(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路であって並列に分岐された複数の排気通路と、
前記分岐された複数の排気通路に夫々設けられ酸化機能を有する触媒と、
前記触媒の夫々に還元剤を夫々供給する還元剤供給手段と、
前記複数の排気通路の夫々に設けられて開閉する流路切替弁と、
を備え、
前記触媒の温度を上昇させる必要が生じた場合には、前記還元剤供給手段は複数の触媒へ夫々還元剤を供給して複数の触媒の温度を同時に上昇させ、
このときに、一の排気通路に設けられている流路切替弁を閉じ、他の排気通路に設けられている流路切替弁を開き、該一の排気通路に設けられている触媒へ供給する還元剤量を他の排気通路に設けられている触媒へ供給する還元剤量よりも少なくすることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記内燃機関の排気浄化装置は、還元剤供給手段によらない触媒の昇温手段を備え、また、前記触媒は、その床温によって炭化水素の浄化率が異なり、前記触媒の床温が炭化水素を浄化可能な温度よりも低温の場合には、前記還元剤供給手段によらない触媒の昇温手段により複数の触媒の温度を同時に上昇させ、一方、触媒の床温が炭化水素を浄化可能な温度以上の場合には、複数の触媒へ還元剤を供給して複数の触媒の床温を同時に上昇させ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。
【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】
内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置として、排気通路に複数の酸化機能を有する触媒、例えばＮＯx触媒を並列に配置することがある。
【０００３】
ＮＯx触媒は、ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンなど希薄燃焼可能な内燃機関から排出される排気を浄化可能な触媒であり、これには選択還元型ＮＯx触媒や吸蔵還元型ＮＯx触媒等が挙げられる。
【０００４】
例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒は、流入排気の酸素濃度が高いときはＮＯxを吸収し、流入排気の酸素濃度が低下すると吸収していたＮＯxを放出しつつＮ2に還元するＮＯxの吸放出作用を行う。
【０００５】
この吸蔵還元型ＮＯx触媒の場合、前記内燃機関では通常運転時の排気の空燃比がリーンとなるため、排気中のＮＯxがＮＯx触媒に吸収されることとなる。しかしながら、リーン空燃比の排気がＮＯx触媒に供給され続けると、ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和し、それ以上ＮＯxを吸収できなくなり、ＮＯxがリークされることとなる。そこで、ＮＯx触媒では、ＮＯx吸収能力が飽和する前に所定のタイミングで流入排気の酸素濃度を低下させるとともに排気中のＨＣ成分量を増加させ、ＮＯx触媒に吸収されていたＮＯxを放出しつつＮ2に還元し、ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力を回復させる必要がある。
【０００６】
このようにリーンＮＯx触媒を利用した排気浄化装置では、ＮＯxが浄化されるために間欠的に排気の酸素濃度を低下させる必要がある。そして、間欠的に排気の酸素濃度を低下させる方法の一例として排気中の燃料添加が挙げられる。
【０００７】
一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒には燃料に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（ＳＯx）もＮＯxと同じメカニズムで吸収される。このように吸収されたＳＯxはＮＯxよりも放出されにくく、ＮＯx触媒内に蓄積される。これを硫黄被毒（ＳＯx被毒）といい、ＮＯx浄化率が低下するため、適宜の時期にＳＯx被毒から回復させる被毒回復処理を施す必要がある。この被毒回復処理は、ＮＯx触媒を高温（例えば６００乃至６５０℃程度）にしつつ酸素濃度を低下させた排気をＮＯx触媒に流通させて行われている。
【０００８】
ところが希薄燃焼運転時の排気の温度は低いため、ＳＯx被毒の回復に必要とされる温度まで触媒を昇温することは困難である。
【０００９】
このような問題に対し、例えば特許第２７２７９０６号では、ＮＯx吸収剤を担持したパティキュレートフィルタを排気管に２つ並列に配置した内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯx吸収剤に流入する排気を一方ずつ遮断してＮＯx吸収剤からＮＯxを放出させ、また、ＳＯx被毒の解消を行っている。このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、一方のＮＯx吸収剤の再生操作実行中には他方のＮＯx吸収剤に排気を流通させて運転できるので、全体として排気流量を絞る必要がなく内燃機関の出力低下を発生させることもない。このため、運転条件に左右されることなく任意の時期にＮＯx吸収剤の再生等の操作を行うことが可能となる。そして、還元剤供給時にパティキュレートが燃焼してＳＯx被毒の解消に必要とされる温度までフィルタの温度を上昇させることが可能となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＮＯx吸収剤の昇温制御を一方ずつ行うと、両方のＮＯx吸収剤の昇温を完了するには、一つのＮＯx触媒を備えたシステムと比較して２倍の時間を必要としてしまう。従って、その間はＮＯx等の浄化率が低下してしまい排気エミッションが悪化する虞がある。
