JP2003106136A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】複数の触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に
おいて、触媒を早期に温度上昇させることができる技術
を提供する。 【解決手段】並列に複数設けられた触媒２０を備え、触
媒２０の温度を上昇させる必要がある場合には、排気を
流通させる触媒２０を選択して該触媒２０へ排気を流通
させつつ、触媒２０の温度が還元剤を浄化可能な温度よ
りも低い場合には、還元剤によらずに選択された触媒２
０の温度を上昇させ、若しくは、触媒２０の温度が還元
剤を浄化可能な温度よりも高い場合には、選択された触
媒２０へ還元剤を供給して温度を上昇させる。

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】内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置
として、排気通路に複数の排気浄化触媒を並列に配置す
る技術が知られている。このような内燃機関の排気浄化
装置では、酸化機能を有する触媒、例えばＮＯx触媒を
並列に配置することがある。
【０００３】ＮＯx触媒は、ディーゼルエンジンやリー
ンバーンガソリンエンジンなど希薄燃焼可能な内燃機関
から排出される排気を浄化可能な触媒であり、これには
選択還元型ＮＯx触媒や吸蔵還元型ＮＯx触媒等が挙げら
れる。
【０００４】例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒は、流入排
気の酸素濃度が高いときはＮＯxを吸収し、流入排気の
酸素濃度が低下すると吸収していたＮＯxを放出しつつ
Ｎ2に還元するＮＯxの吸放出作用を行う。
【０００５】この吸蔵還元型ＮＯx触媒の場合、前記内
燃機関では通常運転時の排気の空燃比がリーンとなるた
め、排気中のＮＯxがＮＯx触媒に吸収されることとな
る。しかしながら、リーン空燃比の排気がＮＯx触媒に
供給され続けると、ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和
し、それ以上ＮＯxを吸収できなくなり、ＮＯxがリーク
されることとなる。そこで、ＮＯx触媒では、ＮＯx吸収
能力が飽和する前に所定のタイミングで流入排気の酸素
濃度を低下させるとともに排気中のＨＣ成分量を増加さ
せ、ＮＯx触媒に吸収されていたＮＯxを放出しつつＮ2
に還元し、ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力を回復させる必要
がある。
【０００６】このようにリーンＮＯx触媒を利用した排
気浄化装置では、ＮＯxが浄化されるために間欠的に排
気の酸素濃度を低下させる必要がある。そして、間欠的
に排気の酸素濃度を低下させる方法の一例として排気中
の燃料添加が挙げられる。
【０００７】一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒には燃料に含
まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（ＳＯ
x）もＮＯxと同様のメカニズムで吸収される。このよう
に吸収されたＳＯxはＮＯxよりも放出されにくく、ＮＯ
x触媒内に蓄積される。これを硫黄被毒（ＳＯx被毒）と
いい、ＮＯx浄化率が低下するため、適宜の時期にＳＯx
被毒から回復させる被毒回復処理を施す必要がある。こ
の被毒回復処理は、ＮＯx触媒を高温（例えば６００乃
至６５０℃程度）にしつつ酸素濃度を低下させた排気を
ＮＯx触媒に流通させて行われている。
【０００８】ところが希薄燃焼運転時の排気の温度は低
いため、ＳＯx被毒の回復に必要とされる温度まで触媒
を昇温することは困難である。
【０００９】このような問題に対し、例えば特許第２７
２７９０６号では、ＮＯx吸収剤を担持したパティキュ
レートフィルタを排気管に２つ並列に配置した内燃機関
の排気浄化装置において、ＮＯx吸収剤に流入する排気
を一方ずつ遮断して該遮断したＮＯx吸収剤からＮＯxを
放出させている。このように構成された内燃機関の排気
浄化装置では、一方のＮＯx吸収剤の再生操作実行中に
は他方のＮＯx吸収剤に排気を流通させて運転できるの
で、全体として排気流量を絞る必要がなく内燃機関の出
力低下を発生させることもない。このため、運転条件に
左右されることなく任意の時期にＮＯx吸収剤の再生等
の操作を行うことが可能となる。そして、還元剤供給時
にパティキュレートが燃焼してＳＯx被毒の解消に必要
とされる温度までフィルタの温度を上昇させることが可
能となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、各種触媒に
は排気を効果的に浄化することができる温度範囲（温度
ウィンド）があり、この温度ウィンドまで早期に温度上
昇させることが重要となる。
【００１１】ここで、特許第２７２７９０６号では、前
記還元剤の添加が行われているときにはＮＯx吸収剤に
排気がほとんど流通しない状態なので、該ＮＯx吸収剤
は排気のエネルギをほとんど得ることができない。この
ときに排気からのエネルギを多く得ることができればＮ
Ｏx吸収剤を早期に温度上昇させることが可能となる。
【００１２】一方、排気の温度を上昇させてＮＯx吸収
剤の温度を上昇させようとすると、スモークが発生した
り運転状態の悪化を生じさせたりする虞がある。また、
排気中へ還元剤を添加してＮＯx吸収剤の昇温を図る場
合には、還元剤の添加量によっては酸素が不足して還元
剤の一部が酸化されず十分な温度上昇が得られなくなる
虞がある。
【００１３】尚、上記した触媒の昇温制御は堆積したパ
ティキュレートを酸化させる際にも行われ、触媒を短時
間に昇温させることが望まれる。
【００１４】本発明は、以上の問題を解決するためにな
されたものであり、酸化機能を有する触媒を複数備えた
内燃機関の排気浄化装置において、触媒を早期に温度上
昇させることができる技術を提供することを目的とす
る。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
の第１の発明による内燃機関の排気浄化装置は、以下の
手段を採用した。即ち、第１の発明は、内燃機関の排気
通路であって並列に分岐された複数の排気通路と、前記
分岐された複数の排気通路に夫々設けられ酸化機能を有
する触媒と、前記触媒に還元剤を供給する還元剤供給手
段と、前記還元剤供給手段によらないで触媒の温度を上
昇させる触媒昇温手段と、前記排気通路を流通する排気
の流量を調整する流量調整手段と、前記触媒の温度を推
定する温度推定手段と、を備え、前記触媒の温度を上昇
させる必要がある場合には、前記流量調整手段は排気を
流通させる触媒を選択して該触媒へ排気を流通させつ
つ、前記触媒の温度が還元剤を浄化可能な温度よりも低
い場合には、前記触媒昇温手段は選択された触媒の温度
を上昇させ、若しくは、前記触媒の温度が還元剤を浄化
可能な温度である場合には、前記還元剤供給手段は前記
選択された触媒へ還元剤を供給して該触媒の温度を上昇
させることを特徴とする。
【００１６】本発明の最大の特徴は、複数の触媒を備え
た内燃機関の排気浄化装置において、選択された触媒に
のみ排気を流通させることにより、選択された触媒へ排
気のエネルギを集中して与えることを可能とし、短時間
に触媒の浄化率を上昇させることにある。
【００１７】このように構成された内燃機関の排気浄化
装置では、触媒の温度が還元剤浄化可能温度よりも低い
場合には、流量調整手段は選択された触媒へ排気を流通
させ、且つ、触媒昇温手段は選択された触媒の温度を上
昇させる。ここで、触媒昇温手段は、例えば排気の温度
を上昇させる。触媒の温度が還元剤を浄化することがで
きる温度以上になった場合には、還元剤供給手段は選択
された触媒へ還元剤を供給して必要とされる温度（例え
ばＮＯx浄化可能な温度）まで該触媒を昇温させる。こ
のようにして、選択された触媒を早期に昇温させること
が可能となる。
【００１８】尚、温度推定手段は、触媒の温度を直接計
測しても良いし、触媒上流の排気の温度から触媒の温度
を推定しても良い。
【００１９】上記課題を達成するための第２の発明によ
る内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。
即ち、第２の発明は、内燃機関の排気通路であって並列
に分岐された複数の排気通路と、前記分岐された複数の
排気通路に夫々設けられ酸化機能を有する触媒と、前記
触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、前記還元剤
供給手段によらないで触媒の温度を上昇させる触媒昇温
手段と、前記排気通路を流通する排気の流量を調整する
流量調整手段と、前記触媒の温度を推定する温度推定手
段と、を備え、前記触媒の温度を上昇させる必要がある
場合には、前記流量調整手段は排気を多量に流通させる
触媒を選択して該選択された触媒へ主に排気を流通させ
つつ選択されなかった触媒へは前記選択された触媒より
も少量の排気を流通させ、前記触媒の温度が還元剤を浄
