(57)【要約】【課題】排気枝管に還元剤の添加手段を配置した内燃機関の排気浄化装置において、広範囲な運転状態下においても、添加した還元剤が排気再循環装置の排気取出し口に導入される場合がないようにした。【解決手段】排気枝管に還元剤を添加する還元剤添加手段を配置した場合に、還元剤を添加したときに還元剤が逆流する気筒の排気行程では、還元剤添加を禁止する。還元剤添加手段から還元剤を供給する期間が、複数の気筒のうちの一の気筒の排気行程の期間に比較して長いと判断されたときは、還元剤添加手段により添加された還元剤が、排気とともに排気再循環装置の取出し口に導入される位置にある気筒の排気行程中は、還元剤の添加を中断する。その後、他の気筒の排気行程に合わせて還元剤添加を再開する。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を備えた内燃機関であって、この内燃機関の排気枝管内に設けられた還元剤添加手段と、前記排気枝管の集合部下流の排気通路に設けた排気浄化手段と、を備え、前記還元剤添加手段から前記排気浄化手段に対して還元剤を添加する内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気枝管内に設けられた排気取出し口から取り出した排気を吸気系に再循環させる排気再循環装置をさらに有し、
前記還元剤添加手段から還元剤を添加する期間が、複数の気筒のうちの一の気筒の排気行程の期間に比較して長いと判断されたときは、還元剤添加手段により添加された還元剤が排気とともに排気再循環装置の排気取出し口に導入される位置にある気筒の排気行程中は、還元剤の添加を中断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】
前記複数の気筒のうちの一の気筒を、前記還元剤添加手段に最も近い位置に設けた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。
【請求項３】
複数の気筒を備えた内燃機関であって、この内燃機関の排気枝管内に設けられた還元剤添加手段と、前記排気枝管の集合部下流の排気通路に設けた排気浄化手段と、を備え、前記還元剤添加手段から前記排気浄化手段に対して還元剤を添加する内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気枝管内に設けられた排気取出し口から取り出した排気を吸気系に再循環させる排気再循環装置をさらに有し、
前記還元剤添加手段と前記排気再循環装置の排気取出し口とを互いに前記排気枝管の集合部の両側にそれぞれ気筒を介して配置し、
前記還元剤添加手段側に設けられた気筒の排気行程中には、前記還元剤添加手段から還元剤を供給することを禁止することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
複数の気筒を備えた内燃機関であって、この内燃機関の排気枝管内に設けられた還元剤添加手段と、前記排気枝管の集合部下流の排気通路に設けた排気浄化手段と、を備え、前記還元剤添加手段から前記排気浄化手段に対して還元剤を添加する内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気枝管内に設けられた排気取出し口から取り出した排気を吸気系に再循環させる排気再循環装置をさらに有し、
排気行程中の気筒から、前記還元剤添加手段を経由して前記排気再循環装置取り出口に排気が流れるときは、前記還元剤添加手段から還元剤を供給することを禁止することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記排気取出し口から取り出される再循環排気量が所定量以上であるときは、還元剤添加手段に最も近い気筒の排気行程に同期して還元剤添加を実施することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
内燃機関からの排気を吸気系に再循環させる排気再循環装置と、排気枝管に設けた還元剤添加手段と、前記排気枝管の集合部下流に配置した過給器及びこの過給器の下流の排気通路に配置した排気浄化手段と、前記排気枝管内に設けた排気再循環装置の排気取出し口と、を備え、前記還元剤添加手段から前記排気浄化手段に還元剤を供給する内燃機関の排気浄化装置において、
前記還元剤添加手段を可能な限り前記過給器に近い位置に設け、他方、前記排気再循環装置の排気取出し口は前記過給器から可能な限り離れた位置に配置するとともに、還元剤添加を、排気再循環装置の排気取出し口に近い位置の気筒の排気行程に同期させ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】
内燃機関から排出される排気中のＮＯｘ低減手段の一つに、排気再循環装置の採用がある。排気再循環装置は、排気の一部を再度吸気系に戻し、不活性ガスの導入により燃焼室内ガスの熱容量を増大させ、最高燃焼温度を下げることによってＮＯｘの発生を低減させるものである。
【０００３】
