そのＮＯｘは吸蔵型ＮＯｘ触媒層１６ｅに吸蔵される。このとき同時に、脱離開始温度を越えたＨＣ吸着層１６ｂからＨＣが脱離し、脱離したＨＣにより吸蔵型ＮＯｘ触媒層１６ｅ上のＮＯｘが放出還元される。
また、吸蔵型ＮＯｘ触媒層１６ｅからのＮＯｘの放出還元は上記した第２の燃焼モードでも行われ、排ガス中で増加したＨＣの内、ＨＣ吸着層１６ｂに吸着されなかった余剰ＨＣがＮＯｘの放出還元作用を奏する。なお、吸蔵型ＮＯｘ触媒層１６ｅからのＮＯｘの放出作用は主にＣＯによって奏されるが、ＣＯは図３に示すＨＣの特性と同様に空気過剰率λが低い第２の燃焼モードで増加することから、ＮＯｘの放出が効率良く行われる。
【００４０】
このように本実施形態のエンジン１の排気浄化装置は、第１実施形態のものと同じく車両減速時などに発生したＨＣをＨＣ吸着層１６ｂに一時的に吸着して、その後の加速時などのＮＯｘの放出還元に有効利用しているため、加速時などに急増するＮＯｘを確実に浄化できるとともに、第１の燃焼モードで発生するＨＣを利用しているため、無駄な燃料消費を未然に防止できる。
【００４１】
しかも、吸蔵型ＮＯｘ触媒層１６ｅを自然に再生する機会が増えるため、強制再生のための処理、例えばリッチスパイクなどの回数が減少し、この要因も燃料消費の抑制に貢献する。
なお、吸蔵型ＮＯｘ触媒層１６ｅに代えて、ＮＯｘ触媒としてＮＯｘの吸着作用を奏する吸着型ＮＯｘ触媒層を形成してもよく、この場合でも本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００４２】
［第３実施形態］
次に、本発明を別のディーゼルエンジン１の排気浄化装置に具体化した第３実施形態を説明する。本実施形態の排気浄化装置は、第１，２実施形態で説明したものに対して、排気浄化触媒装置１６の温度に基づいて第２の燃焼モードでの空気過剰率λを補正している点が相違し、その他の構成は同一である。よって、相違点である空気過剰率λの補正処理を重点的に説明する。
【００４３】
図７はＥＣＵ３１が実行する空気過剰率補正ルーチンを示すフローチャートであり、エンジン１の運転中にＥＣＵ３１は当該ルーチンを所定の制御インターバルで実行する。
まず、ステップＳ２で第２の燃焼モード中であるか否かを判定し、判定がＮＯ（否定）のときには一旦ルーチンを終了する。ステップＳ２の判定がＹＥＳ（肯定）になると、ステップＳ４に移行して排気浄化触媒装置１６の温度が吸着温度域にあるか否かを判定する。このときの触媒温度はセンサにより直接検出してもよいし、例えば排気温度や冷却水温、或いは始動時冷却水温と始動後経過時間との関係などに基づいて推定してもよい。
【００４４】
ステップＳ４の判定がＮＯのときにはステップＳ６に移行して、第２の燃焼モードの空気過剰率λの目標値λｔｇｔとして図３に基づく通常通りの値を設定し、また、ステップＳ４の判定がＹＥＳのときにはステップＳ８に移行して、空気過剰率λの目標値λｔｇｔを所定量だけリッチ側に補正する。よって、設定した目標値λｔｇｔに基づいて空気過剰率λが制御されながら第２の燃焼モードが実行される。
【００４５】
即ち、触媒温度が吸着温度域にある場合には、排気浄化触媒装置１６のＨＣ吸着層１６ｂが十分なＨＣ吸着能力を保持していることを意味するため、ステップＳ８の処理により空気過剰率λをリッチ化して、第２の燃焼モード中にＨＣ吸着層１６ｂに吸着されるＨＣ量の増加を図っているのである。これにより本実施形態の排気浄化装置では、その後の第１の燃焼モードでＨＣ吸着層１６ｂからの脱離ＨＣがＮＯｘ触媒層１６ｃ，１６ｅに十分に供給されることになり、第１，２実施形態に比較してＮＯｘ浄化効果を一層向上させることができる。
【００４６】
なお、ステップＳ４では推定した触媒温度を吸着温度域と比較したが、これに限ることはなく、例えば吸着温度域に代えて、より低温側に設定した所定温度と比較してもよい。
［第４実施形態］
次に、本発明を別のディーゼルエンジン１の排気浄化装置に具体化した第４実施形態を説明する。本実施形態の排気浄化装置は、第３実施形態で説明した空気過剰率λの補正処理に代えて、第２の燃焼モードの領域を切換えている点が相違し、その他の構成は同一である。よって、相違点である第２の燃焼モードの領域の切換処理を重点的に説明する。
【００４７】
図８はＥＣＵ３１が実行する領域切換ルーチンを示すフローチャートであり、エンジン１の運転中にＥＣＵ３１は当該ルーチンを所定の制御インターバルで実行する。
まず、第３実施形態と同じくステップＳ２で第２の燃焼モード中と判定すると、ステップＳ４に移行して触媒温度が吸着温度域であるか否かを判定する。判定がＮＯのときにはステップＳ１２に移行して、第２の燃焼モードの領域として図４に実線で示す通常通りの領域を設定し、また、ステップＳ４の判定がＹＥＳのときにはステップＳ１４に移行して、第２の燃焼モードの領域として、図４に２点鎖線で示すように領域を拡大する。よって、設定した領域に基づいて第２の燃焼モードが実行される。
