(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジン(11)の排気通路(12)に設けられ前記排気通路(12)に流入する排ガス中のＮＯｘを吸蔵しかつ前記排ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＣＯ2又はＨ2が増加したときに再生処理される触媒(13)と、
前記ディーゼルエンジン(11)をバイパスして前記排気通路(12)及び吸気通路(18)を接続するＥＧＲパイプ(14)に設けられ前記ＥＧＲパイプ(14)を通過する排ガスの流量を調整するＥＧＲバルブ(16)と、
前記触媒(13)より排気上流側の排気通路(12)に接続され前記触媒(13)に向って軽油(42)を噴射可能な軽油添加手段(71)と、
前記触媒(13)の再生開始時期を検出する再生開始検出センサ(21)と、
前記再生開始検出センサ(21)の検出出力に基づいて前記ＥＧＲバルブ(16)及び前記軽油添加手段(71)を制御するコントローラ(22)と
を備えた排ガス浄化装置であって、
前記軽油添加手段(71)が排気通路(12)に挿入され触媒(13)に向って軽油(42)を噴射可能な添加用インジェクタ(71a)を有し、
前記添加用インジェクタ(71a)のノズル部(71c)の噴孔(71d)にピン(71e)が遊挿され、
前記噴孔(71d)の内周面に複数の螺旋溝(71f)が形成され、
前記添加用インジェクタ(71a)が筒内燃料噴射装置(51)のコモンレール(51b)又はフィードポンプ(51c)に接続され、
コントローラ(22)が前記添加用インジェクタ(71a)を制御することにより前記添加用インジェクタ(71a)から軽油(42)が噴射されるように構成された
ことを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
触媒の再生時間が０．１〜２秒である請求項１記載の排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンから排出される排ガスを浄化する装置に関する。更に詳しくは排ガス中のＮＯｘの大気への排出を低減する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の排ガス浄化装置として、ディーゼルエンジンの排気管に触媒コンバータに収容されたＮＯｘ還元触媒が設けられ、このＮＯｘ還元触媒の排気上流側に還元剤を供給する還元剤供給手段が設けられ、更にエンジンの運転状況に応じてコントローラが上記還元剤供給手段を制御するように構成されたディーゼル機関の排ガス浄化装置が開示されている（特開平５−３０２５０９号）。この装置では、還元剤供給手段が排気管又は触媒コンバータに還元剤フィードノズル，還元剤フィードパイプ及び還元剤フィードポンプを介して接続された還元剤タンクと、還元剤フィードパイプに設けられ還元剤の還元剤フィードノズルへの供給量を調整可能な還元剤流量調整弁と、還元剤フィードノズルにエアフィードパイプを介して接続されたエアタンクと、エアフィードパイプに設けられ圧縮エアの還元剤フィードノズルへの供給量を調整可能な空気流量調整弁とを有する。還元剤としては軽油やエンジンオイル等が挙げられる。またコントローラは具体的にはエンジン回転速度，エンジン負荷，触媒入口側排ガス温度及び排ガス中の酸素濃度に応じて還元剤フィードポンプ，還元剤流量調整弁及び空気流量調整弁を制御するように構成される。
【０００３】
このように構成されたディーゼル機関の排ガス浄化装置では、エンジンの運転状況に応じた最適量の還元剤が圧縮エアにより微細に霧化されて排ガスに供給される。この結果、還元剤の利用率を向上でき、排ガス中に含まれるＮＯｘを効率的に低減処理できるので、還元剤の消費を低減することができる。また排ガスの温度低下が抑制されてＮＯｘ還元触媒の反応が十分に保たれるので、ＮＯｘ浄化率を向上できるとともに、排ガス中に多量の酸素が含まれていてもＮＯｘを触媒で処理できるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の特開平５−３０２５０９号公報に示されたディーゼル機関の排ガス浄化装置では、エンジンの排ガス中に多量の酸素が存在するため、還元剤として軽油を供給した場合、軽油がＮＯｘとではなく排ガス中の酸素と反応してしまう。このためＮＯｘ還元触媒に比較的多くの還元剤を供給しても、触媒でのＮＯｘの還元効率、即ちＮＯｘ低減率が未だ低い問題点があった。
【０００５】
本発明の第１の目的は、ＮＯｘ還元触媒で消費する還元剤量を低減できるとともに、高効率にＮＯｘを低減することができる排ガス浄化装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、触媒の再生時にシリンダ内に噴射される軽油を十分に霧化することにより、シリンダ内でＮＯｘ還元触媒に最適な還元剤を生成し、かつこの還元剤をＮＯｘ還元触媒に供給することができる排ガス浄化装置を提供することにある。
本発明の第３の目的は、触媒の再生時に排気通路に噴射される軽油を十分に霧化することにより、排気通路内の排ガスの空燃比を確実に還元剤リッチの状態にすることができる排ガス浄化装置を提供することにある。
本発明の第４の目的は、触媒の再生開始時期及び再生完了時期を確実に検出することができる排ガス浄化装置を提供することにある。