また、希薄燃焼可能な内燃機関から排出される排気のＮＯｘ低減手段の他の一つには、選択還元型ＮＯｘ触媒や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒などのリーンＮＯｘ触媒を排気通路に設ける方法がある。これらは、排気中のＮＯｘを大気に放出する前に浄化するものであるが、これらのＮＯｘ触媒がＮＯｘを浄化するため、或いは吸収したＮＯｘを適宜放出させて、ＮＯｘの浄化能力を維持するためには、これらのＮＯｘ触媒にＨＣ成分（還元剤）が供給される必要がある。
【０００４】
ところが、内燃機関の通常運転時の排気中のＨＣ成分の量は極めて少ないので、通常運転時にＮＯｘを浄化するためには、積極的にＮＯｘ触媒に還元剤としてのＨＣ成分等を供給する必要がある。
【０００５】
このとき、ＮＯｘ触媒にＨＣ成分を供給するため、排気中に添加した還元剤が排気再循環装置の排気取出し口から排気とともに吸気系に導入されると、内燃機関に対して、予期しない余分なＨＣが供給されることになるので好ましくない。
【０００６】
そこで、還元剤添加弁を排気枝管の一端側に近接する気筒の排気ポートに臨むように設ける一方、排気再循環装置の排気取出し口は、排気枝管の他端側に設けて、これらを互いに遠い位置に配置する。
【０００７】
また還元剤添加弁が、近接する気筒の開弁期間中に還元剤の添加を実施するようにして、還元剤が排気再循環装置の排気取出し口に導入されないようにしたものが公知である（特許文献１参照）。
【０００８】
この装置では、還元剤添加弁を排気再循環装置の排気取出し口から遠い位置に配置し、かつ還元剤添加弁が排気集合管の接続部近傍の排気ポートに臨んでいるので、添加された還元剤が排気再循環装置の排気取出し口に導入されにくい構造となっている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−２８０１２５号公報
【特許文献２】
特開平２００１−６５３３３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような内燃機関では、還元剤添加弁を排気再循環装置の排気取出し口から遠い位置に配置しているが、排気の流れによって、例えば、排気弁から排出された排気が排気集合管と排気再循環装置の排気取出し口方向とに分かれて流れるとき等には、その上流（前記排気弁に近接した位置）から還元剤添加をすると、還元剤の一部が排気再循環装置の排気取出し口に導入されてしまう虞がある。
【００１１】
しかし、還元剤添加を実施することが必要な場合は、どのような状況であっても添加した還元剤が排気再循環装置の排気取出し口に導入されないようにすることが望まれる。
【００１２】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、排気枝管に還元剤の添加手段を配置した内燃機関の排気浄化装置において、どのような内燃機関の運転状況下であっても、添加した還元剤が排気再循環装置の排気取出し口に導入されないようにした内燃機関の排気浄化装置を提供することを課題とする。
【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、本発明は、排気枝管に還元剤を添加する還元剤添加手段を配置して還元剤を添加する際、複数の気筒のうち、排気取出し口方向に排気が流れる虞のある位置にある気筒の排気行程では、還元剤添加を禁止するものである。したがって、還元剤添加手段から添加された還元剤が、排気再循環装置を介して吸気系に回り込むことが防止される。
【００１４】
より具体的には、第１の発明は、複数の気筒を備えた内燃機関であって、この内燃機関の排気枝管内に設けられた還元剤添加手段と、前記排気枝管の集合部下流の排気通路に設けた排気浄化手段と、を備え、前記還元剤添加手段から前記排気浄化手段に対して還元剤を添加する内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気枝管内に設けられた排気取出し口から取り出した排気を吸気系に再循環させる排気再循環装置をさらに有し、
前記還元剤添加手段から還元剤を添加する期間が、複数の気筒のうちの一の気筒の排気行程の期間に比較して長いと判断される場合であって、還元剤添加手段により添加された還元剤が排気とともに排気再循環装置の排気取出し口に導入される位置にある気筒の排気行程中は、還元剤の添加を中断することを特徴とする。
【００１５】
この発明では、還元剤が排気再循環装置の排気取出し口に導入される虞がある位置の気筒の排気行程では、還元剤の添加を禁止し、他の気筒の排気行程持に同期させて還元剤添加を行うようにした。
【００１６】
前記複数の気筒のうちの一の気筒を、前記還元剤添加手段に最も近い位置に設ける場合には、還元剤が排気再循環装置の排気取出し口に導入される虞が最も少なくなるので好ましい。
【００１７】
第２の発明は、複数の気筒を備えた内燃機関であって、この内燃機関の排気枝管内に設けられた還元剤添加手段と、前記排気枝管の集合部下流の排気通路に設けた排気浄化手段と、を備え、前記還元剤添加手段から前記排気浄化手段に対して還元剤を添加する内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気枝管内に設けられた排気取出し口から取り出した排気を吸気系に再循環させる排気再循環装置をさらに有し、
前記排気枝管内では前記還元剤添加手段と前記排気再循環装置の排気取出し口とを互いに排気枝管の集合部の両側にそれぞれ気筒を介して配置し、
