(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的なリーン及びリッチ制御が行われる内燃機関の排気通路に設けられ、前記排気通路を流通する排気の空燃比を排気空燃比として、前記排気空燃比をリーンにしたときに、排気中のＮＯｘを吸着若しくは吸蔵し、前記排気空燃比をリッチにしたときに、前記吸着若しくは吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気空燃比をリッチ化するリッチ化手段と、
排気の一部を前記内燃機関の吸気還流通路内に還流する還流通路と、
前記排気通路とは別に設けられ、燃料を改質して還元性気体を製造する燃料改質器と、
前記燃料改質器で製造された還元性気体を、前記排気通路のうち前記ＮＯｘ浄化触媒よりも上流側から前記排気通路内に導入するための第１導入通路と、
前記燃料改質器で製造された還元性気体を、前記内燃機関の吸気通路内に導入するための第２導入通路と、
前記内燃機関の水温を測定又は推定する水温推定手段と、
前記第１導入通路と前記第２導入通路とを切り替える導入通路切り替え手段と、をさらに備え、
前記導入通路切り替え手段は、
前記水温推定手段により推定された前記内燃機関の水温が所定の水温判定値以上である場合には、前記第１導入通路に切り替えをし、前記水温推定手段により推定された前記内燃機関の水温が所定の水温判定値未満である場合には、前記第２導入通路に切り替えをする第１切り替え手段を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記第１切り替え手段は、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記所定の水温判定値を決定する水温判定値決定手段を備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記第１切り替え手段は、外気の温度を測定又は推定する外気温度推定手段をさらに備え、
前記水温判定値決定手段は、前記外気温度推定手段により推定された外気の温度に応じて、前記所定の水温判定値を決定することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記第１切り替え手段は、
前記水温判定値決定手段により決定された水温判定値を補正する水温判定値補正手段と、
前記内燃機関の燃焼室に吸入される吸気の温度を測定又は推定する吸気温度推定手段と、をさらに備え、
前記水温判定値補正手段は、前記吸気温度推定手段により測定又は推定された吸気温度に応じて、前記所定の水温判定値を補正することを特徴とする請求項２又は３記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記第１切り替え手段は、
前記水温判定値決定手段により決定された水温判定値を補正する水温判定値補正手段と、
前記内燃機関の燃料のセタン価を測定又は推定するセタン価推定手段と、をさらに備え、
前記水温判定値補正手段は、前記セタン価推定手段により推定されたセタン価に応じて、前記所定の水温判定値を補正することを特徴とする請求項２又は３記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記内燃機関の排気浄化装置は、
前記還流通路内を流通する還流ガスの流量を測定又は推定する還流ガス流量推定手段をさらに備え、
前記導入通路切り替え手段は、
前記還流ガス流量推定手段により推定された還流ガスの流量が所定の還流ガス流量判定値以上である場合には、前記第２導入通路に切り替えをし、前記還流ガス流量推定手段により推定された還流ガスの流量が所定の還流ガス流量判定値未満である場合には、前記第１導入通路に切り替えをする第２切り替え手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から５いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記第２切り替え手段は、
前記内燃機関の回転数及び前記内燃機関の要求トルクに基づいて、前記還流通路内を流通する還流ガスの流量の目標値を決定する還流ガス流量目標値決定手段と、
外気の温度を測定又は推定する外気温度推定手段と、
前記還流ガス流量目標値決定手段により決定された還流ガス流量の目標値、及び前記外気温度推定手段により推定された外気の温度に基づいて、前記所定の還流ガス流量判定値を決定する還流ガス流量判定値決定手段と、を備えることを特徴とする請求項６記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記第２切り替え手段は、
前記内燃機関の燃料のセタン価を測定又は推定するセタン価推定手段と、
前記セタン価推定手段により推定されたセタン価に応じて、前記還流ガス流量判定値決定手段により決定された還流ガス流量判定値を補正する還流ガス流量判定値補正手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項７記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記内燃機関の排気浄化装置は、
前記内燃機関の回転数及び前記内燃機関の発生トルクに基づいてＮＯｘ排出量を推定するＮＯｘ排出量推定手段と、
前記ＮＯｘ排出量推定手段により推定されたＮＯｘ排出量、前記内燃機関の吸入空気量、前記内燃機関の燃料消費量、前記内燃機関の運転時間、及び排気中の酸素濃度のうち少なくとも１つに基づいて、前記ＮＯｘ浄化触媒の吸着ＮＯｘ量を推定する吸着ＮＯｘ量推定手段と、をさらに備え、
前記リッチ化手段は、前記吸着ＮＯｘ量推定手段により推定された吸着ＮＯｘ量が所定の吸着ＮＯｘ量判定値以上である場合に、前記排気空燃比をリッチ化することを特徴とする請求項１から８いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記内燃機関の排気浄化装置は、
前記ＮＯｘ浄化触媒の温度を推定又は検出する触媒温度推定手段と、
前記触媒温度推定手段により推定された触媒温度に基づいて前記所定の吸着ＮＯｘ量判定値を決定する吸着ＮＯｘ量判定値決定手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項９記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
前記リッチ化手段は、前記燃料改質器で製造された還元性気体の導入による第１リッチ化制御手段と、ポスト燃焼又はリッチ燃焼による第２リッチ化制御手段と、を有し、且つ、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記排気空燃比を前記第１リッチ化制御手段によりリッチ化するか、前記第２リッチ化制御手段によりリッチ化するかを選択することを特徴とする請求項１０記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１２】
前記リッチ化手段は、前記触媒温度推定手段により推定された前記ＮＯｘ浄化触媒の温度、前記吸着ＮＯｘ量推定手段により推定された吸着ＮＯｘ量、前記内燃機関の回転数、及び前記内燃機関の発生トルクのうち少なくとも１つに応じて、前記排気空燃比を前記第１リッチ化制御手段によりリッチ化するか、前記第２リッチ化制御手段によりリッチ化するかを選択することを特徴とする請求項１１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１３】
前記リッチ化手段は、前記排気空燃比をリッチ化する際における排気空燃比が所定の目標値に一致するように、前記内燃機関の主噴射量、前記内燃機関の副噴射量、前記内燃機関の吸入空気量、及び前記燃料改質器で製造された還元性気体の導入量のうち少なくとも１つを調整することを特徴とする請求項１０から１２いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１４】
前記内燃機関の排気浄化装置は、
前記排気空燃比の所定の目標値を、前記触媒温度推定手段により推定されたＮＯｘ浄化触媒の温度、前記吸着ＮＯｘ量推定手段により推定された吸着ＮＯｘ量、前記リッチ化手段の継続時間、前記内燃機関の回転数、及び前記内燃機関の発生トルクのうち少なくとも１つに基づいて決定する排気空燃比目標値決定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１３記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１５】
前記燃料改質器で製造された還元性気体は、一酸化炭素、水素、及び炭化水素を含み、これらのうち体積分率が最も多いのが一酸化炭素であり、体積分率が最も少ないのが炭化水素であることを特徴とする請求項１から１４いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１６】
前記内燃機関は、圧縮着火式の内燃機関であり、且つ使用する燃料が軽油であることを特徴とする請求項１から１５いずれか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。詳しくは、排気中のＮＯｘを吸着又は吸蔵し、この吸着又は吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
また、本発明において、「リッチ」という用語は、問題とする燃料の空気／燃料比率（以下、「空燃比」という）が化学量論的な空燃比よりも小さいことを示し、「リーン」という用語は、問題とする燃料の空燃比が上述の化学量論的な空燃比よりも大きいことを示す。また、以下の説明では、内燃機関（以下、エンジンともいう）へ流入する混合気における空気と燃料の質量比をエンジン空燃比といい、排気通路内の空気と可燃性気体との質量比を排気空燃比という。
【背景技術】
【０００３】
