JP2000356126A - ディーゼルエンジンの排気浄化装置 - Google Patents

ディーゼルエンジンの排気浄化装置

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variable catalyst
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スモークの悪化を防ぎつつ触媒の再生を可能
とする。 【解決手段】 ＥＧＲ域であるかどうかを判定手段７３
が判定し、この判定結果よりＥＧＲ域で吸気中に還流さ
れる排気量を制御手段７４が制御する。ＨＣ変動型触媒
７２のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合に、前記ＥＧＲ
域でこのＨＣ変動型触媒７２に流入する排気中のＨＣ濃
度に変動手段７５が変動を与え、λ変動型触媒７１のＮ
Ｏｘ吸着量が飽和に達した場合に、前記ＥＧＲ域でない
領域でこのλ変動型触媒７１に流入する排気の空燃比を
リッチ化手段７６がリッチ化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はディーゼルエンジ
ンの排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】リーン空燃比（理論空燃比よりリーン側
の空燃比）の領域で排気中のＮＯｘを吸着し、排気空燃
比が理論空燃比やリッチ空燃比（理論空燃比よりリッチ
側の空燃比）で触媒に吸着していたＮＯｘを脱離すると
ともに、この脱離したＮＯｘを理論空燃比やリッチ空燃
比の雰囲気に存在するＨＣ、ＣＯを還元剤として用いて
還元浄化するようにしたＮＯｘ触媒を排気通路に設けた
ものがある（特許公報第２６００４９２号公報参照）。
【０００３】ここで、このＮＯｘ触媒は空気過剰率λを
変化（変動）させることによって触媒に吸着しているＮ
Ｏｘの浄化（触媒の再生）が可能となることから、以下
この触媒を「λ変動型触媒」という。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のλ変
動型触媒はガソリンエンジンを対象とするものであるた
め、全運転域において空燃比でほぼ２０以上のリーン状
態で運転されるディーゼルエンジンにこのλ変動型触媒
を適用とすることは難しい。これはディーゼルエンジン
で空燃比をリッチにすると、スモークの悪化を招いてし
まうためである。
【０００５】ただし、コモンレール式の燃料噴射装置を
備えて、高負荷域のような限られた運転域で行う分に
は、高圧噴射による噴霧燃料の微粒化促進によりスモー
ク悪化を抑制できるため空燃比をリッチにすることが可
能である。言い換えれば、低中負荷域のような実用運転
域でスモークの悪化を抑制しつつリッチ燃焼させること
は困難である。このように、従来のディーゼルエンジン
においては、実用運転域で排出されるＮＯｘをλ変動型
触媒で処理することができないため、実用運転域でＮＯ
ｘを低減するためにはＥＧＲ（排気還流）に頼らざる得
ない状況にある。
【０００６】さて、リーン空燃比の領域で排気中のＨＣ
濃度がほぼ一定の場合に排気中のＮＯｘを吸着し、同じ
くリーン空燃比の領域で触媒入口のＨＣ濃度が変化（変
動）すると、触媒に吸着していたＮＯｘを脱離するとと
もに、この脱離したＮＯｘを雰囲気中のＨＣ、ＣＯを還
元剤として用いて還元浄化するようにしたＮＯｘ触媒を
本出願人と同一の出願人が先に提案しており（特願平１
０−２９１５８１号、同１０−３１９６８９号参照）、
この触媒を用いれば、実用運転域での触媒の再生が可能
となる。なお、この触媒は、ＨＣ濃度を変化（変動）さ
せることによって再生が可能となることから、この触媒
を以下「ＨＣ変動型触媒」という。
【０００７】そこで本発明は、低中負荷域をＥＧＲ域と
して排気還流を行い、高負荷域になるとＥＧＲ（排気還
流）を停止するエンジンを対象として、λ変動型触媒と
ＨＣ変動型触媒とを組み合わせて用い、ＨＣ変動型触媒
のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合に、ＥＧＲ域でこの
ＨＣ変動型触媒に流入する排気中のＨＣ濃度に変動を与
えることによってＨＣ変動型触媒を再生し、これに対し
てλ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合にＥ
ＧＲ域以外の領域（高負荷域）でこのλ変動型触媒に流
入する排気の空燃比をリッチ化することによってλ変動
型触媒を再生し、これによってスモークの悪化を防ぎつ
つ触媒の再生を可能とすることを目的とする。
【０００８】一方、低中負荷域を低温予混合燃焼域とし
て、圧縮上死点後までの燃料噴射時期を遅延するととも
に、排気還流による酸素濃度の低減により、燃料の着火
遅れ期間を長くし、この着火遅れ期間中に燃料が十分に
気化した予混合気を形成させて低温予混合燃焼を行わせ
るとともに、この低温予混合燃焼が困難になる高負荷域
では拡散燃焼主体の燃焼に移行させるようにしたエンジ
ンがあり（特開平７−４２８７号公報参照）、このエン
ジンでは、上記のＥＧＲを行うエンジンよりもＮＯｘ排
出量がさらに少ない。
【０００９】そこで本発明は、このエンジンをも対象と
して、λ変動型触媒とＨＣ変動型触媒とを組み合わせて
用い、ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場
合に、低温予混合燃焼域でこのＨＣ変動型触媒に流入す
る排気中のＨＣ濃度に変動を与えることによってＨＣ変
動型触媒を再生し、これに対してλ変動型触媒のＮＯｘ
吸着量が飽和に達した場合に低温予混合燃焼域以外の領
域（高負荷域）でこのλ変動型触媒に流入する排気の空
燃比をリッチ化することによってλ変動型触媒を再生
し、これによって全運転域でのＮＯｘの浄化を一段と進
めることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、図２５に
示すように、λ変動型触媒７１と、ＨＣ変動型触媒７２
と、ＥＧＲ域（低中負荷域）であるかどうかを判定する
手段７３と、この判定結果よりＥＧＲ域で吸気中に還流
される排気量（ＥＧＲ量）を制御する手段７４と、前記
ＨＣ変動型触媒７２のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合
に、前記ＥＧＲ域でこのＨＣ変動型触媒７２に流入する
排気中のＨＣ濃度に変動を与える手段７５と、前記λ変
動型触媒７１のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合に、前
記ＥＧＲ域でない領域（高負荷域）でこのλ変動型触媒
７１に流入する排気の空燃比をリッチ（理論空燃比を含
む）化する手段７６とを備える。
【００１１】第２の発明では、第１の発明において前記
λ変動型触媒と前記ＨＣ変動型触媒を排気通路の上流側
からこの順に配置（直列配置）するとともに、上流側の
前記λ変動型触媒にＨＣ吸着能力を持たせる。
【００１２】第３の発明では、第２の発明において排気
温度上昇手段を備え、前記ＥＧＲ域で前記ＨＣ変動型触
媒の再生を可能とするだけのＨＣが前記λ変動型触媒に
吸着されており、かつ前記λ変動型触媒からＨＣが脱離
する温度条件でない場合に前記ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ
吸着量が飽和に達したとき、前記排気温度上昇手段によ
って前記λ変動型触媒からＨＣが脱離する温度まで排気
温度を上昇させる。
【００１３】第４の発明では、第２の発明においてＨＣ
濃度変動手段を備え、前記ＥＧＲ域で前記ＨＣ変動型触
媒の再生を可能とするだけのＨＣが前記λ変動型触媒に
吸着されておらず、かつ前記λ変動型触媒からＨＣが脱
離する温度条件でない場合に前記ＨＣ変動型触媒のＮＯ
ｘ吸着量が飽和に達したとき、前記ＨＣ濃度変動手段に
よって前記ＨＣ変動型触媒を流れる排気中のＨＣ濃度を
変動させる。
【００１４】第５の発明では、第１の発明において排気
通路を分岐して一方の分岐通路に前記λ変動型触媒を、
他方の分岐通路に前記ＨＣ変動型触媒を配置（並列配
置）するとともに、２つの分岐通路への排気流れを切換
可能な手段を備え、この切換手段により前記ＥＧＲ域で
前記ＨＣ変動型触媒に排気を流し、前記ＥＧＲ域でない
領域（高負荷域）になると前記λ変動型触媒に排気を流
す。
【００１５】第６の発明は、図２６に示すように、λ変
動型触媒７１と、ＨＣ変動型触媒７２と、低温予混合燃
焼域であるかどうかを判定する手段８１と、この判定結
果より低温予混合燃焼域で圧縮上死点後までの燃料噴射
時期を遅延するとともに、排気還流による酸素濃度の低
