JP2000205005A

JP2000205005A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2000205005A
Application number: JP11006007A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Tawara; 淳田原; Toshihisa Sugiyama; 敏久杉山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-01-13
Filing date: 1999-01-13
Publication date: 2000-07-25

Abstract

(57)【要約】【課題】２次燃料をＮＯ_X放出、還元のために有効に
利用する。【解決手段】流入する排気の空燃比がリーンのときに
ＮＯ_Xを吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下する
と吸収しているＮＯ_Xを放出する第１のＮＯ_X吸収剤１
７を排気マニホルド１４の分岐部１５内に配置されたパ
ティキュレートフィルタ１６上に担持させる。機関燃焼
室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１１を具備する。
第１のＮＯ_X吸収剤１７からＮＯ_Xを放出させるべきと
きには膨張行程または排気行程に燃料噴射弁１１から燃
料を２次的に噴射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気浄化
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、流入する排気の空燃比がリー
ンのときにＮＯ_Xを吸収し、流入する排気中の酸素濃度
が低下すると吸収しているＮＯ_Xを放出するＮＯ_X吸収
剤を機関排気通路内に配置し、ＮＯ_X吸収剤に還元剤を
供給するための還元剤供給装置をＮＯ_X吸収剤上流の排
気通路内に配置し、ＮＯ_X吸収剤からＮＯ_Xを放出させ
るべきときには還元剤供給装置からＮＯ_X吸収剤に還元
剤を供給するようにした内燃機関が知られている。

【０００３】一方、機関燃焼室内に燃料を直接噴射する
燃料噴射弁を備えた内燃機関において機関膨張行程また
は排気行程に燃料噴射弁から燃料を２次的に噴射するこ
とによってもＮＯ_X吸収剤に還元剤を供給することがで
きる。この場合、２次燃料は燃焼室内で加熱されるため
に揮発が促進せしめられまたは部分的に分解せしめら
れ、斯くしてＮＯ_X放出、還元のために有効な２次燃料
成分が増大せしめられる。

【０００４】そこでＮＯ_X吸収剤からＮＯ_Xを放出させ
るべきときには機関膨張行程または排気行程に燃料噴射
弁から燃料を２次的に噴射するようにした内燃機関の排
気浄化装置が公知である（特開平６−２１２９６１号公
報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この排
気浄化装置では排気マニホルドに排気管を介しケーシン
グが接続され、このケーシング内にＮＯ_X吸収剤が収容
されている。このように燃焼室内からＮＯ_X吸収剤まで
の距離が長いとＮＯ_X吸収剤に到るまでに２次燃料から
なる還元剤の分解または揮発が進行し、それによりＮＯ
_X放出、還元のために有効な２次燃料成分が減少し、斯
くして２次燃料をＮＯ_X放出、還元のために有効に利用
できないという問題点がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に１番目の発明によれば、流入する排気の空燃比がリー
ンのときにＮＯ_Xを吸収し、流入する排気中の酸素濃度
が低下すると吸収しているＮＯ_Xを放出する第１のＮＯ
_X吸収剤を排気マニホルド内または排気マニホルド直下
流の機関排気通路内に配置し、機関燃焼室内に燃料を直
接噴射する燃料噴射弁を具備し、第１のＮＯ_X吸収剤か
らＮＯ_Xを放出させるべきときには膨張行程または排気
行程に燃料噴射弁から燃料を２次的に噴射するようにし
ている。すなわち１番目の発明では、第１のＮＯ_X吸収
剤が機関燃焼室の近くに配置されるのでＮＯ_X放出、還
元のために有効な２次燃料成分が減少するのが阻止さ
れ、したがって２次燃料がＮＯ_X放出、還元のために有
効に利用される。

【０００７】また、２番目の発明によれば１番目の発明
において、排気中の微粒子を捕集するためのパティキュ
レートフィルタが排気マニホルド内または排気マニホル
ド直下流の機関排気通路内に配置されており、第１のＮ
Ｏ_X吸収剤をパティキュレートフィルタ上に担持させ、
パティキュレートフィルタを再生すべきときには膨張行
程または排気行程に燃料噴射弁から燃料を２次的に噴射
するようにしている。すなわち２番目の発明では、パテ
ィキュレートフィルタの再生作用が行われると第１のＮ
Ｏ_X吸収剤からＮＯ_Xが放出される。

【０００８】また、３番目の発明によれば２番目の発明
において、機関低負荷運転時において膨張行程または排
気行程に燃料噴射弁から燃料を２次的に噴射して第１の
ＮＯ _X吸収剤からＮＯ_Xを放出させるようにしている。
すなわち３番目の発明では、第１のＮＯ_X吸収剤に流入
する排気中の酸素量が少ない機関低負荷運転時に第１の
ＮＯ_X吸収剤からＮＯ_Xを放出させるようにしているの
でＮＯ_X放出、還元のために必要が２次燃料量が低減さ
れる。