【００１１】
また、触媒には排気を効果的に浄化することができる温度範囲（温度ウィンド）があり、この温度ウィンドの範囲内に触媒の温度を維持することが重要となる。ところが、触媒の温度が低下して温度ウィンドを外れる虞があるときに、前記したように一方ずつ触媒の温度を上昇させていたのでは、一方の触媒の昇温中に他方の触媒の温度が温度ウィンドを外れてしまい浄化率が低下してしまう虞がある。尚、上記した触媒の昇温制御は堆積したパティキュレートを酸化させる際にも行われ、触媒を短時間に昇温させることが望まれる。
【００１２】
本発明は、以上の問題を解決するためになされたものであり、酸化機能を有する複数の触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、複数の触媒を早期に温度上昇させることができる技術を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。即ち、
内燃機関の排気通路であって並列に分岐された複数の排気通路と、
前記分岐された複数の排気通路に夫々設けられ酸化機能を有する触媒と、
前記触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
を備え、
前記触媒の温度を上昇させる必要が生じた場合には、前記還元剤供給手段は複数の触媒へ還元剤を供給して複数の触媒の温度を同時に上昇させることを特徴とする。
【００１４】
本発明の最大の特徴は、複数の酸化機能を有する触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置において、同時に複数の触媒に還元剤を供給して短時間に複数の触媒の浄化率を上昇させることにある。
【００１５】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置では、通常の運転中には複数の触媒に排気が流通する。このように複数の触媒に同時に排気を流通させると、複数の触媒の温度が同時に低下することがある。このように触媒の昇温が必要となった場合には、還元剤供給手段は複数の触媒へ還元剤を供給する。触媒へ供給された還元剤は該触媒で反応して該触媒の温度を上昇させる。このようにして、同時に複数の触媒を昇温させることができ、早期に複数の触媒の浄化率を上昇させることが可能となる。
【００１６】
本発明においては、前記内燃機関の排気浄化装置は、還元剤供給手段によらない触媒の昇温手段を備え、また、前記触媒は、その床温によって炭化水素の浄化率が異なり、前記触媒の床温が炭化水素を浄化可能な温度よりも低温の場合には、前記還元剤供給手段によらない触媒の昇温手段により複数の触媒の温度を同時に上昇させ、一方、触媒の床温が炭化水素を浄化可能な温度以上の場合には、複数の触媒へ還元剤を供給して複数の触媒の床温を同時に上昇させることができる。
【００１７】
このように、構成された内燃機関の排気浄化装置では、還元剤の供給により触媒の温度上昇が期待できる温度範囲に触媒の床温があるときには、還元剤を供給することで該触媒の温度を上昇させ、一方、還元剤の供給により触媒の温度上昇が期待できる温度範囲よりも低い温度に触媒の床温があるときには、例えば、内燃機関の排気の温度を上昇させるための運転を行い該触媒の温度を上昇させる。このようにして、触媒が低温の場合であっても、早期に温度を上昇させることが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る排気浄化装置を適用するエンジン１とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２０】
図１に示すエンジン１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００２１】
エンジン１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。このコモンレール４には、該コモンレール４内の燃料の圧力に対応した電気信号を出力するコモンレール圧センサ４ａが取り付けられている。
【００２２】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがエンジン１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００２３】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００２４】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００２５】
