JP2004301109A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents
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Abstract
【課題】内燃機関の排気浄化システムにおいて、複数の還元剤供給手段の中から最適な手段を選択してＮＯｘの還元を行う技術を提供する。
【解決手段】ＮＯｘ触媒と、複数の還元剤供給手段と、ＮＯｘ触媒に吸蔵されるＮＯｘの吸蔵速度を推定するＮＯｘ吸蔵速度推定手段と、を備え、ＮＯｘ吸蔵速度が低くなるに従って、還元剤を供給可能な機会がより増加する還元剤供給手段により還元剤を供給する。また、ＮＯｘ吸蔵速度が低くなるに従い、還元剤を供給可能な内燃機関の運転領域がより広くなる還元剤供給手段を選択可能とし、選択可能とされ、且つ、還元剤供給可能な運転領域となっている中で、一番ＮＯｘ還元効率が高い還元剤供給手段を選択して還元剤を供給させても良い。
【選択図】図２
【解決手段】ＮＯｘ触媒と、複数の還元剤供給手段と、ＮＯｘ触媒に吸蔵されるＮＯｘの吸蔵速度を推定するＮＯｘ吸蔵速度推定手段と、を備え、ＮＯｘ吸蔵速度が低くなるに従って、還元剤を供給可能な機会がより増加する還元剤供給手段により還元剤を供給する。また、ＮＯｘ吸蔵速度が低くなるに従い、還元剤を供給可能な内燃機関の運転領域がより広くなる還元剤供給手段を選択可能とし、選択可能とされ、且つ、還元剤供給可能な運転領域となっている中で、一番ＮＯｘ還元効率が高い還元剤供給手段を選択して還元剤を供給させても良い。
【選択図】図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を内燃機関の排気系に配置し、還元雰囲気のときに排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵（吸着、吸収、付着でも良い。）し、酸化雰囲気となったときは吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されていたＮＯｘを還元して排気中のＮＯｘを浄化する技術が知られている。
【０００３】
そして、ＮＯｘ触媒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によりＮＯｘを浄化する技術として例えば、ＮＯｘ吸蔵量が所定量以上となったときにＮＯｘ還元のためのリッチスパイクを実施する技術（例えば、特許文献１参照）、低温燃焼によりリッチスパイクを実施する技術（例えば、特許文献２参照）、排気上死点での気筒内への燃料噴射によりリッチスパイクを実施する技術（例えば、特許文献３参照）、減速時の気筒内への燃料噴射によりリッチスパイクを実施する技術（例えば、特許文献４参照）、排気系への燃料添加によりリッチスパイクを実施する技術（例えば、特許文献５参照）が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１３９３４０号公報（第４−９頁）
【特許文献２】
特開平１１−３６９２３号公報（第４−９頁）
【特許文献３】
特開２００１−３２９９００号公報（第３−１０頁）
【特許文献４】
特開平６−２００７３９号公報（第３−６頁）
【特許文献５】
特開平７−２５９５４１号公報（第４−７頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、リッチスパイクを行う手段は上記のように複数あるが、そのＮＯｘ還元効率は夫々異なる。また、リッチスパイクを実施可能な内燃機関の運転領域も夫々異なる。ここで、適切な手段によりリッチスパイクを行えば、ＮＯｘ還元効率を高く、また、還元を行う機会をより多く確保することが可能となる。
【０００６】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化システムにおいて、複数の還元剤供給手段の中から最適な手段を選択してＮＯｘの還元を行う技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化システムは、以下の手段を採用した。即ち、第１の発明は、
酸化雰囲気のときにＮＯｘを吸蔵し還元雰囲気で吸蔵していたＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒へ還元剤を供給し、且つ、還元剤を供給可能な内燃機関の運転領域の少なくとも一部が異なる複数の還元剤供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されるＮＯｘの吸蔵速度を推定するＮＯｘ吸蔵速度推定手段と、
を備え、
前記ＮＯｘ吸蔵速度推定手段により推定されたＮＯｘ吸蔵速度が低くなるに従って、還元剤を供給可能な機会がより増加する還元剤供給手段により還元剤を供給することを特徴とする。
【０００８】
本発明の最大の特徴は、ＮＯｘ吸蔵速度が低下したときに、還元剤供給可能な機会がより多い還元剤供給手段により還元剤を供給して、還元剤供給の機会を増加させることにある。
【０００９】
ここで、「ＮＯｘ吸蔵速度」とは、単位時間あたりにＮＯｘ触媒に吸蔵されるＮＯｘの量で表される。
【００１０】
そして、ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する手段としては、例えば、気筒内での燃料の燃焼により内燃機関からリッチ空燃比の排気を排出する、車両減速時に気筒内へ燃料噴射を行いリッチ空燃比の排気を排出する、内燃機関の排気系に還元剤を添加する等の複数の手段がある。これらの手段は、夫々、実施可能な内燃機関の運転領域や、ＮＯｘ還元効率が異なる。ここで、ＮＯｘの吸蔵速度が高い場合には、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が十分であるため、還元剤を供給可能な運転状態となる機会が少なくても、還元剤供給可能な運転状態となるまでＮＯｘ触媒にＮＯｘを吸蔵しておくことが可能である。この場合、例え還元剤を供給可能な運転領域となる機会が少なくても、ＮＯｘ還元効率の高い手段により還元剤の供給を行えば、還元剤を供給可能な運転領域でない場合にはＮＯｘ触媒にＮＯｘを吸蔵することができ、また、還元剤を供給可能な運転領域である場合にはＮＯｘ還元効率の高い手段による還元剤の供給を行うことができる。これにより、還元剤の消費を抑制することができる。そして、還元剤に燃料を用いている場合には、燃費を向上させることが可能となる。例えば、気筒内での燃料の燃焼により内燃機関からリッチ空燃比の排気を排出させてＮＯｘ触媒に還元剤を供給する場合には、ＮＯｘ還元効率が高い。そして、ＮＯｘの吸蔵速度が高い場合には、ＮＯｘ還元効率が低い手段による還元剤の供給を行わないようにすれば、燃費の悪化を抑制することが可能となる。
【００１１】
一方、ＮＯｘの吸蔵速度が低い場合には、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下するため、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを早期に還元する必要がある。このような場合には、還元剤を供給可能な機会がより多い還元剤供給手段により還元剤の供給を行う。これにより、還元剤供給の機会を増加させることができるのでＮＯｘの還元を早期に行うことが可能となる。例えば、排気系の燃料添加では、内燃機関の運転領域には殆ど影響されずにＮＯｘ触媒に還元剤を供給することが可能である。また、例えば、車両減速時の気筒内への燃料噴射では、ＮＯｘ還元効率及び還元剤供給の機会の多さにおいて、気筒内での燃料の燃焼による還元剤の供給と、排気系の燃料添加と、の中間となる。