【０００９】また、４番目の発明によれば２番目の発明
において、第１のＮＯ_X吸収剤下流の機関排気通路内に
第２のＮＯ_X吸収剤を配置すると共に、第２のＮＯ_X吸
収剤に還元剤を供給するための還元剤供給装置を第１の
ＮＯ_X吸収剤と第２のＮＯ_X吸収剤間の機関排気通路内
に配置し、パティキュレートフィルタの温度が予め定め
られた設定温度よりも高いときに還元剤供給装置から第
２のＮＯ_X吸収剤に還元剤を供給するようにしている。
すなわち４番目の発明では、第１のＮＯ_X吸収剤からＮ
Ｏ_Xが流出したとしてもこのＮＯ_Xが第２のＮＯ_X吸収
剤に吸収される。また、パティキュレートフィルタの温
度が設定温度よりも高いときにはパティキュレートフィ
ルタが自然再生されるので第２のＮＯ_X吸収剤に流入す
る排気中の酸素量が低減されている。そこで４番目の発
明では、このとき還元剤供給装置から第２のＮＯ_X吸収
剤に還元剤を供給して第２のＮＯ_X吸収剤からＮＯ_Xを
放出させるようにしている。

【００１０】また、上記課題を解決するために５番目の
発明によれば、流入する排気の空燃比がリーンのときに
ＮＯ_Xを吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下する
と吸収しているＮＯ_Xを放出する第１および第２のＮＯ
_X吸収剤を備えた内燃機関の排気浄化装置において、排
気中の微粒子を捕集するためのを排気マニホルド内また
は排気マニホルド直下流の機関排気通路内に配置し、パ
ティキュレートフィルタ上に第１のＮＯ_X吸収剤を担持
させ、第１のＮＯ_X吸収剤下流の機関排気通路内に第２
のＮＯ_X吸収剤を配置し、機関燃焼室内に燃料を直接噴
射する燃料噴射弁を具備し、第２のＮＯ_X吸収剤に還元
剤を供給するための還元剤供給装置をパティキュレート
フィルタと第２のＮＯ_X吸収剤間の機関排気通路内に配
置し、第１のＮＯ_X吸収剤からＮＯ_Xを放出させるべき
ときには膨張行程または排気行程に燃料噴射弁から燃料
を２次的に噴射するようにし、第２のＮＯ_X吸収剤から
ＮＯ_Xを放出させるべきときには還元剤供給装置から還
元剤を供給するようにしている。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明をディーゼル機関に
適用した場合を示している。しかしながら本発明を火花
点火式機関に適用することもできる。図１を参照する
と、機関本体１は例えば四つの気筒＃１，＃２，＃３，
＃４を具備する。各気筒は対応する吸気枝管２を介して
サージタンク３に接続され、サージタンク３は吸気ダク
ト４およびインタークーラ５を介して過給機、例えば排
気ターボチャージャ６のコンプレッサ６ｃの出口部に接
続される。コンプレッサ６ｃの入口部は空気吸い込み管
７を介してエアクリーナ８に接続される。サージタンク
３とインタークーラ５間の吸気ダクト４内にはアクチュ
エータ９により駆動されるスロットル弁１０が配置され
る。また、各気筒は燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料
噴射弁１１を具備する。各燃料噴射弁１１は共通の燃料
蓄圧室１２を介し吐出量を制御可能な燃料ポンプ１３に
接続される。燃料ポンプ１３は燃料蓄圧室１２内の燃料
圧が目標燃料圧となるように吐出量が制御される。

【００１２】一方、各気筒には排気マニホルド１４のそ
れぞれ対応する分岐部１５が接続される。各分岐部１５
内にはパティキュレートフィルタ１６が収容されてお
り、後述するようにパティキュレートフィルタ１６には
第１のＮＯ_X吸収剤１７がそれぞれ担持されている。排
気マニホルド１４の集合部は排気ターボチャージャ６の
排気タービン６ｔの入口部に接続され、排気タービン６
ｔの出口部は排気管１８を介して第２のＮＯ_X吸収剤１
９を収容したケーシング２０に接続され、ケーシング２
０は排気管２１に接続される。また、排気タービン６ｔ
と第２のＮＯ_X吸収剤１９間に位置する排気管１８内に
は第２のＮＯ_X吸収剤１９に還元剤を供給するための還
元剤噴射弁２２が配置される。この還元剤噴射弁２２は
燃料蓄圧室１２に接続されており、したがって本実施態
様では機関の燃料（ＨＣ）が還元剤として用いられる。
なお、還元剤として例えばガソリン、イソオクタン、ヘ
キサン、ヘプタン、軽油、灯油、ブタン、プロパンのよ
うな炭化水素、水素、アンモニア、尿素などを用いるこ
とができる。

【００１３】さらに、排気マニホルドパティキュレート
フィルタ１６下流の排気マニホルド１４と、スロットル
弁１０下流の吸気ダクト４とは排気再循環（以下ＥＧＲ
と称す）通路２３を介して互いに接続され、ＥＧＲ通路
２３内にはアクチュエータ２４により駆動されるＥＧＲ
制御弁２５が配置される。このように還元剤噴射弁２２
よりも上流にＥＧＲ通路２３を設けるようにすると還元
剤噴射弁２２から噴射された２次燃料がＥＧＲガスと共
に機関吸気通路に戻されるのが阻止される。