化可能な温度よりも低い場合には前記触媒昇温手段は前
記選択された触媒の温度を上昇させ、若しくは、前記触
媒の温度が還元剤を浄化可能な温度である場合には前記
還元剤供給手段は前記選択された触媒へ還元剤を供給し
て該触媒の温度を上昇させることを特徴とする。
【００２０】本発明の最大の特徴は、酸化機能を有する
触媒を複数備えた内燃機関の排気浄化装置において、選
択された触媒に多量の排気を流通させつつその他の触媒
にも少量の排気を流通させることにより、選択された触
媒を早期に昇温させ、その後その他の触媒を容易に昇温
させることにある。
【００２１】このように構成された内燃機関の排気浄化
装置では、触媒の温度が還元剤浄化可能温度よりも低い
場合には、流量調整手段は選択された触媒へ多量の排気
を流通させ他の触媒にはそれよりも少量の排気を流通さ
せる。更に、触媒昇温手段は選択された触媒の温度を上
昇させる。ここで、触媒昇温手段は、例えば排気の温度
を上昇させる。触媒の温度が還元剤を浄化することがで
きる温度以上になった場合には、還元剤供給手段は選択
された触媒へ還元剤を供給して該触媒を昇温させる。こ
のようにして、選択された触媒を早期に昇温させること
ができる。また、他の触媒にも排気が少量流通している
ため徐々に温度を上昇させることができ、その後の温度
上昇に要する時間を短縮することが可能となる。
【００２２】尚、温度推定手段は、触媒の温度を直接計
測しても良いし、触媒上流の排気の温度から触媒の温度
を推定しても良い。
【００２３】第１又は第２の発明においては、前記選択
された触媒の温度が窒素酸化物を浄化可能な温度に上昇
した場合には、選択されなかった触媒の中から新たに触
媒を選択して排気を流通させることができる。
【００２４】このようにして、順に触媒を昇温すること
により、少なくとも１つの触媒を早期に活性化すること
が可能となる。
【００２５】第１又は第２の発明においては、前記触媒
は、排気中の粒子状物質を一時捕獲可能なパティキュレ
ートフィルタに担持され、前記選択された触媒の温度が
粒子状物質を除去可能な温度に上昇した場合には、選択
されなかった触媒の中から新たに触媒を選択して排気を
流通させることができる。
【００２６】このようにして、順に触媒を昇温すること
により、少なくとも１つの触媒を粒子状物質除去可能な
温度まで早期に活性化することが可能となる。
【００２７】第１又は第２の発明においては、前記内燃
機関の排気浄化装置は、触媒上流の排気の圧力の上昇を
検知する排気圧力検知手段を備え、前記流量調整手段
は、前記排気圧力検知手段が検知した圧力の上昇が所定
値以上の場合には選択されなかった触媒に流通する排気
の流量を増加させることができる。
【００２８】通常の運転中には全ての触媒へ排気を流通
させるため、各触媒の容量を小さくすることが可能とな
るが、このように構成された内燃機関の排気浄化装置で
は、選択された触媒へ集中して排気を流通させようとす
ると、排気の流通可能な量に対して排気の発生量が多く
なるため、該触媒上流の排気の圧力が上昇する虞があ
る。そこで、このような場合には、他の触媒にも排気を
流通させることにより触媒上流の排気の圧力を減少させ
ることが可能となる。
【００２９】上記課題を達成するための第３の発明によ
る内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。
即ち、第３の発明は、内燃機関の排気通路であって並列
に分岐された複数の排気通路と、前記分岐された複数の
排気通路に夫々設けられ排気中の窒素酸化物を浄化する
ＮＯx触媒と、前記ＮＯx触媒に還元剤を供給する還元剤
供給手段と、前記還元剤供給手段によらないでＮＯx触
媒の温度を上昇させるＮＯx触媒昇温手段と、前記排気
通路を流通する排気の流量を調整する流量調整手段と、
前記触媒の温度を推定する温度推定手段と、を備え、前
記ＮＯx触媒の温度が還元剤を浄化可能な温度よりも低
い場合には、前記流量調整手段はＮＯx触媒でのＮＯx還
元時よりも多量の排気を該ＮＯx触媒へ流通させ且つ前
記ＮＯx触媒昇温手段は前記触媒の温度を上昇させ、若
しくは、前記ＮＯx触媒の温度が還元剤を浄化可能な温
度である場合には、前記還元剤供給手段は排気の空燃比
が理論空燃比よりも大きくなるように還元剤を供給して
前記ＮＯx触媒の温度を上昇させることを特徴とする。
【００３０】本発明の最大の特徴は、昇温が必要なＮＯ
x触媒にＮＯx還元時よりも多量の排気を流通させ、且
つ、該ＮＯx触媒に流通させる排気の空燃比を理論空燃
比よりもやや大きくすることでＮＯx触媒の昇温に適し
た状態とすることにある。
【００３１】ここで、ＮＯx触媒からＮＯxを放出させる
ときに燃費の悪化の抑制を考慮した場合には、ＮＯx触
媒に流通する排気の量を少なくし、更に排気の空燃比を
理論空燃比よりも小さくしたほうが良い。一方、ＮＯx
触媒の早期昇温を考慮した場合には、ＮＯx触媒に流通
する排気の量を多くし、更に排気の空燃比を理論空燃比
よりも大きくしたほうが良い。従って、本発明では、Ｎ
Ｏx触媒の昇温を優先することによりＮＯx触媒の早期温
度上昇が可能となる。
【００３２】尚、温度推定手段は、触媒の温度を直接計
測しても良いし、触媒上流の排気の温度から触媒の温度
を推定しても良い。
【００３３】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る内燃機関の排
気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて
説明する。ここでは、本発明に係る内燃機関の排気浄化
装置を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例
に挙げて説明する。 ＜第１の実施の形態＞図１は、本発明に係る排気浄化装
置を適用するエンジン１とその吸排気系の概略構成を示
す図である。
【００３４】図１に示すエンジン１は、４つの気筒２を
有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００３５】エンジン１は、各気筒２の燃焼室に直接燃
料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁
３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレー
ル）４と接続されている。このコモンレール４には、該
コモンレール４内の燃料の圧力に対応した電気信号を出
力するコモンレール圧センサ４ａが取り付けられてい
る。
【００３６】前記コモンレール４は、燃料供給管５を介
して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６
は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）の回転ト
ルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポン
プ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがエン
ジン１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられた
クランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されてい
る。
【００３７】このように構成された燃料噴射系では、ク
ランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ
伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから
該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じ
た圧力で燃料を吐出する。
【００３８】前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、
燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモ
ンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴
射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流
が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃
料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００３９】次に、エンジン１には、吸気枝管８が接続
されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室
と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００４０】前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、
該吸気管９の途中には、排気の熱エネルギを駆動源とし
て作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコン
