(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒が第１の気筒群と第２の気筒群に分割されており、第１の気筒群の各気筒を第１の気筒群に対して共通の第１の排気通路に連結すると共に第２の気筒群の各気筒を第２の気筒群に対して共通の第２の排気通路に連結した内燃機関において、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯxを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵しているＮＯxを放出するＮＯx吸収剤を第１の排気通路内および第２の排気通路内に夫々配置すると共に、ＮＯx吸収剤上流の第１の排気通路とＮＯx吸収剤上流の第２の排気通路とを連通路により互いに連結し、該連通路との連結部よりも上流の第１の排気通路内に第１の燃料添加弁を配置すると共に該連通路との連結部よりも上流の第２の排気通路内に第２の燃料添加弁を配置し、第１の排気通路内のＮＯx吸収剤からＮＯxを放出すべきときには第１の燃料添加弁から燃料を添加して添加された燃料によりＮＯx吸収剤周りの第１の排気通路内の排気ガスの空燃比をリッチにすると共に、この排気ガスの空燃比をリッチに維持するために第１の燃料添加弁からの燃料添加後、該連通路との連結部よりも下流の第１の排気通路を一時的に閉鎖し、第２の排気通路内のＮＯx吸収剤からＮＯxを放出すべきときには第２の燃料添加弁から燃料を添加して添加された燃料によりＮＯx吸収剤周りの第２の排気通路内の排気ガスの空燃比をリッチにすると共に、この排気ガスの空燃比をリッチに維持するために第２の燃料添加弁からの燃料添加後、該連通路との連結部よりも下流の第２の排気通路を一時的に閉鎖するようにした内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
上記連通路は第１の排気通路のほぼまっすぐに延びる部分および第２の排気通路のほぼまっすぐに延びる部分にほぼ直角をなして連結されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
第１の排気通路内のＮＯx吸収剤と第２の排気通路内のＮＯx吸収剤から交互にＮＯxの放出作用が行われる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
第１の排気通路および第２の排気通路内に夫々上記ＮＯx吸収剤を担持したＮＯx吸蔵還元触媒が配置されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
第１の排気通路および第２の排気通路内に夫々上記ＮＯx吸収剤を担持したパティキュレートフィルタが配置されている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
上記連通路との連結部よりも下流の第１の排気通路および第２の排気通路を閉鎖させるために少なくとも一つの排気制御弁を備えている請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
上記連通路との連結部よりも下流の第１の排気通路は第１の燃料添加弁から燃料が添加された後、予め定められた第１の時間が経過したときに閉鎖されると共に、該閉鎖後予め定められた第２の時間が経過したときに開通せしめられ、上記連通路との連結部よりも下流の第２の排気通路は第２の燃料添加弁から燃料が添加された後、予め定められた第１の時間が経過したときに閉鎖されると共に、該閉鎖後予め定められた第２の時間が経過したときに開通せしめられる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
上記第１の時間は第１又は第２燃料添加弁から添加された燃料を夫々第１又は第２の排気通路内に保持するために必要な時間である請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
上記第１の時間は吸入空気量が増大するほど短くなる請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
上記第１の時間はＮＯx吸収剤の温度が高くなるほど短くなる請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
上記第２の時間は上記第１又は第２排気通路内における排気ガスの空燃比がリッチに保持されている時間である請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１２】
上記第２の時間は吸入空気量が増大するほど短くなる請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１３】
上記第２の時間はＮＯx吸収剤の温度が高くなるほど短くなる請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１４】