【００１４】電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタ
ルコンピュータからなり、双方向性バス３１を介して相
互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、Ｒ
ＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイク
ロプロセッサ）３４、常時電源に接続されているＢ−Ｒ
ＡＭ（バックアップＲＡＭ）３５、入力ポート３６、お
よび出力ポート３７を具備する。空気吸い込み管７内に
は吸入空気の質量流量を検出するための質量流量センサ
３８が配置される。燃料蓄圧室１２には燃料蓄圧室１２
内の燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ
３９が配置される。パティキュレートフィルタ１６上流
に位置する排気マニホルド１４の分岐部１５にはパティ
キュレートフィルタ１６に流入する排気の温度に比例し
た出力電圧を発生する温度センサ４０が配置される。ま
た、踏み込み量センサ４１はアクセルペダルの踏み込み
量ＤＥＰに比例した出力電圧を発生する。これらセンサ
３８，３９，４０，４１の出力電圧はそれぞれ対応する
ＡＤ変換器４２を介して入力ポート３６に入力される。
また、入力ポート３６には機関回転数を表す出力パルス
を発生する回転数センサ４３が接続される。一方、出力
ポート３７はそれぞれ対応する駆動回路４４を介して各
燃料噴射弁７、アクチュエータ９、燃料ポンプ１３、還
元剤噴射弁２２、およびアクチュエータ２４にそれぞれ
接続される。

【００１５】図２はパティキュレートフィルタ１６を詳
細に示している。図２を参照すると、ウォールフロー型
のパティキュレートフィルタ１６はセラミックなどの多
孔質材料から形成されて排気通路軸線に対しほぼ平行に
延びるセル壁５０により画定された複数のセルを具備
し、排気上流端が開放されかつ排気下流端が閉鎖された
上流端開放セル５１と、排気上流端が閉鎖されかつ排気
下流端が開放された下流端開放セル５２とが交互に繰り
返し並べられて形成されている。パティキュレートフィ
ルタ１６は上流端開放セル５１の内壁面を含む排気流入
面５３と、下流端開放セル５２の内壁面を含む排気流出
面５４とを有しており、したがって図２において一点鎖
線でもって示すように排気ＥＧは排気流入面５３を介し
パティキュレートフィルタ１６に流入し、排気流出面５
４を介しパティキュレートフィルタ１６から流出する。
また、図２に示されるように排気流出面５４が第１のＮ
Ｏ_X吸収剤１７により覆われている。なお、排気流入面
５３上にＮＯ_X吸収剤を配置してもよい。

【００１６】一方、各ＮＯ_X吸収剤１７，１９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、パラ
ジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴
金属とが担持されている。このＮＯ_X吸収剤１７，１９
は流入する排気の空燃比がリーンのときにはＮＯ_Xを吸
収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収した
ＮＯ_Xを放出するＮＯ_Xの吸放出作用を行う。なお、Ｎ
Ｏ_X吸収剤１７，１９上流の排気通路内に燃料或いは空
気が供給されない場合には流入する排気の空燃比は各気
筒に供給される全燃料量に対する全空気量の比に一致す
る。

【００１７】上述のＮＯ_X吸収剤１７，１９を機関排気
通路内に配置すればこのＮＯ_X吸収剤１７，１９は実際
にＮＯ_Xの吸放出作用を行うがこの吸放出作用の詳細な
メカニズムについては明らかでない部分もある。しかし
ながらこの吸放出作用は図３（Ａ），３（Ｂ）に示すよ
うなメカニズムで行われているものと考えられる。次に
このメカニズムについて担体上に白金Ｐｔおよびバリウ
ムＢａを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴
金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても
同様なメカニズムとなる。

【００１８】すなわち、流入する排気がかなりリーンに
なると流入する排気中の酸素濃度が大巾に増大し、図３
（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ₂がＯ₂ ^-または
Ｏ^2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する
排気中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ₂ ^-またはＯ^2-と
反応し、ＮＯ₂となる（２ＮＯ＋Ｏ₂→２ＮＯ₂）。次
いで生成されたＮＯ₂の一部は白金Ｐｔ上でさらにに酸
化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと
結合しながら、図３（Ａ）に示されるように硝酸イオン
ＮＯ₃ ^-の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮ
Ｏ_XがＮＯ_X吸収剤１７，１９内に吸収される。

【００１９】流入する排気中の酸素濃度が高い限り白金
Ｐｔの表面でＮＯ₂が生成され、吸収剤のＮＯ_X吸収能
力が飽和しない限りＮＯ₂が吸収剤内に吸収されて硝酸
イオンＮＯ₃ ^-が生成される。これに対して流入する排
気中の酸素濃度が低下してＮＯ₂の生成量が低下すると
反応が逆方向（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂）に進み、斯くして吸
収剤内の硝酸イオンＮＯ₃ ^-がＮＯ₂の形で吸収剤から
放出される。すなわち、流入する排気中の酸素濃度が低
下するとＮＯ_X吸収剤１７，１９からＮＯ_Xが放出され
ることになる。流入する排気のリーンの度合が低くなれ
ば流入する排気中の酸素濃度が低下し、したがって流入
する排気のリーンの度合を低くすればＮＯ_X吸収剤１
７，１９からＮＯ_Xが放出されることになる。