プレッサハウジング１５ａが設けられ、コンプレッサハ
ウジング１５ａより下流の吸気管９には、前記コンプレ
ッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気
を冷却するためのインタークーラ１６が設けられてい
る。
【００４１】このように構成された吸気系では、吸気は
吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入
する。
【００４２】コンプレッサハウジング１５ａに流入した
吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装された
コンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記
コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温とな
った吸気は、インタークーラ１６にて冷却された後、吸
気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各
枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の
燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼さ
れる。
【００４３】一方、エンジン１には、排気枝管１８が接
続され、排気枝管１８の各枝管が排気ポート（図示省
略）を介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００４４】前記排気枝管１８は、前記ターボチャージ
ャ１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。
前記タービンハウジング１５ｂは、排気管１９の一端と
接続され、該排気管１９の他端はマフラー（図示省略）
に通じている。
【００４５】排気管１９は、ターボチャージャ１５の下
流で第１排気管１９ａ及び第２排気管１９ｂに分岐して
いる。第１排気管１９ａの途中には第１フィルタ２０ａ
が設けられ、一方、第２排気管１９ｂの途中には第２フ
ィルタ２０ｂが設けられている。第１フィルタ２０ａ及
び第２フィルタ２０ｂは、吸蔵還元型ＮＯx触媒を担持
したパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと
いう。）である。尚、本実施の形態で単に「フィルタ２
０」と表記した場合には、第１フィルタ２０ａ及び第２
フィルタ２０ｂの双方を指し示すものとする。第１フィ
ルタ２０ａ及び第２フィルタ２０ｂには、フィルタ２０
の温度に応じた信号を出力するフィルタ温度センサ２４
ａ及び２４ｂが夫々設けられている。また、ターボチャ
ージャ１５の下流の排気管１９には、排気の圧力に応じ
た信号を出力する排気圧力センサ３７が設けられてい
る。
【００４６】また、第１フィルタ２０ａの下流の第１排
気管１９ａにはＥＣＵ３５からの信号により開閉される
流路切替弁２２ａが設けられ、一方、第２フィルタ２０
ｂの下流の第２排気管１９ｂにはＥＣＵ３５からの信号
により開閉される流路切替弁２２ｂが設けられている。
そして、流路切替弁２２ａ及び２２ｂの下流で第１排気
管１９ａと第２排気管１９ｂとが合流した後マフラー
（図示省略）に連結される。第１フィルタ２０ａ及び第
２フィルタ２０ｂの上流には、ＥＣＵ３５からの信号に
より開弁し還元剤たる燃料を噴射する還元剤噴射弁２８
ａ及び２８ｂが夫々設けられている。尚、本実施の形態
で単に「流路切替弁２２」と表記した場合には、流路切
替弁２２ａ及び流路切替弁２２ｂの双方を指し示すもの
とする。
【００４７】ところで、ディーゼルエンジンは経済性に
優れている反面、排気中に含まれる浮遊粒子状物質であ
る煤に代表されるパティキュレートマター（以下、ＰＭ
という。）の除去が重要な課題となっている。このた
め、本実施の形態では、大気中に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ＰＭの捕集を行うパ
ティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」とす
る）を設けている。
【００４８】次に、フィルタ２０について説明する。
【００４９】図２にフィルタ２０の構造を示す。なお、
図２において（Ａ）はフィルタ２０の横方向断面を示し
ており、（Ｂ）はフィルタ２０の縦方向断面図を示して
いる。図２（Ａ）及び（Ｂ）に示されるようにフィルタ
２０は、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路
５０、５１を具備するいわゆるウォールフロー型であ
る。これら排気流通路は下流端が栓５２により閉塞され
た排気流入通路５０と、上流端が栓５３により閉塞され
た排気流出通路５１とにより構成される。なお、図２
（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓５３を示し
ている。従って、排気流入通路５０および排気流出通路
５１は薄肉の隔壁５４を介して交互に配置される。換言
すると排気流入通路５０および排気流出通路５１は各排
気流入通路５０が４つの排気流出通路５１によって包囲
され、各排気流出通路５１が４つの排気流入通路５０に
よって包囲されるように配置される。
【００５０】フィルタ２０は例えばコージェライトのよ
うな多孔質材料から形成されており、従って排気流入通
路５０内に流入した排気は図２（Ｂ）において矢印で示
されるように周囲の隔壁５４内を通って隣接する排気流
出通路５１内に流出する。
【００５１】本発明による実施例では各排気流入通路５
０および各排気流出通路５１の周壁面、即ち各隔壁５４
の両側表面上および隔壁５４内の細孔内壁面上には例え
ばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担
体上に吸蔵還元型ＮＯx触媒が坦持されている。
【００５２】次に、本実施の形態に係るフィルタ２０に
担持された吸蔵還元型ＮＯx触媒の働きについて説明す
る。
【００５３】フィルタ２０は、例えば、アルミナを担体
とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎ
ａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等
のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウ
ム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もし
くはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少
なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して
構成されている。
【００５４】このように構成されたＮＯx触媒は、該Ｎ
Ｏx触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中
の窒素酸化物（ＮＯx）を吸収する。
【００５５】一方、ＮＯx触媒は、該ＮＯx触媒に流入す
る排気の酸素濃度が低下したときは吸収していた窒素酸
化物（ＮＯx）を放出する。その際、排気中に炭化水素
（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在して
いれば、ＮＯx触媒は、該ＮＯx触媒から放出された窒素
酸化物（ＮＯx）を窒素（Ｎ2）に還元せしめることがで
きる。
【００５６】このように構成された排気系では、エンジ
ン１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気
ポートを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝
管１８からターボチャージャ１５のタービンハウジング
１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入し
た排気は、該排気が持つ熱エネルギを利用してタービン
ハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホ
イールを回転させる。その際、タービンホイールの回転
トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコ
ンプレッサホイールへ伝達される。
【００５７】前記タービンハウジング１５ｂから排出さ
れた排気は、第１排気管１９ａ及び第２排気管１９ｂを
介してフィルタ２０へ流入し、排気中のＰＭが捕集され
且つ有害ガス成分が除去又は浄化される。フィルタ２０
にてＰＭを捕集され且つ有害ガス成分を除去又は浄化さ
れた排気は排気管１９を流通した後、マフラー（図示省
略）を介して大気中に放出される。この場合、流路切替
弁２２は双方開弁されている。
【００５８】また、排気枝管１８と吸気枝管８とは、排
気枝管１８内を流通する排気の一部を吸気枝管８へ再循