【００１２】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化システムは、以下の手段を採用した。即ち、第２の発明は、
酸化雰囲気のときにＮＯｘを吸蔵し還元雰囲気で吸蔵していたＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒へ還元剤を供給し、且つ、還元剤を供給可能な内燃機関の運転領域の少なくとも一部若しくはＮＯｘ還元効率が異なる複数の還元剤供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されるＮＯｘの吸蔵速度を推定するＮＯｘ吸蔵速度推定手段と、
前記ＮＯｘ吸蔵速度推定手段により推定されたＮＯｘ吸蔵速度が低くなるに従って、還元剤を供給可能な機会がより増加する還元剤供給手段をも選択可能として、選択可能な還元剤供給手段を増加させる選択範囲設定手段と、
前記選択範囲設定手段により選択可能とされた還元剤供給手段の中で、還元剤を供給可能な内燃機関の運転領域となっており、且つ、ＮＯｘ還元効率が一番高い還元剤供給手段を選択して還元剤を供給させる選択手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の最大の特徴は、ＮＯｘ吸蔵速度が低下するに従い、還元剤を供給可能な機会がより多くなる還元剤供給手段をも選択可能として選択可能な還元剤供給手段の数を増加させ、ＮＯｘ還元の機会を増加させつつ、その中でＮＯｘ還元効率の高い還元手段を優先して適用することにより、還元剤の消費量を低減させることにある。
【００１４】
ここで、「ＮＯｘ吸蔵速度」については前記したものと同様である。
【００１５】
また、ＮＯｘ還元効率が高いほど少量の還元剤でＮＯｘを還元することが可能となる。換言すると、同量の還元剤を消費する場合には、ＮＯｘ還元効率が高いほど、より多くのＮＯｘを還元することが可能となる。
【００１６】
前記したように、複数ある還元剤供給手段は、夫々、実施可能な内燃機関の運転領域や、ＮＯｘ還元効率が異なる。
【００１７】
そして、ＮＯｘの吸蔵速度が低い場合には、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下するため、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを早期に還元する必要がある。このような場合には、還元剤を供給可能な機会がより多い還元剤供給手段をも選択可能とする。これにより、選択可能な還元剤供給手段の数が増加し、これらの手段は夫々還元剤供給可能な運転領域が異なるため、還元剤供給の機会を増加させることができ、ＮＯｘの還元を早期に行うことが可能となる。そして、ＮＯｘ吸蔵速度が低下した場合であっても、ＮＯｘ還元効率のより高い還元剤供給手段により還元剤の供給が可能な場合には、この手段を選択して還元剤の供給を行う。これにより、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの早期還元及び還元剤消費量の低減が可能となる。
【００１８】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化システムは、以下の手段を採用した。即ち、第３の発明は、
酸化雰囲気のときにＮＯｘを吸蔵し還元雰囲気で吸蔵していたＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒へ還元剤を供給し、且つ、還元剤を供給可能な内燃機関の運転領域の少なくとも一部若しくはＮＯｘ還元効率が異なる複数の還元剤供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されるＮＯｘの吸蔵速度を推定するＮＯｘ吸蔵速度推定手段と、
前記ＮＯｘ吸蔵速度推定手段により推定されたＮＯｘ吸蔵速度が低くなるに従って、ＮＯｘ還元効率がより低くなる還元剤供給手段をも選択可能として、選択可能な還元剤供給手段を増加させる選択範囲設定手段と、
前記選択範囲設定手段により選択可能とされた還元剤供給手段の中で、還元剤を供給可能な内燃機関の運転領域となっており、且つ、ＮＯｘ還元効率が一番高い還元剤供給手段を選択して還元剤を供給させる選択手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明の最大の特徴は、ＮＯｘ吸蔵速度が低下するに従い、ＮＯｘ還元効率の低い還元剤供給手段をも選択可能として選択可能な還元剤供給手段の数を増加させ、ＮＯｘ還元の機会を増加させつつ、その中でＮＯｘ還元効率の高い還元手段を優先して適用することにより、還元剤の消費量を低減させることにある。
【００２０】
ここで、「ＮＯｘ吸蔵速度」については前記したものと同様である。
【００２１】
そして、ＮＯｘの吸蔵速度が低い場合には、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下するため、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを早期に還元する必要がある。このような場合には、ＮＯｘ還元効率のより低い還元剤供給手段をも選択可能とする。ここで、ＮＯｘ還元効率の低いＮＯｘ還元手段によりＮＯｘの還元を行うと、還元剤の消費量が多くなってしまう。しかし、ＮＯｘ吸蔵速度が低下した場合には、早期にＮＯｘを還元させる必要があるため、ＮＯｘ還元効率の低い手段をも選択可能とする。これにより、選択可能な還元剤供給手段の数が増加し、これらの手段は夫々還元剤供給可能な運転領域が異なるため、還元剤供給の機会を増加させることができ、ＮＯｘの還元を早期に行うことが可能となる。そして、ＮＯｘ吸蔵速度が低下した場合であっても、ＮＯｘ還元効率のより高い還元剤供給手段により還元剤の供給が可能な場合には、この手段を選択して還元剤の供給を行う。これにより、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの早期還元及び還元剤消費量の低減が可能となる。
【００２２】
また、ＮＯｘ吸蔵速度が高い場合には、ＮＯｘ還元効率の低い還元剤供給手段を選択することはできないので、還元剤消費量を低減させることが可能となる。
【００２３】
第１から第３の発明においては、前記還元剤供給手段は、燃焼室内の既燃ガス成分を煤の発生量が最大となるよりも増加させて前記内燃機関を運転させる低温燃焼、排気上死点での気筒内への燃料噴射による燃焼、燃料主噴射後の膨張行程若しくは排気行程中に再度燃料を噴射させる副噴射、予混合圧縮着火燃焼、減速時の燃料噴射、排気系への燃料添加の少なくとも２つであっても良い。
【００２４】
ここで、低温燃焼、排気上死点での燃料噴射、燃料主噴射後の膨張行程若しくは排気行程中に再度燃料を噴射させる副噴射、予混合圧縮着火燃焼では、気筒内で燃料を燃焼させるので、排気中の残留酸素が少なく、また、排気中に含まれる還元剤としてのＣＯやＨＣもガス化しているため、ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ還元効率が高い。その一方で、気筒内での燃焼の安定性や、燃焼騒音の発生、スモークの発生等により実施可能な内燃機関の運転領域が低回転軽負荷時に限られる。
【００２５】