上記連通路との連結部よりも下流の第１の排気通路および第２の排気通路内に夫々排気制御弁を配置し、車両制動時に排気ブレーキ作用を行うために両排気制御弁が閉弁せしめられる請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１５】
車両制動時に第１の燃料添加弁および第２の燃料添加弁から燃料が添加され、燃料添加後各排気通路内の排気ガスの空燃比をリッチに維持しかつ排気ブレーキ作用を行うために両排気制御弁が閉弁せしめられる請求項１４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】
共通の排気通路から分岐された第１の排気通路と第２の排気通路を具備し、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯxを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵しているＮＯxを放出するＮＯx吸収剤を第１の排気通路内および第２の排気通路内に夫々配置し、ＮＯx吸収剤上流の第１の排気通路内および第２の排気通路内に夫々燃料添加弁を配置し、ＮＯx吸収剤下流の第１の排気通路内および第２の排気通路内に夫々排気制御弁を配置した内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
この内燃機関では第１の排気通路内に配置されたＮＯx吸収剤から吸蔵したＮＯxを放出させるときには第１の排気通路内に配置された排気制御弁を閉弁して第１の排気通路内に排気ガスを滞留させた状態で第１の排気通路内に配置された燃料添加弁から燃料を添加することにより第１の排気通路内における排気ガスの空燃比をリッチに保持し、第２の排気通路内に配置されたＮＯx吸収剤から吸蔵したＮＯxを放出させるときには第２の排気通路内に配置された排気制御弁を閉弁して第２の排気通路内に排気ガスを滞留させた状態で第２の排気通路内に配置された燃料添加弁から燃料を添加することにより第２の排気通路内における排気ガスの空燃比をリッチに保持するようにしている。
【特許文献１】特開平７−１０２９４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが気筒群毎に夫々独立した排気通路を有する内燃機関に排気ガスの空燃比をリッチに保持しうる上述の公知の排気通路構造を適用すると夫々独立した各排気通路毎に夫々第１の排気通路と第２の排気通路を設けなければならず、斯くして排気通路の構造が極めて複雑になってしまうという問題がある。
本発明は気筒毎に夫々独立した排気通路を有する内燃機関に適した、排気ガスの空燃比をリッチに保持しうる排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
即ち、本発明によれば、気筒が第１の気筒群と第２の気筒群に分割されており、第１の気筒群の各気筒を第１の気筒群に対して共通の第１の排気通路に連結すると共に第２の気筒群の各気筒を第２の気筒群に対して共通の第２の排気通路に連結した内燃機関において、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには排気ガス中のＮＯxを吸蔵し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸蔵しているＮＯxを放出するＮＯx吸収剤を第１の排気通路内および第２の排気通路内に夫々配置すると共に、ＮＯx吸収剤上流の第１の排気通路とＮＯx吸収剤上流の第２の排気通路とを連通路により互いに連結し、この連通路との連結部よりも上流の第１の排気通路内に第１の燃料添加弁を配置すると共に連通路との連結部よりも上流の第２の排気通路内に第２の燃料添加弁を配置し、第１の排気通路内のＮＯx吸収剤からＮＯxを放出すべきときには第１の燃料添加弁から燃料を添加して添加された燃料によりＮＯx吸収剤周りの第１の排気通路内の排気ガスの空燃比をリッチにすると共に、この排気ガスの空燃比をリッチに維持するために第１の燃料添加弁からの燃料添加後、連通路との連結部よりも下流の第１の排気通路を一時的に閉鎖し、第２の排気通路内のＮＯx吸収剤からＮＯxを放出すべきときには第２の燃料添加弁から燃料を添加して添加された燃料によりＮＯx吸収剤周りの第２の排気通路内の排気ガスの空燃比をリッチにすると共に、この排気ガスの空燃比をリッチに維持するために第２の燃料添加弁からの燃料添加後、連通路との連結部よりも下流の第２の排気通路を一時的に閉鎖するようにしている。
【発明の効果】
【０００７】
良好な燃費を確保しつつ良好にＮＯxを浄化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は気筒が第１の気筒群Ａと第２の気筒群Ｂに分割されているＶ型８気筒圧縮着火式内燃機関を示している。本発明は気筒が夫々独立した排気通路に連結されている一対の気筒群を有する内燃機関であれば適用することができ、従って無論のこと本発明は直列多気筒圧縮着火式内燃機関にも適用することができる。図１に示される内燃機関は第１の気筒群Ａと第２の気筒群Ｂとが対称的な構造をなしており、従って以下これら第１の気筒群Ａの構造と第２の気筒群の構造とを一緒に説明する。
