(57)【要約】【課題】内燃機関を安定して運転せしめる。【解決手段】燃料噴射時期が一定の状態で燃焼室２内における煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも多い第１の燃焼と、燃焼室内における煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも少ない第２の燃焼とを選択的に行う内燃機関から排出される排気ガス中のＳＯｘを保持するＳＯｘ保持剤１４を機関排気通路７に具備する。ＳＯｘ保持剤がそこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中のＳＯｘを保持し、そこに流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとなると保持しているＳＯｘを放出する。ＳＯｘ保持剤からＳＯｘを放出させるべきときには、内燃機関に対する冷却水の冷却能力を低下させた上で第１の燃焼を実行しつつＳＯｘ保持剤にリッチな排気ガスが供給される。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射弁から燃焼室への燃料噴射時期が一定の状態で燃焼室内に導入される不活性ガスの量が多くなると燃焼室内における煤の発生量が徐々に多くなってピークとなり、燃焼室内に導入される不活性ガスの量がさらに多くなると燃焼室内における煤の発生量が少なくなり、燃焼室内における煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも多い第１の燃焼と、燃焼室内における煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも少ない第２の燃焼とを選択的に行う内燃機関から排出される排気ガス中のＳＯｘを保持するＳＯｘ保持剤を機関排気通路に具備し、ＳＯｘ保持剤がそこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中のＳＯｘを保持し、一方、そこに流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとなると保持しているＳＯｘを放出する排気浄化装置において、ＳＯｘ保持剤の上流において還元剤を噴射するための還元剤噴射手段を具備し、内燃機関が冷却水によって冷却されるようになっており、ＳＯｘ保持剤からＳＯｘを放出させるべきときには、内燃機関に対する冷却水の冷却能力を低下させた上で第１の燃焼を実行しつつＳＯｘ保持剤にリッチな排気ガスが供給されるように上記還元剤噴射手段から還元剤を噴射するようにしたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
冷却水通路を介して内燃機関に冷却水が供給され、該冷却水通路に遮断弁が取り付けられ、内燃機関の温度が予め定められた温度よりも高くなったときに該遮断弁が開弁することによって冷却水通路を介して内燃機関に冷却水が供給されるようになっている排気浄化装置において、ＳＯｘ保持剤からＳＯｘを放出させるべきときに上記予め定められた温度を高く設定することによって内燃機関に対する冷却水の冷却能力を低下させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
冷却水通路を介して内燃機関に冷却水が供給され、該冷却水通路に電磁遮断弁が取り付けられ、内燃機関の温度が予め定められた温度よりも高くなったときに該電磁遮断弁を開弁することによって冷却水通路を介して内燃機関に冷却水が供給されるようになっている排気浄化装置において、ＳＯｘ保持剤からＳＯｘを放出させるべきときに上記予め定められた温度を高く設定することによって内燃機関に対する冷却水の冷却能力を低下させる少なくするようにしたことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
上記冷却水を冷却するための冷却手段を具備し、ＳＯｘ保持剤からＳＯｘを放出させるべきときに冷却水に対する該冷却手段の冷却能力を低下させることによって内燃機関に対する冷却水の冷却能力を低下させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
冷却水通路を介して内燃機関に冷却水が供給され、該冷却水通路が並列関係にある２つの冷却水枝通路に分岐し、これら冷却水枝通路それぞれに上記冷却手段が配置され、一方の冷却手段に流入する冷却水の量を調整可能となっている排気浄化装置において、ＳＯｘ保持剤からＳＯｘを放出させるべきときに一方の冷却手段に流入する冷却水の量を少なくすることによって冷却水に対する上記冷却手段の冷却能力を低下させるようにしたことを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置。
【請求項６】
冷却水通路を介して内燃機関に冷却水が供給され、上記冷却手段が該冷却水通路に配置され、該冷却水通路に該冷却手段をバイパスするバイパス通路が接続され、冷却手段に流入する冷却水の量とバイパス通路を介して冷却手段をバイパスする冷却水の量との割合が調整可能となっている排気浄化装置において、ＳＯｘ保持剤からＳＯｘを放出させるべきときにバイパス通路を介して冷却手段をバイパスする冷却水の割合を多くすることによって冷却水に対する上記冷却手段の冷却能力を低下させるようにしたことを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許第４０９２５６９号公報に、内燃機関から排出される排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するためのＮＯｘ触媒を具備する排気浄化装置が開示されている。ここでのＮＯｘ触媒はそこに流入する排気ガスが過剰な酸素を含んでいるときには排気ガス中のＮＯｘを保持し、そこに流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると保持しているＮＯｘを還元する。