前記還元剤添加手段側に設けられた気筒の排気行程中には、前記還元剤添加手段から還元剤を供給することを禁止することを特徴とする。
【００１８】
この第２の発明では、排気枝管の集合部に対して前記還元剤添加手段側（排気再循環装置の排気取出し口の反対側）に位置する気筒の排気行程中には、前記還元剤添加手段から還元剤を供給することを禁止するので、還元剤が排気の流れに乗って排気再循環装置の排気取出し口に導入される方向に流れることが防止される。
【００１９】
第３の発明は、複数の気筒を備えた内燃機関であって、この内燃機関の排気枝管内に設けられた還元剤添加手段と、前記排気枝管の集合部下流の排気通路に設けた排気浄化手段と、を備え、前記還元剤添加手段から前記排気浄化手段に対して還元剤を添加する内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気枝管内に設けられた排気取出し口から取り出した排気を吸気系に再循環させる排気再循環装置をさらに有し、
排気行程中の気筒から、前記還元剤添加手段を経由して前記排気再循環装置取り出口に排気が流れるときは、前記還元剤添加手段から還元剤を供給することを禁止することを特徴とする。
排気行程中の気筒から排出される排気が、還元剤添加手段を経由して排気再循環装置の排気取出し口まで流れるときには、還元剤添加手段から還元剤を供給することを禁止するので、還元剤が排気の流れに乗って排気再循環装置の排気取出し口に導入され、吸気系に到達することが回避される。
【００２０】
以上のような発明では、前記排気再循環装置の取出し口に導入される再循環排気量が所定量以上であるときは、前記還元剤添加手段に最も近い気筒の排気行程に同期して還元剤添加を実施することが好ましい。
【００２１】
還元剤添加手段に最も近い気筒の排気行程に還元剤の添加を同期させることで、排気行程時のブローダウンの流速が速い排気に還元剤をのせることができる。その結果、排気再循環装置の排気取出し口への還元剤の到達を防止する能力が高くなる。したがって、前記排気取出し口に導入される排気量が所定量以上であるときでも吸気系への還元剤の回り込み防止に有利である。
【００２２】
第４の発明は、内燃機関からの排気を吸気系に再循環させる排気再循環装置と、排気枝管に設けた還元剤添加手段と、前記排気枝管の集合部下流に配置した過給器及びこの過給器の下流の排気通路に配置した排気浄化手段と、前記排気枝管内に設けた排気再循環装置の排気取出し口と、を備え、前記還元剤添加手段から前記排気浄化手段に還元剤を供給する内燃機関の排気浄化装置において、
前記還元剤添加手段を可能な限り前記過給器に近い位置に設け、他方、前記排気再循環装置の排気取出し口は前記過給器から可能な限り離れた位置に配置するとともに、還元剤添加を、排気再循環装置の排気取出し口に近い位置の気筒の排気行程に同期させることを特徴とする。
【００２３】
還元剤添加を前記排気再循環装置の排気取出し口に近い気筒の排気行程に同期させると、還元剤を含む排気は排気循環装置の排気取出し口側と排気枝管の集合部側の両方に分流して流れようとするが、過給器を設けることで該過給器に向かう排気の流れを強くして、還元剤が排気循環装置の排気取出し口側には回り込まないようにすることができる。
【００２４】
なお、前記内燃機関としては、筒内直接噴射式のリーンバーンガソリンエンジンやディーゼルエンジンを例示することができる。また、排気浄化手段としては、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒あるいは選択還元型ＮＯｘ触媒等を例示することができる。還元剤としては軽油、ガソリンなどのＨＣ成分を含むものが好適である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２６】
図１に示す内燃機関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。
【００２７】
内燃機関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。
【００２８】
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、この燃料ポンプ６から吐出された燃料は、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。
【００２９】
内燃機関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。
【００３０】
前記吸気枝管８は吸気管９に接続され、吸気枝管８の直上流に位置する部位には、この吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。
【００３１】
また、吸気管９の上流に設置したエアフローメータ１１と前記吸気絞り弁１３との間に位置する吸気管９には、排気の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が設けられている。
【００３２】
