(57)【要約】【課題】吸蔵還元触媒から少ない還元剤添加量で窒素酸化物を還元して浄化することができ、かつこれを装置が複雑になったり機関の性能に悪影響を及ぼすことなく実現できる内燃機関の排気浄化装置を得る。【解決手段】吸蔵還元触媒を備えた排気浄化装置では、還元剤を添加すれば、吸蔵還元触媒の作用により吸蔵された排気ガス中の窒素酸化物が還元されて排気ガスが浄化されるが、還元剤を添加するに際しては、排気行程の中で排気流量が最少となる時期に同期して、還元剤を断続的に添加する。したがって、排気流量が最少となる時期すなわち含有する酸素量が少ない時期に還元剤を断続的に添加するため、還元剤の添加量が少なくて済み（同一添加量であれば、窒素酸化物の還元浄化に実質的に利用される割合が増え）、窒素酸化物を効果的に還元浄化することができる。【選択図】　　　　図４
2004052688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関の排気通路内に設けられ、窒素酸化物（ＮＯＸ）を吸蔵還元する吸蔵還元触媒と、
前記排気通路内において前記吸蔵還元触媒よりも上流側に配置され、還元剤を添加可能な還元剤添加手段と、
を有し、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯＸ）を吸蔵還元するための内燃機関の排気浄化装置において、
排気行程の中で排気流量が最少となる時期に同期して、前記還元剤添加手段によって前記還元剤を断続的に添加する、
ことを特徴とする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】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気ガスを浄化するために、特に窒素酸化物（ＮＯＸ）を吸蔵還元して浄化する吸蔵還元触媒を用いた排気浄化装置が知られている。この種の排気浄化装置では、吸蔵還元触媒が吸蔵した排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯＸ）を、還元剤を添加することで還元して浄化することができる。
【０００３】
ところが、このような吸蔵還元触媒を用いた排気浄化装置においては、添加した還元剤はその全てが窒素酸化物（ＮＯＸ）の還元に利用されるわけではなく、先ず排気ガス中に含有する酸素と反応し、当該排気ガス中の酸素を消費した後の残りの還元剤が、吸蔵還元触媒が吸蔵した窒素酸化物（ＮＯＸ）の還元に実質的に利用されるに過ぎない。このため、前述の如き窒素酸化物（ＮＯＸ）を吸蔵した吸蔵還元触媒からこの窒素酸化物（ＮＯＸ）を還元して充分に浄化しようとすると、多量の還元剤を添加する必要がある。特にこのことは、ディーゼルエンジンの如く排気ガス中に酸素が多量に含有する内燃機関の場合には顕著である。
【０００４】
そこで、上記のような問題を解消するために、排気管に排気制御弁を設けた構成の排気浄化装置が提案されている（一例として、特開平６−２００７３８号公報）。
【０００５】
前記公報に示された排気浄化装置では、排気管に設けられた排気制御弁を閉じることで、排気ガスの流量を減少させるように構成されている。吸蔵還元触媒が吸蔵した窒素酸化物（ＮＯＸ）を還元して浄化する際には、当該吸蔵還元触媒への排気ガスの流れを（排気流量）を強制的に減少させ、この状態で還元剤を添加することで、当該吸蔵還元触媒を酸素の含有量が少ない排気ガス雰囲気に暴露して窒素酸化物（ＮＯＸ）を還元浄化するようになっている。
【０００６】
しかしながら、前述の如き従来の排気浄化装置では、排気ガスの流量を減少させるための排気制御弁が不可欠な構成であり、装置（排気システム）が全体として複雑になるという欠点があった。また何より、還元剤の添加時（すなわち、窒素酸化物（ＮＯＸ）を還元して浄化する際）には、排気ガスの流れ（排気流量）を強制的に減少させるために必然的に排気圧が上昇し、このためトルク変動が生じたり、機関のドライバビリティが悪化するという問題もあった。
【０００７】