【００２０】一方、このときＮＯ_X吸収剤１７，１９に
還元剤例えばＨＣを供給して流入する排気の空燃比をリ
ッチにするとＨＣ、および機関から排出されるＨＣ，Ｃ
Ｏは白金Ｐｔ上の酸素Ｏ₂ ^-またはＯ^2-と反応して酸化
せしめられる。また、流入する排気の空燃比をリッチに
すると流入する排気中の酸素濃度が極度に低下するため
に吸収剤からＮＯ₂が放出され、このＮＯ２は図３
（Ｂ）に示されるようにＨＣ，ＣＯと反応して還元せし
められる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ ₂が
存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮＯ₂が放出
される。したがって流入する排気の空燃比をリッチにす
ると短時間のうちにＮＯ_X吸収剤１７，１９からＮＯ_X
が放出されることになる。なお、ＮＯ_X吸収剤１７，１
９に流入する排気の平均空燃比がリーンであっても流入
排気中に一定量以上のＨＣ，ＣＯが含まれていると局所
的に酸素濃度が低下するために吸収剤からＮＯ₂が放出
され、還元されうる。

【００２１】本実施態様では通常運転時に各気筒で燃焼
せしめられる混合気の空燃比はリーンに維持されてお
り、したがって通常運転時に各気筒から排出される排気
中のＮＯ_Xは第１のＮＯ_X吸収剤１７に吸収される。第
１のＮＯ_X吸収剤１７からＮＯ _Xが流出したとしてもこ
のＮＯ_Xは第２のＮＯ_X吸収剤１９に吸収される。とこ
ろが、ＮＯ_X吸収剤１７，１９のＮＯ_X吸収能力には限
界があるのでＮＯ_X吸収剤１７，１９のＮＯ_X吸収能力
が飽和する前にＮＯ_X吸収剤１７，１９からＮＯ _Xを放
出させる必要がある。そこで本実施態様では、第１のＮ
Ｏ_X吸収剤１７のＮＯ_X吸収量を求め、このＮＯ_X吸収
量が予め定められた設定量よりも多くなったときに第１
のＮＯ_X吸収剤１７に還元剤を供給して第１のＮＯ_X吸
収剤１７内のＮＯ_Xを放出、還元するようにしている。

【００２２】第１のＮＯ_X吸収剤１７に還元剤を供給す
るために本実施態様では、圧縮上死点周りに行われる燃
料噴射とは別に燃料噴射弁７から膨張行程または排気行
程に２回目の燃料噴射すなわち２次燃料噴射を行うよう
にしている。この２次燃料噴射による燃料は機関出力に
ほとんど寄与しない。このように２次燃料噴射が行われ
るとこの２次燃料は燃焼室内で加熱されるために揮発が
促進せしめられまたは部分的に分解せしめられ、斯くし
てＮＯ_X放出、還元のために有効な２次燃料成分が増大
せしめられる。次いで２次燃料は機関排気通路内を流通
するが、排気通路内を流通する間に２次燃料の分解また
は揮発が次第に進行し、それによりＮＯ_X放出、還元の
ために有効な２次燃料成分が次第に減少する。

【００２３】図４は燃焼室からの距離がＬの位置の排気
通路内におけるＮＯ_X放出、還元のために有効な２次燃
料成分の残留率ＲＲを示す実験結果である。図４からわ
かるように、残留率ＲＲは距離Ｌが大きくなるにつれて
小さくなり、Ｌ＞４００（ｍｍ）となると許容最低残留
率ＲＲ１よりも小さくなる。そこで本実施態様では、Ｌ
≦４００（ｍｍ）である排気通路内に第１のＮＯ_X吸収
剤１７を配置するために第１のＮＯ_X吸収剤１７を排気
マニホルド１４の分岐部１５内に配置している。その結
果、ＮＯ_X放出、還元のために有効な２次燃料成分が減
少する前に第１のＮＯ_X吸収剤１７に供給される。

【００２４】ただし、第１のＮＯ_X吸収剤１７のＮＯ_X
吸収量が設定量よりも多くなったときでも第１のＮＯ_X
吸収剤１７の温度ＴＮ１が次に説明するウィンドウ外の
ときには２次燃料噴射を行わないようにしている。すな
わち、図５に示されるようにＮＯ_X吸収剤温度ＴＮがウ
ィンドウ外のときにはＮＯ_X吸収剤のＮＯ_X浄化率ＰＲ
が許容最低浄化率ＰＲ１よりも低くなる。そこで本実施
態様では、第１のＮＯ _X吸収剤１７のＮＯ_X吸収量が設
定量よりも多くなったときに第１ＮＯ_X吸収剤温度ＴＮ
１がウィンドウ内のときには２次燃料噴射を行い、第１
ＮＯ_X吸収剤温度ＴＮ１がウィンドウ外のときには２次
燃料噴射を行わないようにしている。

【００２５】ところが、第１ＮＯ_X吸収剤温度ＴＮ１が
ウィンドウ内にある頻度が低い場合に、第１ＮＯ_X吸収
剤温度ＴＮ１がウィンドウ内にあるにも関わらず第１の
ＮＯ _X吸収剤１７のＮＯ_X吸収量が設定量よりも少ない
ということで第１のＮＯ_X吸収剤１７内のＮＯ_X放出、
還元作用を行わないと第１のＮＯ_X吸収剤１７がＮＯ _X
吸収能力が飽和する恐れがある。

【００２６】一方、ＮＯ_X吸収剤内のＮＯ_Xを良好に放
出、還元するために必要な２次燃料量は機関負荷を表す
吸入空気質量流量Ｇａが増大するにつれて増大する。し
たがって吸入空気質量流量Ｇａが少ないときに２次燃料
噴射を行うと２次燃料をＮＯ _X放出、還元のために有効
に利用することができる。また、第１のＮＯ_X吸収剤１
７のＮＯ_X吸収量が極めて少ないときに２次燃料噴射を
行っても２次燃料を有効に利用することができない。