減により、燃料の着火遅れ期間を長くし、この着火遅れ
期間中に燃料が十分に気化した予混合気を形成させて低
温予混合燃焼を行わせる手段８２と、前記ＨＣ変動型触
媒７２のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合に、前記低温
予混合燃焼域でこのＨＣ変動型触媒７２に流入する排気
中のＨＣ濃度に変動を与える手段８３と、前記λ変動型
触媒７１のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合に、前記低
温予混合燃焼域でない領域でこのλ変動型触媒７１に流
入する排気の空燃比をリッチ（理論空燃比を含む）化す
る手段８４とを備える。
【００１６】第７の発明では、第６の発明において前記
λ変動型触媒と前記ＨＣ変動型触媒を排気通路の上流側
からこの順に配置（直列配置）するとともに、上流側の
前記λ変動型触媒にＨＣ吸着能力を持たせる。
【００１７】第８の発明では、第７の発明において排気
温度上昇手段を備え、前記低温予混合燃焼域で前記ＨＣ
変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣが前記λ変動
型触媒に吸着されており、かつ前記λ変動型触媒からＨ
Ｃが脱離する温度条件でない場合に前記ＨＣ変動型触媒
のＮＯｘ吸着量が飽和に達したとき、前記排気温度上昇
手段によって前記λ変動型触媒からＨＣが脱離する温度
まで排気温度を上昇させる。
【００１８】第９の発明では、第７の発明においてＨＣ
濃度変動手段を備え、前記低温予混合燃焼域で前記ＨＣ
変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣが前記λ変動
型触媒に吸着されておらず、かつ前記λ変動型触媒から
ＨＣが脱離する温度条件でない場合に前記ＨＣ変動型触
媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達したとき、前記ＨＣ濃度変
動手段によって前記ＨＣ変動型触媒を流れる排気中のＨ
Ｃ濃度を変動させる。
【００１９】第１０の発明では、第６の発明において排
気通路を分岐して一方の分岐通路に前記λ変動型触媒
を、他方の分岐通路に前記ＨＣ変動型触媒を配置（並列
配置）するとともに、２つの分岐通路への排気流れを切
換可能な手段を備え、この切換手段により前記低温予混
合燃焼域で前記ＨＣ変動型触媒に排気を流し、前記低温
予混合燃焼域でない領域（高負荷域）になると前記λ変
動型触媒に排気を流す。
【００２０】第１１の発明では、第３または第８の発明
において前記排気温度上昇手段が、ポスト噴射、燃料噴
射時期の遅角、吸気絞り、前記λ変動型触媒がヒータを
備える場合にそのヒータ加熱の少なくとも一つを行う手
段である。
【００２１】第１２の発明では、第４または第９の発明
おいて前記ＨＣ濃度変動手段が、ポスト噴射、燃料噴射
時期の遅角、早期パイロット噴射の少なくとも一つを行
う手段である。
【００２２】第１３の発明は、図２７に示すように、λ
変動型触媒７１と、低温予混合燃焼域であるかどうかを
判定する手段８１と、この判定結果より低温予混合燃焼
域で圧縮上死点後までの燃料噴射時期を遅延するととも
に、排気還流による酸素濃度の低減により、燃料の着火
遅れ期間を長くし、この着火遅れ期間中に燃料が十分に
気化した予混合気を形成させて低温予混合燃焼を行わせ
る手段８２と、前記λ変動型触媒７１のＮＯｘ吸着量が
飽和に達した場合に、前記低温予混合燃焼域でない領域
（高負荷域）でこのλ変動型触媒７１に流入する排気の
空燃比をリッチ（理論空燃比を含む）化する手段８４と
を備える。
【００２３】第１４の発明では、第１から第１３までの
いずれか一つの発明において過給圧制御手段を備え、排
気の空燃比をリッチ（理論空燃比を含む）化する手段
が、前記過給圧制御手段により過給圧を下げる手段であ
る。
【００２４】第１５の発明では、第１から第１３までの
いずれか一つの発明においてコモンレール式の燃料噴射
装置と、コモンレールの圧力制御手段と、過給圧制御手
段とを備え、排気の空燃比をリッチ（理論空燃比を含
む）化する手段が、前記コモンレール圧力制御手段によ
りコモンレール圧力を上昇させるとともに、燃料噴射時
期を遅角することで噴霧の微粒化を促進し、この場合に
燃料噴射時期の遅角によるトルク低下を補うため燃料噴
射量を増量し、さらに前記過給圧制御手段により過給圧
を低下させる手段である。
【００２５】
【発明の効果】リーン空燃比の条件（通常のディーゼル
エンジンの排気条件）で再生を行うことができないλ変
動型触媒に対して、ＨＣ変動型触媒では、触媒入口のＨ
Ｃ濃度を変動させることで、ＨＣ変動型触媒を再生する
ことができる。第１の発明によれば、リーン空燃比の条
件であるＥＧＲ域（低中負荷域）でこのＨＣ変動型触媒
を再生し、これに対して空燃比をリッチ（ストイキを含
む）にすることが可能となるＥＧＲ域を外れた領域（高
負荷域）になるとλ変動型触媒を再生する。ＮＯｘ排出
量の大きく異なる領域（ＥＧＲ域とそれ以外の領域）毎
に再生する触媒を異ならせることで、スモークの悪化を
防ぎつつ２つの触媒をともに再生することができ、この
場合に、空燃比のリッチ化はＥＧＲ域でない領域（高負
荷域）でしか行わないので、空燃比のリッチ化による燃
費悪化を最小限に留めることができる。
【００２６】第２、第７の発明によれば、ＥＧＲ域や低
温予混合燃焼域おける低負荷時に、後段のＨＣ変動型触
媒の再生を可能とするだけのＨＣが前段のλ変動型触媒
に吸着されていれば、ＥＧＲ域や低温予混合燃焼域おけ
る加速時等により排気温度が上昇してＨＣが脱離する温
度条件になったとき、前段のλ変動型触媒から十分な量
のＨＣが脱離するので、これによってわざわざ２次的な
ＨＣを供給しなくても、後段のＨＣ変動型触媒を再生で
きる。また、ＥＧＲ域や低温予混合燃焼域を外れた領域
（高負荷域）で排気空燃比をリッチ化したときには、前
段のλ変動型触媒だけでなく後段のＨＣ変動型触媒につ
いても再生することができる（λ変動型触媒の再生に伴
う排気温度の上昇によって、後段のＨＣ変動型触媒に吸
着されているＮＯｘも雰囲気が理論空燃比付近（三元
域）にあるとき脱離還元されるため）。
【００２７】ＥＧＲ域や低温予混合燃焼域おける低負荷
時に、後段のＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけの
ＨＣが前段のλ変動型触媒に吸着されている場合に、Ｈ
Ｃ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達したとしても、
さらに低負荷運転が継続されるのでは、λ変動型触媒か
らのＨＣの脱離を望めないのであるが、第３、第８、第
１１の発明によれば、排気温度上昇手段によってλ変動
型触媒に吸着しているＨＣを脱離させことができるの
で、ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合
に、さらに低負荷運転が継続されることがあっても、Ｈ
Ｃ変動型触媒を再生できる。
【００２８】ＥＧＲ域や低温予混合燃焼域においてＨＣ
変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達しても、ＨＣ変動
型触媒の再生を可能とするだけのＨＣが前段のλ変動型
触媒に吸着されていなければ、排気温度上昇手段によっ
てλ変動型触媒からＨＣが脱離する温度まで排気温度を
上昇させても、ＨＣ変動型触媒を流れる排気中のＨＣ濃
度を十分に変動させることができず、ＨＣ変動型触媒の
再生が不完全なものとなるのであるが、第４、第９、第
１２の発明によれば、ＨＣ濃度変動手段によってＨＣ変
動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣを２次的に供給
するので、ＥＧＲ域や低温予混合燃焼域においてＨＣ変
動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合に、ＨＣ変
動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣがλ変動型触媒
に溜まっていなくても、ＨＣ変動型触媒を再生できる。
【００２９】燃料中には硫黄分が含まれており、その硫
黄によってλ変動型触媒が被毒の影響をうけるのである
が、第５、第１０の発明によれば、ＥＧＲ域や低温予混
合燃焼域でない領域（高負荷域）でだけλ変動型触媒に
排気を流せばよいので、硫黄分による被毒の影響を受け
なくて済み（高負荷領域では排気温度が十分高いため、
λ変動型触媒に硫黄が堆積しにくい）、これによってλ
変動型触媒の耐久性が向上する。
