JP2001164928A - エンジンの排気浄化装置及び浄化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】触媒によるＮＯｘ浄化性能の向上を図る。 【解決手段】触媒温度が低いときには排気ガス中のＣＯ
量が増大するように燃料噴射形態を変更し（Ｓ５，Ｓ
６）、触媒温度が高いときには排気ガス中のＨＣ量が増
大するように燃料噴射形態を変更する（Ｓ８，Ｓ９）こ
とにより、低温から高温にわたる広い温度域で高いＮＯ
ｘ浄化率が得られるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエンジンの排気浄化
装置及び排気浄化方法に関し、特にＮＯｘ（窒素酸化
物）の排出を抑制するものである。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの排気ガスを浄化するための触
媒としては、略理論空燃比付近で排気ガス中のＨＣ（炭
化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）及び前記ＮＯｘを同時に
かつ極めて有効に浄化できる三元触媒が知られている。
しかし、ディーゼルエンジンはかなりリーンな空燃比
（例えばＡ／Ｆ≧１８，酸素濃度が４％以上）で運転さ
れるので、前記三元触媒では排気ガス中のＮＯｘを還元
することができず、また、空燃比がリーンな状態では排
気ガス中の酸素濃度がかなり高くなるので、ＮＯｘ浄化
用触媒（例えばゼオライトに触媒金属としてのＰｔを担
持させた触媒）であってもＮＯｘを十分に還元浄化する
ことが難しい。この点は空燃比がリーンの運転領域を有
するガソリンエンジンにおいても同じである。

【０００３】これに対し、特開平８−２６１０５２号公
報には、エンジンの圧縮行程上死点近傍で燃料の主燃料
を行ない、膨張行程又は排気行程で燃料の後噴射を行な
うようにしたものにおいて、ＮＯｘ還元用触媒の温度が
高いときには低いときに比べて後噴射時期を遅らせるこ
とが記載されている。すなわち、後噴射時期の制御によ
って、触媒温度が低いときに排気ガス中に炭素数が小さ
いＨＣが多くなるようにし、触媒温度が高いときには排
気ガス中の炭素数が大きいＨＣが多くなるようにすると
いうものである。これは、炭素数が小さいＨＣは低温側
でのＮＯｘの浄化に還元剤として有効に働き、炭素数が
大きいＨＣは高温側でのＮＯｘの浄化に還元剤として有
効に働くという知見に基づく。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、エンジンの
排気ガスにはＮＯｘを浄化するための還元剤成分として
上記ＨＣの他にＣＯが含まれている。従来、触媒による
ＮＯｘの還元浄化を促進するために排気ガス中のＨＣ量
を増大せしめることについては種々に提案されている
が、ＣＯ量を制御することについては未だ研究が十分に
進んでいない。ＨＣ量の増大がＮＯｘの還元に有効であ
るから、ＣＯ量についても同様に増大させるといった程
度である。

【０００５】そこで、本発明は、排気ガス中のＨＣ量及
びＣＯ量を適切に制御することによって触媒によるＮＯ
ｘの還元浄化をさらに促進し、大気中へのＮＯｘの排出
を少なくすることを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、排気ガスに
含まれるＨＣ量とＣＯ量とが触媒によるＮＯｘの浄化性
能に及ぼす影響について研究し、排気ガス中のＣＯ量が
多いときには触媒温度が低いときにＮＯｘ浄化率が高く
なり、逆にＨＣ量が多いときには触媒温度が高いときに
ＮＯｘ浄化率が高くなることを見出し、本発明を完成し
たものである。以下、具体的に説明する。

【０００７】本発明は、エンジンの排気通路に配置さ
れ、排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する触媒と、前記触
媒の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段
によって検出された触媒温度に基づき、該触媒温度が予
め設定された温度Ｔcat1以下であるときに前記排気ガス
中のＣＯ量を増大せしめるＣＯ増量手段とを備えている
ことを特徴とするエンジンの排気浄化装置である。

【０００８】すなわち、排気ガス中のＣＯ量が多いとき
にはＨＣ量が多いときよりも、触媒温度が低いときにＮ
Ｏｘ浄化率が高くなる。その理由は、触媒上ではＣＯの
方がＨＣよりも低温で酸化反応が進行するためであると
考えられる。そこで、本発明は触媒温度が予め設定され
た温度Ｔcat1以下であるときに排気ガス中のＣＯ量を増
大せしめ、低温であってもＣＯによって触媒上でＮＯｘ
の還元が効率良く進むようにしたものである。

【０００９】また、本発明は、エンジンの排気通路に配
置され、排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する触媒と、前
記触媒の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出
手段によって検出された触媒温度に基づき、該触媒温度
が予め設定された温度Ｔcat2以上であるときに前記排気
ガス中のＨＣ量を増大せしめるＨＣ増量手段とを備えて
いることを特徴とするエンジンの排気浄化装置である。

【００１０】すなわち、排気ガス中のＨＣ量が多いとき
にはＣＯ量が多いときよりも、触媒温度が高いときにＮ
Ｏｘ浄化率が高くなる。そこで、触媒温度が予め設定さ
れた温度Ｔcat2以上であるときに排気ガス中のＨＣ量を
増大せしめるようにしたものである。