従来より、排気に含まれる窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という）を浄化する技術が知られている。
例えば、特許文献１、２、及び非特許文献１には、排気通路にＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、「ＬＮＴ」という）を設け、排気が酸素過剰となるリーン運転時に、排気を酸化触媒に通してＮＯｘをアルカリ金属又はアルカリ土類金属などと反応させて吸蔵し、排気の酸素濃度が低くなるリッチ運転時に、吸蔵したＮＯｘを還元する排気浄化装置が示されている。この排気浄化装置では、リーン運転とリッチ運転とを繰り返すことで、ＮＯｘの吸蔵とＮＯｘの還元とを周期的に行うことができる。
【０００４】
また、例えば非特許文献２には、排気が酸素過剰となるリーン運転時にＮＯｘを触媒上に吸着し、次いでリーン運転を行って排気中の酸素濃度が低い状態を周期的に形成するとともに、一酸化炭素を周期的に合成して供給することにより、リーン運転時に吸着したＮＯｘを周期的に還元する方法が示されている。
【０００５】
より具体的には、この非特許文献２に示された方法では、先ず、排気が酸素過剰となるリーン運転時に、下記式（１）〜（３）により、排気中に存在する一酸化窒素及び二酸化窒素を触媒に吸着させる。
ＮＯ→ＮＯ（吸着）             （１）
２ＮＯ＋Ｏ２→２ＮＯ２            （２）
ＮＯ２→ＮＯ２（吸着）            （３）
次に、リッチ運転を行うとともに、一酸化炭素を合成する。ここで合成された一酸化炭素は、酸素分圧が低い環境において、下記式（４）に示す水性ガスシフト反応により水素を生成する。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋ＣＯ２          （４）
さらに、この水素が還元雰囲気において一酸化窒素と反応してアンモニアが生成され、下記式（５）により、このアンモニアが触媒に吸着される。
５Ｈ２＋２ＮＯ→２ＮＨ３（吸着）＋２Ｈ２Ｏ    （５）
以上のようにして、一酸化炭素により生成されたアンモニアを最終還元剤として、下記式（６）〜（８）により、排気中のＮＯｘ又は触媒に吸着したＮＯｘが還元される。
４ＮＨ３＋４ＮＯ＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ    （６）
２ＮＨ３＋ＮＯ２＋ＮＯ→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ    （７）
８ＮＨ３＋６ＮＯ２→７Ｎ２＋１２Ｈ２Ｏ      （８）
【０００６】
この他、例えば特許文献３、４には、排気通路にＬＮＴを設け、さらにこのＬＮＴの上流に、炭化水素燃料を改質して水素や一酸化炭素を含む還元性気体を製造する燃料改質器を設けた排気浄化システムが示されている。特にこの排気浄化システムでは、体積比で一酸化炭素よりも水素が大きくなる様な還元性気体を製造する燃料改質器が用いられる。このシステムによれば、ＬＮＴの上流側から水素を含む還元性気体を排気中に添加することで、排気中のＮＯｘを選択的に還元することが可能となる。
【０００７】
ここで、炭化水素燃料から還元性気体を製造する方法としては、例えば、下記式（９）に示すように、酸化剤として酸素を用いた部分酸化反応が知られている。
ＣｎＨｍ＋１／２ｎＯ２→ｎＣＯ＋１／２ｍＨ２    （９）
この部分酸化反応は、燃料と酸素を用いた発熱反応であり、自発的に反応が進行する。このため、一旦、反応が始まると、外部から熱の供給をすることなく水素を製造し続けることができる。また、このような部分酸化反応において、燃料と酸素とを高温状態で共存させた場合には、下記式（１０）に示すような燃焼反応も進行する。
ＣｎＨｍ＋（ｎ＋１／４ｍ）Ｏ２→ｎＣＯ２＋１／２ｍＨ２Ｏ    （１０）
また、酸化剤として水蒸気を用いた、下記式（１１）に示すような水蒸気改質反応が知られている。
ＣｎＨｍ＋ｎＨ２Ｏ→ｎＣＯ＋（ｎ＋１／２ｍ）Ｈ２  （１１）
この水蒸気改質反応は、燃料と水蒸気とを用いた吸熱反応であり、自発的に進行する反応ではない。このため、水蒸気改質反応は、上述の部分酸化反応に対して制御し易いものとなっている。
【０００８】
また、例えば特許文献５には、エンジンからの排気に含まれるＮＯｘを低減させるための技術として、排気の一部を再び吸気通路に還流させる技術（以下、ＥＧＲともいう）が示されている。この技術では、エンジンが低温状態のときに大量のＥＧＲを還流させると燃焼安定性が大きく損なわれる。このため、これを防止すべく燃焼式ヒータと熱交換器を別途設けることにより、ＥＧＲガス温度を上昇させる工夫がなされている。
【０００９】
また、例えば特許文献６には、エンジンからの排気に含まれるＮＯｘを低減させるための技術として、エンジンの燃焼室内に水素噴射装置を設置し、燃焼室内に水素を添加することにより、燃料の完全燃焼を促進し、ＮＯｘを低減させるとともに煤の発生をも抑制する技術が示されている。
【特許文献１】特許第２５８６７３８号公報
【特許文献２】特許第２６００４９２号公報
【特許文献３】特許第３６４２２７３号公報
【特許文献４】特開２００２−８９２４０号公報
【特許文献５】特開２０００−１８６６３０号公報
【特許文献６】特開２００５−２９１１０７号公報
【非特許文献１】「ＮＯｘ吸蔵還元型三元触媒システムの開発」自動車技術会論文集  Ｖｏｌ．２６，  Ｎｏ．４，  Ｏｃｔｏｂｅｒ  １９９５
【非特許文献２】”Ａ  ＮＯｘ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｕｓｉｎｇ  Ａｍｍｏｎｉａ  Ｓｔｏｒａｇｅ−  Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｒｉｃｈ  ａｎｄ  Ｌｅａｎ  Ｐｏｅｒａｔｉｏｎｓ”，１５  Ａａｃｈｅｎｅｒ  Ｋｏｌｌｏｑｕｉｕｍ  Ｆａｈｒｚｅｕｇ−  ｕｎｄ  Ｍｏｔｏｒｅｎｔｅｃｈｎｉｋ  ２００６  ｐ．２５９−２７０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、例えば上述の特許文献１、２、及び非特許文献１、２に示された技術のように、エンジンのリーン運転とリッチ運転とを繰り返す場合には、以下のような課題がある。
即ち、リッチ運転を行って排気空燃比をリッチにすると、ＬＮＴに吸蔵されたＮＯｘが脱離するものの、ＬＮＴのＮＯｘ吸蔵量が多い場合には、ＮＯｘが還元されずにＬＮＴの下流に流出してしまい、ＮＯｘ浄化性能が低下するおそれがある。
そこで、ＬＮＴにおけるＮＯｘ吸蔵量が多くならないように、リッチ運転を行う頻度を増やし、頻繁にＮＯｘを還元することが考えられる。しかしながら、回転数やトルクなどのエンジンの運転状態によって、リッチ運転を行うことができる領域が限定されている。このため、エンジンの運転状態によらずに頻繁にＮＯｘを還元することは困難である。
【００１１】
また、特許文献３、４の排気浄化システムは、上述の特許文献１、２に示された技術とは異なり、基本的にはリーン運転及びリッチ運転によらず、酸素過剰の排気中に水素、一酸化炭素、及び炭化水素を添加する技術である。
しかしながら、このように酸素過剰の排気中に水素、一酸化炭素などの還元剤を添加してＬＮＴを浄化する場合、ＮＯｘを浄化できるのは２００℃程度が限界である。例えば、ＬＮＴの温度が２００℃以上であると、添加した水素や一酸化炭素が触媒上で燃焼してしまう。このため、このような温度下では、還元剤の添加量が不足してしまい、ＮＯｘ還元反応の進行が十分でない。
【００１２】
また、特許文献３、４の排気浄化システムのように、排気量が常時変動する排気通路に燃料改質器を設けた場合にあっては、燃料改質器で効果的に水素を製造するためには、燃料改質器の改質触媒と排気とが接して反応する時間を増やす必要がある。このように反応時間を増やすためには、改質触媒を大型化する必要があり、コストの増加に繋がる。
また、燃料改質器を安定した状態で運転するためには、この燃料改質器の改質触媒における反応温度を一定に保つ必要がある。しかしながら、上述の特許文献３、４の排気浄化システムのように、酸素量、水蒸気量、及び温度が常に変化する排気通路に燃料改質器を設けた場合には、燃料改質器を安定した状態で運転することが困難である。
【００１３】
また、特許文献５の技術では、上記のようなリーン運転とリッチ運転とを繰り返すエンジンの場合にあっては、排気中に含まれるＮＯｘの浄化率を向上させるために、より多くのＥＧＲを吸気通路内に導入することが考えられる。しかしながら、リーン運転時においてもＮＯｘを低減する目的でＥＧＲを大量に導入すると、燃焼安定性が悪化し、未燃燃料や煤の発生が増加する。この傾向は、エンジンの燃焼室に吸入されるガス温度が低い場合、例えばエンジン始動直後や低温環境化において顕著である。
【００１４】
これを回避するために、燃焼室に吸入されるガス温度を上昇させる目的で、ＥＧＲ通路を通過する排気温度を上昇させたり、特許文献６のように火炎伝播速度が著しく速い水素を燃焼室内に直接噴射し、低温からの均一な燃焼を行うなどの工夫がなされているものの、燃焼式ヒータや熱交換器、水素インジェクタなどの装置を別途設置する必要があり、高コスト、装置の大型化、制御の困難性などの観点から現実性に課題がある。
【００１５】
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＥＧＲ導入を行って、エンジンからの排気に含まれるＮＯｘを低減したリッチ運転を実現するとともに、エンジン始動直後や低温環境下における燃焼安定性を確保し、未燃燃料及び煤の排出量を抑制でき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】
【００１６】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、内燃機関の排気通路とは別に燃料改質器を設けるとともに、燃料改質器で製造される還元性気体を、排気通路のうちＮＯｘ浄化触媒の上流側から排気通路内に導入するための第１導入通路と、吸気通路内に導入するための第２導入通路と、を設けることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。より具体的には、本発明は以下のようなものを提供する。