次に、エンジン１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００２６】
前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、該吸気管９の途中には、排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられ、コンプレッサハウジング１５ａより下流の吸気管９には、前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ１６が設けられている。
【００２７】
このように構成された吸気系では、吸気は吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。
【００２８】
コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ１６にて冷却された後、吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００２９】
一方、エンジン１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が排気ポート（図示省略）を介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００３０】
前記排気枝管１８は、前記ターボチャージャ１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１９の一端と接続され、該排気管１９の他端はマフラー（図示省略）に通じている。
【００３１】
排気管１９は、ターボチャージャ１５の下流で第１排気管１９ａ及び第２排気管１９ｂに分岐している。第１排気管１９ａの途中には第１フィルタ２０ａが設けられ、一方、第２排気管１９ｂの途中には第２フィルタ２０ｂが設けられている。第１フィルタ２０ａ及び第２フィルタ２０ｂは、吸蔵還元型ＮＯx触媒を担持したパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）である。尚、本実施の形態で単に「フィルタ２０」と表記した場合には、第１フィルタ２０ａ及び第２フィルタ２０ｂの双方を指し示すものとする。第１フィルタ２０ａ及び第２フィルタ２０ｂには、フィルタ２０の温度に応じた信号を出力するフィルタ温度センサ２４ａ及び２４ｂが夫々設けられている。
【００３２】
また、第１フィルタ２０ａの下流の第１排気管１９ａにはＥＣＵ３５からの信号により開閉される流路切替弁２２ａが設けられ、一方、第２フィルタ２０ｂの下流の第２排気管１９ｂにはＥＣＵ３５からの信号により開閉される流路切替弁２２ｂが設けられている。そして、流路切替弁２２ａ及び２２ｂの下流で第１排気管１９ａと第２排気管１９ｂとが合流した後マフラー（図示省略）に連結される。第１フィルタ２０ａ及び第２フィルタ２０ｂの上流には、ＥＣＵ３５からの信号により開弁し還元剤たる燃料を噴射する還元剤噴射弁２８ａ及び２８ｂが夫々設けられている。尚、本実施の形態で単に「流路切替弁２２」と表記した場合には、流路切替弁２２ａ及び流路切替弁２２ｂの双方を指し示すものとする。
【００３３】
ところで、ディーゼルエンジンは経済性に優れている反面、排気中に含まれる浮遊粒子状物質である煤に代表されるパティキュレートマター（以下、ＰＭという。）の除去が重要な課題となっている。このため、本実施の形態では、大気中にＰＭが放出されないようにディーゼルエンジンの排気系にＰＭの捕集を行うパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」とする）を設けている。
【００３４】
次に、フィルタ２０について説明する。
【００３５】
図２にフィルタ２０の構造を示す。なお、図２において（Ａ）はフィルタ２０の横方向断面を示しており、（Ｂ）はフィルタ２０の縦方向断面図を示している。図２（Ａ）及び（Ｂ）に示されるようにフィルタ２０は、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路５０、５１を具備するいわゆるウォールフロー型である。これら排気流通路は下流端が栓５２により閉塞された排気流入通路５０と、上流端が栓５３により閉塞された排気流出通路５１とにより構成される。なお、図２（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓５３を示している。従って、排気流入通路５０および排気流出通路５１は薄肉の隔壁５４を介して交互に配置される。換言すると排気流入通路５０および排気流出通路５１は各排気流入通路５０が４つの排気流出通路５１によって包囲され、各排気流出通路５１が４つの排気流入通路５０によって包囲されるように配置される。
【００３６】
