JP2000027695A

JP2000027695A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2000027695A
Application number: JP10194327A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Hayashi; 孝太郎林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-07-09
Filing date: 1998-07-09
Publication date: 2000-01-25
Anticipated expiration: 2018-07-09
Also published as: JP3633290B2

Abstract

(57)【要約】【課題】選択還元型ＮＯx触媒のＮＯx浄化率の向上
と、燃費向上を図る。【解決手段】ディーゼルエンジン１において副噴射が
実行可能な気筒である４番気筒１４、５番気筒１５、６
番気筒１６に対応する排気枝管３４，３５，３６に、酸
化能の強い低温型ＨＣ改質触媒４４、酸化能の弱い高温
型ＨＣ改質触媒４５、酸化能が中位の中温型ＨＣ改質触
媒４６を設け、集合排気管４２に選択還元型ＮＯx触媒
９ａ，９ｂを設ける。ＥＣＵ１００は、エキマニ温セン
サ４１で検出した排気ガス温に基づいて、いずれの気筒
に対して副噴射を実行するか決定する。

Description

【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
される排気ガス中のＮＯxを浄化可能な内燃機関の排気
浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】酸素過剰の雰囲気で炭化水素（ＨＣ）の
存在下でＮＯxを還元または分解する触媒、いわゆる選
択還元型ＮＯx触媒は、空燃比リーンの状態で燃焼させ
る内燃機関、例えば、ディーゼルエンジンやリーンバー
ンガソリンエンジンから排出される排気ガスのＮＯx浄
化に多用されている。この選択還元型ＮＯx触媒でＮＯx
を浄化するためには触媒内に適量のＨＣ成分が必要とさ
れる。ところが、前記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く、そのため、通常運転時に
ＮＯxを浄化するためには、選択還元型ＮＯx触媒にＨＣ
成分を供給する必要がある。

【０００３】ところで、選択還元型ＮＯx触媒にはＮＯx
浄化作用を行うための適正な温度範囲（以下、ＮＯx浄
化温度範囲という）が存在し、触媒床温がＮＯx浄化温
度範囲以下の時には適量のＨＣが触媒内に流入してもＨ
ＣとＮＯxが反応せず十分な浄化作用が行われない。し
かしながら、ＨＣを軽質なＨＣ（以下、軽質ＨＣと称
す）にすると比較的低温でもＨＣとＮＯxを反応させる
ことができる。

【０００４】そこで、内燃機関の爆発行程後の膨張行程
あるいは排気行程の時に、筒内に燃料を噴射（副噴射）
し、燃料のＨＣ成分を内燃機関の爆発時の熱によって軽
質ＨＣに改質し、これを排気ガスと共に選択還元型ＮＯ
x触媒に供給する技術が開発されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この副噴射によるＨＣ
供給方法では、副噴射された燃料のＨＣ成分を最適に改
質するために、排気ガス温が低くなるにしたがって副噴
射時期を主噴射に近付ける必要があるが、このようにす
ると低排気ガス温時には、軽質ＨＣが生成される反面、
燃焼室内で燃焼してしまう燃料が多くなり、燃費が悪化
するという問題がある。

【０００６】また、従来は副噴射時期を制御することで
ＨＣの改質を制御しているのであるが、この制御だけで
は最適な軽質ＨＣへの改質が難しく、その結果、選択還
元型ＮＯx触媒のＮＯx浄化温度範囲が狭くなって、ＮＯ
x浄化率が低下するという問題も生じる。

【０００７】そこで、特開平１０−６１４６４号公報に
開示されているように、選択還元型ＮＯx触媒の上流に
酸化触媒を設け、副噴射後の排気ガスを酸化触媒に通す
ことにより酸化触媒においてＨＣ成分を軽質ＨＣに改質
し、これを選択還元型ＮＯx触媒に供給するようにした
技術が開発されている。

【０００８】しかしながら、この場合には、酸化触媒の
選択が難しく、以下のような問題が生じる。排気ガス温
は内燃機関の運転状態によって変化するが、前記酸化触
媒に酸化能が強いものを採用した場合には、排気ガス温
が高い時にＨＣ成分が酸化触媒で燃焼焼失してしまい、
その結果、選択還元型ＮＯx触媒のＮＯx浄化率が低下
し、一方、酸化触媒に酸化能が弱いものを採用した場合
には、排気ガス温が低い時にＨＣ成分が十分に改質され
ず、選択還元型ＮＯx触媒でＮＯxとＨＣの反応性が低下
し、やはりＮＯx浄化率が低下する。

