(57)【要約】【課題】  ＬＰＧ燃料を用いてＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を容易かつ良好に実行可能とすることを目的とする。【解決手段】  ＬＰＧ燃料を燃焼室２の内部で燃焼させて動力を発生するＬＰＧ燃料エンジン１は、ＬＰＧ燃料を貯留する燃料タンク１０と、燃焼室２からの排気ガスが導入される排気管７と、排気管７に設けられ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置９とを備える。ＬＰＧ燃料エンジン１では、後段触媒装置９に対するＮＯｘ還元処理を実行するために、燃料タンク１０内に存在している気相状態のＬＰＧ燃料が排気管７の後段触媒装置９よりも燃焼室２側の領域に導入される。【選択図】  図１
2005009478.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＰＧ燃料を燃焼室内で燃焼させて動力を発生するＬＰＧ燃料エンジンにおいて、
ＬＰＧ燃料を貯留する燃料タンクと、
前記燃焼室からの排気ガスが導入される排気路と、
前記排気路に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒とを備え、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を実行するために、前記燃料タンク内に存在している気相状態のＬＰＧ燃料を前記排気路の前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも前記燃焼室側の領域に導入可能であることを特徴とするＬＰＧ燃料エンジン。
【請求項２】
前記気相状態のＬＰＧ燃料は、前記燃料タンク内の蒸気圧力を利用して前記排気路に導入されることを特徴とする請求項１に記載のＬＰＧ燃料エンジン。
【請求項３】
気相状態のＬＰＧ燃料を前記排気路に導入するための添加弁と、前記燃料タンクと前記添加弁との間に設けられたサージタンクとを更に備え、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を実行する際、前記サージタンクの内部圧力が前記排気管内の排気圧よりも高い場合に、前記添加弁から前記排気路に気相状態のＬＰＧ燃料が導入されることを特徴とする請求項１または２に記載のＬＰＧ燃料エンジン。
【請求項４】
前記排気路への導入に先立ってＬＰＧ燃料にセタン価向上剤を添加する手段を更に備えることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のＬＰＧ燃料エンジン。
【請求項５】
ＬＰＧ燃料を燃焼室内で燃焼させて動力を発生するＬＰＧ燃料エンジンにおいて、
ＬＰＧ燃料を貯留する燃料タンクと、
前記燃焼室からの排気ガスが導入される排気路と、
前記排気路に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒と、
前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を実行するために、前記燃料タンクからＬＰＧ燃料を取り出し、取り出したＬＰＧ燃料を前記排気路の前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも前記燃焼室側の領域に導入する還元剤添加手段と、
前記還元剤添加手段によって前記燃料タンクから取り出されたＬＰＧ燃料にセタン価向上剤を添加する手段とを備えることを特徴とするＬＰＧ燃料エンジン。
【請求項６】
燃料タンクからのＬＰＧ燃料を燃焼室内で燃焼させて動力を発生するＬＰＧ燃料エンジンの排ガス浄化方法において、
前記燃焼室からの排気ガスが導入される排気路にＮＯｘ吸蔵還元触媒を設け、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を実行するために、前記燃料タンク内に存在している気相状態のＬＰＧ燃料を前記排気路の前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも前記燃焼室側の領域に導入することを特徴とするＬＰＧ燃料エンジンの排ガス浄化方法。
【請求項７】
燃料タンクからのＬＰＧ燃料を燃焼室内で燃焼させて動力を発生するＬＰＧ燃料エンジンの排ガス浄化方法において、
前記燃焼室からの排気ガスが導入される排気路にＮＯｘ吸蔵還元触媒を設け、前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を実行するために、前記燃料タンクからＬＰＧ燃料を取り出し、取り出したＬＰＧ燃料にセタン価向上剤を添加した上で前記排気路の前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも前記燃焼室側の領域に導入することを特徴とするＬＰＧ燃料エンジンの排ガス浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＰＧ燃料を燃焼室内で燃焼させて動力を発生するＬＰＧ燃料エンジンおよびＬＰＧ燃料エンジンの排ガス浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＬＰＧ燃料を燃焼室内で燃焼させて動力を発生するＬＰＧ燃料エンジンとして、液相状態にあるＬＰＧ燃料を燃焼室内に噴射する液相燃料噴射用インジェクタと、気相状態にあるＬＰＧ燃料を燃焼室内に噴射する気相燃料噴射用インジェクタとを備えたＬＰＧ燃料エンジンが知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、液相状態にあるＬＰＧ燃料を吸気ポート内に噴射する液相燃料噴射用インジェクタと、気相状態にあるＬＰＧ燃料を吸気ポートよりも上流側の吸気管内に噴射する気相燃料噴射用インジェクタとを備えたＬＰＧ燃料エンジンも知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