【００３０】ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量と脱離還元
量の各量はλ変動型触媒よりも現在のところかなり少な
く、拡散燃焼を主体とする通常のディーゼルエンジン
（ＥＧＲなし）を対象とするとき、触媒入口のＮＯｘ濃
度が低温予混合燃焼に比べて高いことからＨＣ変動型触
媒のＮＯｘ吸着量がすぐに飽和に達し、この飽和に達し
た触媒の再生のため、触媒入口のＨＣ濃度をかなりの頻
度で変動させる必要がある。このため、触媒入口のＨＣ
濃度の変動を、２次的なＨＣ供給によって行わせるので
は、燃費や運転性の悪化を伴ってしまうのであるが、第
６の発明は低温予混合燃焼を行わせるエンジンとの組合
わせであり、低温予混合燃焼によれば、触媒入口のＮＯ
ｘ濃度がもともと低いため、ＨＣ変動型触媒を再生する
時期が大幅に遅くなり、このＨＣ変動型触媒の再生機会
の大幅な減少により燃費や運転性の悪化を抑制すること
ができる。
【００３１】低温予混合燃焼によれば、排気中のＮＯｘ
を従来のディーゼルエンジン（ＥＧＲ無し）の１／５０
程度にまで低減可能であり、ＮＯｘの排出量が多くて問
題となるのは低温予混合燃焼を行わせることが困難とな
る運転域、つまり高負荷域である。この高負荷域におい
ては、スモーク性能を悪化させることなく排気の空燃比
をリッチ化することが可能である。第１３の発明によれ
ば、高負荷域において排出されるＮＯｘをλ変動型触媒
を用いて浄化することが可能となり、これによって全運
転域においてＮＯｘの排出量を抑制することができる。
【００３２】第１４の発明によれば、過給圧の低下で充
填効率が低下し、これによって排気の空燃比をリッチ化
することができる。
【００３３】第１５の発明によれば、スモークの悪化を
防ぎつつ、かつトルクを低下させることなく、排気の空
燃比をリッチ化することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】図１はディーゼルエンジンの概略
的な構成図である。
【００３５】ディーゼルエンジンの燃焼において、ＮＯ
ｘの生成量は燃焼温度に大きく依存し、その低減には燃
焼温度を相対的に低温化することが有効である。低温予
混合燃焼方式では、排気還流システム（ＥＧＲ）により
酸素濃度を低減し、これにより低温燃焼を実現する。こ
のため、排気通路２と吸気通路３とをＥＧＲ通路４で接
続し、このＥＧＲ通路４の途中に負圧制御弁５からの制
御負圧に応じて作動するダイヤフラム式のＥＧＲ弁６を
設け、排気の一部を吸気中に還流する。
【００３６】負圧制御弁５は、コントロールユニット４
１からのデューティ制御信号により駆動されるもので、
エンジンの運転条件に応じて適切なＥＧＲ率が得るよう
にしている。たとえば、低回転低負荷域でＥＧＲ率を最
大の１００パーセント（吸入空気流量とＥＧＲガス流量
が同量）とし、回転数、負荷が高くなるに従い、ＥＧＲ
率を減少させる。高負荷側では排気温度が上昇するた
め、多量のＥＧＲガスを還流すると吸気温度が上昇し、
これにより燃焼温度も相対的に上昇し、ＮＯｘ低減の効
果が減少したり、また、噴射燃料の着火遅れ期間が短く
なり、予混合燃焼が実現できなくなる。このためにＥＧ
Ｒ率を高負荷側になるほど、減少させるのである。
【００３７】ＥＧＲ通路４の途中には、ＥＧＲガスの冷
却装置７を備える。これは、ＥＧＲ通路４の周りに形成
されウォータジャケット８を有し、ここにはエンジン冷
却水の一部が循環され、この冷却水の循環量は、冷却水
の導入口７ａに設けられた流量制御弁９により調整可能
である。コントロールユニット４１からの指令により制
御弁９の開度が大きくなるほど、ＥＧＲガスの冷却度が
増す。
【００３８】エンジンの吸気ポート近傍の吸気通路に
は、スワールコントロールバルブ（図示しない）を備え
る。コントロールユニット４１により、このスワールコ
ントロールバルブの開度が制御され、エンジン低回転低
負荷域で閉じられる（開度が減少する）と、燃焼室に吸
入される吸気の流速が高まり燃焼室に強いスワールが生
成される。ただし、スワールが強くなると、シリンダ内
の作動ガスの熱交換率が高まり、作動ガス温度は相対的
に低下する。
【００３９】ピストンに形成される窪み状の燃焼室（図
示しない）は、大径のトロイダル型燃焼室である。これ
は、ピストンキャビティを、入口を絞らずピストンの冠
面から底部まで円筒状に形成したもので、その底部中央
には円錐部が形成され、この円錐部によって、圧縮行程
後期にピストンキャビティ内へと旋回しながら流れ込む
スワールに抵抗を与えないように、さらに空気と燃料の
混合を良好にする。
【００４０】このように、入口を絞らない円筒状のピス
トンキャビティにより、前述のスワールコントロールバ
ルブによって生成されたスワールは、燃焼過程でピスト
ンが下降していくのに伴い、ピストンキャビティ内から
キャビティ外に拡散され、キャビティ外でもスワールが
持続される。
【００４１】前記排気通路２には、ＥＧＲ通路４の分岐
点よりも下流において、ターボ過給機を備える。このタ
ーボ過給機は、排気タービン５２のスクロール入口に、
ステップモータ５４により駆動される可変ベーン５３が
設けられる。前記コントロールユニット４１により可変
ベーン５３が制御され、エンジン低回転域から所定の過
給圧が得られるように、低回転側では排気タービン５２
に導入される排気の流速を高めるベーン角度に制御さ
れ、高回転側では排気を抵抗なく排気タービン５２に導
入させるベーン角度（全開状態）に制御される。また、
運転条件によって可変ベーン５３は、所望の過給圧が得
られるベーン角度に制御される。
【００４２】エンジンにはコモンレール式の燃料噴射装
置を備える。
【００４３】これは、主として、燃料タンク（図示しな
い）、サプライポンプ１４、コモンレール（蓄圧室）１
６、気筒ごとに設けられる燃料噴射ノズル１７からな
り、高圧のサプライポンプ１４に生成した高圧燃料をコ
モンレール１６に蓄え、燃料噴射ノズル１７内の三方弁
２５によってノズルニードルの開閉を行うことで、噴射
の開始と終了を自由に制御することができる。コモンレ
ール１６内の燃料圧力は、圧力センサ（図示しない）と
サプライポンプ１４の吐出量制御機構（図示しない）に
より、常にエンジンの求める最適値に制御される。
【００４４】これら燃料噴射量、噴射時期、燃料圧力な
どの制御は、マイクロプロセッサで構成されるコントロ
ールユニット４１により行われる。このため、コントロ
ールユニット４１には、アクセル開度センサ３３、エン
ジン回転数とクランク角度を検出するセンサ３４、気筒
判別のためのセンサ（図示しない）、水温センサ３８か
らの信号が入力し、これらに基づいて、コントロールユ
ニット４１は、エンジン回転数とアクセル開度に応じて
目標燃料噴射量と、燃料噴射時期を演算し、この目標燃
料噴射量に対応してノズル内の三方弁２５のオン時間を
制御し、また、目標噴射時期に対応して三方弁２５のＯ
Ｎ時期を制御する。また、また図示しない圧力センサに
より検出されるコモンレール圧力が、目標圧力と一致す
るようにサプライポンプ１４の吐出量制御機構を介して
コモンレール１６の燃料圧力をフィードバック制御す
る。
【００４５】燃料噴射時期は低温予混合燃焼を実現する
ために、通常の噴射時期よりも遅角される。たとえばク
ランク角で圧縮上死点後の所定の範囲内で燃料噴射が開
始されるように設定される。これにより、噴射された燃
料の着火遅れ期間が長くなり、この間に燃料の気化が促
進され、十分に空気と混合した状態で着火することが可
能となる。これにより、排気還流による低酸素濃度のも
とで、低温予混合燃焼が行われ、パティキュレートを増
大させることなく、ＮＯｘの低減が可能となる。
【００４６】一方、排気タービン５２下流の排気通路２
に上流側よりλ変動型触媒５５とＨＣ変動型触媒５６と
を備える。
【００４７】ここで、λ変動型触媒５５は、リーン空燃
比の領域で排気中のＮＯｘを吸着し、排気の空燃比が理
論空燃比やリッチ空燃比となったとき触媒に吸着してい
たＮＯｘを脱離するとともに、この脱離したＮＯｘを理
論空燃比の雰囲気やリッチ空燃比の雰囲気に存在するＨ
Ｃ、ＣＯを還元剤として用いて還元浄化する触媒のこと
で、このλ変動型触媒は特許公報第２６００４９２号な
どにより公知である。たとえば、ＮＯｘ吸着剤は、カリ
ウム、ナトリウム、リチウム、セシウムからなるアルカ
リ金属、バリウム、カルシウムからなるアルカリ土類、
ランタン、イットリウムからなる希土類から選ばれた少
なくとも一つと、白金とを含むものである。
【００４８】このλ変動型触媒５５は、後述するよう
に、低温予混合燃焼域以外の領域で再生されるが、この
λ変動型触媒５５にはアルミナ、ゼオライト（ＺＳＭ
５、β、ＵＳＹ）等も坦持してＨＣの吸着能力を持たせ
ている。
【００４９】これに対してＨＣ変動型触媒は、リーン空
