JP2001193440A

JP2001193440A - ディーゼルエンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JP2001193440A
Application number: JP2000006380A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Tsukasaki; 之弘塚崎; Akihiko Negami; 秋彦根上; Soichi Matsushita; 宗一松下; Shinobu Ishiyama; 忍石山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-01-12
Filing date: 2000-01-12
Publication date: 2001-07-17
Anticipated expiration: 2020-01-12
Also published as: JP3487246B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ディーゼルエンジンの運転状況に拘わらず排気
ＨＣの増加や触媒のＨＣ被毒を回避できるディーゼルエ
ンジンの排気浄化装置を提供すること。【解決手段】機関燃料を燃焼して排出される排気の浄化
用に排気管３１に設けられ、排気ガスに含まれるＮＯx
を還元剤を用いて還元するＮＯｘ触媒と、ＮＯｘ触媒の
上流側に配置されＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤
供給装置３５，３７と、ＮＯｘ触媒の上流側に位置し排
気ガスのＰＭを捕集するＰＭ捕集装置と、ＰＭ捕集装置
であるＥＣＵ１１が捕集したＰＭの捕集状態を検出する
ＰＭ捕集状態検出手段であるＥＣＵ１１と、このＰＭ捕
集状態検出手段によって検出したＰＭの捕集状態に基づ
いて、前記還元剤供給装置によるＮＯｘ触媒への還元剤
の添加量を補正する還元剤添加量補正手段であるＥＣＵ
１１とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばディーゼル
エンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物（以下「Ｎ
Ｏｘ」という。）や浮遊粒子状物質であるすすに代表さ
れるパティキュレート・マター（Particulate Matter以
下特に断らない限り「ＰＭ」という。）を除去するディ
ーゼルエンジンの排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンは経済性に優れてい
る反面、排気ガス中に含まれるＮＯｘやＰＭの除去が重
用な課題となっている。

【０００３】このため、大気中にＮＯｘやＰＭが放出さ
れないように、ディーゼルエンジンの排気系には、ＮＯ
xを還元剤により還元するＮＯｘ触媒やＮＯｘ触媒の上
流側または下流側に位置し、排気ガス成分中のＰＭを捕
集するＰＭ捕集装置としてのディーゼルエンジン・パテ
ィキュレート・フィルタ（以下「ＤＰＦ」という。）を
備えたディーゼルエンジンの排気浄化装置が周知である
（特開平６−２７２５４１号公報参照）。

【０００４】ＮＯｘ触媒によりＮＯｘを還元するには炭
化水素（以下「ＨＣ」）等の還元剤が必要であり、しか
も好適に還元するには還元剤が適量供給されることが望
ましい。

【０００５】還元剤は、例えば、機関出力を得るための
燃料噴射装置によって行う主噴射の実行後、前記燃料噴
射装置によって副次的にかつ膨張行程で行われる副噴射
によって、あるいは機関排気通路に燃料噴射装置とは別
個設けた燃料添加装置によって供給される。

【０００６】ところで、ＰＭの捕集が進みＤＰＦが飽和
すると、それ以上のＰＭ捕集はできない。このため、繰
り返し使用できるようにＤＰＦの再生が必要になる。Ｄ
ＰＦの再生は、捕集されたＰＭを排気ガス熱や電気ヒー
タ熱等の熱利用によって定期的に燃焼して行う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】一方、ＤＰＦによるＰ
Ｍ捕集量が増大すると、次第に背圧すなわち排気抵抗が
増大し、その影響で吸入空気量が減少する。よって、Ｎ
Ｏx還元剤としての燃料供給量が一定であるとするなら
ば、吸入空気量減少によるベースＡ／Ｆのリッチ化によ
って、排気空燃比がＮＯｘ還元に好適な条件よりもリッ
チにずれる。ここで、ベースＡ／Ｆとは、機関出力を出
すのに直接影響する空燃比のことである。

【０００８】リッチにずれすると、ＮＯｘの還元剤とし
て機能するはずの排気ガス成分に含まれるＨＣ（未燃燃
料成分）が過剰となってＮＯｘ触媒をすり抜け、排出Ｈ
Ｃが増加したり、前記ＨＣがＮＯｘ触媒表面に付着する
いわゆるＨＣ被毒を招来して触媒劣化を引き起こしたり
する虞がある。