【０００３】
ところで、このＮＯｘ触媒は、そこに流入する排気ガスが過剰な酸素を含んでいるときには排気ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）をも保持してしまう。ここで、ＮＯｘ触媒が保持しているＳＯｘの量が多くなると、ＮＯｘ触媒が最大限に保持可能なＮＯｘの量が少なくなってしまう。一方、ＮＯｘ触媒の温度を高くすると共に未燃炭化水素（ＨＣ）を多く含んだリッチな排気ガスをＮＯｘ触媒に供給すると、ＮＯｘ触媒はＳＯｘを放出する。
【０００４】
そこで、上記特許では、ＮＯｘ触媒からＳＯｘを放出させるべきときには、ＮＯｘ触媒の温度をＳＯｘ離脱温度よりも高くすると共に、未燃ＨＣを多く含んだリッチな排気ガスをＮＯｘ触媒に供給するようにしている。
【０００５】
ところで、上記特許では、内燃機関の燃焼室から排出された排気ガスを再び燃焼室内に導入することができるようになっている。そして、このように再び燃焼室内に導入される排気ガスを排気再循環（ＥＧＲ）ガスと称したときに、上記特許の内燃機関では、ＥＧＲガス量が多くなると燃焼室内における煤の発生量が多くなってやがてピークに達し、ＥＧＲガス量がさらに多くなると燃焼室内における煤の発生量が少なくなる。すなわち、上記特許では、燃焼室内における煤の発生量がピークとなるＥＧＲガス量よりも多い量のＥＧＲガスを燃焼室内に導入しつつ燃焼室内にて燃料を燃焼させる燃焼（以下、低温燃焼と称す）と、燃焼室内における煤の発生量がピークとなるＥＧＲガス量よりも少ない量のＥＧＲガスを燃焼室内に導入しつつ燃焼室内にて燃料を燃焼させる燃焼（以下、通常燃焼と称す）とを、内燃機関の運転状態（機関運転状態）に応じて、選択的に行わせるようにしている。
【０００６】
ところで、上述したように、上記特許において、ＮＯｘ触媒からＳＯｘを放出させるためには、ＮＯｘ触媒にリッチな排気ガスを供給する必要がある。そして、このためには、燃料噴射弁から燃焼室内に噴射する燃料の量を多くすればよい。ここで、上記特許では、通常燃焼と低温燃焼とを選択的に実行可能となっている。そして、低温燃焼が実行されているときには燃焼室内には比較的多量のＥＧＲガスが存在することから、ＮＯｘ触媒にリッチな排気ガスを供給するために燃料噴射弁から噴射する必要がある燃料の量は、通常燃焼が実行されているときに必要な燃料の量よりも低温燃焼が実行されているときに必要な燃料の量のほうが少ない。
【０００７】
そこで、上記特許では、ＮＯｘ触媒からＳＯｘを放出させるべきときには、ＮＯｘ触媒の温度をＳＯｘ離脱温度よりも高くすると共に、低温燃焼を実行しつつ燃料噴射弁から燃焼室内に噴射する燃料の量を多くすることによってＮＯｘ触媒にリッチな排気ガスを供給するようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した低温燃焼が実行されているときに燃焼室内に新たに吸入される空気の量は少なく、燃料噴射弁から噴射された燃料が十分には燃焼しない。このため、内燃機関を安定して運転せしめるためには、内燃機関に対する要求負荷が比較的小さいときにのみ上述した低温燃焼を実行するようにしたほうが好ましい。ところが、要求負荷がさらに小さいときに上述した低温燃焼を実行すると、内燃機関を安定して運転せしめることができない。
【０００９】
こうした問題は、上述したＮＯｘ触媒と同様に、ＳＯｘを保持することができるＳＯｘ保持剤からＳＯｘを放出させるべきときに、低温燃焼が行われるようになっている内燃機関の排気浄化装置においても、同様に生じる。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、ＳＯｘ保持剤からＳＯｘを放出させるべきときに低温燃焼が行われるようにした内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関を安定して運転せしめることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、１番目の発明では、燃料噴射弁から燃焼室への燃料噴射時期が一定の状態で燃焼室内に導入される不活性ガスの量が多くなると燃焼室内における煤の発生量が徐々に多くなってピークとなり、燃焼室内に導入される不活性ガスの量がさらに多くなると燃焼室内における煤の発生量が少なくなり、燃焼室内における煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも多い第１の燃焼と、燃焼室内における煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも少ない第２の燃焼とを選択的に行う内燃機関から排出される排気ガス中のＳＯｘを保持するＳＯｘ保持剤を機関排気通路に具備し、ＳＯｘ保持剤がそこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには排気ガス中のＳＯｘを保持し、一方、そこに流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとなると保持しているＳＯｘを放出する排気浄化装置において、ＳＯｘ保持剤の上流において還元剤を噴射するための還元剤噴射手段を具備し、内燃機関が冷却水によって冷却されるようになっており、ＳＯｘ保持剤からＳＯｘを放出させるべきときには、内燃機関に対する冷却水の冷却能力を低下させた上で第１の燃焼を実行しつつＳＯｘ保持剤にリッチな排気ガスが供給されるように上記還元剤噴射手段から還元剤を噴射するようにした。ここで、不活性ガス、第１の燃焼、第２の燃焼、ＳＯｘ保持剤、および、還元剤噴射手段は、それぞれ、後述する実施形態において、ＥＧＲガス、低温燃焼、通常燃焼、ＮＯｘ触媒、および、燃料噴射弁に相当する。
【００１２】