【００１７】
請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置は、周期的なリーン及びリッチ制御が行われる内燃機関の排気通路に設けられ、前記排気通路を流通する排気の空燃比を排気空燃比として、前記排気空燃比をリーンにしたときに、排気中のＮＯｘを吸着若しくは吸蔵し、前記排気空燃比をリッチにしたときに、前記吸着若しくは吸蔵したＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、前記排気空燃比をリッチ化するリッチ化手段と、排気の一部を前記内燃機関の吸気還流通路内に還流する還流通路と、前記排気通路とは別に設けられ、燃料を改質して還元性気体を製造する燃料改質器と、前記燃料改質器で製造された還元性気体を、前記排気通路のうち前記ＮＯｘ浄化触媒よりも上流側から前記排気通路内に導入するための第１導入通路と、前記燃料改質器で製造された還元性気体を、前記内燃機関の吸気通路内に導入するための第２導入通路と、をさらに備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関の排気浄化装置は、前記内燃機関の水温を測定又は推定する水温推定手段と、前記第１導入通路と前記第２導入通路とを切り替える導入通路切り替え手段と、をさらに備え、前記導入通路切り替え手段は、前記水温推定手段により推定された前記内燃機関の水温が所定の水温判定値以上である場合には、前記第１導入通路に切り替えをし、前記水温推定手段により推定された前記内燃機関の水温が所定の水温判定値未満である場合には、前記第２導入通路に切り替えをする第１切り替え手段を備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第１切り替え手段は、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記所定の水温判定値を決定する水温判定値決定手段を備えることを特徴とする。
【００２０】
請求項４記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第１切り替え手段は、外気の温度を測定又は推定する外気温度推定手段をさらに備え、前記水温判定値決定手段は、前記外気温度推定手段により推定された外気の温度に応じて、前記所定の水温判定値を決定することを特徴とする。
【００２１】
請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項３又は４記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第１切り替え手段は、前記水温判定値決定手段により決定された水温判定値を補正する水温判定値補正手段と、前記内燃機関の燃焼室に吸入される吸気の温度を測定又は推定する吸気温度推定手段と、をさらに備え、前記水温判定値補正手段は、前記吸気温度推定手段により測定又は推定された吸気温度に応じて、前記所定の水温判定値を補正することを特徴とする。
【００２２】
請求項６記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項３又は４記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第１切り替え手段は、前記水温判定値決定手段により決定された水温判定値を補正する水温判定値補正手段と、前記内燃機関の燃料のセタン価を測定又は推定するセタン価推定手段と、をさらに備え、前記水温判定値補正手段は、前記セタン価推定手段により推定されたセタン価に応じて、前記所定の水温判定値を補正することを特徴とする。
【００２３】
請求項７記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項２から６いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関の排気浄化装置は、前記還流通路内を流通する還流ガスの流量を測定又は推定する還流ガス流量推定手段をさらに備え、前記導入通路切り替え手段は、前記還流ガス流量推定手段により推定された還流ガスの流量が所定の還流ガス流量判定値以上である場合には、前記第２導入通路に切り替えをし、前記還流ガス流量推定手段により推定された還流ガスの流量が所定の還流ガス流量判定値未満である場合には、前記第１導入通路に切り替えをする第２切り替え手段をさらに備えることを特徴とする。
【００２４】
請求項８記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項７記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第２切り替え手段は、前記内燃機関の回転数及び前記内燃機関の要求トルクに基づいて、前記還流通路内を流通する還流ガスの流量の目標値を決定する還流ガス流量目標値決定手段と、外気の温度を測定又は推定する外気温度推定手段と、前記還流ガス流量目標値決定手段により決定された還流ガス流量の目標値、及び前記外気温度推定手段により推定された外気の温度に基づいて、前記所定の還流ガス流量判定値を決定する還流ガス流量判定値決定手段と、を備えることを特徴とする。
【００２５】
請求項９記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項８記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第２切り替え手段は、前記内燃機関の燃料のセタン価を測定又は推定するセタン価推定手段と、前記セタン価推定手段により推定されたセタン価に応じて、前記還流ガス流量判定値決定手段により決定された還流ガス流量判定値を補正する還流ガス流量判定値補正手段と、をさらに備えることを特徴とする。
【００２６】
請求項１０記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１から９いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関の排気浄化装置は、前記内燃機関の回転数及び前記内燃機関の発生トルクに基づいてＮＯｘ排出量を推定するＮＯｘ排出量推定手段と、前記ＮＯｘ排出量推定手段により推定されたＮＯｘ排出量、前記内燃機関の吸入空気量、前記内燃機関の燃料消費量、前記内燃機関の運転時間、及び排気中の酸素濃度のうち少なくとも１つに基づいて、前記ＮＯｘ浄化触媒の吸着ＮＯｘ量を推定する吸着ＮＯｘ量推定手段と、をさらに備え、前記リッチ化手段は、前記吸着ＮＯｘ量推定手段により推定された吸着ＮＯｘ量が所定の吸着ＮＯｘ量判定値以上である場合に、前記排気空燃比をリッチ化することを特徴とする。
【００２７】
請求項１１記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１０記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関の排気浄化装置は、前記ＮＯｘ浄化触媒の温度を推定又は検出する触媒温度推定手段と、前記触媒温度推定手段により推定された触媒温度に基づいて前記所定の吸着ＮＯｘ量判定値を決定する吸着ＮＯｘ量判定値決定手段と、をさらに備えることを特徴とする。
【００２８】
請求項１２記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１１記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記リッチ化手段は、前記燃料改質器で製造された還元性気体の導入による第１リッチ化制御手段と、ポスト燃焼又はリッチ燃焼による第２リッチ化制御手段と、を有し、且つ、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記排気空燃比を前記第１リッチ化制御手段によりリッチ化するか、前記第２リッチ化制御手段によりリッチ化するかを選択することを特徴とする。
【００２９】
請求項１３記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１２記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記リッチ化手段は、前記触媒温度推定手段により推定された前記ＮＯｘ浄化触媒の温度、前記吸着ＮＯｘ量推定手段により推定された吸着ＮＯｘ量、前記内燃機関の回転数、及び前記内燃機関の発生トルクのうち少なくとも１つに応じて、前記排気空燃比を前記第１リッチ化制御手段によりリッチ化するか、前記第２リッチ化制御手段によりリッチ化するかを選択することを特徴とする。
【００３０】
請求項１４記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１１から１３いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記リッチ化手段は、前記排気空燃比をリッチ化する際における排気空燃比が所定の目標値に一致するように、前記内燃機関の主噴射量、前記内燃機関の副噴射量、前記内燃機関の吸入空気量、及び前記燃料改質器で製造された還元性気体の導入量のうち少なくとも１つを調整することを特徴とする。
【００３１】
請求項１５記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１４記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関の排気浄化装置は、前記排気空燃比の所定の目標値を、前記触媒温度推定手段により推定されたＮＯｘ浄化触媒の温度、前記吸着ＮＯｘ量推定手段により推定された吸着ＮＯｘ量、前記リッチ化手段の継続時間、前記内燃機関の回転数、及び前記内燃機関の発生トルクのうち少なくとも１つに基づいて決定する排気空燃比目標値決定手段をさらに備えることを特徴とする。