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２５を介して連通されている。この排気再循環通路２５は、排気枝管内の＃４気筒に近い位置に排気再循環装置の排気取出し口２５ａが形成されている。
【００３３】
この排気再循環通路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排気再循環通路２５内を流通する排気の流量を変更する流量調整弁２６が設けられている。
【００３４】
前記排気再循環通路２５の途中で流量調整弁２６より上流には、この排気再循環通路２５内を流通する排気を冷却する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）が設けられ内燃機関１を冷却するための冷却水の一部が循環する。
【００３５】
このように構成された排気再循環機構では、流量調整弁２６が開弁されると、排気再循環通路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排気再循環装置の排気取出し口２５ａから排気再循環通路２５へ流入し、ＥＧＲクーラ２７を経て吸気枝管８へ導かれる。
【００３６】
その際、ＥＧＲクーラ２７では、排気再循環通路２５内を流通する排気と内燃機関１の冷却水との間で熱交換が行われ、排気が冷却される。
【００３７】
排気再循環通路２５を介して排気枝管１８から吸気枝管８へ還流された排気は、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。
【００３８】
一方、内燃機関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１ｂを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００３９】
前記排気枝管１８は、前記遠心過給機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と接続され、この排気管１９は、下流にて大気へと通じている。
【００４０】
前記排気管１９の途中には、ＮＯｘ保持材を含む吸蔵還元型ＮＯｘ触媒２０（以下、単にＮＯｘ触媒とする。）が設けられている。
【００４１】
このＮＯｘ触媒２０は、このＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを保持し、一方、このＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度が低下したときは保持していたＮＯｘを離脱させる。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、このＮＯｘ触媒２０から離脱したＮＯｘが還元される。
【００４２】
ところで、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、内燃機関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中の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれるＮＯｘがＮＯｘ触媒２０に保持されることになるが、内燃機関１の希薄燃焼運転が長時間継続されると、ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ保持能力が飽和し、排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒２０にて保持されずに大気中へ放出されてしまう。
【００４３】
特に、内燃機関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２０のＮＯｘ保持能力が飽和し易い。
【００４４】
なお、ここでいうリーン空燃比とは、ディーゼル機関にあっては、例えば２０から５０の範囲であり、三元触媒ではＮＯｘを浄化できない領域を意味する。したがって、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ保持能力が飽和する前にＮＯｘ触媒２０に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに燃料の濃度を高め、ＮＯｘ触媒２０に保持されたＮＯｘを還元させる必要がある。
【００４５】
このように酸素濃度を低下させる方法としては、排気中の燃料添加や、再循環する排気再循環装置ガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更に排気再循環装置ガス量を増大させる低温燃焼（特許第３１１６８７６号参照）、機関出力のための燃料を噴射させる主噴射の後の膨張行程若しくは排気行程中に再度燃料を噴射させる副噴射等の方法が考えられる。排気中の燃料添加では、ＮＯｘ触媒２０より上流の排気管１９を流通する排気中に燃料（軽油）を添加する燃料供給機構を備え、この燃料供給機構から排気中へ燃料を添加することにより、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに燃料の濃度を高めることができる。
【００４６】
