(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた触媒手段と、該排気通路の該触媒手段よりも上流の部分に還元剤を供給する還元剤供給手段と、該排気通路から該内燃機関の吸気通路に排気を還流させる排気還流手段とを備えた排気浄化装置において、
前記排気通路を流通される排気の触媒入口温度を検出する排気温度検出手段と、
前記排気通路を流通される排気の触媒入口酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
前記排気温度検出手段により検出された排気温度と前記酸素濃度検出手段により検出された酸素濃度に対応する活性シフト量に基づき、前記触媒手段が活性温度領域にあるか否かを判断し、該触媒手段が活性温度領域にある場合に還元剤を供給するよう前記還元剤供給手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に設けられた触媒手段と、該排気通路の該触媒手段よりも上流の部分に還元剤を供給する還元剤供給手段と、該排気通路から該内燃機関の吸気通路に排気を還流させる排気還流手段とを備えた排気浄化装置において、
前記排気通路を流通される排気の触媒入口温度を検出する排気温度検出手段と、
前記排気還流手段による排気の還流率を検出する排気還流率検出手段と、
前記排気温度検出手段により検出された排気温度と前記排気還流率検出手段により検出された排気還流率に対応する活性シフト量に基づき、前記触媒手段が活性温度領域にあるか否かを判断し、該触媒手段が活性温度領域にある場合に還元剤を供給するよう前記還元剤供給手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関から排出される排気（排ガス）を浄化する排気浄化装置に関し、特に、燃焼状態に応じて排気通路から吸気通路へ排気を還流させる形式の内燃機関に適用される排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関等の内燃機関から排出される排気には、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの物質が含まれているため、排気浄化装置によりこれを浄化した後に、大気中に放出するようにしている。
【０００３】
内燃機関に適用される従来の排気浄化装置としては、例えば、特開平８−２２９３５６号公報に開示されているようなものが知られている。これを図９を参照して簡単に説明する。
【０００４】
同図において、３１はエンジンであり、エンジン３１の排気通路３２の下流には触媒ケース３３に収容された金属酸化物等の触媒３４が設けられている。排気通路３２の触媒３４よりも上流側の部分には、還元剤としての炭化水素（ＨＣ）を排気通路３２中に供給する還元剤供給インジェクタ３５が設けられている。
【０００５】
３６はエンジン・コントロール・ユニット（ＥＣＵ）であり、エンジン・コントロール・ユニット３６には、各種センサ３７によるエンジン回転数、アクセル開度等に関する信号が入力される。エンジン・コントロール・ユニット３６は、これらの信号に基づき、燃料噴射弁３８による燃料噴射量等を制御する。
【０００６】
排気通路３２の触媒３４よりも上流側の部分には、排気通路３２を流通される排気の温度を検出する温度センサ３９が設けられており、この温度センサ３９による検出温度はエンジン・コントロール・ユニット３６に送られる。
【０００７】
エンジン・コントロール・ユニット３６は、温度センサ３９による検出温度に基づき、触媒３４が活性温度領域にあるか否かを判断し、活性温度領域にあると判断した場合には還元剤を供給し、活性温度領域にないと判断した場合には還元剤の供給を停止するよう還元剤供給インジェクタ３５の作動を制御する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来技術によると、排気通路から吸気通路へ排気を還流させない形式の内燃機関においては、それなりの浄化性能を実現することはできるが、燃焼状態（希薄燃焼、理論空燃費燃焼等）に応じて排気通路から吸気通路へ排気をその還流量を調整しつつ還流させる形式の内燃機関においては、以下のような問題が生じた。
【０００９】
ここで、図１０の触媒入口排気温度とＮＯｘ（窒素酸化物）転化率との関係を示す図を参照する。同図中、符号Ａを付した曲線は、排気還流量が０％の場合（ＥＧＲ無し）を示しており、符号Ｂを付した曲線は、排気還流量が大きい場合（ＥＧＲ大）を示している。同図から明らかなように、排気の還流を大量に行った場合、ＮＯｘ転化率のピークが高温側に温度Ｔ１だけシフトしている。これは排気還流量を多くすると、排気中の酸素濃度が低下することによるものである。