【０００９】本発明は、上記実状に鑑みて発明されたも
のであり、その解決しようとする課題は、ディーゼルエ
ンジンの運転状況に拘わらず排出ＨＣの増加やＨＣ被毒
を回避できるディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供
することを技術的課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のディーゼルエン
ジンの排気浄化装置は、前記課題を解決するために次の
手段を採用する。（１）すなわち、機関燃料を燃焼して排出される排気の
浄化用に機関排気通路に設けられ、排気ガス成分中に含
まれるＮＯxを還元剤を用いて還元するＮＯｘ触媒と、
このＮＯｘ触媒の上流側に配置され前記ＮＯｘ触媒に還
元剤を供給する還元剤供給装置と、前記ＮＯｘ触媒の上
流側または下流側に位置し排気ガス成分中のパティキュ
レート・マターを捕集するパティキュレート・マター捕
集装置と、前記パティキュレート・マター捕集装置が捕
集したパティキュレート・マターの捕集状態を検出する
パティキュレート・マター捕集状態検出手段と、このパ
ティキュレート・マター捕集状態検出手段によって検出
したパティキュレート・マターの捕集状態に基づいて、
前記還元剤供給装置による前記ＮＯｘ触媒への前記還元
剤の供給量を補正する還元剤供給量補正手段とを有す
る。

【００１１】ここで、「ＮＯｘ触媒」は、いわゆる吸蔵
還元型ＮＯｘ触媒でも選択還元型ＮＯx触媒でもどちら
でもよい。「還元剤供給装置」は、還元剤をＮＯｘ触媒
に供給できる装置であればよい。

【００１２】例えばインジェクタ等の燃料噴射装置を還
元剤供給装置として適用しこの還元剤供給装置が主噴射
以外に副次的に燃料を噴くようにし、この副噴射実行時
の燃料噴射装置を還元剤供給装置といってもよいし、燃
料噴射装置とは別の燃料供給装置を機関排気通路に設
け、この燃料供給装置を還元剤供給装置といってもよ
い。

【００１３】「パティキュレート・マター捕集装置」
は、排気ガス中に含まれるＰＭを捕集する装置であり、
例えばＤＰＦのことである。「パティキュレート・マタ
ー捕集装置」は以降「ＰＭ捕集装置」という。

【００１４】「パティキュレート・マター捕集状態検出
手段」は、ＰＭ捕集装置が捕集したＰＭ捕集量を検出す
る手段のことであり、例えば、ディーゼルエンジンの運
転状況を検出する各種センサからの電気信号に基づい
て、ＰＭ捕集量を演算するエンジンコントロール用の電
子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）が好適であ
る。パティキュレート・マター捕集状態検出手段は、以
降「ＰＭ捕集状態検出手段」という。

【００１５】「還元剤供給量補正手段」は、例えばＥＣ
Ｕが好適であり、その場合、ＥＣＵは、前記ＰＭ捕集状
態検出手段による検出値に基づいて、還元剤の供給量が
適正に補正できるように演算する。還元剤供給量補正手
段の「供給量補正」の意味は、還元剤の供給量の多寡に
よって排気空燃比がリッチ化することがないように、還
元剤の供給量を加減することである。

【００１６】本発明では、ＰＭ捕集装置が捕集したＰＭ
の捕集状態、換言すればＰＭ捕集量の多寡をＰＭ捕集状
態検出手段が検出する。そして、その検出結果に基づい
て、還元剤供給量補正手段がＮＯｘ触媒への還元剤の供
給量を補正する。

【００１７】本発明では、ＰＭ捕集状態検出手段によっ
て検出したＰＭ量の多少に応じて、背圧すなわち排気抵
抗が変化し、ＰＭ捕集装置が捕集したＰＭ捕集量が多け
れば背圧は高くなり、その影響で吸入空気量が減少す
る。この場合、ＮＯx還元剤としての燃料供給量が一定
とするならば、吸入空気量が減少した場合は、ベースＡ
／Ｆがリッチにずれるため、ＮＯｘ還元剤に好適な排気
空燃比よりもリッチ空燃比となってしまう。

【００１８】しかし、本発明では、ＰＭ捕集状態検出手
段によって検出したＰＭの捕集状態に基づいて、還元剤
供給量補正手段がＮＯｘ触媒への還元剤の供給量を補正
する。