【００２７】そこで本実施態様では、第１ＮＯ_X吸収剤
温度ＴＮ１がウィンドウ内にあり、かつ吸入空気質量流
量Ｇａが予め定められた設定量よりも少なく、かつ第１
のＮＯ_X吸収剤１７のＮＯ_X吸収量が小さな一定値より
も多いときには、第１のＮＯ _X吸収剤１７のＮＯ_X吸収
量が設定量よりも少なくても２次燃料噴射を行って第１
のＮＯ_X吸収剤１７内のＮＯ_Xを放出、還元するように
している。その結果、２次燃料を有効に利用しつつ第１
のＮＯ_X吸収剤１７のＮＯ_X吸収能力が飽和するのを阻
止することができる。

【００２８】なお、第１ＮＯ_X吸収剤温度ＴＮ１がウィ
ンドウ内にありかつ吸入空気質量流量Ｇａが設定量より
も少なくなるのは例えば機関加速運転直後の低負荷運転
時であり、このときパティキュレートフィルタ温度また
は第１ＮＯ_X吸収剤温度は低下している。パティキュレ
ートフィルタ１６それ自体または第１のＮＯ_X吸収剤１
７の担体はＨＣ吸着作用を備えており、このようにパテ
ィキュレートフィルタ温度または第１ＮＯ_X吸収剤温度
が低下するときに２次燃料噴射を行うと２次燃料の一部
がパティキュレートフィルタ１６または担体に吸着され
うる。この吸着された２次燃料は次いでパティキュレー
トフィルタ温度または第１ＮＯ_X吸収剤温度が上昇する
とパティキュレートフィルタまたは担体から離脱し、第
１のＮＯ _X吸収剤１７内のＮＯ_Xを還元する。

【００２９】一方、機関から排出される排気中にはす
す、カーボン、有機可溶成分（ＳＯＦ）、サルフェート
などからなるパティキュレートが含まれており、このパ
ティキュレートはパティキュレートフィルタ１６に捕集
される。ところがパティキュレートフィルタ１６のパテ
ィキュレート捕集量が多くなると機関背圧が高くなるの
で機関背圧が高くなる前にパティキュレートフィルタ１
６からパティキュレートを除去するすなわちパティキュ
レートフィルタ１６を再生する必要がある。

【００３０】パティキュレートフィルタ１６の温度ＴＰ
Ｆが再生開始温度ＴＰＲよりも高くなるとパティキュレ
ートフィルタ１６に捕集されているパティキュレートが
燃焼を開始し、斯くしてパティキュレートフィルタ１６
の再生が開始される。一方、２次燃料噴射を行ってパテ
ィキュレートフィルタ１６に２次燃料を供給するとこの
２次燃料がパティキュレートフィルタ１６で燃焼するた
めにパティキュレートフィルタ温度ＴＰＦを上昇させる
ことができる。そこで本実施態様では、パティキュレー
トフィルタ１６のパティキュレート捕集量を求め、この
パティキュレート捕集量が予め定められた設定量よりも
多くなったときに２次燃料噴射を行ってパティキュレー
トフィルタ温度ＴＰＦを再生開始温度ＴＰＲよりも高く
し、それによりパティキュレートフィルタ１６を再生す
るようにしている。

【００３１】また、例えば機関加速運転が行われてパテ
ィキュレートフィルタ１６に流入する排気の温度が高く
なり、それによりパティキュレートフィルタ温度ＴＰＦ
が再生開始温度ＴＰＲよりも高くなると、２次燃料噴射
を行わなくてもパティキュレートフィルタ１６が再生さ
れる。このようにパティキュレートフィルタ１６の再生
作用が行われると第１のＮＯ _X吸収剤１７に流入する排
気中の酸素濃度が低下するために第１のＮＯ_X吸収剤１
７から吸収されているＮＯ_Xが放出される。この放出さ
れたＮＯ_Xの一部は第１のＮＯ_X吸収剤１７において２
次燃料により還元され、残りは第２のＮＯ_X吸収剤１９
に流入する。また、第２のＮＯ_X吸収剤１９からも吸収
されているＮＯ _Xが放出される。そこで本実施態様で
は、このとき還元剤噴射弁２２から還元剤として２次燃
料を噴射し、それにより第２のＮＯ_X吸収剤１９におい
てＮＯ_Xを還元するようにしている。