フィルタ２０は例えばコージェライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気流入通路５０内に流入した排気は図２（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁５４内を通って隣接する排気流出通路５１内に流出する。
【００３７】
本発明による実施例では各排気流入通路５０および各排気流出通路５１の周壁面、即ち各隔壁５４の両側表面上および隔壁５４内の細孔内壁面上には例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担体上に吸蔵還元型ＮＯx触媒が坦持されている。
【００３８】
次に、本実施の形態に係るフィルタ２０に担持された吸蔵還元型ＮＯx触媒の働きについて説明する。
【００３９】
フィルタ２０は、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成されている。
【００４０】
このように構成されたＮＯx触媒は、該ＮＯx触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸収する。
【００４１】
一方、ＮＯx触媒は、該ＮＯx触媒に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸収していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、ＮＯx触媒は、該ＮＯx触媒から放出された窒素酸化物（ＮＯx）を窒素（Ｎ2）に還元せしめることができる。
【００４２】
このように構成された排気系では、エンジン１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポートを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝管１８からターボチャージャ１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、該排気が持つ熱エネルギを利用してタービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００４３】
前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、第１排気管１９ａ及び第２排気管１９ｂを介してフィルタ２０へ流入し、排気中のＰＭが捕集され且つ有害ガス成分が除去又は浄化される。フィルタ２０にてＰＭを捕集され且つ有害ガス成分を除去又は浄化された排気は排気管１９を流通した後、マフラー（図示省略）を介して大気中に放出される。この場合、流路切替弁２２は、双方とも開弁されている。
【００４４】
また、排気枝管１８と吸気枝管８とは、排気枝管１８内を流通する排気の一部を吸気枝管８へ再循環させる排気再循環通路（ＥＧＲ通路）２５を介して連通されている。このＥＧＲ通路２５の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路２５内を流通する排気（以下、ＥＧＲガスと称する）の流量を変更する流量調整弁（ＥＧＲ弁）２６が設けられている。
【００４５】
前記ＥＧＲ通路２５の途中でＥＧＲ弁２６より上流には、該ＥＧＲ通路２５内を流通するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２７が設けられている。前記ＥＧＲクーラ２７には、冷却水通路（図示省略）が設けられエンジン１を冷却するための冷却水の一部が循環する。
【００４６】
このように構成された排気再循環機構では、ＥＧＲ弁２６が開弁されると、ＥＧＲ通路２５が導通状態となり、排気枝管１８内を流通する排気の一部が前記ＥＧＲ通路２５へ流入し、ＥＧＲクーラ２７を経て吸気枝管８へ導かれる。
【００４７】
その際、ＥＧＲクーラ２７では、ＥＧＲ通路２５内を流通するＥＧＲガスとエンジン１の冷却水との間で熱交換が行われ、ＥＧＲガスが冷却される。
【００４８】
ＥＧＲ通路２５を介して排気枝管１８から吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれる。
【００４９】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含まれているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が抑制される。
【００５０】
以上述べたように構成されたエンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００５１】
ＥＣＵ３５には、コモンレール圧センサ４ａ、フィルタ温度センサ２４ａ及び２４ｂ、クランクポジションセンサ３３、水温センサ３４、アクセル開度センサ３６等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
【００５２】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、流路切替弁２２、ＥＧＲ弁２６等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ３５が制御することが可能になっている。