【０００９】本発明はこのような従来の技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする
課題は、選択還元型ＮＯx触媒のＮＯx浄化率の向上と、
燃費改善を図ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、以下の手段を採用した。本願の第１の発明
に係る内燃機関の排気浄化装置は、酸素過剰下で運転可
能な多気筒内燃機関の気筒毎の排気ガスが流れる複数の
分岐排気通路と、この分岐排気通路の下流側で該分岐排
気通路が集合する集合排気通路と、前記分岐排気通路の
一つに設けられた酸化能を有する第１触媒と、前記分岐
排気通路の他の一つに設けられ酸化能を前記第１触媒と
異にする第２触媒と、前記集合排気通路に設けられ酸素
過剰の雰囲気で炭化水素の存在下でＮＯxを還元または
分解する選択還元型ＮＯx触媒と、前記第１触媒及び第
２触媒を設けた分岐排気通路に対応する気筒内に膨張ま
たは排気行程で燃料を副噴射する第１及び第２副噴射手
段と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記第１及び第
２副噴射手段の作動を切り換える副噴射作動切替手段
と、を備えたことを特徴とする。

【００１１】この第１の発明に係る排気浄化装置では、
内燃機関の運転状態（主に排気ガス温）に応じて、副噴
射作動切替手段が第１及び第２副噴射手段の作動を切り
換える。即ち、副噴射作動切替手段は、ＨＣの改質を最
良にするために、内燃機関の運転状態に応じて第１副噴
射手段を作動させるか否か、第２副噴射手段を作動させ
るか否かを判断し、切り換える。第１副噴射手段が作動
された場合には、副噴射された燃料は排気ガスとともに
第１触媒に流れる。この第１触媒において、副噴射され
た燃料のＨＣ成分は軽質ＨＣに改質され、集合排気通路
を流れて選択還元型ＮＯx触媒に供給される。また、第
２副噴射手段が作動された場合には、副噴射された燃料
は排気ガスとともに第２触媒に流れる。この第２触媒に
おいて、副噴射された燃料のＨＣ成分は軽質ＨＣに改質
され、集合排気通路を流れて選択還元型ＮＯx触媒に供
給される。第１触媒と第２触媒では酸化能が異なるの
で、いずれの副噴射手段を作動させるかを切り替えるこ
とによって、酸化能を有する触媒のうちのいずれの触媒
を使用するか切り換えることになり、これにより、選択
還元型ＮＯx触媒のＮＯx浄化に最適な軽質ＨＣが生成さ
れることになる。

【００１２】この第１の発明に係る排気浄化装置におい
ては、前記第１触媒及び第２触媒とも酸化能を異にする
第３の触媒を別の分岐排気通路に設けてもよく、さらに
別の分岐排気通路に第４の触媒を設けてもよい。その場
合には、前記第３、第４の触媒を設けた分岐排気通路に
対応する気筒に燃料を副噴射する副噴射手段を設け、こ
れら副噴射手段の作動も前記副噴射作動切替手段によっ
て切り換える。

【００１３】また、第１の発明に係る排気浄化装置にお
いて、前記副噴射作動切替手段は、内燃機関のクランク
シャフトが２回転する間に、ただ一つの副噴射手段だけ
を作動させるようにすることも可能であるし、複数の副
噴射手段を作動させるようにすることも可能である。

【００１４】本願の第２の発明に係る内燃機関の排気浄
化装置は、酸素過剰下で運転可能な多気筒内燃機関の気
筒毎の排気ガスが流れる複数の分岐排気通路と、この分
岐排気通路の下流側で該分岐排気通路が集合する集合排
気通路と、前記複数ある分岐排気通路のうちの一部の分
岐排気通路に設けられた酸化能を有する触媒と、前記集
合排気通路に設けられ酸素過剰の雰囲気で炭化水素の存
在下でＮＯxを還元または分解する選択還元型ＮＯx触媒
と、前記酸化能を有する触媒を設けた分岐排気通路及び
触媒を有しない分岐排気通路に対応する気筒内に膨張ま
たは排気行程で燃料を副噴射する複数の副噴射手段と、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記複数の副噴射手段
の作動を切り換える副噴射作動切替手段と、を備えたこ
とを特徴とする。

【００１５】この第２の発明に係る排気浄化装置では、
内燃機関の運転状態（主に排気ガス温）に応じて、副噴
射作動切替手段が複数ある副噴射手段の作動を切り換え
る。即ち、副噴射作動切替手段は、ＨＣ改質を最良にす
るために、内燃機関の運転状態に応じていずれの副噴射
手段を作動させるか否かを判断し、切り換える。酸化能
を有する触媒を設けた分岐排気通路に対応する気筒の副
噴射手段が作動された場合には、当該気筒内に副噴射さ
れた燃料は排気ガスとともに酸化能を有する触媒に流れ
る。この触媒において、副噴射された燃料のＨＣ成分は
軽質ＨＣに改質され、集合排気通路を流れて選択還元型
ＮＯx触媒に供給される。また、酸化能を有する触媒が
設けられていない分岐排気通路に対応する気筒の副噴射
手段が作動された場合には、当該気筒内に副噴射された
燃料は気筒内の爆発行程時の熱により軽質ＨＣに改質さ
れた後、あるいは改質されないまま分岐排気通路を流
れ、集合排気通路を流れて選択還元型ＮＯx触媒に供給
される。このように、いずれの副噴射手段を作動させる
かを切り替えることによって、副噴射された排気ガス
を、酸化能を有する触媒に通すか否か切り換えることに
なり、これにより、選択還元型ＮＯx触媒のＮＯx浄化に
最適な軽質ＨＣが生成されることになる。