【００３２】図６および図７は第１ＮＯ_XフラグＸＮ１
を制御するためのルーチンである。このルーチンは予め
定められた設定時間ＤＬＴ毎の割り込みによって実行さ
れる。図６および図７を参照すると、まずステップ５０
ではパティキュレートフラグＸＰがセットされているか
否かが判別される。パティキュレートフラグＸＰはパテ
ィキュレートフィルタ１６を再生すべきときにセットさ
れ（ＸＰ＝“１”）、それ以外はリセットされる（ＸＰ
＝“０”）ものである。パティキュレートフラグＸＰが
リセットされているときには次いでステップ５１に進
み、第１ＮＯ_XフラグＸＮ１がセットされているか否か
が判別される。第１ＮＯ_XフラグＸＮ１は第１のＮＯ_X
吸収剤１７内のＮＯ_Xを放出、還元すべきときにセット
され（ＸＮ１＝“１”）、それ以外はリセットされる
（ＸＮ１＝“０”）ものである。第１ＮＯ_XフラグＸＮ
１がリセットされているときには次いでステップ５２に
進み、単位時間当たり第１のＮＯ_X吸収剤１７に吸収さ
れるＮＯ_X量ｄＡＮが算出される。このＮＯ_X量ｄＡＮ
は例えば機関負荷を表す吸入空気質量流量Ｇａおよび機
関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されて
いる。続くステップ５３では本ルーチンの割り込み時間
間隔ＤＬＴおよびｄＡＮの積（ｄＡＮ・ＤＬＴ）を積算
することにより第１のＮＯ_X吸収剤１７のＮＯ_X吸収量
ＳＮ１が算出される（ＳＮ１＝ＳＮ１＋ｄＡＮ・ＤＬ
Ｔ）。続くステップ５４では第１のＮＯ_X吸収剤１７の
ＮＯ_X吸収量ＳＮ１が設定量ＮＴ１よりも大きいか否か
が判別される。ＳＮ１≦ＮＴ１のときには次いでステッ
プ５５に進み、第１ＮＯ_X吸収剤温度ＴＮ１が図５に示
されるウィンドウ内にあるか否かが判別される。第１Ｎ
Ｏ_X吸収剤温度ＴＮ１がウィンドウ外にあるときには処
理サイクルを終了し、ウィンドウ内にあるときには次い
でステップ５６に進み、吸入空気質量流量Ｇａが設定量
Ｇ１よりも少ないか否かが判別される。Ｇａ≧Ｇ１のと
きには処理サイクルを終了し、Ｇａ＜Ｇ１のときには次
いでステップ５７に進み、第１のＮＯ_X吸収剤１７のＮ
Ｏ_X吸収量ＳＮ１が小さな一定値ａよりも少ないか否か
が判別される。ＳＮ１≧ａのときには処理サイクルを終
了し、ＳＮ１＜ａのときには次いでステップ５８に進ん
で第１ＮＯ_XフラグＸＮ１がセットされる。一方、ステ
ップ５４においてＳＮ１＞ＮＴ１のときにも次いでステ
ップ５８に進んで第１ＮＯ_XフラグＸＮ１がセットされ
る。

【００３３】第１ＮＯ_XフラグＸＮ１がセットされたと
きにはステップ５１からステップ５９に進み、単位時間
当たり第１のＮＯ_X吸収剤１７から放出されるＮＯ_X量
ｄＲＮが算出される。このＮＯ_X量ｄＲＮは例えば第１
ＮＯ_X吸収剤温度ＴＮ１、吸入空気質量流量Ｇａ、機関
回転数Ｎ、第１ＮＯ_XフラグＸＮ１がセットされてから
の時間の関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されてい
る。続くステップ６０では本ルーチンの割り込み時間間
隔ＤＬＴおよびｄＲＮの積の負値（−ｄＲＮ・ＤＬＴ）
を積算することにより第１のＮＯ_X吸収剤１７のＮＯ_X
吸収量ＳＮ１が算出される（ＳＮ１＝ＳＮ１−ｄＲＮ・
ＤＬＴ）。続くステップ６１では第１のＮＯ_X吸収剤１
７のＮＯ_X吸収量ＳＮ１が小さな一定値ｂよりも小さい
か否かが判別される。ＳＮ１≧ｂのときには次いでステ
ップ６２に進み、第１ＮＯ_X吸収剤温度ＴＮ１がウィン
ドウ内にあるか否かが判別される。第１ＮＯ_X吸収剤温
度ＴＮ１がウィンドウ内にあるときには次いで処理サイ
クルを終了し、第１ＮＯ_X吸収剤温度ＴＮ１がウィンド
ウ外にあるときには次いでステップ６３に進む。また、
ステップ６１においてＳＮ１＜ｂのときにも次いでステ
ップ６３に進む。ステップ６３では第１ＮＯ_XフラグＸ
Ｎ１がリセットされる。

【００３４】図８はパティキュレートフラグＸＰおよび
第２ＮＯ_XフラグＸＮ２を制御するためのルーチンであ
る。このルーチンは予め定められた設定時間ＤＬＴ毎の
割り込みによって実行される。図８を参照すると、まず
ステップ７０ではパティキュレートフラグＸＰがセット
されているか否かが判別される。パティキュレートフラ
グＸＰがセットされていないときには次いでステップ７
１に進み、パティキュレートフィルタ温度ＴＰＦが再生
開始温度ＴＰＲよりも高いか否かが判別される。ＴＰＦ
≦ＴＰＲのときには次いでステップ７２に進み、第２Ｎ
Ｏ_XフラグＸＮ２がリセットされる。この第２ＮＯ_Xフ
ラグＸＮ２は第２のＮＯ_X吸収剤１９内のＮＯ_Xを放出
還元すべく還元剤噴射弁２２から２次燃料を噴射すべき
ときにセットされ、それ以外はリセットされるものであ
る。続くステップ７３では単位時間当たりパティキュレ
ートフィルタ１６に捕集されるパティキュレート量ｄＣ
Ｐが算出される。このパティキュレート量ｄＣＰは例え
ば燃料噴射弁１１から噴射される燃料量の積算値、吸入
空気質量流量Ｇａ、機関回転数Ｎおよびパティキュレー
トフィルタ１６のパティキュレート捕集効率、の関数と
して予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ
７４では本ルーチンの割り込み時間間隔ＤＬＴおよびｄ
ＣＰの積（ｄＣＰ・ＤＬＴ）を積算することによりパテ
ィキュレートフィルタ１６のパティキュレート捕集量Ｓ
Ｐが算出される（ＳＰ＝ＳＰ＋ｄＣＰ・ＤＬＴ）。続く
ステップ７５ではパティキュレートフィルタ１６のパテ
ィキュレート量ＳＰが設定値ＳＰＴよりも大きいか否か
が判別される。ＳＰ≦ＳＰＴのときには処理サイクルを
終了し、ＳＰ＞ＳＰＴのときには次いでステップ７６に
進み、パティキュレートフラグＸＰがセットされ、続く
ステップ７７では第２ＮＯ_XフラグＸＮ２がセットされ
る。