一方、近年では、エンジンの低燃費化や高出力化を図る観点から、いわゆる希薄燃焼運転可能なエンジンの普及が進められており、上述のようなＬＰＧ燃料エンジンにて希薄燃焼運転を実行することが求められるようになってきている。ここで、ＬＰＧ燃料エンジンにて希薄燃焼運転を実行する場合も、他のエンジンと同様に、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を除去するために、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵可能な触媒を排気系統に設けておく必要がある。そして、所定のタイミングで、当該触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元処理しなければならない。
【０００４】
【特許文献１】特公平７−２６５９６号公報
【特許文献２】特開２００１−１０７８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＬＰＧ燃料はガソリン等と比較して、いわゆるリッチ限界濃度が低いものである。このため、燃焼室内にＬＰＧ燃料を一時的かつ過剰に供給するリッチスパイク運転によってＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を実行しようとしても、ＮＯｘを十分に満足し得るレベルで還元処理することは困難となる。
【０００６】
そこで、本発明は、ＬＰＧ燃料を用いてＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を容易かつ良好に実行可能とするＬＰＧ燃料エンジンおよびＬＰＧ燃料エンジンの排ガス浄化方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるＬＰＧ燃料エンジンは、ＬＰＧ燃料を燃焼室内で燃焼させて動力を発生するＬＰＧ燃料エンジンにおいて、ＬＰＧ燃料を貯留する燃料タンクと、燃焼室からの排気ガスが導入される排気路と、排気路に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒とを備え、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を実行するために、燃料タンク内に存在している気相状態のＬＰＧ燃料を排気路のＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも燃焼室側の領域に導入可能であることを特徴とする。
【０００８】
このＬＰＧ燃料エンジンは、ＬＰＧ燃料を用いた希薄燃焼運転を実行し得るように、燃焼室からの排気ガスが導入される排気路にＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えている。そして、このＬＰＧ燃料エンジンでは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を実行するために、燃料タンク内に存在している気相状態のＬＰＧ燃料を排気路のＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも燃焼室側の領域に導入できるようになっている。
【０００９】
これにより、このＬＰＧ燃料エンジンでは、ＮＯｘ還元処理のために燃焼室へのＬＰＧ燃料の供給量を増加させた場合に生じがちなＬＰＧ燃料のリッチ失火を解消しつつ、ＮＯｘ還元処理に必要な量のＬＰＧ燃料をＮＯｘ吸蔵還元触媒に対して精度よく供給することが可能となる。また、気相状態のＬＰＧ燃料を排気路に導入することにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流れ込む排気ガスに対して、ＬＰＧ燃料を均一に混入させることが可能となる。従って、このＬＰＧ燃料エンジンによれば、ＬＰＧ燃料を用いてＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を容易かつ良好に実行することが可能となる。加えて、このＬＰＧ燃料エンジンでは、燃料タンクの内部でベーパ化したＬＰＧ燃料を有効に利用することが可能となる。
【００１０】
また、気相状態のＬＰＧ燃料は、燃料タンク内の蒸気圧力を利用して排気路に導入されると好ましい。
【００１１】
これにより、気相状態のＬＰＧ燃料を排気路に確実に導入すると共に、ＬＰＧ燃料を排気路に導入するための構成を簡略化かつ低コスト化することが可能となる。
【００１２】
更に、本発明によるＬＰＧ燃料エンジンは、気相状態のＬＰＧ燃料を排気路に導入するための添加弁と、燃料タンクと添加弁との間に設けられたサージタンクとを更に備え、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を実行する際、サージタンクの内部圧力が排気管内の排気圧よりも高い場合に、添加弁から排気路に気相状態のＬＰＧ燃料が導入されると好ましい。
【００１３】
このような構成を採用すれば、サージタンクの内部圧力（燃料タンク内の蒸気圧力）が変動したとしても、添加弁（その開弁時間）をサージタンクの内部圧力の変動に応じて制御することにより、気相状態のＬＰＧ燃料をＮＯｘ還元処理に必要な量だけ正確にＮＯｘ吸蔵還元触媒に供給することが可能となる。
【００１４】
また、本発明のＬＰＧ燃料エンジンは、排気路への導入に先立ってＬＰＧ燃料にセタン価向上剤を添加する手段を更に備えると好ましい。