この他に、還元剤を４番気筒の排気弁開弁時期に同期して添加するものがある（特開２００１−２８０１２５号公報）が、上記と同様な課題を有する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮し、吸蔵還元触媒から少ない還元剤添加量で窒素酸化物（ＮＯＸ）を還元して浄化することができ、かつこれを装置が複雑になったり機関の性能に悪影響を及ぼすことなく実現できる内燃機関の排気浄化装置を得ることが目的である。すなわち、本発明の目的は、排気流量が最少となる時に、最低限の還元剤量を添加することにより燃費を向上することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明の内燃機関の排気浄化装置は、機関の排気通路内に設けられ、窒素酸化物（ＮＯＸ）を吸蔵還元する吸蔵還元触媒と、前記排気通路内において前記吸蔵還元触媒よりも上流側に配置され、還元剤を添加可能な還元剤添加手段と、を有し、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯＸ）を吸蔵還元するための内燃機関の排気浄化装置において、排気行程の中で排気流量が最少となる時期に同期して、前記還元剤添加手段によって前記還元剤を断続的に添加する、ことを特徴としている。
【００１０】
請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置では、還元剤添加手段によって還元剤を添加すれば、吸蔵還元触媒の作用により吸蔵された排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯＸ）が還元されて排気ガスが浄化される。
【００１１】
ここで、還元剤を添加するに際しては、上記のように排気行程の中で排気流量が最少となる時期に同期して、前記還元剤を断続的に添加する。すなわち、内燃機関の排気流量は各気筒の排気行程状態に応じて脈動を生じているが、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置では、内燃機関の排気行程の中で排気流量が最少となる時期に同期して、前記還元剤を断続的に添加する。
【００１２】
したがって、排気流量が最少となる時期すなわち含有する酸素量が少ない時期に還元剤を断続的に添加するため、吸蔵還元触媒から窒素酸化物（ＮＯＸ）を還元浄化するための還元剤の添加量が少なくて済み（換言すれば、同一添加量であれば、窒素酸化物（ＮＯＸ）の還元浄化に実質的に利用される割合が増え）、効果的に窒素酸化物（ＮＯＸ）を還元浄化することができる。
【００１３】
このように、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置では、吸蔵還元触媒から少ない還元剤添加量で窒素酸化物（ＮＯＸ）を還元して浄化することができる。また、単に、還元剤を断続的に添加する還元剤添加手段を設ける構成であるため、装置が複雑化することがない。しかも、排気圧を不要に変動させる構成ではないため、トルク変動が生じたり機関のドライバビリティが悪化することが無く、内燃機関の性能に悪影響を及ぼすことが無い。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１には本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置１０の全体構成が示されている。
【００１５】
この排気浄化装置１０が適用される内燃機関３０（例えば、ディーゼルエンジン）には、排気管１４が接続されている。また、内燃機関３０には排気下死点検出器１６が設けられており、電子制御装置１８の入力ポートに接続されている。さらに、内燃機関３０にはエンジン回転数検出器１９が設けられており、同様に電子制御装置１８の入力ポートに接続されている。
【００１６】
一方、内燃機関３０の排気管１４には、吸蔵還元触媒２０が設けられている。この吸蔵還元触媒２０は、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯＸ）を吸蔵還元することができる。さらに、排気管１４内には、吸蔵還元触媒２０の上流側に、還元剤添加手段としての還元剤添加ノズル２２が設けられている。この還元剤添加ノズル２２は、還元剤Ｋを排気管１４内（吸蔵還元触媒２０）に噴射することができる構成となっている。
【００１７】
また、還元剤添加ノズル２２は、パイプ２４を介して還元剤タンク２６に接続されている。さらに、パイプ２４には、供給ポンプ２７及び電磁弁２８が装着されており、この電磁弁２８は電子制御装置１８の出力ポートに接続されている。
【００１８】
またさらに、吸蔵還元触媒２０には触媒温度センサ２９が設けられており、電子制御装置１８の入力ポートに接続されている。
【００１９】
電子制御装置１８は、排気下死点検出器１６、エンジン回転数検出器１９、及び触媒温度センサ２９からの信号に基づいて、電磁弁２８を制御することにより、還元剤添加ノズル２２から還元剤Ｋを噴射することができる構成である。
【００２０】