【００３５】ステップ７０においてパティキュレートフ
ラグＸＰがセットされているとき、またはステップ７１
においてＴＰＦ＞ＴＰＲのときには次いでステップ７８
に進み、単位時間当たりパティキュレートフィルタ１６
から除去されるパティキュレート量ｄＲＰが算出され
る。このパティキュレート量ｄＲＰは例えばパティキュ
レートフィルタ温度ＴＰＦ、吸入空気質量流量Ｇａ、お
よび機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶
されている。続くステップ７９では本ルーチンの割り込
み時間間隔ＤＬＴおよびｄＲＰの積の負値（−ｄＲＰ・
ＤＬＴ）を積算することによりパティキュレートフィル
タ１６のパティキュレート捕集量ＳＰが算出される（Ｓ
Ｐ＝ＳＰ−ｄＲＰ・ＤＬＴ）。続くステップ８０ではパ
ティキュレートフィルタ１６のパティキュレート量ＳＰ
が小さな一定値ｃよりも小さいか否かが判別される。Ｓ
Ｐ≧ｃのときには処理サイクルを終了し、ＳＰ＜ｃのと
きには次いでステップ８１に進み、パティキュレートフ
ィルタラグＸＰがリセットされ、続くステップ８２では
第２ＮＯ_XフラグＸＮ２がリセットされる。

【００３６】図９は燃料噴射弁１１の２次燃料噴射量Ｑ
Ｓを算出するためのルーチンである。このルーチンは予
め定められた設定時間毎の割り込みによって実行され
る。図９を参照すると、まずステップ９０ではパティキ
ュレートフラグＸＰがセットされているか否かが判別さ
れる。パティキュレートフィルタラグＸＰがリセットさ
れているときには次いでステップ９１に進み、第１ＮＯ
_XフラグＸＮ１がセットされているか否かが判別され
る。第１ＮＯ_XフラグＸＮ１がリセットされているとき
には次いでステップ９２に進み、２次燃料噴射量ＱＳが
零とされる。これに対し、ステップ９１において第１Ｎ
Ｏ_XフラグＸＮ１がセットされているときには次いでス
テップ９３に進み、ＱＮ１が算出される。このＱＮ１は
第１のＮＯ_X吸収剤１７内のＮＯ_Xを最適に放出、還元
するのに必要な２次燃料噴射量であり、例えば吸入空気
質量流量Ｇａおよび機関回転数Ｎの関数として予めＲＯ
Ｍ３２内に記憶されている。続くステップ９４では２次
燃料噴射量ＱＳがこのＱＮ１とされる。

【００３７】一方、ステップ９０においてパティキュレ
ートフラグＸＰがセットされているときには次いでステ
ップ９５に進み、ＱＰが算出される。このＱＰはパティ
キュレートフィルタ温度ＴＰＦを再生開始温度まで上昇
させ維持するのに必要な２次燃料噴射量であり、例えば
パティキュレートフィルタ温度ＴＰＦ、吸入空気質量流
量Ｇａ、および機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３
２内に記憶されている。続くステップ９６では２次燃料
噴射量ＱＳがこのＱＰとされる。

【００３８】図１０は還元剤噴射弁２２の２次燃料噴射
量ＱＲを算出するためのルーチンである。このルーチン
は予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行さ
れる。図１０を参照すると、まずステップ１００では第
２ＮＯ_XフラグＸＮ２がセットされているか否かが判別
される。第２ＮＯ_XフラグＸＮ２がリセットされている
ときには次いでステップ１０１に進み、２次燃料噴射量
ＱＲが零とされる。これに対し、ステップ１００におい
て第２ＮＯ_XフラグＸＮ２がセットされているときには
次いでステップ１０２に進み、ＱＮ２が算出される。こ
のＱＮ２は第２のＮＯ_X吸収剤１９内のＮＯ_Xを最適に
放出、還元するのに必要な２次燃料噴射量であり、例え
ば吸入空気質量流量Ｇａおよび機関回転数Ｎの関数とし
て予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ１
０３では２次燃料噴射量ＱＲがこのＱＮ２とされる。