【００１５】
このように、燃料タンクから排気路へと送られる気相状態のＬＰＧ燃料に対して、排気路への導入に先立ってセタン価向上剤を添加しておくことにより、還元剤としてのＬＰＧ燃料の着火性や燃焼性を向上させることができる。従って、かかる構成を採用すれば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を極めて良好に実行可能となる。
【００１６】
本発明による他のＬＰＧ燃料エンジンは、ＬＰＧ燃料を燃焼室内で燃焼させて動力を発生するＬＰＧ燃料エンジンにおいて、ＬＰＧ燃料を貯留する燃料タンクと、燃焼室からの排気ガスが導入される排気路と、排気路に設けられたＮＯｘ吸蔵還元触媒と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を実行するために、燃料タンクからＬＰＧ燃料を取り出し、取り出したＬＰＧ燃料を排気路のＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも燃焼室側の領域に導入する還元剤添加手段と、還元剤添加手段によって燃料タンクから取り出されたＬＰＧ燃料にセタン価向上剤を添加する手段とを備えることを特徴とする。
【００１７】
このＬＰＧ燃料エンジンも、ＬＰＧ燃料を用いた希薄燃焼運転を実行し得るように、燃焼室からの排気ガスが導入される排気路にＮＯｘ吸蔵還元触媒を備えている。そして、このＬＰＧ燃料エンジンでは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を実行するために、還元剤添加手段によって、燃料タンクからＬＰＧ燃料が取り出され、取り出されたＬＰＧ燃料が排気路のＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも燃焼室側の領域に導入される。この際、還元剤添加手段によって燃料タンクから取り出されたＬＰＧ燃料には、排気路への導入に先立ってセタン価向上剤が添加される。
【００１８】
これにより、このＬＰＧ燃料エンジンにおいても、ＮＯｘ還元処理のために燃焼室へのＬＰＧ燃料の供給量を増加させた場合に生じがちなＬＰＧ燃料のリッチ失火を解消しつつ、ＮＯｘ還元処理に必要な量のＬＰＧ燃料をＮＯｘ吸蔵還元触媒に対して精度よく供給することが可能となる。また、燃料タンクから排気路へと送られるＬＰＧ燃料には、排気路への導入に先立ってセタン価向上剤が添加されるので、還元剤としてのＬＰＧ燃料の着火性や燃焼性を向上させて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を極めて良好に実行可能となる。従って、このＬＰＧ燃料エンジンによっても、ＬＰＧ燃料を用いてＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を容易かつ良好に実行することが可能となる。
【００１９】
本発明によるＬＰＧ燃料エンジンの排ガス浄化方法は、燃料タンクからのＬＰＧ燃料を燃焼室内で燃焼させて動力を発生するＬＰＧ燃料エンジンの排ガス浄化方法において、燃焼室からの排気ガスが導入される排気路にＮＯｘ吸蔵還元触媒を設け、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を実行するために、燃料タンク内に存在している気相状態のＬＰＧ燃料を排気路のＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも燃焼室側の領域に導入することを特徴とする。
【００２０】
本発明による他のＬＰＧ燃料エンジンの排ガス浄化方法は、燃料タンクからのＬＰＧ燃料を燃焼室内で燃焼させて動力を発生するＬＰＧ燃料エンジンの排ガス浄化方法において、燃焼室からの排気ガスが導入される排気路にＮＯｘ吸蔵還元触媒を設け、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を実行するために、燃料タンクからＬＰＧ燃料を取り出し、取り出したＬＰＧ燃料にセタン価向上剤を添加した上で排気路のＮＯｘ吸蔵還元触媒よりも燃焼室側の領域に導入することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ＬＰＧ燃料を用いてＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を容易かつ良好に実行可能とするＬＰＧ燃料エンジンおよびＬＰＧ燃料エンジンの排ガス浄化方法の実現が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００２３】
以下、図面と共に本発明によるＬＰＧ燃料エンジンおよびその運転方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明によるＬＰＧ燃料エンジンの第１実施形態を示す概略構成図である。同図に示されるＬＰＧ燃料エンジン１は、液化プロパンガス燃料や液化ブタンガス燃料といったＬＰＧ燃料（液化石油ガス燃料）を用いる直列４気筒エンジンとして構成されており、車両の走行駆動源として用いられると好適なものである。このＬＰＧ燃料エンジン１は、エンジンブロックに形成された複数の燃焼室２を有し、各燃焼室２の内部でＬＰＧ燃料（本実施形態では、液化プロパンガス燃料）を燃焼させてピストン３を往復移動させることにより動力を発生する。
【００２５】
ＬＰＧ燃料エンジン１は、図１に示されるように、複数のインジェクタ４と複数の点火プラグ（図示省略）とを有し、インジェクタ４および点火プラグは、各１体ずつ各燃焼室２の内部に臨むように配置されている。また、ＬＰＧ燃料エンジン１の各ピストン３は、いわゆる深皿頂面型に構成されており、その上面には凹部３ａが形成されている。そして、このＬＰＧ燃料エンジン１では、各燃焼室２内に空気を吸入させた状態で、各インジェクタ４から各燃焼室２内のピストン３の凹部３ａに向けてＬＰＧ燃料が直接噴射される。
