JP2002106333A

JP2002106333A - エンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JP2002106333A
Application number: JP2000301326A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Yamagata; 直之山形; Yasuhide Yano; 康英矢野; Tomomi Watanabe; 友巳渡辺; Ichiji Kataoka; 一司片岡; Hiroshi Hayashibara; 寛林原
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2002-04-10

Abstract

(57)【要約】【課題】エンジンの排気ガスに含まれるＮＯｘ等を還
元して浄化する触媒に対して、その還元剤を有効に供給
することができる手段を提供する。【解決手段】ターボ式過給機のタービン１９ａの下流
では、排気通路９内の排気ガスの流れは旋回流となる。
この場合、排圧が高く排気温が高いときには、Ｈ１で示
す領域で相対的に排気ガスの流量が相対的に多くなり
（偏流が流通する）、排圧が低く排気温が低いときには
Ｌ１で示す領域で排気ガスの流量が相対的に多くなる
（偏流が流通する）。ここで、Ｈ１の触媒濃度が低く設
定され、ＮＯｘ発生率が高い高排気温時には、ＨＣの浄
化率がやや低下し、下流にＮＯｘの浄化に必要なＨＣを
十分に供給することができる。

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
化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、車両用エンジンから排出される
排気ガスには、ＮＯｘ（窒素酸化物）、ＣＯ（一酸化炭
素）、ＨＣ（炭化水素）等の大気汚染物質が含まれてい
るので、これらを浄化するために、排気通路には排気ガ
ス浄化触媒を用いた排気浄化装置が設けられる。そし
て、かかる排気ガス浄化触媒としては、従来、上記３つ
の成分を一括して同時に浄化することが可能な三元触媒
が広く用いられている。

【０００３】しかしながら、ＣＯ及びＨＣは酸化して浄
化するのに対して、ＮＯｘをは還元して浄化しなければ
ならない。したがって、三元触媒では、化学的には逆の
作用である酸化と還元とを同時に行う関係上、浄化率を
十分には高めることが困難であり、とくにＮＯｘの浄化
がむずかしい。

【０００４】そこで、排気ガスの流れ方向にみて上流側
にはＣＯ、ＨＣ等を酸化する酸化触媒を用いた上流側触
媒コンバータ設け、下流側にはＮＯｘ等を還元する還元
触媒あるいはＮＯｘトラップ触媒等を用いた下流側触媒
コンバータを設けた排気浄化装置が提案されている。こ
の場合は、冷間時に多く排出されがちなＣＯ、ＨＣを浄
化するため、酸化触媒は、早期暖機させるために上流側
に配置される。しかしながら、還元触媒等でＮＯｘを還
元するには、ＮＯｘから酸素を奪う還元剤が不可欠であ
る。そして、車両用エンジンでは、ＨＣがＮＯｘを還元
・浄化する際の還元剤として利用される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、還元触
媒等の上流側には酸化触媒が設けられているので、排気
ガス中のＨＣ成分は酸化触媒によって酸化・浄化されて
しまい、還元触媒にはＨＣがあまり入ってこない。この
ため、この種のエンジンの多くは、例えば空燃比をリッ
チにしたり、燃料噴射時期あるいは点火時期をリタード
させることにより、適宜、意図的にＨＣの排出量を増加
させるようにしている。しかしながら、このようにＨＣ
の排出量を増加させても、その大半は酸化触媒によって
酸化されてしまうので、ＮＯｘ浄化率を十分に高めるこ
とができないといった問題がある。

【０００６】本発明は、上記従来の問題を解決するため
になされたものであって、エンジンの排気ガスに含まれ
るＮＯｘ等を還元して浄化する触媒に対して、その還元
剤を有効に供給することができる手段を提供することを
解決すべき課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた本発明の第１の態様にかかるエンジンの排気
浄化装置は、（ｉ）排気通路に配置され、排気ガス中の
所定の浄化対象成分（例えば、NOｘ、煤）を還元剤（例
えば、HC）と反応させることにより浄化する触媒材料で
ハニカム状の担体がコートされている下流側触媒（例え
ば、ＮＯｘ還元触媒、ＮＯｘトラップ触媒、ＤＰＦ等）
と、（ii）下流側触媒に対して上記還元剤を増量する還
元剤増量手段とが設けられているエンジンの排気浄化装
置において、（iii）排気ガスの流れ方向にみて、下流
側触媒より上流側でありかつ還元剤増量手段より下流側
である位置で排気通路に配置され、上記還元剤を浄化す
る触媒材料でハニカム状の担体がコートされている上流
側触媒と、（iv）上流側触媒より上流側で排気通路に配
置され、排気ガスの偏流を生成する偏流生成手段（例え
ば、ターボ式過給機のタービン）とが設けられ、（ｖ）
上流側触媒が、排気ガスの全体的な流れ方向と垂直な断
面でみて、所定の第１の部分が第２の部分よりも、排気
ガスと触媒材料との接触度合いが小さくなるように形成
され、（vi）第１の部分が、上記浄化対象成分の浄化が
必要とされる状況下では、偏流生成手段によって生成さ
れた排気ガスの偏流が該第１の部分のセル内を流通する
ように形成されていることを特徴とするものである。

【０００８】このエンジンの排気浄化装置においては、
浄化対象成分の浄化が必要とされる状況下では、排気ガ
スの大部分は、触媒材料との接触度合いが小さい第１の
部分を流通する。したがって、上流側触媒での還元剤の
浄化が抑制され、下流側触媒には十分な還元剤が供給さ
れる。このため、下流側触媒は、浄化対象成分の浄化性
能が高められる。例えばターボ式過給機のタービン等に
より生成される旋回流等を利用して、浄化対象成分の浄
化が必要とされる状況下で、下流側触媒に十分な還元剤
を供給することができる。なお、還元剤増量手段として
は、例えば、主噴射あるいは点火時期をリタードさせる
手段、ポスト噴射あるいは多段噴射を行う手段、空燃比
をリッチにする手段等があげられる。