【０００９】
図１を参照すると、１は機関本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内に夫々燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドを夫々示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサＣの出口に連結され、コンプレッサＣの入口はエアフローメータ（図示せず）を介してエアクリーナ（図示せず）に連結される。吸気ダクト６内には電子制御式スロットル弁８が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置９が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置９内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービンＴの入口に連結され、排気タービンＴの出口は排気管１０に連結される。
【００１０】
なお、以下第１の気筒群Ａの排気マニホルド５内および排気管１０内を第１の排気通路１１ａと称し、第２の気筒群Ｂの排気マニホルド５内および排気管１０内を第２の排気通路１１ｂと称する。従って図１に示す内燃機関では第１の気筒群Ａの各気筒が第１の気筒群Ａに対して共通の第１の排気通路１１ａに連結され、第２の気筒群Ｂの各気筒が第２の気筒群Ｂに対して共通の第２の排気通路１１ｂに連結されていることになる。
【００１１】
一方、各燃料噴射弁３は燃料供給管１２を介してコモンレール１３に連結される。このコモンレール１３内へは電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ１４から燃料が供給され、コモンレール１３内に供給された燃料は各燃料供給管１２を介して燃料噴射弁３に供給される。また、第１の排気通路１１ａ内には排気マニホルド５内に燃料を、即ち軽油を添加するための第１の燃料添加弁１５ａが配置され、第２の排気通路１１ｂ内には排気マニホルド５内に燃料、即ち軽油を添加するための第２の燃料添加弁１５ｂが配置される。
【００１２】
第１の排気通路１１ａ内には上流側から順に第１のＮＯx吸蔵還元触媒１６ａ、第１のパティキュレートフィルタ１７ａ、第１の酸化触媒１８ａ、およびアクチュエータにより駆動される第１の排気制御弁１９ａが配置され、第２の排気通路１１ｂ内には上流側から順に第２のＮＯx吸蔵還元触媒１６ｂ、第２のパティキュレートフィルタ１７ｂ、第２の酸化触媒１８ｂ、およびアクチュエータにより駆動される第２の排気制御弁１９ｂが配置される。これら第１の排気通路１１ａおよび第２の排気通路１１ｂは第１の排気制御弁１９ａおよび第２の排気制御弁１９ｂの下流において共通の排気管２０に合流せしめられる。
【００１３】
また、第１の排気通路１１ａには第１のＮＯx吸蔵還元触媒１６ａの温度を検出するための温度センサ２１ａと、第１のパティキュレートフィルタ１７ａの前後差圧を検出するための第１の差圧センサ２２ａと、第１の酸化触媒１８ａから排出された排気ガスの温度を検出するための温度センサ２３ａが配置され、第２の排気通路１１ｂには第２のＮＯx吸蔵還元触媒１６ｂの温度を検出するための温度センサ２１ｂと、第２のパティキュレートフィルタ１７ｂの前後差圧を検出するための第２の差圧センサ２２ｂと、第２の酸化触媒１８ｂから排出された排気ガスの温度を検出するための温度センサ２３ｂが配置される。
【００１４】
一方、図１に示されるように第１のＮＯx吸蔵還元触媒１６ａ上流の第１の排気通路１１ａと第２のＮＯx吸蔵還元触媒１６ｂ上流の第２の排気通路１１ｂとは連通管２４内に形成された連通路２５を介して互いに連結される。図１に示されるようにこの連通路２５は第１の排気通路１１ａのほぼまっすぐに延びる部分および第２の排気通路１１ｂのほぼまっすぐに延びる部分にほぼ直角をなして連結されている。
【００１５】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を具備する。各温度センサ２１ａ，２１ｂ，２３ａ，２３ｂおよび各差圧センサ２２ａ，２２ｂの出力信号は夫々対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル３９にはアクセルペダル３９の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４０が接続され、負荷センサ４０の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４１が接続される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁８駆動装置、燃料ポンプ１４および各燃料添加弁１５ａ，１５ｂに接続される。
【００１６】