【００１１】従って、触媒温度が予め設定された温度Ｔ
cat1以下であるときに排気ガス中のＣＯ量を増大せしめ
るＣＯ増量手段と、触媒温度が予め設定された温度Ｔca
t2以上（但し、Ｔcat2≧Ｔcat1）であるときに排気ガス
中のＨＣ量を増大せしめるＨＣ増量手段とを設ければ、
広い温度範囲でＮＯｘを還元浄化することができるよう
になる。

【００１２】前記ＨＣの増量は例えば燃料噴射弁による
燃焼室への燃料噴射態様を変更することによって達成す
ることができる。すなわち、ディーゼルエンジンの気筒
内燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、エンジン
の運転状態に応じて燃料噴射弁による燃料の噴射を制御
する燃料噴射制御手段とを設け、この燃料噴射制御手段
により圧縮行程上死点付近で燃料を噴射する主噴射の後
の膨張行程又は排気行程において燃料を噴射する後噴射
が実行されているときには、該後噴射燃料を増量するこ
とによって排気ガス中のＨＣ量を増大させることがで
き、前記後噴射が実行されていないときには該後噴射を
実行することによって、排気ガス中のＨＣ量を増大させ
ることかできる。

【００１３】前記ＣＯの増量は、例えば燃料噴射弁によ
って燃料を分割して燃焼室に噴射しているときに、その
分割噴射の態様を変更することによって達成することが
できる。すなわち、ディーゼルエンジンの気筒内燃焼室
に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、エンジンの運転状
態に応じて圧縮行程上死点付近において燃焼室での燃料
の燃焼が継続するように前記燃料噴射弁によって燃料を
複数回に分割して噴射する燃料噴射制御手段とを設け、
この燃料噴射制御手段によって燃料が分割噴射されてい
るときに、前記燃料噴射弁が閉じてから次に開くまでの
噴射休止時間を増大させることによって、排気ガス中の
ＣＯ量を増大させることができる。

【００１４】その場合の前記燃料噴射制御手段による燃
料の分割は２分割又は３分割とすればよい。

【００１５】また、本発明は、エンジンの排気通路に排
気ガス中のＮＯｘを還元浄化する触媒を配置し、この触
媒の温度を検出し、この触媒温度が予め設定された温度
Ｔcat1以下であるときに前記排気ガス中のＣＯ量を増大
せしめることを特徴とするエンジンの排気浄化方法であ
る。これにより、触媒温度が低いときでもＣＯによって
触媒上でのＮＯｘの還元を効率良く進ませることができ
る。

【００１６】上記触媒としては、触媒金属としてＰｔ等
の貴金属を用い、該触媒金属の担持母材としてゼオライ
トを用いたものが好適である。

【００１７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、エンジ
ンの排気通路に配置され、排気ガス中のＮＯｘを還元浄
化する触媒と、この触媒の温度を検出する温度検出手段
と、この温度検出手段によって検出された触媒温度に基
づき、その温度が予め設定された温度Ｔcat1以下である
ときに前記排気ガス中のＣＯ量を増大せしめるＣＯ増量
手段とを備えているから、触媒温度が低いときでもＣＯ
の増量によって触媒上でのＮＯｘの還元が効率良く進む
ことになり、ＮＯｘの浄化に有利になる。

【００１８】また、本発明によれば、エンジンの排気通
路に配置され、排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する触媒
と、この触媒の温度を検出する温度検出手段と、この温
度検出手段によって検出された触媒温度に基づき、その
温度が予め設定された温度Ｔcat2以上であるときに前記
排気ガス中のＨＣ量を増大せしめるＨＣ増量手段とを備
えているから、触媒温度が高いときにＨＣ量が増大する
ことによって触媒上でのＮＯｘの還元が効率良く進むこ
とになり、ＮＯｘの浄化に有利になる。

【００１９】また、本発明によれば、触媒温度が予め設
定された温度Ｔcat1以下であるときに排気ガス中のＣＯ
量を増大せしめるＣＯ増量手段と、触媒温度が予め設定
された温度Ｔcat2以上であるときに排気ガス中のＨＣ量
を増大せしめるＨＣ増量手段とを設けたから、広い温度
範囲でＮＯｘを効率良く還元することができるようにな
り、ＮＯｘの浄化に有利になる。

【００２０】また、本発明によれば、エンジンの排気通
路に排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する触媒を配置し、
この触媒の温度を検出し、その温度が予め設定された温
度Ｔcat1以下であるときに前記排気ガス中のＣＯ量を増
大せしめるようにしたエンジンの排気浄化方法であるか
ら、触媒温度が低いときでもＣＯによって触媒上でのＮ
Ｏｘの還元を効率良く進ませることができ、ＮＯｘの浄
化に有利になる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２２】図１は本発明の実施形態に係るディーゼル
エンジンの制御装置Ａの全体構成を示し、１は車両に搭
載された多気筒ディーゼルエンジンである。このエンジ
ン１は複数の気筒２（１つのみ図示する）を有し、その
各気筒２内にピストン３が往復動可能に嵌挿されてい
て、この気筒２とピストン３によって各気筒２内に燃焼
室４が形成されている。また、燃焼室４の上面の略中央
部には、インジェクタ（燃料噴射弁）５が先端部の噴孔
を燃焼室４に臨ませて配設され、各気筒毎に所定の噴射
タイミングで噴孔が開閉作動されて、燃焼室４に燃料を
直接噴射するようになっている。