【００３２】
請求項１６記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１から１５いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記燃料改質器で製造された還元性気体は、一酸化炭素、水素、及び炭化水素を含み、これらのうち体積分率が最も多いのが一酸化炭素であり、体積分率が最も少ないのが炭化水素であることを特徴とする。
【００３３】
請求項１７記載の内燃機関の排気浄化装置は、請求項１から１６いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関は、圧縮着火式の内燃機関であり、且つ使用する燃料が軽油であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３４】
請求項１記載の発明によれば、燃料改質器で製造された還元性気体を、第１導入通路を通じてＮＯｘ浄化触媒よりも上流側から排気通路内に導入できるうえ、第２導入通路を通じて吸気通路内に導入することができる。このため、還元性気体を排気通路内に導入することで、エンジン空燃比をリーンにし、内燃機関における燃焼を最適な状態に保ちつつ、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気の排気空燃比をリッチにすることができる。従って、内燃機関の運転状態によらずＮＯｘ浄化性能を向上させることができる。エンジン空燃比をリーンに保つことができるので、ポスト噴射などにより燃料を供給して排気空燃比を変化させた場合のように、オイルダイリューションが生じたり、吸入空気量の低減により内燃機関の燃焼が不安定になることもない。
また、エンジン始動時やＥＧＲの大量導入時などの場合においても、水素を含んだ高温の還元性気体を吸気通路内に導入することができる結果、特別な装置を追加することなくエンジンの燃焼安定性を確保し、未燃燃料及び煤の排出量を抑制することができる。
また、還元性気体を製造する燃料改質器を排気通路とは別に設けることにより、内燃機関の運転状態や、排気の酸素濃度及び水蒸気濃度などによらず、常に最適な効率で還元性気体を製造できるとともに、この還元性気体を吸気通路内又は排気通路内に導入することができる。燃料改質器を排気通路内に設けた場合には、排気の成分、温度、流速に影響することなく運転できるように、燃料改質器を大型化する必要があるが、請求項１記載の発明によれば、燃料改質器を排気通路とは別に設けることで、装置を大型化する必要がなく、安定した運転が可能である。さらには、燃料改質器を排気通路とは別に設けることにより、内燃機関の制御とは別系統の制御が可能となり、燃料改質器が備える改質触媒を早期に活性化できる。
また、水素を含む還元性気体を導入することにより、ＮＯｘ浄化触媒における還元反応速度を向上させることができる。これにより、排気空燃比をリッチにしたときに、ＮＯｘ浄化触媒に吸着又は吸蔵されたＮＯｘが還元されずに脱離するのを防止することができる。
【００３５】
請求項２記載の発明によれば、水温推定手段により推定された内燃機関の水温が所定の水温判定値以上である場合には、第１導入通路に切り替えをし、水温推定手段により推定された内燃機関の水温が所定の水温判定値未満である場合には、第２導入通路に切り替えをする。即ち、推定された内燃機関の水温が所定の水温判定値未満である場合には、エンジンの燃焼室に吸入される吸気の温度が低い状態にあると判断されるため、吸気通路内に高温の還元性気体を導入することにより、燃焼安定性をより確保でき、未燃燃料や煤の発生をより効果的に抑制できる。
【００３６】
請求項３記載の発明によれば、内燃機関の運転状態に応じて、所定の水温判定値を補正することから、内燃機関の運転状態に応じた導入通路の切り替えが可能となる。
具体的には、請求項４記載の発明のように、吸気温度推定手段により測定又は推定された吸気温度に応じて、請求項５記載の発明のように、外気温度推定手段により推定された外気の温度に応じて、請求項６記載の発明のように、セタン価推定手段により推定されたセタン価に応じて、所定の水温判定値を補正する。
即ち、還元性気体の吸気通路内への導入は、吸気温度、外気温度、又は燃料のセタン価に応じて実施されるため、燃焼安定性を損なうおそれのある外乱に対して高いロバスト性を維特できる。
【００３７】
請求項７記載の発明によれば、還流ガス流量推定手段により推定された還流ガスの流量が所定の還流ガス流量判定値以上である場合には、第２導入通路に切り替えをし、還流ガス流量推定手段により推定された還流ガスの流量が所定の還流ガス流量判定値未満である場合には、第１導入通路に切り替えをする。即ち、推定された還流ガス流量が所定の還流ガス流量判定値以上である場合には、エンジンの燃焼安定性が悪化しやすい状態にあると判断されるため、吸気通路内に高温の還元性気体を導入することにより、燃焼安定性をより確保でき、未燃燃料や煤の発生をより効果的に抑制できる。
【００３８】
請求項８記載の発明によれば、内燃機関の回転数及び要求トルクに基づいて還流通路内を流通する還流ガスの流量の目標値を決定し、決定した還流ガス流量目標値と、外気温度推定手段により推定された外気の温度と、に基づいて、所定の還流ガス流量判定値を決定する。即ち、外気の温度を考慮したうえで内燃機関の回転数及び要求トルクに応じた還流ガス流量判定値を決定することにより、燃焼安定性が悪化しやすい場合に吸気通路内に高温の還元性気体を導入することができる結果、燃焼安定性をより確保しつつ、未燃燃料や煤の発生をより効果的に抑制できる。
さらには、請求項９記載の発明によれば、セタン価推定手段により推定されたセタン価に応じて、還流ガス流量判定値決定手段により決定された還流ガス流量判定値を補正するため、さらに適切なタイミングで吸気通路内に高温の還元性気体を導入することができる結果、燃料の性状によらず燃焼安定性を常に確保でき、未燃燃料や煤の発生をさらに効果的に抑制できる。
【００３９】
請求項１０記載の発明によれば、先ず、内燃機関の回転数及び発生トルクに基づいてＮＯｘ排出量を推定し、推定されたＮＯｘ排出量、内燃機関の吸入空気量、内燃機関の燃料消費量、内燃機関の運転時間、及び排気中の酸素濃度のうち少なくとも１つに基づいて、ＮＯｘ浄化触媒の吸着ＮＯｘ量を推定する。次いで、推定された吸着ＮＯｘ量が所定の吸着ＮＯｘ量判定値以上である場合に、排気空燃比をリッチ化する。これにより、ＮＯｘ浄化触媒に吸着又は吸蔵したＮＯｘの量が増大しすぎて、リッチ化したときに還元されずに流出してしまうＮＯｘ量を低減することができ、且つ過度のリッチ化による燃費の大幅な悪化を抑制できる。
【００４０】
請求項１１記載の発明によれば、ＮＯｘ浄化触媒の温度に基づいて、所定の吸着ＮＯｘ量判定値を決定することから、常に効果的なタイミングでリッチ化できる。このため、還元されずに流出してしまうＮＯｘ量を効果的に低減できる。
【００４１】
請求項１２記載の発明によれば、内燃機関の運転状態に応じて、燃料改質器で製造された還元性気体の導入により排気空燃比をリッチ化するか、ポスト燃焼又はリッチ燃焼により排気空燃比をリッチ化するかが選択される。
また、請求項１３記載の発明によれば、ＮＯｘ浄化触媒の温度、吸着ＮＯｘ量、内燃機関の回転数、及び内燃機関の発生トルクのうち少なくとも１つに応じて、燃料改質器で製造された還元性気体の導入により排気空燃比をリッチ化するか、ポスト燃焼又はリッチ燃焼により排気空燃比をリッチ化するかが選択される。
即ち、ＮＯｘ浄化触媒の温度、吸着ＮＯｘ量、内燃機関の回転数、及び内燃機関の発生トルクといった運転状態に応じて、還元性気体の導入によるリッチ化、あるいはポスト燃焼又はリッチ燃焼によるリッチ化が選択されることから、常に最適な還元処理が実施され、ＮＯｘ量をより効果的に低減できる。
【００４２】
請求項１４記載の発明によれば、排気空燃比をリッチ化する際における排気空燃比が所定の目標値に一致するように、内燃機関の主噴射量、内燃機関の副噴射量、内燃機関の吸入空気量、及び燃料改質器で製造された還元性気体の導入量のうち少なくとも１つを調整する。これにより、リッチ化する際の排気空燃比を所望の値に設定できるため、ＮＯｘが還元されずに流出するのを効果的に防止しつつ、過度のリッチ化による燃費の悪化を抑制できる。
【００４３】
請求項１５記載の発明によれば、排気空燃比の所定の目標値を、ＮＯｘ浄化触媒の温度、吸着ＮＯｘ量、リッチ化手段によるリッチ化制御の継続時間、内燃機関の回転数、及び内燃機関の発生トルクのうち少なくとも１つに基づいて決定する。これにより、常に最適な排気空燃比の排気を、ＮＯｘ浄化触媒に流入させることができる。
【００４４】
請求項１６記載の発明によれば、燃料改質器で製造された還元性気体は、一酸化炭素、水素、及び炭化水素を含む。また、これらのうち、体積分率が最も多いのが一酸化炭素であり、体積分率が最も少ないのが炭化水素である。
炭化水素燃料を改質する燃料改質器では、炭化水素燃料と空気のみを原料とする部分酸化反応のみにより、一酸化炭素、水素、及び軽質の炭化水素を含む還元性気体が製造されるが、本発明に係る排気浄化装置では、水素よりも一酸化炭素を多く含む還元性気体が好ましく用いられる。このため、本発明では、シフト反応など水素を濃縮する触媒やシステムが不要であり、また、部分酸化反応は発熱反応であることから、一旦反応が開始すれば外部からエネルギーを供給する必要もないため、小型で簡素な燃料改質器とすることができる。燃料改質器を小型化できることにより、燃料改質器のライトオフ時間を短縮でき、必要に応じて速やかに還元性気体を排気通路内や吸気通路内に導入できる。
また、副次的に生成する軽質の炭化水素成分も、ＮＯｘ浄化触媒に導入することにより、ＮＯｘの還元に寄与できる。
【００４５】