燃料（還元剤）供給機構は、図１に示されるように、その噴孔が排気枝管１８内に臨むように取り付けられ、後述するＥＣＵ３５からの信号により開弁して還元剤を噴射する還元剤添加弁２８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添加弁２８へ導く燃料供給路２９と、を備えている。
【００４７】
このような燃料供給機構では、燃料ポンプ６から吐出された高圧の燃料が燃料供給路２９を介して還元剤添加弁２８へ印加される。そして、ＥＣＵ３５からの信号により該還元剤添加弁２８が開弁して排気枝管１８内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００４８】
還元剤添加弁２８は、＃１気筒に近接した排気枝管１８内に臨んで設けられている。この還元剤添加弁２８から排気枝管１８内へ噴射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた排気の酸素濃度を低下させるとともに、ＮＯｘ触媒２０に到達し、ＮＯｘ触媒２０に保持されていたＮＯｘを還元することになる。
【００４９】
また、ＥＣＵ３５からの信号により還元剤添加弁２８が閉弁し、排気枝管１８内への還元剤の添加が停止される。
【００５０】
また、内燃機関１には、クランクシャフトの回転位置に対応した電気信号を出力するクランクポジションセンサ３３が設けられている。
【００５１】
以上述べたように構成された内燃機関１には、この内燃機関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、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００５２】
ＥＣＵ３５は、双方向性バス３５０によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３５２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３５３、ＣＰＵ（中央制御装置）３５１、入力ポート３５６、出力ポート３５７を備えている。
【００５３】
ＥＣＵ３５の入力ポート３５６には、上記した各種センサの出力信号の他、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセル開度センサ３６、クランクシャフトの回転数を検知するクランク角センサ３３等が対応したＡ／Ｄ変換器３５５を介して、又は、直接入力されている。
【００５４】
一方、出力ポート３５７には、燃料噴射弁３、還元剤添加弁２８などが接続されている。
【００５５】
また、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３５２上には、還元剤添加制御等の制御マップが各装置に対応して設けられている。ＣＰＵ３５１は、入力ポート３５６に入力された各種センサの出力信号をＲＯＭ３５２上に展開された制御マップに照らし合わせ、その制御マップにおいて算出された値に基づく各種制御信号を出力ポート３５７を介して各種装置に出力する。ＲＡＭ３５３は、入力ポート３５６に入力される各種センサからの出力信号、及び出力ポート３６７に出力された制御信号などを内燃機関の運転履歴として記録する。そして、ＣＰＵ３５１から要求を受けてそのＣＰＵ３５１との間で各種信号の入出力を行う。
【００５６】
ＥＣＵ３５では、現在の機関運転に要求される「目標要求トルク」をクランク角センサ３３およびアクセル開度センサ３６の出力信号等に基づき算出し、この目標要求トルクを得るべく燃料噴射弁３や燃料ポンプ６に出力される制御信号を適時更新して、燃料供給系における燃料供給量の補正を行う。また、各種センサからの出力値に基づき、排気浄化装置における還元剤の供給制御なども同時に実行する。
【００５７】
ところで、ディーゼルエンジンの場合は、ストイキ（理論空燃比、Ａ／Ｆ＝１４〜１５）よりもはるかにリーン域で燃焼が行われるので、通常の機関運転状態ではＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比は非常にリーンであり、排気中のＮＯｘはＮＯｘ触媒２０に吸収され、ＮＯｘ触媒２０から放出されるＮＯｘ量は極めて少ない。
【００５８】
また、ガソリンエンジンの場合には、燃焼室に供給する混合気をストイキまたはリッチ空燃比にすることにより排気の空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にし、排気中の酸素濃度を低下させて、ＮＯｘ触媒２０に吸収されているＮＯｘを放出させることができるが、ディーゼルエンジンの場合には、燃焼室に供給する混合気をストイキまたはリッチ空燃比にすると、燃焼の際に煤が発生するなどの問題があり、採用することはできない。
【００５９】
したがって、ディーゼルエンジンでは、ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ吸収能力が飽和する前に所定のタイミングで、排気中に還元剤を供給して排気中の酸素濃度を低下させて、ＮＯｘ触媒２０に吸収されたＮＯｘを放出し還元する必要がある。尚、前記還元剤としては、一般に、ディーゼルエンジンの燃料である軽油を使用する場合が多い。
【００６０】