また、減速時の燃料噴射では、内燃機関の吸入空気量が少ない状態で燃料を燃焼させることができるので、少量の燃料でリッチ空燃比の排気を排出することができる。そして、排気中には残留酸素が存在するものの、燃料の一部はガス化しておりＮＯｘ触媒にＣＯ、ＨＣを供給することができる。しかし、この手段による還元剤の供給は、当然に減速状態でなければ実施することができない。また、減速感を得るために、減速時であっても燃料噴射を実施することができない場合がある。
【００２６】
排気系への燃料添加では、触媒の温度が活性化温度に達していれば実施することが可能であり、内燃機関のほぼ全運転領域で実施することが可能である。その一方で、排気中には残留酸素が存在し、還元剤も液体の状態で噴射されるので、ＮＯｘ触媒の上流側ではＮＯｘ還元効率が低くなり、全体としてもＮＯｘ還元効率が低い。
【００２７】
このように、ＮＯｘ還元効率の点では、低温燃焼、排気上死点での燃料噴射、燃料主噴射後の膨張行程若しくは排気行程中に再度燃料を噴射させる副噴射、予混合圧縮着火燃焼等の気筒内での燃焼による還元剤の供給が一番優れており、減速時の燃料噴射、排気系への燃料添加が順に続く。また、還元剤を供給可能な機会が多いという点では、排気系への燃料添加が一番優れており、減速時の気筒内燃料噴射、気筒内での燃焼による還元剤の供給が順に続く。
【００２８】
以上のことから、ＮＯｘ吸蔵速度が高い場合には、ＮＯｘ還元効率が高い気筒内での燃焼による還元剤の供給に限り行う。そして、第１の発明においては、ＮＯｘ吸蔵速度が低くなるに従い、還元剤を供給可能な機会がより多い減速時の燃料噴射、更には排気系への燃料添加により還元剤の供給を行う。また、第２及び第３の発明においては、ＮＯｘ吸蔵速度が低くなるに従い、還元剤を供給可能な機会がより多い減速時の燃料噴射、更には排気系への燃料添加を選択可能にする。ただし、還元剤の供給は、内燃機関の運転領域により実施可能である還元剤供給手段の中で一番ＮＯｘ還元効率の高い手段により還元剤の供給を行う。これにより、大気中へのＮＯｘの放出を抑制しつつ、還元剤の消費量を低減させることが可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化システム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システム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。
【００３０】
図１は、本実施の形態に係る排気浄化システム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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
このように構成された燃料噴射系では、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。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。
【００３５】
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。
【００３６】
前記吸気枝管８は吸気管９に接続されている。吸気管９には、該吸気管９内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１０が取り付けられている。
【００３７】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１１が設けられている。この吸気絞り弁１１には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１１を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１２が取り付けられている。
【００３８】
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。
【００３９】
一方、エンジン１には、排気枝管１３が接続され、排気枝管１３の各枝管が排気ポート１ｂを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００４０】
前記排気枝管１３は、排気管１４と接続され、この排気管１４は、下流にて大気へと通じている。
【００４１】
前記排気管１４の途中には、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（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：以下、「ＰＭ」という。）を捕獲するためのパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）１５が設けられている。このフィルタ１５には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯｘ触媒とする。）が担持されている。本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持し、更に酸素貯蔵（Ｏ２ストレージ）能のある例えばセリア（ＣｅＯ２）等の遷移金属が添加されている。
【００４２】
また、本実施の形態においては、フィルタ１５にＮＯｘ触媒を担持した場合について説明するが、フィルタ構造を有しない単なるＮＯｘ触媒についても適用することができる。
【００４３】
ＮＯｘ触媒は、該フィルタ１５に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵（吸収、吸着、付着でも良い。）し、一方、該フィルタ１５に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していた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、放出されたＮＯｘが還元される。また、セリア（ＣｅＯ２）等の遷移金属は、排気の特性に応じて酸素を一時的に保持し、活性化酸素として放出する能力を有する。
【００４４】
フィルタ１５より下流の排気管１４には、該排気管１４内を流通する排気中のＮＯｘ濃度に対応した電気信号を出力するＮＯｘセンサ１６が取り付けられている。
【００４５】
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１ｂを介して排気枝管１３へ排出され、次いで排気枝管１３から排気管１４を介してフィルタ１５へ流入し、排気中のＮＯｘが吸蔵され、ＰＭが捕獲される。その後、排気は排気管１４を流通して大気中へと放出される。
【００４６】
また、排気枝管１３と吸気枝管８とは、排気枝管１３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）１７を介して連通されている。このＥＧＲ通路１７の途中には、電磁弁等で構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路１７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）１８が設けられている。
【００４７】
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となり排気中の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれるＮＯｘがＮＯｘ触媒に吸蔵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吸蔵能力が飽和し、排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒にて吸蔵されずに大気中へ放出されてしまう。