環させる排気再循環通路（ＥＧＲ通路）２５を介して連
通されている。このＥＧＲ通路２５の途中には、電磁弁
などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ
通路２５内を流通する排気（以下、ＥＧＲガスと称す
る）の流量を変更する流量調整弁（ＥＧＲ弁）２６が設
けられている。
【００５９】前記ＥＧＲ通路２５の途中でＥＧＲ弁２６
より上流には、該ＥＧＲ通路２５内を流通するＥＧＲガ
スを冷却するＥＧＲクーラ２７が設けられている。前記
ＥＧＲクーラ２７には、冷却水通路（図示省略）が設け
られエンジン１を冷却するための冷却水の一部が循環す
る。
【００６０】このように構成された排気再循環機構で
は、ＥＧＲ弁２６が開弁されると、ＥＧＲ通路２５が導
通状態となり、排気枝管１８内を流通する排気の一部が
前記ＥＧＲ通路２５へ流入し、ＥＧＲクーラ２７を経て
吸気枝管８へ導かれる。
【００６１】その際、ＥＧＲクーラ２７では、ＥＧＲ通
路２５内を流通するＥＧＲガスとエンジン１の冷却水と
の間で熱交換が行われ、ＥＧＲガスが冷却される。
【００６２】ＥＧＲ通路２５を介して排気枝管１８から
吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上
流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼
室へ導かれる。
【００６３】ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ2Ｏ）や
二酸化炭素（ＣＯ2）などのように、自らが燃焼するこ
とがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含ま
れているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、
混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯ
x）の発生量が抑制される。
【００６４】以上述べたように構成されたエンジン１に
は、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット
（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設され
ている。このＥＣＵ３５は、エンジン１の運転条件や運
転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユ
ニットである。
【００６５】ＥＣＵ３５には、コモンレール圧センサ４
ａ、フィルタ温度センサ２４ａ及び２４ｂ、クランクポ
ジションセンサ３３、水温センサ３４、アクセル開度セ
ンサ３６、排気圧力センサ３７等の各種センサが電気配
線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号が
ＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
【００６６】一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、流
路切替弁２２、ＥＧＲ弁２６等が電気配線を介して接続
され、上記した各部をＥＣＵ３５が制御することが可能
になっている。
【００６７】ここで、ＥＣＵ３５は、図３に示すよう
に、双方向性バス３５０によって相互に接続された、Ｃ
ＰＵ３５１と、ＲＯＭ３５２と、ＲＡＭ３５３と、バッ
クアップＲＡＭ３５４と、入力ポート３５６と、出力ポ
ート３５７とを備えるとともに、前記入力ポート３５６
に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）３５５を備え
ている。
【００６８】前記入力ポート３５６は、クランクポジシ
ョンセンサ３３のようにデジタル信号形式の信号を出力
するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をＣ
ＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００６９】前記入力ポート３５６は、コモンレール圧
センサ４ａ、フィルタ温度センサ２４ａ及び２４ｂ、水
温センサ３４、排気圧力センサ３７等のように、アナロ
グ信号形式の信号を出力するセンサの出力信号をＡ／Ｄ
３５５を介して入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５
１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００７０】前記出力ポート３５７は、燃料噴射弁３、
流路切替弁２２、ＥＧＲ弁２６、遮断弁３１等と電気配
線を介して接続され、ＣＰＵ３５１から出力される制御
信号を、前記した燃料噴射弁３、流路切替弁２２、ＥＧ
Ｒ弁２６、遮断弁３１等へ送信する。
【００７１】前記ＲＯＭ３５２は、各種アプリケーショ
ンプログラムを記憶している。
【００７２】前記ＲＯＭ３５２は、上記したアプリケー
ションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶して
いる。
【００７３】前記ＲＡＭ３５３は、各センサからの出力
信号やＣＰＵ３５１の演算結果等を格納する。前記演算
結果は、例えば、クランクポジションセンサ３３がパル
ス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機
関回転数である。これらのデータは、クランクポジショ
ンセンサ３３がパルス信号を出力する都度、最新のデー
タに書き換えられる。
【００７４】前記バックアップＲＡＭ３５４は、エンジ
ン１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモ
リである。
【００７５】前記ＣＰＵ３５１は、前記ＲＯＭ３５２に
記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作し
て、各種制御を実行する。
【００７６】ところで、エンジン１が希薄燃焼運転され
ている場合は、エンジン１から排出される排気の空燃比
がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、
排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒に吸
収されることになるが、エンジン１の希薄燃焼運転が長
期間継続されると、ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和
し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒にて除去
されずに大気中へ放出されてしまう。
【００７７】特に、エンジン１のようなディーゼル機関
では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気
が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排
気の空燃比がリーン空燃比となるため、ＮＯx触媒のＮ
Ｏx吸収能力が飽和し易い。
【００７８】従って、エンジン１が希薄燃焼運転されて
いる場合は、ＮＯx触媒のＮＯx吸収能力が飽和する前に
ＮＯx触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させると
ともに還元剤の濃度を高め、ＮＯx触媒に吸収された窒
素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元させる必要がある。
【００７９】そこで、本実施の形態に係る内燃機関の排
気浄化装置は、フィルタ２０より上流の排気中に還元剤
たる燃料（軽油）を添加する還元剤供給機構を備え、こ
の還元剤供給機構から排気中へ燃料を添加することによ
り、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低下させ
るとともに還元剤の濃度を高めるようにした。
【００８０】還元剤供給機構は、図１に示されるよう
に、その噴孔が第１排気管１９ａ及び第２排気管１９ｂ
内に臨むよう該第１排気管１９ａ及び第２排気管１９ｂ
に設けられ、ＥＣＵ３５からの信号により開弁して燃料
を噴射する還元剤噴射弁２８ａ及び２８ｂと、前述した
燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記還元剤噴射弁２
８ａ及び２８ｂへ導く還元剤供給路２９と、還元剤供給
路２９に設けられて該還元剤供給路２９内の燃料の流通
を遮断する遮断弁３１と、を備えている。
【００８１】このような還元剤供給機構では、燃料ポン
プ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２９を介
して還元剤噴射弁２８ａ及び２８ｂへ印加される。そし
て、ＥＣＵ３５からの信号により該還元剤噴射弁２８ａ
又は２８ｂが開弁して第１排気管１９ａ又は第２排気管