【０００９】上記排気浄化装置において、下流側触媒と
しては、例えばＮＯｘ還元触媒があげられる。この場
合、上流側触媒が、エンジンからのＮＯｘの放出が多い
ときに、排気ガスの偏流が上記第１の部分を流通するよ
うに形成されているのが好ましい。

【００１０】また、上記排気浄化装置においては、上流
側触媒の第１の部分と第２の部分とではハニカムセル形
状が略同一であり、第１の部分の触媒材料の量が、第２
の部分の触媒材料の量より少なくなっているのが好まし
い。このようにすれば、触媒材料を調整するだけで、第
１の部分と第２の部分とを形成することができ、下流側
触媒の構造が簡素化される。

【００１１】さらに、上記排気浄化装置においては、還
元剤増量手段が、浄化対象成分の浄化が必要とされる状
況下では上記還元剤を増量するようになっていて、上流
側触媒の第１の部分が、上記還元剤が増量されている状
況下において排気ガスの偏流に対応する位置に形成され
ているのが好ましい。このようにすれば、一時的な増量
期間に応じて、第１の部分を形成することができるの
で、還元剤（例えば、HC）の供給量の精度が向上する。

【００１２】本発明の第２の態様にかかるエンジンの排
気浄化装置は、（ｉ）ハニカム担体が触媒材料でコート
されている触媒手段と、（ii）触媒手段に対して還元剤
を増量する還元剤増量手段とが設けられているエンジン
の排気浄化装置において、（iii）排気ガスの全体的な
流れ方向と垂直な断面でみて、活性温度の異なる複数の
触媒材料が、それぞれ、触媒手段の異なる部分にコート
され、（iv）触媒手段の温度状態に基づいて、所定の運
転状態で、上記還元剤を異なる触媒材料のいずれか１つ
に偏って接触させる偏流生成手段が設けられていること
を特徴とするものである。この排気浄化装置によれば、
簡単な構成でもって広い温度域で、排気ガスの浄化が可
能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
的に説明する。まず、まず本発明にかかる排気浄化装置
を備えたガソリンエンジンを説明する。図１に示すよう
に、ガソリンエンジン１（以下、「エンジン１」とい
う。）は、吸気弁２が開かれたときに、吸気通路３から
燃焼室４内に燃料燃焼用のエアを吸入するようになって
いる。そして、この燃焼室４内のエア中に、所定のタイ
ミングで燃料噴射弁５から燃料（ガソリン）が噴射さ
れ、混合気が形成される。

【００１４】この混合気は、ピストン６によって圧縮さ
れ、所定のタイミングで点火プラグ７により点火されて
燃焼する。燃焼ガスすなわち排気ガスは、排気弁８が開
かれたときに排気通路９に排出される。排気通路９に
は、主としてＣＯ及びＨＣを浄化するための酸化触媒を
用いた第１触媒コンバータ１０と、主としてＮＯｘを浄
化するための還元触媒（ＮＯｘトラップ触媒でもよい）
を用いた第２触媒コンバータ１１とが介設されている。
なお、第１排気ガス浄化装置１０のやや上流には、排気
通路９内の排気ガス中の酸素濃度、ひいては空燃比（A
／F）を検出するリニアO₂センサ１２（λ＝１近傍で出
力が逆転する普通のλO₂センサでもよい）が設けられて
いる。また、リニアO₂センサ１２のやや上流には、ター
ボ式過給機１９のタービン１９ａが設けられている。

【００１５】ここで、第１触媒コンバータ１０に用いら
れている酸化触媒は、例えば貴金属（例えば、ＰｔやＰ
ｄ）、アルミナ、ゼオライト等を含んでいる。また、第
２触媒コンバータ１１に用いられている還元触媒は、例
えば貴金属（例えば、Ｐｔ）あるいはＣｕ、ゼオライト
等を含んでいる。この還元触媒は、ＨＣを還元剤として
利用してＮＯｘを、Ｎ₂、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ等の無害な物質
に浄化する。なお、酸化触媒に代えて、上記還元触媒と
は浄化温度域が異なる別の種類のＮＯｘ還元触媒を用い
てもよい。

【００１６】また、還元触媒に代えて、ＮＯｘトラップ
触媒を用いてもよい。ＮＯｘトラップ触媒は、例えば、
触媒成分である貴金属（例えば、Ｐｔ）と、ＮＯｘ吸収
剤であるアルカリ土類ないしはアルカリ金属希土類（例
えば、Ｂａ、Ｎａ、Ｋ等）と、担体であるアルミナ（Ａ
ｌ₂Ｏ₃）とを含んでいる。ここで、ＮＯｘ吸収剤、例え
ばＢａは、排気ガスのＯ₂含有率が比較的高いとき（リ
ーン）は、排気ガス中のＮＯｘ（ＮＯ、ＮＯ₂）を吸収
する。他方、Ｂａは、排気ガスのＯ₂含有率が低いとき
（リッチ）は、吸収しているＮＯｘを、排気ガス中にＮ
ＯあるいはＮＯ₂の形態で放出する。そして、このとき
貴金属（例えば、Ｐｔ）は、排気ガス中のＨＣを利用し
てＮＯｘをＮ₂に還元する。