そのため、この実施の形態では、ＥＣＵ３５によりエンジン１の運転状態の履歴からＮＯｘ触媒２０に吸収されたＮＯｘ量を推定し、その推定ＮＯｘ量が予め設定した所定値に達したときに、所定時間だけ制御弁２２を開弁して所定量の還元剤を還元剤添加弁から排気中に噴射し、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気中の酸素濃度を低下させ、ＮＯｘ触媒２０に吸収されたＮＯｘを放出させ、Ｎ２に還元するようにしている。
（実施の形態１）
次に、図３に示す実施の形態１の装置について説明する。
【００６１】
還元剤添加弁２８と排気再循環装置の排気取出し口２５ａの位置が、過給器１５よりも上流に配置される構造である。
【００６２】
この場合、還元剤添加弁２８により添加される還元剤が、排気再循環装置の排気取出し口２５ａに回り込み、内燃機関１の吸気系に再吸入されると、予定外の還元剤である燃料が内燃機関１に供給され、トルクショックを発生させたり、過早燃焼を起こす原因となるので、できるだけ還元剤添加弁２８と排気再循環装置の排気取出し口２５ａを離して、還元剤が排気再循環装置の排気取出し口２５ａに回り込むのを回避する。そこで、これらの還元剤添加弁２８と排気再循環装置の排気取出し口２５ａは、互いに排気枝管１８の一端と他端に設けられている。
【００６３】
この場合さらに、還元剤添加弁２８をできるだけ過給器１５の近くに配置することで前記回り込み防止に有利となる。一方、排気再循環装置の排気取出し口２５ａの位置は、極力過給器１５から遠くなるように設ける。そして、排気中への還元剤添加タイミングを、排気再循環装置の排気取出し口２５ａに近い気筒、例えば＃４、＃３気筒の排気行程に同期させる。
【００６４】
図３の装置では、還元剤添加弁２８は＃１気筒に近い排気ポート１８に取り付けられている。この還元剤添加弁２８は、例えば、＃３気筒の排気行程時に、還元剤を排気集合管１６に向かって噴射すれば、添加された還元剤は＃３気筒からの排気とともに、排気集合管１６に円滑に流れる。
【００６５】
なお、この場合には、＃２から＃４気筒の排気行程時に、同様に還元剤の添加を実施することができる。
【００６６】
前述のように、前記排気枝管１８における排気再循環装置の排気取出し口２５ａは、＃４気筒に近接した位置に配置されているので、反対側の還元剤添加弁２８から添加された還元剤が排気再循環装置の排気取出し口２５ａに回り込むことが抑制される。すなわち、排気弁からの排気と添加された還元剤は、排気管集合管１６に互いに対向する方向から流れ込むので、還元剤が排気再循環装置の排気取出し口２５ａ方向に流れることはない。
【００６７】
しかし、再循環排気量が所定量以上のときは、＃３、＃４気筒の排気弁からの排気の多くが排気再循環装置の排気取出し口２５ａ方向に流れることになる。このような場合には、還元剤添加弁２８により近い気筒、ここでは＃２気筒の排気行程に同期して還元剤添加を実施することが好ましい。還元剤添加弁２８に近い＃２気筒であれば、ブローダウンのガス流速が速く、排気再循環装置の排気取出し口２５ａへの還元剤の回り込みを防止する能力が高くなる。
【００６８】
図３に示すような装置では、＃１気筒の排気行程時に還元剤の添加を実行すると、その排気が排気集合管１６と排気再循環装置の排気取出し口２５ａとに分かれて流れるため、排気再循環装置の排気取出し口２５ａへの還元剤の回り込みが防止できない。
したがって、還元剤添加期間が、例えば、＃３気筒の排気行程時間と比べて長く、還元剤添加弁２８を配置した＃１気筒での排気行程に至るまで還元剤添加が継続する結果となる場合は、＃１気筒の排気行程が開始されるまでに、一旦、還元剤添加を中断する必要がある。中断後は、他の気筒の排気行程に合わせて還元剤添加を再開する。
【００６９】
図３に示す装置では、＃１−＃３−＃４−＃２気筒の順序で排気行程となるならば、＃３気筒に合わせて還元剤添加を開始するが、＃１気筒の排気行程中は還元剤添加を中断し、再び、＃３気筒の排気行程の開始時には還元剤添加を開始する。
【００７０】
このようにすれば、排気の一部が排気再循環装置の排気取出し口２５ａへ回り込む可能性が高い＃１気筒の排気行程中の添加を回避することができる。
【００７１】
換言すれば、少なくとも、前記＃１気筒の排気行程の終了時までには還元剤添加が中断されるので、添加された還元剤が排気の流れに沿って排気再循環装置の排気取出し口２５ａに導入されることが回避される。その後、前記＃３気筒の排気行程の開始時または開始後には還元剤の添加が再開される。
【００７２】
図５は、この実施の形態における還元剤添加制御ルーチンを示す。この還元剤添加制御ルーチンは、ＥＣＵ３５のＲＯ３５２に記憶されており、ＣＰＵ３５１によって繰り返し実行されるルーチンである。
【００７３】
まず、ＥＣＵ３５は、ステップＳ１０１において、還元剤添加条件が成立しているか否か判定する。ここで、還元剤添加条件成立の要件は、ＮＯｘ触媒２０の触媒温度が活性温度にあり、かつ、ＮＯｘ触媒２０に吸収されたＮＯｘを放出すべきときである。
【００７４】
ステップＳ１０１で否定判定がされた場合には、ＥＣＵ３５は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００７５】