【００２３】前記各インジェクタ５は高圧の燃料を蓄え
る共通のコモンレール（蓄圧室）６に接続されていて、
そのコモンレール６にはクランク軸７により駆動される
高圧供給ポンプ８が接続されている。この高圧供給ポン
プ８は、圧力センサ６ａによって検出されるコモンレー
ル６内の燃圧が所定値以上に保持されるように作動す
る。また、クランク軸７の回転角度を検出するクランク
角センサ９が設けられており、このクランク角センサ９
は、クランク軸７の端部に設けた被検出用プレート（図
示省略）と、その外周に相対向するように配置され電磁
ピックアップとからなり、その電磁ピックアップが被検
出用プレートの外周部全周に所定角度おきに形成された
突起部の通過に対応してパルス信号を出力するようにな
っている。

【００２４】１０はエンジン１の燃焼室４に対しエアク
リーナ（図示省略）で濾過した吸気（空気）を供給する
吸気通路であり、この吸気通路１０の下流端部には、図
示しないがサージタンクが設けられ、このサージタンク
から分岐した各通路が吸気ポートにより各気筒２の燃焼
室４に接続されている。また、サージタンクには各気筒
２に供給される過給圧力を検出する吸気圧センサ１０ａ
が設けられている。前記吸気通路１０には上流側から下
流側に向かって順に、エンジン１に吸入される吸気流量
を検出するホットフィルム式エアフローセンサ１１と、
後述のタービン２１により駆動されて吸気を圧縮するブ
ロワ１２と、このブロワ１２により圧縮した吸気を冷却
するインタークーラ１３と、吸気通路１０の断面積を絞
る吸気絞り弁（吸気量調節手段）１４とがそれぞれ設け
られている。この吸気絞り弁１４は、全閉状態でも吸気
が流通可能なように切り欠きが設けられたバタフライバ
ルブからなり、後述のＥＧＲ弁２４と同様、ダイヤフラ
ム１５に作用する負圧の大きさが負圧制御用の電磁弁１
６により調節されることで、弁の開度が制御されるよう
になっている。また、前記吸気絞り弁１４にはその開度
を検出するセンサ（図示省略）が設けられている。

【００２５】２０は各気筒２の燃焼室４から排気ガスを
排出する排気通路で、排気マニホールドを介して各気筒
２の燃焼室４に接続されている。この排気通路２０に
は、上流側から下流側に向かって順に、排気ガス中の酸
素濃度を検出するＯ2センサ１７と、排気流により回転
されるタービン２１と、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ及びＮ
Ｏｘを浄化可能な触媒コンバータ２２とが配設されてい
る。

【００２６】前記触媒コンバータ２２は、図２に示すよ
うに２個のハニカム触媒２２ａ，２２ａを軸方向（排気
ガスの流れ方向）に並べたものである。このハニカム触
媒２２ａは、軸方向に平行に延びる多数の貫通孔を有す
るハニカム構造のコージェライト製担体の各貫通孔壁面
に触媒層を形成したものであり、排気ガス温度（触媒温
度）が低いときにＮＯｘを吸収する一方、排気ガス温度
が高くなると吸収しているＮＯｘを放出するとともに、
この時の酸素濃度が４％以上となるリーン雰囲気であっ
てもこの放出されたＮＯｘ及び流入する排気ガス中のＮ
Ｏｘを還元浄化する特性を有する。

【００２７】すなわち、前記ハニカム触媒の触媒層は、
触媒金属としてのＰｔを触媒材料としてのゼオライトに
乾固担持させてなる触媒をバインダ（水和アルミナ）と
共に担体にコーティングすることによって形成されてい
る。この触媒はＨＣを酸化させるための酸化触媒として
の機能、並びに理論空燃比で燃焼した排気ガス雰囲気だ
けでなく、燃焼室内の空燃比Ａ／Ｆ（燃焼室内のガスに
含まれる燃料（ＨＣ及びＣＯ）に対する酸素の比）が理
論空燃比よりもリーンのとき（例えばＡ／Ｆ＞１８のと
き、もしくは排気ガスの酸素濃度４％以上の酸素過剰雰
囲気）でもＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元触媒として
の機能を有するとともに、理論空燃比付近では三元触媒
としても働く。

【００２８】前記排気通路２０のタービン２１よりも上
流側の部位からは、排気ガスの一部を吸気側に還流させ
る排気還流通路（以下ＥＧＲ通路という）２３が分岐
し、このＥＧＲ通路２３の下流端は吸気絞り弁１４より
も下流側の吸気通路１０に接続されている。ＥＧＲ通路
２３の途中の下流端寄りには、開度調節可能な排気還流
量調節弁（排気還流量調節手段：以下ＥＧＲ弁という）
２４が配置されていて、排気通路２０の排気ガスの一部
をＥＧＲ弁２４により流量調節しながら吸気通路１０に
還流させるようになっている。

【００２９】前記ＥＧＲ弁２４は、負圧応動式のもので
あって、その弁箱の負圧室に負圧通路２７が接続されて
いる。この負圧通路２７は、負圧制御用の電磁弁２８を
介してバキュームポンプ（負圧源）２９に接続されてお
り、電磁弁２８が後述のＥＣＵ３５からの制御信号（電
流）によって負圧通路２７を連通・遮断することによっ
て、負圧室のＥＧＲ弁駆動負圧が調節され、それによっ
て、ＥＧＲ通路２３の開度がリニアに調節されるように
なっている。