【００２６】
これにより、ＬＰＧ燃料エンジン１では、図示されない点火プラグの近傍にＬＰＧ燃料と空気との混合気の層が周囲の空気層と分離された状態で形成（成層化）される。この結果、ＬＰＧ燃料エンジン１では、極めて希薄な混合気を用いて安定した成層燃焼を実行することが可能となる。なお、本実施形態のＬＰＧ燃料エンジン１は、いわゆる直噴エンジンとして説明されるが、これに限られるものではなく、本発明が吸気管（吸気ポート）噴射式のエンジンにも適用され得ることはいうまでもない。
【００２７】
また、ＬＰＧ燃料エンジン１のシリンダヘッドには、吸気ポートを開閉する吸気弁と、排気ポートを開閉する排気弁とが燃焼室２ごとに配設されている。これらの吸気弁および排気弁は、例えば可変バルブタイミング機能を有する図示されない動弁機構によって開閉させられる。そして、各燃焼室２の吸気ポートは、それぞれ吸気管（吸気マニホールド）５に接続され、吸気管５には、例えばドライブバイワイヤ式のスロットルバルブ６が設置されている。一方、各燃焼室２の排気ポートは、排気管（排気マニホールド）７にそれぞれ接続されている。
【００２８】
更に、上述のような成層希薄燃焼運転が実行されると、ＬＰＧ燃料エンジン１からの排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）が増加することを踏まえて、排気管７には、三元触媒を含む前段触媒装置８に加えて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む後段触媒装置９が接続されている。これにより、各燃焼室２から各排気弁を介して排出される排気ガス中のＮＯｘは、後段触媒装置９のＮＯｘ吸蔵還元触媒によって吸蔵される。そして、ＬＰＧ燃料エンジン１では、後述されるように所定のタイミングで後段触媒装置９に対してＮＯｘ還元処理が実行され、これにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘが還元処理される。なお、排気管７には、後段触媒装置９を通過した排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサＡＦＳが備えられている。
【００２９】
さて、ＬＰＧ燃料エンジン１では、ＬＰＧ燃料が燃料タンク１０の内部に液相状態で貯留され、燃焼に必要な空気量を十分に確保する等の観点から、ＬＰＧ燃料は上述の各インジェクタ４から各燃焼室２の内部に液相状態で噴射される。そして、ＬＰＧ燃料を液相状態で各燃焼室２の内部に噴射するために、ＬＰＧ燃料エンジン１は、燃料タンク１０に接続された低圧ポンプ１１と、低圧ポンプ１１と各インジェクタ４との間に配された高圧ポンプ１２とを含む。
【００３０】
本実施形態では、低圧ポンプ１１および高圧ポンプ１２として、デューティ制御可能な電動ポンプが採用される。そして、低圧ポンプ１１の吐出口は、低圧配管１４を介して高圧ポンプ１２の吸入口に接続されている。また、高圧ポンプ１２の吐出口は、デリバリ管（分配管）１５に接続されており、このデリバリ管１５には、各インジェクタ４の燃料入口が接続されている。これにより、液相状態のＬＰＧ燃料は、低圧ポンプ１１によって燃料タンク１０から吸い出されて高圧ポンプ１２へと送り出され、更に、高圧ポンプ１２によって昇圧されてデリバリ管１５を介して各インジェクタ４へと供給されることになる。
【００３１】
また、図１に示されるように、燃料タンク１０には、その内部圧力（蒸気圧）を検出する圧力センサＰｔと、その内部温度を検出する温度センサＴｔとが備えられている。更に、低圧ポンプ１１と高圧ポンプ１２とを結ぶ低圧配管１４の高圧ポンプ１２の近傍には、その内部を流通するＬＰＧ燃料の圧力を検出する圧力センサＰｐと、その内部を流通するＬＰＧ燃料の温度を検出する温度センサＴｐとが備えられている。同様に、各インジェクタ４の燃料入口が接続されているデリバリ管１５には、その内部に存在するＬＰＧ燃料の圧力を検出する圧力センサＰｄと、その内部に存在するＬＰＧ燃料の温度を検出する温度センサＴｄとが備えられている。
【００３２】
更に、本実施形態のＬＰＧ燃料エンジン１では、高圧ポンプ１２の吸入口と燃料タンク１０とが返送管１６によって連通されている。また、返送管１６の高圧ポンプ１２側の端部からは、分岐部１６ａが分岐されており、分岐部１６ａの端部は、デリバリ管１５に接続されている。これにより、ＬＰＧ燃料エンジン１では、燃料タンク１０の内部の気相領域と、高圧ポンプ１２の吸入口周辺およびデリバリ管１５の内部、すなわち、各インジェクタ４の燃料入口周辺とが返送管１６を介して連通されることになる。
【００３３】
このような返送管１６をＬＰＧ燃料エンジン１に対して備えておくことにより、万が一、高圧ポンプ１２の吸入口周辺や、デリバリ管１５の内部、すなわち、各インジェクタ４の燃料入口周辺でＬＰＧ燃料がベーパ化してしまったとしても、返送管１６を介してＬＰＧ燃料のベーパを燃料タンク１０に戻すことできる。従って、ＬＰＧ燃料エンジン１では、高圧ポンプ１２の昇圧部や各インジェクタ４に気液混合状態のＬＰＧ燃料が流入してしまうことを極めて確実に抑制することが可能となる。
【００３４】
そして、上述のように構成されるＬＰＧ燃料エンジン１は、制御手段として機能する電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０を含む。ＥＣＵ２０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を含むものである。図１に示されるように、空燃比センサＡＦＳ、燃料タンク１０の圧力センサＰｔおよび温度センサＴｔ、低圧配管１４の圧力センサＰｐおよび温度センサＴｐならびにデリバリ管１５の圧力センサＰｄおよび温度センサＴｄは、それぞれＥＣＵ２０の入出力ポートに接続されている。各圧力センサＰｔ，ＰｐおよびＰｄならびに各温度センサＴｔ，ＴｐおよびＴｄは、それぞれ検出値を示す信号をＥＣＵ２０に与える。