【００１６】前記第１及び第２の発明において、副噴射
手段は気筒内に燃料を主噴射する燃料噴射手段と兼用す
ることが可能であり、換言すれば、気筒内に燃料を主噴
射する燃料噴射手段によって副噴射を行うことが可能で
ある。

【００１７】前記第１及び第２の発明において、内燃機
関としては、ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリ
ンエンジンを例示することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の排
気浄化装置の一実施の形態を図１から図３の図面に基い
て説明する。尚、この実施の形態は、本発明に係る排気
浄化装置を内燃機関としての車両用ディーゼルエンジン
に適用した態様である。

【００１９】図１は内燃機関の排気浄化装置の全体構成
を示す図である。エンジン１は６気筒ディーゼルエンジ
ンであり、１番気筒（＃１）から６番気筒（＃６）の各
気筒１１，１２，１３，１４，１５，１６の燃焼室には
吸気管２、及び吸気管２から分岐された図示しない吸気
枝管を介して新気が導入される。吸気管２の途中には、
ターボチャージャ３のコンプレッサ４と、インタークー
ラ５と、吸気絞り弁６が設けられている。吸気絞り弁６
は、エンジン１の運転状態に応じてエンジンコントロー
ル用電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００によって制御さ
れる。

【００２０】また、エンジン１には、コモンレール７の
燃料を各気筒１１〜１６の燃焼室に噴射する燃料噴射弁
２１，２２，２３，２４，２５，２６が設けられてお
り、これら燃料噴射弁２１〜２６の開弁時期及び開弁時
間は、エンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ１００によ
って制御される。

【００２１】各気筒１１〜１６の燃焼室には、各気筒１
１〜１６における圧縮上死点近傍において各燃料噴射弁
２１〜２６から燃料が主噴射され、この燃料の爆発によ
って生じた排気ガスが各気筒１１〜１６に対応して設け
られた排気枝管（分岐排気通路）３１，３２，３３，３
４，３５，３６を介して排気マニホールド４０に排出さ
れる。排気マニホールド４０には、排気マニホールド４
０内の排気ガス温に対応した出力信号をＥＣＵ１００に
出力するエキマニ温センサ４１が取り付けられている。
このエキマニ温センサ４１で検出される排気ガス温は排
気ポート温度に対応する。

【００２２】また、このエンジン１においては、４番
（＃４）気筒１４と５番（＃５）気筒１５と６番（＃
６）気筒１６で、膨張行程あるいは圧縮行程においてそ
れぞれの気筒に対応する燃料噴射弁２４，２５，２６か
ら燃料が副噴射されるようになっており、１番（＃１）
気筒１１と２番（＃２）気筒１２と３番（＃３）気筒１
３については副噴射は行われない。尚、４〜６番気筒１
４〜１６のうちのいずれの気筒に対して副噴射が行われ
るかについてはエンジン１の運転状態に応じて決定さ
れ、これについては後で詳述する。尚、この実施の形態
において、燃料噴射弁２４，２５，２６は副噴射手段を
兼用している。

【００２３】４番気筒１４に対応する排気枝管３４に
は、酸化能の強い低温型ＨＣ改質触媒４４が設けられて
いる。酸化能の強い低温型ＨＣ改質触媒４４は、比較的
に低温でも高沸点ＨＣを軽質ＨＣに改質することができ
る。５番気筒１５に対応する排気枝管３５には、酸化能
の弱い高温型ＨＣ改質触媒４５が設けられている。高温
型ＨＣ改質触媒４５は酸化能が弱いので、高沸点ＨＣを
軽質ＨＣに改質するには、比較的に高温を必要とする。
６番気筒１６に対応する排気枝管３６には、低温型ＨＣ
改質触媒４４よりは酸化能が弱く、高温型ＨＣ改質触媒
４５よりは酸化能が強い中温型ＨＣ改質触媒４６が設け
られている。この実施の形態では、これら低温型、高温
型、中温型ＨＣ改質触媒４４，４５，４６は酸化触媒で
構成されている。

【００２４】尚、ＨＣ改質触媒は、選択還元型ＮＯx触
媒や吸蔵還元型ＮＯx触媒で構成することも可能であ
る。ここで、吸蔵還元型ＮＯx触媒とは、例えばアルミ
ナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリ
ウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカ
リ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカ
リ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類
から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金
属とが担持されて構成された触媒であり、この吸蔵還元
型ＮＯx触媒は、流入排気ガスの空燃比がリーンのとき
はＮＯxを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下す
ると吸収したＮＯxを放出する。