【００３０】前記ターボ過給機２５は、ＶＧＴ（バリア
ブルジオメトリーターボ）であって、これにはダイヤフ
ラム３０が取り付けられていて、負圧制御用の電磁弁３
１によりダイヤフラム３０に作用する負圧が調節される
ことで、排気ガス流路の断面積が調節されるようになっ
ている。

【００３１】前記各インジェクタ５、高圧供給ポンプ
８、吸気絞り弁１４、ＥＧＲ弁２４、ターボ過給機２５
等はコントロールユニット（Engine Contorol Unit：以
下ＥＣＵという）３５からの制御信号によって作動する
ように構成されている。一方、このＥＣＵ３５には、前
記圧力センサ６ａからの出力信号と、クランク角センサ
９からの出力信号と、圧力センサ１０ａからの出力信号
と、エアフローセンサ１１からの出力信号と、Ｏ2セン
サ１７からの出力信号と、ＥＧＲ弁２４のリフトセンサ
２６からの出力信号と、車両の運転者による図示しない
アクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するア
クセル開度センサ３２からの出力信号とが少なくとも入
力されている。

【００３２】そして、インジェクタ５の作動による燃料
噴射制御が行なわれて、燃料噴射量及び燃料噴射時期が
エンジン１の運転状態に応じて制御されるとともに、高
圧供給ポンプ８の作動によるコモンレール圧力、即ち燃
量噴射圧の制御が行なわれ、これに加えて、吸気絞り弁
１４の作動による吸入空気量の制御と、ＥＧＲ弁２４の
作動による排気還流量の制御と、ターボ過給機２５の作
動制御（ＶＧＴ制御）とが行なわれるようになってい
る。

【００３３】前記ＥＣＵ３５には、エンジン１の目標ト
ルク及び回転数の変化に応じて実験的に決定した最適な
燃料噴射量Ｑを記録した燃料噴射量マップが、メモリ上
に電子的に格納して備えられている。そして、アクセル
開度センサ３２からの出力信号に基づいて求めた目標ト
ルクとクランク角センサ９からの出力信号に基づいて求
めたエンジン回転数とに基づいて、前記燃料噴射量マッ
プから基本燃料噴射量Ｑbaseが読み込まれ、この基本燃
料噴射量Ｑbaseと圧力センサ６ａにより検出されたコモ
ンレール圧力とに基づいて、各インジェクタ５の励磁時
間（開弁時間）が決定されるようになっている。この基
本的な燃料噴射制御によって、エンジン１の目標トルク
に対応する分量の燃料が供給され、エンジン１は燃焼室
４における平均的空燃比がかなりリーンな状態（Ａ/Ｆ
≧１８）で運転される。

【００３４】また、定常運転時（アクセル開度の変化が
小さい時）には、触媒コンバータ２２の触媒にＮＯｘの
還元浄化を促進するための還元剤成分を供給すべく、燃
料の副噴射が定期的に行なわれる。すなわち、前記主噴
射後の膨張行程又は排気行程において燃料を少量（例え
ば主燃料噴射量の数％〜十数％）噴射する後噴射を行な
う。この副噴射（この場合は後噴射）は、複数の気筒の
うちの特定の気筒のみについて毎回行なうようにし、或
いは数回おきに行なうようにすることができ、あるいは
毎回副噴射を行なう状態とこの副噴射を行なわない状態
とを交互に数回ずつ続けるようにしてもよい。

【００３５】（大気中へのＮＯｘ排出量の低減）本発明
の特徴部分は、触媒コンバータ２２の触媒温度が低いと
きには排気ガス中のＣＯ量を増大せしめ、触媒温度が高
いときには排気ガス中のＨＣ量を増大せしめて、広い温
度範囲で排気ガス中のＮＯｘを効率良く浄化できるよう
にした点にある。

【００３６】＜排気ガスのＨＣ，ＣＯの濃度がＮＯｘの
浄化温度に及ぼす影響＞まず、排気ガス中のＨＣ，ＣＯ
の濃度が触媒によるＮＯｘの浄化温度に及ぼす影響につ
いて実験に基づいて説明する。

【００３７】−供試触媒− 次の触媒，，を調製した。

【００３８】（触媒の調製）ケイバン比８０のＺＳＭ
−５を１２０ｇ、Ｐｔ水溶液をＰｔが１ｇ／Ｌとなる
量、純水を１２０ｇ準備し、これらを混合してディスパ
ーザに投入し撹拌することによってスラリーを形成し
た。このスラリーを噴霧乾固し、得られたパウダーの焼
成を大気雰囲気において温度５００℃で２時間行なっ
た。得られた触媒粉末をバインダー及び水と混合し、得
られたスラリーをコージェライト製ハニカム担体にウォ
ッシュコートし、大気雰囲気において１５０℃で１時間
の乾燥及び５５０℃で２時間の焼成を行なった。ハニカ
ム担体は容量１Ｌ、セル数が面積２．５４²ｃｍ²当たり
４００であり、相隣るセルを隔てる壁厚が６×２．５４
×１０^-3ｃｍのものである。従って、この触媒のＰｔ
担持量は１ｇ／Ｌである。