【００４８】
ここで、「排気の空燃比がリーン」である状態とは、例えば理論空燃比の混合気を燃焼して得られる排気中の成分比（酸化成分と還元成分の比）よりも、酸化成分が多い（濃い）状態に相当する。換言すると、吸気系へ排気が還流されたり、還元成分が直接排気系に供給されたりといった外乱がない場合、機関燃焼に供される混合気の空燃比が、概ね「１４．６」（理論空燃比）よりも大きい（リーン寄りである）ときの排気の状態を意味する。一方、「排気の空燃比がリッチ」である状態とは、同じく吸気系へ排気が還流されたり、還元成分が直接排気系に供給されたりといった外乱がない場合、機関燃焼に供される混合気の空燃比が、概ね「１４．６」（理論空燃比）よりも小さい（リッチ寄りである）ときの排気の状態を意味する。
【００４９】
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ＮＯｘ吸蔵能力が飽和し易い。
【００５０】
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吸蔵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触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させる必要がある。
【００５１】
例えば、排気中の燃料添加では、フィルタ１５より上流の排気管１４を流通する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１５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ことができる。
【００５２】
還元剤供給機構は、図１に示されるように、その噴孔が排気枝管１３内に臨むように取り付けられ、後述するＥＣＵ２１からの信号により開弁して燃料を噴射する燃料添加弁１９と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記燃料添加弁１９へ導く還元剤供給路２０と、を備えている。
【００５３】
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２０を介して燃料添加弁１９へ印加される。そして、ＥＣＵ２１からの信号により該燃料添加弁１９が開弁して排気枝管１３内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００５４】
燃料添加弁１９から排気枝管１３内へ噴射された燃料は、排気枝管１３の上流から流れてきた排気の酸素濃度を低下させると共に、フィルタ１５に到達し、フィルタ１５に吸蔵されていたＮＯｘを還元することになる。
【００５５】
その後、ＥＣＵ２１からの信号により燃料添加弁１９が閉弁し、排気枝管１３内への燃料の添加が停止される。
【００５６】
また、エンジン１には、クランクシャフトの回転位置に対応した電気信号を出力するクランクポジションセンサ２２が設けられている。
【００５７】
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）２１が併設されている。このＥＣＵ２１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。
【００５８】
ＥＣＵ２１には、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の他、運転者がアクセルを踏み込んだ量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ２３の出力信号が入力されるようになっている。
【００５９】
一方、ＥＣＵ２１には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１２、燃料添加弁１９等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ２１により制御することが可能になっている。
【００６０】
例えば、ＮＯｘ浄化制御では、ＥＣＵ２１は、フィルタ１５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。
【００６１】
このように排気中の酸素濃度を比較的に短い周期でスパイク的に低くする方法としては、例えば、前記した排気中への燃料添加の他に、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となるよりも、更にＥＧＲガス量を増大させる低温燃焼（特許第３１１６８７６号）、燃料主噴射後の膨張行程若しくは排気行程中に再度燃料を噴射させる副噴射、排気行程終期若しくは吸気行程初期のピストンが上死点付近にあるときに行う燃料噴射、吸気行程若しくは排気行程中に燃料を予め燃料を噴射させて圧縮着火を行う予混合圧縮着火燃焼、車両減速時の燃料噴射等の方法が考えられる。
【００６２】
前記低温燃焼では、燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度が低いためにＨＣの成長が煤に至る前の途中の段階で停止する。このＨＣは、ＮＯｘ触媒にて還元剤として働く。
【００６３】
燃料主噴射後の膨張行程若しくは排気行程中に再度燃料を噴射させる副噴射では、エンジン１から未燃燃料であるＨＣが多く排出される。このＨＣは、ＮＯｘ触媒にて還元剤として働く。
【００６４】
排気行程終期若しくは吸気行程初期のピストンが上死点付近にあるときに行う燃料噴射では、吸気行程中及び圧縮行程中で燃料が蒸発して着火しやすいものとなるので、気筒内での空燃比を低くしても燃焼状態を安定させることができる。そして、空燃比を低下させることにより、ＮＯｘ触媒に還元剤としてのＨＣを供給することが可能となる。
【００６５】
吸気行程中若しくは圧縮行程中に燃料を予め噴射させて圧縮着火を行う予混合圧縮着火燃焼では、吸気行程中若しくは圧縮行程中で燃料が蒸発して着火しやすいものとなるので、気筒内での空燃比を低くしても燃焼状態を安定させることができる。そして、空燃比を低下させることにより、ＮＯｘ触媒に還元剤としてのＨＣを供給することが可能となる。
【００６６】
車両減速時の燃料噴射では、吸気絞り弁１１が閉弁されるのでエンジン１の吸入空気量が減少する。従って、少量の燃料で空燃比を低下させ、ＮＯｘ触媒にＨＣを供給することが可能となる。
【００６７】
このように、ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する方法は複数ある。そして、ＮＯｘ還元効率及び実施可能な運転領域は夫々異なる。
【００６８】
例えば、低温燃焼、排気上死点での燃料噴射、副噴射、予混合圧縮着火燃焼等の気筒２内で燃料を燃焼させてＮＯｘ触媒に還元剤を供給する方法（以下、単に「気筒２内で燃料を燃焼させてＮＯｘ触媒に還元剤を供給する方法」とする。）では、気筒２内で燃料を燃焼させるため排気中の残留酸素が少なく、また、還元剤としてのＣＯやＨＣもガス化しているためＮＯｘ触媒での反応性が良い。そのため、ＮＯｘ還元効率が高くなる。ここで、本願発明においては、「ＮＯｘ還元効率」を「ＮＯｘ触媒における還元剤の反応性」若しくは「ＮＯｘ触媒における還元剤の反応のしやすさ」と置き換えて適用しても良い。その一方で、これらの方法では、気筒２内での燃焼安定性確保や、燃焼騒音の発生の抑制、スモークの発生の抑制等を考慮すると、エンジン１の運転領域が低回転軽負荷のときに限り実施可能である。