２番目の発明では、１番目の発明において、冷却水通路を介して内燃機関に冷却水が供給され、該冷却水通路に遮断弁が取り付けられ、内燃機関の温度が予め定められた温度よりも高くなったときに該遮断弁が開弁することによって冷却水通路を介して内燃機関に冷却水が供給されるようになっている排気浄化装置において、ＳＯｘ保持剤からＳＯｘを放出させるべきときに上記予め定められた温度を高く設定することによって内燃機関に対する冷却水の冷却能力を低下させるようにした。ここで、遮断弁は、後述する実施形態において、サーモスタットに相当する。
【００１３】
３番目の発明では、１番目の発明において、冷却水通路を介して内燃機関に冷却水が供給され、該冷却水通路に電磁遮断弁が取り付けられ、内燃機関の温度が予め定められた温度よりも高くなったときに該電磁遮断弁を開弁することによって冷却水通路を介して内燃機関に冷却水が供給されるようになっている排気浄化装置において、ＳＯｘ保持剤からＳＯｘを放出させるべきときに上記予め定められた温度を高く設定することによって内燃機関に対する冷却水の冷却能力を低下させるようにした。ここで、電磁遮断弁は、後述する実施形態において、電磁弁に相当する。
【００１４】
４番目の発明では、１番目の発明において、上記冷却水を冷却するための冷却手段を具備し、ＳＯｘ保持剤からＳＯｘを放出させるべきときに冷却水に対する該冷却手段の冷却能力を低下させることによって内燃機関に対する冷却水の冷却能力を低下させるようにした。ここで、冷却手段は、後述する実施形態において、ラジエータに相当する。
【００１５】
５番目の発明では、４番目の発明において、冷却水通路を介して内燃機関に冷却水が供給され、該冷却水通路が並列関係にある２つの冷却水枝通路に分岐し、これら冷却水枝通路それぞれに上記冷却手段が配置され、一方の冷却手段に流入する冷却水の量を調整可能となっている排気浄化装置において、ＳＯｘ保持剤からＳＯｘを放出させるべきときに一方の冷却手段に流入する冷却水の量を少なくすることによって冷却水に対する上記冷却手段の冷却能力を低下させるようにした。
【００１６】
６番目の発明では、４番目の発明において、冷却水通路を介して内燃機関に冷却水が供給され、上記冷却手段が該冷却水通路に配置され、該冷却水通路に該冷却手段をバイパスするバイパス通路が接続され、冷却手段に流入する冷却水の量とバイパス通路を介して冷却手段をバイパスする冷却水の量との割合が調整可能となっている排気浄化装置において、ＳＯｘ保持剤からＳＯｘを放出させるべきときにバイパス通路を介して冷却手段をバイパスする冷却水の割合を多くすることによって冷却水に対する上記冷却手段の冷却能力を低下させるようにした。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を説明する。図１は、本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関を示している。図１において、１は機関本体、２は燃焼室、３は燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は吸気管、６は排気マニホルド、７は排気管を示している。燃料噴射弁３は共通のリザーバ、いわゆるコモンレール８に連結されている。コモンレール８内には高圧にて燃料が溜められており、各燃料噴射弁３にはこのコモンレール８から燃料が供給される。
【００１８】
吸気管５には、燃焼室２に吸入される空気を冷却するためのインタークーラ９が配置されている。インタークーラ９下流の吸気管５内には、燃焼室２に吸入される空気の量を制御するためのスロットル弁１０が配置されている。また、インタークーラ９上流において、吸気管５は排気ターボチャージャ１１のコンプレッサ１２の出口部に接続されている。コンプレッサ１２の入口部にも吸気管５が接続されている。
【００１９】
一方、排気管７は排気ターボチャージャ１１の排気タービン１３の入口部に接続されている。また、排気タービン１３の出口部にも排気管７が接続されている。排気管７内には、ＮＯｘ触媒１４が配置されている。
【００２０】
燃料噴射弁３から燃焼室２内に噴射される燃料の量に対する燃焼室２に吸入された空気の量の比を排気ガスの空燃比と称した場合、ＮＯｘ触媒１４は、そこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには窒素酸化物（ＮＯｘ）をそこに吸着させることによって、或いは、そこに吸収することによってＮＯｘを保持する。一方、ＮＯｘ触媒１４は、そこに流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとなると保持しているＮＯｘを還元剤によって還元浄化する。
【００２１】
図１に示した内燃機関は圧縮自着火式のディーゼル内燃機関であるので、燃焼室２から排出される排気ガスには過剰な酸素が含まれており、その空燃比はリーンである。すなわち、内燃機関が通常運転を行っている間においては、ＮＯｘ触媒１４には、リーン空燃比の排気ガスが流入する。したがって、ＮＯｘ触媒１４に保持されているＮＯｘの量が徐々に多くなる。
【００２２】
ここで、ＮＯｘ触媒１４が保持可能なＮＯｘ量には限界がある。そこで、本発明では、ＮＯｘ触媒１４に保持されているＮＯｘの量がその上限値に達してしまう前に、ＮＯｘ触媒１４にリッチ空燃比の排気ガスを供給することによって、ＮＯｘ触媒１４に保持されているＮＯｘを還元浄化するようにしている。
【００２３】
ＮＯｘ触媒１４の上流において、排気管７には排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ１５が取り付けられている。また、ＮＯｘ触媒１４には、その温度を検出するための温度センサ１６が取り付けられている。
【００２４】
燃焼室２から排出された排気ガスを吸気マニホルド４、すなわち、燃焼室２に導入するために、排気マニホルド６から吸気マニホルド４まで排気再循環（ＥＧＲ）通路１７が延びる。ＥＧＲ通路１７には、そこを流れる排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１８が配置されている。また、ＥＧＲクーラ１８の上流において、ＥＧＲ通路１７内には、酸化触媒１９が配置されている。酸化触媒１９は、排気ガス中の未燃炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）を酸化除去する。