【００１７】他方、吸気通路３には、エアの流れ方向に
みて、上流側から順に、エア中のダスト等を除去するエ
アクリーナ１３と、ターボ式過給機１９のポンプ１９ｂ
と、エア流量を検出するエアフローセンサ１４と、エア
を絞るスロットル弁１５と、エアの流れを安定させるサ
ージタンク１６とが設けられている。

【００１８】また、排気通路９内の排気ガスの一部をＥ
ＧＲとして吸気通路３に戻すＥＧＲ通路１７が設けら
れ、このＥＧＲ通路１７に、ＥＧＲガス流量を制御する
ＥＧＲ制御弁１８が介設されている。さらに、エンジン
１を制御するコントロールユニットＣＵが設けられてい
る。このコントロールユニットＣＵは、エンジン１の総
合的な制御装置であって、各種制御情報に基づいて、後
で説明する空燃比制御（燃料噴射制御）等の各種制御を
行うようになっている。

【００１９】以下、コントロールユニットＣＵによって
実行される燃料噴射制御（空燃比制御）の具体的な制御
方法を説明する。図２及び図３に示すように、この燃料
噴射制御では、まずステップＳ１で各種データが入力さ
れた後、ステップＳ２でアクセル開度と車速とに基づい
て目標トルクＴｒが設定（セット）される。なお、目標
トルクＴｒは、アクセル開度が大きいときほど、また車
速が高いときほど大きくなるように設定される。

【００２０】続いて、ステップＳ３で、アクセル開度変
化量に応じて目標トルクＴｒが、次の式１により、目標
エンジントルクＴｅｒに変換される。Ｔｅｒ＝ｋ×Ｔｒ……………………………………………式１式１においてｋは変換係数であり、アクセル開度変化量
に応じて設定される。

【００２１】次に、ステップＳ４で燃料噴射弁５の基本
噴射量Ｐ_BASEが設定（セット）される。続いて、ステッ
プＳ５で、リーディング噴射及びトレーリング噴射にお
ける噴射量と噴射時期とが設定（セット）される。すな
わち、リーディング噴射量Ｐｌと、トレーリング噴射量
Ｐｔと、リーディング噴射時期Ｉｌと、トレーリング噴
射時期Ｉｔとが設定（セット）される。リーディング噴
射は、吸気行程から圧縮行程初期にかけての所定時期に
少なくとも１回実行され、トレーリング噴射は圧縮行程
後期の所定時期に少なくとも１回実行される。なお、リ
ーンバーン時には、リーディング噴射は停止され、トレ
ーリング噴射により燃料が成層化される。

【００２２】そして、ステップＳ６で、ＮＯｘ吸収触媒
のＮＯｘ吸収量ないしはＮＯｘトラップ量（以下、単に
「ＮＯｘ量」という。）が推定される。続いて、ステッ
プＳ７で、ＮＯｘ量がしきい値ＮＯｘ₀以上であるか否
かが判定され、ＮＯｘ₀未満であれば、以下のＮＯｘ放
出処理を行うためのステップＳ８〜Ｓ１１を実行する必
要がないので、これらをスキップして後記のステップＳ
１２が実行される。

【００２３】他方、ＮＯｘ量がしきい値ＮＯｘ₀以上で
あれば、ステップＳ８〜Ｓ１１で、ＮＯｘ吸収触媒のＮ
Ｏｘを放出させるためのＮＯｘ放出処理が実行される。
具体的には、まずステップＳ８で、タイマカウント値Ｔ
₁が１だけインクリメントされる。次に、ステップＳ９
でタイマカウント値Ｔ₁が設定値Ｔ₁₁以上であるか否か
が判定され、Ｔ₁₁以上でなければ、ステップＳ１０で、
空燃比（Ａ／Ｆ）がほぼ理論空燃比（λ＝１）までリッ
チ化される。

【００２４】具体的には、噴射量及び噴射時期Ｐｌ、Ｉ
ｌ、Ｐｔ、Ｉｔが、それぞれ、λ＝１用の値、Ｐｌ_λ、
Ｉｌ_λ、Ｐｔ_λ、Ｉｔ_λに設定される。また、Ａ／Ｆの
リッチ化をポスト噴射で行う場合は、このときポスト噴
射の噴射量Ｐ_POST及び噴射時期Ｉ_POSTも設定される。タ
イマカウント値Ｔ₁が設定値Ｔ₁₁以上であれば、ＮＯｘ
放出処理を終了し、ステップＳ１１で、タイマカウント
値Ｔ₁がリセットされる。図４に示すように、設定値Ｔ
₁₁は、ＮＯｘ量がしきい値ＮＯｘ₀以上となった時点か
らＮＯｘ放出処理を終了すべき時点までの期間（例え
ば、１〜５秒）を示している。

【００２５】ステップＳ１２〜Ｓ１９では、ＮＯｘ吸収
触媒を被毒しているＳＯｘを除去するためのＳＯｘ除去
処理（リフレッシュ処理）が実行される。具体的には、
ステップＳ１２で、ＮＯｘ吸収触媒のＳＯｘトラップ量
（以下、単に「ＳＯｘ量」という。）が車両の運転状態
からＳＯｘを求め、それを時間毎に累積することにより
推定される。続いて、ステップＳ１３で、ＳＯｘ量がし
きい値ＳＯｘ₀以上であるか否かが判定され、ＳＯｘ₀未
満であれば、以下のＳＯｘ除去処理を行うためのステッ
プＳ１４〜Ｓ１９を実行する必要がないので、これらを
スキップしてステップＳ２０で燃料噴射が実行される。