【００１０】
従って、排気の温度のみによって還元剤の供給を制御するようにした従来技術を、燃焼状態に応じて排気通路から吸気通路へ排気を選択的に還流させる形式の内燃機関に適用すると、実際に触媒が活性温度領域にないのに還元剤を供給し、あるいは実際に触媒が活性温度領域にあるのに還元剤を供給しないという場合が生じ、十分な浄化性能を得ることができないという問題があった。
【００１１】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、排気を還流させる形式の内燃機関において、優れた浄化性能を実現することができる排気浄化装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の本発明の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられた触媒手段と、該排気通路の該触媒手段よりも上流の部分に還元剤を供給する還元剤供給手段と、該排気通路から該内燃機関の吸気通路に排気を還流させる排気還流手段とを備えた排気浄化装置において、前記排気通路を流通される排気の触媒入口温度を検出する排気温度検出手段と、前記排気通路を流通される排気の触媒入口酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、前記排気温度検出手段により検出された排気温度と前記酸素濃度検出手段により検出された酸素濃度に対応する活性シフト量に基づき、前記触媒手段が活性温度領域にあるか否かを判断し、該触媒手段が活性温度領域にある場合に還元剤を供給するよう前記還元剤供給手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項１記載の本発明の排気浄化装置では、触媒手段が活性温度領域にあるか否かを排気の温度だけでなく酸素濃度をも加味して判断するようにしている。排気環流量が多くなるほど排気の酸素濃度が低くなって触媒手段の活性温度領域が高温側にシフトすることが判明しており、排気の酸素濃度から触媒手段の活性温度領域のシフト量を認識することができるから、触媒手段が活性温度領域にあることをより正確に判断することができる。
【００１４】
請求項２記載の本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられた触媒手段と、該排気通路の該触媒手段よりも上流の部分に還元剤を供給する還元剤供給手段と、該排気通路から該内燃機関の吸気通路に排気を還流させる排気還流手段とを備えた排気浄化装置において、前記排気通路を流通される排気の触媒入口温度を検出する排気温度検出手段と、前記排気還流手段による排気の還流率を検出する排気還流率検出手段と、前記排気温度検出手段により検出された排気温度と前記排気還流率検出手段により検出された排気還流率に対応する活性シフト量に基づき、前記触媒手段が活性温度領域にあるか否かを判断し、該触媒手段が活性温度領域にある場合に還元剤を供給するよう前記還元剤供給手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の本発明の排気浄化装置では、触媒手段が活性温度領域にあるか否かを排気の温度だけでなく排気環流率をも加味して判断するようにしている。排気環流率が大きくなるほど排気の酸素濃度が低くなって触媒手段の活性温度領域が高温側にシフトすることが判明しており、排気環流率から触媒手段の活性温度領域のシフト量を認識することができるから、触媒手段が活性温度領域にあることをより正確に判断することができる。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明の排気浄化装置によれば、排気の温度だけでなく排気の酸素濃度をも加味して触媒手段が活性温度領域にあるか否かを判断するようにしたから、排気の環流を行う形式の内燃機関に適用した場合に、排気環流量の大小に応じて変化する触媒手段の実際の活性温度領域に、より適合的に対応することができ、従って、優れた浄化性能を実現することができるという効果がある。
【００１７】