【００３９】（触媒の調製）触媒は、Ｐｔ担持量が
０．３５ｇ／Ｌとなるようにする他は触媒と同様にし
て調製した。

【００４０】（触媒の調製）触媒は、触媒金属とし
てＰｔとＩｒとを用い、その担持量がＰｔ４ｇ／Ｌ、Ｉ
ｒ２ｇ／Ｌとなるようにする他は触媒と同様にして調
製した。

【００４１】−ＮＯｘ浄化特性の評価− 供試触媒を固定床流通式反応評価装置に取り付け、模擬
排気ガスを供試触媒に流し、触媒入口の排気ガス温度を
２５℃／分の速度で昇温させていって、温度−ＮＯｘ浄
化率特性を調べた。模擬排気ガスは表１に示すＨＣ増量
モード、ＣＯ増量モード及び通常モード（ＨＣ濃度とＣ
Ｏ濃度とが同一）の３種類である。

【００４２】

【表１】

【００４３】結果は、ＣＯ増量モードの場合が図３に示
され、ＨＣ増量モードの場合が図４に示され、通常モー
ドの場合が図５に示されている。これらの図によれば、
触媒〜のいずれの場合も、相対的にＨＣ増量モード
では高温側に、ＣＯ増量モードでは低温側に、それぞれ
ＮＯｘ浄化率のピークが現れている。ＮＯｘ浄化率のピ
ーク温度が触媒、、の順で低くなっているのは、
Ｐｔ担持量が増大するに従って触媒反応が進み易くなる
ためと考えられる。

【００４４】従って、触媒温度に応じて排気ガスの組成
を変えることによって触媒に低温から高温の広い温度範
囲にわたって高いＮＯｘ浄化性能を発現させることがで
きることがわかる。

【００４５】＜分割噴射と排気ガス組成との関係＞本実
施形態は、圧縮行程上死点付近で実行する主燃料噴射を
分割噴射とし、その分割噴射の態様を触媒温度に応じて
変更することによって排気ガス中のＣＯ量の増大変更を
行ない、また、主噴射後の後噴射態様を触媒温度に応じ
て変更することによって排気ガス中のＨＣ量の増大変更
を行なう。

【００４６】ここでいう分割噴射は、図６に例示するよ
うに主噴射燃料を圧縮行程上死点付近において燃焼室で
の燃料の燃焼が継続するように複数回に分割して噴射す
るというものである。各回の噴射の開弁時間は８００μ
秒以下、噴射休止時間（先の燃料噴射終了によってイン
ジェクタ５の噴孔が閉じてから次の燃料噴射のために噴
孔が開くまでの時間）Δｔは１００〜１０００μ秒とす
ることが好ましい。２回目の噴射は圧縮行程上死点以降
に行なうことが好ましい。この分割噴射の基本的作用は
次の通りである。

【００４７】インジェクタ５の噴孔から噴出した燃料は
全体として円錐形状の噴霧を形成しながら燃焼室４に広
がるとともに、空気との摩擦により分裂を繰り返して微
小な油滴になり、それらの油滴の表面から燃料が蒸発し
て燃料蒸気が生成される。その際、燃料が分割して噴射
されることで、最初に噴射された燃料による予混合燃焼
の割合は相対的に少なくなり、燃焼初期に燃焼圧や燃焼
温度が過度に上昇することがなくなるので、ＮＯｘの生
成が低減する。

【００４８】噴射休止時間Δｔが１００μ秒以上に設定
されているので、先に噴射された燃料油滴に後から噴射
された燃料油滴が追いつくことは殆どない。特に、２回
目の噴射を圧縮行程上死点以降に行なえば、この２回目
の噴射燃料が直ちに燃焼し、燃焼室４の圧力が大きく上
昇して圧縮空気の粘性が高くなるので、３回目の噴射燃
料の油滴は直ちに減速され、先に噴射された燃料の油滴
に追いつくことはない。各回の開弁時間が略８００μ秒
以下に設定されているので、各回の燃料噴射量が少な
く、その燃料噴霧中での油滴同士の再結合も最小限に抑
制されるので、例えば燃圧を高めて燃料の噴出速度を大
きくすることにより、燃料の微粒化ひいては気化霧化を
十分に促進して、燃料蒸気と空気との混合状態を大幅に
改善することができる。噴射休止時間Δｔが１０００μ
秒以下に設定されているので、先に噴射された燃料の燃
焼が終了する前に次の噴射燃料が燃焼し始めるというよ
うに、各噴射による燃料が途切れることなく良好に燃焼
される。

【００４９】要するに、主噴射を分割して行うことによ
り、噴射された燃料の燃焼状態を極めて良好なものにし
て、燃費改善とスモーク生成の抑制とを実現できる。ま
た、噴射終了時期は相対的に遅くなるものの、その間に
断続的に噴射される燃料は上述の如く良好に気化霧化さ
れて拡散燃焼するので、燃料噴射時期を遅角補正した場
合のように燃焼状態が悪くなることはなく、むしろ、燃
焼室４の圧力が相対的に長い間、高い状態に維持され
て、燃焼ガスの膨張力が極めて有効にピストン３に伝達
されるようになり、機械効率の向上によっても燃費の改
善が図られる。

【００５０】そうして、前記分割噴射の場合は、噴射休
止時間Δｔが長くなるほど排気ガス中のＣＯ量が増大す
る。

【００５１】すなわち、図７は主噴射の分割回数及び噴
射休止時間Δｔが排気ガス温度に及ぼす影響について調
べた結果を示している。これは、エンジン１の目標トル
クに対応する基本噴射量の燃料を略圧縮行程上死点から
一括して噴射した場合（以下、一括噴射という）、２回
に等分割して噴射した場合（以下、２分割噴射とい
う）、３回に等分割して噴射した場合（以下、３分割噴
射という）の各々について、噴射休止時間Δｔを変更
し、これに伴い変化する噴射終了時のクランク角度と、
排気ガス中のＣＯ量との関係を調べたものである。２分
割噴射では、Δｔ＝３５０，４００，７００，９００μ
secについて調べ、３分割噴射では、Δｔ＝４００，５
５０，７００，９００μsecについて調べた。