【００３９】ところで、排気ターボチャージャ６が設け
られる場合には第２のＮＯ_X吸収剤１９は排気ターボチ
ャージャ６下流の排気通路内に配置されるのが好まし
い。しかしながら排気ターボチャージャが設けられない
場合には第２のＮＯ_X吸収剤１９も、有効２次燃料成分
の残留率ＲＲが最低許容残留率ＲＲ１よりも高い排気通
路内に配置すべきである。すなわち、例えば図１１
（Ａ）に示されるように、排気マニホルドと触媒コンバ
ータとが一体的に形成されているマニバータ１１４を機
関本体１に接続し、マニバータ１１４の分岐部１１５内
にパティキュレートフィルタ１６に担持された第１のＮ
Ｏ_X吸収剤１７を配置し、マニバータ１１４の集合部に
第２のＮＯ_X吸収剤１９を配置し、第１のＮＯ_X吸収剤
１７と第２のＮＯ_X吸収剤１９間のマニバータ１１４内
に還元剤噴射弁２２を配置することができる。あるいは
図１１（Ｂ）に示されるように、排気マニホルド１４に
第２のＮＯ_X吸収剤１９を収容したケーシング２０を直
接的に接続し、第１のＮＯ_X吸収剤１７下流の排気マニ
ホルド１４内に還元剤噴射弁２２を配置するようにする
こともできる。

【００４０】

【発明の効果】ＮＯ_X吸収剤が機関燃焼室の近くに配置
されるのでＮＯ_X放出、還元のために有効な２次燃料成
分が減少するのを阻止することができ、したがって２次
燃料をＮＯ_X放出、還元のために有効に利用することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】内燃機関の全体図である。

【図２】パティキュレートフィルタの部分拡大断面図で
ある。

【図３】ＮＯ_X吸収剤の吸放出作用を説明するための図
である。

【図４】有効２次燃料成分の残留率ＲＲを示す線図であ
る。

【図５】ＮＯ_X吸収剤のＮＯ_X浄化率ＰＲを示す線図で
ある。

【図６】第１ＮＯ_XフラグＸＮ１を制御するためのフロ
ーチャートである。

【図７】第１ＮＯ_XフラグＸＮ１を制御するためのフロ
ーチャートである。

【図８】パティキュレートフラグＸＰおよび第２ＮＯ_X
フラグＸＮ２を制御するためのフローチャートである。

【図９】燃料噴射弁の２次燃料噴射量ＱＳを算出するた
めのフローチャートである。

【図１０】還元剤噴射弁の２次燃料噴射量ＱＲを算出す
るためのフローチャートである。

【図１１】別の実施態様を示す内燃機関の部分図であ
る。

【符号の説明】

１…機関本体１１…燃料噴射弁１６…パティキュレートフィルタ１７…第１のＮＯ_X吸収剤１９…第２のＮＯ_X吸収剤２２…還元剤噴射弁

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流入する排気の空燃比がリーンのときに
ＮＯ_Xを吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下する
と吸収しているＮＯ_Xを放出する第１のＮＯ _X吸収剤を
排気マニホルド内または排気マニホルド直下流の機関排
気通路内に配置し、機関燃焼室内に燃料を直接噴射する
燃料噴射弁を具備し、第１のＮＯ_X吸収剤からＮＯ_Xを
放出させるべきときには膨張行程または排気行程に燃料
噴射弁から燃料を２次的に噴射するようにした内燃機関
の排気浄化装置。
【請求項２】排気中の微粒子を捕集するためのパティ
キュレートフィルタが排気マニホルド内または排気マニ
ホルド直下流の機関排気通路内に配置されており、第１
のＮＯ_X吸収剤をパティキュレートフィルタ上に担持さ
せ、パティキュレートフィルタを再生すべきときには膨
張行程または排気行程に燃料噴射弁から燃料を２次的に
噴射するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄
化装置。
【請求項３】機関低負荷運転時において膨張行程また
は排気行程に燃料噴射弁から燃料を２次的に噴射して第
１のＮＯ_X吸収剤からＮＯ_Xを放出させるようにした請
求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】第１のＮＯ_X吸収剤下流の機関排気通路
内に第２のＮＯ_X吸収剤を配置すると共に、第２のＮＯ
_X吸収剤に還元剤を供給するための還元剤供給装置を第
１のＮＯ_X吸収剤と第２のＮＯ_X吸収剤間の機関排気通
路内に配置し、パティキュレートフィルタの温度が予め
定められた設定温度よりも高いときに還元剤供給装置か
ら第２のＮＯ_X吸収剤に還元剤を供給するようにした請
求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】流入する排気の空燃比がリーンのときに
ＮＯ_Xを吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下する
と吸収しているＮＯ_Xを放出する第１および第２のＮＯ
_X吸収剤を備えた内燃機関の排気浄化装置において、排
気中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィル
タを排気マニホルド内または排気マニホルド直下流の機
関排気通路内に配置し、パティキュレートフィルタ上に
第１のＮＯ_X吸収剤を担持させ、第１のＮＯ_X吸収剤下
流の機関排気通路内に第２のＮＯ_X吸収剤を配置し、機
関燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を具備し、
第２のＮＯ_X吸収剤に還元剤を供給するための還元剤供
給装置を第１のＮＯ_X吸収剤と第２のＮＯ_X吸収剤間の
機関排気通路内に配置し、第１のＮＯ_X吸収剤からＮＯ
_Xを放出させるべきときには膨張行程または排気行程に
燃料噴射弁から燃料を２次的に噴射するようにし、第２
のＮＯ_X吸収剤からＮＯ_Xを放出させるべきときには還
元剤供給装置から還元剤を供給するようにした内燃機関
の排気浄化装置。