【００２６】他方、ＳＯｘ量がしきい値ＳＯｘ₀以上で
あれば、ステップＳ１４〜Ｓ１９で、ＳＯｘ除去処理が
実行される。具体的には、まずステップＳ１４で、触媒
温度Ｔｃａｔが推定される。次に、ステップＳ１５で、
Ｔｃａｔがしきい値Ｔｃａｔ₀以上であるか否かが判定
され、Ｔｃａｔ₀未満であれば、ＳＯｘ除去処理を有効
に行うことが困難なので、ステップＳ１６〜Ｓ１９をス
キップしてステップＳ２０で燃料噴射が実行される。

【００２７】他方、Ｔｃａｔがしきい値Ｔｃａｔ₀以上
であれば、ステップＳ１６で、タイマカウント値Ｔ₂が
１だけインクリメントされる。次に、ステップＳ１７で
タイマカウント値Ｔ₂が設定値Ｔ₂₁以上であるか否かが
判定される。この設定値Ｔ₂₁は、ＳＯｘ量がしきい値Ｓ
Ｏｘ₀以上となった時点からＳＯｘ除去処理を終了すべ
き時点までの期間（例えば、１〜１０分）を示してい
る。

【００２８】タイマカウント値Ｔ₂が第２設定値Ｔ₂₁以
上でなければ、ステップＳ１８で、空燃比（Ａ／Ｆ）が
ほぼ理論空燃比（λ＝１）までリッチ化される。具体的
には、噴射量及び噴射時期Ｐｌ、Ｉｌ、Ｐｔ、Ｉｔが、
それぞれ、λ＝１用の値、Ｐｌ_λ、Ｉｌ_λ、Ｐｔ_λ、Ｉ
ｔ_λに設定される。また、ポスト噴射の噴射量Ｐ_POST及
び噴射時期Ｉ_POSTも設定してもよい。なお、この場合
は、理論空燃比（λ＝１に近いリーン状態）でもよい。
他方、タイマカウント値Ｔ₂が設定値Ｔ₂₁以上であれ
ば、ＳＯｘ除去処理を終了し、ステップＳ１９で、タイ
マカウント値Ｔ₂がリセットされる。この後、ステップ
Ｓ２０で燃料噴射が実行される。

【００２９】以下、本発明にかかる排気浄化装置を備え
たディーゼルエンジンを説明する。図５は、本発明の実
施の形態２にかかるディーゼルエンジンの全体構成を示
し、４１は車両に搭載された多気筒ディーゼルエンジン
のエンジン本体（以下、「エンジン４１」という。）で
ある。このエンジン４１は複数の気筒４２（１つのみ図
示）を有し、各気筒４２内にピストン４３が往復動可能
に嵌挿されている。この気筒４２とピストン４３とによ
って各気筒４２内に燃焼室４４が形成されている。ま
た、燃焼室４４の上面の略中央部には、燃料噴射弁４５
（インジェクタ）が、先端部の噴孔を燃焼室４４に臨ま
せて配設されている。そして、各気筒４２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４４に燃
料を直接噴射するようになっている。

【００３０】各燃料噴射弁４５は高圧の燃料を蓄える共
通のコモンレール（蓄圧室）４６に接続され、コモンレ
ール４６にはクランク軸４７により駆動される高圧供給
ポンプ４８が接続されている。この高圧供給ポンプ４８
は、圧カセンサ４６ａによって検出されるコモンレール
４６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４７の回転角度を検出するクラン
ク角センサ４９が設けられている。このクランク角セン
サ４９は、クランク軸４７の端部に設けられた被検出用
プレート（図示せず）と、その外周に相対向するように
配置された電磁ピックアップとからなる。そして、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。

【００３１】５０はエンジン４１の燃焼室４４に、エア
クリーナ（図示せず）で濾過したエアを供給する吸気通
路である。この吸気通路５０の下流端部には、サージタ
ンク（図示せず）が設けられている。このサージタンク
から分岐した各通路が吸気ポートを介して各気筒４２の
燃焼室４４に接続されている。また、サージタンクには
各気筒４２に供給される過給圧力を検出する吸気圧セン
サ５０ａが設けられている。さらに、吸気通路５０に
は、上流側から下流側に向かって順に、エンジン４１に
吸入されるエアの流量を検出するホットフィルム式のエ
アフローセンサ５１と、後記のタービン６１により駆動
されて吸気を圧縮するブロワ５２と、このブロワ５２に
より圧縮したエアを冷却するインタクーラ５３と、吸気
通路５０の断面積を絞る吸気絞り弁５４とが設けられて
いる。この吸気絞り弁５４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
らなる。そして、後記のＥＧＲ弁６４と同様に、ダイヤ
フラム５５に作用する負圧の大きさを負圧制御用の電磁
弁５６で調節することにより、開度が制御されるように
なっている。また、吸気絞り弁５４にはその開度を検出
するセンサ（図示せず）が設けられている。

【００３２】６０は各気筒４２の燃焼室４４から排気ガ
スを排出する排気通路であり、排気マニホールドを介し
て各気筒４２の燃焼室４４に接続されている。この排気
通路６０には、上流側から下流側に向かって順に、排気
ガス流により回転されるタービン６１と、ＮＯｘ吸収触
媒を用いた触媒コンバータ６２とが配設されている。こ
の触媒コンバータ６２の上流側にはＣＯ、ＨＣ等を酸化
するための酸化触媒６２ａが充填されている。なお、下
流側の部分ではＮＯｘ吸収触媒の代わりにＮＯｘ等を還
元するための還元触媒でもよい。