本発明の第５の目的は、触媒の再生開始時期に達した後、触媒の再生禁止状態が所定時間以上継続しても、排ガス中のＮＯｘを低減することができる排ガス浄化装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１５〜図１７に示すように、ディーゼルエンジン１１の排気通路１２に設けられ排気通路１２に流入する排ガス中のＮＯｘを吸蔵しかつ排ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＣＯ2又はＨ2が増加したときに再生処理される触媒１３と、ディーゼルエンジン１１をバイパスして排気通路１２及び吸気通路１８を接続するＥＧＲパイプ１４に設けられこのＥＧＲパイプ１４を通過する排ガスの流量を調整するＥＧＲバルブ１６と、触媒１３より排気上流側の排気通路１２に接続され触媒１３に向って軽油４２を噴射可能な軽油添加手段７１と、触媒１３の再生開始時期を検出する再生開始検出センサ２１と、再生開始検出センサ２１の検出出力に基づいてＥＧＲバルブ１６及び軽油添加手段７１を制御するコントローラ２２とを備えた排ガス浄化装置であって、軽油添加手段７１が排気通路１２に挿入され触媒１３に向って軽油４２を噴射可能な添加用インジェクタ７１ａを有し、添加用インジェクタ７１ａのノズル部７１ｃの噴孔７１ｄにピン７１ｅが遊挿され、噴孔７１ｄの内周面に複数の螺旋溝７１ｆが形成され、添加用インジェクタ７１ａが筒内燃料噴射装置５１のコモンレール５１ｂ又はフィードポンプ５１ｃに接続され、コントローラ２２が添加用インジェクタ７１ａを制御することにより添加用インジェクタ７１ａから軽油４２)が噴射されるように構成されたことを特徴とする。
この請求項１に記載された排ガス浄化装置では、エンジン１１の通常の運転時、即ちエンジン１１内の混合気の空燃比がリーン状態のときには、触媒１３が排ガス中のＮＯをＮＯ2に酸化しＮＯｘとして効率良く吸蔵し、触媒１３によるＮＯｘ吸蔵量が所定値に達したことを再生開始検出センサ２１が検出すると、コントローラ２２がこのセンサ２１の検出出力に基づいてＥＧＲバルブ１６を所定の開度で開き、排ガス中のＯ2濃度を低下させるとともに排ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＣＯ2又はＨ2の濃度を増加させる。この結果、触媒１３での還元反応が促進され、触媒１３に吸蔵されたＮＯｘを無害のＮ2や水等に変換して大気に排出し、触媒１３が再生される。また触媒１３の再生時にコントローラ２２がＥＧＲバルブ１６を所定の開度で開き、かつ軽油添加手段４１から軽油４２を噴射させるので、排ガス中のＯ2濃度を低下させるとともに排ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＣＯ2又はＨ2の濃度を増加させることができる。更に触媒１３の再生時に排気通路１２に噴射される軽油４２を十分に霧化することができるので、排気通路１２内の排ガス中のＨＣの濃度を高めた状態にすることができる。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に触媒の再生時間が０．１〜２秒であることを特徴とする。
この請求項２に記載された排ガス浄化装置では、触媒１３の再生完了時期を予め定められた時間経過後とすることにより、確実に検出することができるので、再び触媒１３により排ガス中のＮＯｘを効率良く吸蔵することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を参考の形態とともに図面に基づいて説明する。
＜第１の参考の形態＞
図１に示すように、トラックのディーゼルエンジン１１から排出された排ガスを浄化する排ガス浄化装置は排気管１２に設けられた触媒１３と、ＥＧＲパイプ１４に設けられたＥＧＲバルブ１６と、排気管１２に設けられた排気絞り弁１７と、吸気管１８に設けられた吸気絞り弁１９と、触媒１３の再生開始時期を検出する再生開始検出センサ２１と、再生開始検出センサ２１の検出出力に基づいてＥＧＲバルブ１６，排気絞り弁１７及び吸気絞り弁１９を制御するコントローラ２２とを備える。上記触媒１３は排気管１２に流入する排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、かつ排ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＣＯ2又はＨ2を増加させたときに上記吸蔵したＮＯｘを再生処理する、いわゆるＮＯｘ吸蔵還元型の触媒である。この触媒１３は排気管１２の途中に設けられたケース２３に収容される。
【００２０】
また触媒１３は図示しないが排ガスの流れる方向に格子状（ハニカム状）の通路が形成されたモノリス担体（材質：コージェライト）と、このモノリス担体上に形成されかつ貴金属及びＮＯｘ吸蔵剤が担持されたコート層とを有する。貴金属としてはＰｔが挙げられ、ＮＯｘ吸蔵剤としてはＬｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｃｓ等のアルカリ金属や、Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ等のアルカリ土類金属や、Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ（Ｙ以外はランタノイド系金属）等の希土類金属が挙げられる。上記ＮＯｘ吸蔵剤は触媒の総重量に対して２〜２０重量％、好ましくは５〜１０重量％担持される。またコート層としてはアルミナが挙げられる。
【００２１】