【００５３】
ここで、ＥＣＵ３５は、図３に示すように、双方向性バス３５０によって相互に接続された、ＣＰＵ３５１と、ＲＯＭ３５２と、ＲＡＭ３５３と、バックアップＲＡＭ３５４と、入力ポート３５６と、出力ポート３５７とを備えるとともに、前記入力ポート３５６に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）３５５を備えている。
【００５４】
前記入力ポート３５６は、クランクポジションセンサ３３のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００５５】
前記入力ポート３５６は、コモンレール圧センサ４ａ、フィルタ温度センサ２４ａ及び２４ｂ、水温センサ３４等のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサのＡ／Ｄ３５５を介して入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００５６】
前記出力ポート３５７は、燃料噴射弁３、流路切替弁２２、ＥＧＲ弁２６、遮断弁３１等と電気配線を介して接続され、ＣＰＵ３５１から出力される制御信号を、前記した燃料噴射弁３、流路切替弁２２、ＥＧＲ弁２６、遮断弁３１等へ送信する。
【００５７】
前記ＲＯＭ３５２は、各種アプリケーションプログラムを記憶している。
【００５８】
前記ＲＯＭ３５２は、上記したアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。
【００５９】
前記ＲＡＭ３５３は、各センサからの出力信号やＣＰＵ３５１の演算結果等を格納する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機関回転数である。これらのデータは、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
【００６０】
前記バックアップＲＡＭ３５４は、エンジン１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリである。
【００６１】
前記ＣＰＵ３５１は、前記ＲＯＭ３５２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、各種制御を実行する。
【００６２】
ところで、エンジン１が希薄燃焼運転されている場合は、エンジン１から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒に吸収されることになるが、エンジン１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒にて除去されずに大気中へ放出されてしまう。
【００６３】
特に、エンジン１のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和し易い。
【００６４】
従って、エンジン１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和する前にＮＯx触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、ＮＯx触媒に吸収された窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元させる必要がある。
【００６５】
そこで、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、フィルタ２０より上流の排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めるようにした。
【００６６】
還元剤供給機構は、図１に示されるように、その噴孔が第１排気管１９ａ及び第２排気管１９ｂ内に臨むよう該第１排気管１９ａ及び第２排気管１９ｂに設けられ、ＥＣＵ３５からの信号により開弁して燃料を噴射する還元剤噴射弁２８ａ及び２８ｂと、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁２８ａ及び２８ｂへ導く還元剤供給路２９と、還元剤供給路２９に設けられて該還元剤供給路２９内の燃料の流通を遮断する遮断弁３１と、を備えている。
【００６７】
このような還元剤供給機構では、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２９を介して還元剤噴射弁２８ａ及び２８ｂへ印加される。そして、ＥＣＵ３５からの信号により該還元剤噴射弁２８ａ又は２８ｂが開弁して第１排気管１９ａ又は第２排気管１９ｂ内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００６８】
還元剤噴射弁２８ａ又は２８ｂから第１排気管１９ａ又は第２排気管１９ｂ内へ噴射された還元剤は、酸素濃度の低い排気を形成する。このようにして形成された酸素濃度の低い排気がフィルタ２０ａ又は２０ｂに流入すると、フィルタ２０ａ又は２０ｂに吸収されていた窒素酸化物（ＮＯx）を放出させつつ窒素（Ｎ2）に還元することになる。