燃比の領域で排気中のＨＣ濃度がほぼ一定の場合に排気
中のＮＯｘを吸着し、同じくリーン空燃比の領域で触媒
入口のＨＣ濃度が変化（変動）すると、触媒に吸着して
いたＮＯｘを脱離するとともに、この脱離したＮＯｘを
雰囲気中のＨＣ、ＣＯを還元剤として用いて還元浄化す
るＮＯｘ触媒のことで、このＨＣ変動型触媒についての
詳細は本出願人と同じ出願人により先に提案されている
（特願平１０−２９１５８１号、同１０−３１９６８９
号参照）。
【００５０】これについて具体的に説明すると、カリウ
ム、ナトリウム、リチウム、セシウムからなるアルカリ
金属、バリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロン
チウムからなるアルカリ土類金属、ランタン、セリウ
ム、プラセオジウム、ネオジウム、サマリウムからなる
希土類、マンガン、鉄、ニッケル、コバルトからなる遷
移金属、ジルコニウム、イットリウムから選ばれた少な
くとも一つと、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウ
ムから選ばれた少なくとも一つとを含む触媒であり、Ｎ
Ｏｘの吸着過程では図３左側に示したようにＮＯｘがＮ
Ｏ3 -（硝酸イオン）の状態で吸着され、脱離還元過程で
は図３右側のようにしてＮＯ3 -がＮ2になると考えられ
ている。
【００５１】触媒入口のＨＣ、ＣＯの濃度をステップ的
に大きくしたとき、ＥＯＥレベル（触媒がないときのＮ
Ｏｘ濃度レベルのこと）を基準にして図４のように触媒
出口のＮＯｘ濃度が変化する。同図において、ＥＯＥレ
ベルより下にある領域Ａでは触媒にＮＯｘが吸着され、
ＨＣ濃度のステップ増加により、ＥＯＥレベルを超える
領域Ｂで触媒からＮＯｘが脱離し、ＨＣ濃度のステップ
増加後にＥＯＥレベルより下になる領域ＣでＮＯｘが還
元浄化される。この結果、Ａ＋Ｂ−Ｃ（≧０）が触媒ト
ータルで浄化されるＮＯｘ量となる。
【００５２】この場合に、脱離還元過程の雰囲気酸素濃
度が３％（リッチに近い条件）の場合と１０％（空燃比
で１８以上のリーン条件）の場合とでＮＯｘ低減率を比
較したものを図５に示すと、雰囲気酸素濃度が３％の場
合にｔ１、ｔ２の区間で８％、３％のＮＯｘが低減され
るのに対して、雰囲気酸素濃度が１０％の場合にはｔ
１、ｔ２の区間で３５％、２％のＮＯｘが低減されてい
る。つまり、定常のｔ２区間では両者で違いがないのに
対して、過渡のｔ１区間ではリーン条件のほうが実に４
倍以上ものＮＯｘが低減される。言い換えると、ＨＣ変
動型触媒では、空燃比で１８以上のリーン条件において
ＨＣ濃度変動を与えることで、ＮＯｘの脱離還元が可能
となるのである。
【００５３】ただし、ＨＣ変動型触媒により脱離還元で
きるＮＯｘの量は、λ変動型触媒よりも格段に少ないの
が現状である。そこで本実施形態では、低中負荷域を低
温予混合燃焼域として低温予混合燃焼を行わせるととも
に、この低温予混合燃焼が困難になる高負荷域では拡散
燃焼主体の燃焼に移行させるようにしたエンジンを対象
として、ＨＣ吸着機能を持たせたλ変動型触媒５５とＨ
Ｃ変動型触媒５６とを排気通路の上流側よりこの順に配
置したものを用いている。このとき、２種類のＮＯｘ触
媒５５、５６を次のようにして再生させる。
【００５４】１）低温予混合燃焼域： ＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣがλ変
動型触媒に吸着されている状態からＨＣ脱離域になった
とき：ＨＣ脱離域とは、λ変動型触媒からＨＣが脱離す
る温度条件のことである。λ変動型触媒からＨＣが脱離
しない温度条件でＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだ
けのＨＣがλ変動型触媒に吸着されていれば、低中負荷
域における加速に伴い排気温度が上昇してＨＣ脱離域に
なったとき、このλ変動型ＮＯｘ触媒から脱離してくる
ＨＣによってＨＣ変動型触媒を流れる排気中のＨＣ濃度
が十分に変動するので、これによってＨＣ変動型ＮＯｘ
触媒を再生できる。
【００５５】ＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけ
のＨＣがλ変動型触媒に吸着されており、かつλ変動型
触媒からＨＣが脱離する温度条件でない場合にＨＣ変動
型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達したときは、排気温度
上昇手段によってλ変動型触媒からＨＣが脱離する温度
まで排気温度を上昇させる。λ変動型触媒がＨＣを脱離
する温度まで上昇すると、λ変動型ＮＯｘ触媒から脱離
してくるＨＣによってＨＣ変動型触媒を流れる排気のＨ
Ｃ濃度が変動し、これによってＨＣ変動型触媒が再生す
る。ここで、排気を昇温させるには、ポスト噴射、燃料
噴射時期の遅角、吸気絞り、λ変動型ＮＯｘ触媒がヒー
タを備える場合のこのヒータ加熱が考えられる。
【００５６】ＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけ
のＨＣがλ変動型触媒に吸着されておらず、かつλ変動
型触媒からＨＣが脱離する温度条件でない場合にＨＣ変
動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達したときは、ＨＣ濃
度変動手段によってＨＣ変動型触媒を流れる排気中のＨ
Ｃ濃度を変動させる。ＨＣ濃度変動手段の作動による２
次的なＨＣの供給によってＨＣ変動型触媒を流れる排気
のＨＣ濃度が変動し、ＨＣ変動型触媒が再生する。ここ
で、排気中のＨＣ濃度を変動（増加や増減）させるに
は、ポスト噴射、燃料噴射時期の遅角、早期パイロット
噴射等が考えられる。
【００５７】２）高負荷域（低温予混合燃焼域以外の領
域）：リッチスパイク処理によってλ変動型ＮＯｘ触媒
を再生する。
【００５８】コントロールユニット４１で実行されるこ
の制御の内容を、以下のフローチャートにしたがって説
明する。
【００５９】図６は２つの触媒５５、５６の再生処理を
行うためのもので、一定時間毎に実行する。
【００６０】ステップ１でエンジン回転数Ｎｅとアクセ
ル開度（あるいはエンジントルク）などの運転状態を読
み込み、ステップ２ではλ変動型触媒のＨＣ吸着量ａ１
を演算する。この演算については図７のフローにより説
明する。
【００６１】図７においてステップ２１でエンジン回転
数Ｎｅとλ変動型触媒の触媒温度Ｔｃａｔ１（温度セン
サ５７により検出）を読み込み、これらからステップ２
２において図８を内容とするマップを検索することによ
り、ＨＣ吸着速度（所定時間（演算周期）当たりのＨＣ
吸着量のこと）ａａ１を演算し、ステップ２３でこれを
前回のＨＣ吸着量であるａ１-1に加算した値を今回のＨ
Ｃ吸着量ａ１として演算する。図８において、触媒温度
Ｔｃａｔ１が所定値Ｔ１未満の領域がＨＣ吸着域であ
り、触媒温度Ｔｃａｔ１が所定値Ｔ１以上になると、Ｈ
Ｃが脱離する。この境界を定める温度であるＴ１は２０
０〜３００℃程度の温度であり、このＨＣ脱離温度はＮ
Ｏｘ脱離温度（４００〜５００℃以上）より低い温度で
ある。
【００６２】このようにしてＨＣ吸着量ａ１を演算した
ら図６に戻り、ステップ３、４で２つの触媒のＮＯｘ吸
着量ｂ１、ｂ２を演算する。これらＮＯｘ吸着量ｂ１、
ｂ２の演算については、図９、図１０により説明する。
【００６３】図９において、ステップ３１でエンジン回
転数Ｎｅとλ変動型触媒の触媒温度Ｔｃａｔ１を読み込
み、これらからステップ３２、３３において図１１を内
容とするマップを検索することにより、λ変動型触媒の
ＮＯｘ吸着速度（所定時間当たりのＮＯｘ吸着量のこ
と）ｂｂ１を、また前回のＮＯｘ吸着量であるｂ１-1か
ら図１２を内容とするテーブルを検索することにより、
吸着係数ｋ１を演算し、これらを用いステップ３４にお
いて、
【００６４】
【数１】ｂ１＝ｂ１-1＋ｂｂ１×ｋ１ の式により、λ変動型触媒のＮＯｘ吸着量ｂ１を更新す
る。
【００６５】図１０は図９と同様である。すなわち、ス
テップ４１でエンジン回転数ＮｅとＨＣ変動型触媒の触
媒温度Ｔｃａｔ２（温度センサ５８により検出）を読み
込み、これらからステップ４２、４３において図１１と
同内容のマップを検索することにより、ＨＣ変動型触媒
のＮＯｘ吸着速度（所定時間当たりのＮＯｘ吸着量のこ
と）ｂｂ２を、また前回のＮＯｘ吸着量であるｂ２-1か
ら図１２を内容とするテーブルを検索することにより、
吸着係数ｋ２を演算し、これらを用いステップ４４にお
いて、
【００６６】
【数２】ｂ２＝ｂ２-1＋ｂｂ２×ｋ２ の式により、ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量ｂ２を更新