ＥＧＲパイプ１４はエンジン１１をバイパスして排気管１２及び吸気管１８を接続し、ＥＧＲバルブ１６はＥＧＲパイプ１４を通過して排気管１２から吸気管１８に還流される排ガスの流量を調整するように構成される。ＥＧＲバルブ１６は図示しないがモータにより弁体を駆動してＥＧＲバルブ１６の開度を調節する電動弁が用いられるが、エア駆動型弁等を用いてもよい。図１の符号２６は吸気管１８に還流される排ガス（ＥＧＲガス）を冷却するＥＧＲクーラである。
【００２２】
排気絞り弁１７はＥＧＲパイプ１４の排気管１２への接続部より排気下流側であって触媒１３より排気上流側の排気管１２に設けられ、排気管１２を流れる排ガスの流量を調整可能に構成される。また吸気絞り弁１９はＥＧＲパイプ１４の吸気管１８への接続部より吸気上流側の吸気管１８に設けられ、吸気管１８を流れる吸気の流量を調整可能に構成される。排気絞り弁１７は触媒１３の再生時に排気管１２を絞ることにより、ＥＧＲパイプ１４を通って吸気管１８に還流される排ガスを増量するように構成される。また吸気絞り弁１９は触媒１３の再生時に吸気管１８を絞ることにより、シリンダ１１ａに供給される混合気の酸素量又は酸素濃度を低減するように構成される。
【００２３】
再生開始検出センサ２１はこの参考の形態では、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセルセンサ２１ａと、エンジン１１の回転速度を検出する回転センサ２１ｂとからなる。また触媒１３より排気下流側の排気管１２には触媒１３を通過した排ガス中に含まれる酸素濃度を検出する出口側Ｏ2センサ３１ｂが設けられ、触媒１３より排気上流側の排気管１２には触媒１３を通過する前の排ガス中に含まれる酸素濃度を検出する入口側Ｏ2センサ３１ａが設けられる。入口側Ｏ2センサ及び出口側Ｏ2センサにより再生完了検出センサ３１が構成される。触媒１３は再生されるに従って触媒１３上の酸素が使われるため、触媒１３を通過した排ガス中の酸素濃度が次第に低下し、この酸素濃度が１％程度になると触媒１３の再生がほぼ完了したと推定することができる。
【００２４】
ケース２３には触媒１３の温度を検出する触媒温度センサ３２が挿入される。この触媒温度センサ３２は触媒１３より排気上流側のケース２３に挿入された入口側温度センサ３２ａと、触媒１３より排気下流側のケース２３に挿入された出口側温度センサ３２ｂとからなり、両センサ３２ａ，３２ｂの各検出出力の平均値から触媒温度が推定されるように構成される。なお、触媒温度を推定するのは触媒１３を効率良く再生できる温度範囲（２００〜４５０℃）、即ち触媒再生可能温度で触媒１３を再生するためである。またトラックの走行状態を検出する走行状態検出センサ３３はこの参考の形態では上記アクセルセンサ２１ａであり、このアクセルセンサ２１ａの時間に対する変化率により、トラックが加速状態か或いは定常走行若しくは減速状態かが検出される。更に図１の符号３４はエンジン１１から排出された直後の排ガスの温度を検出する排ガス温度センサである。
【００２５】
図２に示すように、上記アクセルセンサ２１ａ，回転センサ２１ｂ，入口側Ｏ2センサ３１ａ，出口側Ｏ2センサ３１ｂ，入口側温度センサ３２ａ，出口側温度センサ３２ｂ，走行状態検出センサ３３及び排ガス温度センサ３４の各検出出力はＩ／Ｏポート２２ｂを介してコントローラ２２のＣＰＵ２２ａの制御入力に接続され、ＣＰＵ２２ａの制御出力はＩ／Ｏポート２２ｃを介してＥＧＲバルブ１６，排気絞り弁１７及び吸気絞り弁１９にそれぞれ接続される。またＣＰＵ２２ａにはメモリ３７が接続され、このメモリ３７には図４に示すように、触媒によるＮＯｘ吸蔵時，触媒再生時及び触媒再生禁止解除時の、ＥＧＲバルブ１６の開度，排気絞り弁１７の閉度及び吸気絞り弁１９の閉度の制御マップＡ，Ｂ及びＣ（エンジン回転速度及びエンジン負荷が変化した場合の最適なＥＧＲバルブ１６の開度等を示すマップ）が記憶される。また上記メモリ３７には図３に示すように、エンジン回転速度及びアクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）の変化に伴って変化するエンジン１１からのＮＯｘ排出量を示すＮＯｘ排出量マップが記憶される。なお、図１の符号３８はマフラである。
【００２６】
このように構成された排ガス浄化装置の動作を図５のフローチャートに沿って説明する。
先ずコントローラ２２は回転センサ２１ｂ及びアクセルセンサ２１ａの各検出出力に基づいてエンジン１１の回転速度及びアクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）を取込む。次いでコントローラ２２は上記エンジン回転速度及びアクセル開度をＮＯｘ排出量マップ（図３）に当てはめてエンジン１１のＮＯｘ排出量を算出し、これにより触媒１３に吸蔵されたＮＯｘ吸蔵量を積算する。次にコントローラ２２はアクセル開度の変化率Ｙ（単位時間当たりのアクセル開度の変化量）を算出し、例えばアクセル開度が所定値（例えば７０％以上）を越え、その変化率Ｙが所定の変化率Ｙ0を越えているとき（例えば、１秒間に５％以上アクセル開度が大きくなる方向に変化しているとき）には、トラックが加速状態であると判断し、アクセル開度及びその変化率Ｙが上記範囲外のときにはトラックが定常走行又は減速状態であると判断する。
【００２７】