１９ｂ内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００８２】還元剤噴射弁２８ａ又は２８ｂから第１排
気管１９ａ又は第２排気管１９ｂ内へ噴射された還元剤
は、酸素濃度の低い排気を形成する。このようにして形
成された酸素濃度の低い排気がフィルタ２０ａ又は２０
ｂに流入すると、フィルタ２０ａ又は２０ｂに吸収され
ていた窒素酸化物（ＮＯx）を放出させつつ窒素（Ｎ2）
に還元することになる。
【００８３】その後、ＥＣＵ３５からの信号により還元
剤噴射弁２８ａ又は２８ｂが閉弁し、第１排気管１９ａ
又は第２排気管１９ｂ内への還元剤の添加が停止される
ことになる。
【００８４】次に、フィルタ２０に担持された吸蔵還元
型ＮＯx触媒からＮＯxを放出・還元させるＮＯx浄化制
御について詳述する。
【００８５】このＮＯx浄化制御では、ＣＰＵ３５１
は、フィルタ２０に流入する排気中の酸素濃度を比較的
に短い周期でスパイク的（短時間）に低くする、所謂リ
ッチスパイク制御を実行する。
【００８６】ここで、流路切替弁２２ａ及び２２ｂの双
方が開弁されているときには、フィルタ２０に略同量の
排気が流通している。このような場合において、排気中
に還元剤を供給すると、必要な酸素濃度に至らしめるた
めに多くの還元剤を必要とし、従って燃費が悪化してし
まう。そこで、本実施の形態では、一方の流路切替弁を
閉弁して、一方のフィルタに流通する排気の量を減少さ
せつつそのフィルタへ還元剤の供給を行う。このように
して、排気の流通量を減少させることにより少量の還元
剤により必要となる酸素濃度を得ることが可能となる。
【００８７】尚、本実施の形態では、フィルタ２０ａに
吸収されたＮＯxの放出・還元について説明するが、フ
ィルタ２０ｂにおいても同様に処理することができる。
【００８８】上記したリッチスパイク制御では、ＣＰＵ
３５１は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件
が成立しているか否かを判別する。このリッチスパイク
制御実行条件としては、例えば、フィルタ２０ａが活性
状態にある、排気温度センサの出力信号値（排気温度）
が所定の上限値以下である、被毒回復制御が実行されて
いない、等の条件を例示することができる。
【００８９】上記したようなリッチスパイク制御実行条
件が成立していると判定された場合は、ＣＰＵ３５１
は、 流路切替弁２２ａを閉弁する。そして、還元剤噴
射弁２８ａからスパイク的に還元剤たる燃料を噴射させ
るべく当該還元剤噴射弁２８ａを制御することにより、
フィルタ２０ａに流入する排気の空燃比を一時的に所定
の目標リッチ空燃比とする。
【００９０】具体的には、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５
３に記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ３
６の出力信号（アクセル開度）、エアフローメータ（図
示省略）の出力信号値（吸入空気量）、空燃比センサの
出力信号、燃料噴射量等を読み出す。
【００９１】ＣＰＵ３５１は、前記した機関回転数とア
クセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータと
してＲＯＭ３５２の還元剤添加量制御マップへアクセス
し、排気の空燃比を予め設定された目標空燃比とする上
で必要となる還元剤の添加量（目標添加量）を算出す
る。
【００９２】続いて、ＣＰＵ３５１は、前記目標添加量
をパラメータとしてＲＯＭ３５２の還元剤噴射弁制御マ
ップへアクセスし、還元剤噴射弁２８ａから目標添加量
の還元剤を噴射させる上で必要となる還元剤噴射弁２８
ａの開弁時間（目標開弁時間）を算出する。
【００９３】還元剤噴射弁２８ａの目標開弁時間が算出
されると、ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８ａを開弁
させる。
【００９４】そして、ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２
８ａを開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過する
と、還元剤噴射弁２８ａを閉弁させる。
【００９５】このように還元剤噴射弁２８ａが目標開弁
時間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射
弁２８ａから第１排気管１９ａ内へ噴射されることにな
る。そして、還元剤噴射弁２８ａから噴射された還元剤
は、第１排気管１９ａの上流から流れてきた排気と混ざ
り合い目標空燃比の混合気を形成する。その後、この排
気はフィルタ２０ａに流入する。
【００９６】この結果、フィルタ２０ａに流入する排気
の空燃比は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化するこ
とになり、以て、フィルタ２０が窒素酸化物（ＮＯx）
の吸収と放出・還元とを交互に短周期的に繰り返すこと
になる。
【００９７】一方、フィルタに捕集されたＰＭは、エン
ジンが高回転高負荷の領域で運転されたときに排出され
る高温の排気により燃焼され除去される。しかし、ＰＭ
の燃焼にはある程度の時間を要するためＰＭが完全に燃
焼して除去される前にエンジンの運転領域が高回転高負
荷領域から外れてしまうとＰＭが燃え残ることがある。
また、軽負荷状態が長期間継続するとＰＭが燃焼しない
で堆積してしまう。ＰＭの燃焼に適したエンジンの運転
状態を長期間維持することは困難であるため、燃え残っ
たＰＭが次第にフィルタに堆積し、フィルタの目詰まり
を発生させる。
【００９８】このように燃え残ったＰＭを効果的に除去
する方法の一つとしても排気中への燃料添加が有効であ
る。
【００９９】排気中へ燃料添加を行うと、触媒反応（酸
化反応）にてフィルタ２０の温度が上昇する。その際、
フィルタ２０に流入した燃料により活性酸素が放出され
ることによってＰＭが酸化されやすいものに変質し、単
位時間あたりの酸化除去可能量が向上する。また、燃料
添加により、触媒の酸素被毒が除去され、触媒の活性が
上がるため活性酸素を放出し易くなる。そして、活性酸
素によりＰＭは酸化燃焼され除去される。
【０１００】ところで、本実施の形態では、通常の運転
時には、流路切替弁２２ａ及び２２ｂの双方を開弁さ
せ、第１排気管１９ａ及び第２排気管１９ｂに排気を流
通させて同時に２つのフィルタで排気の浄化を行うよう
にしている。このようにすると、各フィルタに流通する
排気の流量を半減することができるので、フィルタの容
量を小さくすることが可能となる。ところが、排気の温
度が低い場合には、双方のフィルタの温度が同時に低下
してしまい、浄化効率が低下してしまう。上記フィルタ
２０に担持された吸蔵還元型ＮＯx触媒は、その温度に
よってＮＯx、炭化水素（ＨＣ）等の浄化率が異なるの
で、該吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度をＮＯx、炭化水素
（ＨＣ）等の浄化率が高い温度に維持することが重要と
なる。
【０１０１】ここで、燃費の悪化を抑制するために一方
のフィルタの流路切替弁を閉弁して排気の流量を減少さ
せつつ燃料を添加して昇温制御を行うと、排気のエネル
ギをほとんど得ることができないため温度上昇を早期に
行うという点で不利になる。従って、排気を浄化可能な
温度に上昇するまでの時間が長くなり、その間は排気エ
ミッションが悪化する虞がある。
【０１０２】そこで、本実施の形態では、フィルタの温
度が低い場合には、一方のフィルタへ排気を流通させつ
つ昇温を行い、少なくとも一方のフィルタが機能するま
での時間を短縮させることとした。
【０１０３】一方、本実施の形態による吸蔵還元型ＮＯ
x触媒においては、ＮＯxと炭化水素（ＨＣ）とでは浄化
可能な触媒の温度領域（温度ウィンド）が異なり、ＮＯ
xよりも炭化水素（ＨＣ）のほうが低温から浄化可能で
ある。従って、炭化水素（ＨＣ）を浄化可能な温度であ
ってもＮＯxを十分に浄化することができない温度領域
が存在する。また、炭化水素（ＨＣ）を十分に浄化する
ことができない温度領域では、吸蔵還元型ＮＯx触媒に
燃料を供給しても燃料の酸化反応熱による温度上昇は期
待できない。
【０１０４】そこで、本実施の形態では、吸蔵還元型Ｎ
Ｏx触媒の温度が炭化水素（ＨＣ）を十分に浄化するこ
とができない温度領域の範囲内にある場合には、以下に
述べる方法で排気の温度を上昇させて吸蔵還元型ＮＯx
触媒の昇温を図る。一方、吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度
が炭化水素（ＨＣ）を浄化可能な温度領域の範囲内にあ
る場合には、該吸蔵還元型ＮＯx触媒に燃料を供給する
ことにより吸蔵還元型ＮＯx触媒の昇温を図る。ここ
で、炭化水素（ＨＣ）を浄化することができる温度領域
で排気の温度を上昇させて吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度
上昇を行わないのは、このような温度領域では燃料を直
接吸蔵還元型ＮＯx触媒に供給したほうが必要な燃料の
量が少量で済み燃費の悪化を抑制することが可能とな