【００１９】したがって、前記のごとく吸入空気量が減
少した場合は、当該還元剤の供給量を減らせば、ベース
Ａ／Ｆが変化してリッチ化することはない。すなわちリ
ッチずれやＨＣ被毒を回避ができる。（２）前記（１）の場合において、ＰＭ捕集状態検出手
段は、機関吸気系に導入される吸入空気量の変化量に基
づいて、ＰＭの捕集量を検出することが好適である。Ｐ
Ｍ捕集装置によるＰＭの捕集量に比例して、背圧が変化
し、背圧の変化に応じて吸入空気量も増減し、吸入空気
量の増減に応じて燃焼量が変化し、それに応じてＰＭの
発生量も変化するので、吸入空気量とＰＭ捕集量との間
には相関関係があるからである。（３）前記（２）の場合において、前記吸入空気量の変
化量は、前記ＮＯｘ触媒に前記還元剤を添加している還
元剤添加時の吸入空気量と、前記ＰＭ捕集装置が初期状
態にある時に流れる吸入空気量との差分であることを特
徴としてもよい。「ＰＭ捕集装置が初期状態にある」と
は、ＰＭ補足装置がＰＭを捕集していない新の状態やＰ
Ｍがほとんど付着していない状態であり、例えばＰＭ捕
集装置がＤＰＦの場合であれば、ＤＰＦの再生を行った
場合を挙げられる。（４）前記（３）の場合において、前記還元剤供給量補
正手段は、前記差分に基づいて、前記還元剤の供給量を
補正することが好ましい。差分が大きいということは、
ＰＭ捕集装置によるＰＭの捕集量が増えたためそれだけ
背圧が増大して吸入空気量が少ないということであり、
反対に差分が小さいということは、ＰＭ捕集装置による
ＰＭの捕集量が減少したためそれだけ背圧が減少して吸
入空気量が多いということである。したがって、差分が
大きくよって吸入空気量が少ないのにも拘わらず、前記
還元剤としての燃料供給量が一定であるとするならば、
還元剤添加時の排気空燃比は、好適な条件よりもリッチ
にずれる。

【００２０】このような理由から、前記差分に基づいて
還元剤供給量補正手段が還元剤の供給量を補正すること
は好適である。（５）前記（１）の場合において、前記機関排気通路の
うち前記ＮＯｘ触媒の上流箇所に設置され、前記機関燃
料を前記還元剤に適用し、前記ＮＯｘ触媒が活性不十分
な状態にある時に、前記機関燃料を改質して軽質燃料を
生成する機関燃料改質器を有するようにすることもでき
る。

【００２１】ここで、「軽質燃料」とは、機関燃料（例
えば軽油）に比して炭素数が低い低炭素数成分燃料に機
関燃料を改質することで生成された燃料であり、排気ガ
ス温度の比較的低い条件においても熱分解しやすく、酸
素と十分に反応することができる。よってこの軽質燃料
を還元剤として添加すれば、ＮＯｘ触媒が活性不十分な
状態においても、触媒上で十分反応する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
した図面に基づいて説明する。〈第１の実施の形態〉図１〜図３を用いて本発明に係る
実施の形態を説明する。

【００２３】図１にディーゼルエンジン１（以下「エン
ジン１」）の全体構造を概略示す。エンジン１は、気筒
２を４本備えたエンジン本体３と、エンジン本体３の前
記気筒内に燃焼に必要な空気を送り込む吸気装置５と、
この吸気装置５を経て前記各気筒２に送られる空気およ
び気筒内に噴射供給される軽油等の機関燃料とからなる
混合気をエンジン１の図示しない燃焼室で燃焼した後、
前記各気筒２から出る排気ガスを浄化する装置６を介し
て大気中に放出する排気装置７と、ＮＯｘ低減用に設け
られた排出ガス再循環装置であるＥＧＲ装置８と、エン
ジン１全体の作動制御を行うエンジン制御装置であるＥ
ＣＵ１１とを有する。

【００２４】なお、装置６は、ＮＯｘ触媒を包蔵する触
媒コンバータとＤＰＦの機能を併せ持った装置、換言す
れば従来からあるトラップ型のＮＯｘ触媒を担持したパ
ティキュレートフィルタであり、この明細書では便宜上
ＤＰＲと名称を付けることにし、以降、装置６のことを
ＤＰＲ６ということにする。なお、ＮＯｘ触媒はいわゆ
る吸蔵還元型ＮＯｘ触媒でも選択還元型ＮＯx触媒でも
どちらでもよい。

【００２５】エンジン本体３は、前記燃焼室内に機関燃
料を噴射する燃料供給装置１３を備えている。燃料供給
装置１３は、図示しない燃料タンクから燃料を濾過して
燃料ポンプ１５へ送る。また、エンジン１の回転に応じ
た適切な量の噴射燃料と噴射時期とをＥＣＵ１１により
制御してコモンレール１７を経由させて、各気筒ごとに
設けたインジェクタ１８から燃焼室内に噴射する。