図２はＮＯx吸蔵還元触媒１６ａ，１６ｂの構造を示している。図２に示される実施例ではＮＯx吸蔵還元触媒１６ａ，１６ｂはハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁６０により互いに分離された複数個の排気ガス流通路６１を具備する。各隔壁６０の両側表面上には例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、図３（Ａ）および（Ｂ）はこの触媒担体６５の表面部分の断面を図解的に示している。図３（Ａ）および（Ｂ）に示されるように触媒担体６５の表面上には貴金属触媒６６が分散して担持されており、更に触媒担体６５の表面上にはＮＯx吸収剤６７の層が形成されている。
【００１７】
本発明による実施例では貴金属触媒６６として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯx吸収剤６７を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。
機関吸気通路、燃焼室２およびＮＯx吸蔵還元触媒１６ａ，１６ｂ上流の排気通路内に供給された空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比と称すると、ＮＯx吸収剤６７は排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯxを吸収し、排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出するＮＯxの吸放出作用を行う。
【００１８】
即ち、ＮＯx吸収剤６７を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、排気ガスの空燃比がリーンのとき、即ち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは図３（Ａ）に示されるように白金Ｐｔ６６上において酸化されてＮＯ2となり、次いでＮＯx吸収剤６７内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸イオンＮＯ3-の形でＮＯx吸収剤６７内に拡散する。このようにしてＮＯxがＮＯx吸収剤６７内に吸収される。排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔ６６の表面でＮＯ2が生成され、ＮＯx吸収剤６７のＮＯx吸収能力が飽和しない限りＮＯ2がＮＯx吸収剤６７内に吸収されて硝酸イオンＮＯ3-が生成される。
【００１９】
これに対し、排気ガスの空燃比がリッチ或いは理論空燃比にされると排気ガス中の酸化濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ3-→ＮＯ2）に進み、斯くして図３（Ｂ）に示されるようにＮＯx吸収剤６７内の硝酸イオンＮＯ3-がＮＯ2の形でＮＯx吸収剤６７から放出される。次いで放出されたＮＯxは排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，ＣＯによって還元される。
【００２０】
このように排気ガスの空燃比がリーンであるとき、即ちリーン空燃比のもとで燃焼が行われているときには排気ガス中のＮＯxがＮＯx吸収剤６７内に吸収される。しかしながらリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われるとその間にＮＯx吸収剤６７のＮＯx吸収能力が飽和してしまい、斯くしてＮＯx吸収剤６７によりＮＯxを吸収できなくなってしまう。そこで本発明による実施例ではＮＯx吸収剤６７の吸収能力が飽和する前に各燃料添加弁１５ａ，１５ｂから燃料を添加することによって排気ガスの空燃比を一時的にリッチにし、それによってＮＯx吸収剤６７からＮＯxを放出させるようにしている。
【００２１】
一方、図４（Ａ）および（Ｂ）はパティキュレートフィルタ１７ａ，１７ｂの構造を示している。なお、図４（Ａ）はパティキュレートフィルタ１７ａ，１７ｂの正面図を示しており、図４（Ｂ）はパティキュレートフィルタ１７ａ，１７ｂの側面断面図を示している。図４（Ａ）および（Ｂ）に示されるようにパティキュレートフィルタ１７ａ，１７ｂはハニカム構造をなしており、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路７０，７１を具備する。これら排気流通路は下流端が栓７２により閉塞された排気ガス流入通路７０と、上流端が栓７３により閉塞された排気ガス流出通路７１とにより構成される。なお、図４（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓７３を示している。従って排気ガス流入通路７０および排気ガス流出通路７１は薄肉の隔壁７４を介して交互に配置される。云い換えると排気ガス流入通路７０および排気ガス流出通路７１は各排気ガス流入通路７０が４つの排気ガス流出通路７１によって包囲され、各排気ガス流出通路７１が４つの排気ガス流入通路７０によって包囲されるように配置される。
【００２２】