トラックが定常走行又は減速状態であり、触媒１３のＮＯｘ吸蔵量Ｘが所定量Ｘ0（例えば７０％）以下である場合には、コントローラ２２は図４の触媒によるＮＯｘ吸蔵時の制御マップＡを取込み、この制御マップＡに従ってＥＧＲバルブ１６等を制御する。即ち、コントローラ２２はＥＧＲバルブ１６を全閉にし、排気絞り弁１７及び吸気絞り弁１９を全開にする。この結果、通常運転時の制御が行われ、ＮＯｘ吸蔵量の積算が続行される。この通常運転時（ＮＯｘの吸蔵時）にはシリンダ１１ａ内の混合気の空燃比は高くリーン状態である、即ち空気過剰率（実際の供給空気量／軽油の燃焼に必要な理論的空気量）が２以上である。触媒１３のコート層に担持されるＮＯｘ吸蔵剤として例えばＢａを用いれば、エンジン１１から排出されたＮＯｘは触媒１３において排ガス中のＯ2と反応し、更に触媒１３中のＢａＯ，ＢａＣＯ3と反応して［Ｂａ（ＮＯ3）2］が生成され、この状態で触媒１３に吸蔵される。このためＮＯｘ濃度の高い触媒入口側の排ガスは触媒を通過した後、ＮＯｘ濃度が極めて低くなって触媒出口側に排出され、ＮＯｘの大気中への排出を低減することができる。
【００２８】
一方、触媒１３のＮＯｘ吸蔵量Ｘが所定量Ｘ0（例えば７０％）を越えると、コントローラ２２は触媒１３が再生時期に達したと判断し、触媒温度センサ３２の入口側温度センサ３２ａ及び出口側温度センサ３２ｂの各検出出力Ｔ1，Ｔ2を取込んで、これらの温度センサ３２ａ，３２ｂの各検出出力の平均値（（Ｔ1＋Ｔ2）／２）を触媒温度Ｔｃと推定する。この触媒温度Ｔｃが触媒再生下限温度Ｔ0（例えば２００℃）を越えていると、コントローラ２２は図４の触媒再生時の制御マップＢを取込み、この制御マップＢに基づいてＥＧＲバルブ１６等を制御する。即ち、コントローラ２２はＥＧＲバルブ１６を所定の開度で開き、排気絞り弁１７及び吸気絞り弁１９を所定の閉度で閉じる。これにより排ガス中の酸素濃度が低下するとともにＨＣ，ＣＯ，ＣＯ2又はＨ2が還元剤として増加するので、先ず上記触媒１３に吸蔵された［Ｂａ（ＮＯ3）2］が排ガス中の上記還元剤と反応してＮ2まで還元され、次に触媒１３が選択性の良い還元触媒として機能し、上記ＮＯ2が排ガス中のＣＯ，ＨＣと反応して無害なＮ2，ＣＯ2，Ｈ2Ｏが生成されて大気に排出される。この結果、排ガス中の酸素の影響を受けずに殆ど全てのＣＯ，ＨＣを触媒再生に有効に活用できるので、触媒１３を効率良く再生することができる。
【００２９】
コントローラ２２は上記触媒１３の再生中に入口側Ｏ2センサ３１ａ及び出口側Ｏ2センサ３１ｂの各検出出力に基づいて触媒１３を通過する前及び触媒１３を通過した後の排ガス中の酸素濃度をＳ1，Ｓ2それぞれ取込み、酸素濃度Ｓ1，Ｓ2の差が所定値以上であり、かつ酸素濃度Ｓ2が所定濃度Ｓ0（例えば１％）未満になったときに触媒１３の再生が完了したと判断する。コントローラ２２は触媒再生完了後、ＮＯｘ吸蔵量の積算値を初期化した後に、図４の触媒によるＮＯｘ吸蔵時の制御マップＡを取込み、この制御マップＡに基づいてＥＧＲバルブ１６の開度等を制御する。
【００３０】
なお、トラックが加速状態である、即ちアクセル開度が所定値以上で、その変化率Ｙが所定の変化率Ｙ0を越えているとコントローラ２２が判断し、かつ触媒温度Ｔｃが触媒再生下限温度Ｔ0より高い場合には、コントローラ２２は図４の触媒再生時の制御マップＢを取込み、この制御マップＢに基づいてＥＧＲバルブ１６等を制御する。トラックの加速時には多量の軽油がシリンダ１１ａ内に噴射されるため、排ガス中の酸素濃度が低下するとともにＨＣ，ＣＯ，ＣＯ2，Ｈ2の濃度が増加し、触媒１３を効率良く再生することができる。コントローラ２２は触媒１３の再生中にアクセル開度及びその変化率Ｙを算出し、アクセル開度の変化率Ｙが所定の変化率Ｙ0以下になったときに触媒１３の再生を停止した後、図４の触媒によるＮＯｘ吸蔵時の制御マップＡを取込み、この制御マップＡに基づいてＥＧＲバルブ１６の開度等を制御する。
【００３１】
また、触媒１３のＮＯｘ吸蔵量Ｘが所定量Ｘ0（例えば７０％）を越え、コントローラ２２が触媒の再生時期に達したと判断しても、触媒温度Ｔｃが触媒再生下限温度Ｔ0（例えば２００℃）以下である場合には、コントローラ２２は触媒１３の再生を禁止し、この再生禁止時間Ｈ0を積算する。再生禁止時間が例えば５分間以下の場合には触媒温度Ｔｃの推定を繰返し、５分間を越えると、触媒１３が排ガス中のＮＯｘを有効に吸蔵できないと判断し、図４の触媒再生禁止解除時の制御マップＣを取込み、この制御マップＣに従ってＥＧＲバルブ１６を制御する。即ち、コントローラ２２はＥＧＲバルブ１６を所定の開度で開くので、触媒１３を再生することができる。この触媒１３の再生完了は上記と同様に入口側Ｏ2センサ３１ａ及び出口側Ｏ2センサ３１ｂの各検出出力に基づいて判断する、即ち触媒１３前後の酸素濃度Ｓ1，Ｓ2の差が所定値以上であり、かつ酸素濃度Ｓ2が所定濃度Ｓ0（例えば１％）未満になったときに触媒１３の再生が完了したと判断する。コントローラ２２は触媒再生完了後、ＮＯｘ吸蔵量の積算値を初期化した後に、図４の触媒によるＮＯｘ吸蔵時の制御マップＡを取込み、この制御マップＡに基づいてＥＧＲバルブ１６の開度等を制御する。
【００３２】
更に、触媒１３の再生時にはエンジン１１内での軽油の燃焼が不活発になるため、触媒入口側のＮＯｘ濃度は低下し、また触媒１３が還元触媒として機能するので、触媒出口側のＮＯｘ濃度は急激に減少する。このように排ガス中のＮＯｘを効率良く触媒１３に吸蔵でき、かつ触媒１３に吸蔵されたＮＯｘを無害のＮ2や水等に変換して触媒１３を短時間で効率良く再生することができる。
【００３３】
＜第２の参考の形態＞