り、また、スモークの発生を抑制することができるから
である。尚、本実施の形態では、フィルタの温度と吸蔵
還元型ＮＯx触媒の温度とは同義である。
【０１０５】次に、フィルタ２０を昇温させるために排
気の温度を上昇させる方法について説明する。
【０１０６】本実施の形態では、排気の温度を上昇させ
るために、エンジン１へ機関出力のための燃料を噴射さ
せる主噴射の後の機関出力とはならない時期に再度燃料
を噴射させる副噴射を用いることができる。
【０１０７】このように膨張行程で燃料を副次的に噴射
させるのは、主噴射による燃料噴射量を増量すると機関
出力を上昇させて運転状態が悪化する虞があるためであ
る。副噴射により噴射された燃料は気筒２内で燃焼し気
筒２内のガス温度を上昇させる。温度が上昇したガスは
排気となってフィルタ２０に到達し該フィルタ２０の温
度を上昇させる。
【０１０８】副噴射の量及び噴射時期は、アクセル開度
と機関回転数と副噴射量又は副噴射時期との関係を予め
マップ化しておきＲＯＭ３５２に記憶させておけば、そ
のマップとアクセル開度と機関回転数とから算出するこ
とができる。
【０１０９】また、燃料噴射弁３から燃料を主噴射する
時期を遅延させること（以下、遅延噴射という）によっ
ても排気の温度を上昇させることができる。これは、燃
料噴射時期を通常よりも遅延させると、ピストンの運動
に消費されるエネルギ量が少なくなり、従って、排気の
温度が高くなることによるものである。しかしながら、
遅延させた燃料噴射によりエンジン１の運転を行うと、
燃焼状態が不安定になる。従って、燃料噴射を遅延させ
ることができる期間はエンジン１の運転状態により制限
される。そこで、本実施の形態においては遅延噴射に先
立って排気行程終了時のピストンが上死点近傍にあると
きに燃料を噴射させる。このようにすると、その後の吸
気行程及び圧縮行程で燃料が蒸発して着火しやすいもの
となり燃焼を安定させることができる。従って、燃料噴
射時期を更に遅延させることができるので排気の温度を
更に上昇させることが可能となる。
【０１１０】更に、本実施の形態ではＥＧＲ量を増量し
ても良い。ＥＧＲガスは、その温度が高いために吸気の
温度を上昇させ、それに伴って排気の温度が上昇する。
ＥＧＲガス量を増大させるためには、例えば、吸気絞り
弁１３を閉弁することにより吸気枝管８内部の圧力を減
少させて、排気枝管１８内部との差圧を増大させる方法
や、流路切替弁２２ａ及び２２ｂを閉弁して排気枝管１
８内部の圧力を上昇させることにより、吸気枝管８内部
との差圧を増大させる方法等を例示することができる。
【０１１１】このように、燃料噴射時期の遅延、主噴射
後の副次的な噴射（副噴射）及びＥＧＲ量の増量を行う
と、排気の温度を上昇させることができる。従って、フ
ィルタ２０の温度を上昇させることができ、炭化水素
（ＨＣ）を浄化可能な温度までフィルタ２０の温度を上
昇させることができる。
【０１１２】次に、エンジン１始動時や軽負荷運転が連
続した場合等でフィルタが低温のときの本実施の形態に
よるフィルタ昇温制御について説明する。
【０１１３】図４は、フィルタ昇温制御のフローを示し
たフローチャート図である。
【０１１４】ステップＳ１０１では、流路切替弁２２ａ
が開弁され、流路切替弁２２ｂが閉弁される。
【０１１５】ステップＳ１０２では、エンジン１から排
出される排気の温度を上昇させる。排気の温度を上昇さ
せる方法としては、例えば、前記した副噴射、遅延噴
射、ＥＧＲ量の増量等を用いることができる。
【０１１６】ステップＳ１０３では、第１フィルタ２０
ａの床温が炭化水素（ＨＣ）を十分に浄化することがで
きる温度であるか否か判定される。ＣＰＵ３５１は、フ
ィルタ温度センサ２４ａの出力信号を読み込み、第１フ
ィルタ２０ａの温度を判定する。ここで、第１フィルタ
２０ａの温度が炭化水素（ＨＣ）を十分に浄化すること
ができる温度よりも低い場合に、還元剤噴射弁２８ａか
ら燃料を供給すると吸蔵還元型ＮＯx触媒で浄化されな
い燃料が第１フィルタ２０ａを通過して大気中へ放出さ
れてしまう。従って、このような温度では、排気の温度
を上昇させることにより第１フィルタ２０ａの温度を上
昇させて排気エミッションの悪化を抑制する。一方、第
１フィルタ２０ａの床温が炭化水素（ＨＣ）を十分に浄
化することができる温度ウィンドに達していれば、還元
剤噴射弁２８ａから還元剤を供給することにより第１フ
ィルタ２０ａの温度を上昇させることができる。
【０１１７】ステップＳ１０３で肯定判定がなされた場
合にはステップＳ１０４へ進み、一方、否定判定がなさ
れた場合にはステップＳ１０２に戻る。
【０１１８】ステップＳ１０４では、ステップＳ１０２
で開始された排気温度の上昇を終了させる。
【０１１９】ステップＳ１０５では、還元剤噴射弁２８
ａから燃料を噴射して第１フィルタ２０ａの昇温制御が
行われる。このときの燃料噴射は、ＮＯx放出のための
燃料噴射と比較して噴射間隔を短くし、且つ、１回当た
りの噴射量を少なくする。このようにすると、フィルタ
２０で処理可能な燃料量を供給することができ、フィル
タ２０で反応しないまま通過してしまう燃料を減少させ
燃費の悪化を抑制することが可能となる。還元剤噴射弁
２８ａの開弁時間及び開弁時期は、回転数及び負荷と共
に予めマップ化しＲＯＭ３５２に記憶させておいても良
い。
【０１２０】ステップＳ１０６では、第１フィルタ２０
ａの床温がＮＯxを十分に浄化することができる温度で
あるか否か判定される。ＣＰＵ３５１は、フィルタ温度
センサ２４ａの出力信号を読み込み、第１フィルタ２０
ａの温度を判定する。
【０１２１】ステップＳ１０６で肯定判定がなされた場
合にはステップＳ１０７へ進み、一方、否定判定がなさ
れた場合にはステップＳ１０５に戻る。
【０１２２】ステップＳ１０７では、冷却水温度が目標
温度（例えば７５℃）に達したか否か判定される。
【０１２３】機関始動時等で冷却水温度が低い場合には
排気エミッションが悪化している虞がある。このような
場合に、活性状態にない第２フィルタ２０ｂへ排気を流
通させると、排気中の有害成分が浄化されずに大気中へ
放出されてしまう。そこで、第２フィルタ２０ｂの昇温
は冷却水温度が目標温度（例えば７５℃）に達したと
き、即ち、暖機が完了したときに開始する。
【０１２４】ステップＳ１０７で肯定判定がなされた場
合には、ステップＳ１０８へ進み、一方、否定判定がな
された場合にはステップＳ１０７に戻る。
【０１２５】ステップＳ１０８では、排気の流路が切り
替えられる。ＣＰＵ３５１は、流路切替弁２２ｂを開弁
し、その後、流路切替弁２２ａを閉弁する。
【０１２６】ステップＳ１０９では、エンジン１から排
出される排気の温度を上昇させる。排気の温度を上昇さ
せる方法としては、例えば、前記した副噴射、遅延噴
射、ＥＧＲ量の増量等を用いることができる。
【０１２７】ステップＳ１１０では、第２フィルタ２０
ｂの床温が炭化水素（ＨＣ）を十分に浄化することがで
きる温度であるか否か判定される。ＣＰＵ３５１は、フ
ィルタ温度センサ２４ｂの出力信号を読み込み、第２フ
ィルタ２０ｂの温度を判定する。ここで、第２フィルタ
２０ｂの温度が炭化水素（ＨＣ）を十分に浄化すること
ができる温度よりも低い場合に、還元剤噴射弁２８ｂか
ら燃料を供給すると吸蔵還元型ＮＯx触媒で浄化されな
い燃料が第２フィルタ２０ｂを通過して大気中へ放出さ
れてしまう。従って、このような温度では、排気の温度
を上昇させることにより第２フィルタ２０ｂの温度を上
昇させて排気エミッションの悪化を抑制する。一方、第
２フィルタ２０ｂの床温が炭化水素（ＨＣ）を十分に浄
化することができる温度ウィンドに達していれば、還元
剤噴射弁２８ｂから還元剤を供給することにより第２フ
ィルタ２０ｂの温度を上昇させることができる。
【０１２８】ステップＳ１１０で肯定判定がなされた場
合にはステップＳ１１１へ進み、一方、否定判定がなさ
れた場合にはステップＳ１０９に戻る。
【０１２９】ステップＳ１１１では、ステップＳ１０９
で開始された排気温度の上昇を終了させる。
【０１３０】ステップＳ１１２では、還元剤噴射弁２８
ｂから燃料を噴射して第２フィルタ２０ｂの昇温制御が
行われる。
【０１３１】ステップＳ１１３では、第２フィルタ２０
ｂの床温がＮＯxを十分に浄化することができる温度で
あるか否か判定される。ＣＰＵ３５１は、フィルタ温度
センサ２４ｂの出力信号を読み込み、第２フィルタ２０
ｂの温度を判定する。
【０１３２】ステップＳ１１３で肯定判定がなされた場
合にはステップＳ１１４へ進み、一方、否定判定がなさ
れた場合にはステップＳ１１２に戻る。
【０１３３】ステップＳ１１４では、流路切替弁２２ａ
及び２２ｂの双方を開弁してフィルタ２０ａ及び２０ｂ
へ排気が流通される。
【０１３４】ここで、流路切替弁２２の何れか一方が閉
弁されると、排気の流路面積が減少して排気の圧力が上
昇してしまう。このような状態では、エンジン１の出力
の低下や、フィルタ２０の毀損を生じる虞がある。そこ
で、本制御実行中に排気圧力センサ３７の出力信号が所
定の値以上になった場合には、流路切替弁２２ａ及び２
２ｂを全開にして減圧させる。このときの判定に用いら
れる所定値は、エンジン１の出力の低下や、フィルタ２
０の毀損が生じることのない値を予め求めておきＲＯＭ