パティキュレートフィルタ１７ａ，１７ｂは例えばコージライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気ガス流入通路７０内に流入した排気ガスは図４（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁７４内を通って隣接する排気ガス流出通路７１内に流出する。
本発明による実施例では各排気ガス流入通路７０および各排気ガス流出通路７１の周壁面、即ち各隔壁７４の両側表面上および隔壁７４内の細孔内壁面上にも例えばアルミナからなる触媒担体が担持されており、この触媒担体６５の表面上には図３（Ａ）および（Ｂ）に示されるように白金Ｐｔからなる貴金属触媒６６が分散して担持されており、ＮＯx吸収剤６７の層が形成されている。
【００２３】
従ってリーン空燃比のもとで燃料が行われているときには排気ガス中のＮＯxがパティキュレートフィルタ１７ａ，１７ｂ上のＮＯx吸収剤６７内にも吸収される。このＮＯx吸収剤６７に吸収されたＮＯxも各燃料添加弁１５ａ，１５ｂから燃料を添加することによって放出される。
【００２４】
一方、排気ガス中に含まれる粒子状物質はパティキュレートフィルタ１７ａ，１７ｂ上に捕集され、順次酸化される。しかしながら捕集される粒子状物質の量が酸化される粒子状物質の量よりも多くなると粒子状物質がパティキュレートフィルタ１７ａ，１７ｂ上に次第に堆積し、この場合粒子状物質の堆積量が増大すると機関出力の低下を招いてしまう。従って粒子状物質の堆積量が増大したときには堆積した粒子状物質を除去しなければならない。この場合、空気過剰のもとでパティキュレートフィルタ１７ａ，１７ｂの温度を６００℃程度まで上昇させると堆積した粒子状物質は酸化され、除去される。
【００２５】
そこで本発明による実施例ではパティキュレートフィルタ１７ａ，１７ｂ上に堆積した粒子状物質の量が許容量を越えたとき、即ち差圧センサ２２ａ，２２ｂにより検出されたパティキュレートフィルタ１７ａ，１７ｂの前後差圧ΔＰが許容値を越えたときにはパティキュレートフィルタ１７ａ，１７ｂに流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しつつ各燃料添加弁１５ａ，１５ｂから燃料を添加してこの添加された燃料の酸化反応熱によりパティキュレートフィルタ１７ａ，１７ｂの温度を上昇させ、それによって堆積した粒子状物質を酸化除去するようにしている。
【００２６】
なお、図１においてＮＯx吸蔵還元触媒１６ａ，１６ｂを省くこともできる。また、図１においてパティキュレートフィルタ１７ａ，１７ｂとして、ＮＯx吸収剤６７を担持していないパティキュレートフィルタを用いることもできる。ただし、第１の排気通路１１ａ内および第２の排気通路１１ｂ内のいずれにもＮＯx吸収剤６７が配置されていることが必要である。
【００２７】
次に図５を参照しつつＮＯx吸蔵還元触媒１６ａ，１６ｂ上のＮＯx吸収剤６７、およびパティキュレートフィルタ１７ａ，１７ｂ上のＮＯx吸収剤６７からのＮＯxの放出制御について説明する。
【００２８】
機関から単位時間当りに排出されるＮＯx量は機関の運転状態に応じて変化し、従って単位時間当りにＮＯx吸収剤６７に吸収されるＮＯx量も機関の運転状態に応じて変化する。本発明による実施例ではＮＯx吸収剤６７に単位時間当り吸収されるＮＯx量ＮＯＸＡが要求トルクＴＱおよび機関回転数Ｎの関数として図６に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、このＮＯx量ＮＯＸＡを積算することによって図５に示されるＮＯx吸収剤６７に吸収されたＮＯx量ΣＮＯＸが算出される。
【００２９】
一方、図５においてＩは第１の排気通路１１ａを示しており、IIは第２の排気通路１１ｂを示している。図５からわかるように通常は、即ちＮＯx量ΣＮＯＸが許容値ＭＡＸよりも低いときには第１の排気制御弁１９ａおよび第２の排気制御弁１９ｂのいずれも開弁せしめられており、第１の排気通路１１ａおよび第２の排気通路１１ｂ内のいずれもリーン空燃比の排気ガスが流通している。従ってこのときにはいずれの排気通路１１ａ，１１ｂ内のＮＯx吸収剤６７においても排気ガス中のＮＯxの吸収作用が行われている。
【００３０】
さて、図５においてＸで示されるようにＮＯx吸収剤６７に吸収されたＮＯx量ΣＮＯＸが許容値ＭＡＸを越えるとＮＯx吸収剤６７からＮＯxを放出すべくまず初めに第１の燃料添加弁１５ａから燃料が添加される。この添加燃料はミスト状、即ち微粒子状をなしており、このミスト状の添加燃料は排気ガス流に載って第１の排気通路１１ａ内を流れる。ところで図１に示されるように連通路２５は第１の排気通路１１ａにほぼ直角をなして連結されており、従って第１の排気通路１１ａ内を流れるミスト状の添加燃料は連通路２５内に流入することなくそのまま第１の排気通路１１ａ内を流れ続ける。
【００３１】
さて、第１の排気通路１１ａ内を流れる添加燃料は第１の排気通路１１ａ内を即座に突き抜けるのではなくて、排気ガス流に対し遅れて第１の排気通路１１ａ内を前進し、次いでこの燃料は第１の排気通路１１ａ内のＮＯx吸蔵還元触媒１６ａや、パティキュレートフィルタ１７ａや、酸化触媒１８ａに一旦付着し、その後蒸発する。その結果、図５に示されるように連通路２５との連結部よりも下流の第１の排気通路１１ａ内における排気ガスの空燃比はリッチとなり、第１の排気通路１１ａ内のＮＯx吸収剤６７からＮＯxが放出される。