【００２５】排気マニホールド４０に流入した排気ガス
は、集合排気管（集合排気通路）４２を介して大気に排
出される。集合排気管４２の途中には、ターボチャージ
ャ３のタービン８と、触媒コンバータ９が設けられてい
る。排気ガスはタービン８を駆動し、タービン８に連結
されたコンプレッサ４を駆動して、吸気を過給する。

【００２６】触媒コンバータ９には、その上流側に高温
型の選択還元型ＮＯx触媒９ａが収容され、下流側に低
温型の選択還元型ＮＯx触媒９ｂが収容されている。選
択還元型ＮＯx触媒は、酸素過剰の雰囲気で炭化水素の
存在下でＮＯxを還元または分解する触媒であり、選択
還元型ＮＯx触媒には、ゼオライトにＣｕ等の遷移金属
をイオン交換して担持した触媒、ゼオライトまたはアル
ミナに貴金属を担持した触媒、等が含まれる。高温型の
選択還元型ＮＯx触媒９ａとは、ＮＯx浄化温度範囲が比
較的に高温側にある選択還元型ＮＯx触媒のことをい
い、低温型の選択還元型ＮＯx触媒９ｂとは、ＮＯx浄化
温度範囲が比較的に低温側にある選択還元型ＮＯx触媒
のことをいう。

【００２７】集合排気管４２において触媒コンバータ９
の入口近傍と出口近傍には、触媒コンバータ９に流入す
る排気ガスの温度あるいは触媒コンバータ９から流出す
る排気ガスの温度に対応した出力信号をＥＣＵ１００に
出力する入ガス温センサ５１と出ガス温センサ５２が取
り付けられている。これら入ガス温センサ５１と出ガス
温センサ５２の出力信号に基づいて、ＥＣＵ１００は触
媒コンバータ９の触媒床温を演算する。

【００２８】また、排気マニホールド４０に流入した排
気ガスの一部は、排気還流管６０を介して吸気管２に再
循環可能になっている。排気還流管６０の途中には、Ｅ
ＧＲクーラ６１とＥＧＲ弁６２が設けられている。ＥＧ
Ｒ弁６２は、エンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ１０
０によって開度制御され、排気還流量を制御する。

【００２９】ＥＣＵ１００はデジタルコンピュータから
なり、双方向バスによって相互に接続されたＲＯＭ（リ
ードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモ
リ）、ＣＰＵ（セントラルプロセッサユニット）、入力
ポート、出力ポートを具備し、エンジン１の燃料噴射量
制御等の基本制御を行うほか、この実施の形態では、副
噴射制御を行っている。

【００３０】これら制御のために、ＥＣＵ１００の入力
ポートには、アクセル開度センサ７１からの入力信号
と、クランク角センサ７２からの入力信号が入力され
る。アクセル開度センサ７１はアクセル開度に比例した
出力電圧をＥＣＵ１００に出力し、ＥＣＵ１００はアク
セル開度センサ７１の出力信号に基づいて機関負荷を演
算する。クランク角センサ７２はクランクシャフトが一
定角度回転する毎に出力パルスをＥＣＵ１００に出力
し、ＥＣＵ１００はこの出力パルスに基づいて機関回転
速度を演算する。これらエンジン負荷とエンジン回転速
度によってエンジン運転状態が判別される。

【００３１】この排気浄化装置では、エンジン１の通常
運転時に選択還元型ＮＯx触媒９ａ，９ｂによって排気
ガス中のＮＯxを浄化するために、エンジン１の爆発行
程後の膨張行程あるいは排気行程において気筒内に燃料
を副噴射し、副噴射された燃料のＨＣ成分を軽質ＨＣに
改質して選択還元型ＮＯx触媒９ａ，９ｂに供給する。
ここで、選択還元型ＮＯx触媒９ａ，９ｂのＮＯx浄化温
度範囲を拡大し、ＮＯx浄化率を向上させるためには、
常にＮＯx浄化に最適な軽質ＨＣを選択還元型ＮＯx触媒
９ａ，９ｂに供給する必要がある。

【００３２】そこで、この排気浄化装置では、エンジン
１の排気ガス温に応じて副噴射を実行する気筒を切り換
えることにより、副噴射された燃料のＨＣ成分をＨＣ改
質触媒４４〜４６で常にＮＯx浄化に最適な軽質ＨＣに
改質し、選択還元型ＮＯx触媒９ａ，９ｂに供給するよ
うにしている。

【００３３】即ち、この実施の形態では、排気ガス温が
低い時には、４番気筒１４の気筒内に燃料を副噴射し、
副噴射された燃料を排気枝管３４に設けられた低温型Ｈ
Ｃ改質触媒４４で軽質ＨＣに改質し、排気ガス温が高い
時には、５番気筒１５の気筒内に燃料を副噴射し、副噴
射された燃料を排気枝管３５に設けられた高温型ＨＣ改
質触媒４５で軽質ＨＣに改質し、排気ガス温が低くもな
く高くもない時には４番気筒１４あるいは５番気筒１５
のいずれか一方の気筒と６番気筒１６に燃料を副噴射
し、６番気筒１６で副噴射された燃料を排気枝管３６に
設けられた中温型ＨＣ改質触媒４６で軽質ＨＣに改質す
ると共に、４番気筒１４あるいは５番気筒１５で副噴射
された燃料を低温型ＨＣ改質触媒４４あるいは高温型Ｈ
Ｃ改質触媒４５で軽質ＨＣに改質して選択還元型ＮＯx
触媒９ａ，９ｂに供給する。