する。
【００６７】触媒５５、５６に排気中のＮＯｘがほとん
ど吸収されてない条件では触媒に排気中のＮＯｘがよく
吸着されるのに対して、ＮＯｘ吸着量が飽和した状態に
近くなってくると、触媒にあまり吸着されなくなる。こ
れを表したのが上記の吸着係数ｋ１、ｋ２である。した
がって、吸着係数ｋ１、ｋ２は、図１２に示したように
ＮＯｘがほとんど吸収されてない条件（つまりｂ１-1≒
０、ｂ２-1≒０）で１．０であり、ＮＯｘ吸着量が増え
てくるほど小さくなる値である。また、λ変動型触媒の
ほうがよく吸着されるため、ｋ１＞ｋ２となっている。
【００６８】このようにしてＮＯｘ吸着量ｂ１、ｂ２の
演算を終了したら図６に戻り、ステップ５でエンジン回
転数Ｎｅとエンジントルクから定まる運転点が、低温予
混合燃焼域にあるかどうかをみる。低温予混合燃焼を行
わせることの可能な運転域は、圧縮比などエンジン仕様
により予め定まっている。ここでは、図１３に示すよう
に、低中負荷域で低温予混合燃焼を行わせることがで
き、高負荷域になると、低温予混合燃焼を行わせること
ができない場合で説明する。これは、低中負荷域では大
量のＥＧＲにより低温予混合燃焼を行わせることができ
るものの、高負荷域になると、ＥＧＲで燃焼をコントロ
ールしきれなくなり、低温予混合燃焼から拡散燃焼主体
の燃焼に移ってしまうためである。
【００６９】運転点が低温予混合燃焼域（図ではＭＫ領
域）になければ、ステップ６に進み、λ変動型触媒のＮ
Ｏｘ吸着量ｂ１と所定値ｂ０１を比較する。これは、λ
変動型触媒の再生時期であるかどうかを判定する部分
で、ｂ１＜ｂ０１であれば、まだλ変動型触媒のＮＯｘ
吸着量が飽和に達していない（再生時期でない）と判断
し、そのまま今回の処理を終了する。
【００７０】非低温予混合燃焼域でｂ１≧ｂ０１になれ
ば再生時期になったと判断し、ステップ６からステップ
７に進んで、λ変動型触媒を再生するため、リッチスパ
イク処理を行う。リッチスパイク処理は、空燃比をリッ
チ（理論空燃比を含む）化することによってＨＣ、ＣＯ
をλ変動型触媒に供給し、このリッチ雰囲気（還元雰囲
気）の中で、λ変動型触媒よりＮＯｘを脱離させつつこ
の脱離してくるＮＯｘを雰囲気中のＨＣ、ＣＯを還元剤
として浄化させるものである。
【００７１】リッチスパイク処理について具体的に図１
４のフローにより説明すると、ステップ５１でリッチス
パイク処理に入ってからの時間ｔｒｓと所定値ｔｒｓ０
を比較する。所定値ｔｒｓ０はリッチスパイク処理の終
了時期を定めるものである。ｔｒｓ＜ｔｒｓ０であるあ
いだステップ５２に進み、コモンレール圧力を所定値上
昇させることにより噴霧の微粒化を促進させて高負荷域
におけるスモークの悪化を防ぎつつ、燃料噴射時期を所
定量遅角することにより、微粒化した噴霧の気化を増進
する。この場合、燃料噴射時期の遅角でエンジンの発生
するトルクが低下するので、そのトルク低下を補うため
燃料噴射量を所定量だけ増量する。さらに可変ベーン５
３を所定量だけ開いて過給圧を低下させることで吸気充
填効率を低下させ、これによってリッチ空燃比の状態を
作り出す。
【００７２】この場合、図示していないが、三元触媒を
λ変動型触媒の下流に設置することで、脱離したＮＯｘ
をさらに浄化させることも可能である。
【００７３】リッチスパイク処理がしばらく続けば（ｔ
ｒｓ≧ｔｒｓ０）、λ変動型触媒に吸着されているＮＯ
ｘがすべて脱離還元される（つまり再生完了）ため、ス
テップ５１よりステップ５３に進み、λ変動型触媒のＮ
Ｏｘ吸着量ｂ１を０に戻した後、ステップ５４でコモン
レール圧力、燃料噴射時期、燃料噴射量、可変ベーン角
度を元に戻す。
【００７４】また、λ変動型触媒の再生に伴ってλ変動
型触媒の温度が上昇し、この温度上昇でλ変動型触媒に
吸着されているＨＣも全て酸化されるため、ステップ５
５でＨＣ吸着量ａ１を０に戻す。
【００７５】また、λ変動型触媒の再生に伴う排気温度
の上昇によって、下流のＨＣ変動型触媒に吸着されてい
るＮＯｘも雰囲気が理論空燃比付近（三元域）にあると
き還元浄化（再生）されるためステップ５６でＮＯｘ吸
着量ｂ２を０に戻す。
【００７６】図６に戻り、低温予混合燃焼域であるとき
は、ステップ５よりステップ８に進み、λ変動型触媒の
触媒温度Ｔｃａｔ１からＨＣ脱離域（λ変動型触媒に吸
着されているＨＣが脱離してくる温度条件のこと）にあ
るかどうかをみる。ＨＣ脱離域は、図８において、触媒
温度Ｔｃａｔ１が所定値Ｔ１以上となる領域である。こ
のＨＣ脱離域にあるときは、ステップ９以降に進む。
【００７７】ステップ９、１０では自然再生フラグ
（“０”に初期設定）をみるとともに、λ変動型触媒の
ＨＣ吸着量ａ１と所定値ａ０を比較する。ここで、所定
値ａ０はＨＣ変動型触媒の再生に必要なＨＣ濃度の変動
が生じるだけのＨＣ量を設定するものである。ＨＣ脱離
域に入ったタイミング（自然再生フラグ＝０）でａ１≧
ａ０であるときは、λ変動型触媒から脱離されるＨＣを
用いてＨＣ変動型触媒の再生が可能であるので、ステッ
プ１１に進み、自然再生フラグを立てる（自然再生フラ
グ＝１）。この自然再生フラグを立てた後もＨＣ脱離域
にあれば、次回よりステップ９からステップ１２に進む
ことになり、ＨＣ脱離域にいる時間ｔｄと所定値ｔｄ０
を比較する。所定値ｔｄ０は再生終了時期を定めるもの
である。したがって、ｔｄ＜ｔｄ０である間はそのまま
処理を終了し、やがてｔｄ≧ｔｄ０になるとＨＣ変動型
触媒の再生が終了するので、ステップ１３、１４に進
み、ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量ｂ２を０に戻し、ま
たＨＣの脱離によってλ変動型触媒のＨＣ吸着量がなく
なるためＨＣ吸着量ａ１を０に戻す。
【００７８】一方、ＨＣ脱離域でないときはステップ８
よりステップ１５に進み、ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着
量ｂ２と所定値ｂ０２を比較する。これは、ＨＣ変動型
触媒の再生時期であるかどうかを判定する部分で、ｂ２
＜ｂ０２であればまだＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が
飽和に達していない（再生時期でない）と判断し、その
まま今回の処理を終了する。
【００７９】これに対してｂ２≧ｂ０２であるときは再
生時期になったと判断し、ステップ１５からステップ１
６に進んで、λ変動型触媒のＨＣ吸着量ａ１と所定値ａ
０を比較する。ａ１≧ａ０であるときは、λ変動型触媒
からＨＣを脱離しさえすれば、ＨＣ変動型触媒の再生が
可能であるので、ステップ１７に進み、排気を昇温させ
る処理を行う。
【００８０】ＨＣ脱離域でλ変動型触媒より十分な量の
脱離ＨＣがあれば、この脱離ＨＣの供給によって、ＨＣ
変動型触媒を流れる排気中のＨＣ濃度に変動を起こすこ
とが可能となるので、低温予混合燃焼域において負荷変
動が頻繁に起きるような運転が行われたときは（触媒温
度Ｔｃａｔ１がＴ１以上となる）、ステップ９、１０か
らステップ１１〜１４に流れることになり、二次的なＨ
Ｃを供給することなくＨＣ変動型触媒が再生される。し
かしながら、低負荷の連続運転が続いた場合は、触媒温
度Ｔｃａｔ１がＴ１以上となることがなく、λ変動型触
媒からのＨＣ脱離が起きないため、ＨＣ変動型触媒のＮ
Ｏｘ吸着量が飽和に達してしまうことがある。そこでこ
の場合には排気温昇温手段（排気温度上昇手段）により
λ変動型触媒に溜まっている十分な量のＨＣを強制的に
脱離してやるのである。
【００８１】この昇温処理を図１５のフローにより説明
すると、ステップ６１で昇温処理を開始してからの時間
ｔｏｚと所定値ｔｏｚ０を比較する。所定値ｔｏｚ０は
再生終了時期を定めるものである。したがって、ｔｏｚ
＜ｔｏｚ０である間はステップ６２に進み、ポスト噴
射、燃料噴射時期の遅角、吸気絞り、λ変動型Ｎ
Ｏｘ触媒がヒータを備える場合のこのヒータ加熱の少な
くとも一つを行うことによりλ変動型触媒がＨＣを脱離
する温度である上記のＴ１まで昇温させる。
【００８２】ｔｏｚ≧ｔｏｚ０になると、ＨＣ変動型触
媒に吸着したＮＯｘがすべて脱離浄化する（再生が終了
する）ので、ステップ６１よりステップ６３、６４、６
５に進み、ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量ｂ２とλ変動
型触媒のＨＣ吸着量ａ１とを０に戻した後、ポスト噴
射、燃料噴射時期の遅角、吸気絞り、ヒータ加熱の処理
を中止する。
【００８３】図６に戻り、ステップ１６でａ１＜ａ０で
あるときは、λ変動型触媒のＨＣ吸着量だけではＨＣ変
動型触媒を流れる排気のＨＣ変動が不十分となり、ＨＣ
変動型触媒を再生に至らせることができないので、ＨＣ