【００６９】
また、減速時の気筒２内への燃料噴射では、還元剤の供給は減速状態でなければ行うことができない。また、減速時であっても減速感を得るために燃料噴射を実施することができない場合もある。一方、減速時の気筒２内への燃料噴射では、排気中には残留酸素が存在するものの、燃料の一部はガス化しておりＮＯｘ触媒にＣＯ、ＨＣを供給することができる。
【００７０】
そして、排気系への燃料添加では、触媒の温度が活性化温度に達していれば、燃料添加を実施することが可能であり、燃料添加を実施可能なエンジン運転領域が広い（燃料添加を実施可能な機会が多い）。その一方で、排気中には残留酸素が多く存在し、還元剤も液体の状態で噴射されるので、ＮＯｘ触媒の上流側ではＮＯｘ還元効率が低くなる。
【００７１】
このように、ＮＯｘ還元効率の点では、気筒２内での燃焼による還元剤の供給が一番優れており、減速時の気筒２内への燃料噴射、排気系への燃料添加がそれに続く。また、ＮＯｘ触媒への還元剤供給の機会を多く取ることができるという点では、排気系への燃料添加が一番優れており、次に、減速時の気筒２内への燃料噴射、そして、気筒２内での燃焼による還元剤の供給がそれに続く。
【００７２】
ここで、従来の内燃機関の排気浄化システムでは、前記複数の還元剤供給手段による還元剤の供給を適切に使い分けてはいなかった。即ち、還元効率を優先させて還元剤を供給可能なエンジン運転領域が狭いもののみを使用していたり、ＮＯｘ還元の機会の増加を優先させてＮＯｘ還元効率が低いもののみを使用していたりした。還元効率を優先させた場合には、還元剤供給可能なエンジン運転領域が狭いために、エンジン１の運転領域によってはＮＯｘの還元を行うことができなかった。また、ＮＯｘ還元の機会の増加を優先させた場合には、ＮＯｘ還元効率の低下により、燃費の悪化を誘発していた。
【００７３】
その点、本実施の形態では、ＮＯｘ吸蔵速度を三段階に分けて、各段階毎に還元剤の供給を行う手段を予め定めておく。
【００７４】
即ち、ＮＯｘ吸蔵速度が高い段階の場合には、ＮＯｘ還元効率が高い方法による還元剤の供給を行う。そして、ＮＯｘ吸蔵速度が低下した段階となるに従って、還元剤供給の機会がより増加する方法により還元剤の供給を行う。
【００７５】
ＮＯｘ吸蔵速度が一番高い段階の場合には、還元剤を供給することができなくても、ＮＯｘ触媒にＮＯｘが吸蔵されるため、ＮＯｘが大気中へ放出されることは殆どない。この場合、ＮＯｘ還元効率の一番高い気筒２内での燃焼による還元剤の供給を行う。気筒２内での燃焼による還元剤の供給では、実施可能なエンジン１の運転領域が限られているが、ＮＯｘの還元ができない状態であってもＮＯｘ触媒にＮＯｘが吸蔵されるため、大気中へのＮＯｘの放出は殆どない。このようにして、ＮＯｘ吸蔵速度が高い場合には、ＮＯｘ還元効率の高い方法によりＮＯｘの還元を行い、燃費の悪化を抑制することができる。
【００７６】
また、ＮＯｘ吸蔵速度が低下して次の段階となった場合には、減速時の気筒２内への燃料噴射により還元剤の供給を行う。これにより、還元剤供給可能な機会が増加し、ＮＯｘ吸蔵速度を高めることができる。
【００７７】
更に、ＮＯｘ吸蔵速度が低下して一番低い段階となった場合には、排気系への燃料添加により還元剤の供給を行う。この場合には、ＮＯｘ吸蔵速度を早期に高める必要があるため、ＮＯｘ還元効率は劣るが実施可能な機会が多い排気系の燃料添加を行って、還元剤供給の機会を増加させる。これにより、早期にＮＯｘ吸蔵速度を上昇させることができる。
【００７８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＮＯｘ吸蔵速度が高い場合には、ＮＯｘ還元効率の高い還元剤の供給手段を適用して還元剤の消費を抑制することができる。そして、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵速度が低くなるに従い、還元剤を供給可能な機会が多い還元剤の供給手段を適用して、還元剤の供給の機会を増加させることが可能となり、大気中へのＮＯｘの放出を抑制することができる。
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態では、第１の実施の形態と比較して、ＮＯｘ吸蔵速度が低下した場合であっても、ＮＯｘ還元効率の高いＮＯｘ還元手段により還元剤の供給を可能としている点で相違する。尚、本実施の形態においては、適用対象となるエンジンやその他ハードウェアの基本構成については、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【００７９】
本実施の形態では、ＮＯｘ吸蔵速度を三段階に分けて、各段階毎に選択可能な還元剤供給手段を予め定めておき、その中で、還元剤供給可能なエンジン１の運転領域となっており、且つ、ＮＯｘ還元効率が一番高い還元剤供給手段を優先して選択し、還元剤の供給を行う。
【００８０】
即ち、ＮＯｘ吸蔵速度が高い段階の場合には、ＮＯｘ還元効率が高い方法による還元剤の供給のみを行う。そして、ＮＯｘ吸蔵速度が低下した段階となるに従って、ＮＯｘ還元効率がより低くなる方法を順次選択可能とする。ここで、エンジン１の運転領域によっては、ＮＯｘ還元効率が高い方法を実施することができるため、そのときには、ＮＯｘ還元効率が高い方法による還元剤の供給を優先して実施する。
【００８１】
図２は、ＮＯｘ吸蔵速度と還元剤供給手段との関係を示した図である。（１）は、気筒２内での燃焼による、（２）は、減速時の気筒２内への燃料噴射による、（３）は、排気系の燃料添加による還元剤の供給を行う範囲を示している。また、要求吸蔵速度とは、ＮＯｘの浄化率を想定範囲内に維持するためにＮＯｘ触媒に要求されるＮＯｘの吸蔵速度である。この想定範囲は、規制値等に基づいて定められる。
【００８２】
また、図３は、ＮＯｘ吸蔵量とＮＯｘ吸蔵速度との関係を示した図である。ここで、ＮＯｘ吸蔵量が多くなるほど、ＮＯｘ吸蔵速度は遅くなる。
【００８３】
ＮＯｘ吸蔵量が少ない、即ち、ＮＯｘ吸蔵速度が高い場合には、ＮＯｘ触媒にＮＯｘが吸蔵されるため、ＮＯｘが大気中へ放出されることは殆どない。この場合、ＮＯｘ還元効率の一番高い気筒２内での燃焼による還元剤の供給を行う。気筒２内での燃焼による還元剤の供給では、実施可能なエンジン１の運転領域が限られているが、ＮＯｘの還元ができない状態であってもＮＯｘ触媒にＮＯｘが吸蔵されるため、大気中へのＮＯｘの放出は殆どない。このように、ＮＯｘ触媒の吸蔵速度が十分に高い場合には、気筒２内での燃焼による還元剤の供給に限り行う。このようにして、ＮＯｘ還元効率の高い方法によりＮＯｘの還元を行い、燃費の悪化を抑制することができる。
【００８４】
また、ＮＯｘ吸蔵速度が要求吸蔵速度近辺まで低下した場合には、気筒２内での燃焼、若しくは、減速時の気筒２内への燃料噴射の何れかにより還元剤の供給を行う。この場合、気筒２内での燃焼による還元剤の供給を行うことができるエンジン運転領域では、こちらを優先的に行う。これにより、ＮＯｘ還元効率の低下を抑制しつつ、還元剤供給可能な機会を増加させ、ＮＯｘ吸蔵速度が要求吸蔵速度以下となることを抑制することができる。
【００８５】