【００３２】
ところで、本発明による実施例では図５のＸにおいて第１の燃料添加弁１５ａから燃料が添加されるとこの燃料添加から予め定められた第１の時間Δｔ１を経過したときに第２の排気制御弁１９ｂを全開状態に保持しつつ第１の排気制御弁１９ａが閉弁せしめられて第１の排気通路１１ａが閉鎖される。このとき第１の排気通路１１ａ内を流れる排気ガスは連通路２５を通って第２の排気通路１１ｂに流入するがこのとき第１の燃料添加弁１５ａから添加された燃料は既に連通路２５との連結部よりも下流の第１の排気通路１１ａ内に送り込まれており、従って第２の排気通路１１ｂ内に流入する排気ガス中には添加燃料が含まれていない。
【００３３】
一方、連通路２５との連結部よりも下流の第１の排気通路１１ａ内に送り込まれた添加燃料は第１の排気制御弁１９ａが閉弁せしめられると連通路２５との連結部よりも下流であって第１の排気制御弁１９ａよりも上流の第１の排気通路１１ａ内に保持される。
【００３４】
この場合、第１の燃料添加弁１５ａからの燃料添加後、第１の排気制御弁１９ａを早く閉弁しすぎると添加燃料が第１の排気通路１１ａ内の先の方まで進まないためにＮＯx吸蔵還元触媒１６ａやパティキュレートフィルタ１７ａの表面を十分に利用して添加燃料を保持しえず、これに対し燃料添加後、第１の排気制御弁１９ａを遅く閉弁しすぎると蒸発した燃料が外部に排出されてしまう。即ち、第１の時間Δｔ１は第１の燃料添加弁１５ａから添加された燃料を第１の排気通路１１ａ内に保持するために必要な時間である。
【００３５】
この場合、排気ガスの流速が早いほど、即ち吸入空気量が多いほど添加燃料は先に進むので吸入空気量が多いほど第１の排気制御弁１９ａは早く閉弁する必要がある。従って図７（Ａ）において実線で示されるように吸入空気量Ｇａが増大するほど第１の時間Δｔ１は短くされる。一方、ＮＯx吸蔵還元触媒１６ａやパティキュレートフィルタ１７ａの温度Ｔｃ、即ちＮＯx吸収剤６７の温度Ｔｃが高くなるほど付着した燃料は蒸発しやすくなるので図７（Ｂ）に示されるように温度Ｔｃが高くなるほど第１の時間Δｔ１は短くされる。この第１の時間Δｔ１は吸入空気量Ｇａおよび温度Ｔｃの関数として図７（Ｃ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３６】
一方、第１の排気制御弁１９ａが閉弁せしめられ、第１の排気通路１１ａが閉鎖されてから予め定められた第２の時間Δｔ２が経過すると第１の排気制御弁１９ａが開弁せしめられ、第１の排気通路１１ａが開通せしめられる。第１の排気制御弁１９ａが閉弁している間にＮＯx吸蔵還元触媒１６ａやパティキュレートフィルタ１７ａに付着した燃料が蒸発して第１の排気通路１１ａ内に滞留している排気ガスの空燃比はリッチとなり、それによってＮＯx吸収剤６７に吸収されていたＮＯxが放出され、還元される。従って第２の時間Δｔ２は第１の排気通路１１ａ内における排気ガスの空燃比をリッチに保持することのできる時間である。
【００３７】
なお、ＮＯx吸収剤６７の温度Ｔｃが高いほどＮＯxの放出還元作用が進むので図８（Ａ）に示されるように温度Ｔｃが高くなるほど第２の時間Δｔ２は短くなる。また、排気制御弁１９ａは全閉していても若干の漏れがあり、このような漏れがあるとリーン空燃比の排気ガスが連通路２５との連結部よりも下流の第１の排気通路１１ａ内に流入してくるので第１の排気通路１１ａ内の排気ガスの空燃比がリッチからリーンに早期に切換わることになる。この場合、排気ガス量が多いほど、即ち吸入空気量Ｇａが多いほどリッチからリーンに早期に切換わるので図８（Ｂ）に示されるように吸入空気量Ｇａが増大するほど第２の時間Δｔ２は短くされる。この第２の時間Δｔ２は吸入空気量Ｇａおよび温度Ｔｃの関数として図８（Ｃ）に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【００３８】
一方、図５に示されるように第１の排気制御弁１９ａが開弁してから暫らくすると今度は第２の燃料添加弁１５ｂから燃料が添加される。このときには第２の排気制御弁１９ｂが燃料添加後、予め定められた第１の時間Δｔ１が経過したときに閉弁せしめられ、閉弁後予め定められた第２の時間Δｔ２が経過したときに開弁せしめられる。従ってこのときにも第２の燃料添加弁１５ｂから添加された全ての燃料は連通路２５との連結部よりも下流の第２の排気通路１１ｂ内に送り込まれ、図５に示されるように連通路２５との連結部よりも下流の第２の排気通路１１ｂ内における排気ガスの空燃比がリッチに保持される。
【００３９】
このように本発明による実施例では第１の燃料添加弁１５ａから添加された全ての燃料は連通路２５との連結部よりも下流の第１の排気通路１１ａ内に送り込まれてＮＯx吸収剤６７からのＮＯx放出のために有効に使用され、第２の燃料添加弁１５ｂから添加された全ての燃料は連通路２５との連結部よりも下流の第２の排気通路１１ｂ内に送り込まれてＮＯx吸収剤６７からのＮＯx放出のために有効に使用されるので良好な燃費を確保することができる。