【００５２】同図によれば、２分割噴射及び３分割噴射
のいずれの場合も、噴射休止時間Δｔを長くなると、排
気ガス中のＣＯ量が増大している。

【００５３】＜触媒温度に応じた排気ガス組成の変更制
御＞触媒温度に応じた排気ガス組成の変更は燃料噴射形
態を変更することによって行なうことができる。そのた
めのＥＣＵ３５の処理動作について図８のフローチャー
トに沿って説明する。尚、この制御は所定クランク角毎
に実行される。

【００５４】まず、スタート後のステップＳ１におい
て、クランク角信号、エアフローセンサ出力、アクセル
開度等を読み込む。続くステップＳ２において、アクセ
ル開度から求めた目標トルクとクランク角信号から求め
たエンジン回転数とに基づいて燃料噴射量マップから主
噴射のための基本燃料噴射量Ｑbaseを読み込む。燃料噴
射量マップは、図９に例示するように、アクセル開度及
びエンジン回転数の変化に応じて実験的に決定した最適
な燃料噴射量Ｑbaseを記録したものである。このマップ
において、基本燃料噴射量Ｑbaseは、アクセル開度が大
きいほど、またエンジン回転数が高いほど、多くなるよ
うに設定されている。

【００５５】この主噴射は基本燃料噴射量Ｑbaseを２回
に等分割して噴射する分割噴射で実行されるものであ
り、そのために第１主噴射量Ｑ１＝１／２Ｑbase及び第
２主噴射量Ｑ２＝１／２Ｑbaseを求める。

【００５６】また、第１主噴射量Ｑ１を噴射するための
第１主噴射時期Ｉ１及び第２主噴射量Ｑ２を噴射するた
めの第２主噴射時期Ｉ２を設定する。第１主噴射時期は
圧縮行程上死点付近に設定されており、例えばＢＴＤＣ
５°ＣＡ（クランク角度）を基準として、噴射量Ｑbase
が多いほど進角され、反対に噴射量Ｑbaseが少ないほど
遅角される。第２主噴射時期Ｉ２は噴射休止時間Δｔが
１００〜７００μ秒となるように設定される。

【００５７】続くステップＳ３では、副噴射量Ｑsub 及
び副噴射時期Ｉsub を設定する。この副噴射は排気ガス
中のＨＣ量を増やし、このＨＣを触媒コンバータ２２に
ＮＯｘ浄化用の還元剤成分として供給するためのもので
ある。

【００５８】副噴射条件はエンジンが定常運転状態にあ
るとき（アクセル開度の変化が小さい時）所定時間毎に
成立する。これは、触媒コンバータ２２に供給される排
気ガスのＨＣ濃度を周期的に増大させ、そのことによっ
て触媒のＮＯｘ浄化性能を高めるためである。すなわ
ち、ＨＣ濃度が増大すると、その当初は触媒によるＮＯ
ｘ浄化率が上昇するが、ＨＣ濃度が高い状態が続くと、
ＮＯｘ浄化率は低下していく。これに対して、ＨＣ濃度
の増減が周期的に繰り返されると、ＮＯｘ浄化率が高い
状態を間欠的に形成することができ、全体としてみれ
ば、ＮＯｘ浄化率が高くなるものである。

【００５９】具体的には例えば４気筒エンジンでは定常
運転時に特定気筒については主噴射と副噴射とを常に実
行し、残り３気筒については主噴射のみを実行するよう
にする。その特定気筒については１回おきに又は数回お
きに副噴射を実行するようにしてもよい。

【００６０】副噴射量Ｑsub は燃料噴射量マップから読
み込まれるものである。そのマップは、アクセル開度及
びエンジン回転数の変化に応じて実験的に決定した最適
なＱsub を記録したものであり、噴射量Ｑsub は、アク
セル開度が大きいほど、またエンジン回転数が高いほ
ど、多くなるように設定されている。

【００６１】副噴射時期Ｉsub は、前記主噴射の完了か
ら膨張行程前半までの期間（例えばＡＴＤＣ６０°ＣＡ
（クランク角））に設定され、エンジン負荷が高いほど
進角され、反対にエンジン負荷が低いほど遅角される。

【００６２】ステップＳ４では、触媒コンバータ２２の
触媒温度Ｔcat を推定する。この触媒温度Ｔcat は、エ
ンジン運転を開始してからの総燃料噴射量などエンジン
運転状態の履歴、当該エンジンを搭載した自動車の走行
速度の履歴、走行距離等に基いて推定する。なお、触媒
コンバータ２２の入口（上流側）と出口（下流側）とに
排気ガスの温度を検出する温度センサを設け、この両温
度センサの出力に基づいて触媒温度Ｔcat を推定するよ
うにしてもよく、さらに触媒コンバータ入口の排気ガス
温度をセンサで検出し、この排気ガス温度を触媒温度に
代用してもよい。このステップＳ４は触媒温度検出手段
を構成している。