【００３３】排気通路６０のタービン６１よりも上流側
の部位からは、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥ
ＧＲ通路６３が分岐し、このＥＧＲ通路６３の下流端は
吸気絞り弁５４よりも下流側の吸気通路５０に接続され
ている。ＥＧＲ通路６３の途中の下流端寄りの部位に
は、開度調節可能なＥＧＲ弁６４が配置されている。こ
れにより、排気通路６０の排気ガスの一部をＥＧＲ弁６
４により流量調節しながら吸気通路５０に還流させるよ
うになっている。したがって、燃焼室４４には吸気絞り
弁５４を経由するエア（空気）とＥＧＲ弁６４を経由す
るＥＧＲガス（排気ガス）とが吸入される。このため、
ＥＧＲ弁６４によるＥＧＲ量の調節によって吸入エア量
を調節することができる。

【００３４】ＥＧＲ弁６４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６７が接続されてい
る。この負圧通路６７は、負圧制御用の電磁弁６８を介
してバキュームポンブ（負圧源）６９に接続されてい
る。電磁弁６８が後記のコントロールユニット７５（Ｅ
ＣＵ）からの制御信号（電流）によって負圧通路６７を
開閉することにより、負圧室のＥＧＲ弁駆動負圧が調節
される。これにより、ＥＧＲ通路６３の開度がリニアに
調節される。

【００３５】ターボ過給機６５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
７０が取り付けられている。これにより、負圧制御用の
電磁弁７１でダイヤフラム７０に作用する負圧を調節
し、排気ガス流路の断面積が調節するようになってい
る。

【００３６】各燃料噴射弁４５、高圧供給ポンプ４８、
吸気絞り弁５４、ＥＧＲ弁６４、ターボ過給機６５等
は、コントロールユニット７５（ＥＣＵ）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。他方、コン
トロールユニット７５には、圧カセンサ４６ａの出力信
号と、クランク角センサ４９の出力信号と、圧カセンサ
５０ａの出力信号と、エアフローセンサ５１の出力信号
と、ＥＧＲ弁６４のリフトセンサ６６の出力信号と、車
両の運転者によるアクセルペダル（図示せず）の操作量
（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ７２か
らの出力信号とが入力されている。

【００３７】そして、燃料噴射弁４５による燃料噴射量
及び燃料噴射時期がエンジン４１の運転状態に応じて制
御されるようになっている。さらに、高圧供給ポンプ４
８の作動によるコモンレール圧力、すなわち燃量噴射圧
の制御が行われる。これに加えて、ＥＧＲ弁６４の作動
によるＥＧＲ量（吸入空気量）の制御と、ターボ過給機
６５の作動制御（ＶＧＴ制御）とが行われるようになっ
ている。

【００３８】以下、燃料噴射制御の制御方法を説明す
る。図６及び図７に示すように、この燃料噴射制御で
は、まずステップＴ１で各種データが入力された後、ス
テップＴ２でアクセル開度と車速とに基づいて目標トル
クＴｒが設定（セット）される。なお、目標トルクＴｒ
は、アクセル開度が大きいときほど、また車速が高いと
きほど大きくなるように設定される。

【００３９】続いて、ステップＴ３で、アクセル開度変
化量に応じて目標トルクＴｒが、次の式２により、目標
エンジントルクＴｅｒに変換される。Ｔｅｒ＝ｋ×Ｔｒ…………………………………………………式２式２においてｋは変換係数であり、アクセル開度変化量
に応じて設定される。

【００４０】次に、ステップＴ４で燃料噴射弁４５の基
本噴射量Ｑ_BASEが設定（セット）される。続いて、ステ
ップＴ５でＮＯｘ量（ＮＯｘトラップ量）が推定され
る。さらに、ステップＴ６で、ＮＯｘ量がしきい値ＮＯ
ｘ₀以上であるか否かが判定され、ＮＯｘ₀未満であれ
ば、以下のＮＯｘ放出処理を行うためのステップＴ７〜
Ｔ１１を実行する必要がないので、これらをスキップし
て後記のステップＴ１２が実行される。

【００４１】他方、ＮＯｘ量がしきい値ＮＯｘ₀以上で
あれば、ステップＴ７〜Ｔ１１で、ＮＯｘ吸収触媒のＮ
Ｏｘを放出させるためのＮＯｘ放出処理が実行される。
具体的には、まずステップＴ７で、タイマカウント値Ｔ
₁が１だけインクリメントされる。次に、ステップＴ８
でタイマカウント値Ｔ₁が設定値Ｔ₁₁以上であるか否か
が判定される。この設定値Ｔ₁₁は、ＮＯｘ量がしきい値
ＮＯｘ₀以上となった時点からＮＯｘ放出処理を終了す
べき時点までの期間を示している。

【００４２】タイマカウント値Ｔ₁が設定値Ｔ₁₁以上で
なければ、ステップＴ９で総燃料噴射量Ｑｒがセットさ
れ、続いてステップＴ１０で、２分割噴射における各噴
射での噴射量及び噴射時期Ｑｒ₁、Ｑｒ₂、Ｉｒ₁、Ｉｒ₂
がセットされる。なお、添字ｒ₁はリーディング噴射を
示し、添字ｒ₂はトレーリング噴射を示している。

【００４３】図９に示す領域Ｋ１では空燃比をリッチと
するときに吸気行程と圧縮行程とで燃料噴射が行われ、
領域Ｋ２では空燃比をリッチとするときに圧縮行程と膨
張行程とで燃料噴射が行われる。他方、タイマカウント
値Ｔ₁が第２設定値Ｔ₁₁以上であれば、ＮＯｘ放出処理
を終了し、ステップＴ１１で、タイマカウント値Ｔ₁が
リセットされる。