【００２６】前記吸気装置５は、外気をろ過するエアク
リーナ１９を始端としエンジン本体３の吸気ポートを終
端とする、機関吸気通路としての吸気管２１を有する。
吸気管２１には、前記エアクリーナ１９と前記吸気ポー
トとの間に、エアクリーナ１９の近傍に配置され吸入空
気量を検出するエアフローメータ２０，吸気管２１の吸
気を昇圧するターボチャージャ２３のコンプレッサ２３
ａ，コンプレッサ２３ａを作動した場合に生ずる圧縮熱
により昇温した吸気を冷却するインタークーラ２５，吸
入分岐管であるインテークマニホールド２７を順次配置
してある。また、エアフローメータ２０はその内部に吸
気温を測定する図示しない吸気温センサを有する。さら
に、インテークマニホールド２７は、その内部に機関吸
気圧を検出し、その検出値に相当する電気信号をＥＣＵ
１１に出力する図示しない吸気圧センサを有する。

【００２７】また、インタークーラ２５とインテークマ
ニホールド２７との間には、吸気管２１を流れる吸気の
量を制御する吸気絞り弁２９を設置してある。また、吸
気管２１の適所には、図示を省略するが、機関冷却水等
の機関関連要素を昇温したり車室用ヒータの熱源となる
燃焼式ヒータを取り付けてある。

【００２８】前記排気装置７は、エンジン本体３の排気
ポートを始端とし図示しないマフラを終端とする機関排
気通路としての排気管３１を有する。排気管３１には、
前記排気ポートと前記マフラとの間に、排気集合管であ
るエキゾーストマニホールド２８，ターボチャージャ２
３のタービン２３ｂ，ＤＰＲ６，ＤＰＲ６の下流近傍に
位置し、ＤＰＲ６の出ガス温度（排気温度）を検出する
排気温度センサ３２を順次配置してある。

【００２９】ＤＰＲ６は、前記のようにＮＯｘ触媒を有
するので、排気ガス成分中に含まれるＮＯxを還元剤を
用いて還元する。このためＤＰＲ６は、燃料供給管３３
を介して燃料ポンプ１５とつながっており、機関燃料が
還元剤として供給される。

【００３０】燃料供給管３３は、燃料ポンプ１５が始端
であり、終端は排気管３１に取り付けられたＤＰＲ６の
上流側近傍に位置する燃料添加ノズル３５である。そし
て、当該始端と終端との間には、機関燃料改質器３６，
燃料添加ノズル３５にかかる燃料の圧力（以下「燃圧」
という）を一定に保つ圧力調整装置であるプレッシャー
・レギュレータ等の燃料添加制御弁３７を順次配置して
ある。

【００３１】燃料添加制御弁３７およびノズル３５は、
ＮＯｘ触媒の上流側に配置され前記ＮＯｘ触媒に還元剤
を供給する還元剤供給装置として機能する。なお、還元
剤供給装置は、還元剤をＮＯｘ触媒に供給できる装置で
あればよい。よって、インジェクタ１８を機関出力を出
すための主噴射以外に副次的に燃料を噴くようにし、こ
の副噴射実行時のインジェクタ１８を還元剤供給装置と
してもよい。

【００３２】前記機関燃料改質器３６は、ＤＰＲ６のＮ
Ｏｘ触媒が未だ活性していない未活性状態にある時に、
前記機関燃料を改質して炭素数が１１以下の軽質燃料を
生成し、この軽質燃料をＤＰＲ６のＮＯｘ触媒に供給す
るものである。

【００３３】また、機関燃料改質器３６は、ＥＣＵ１１
の制御下でリレースイッチ３９をＯＮ／ＯＦＦすること
で、その作動が制御される。また、リレースイッチ３９
は、バッテリー４１と接続されている。

【００３４】ＥＧＲ装置８は、エキゾーストマニホール
ド２８とインテークマニホールド２７とを結びエンジン
本体３をバイパスさせて排気ポートから出る排気ガスを
吸気側に向けて戻すＥＧＲ管４３と、ＥＧＲ管４３を流
れる排気ガスの量を制御するＥＧＲ弁４５とを有する。

【００３５】前記燃焼式ヒータは高熱な燃焼ガスを吸気
管２１に導入して吸気装置５を流れる吸気を昇温し、こ
の昇温吸気が気筒２に向けて吸気管２１を流れて暖機を
促進する。

【００３６】また、前記燃焼式ヒータは、その燃焼ガス
熱で機関冷却水を暖め、この暖められた機関冷却水は、
前記車室用ヒータのヒータコアやエンジン本体３のウォ
ータジャケット等、昇温必要箇所に送られて当該箇所の
温度を上げる。そして、前記昇温必要箇所に燃焼式ヒー
タで暖めた機関冷却水を送れるように、エンジン１は、
前記暖めた機関冷却水を循環する図示しない機関冷却水
循環路を有するが図示は省略してある。