【００６３】続くステップＳ５では触媒温度Ｔcat が予
め設定された温度Ｔcat0〜Ｔcat1の範囲にあるか否かが
判別される。但し、Ｔcat0＜Ｔcat1であり、例えば前記
触媒を使用する場合にはＴcat0として２７０℃前後の
温度が与えられ、Ｔcat1として２９０℃前後の温度が与
えられる。触媒温度Ｔcat がＴcat0〜Ｔcat1の範囲にあ
る場合にはステップＳ６に進んで排気ガス中のＣＯ量が
増大するように燃料噴射形態を変更する。

【００６４】具体的には前記噴射休止時間Δｔが５００
〜１０００μ微雨（又は７００〜１０００μ秒）となる
ように第２主噴射時期Ｉ２の設定が変更される。この場
合は排気ガス中のＣＯ量が増大するとともにＨＣ量も増
大することになる。続くステップＳ７では各噴射時期Ｉ
１，Ｉ２，Ｉsub に至ったときにそれぞれ噴射量Ｑ１，
Ｑ２，Ｑsub での燃料噴射を実行する。従って、ステッ
プＳ５，Ｓ６はＣＯ増量手段を構成している。

【００６５】ステップＳ５で触媒温度Ｔcat がＴcat0〜
Ｔcat1の範囲にない場合には、ステップＳ８に進んで触
媒温度Ｔcat が予め設定された温度Ｔcat2〜Ｔcat3の範
囲にあるか否かが判別される。但し、Ｔcat2＜Ｔcat3で
あり、例えば触媒を使用する場合にはＴcat2として２
９０℃前後の温度が与えられ、Ｔcat3として３５０℃前
後の温度が与えられる。また、Ｔcat2≧Ｔcat1である。
触媒温度Ｔcat がＴcat2〜Ｔcat3の範囲にある場合には
ステップＳ９に進んで排気ガス中のＨＣ量が増大するよ
うに燃料噴射形態を変更する。

【００６６】具体的には副噴射を実行している定常運転
時であれば、その特定気筒に対する副噴射量Ｑsub を増
やし、また、副噴射を実行していないときであれば、副
噴射を実行するというものである。但し、その特定気筒
に対する副噴射量Ｑsub の増量を行なわずに、他の１又
は２以上の気筒に対して特定気筒と同様の副噴射を実行
することによって全体としての副噴射量を増量するよう
にしてもよい、また、副噴射時期Ｉsub を例えばＡＤＴ
Ｃ６０〜１８０゜ＣＡとなるように遅角させることによ
って排気ガス中のＨＣ量を増大させるようにしてもよ
い。そうして、ステップＳ７に進んで燃料噴射を実行す
る。従って、ステップＳ８，Ｓ９はＨＣ増量手段を構成
している。

【００６７】触媒温度Ｔcat がＴcat2〜Ｔcat3の範囲に
ない場合には燃料噴射形態の変更を行なわずにステップ
Ｓ７に進んで燃料噴射を実行する。

【００６８】従って、触媒温度Ｔcat がＴcat0〜Ｔcat1
の低温域にあるとき、すなわち、排気ガス中のＣＯ量が
多いときにＮＯｘ浄化率が高くなる温度域では分割噴射
の噴射休止時間Δｔが長くなって排気ガス中のＣＯ量が
増大し、触媒温度Ｔcat がＴcat2〜Ｔcat3の高温域にあ
るとき、すなわち、排気ガス中のＨＣ量が多いときにＮ
Ｏｘ浄化率が高くなる温度域では副噴射（後噴射）量の
増大又は副噴射時期のの遅角によって排気ガス中のＨＣ
量が増大するから、触媒が広い温度範囲にわたって高い
活性を発現することになり、ＮＯｘ浄化に有利になるこ
とがわかる。

【００６９】前記実施形態は主噴射として２分割噴射を
採用したが、３分割噴射であっても噴射休止時間Δｔを
同様に制御することによって同様の効果が得られる。

【００７０】また、ＨＣ量を増大させる際には上述の副
噴射（後噴射）量の増大及び（又は）副噴射時期Ｉsub
の遅角制御を行なうとともに、分割噴射の噴射休止時間
Δｔを５００〜１０００μ秒に設定変更するようにして
もよい。これにより、ＨＣ量のさらなる増大が図れるか
らである。

【００７１】また、本発明はガソリンエンジンにも適用
することができ、その場合、排気ガス中のＣＯ量を増大
させるときには、主燃料噴射を吸気行程又は圧縮行程の
前半に噴射する第１噴射と、圧縮行程の中期又は後期に
噴射する第２噴射とに分割し、排気ガス中のＨＣ量を増
大させるときには副噴射量の増大又はその噴射時期の遅
角を行なえばよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの
排気浄化装置の全体構成を示す図。