更に、ＮＯｘ吸蔵速度が要求吸蔵速度よりも低下した場合には、気筒２内での燃焼、減速時の気筒２内への燃料噴射、排気系への燃料添加の何れかにより還元剤の供給を行う。ＮＯｘ吸蔵速度が要求吸蔵速度よりも低下した場合には、ＮＯｘ吸蔵速度を早期に高める必要があるため、ＮＯｘ還元効率は劣るが実施可能なエンジン運転領域が広い（実施可能な機会が多い）排気系の燃料添加を行って、還元剤供給の機会を増加させる。この場合、気筒２内での燃焼による還元剤の供給を行うことができるエンジン運転領域では、こちらを優先的に行う。また、気筒２内での燃焼による還元剤の供給を行うことができないエンジン運転領域であっても、減速時の気筒２内への燃料噴射を行うことができるエンジン運転領域であれば、減速時の気筒２内への燃料噴射を優先的に行う。これにより、ＮＯｘ還元効率の低下を抑制しつつ、早期にＮＯｘ吸蔵速度を上昇させることができる。
【００８６】
ここで、ＮＯｘ吸蔵速度は、先ずＮＯｘ吸蔵量を求め、このＮＯｘ吸蔵量を図３へ代入して得ることができる。ＮＯｘ吸蔵量は、エンジン回転数とエンジン負荷とエンジン１からのＮＯｘ排出量との関係を予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ２１に記憶させておく。このマップへエンジン回転数（クランクポジションセンサ２２からの出力信号）及びエンジン負荷（燃料噴射量若しくはアクセル開度センサ２３からの出力信号）を代入して得られるＮＯｘ排出量を積算してＮＯｘ吸蔵量を得ることができる。
【００８７】
尚、本実施の形態では、ＮＯｘ吸蔵速度に代えて、ＮＯｘ吸蔵量に基づいてＮＯｘ触媒に還元剤を供給しても良い。即ち、ＮＯｘ吸蔵量を三段階に分けて、各段階毎に選択可能な還元剤供給手段を予め定めておき、その中で、ＮＯｘ還元効率が一番高い還元剤供給手段を優先して実施するようにしても良い。
【００８８】
また、本実施の形態においては、ＮＯｘ触媒下流のＮＯｘセンサ１６により検出されたＮＯｘ濃度に応じてＮＯｘ吸蔵速度を求めても良い。
【００８９】
更に、本実施の形態では、ＮＯｘ吸蔵速度に代えて、ＮＯｘ触媒下流の排気中のＮＯｘ濃度に基づいてＮＯｘ触媒に還元剤を供給しても良い。
【００９０】
図４は、単位時間あたりにＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘ量と還元剤供給手段との関係を示した図である。（１）は、気筒２内での燃焼による、（２）は、減速時の気筒２内への燃料噴射による、（３）は、排気系の燃料添加による還元剤の供給を行う範囲を示している。また、要求出ガスＮＯｘクライテリアとは、大気中へのＮＯｘの放出量を想定範囲内に維持するためにＮＯｘ触媒に要求される単位時間当たりのＮＯｘの放出量である。この想定範囲は、規制値等に基づいて定められる。また、単位時間あたりにＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘ量は、ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度とエンジン１の吸入空気量とから得ることができる。
【００９１】
ここで、図３に示すように、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘ量が多くなるほど、ＮＯｘ吸蔵速度が低くなる。そして、ＮＯｘの吸蔵速度を上回る量のＮＯｘがＮＯｘ触媒へ流入すると、ＮＯｘ触媒に吸蔵されないＮＯｘが該ＮＯｘ触媒下流へ流出することがある。この流出したＮＯｘは、ＮＯｘセンサ１６により検出される。そして、ＮＯｘセンサ１６により検出されるＮＯｘ濃度と吸入空気量とから単位時間当たりに流出するＮＯｘ量を求めることができる。
【００９２】
単位時間あたりにＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘ量が少ない場合、即ち、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ放出量が要求出ガスＮＯｘクライテリアよりも十分低い場合には、ＮＯｘはＮＯｘ触媒に吸蔵されていると考えられる。この場合、ＮＯｘ還元効率の一番高い気筒２内での燃焼による還元剤の供給を行う。気筒２内での燃焼による還元剤の供給では、実施可能なエンジン１の運転領域が限られているが、還元剤を供給することができない運転領域であっても、ＮＯｘはＮＯｘ触媒に吸蔵されるので、大気中へはＮＯｘが殆ど放出されない。このようにして、ＮＯｘ還元効率の高い方法によりＮＯｘの還元を行い、燃費の悪化を抑制する。
【００９３】
また、単位時間あたりにＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘ量が要求出ガスＮＯｘクライテリア近辺まで上昇した場合には、気筒２内での燃焼、若しくは、減速時の気筒２内への燃料噴射の何れかにより還元剤の供給を行う。この場合、気筒２内での燃焼による還元剤の供給を行うことができるエンジン運転領域では、こちらを優先的に行う。これにより、ＮＯｘ還元効率の低下を抑制しつつ、還元剤供給可能な機会が多くなり、単位時間あたりにＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘ量が要求出ガスＮＯｘクライテリア以上となることを抑制することができる。
【００９４】
更に、単位時間あたりにＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘ量が要求出ガスＮＯｘクライテリアよりも多くなった場合には、気筒２内での燃焼、減速時の気筒２内への燃料噴射、排気系への燃料添加の何れかにより還元剤の供給を行う。この場合には、ＮＯｘ触媒から流出するＮＯｘ量を早期に減少させる必要があるため、ＮＯｘ還元効率は劣るが実施可能なエンジン運転領域が広い排気系の燃料添加を行って、還元剤供給の機会を増加させる。この場合、気筒２内での燃焼による還元剤の供給を行うことができるエンジン運転領域では、こちらを優先的に行う。また、気筒２内での燃焼による還元剤の供給を行うことができないエンジン運転領域であっても、減速時の気筒２内への燃料噴射を行うことができるエンジン運転領域であれば、減速時の気筒２内への燃料噴射を優先的に行う。これにより、ＮＯｘ還元効率の低下を抑制しつつ、早期にＮＯｘの流出を低減させることができる。
【００９５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＮＯｘ還元効率の高い還元剤の供給手段を優先的に適用し、還元剤の消費を抑制することが可能となる。そして、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵速度が低くなるに従い、還元剤を供給可能なエンジン運転領域が異なる還元剤の供給手段を選択可能とし、還元剤の供給の機会を増加させることが可能となる。
＜その他の実施の形態＞
第１及び第２の実施の形態においては、気筒２内での燃焼は、低温燃焼、排気上死点での燃料噴射、副噴射、予混合圧縮着火燃焼等の何れか１つでも良いし、２つ以上を選択可能としても良い。２つ以上とした場合には、これらのＮＯｘ還元効率及び実施可能なエンジン運転領域は、設計要件等により異なるため、予め実験等によりＮＯｘ還元効率及び実施可能なエンジン運転領域を求め、還元効率の高い順に優先的に実施するようにしても良い。
【００９６】