図６〜図８は第２の参考の形態を示す。図６において図１と同一符号は同一部品を示す。
この参考の形態では、触媒１３より排気上流側の排気管１２に軽油添加手段４１が接続され、コントローラ２２が再生開始検出センサ２１の検出出力に基づいてＥＧＲバルブ１６，排気絞り弁１７，吸気絞り弁１９及び軽油添加手段４１を制御するように構成される。軽油添加手段４１は排気管１２に挿入され触媒１３に向って軽油４２を噴射可能な添加用噴射ノズル４１ａと、添加用噴射ノズル４１ａに軽油４２を圧送する添加用噴射ポンプ４１ｂとを有する。添加用噴射ノズル４１ａは添加用吐出管４１ｃを介して添加用噴射ポンプ４１ｂの吐出口に連通接続され、添加用噴射ポンプ４１ｂの吸入口は添加用吸入管４１ｄを介して燃料タンク４３に連通接続される。燃料タンク４３には軽油４２が貯留される。
【００３４】
コントローラ２２の制御入力にはアクセルセンサ２１ａ，回転センサ２１ｂ，入口側Ｏ2センサ３１ａ，出口側Ｏ2センサ３１ｂ，入口側温度センサ３２ａ，出口側温度センサ３２ｂ，走行状態検出センサ３３及び排ガス温度センサ３４の各検出出力がそれぞれ接続され、コントローラ２２の制御出力はＥＧＲバルブ１６，排気絞り弁１７，吸気絞り弁１９及び添加用噴射ポンプ４１ｂにそれぞれ接続される。またメモリ３７には図７に示すように、触媒によるＮＯｘ吸蔵時，触媒の再生時及び触媒再生禁止解除時の、ＥＧＲバルブ１６の開度，排気絞り弁１７の閉度，吸気絞り弁１９の閉度及び排気管１２への軽油添加量の制御マップＡ，Ｂ，Ｃ（エンジン回転速度及びエンジン負荷が変化した場合の最適なＥＧＲバルブ１６の開度等を示すマップ）が記憶される。上記以外は第１の参考の形態と同一に構成される。
【００３５】
このように構成された排ガス浄化装置の動作を図８のフローチャートに沿って説明する。
触媒１３によるＮＯｘ吸蔵量Ｘが所定量Ｘ0を越えてコントローラ２２が触媒１３の再生時に達したと判断し、触媒温度Ｔｃが触媒再生下限温度Ｔ0を越えて触媒再生可能になると、コントローラ２２は図７の触媒の再生時の制御マップＢを取込み、この制御マップＢに基づいてＥＧＲバルブ１６等を制御する。即ち、コントローラ２２はＥＧＲバルブ１６を所定の開度で開き、排気絞り弁１７及び吸気絞り弁１９を所定の閉度それぞれ閉じ、更に軽油添加手段４１の添加用噴射ポンプ４１ｂを作動して排気管１２に軽油４２を添加する。これにより排ガス中の酸素濃度が低下するとともに、排ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＣＯ2又はＨ2が第１の参考の形態より還元剤として更に増加する。この結果、先ず上記触媒１３に吸蔵された［Ｂａ（ＮＯ3）2］が排ガス中の上記還元剤と反応してＮ2まで還元され、次に触媒１３が選択性の良い還元触媒として機能し、上記ＮＯ2が排ガス中のＣＯ，ＨＣと反応して無害なＮ2，ＣＯ2，Ｈ2Ｏが生成されて大気に排出されるので、排ガス中の酸素の影響を受けずに殆ど全てのＣＯ，ＨＣを触媒再生に有効に活用することができる。上記以外の動作は第１の参考の形態と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００３６】
＜第３の参考の形態＞
図９〜図１１は第３の参考の形態を示す。図９において図１と同一符号は同一部品を示す。
この参考の形態では、シリンダ１１ａに噴射される軽油４２の噴射時期及び噴射量のいずれか一方又は双方を変更可能な筒内燃料噴射装置５１が用いられる。筒内燃料噴射装置５１は先端部がシリンダ１１ａに臨みシリンダ１１ａに軽油４２を噴射可能な筒内インジェクタ５１ａと、内部に軽油４２を蓄圧し上記インジェクタ５１ａに軽油を圧送するコモンレール５１ｂと、このコモンレール５１ｂに軽油４２を供給するフィードポンプ５１ｃとを有する。
【００３７】
筒内インジェクタ５１ａはこのインジェクタ５１ａに内蔵された電磁弁（図示せず）により軽油４２の噴射量及び噴射時期が調整可能に構成される。また筒内インジェクタ５１ａは圧送管５１ｄを介してコモンレール５１ｂに連通接続され、コモンレール５１ｂは筒内吐出管５１ｅを介してフィードポンプ５１ｃの吐出口に連通接続され、フィードポンプ５１ｃの吸入口は筒内吸入管５１ｆを介して燃料タンク４３に連通接続される。触媒１３の再生時には上記筒内燃料噴射装置５１にてメイン噴射の時期を進角させ、かつメイン噴射後にポスト噴射を行うことにより、シリンダ１１ａ内への軽油４２の噴射時期及び噴射量の双方が変更されるように構成される。図９の符号５２はコモンレール５１ｂ内の軽油４２の圧力（燃料圧）を検出する圧力センサである。
【００３８】
コントローラ２２の制御入力にはアクセルセンサ２１ａ，回転センサ２１ｂ，入口側Ｏ2センサ３１ａ，出口側Ｏ2センサ３１ｂ，入口側温度センサ３２ａ，出口側温度センサ３２ｂ，走行状態検出センサ３３，排ガス温度センサ３４及び圧力センサ５２の各検出出力が接続され、コントローラ２２の制御出力はＥＧＲバルブ１６，排気絞り弁１７，吸気絞り弁１９，筒内インジェクタ５１ａ及びフィードポンプ５１ｃにそれぞれ接続される。またメモリ３７には図１０に示すように、触媒によるＮＯｘ吸蔵時，触媒再生時及び触媒再生禁止解除時の、ＥＧＲバルブ１６の開度，排気絞り弁の閉度，吸気絞り弁の閉度，メイン噴射の時期，パイロット噴射の有無・時期及びポスト噴射の有無・時期の制御マップＡ，Ｂ，Ｃ（エンジン回転速度及びエンジン負荷が変化した場合の最適なＥＧＲバルブ１６の開度等を示すマップ）が記憶される。上記以外は第１の参考の形態と同一に構成される。
【００３９】