【００４０】
また、本発明による実施例では車両制動時に両排気制御弁１９ａ，１９ｂが閉弁せしめられ、それによって排気ブレーキ作用が行われる。即ち、両排気制御弁１９ａ，１９ｂは排気ブレーキ用の排気絞り弁の役目も果している。更に、本発明による実施例では車両制動時に第１の燃料添加弁１５ａおよび第２の燃料添加弁１５ｂから燃料が添加され、燃料添加後各排気通路１１ａ，１１ｂ内の排気ガスの空燃比をリッチに維持しかつ排気ブレーキ作用を行うために両排気制御弁１９ａ，１９ｂが閉弁せしめられる。
【００４１】
図９および図１０は排気浄化処理ルーチンを示している。
図９および図１０を参照するとまず初めにステップ１００において図６に示すマップから単位時間当り吸収されるＮＯx量ＮＯＸＡが算出される。次いでステップ１０１ではこのＮＯＸＡがＮＯx吸収剤６７に吸収されているＮＯx量ΣＮＯＸに加算される。次いでステップ１０２では吸収ＮＯx量ΣＮＯＸが許容値ＭＡＸを越えたか否かが判別され、ΣＮＯＸ＞ＭＡＸとなったときにはステップ１０３に進んで第１の排気通路１１ａ内に配置されたＮＯx吸収剤６７からのＮＯx放出処理が行われる。
【００４２】
即ち、ステップ１０３では温度センサ２１ａおよび温度センサ２３ａにより検出された温度の一方又は双方から推定されるＮＯx吸蔵還元触媒１６ａおよびパティキュレートフィルタ１７ａの代表温度Ｔｃとエアフローメータ（図示せず）により検出された吸入空気量Ｇａとに基づいて図７（Ｃ）に示すマップから第１の時間Δｔ１が算出される。次いでステップ１０４では温度センサ２１ａおよび温度センサ２３ａにより検出された温度の一方又は双方から推定されるＮＯx吸蔵還元触媒１６ａおよびパティキュレートフィルタ１７ａの代表温度Ｔｃとエアフローメータにより検出された吸入空気量Ｇａとに基づいて図８（Ｃ）に示すマップから第２の時間Δｔ２が算出される。
【００４３】
次いでステップ１０５では図５に示されるようにまず初めに第１の燃料添加弁１５ａから燃料、即ち軽油が添加される。次いでステップ１０３において算出された第１の時間Δｔ１が経過したときに第１の排気制御弁１９ａが閉弁される。次いでステップ１０４において算出された第２の時間Δｔ２が経過したときに第１の排気制御弁１９ａが開弁されると共にＮＯx量ΣＮＯＸが零とされる。
【００４４】
次いでステップ１０６では、ステップ１０５におけるＮＯx放出処理が完了してから、即ち第１の排気制御弁１９ａが開弁してから一定時間が経過したか否かが判別され、第１の排気制御弁１９ａが開弁してから一定時間が経過したときにはステップ１０７に進んで第２の排気通路１１ｂ内に配置されたＮＯx吸収剤６７からのＮＯx放出処理が行われる。
【００４５】
即ち、ステップ１０７では温度センサ２１ｂおよび温度センサ２３ｂにより検出された温度の一方又は双方から推定されるＮＯx吸蔵還元触媒１６ｂおよびパティキュレートフィルタ１７ｂの代表温度Ｔｃとエアフローメータにより検出された吸入空気量Ｇａとに基づいて図７（Ｃ）に示すマップから第１の時間Δｔ１が算出される。次いでステップ１０８では温度センサ２１ｂおよび温度センサ２３ｂにより検出された温度の一方又は双方から推定されるＮＯx吸蔵還元触媒１６ｂおよびパティキュレートフィルタ１７ｂの代表温度Ｔｃとエアフローメータにより検出された吸入空気量Ｇａとに基づいて図８（Ｃ）に示すマップから第２の時間Δｔ２が算出される。
【００４６】
次いでステップ１０９では図５に示されるようにまず初めに第２の燃料添加弁１５ｂから燃料、即ち軽油が添加される。次いでステップ１０７において算出された第１の時間Δｔ１が経過したときに第２の排気制御弁１９ｂが閉弁される。次いでステップ１０８において算出された第２の時間Δｔ２が経過したときに第２の排気制御弁１９ｂが開弁される。
【００４７】
次いでステップ１１０では車両制動時であるか否かが判別される。車両制動時であるときにはステップ１１１に進んで両燃料添加弁１５ａ，１５ｂから燃料が添加され、次いでステップ１１２では燃料添加後、両排気制御弁１９ａ，１９ｂが閉弁せしめられる。
【００４８】
図１１および図１２に夫々別の変形例を示す。
図１１に示す例では第１の排気通路１１ａの下流端と第２の排気通路１１ｂの下流端の排気通路２０への合流部に一個の排気制御弁１９が配置され、この一個の排気制御弁１９によって実線で示されるように第１の排気通路１１ａと第２の排気通路１１ｂが共に開通している状態と、破線ａで示されるように第１の排気通路１１ａのみが閉鎖されている状態と、破線ｂで示されるように第２の排気通路１１ｂのみが閉鎖されている状態との３つの状態に切換えられる。
【００４９】
図１２に示す例では第１のＮＯx吸蔵還元触媒１６ａ上流の第１の排気通路１１ａに第１の排気制御弁１９ａが配置され、第２のＮＯx吸蔵還元触媒１６ｂ上流の第２の排気通路１１ｂに第２の排気制御弁１９ｂが配置される。この場合でも添加した燃料が第１のＮＯx吸蔵還元触媒１６ａおよび第１のパティキュレートフィルタ１７ａに付着したときに第１の排気制御弁１９ａを閉弁すれば第１の排気通路１１ａ内の排気ガスはリッチに保持され、添加した燃料が第２のＮＯx吸蔵還元触媒１６ｂおよび第２のパティキュレートフィルタ１７ｂに付着したときに第２の排気制御弁１９ｂを閉弁すれば第２の排気通路１１ｂ内の排気ガスはリッチに保持される。