請求項１７記載の発明によれば、適用される内燃機関は圧縮着火式の内燃機関であり、且つ使用する燃料は軽油である。ディーゼルなどの圧縮着火式内燃機関では、通常、リーン状態で運転が行われるため、従来よりＮＯｘの浄化が課題とされていたところ、本発明に係る排気浄化装置を適用することにより、効率的なＮＯｘの浄化が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
以下、本発明の第一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００４７】
図１は、本発明の第一実施形態に係るエンジン及びその排気浄化装置の構成を示す図である。エンジン１は、各気筒７の燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒７には図示しない燃料噴射弁が設けられている。これら燃料噴射弁は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）４０により電気的に接続されており、燃料噴射弁の開弁時間及び閉弁時間は、ＥＣＵ４０により制御される。
【００４８】
エンジン１には、吸気が流通する吸気通路２と、排気が流通する排気通路４と、排気通路４内の排気の一部を吸気通路２に還流する還流通路（以下、ＥＧＲ通路という）６と、吸気通路２に吸気を圧送する過給機８とが設けられている。
【００４９】
吸気通路２は、吸気マニホールド３（吸気通路２の一部を兼ねる）の複数の分岐部を介してエンジン１の各気筒７の吸気ポートに接続されている。排気通路４は、排気マニホールド５の複数の分岐部を介してエンジン１の各気筒７の排気ポートに接続されている。ＥＧＲ通路６は、排気マニホールド５から分岐し吸気マニホールド３に至る。
【００５０】
過給機８は、排気通路４に設けられた図示しないタービンと、吸気通路２に設けられた図示しないコンプレッサと、を備える。タービンは、排気通路４を流通する排気の運動エネルギにより駆動される。コンプレッサは、タービンにより回転駆動され、吸気を加圧し吸気通路２内へ圧送する。また、タービンは、図示しない複数の可変ベーンを備えており、可変ベーンの開度を変化させることにより、タービン回転数（回転速度）を変更できるように構成されている。タービンのベーン開度は、ＥＣＵ４０により電磁的に制御される。
【００５１】
吸気通路２のうち過給機８の上流側には、エンジン１の吸入空気量を制御するスロットル弁９が設けられている。このスロットル弁９は、アクチュエータを介してＥＣＵ４０に接続されており、その開度はＥＣＵ４０により電磁的に制御される。また、吸気通路２のうち過給機８の下流側には、過給機８により加圧された吸気を冷却するためのインタークーラ１５が設けられている。
【００５２】
ＥＧＲ通路６は、排気マニホールド５と吸気マニホールド３とを接続し、エンジン１から排出された排気の一部を還流する。ＥＧＲ通路６には、還流される排気を冷却するＥＧＲクーラ１２と、還流する排気の流量を制御するＥＧＲ弁１３と、吸気マニホールド３に流入するＥＧＲガス流量を測定するＥＧＲガスフローメータ１４と、ＥＧＲクーラ１２の上流に酸化性能を有するＥＧＲ触媒１１と、が設けられている。ＥＧＲ弁１３は、図示しないアクチュエータを介してＥＣＵ４０に接続されており、その弁開度はＥＣＵ４０により電磁的に制御される。ＥＧＲガスフローメータ１４は、ＥＣＵ４０に接続され、ＥＧＲガスフローメータ１４の検出信号は、ＥＣＵ４０に供給される。
【００５３】
ＥＧＲ触媒１１は、酸化性能を有する触媒であれば特に限定されず、従来公知の酸化触媒や三元触媒などを用いることができる。以下、ＥＧＲ触媒の調製法の一例を示す。例えば、Ｐｔ＝２．４ｇ／Ｌ、Ｐｄ＝６．０ｇ／Ｌ、Ａｌ２Ｏ３＝１５０ｇ／Ｌ、バインダー＝１０ｇ／Ｌの配合組成となるように、これら各成分を含む材料を水系媒体とともにボールミルに投入して、攪拌・混合することでスラリーを得る。得られたスラリーを、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金製担体にコーティングし、６００℃×２時間の乾燥、焼成を行うことにより、ＥＧＲ触媒を調製できる。
【００５４】
ＥＧＲ通路６のうち、ＥＧＲ触媒１１の上流側には、燃料ガスを改質して一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ２）、及び炭化水素（ＨＣ）を含む還元性気体を製造する燃料改質器５０が、第２導入通路５８を介して接続されている。燃料改質器５０で製造された還元性気体は、ＥＧＲ触媒１１の上流側からＥＧＲ通路６内に導入され、ＮＯｘ浄化触媒３２に流入する。
【００５５】
排気通路４の下流側には、ＮＯｘ浄化触媒３２が設けられており、このＮＯｘ浄化触媒３２には、図示しない触媒温度センサが備えられている。なお、ＮＯｘ浄化触媒３２に加えて、その上流（前段）に三元触媒（ＴＷＣ）を備えていてもよい。
ＴＷＣは、例えば、以下に示す調製法により調製することができる。Ｐｔ＝２．４ｇ／Ｌ、Ｒｈ＝１．２ｇ／Ｌ、Ｐｄ＝６．０ｇ／Ｌ、ＣｅＯ２＝５０ｇ／Ｌ、Ａｌ２Ｏ３＝１５０ｇ／Ｌ、バインダー＝１０ｇ／Ｌの配合組成となるように、これら各成分を含む材料を水系媒体とともにボールミルに投入し、攪拌・混合することでスラリーを得る。得られたスラリーを、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金製担体にコーティングし、６００℃×２時間の乾燥、焼成を行うことにより、ＴＷＣを調製できる。
【００５６】
ＮＯｘ浄化触媒３２は、ＮＯｘの還元能力を強化するためにロジウム（Ｒｈ）を含有していることが好ましい。また、急激な酸素濃度変化などにおいても、安定した触媒作用を発揮するために酸素貯蔵能力を強化する必要があり、元素としてセリウム（Ｃｅ）を含有していることが好ましい。
より詳しくは、ＮＯｘ浄化触媒３２は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、セリア（ＣｅＯ２）、及びセリウムと希土類の複合酸化物（以下、セリア系複合酸化物という）の担体に担持された、触媒として作用する白金（Ｐｔ）及びロジウム（Ｒｈ）と、ＮＯｘ吸着能力を有するセリア又はセリア系複合酸化物と、生成したアンモニア（ＮＨ３）を、アンモニウムイオン（ＮＨ４＋）として保持する機能を有するゼオライトとを備えることが好ましい。
【００５７】
ＮＯｘ浄化触媒３２としては、２層構造のＮＯｘ浄化触媒がより好ましく用いられる。以下、２層構造のＮＯｘ浄化触媒の調製法の一例を示す。例えば、下層として、Ｐｔ＝４．５ｇ／Ｌ、Ｒｈ＝１．０ｇ／Ｌ、ＣｅＯ２＝６０ｇ／Ｌ、Ａｌ２Ｏ３＝３０ｇ／Ｌ、Ｃｅ−Ｐｒ−Ｌａ−Ｏｘ＝６０ｇ／Ｌ、Ｎｄ−Ｚｒ−Ｏｘ＝２０ｇ／Ｌの配合組成となるように、これら各成分を含む材料を水系媒体とともにボールミルに投入し、攪拌・混合することでスラリーを得る。得られたスラリーを、コーディエライト製担体にコーティングして形成される。
また、上層として、Ｆｅ・Ｃｅイオン交換βゼオライト＝７５ｇ／Ｌ、Ａｌ２Ｏ３＝７ｇ／Ｌ、バインダー＝８ｇ／Ｌの配合組成となるように、これら各成分を含む材料を水系媒体とともにボールミルに投入し、攪拌・混合することでスラリーを得る。得られたスラリーを上述の下層にコーティングし、６００℃×２時間の乾燥、焼成を行うことにより、ＮＯｘ浄化触媒３２を調製できる。
【００５８】
ＮＯｘ浄化触媒３２の吸着アンモニア量が少なくなると、ＮＯｘの浄化能力が低下するので、適宜ＮＯｘを還元するために、ＮＯｘ浄化触媒３２への還元剤の供給（以下、還元化という）が行われる。この還元化では、例えば、燃料噴射弁から噴射される燃料量の増量とスロットル弁９による吸入空気量の減量とによってエンジン１の燃焼室内の混合気の空燃比（エンジン空燃比）を化学量論比よりリッチ側にすることにより、還元剤をＮＯｘ浄化触媒３２に供給することにより行われる。
具体的には、ポスト燃焼又はリッチ燃焼により、エンジン１から排出される排気の空燃比（排気空燃比）をリッチ化することにより、ＮＯｘ浄化触媒３２へ流入する排気中の還元剤濃度が酸素濃度より高くなり、還元化が実行される。また、後述するように、燃料改質器で製造された還元性気体を排気通路４内又は吸気通路２内に導入することにより、排気空燃比をリッチ化して還元化が実行される。
【００５９】
以下、ＮＯｘ浄化触媒３２におけるＮＯｘの浄化について説明する。
先ず、エンジン空燃比を化学量論比よりリーン側に設定し、いわゆるリーンバーン運転を行うと、ＮＯｘ浄化触媒３２へ流入する排気中の還元剤濃度が、酸素濃度より低くなる。その結果、排気中の一酸化窒素（ＮＯ）と酸素（Ｏ２）とが触媒の作用で反応し、ＮＯ２としてセリア又はセリア系複合酸化物に吸着される。また、酸素と反応していない一酸化炭素（ＣＯ）も、セリア又はセリア系複合酸化物に吸着される。
【００６０】
次に、エンジン空燃比を化学量論比よりリッチ側に設定するいわゆるリッチ運転を行い、排気空燃比をリッチ化する。即ち、排気中の還元剤濃度を酸素濃度より高くする還元化を実行すると、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）が水（Ｈ２Ｏ）と反応して、二酸化炭素（ＣＯ２）と水素（Ｈ２）が生成され、また排気中の炭化水素（ＨＣ）が水と反応して、一酸化炭素（ＣＯ）及び二酸化炭素（ＣＯ２）とともに、水素（Ｈ２）が生成される。またさらに、排気中に含まれるＮＯｘ、及び、セリア又はセリア系複合酸化物（及び白金）に吸着されているＮＯｘ（ＮＯ、ＮＯ２）と、生成された水素（Ｈ２）とが触媒の作用で反応し、アンモニア（ＮＨ３）及び水（Ｈ２Ｏ）が生成される。また、ここで生成されたアンモニア（ＮＨ３）は、アンモニウムイオン（ＮＨ４＋）の形でゼオライトに吸着される。
【００６１】
次に、エンジン空燃比を化学量論比よりリーン側に設定するリーンバーン運転を行い、ＮＯｘ浄化触媒３２へ流入する排気中の還元剤濃度を、酸素濃度より低い側に設定すると、セリア又はセリア系複合酸化物にＮＯｘが吸着される。さらにゼオライトにアンモニウムイオン（ＮＨ４＋）が吸着した状態では、排気中のＮＯｘ及び酸素（Ｏ２）と、アンモニア（ＮＨ３）とが反応して、窒素（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）が生成される。