このように構成された排ガス浄化装置の動作を図１１のフローチャートに基づいて説明する。
トラックが定常走行又は減速状態であり、触媒１３のＮＯｘ吸蔵量Ｘが所定量Ｘ0（例えば７０％）以下である場合には、コントローラ２２は図１０の触媒によるＮＯｘ吸蔵時の制御マップＡを取込み、この制御マップＡに従ってＥＧＲバルブ１６等を制御する。即ち、コントローラ２２はＥＧＲバルブ１６を全閉にし、排気絞り弁１７及び吸気絞り弁１９を全開にし、メイン噴射を最も燃焼効率の高い時期に行い、更にパイロット噴射を行う。このときポスト噴射は行わない。この結果、通常運転時の制御が行われ、排ガス中のＮＯｘは触媒１３により吸蔵されるので、ＮＯｘの大気中への排出を低減することができる。
【００４０】
トラックが定常走行又は減速状態であり、触媒１３のＮＯｘ吸蔵量Ｘが所定量Ｘ0（例えば７０％）を越え、更に触媒温度Ｔｃが触媒再生下限温度Ｔ0（例えば２００℃）を越えている場合には、図１０の触媒によるＮＯｘ吸蔵時の制御マップＢを取込み、この制御マップＢに従ってＥＧＲバルブ１６等を制御する。即ち、コントローラ２２はＥＧＲバルブ１６を所定の開度で開き、排気絞り弁１７及び吸気絞り弁１９を所定の閉度で閉じ、メイン噴射を通常走行時より所定の角度だけ進角させる。またパイロット噴射を行わず、ピストン１１ｂの上死点の後にポスト噴射を複数回に分けて行う。これにより排ガス中の酸素濃度が低下するとともに、排ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＣＯ2又はＨ2が第１の参考の形態より還元剤として更に増加する。この結果、排ガス中の酸素の影響を受けずに殆ど全てのＣＯ，ＨＣを触媒再生に有効に活用することができる。
【００４１】
なお、トラックが加速状態であり、触媒温度Ｔｃが触媒再生下限温度Ｔ0より高い場合には、コントローラ２２は図１０の触媒再生時の制御マップＢを取込み、この制御マップＢに基づいてＥＧＲバルブ１６等を制御する。トラックの加速時には多量の軽油４２がシリンダ１１ａ内に噴射されるため、排ガス中の酸素濃度が低下するとともにＨＣ，ＣＯ，ＣＯ2，Ｈ2の濃度が増加し、触媒１３を効率良く再生することができる。
【００４２】
また、触媒１３のＮＯｘ吸蔵量Ｘが所定量Ｘ0（例えば７０％）を越え、コントローラ２２が触媒１３の再生時期に達したと判断しても、触媒温度Ｔｃが触媒再生下限温度Ｔ0（例えば２００℃）以下である場合には、コントローラ２２は触媒１３の再生を禁止し、この再生禁止時間Ｈ0を積算する。再生禁止時間が例えば５分間以下の場合には触媒温度Ｔｃの推定を繰返し、５分間を越えると、触媒１３が排ガス中のＮＯｘを有効に吸蔵できないと判断し、図１０の触媒再生禁止解除時の制御マップＣを取込み、この制御マップＣに従ってＥＧＲバルブ１６を制御する。即ち、コントローラ２２はＥＧＲバルブ１６を所定の開度で開き、メイン噴射を通常走行時より所定の角度だけ進角させる。このときパイロット噴射及びポスト噴射は行わない。この結果、触媒１３を再生することができる。上記以外の動作は第１の参考の形態と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００４３】
＜第４の参考の形態＞
図１２〜図１４は第４の参考の形態を示す。図１２において図６及び図９と同一符号は同一部品を示す。
この参考の形態の排ガス浄化装置は、第２の参考の形態の排ガス浄化装置に第３の参考の形態の筒内燃料噴射装置１９を組込んだ装置である。即ち、この参考の形態の排ガス浄化装置は触媒１３と、ＥＧＲバルブ１６と、排気絞り弁１７と、吸気絞り弁１９と、軽油添加手段４１と、筒内燃料噴射装置５１とを備え、コントローラ２２は再生開始検出センサ２１の検出出力に基づいてＥＧＲバルブ１６，排気絞り弁１７，吸気絞り弁１９，軽油添加手段４１及び筒内燃料噴射装置５１を制御するように構成される。
【００４４】
アクセルセンサ２１ａ，回転センサ２１ｂ，入口側Ｏ2センサ３１ａ，出口側Ｏ2センサ３１ｂ，入口側温度センサ３２ａ，出口側温度センサ３２ｂ，走行状態検出センサ３３，排ガス温度センサ３４及び圧力センサ３６の各検出出力はコントローラ２２の制御入力に接続され、コントローラ２２の制御出力はＥＧＲバルブ１６，排気絞り弁１７，吸気絞り弁１９，添加用噴射ポンプ４１ｂ，筒内インジェクタ５１ａ及びフィードポンプ５１ｃにそれぞれ接続される。またメモリ３７には図１３に示すように、触媒によるＮＯｘ吸蔵時，触媒再生時及び触媒再生禁止解除時の、ＥＧＲバルブ１６の開度，排気絞り弁１７の閉度，吸気絞り弁１９の閉度，メイン噴射の時期，パイロット噴射の有無・時期，ポスト噴射の有無・時期及び排気管１２への軽油添加量の制御マップＡ，Ｂ，Ｃ（エンジン回転速度及びエンジン負荷が変化した場合の最適なＥＧＲバルブ１６の開度等を示すマップ）が記憶される。上記以外は第２及び第３の参考の形態と同一に構成される。
【００４５】
このように構成された排ガス浄化装置の動作を図１４のフローチャートに基づいて説明する。
トラックが定常走行又は減速状態であり、触媒１３のＮＯｘ吸蔵量Ｘが所定量Ｘ0（例えば７０％）以下である場合には、コントローラ２２は図１３の触媒によるＮＯｘ吸蔵時の制御マップＡを取込み、この制御マップＡに従ってＥＧＲバルブ１６等を制御する。即ち、コントローラ２２はＥＧＲバルブ１６を全閉にし、排気絞り弁１７及び吸気絞り弁１８を全開にし、メイン噴射を最も燃焼効率の高い時期に行い、更にパイロット噴射を行う。このときポスト噴射及び排気管１２への軽油添加は行わない。この結果、通常運転時の制御が行われ、排ガス中のＮＯｘは触媒１３により吸蔵されるので、ＮＯｘの大気中への排出を低減することができる。