【００３４】次に、副噴射の気筒切り換え制御につい
て、図２に従って説明する。図２の制御ルーチンは、Ｅ
ＣＵ１００のＲＯＭに格納されＣＰＵに呼び出されて演
算が実行され、一定時間毎に割り込まれる。

【００３５】まず、ＥＣＵ１００は、ステップ１０１に
おいて、入ガス温センサ５１と出ガス温センサ５２の入
力信号から演算した触媒床温ＴcatがＮＯx浄化温度範囲
か否かを判定する。ステップ１０１でＮＯx浄化温度範
囲内であると判定されたときにはステップ１０２に進ん
で副噴射気筒決定処理を実行し、ＮＯx浄化温度範囲か
ら外れていると判定されたときには本制御ルーチンを終
了する。

【００３６】ステップ１０２における副噴射気筒決定処
理は、エキマニ温センサ４１で検出される排気ガス温Ｔ
exに基づいて行われる。

【００３７】排気ガス温Ｔexが第１設定温度Ｔ1未満の
ときには、いずれの気筒に対しても副噴射を実行しない
ものと決定する。これは、排気ガス温Ｔexが第１設定温
度Ｔ1未満の場合には、副噴射した燃料をいずれのＨＣ
改質触媒４４〜４６に通しても、温度が低すぎてＨＣ成
分を軽質なＨＣに改質することができないからであり、
改質されない高沸点ＨＣを選択還元型ＮＯx触媒９ａ，
９ｂに供給すると、選択還元型ＮＯx触媒９ａ，９ｂに
ＨＣ被毒（ＳＯＦ被毒）を生じさせる虞れがあるからで
ある。

【００３８】排気ガス温Ｔexが第１設定温度Ｔ1以上で
あって第２設定温度Ｔ2未満のときには、４番気筒１４
に対してのみ副噴射を実行するものと決定する。排気ガ
ス温Ｔexが第２設定温度Ｔ2以上であって第３設定温度
Ｔ3未満のときには、４番気筒１４と６番気筒１６に対
して副噴射を実行し、５番気筒１５に対しては副噴射を
実行しないものと決定する。排気ガス温Ｔexが第３設定
温度Ｔ3以上であって第４設定温度Ｔ4未満のときには、
６番気筒１６と５番気筒１５に対して副噴射を実行し、
４番気筒１４に対しては副噴射を実行しないものと決定
する。排気ガス温Ｔexが第４設定温度Ｔ4以上であって
第５設定温度Ｔ5未満のときには、５番気筒１５に対し
てのみ副噴射を実行するものと決定する。

【００３９】排気ガス温Ｔexが第５設定温度Ｔ5以上の
ときには、いずれの気筒に対しても副噴射を実行しない
ものと決定する。これは、排気ガス温Ｔexが第５設定温
度Ｔ5以上の場合には、副噴射した燃料をいずれのＨＣ
改質触媒４４〜４６に通しても、温度が高すぎて副噴射
された燃料がＨＣ改質触媒４４〜４６で燃焼してしま
い、燃費を悪化させるだけとなるからである。

【００４０】ステップ１０２で副噴射を実行する気筒を
決定した後、ステップ１０３に進んで、ＥＣＵ１００
は、エンジン１の運転状態（エンジン回転速度、エンジ
ン負荷等）に基づいて副噴射実行予定の気筒毎の副噴射
時期及び副噴射量を演算する。

【００４１】次に、ステップ１０４に進み、ＥＣＵ１０
０は、ステップ１０２で決定した副噴射気筒に対し、ス
テップ１０３で決定した副噴射時期及び副噴射量での燃
料の副噴射を実行する。即ち、該当する気筒の燃料噴射
弁が前記副噴射時期に開弁せしめられ、前記副噴射量の
燃料が気筒内に噴射される。

【００４２】しかして、前述したように、排気ガス温Ｔ
exが第１設定温度Ｔ1以上であって第２設定温度Ｔ2未満
のときには、４番気筒１４に対してのみ副噴射が実行さ
れるが、このとき、４番気筒１４に副噴射された燃料
は、排気枝管３４に設けられた低温型ＨＣ改質触媒４４
を通過する。低温型ＨＣ改質触媒４４は酸化能が強いの
で、排気ガス温Ｔexが前記温度範囲にあっても燃料のＨ
Ｃ成分をＮＯx浄化に最適な軽質ＨＣに十分に改質する
ことができる。低温型ＨＣ改質触媒４４で改質された軽
質ＨＣは、排気マニホールド４０、集合排気管４２を通
って触媒コンバータ９の選択還元型ＮＯx触媒９ａ，９
ｂに供給され、選択還元型ＮＯx触媒９ａ，９ｂにおけ
るＮＯxの還元浄化に供される。