【００２５】
また、ＥＧＲクーラ１８の下流において、ＥＧＲ通路１７には、燃焼室２に導入される排気ガス（以下、ＥＧＲガスと称す）の量を制御するためのＥＧＲ制御弁２０が取り付けられている。ＥＧＲ制御弁２０の開度が大きくされると、ＥＧＲガス量が多くなる。一方、ＥＧＲ制御弁２０の開度が小さくされると、ＥＧＲガス量が少なくなる。
【００２６】
さらに、機関本体１には、機関本体１を冷却する冷却水を流すための冷却水通路２１が接続されている。冷却水通路２１には、冷却水を冷却するための冷却手段として、ラジエータ２２が配置されている。また、機関本体１へと冷却水を放出するための冷却水通路２１の放出口近傍において、冷却水通路２１には、遮断弁としてサーモスタット２３が配置されている。
【００２７】
サーモスタット２３は機関本体１の温度が予め定められた温度よりも高くなっているときには開弁し、この場合、大部分の冷却水はラジエータ２２を通って機関本体１に供給される。一方、機関本体１の温度が上記予め定められた温度よりも低くなっているときには閉弁し、この場合、大部分の冷却水はラジエータ２２を通らずに機関本体１に供給される。また、本発明では、サーモスタット２３の開弁温度は可変に設定可能となっている。
【００２８】
本発明では、サーモスタット２３の開弁温度は、内燃機関において燃料が良好に燃焼する温度となったときの機関本体１の温度、すなわち、内燃機関が十分に暖機せしめられたときの機関本体１の温度に設定される。したがって、本発明によれば、内燃機関が始動された直後のように機関本体１の温度が低いときには、サーモスタット２３は閉弁しており、この場合、機関本体１には、大部分の冷却水はラジエータ２２を通らずに機関本体１に供給される。この場合、冷却水の冷却能力が低いので、機関本体１の温度が迅速に上昇する。
【００２９】
一方、内燃機関が十分に暖機せしめられ、機関本体１の温度がサーモスタット２３の開弁温度に達すると、サーモスタット２３が開弁する。この場合、大部分の冷却水はラジエータ２２を通ってから機関本体１に供給される。この場合、冷却水の冷却能力が高いので、機関本体１が冷却されることになる。そして、これ以降、内燃機関において燃料が良好に燃焼し且つ機関本体１の温度が過剰に高くならないように、サーモスタット２３の開閉が繰り返される。
【００３０】
ところで、図１に示した内燃機関では、燃料噴射弁３から燃焼室２への燃料噴射時期が一定の状態で燃焼室２内の不活性ガス量、すなわち、ＥＧＲガス量が多くなると燃焼室２内における煤の発生量が徐々に多くなり、やがて、ピークに達する。そして、ＥＧＲガス量がさらに多くなると、燃焼室２内における燃料およびその周辺の温度が低下して、燃焼室２内における煤の発生量が少なくなる。
【００３１】
詳細には、燃焼室２内に吸入される空気を含む全体のガス量に対するＥＧＲガス量の比をＥＧＲ率と称した場合、図１に示した内燃機関では、内燃機関に対する要求負荷が低いときに、燃料噴射弁から燃焼室への燃料噴射時期を一定に維持しつつスロットル弁１０の開度およびＥＧＲ率を変化させることによって、空燃比Ａ／Ｆ（図２の横軸）を変化させたときの出力トルクの変化、およびスモーク、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ　の排出量の変化は、図２に示したようになる。すなわち、図２から分かるように、空燃比Ａ／Ｆが小さくなるほどＥＧＲ率が大きくなり、理論空燃比（≒１４．６）以下のときにはＥＧＲ率は６５パーセント以上となっている。
また、図２に示したようにＥＧＲ率を増大することによって、空燃比Ａ／Ｆを小さくしていくと、ＥＧＲ率が４０パーセント付近となり、空燃比Ａ／Ｆが３０程度になったときに、スモークの発生量が増大を開始する。次いで、さらにＥＧＲ率を高め、空燃比Ａ／Ｆを小さくすると、スモークの発生量が急激に増大してピークに達する。次いで、さらにＥＧＲ率を高め、空燃比Ａ／Ｆを小さくすると今度はスモークが急激に低下し、ＥＧＲ率を６５パーセント以上とし、空燃比Ａ／Ｆが１５．０付近になるとスモークがほぼ零となる。すなわち、煤がほとんど発生しなくなる。このとき機関の出力トルクは若干低下し、またＮＯｘ　の発生量がかなり低くなる。一方、このときＨＣ，ＣＯの発生量は増大し始める。なお、煤がほとんど発生しなくなるＥＧＲ率は、ＥＧＲガスを冷却するほど下がる。
【００３２】
本発明では、燃焼室２内における煤の発生量がピークとなるＥＧＲガス量よりも多い量のＥＧＲガスを燃焼室２内に導入しつつ燃焼室２にて燃料を燃焼させる燃焼（以下、低温燃焼と称す）と、燃焼室２内における煤の発生量がピークとなるＥＧＲガス量よりも少ない量のＥＧＲガスを燃焼室２内に導入しつつ燃焼室２にて燃焼を燃焼させる燃焼（以下、通常燃焼と称す）とを、機関運転状態に応じて、選択的に行わせるようにしている。
【００３３】
詳細には、低温燃焼を行わせる場合、ＥＧＲガス量が比較的多いことから、燃焼室２に新たに吸入される空気の量が少ない。したがって、燃焼室２内にて燃焼可能な燃料の量も少ない。このため、低温燃焼が行われているときに内燃機関から出力可能な出力は比較的小さい。したがって、本発明では、機関運転状態が内燃機関に対する要求負荷が比較的小さく且つ機関回転数が比較的小さい状態にあるときには、低温燃焼を行わせるようにしている。ここで、要求負荷が極めて小さいときに低温燃焼を行わせると、燃焼室２内において燃料の燃焼が安定しない。そこで、本発明では、機関運転状態が要求負荷が極めて小さく且つ機関回転数が比較的小さい状態にあるときには、通常燃焼を行わせるようにしている。また、機関運転状態が上述した状態以外の状態にあるとき、すなわち、要求負荷が比較的大きいか、或いは、機関回転数が比較的大きいときには、通常燃焼を行わせるようにしている。
【００３４】