【００３７】ＥＣＵ１１は、図示しない、双方向性バス
によって相互に接続された、中央処理制御装置ＣＰＵ，
読み出し専用メモリＲＯＭ，ランダムアクセスメモリＲ
ＡＭ，入力インタフェース回路，出力インタフェース回
路等から構成されている。

【００３８】前記入力インタフェース回路は、各種セン
サと電気的に接続され、これら各種センサの出力信号が
入力インタフェース回路からＥＣＵ１１内に入ると、こ
れらのパラメータは、一時的にランダムアクセスメモリ
ＲＡＭに記憶される。そして、ＣＰＵがこれらのパラメ
ータに基づいて必要とする演算処理を行うにあたり、双
方向性バスを通じてランダムアクセスメモリＲＡＭに記
憶されていた前記パラメータを必要に応じて呼び出し、
ＣＰＵによる演算結果に基づいて出力インタフェース回
路に接続されている各種装置を適宜作動する。

【００３９】入力インタフェース回路に接続されるセン
サとしては、吸気管２１に設けたエアフローメータ２
０，排気管３１に設けた排気温度センサ３２，前記ウォ
ータジャケットに取り付けられた水温センサ，エアフロ
ーメータ２０の吸気温センサ，回転数センサ，イグニッ
ションスイッチ，アクセルペダルもしくはアクセルペダ
ルと連動して動作するアクセルレバー等に取り付けられ
たアクセルポジションセンサ，スタータスイッチ等を例
示できる。これらのセンサは、検出した検出値に相当す
る電気信号を出力してＥＣＵ１１に送る。

【００４０】なお、水温センサその他のセンサのパラメ
ータは、ＥＣＵ１１のランダムアクセスメモリＲＡＭに
一時的に記憶され、必要に応じて呼び出される。前記出
力インタフェース回路は、前記各種センサの出力信号に
基づいて作動する燃料ポンプ１５，インジェクタ１８，
燃料添加ノズル３５，リレースイッチ３９を介した機関
燃料改質器３６，燃料添加制御弁３７，前記燃焼式ヒー
タその他の装置と電気的に接続され、これら装置の作動
制御を行う。

【００４１】次に、図２のフローチャートを参照して、
ＤＰＲ６の構成要素の一つであるＮＯｘ触媒の再生を、
ＤＰＲ６のパティキュレートフィルタによるＰＭ捕集状
態に応じて好適に実現するルーチンのプログラムについ
て説明する。

【００４２】このプログラムを構成する各ステップの処
理を行うのは、ＥＣＵ１１のＣＰＵである。そして、こ
のプログラムは、所定時間ごと、例えば、エアフローメ
ータ２０が電気信号を出力するごとに繰り返し実行され
る。

【００４３】なお、ＤＰＦの再生用ルーチン実行用のプ
ログラムもあるが、本発明の主題とするところではない
ので、その説明は省略する。図２のＳ１０１において、
ディーゼルエンジン１の運転状態をまず把握する。その
ために、エンジン回転数，エンジン負荷，エアフローメ
ータ２０の吸入空気量，排気温，機関冷却水温を各種セ
ンサで検出する。そして、それらの検出値を電気信号に
変えてＥＣＵ１１に送る。

【００４４】Ｓ１０２では、機関冷却水温度Ｔが所定温
度Ｔ０よりも高いかどうかを判定する。これによりＤＰ
Ｒ６のＮＯｘ触媒に機関燃料を還元剤として供給可能な
状態にエンジン１があるかどうかを判断する。機関冷却
水温度Ｔは、このルーチン実行時の機関冷却水温度のこ
とであり、所定温度Ｔ０は、暖機状態にある時の機関冷
却水温度のことであり、具体的には例えば８０℃以上の
温度をいう。

【００４５】ＮＯｘ触媒の活性化と機関冷却水温度とは
相関関係があり、機関冷却水温度が前記のように８０℃
以上と高ければ、ＮＯｘ触媒も通常活性しているので、
このときに還元剤をＮＯｘ触媒に供給すれば、還元剤が
有効に機能して排気ガス中のＮＯｘを還元する。

【００４６】Ｓ１０２で肯定判定すれば還元剤の添加は
可能と判定しＳ１０３に進む。そして、否定判定すれば
還元剤の添加は不可としてこのルーチンを終了する。Ｓ
１０３では、還元剤である機関燃料をＮＯｘ触媒に添加
している時（還元剤添加時）の吸入空気量Ｇａと、ＤＰ
Ｒ６に含まれる、ＰＭ捕集装置であるＤＰＦがまだＰＭ
を捕集していない初期状態にある時のエンジン回転数お
よび負荷から求められる吸入空気量Ｇａ０との差分ΔＧ
ａを求める。