また、第１及び第２の実施の形態においては、ＮＯｘ吸蔵速度、若しくは単位時間あたりにＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘ量をその大きさにより三段階に分け、各段階毎に選択可能な還元剤供給手段を設定した例について説明したが、これに代えて、二段階若しくは四段階以上に分けて、各段階毎に選択可能な還元剤供給手段を設定しても良い。ここで、低温燃焼、排気上死点での燃料噴射、副噴射、予混合圧縮着火燃焼等の気筒２内での燃焼による還元剤の供給を夫々別の段階としても良い。これらのＮＯｘ還元効率及び実施可能なエンジン運転領域は、設計要件等により異なるため、予め実験等によりＮＯｘ還元効率及び実施可能なエンジン運転領域を求め、還元効率の高い順に優先的に実施するようにしても良い。
【００９７】
第１及び第２の実施の形態においては、排気中への燃料添加、低温燃焼、排気行程終期若しくは吸気行程初期のピストンが上死点付近にあるときに行う燃料噴射、副噴射、予混合圧縮着火燃焼、車両減速時の燃料噴射を還元剤供給手段として適用した例について説明したが、これらに限らず、他の還元剤供給手段についても適用することもできる。この場合、ＮＯｘ還元効率及び実施可能なエンジン運転領域を予め求めておき、ＮＯｘ還元効率の高いものを優先的に適用する。
【００９８】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムでは、ＮＯｘ吸蔵速度が高い場合には、ＮＯｘ還元効率の高い還元剤供給手段を優先的に適用し、還元剤の消費を抑制することができる。そして、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵速度が低くなるほど、還元剤を供給することができる機会がより多い還元剤供給手段により還元剤の供給を行うことができ、還元剤の供給の機会を増加させることができる。
【００９９】
以上により、還元剤に燃料を使用している場合には燃費の悪化を抑制することができる。また、ＮＯｘが大気中へ放出されることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る排気浄化システムを適用するエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】ＮＯｘ吸蔵速度と還元剤供給手段との関係を示した図である。
【図３】ＮＯｘ吸蔵量とＮＯｘ吸蔵速度との関係を示した図である。
【図４】単位時間あたりにＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘ量と還元剤供給手段との関係を示した図である。
【符号の説明】
１ エンジン
１ａ クランクプーリ
１ｂ 排気ポート
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ コモンレール
５ 燃料供給管
６ 燃料ポンプ
６ａ ポンププーリ
７ ベルト
８ 吸気枝管
９ 吸気管
１０ エアフローメータ
１１ 吸気絞り弁
１２ 吸気絞り用アクチュエータ
１３ 排気枝管
１４ 排気管
１５ パティキュレートフィルタ（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）
１６ ＮＯｘセンサ
１７ ＥＧＲ通路
１８ ＥＧＲ弁
１９ 燃料添加弁
２０ 還元剤供給路
２１ ＥＣＵ
２２ クランクポジションセンサ
２３ アクセル開度センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気浄化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を内燃機関の排気系に配置し、還元雰囲気のときに排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵（吸着、吸収、付着でも良い。）し、酸化雰囲気となったときは吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されていたＮＯｘを還元して排気中のＮＯｘを浄化する技術が知られている。
【０００３】
そして、ＮＯｘ触媒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によりＮＯｘを浄化する技術として例えば、ＮＯｘ吸蔵量が所定量以上となったときにＮＯｘ還元のためのリッチスパイクを実施する技術（例えば、特許文献１参照）、低温燃焼によりリッチスパイクを実施する技術（例えば、特許文献２参照）、排気上死点での気筒内への燃料噴射によりリッチスパイクを実施する技術（例えば、特許文献３参照）、減速時の気筒内への燃料噴射によりリッチスパイクを実施する技術（例えば、特許文献４参照）、排気系への燃料添加によりリッチスパイクを実施する技術（例えば、特許文献５参照）が知られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１３９３４０号公報（第４−９頁）
【特許文献２】
特開平１１−３６９２３号公報（第４−９頁）
【特許文献３】
特開２００１−３２９９００号公報（第３−１０頁）
【特許文献４】
特開平６−２００７３９号公報（第３−６頁）
【特許文献５】
特開平７−２５９５４１号公報（第４−７頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、リッチスパイクを行う手段は上記のように複数あるが、そのＮＯｘ還元効率は夫々異なる。また、リッチスパイクを実施可能な内燃機関の運転領域も夫々異なる。ここで、適切な手段によりリッチスパイクを行えば、ＮＯｘ還元効率を高く、また、還元を行う機会をより多く確保することが可能となる。
【０００６】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化システムにおいて、複数の還元剤供給手段の中から最適な手段を選択してＮＯｘの還元を行う技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化システムは、以下の手段を採用した。即ち、第１の発明は、
酸化雰囲気のときにＮＯｘを吸蔵し還元雰囲気で吸蔵していたＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒へ還元剤を供給し、且つ、還元剤を供給可能な内燃機関の運転領域の少なくとも一部が異なる複数の還元剤供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されるＮＯｘの吸蔵速度を推定するＮＯｘ吸蔵速度推定手段と、
を備え、
前記ＮＯｘ吸蔵速度推定手段により推定されたＮＯｘ吸蔵速度が低くなるに従って、還元剤を供給可能な機会がより増加する還元剤供給手段により還元剤を供給することを特徴とする。
【０００８】
本発明の最大の特徴は、ＮＯｘ吸蔵速度が低下したときに、還元剤供給可能な機会がより多い還元剤供給手段により還元剤を供給して、還元剤供給の機会を増加させることにある。
【０００９】
ここで、「ＮＯｘ吸蔵速度」とは、単位時間あたりにＮＯｘ触媒に吸蔵されるＮＯｘの量で表される。
【００１０】