すなわち、図３に示したように、本発明では、要求負荷Ｌが比較的小さく且つ機関回転数Ｎが比較的小さい領域Ｉにおいては低温燃焼を行わせ、要求負荷Ｌが極めて小さく且つ機関回転数Ｎが比較的小さい領域ＩＩＩにおいては通常燃焼を行わせ、要求負荷Ｌが比較的大きいか、或いは、機関回転数Ｎが比較的大きい領域ＩＩにおいては通常燃焼を行わせるようにしている。
【００３５】
また、図１に示した内燃機関では、図２に示したように、ＥＧＲ率Ｒが多くなると燃焼室２内におけるＮＯｘの発生量Ａｎが少なくなる。したがって、低温燃焼が行われているときには燃焼室２内における煤の発生量もＮＯｘの発生量も少なくなっている。
【００３６】
ところで、ＮＯｘ触媒１４は、そこに流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにはＳＯｘをも保持する。図１に示した内燃機関では、排気ガス中にＳＯｘが含まれており、上述したように、内燃機関が通常運転している間においては、燃焼室２からリーン空燃比の排気ガスが排出されるので、ＮＯｘ触媒１４に保持されているＳＯｘの量は徐々に多くなる。ここで、ＮＯｘ触媒１４に保持されているＳＯｘの量が多くなるほど、ＮＯｘ触媒１４が保持可能なＮＯｘの量が少なくなってしまう。したがって、ＮＯｘ触媒１４が保持可能なＮＯｘの量が許容下限値よりも少なくなる前に、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるべきである。
【００３７】
一方、ＮＯｘ触媒１４は、その温度がＳＯｘをそこから離脱させることができる温度（以下、ＳＯｘ離脱温度と称す）よりも高くなり且つそこに流入する排気ガスの空燃比がリッチとなると、ＳＯｘを放出する。
【００３８】
そこで、本発明では、ＮＯｘ触媒１４が保持可能なＮＯｘの量を監視し、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるべきであると判定されたときに、ＮＯｘ触媒１４の温度をＳＯｘ離脱温度以上にまで上昇させると共に、ＮＯｘ触媒１４にリッチ空燃比の排気ガスを供給し、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるようにしている。
【００３９】
ところで、ＮＯｘ触媒１４にリッチ空燃比の排気ガスを供給するためには、燃焼室２から排出される排気ガスの空燃比がリッチとなるように、燃料噴射弁３から噴射する燃料の量を増量すればよい。ここで、低温燃焼が行われているときには、ＥＧＲガス量が多いので、燃焼室２内に新たに吸入される空気の量は少ない。したがって、排気ガスの空燃比をリッチとするために燃料噴射弁３から噴射する必要がある燃料の量は、通常燃料が行われているときよりも、低温燃焼が行われているときのほうが少ない。
【００４０】
そこで、本発明の第１実施形態では、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるべきであると判定されたときには、内燃機関に低温燃焼を行わせるようにした上で、ＮＯｘ触媒１４の温度をＳＯｘ離脱温度以上にまで上昇させると共に、燃焼室２からリッチ空燃比の排気ガスが排出されるように燃料噴射弁３から噴射する燃料の量（以下、単に、燃料噴射量とも称す）を増量するようにしている。
【００４１】
ところで、上述したように、要求負荷が極めて小さいときに低温燃焼を行わせると、燃焼室２内における燃料の燃焼が安定しない。したがって、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるべきであると判定されたときに、要求負荷が極めて低いにも係わらず、内燃機関に低温燃焼を行わせると、燃焼室２内における燃料の燃焼が安定しない。ここで、燃焼室２内の温度、広くは、機関本体１の温度が高いほうが、燃焼室２内において燃料は安定して燃焼する。
【００４２】
そこで、第１実施形態では、上述したように、サーモスタット２３は機関本体１の温度が予め定められた温度（開弁温度）を超えると開弁するようになっているが、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるべきであると判定されたときには、このサーモスタット２３の開弁温度を高くした上で、内燃機関に低温燃焼を行わせつつ、ＮＯｘ触媒１４の温度をＳＯｘ離脱温度以上にまで上昇させると共に、燃焼室２からリッチ空燃比の排気ガスが排出されるように燃料噴射量を増量するようにしている。
【００４３】
上述したように、サーモスタット２３は機関本体１の温度がその開弁温度に達すると開弁し、ラジエータ２２によって冷却された冷却水が機関本体１に供給され、これによって、機関本体１が良好に冷却せしめられる。ここで、第１実施形態のように、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるべきであると判定されたときに、サーモスタット２３の開弁温度を高くすると、機関本体１の温度が高くなっていたとしてもサーモスタット２３は閉弁したままとなるので、機関本体１にはラジエータ２２によって冷却された冷却水はほとんど供給されず、ラジエータ２２によって冷却されていない冷却水が機関本体１に供給されることとなる。すなわち、機関本体１に対する冷却水の冷却能力が低下せしめられる。これによれば、機関本体１の温度は全体的に高くなるので、内燃機関に低温燃焼を行わせたとしても、燃焼室２内において燃料を安定して燃焼させることができる。すなわち、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるべきときに、内燃機関に低温燃焼を行わせたとしても燃焼室２内において燃料を安定して燃焼させることができる機関運転領域が広がることとなる。
【００４４】