【００３５】
また、ＥＣＵ２０の入出力ポートには、上述の低圧ポンプ１１および高圧ポンプ１２、各インジェクタ４、スロットルバルブ６、点火プラグ（イグナイタ）、動弁機構、アクセル位置センサや回転数センサといった各種センサ類等が接続される。ＥＣＵ２０は、記憶装置に記憶されている各種マップ等を用いると共に、各種センサの検出値等に基づいて、ＬＰＧ燃料エンジン１が所望の出力を発生するように、低圧ポンプ１１および高圧ポンプ１２の動作、インジェクタ４の開弁タイミング、スロットルバルブ６の開度、更には、各吸気弁および各排気弁の開閉動作等を制御する。
【００３６】
ここで、ＥＣＵ２０による制御のもと、ＬＰＧ燃料エンジン１の成層希薄燃焼運転が実行された場合、各燃焼室２から各排気弁を介して排出される排気ガス中のＮＯｘは、後段触媒装置９のＮＯｘ吸蔵還元触媒によって吸蔵される。しかしながら、後段触媒装置９におけるＮＯｘの吸蔵量には一定の限界があることから、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを適宜還元処理する必要が生じる。
【００３７】
このため、ＬＰＧ燃料エンジン１は、後段触媒装置９に含まれるＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を実行するための還元剤添加系統３０を含む。この還元剤添加系統３０は、燃料タンク１０内の蒸気圧力を利用して排気管（排気路）７の内部に気相状態のＬＰＧ燃料を還元剤として導入可能なものであり、シンプルかつ低コストで構成され得ると共に、燃料タンク１０の内部でベーパ化したＬＰＧ燃料の有効利用を可能にする。
【００３８】
図１に示されるように、還元剤添加系統３０には、連通管３１、サージタンク３２およびＬＰＧ添加弁３３が含まれる。連通管３１の一端は、燃料タンク１０の上部に接続されており、連通管３１の他端は、サージタンク３２に接続されている。そして、ＬＰＧ添加弁３３は、その燃料噴出口が前段触媒装置８と後段触媒装置９との間で排気管７の内部に臨むように配置され、その燃料入口はサージタンク３２に接続されている。これにより、連通管３１によって燃料タンク１０の内部の気相領域とサージタンク３２の内部とが互いに連通され、連通管３１およびサージタンク３２を介して、燃料タンク１０の内部に存在する気相状態のＬＰＧ燃料をＬＰＧ添加弁３３に供給可能となる。また、ＬＰＧ添加弁３３は、上述のＥＣＵ２０によって制御され、ＬＰＧ添加弁３３を開弁させれば、気相状態のＬＰＧ燃料を排気管７の内部に導入可能となる。
【００３９】
還元剤添加系統３０を構成するサージタンク３２には、その内部圧力（気相状態のＬＰＧ燃料の圧力）を検出する圧力センサＰｓが設けられている。更に、排気管７には、前段触媒装置８から後段触媒装置９へと流れ込む排気ガスの圧力を検出する圧力センサＰｅが設けられている。これら圧力センサＰｓおよびＰｅは、ＥＣＵ２０の入出力ポートに接続されており、それぞれ検出値を示す信号をＥＣＵ２０に与える。そして、ＥＣＵ２０は、所定のマップ等を用いると共に、圧力センサＰｓおよびＰｅからの信号に基づいてＬＰＧ添加弁３３を制御することにより、後段触媒装置９（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）に対するＮＯｘ還元処理を実行する。
【００４０】
次に、図２を参照しながら、上述のように構成されるＬＰＧ燃料エンジン１の後段触媒装置９に対するＮＯｘ還元処理の手順について説明する。
【００４１】
図２のＮＯｘ還元ルーチンは、ＥＣＵ２０によって所定時間おきに実行され、ＥＣＵ２０は、ＮＯｘ還元ルーチンの実行タイミングになると、まず、所定の運転状態検出信号等に基づいて、その時点でＬＰＧ燃料エンジン１にて成層希薄燃焼運転が実行されているか否かを判定する（Ｓ１０）。図２に示されるように、Ｓ１０にて成層希薄燃焼運転が実行されていないと判断された場合（例えば、ＬＰＧ燃料エンジン１にて均質燃焼運転が実行されている場合）、この段階では、後段触媒装置９に対するＮＯｘ還元処理は実行されない。
【００４２】
Ｓ１０にて成層希薄燃焼運転が実行されていると判断した場合、ＥＣＵ２０は、後段触媒装置９に対するＮＯｘ還元処理が必要であるか否かを判定する（Ｓ１２）。本実施形態において、ＥＣＵ２０は、ＬＰＧ燃料エンジン１の稼動中にＬＰＧ燃料の噴射量やエンジン１の運転時間を積算しており、これらの値に基づいて所定のマップ等からＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されているＮＯｘの量を求める。そして、ＥＣＵ２０は、Ｓ１２にて後段触媒装置９におけるＮＯｘ吸蔵量が所定の閾値を上回っているか否かを判定する。図２に示されるように、Ｓ１２にてＮＯｘ還元処理が必要ではないと判断された場合も、後段触媒装置９に対するＮＯｘ還元処理は実行されない。
【００４３】
Ｓ１２にて後段触媒装置９に対するＮＯｘ還元処理が必要であると判断した場合、ＥＣＵ２０は、更に、還元剤添加系統３０のサージタンク３２に設けられている圧力センサＰｓおよび排気管７に設けられている圧力センサＰｅからの信号に基づいて、サージタンク３２の内部圧力と排気管７内の排気圧とを取得し、両者を比較する（Ｓ１４）。
【００４４】