【００４３】また、排気ガス温Ｔexが第２設定温度Ｔ2
以上であって第３設定温度Ｔ3未満のときには、４番気
筒１４と６番気筒１６に対して副噴射が実行され、５番
気筒１５に対しては副噴射は実行されないこととなる
が、このときには、４番気筒１４に副噴射された燃料
は、排気枝管３４に設けられた低温型ＨＣ改質触媒４４
を通過し、その際に燃料のＨＣ成分が低温型ＨＣ改質触
媒４４によってＮＯx浄化に最適な軽質ＨＣに改質さ
れ、一方、６番気筒１６に副噴射された燃料は排気枝管
３６に設けられた中温型ＨＣ改質触媒４６を通過し、そ
の際に燃料のＨＣ成分が中温型ＨＣ改質触媒４６によっ
てＮＯx浄化に最適な軽質ＨＣに改質される。これら低
温型及び中温型ＨＣ改質触媒４４，４６によって改質さ
れた軽質ＨＣは、排気マニホールド４０、集合排気管４
２を通って触媒コンバータ９の選択還元型ＮＯx触媒９
ａ，９ｂに供給され、選択還元型ＮＯx触媒９ａ，９ｂ
におけるＮＯxの還元浄化に供される。

【００４４】さらに、排気ガス温Ｔexが第３設定温度Ｔ
3以上であって第４設定温度Ｔ4未満のときには、６番気
筒１６と５番気筒１５に対して副噴射が実行され、４番
気筒１４に対しては副噴射は実行されないこととなる
が、このときには、６番気筒１６に副噴射された燃料
は、排気枝管３６に設けられた中温型ＨＣ改質触媒４６
を通過し、その際に燃料のＨＣ成分が中温型ＨＣ改質触
媒４６によってＮＯx浄化に最適な軽質ＨＣに改質さ
れ、一方、５番気筒１５に副噴射された燃料は排気枝管
３５に設けられた高温型ＨＣ改質触媒４５を通過し、そ
の際に燃料のＨＣ成分が高温型ＨＣ改質触媒４５によっ
てＮＯx浄化に最適な軽質ＨＣに改質される。これら中
温型及び高温型ＨＣ改質触媒４６，４５によって改質さ
れた軽質ＨＣは、排気マニホールド４０、集合排気管４
２を通って触媒コンバータ９の選択還元型ＮＯx触媒９
ａ，９ｂに供給され、選択還元型ＮＯx触媒９ａ，９ｂ
におけるＮＯxの還元浄化に供される。

【００４５】また、排気ガス温Ｔexが第４設定温度Ｔ4
以上であって第５設定温度Ｔ5未満のときには、５番気
筒１５に対してのみ副噴射が実行されるが、このとき、
５番気筒１５に副噴射された燃料は、排気枝管３５に設
けられた高温型ＨＣ改質触媒４５を通過する。高温型Ｈ
Ｃ改質触媒４４は酸化能が弱いので、排気ガス温Ｔexが
前記温度範囲にあっても燃料が燃焼焼失することはな
く、燃料のＨＣ成分をＮＯx浄化に最適な軽質ＨＣに改
質することができる。高温型ＨＣ改質触媒４５で改質さ
れた軽質ＨＣは、排気マニホールド４０、集合排気管４
２を通って触媒コンバータ９の選択還元型ＮＯx触媒９
ａ，９ｂに供給され、選択還元型ＮＯx触媒９ａ，９ｂ
におけるＮＯxの還元浄化に供される。

【００４６】したがって、この実施の形態の排気浄化装
置においては、排気ガス温Ｔexが第１設定温度Ｔ1から
第５設定温度Ｔ5の温度範囲に入っているときに、所定
の気筒において副噴射が実行され、副噴射された燃料を
ＨＣ改質触媒４４〜４６に通すことにより、燃料のＨＣ
成分を常にＮＯx浄化に最適な軽質ＨＣに改質して、選
択還元型ＮＯx触媒９ａ，９ｂに供給することができ
る。その結果、触媒コンバータ９のＮＯx浄化温度範囲
を拡大することができるとともに、ＮＯx浄化率が向上
する。特に低温側のＮＯx浄化温度範囲が拡大する。ま
た、ＨＣ軽質化の改善によってＮＯx浄化率を向上させ
ているので、選択還元型ＮＯx触媒９ａ，９ｂの貴金属
量を従来よりも低減することが可能になり、コストダウ
ンを図ることができる。