【００６２】
このように、ＮＯｘ浄化触媒３２によれば、還元剤供給中に生成されるアンモニア（ＮＨ３）がゼオライトに吸着され、リーンバーン運転中に吸着したアンモニア（ＮＨ３）がＮＯｘと反応するので、ＮＯｘの浄化を効率良く行うことができる。
【００６３】
また、排気通路４のうちＮＯｘ浄化触媒３２の上流側には、燃料ガスを改質して一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ２）、及び炭化水素（ＨＣ）を含む還元性気体を製造する燃料改質器５０が、第１導入通路５７を介して接続されている。燃料改質器５０で製造された還元性気体は、ＮＯｘ浄化触媒３２の上流側から排気通路４内に導入され、ＮＯｘ浄化触媒３２に流入する。
【００６４】
燃料改質器５０は、排気通路４にその一端側が接続された第１導入通路５７と吸気通路２にその一端側が接続された第２導入通路５８とに導入通路切り替え弁５６から分岐した導入通路と、燃料ガスを供給する燃料ガス供給装置５２と、燃料ガス供給装置５２により供給された燃料ガス量を調整する燃料ガス調整弁５１と、コンプレッサ５４と、コンプレッサにより供給された空気量を調整する空気調整弁５３と、導入通路に設けられた改質触媒５５と、を含んで構成される。導入通路切り替え弁５６はＥＣＵ４０に接続されている。
【００６５】
燃料ガス供給装置５２は、燃料タンクに貯留された燃料をガス化し、燃料ガス調整弁５１により流量を調整しながら改質触媒５５に燃料ガスを供給する。また、コンプレッサにより供給された空気は、空気調整弁５３によりその流量が調整された後、燃料ガスと均一に混合されて改質触媒５５に供給される。燃料改質器５０は、ＥＣＵ４０に接続されており、燃料ガスの供給量及び空気の供給量は、ＥＣＵ４０により制御される。また、燃料ガス及び空気の供給量を制御することで、排気通路４内に導入される還元性気体の導入量を制御することが可能となっている。
【００６６】
改質触媒５５は、ロジウム及びセリアを含む。この改質触媒５５は、燃料ガス供給装置５２から供給された燃料ガスを改質し、水素、一酸化炭素、及び炭化水素を含む還元性気体を製造する。より具体的には、この改質触媒５５は、燃料ガス中の炭化水素燃料と空気との部分酸化反応により、大気圧よりも高い圧力であり、且つ、体積分率で水素よりも一酸化炭素を多く含む還元性気体を製造する。また、上述のように部分酸化反応は発熱反応である。これにより、燃料改質器５０は、吸気通路２を流通する吸気の温度よりも高温の還元性気体を吸気通路２内に導入することができる。また、排気通路４のうちＮＯｘ浄化触媒３２よりも上流側を流通する排気よりも高温の還元性気体を、排気通路４内に導入することができる。
【００６７】
以下、改質触媒５５の調製法の一例を示す。例えば、Ｐｔ＝０．８ｇ／Ｌ、Ｒｈ＝０．８ｇ／Ｌ、ＣｅＯ２＝１５０ｇ／Ｌ、バインダー＝１０ｇ／Ｌの配合組成となるように、これら各成分を含む材料を水系媒体とともにボールミルに投入し、攪拌・混合することでスラリーを得る。得られたスラリーを、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金製担体にコーティングし、６００℃×２時間の乾燥、焼成を行うことにより、改質触媒５５を調製できる。
【００６８】
また、この改質触媒５５には、グロープラグやスパークプラグなどを含んで構成された図示しない加熱ヒータが接続されており、燃料改質器５０の始動とともに、改質触媒５５を加熱することが可能となっている。また、この燃料改質器５０は、排気通路４とは別に設けられている。即ち、燃料改質器５０の燃料ガス供給装置５２及び改質触媒５５は、排気通路４内には設けられていない。
【００６９】
ＥＣＵ４０には、エンジン１のクランク軸の回転角度を検出するクランク角度位置センサ（図示せず）、エンジン１により駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ（図示せず）、エンジン１のシリンダに備えられた筒内圧センサ１０、エンジン１の水温を測定するエンジン水温センサ１６、エンジン１の吸入空気量（単位時間当りにエンジン１に新規に吸入される空気量）を検出するエアフローメータ２１、外気の温度を測定する外気温度センサ２２、ＮＯｘ浄化触媒３２に流入する排気の温度を検出する排気温度センサ３４、ＮＯｘ浄化触媒３２に流入する排気の酸素濃度、即ち排気空燃比を検出するＵＥＧＯセンサ３３が接続されており、これらセンサの検出信号は、ＥＣＵ４０に供給される。
ここで、エンジン１の回転数は、クランク角度位置センサの出力に基づいて、ＥＣＵ４０により算出される。エンジン１の発生トルクは、図示しないアクセルペダルの踏み込み量に応じて決定される燃料噴射弁の燃料噴射量に基づいて、ＥＣＵ４０により算出される。エンジン１の要求トルクは、エンジン１の回転数と図示しないアクセルペダルの踏み込み量とに基づいて、ＥＣＵ４０により算出される。
【００７０】
ＥＣＵ４０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換するなどの機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下、ＣＰＵという）とを備える。この他、ＥＣＵ４０は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果などを記憶する記憶回路と、燃料改質器５０、導入通路切り替え弁５６、スロットル弁９、ＥＧＲ弁１３、過給機８、及びエンジン１の燃料噴射弁などに制御信号を出力する出力回路とを備える。
【００７１】
エンジン１は、通常はエンジン空燃比が化学量論比よりもリーン側に設定して運転され、エンジン空燃比を化学量論比よりもリッチ側に設定するリッチ化制御が周期的に行われる。
【００７２】
図２は、本発明の一実施形態におけるエンジン制御の手順を示すフローチャートである。先ずエンジン１始動すると、ステップＳ１では、外気温度推定手段により測定又は推定された外気温に基づいて、エンジン１の水温下限値（判定値）を決定し、ステップＳ２に移る。
ここで、外気温は外気温度センサ２２により測定し、図３に示す外気温とエンジン１の水温下限値（判定値）との関係に基づいて、エンジン１の水温下限値（判定値）を決定する。
【００７３】
ステップＳ２では、セタン価推定手段により推定されたセタン価に基づいて、ステップＳ１で決定されたエンジン１の水温下限値（判定値）を補正し、ステップＳ３に移る。
ここで、燃料のセタン価は、筒内圧センサ１０により燃料の着火時期をモニタすることで推定し、図４に示されたセタン価と水温補正係数との関係に基づいて水温補正係数を算出し、ステップＳ１で決定されたエンジン１の水温下限値（判定値）を補正する。なお、図４に示されるように、燃料のセタン価が高いほど水温補正係数は小さく、エンジン水温下限値を下げる方向で決定される。
また、セタン価推定手段により推定されたセタン価の代わりに、吸気温度推定手段により推定された吸気温度に基づいてエンジン１の水温下限値（判定値）を補正してもよい。
【００７４】
ステップＳ３では、エンジン水温推定手段により推定されたエンジン１の水温が、ステップＳ２〜３で決定、補正された水温下限値（判定値）以上であるか否かを判別し、下限値（判定値）以上でＹＥＳの場合にはステップＳ４に移り、下限値（判定値）未満でＮＯの場合にはステップＳ６に移る。
ここで、エンジン１の水温は、エンジン１に備えられたエンジン水温センサ１６により測定する。
【００７５】
ステップＳ４では、ステップＳ３においてエンジン１の水温が水温下限値（判定値）以上であると判別され、エンジン１の暖機は終了であると判断されたため、導入通路切り替え手段の第１切り替え手段により、第１導入通路への切り替えをする。次いで、ステップＳ５に移り、吸気通路２内へのＨ２ガス（還元性気体）の添加が停止される。
ここで、第１導入通路への切り替えは、導入通路切り替え弁５６により実施される。
また、その後、後述するステップＳ２１のリッチ化手段によるリッチ化制御に移る。
【００７６】
ステップＳ６では、ステップＳ３においてエンジン１の水温が水温下限値（判定値）未満であると判別され、エンジン１の暖機は途中であると判断されたため、導入通路切り替え手段の第１切り替え手段により、第２導入通路への切り替えをする。次いで、ステップＳ７に移り、吸気通路２内へのＨ２ガス（還元性気体）の添加が実施される。
ここで、第１導入通路への切り替えは、導入通路切り替え弁５６により実施される。
また、その後、後述するステップＳ２１のリッチ化手段によるリッチ化制御に移る。
【００７７】
図５は、本発明の一実施形態におけるエンジン制御の手順を示すフローチャートである。先ず、ステップＳ２１では、ＮＯｘ浄化触媒３２の吸着ＮＯｘ量を推定し、推定された吸着ＮＯｘ量が所定の吸着ＮＯｘ量判定値以上であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ２２に移り、ＮＯの場合にはステップＳ２３に移る。
ここで、ＮＯｘ浄化触媒３２の吸着ＮＯｘ量は、エンジン１の回転数及び発生トルクに基づいてＮＯｘ排出量を推定し、推定されたＮＯｘ排出量、エアフローメータ２１により測定されたエンジン１の吸入空気量、エンジン１の燃料消費量、エンジン１の運転時間、ＵＥＧＯセンサにより測定された排気中の酸素濃度のうち少なくとも１つに基づいて推定する。
また、吸着ＮＯｘ量判定値は、ＮＯｘ浄化触媒３２の温度を推定又は検出し、推定された触媒温度に基づいて決定する。触媒温度の推定又は検出は、ＮＯｘ浄化触媒３２に備えられた触媒温度センサにより推定又は検出される。
【００７８】
ステップＳ２２では、ステップＳ２１において吸着ＮＯｘ量が所定の吸着ＮＯｘ量判定値以上であると判別されたため、リッチ化制御を実施するが、これについては後述する。
【００７９】
ステップＳ２３では、ステップＳ２１において吸着ＮＯｘ量が所定の吸着ＮＯｘ量判定値未満であると判別されたため、先ず、エンジン１の回転数及び要求トルクに基づいて、ＥＧＲ通路内を流通するＥＧＲガスの流量の目標値を決定し、ステップＳ２４に移る。