【図２】触媒コンバータの構成を示す図。

【図３】ＣＯ増量モードにおける触媒入口ガス温度とＮ
Ｏｘ浄化率との関係を示すグラフ図。

【図４】ＨＣ増量モードにおける触媒入口ガス温度とＮ
Ｏｘ浄化率との関係を示すグラフ図。

【図５】通常モード（ＨＣ濃度とＣＯ濃度とが一定のモ
ード）における触媒入口ガス温度とＮＯｘ浄化率との関
係を示すグラフ図。

【図６】燃料の一括噴射及び多段噴射の噴射時期を示す
タイムチャート図。

【図７】燃料噴射の分割回数及び噴射休止時間が排気ガ
スのＣＯ濃度に及ぼす影響を示すグラフ図。

【図８】燃料噴射制御の処理手順を示すフローチャート
図。

【図９】基本燃料噴射量Ｑbaseを設定するマップの一例
を示す図。

【符号の説明】

Ａ 排気浄化装置 １ ディーゼルエンジン ２ 気筒 ４ 燃焼室 ５ インジェクタ（燃料噴射弁） ２０ 排気通路 ２２ 触媒コンバータ ２３ ＥＧＲ通路（排気還流通路） ２４ ＥＧＲ弁（排気還流量調節手段） ３５ ＥＣＵ（コントロールユニット）

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） Ｆ０２Ｄ 41/40 Ｆ０２Ｄ 41/40 Ｃ 45/00 ３１２ 45/00 ３１２Ｒ (72)発明者 市川 智士 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 渡辺 康人 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 齊藤 智明 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 Ｆターム(参考） 3G084 AA01 AA03 AA04 BA03 BA04 BA05 BA07 BA08 BA09 BA13 BA14 BA15 BA20 BA24 CA01 CA02 CA03 CA05 DA10 EB01 FA07 FA10 FA12 FA33 FA38 3G091 AA02 AA10 AA11 AA17 AA18 AB05 BA03 BA14 BA15 BA19 CA13 CA16 CA18 CB02 CB03 CB07 CB08 DA01 DA02 DA03 DA05 DB06 DB10 DB13 EA00 EA01 EA05 EA06 EA07 EA17 EA18 EA31 EA34 EA38 FA02 FA04 FA12 FA13 FA14 FA18 FB02 FB03 FB10 FC07 FC08 GA06 GA07 GB01X GB05W GB06W GB09X GB10X GB17X HA36 HA47 HB03 HB05 HB06 3G301 HA01 HA02 HA04 HA06 HA11 HA13 HA15 JA25 JA26 LA03 LB11 MA01 MA11 MA18 MA26 NE13 NE14 NE15 PA01B PA01Z PA16B PA16Z PA18B PA18Z PD02B PD02Z PD11B PD11Z PD12B PD12Z PE01B PE01Z PE03B PE03Z PF01B PF01Z PF03B PF03Z

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの排気通路に配置され、排気ガ
   ス中のＮＯｘを還元浄化する触媒と、 前記触媒の温度を検出する温度検出手段と、 前記温度検出手段によって検出された触媒温度に基づ
   き、該触媒温度が予め設定された温度Ｔcat1以下である
   ときに前記排気ガス中のＣＯ量を増大せしめるＣＯ増量
   手段とを備えていることを特徴とするエンジンの排気浄
   化装置。
2. 【請求項２】 エンジンの排気通路に配置され、排気ガ
   ス中のＮＯｘを還元浄化する触媒と、 前記触媒の温度を検出する温度検出手段と、 前記温度検出手段によって検出された触媒温度に基づ
   き、該触媒温度が予め設定された温度Ｔcat2以上である
   ときに前記排気ガス中のＨＣ量を増大せしめるＨＣ増量
   手段とを備えていることを特徴とするエンジンの排気浄
   化装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載されているエンジンの排
   気浄化装置において、 さらに、前記触媒温度が予め設定され上記温度Ｔcat1以
   上の温度Ｔcat2以上であるときに前記排気ガス中のＨＣ
   量を増大せしめるＨＣ増量手段を備えていることを特徴
   とするエンジンの排気浄化装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載されているエンジンの排
   気浄化装置において、 ディーゼルエンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接噴射す
   る燃料噴射弁と、 前記エンジンの運転状態に応じて前記燃料噴射弁による
   燃料の噴射を制御する燃料噴射制御手段とを備え、 前記ＨＣ増量手段は、前記燃料噴射制御手段により圧縮
   行程上死点付近で燃料を噴射する主噴射の後の膨張行程
   又は排気行程において燃料を噴射する後噴射が実行され
   ているときには該後噴射燃料を増量することによって、
   前記後噴射が実行されていないときには該後噴射を実行
   せしめることによって、排気ガス中のＨＣ量を増大せし
   めるものであることを特徴とするエンジンの排気浄化装
   置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載されているエンジンの排
   気浄化装置において、 ディーゼルエンジンの気筒内燃焼室に燃料を直接噴射す
   る燃料噴射弁と、 前記エンジンの運転状態に応じて圧縮行程上死点付近に
   おいて燃焼室での燃料の燃焼が継続するように前記燃料
   噴射弁によって燃料を複数回に分割して噴射する燃料噴
   射制御手段とを備え、 前記ＣＯ増量手段は、前記燃料噴射制御手段によって燃
   料が分割噴射されているときの前記燃料噴射弁が閉じて
   から次に開くまでの噴射休止時間を増大させることによ
   って排気ガス中のＣＯ量を増大せしめるものであること
   を特徴とするエンジンの排気浄化装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載されているエンジンの排
   気浄化装置において、 前記燃料噴射制御手段による燃料の分割噴射は２分割噴
   射であることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
7. 【請求項７】 エンジンの排気通路に排気ガス中のＮＯ
   ｘを還元浄化する触媒を配置し、 前記触媒の温度を検出し、 前記触媒温度が予め設定された温度Ｔcat1以下であると
   きに前記排気ガス中のＣＯ量を増大せしめることを特徴
   とするエンジンの排気浄化方法。