ところで、第１実施形態によれば、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるべきであると判定されたときには、内燃機関に低温燃焼を行わせるようになっている。すなわち、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるべきであると判定されたときには、図３に示した領域ＩＩＩにおいても低温燃焼が行われることとなる。この場合、燃焼室２内における燃料の燃焼が安定しないため、図３に示した領域ＩＩＩにおいて低温燃焼を行うことができず、したがって、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させることができないと、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させる機会が少なくなってしまう。
【００４５】
そこで、第２実施形態では、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるべきであると判定されたときには、サーモスタット２３の開弁温度を高くした上で、図４に示したマップに従って燃焼モードを制御し、図４に示したマップに従って低温燃焼が行われているときに、ＮＯｘ触媒１４の温度をＳＯｘ離脱温度以上にまで上昇させると共に、燃焼室２からリッチ空燃比の排気ガスが排出されるように燃料噴射量を増量する。
【００４６】
ここで、第２実施形態では、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるべきであると判定されたときには、サーモスタット２３の開弁温度が高くされるので、機関本体１の温度は全体的に高くなる。したがって、図４のマップでは、図３のマップに比べて、通常燃焼が行われる領域ＩＩＩが狭くなっており、低温燃焼が行われる領域Ｉが広くなっている。したがって、第２実施形態によれば、実際に、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させる機会が多くなる。
【００４７】
図５は、第２実施形態においてＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるためのＳＯｘ放出制御を実行するためのフローチャートを示している。図５に示したルーチンでは、始めに、ステップ１０において、ＳＯｘ放出要求フラグＦｓがセットされている（Ｆｓ＝１）か否かが判別される。ここで、ＳＯｘ放出要求フラグＦｓは、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるべきであると判定されたときにセットされ、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させる必要がないと判定されたときにリセットされるフラグである。
【００４８】
ステップ１０において、Ｆｓ＝０であると判別されたときには、ルーチンは終了する。一方、ステップ１０において、Ｆｓ＝１であると判別されたときには、ルーチンはステップ１１に進んで、冷却水温の制御が実行される。すなわち、ステップ１１において、サーモスタット２３の開弁温度が高くされる。
【００４９】
次いで、ステップ１２において、燃焼モードフラグＦｌがセットされている（Ｆｌ＝１）か否かが判別される。ここで、燃焼モードフラグＦｌは、図４のマップに従って低温燃焼が行われているときにセットされ、図４のマップに従って通常燃焼が行われているときにリセットされるフラグである。
【００５０】
ステップ１２において、Ｆｌ＝０であると判別されたとき、すなわち、通常燃焼が行われているときには、ルーチンはステップ１２を繰り返す。そして、ステップ１２において、Ｆｌ＝１であると判別されたときには、ルーチンはステップ１３に進んで、触媒温制御が実行され、次いで、ステップ１４において、空燃比制御が実行される。すなわち、ステップ１３において、ＮＯｘ触媒１４の温度がＳＯｘ離脱温度以上にまで上昇せしめられ、ステップ１４において、燃焼室２からリッチ空燃比の排気ガスが排出されるように燃料噴射量が増量せしめられる。
【００５１】
なお、サーモスタット２３の代わりに、開閉弁を電子的に制御可能な電磁弁を採用し、機関本体１の温度が予め定められた温度（開弁温度）を超えたときに電磁弁を開弁し、機関本体１の温度が予め定められた温度を下回ったときに電磁弁を閉弁するようにした実施形態にも本発明を適用可能である。
【００５２】
すなわち、第３実施形態では、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるべきであると判定されたときには、電磁弁の開弁温度を高くした上で、内燃機関に低温燃焼を行わせつつ、ＮＯｘ触媒１４の温度をＳＯｘ離脱温度以上にまで上昇させると共に、燃焼室２からリッチ空燃比の排気ガスが排出されるように燃料噴射量を増量する。
【００５３】
また、第４実施形態では、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるべきであると判定されたときには、電磁弁の開弁温度を高くした上で、図４に示したマップに従って燃焼モードを制御し、図４に示したマップに従って低温燃焼が行われているときに、ＮＯｘ触媒１４の温度をＳＯｘ離脱温度以上にまで上昇させると共に、燃焼室２からリッチ空燃比の排気ガスが排出されるように燃料噴射量を増量する。
【００５４】
なお、第３実施形態および第４実施形態において、電磁弁がラジエータ２２によって冷却されて機関本体１に供給される冷却水の量を可変に制御可能であってもよい。この場合、各実施形態では、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるべきであると判定されたときに、電磁弁を閉弁する代わりに、ラジエータ２２によって冷却されて機関本体１に供給される冷却水の量が少なくなり、相対的に、ラジエータ２２によって冷却されずに機関本体１に供給される冷却水の量が多くなるように、電磁弁の開度を小さくする。
【００５５】
次に、第５実施形態について説明する。図６は、第５実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関を示している。図６に示されているように、第５実施形態では、冷却水通路２１が並列関係にある２つの冷却水枝通路２１ａ、２２ｂに分岐している。そして、各冷却水枝通路２１ａ、２１ｂにラジエータ２２ａ、２２ｂが配置されている。また、一方のラジエータ２２ｂの下流において、対応する冷却水枝通路２１ｂには、電子的に制御可能な電磁流量制御弁２４が取り付けられている。