変動型触媒入口のＨＣ濃度を強制的に変動させる処理を
行う。
【００８４】このＨＣ濃度変動処理を図１６のフローに
より説明すると、ステップ７１でＨＣ濃度変動処理を開
始してからの時間ｔｋｓと所定値ｔｋｓ０を比較する。
所定値ｔｋｓ０は再生終了時期を定めるものである。し
たがって、ｔｋｓ＜ｔｋｓ０である間はステップ７２に
進み、ポスト噴射、燃料噴射時期の遅角、早期パ
イロット噴射等の少なくとも一つを行うことによりＨＣ
変動型触媒へのＨＣ、ＣＯの供給量を増やす。ここで、
のポスト噴射は、排気行程などで少量の噴射を行うこ
とにより、燃料を未燃のままエンジンアウトに排出させ
るものである。の早期パイロット噴射は、燃焼加振力
に伴う振動の低減用に用いるパイロット噴射とは相違し
て、吸気下死点当たりを噴射時期とするもので（特開平
８−２１８９２０号公報参照）、実験によればエンジン
アウトのＨＣが増加することを確認している。
【００８５】この処理によりλ変動型触媒にＨＣが吸着
されることになるため、ステップ７３では、ＨＣ吸着速
度（所定時間当たりのＨＣ吸着量）ａａ２を前回のＨＣ
吸着量であるａ１-1に加算した値を今回のＨＣ吸着量ａ
１として演算する。ＨＣ吸着速度ａａ２も図８と同様の
マップ値で与えることができる。
【００８６】ｔｋｓ≧ｔｋｓ０になると、ＨＣ変動型触
媒に吸着したＮＯｘがすべて脱離浄化する（再生が終了
する）ので、ステップ７１よりステップ７４、７５に進
み、ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量ｂ２を０に戻した
後、ポスト噴射、燃料噴射時期の遅角、早期パイロット
噴射等の処理を中止する。
【００８７】ここで、第１実施形態の作用効果を説明す
る。
【００８８】ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量と脱離還元
量の各量はλ変動型触媒よりも現在のところかなり少な
く、拡散燃焼を主体とする通常のディーゼルエンジン
（ＥＧＲなし）を対象とするとき、触媒入口のＮＯｘ濃
度が低温予混合燃焼に比べて高いことからＨＣ変動型触
媒のＮＯｘ吸着量がすぐに飽和に達し、この飽和に達し
た触媒の再生のため、触媒入口のＨＣ濃度をかなりの頻
度で変動させる必要がある。このため、触媒入口のＨＣ
濃度の変動を、２次的なＨＣ供給によって行わせるので
は、燃費や運転性の悪化を伴ってしまうのであるが、本
実施形態は、低温予混合燃焼を行わせるエンジンを対象
としており、低温予混合燃焼によれば、触媒入口のＮＯ
ｘ濃度がもともと低いため、ＨＣ変動型触媒を再生する
時期が大幅に遅くなり、このＨＣ変動型触媒の再生機会
の大幅な減少により燃費や運転性の悪化を抑制すること
ができる。
【００８９】また、本実施形態によれば、低温予混合燃
焼域おける低負荷時に、後段のＨＣ変動型触媒の再生を
可能とするだけのＨＣが前段のλ変動型触媒に吸着され
ていれば（ａ１≧ａ０）、低温予混合燃焼域おける加速
時等により排気温度が上昇してＨＣが脱離する温度条件
になったとき（Ｔｃａｔ１≧Ｔ１）、前段のλ変動型触
媒から十分な量のＨＣが脱離するので、後段のＨＣ変動
型触媒を再生することができる。つまり、λ変動型触媒
に溜まるＨＣを利用することで、２次的なＨＣを供給す
ることなくＨＣ変動型触媒の再生を行えるわけである。
【００９０】また、低温予混合燃焼域を外れた領域（高
負荷域）で排気空燃比をリッチ化したときには、前段の
λ変動型触媒だけでなく後段のＨＣ変動型触媒について
も再生することができる（λ変動型触媒の再生に伴う排
気温度の上昇によって、後段のＨＣ変動型触媒に吸着さ
れているＮＯｘも雰囲気が理論空燃比付近（三元域）に
あるとき脱離還元されるため）。
【００９１】また、低温予混合燃焼域おける低負荷時
に、後段のＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨ
Ｃが前段のλ変動型触媒に吸着されている場合に（ａ１
≧ａ０）、ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達し
たとしても（ｂ２≧ｂ０２）、さらに低負荷運転が継続
されるのでは、λ変動型触媒からのＨＣの脱離を望めな
いのであるが、本実施形態によれば、排気温度上昇手段
の作動（つまりポスト噴射、燃料噴射時期の遅角、吸気
絞り、λ変動型ＮＯｘ触媒がヒータを備える場合のこの
ヒータ加熱の少なくとも一つを行うこと）によってλ変
動型触媒に吸着しているＨＣを脱離させことができるの
で、ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合
に、さらに低負荷運転が継続されることがあっても、Ｈ
Ｃ変動型触媒を再生させることができる。
【００９２】また、低温予混合燃焼域においてＨＣ変動
型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達しても（ｂ２≧ｂ０
２）、ＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣが
前段のλ変動型触媒に吸着されていなければ（ａ１＜ａ
０）、排気温度上昇手段によってλ変動型触媒からＨＣ
が脱離する温度まで排気温度を上昇させても、ＨＣ変動
型触媒を流れる排気中のＨＣ濃度を十分に変動させるこ
とができず、ＨＣ変動型触媒の再生が不完全なものとな
るのであるが、本実施形態によれば、ＨＣ濃度変動手段
の作動（つまりポスト噴射、燃料噴射時期の遅角、早期
パイロット噴射等の少なくとも一つを行うこと）によっ
てＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣを２次
的に供給するので、ＥＧＲ域や低温予混合燃焼域におい
てＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合
に、ＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣがλ
変動型触媒に溜まっていなくても、ＨＣ変動型触媒を再
生させることができる。
【００９３】図１７の制御システムは第２実施形態で、
第１実施形態の図１に対応する。
【００９４】この実施形態は、排気通路２を分岐し、一
方の分岐通路６１にλ変動型触媒６３を、他方の分岐通
路６２にＨＣ変動型触媒６４を配置するとともに、分岐
通路６１、６２への排気流れの切換を行うための流量制
御弁６５、６６を各触媒６３、６４の上流に設け、図１
８に示したように、低温予混合燃焼域以外の領域（高負
荷域）では、制御弁６５を全開かつ制御弁６６を全閉と
することによって排気の全量をλ変動型触媒６３に流
し、低温予混合燃焼域（低中負荷域）になると、今度は
制御弁６５を全閉かつ制御弁６６を全開とすることによ
って排気の全量をＨＣ変動型触媒６４に流すようにした
ものである。
【００９５】この実施形態では、２つの触媒６３、６４
が並列配置されるため、λ変動型触媒６３にＨＣを吸着
させても、その吸着したＨＣをＨＣ変動型触媒６４の再
生に利用できないので、λ変動型触媒６３にＨＣ吸着能
力を持たせることは必要でない。このため、各触媒６
３、６４に吸着されるＮＯｘが飽和に達したときの各触
媒の再生処理は第１実施形態よりも簡単であり、これを
図１９、図２０、図２１に示す。図１９、図２０、図２
１は、第１実施形態の図６、図１４、図１６と置き換わ
るものである。なお、図１９において図６と同一部分、
図２０において図１４と同一部分、図２１において図１
６と同一部分には同一のステップ番号を記して、その説
明は省略する。
【００９６】燃料中には硫黄分が含まれており、その硫
黄によってλ変動型触媒が被毒の影響をうけるのである
が、第２実施形態によれば、低温予混合燃焼域でない領
域（高負荷域）でだけλ変動型触媒に排気を流せばよい
ので、硫黄分による被毒の影響を受けなくて済み（高負
荷領域では排気温度が十分高いため、λ変動型触媒に硫
黄が堆積しにくい）、これによってλ変動型触媒の耐久
性が向上する。
【００９７】実施形態では、λ変動型触媒とＨＣ変動型
触媒の組み合わせで説明したが、λ変動型ＮＯｘ触媒単
独と低温予混合燃焼を行わせることのできるエンジンと
を組み合わせてもかまわない（図２２参照）。このもの
（第３実施形態）に対するフローチャートを図２３、図
２４に示す。図２３、図２４は、第１実施形態の図６、
図１４と置き換わるおものである。なお、図２３におい
て図６と同一部分、図２４において図１４と同一部分に
は同一のステップ番号を記して、その説明は省略する。
【００９８】低温予混合燃焼によれば、排気中のＮＯｘ
を従来のディーゼルエンジン（ＥＧＲ無し）の１／５０
程度にまで低減可能であり、ＮＯｘの排出量が多くて問