３５２に記憶させておく。
【０１３５】このように、本実施の形態では、一方のフ
ィルタ２０ａに排気を流通させつつ昇温させることが可
能となり、短時間で一方のフィルタをＮＯx浄化可能な
温度まで昇温させることが可能となる。また、他方のフ
ィルタ２０ｂの昇温処理はエンジン１の暖機完了後に開
始するので、他方のフィルタ２０ｂの昇温中の排気エミ
ッションの悪化を抑制することが可能である。
【０１３６】尚、本実施の形態では、フィルタ２０の目
標温度をＮＯx浄化可能温度に設定したが、これに代え
てＰＭの酸化可能温度としても良い。このように設定す
ることにより、フィルタ２０にＰＭを堆積させることな
く除去することが可能となる。 ＜第２の実施の形態＞本実施の形態は、第１の実施の形
態と比較して以下の点で相違する。
【０１３７】第１の実施の形態では、一方のフィルタを
昇温中には他方のフィルタには排気を流通させていなか
った。一方、本実施の形態では、他方のフィルタにも少
量の排気を流通させる。
【０１３８】即ち、本実施の形態では、第１の実施の形
態の図４中のステップＳ１０１において、流路切替弁２
２ａを全開にし、一方、流路切替弁２２ｂを少量開弁さ
せる。このようにして、第１フィルタ２０ａの昇温中に
も第２フィルタ２０ｂを徐々に昇温させることができ、
第１フィルタ２０ａ昇温完了後に第２フィルタ２０ｂを
早期に活性温度まで昇温させることができる。
【０１３９】また、ステップＳ１０８においては、流路
切替弁２２ａを少量開弁させ、流路切替弁２２ｂを全開
にする。このようにして、第２フィルタ２０ｂの昇温中
においても第１フィルタ２０ａは排気のエネルギを得る
ことができ温度の下降を抑制することができる。このよ
うにすると、昇温制御中の排気圧力がさほど上昇しない
という利点がある。
【０１４０】その他のハードウェアに関する基本構成
は、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【０１４１】尚、本実施の形態では、フィルタ２０の目
標温度をＮＯx浄化可能温度に設定したが、これに代え
てＰＭの酸化可能温度としても良い。このように設定す
ることにより、フィルタ２０にＰＭを堆積させることな
く除去することが可能となる。 ＜第３の実施の形態＞本実施の形態は、第１の実施の形
態と比較して以下の点で相違する。
【０１４２】第１の実施の形態では、一方のフィルタを
昇温中には他方のフィルタには排気を流通させていなか
った。一方、本実施の形態では、双方のフィルタに同量
の排気を流通させつつ昇温を図る。
【０１４３】また、燃料添加によりフィルタの昇温を図
るときに燃料の添加量を調整して、排気の空燃比を理論
空燃比よりもやや大きくする。
【０１４４】ここで、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵され
たＮＯxを放出させる場合には、流路切替弁２２を閉弁
して排気の流量を減少させると、少量の燃料を添加する
だけで排気の空燃比を理論空燃比近傍にすることがで
き、燃費の悪化を抑制することができる。しかし、流路
切替弁を閉弁して排気の流量を減少させると、排気のエ
ネルギを得られなくなるためフィルタの昇温には時間が
かかってしまう。また、排気の空燃比をリッチ空燃比と
すると、添加された燃料の一部が酸素不足により酸化さ
れないので燃料の添加量に対してフィルタの温度上昇が
小さくなる。
【０１４５】従って、フィルタの温度を早期に上昇させ
るためには、フィルタに排気を流通させつつ排気の空燃
比をリーン空燃比とすると良い。
【０１４６】そこで、本実施の形態では、フィルタ２０
を昇温させる必要が生じたときであって、フィルタ２０
の温度がＨＣ浄化可能温度以下の場合には流路切替弁２
２ａ及び２２ｂを全開にさせつつ排気の温度を上昇させ
る。そして、ＨＣ浄化可能温度以上の場合には、排気の
空燃比がややリーン空燃比となるように調整して還元剤
噴射弁２８ａ及び２８ｂから燃料を添加する。
【０１４７】その他のハードウェアに関する基本構成
は、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【０１４８】次に、本実施の形態によるフィルタ昇温制
御について説明する。
【０１４９】図５は、本実施の形態によるフィルタ昇温
制御のフローを示したフローチャート図である。
【０１５０】ステップＳ２０１では、流路切替弁２２ａ
及び２２ｂが全開にされる。このようにして、排気を双
方のフィルタ２０に流通させ、第１フィルタ２０ａ及び
第２フィルタ２０ｂを同時に昇温させる。尚、流路切替
弁２２ａ及び２２ｂは、多少閉じていても良い。
【０１５１】ステップＳ２０２では、エンジン１から排
出される排気の温度を上昇させる。ここでは、第１の実
施の形態の図４中ステップＳ１０２と同様の制御を行
う。
【０１５２】ステップＳ２０３では、フィルタ２０の床
温が炭化水素（ＨＣ）を十分に浄化することができる温
度であるか否か判定される。ＣＰＵ３５１は、フィルタ
温度センサ２４ａ及び２４ｂの出力信号を読み込み、フ
ィルタ２０の温度を判定する。
【０１５３】ステップＳ２０３で肯定判定がなされた場
合にはステップＳ２０４へ進み、一方、否定判定がなさ
れた場合にはステップＳ２０２に戻る。
【０１５４】ステップＳ２０４では、還元剤噴射弁２８
から燃料を噴射してフィルタ２０の昇温制御が行われ
る。このときに、燃料添加量を調整して空燃比をややリ
ーン空燃比とする。
【０１５５】具体的には、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５
３に記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ３
６の出力信号（アクセル開度）、エアフローメータ（図
示省略）の出力信号値（吸入空気量）、空燃比センサの
出力信号、燃料噴射量等を読み出す。
【０１５６】ＣＰＵ３５１は、前記した機関回転数とア
クセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータと
してＲＯＭ３５２の還元剤添加量制御マップへアクセス
し、排気の空燃比を予め設定された目標空燃比とする上
で必要となる還元剤の添加量（目標添加量）を算出す
る。
【０１５７】続いて、ＣＰＵ３５１は、前記目標添加量
をパラメータとしてＲＯＭ３５２の還元剤噴射弁制御マ
ップへアクセスし、還元剤噴射弁２８から目標添加量の
還元剤を噴射させる上で必要となる還元剤噴射弁２８の
開弁時間（目標開弁時間）を算出する。
【０１５８】還元剤噴射弁２８の目標開弁時間が算出さ
れると、ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８を開弁させ
る。
【０１５９】そして、ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２
８を開弁させた時点から前記目標開弁時間が経過する
と、還元剤噴射弁２８を閉弁させる。
【０１６０】このように還元剤噴射弁２８が目標開弁時
間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁
２８から第１排気管１９ａ及び第２排気管１９ｂ内へ噴
射されることになる。そして、還元剤噴射弁２８から噴
射された還元剤は、第１排気管１９ａ及び第２排気管１
９ｂの上流から流れてきた排気と混ざり合い目標空燃比
の混合気を形成する。その後、この排気はフィルタ２０
に流入する。
【０１６１】この結果、フィルタ２０に流入する排気の
空燃比をややリーン空燃比とすることが可能となる。
尚、還元剤噴射弁２８から噴射される燃料の圧力をレギ
ュレータ（図示省略）により減圧して噴射する燃料量を
減少させても良い。また、１回当たりの噴射時間を短縮
して噴射する燃料量を減少させても良い。
【０１６２】ステップＳ２０５では、フィルタ２０の床
温がＮＯxを十分に浄化することができる温度であるか
否か判定される。ＣＰＵ３５１は、フィルタ温度センサ
２４ａ及び２４ｂの出力信号を読み込み、フィルタ２０
の温度を判定する。
【０１６３】ステップＳ２０５で肯定判定がなされた場
合には本制御を終了し、一方、否定判定がなされた場合
にはステップＳ２０４に戻る。
【０１６４】このように、本実施の形態では、双方のフ
ィルタ２０に排気を流通させ、また、排気の空燃比をや
やリーン空燃比としてフィルタ２０の温度を早期に昇温
させることが可能となる。
【０１６５】尚、本実施の形態では、フィルタ２０の目
標温度をＮＯx浄化可能温度に設定したが、これに代え
てＰＭの酸化可能温度としても良い。このように設定す
ることにより、フィルタ２０にＰＭを堆積させることな
く除去することが可能となる。
【０１６６】
【発明の効果】複数の触媒の中から選択した触媒に排気
を流通させることにより、少なくとも最初に選択した触
媒を早期に昇温させることができる。
【０１６７】また、選択した触媒を昇温中に他の触媒に
少量の排気を流通させることにより、選択されなかった
触媒を昇温するために要する時間を短縮することができ
る。
【０１６８】更に、複数のＮＯx触媒に同時に排気を流
通させ、且つ排気の空燃比を理論空燃比よりも大きくす