【００５０】
図１３に別の実施例を示す。図１３に示されるようにこの実施例では第１の排気通路１１ａおよび第２の排気通路１１ｂ内には燃料添加弁が設けられておらず、ただ一つの燃料添加弁１５が連通路２５内に配置されている。図１４にこの燃料添加弁１５からの燃料添加のタイミングを示す。なお、図１４においても図５と同様にＩは第１の排気通路１１ａを示しており、IIは第２の排気通路１１ｂを示している。
【００５１】
図１４に示されるようにこの実施例ではＮＯx吸収剤６７に吸収されたＮＯx量ΣＮＯＸが許容値ＭＡＸを越えるとまず初めに第２の排気制御弁１９ｂが閉弁せしめられる。第２の排気制御弁１９ｂが閉弁せしめられると第２の気筒群Ｂから第２の排気通路１１ｂ内に排出された排気ガスは連通路２５を通って第１の排気通路１１ａ内に送り込まれる。このように排気ガスが連通路２５内を第１の排気通路１１ａ内に向けて流れているときに燃料添加弁２５から燃料が添加され、従って全ての添加燃料が第１の排気通路１１ａ内に送り込まれることになる。
【００５２】
燃料添加が行われてから予め定められた第１の時間Δｔ１が経過すると第２の排気制御弁１９ｂが開弁せしめられると同時に第１の排気制御弁１９ａが閉弁せしめられる。このとき全ての添加燃料が連通路２５との連結部よりも下流の第１の排気通路１１ａ内に保持される。第１の排気制御弁１９ａが閉弁せしめられている間、連通路２５との連結部よりも下流の第１の排気通路１１ａ内の排気ガスの空燃比はリッチに保持され、この間ＮＯx吸収剤６７からのＮＯxの放出作用が行われる。第１の排気制御弁１９ａは閉弁後予め定められた第２の時間Δｔ２を経過したときに開弁せしめられる。
【００５３】
一方、上述の如く第１の排気制御弁１９ａが閉弁せしめられると第１の気筒群Ａから第１の排気通路１１ａ内に排出された排気ガスは連通路２５を通って第２の排気通路１１ｂ内に送り込まれる。このように排気ガスが連通路２５内を第２の排気通路１１ｂ内に向けて流れているときに燃料添加弁２５から燃料が添加され、従って全ての添加燃料が第２の排気通路１１ｂ内に送り込まれることになる。
【００５４】
燃料添加が行われてから予め定められた第１の時間Δｔ１が経過すると第１の排気制御弁１９ａが開弁せしめられると同時に第２の排気制御弁１９ｂが閉弁せしめられる。このとき全ての添加燃料が連通路２５との連結部よりも下流の第２の排気通路１１ｂ内に保持される。第２の排気制御弁１９ｂが閉弁せしめられている間、連通路２５との連結部よりも下流の第２の排気通路１１ｂ内の排気ガスの空燃比はリッチに保持され、この間ＮＯx吸収剤６７からのＮＯxの放出作用が行われる。第２の排気制御弁１９ｂは閉弁後予め定められた第２の時間Δｔ２を経過したときに開弁せしめられる。
【００５５】
この実施例でも全ての添加燃料がＮＯx吸収剤６７からのＮＯx放出のために有効に使用されるので良好な燃費を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】圧縮着火式内燃機関の全体図である。
【図２】ＮＯx吸蔵還元触媒の側面断面図である。
【図３】触媒担体の表面部分の断面図である。
【図４】パティキュレートフィルタの構造を示す図である。
【図５】燃料添加のタイミングと排気制御弁の開閉弁時期を示すタイムチャートである。
【図６】吸収ＮＯx量ＮＯＸＡのマップを示す図である。
【図７】第１の時間Δｔ１を示す図である。
【図８】第２の時間Δｔ２を示す図である。
【図９】排気浄化処理を行うためのフローチャートである。
【図１０】排気浄化処理を行うためのフローチャートである。
【図１１】圧縮着火式内燃機関の変形例を示す図である。
【図１２】圧縮着火式内燃機関の変形例を示す図である。
【図１３】圧縮着火式内燃機関の別の実施例を示す図である。
【図１４】燃料添加のタイミングと排気制御弁の開閉弁時期を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００５７】
５    排気マニホルド
１１ａ    第１の排気通路
１１ｂ    第２の排気通路
１５ａ    第１の燃料添加弁
１５ｂ    第２の燃料添加弁
１６ａ    第１のＮＯx吸蔵還元触媒
１６ｂ    第２のＮＯx吸蔵還元触媒
１７ａ    第１のパティキュレートフィルタ
１７ｂ    第２のパティキュレートフィルタ
１８ａ    第１の酸化触媒
１８ｂ    第２の酸化触媒
１９ａ    第１の排気制御弁
１９ｂ    第２の排気制御弁
【図１】
0004640114.tif 000002
【図２】
0004640114.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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