【００４４】ステップＴ１２〜Ｔ２０では、ＮＯｘ吸収
触媒を被毒しているＳＯｘを除去するためのＳＯｘ除去
処理（リフレッシュ処理）が実行される。具体的には、
ステップＴ１２で、ＮＯｘ吸収触媒のＳＯｘ量（ＳＯｘ
トラップ量）が推定される。続いて、ステップＴ１３
で、ＳＯｘ量がしきい値ＳＯｘ₀以上であるか否かが判
定され、ＳＯｘ₀未満であれば、以下のＳＯｘ除去処理
を行うためのステップＴ１４〜Ｔ２０を実行する必要が
ないので、これらをスキップしてステップＴ２１で燃料
噴射が実行される。

【００４５】他方、ＳＯｘ量がしきい値ＳＯｘ₀以上で
あれば、ステップＴ１４〜Ｔ２０で、ＳＯｘ除去処理が
実行される。具体的には、まずステップＴ１４で触媒温
度Ｔｃａｔが推定される。次に、ステップＴ１５で、Ｔ
ｃａｔがしきい値Ｔｃａｔ₀以上であるか否かが判定さ
れ、Ｔｃａｔ₀未満であれば、ＳＯｘ除去処理を有効に
行うことが困難なので、ステップＴ１６〜Ｔ２０をスキ
ップして、ステップＴ２１で燃料噴射が実行される。

【００４６】他方、Ｔｃａｔがしきい値Ｔｃａｔ₀以上
であれば、ステップＴ１６でタイマカウント値Ｔ₂が１
だけインクリメントされる。次に、ステップＴ１７でタ
イマカウント値Ｔ₂が設定値Ｔ₂₁以上であるか否かが判
定される。この設定値Ｔ₂₁は、ＳＯｘ量がしきい値ＳＯ
ｘ₀以上となった時点からＳＯｘ除去処理を終了すべき
時点までの期間を示している。

【００４７】タイマカウント値Ｔ₂が第２設定値Ｔ₂₁以
上でなければ、ステップＴ１８で総燃料噴射量Ｑｒがセ
ットされ、続いてステップＴ１９で、２分割噴射におけ
る各噴射での噴射量及び噴射時期Ｑｒ₁、Ｑｒ₂、Ｉ
ｒ₁、Ｉｒ₂がセットされる。他方、タイマカウント値Ｔ
₂が設定値Ｔ₂₁以上であれば、ＳＯｘ除去処理を終了
し、ステップＴ２０で、タイマカウント値Ｔ₂がリセッ
トされる。

【００４８】以下、別の実施例であるＮＯｘの還元・浄
化を促進するためのポスト噴射制御の制御方法を説明す
る。図８（ａ）に示すように、このポスト噴射制御で
は、ステップＴ３１で各種データが入力され、続いてス
テップＴ３２で基本噴射量Ｑ_BASEが設定される。次に、
ステップＴ３３で下流側触媒温度が推定される。

【００４９】そして、ステップＴ３４で下流側触媒の浄
化域であるか否かが判定され、下流側触媒の浄化域であ
れば、ステップＴ３５で、ポスト噴射量Ｑ_POSTが設定さ
れる。この後、ステップＴ３６でポスト噴射が実行され
る。下流側触媒の浄化域でなければ、ポスト噴射は行わ
れないので、ステップＴ３５をスキップする。ポスト噴
射の噴射時期は、燃焼して排圧が高くなるＡＴＤＣ１０
〜６０°ＣＡに設定される。なお、ポスト噴射を行う代
わりに、燃料噴射量をリタードさせてもよい。

【００５０】図８（ａ）に示す例では、触媒温度に基づ
いてポスト噴射量Ｑ_POSTが設定（制御）される。しかし
ながら、これに代えて、予め運転状態に応じて触媒活性
ゾーンを記憶しておき、これに応じて（運転状態に応じ
て）ポスト噴射量Ｑ_POSTを設定するようにしてもよい。

【００５１】なお、図８（ｂ）に示すように、下流側触
媒の浄化域であれば、基本噴射量Ｑ _BASEを３分割して多
段噴射を行い（ステップＴ４０）、最後の噴射をポスト
噴射の代用としてもよい。この場合、下流側触媒の浄化
域でなければ、基本噴射量Ｑ _BASEを２分割する（ステッ
プＴ４１）。これにより触媒コンバータ６２が、ＮＯｘ
還元触媒の場合は、触媒の活性度合いに応じて、常に還
元剤であるＨＣがＮＯｘ還元触媒に供給されることにな
り、ＮＯｘを浄化することが可能となる。

【００５２】以下、本発明にかかる排気浄化装置の特徴
を、ガソリンエンジンを例にとって説明するが、ディー
ゼルエンジンの場合も基本的には同様である。図１０
（ａ）〜（ｄ）に示すように、エンジン１と排気通路９
と触媒コンバータ１０、１１との接続形態ないしは触媒
の組み合わせ形態は、種々考えられる。図１０（ａ）に
示す例では、第１触媒コンバータ１０は酸化触媒であ
り、第２触媒コンバータ１１はＮＯｘ還元触媒である。
図１０（ｂ）に示す例では、第１触媒コンバータ１０は
酸化触媒であり、第２触媒コンバータ１１はＮＯｘトラ
ップ触媒である。図１０（ｃ）に示す例では、１つの触
媒コンバータ１０’だけが設けられ、この触媒コンバー
タ１０’はＮＯｘ還元触媒である。図１０（ｄ）に示す
例でも、１つの触媒コンバータ１０’だけが設けられ、
この触媒コンバータ１０’はＮＯｘトラップ触媒であ
る。なお、酸化触媒、ＮＯｘ還元触媒及びＮＯｘトラッ
プ触媒の具体的な構成は前記のとおりである。