【００６９】
その後、ＥＣＵ３５からの信号により還元剤噴射弁２８ａ又は２８ｂが閉弁し、第１排気管１９ａ又は第２排気管１９ｂ内への還元剤の添加が停止されることになる。
【００７０】
次に、フィルタ２０に担持された吸蔵還元型ＮＯx触媒からＮＯxを放出・還元させるＮＯx浄化制御について詳述する。
【００７１】
このＮＯx浄化制御では、ＣＰＵ３５１は、フィルタ２０に流入する排気中の酸素濃度を比較的に短い周期でスパイク的（短時間）に低くする、所謂リッチスパイク制御を実行する。
【００７２】
ここで、流路切替弁２２ａ及び２２ｂの双方が開弁されているときには、フィルタ２０に略同量の排気が流通している。このような場合において、排気中に還元剤を供給すると、必要な酸素濃度に至らしめるために多くの還元剤を必要とし、従って燃費が悪化してしまう。そこで、本実施の形態では、一方の流路切替弁を閉弁して、一方のフィルタに流通する排気の量を減少させつつそのフィルタへ還元剤の供給を行う。このようにして、排気の流通量を減少させることにより少量の還元剤により必要となる酸素濃度を得ることが可能となる。
【００７３】
尚、本実施の形態では、フィルタ２０ａに吸収されたＮＯxの放出・還元について説明するが、フィルタ２０ｂにおいても同様に処理することができる。
【００７４】
上記したリッチスパイク制御では、ＣＰＵ３５１は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立しているか否かを判別する。このリッチスパイク制御実行条件としては、例えば、フィルタ２０ａが活性状態にある、排気温度センサの出力信号値（排気温度）が所定の上限値以下である、被毒解消制御が実行されていない、等の条件を例示することができる。
【００７５】
上記したようなリッチスパイク制御実行条件が成立していると判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、 流路切替弁２２ａを閉弁する。そして、還元剤噴射弁２８ａからスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させるべく当該還元剤噴射弁２８ａを制御することにより、フィルタ２０ａに流入する排気の空燃比を一時的に所定の目標リッチ空燃比とする。
【００７６】
具体的には、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５３に記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）、エアフローメータ（図示省略）の出力信号値（吸入空気量）、空燃比センサの出力信号、燃料噴射量等を読み出す。
【００７７】
ＣＰＵ３５１は、前記した機関回転数とアクセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータとしてＲＯＭ３５２の還元剤添加量制御マップへアクセスし、排気の空燃比を予め設定された目標空燃比とする上で必要となる還元剤の添加量（目標添加量）を算出する。
【００７８】
続いて、ＣＰＵ３５１は、前記目標添加量をパラメータとしてＲＯＭ３５２の還元剤噴射弁制御マップへアクセスし、還元剤噴射弁２８ａから目標添加量の還元剤を噴射させる上で必要となる還元剤噴射弁２８ａの開弁時間（目標開弁時間）を算出する。
【００７９】
還元剤噴射弁２８ａの目標開弁時間が算出されると、ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８ａを開弁させる。
【００８０】
そして、ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８ａを開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤噴射弁２８ａを閉弁させる。
【００８１】
このように還元剤噴射弁２８ａが目標開弁時間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁２８ａから第１排気管１９ａ内へ噴射されることになる。そして、還元剤噴射弁２８ａから噴射された還元剤は、第１排気管１９ａの上流から流れてきた排気と混ざり合い目標空燃比の混合気を形成する。その後、この排気はフィルタ２０に流入する。
【００８２】
この結果、フィルタ２０ａに流入する排気の空燃比は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化することになり、以て、フィルタ２０が窒素酸化物（ＮＯx）の吸収と放出・還元とを交互に短周期的に繰り返すことになる。
【００８３】
一方、フィルタに捕集されたＰＭは、エンジンが高回転高負荷の領域で運転されたときに排出される高温の排気により燃焼され除去される。しかし、ＰＭの燃焼にはある程度の時間を要するためＰＭが完全に燃焼して除去される前にエンジンの運転領域が高回転高負荷領域から外れてしまうとＰＭが燃え残ってしまう。また、軽負荷状態が長期間継続するとＰＭが燃焼しないで堆積してしまう。ＰＭの燃焼に適したエンジンの運転状態を長期間維持することは困難であるため、燃え残ったＰＭが次第にフィルタに堆積し、フィルタの目詰まりを発生させる。