【００４７】差分ΔＧａが小さい場合は、ＤＰＦによる
ＰＭの捕集量が少ないこと、すなわち、まだＤＰＦによ
るＰＭ捕集には余裕があることを示す。反対にΔＧａが
大きい場合は、ＤＰＦによるＰＭ捕集に余裕がない、す
なわち、ＤＰＦによるＰＭ捕集がやがてできなくなるこ
とを意味する。この場合、排気空燃比は、前記初期状態
の場合の空燃比に比してリッチ側にずれる。

【００４８】よって、Ｓ１０３は、ＰＭ捕集装置である
ＤＰＦにより捕集されたＰＭの捕集量を前記差分ΔＧａ
から間接的に検出するＰＭ捕集状態検出手段ということ
ができる。なお、このＳ１０３を含むプログラムは、Ｅ
ＣＵ１１のＲＯＭに記憶され、ＲＯＭの属性はＥＣＵ１
１にある。よって、Ｓ１０３の属するＥＣＵ１１のこと
をＰＭ捕集状態検出手段ということにする。

【００４９】また、差分ΔＧａは変化量である。よっ
て、ＰＭ捕集状態検出手段であるＥＣＵ１１は、機関吸
気系に導入される吸入空気量の変化量ΔＧａに基づい
て、ＰＭの捕集状態を検出するといえる。

【００５０】Ｓ１０４では、例えば縦軸に燃料添加補正
係数Ｋｉをとり、横軸に前記ΔＧａをとってなる図示し
ない周知のＫｉ−ΔＧａマップの利用によって、前記差
分ΔＧａから燃料添加補正係数Ｋｉを求める。

【００５１】Ｓ１０５ではＳ１０４で求めた燃料添加
補正係数Ｋｉを燃料噴射時間Ｑ_injを演算式Ｑ_inj＝Ｑ_i0
×（１−Ｋｉ）を用いて求める。ここで、Ｑ_i0は、縦軸
にエンジン１の負荷をとり、横軸に回転数をとってなる
図示しない周知の負荷−回転数マップから求まる燃料噴
射量（燃料噴射時間）であり、Ｓ１０１で求めておいた
エンジン負荷とエンジン回転数とを当該マップに対応す
ることで求められる値である。

【００５２】よって、Ｓ１０４で燃料添加補正係数Ｋｉ
が求まると、この燃料添加補正係数Ｋｉに基づいてＳ１
０５で燃料噴射時間Ｑinjを求めることができる。した
がって、Ｓ１０４およびＳ１０５をＳ１０３で求めた差
分ΔＧａに基づいて前記ＮＯｘ触媒への前記還元剤の供
給量を補正する、還元剤供給量補正手段ということにす
る。

【００５３】このＳ１０４およびＳ１０５を含むプログ
ラムは、ＥＣＵ１１のＲＯＭに記憶され、ＲＯＭの属性
はＥＣＵ１１にある。よって、Ｓ１０４およびＳ１０５
の属するＥＣＵ１１のことを還元剤供給量補正手段とい
うこともできる。

【００５４】Ｓ１０６ではＳ１０５で求めた燃料噴射時
間Ｑ_injに基づいて、機関燃料をＥＣＵ１１の制御の
元、燃料添加制御弁３７を作動することによって燃料添
加ノズル３５から還元剤として噴射し、このルーチンを
終了する。

【００５５】次に、このようなディーゼルエンジンの排
気浄化装置の作用効果を述べる。ディーゼルエンジン１
では、ＤＰＲ６に含まれるＤＰＦが捕集した排気ガス成
分中のＰＭの捕集量をＰＭ捕集状態検出手段であるＥＣ
Ｕ１１により、差分ΔＧａを用いて間接的に検出する。

【００５６】すなわち差分ΔＧａが大きいということ
は、ＰＭ捕集装置であるＤＰＦによるＰＭの捕集量が増
えたためそれだけ背圧が増大して吸入空気量Ｇａが少な
いということであり、反対に差分ΔＧａが小さいという
ことは、ＤＰＦによるＰＭの捕集量が減少したためそれ
だけ背圧が減少して吸入空気量Ｇａが多いということで
ある。

【００５７】したがって、差分ΔＧａが大きくよって吸
入空気量Ｇａが少ないのにも拘わらず、燃焼室への燃料
供給量が一定であるとするならば、還元剤添加時の排気
空燃比は好適な条件よりもリッチにずれる。