請求項２記載の本発明の排気浄化装置によれば、排気の温度だけでなく排気環流率をも加味して触媒手段が活性温度領域にあるか否かを判断するようにしたから、排気の環流を行う形式の内燃機関に適用した場合に、排気環流率の大小に応じて変化する触媒手段の実際の活性温度領域に、より適合的に対応することができ、従って、優れた浄化性能を実現することができるという効果がある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の排気浄化装置の第１実施形態の概略構成を示す図である。
【００１９】
同図において、１１はエンジンであり、エンジン１１の排気通路１２の下流には触媒ケース１３に収容された金属酸化物等の触媒１４が設けられている。排気通路１２の触媒１４よりも上流側の部分には、還元剤としての炭化水素（ＨＣ）を排気通路１２中に供給する還元剤供給インジェクタ１５が設けられている。
【００２０】
１６はエンジン・コントロール・ユニット（ＥＣＵ）であり、エンジン・コントロール・ユニット１６には、各種のセンサ１７によるアクセル開度、エンジン回転数、吸入空気量等に関する信号が入力される。エンジン・コントロール・ユニット１６は、これらの信号に基づき、燃料噴射弁１８による燃料噴射量等を制御する。
【００２１】
排気通路１２の触媒１４よりも上流側の部分には、触媒１４の入口部分における排気通路１２を流通される排気の温度（触媒入口排温）を検出する温度センサ１９が設けられており、この温度センサ１９による検出温度はエンジン・コントロール・ユニット１６に送られる。また、排気通路１２の触媒１４よりも上流側の部分には、触媒１４の入口部分における排気通路１２を流通される排気の酸素濃度（触媒入口酸素濃度）を検出する酸素濃度センサ２０が設けられており、この酸素濃度センサ２０による検出酸素濃度はエンジン・コントロール・ユニット１６に送られる。
【００２２】
排気通路１２の触媒１４よりも上流側の部分には排気環流通路２１の一端が連通接続されており、排気環流通路２１の他端は吸気通路（図示せず）に連通接続されている。排気環流通路２１の中間部分には排気環流量を調整する排気環流制御弁（ＥＧＲバルブ）２２が設けられている。排気環流制御弁２２はエンジン・コントロール・ユニット１６によりその開度が制御される。
【００２３】
エンジン・コントロール・ユニット１６は、エンジン１１等の制御に必要な各種のデータをその記憶手段に記憶しているが、還元剤の供給に関しては、以下のようなデータを予め記憶保持している。
【００２４】
即ち、エンジン・コントロール・ユニット１６は、排気環流を実施しない場合における触媒の活性温度領域（以下、基準活性温度領域という）の下限温度Ｔ２及び上限温度Ｔ３をデータとして有している。このデータは、図１０における排気環流を実施しない場合（ＥＧＲ無し）の触媒入口排気温度とＮＯｘ転化率との関係に基づき予め求められている。
【００２５】
これに加えて、エンジン・コントロール・ユニット１６は、図２に示されているように、排気環流量が０％の場合（ＥＧＲ＝０％時）の運転条件（エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑ）と酸素濃度との関係をデータとして有している。また、エンジン・コントロール・ユニット１６は、図３に示されているように、酸素濃度差（排気環流を実施した場合の酸素濃度Ｏ１と排気環流率が０％の場合の酸素濃度Ｏ２との差）ΔＯと活性シフト量Ｔ１との関係をデータとして有している。
【００２６】
ここで、活性シフト量とは、排気環流を実施しない場合における触媒のＮＯｘ転化率が最大となる温度と排気環流を実施した場合における触媒のＮＯｘ転化率が最大となる温度との差をいう。
【００２７】
図４はエンジン・コントロール・ユニット１６による還元剤供給制御を示すフローチャートである。エンジン・コントロール・ユニット１６は、まず、温度センサ１９による現在の排気の温度（触媒入口排温）Ｔ０を読み込み（Ｓ１）、酸素濃度センサ２０による現在の排気の酸素濃度（触媒入口酸素濃度）Ｏ１を読み込む（Ｓ２）。
【００２８】
次いで、活性シフト量Ｔ１を以下のようにして求める（Ｓ３）。即ち、排気の温度Ｔ０及び酸素濃度Ｏ１を検出した現在における運転条件（エンジン回転数、燃料噴射量）を検出し、図２に示したデータに従って、現在の運転条件と同一の運転条件における排気環流量が０％の場合の酸素濃度Ｏ２を求め、Ｏ１とＯ２との差ΔＯを算出する。次いで、図３に示すデータに従って、酸素濃度差ΔＯに対応する活性シフト量Ｔ１を求める。
【００２９】