題となるのは低温予混合燃焼を行わせることが困難とな
る運転域、つまり高負荷域である。この高負荷域におい
ては、スモーク性能を悪化させることなく排気の空燃比
をリッチ化することが可能である。第３実施形態によれ
ば、高負荷域において排出されるＮＯｘをλ変動型触媒
を用いて浄化することが可能となり、これによって全運
転域においてＮＯｘの排出量を抑制することができる。
【００９９】第１実施形態では、排気通路の上流側より
λ変動型触媒、ＨＣ変動型触媒の順に配置する場合で説
明したが、２種類の触媒の配置方法はこれに限られるも
のでなく、実験してみたところでは、排気通路の上流側
よりＨＣ変動型触媒、λ変動型触媒の順に配置しても同
様の結果が得られている。ただし、鉄を含む触媒とラン
タンを含む触媒とだけは、ＨＣ濃度が高いとＮＯｘ吸着
量が減ってしまう特性を有するので（実験結果）、これ
らの触媒だけは下流側に配置する必要がある。
【０１００】実施形態では、低温予混合燃焼を行うこと
の可能なエンジンを対象として説明したが、これに限ら
れるものでない。たとえば、低中負荷域をＥＧＲ域とし
て予め定めており、運転条件がこのＥＧＲ域にあるとき
吸気中に還流される排気量（ＥＧＲ量）を制御し、これ
に対してＥＧＲ域を外れると、ＥＧＲを中止するように
したエンジンを対象としてもかまわない。
【０１０１】実施形態では、ＨＣ濃度変動処理としてＨ
Ｃ濃度を増加させる場合で説明したが、ＨＣ濃度の増加
とこれに続く減少とを短い周期で繰り返すようにしても
かまわない。
【０１０２】第２実施形態では、排気流れの切換のため
２つの制御弁を設けているが、これに限られるものでな
い。たとえば分岐通路の分岐部や２つの分岐通路の集合
部に１つの流量制御弁を設けてもかまわない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の制御システム図。
【図２】低温予混合燃焼を行わせるエンジンのＮＯｘ排
出量の特性図。
【図３】ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着過程とＮＯｘ脱離
還元過程を示すモデル図。
【図４】触媒入口のＨＣ濃度をステップ的に大きくした
ときのＨＣ変動型触媒の触媒出口におけるＮＯｘ濃度の
変化波形図。
【図５】２つの酸素濃度条件におけるＨＣ濃度変動によ
るＮＯｘ低減率を示す表図。
【図６】触媒の再生処理を説明するためのフローチャー
ト。
【図７】ＨＣ吸着量の演算を説明するためのフローチャ
ート。
【図８】ＨＣ吸着速度のマップ特性図。
【図９】λ変動型触媒のＮＯｘ吸着量の演算を説明する
ためのフローチャート。
【図１０】ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量の演算を説明
するためのフローチャート。
【図１１】ＮＯｘ吸着速度のマップ特性図。
【図１２】吸着係数のマップ特性図。
【図１３】運転領域図。
【図１４】リッチスパイク処理を説明するためのフロー
チャート。
【図１５】昇温処理を説明するためのフローチャート。
【図１６】ＨＣ濃度変動処理を説明するためのフローチ
ャート。
【図１７】第２実施形態の制御システム図。
【図１８】第２実施形態の排気流れの切換処理を説明す
るためのフローチャート。
【図１９】第２実施形態の再生処理を説明するためのフ
ローチャート。
【図２０】第２実施形態のリッチスパイク処理を説明す
るためのフローチャート。
【図２１】第２実施形態のＨＣ濃度変動処理を説明する
ためのフローチャート。
【図２２】第３実施形態の制御システム図。
【図２３】第３実施形態の再生処理を説明するためのフ
ローチャート。
【図２４】第３実施形態のリッチスパイク処理を説明す
るためのフローチャート。
【図２５】第１の発明のクレーム対応図。
【図２６】第６の発明のクレーム対応図。
【図２７】第１３の発明のクレーム対応図。
【符号の説明】
６ ＥＧＲ弁 ３３ アクセル開度センサ ３４ クランク角センサ ４１ コントロールユニット ５２ 排気タービン ５３ 可変ベーン ５５ λ変動型触媒 ５６ ＨＣ変動型触媒 ５７、５８ 温度センサ
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 3/08 Ｆ０１Ｎ 3/28 ３０１Ｃ ４Ｄ０４８ 3/20 ３０１Ｇ 3/28 ３０１ ３０１Ｈ Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２Ｆ 37/12 ３０２Ｅ Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３５５ 37/22 ３８０Ｄ 37/12 ３０２ ３８５Ｄ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３５５ 41/38 Ｂ ３８０ 41/40 Ｃ ３８５ 43/00 ３０１Ｇ 41/38 ３０１Ｊ 41/40 ３０１Ｎ 43/00 ３０１ ３０１Ｒ ３０１Ｗ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ａ ５５０Ｃ ５５０Ｒ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ ５７０Ｊ ５７０Ｐ Ｂ０１Ｄ 53/36 ＺＡＢ ５７０ １０３Ｂ Ｆ０２Ｂ 37/12 ３０１Ｎ Ｆターム(参考） 3G005 DA02 EA04 EA15 EA16 FA35 GA05 GC08 GD14 GE01 HA05 HA12 HA18 3G062 AA01 AA05 BA00 BA02 BA05 CA06 EA04 ED08 GA05 GA06 3G084 AA01 BA08 BA09 BA13 BA14 BA15 BA20 BA21 BA24 CA03 CA04 DA02 DA10 FA00 FA10 FA20 FA33 FA38 3G091 AA02 AA10 AA11 AA18 AB06 BA11 BA14 BA33 BA36 CA04 CA13 CB02 CB03 CB07 CB08 DA01 DA02 DA03 DA04 DA05 DA07 DB06 DB10 DC01 DC05 EA00 EA01 EA07 EA16 EA18 EA31 FA08 FA09 FA12 FA13 FA14 FA17 FB10 FB11 FB12 FC02 GA19 GB01W GB02W GB03W GB04W GB05W GB06W GB07W HA08 HA11 HA39 HA42 HA45 HB05 HB06 3G301 HA02 HA11 HA13 JA02 JA24 JA25 KA06 KA09 LA00 LA05 MA14 MA18 MA23 ND01 NE01 NE12 NE13 PB08A PB08Z PE01Z PE03Z PE05Z PE08Z PF03Z 4D048 AA06 AB02 AB03 BA01Y BA02Y BA03Y BA08Y BA11Y BA14Y BA15X BA18Y BA28Y BA30X BA31Y BA33Y BA36Y BA37Y BA38Y BA41Y CC32 CC38 CC46 CC51 DA01 DA02 DA06 DA09 EA04

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】λ変動型触媒と、 ＨＣ変動型触媒と、 ＥＧＲ域であるかどうかを判定する手段と、 この判定結果よりＥＧＲ域で吸気中に還流される排気量
    を制御する手段と、 前記ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合
    に、前記ＥＧＲ域でこのＨＣ変動型触媒に流入する排気
    中のＨＣ濃度に変動を与える手段と、 前記λ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合
    に、前記ＥＧＲ域でない領域でこのλ変動型触媒に流入
    する排気の空燃比をリッチ化する手段とを備えることを
    特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
  2. 【請求項２】前記λ変動型触媒と前記ＨＣ変動型触媒を
    排気通路の上流側からこの順に配置するとともに、上流
    側の前記λ変動型触媒にＨＣ吸着能力を持たせることを
    特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気
    浄化装置。
  3. 【請求項３】排気温度上昇手段を備え、前記ＥＧＲ域で
    前記ＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣが前