【００５８】そして、差分ΔＧａから間接的に検出した
ＰＭの捕集量の多寡に基づいて、還元剤供給量補正手段
であるＥＣＵ１１がＤＰＲ６に含まれるＮＯｘ触媒への
還元剤の供給量を補正する。

【００５９】本発明では、ＤＰＲ６に含まれている、Ｄ
ＰＦが捕集した排気ガス成分中のＰＭの捕集量をＰＭ捕
集状態検出手段であるＥＣＵ１１によって検出し、この
検出した捕集量に基づいて、還元剤供給量補正手段であ
るＥＣＵ１１が燃料添加制御弁３７を作動して燃料添加
ノズル３５から噴射してＮＯｘ触媒への還元剤の供給量
を補正する。

【００６０】したがって、吸入空気量が減少した場合
は、当該還元剤の供給量を減らせば、排気空燃比が、変
化してリッチ化することはない。すなわち排出ＨＣの増
加やＨＣ被毒を回避できる。

【００６１】要するに、排出ＨＣの増加やＨＣ被毒を招
来するのは、十分に燃料が酸素と反応しないから、換言
すれば空気量に対して燃料の量が多いからである。よっ
て、これを回避すべく、エンジンの運転状態に拘わら
ず、燃料の酸素に対する割合が過多にならないように、
吸入空気量に対する燃料の割合を調整するというのが図
２に示す技術的思想である。（変形例）次に排出ＨＣの増加やＨＣ被毒を回避してＮ
Ｏｘ触媒の再生を実現するために、機関燃料改質器３６
を用いた場合の別のルーチンを図３のフローチャートを
参照して説明する。

【００６２】Ｓ２０１において、ディーゼルエンジン１
の運転状態をまず把握する。そのために、エンジン回転
数，エンジン負荷，機関冷却水温，排気温を各種センサ
で検出する。そして、それらの検出値を電気信号に変え
てＥＣＵ１１に送る。

【００６３】Ｓ２０２では、エンジン１が暖機状態にあ
るかどうかを判定するために機関冷却水温度Ｔが適宜の
所定温度Ｔ０よりも高いかどうかを判定する。所定温度
Ｔ０は、エンジン１が暖機状態にあるかどうか、換言す
れば、機関燃料を還元剤としてＤＰＲ６のＮＯｘ触媒に
適用可能かどうかを判断するための目安となる温度であ
る。

【００６４】Ｓ２０２で肯定判定すれば還元剤の添加は
可能な状態にエンジン１があると判定しＳ２０３に進
む。そして、否定判定すれば還元剤の添加は不可として
このルーチンを終了する。

【００６５】Ｓ２０３では、還元剤としての機関燃料を
ＮＯｘ触媒に添加する条件である、添加時間，添加の間
隔および燃料の圧力である燃圧を算出する。Ｓ２０４で
は、機関燃料改質器３６を作動させるかどうかの判断の
目安として排気温が所定値Ｔ１よりも低いかどうかを判
定する。所定値Ｔ１は、ＮＯｘ触媒が活性化状態になる
に必要な温度よりも幾分低い温度のことであり、ほぼ２
５０℃〜３００℃の範囲である。また、所定値Ｔ１は、
機関燃料改質器３６を作動させるかどうかの判断の目安
となる温度でもある。燃料を改質して軽質化させる理由
は、低い温度の排気ガスでも燃料と酸素との反応比率を
高めるためである。軽質化された燃料は、位炭素数成分
の燃料（例えば１１以下）である。

【００６６】Ｓ２０４で肯定判定すればＳ２０５に進
み、機関燃料改質器３６を作動して機関燃料を改質して
軽質燃料を生成する。否定判定すればＳ２０６に進み、
改質されていない燃料をＤＰＲ６に噴射し、このルーチ
ンを終了する。

【００６７】Ｓ２０５で否定判定した場合に、燃料の改
質を必要としないのは、排気温度が十分高ければ、燃料
を軽質化しなくても熱分解しやすく、酸素と十分に反応
するからである。

【００６８】この変形例の場合の作用効果は、必要に応
じて軽質燃料をＮＯｘ還元剤として供給するので、低い
排気ガス温度条件下でも触媒上で反応し、排気ＨＣの増
加やＨＣ被毒を回避することができる。

【００６９】要するに、図３の技術は、排出ＨＣの増加
やＨＣ被毒を招来するのは、十分に燃料が酸素と反応し
ていないからであり、そうであるならば、ＮＯｘ触媒が
活性不十分な状態でも燃料と酸素との反応比率が高まる
ようにしてやれば、前記排出ＨＣの増加やＨＣ被毒の回
避ができるという思想である。