活性シフト量Ｔ１を求めたならば、Ｔ０−Ｔ１が基準活性温度領域（排気環流を実施しない場合における触媒の活性温度領域の下限温度Ｔ２と上限温度Ｔ３の間）に入っているか否かを判断し（Ｓ４）、基準活性温度領域に入っている場合には、還元剤供給インジェクタ１５による還元剤の供給を実施してＨＣ／ＮＯｘ比を改善し（Ｓ５）、基準活性温度領域に入っていない場合には還元剤供給インジェクタ１５による還元剤の供給を停止してＨＣ／ＮＯｘ比の改善を停止する（Ｓ６）。
【００３０】
上述した第１実施形態によると、排気環流を選択的に実施する形式のエンジンにおいて、排気環流を実施した場合には排気の酸素濃度が変化し、排気の温度が同じであっても排気の酸素濃度の変化により触媒の実際の活性温度領域が基準活性温度領域と比較してシフトすることに着目し、排気の酸素濃度を検出することにより、活性シフト量Ｔ１を求め、検出した排気温度Ｔ０をこの活性シフト量Ｔ１で補正して、この補正された温度に基づき基準活性温度領域にあるか否かを判断して、基準活性温度領域にある場合に還元剤供給インジェクタ１５により還元剤を供給するようにしている。
【００３１】
従って、排気環流の有無及び排気環流量の大小にかかわらず、触媒１４が実際の活性温度領域にあるときに還元剤を供給することとなり、触媒１４による窒素酸化物の浄化性能を向上することができる。
【００３２】
なお、上述した第１実施形態では、排気の酸素濃度Ｏ１を検出する酸素濃度検出手段として、酸素濃度センサ２０を採用しているが、本発明はこれに限定されず、このような酸素濃度センサ２０は廃止して、酸素濃度検出手段として、吸入空気量、アクセル開度、エンジン回転数及び排気環流制御弁開度からそのときの酸素濃度Ｏ１を計算により求める手段を採用することができる。
【００３３】
図５は本発明の排気浄化装置の第２実施形態の概略構成を示す図である。なお、図１に示した第１実施形態と実質的に同一の構成部分については、同一の番号が付してある。
【００３４】
同図において、１１はエンジンであり、エンジン１１の排気通路１２の下流には触媒ケース１３に収容された金属酸化物等の触媒１４が設けられている。排気通路１２の触媒１４よりも上流側の部分には、還元剤としての炭化水素（ＨＣ）を排気通路１２中に供給する還元剤供給インジェクタ１５が設けられている。
【００３５】
１６はエンジン・コントロール・ユニット（ＥＣＵ）であり、エンジン・コントロール・ユニット１６には、各種のセンサ１７によるアクセル開度、エンジン回転数、吸入空気量等に関する信号が入力される。エンジン・コントロール・ユニット１６は、これらの信号に基づき、燃料噴射弁１８による燃料噴射量等を制御する。
【００３６】
排気通路１２の触媒１４よりも上流側の部分には、触媒１４の入口部分における排気通路１２を流通される排気の温度（触媒入口排温）を検出する温度センサ１９が設けられており、この温度センサ１９による検出温度はエンジン・コントロール・ユニット１６に送られる。
【００３７】
排気通路１２の触媒１４よりも上流側の部分には排気環流通路２１の一端が連通接続されており、排気環流通路２１の他端は吸気通路（図示せず）に連通接続されている。排気環流通路２１の中間部分には排気環流量を調整する排気環流制御弁（ＥＧＲバルブ）２２が設けられている。排気環流制御弁２２はエンジン・コントロール・ユニット１６によりその開度が制御される。
【００３８】
エンジン・コントロール・ユニット１６は、エンジン１１等の制御に必要な各種のデータをその記憶手段に記憶しているが、還元剤の供給に関しては、以下のようなデータを予め記憶保持している。
【００３９】
即ち、エンジン・コントロール・ユニット１６は、排気環流を実施しない場合における触媒の活性温度領域（以下、基準活性温度領域という）の下限温度Ｔ２及び上限温度Ｔ３をデータとして有している。このデータは、図１０における排気環流を実施しない場合（ＥＧＲ無し）の触媒入口排気温度とＮＯｘ転化率との関係に基づき予め求められている。
【００４０】
これに加えて、エンジン・コントロール・ユニット１６は、図６に示されているように、排気環流率（ＥＧＲ率：吸入空気量に対する排気環流量の割合）と活性シフト量Ｔ１との関係をデータとして有している。
【００４１】
ここで、活性シフト量とは、排気環流を実施しない場合における触媒のＮＯｘ転化率が最大となる温度と排気環流を実施した場合における触媒のＮＯｘ転化率が最大となる温度との差をいう。
【００４２】
図７はエンジン・コントロール・ユニット１６による還元剤供給制御を示すフローチャートである。エンジン・コントロール・ユニット１６は、まず、現在の運転条件（エンジン回転数、アクセル開度、吸入空気量及び排気環流制御弁開度）を検出し（Ｓ１）、温度センサ１９による現在の排気の温度（触媒入口排温）Ｔ０を読み込む（Ｓ２）。