次に、本実施の形態の作用を説明する。
【００２１】
上記構成の排気浄化装置１０では、還元剤添加ノズル２２によって還元剤Ｋを噴射することができる。
【００２２】
ここで、図２には、上記の如く還元剤添加ノズル２２によって還元剤Ｋを噴射する際の制御フローチャートが示されている。
【００２３】
先ず、ステップ１００において、触媒温度センサ２９からの信号に基づいて、吸蔵還元触媒２０の触媒温度（Ｔ・ＣＡＴ　）が、窒素酸化物（ＮＯＸ）を還元することができる設定温度（Ｔ・ＮＯＸ　）に達しているか否か判断する。吸蔵還元触媒２０の触媒温度（Ｔ・ＣＡＴ　）が設定温度（Ｔ・ＮＯＸ　）に達していれば、ステップ１０２において、触媒温度（Ｔ・ＣＡＴ　）と吸蔵還元触媒２０の吸蔵量（ＮＯＸ・ＣＡＴ　）に基づいて、当該吸蔵量（ＮＯＸ・ＣＡＴ　）の還元に必要な還元剤の必要添加量（Ｒ・ｉ，ｊ　）を、予め設定してある制御用マップから決定する。
【００２４】
次いで、ステップ１０４において、エンジン回転数検出器１９が検出したエンジン回転数（ｎ・ｅ　）に基づいて、排気行程時間（Δｔ・ｅｘ　）を算出する。さらに、ステップ１０６において、前記算出された排気行程時間（Δｔ・ｅｘ　）に基づいて、還元剤の断続添加時間（Δｔ・ｉｎｊ　）を決定する。なお、この際には、当然ながら、断続添加時間（Δｔ・ｉｎｊ　）＜排気行程時間（Δｔ・ｅｘ　）とする。
【００２５】
さらに、ステップ１０８において、還元剤添加ノズル２２の性能等によって予め設定されている還元剤添加率（ｑ・ｉｎｊ　）、ステップ１０６にて決定された断続添加時間（Δｔ・ｉｎｊ　）、及び、ステップ１０２にて決定された必要添加量（Ｒ・ｉ，ｊ　）に基づいて、断続添加回数（Ｎ・ｉｎｊ　）を算出する。なお、
（Ｎ・ｉｎｊ　）＝（Ｒ・ｉ，ｊ　）／［（ｑ・ｉｎｊ　）×（Δｔ・ｉｎｊ　）］である。
【００２６】
次いで、ステップ１１０では、排気下死点検出器１６からの信号に基づいて、各気筒の排気下死点に同期しながら、前記還元剤添加率（ｑ・ｉｎｊ　）及び断続添加時間（Δｔ・ｉｎｊ　）で断続添加回数（Ｎ・ｉｎｊ　）だけ、還元剤の添加（還元剤添加ノズル２２からの噴射）を実施する。ここで、排気下死点はピストンの最大下降位置をいう。また、排気流量が最も少ない時期の排気弁は開弁初期または閉弁直前の状態である。
【００２７】
還元剤の添加量が１回の噴射で噴射しきれない場合は、排気流量が最少となる時点を中心に前後に分けて噴射するようにしても良い。
【００２８】
前記ステップ１１０における還元剤Ｋの添加が終了すると、ステップ１１２において、予め設定してある制御用マップから決定した時間（Ｔ・ｉ，ｊ　）だけ吸蔵還元触媒２０に窒素酸化物（ＮＯＸ）を吸蔵させ、しかる後にステップ１００に戻り、以後は順次上記制御が繰り返される。
【００２９】
ここで、吸蔵還元触媒２０を用いた排気浄化装置１０においては、図３に示す如く、添加した還元剤はその全てが窒素酸化物（ＮＯＸ）の還元に利用されるわけではなく、その一部は先ず排気ガス中に含有する酸素と反応し、当該排気ガス中の酸素を消費した後の残りの還元剤Ｋ（図３の斜線部分）が、吸蔵還元触媒２０が吸蔵した窒素酸化物（ＮＯＸ）の還元に実質的に利用されるに過ぎない。またさらに、図４（Ａ）に示す如く、内燃機関３０の排気流量は各気筒の排気行程状態に応じて全体として脈動（排気流量の変動）を生じている。このため、従来の排気浄化装置においては、前述の如き窒素酸化物（ＮＯＸ）を吸蔵した吸蔵還元触媒２０からこの窒素酸化物（ＮＯＸ）を還元して充分に浄化しようとして、図４（Ｂ）に線Ｘにて示す如く一定で多量の還元剤Ｋを添加しても、排気ガス中に含有する酸素と反応する分は（線Ｙ部分）は実質的には窒素酸化物（ＮＯＸ）の還元に利用されないため、結果的に多量の還元剤Ｋを添加する必要がある。
【００３０】
この点、本実施の形態に係る排気浄化装置１０では、前述の如く、還元剤添加ノズル２２によって還元剤Ｋを添加すれば、吸蔵還元触媒２０の作用により吸蔵された排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯＸ）が還元されて排気ガスが浄化されるが、還元剤Ｋを添加するに際しては、図４（Ｃ）に示す如く、排気行程の中で排気流量が最少となる時期に同期して、前記還元剤Ｋを断続的に添加している。すなわち、前述の如く内燃機関３０の排気流量は各気筒の排気行程状態に応じて脈動を生じているが、排気浄化装置１０では、内燃機関の排気行程の中で排気流量が最少となる時期に同期して、前記還元剤Ｋを断続的に添加している。例えば、クランクアングルでは排気の開始、クランク角５４０度、また排気の終了、クランク角７２０度に添加している。