【００７０】なお、図１において、エキゾーストマニホ
ールド２８の各枝管にＤＰＦをそれぞれ内蔵するように
し、ＮＯｘ触媒はＤＰＲ６の取り付け位置に設置し、こ
のようにすることでＤＰＦとＮＯｘ触媒とを分離する構
成にしてＤＰＲ６設置の場合と同等の効果を奏すること
もできる。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように本発明のディーゼル
エンジンの排気浄化装置にあっては、例えばディーゼル
エンジンの運転状況に拘わらず、排出ＨＣの増加やＨＣ
被毒を回避できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るディーゼルエンジン
の排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンの平面図
である。

【図２】ＮＯｘ触媒の再生を、パティキュレートフィル
タによるＰＭ捕集状態に応じて実現するルーチンのフロ
ーチャートである。

【図３】ＮＯｘ触媒の再生を、図２の場合とは異なった
方法で行うルーチンのフローチャートである。

【符号の説明】

１ディーゼルエンジン２気筒３エンジン本体５吸気装置６ＤＰＲ７排気装置８ＥＧＲ装置１１ＥＣＵ（ＰＭ捕集状態検出手段，ＰＭ捕集装置，
還元剤供給量補正手段）１３燃料供給装置１５燃料ポンプ１７コモンレール１８インジェクタ（還元剤供給装置）１９エアクリーナ２０エアフローメータ２１吸気管２３ターボチャージャ２３ａコンプレッサ２３ｂタービン２５インタークーラ２７インテークマニホールド２８エキゾーストマニホールド２９吸気絞り弁３１排気管（機関排気通路）３２排気温度センサ３３燃料供給管３５燃料添加ノズル（還元剤供給装置）３６機関燃料改質器３７燃料添加制御弁（還元剤供給装置）３９リレースイッチ４３ＥＧＲ管４５ＥＧＲ弁 ΔＧａ差分（変化量）Ｔ１排気温が所定値

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松下宗一愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者石山忍愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G090 AA06 BA01 CB04 DA09 EA01 3G091 AA02 AA10 AA11 AA18 AA28 AB05 AB06 AB13 CA18 CB02 DB07 DB10 EA01 EA03 EA05 EA06 EA16 EA17 EA33 HA15 HA16 HA37 4D048 AA06 AB02 AC02 CC38 CD05 CD08 CD10 DA01 DA02 DA10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】機関燃料を燃焼して排出される排気の浄化
用に機関排気通路に設けられ、排気ガス成分中に含まれ
るＮＯxを還元剤を用いて還元するＮＯｘ触媒と、このＮＯｘ触媒の上流側に配置され前記ＮＯｘ触媒に還
元剤を供給する還元剤供給装置と、前記ＮＯｘ触媒の上流側または下流側に位置し排気ガス
成分中のパティキュレート・マターを捕集するパティキ
ュレート・マター捕集装置と、前記パティキュレート・マター捕集装置が捕集したパテ
ィキュレート・マターの捕集状態を検出するパティキュ
レート・マター捕集状態検出手段と、このパティキュレート・マター捕集状態検出手段によっ
て検出したパティキュレート・マターの捕集状態に基づ
いて、前記還元剤供給装置による前記ＮＯｘ触媒への前
記還元剤の供給量を補正する還元剤供給量補正手段とを
有するディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】前記パティキュレートマター捕集状態検出
手段は、機関吸気系に導入される吸入空気量の変化量に
基づいて、パティキュレートマターの捕集状態を検出す
ることを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジン
の排気浄化装置。
【請求項３】前記吸入空気量の変化量は、前記ＮＯｘ触
媒に前記還元剤を添加している還元剤添加時の吸入空気
量と、前記パティキュレートマター捕集装置が初期状態
にある時に流れる吸入空気量との差分であることを特徴
とする請求項２記載のディーゼルエンジンの排気浄化装
置。
【請求項４】前記還元剤供給量補正手段は、前記差分に
基づいて、前記還元剤の供給量を補正することを特徴と
する請求項３記載のディーゼルエンジンの排気制御装
置。
【請求項５】前記機関排気通路のうち前記ＮＯｘ触媒の
上流箇所に設置され、前記機関燃料を前記還元剤に適用
し、前記ＮＯｘ触媒が活性不十分な状態にある時に、前
記機関燃料を改質して軽質燃料を生成する機関燃料改質
器を有することを特徴とする請求項１記載のディーゼル
エンジンの排気浄化装置。