ることで、ＮＯx触媒を早期に昇温させることができ
る。
【０１６９】以上により、排気の浄化が不十分となる時
間を短縮させ、排気エミッションの悪化を抑制すること
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気浄
化装置を適用するエンジンとその吸排気系とを併せ示す
概略構成図である。
【図２】 （Ａ）は、パティキュレートフィルタの横方
向断面を示す図である。（Ｂ）は、パティキュレートフ
ィルタの縦方向断面を示す図である。
【図３】 ＥＣＵの内部構成を示すブロック図である。
【図４】 第１の実施の形態によるフィルタ昇温制御の
フローを示すフローチャート図である。
【図５】 第３の実施の形態によるフィルタ昇温制御の
フローを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１・・・・エンジン １ａ・・・クランクプーリ ２・・・・気筒 ３・・・・燃料噴射弁 ４・・・・コモンレール ４ａ・・・コモンレール圧センサ ５・・・・燃料供給管 ６・・・・燃料ポンプ ６ａ・・・ポンププーリ ８・・・・吸気枝管 ９・・・・吸気管 １５・・・ターボチャージャ １５ａ・・コンプレッサハウジング １５ｂ・・タービンハウジング １６・・・インタークーラ １８・・・排気枝管 １９・・・排気管 ２０・・・パティキュレートフィルタ ２４・・・フィルタ温度センサ ２５・・・ＥＧＲ通路 ２６・・・ＥＧＲ弁 ２７・・・ＥＧＲクーラ ２８・・・還元剤噴射弁 ２９・・・還元剤供給路 ３１・・・遮断弁 ３３・・・クランクポジションセンサ ３４・・・水温センサ ３５・・・ＥＣＵ ３６・・・アクセル開度センサ ３７・・・排気圧力センサ
───────────────────────────────────────────────────── 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 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｎ Ｒ 3/28 ３０１ 3/28 ３０１Ｃ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０１ Ｆ０２Ｄ 41/02 ３０１Ｅ ３８０ ３８０Ｅ 41/04 ３３５ 41/04 ３３５Ｚ 41/34 41/34 Ｈ 41/38 41/38 Ｂ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｇ ３０１Ｊ ３０１Ｎ ３０１Ｔ 45/00 ３１２ 45/00 ３１２Ｚ ３１４ ３１４Ｒ (72)発明者 広田 信也 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 浅沼 孝充 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 利岡 俊祐 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 木村 光壱 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 見上 晃 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） 3G084 AA01 BA11 BA15 BA20 DA10 EB22 EC01 EC03 FA00 FA10 FA20 FA38 3G090 AA03 BA01 CB24 DA04 DA12 EA01 3G091 AA02 AA10 AA11 AA18 AB06 AB13 BA14 CA18 CA27 CB02 CB03 DA02 EA17 FB10 FB12 GB02Y GB03Y GB04Y GB06W GB17X HA11 HA14 HB02 HB05 3G301 HA01 HA02 HA15 JA21 JA24 JA25 LC00 MA18 MA23 PB08Z PD11Z PD12Z PE03Z PE08Z PF03Z

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関の排気通路であって並列に分岐さ
    れた複数の排気通路と、 前記分岐された複数の排気通路に夫々設けられ酸化機能
    を有する触媒と、 前記触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、 前記還元剤供給手段によらないで触媒の温度を上昇させ
    る触媒昇温手段と、 前記排気通路を流通する排気の流量を調整する流量調整
    手段と、 前記触媒の温度を推定する温度推定手段と、を備え、 前記触媒の温度を上昇させる必要がある場合には、前記
    流量調整手段は排気を流通させる触媒を選択して該触媒
    へ排気を流通させつつ、前記触媒の温度が還元剤を浄化
    可能な温度よりも低い場合には、前記触媒昇温手段は選
    択された触媒の温度を上昇させ、若しくは、前記触媒の
    温度が還元剤を浄化可能な温度である場合には、前記還
    元剤供給手段は前記選択された触媒へ還元剤を供給して
    該触媒の温度を上昇させることを特徴とする内燃機関の
    排気浄化装置。
  2. 【請求項２】内燃機関の排気通路であって並列に分岐さ
    れた複数の排気通路と、 前記分岐された複数の排気通路に夫々設けられ酸化機能
    を有する触媒と、 前記触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、 前記還元剤供給手段によらないで触媒の温度を上昇させ
    る触媒昇温手段と、 前記排気通路を流通する排気の流量を調整する流量調整
    手段と、 前記触媒の温度を推定する温度推定手段と、を備え、 前記触媒の温度を上昇させる必要がある場合には、前記
    流量調整手段は排気を多量に流通させる触媒を選択して
    該選択された触媒へ主に排気を流通させつつ選択されな
    かった触媒へは前記選択された触媒よりも少量の排気を
    流通させ、前記触媒の温度が還元剤を浄化可能な温度よ
    りも低い場合には前記触媒昇温手段は前記選択された触
    媒の温度を上昇させ、若しくは、前記触媒の温度が還元
    剤を浄化可能な温度である場合には前記還元剤供給手段
    は前記選択された触媒へ還元剤を供給して該触媒の温度
    を上昇させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装
    置。
  3. 【請求項３】前記選択された触媒の温度が窒素酸化物を
    浄化可能な温度に上昇した場合には、選択されなかった
    触媒の中から新たに触媒を選択して排気を流通させるこ
    とを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気
    浄化装置。
  4. 【請求項４】前記触媒は、排気中の粒子状物質を一時捕
    獲可能なパティキュレートフィルタに担持され、前記選
    択された触媒の温度が粒子状物質を除去可能な温度に上
    昇した場合には、選択されなかった触媒の中から新たに
    触媒を選択して排気を流通させることを特徴とする請求
    項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  5. 【請求項５】前記内燃機関の排気浄化装置は、触媒上流
    の排気の圧力の上昇を検知する排気圧力検知手段を備
    え、 前記流量調整手段は、前記排気圧力検知手段が検知した
    圧力の上昇が所定値以上の場合には選択されなかった触
    媒に流通する排気の流量を増加させることを特徴とする
    請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
  6. 【請求項６】内燃機関の排気通路であって並列に分岐さ
    れた複数の排気通路と、 前記分岐された複数の排気通路に夫々設けられ排気中の
    窒素酸化物を浄化するＮＯx触媒と、 前記ＮＯx触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、 前記還元剤供給手段によらないでＮＯx触媒の温度を上
    昇させるＮＯx触媒昇温手段と、 前記排気通路を流通する排気の流量を調整する流量調整
    手段と、 前記触媒の温度を推定する温度推定手段と、を備え、 前記ＮＯx触媒の温度が還元剤を浄化可能な温度よりも
    低い場合には、前記流量調整手段はＮＯx触媒でのＮＯx
    還元時よりも多量の排気を該ＮＯx触媒へ流通させ且つ
    前記ＮＯx触媒昇温手段は前記触媒の温度を上昇させ、
    若しくは、前記ＮＯx触媒の温度が還元剤を浄化可能な
    温度である場合には、前記還元剤供給手段は排気の空燃
    比が理論空燃比よりも大きくなるように還元剤を供給し
    て前記ＮＯx触媒の温度を上昇させることを特徴とする
    内燃機関の排気浄化装置。
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