【００８４】
このように燃え残ったＰＭを効果的に除去する方法の一つとしても排気中への燃料添加が有効である。
【００８５】
排気中に燃料添加を行うと、触媒反応（酸化反応）にてフィルタ２０の温度が上昇する。その際、フィルタ２０に流入した燃料により活性酸素が放出されることによってＰＭが酸化されやすいものに変質し、単位時間あたりの酸化除去可能量が向上する。また、燃料添加により、触媒の酸素被毒が除去され、触媒の活性が上がるため活性酸素を放出し易くなる。そして、活性酸素によりＰＭは酸化燃焼され除去される。
【００８６】
ところで、本実施の形態では、通常の運転時には、流路切替弁２２ａ及び２２ｂの双方を開弁させ、第１排気管１９ａ及び第２排気管１９ｂに排気を流通させて同時に２つのフィルタで排気の浄化を行うようにしている。このようにすると、各フィルタに流通する排気の流量を半減することができるので、フィルタの容量を小さくすることが可能となる。ところが、排気の温度が低い場合には、双方のフィルタの温度が同時に低下してしまい、浄化効率が低下してしまう。上記フィルタ２０に担持された吸蔵還元型ＮＯx触媒は、その温度によってＮＯx、炭化水素（ＨＣ）等の浄化率が異なる。従って、吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度をＮＯx、炭化水素（ＨＣ）等の浄化率が高い温度に維持することが重要となる。
【００８７】
ここで、前記したＮＯxの放出・還元と同様にフィルタ毎に昇温制御を行うと、一方のフィルタの温度上昇が完了するまでは、他方のフィルタは浄化率が低下したまま放置されることになる。従って、双方のフィルタの温度が上昇してＮＯx及び炭化水素（ＨＣ）等の浄化率が高くなるまでには２つのフィルタを昇温させる時間が必要となり、その間はＮＯx浄化率が低下して排気エミッションが悪化する虞があった。
【００８８】
そこで、本実施の形態では、フィルタの温度が低下した場合には、双方のフィルタの昇温を同時に行い、フィルタの昇温に要する時間を半減させることを可能にした。
【００８９】
ところで、本実施の形態による吸蔵還元型ＮＯx触媒においては、ＮＯxと炭化水素（ＨＣ）との温度ウィンドが異なり、炭化水素（ＨＣ）のほうが低温から浄化可能である。従って、炭化水素（ＨＣ）を浄化可能な温度であってもＮＯxを十分に浄化することができない温度領域が存在する。このような温度領域では、フィルタ２０に燃料を供給しても燃料の酸化反応熱による温度上昇は期待できない。
【００９０】
そこで、本実施の形態では、吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度が炭化水素（ＨＣ）を十分に浄化することができない温度領域にある場合には、以下に述べる方法で排気の温度を上昇させてフィルタ２０の昇温を図る。一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度が炭化水素（ＨＣ）を浄化可能な温度領域にある場合には、該フィルタに燃料を供給することにより早期にＮＯx浄化可能温度まで上昇させる。ここで、排気の温度を上昇させてＮＯxを浄化可能な温度領域まで昇温しないのは、炭化水素（ＨＣ）を酸化可能な温度領域では燃料を直接フィルタに供給したほうが必要な燃料の量が少量で済み燃費の悪化を抑制することが可能となるからである。
【００９１】
次に、排気の温度を上昇させる方法について説明する。
【００９２】
本実施の形態では、排気の温度を上昇させるために、エンジン１へ機関出力のための燃料を噴射させる主噴射の後の機関出力とはならない時期に再度燃料を噴射させる副噴射を用いることができる。
【００９３】
このように膨張行程で燃料を副次的に噴射させるのは、主噴射による燃料噴射量を増量すると機関出力を上昇させて運転状態が悪化する虞があるためである。副噴射により噴射された燃料は気筒２内で燃焼し気筒２内のガス温度を上昇させる。温度が上昇したガスは排気となってターボチャージャ１５に到達し、該ターボチャージャ１５の温度を上昇させ、ＳＯＦ等のＰＭを除去することができる。
【００９４】
副噴射の量及び噴射時期は、アクセル開度と機関回転数と副噴射量又は副噴射時期との関係を予めマップ化しておきＲＯＭ３５２に記憶させておけば、そのマップとアクセル開度と機関回転数とから算出することができる。
【００９５】
また、燃料噴射弁３から燃料を主噴射する時期を遅延させること（以下、遅延噴射という）によっても排気の温度を上昇させることができる。これは、燃料噴射時期を通常よりも遅延させると、通常の時期に噴射された燃料よりもピストンの運動に消費されるエネルギ量が少なくなり、従って、排気の温度が高くなることによるものである。しかしながら、遅延させた燃料噴射による運転を行うと、燃焼状態が不安定になるために遅延させることができる期間には限りがある。そこで、本実施の形態においては排気行程終了時のピストンが上死点近傍にあるときに燃料を噴射させる。このようにすると、その後の吸気行程及び圧縮行程で燃料が蒸発して着火しやすいものとなり燃焼を安定させることができる。従って、燃料噴射時期を更に遅延させることができるので排気の温度を更に上昇させることが可能となる。