Ｓ１４にてサージタンク３２の内部圧力が排気管７内の排気圧、すなわち、前段触媒装置８から後段触媒装置９（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）に流れこむ排気ガスの圧力を上回っていると判断した場合、ＥＣＵ２０は、例えば所定のマップ等を用いて、サージタンク３２の内部圧力と排気管７内の排気圧との偏差と、後段触媒装置９におけるＮＯｘ吸蔵量とに応じた時間だけＬＰＧ添加弁３３を開弁させる（Ｓ１６）。
【００４５】
これにより、サージタンク３２の内部圧力（燃料タンク１０内の蒸気圧力）と排気管７内の排気圧との圧力差によって、燃料タンク１０の内部に存在している気相状態のＬＰＧ燃料が、連通管３１およびサージタンク３２を介してＬＰＧ添加弁３３へと導かれ、ＬＰＧ添加弁３３から排気管７の後段触媒装置９よりも燃焼室２側の領域（後段触媒装置９の近傍）に導入される。ＬＰＧ添加弁３３から排気管７の内部に導入された気相状態のＬＰＧ燃料は、排気ガスと速やか、かつ、均一に混ざり合い、後段触媒装置９（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）へと流れ込んでいく。そして、後段触媒装置９では、導入されたＬＰＧ燃料を還元剤として、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されているＮＯｘが還元処理されることになる。
【００４６】
このように、ＬＰＧ燃料エンジン１では、サージタンク３２の内部圧力が排気管７内の排気圧よりも高い場合に、ＬＰＧ添加弁３３から排気管７に気相状態のＬＰＧ燃料が導入される。そして、ＬＰＧ燃料エンジン１では、サージタンク３２の内部圧力、すなわち、燃料タンク１０内の蒸気圧力が変動したとしても、ＥＣＵ２０によってＬＰＧ添加弁３３の開弁時間がサージタンク３２の内部圧力の変動に応じるように制御されるので、気相状態のＬＰＧ燃料は、ＮＯｘ還元処理に必要な量だけ正確に排気管７内、すなわち、後段触媒装置９のＮＯｘ吸蔵還元触媒に供給されることになる。
【００４７】
この結果、ＬＰＧ燃料エンジン１では、ＮＯｘ還元処理のために各燃焼室２へのＬＰＧ燃料の供給量を増加させた場合に生じがちなＬＰＧ燃料のリッチ失火を解消しつつ、ＮＯｘ還元処理に必要な量のＬＰＧ燃料を後段触媒装置９のＮＯｘ吸蔵還元触媒に対して精度よく供給してＮＯｘ還元処理を容易かつ良好に実行することが可能となる。
【００４８】
また、上述のように複数の燃焼室２を含むＬＰＧ燃料エンジン１にて成層希薄燃焼運転が実行された場合、各燃焼室２からの排気ガスの成分や温度は必ずしも同様のものとはならず、各燃焼室２内へのＬＰＧ燃料を増量して後段触媒装置９に対するＮＯｘ還元処理を行なっても、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対して均一かつ良好なＮＯｘ還元処理を施せないことがある。これに対して、本実施形態では、各燃焼室２から排出されて合流した排気ガスに対して、後段触媒装置９（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）の直前で気相状態のＬＰＧ燃料が混入される。従って、ＬＰＧ燃料エンジン１では、濃度や温度のムラが比較的少ない排気ガスに対して気相状態のＬＰＧ燃料を均一に混ぜ合わせることが可能となり、ＮＯｘ還元処理を良好に実行することができる。
【００４９】
なお、一般的にはサージタンク３２の内部圧力が排気管７内の排気圧よりも低くなることは殆ど無いと考えられるが、Ｓ１４にて、サージタンク３２の内部圧力が排気管７内の排気圧以下であると判断される場合もあり得る。この点に鑑みて、ＬＰＧ燃料エンジン１では、Ｓ１４にてサージタンク３２の内部圧力が排気管７内の排気圧以下であると判断された場合、ＥＣＵ２０によって、各インジェクタ４から各燃焼室２内に噴射されるＬＰＧ燃料の量が失火しない程度に所定時間だけ増加させられ（Ｓ１８）、これにより、後段触媒装置９に対するＮＯｘ還元処理が実行される。本実施形態では、Ｓ１８にて後段触媒装置９に対するＮＯｘ還元処理を実行する際、各燃焼室２における空気とＬＰＧ燃料との空燃比が理想空燃比または理想空燃比よりも多少燃料リッチに設定され、ＬＰＧ燃料を増量させる時間も一般的なリッチスパイクに比べて多少長めに設定される。
【００５０】
このようにして、Ｓ１６またはＳ１８の処理が完了すれば、後段触媒装置９のＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されているＮＯｘが還元処理されることになる。そして、次の実行タイミングになると、ＥＣＵ２０によって、上述のＮＯｘ還元ルーチンが再度実行されることになる。
【００５１】
図３は、本発明によるＬＰＧ燃料エンジンの第２実施形態を示す概略構成図である。なお、上述の第１実施形態に関連して説明されたものと同一の要素には同一の参照符号が付され、重複する説明は省略される。
【００５２】
図３に示されるＬＰＧ燃料エンジン１Ａは、上述のＬＰＧ燃料エンジン１に対して、更に、セタン価向上剤添加系統３５を備えたものである。図３に示されるように、セタン価向上剤添加系統３５は、貯留タンク３６と、貯留タンク３６に接続されたポンプ３７と、ポンプ３７の吐出口に接続された供給管３８とを含む。貯留タンク３６は、硝酸アミン、硝酸アルキレンまたは２，２−ジニトロプロパンといったＬＰＧ燃料のセタン価を向上させることができるセタン価向上剤（液体）を貯留する。ポンプ３７は、貯留タンク３６からセタン価向上剤を吸い出して、供給管３８へと送り出すことができる。ポンプ３７としては、デューティ制御可能な電動ポンプが採用され、ポンプ３７は、ＥＣＵ２０Ａによって制御される。また、供給管３８は、流体噴出口がサージタンク３２の内部に臨むように配置された添加弁（噴射弁）３９に接続されている。この添加弁３９も、ＥＣＵ２０Ａの入出力ポートに接続されており、ＥＣＵ２０Ａによって開閉制御される。