【００４６】
トラックが定常走行又は減速状態であり、触媒１３のＮＯｘ吸蔵量Ｘが所定量Ｘ0（例えば７０％）を越え、更に触媒温度Ｔｃが触媒再生下限温度Ｔ0（例えば２００℃）を越えている場合には、図１３の触媒によるＮＯｘ吸蔵時の制御マップＢを取込み、この制御マップＢに従ってＥＧＲバルブ１６等を制御する。即ち、コントローラ２２はＥＧＲバルブ１６を所定の開度で開き、排気絞り弁１７及び吸気絞り弁１９を所定の閉度で閉じ、メイン噴射を通常走行時より所定の角度だけ進角させ、更に添加用噴射ポンプ４１ｂを作動して排気管１２に軽油４２を添加する。またパイロット噴射を行わず、ピストン１１ｂの上死点の後にポスト噴射を複数回に分けて行う。これにより排ガス中の酸素濃度が低下するとともに、排ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＣＯ2又はＨ2が第１の参考の形態より還元剤として更に増加する。この結果、排ガス中の酸素の影響を受けずに殆ど全てのＣＯ，ＨＣを触媒再生に有効に活用することができる。上記以外の動作は第２及び第３の参考の形態と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００４９】
＜実施の形態＞
図１５〜図１７は本発明の実施の形態を示す。図１５において図１２と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、軽油添加手段７１が触媒１３に向って軽油４２を噴射可能な添加用インジェクタ７１ａを有し、この添加用インジェクタ７１ａが連通管７１ｂを介して筒内燃料噴射装置５１のコモンレール５１ｂに接続され、コントローラ２２が添加用インジェクタ７１ａを制御することにより添加用インジェクタ７１ａから軽油４２が噴射されるように構成される（図１５）。添加用インジェクタ７１ａはこのインジェクタ７１ａに内蔵された電磁弁（図示せず）により軽油４２の噴射量及び噴射時期が調整可能に構成される。また添加用インジェクタ７１ａはスロットル形のノズル部７１ｃを有し、このノズル部７１ｃは触媒１３より排気上流側の排気管１２に挿入される（図１６）。ノズル部７１ｃの噴孔７１ｄにはピン７１ｅが遊挿され、噴孔７１ｄの内周面には複数の螺旋溝７１ｆが形成される（図１６及び図１７）。また添加用インジェクタ７１ａは上述のようにコモンレール５１ｂに接続されるため、第１の参考の形態の添加用噴射ポンプは不要になる。更に触媒再生は触媒再生開始から予め設定された時間だけ行われる。このため入口側Ｏ2センサ及び出口側Ｏ2センサは不要となる。また上記触媒再生時間はできるだけ短い方が良いが、０．１〜２秒に設定される。触媒再生時間を０．１〜１８０秒に限定したのは、０．１秒未満では触媒の再生が完了せず、２秒を越えると黒煙の排出量が多くなるためである。上記以外は第４の参考の形態と同一に構成される。
【００５０】
このように構成された排ガス浄化装置では、触媒１３の再生時に添加用インジェクタ７１ａから噴射された軽油４２は排気管１２の内面に沿って螺旋状に進むので、瞬時に霧化されて排ガスの空燃比を速やかにリッチ状態にすることができるとともに、ＨＣ，ＣＯ，Ｈ2の増量を図ることができる。この結果、触媒１３が還元触媒として機能し、触媒１３を効率良く再生することができる。またコントローラ２２は触媒１３の再生開始と同時に触媒再生時間を計測し、所定時間経過後（例えば２秒）に触媒再生が完了したと判断するので、所定時間経過後、ＮＯｘ吸蔵量の積算値を初期化し、触媒によるＮＯｘ吸蔵時のマップを取込み、このマップに基づいてＥＧＲバルブ１６の開度等を制御する。上記以外の動作は第４の参考の形態と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００５２】
なお、上記実施の形態では、触媒の再生時に筒内燃料噴射装置にてメイン噴射の時期を進角させ、かつメイン噴射後にポスト噴射を行うことにより、シリンダ内への軽油の噴射時期及び噴射量の双方を変更したが、メイン噴射の時期の進角化又はポスト噴射のいずれか一方を行うことにより、シリンダ内への軽油の噴射時期及び噴射量のいずれか一方又は双方を変更してもよい。
また、上記実施の形態では、本発明のディーゼルエンジンをトラックに搭載したが、バス，乗用車又はその他の車両、或いは船，建設機械等に搭載してもよい。
また、上記実施の形態では、触媒の再生禁止の状態が所定時間以上継続したときに、コントローラが触媒の再生禁止を解除し、ＥＧＲバルブの開放及び筒内燃料噴射装置によるメイン噴射の時期の進角化の双方を行うように構成したが、ＥＧＲバルブの開放及び筒内燃料噴射装置によるメイン噴射の時期の進角化のいずれか一方を行うように構成してもよい。
【００５３】
また、上記実施の形態では、トラックの走行状態を検出する走行状態検出センサとしてアクセルセンサを挙げたが、アクセルセンサに加えてトラックの車速を検出する車速センサを用いてもよい。
また、上記実施の形態では、添加用インジェクタを筒内燃料噴射装置のコモンレールに接続したが、筒内燃料噴射装置のフィードポンプの吐出口に接続してもよい。
更に、上記実施の形態では、触媒温度を入口側温度センサ及び出口側温度センサの各検出出力（触媒入口温度及び触媒出口温度）に基づいて推定したが、触媒温度を入口側温度センサ又は出口側温度センサのいずれか一方の検出出力（触媒入口温度又は触媒出口温度のいずれか一方）に基づいて推定してもよい。