【００５６】
サーモスタット２３が開弁しているときに電磁流量制御弁２４が開弁せしめられると、両方のラジエータ２２ａ、２２ｂ内を冷却水が流れることとなる。この場合、全体的に、ラジエータ２２ａ、２２ｂによる冷却水の冷却効果は高く、機関本体１に対する冷却水の冷却能力も高い。一方、サーモスタット２３が開弁しているときであっても電磁流量制御弁２４が閉弁せしめられていると、冷却水は一方のラジエータ２２ｂ内を流れなくなるので、結果的には、他方のラジエータ２２ａ内のみを冷却水が流れることとなる。この場合、片方のラジエータ２２ａのみによる冷却水の冷却能力は低く、機関本体１に対する冷却水の冷却能力も低い。なお、第５実施形態では、サーモスタット２３はその開弁温度が一定値に設定されている。
【００５７】
さて、第５実施形態では、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるべきであると判定されたときには、電磁流量制御弁２４を閉弁した上で、内燃機関に低温燃焼を行わせつつ、ＮＯｘ触媒１４の温度をＳＯｘ離脱温度以上にまで上昇させると共に、燃焼室２からリッチ空燃比の排気ガスが排出されるように燃料噴射量を増量する。これによれば、サーモスタット２３が開弁したときに冷却水は片方のラジエータ２２ａ内のみを流れる。したがって、機関本体１に対する冷却水の冷却能力が全体的に低下するので、機関本体１の温度は全体的に高くなる。これによれば、内燃機関に低温燃焼を行わせたとしても、燃焼室２内において燃料を安定して燃焼させることができる。すなわち、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるべきときに、低温燃焼を行わせることができる機関運転領域が広がることとなる。
【００５８】
また、第６実施形態では、第２実施形態と同様に、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるべきであると判定されたときに、電磁流量制御弁２４を閉弁した上で、図４に示したマップに従って燃焼モードを制御し、図４に示したマップに従って低温燃焼が行われているときに、ＮＯｘ触媒１４の温度をＳＯｘ離脱温度以上にまで上昇させると共に、燃焼室２からリッチ空燃比の排気ガスが排出されるように燃料噴射量を増量する。
【００５９】
なお、第５実施形態および第６実施形態において、電磁流量制御弁２４が一方のラジエータ２２内を流れる冷却水の量を可変に制御可能であってもよい。すなわち、電磁流量制御弁２４が一方のラジエータ２２ｂ内を流れる冷却水の量と他方のラジエータ２２ａ内を流れる冷却水の量との割合を制御可能であってもよい。この場合、各実施形態では、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるべきであると判定されたときに、電磁流量制御弁２４を閉弁する代わりに、一方のラジエータ２２ｂ内を流れる冷却水の量が少なくなるように電磁流量制御弁２４の開度を小さくする。
【００６０】
次に、第７実施形態について説明する。図７は、第７実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関を示している。図７に示されているように、第７実施形態では、ラジエータ２２をバイパスするように冷却水通路２１からバイパス通路２５が分岐している。また、バイパス通路２５には、電子的に制御可能な電磁流量制御弁２４が取り付けられている。
【００６１】
サーモスタット２３が開弁しているときに電磁流量制御弁２４が閉弁せしめられていると、バイパス通路２５内を冷却水は流れず、ラジエータ２２内のみを流れることとなる。この場合、ラジエータ２２による冷却水の冷却効果は高く、機関本体１に対する冷却水の冷却能力も高い。一方、サーモスタット２３が開弁しているときに電磁流量制御弁２４が開弁せしめられていると、冷却水はバイパス通路２５内をも流れることとなる。この場合、ラジエータ２２による冷却水の冷却効果は低く、機関本体１に対する冷却水の冷却能力も低い。
【００６２】
さて、第７実施形態では、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるべきであると判定されたときには、電磁流量制御弁２４を開弁した上で、内燃機関に低温燃焼を行わせつつ、ＮＯｘ触媒１４の温度をＳＯｘ離脱温度以上にまで上昇させると共に、燃焼室２からリッチ空燃比の排気ガスが排出されるように燃料噴射量を増量する。これによれば、サーモスタット２３が開弁しているときに冷却水はバイパス通路２５内をも流れるので、ラジエータ２２による冷却水の冷却効果が小さい。したがって、機関本体１に対する冷却水の冷却能力が全体的に低下するので、機関本体１の温度は全体的に高くなる。これによれば、内燃機関に低温燃焼を行わせたとしても、燃焼室２内において燃料を安定して燃焼させることができる。すなわち、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるべきときに、低温燃焼を行わせることができる機関運転領域が広がることとなる。
【００６３】
また、第８実施形態では、第２実施形態と同様に、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるべきであると判定されたときに、電磁流量制御弁２４を開弁した上で、図４に示したマップに従って燃焼モードを制御し、図４に示したマップに従って低温燃焼が行われているときに、ＮＯｘ触媒１４の温度をＳＯｘ離脱温度以上にまで上昇させると共に、燃焼室２からリッチ空燃比の排気ガスが排出されるように燃料噴射量を増量する。
【００６４】