【００４８】
即ち、触媒温度が吸着温度域にある場合には、機関負荷及びエンジン回転速度Ｎｅがより高い領域までＨＣ吸着層１６ｂがＨＣ吸着能力を維持できると見なせるため、第２の燃焼モードの領域を拡大しているのである。結果として本実施形態の排気浄化装置では、第３実施形態と同様にＨＣ吸着層１６ｂに吸着されるＨＣ量が増加するため、その後の第２の燃焼モードでＨＣ吸着層１６ｂからの脱離ＨＣがＮＯｘ触媒層１６ｃ，１６ｅに十分に供給されて、第１，２実施形態に比較してＮＯｘ浄化効果を一層向上させることができる。
【００４９】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、各実施形態ではコモンレール式のディーゼルエンジン１の排気浄化装置に具体化したが、これに限定されることはなく、例えば燃料噴射をガバナで制御する一般的なディーゼルエンジンの排気浄化装置に具体化してもよい。
【００５０】
また、上記各実施形態では、機関負荷及びエンジン回転速度Ｎｅに応じて燃焼モードを設定したが、必ずしもエンジン回転速度Ｎｅを考慮する必要はなく、機関負荷のみに基づいて燃焼モードを設定してもよい。
さらに、上記第３実施形態では触媒温度に基づいて第２の燃焼モードの空気過剰率λを補正し、第４実施形態では触媒温度に基づいて第２の燃焼モードの領域を切換えたが、例えば、これらの処理を組み合わせてもよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１〜３の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、ＨＣ吸着材を用いて吸着したＨＣによりＮＯｘを反応浄化させるため、ＨＣの有効利用を実現できるとともに、ＮＯｘ排出量の低減を目的とした第２の燃焼モードで発生したＨＣをＨＣ吸着材に吸着させるため、無駄な燃料消費を防止することができる。
【００５２】
請求項４の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１に加えて、ＨＣ吸着材とＮＯｘ触媒とを一体としたため、脱離ＨＣを確実にＮＯｘ触媒に捕捉させて無駄なくＮＯｘの反応浄化に利用することができる。
請求項５，６の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１に加えて、排気系の温度に関連する指標が吸着温度域相当の範囲にあり、ＨＣ吸着材の吸着能力に余力がある場合には、ＥＧＲ量の増量、或いは第２の燃焼モードの領域拡大によりＨＣ吸着材に吸着されるＨＣ量を増加させるため、ＮＯｘ浄化効果を一層向上させることができる。
【００５３】
請求項７の発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、請求項１に加えて、内燃機関の冷態始動時に所定時間が経過するまで第２の燃焼モードの実行を禁止するため、燃焼が不安定になる事態を防止できるとともに、ＨＣ吸着材の飽和により肝心の低負荷域でＨＣを吸着不能となる事態を防止でき、もって、その信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のディーゼルエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図である。
【図２】排気浄化触媒装置のセルの四半部を示す拡大断面図である。
【図３】第１及び第２燃焼モードによる排ガス特性を示す特性図である。
【図４】燃焼モードを設定するためのマップを示す説明図である。
【図５】車両の加減速に伴うＮＯｘ排出量、触媒温度、ＰＭ排出量の測定結果を示すタイムチャートである。
【図６】ＨＣ吸着層とＮＯｘ触媒層とを単一層とした別例の排気浄化装置のセルの四半部を示す拡大断面図である。
【図７】第３実施形態のＥＣＵが実行する空気過剰率補正ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】第４実施形態のＥＣＵが実行する領域切換ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１        エンジン（内燃機関）
１６      排気浄化触媒装置
１６ｂ    ＨＣ吸着層（ＨＣ吸着材）
１６ｃ    選択還元型ＮＯｘ触媒層（選択還元型ＮＯｘ触媒）
１６ｅ    吸蔵型ＮＯｘ触媒層（ＮＯｘ触媒）
３１      ＥＣＵ（制御手段）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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