【００６０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、排気通路に設けられた触媒が排ガス中のＮＯｘを吸蔵しかつ排ガス中の酸素濃度が低下したときに上記吸蔵したＮＯｘを放出し、ディーゼルエンジンをバイパスするＥＧＲパイプにＥＧＲバルブを設け、更にコントローラが触媒の再生開始時期を検出する再生開始検出センサの検出出力に基づいてＥＧＲバルブを制御するように構成したので、エンジンの通常の運転時、即ちエンジン内の混合気の空燃比がリーン状態のときには、触媒が排ガス中のＮＯをＮＯ2に酸化しＮＯｘとして効率良く吸蔵し、触媒によるＮＯｘ吸蔵量が所定値に達したときには、コントローラがＥＧＲバルブを開くので、排ガス中のＯ2濃度を低下させるとともに排ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＣＯ2又はＨ2の濃度を増加させることができる。この結果、触媒での還元反応が促進され、触媒に吸蔵されたＮＯｘを無害のＮ2や水等に変換して大気に排出し、触媒を再生することができる。
【００６１】
また触媒より排気上流側の排気通路に、触媒に向って軽油を噴射可能な軽油添加手段を接続し、コントローラが再生開始検出センサの検出出力に基づいてＥＧＲバルブ及び軽油添加手段を制御するように構成すれば、触媒の再生時に上記ＥＧＲバルブのみを制御する場合或いはＥＧＲバルブと排気絞り弁又は吸気絞り弁とを制御する場合より更に排ガス中のＯ2濃度を低下させるとともにＨＣ，ＣＯ，ＣＯ2又はＨ2の濃度を増加させることができる。この結果、更に効率良く触媒を再生することができる。
【００６３】
また軽油添加手段の添加用インジェクタが筒内燃料噴射装置のコモンレール又はフィードポンプに接続し、コントローラが添加用インジェクタを制御することにより添加用インジェクタから軽油を噴射するように構成すれば、触媒の再生時に排気通路に噴射される軽油を十分に霧化することができるので、排気通路内の排ガス中のＨＣの濃度を高めた状態にすることができる。
また触媒の再生時間を０．１〜２秒とすれば、触媒の再生完了時期を確実に検出することができるので、再び触媒により排ガス中のＮＯｘを効率良く吸蔵することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１参考形態の排ガス浄化装置を示す構成図。
【図２】  その排ガス浄化装置の制御を示すブロック線図。
【図３】  エンジン回転速度及びアクセル開度の変化に伴って変化するエンジンからのＮＯｘ排出量を示すＮＯｘ排出量マップ。
【図４】  触媒によるＮＯｘ吸蔵時，触媒の再生時及び触媒再生禁止解除時のＥＧＲバルブの開度等を示す制御マップ。
【図５】  その排ガス浄化装置の動作を示すフローチャート。
【図６】  第２参考形態を示す図１に対応する構成図。
【図７】  触媒によるＮＯｘ吸蔵時，触媒の再生時及び触媒再生禁止解除時のＥＧＲバルブの開度等を示す制御マップ。
【図８】  その排ガス浄化装置の動作を示すフローチャート。
【図９】  第３参考形態を示す図１に対応する構成図。
【図１０】  触媒によるＮＯｘ吸蔵時，触媒の再生時及び触媒再生禁止解除時のＥＧＲバルブの開度等を示す制御マップ。
【図１１】  その排ガス浄化装置の動作を示すフローチャート。
【図１２】  第４参考形態を示す図１に対応する構成図。
【図１３】  触媒によるＮＯｘ吸蔵時，触媒の再生時及び触媒再生禁止解除時のＥＧＲバルブの開度等を示す制御マップ。
【図１４】  その排ガス浄化装置の動作を示すフローチャート。
【図１５】  本発明の実施形態を示す図１に対応する構成図。
【図１６】  図１５のＤ部拡大断面図。
【図１７】  その軽油添加手段の添加用インジェクタの噴孔を含む要部拡大斜視図。
【符号の説明】
１１  ディーゼルエンジン
１２  排気管（排気通路）
１３  触媒
１４  ＥＧＲパイプ
１６  ＥＧＲバルブ
１８  吸気管（吸気通路）
２１  再生開始検出センサ
２２  コントローラ
７１  軽油添加手段
４２  軽油
５１  筒内燃料噴射装置
５１ａ  筒内インジェクタ
５１ｂ  コモンレール
５１ｃ  フィードポンプ
７１ａ  添加用インジェクタ
【図１】
0003986208.tif 000002
【図２】
0003986208.tif 000003
【図３】
0003986208.tif 000004
【図４】
0003986208.tif 000005
【図５】
0003986208.tif 000006
【図６】
0003986208.tif 000007
【図７】
0003986208.tif 000008
【図８】
0003986208.tif 000009
【図９】
0003986208.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0003986208.tif 000012
【図１２】
0003986208.tif 000013
【図１３】
0003986208.tif 000014
【図１４】
0003986208.tif 000015
【図１５】
0003986208.tif 000016
【図１６】
0003986208.tif 000017
【図１７】
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