なお、第７実施形態および第８実施形態において、電磁流量制御弁２４がバイパス通路２５内を流れる冷却水の量を可変に制御可能であってもよい。すなわち、電磁流量制御弁２４がラジエータ２２内を流れる冷却水の量とバイパス通路２５内を流れる冷却水の量との割合を制御可能であってもよい。この場合、各実施形態では、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるべきであると判定されたときに、電磁流量制御弁２４を開弁する代わりに、バイパス通路２５内を流れる冷却水の量が多くなるように電磁流量制御弁２４の開度を大きくする。
【００６５】
なお、本発明は、ＮＯｘ触媒１４の代わりに、流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにはＳＯｘを保持し且つ流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとなると保持しているＳＯｘを放出するＳＯｘ保持剤が機関排気通路内に配置されている場合において、このＳＯｘ保持剤からＳＯｘを放出させる場合にも適用可能である。
【００６６】
また、本発明は、ＮＯｘ触媒１４の代わりに、以下のようなパティキュレートフィルタが機関排気通路内に配置されている場合において、このパティキュレートフィルタからＳＯｘを放出させる場合にも適用可能である。
【００６７】
すなわち、ここでのパティキュレートフィルタは、排気ガス中の煤を含む微粒子を捕集する。そして、このパティキュレートフィルタには、捕集した微粒子を比較的短時間のうちに連続的に酸化除去するために、貴金属触媒と活性酸素生成剤が担持されている。
【００６８】
貴金属触媒としては、白金（Ｐｔ）が用いられる。一方、活性酸素生成剤としては、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、ルビジウム（Ｒｂ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）のようなアルカリ土類金属、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）、セリウム（Ｃｅ）のような希土類、鉄（Ｆｅ）のような遷移金属、およびスズ（Ｓｎ）のような炭素族元素から選ばれた少なくとも一つが用いられる。
【００６９】
活性酸素生成剤は、パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときには、貴金属触媒の作用の助けを借りて酸素を保持し、パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比がほぼ理論空燃比またはリッチとなると、保持している酸素を活性酸素の形で解放することによって活性酸素を生成する。このようにして生成された活性酸素によって微粒子が酸化除去される。
【００７０】
また、この活性酸素生成剤は、パティキュレートフィルタに流入する排気ガスの空燃比がリーンであるときにＳＯｘを保持してしまう。このようにパティキュレートフィルタが保持しているＳＯｘの量が多くなると、パティキュレートフィルタによる微粒子酸化除去作用が低下してしまう。したがって、こうしたパティキュレートフィルタにおいても、ＳＯｘを放出させる必要がある。この場合に、本発明を適用することができる。
【００７１】
また、上述した実施形態では、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるべきときには、燃料噴射弁３から噴射される燃料の量を増量することによって、ＮＯｘ触媒１４にリッチ空燃比の排気ガスを供給するようにしている。しかしながら、この代わりに、ＮＯｘ触媒１４の上流の排気通路に燃料のような還元剤を噴射するための還元剤噴射手段を取り付け、ＮＯｘ触媒１４からＳＯｘを放出させるべきときに、この還元剤噴射手段から還元剤を排気ガス中に噴射することによって、ＮＯｘ触媒１４にリッチ空燃比の排気ガスを供給するようにしてもよい。
【００７２】
もちろん、上述した実施形態において、ＮＯｘ触媒からＳＯｘを放出させているときに、要求負荷が高くなって、機関本体１をさらに冷却する必要が生じた場合には、機関本体１に対する冷却水の冷却能力を上昇させるようにしてもよい。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、ＳＯｘ保持剤からＳＯｘを放出させるべきときに、内燃機関に対する冷却水の冷却能力が低下せしめられるので、第１の燃焼が行われたとしても、燃焼室内において燃料が安定して燃焼することとなり、結果として、内燃機関が安定して運転せしめられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気浄化装置を備えた内燃機関を示す図である。
【図２】ＥＧＲ率Ｒと、煤の発生量Ａｓと、ＮＯｘ発生量Ａｎとの関係を示す図である。
【図３】燃焼モードを決定するために用いられるマップを示す図である。
【図４】燃焼モードを決定するために用いられる別のマップを示す図である。
【図５】第３実施形態のＳＯｘ放出制御を実行するためのフローチャートを示す図である。
【図６】本発明の別の実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関を示す図である。
【図７】本発明のさらに別の実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関を示す図である。
【符号の説明】
１…機関本体
２…燃焼室
３…燃料噴射弁
７…排気管
１４…ＮＯｘ触媒
１７…ＥＧＲ通路
２０…ＥＧＲ制御弁
２１…冷却水通路
２１ａ、２２ｂ…冷却水枝通路
２２、２２ａ、２２ｂ…ラジエータ
２３…サーモスタット
２４…電磁流量制御弁
２５…バイパス通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004068649.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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