【００４７】また、副噴射された燃料のＨＣ成分が常に
ＮＯx浄化に最適な軽質ＨＣに改質されるので、高沸点
ＨＣが触媒コンバータ９に供給されなくなり、その結
果、選択還元型ＮＯx触媒９ａ，９ｂがＨＣ被毒（ＳＯ
Ｆ被毒）されにくくなる。これは、排気ガス温Ｔexの低
温時に特に効果が大きい。

【００４８】排気ガス温Ｔexの低温時においても、副噴
射された燃料のＨＣ成分が常にＮＯx浄化に最適な軽質
ＨＣに改質され、この軽質ＨＣがＮＯxの還元浄化に供
されるので、排気ガス低温時でのＨＣ浄化率が向上す
る。

【００４９】さらに、ＨＣ軽質化の改善によってＮＯx
浄化率を向上させているので、選択還元型ＮＯx触媒９
ａ，９ｂの酸化力を低く抑えることができ、したがっ
て、選択還元型ＮＯx触媒でサルフェートが生成される
のを抑制することができる。

【００５０】図３は、この実施の形態の排気浄化装置に
おいて、触媒コンバータ９の触媒床温Ｔcatと、ＮＯx浄
化率及び副噴射による燃費悪化との関係を示している。
この図における触媒床温Ｔc₁，Ｔc₂，Ｔc₃，Ｔc₄，Ｔc₅
は、排気ガス温Ｔexに係る前記第１〜第５の設定温度Ｔ
1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4，Ｔ5とそれぞれ対応関係にある。

【００５１】この図では、４番（＃４）気筒１４だけ副
噴射を実行したときのＮＯx浄化率曲線と、６番（＃
６）気筒１６だけ副噴射を実行したときのＮＯx浄化率
曲線と、５番（＃５）気筒１５だけ副噴射を実行したと
きのＮＯx浄化率曲線が記載されているが、４番気筒１
４と６番気筒１６に対して副噴射を実行した場合のＮＯ
x浄化率曲線は、触媒床温がＴc₂とＴc₃の間でＮＯx浄化
率が最大となる曲線になるものと推定される。同様に、
６番気筒１６と５番気筒１５に対して副噴射を実行した
場合のＮＯx浄化率曲線は、触媒床温がＴc₃とＴc₄の間
でＮＯx浄化率が最大となる曲線になるものと推定され
る。

【００５２】この図から明らかなように、触媒床温Ｔc₁
〜Ｔc₅の全温度範囲において４番気筒１４の副噴射だけ
で対応した場合（換言すれば、低温型ＨＣ改質触媒４４
だけで対応した場合）、ＮＯx浄化率は低温側では高い
が高温側では低くなり、また、触媒床温Ｔc₁〜Ｔc₅の全
温度範囲において５番気筒１５の副噴射だけで対応した
場合（換言すれば、高温型ＨＣ改質触媒４５だけで対応
した場合）、ＮＯx浄化率は高温側では高いが低温側で
は低くなる。しかしながら、この実施の形態の排気浄化
装置では、排気ガス温Ｔexの大きさに応じて副噴射を実
行する気筒を切り換えているので、触媒床温Ｔc₁〜Ｔc₅
の全温度範囲においてＮＯx浄化率を高く維持すること
ができるのである。

【００５３】また、触媒床温Ｔc₁〜Ｔc₅の全温度範囲に
おいて６番気筒１６の副噴射だけで対応した場合（換言
すれば、中温型ＨＣ改質触媒４６だけで対応した場合）
の燃費曲線と、この実施の形態の排気浄化装置（即ち、
排気ガス温Ｔexの大きさに応じて副噴射を実行する気筒
を切り換えた場合）における副噴射による燃費曲線とを
比較すると、後者の方が前者の方より低温域において燃
費悪化が低減されることが明らかである。これは、この
実施の形態における排気浄化装置では、排気ガス温Ｔex
が低いほど、副噴射された燃料を酸化能の強いＨＣ改質
触媒に通して軽質ＨＣに改質しているので、排気ガス温
Ｔexが低いときの副噴射時期を、６番気筒１６の副噴射
だけで対応した場合よりも遅らせることが可能になるか
らである。副噴射時期が遅れれば遅れるほど副噴射され
た燃料が燃焼焼失する量は減少する傾向にあり、したが
って、燃費が向上することになる。

【００５４】上述した実施の形態では、５番気筒１５に
対応する排気枝管３５に酸化能の弱い高温型ＨＣ改質触
媒４５を設けているが、排気枝管３５にＨＣ改質触媒を
設けずに、前述の実施の形態と同様に５番気筒１５の副
噴射を実行するようにしてもよい。この場合、酸化能が
限りなく零に近い高温型ＨＣ改質触媒を排気枝管３５に
設けたのと等価と考えることができる。この場合には、
５番気筒１５に副噴射された燃料は、爆発行程時の気筒
内の熱によって軽質ＨＣに改質されるか、あるいは改質
されないまま触媒コンバータ９に供給されることにな
る。