【００８０】
ステップＳ２４では、ＥＧＲガス流量目標値決定手段により決定されたＥＧＲガス流量の目標値、及び外気温度推定手段により推定された外気温度に基づいて、所定のＥＧＲガス流量上限値（判定値）を決定し、ステップＳ２５に移る。
ここで、外気温は外気温度センサ２２により測定され、図６に示される外気温とＥＧＲ上限値（判定値）との関係に基づいて、ＥＧＲガス流量上限値（判定値）を決定する。
【００８１】
ステップＳ２５では、セタン価推定手段により推定されたセタン価に応じて、ステップＳ２４で決定されたＥＧＲガス流量上限値（判定値）を補正し、ステップＳ２６に移る。
ここで、燃料のセタン価は、筒内圧センサ１０により燃料の着火時期をモニタすることで推定し、図７に示されたセタン価とＥＧＲ補正係数との関係に基づいてＥＧＲ補正係数を算出し、ステップＳ２４で決定されたＥＧＲガス流量上限値（判定値）を補正する。なお、図７に示されるように、燃料のセタン価が高いほどＥＧＲ補正係数は大きく、ＥＧＲ上限値を上げる方向で決定される。
【００８２】
ステップＳ２６では、ＥＧＲガス流量推定手段により推定されたＥＧＲガスの流量が、ステップＳ２３〜２５で決定、補正されたＥＧＲガス流量判定値以上であるか否かを判別し、推定されたＥＧＲガスの流量がＥＧＲガス流量判定値以上でＹＥＳの場合には、ステップＳ２７に移り、推定されたＥＧＲガスの流量がＥＧＲガス流量判定値未満の場合には、ステップＳ２９に移る。
ここで、ＥＧＲガスの流量はＥＧＲガスフローメータにより測定する。
【００８３】
ステップＳ２７では、ステップＳ２６においてＥＧＲガスの流量がＥＧＲガス流量判定値未満と判別され、ＥＧＲ大量導入中ではないと判断されたため、導入通路切り替え手段の第２切り替え手段により、第１導入通路への切り替えをする。次いで、ステップＳ２８に移り、吸気通路２内へのＨ２ガス（還元性気体）の添加が停止される。これにより、エンジン制御は終了となる。
ここで、第１導入通路への切り替えは、導入通路切り替え弁５６により実施される。
【００８４】
ステップＳ２９では、ステップＳ２６においてＥＧＲガスの流量がＥＧＲガス流量判定値以上と判別され、ＥＧＲ大量導入中と判断されたため、導入通路切り替え手段の第２切り替え手段により、第２導入通路への切り替えをする。次いで、ステップＳ３０に移り、吸気通路２内へのＨ２ガス（還元性気体）の添加が実施される。これにより、エンジン制御は終了となる。
ここで、第２導入通路への切り替えは、導入通路切り替え弁５６により実施される。
【００８５】
次に、ステップＳ２２に戻って、ステップＳ２２におけるリッチ化制御の手順を示すフローチャートを図８に示す。
【００８６】
図８において、ステップＳ３１では、ＮＯｘ浄化触媒３２の温度が一定値以下であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ３６に移り、ＮＯの場合にはステップＳ３２に移る。
ここで、ＮＯｘ浄化触媒３２の温度は触媒温度センサにより推定又は検出される。また、ＮＯｘ浄化触媒３２の温度に加えて、吸着ＮＯｘ量、エンジン１の回転数、及び発生トルクのうち少なくとも１つが、一定値以下であるか否かを判別してもよい。なお、吸着ＮＯｘ量は、上記ステップＳ２１と同様の手順により推定する。
【００８７】
ステップＳ３２では、通常リッチ制御（第２リッチ化制御）用の排気空燃比目標値を決定する。この排気空燃比目標値は、ＮＯｘ浄化触媒３２の温度、吸着ＮＯｘ量、リッチ化制御の継続時間、エンジン１の回転数、及び発生トルクのうち少なくとも１つに基づいて決定する。
【００８８】
ステップＳ３３では、通常リッチ化制御（第２リッチ化制御）を実施する。ここで、通常リッチ化制御としては、ポスト燃焼又はリッチ燃焼が実施される。
また、通常リッチ化制御中の排気空燃比はＵＥＧＯセンサによってモニタされ、ステップＳ３２で決定した排気空燃比の目標値に一致するように、通常リッチ化制御を実施する。より詳しくは、エンジン１の主噴射量、副噴射量、及び吸入空気量のうち少なくとも１つを調整してリッチ化制御する。
【００８９】
ステップＳ３４では、通常リッチタイマが０であるか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ３５に移り、通常リッチタイマをスタートした後にステップＳ４２に移り、ＮＯの場合にはステップＳ４２に移る。
【００９０】
ステップＳ３１に戻って、ＮＯｘ浄化触媒３２の温度が一定値以下である場合にはステップＳ３６に移り、ステップＳ３６ではＨ２リッチ化制御（第１リッチ化制御）用の排気空燃比目標値を決定する。この排気空燃比目標値は、通常リッチ化制御と同様の手順により決定する。
【００９１】
ステップＳ３７では、Ｈ２リッチ化制御（第１リッチ化制御）を実施する。ここで、Ｈ２リッチ化制御は、燃料改質器５０で製造された還元性気体を排気通路４内に導入することにより実施する。具体的には、吸気スロットル９を絞ることによりエンジン１の吸入空気量が低減され、燃料改質器５０から排気通路４内への還元性気体の添加が開始される。
また、Ｈ２リッチ化制御中の排気空燃比はＵＥＧＯセンサによってモニタされ、ステップＳ３６で決定した排気空燃比の目標値に一致するように、還元性気体の導入量を調整してＨ２リッチ化制御を実施する。
【００９２】
ステップＳ３８では、Ｈ２リッチ化制御タイマと通常リッチタイマをスタートしてステップＳ３９に移る。ステップＳ３９では、ＮＯｘ浄化触媒３２の温度が一定値以上であるか否かを判別する。
この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ４１に移り、Ｈ２リッチ化制御を停止し、Ｈ２リッチ化制御タイマをセットしてステップＳ４２に移る。
判別がＮＯの場合には、ステップＳ４０に移り、Ｈ２リッチ化制御タイマが一定時間を経過しているか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ４１に移り、Ｈ２リッチ化制御を停止し、Ｈ２リッチ化制御タイマをセットしてステップＳ４２に移る。また、判別がＮＯの場合にはステップＳ４２に移る。
【００９３】
ステップＳ４２では、通常リッチタイマが一定時間を経過しているか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合にはステップＳ４３に移り、リッチ化制御を停止して通常リッチタイマをセットし、リッチ化制御を終了する。また、判別がＮＯの場合には、リッチ化制御を終了する。
【００９４】
以上詳述したように、本実施形態によれば、燃料改質器５０で製造された還元性気体を、第１導入通路５７を通じてＮＯｘ浄化触媒３２よりも上流側から排気通路４内に導入できるうえ、第２導入通路５８を通じて吸気通路２内に導入することができる。このため、エンジン１からの排気に含まれるＮＯｘを低減したリッチ運転を実現できるうえ、エンジン始動時やＥＧＲの大量導入時などの場合においても、水素を含んだ高温の還元性気体を吸気通路２内に導入することができる結果、特別な装置を追加することなくエンジンの燃焼安定性を確保し、未燃燃料及び煤の排出量を抑制することができる。
また、還元性気体を排気通路４内に導入することで、エンジン空燃比をリーンにし、エンジン１における燃焼を最適な状態に保ちつつ、ＮＯｘ浄化触媒３２に流入する排気の排気空燃比をリッチすることができる。従って、エンジン１の運転状態によらずＮＯｘ浄化性能を向上させることができる。エンジン空燃比をリーンに保つことができるので、ポスト噴射などにより燃料を供給して排気空燃比を変化させた場合のように、オイルダイリューションが生じたり、エンジン１の燃焼が不安定になることもない。
また、還元性気体を製造する燃料改質器５０を排気通路４とは別に設けることにより、エンジン１の運転状態や、排気の酸素濃度及び水蒸気濃度などによらず、常に最適な効率で還元性気体を製造できるとともに、この還元性気体を吸気通路２内又は排気通路４内に導入することができる。燃料改質器５０を排気通路４内に設けた場合には、排気の成分、温度、流速に影響することなく運転できるように、燃料改質器５０を大型化する必要があるが、本実施形態によれば、燃料改質器５０を排気通路４とは別に設けることで、装置を大型化する必要がなく、安定した運転が可能である。さらには、燃料改質器５０を排気通路４とは別に設けることにより、エンジン１の制御とは別系統の制御が可能となり、燃料改質器５０が備える改質触媒を早期に活性化できる。
また、水素を含む還元性気体を導入することにより、ＮＯｘ浄化触媒３２における還元反応速度を向上させることができる。これにより、排気空燃比をリッチにしたときに、ＮＯｘ浄化触媒３２に吸着又は吸蔵されたＮＯｘが還元されずに脱離するのを防止することができる。
【００９５】
また、本実施形態によれば、水温推定手段により推定されたエンジン１の水温が所定の水温判定値以上である場合には、第１導入通路５７に切り替えをし、水温推定手段により推定されたエンジン１の水温が所定の水温判定値未満である場合には、第２導入通路５８に切り替えをする。即ち、推定されたエンジン１の水温が所定の水温判定値未満である場合には、エンジン１の燃焼室に吸入される吸気の温度が低い状態にあると判断されるため、吸気通路２内に高温の還元性気体を導入することにより、燃焼安定性をより確保でき、未燃燃料や煤の発生をより効果的に抑制できる。
【００９６】
また、本実施形態によれば、エンジン１の運転状態に応じて、所定の水温判定値を補正することから、エンジン１の運転状態に応じた導入通路の切り替えが可能となる。
具体的には、吸気温度推定手段により測定又は推定された吸気温度に応じて、外気温度推定手段により推定された外気の温度に応じて、セタン価推定手段により推定されたセタン価に応じて、所定の水温判定値を補正する。即ち、還元性気体の吸気通路２内への導入は、吸気温度、外気温度、又は燃料のセタン価に応じて実施されるため、燃焼安定性を損なうおそれのある外乱に対して高いロバスト性を維特できる。
【００９７】