【００９６】
更に、ＥＧＲ量を増量しても良い。ＥＧＲガスは、その温度が高いために吸気の温度を上昇させ、それに伴って排気の温度が上昇する。ＥＧＲガス量を増大させるためには、例えば、吸気絞り弁１３を閉弁することにより吸気枝管８内部の圧力を減少させることにより、排気枝管１８内部との差圧を大きくする方法や、流路切替弁２２ａ及び２２ｂを閉弁して排気枝管１８内部の圧力を上昇させることにより、吸気枝管８内部との差圧を大きくする方法等を上げることができる。
【００９７】
このように、軽負荷運転時において燃料噴射時期の遅延、主噴射後の副次的な噴射（副噴射）及びＥＧＲ量の増量を行うと、排気の温度を上昇させることができる。従って、フィルタ２０の温度を上昇させることができ、炭化水素（ＨＣ）を浄化可能な温度まで上昇させることができる。
【００９８】
次に、エンジン１始動時や軽負荷運転が連続した場合等でフィルタの温度が低いときの本実施の形態によるフィルタ昇温制御について説明する。
【００９９】
図４は、フィルタ昇温制御のフローを示したフローチャート図である。
【０１００】
ステップＳ１０１では、エンジン１から排出される排気の温度を上昇させる。
排気の温度を上昇させる方法としては、例えば、前記した副噴射、遅延噴射、ＥＧＲ量の増量等を用いることができる。
【０１０１】
ステップＳ１０２では、フィルタ２０の床温が炭化水素（ＨＣ）を十分に浄化することができる温度であるか否か判定される。ＣＰＵ３５１は、フィルタ温度センサ２４ａ及び２４ｂの出力信号を読み込み、フィルタ２０の温度を判定する。ここで、フィルタ２０の温度が炭化水素（ＨＣ）を十分に浄化することができる温度よりも低い場合に、還元剤噴射弁２８ａ及び２８ｂから燃料を供給すると吸蔵還元型ＮＯx触媒で浄化されない燃料がフィルタ２０を通過して大気中へ放出されてしまう。従って、このような温度では、排気の温度を上昇させることによりフィルタ２０の温度を上昇させて排気エミッションの悪化を抑制する。一方、フィルタ２０の床温が炭化水素（ＨＣ）を十分に浄化することができる温度ウィンドに達していれば、還元剤供給弁２８ａ及び２８ｂから還元剤を供給することによりフィルタ２０の温度を上昇させつつ燃費の悪化を抑制することができる。
【０１０２】
ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０１へ進む。
【０１０３】
ステップＳ１０３では、還元剤噴射弁２８ａ及び２８ｂから燃料を噴射してフィルタ２０の昇温制御が行われる。
【０１０４】
このように、本実施の形態では、双方のフィルタを同時に昇温させることが可能となり、ＮＯxを十分に浄化することができる温度に上昇するまでの時間を短縮することが可能となる。
【０１０５】
尚、本発明は、堆積したＰＭを再生させるための昇温制御においても適用可能である。
【０１０６】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置では、複数の酸化機能を有する触媒を同時に昇温させることが可能となり、従って、温度上昇に要する時間を短縮することが可能となる。
【０１０７】
以上より、排気の浄化が不十分となる時間を短縮させ、排気エミッションの悪化を抑制し、また、燃費の悪化を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置を適用するエンジンとその吸排気系とを併せ示す概略構成図である。
【図２】  （Ａ）は、パティキュレートフィルタの横方向断面を示す図である。（Ｂ）は、パティキュレートフィルタの縦方向断面を示す図である。
【図３】  ＥＣＵの内部構成を示すブロック図である。
【図４】  本発明によるフィルタ昇温制御のフローを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１・・・・エンジン
１ａ・・・クランクプーリ
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
４ａ・・・コモンレール圧センサ
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
６ａ・・・ポンププーリ
８・・・・吸気枝管
９・・・・吸気管
１５・・・ターボチャージャ
１５ａ・・コンプレッサハウジング
１５ｂ・・タービンハウジング
１６・・・インタークーラ
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０・・・パティキュレートフィルタ
２４・・・フィルタ温度センサ
２５・・・ＥＧＲ通路
２６・・・ＥＧＲ弁
２７・・・ＥＧＲクーラ
２８・・・還元剤噴射弁
２９・・・還元剤供給路
３１・・・遮断弁
３３・・・クランクポジションセンサ
３４・・・水温センサ
３５・・・ＥＣＵ
３６・・・アクセル開度センサ
【図１】
0004639565.tif 000002
【図２】
0004639565.tif 000003
【図３】
0004639565.tif 000004
【図４】
0004639565.tif 000005