    記λ変動型触媒に吸着されており、かつ前記λ変動型触
    媒からＨＣが脱離する温度条件でない場合に前記ＨＣ変
    動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達したとき、前記排気
    温度上昇手段によって前記λ変動型触媒からＨＣが脱離
    する温度まで排気温度を上昇させることを特徴とする請
    求項２に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
  4. 【請求項４】ＨＣ濃度変動手段を備え、前記ＥＧＲ域で
    前記ＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけのＨＣが前
    記λ変動型触媒に吸着されておらず、かつ前記λ変動型
    触媒からＨＣが脱離する温度条件でない場合に前記ＨＣ
    変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達したとき、前記Ｈ
    Ｃ濃度変動手段によって前記ＨＣ変動型触媒を流れる排
    気中のＨＣ濃度を変動させることを特徴とする請求項２
    に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
  5. 【請求項５】排気通路を分岐して一方の分岐通路に前記
    λ変動型触媒を、他方の分岐通路に前記ＨＣ変動型触媒
    を配置するとともに、２つの分岐通路への排気流れを切
    換可能な手段を備え、この切換手段により前記ＥＧＲ域
    で前記ＨＣ変動型触媒に排気を流し、前記ＥＧＲ域でな
    い領域になると前記λ変動型触媒に排気を流すことを特
    徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気浄
    化装置。
  6. 【請求項６】λ変動型触媒と、 ＨＣ変動型触媒と、 低温予混合燃焼域であるかどうかを判定する手段と、 この判定結果より低温予混合燃焼域で圧縮上死点後まで
    の燃料噴射時期を遅延するとともに、排気還流による酸
    素濃度の低減により、燃料の着火遅れ期間を長くし、こ
    の着火遅れ期間中に燃料が十分に気化した予混合気を形
    成させて低温予混合燃焼を行わせる手段と、 前記ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合
    に、前記低温予混合燃焼域でこのＨＣ変動型触媒に流入
    する排気中のＨＣ濃度に変動を与える手段と、 前記λ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合
    に、前記低温予混合燃焼域でない領域でこのλ変動型触
    媒に流入する排気の空燃比をリッチ化する手段とを備え
    ることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装
    置。
  7. 【請求項７】前記λ変動型触媒と前記ＨＣ変動型触媒を
    排気通路の上流側からこの順に配置するとともに、上流
    側の前記λ変動型触媒にＨＣ吸着能力を持たせることを
    特徴とする請求項６に記載のディーゼルエンジンの排気
    浄化装置。
  8. 【請求項８】排気温度上昇手段を備え、前記低温予混合
    燃焼域で前記ＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけの
    ＨＣが前記λ変動型触媒に吸着されており、かつ前記λ
    変動型触媒からＨＣが脱離する温度条件でない場合に前
    記ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達したとき、
    前記排気温度上昇手段によって前記λ変動型触媒からＨ
    Ｃが脱離する温度まで排気温度を上昇させることを特徴
    とする請求項７に記載のディーゼルエンジンの排気浄化
    装置。
  9. 【請求項９】ＨＣ濃度変動手段を備え、前記低温予混合
    燃焼域で前記ＨＣ変動型触媒の再生を可能とするだけの
    ＨＣが前記λ変動型触媒に吸着されておらず、かつ前記
    λ変動型触媒からＨＣが脱離する温度条件でない場合に
    前記ＨＣ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達したと
    き、前記ＨＣ濃度変動手段によって前記ＨＣ変動型触媒
    を流れる排気中のＨＣ濃度を変動させることを特徴とす
    る請求項７に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装
    置。
  10. 【請求項１０】排気通路を分岐して一方の分岐通路に前
    記λ変動型触媒を、他方の分岐通路に前記ＨＣ変動型触
    媒を配置するとともに、２つの分岐通路への排気流れを
    切換可能な手段を備え、この切換手段により前記低温予
    混合燃焼域で前記ＨＣ変動型触媒に排気を流し、前記低
    温予混合燃焼域でない領域になると前記λ変動型触媒に
    排気を流すことを特徴とする請求項６に記載のディーゼ
    ルエンジンの排気浄化装置。
  11. 【請求項１１】前記排気温度上昇手段は、ポスト噴射、
    燃料噴射時期の遅角、吸気絞り、前記λ変動型触媒がヒ
    ータを備える場合にそのヒータ加熱の少なくとも一つを
    行う手段であることを特徴とする請求項３または８に記
    載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
  12. 【請求項１２】前記ＨＣ濃度変動手段は、ポスト噴射、
    燃料噴射時期の遅角、早期パイロット噴射の少なくとも
    一つを行う手段であることを特徴とする請求項４または
    ９に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
  13. 【請求項１３】λ変動型触媒と、 低温予混合燃焼域であるかどうかを判定する手段と、 この判定結果より低温予混合燃焼域で圧縮上死点後まで
    の燃料噴射時期を遅延するとともに、排気還流による酸
    素濃度の低減により、燃料の着火遅れ期間を長くし、こ
    の着火遅れ期間中に燃料が十分に気化した予混合気を形
    成させて低温予混合燃焼を行わせる手段と、 前記λ変動型触媒のＮＯｘ吸着量が飽和に達した場合
    に、前記低温予混合燃焼域でない領域でこのλ変動型触
    媒に流入する排気の空燃比をリッチ化する手段とを備え
    ることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装
    置。
  14. 【請求項１４】過給圧制御手段を備え、排気の空燃比を
    リッチ化する手段は、前記過給圧制御手段により過給圧
    を下げる手段であることを特徴とする請求項１から１３
    までのいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの排気
    浄化装置。
  15. 【請求項１５】コモンレール式の燃料噴射装置と、コモ
    ンレールの圧力制御手段と、過給圧制御手段とを備え、
    排気の空燃比をリッチ化する手段は、前記コモンレール
    圧力制御手段によりコモンレール圧力を上昇させるとと
    もに、燃料噴射時期を遅角することで噴霧の微粒化を促
    進し、この場合に燃料噴射時期の遅角によるトルク低下
    を補うため燃料噴射量を増量し、さらに前記過給圧制御
    手段により過給圧を低下させる手段であることを特徴と
    する請求項１から１３までのいずれか一つに記載のディ
    ーゼルエンジンの排気浄化装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5924716B1 (ja) * 2015-02-03 2016-05-25 三菱電機株式会社 内燃機関の制御装置
JP2017025862A (ja) * 2015-07-27 2017-02-02 本田技研工業株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP2019027293A (ja) * 2017-07-26 2019-02-21 マツダ株式会社 過給機付エンジンの制御装置

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