【００５３】以下、排気通路ないは触媒コンバータ内で
の排気ガスの流れを説明する。図１１（ａ）に示すよう
に、ターボ式過給機１９のタービン１９ａの下流での排
気通路９の屈曲率が大きい場合（９０°以上）、排気ガ
スの流れは旋回流となる。この場合は、図１０（ｃ）、
（ｄ）の場合では、図１１（ｂ）に示すように、排圧が
高く、したがってタービン１９ａの回転数が高くタービ
ン１９ａの旋回流が強いときには、例えばＨ１で示す領
域で排気ガスの流量が相対的に多くなり（偏流が流通す
る）、この場合排圧が高いので排気温は比較的高い。他
方、排圧が低く、したがってタービン１９ａの回転数が
低くタービン１９ａの旋回流が弱いときには、例えばＬ
１で示す領域で排気ガスの流量が相対的に多くなり（偏
流が流通する）、この場合排圧が低いので排気温は比較
的低い。つまり、タービン１９ａの旋回流の強弱に応じ
て、触媒１０コンバータの上流側端部に対して、排気ガ
スが偏流する場所が異なる。したがって、Ｈ１に触媒温
度が高いときに浄化率が高い触媒を配置し、Ｌ１に触媒
温度が低いときに浄化率が高い触媒を配置すれば、排気
温が変動する場合でも全体的に高い排気ガス浄化率が得
られる。また、図１０（ａ）、（ｂ）の場合では、Ｈ１
の触媒濃度を低くすれば、エンジン１からのＮＯｘ発生
率が高い高排気圧時にはＨＣの浄化率がやや低下したＨ
１の部分に,排気ガスが偏流して流通するため、下流の
ＮＯｘ還元触媒ないしはＮＯｘトラップ触媒に、ＮＯｘ
の浄化に必要なＨＣを十分に供給することができる。な
お、触媒濃度を濃くするためには、少なくとも貴金属
（Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ）の担持密度を高くすればよい。

【００５４】図１１（ｃ）に示すように、ターボ式過給
機１９のタービン１９ａの下流での排気通路９の屈曲率
が小さい場合（４５°未満）、排気ガスの流れは旋回流
となる。この場合は、図１１（ｄ）に示すように、排圧
が高いときにはＨ２で示す領域で相対的に排気ガスの流
量が相対的に多くなり（偏流が流通する）、排圧が低い
ときにはＬ２で示す領域で排気ガスの流量が相対的に多
くなる（偏流が流通する）。したがって、この場合は、
Ｈ２に浄化温度が高い触媒を配置し、Ｌ２に浄化温度が
低い触媒を配置すればよい。あるいは、Ｈ２の触媒濃度
を低くすればよい。

【００５５】図１１（ｅ）に示すように、ターボ式過給
機が設けられず、排気通路９の屈曲率が大きい場合（９
０°以上）、排気ガスの流れは旋回流とはならない。こ
の場合は、図１１（ｆ）に示すように、屈曲により排圧
が高いときにはＨ３で示す領域で排気ガスの流量が相対
的に多くなり（偏流が流通する）、排圧が低いときには
Ｌ３で示す領域で排気ガスの流量が相対的に多くなる
（偏流が流通する）。したがって、この場合は、Ｈ３に
浄化温度が高い触媒を配置し、Ｌ３に浄化温度が低い触
媒を配置すればよい。あるいは、Ｈ３の触媒濃度を低く
すればよい。

【００５６】以下、ターボ式過給機を設けずに、排気通
路に旋回流を生成する手法を説明する。図１２（ａ）に
示すような点火順序が＃１→＃３→＃４→＃２である４
気筒エンジン１の各気筒＃１〜＃４の分岐排気通路Ｍ₁
〜Ｍ₄を、図１２（ｂ）に示すような形態で排気通路９
に接続すれば、排気通路９内に、Ｋ₁で示すような旋回
流を生成することができる。すなわち、図１２（ｃ）に
示すように、排気ガスを放出する分岐排気通路Ｍが排気
通路９の周縁に沿って順次回転するので、旋回流が惹起
される。この場合、排圧が高ければ、排気ガスの多くは
触媒コンバータ１０の周縁部を流れる。このため、例え
ば図１２（ｄ）に示すように、触媒コンバータ１０の周
縁側の触媒濃度を低くし、中心側の触媒の濃度を高くす
れば、ＮＯｘ発生率が高い高排気温時にはＨＣの浄化率
がやや低下し、ＮＯｘの浄化に必要なＨＣを下流に十分
に供給することができる。

【００５７】また、図１３（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、分岐排気通路Ｍ₁〜Ｍ₄を、その軸線Ｌ₂と排気通路
９の軸線Ｌ₁とが例えば鋭角θを挟むように、傾斜させ
て排気通路９に接続すれば、排気通路９内に旋回流が生
成される。さらに、図１４（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、排気通路９内に、旋回流を生成することができるフ
ィン２１を設けてもよい。

【００５８】このほか、図１５（ａ）に示すように、旋
回流を生成することができるように、排気通路９にスパ
イラル部９ａを形成し、あるいはスパイラル状のフロン
トパイプを介設してもよい。このようにすれば、Ｋ₂で
示すような旋回流が生成される。なお、この場合、排圧
が高ければ、排気ガスの多くは触媒コンバータ１０の周
縁部を流れる。このため、例えば図１５（ｂ）に示すよ
うに、触媒コンバータ１０の周縁側の触媒濃度を低く
し、中心側の触媒の濃度を大きくすれば、ＮＯｘ発生率
が高い高排気温時にはＨＣの浄化率がやや低下し、ＮＯ
ｘの浄化に必要なＨＣを下流側に十分に供給することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる排気浄化装置を備えたガソリ
ンエンジンのシステム構成図である。