【００３１】
したがって、排気流量が最少となる時期すなわち含有する酸素量が少ない時期に還元剤Ｋを断続的に添加するため、吸蔵還元触媒２０から窒素酸化物（ＮＯＸ）を還元浄化するための還元剤Ｋの添加量が少なくて済み（換言すれば、同一添加量であれば、窒素酸化物（ＮＯＸ）の還元浄化に実質的に利用される割合が増え）、窒素酸化物（ＮＯＸ）を効果的に還元浄化することができる。
【００３２】
またここで、図５（Ａ）には、従来の排気浄化装置における還元剤添加率（ｑ・ｉｎｊ　）の変化が線図にて示されており、図５（Ｂ）には、本実施の形態に係る排気浄化装置１０における同様の還元剤添加率（ｑ・ｉｎｊ　）の変化が線図にて示されている。さらに、また図５（Ｃ）には、本実施の形態に係る排気浄化装置１０における吸蔵還元触媒２０出口の窒素酸化物（ＮＯＸ）濃度の変化が従来の排気浄化装置と対比して示されている。
【００３３】
図５（Ａ）にに示す如く、従来の排気浄化装置においては、還元剤Ｋを添加時間（Δｔ・ｉｎｊ　）だけ連続的に添加し、これを添加周期（Ｔｉ　）にて繰り返していた。これに対し、本実施の形態に係る排気浄化装置１０では、前述の如く排気流量が減少する時期すなわち含有する酸素量が少ない時期に同期して還元剤Ｋを添加周期（Ｔｉ　）で断続的に添加するため、効果的に窒素酸化物（ＮＯＸ）を還元浄化することができる。したがって、吸蔵還元触媒２０が窒素酸化物（ＮＯＸ）を吸蔵できる時間が長くなり、図５（Ｂ）に示す如く、結果的に還元剤Ｋの添加周期（Ｔｉ　）を長くすることができる（還元剤Ｋの添加量を低減することができる）。またこのため、図５（Ｃ）に示す如く、本実施の形態に係る排気浄化装置１０においては（線Ｘ）、吸蔵還元触媒２０出口の窒素酸化物（ＮＯＸ）濃度が従来の排気浄化装置（線Ｙ）に比べて大幅に低下している。
【００３４】
このように、本実施の形態に係る排気浄化装置１０では、吸蔵還元触媒２０から少ない還元剤Ｋの添加量で窒素酸化物（ＮＯＸ）を還元して浄化することができる。また、単に、還元剤Ｋを断続的に添加する還元剤添加ノズル２２を設ける構成であるため、装置が複雑化することがない。しかも、排気圧を不要に変動させる構成ではないため、トルク変動が生じたり内燃機関３０のドライバビリティが悪化することが無く、内燃機関３０の性能に悪影響を及ぼすことが無い。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明した如く本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、吸蔵還元触媒から少ない還元剤添加量で窒素酸化物（ＮＯＸ）を還元して浄化することができ、かつこれを装置が複雑になったり機関の性能に悪影響を及ぼすことなく実現できるという優れた効果を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る排気浄化装置の全体構を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る排気浄化装置の還元剤添加ノズルによって還元剤を噴射する際の制御フローチャートである。
【図３】排気ガス中に添加された還元剤が還元作用に利用される実質的な利用割合を示す説明図である。
【図４】（Ａ）は内燃機関における排気流量の脈動状態を示す線図であり、（Ｂ）は従来の排気浄化装置における還元剤添加率の変化を示す線図であり、（Ｃ）は本発明の実施の形態に係る排気浄化装置における還元剤添加率の変化を示す線図である。
【図５】（Ａ）は従来の排気浄化装置における還元剤の添加周期を示す線図であり、（Ｂ）は本発明の実施の形態に係る排気浄化装置における還元剤の添加周期を示す線図であり、（Ｃ）は本発明の実施の形態に係る排気浄化装置における吸蔵還元触媒出口の窒素酸化物（ＮＯＸ）濃度の変化を従来の排気浄化装置と対比して示す線図である。
【符号の説明】
１０　　排気浄化装置
１４　　排気管（排気通路）
２０　　吸蔵還元触媒
２２　　還元剤添加ノズル（還元剤添加手段）
３０　　内燃機関
Ｋ　　　還元剤
【図１】
2004052688.tif 000003
【図２】
2004052688.tif 000004
【図３】
2004052688.tif 000005
【図４】
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【図５】
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