【００４３】
次いで、検出した運転条件に基づきＥＧＲ率を算出し、このＥＧＲ率に対応する活性シフト量Ｔ１を、図６に示すデータに従って求める。活性シフト量Ｔ１を求めたならば、Ｔ０−Ｔ１が基準活性温度領域（排気環流を実施しない場合における触媒の活性温度領域の下限温度Ｔ２と上限温度Ｔ３の間）に入っているか否かを判断し（Ｓ４）、基準活性温度領域に入っている場合には、還元剤供給インジェクタ１５による還元剤の供給を実施してＨＣ／ＮＯｘ比を改善し（Ｓ５）、基準活性温度領域に入っていない場合には還元剤供給インジェクタ１５による還元剤の供給を停止してＨＣ／ＮＯｘ比の改善を停止する（Ｓ６）。
【００４４】
上述した第２実施形態によると、排気環流を選択的に実施する形式のエンジンにおいて、排気環流を実施した場合には排気の酸素濃度が変化し、排気の温度が同じであっても排気の酸素濃度の変化により触媒の実際の活性温度領域が基準活性温度領域と比較してシフトすることに着目し、運転条件から排気環流率を算出することにより、活性シフト量Ｔ１を求め、検出した排気温度Ｔ０をこの活性シフト量Ｔ１で補正して、この補正された温度に基づき基準活性温度領域にあるか否かを判断して、基準活性温度領域にある場合に還元剤供給インジェクタ１５により還元剤を供給するようにしている。
【００４５】
従って、排気環流の有無及び排気環流量の大小にかかわらず、触媒１４が実際の活性温度領域にあるときに還元剤を供給することとなり、触媒１４による窒素酸化物の浄化性能を向上することができる。
【００４６】
図８は本発明の排気浄化装置の第３実施形態の概略構成を示す図である。なお、図５に示した第２実施形態と実質的に同一の構成部分については、同一の番号を付してその説明は省略する。
【００４７】
この第３実施形態では、還元剤供給手段としての還元剤供給インジェクタ１５を独立して設けることはせず、その代わりに燃料噴射弁１８を還元剤供給手段として兼用するようにしている。即ち、エンジン・コントロール・ユニット１６は、エンジン１１の掃気時（排気行程）において、還元剤としての燃料を噴射する。
【００４８】
燃料噴射弁１８によるエンジン１１の掃気時における燃料の噴射は、触媒１４が活性温度領域にある場合に行うものとし、活性温度領域にあるか否かの判断は、上述した第２実施形態における還元剤供給制御と同様の処理により行うものとし、その説明は省略する。この第３実施形態によると、上述した第２実施形態よりも構成が簡略となる。
【００４９】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態の排気環流量が０％の場合における運転条件と酸素濃度との関係を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態の酸素濃度差と活性シフト量との関係を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態のエンジン・コントロール・ユニットによる還元剤供給制御処理を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態の構成を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態の排気環流率と活性シフト量との関係を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態のエンジン・コントロール・ユニットによる還元剤供給制御処理を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第３実施形態の構成を示す図である。
【図９】従来技術の構成を示す図である。
【図１０】排気環流を実施した場合と実施しない場合における触媒入口排気温度とＮＯｘ転化率の関係を示す図である。
【符号の説明】
１１  …エンジン
１２  …排気通路
１４  …触媒
１５  …還元剤供給インジェクタ
１６  …エンジン・コントロール・ユニット
１８  …燃料噴射弁
１９  …温度センサ
２０  …酸素濃度センサ
２１  …排気環流通路
２２  …排気還流制御弁
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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