【００５３】
このように構成されたＬＰＧ燃料エンジン１Ａにおいて、ＥＣＵ２０Ａは、成層希薄燃焼運転が実行され、かつ、後段触媒装置９に対するＮＯｘ還元処理が必要である際に、サージタンク３２の内部圧力が排気管７内の排気圧を上回っていると判断すると、ＬＰＧ添加弁３３の開弁タイミングに応じた適切なタイミングで、ポンプ３７を作動させると共に添加弁３９を開弁させる。これにより、排気路７への導入に先立って、燃料タンク１０から排気管７へと送られるＬＰＧ燃料に対し、サージタンク３２内にて添加弁３９から微粒化されたセタン価向上剤が添加されるので、還元剤としてのＬＰＧ燃料の着火性や燃焼性を向上させることができる。従って、ＬＰＧ燃料エンジン１Ａでは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を極めて良好に実行可能となる。
【００５４】
図４は、本発明によるＬＰＧ燃料エンジンの第３実施形態を示す概略構成図である。なお、上述の各実施形態に関連して説明されたものと同一の要素には同一の参照符号が付され、重複する説明は省略される。
【００５５】
図４に示されるＬＰＧ燃料エンジン１Ｂは、後段触媒装置９のＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を実行するために、還元剤添加系統４０と、セタン価向上剤添加系統５０とを備える。
【００５６】
還元剤添加系統４０は、燃料タンク１０に接続されたＬＰＧ添加ポンプ４１と、ＬＰＧ添加ポンプ４１の吐出口に接続された供給管４２とを含む。ＬＰＧ添加ポンプ４１は、燃料タンク１０から液相状態のＬＰＧ燃料を吸い出して（取り出して）、供給管４２へと送り出す。供給管４２は、中途に流量計４３を有すると共に、流体噴出口が前段触媒装置８と後段触媒装置９との間で排気管７の内部に臨むように配置されたＬＰＧ添加弁（ＬＰＧ噴射弁）４４に接続されている。流量計４３は、ＥＣＵ２０Ｂの入出力ポートに接続されており、供給管４２を流通するＬＰＧ燃料の流量を検出し、検出値を示す信号をＥＣＵ２０Ｂに与える。また、ＬＰＧ添加弁４４は、ＥＣＵ２０Ｂの入出力ポートに接続されており、ＥＣＵ２０Ｂによって開閉制御される。これにより、ＬＰＧ添加ポンプ４１を作動させると共にＬＰＧ添加弁４４を開くことにより、燃料タンク１０から液相状態のＬＰＧ燃料を取り出し、取り出したＬＰＧ燃料を排気路７の後段触媒装置９（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）よりも燃焼室２側の領域に導入することが可能となる。
【００５７】
一方、セタン価向上剤添加系統５０は、図４に示されるように、貯留タンク５１と、貯留タンク５１に接続されたポンプ５２と、ポンプ５２の吐出口に接続された供給管５３とを含む。貯留タンク５１は、硝酸アミン、硝酸アルキレンまたは２，２−ジニトロプロパンといったＬＰＧ燃料のセタン価を向上させることができるセタン価向上剤（液体）を貯留する。ポンプ５２は、貯留タンク５１からセタン価向上剤を吸い出して、供給管５３へと送り出す。ポンプ５２としては、デューティ制御可能な電動ポンプが採用され、ポンプ５２は、ＥＣＵ２０Ｂによって制御される。また、供給管５３は、ＥＣＵ２０Ｂによって開閉制御される添加弁５４に接続されている。添加弁５４は、その流体噴出口が還元剤添加系統４０のＬＰＧ添加弁４４よりも上流側で供給管４２の内部に臨むように配置されている。
【００５８】
上述のように構成されるＬＰＧ燃料エンジン１Ｂでは、後段触媒装置９に対するＮＯｘ還元処理を実行するために、ＥＣＵ２０Ｂによって、図５に示されるＮＯｘ還元ルーチンが所定時間おきに繰り返し実行される。ＥＣＵ２０Ｂは、ＮＯｘ還元ルーチンの実行タイミングになると、まず、所定の運転状態検出信号等に基づいて、その時点でＬＰＧ燃料エンジン１にて成層希薄燃焼運転が実行されているか否かを判定する（Ｓ２０）。Ｓ２０にて成層希薄燃焼運転が実行されていないと判断された場合、この段階では、後段触媒装置９に対するＮＯｘ還元処理は実行されない。
【００５９】
Ｓ２０にて成層希薄燃焼運転が実行されていると判断した場合、ＥＣＵ２０Ｂは、更に、後段触媒装置９に対するＮＯｘ還元処理が必要であるか否かを判定する（Ｓ２２）。本実施形態においても、ＥＣＵ２０Ｂは、ＬＰＧ燃料エンジン１Ｂの稼動中にＬＰＧ燃料の噴射量やエンジン１Ｂの運転時間を積算しており、これらの値に基づいて所定のマップ等からＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されているＮＯｘの量を求める。そして、ＥＣＵ２０Ｂは、Ｓ２２にて、後段触媒装置９におけるＮＯｘ吸蔵量が所定の閾値を上回っているか否かを判定する。Ｓ２２にてＮＯｘ還元処理が必要ではないと判断された場合も、後段触媒装置９に対するＮＯｘ還元処理は実行されない。
【００６０】
Ｓ２２にて後段触媒装置９に対するＮＯｘ還元処理が必要であると判断した場合、ＥＣＵ２０Ｂは、空燃比センサＡＦＳからの信号に基づいて後段触媒装置９から流出した排気ガスの空燃比（排気空燃比）を求めた上で、所定のマップ等を用いて排気空燃比に応じた還元剤としてのＬＰＧ燃料の添加量を求める（Ｓ２４）。更に、ＥＣＵ２０Ｂは、所定のマップ等を用いて、Ｓ２４にて求めたＬＰＧ燃料の添加量と、予め判明している燃料タンク１０内のＬＰＧ燃料の性状（燃料性状）とに基づいて、ＮＯｘ還元処理のために燃料タンク１０から排気管７へと供給されるＬＰＧ燃料に対して添加すべきセタン価向上剤の量を求める（Ｓ２６）。
【００６１】