【００５５】

【発明の効果】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置よ
れば、内燃機関の運転状態に応じて副噴射作動切替手段
が副噴射手段の作動を切り換え、これによって副噴射さ
れた燃料をＨＣ改質触媒に通すか否か、あるいはいずれ
のＨＣ改質触媒に通すかを選択するようにしているの
で、選択還元型ＮＯx触媒には常にＮＯx浄化に最適な軽
質ＨＣが供給されるようになり、その結果、ＮＯx浄化
温度範囲が拡大し、ＮＯx浄化率を向上せしめることが
できるとともに、燃費の向上を図ることができるという
優れた効果が奏される。

【００５６】また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装
置では、ＨＣ軽質化の改善によってＮＯx浄化率の向上
を図っているので、選択還元型ＮＯx触媒のＨＣ被毒
（ＳＯＦ被毒）を抑制することができる。

【００５７】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によ
れば、排気ガス低温時でのＨＣ浄化率を向上せしめるこ
とができ、また、サルフェートの生成を抑制することも
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の一実
施の形態における概略構成を示すシステム図である。

【図２】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置におけ
る副噴射作動制御手順の一例を示すフローチャートであ
る。

【図３】ＮＯx浄化率曲線と燃費曲線の一例を示す図
である。

【符号の説明】

１ディーゼルエンジン（内燃機関）９触媒コンバータ９ａ，９ｂ選択還元型ＮＯx触媒１１〜１６気筒２４〜２５燃料噴射弁（副噴射手段）３４〜３６排気枝管（分岐排気通路）４２集合排気管（集合排気通路）４４低温型ＨＣ改質触媒（酸化能を有する触媒）４５中温型ＨＣ改質触媒（酸化能を有する触媒）４６高温型ＨＣ改質触媒（酸化能を有する触媒）１００ＥＣＵ（副噴射作動切替手段）

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年１０月２６日（１９９８．１０．
２６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】また、このエンジン１においては、４番
（＃４）気筒１４と５番（＃５）気筒１５と６番（＃
６）気筒１６で、膨張行程あるいは排気行程においてそ
れぞれの気筒に対応する燃料噴射弁２４，２５，２６か
ら燃料が副噴射されるようになっており、１番（＃１）
気筒１１と２番（＃２）気筒１２と３番（＃３）気筒１
３については副噴射は行われない。尚、４〜６番気筒１
４〜１６のうちのいずれの気筒に対して副噴射が行われ
るかについてはエンジン１の運転状態に応じて決定さ
れ、これについては後で詳述する。尚、この実施の形態
において、燃料噴射弁２４，２５，２６は副噴射手段を
兼用している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/24 ＥＣＲ 3/28 ３０１ 3/28 ３０１Ｃ 3/36 3/36 ＢＦ０２Ｄ 41/34 Ｆ０２Ｄ 41/34 ＨＦターム(参考） 3G091 AA12 AA18 AB02 AB05 AB09 BA13 BA14 CA18 CB02 CB03 DB10 EA01 EA02 EA07 EA17 FB10 GB02X GB02Y GB03X GB03Y GB06X GB06Y GB09Y GB10Y GB16Y HA08 HA36 HA37 HB05 HB06 3G301 HA02 HA11 HA13 HA15 JA02 JA21 JA25 MA01 MA11 MA19 MA23 NA08 PA17Z PD11Z PE01Z PE03Z PE05Z PF03Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸素過剰下で運転可能な多気筒内燃機関
の気筒毎の排気ガスが流れる複数の分岐排気通路と、こ
の分岐排気通路の下流側で該分岐排気通路が集合する集
合排気通路と、前記分岐排気通路の一つに設けられた酸
化能を有する第１触媒と、前記分岐排気通路の他の一つ
に設けられ酸化能を前記第１触媒と異にする第２触媒
と、前記集合排気通路に設けられ酸素過剰の雰囲気で炭
化水素の存在下でＮＯxを還元または分解する選択還元
型ＮＯx触媒と、前記第１触媒及び第２触媒を設けた分
岐排気通路に対応する気筒内に膨張または排気行程で燃
料を副噴射する第１及び第２副噴射手段と、前記内燃機
関の運転状態に応じて前記第１及び第２副噴射手段の作
動を切り換える副噴射作動切替手段と、を備えたことを
特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】酸素過剰下で運転可能な多気筒内燃機関
の気筒毎の排気ガスが流れる複数の分岐排気通路と、こ
の分岐排気通路の下流側で該分岐排気通路が集合する集
合排気通路と、前記複数ある分岐排気通路のうちの一部
の分岐排気通路に設けられた酸化能を有する触媒と、前
記集合排気通路に設けられ酸素過剰の雰囲気で炭化水素
の存在下でＮＯxを還元または分解する選択還元型ＮＯx
触媒と、前記酸化能を有する触媒を設けた分岐排気通路
及び触媒を有しない分岐排気通路に対応する気筒内に膨
張または排気行程で燃料を副噴射する複数の副噴射手段
と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記複数の副噴射
手段の作動を切り換える副噴射作動切替手段と、を備え
たことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。