また、本実施形態によれば、ＥＧＲガス流量推定手段により推定されたＥＧＲガスの流量が所定のＥＧＲガス流量判定値以上である場合には、第２導入通路５８に切り替えをし、ＥＧＲガス流量推定手段により推定されたＥＧＲガスの流量が所定のＥＧＲガス流量判定値未満である場合には、第１導入通路５７に切り替えをする。即ち、推定されたＥＧＲガス流量が所定のＥＧＲガス流量判定値以上である場合には、エンジン１の燃焼安定性が悪化しやすい状態にあると判断されるため、吸気通路２内に高温の還元性気体を導入することにより、燃焼安定性をより確保しつつ、未燃燃料や煤の発生をより効果的に抑制できる。
【００９８】
また、本実施形態によれば、エンジン１の回転数及び要求トルクに基づいてＥＧＲ通路６内を流通するＥＧＲガスの流量の目標値を決定し、決定したＥＧＲガス流量目標値と、外気温度推定手段により推定された外気の温度と、に基づいて、所定のＥＧＲガス流量判定値を決定する。即ち、外気の温度を考慮したうえでエンジン１の回転数及び要求トルクに応じたＥＧＲガス流量判定値を決定することにより、より適切なタイミングで吸気通路２内に高温の還元性気体を導入することができる結果、燃焼安定性を常に確保しつつ、未燃燃料や煤の発生をより効果的に抑制できる。
さらには、本実施形態によれば、セタン価推定手段により推定されたセタン価に応じて、ＥＧＲガス流量判定値決定手段により決定されたＥＧＲガス流量判定値を補正するため、さらに適切なタイミングで吸気通路２内に高温の還元性気体を導入することができる結果、燃焼安定性を確保しつつ、未燃燃料や煤の発生をさらに効果的に抑制できる。
【００９９】
また、本実施形態によれば、先ず、エンジン１の回転数及び発生トルクに基づいてＮＯｘ排出量を推定し、推定されたＮＯｘ排出量、エンジン１の吸入空気量、エンジン１の燃料消費量、エンジン１の運転時間、及び排気中の酸素濃度のうち少なくとも１つに基づいて、ＮＯｘ浄化触媒３２の吸着ＮＯｘ量を推定する。次いで、推定された吸着ＮＯｘ量が所定の吸着ＮＯｘ量判定値以上である場合に、排気空燃比をリッチ化する。これにより、ＮＯｘ浄化触媒３２に吸着又は吸蔵したＮＯｘの量が増大しすぎて、リッチ化したときに還元されずに流出してしまうＮＯｘ量を低減することができ、且つ過度のリッチ化による燃費の大幅な悪化を抑制できる。
【０１００】
また、本実施形態によれば、ＮＯｘ浄化触媒３２の温度に基づいて、所定の吸着ＮＯｘ量判定値を決定することから、より効果的なタイミングでリッチ化できる。このため、還元されずに流出してしまうＮＯｘ量をより効果的に低減でき、且つ過度のリッチ化による燃費の大幅な悪化を抑制できる。
【０１０１】
また、本実施形態によれば、エンジン１の運転状態に応じて、燃料改質器５０で製造された還元性気体の導入により排気空燃比をリッチ化するか、ポスト燃焼又はリッチ燃焼により排気空燃比をリッチ化するかが選択される。
また、本実施形態によれば、ＮＯｘ浄化触媒３２の温度、吸着ＮＯｘ量、エンジン１の回転数、及びエンジン１の発生トルクのうち少なくとも１つに応じて、燃料改質器５０で製造された還元性気体の導入により排気空燃比をリッチ化するか、ポスト燃焼又はリッチ燃焼により排気空燃比をリッチ化するかが選択される。
即ち、ＮＯｘ浄化触媒３２の温度、吸着ＮＯｘ量、エンジン１の回転数、及びエンジン１の発生トルクといった運転状態に応じて、還元性気体の導入によるリッチ化、あるいはポスト燃焼又はリッチ燃焼によるリッチ化が選択されることから、常に最適な還元処理が実施され、ＮＯｘ量をより効果的に低減できる。
【０１０２】
また、本実施形態によれば、排気空燃比をリッチ化する際における排気空燃比が所定の目標値に一致するように、エンジン１の主噴射量、エンジン１の副噴射量、エンジン１関の吸入空気量、及び燃料改質器５０で製造された還元性気体の導入量のうち少なくとも１つを調整する。これにより、リッチ化する際の排気空燃比を所望の値に設定できるため、ＮＯｘが還元されずに流出するのを効果的に防止でき、且つ過度のリッチ化による燃費の大幅な悪化を抑制できる。
【０１０３】
また、本実施形態によれば、排気空燃比の所定の目標値を、ＮＯｘ浄化触媒３２の温度、吸着ＮＯｘ量、リッチ化手段によるリッチ化制御の継続時間、エンジン１の回転数、及びエンジン１の発生トルクのうち少なくとも１つに基づいて決定する。これにより、常に最適な排気空燃比の排気を、ＮＯｘ浄化触媒３２に流入させることができる。
【０１０４】
また、本実施形態によれば、燃料改質器５０で製造された還元性気体は、一酸化炭素、水素、及び炭化水素を含む。また、これらのうち、体積分率が最も多いのが一酸化炭素であり、体積分率が最も少ないのが炭化水素である。
炭化水素燃料を改質する燃料改質器５０では、炭化水素燃料と空気のみを原料とする部分酸化反応のみにより、一酸化炭素、水素、及び軽質の炭化水素を含む還元性気体が製造されるが、本発明に係る排気浄化装置では、水素よりも一酸化炭素を多く含む還元性気体が好ましく用いられる。このため、本発明では、シフト反応など水素を濃縮する触媒やシステムが不要であり、また、部分酸化反応は発熱反応であることから、一旦反応が開始すれば外部からエネルギーを供給する必要もないため、小型で簡素な燃料改質器５０とすることができる。燃料改質器５０を小型化できることにより、燃料改質器５０のライトオフ時間を短縮でき、必要に応じて速やかに還元性気体を排気通路４内や吸気通路２内に導入できる。
また、副次的に生成する軽質の炭化水素成分も、ＮＯｘ浄化触媒３２に導入することにより、ＮＯｘの還元に寄与できる。
【０１０５】
また、本実施形態によれば、適用されるエンジン１は圧縮着火式のエンジン１であり、且つ使用する燃料は軽油である。ディーゼルなどの圧縮着火式内燃機関では、通常、リーン状態で運転が行われるため、従来よりＮＯｘの浄化が課題とされていたところ、本発明に係る排気浄化装置を適用することにより、効率的なＮＯｘの浄化が可能である。
【０１０６】
本実施形態では、ＥＣＵ４０がリッチ化手段、水温推定手段の一部、導入通路切り替え手段、水温判定値決定手段、外気温度推定手段の一部、水温判定値補正手段、吸気温度推定手段の一部、セタン価推定手段の一部、ＥＧＲガス流量推定手段の一部、ＥＧＲガス流量目標値決定手段、ＥＧＲガス流量判定値決定手段、ＥＧＲガス流量判定値補正手段、ＮＯｘ排出量推定手段の一部、吸着ＮＯｘ量推定手段の一部、触媒温度推定手段の一部、吸着ＮＯｘ量判定値決定手段、第１リッチ化制御手段、第２リッチ化制御手段、排気空燃比目標値決定手段を構成する。
【０１０７】
具体的には、図２のステップＳ１に係る手段が水温判定値決定手段に相当し、ステップＳ１に係る手段及び外気温度センサ２２が外気温度推定手段に相当し、ステップＳ２に係る手段が水温判定値補正手段に相当し、ステップＳ２に係る手段及び筒内圧センサ１０がセタン価推定手段に相当し、ステップＳ３〜７に係る手段が導入通路切り替え手段のうちの第１切り替え手段に相当し、ステップＳ３に係る手段及び水温センサ１６が水温推定手段に相当する。
また、図５のステップＳ２１〜２２に係る手段がリッチ化手段に相当し、ステップＳ２３に係る手段がＥＧＲガス流量目標値決定手段に相当し、ステップＳ２４に係る手段がＥＧＲガス流量判定値決定手段に相当し、ステップＳ２４に係る手段及び外気温度センサ２２が外気温度推定手段に相当し、ステップＳ２５に係る手段がＥＧＲガス流量判定値補正手段に相当し、ステップＳ２５に係る手段及び筒内圧センサ１０がセタン価推定手段に相当し、ステップＳ２６〜３０に係る手段が導入通路切り替え手段のうちの第２切り替え手段に相当し、ステップＳ２６に係る手段及びＥＧＲガスフローメータ１４がＥＧＲガス流量推定手段に相当する。
また、図８のステップＳ３１〜４４に係る手段がリッチ化手段に相当し、ステップＳ３１に係る手段がＮＯｘ排出量推定手段及び吸着ＮＯｘ量推定手段に相当し、ステップＳ３２に係る手段及び触媒温度センサが触媒温度推定手段に相当し、ステップＳ３２に係る手段が吸着ＮＯｘ量判定値決定手段に相当し、ステップ３２〜４４が第２リッチ化制御手段に相当し、ステップＳ３７〜４４が第１リッチ化制御手段に相当し、ステップＳ３３及び３７に係る手段が排気空燃比目標値決定手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジン及びその排気浄化装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るエンジン制御の手順を示すフローチャートである。
【図３】外気温と水温下限値との関係を示す図である。
【図４】セタン価と水温補正係数との関係を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るエンジン制御の手順を示すフローチャートである。
【図６】外気温とＥＧＲ上限値との関係を示す図である。
【図７】セタン価とＥＧＲ補正係数との関係を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るエンジン制御の手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０９】
１    エンジン
２    吸気通路
４    排気通路
６    ＥＧＲ通路
１０  筒内圧センサ
１１  ＥＧＲ触媒
１４  ＥＧＲガスフローメータ
１６  エンジン水温センサ
１７  吸気温度センサ
２１  エアフローメータ
２２  外気温度センサ
３２  ＮＯｘ浄化触媒
３３  ＵＥＧＯセンサ
３４  排気温度センサ
４０  ＥＣＵ
５０  燃料改質器
５６  導入通路切り替え弁
５７  第１導入通路
５８  第２導入通路
【図１】
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【図２】
0005094539.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0005094539.tif 000006
【図６】
0005094539.tif 000007
【図７】
0005094539.tif 000008
【図８】
0005094539.tif 000009