ステップＳ１０１で肯定判定がされた場合には、ＥＣＵ３５は、ステップＳ１０２に進み、＃２気筒の排気弁が開弁時期か否かを判定する。該排気弁が開弁時期にあるか否かは、＃２気筒の燃料噴射弁３の作動後から現時点までのクランク角度から判定する。このクランク角度は前述のクランクポジションセンサ３３により計測される。
【００７６】
ステップＳ１０２で否定判定された場合には、ＥＣＵ３５は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００７７】
ステップＳ１０２で肯定判定がされた場合には、ＥＣＵ３５は、ステップＳ１０３に進み、還元剤の添加期間が排気弁の開弁期間よりも短いか否かを判定する。
【００７８】
ステップＳ１０３で否定判定された場合、すなわち、還元剤の添加期間が排気弁の開弁期間よりも長いときは、図６のフローチャートに示す制御に進む。
【００７９】
ステップＳ１０３で肯定判定がされた場合には、ＥＣＵ３５は、ステップＳ１０４に進み、再循環装置に導入される排気量が所定値以上か否かを判断する。この所定値は、排気再循環装置の排気取出し口２５ａに導入される排気量が通常運転時よりも多く（流量調整弁２６の開度が大きく）、添加された還元剤が回り込む可能性が高くなるときの値である。
【００８０】
ステップＳ１０４で再循環装置に導入される排気量が所定値以下であると判断されたときは、ステップＳ１０５に進み、＃３気筒の排気行程に同期して還元剤の添加が実施される。還元剤の添加は、還元剤添加弁２８を所定時間、所定開度で開弁する。これにより、還元剤添加弁２８から所定量の還元剤が排気中に添加される。
【００８１】
ステップＳ１０４で再循環装置に導入される排気量が所定値以上であると判断されたときは、ステップＳ１０６に進み、＃２気筒の排気行程に同期して、還元剤添加弁２８から所定量の還元剤が排気中に添加される。
【００８２】
このようにすれば、ブローダウンの速度が速い排気の流れにしたがって還元剤が流れるので、排気再循環装置の排気取出し口への還元剤の回り込みをより確実に防止することができる。
【００８３】
以下、ステップＳ１０３で添加期間が排気弁の開弁期間よりも長いと判断されたときの制御を、図６にしたがって説明する。
【００８４】
先ず、ステップＳ１０７に進み、還元剤添加弁２８を所定時間、所定開度で開弁する。これにより、還元剤添加弁２８から所定量の還元剤が排気中に添加される。
【００８５】
次のステップＳ１０８では、＃１気筒の排気弁の開弁時期か否かを判断する。
【００８６】
否定的判定の場合は、還元剤添加をそのまま継続する。
【００８７】
肯定的判定の場合、すなわち、＃１気筒の排気弁の開弁時期であると判断されたら、ステップＳ１０９に進み還元剤添加を中断する。
【００８８】
次に、ステップＳ１１０に進み、＃３気筒の排気弁の開弁時期か否かを判断する。
【００８９】
＃３気筒の排気弁が開弁時期にないときはステップＳ１０９に戻り、還元剤添加が中断された状態が維持される。
【００９０】
一方、ステップＳ１０９において＃３気筒の排気弁が開弁したと判断されたときは、還元剤添加を再開する。
【００９１】
次に、ステップＳ１０８で否定的判定がされた場合の還元剤添加、及びステップ１１１で還元剤添加が再開された場合の還元剤添加の時間が所定時間に達したら、ステップＳ１１２に進んで還元剤添加を終了する。
【００９２】
このようにして、実施の形態１では＃１気筒の排気行程中の添加が回避される。
（実施の形態２）
図４に示す構造の装置について説明する。
【００９３】
この装置では、還元剤添加弁２８を可能な限り過給器１５に近い位置に設けている。また、排気再循環装置の取出し口２５ａは過給器１５から可能な限り離れた排気枝管１８の端部に配置している。過給器１５は、排気集合管１６に近接した下流に設けられているので、過給器１５の作動によって排気が攪拌されて還元剤と排気の混合が促進され、排気管への還元剤の付着が抑制される。
【００９４】
実施の形態１の装置と異なるのは、過給器１５と内燃機関１の本体との配置関係の制約から、排気集合管１６と過給器１５を内燃機関１の本体のほぼ中央に配置している点である。還元剤添加弁２８もこれに合わせて、より過給器１５に近い＃２気筒の排気ポートに配置されている。
【００９５】
このような場合、還元剤添加は、排気再循環装置の排気取出し口２５ａ側に位置する気筒、すなわち、＃３気筒または＃４気筒の排気行程中にのみ行い、排気再循環装置の排気取出し口２５ａに添加還元剤が回り込む可能性がある＃１及び＃２気筒の排気行程中は、還元剤添加を中断する。このようにすれば、排気再循環装置の取出し口への還元剤の導入が阻止される。
【００９６】
次に、図７に、第２の実施の形態における還元剤添加制御ルーチンを示す。この還元剤添加制御ルーチンは、ＥＣＵ３５のＲＯＭ３５２に予め記憶されており、繰り返し実行されるルーチンである。
【００９７】
ＥＣＵ３５は、ステップ２０１において、還元剤添加条件が成立しているか否か判定する。ここで、還元剤添加条件成立の要件は、ＮＯｘ触媒２０の触媒温度が活性温度にあり、かつ、ＮＯｘ触媒２０に吸収されたＮＯｘを放出すべきときである。ステップ２０１で否定判定がされた場合には、ＥＣＵ３５は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００９８】