ＬＰＧ燃料およびセタン価向上剤の添加量を求めると、ＥＣＵ２０Ｂは、ＬＰＧ添加ポンプ４１を作動させる（Ｓ２８）。これにより、ＬＰＧ添加ポンプ４１によって燃料タンク１０からＬＰＧ燃料が吸い出され、排気管７に向けて圧送される。また、Ｓ２８にて、ＥＣＵ２０Ｂは、セタン価向上剤添加系統５０のポンプ５２を適切なタイミングで作動させると共に、流量計４３の指示値に基づいて、Ｓ２６にて求めたセタン価向上剤の添加量に応じた時間だけ添加弁５４を開弁させる。これにより、ＬＰＧ添加ポンプ４１によって燃料タンク１０から吸い出されたＬＰＧ燃料には、排気路７への導入に先立ってセタン価向上剤が添加されることになるので、還元剤としてのＬＰＧ燃料の着火性や燃焼性を向上させることができる。
【００６２】
そして、ＥＣＵ２０Ｂは、Ｓ２６にて求められた量のセタン価向上剤が添加されたＬＰＧ燃料を排気路７の後段触媒装置９（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）よりも燃焼室２側の領域にＳ２４にて定められた量だけ導入（噴射）すべく、ＬＰＧ添加ポンプ４１を制御すると共にＬＰＧ添加弁４４を開弁させる（Ｓ３０）。これにより、後段触媒装置９の上流側の排気路７内が一時的かつ急激に燃料過剰な状態（リッチスパイク状態）となり、排気管７内に導入（噴射）されたＬＰＧ燃料は、排気管７内への導入とほぼ同時に自己着火して気化する。このように気化したＬＰＧ燃料は、排気ガスと速やか、かつ、均一に混ざり合い、後段触媒装置９（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）へと流れ込んでいく。この結果、後段触媒装置９では、排気路７内で気化したＬＰＧ燃料を還元剤として、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されているＮＯｘが極めて良好に還元処理されることになる。
【００６３】
このように、ＬＰＧ燃料エンジン１Ｂにおいても、ＮＯｘ還元処理のために燃焼室２へのＬＰＧ燃料の供給量を増加させた場合に生じがちなＬＰＧ燃料のリッチ失火を解消しつつ、ＮＯｘ還元処理に必要な量のＬＰＧ燃料をＮＯｘ吸蔵還元触媒に対して精度よく供給することが可能となる。また、燃料タンク１０から排気路７へと送られるＬＰＧ燃料には、排気路７への導入に先立ってセタン価向上剤が添加されるので、還元剤としてのＬＰＧ燃料の着火性や燃焼性を向上させて、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を極めて良好に実行可能となる。そして、本実施形態では、各燃焼室２から排出されて合流した排気ガスに対して、後段触媒装置９（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）の直前で自己着火して気化したＬＰＧ燃料が混入されることになる。従って、ＬＰＧ燃料エンジン１Ｂによっても、ＬＰＧ燃料を用いてＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を容易かつ良好に実行することが可能となる。
【００６４】
また、ＬＰＧ燃料エンジン１Ｂでは、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元処理を実行するために、運転モードを成層希薄燃焼から均質燃焼へと切り換えた後、各燃焼室２内にＬＰＧ燃料を一時的かつ過剰に供給するリッチスパイク運転を実行する必要がなくなるので、このようなＮＯｘ還元処理に伴う燃費の悪化を抑制することができる。なお、Ｓ３０の処理の後、ＥＣＵ２０Ｂは、図５のＮＯｘ還元ルーチンを一旦終了させ、次の実行タイミングになった段階で、上述のＮＯｘ還元ルーチンを再度実行することになる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明によるＬＰＧ燃料エンジンの第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１のＬＰＧ燃料エンジンにおいて実行されるＮＯｘ還元ルーチンを説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明によるＬＰＧ燃料エンジンの第２実施形態を示す概略構成図である。
【図４】本発明によるＬＰＧ燃料エンジンの第３実施形態を示す概略構成図である。
【図５】図４のＬＰＧ燃料エンジンにおいて実行されるＮＯｘ還元ルーチンを説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６６】
１，１Ａ，１Ｂ  ＬＰＧ燃料エンジン
２  燃焼室
３  ピストン
３ａ  凹部
４  インジェクタ
５  吸気管
６  スロットルバルブ
７  排気管（排気路）
８  前段触媒装置
９  後段触媒装置（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）
１０  燃料タンク
１１  低圧ポンプ
１２  高圧ポンプ
１４  低圧配管
１５  デリバリ管
１６  返送管
２０，２０Ａ，２０Ｂ  ＥＣＵ
３０  還元剤添加系統
３１  連通管
３２  サージタンク
３３  ＬＰＧ添加弁
３５  セタン価向上剤添加系統
３６  貯留タンク
３７  ポンプ
３８  供給管
３９  添加弁
４０  還元剤添加系統
４１  ＬＰＧ添加ポンプ
４２  供給管
４３  流量計
４４  ＬＰＧ添加弁
５０  セタン価向上剤添加系統
５１  貯留タンク
５２  ポンプ
５３  供給管
５４  添加弁
ＡＦＳ  空燃比センサ
Ｐｄ，Ｐｅ，Ｐｐ，Ｐｓ，Ｐｔ  圧力センサ
Ｔｄ，Ｔｐ，Ｔｔ  温度センサ
【図１】
2005009478.tif 000003
【図２】
2005009478.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005009478.tif 000007