【図２】燃料噴射制御の制御方法を示すフローチャー
トである。

【図３】燃料噴射制御の制御方法を示すフローチャー
トである。

【図４】ＮＯｘ放出処理時におけるＮＯｘ量、ＥＧＲ
弁開度及び空燃比の経時変化を示す図である。

【図５】本発明にかかる排気浄化装置を備えたディー
ゼルエンジンのシステム構成図である。

【図６】燃料噴射制御の制御方法を示すフローチャー
トである。

【図７】燃料噴射制御の制御方法を示すフローチャー
トである。

【図８】（ａ）はポスト噴射制御の制御方法を示すフ
ローチャートであり、（ｂ）は多段噴射制御の制御方法
を示すフローチャートである。

【図９】ディーゼルエンジンの燃料噴射時期を示す図
である。

【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、エンジンと
触媒コンバータの組み合わせの例を示す模式図である。

【図１１】（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ、触媒コンバ
ータ内での偏流の態様を示す図である。

【図１２】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、ターボ式過
給機を設けることなく、排気通路内に旋回流を生成する
ための構造を示す模式図である。

【図１３】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、ターボ式過
給機を設けることなく、排気通路内に旋回流を生成する
ためのもう１つの構造を示す模式図である。

【図１４】（ａ）、（ｄ）は、それぞれ、ターボ式過
給機を設けることなく、排気通路内に旋回流を生成する
ためのさらなる構造を示す模式図である。

【図１５】（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、ターボ式過
給機を設けることなく、排気通路内に旋回流を生成する
ためのさらにもう１つの構造を示す模式図である。

【符号の説明】

ＣＵ…コントロールユニット、１…ガソリンエンジン、
３…吸気通路、４…燃焼室、５…燃料噴射弁、７…点火
プラグ、１０…第１触媒コンバータ、１１…第２触媒コ
ンバータ、１２…リニアＯ₂センサ、１５…スロットル
弁、１７…ＥＧＲ通路、１８…ＥＧＲ制御弁、１９…タ
ーボ式過給機、１９ａ…タービン、４１…ディーゼルエ
ンジン、４４…燃焼室、４５…燃料噴射弁、６２…触媒
コンバータ、６３…ＥＧＲ通路、６４…ＥＧＲ弁、６５
…ターボ過給機（ＶＧＴ）、７５…コントロールユニッ
ト。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡辺友巳広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者片岡一司広島県安芸郡府中町新地３番１号マツダ株式会社内 (72)発明者林原寛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） 3G091 AA02 AA10 AA11 AA17 AA18 AA28 AB02 AB04 AB05 AB06 BA11 BA14 BA15 BA19 CA13 CA27 CB02 CB03 CB07 CB08 DB06 DB10 EA00 EA01 EA05 EA06 EA07 EA30 EA31 EA34 EA39 FB10 FB11 FB12 GA18 GB01W GB02Y GB03Y GB04Y GB05W GB06W GB07W GB09W GB10W GB16W HA08 HA10 HA36 HB02 HB05 HB06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気通路に配置され、排気ガス中の所定
の浄化対象成分を還元剤と反応させることにより浄化す
る触媒材料でハニカム状の担体がコートされている下流
側触媒と、下流側触媒に対して上記還元剤を増量する還元剤増量手
段とが設けられているエンジンの排気浄化装置におい
て、排気ガスの流れ方向にみて、下流側触媒より上流側であ
りかつ還元剤増量手段より下流側である位置で排気通路
に配置され、上記還元剤を浄化する触媒材料でハニカム
状の担体がコートされている上流側触媒と、上流側触媒より上流側で排気通路に配置され、排気ガス
の偏流を生成する偏流生成手段とが設けられ、上流側触媒が、排気ガスの全体的な流れ方向と垂直な断
面でみて、所定の第１の部分が第２の部分よりも、排気
ガスと触媒材料との接触度合いが小さくなるように形成
され、上記第１の部分が、上記浄化対象成分の浄化が必要とさ
れる状況下では、偏流生成手段によって生成された排気
ガスの偏流が該第１の部分のセル内を流通するように形
成されていることを特徴とするエンジンの排気浄化装
置。
【請求項２】下流側触媒がＮＯｘ還元触媒であり、上流側触媒が、エンジンからのＮＯｘの放出が多いとき
に、排気ガスの偏流が上記第１の部分を流通するように
形成されていることを特徴とする請求項１に記載のエン
ジンの排気浄化装置。
【請求項３】上流側触媒の上記第１の部分と上記第２
の部分とではハニカムセル形状が略同一であり、上記第１の部分の触媒材料の量が、上記第２の部分の触
媒材料の量より少なくなっていることを特徴とする請求
項１又は２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】還元剤増量手段が、上記浄化対象成分の
浄化が必要とされる状況下では上記還元剤を増量するよ
うになっていて、上流側触媒の上記第１の部分が、上記還元剤が増量され
ている状況下において排気ガスの偏流に対応する位置に
形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれ
か１つに記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】ハニカム担体が触媒材料でコートされて
いる触媒手段と、触媒手段に対して還元剤を増量する還元剤増量手段とが
設けられているエンジンの排気浄化装置において、排気ガスの全体的な流れ方向と垂直な断面でみて、活性
温度の異なる複数の触媒材料が、それぞれ、触媒手段の
異なる部分にコートされ、触媒手段の温度状態に基づいて、所定の運転状態で、上
記還元剤を異なる触媒材料のいずれか１つに偏って接触
させる偏流生成手段が設けられていることを特徴とする
エンジンの排気浄化装置。