ステップＳ２０１で肯定判定がされた場合には、ＥＣＵ３５は、ステップＳ２０２に進み、＃３または＃４気筒の排気弁が開弁時期であるか否か判定する。
【００９９】
ステップＳ２０２で否定判定がされた場合には、ＥＣＵ３５は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１００】
ステップＳ２０２で肯定判定がされた場合には、ＥＣＵ３５は、ステップＳ２０３に進み、還元剤添加弁２８を所定時間、所定開度で開弁する。これにより、還元剤添加弁２８から所定量の還元剤が排気中に添加される。
【０１０１】
次に、ステップＳ２０４では、＃１または＃２気筒の排気弁が開弁時期であるか否か判定する。
【０１０２】
ステップＳ２０４で否定判定がされた場合には、ステップ２０５に進み、ＥＣＵ３５は、還元剤の添加を継続する。
【０１０３】
ステップＳ２０４で肯定判定がされた場合には、ＥＣＵ３５は、ステップＳ２０６に進み、還元剤添加弁２８からの還元剤添加を禁止する。
【０１０４】
このようにして、＃３または＃４気筒の排気弁が排気行程にあるときのみ、還元剤添加がされるように制御されるので、排気再循環装置の排気取出し口２５ａに添加還元剤が回り込むことが防止される。
（他の実施の形態）
本発明の内燃機関の排気浄化装置において、前記還元剤添加弁が取り付けられた気筒に限って、燃料噴射弁から機関出力を得るための燃料を噴射する主噴射を実行した後、膨張行程または排気行程で前記燃料噴射弁から燃料を噴射する副噴射を実行することも可能である。燃料の副噴射により排気温度を上昇させることができ、還元剤添加装置から添加された還元剤の微粒化および気化が促進する。
【０１０５】
上記の実施の形態の内燃機関の排気浄化装置においては、前記排気集合管１６の下流に吸気を加圧するための過給器１５が設けられているが、軽負荷時であって前記還元剤添加手段による還元剤添加時に前記過給器１５を迂回して排気を前記ＮＯｘ触媒２０に導くバイパス通路と、を備えるように構成することが可能である。軽負荷運転時には排気温度が低く、過給器１５を通過させるとその際に排気温度が低下してしまい、還元剤添加装置から添加された還元剤の微粒化および気化の妨げになるが、そのようなときに排気を前記バイパス通路に流し過給器１５を迂回させてＮＯｘ触媒２０に導くと、過給器１５による温度低下がないので、還元剤の微粒化および気化が妨げられなくなり、ＮＯｘ浄化率が向上する。
【０１０６】
本発明の内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯｘ触媒２０を硫黄被毒から回復するときに該ＮＯｘ触媒２０に還元剤を供給する第２の還元剤添加装置をＮＯｘ触媒２０の上流に設けることも可能である。第２の還元剤添加装置から添加された還元剤は排気再循環装置を介して吸気系に回り込むことがないので、硫黄被毒回復処理等のための比較的大量の還元剤添加に起因して、スモークが発生するのを防止できる。
【０１０７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、排気枝管に還元剤の添加手段を配置した内燃機関の排気浄化装置において、どのような運転状況であっても還元剤が排気再循環装置の排気取出し口に導入されないように制御されるので、燃料成分を含む還元剤が吸気系に回り込んで過早燃焼や内燃機関の回転上昇によるトルクショックを生じさせることが抑制される。
【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概略構成図である。
【図２】ＥＣＵの概略構成を示す図である。
【図３】還元剤添加弁と排気再循環装置の排気取出し口の配置例を示す内燃機関の概略構成図である。
【図４】還元剤添加弁と排気再循環装置の排気取出し口の他の配置例を示す内燃機関の概略構成図である。
【図５】実施の形態１の制御の実行フローを示すフローチャート図である。
【図６】実施の形態１の制御の他の実行フローを示すフローチャート図である。
【図７】実施の形態２の制御の実行フローを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１    内燃機関
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
８・・・・吸気枝管
９・・・・吸気管
１５・・・過給器
１６・・・排気集合管
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０・・・ＮＯｘ触媒
２８・・・還元剤添加弁
２９・・・燃料供給路
３３・・・クランクポジションセンサ
３５・・・ＥＣＵ
３６・・・アクセル開度センサ
【図１】
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【図２】
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【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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