そして、ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する手段としては、例えば、気筒内での燃料の燃焼により内燃機関からリッチ空燃比の排気を排出する、車両減速時に気筒内へ燃料噴射を行いリッチ空燃比の排気を排出する、内燃機関の排気系に還元剤を添加する等の複数の手段がある。これらの手段は、夫々、実施可能な内燃機関の運転領域や、ＮＯｘ還元効率が異なる。ここで、ＮＯｘの吸蔵速度が高い場合には、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が十分であるため、還元剤を供給可能な運転状態となる機会が少なくても、還元剤供給可能な運転状態となるまでＮＯｘ触媒にＮＯｘを吸蔵しておくことが可能である。この場合、例え還元剤を供給可能な運転領域となる機会が少なくても、ＮＯｘ還元効率の高い手段により還元剤の供給を行えば、還元剤を供給可能な運転領域でない場合にはＮＯｘ触媒にＮＯｘを吸蔵することができ、また、還元剤を供給可能な運転領域である場合にはＮＯｘ還元効率の高い手段による還元剤の供給を行うことができる。これにより、還元剤の消費を抑制することができる。そして、還元剤に燃料を用いている場合には、燃費を向上させることが可能となる。例えば、気筒内での燃料の燃焼により内燃機関からリッチ空燃比の排気を排出させてＮＯｘ触媒に還元剤を供給する場合には、ＮＯｘ還元効率が高い。そして、ＮＯｘの吸蔵速度が高い場合には、ＮＯｘ還元効率が低い手段による還元剤の供給を行わないようにすれば、燃費の悪化を抑制することが可能となる。
【００１１】
一方、ＮＯｘの吸蔵速度が低い場合には、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下するため、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを早期に還元する必要がある。このような場合には、還元剤を供給可能な機会がより多い還元剤供給手段により還元剤の供給を行う。これにより、還元剤供給の機会を増加させることができるのでＮＯｘの還元を早期に行うことが可能となる。例えば、排気系の燃料添加では、内燃機関の運転領域には殆ど影響されずにＮＯｘ触媒に還元剤を供給することが可能である。また、例えば、車両減速時の気筒内への燃料噴射では、ＮＯｘ還元効率及び還元剤供給の機会の多さにおいて、気筒内での燃料の燃焼による還元剤の供給と、排気系の燃料添加と、の中間となる。
【００１２】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化システムは、以下の手段を採用した。即ち、第２の発明は、
酸化雰囲気のときにＮＯｘを吸蔵し還元雰囲気で吸蔵していたＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒へ還元剤を供給し、且つ、還元剤を供給可能な内燃機関の運転領域の少なくとも一部若しくはＮＯｘ還元効率が異なる複数の還元剤供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されるＮＯｘの吸蔵速度を推定するＮＯｘ吸蔵速度推定手段と、
前記ＮＯｘ吸蔵速度推定手段により推定されたＮＯｘ吸蔵速度が低くなるに従って、還元剤を供給可能な機会がより増加する還元剤供給手段をも選択可能として、選択可能な還元剤供給手段を増加させる選択範囲設定手段と、
前記選択範囲設定手段により選択可能とされた還元剤供給手段の中で、還元剤を供給可能な内燃機関の運転領域となっており、且つ、ＮＯｘ還元効率が一番高い還元剤供給手段を選択して還元剤を供給させる選択手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の最大の特徴は、ＮＯｘ吸蔵速度が低下するに従い、還元剤を供給可能な機会がより多くなる還元剤供給手段をも選択可能として選択可能な還元剤供給手段の数を増加させ、ＮＯｘ還元の機会を増加させつつ、その中でＮＯｘ還元効率の高い還元手段を優先して適用することにより、還元剤の消費量を低減させることにある。
【００１４】
ここで、「ＮＯｘ吸蔵速度」については前記したものと同様である。
【００１５】
また、ＮＯｘ還元効率が高いほど少量の還元剤でＮＯｘを還元することが可能となる。換言すると、同量の還元剤を消費する場合には、ＮＯｘ還元効率が高いほど、より多くのＮＯｘを還元することが可能となる。
【００１６】
前記したように、複数ある還元剤供給手段は、夫々、実施可能な内燃機関の運転領域や、ＮＯｘ還元効率が異なる。
【００１７】
そして、ＮＯｘの吸蔵速度が低い場合には、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下するため、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを早期に還元する必要がある。このような場合には、還元剤を供給可能な機会がより多い還元剤供給手段をも選択可能とする。これにより、選択可能な還元剤供給手段の数が増加し、これらの手段は夫々還元剤供給可能な運転領域が異なるため、還元剤供給の機会を増加させることができ、ＮＯｘの還元を早期に行うことが可能となる。そして、ＮＯｘ吸蔵速度が低下した場合であっても、ＮＯｘ還元効率のより高い還元剤供給手段により還元剤の供給が可能な場合には、この手段を選択して還元剤の供給を行う。これにより、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの早期還元及び還元剤消費量の低減が可能となる。
【００１８】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化システムは、以下の手段を採用した。即ち、第３の発明は、
酸化雰囲気のときにＮＯｘを吸蔵し還元雰囲気で吸蔵していたＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒へ還元剤を供給し、且つ、還元剤を供給可能な内燃機関の運転領域の少なくとも一部若しくはＮＯｘ還元効率が異なる複数の還元剤供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されるＮＯｘの吸蔵速度を推定するＮＯｘ吸蔵速度推定手段と、
前記ＮＯｘ吸蔵速度推定手段により推定されたＮＯｘ吸蔵速度が低くなるに従って、ＮＯｘ還元効率がより低くなる還元剤供給手段をも選択可能として、選択可能な還元剤供給手段を増加させる選択範囲設定手段と、
前記選択範囲設定手段により選択可能とされた還元剤供給手段の中で、還元剤を供給可能な内燃機関の運転領域となっており、且つ、ＮＯｘ還元効率が一番高い還元剤供給手段を選択して還元剤を供給させる選択手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明の最大の特徴は、ＮＯｘ吸蔵速度が低下するに従い、ＮＯｘ還元効率の低い還元剤供給手段をも選択可能として選択可能な還元剤供給手段の数を増加させ、ＮＯｘ還元の機会を増加させつつ、その中でＮＯｘ還元効率の高い還元手段を優先して適用することにより、還元剤の消費量を低減させることにある。
【００２０】
ここで、「ＮＯｘ吸蔵速度」については前記したものと同様である。
【００２１】
そして、ＮＯｘの吸蔵速度が低い場合には、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力が低下するため、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを早期に還元する必要がある。このような場合には、ＮＯｘ還元効率のより低い還元剤供給手段をも選択可能とする。ここで、ＮＯｘ還元効率の低いＮＯｘ還元手段によりＮＯｘの還元を行うと、還元剤の消費量が多くなってしまう。しかし、ＮＯｘ吸蔵速度が低下した場合には、早期にＮＯｘを還元させる必要があるため、ＮＯｘ還元効率の低い手段をも選択可能とする。これにより、選択可能な還元剤供給手段の数が増加し、これらの手段は夫々還元剤供給可能な運転領域が異なるため、還元剤供給の機会を増加させることができ、ＮＯｘの還元を早期に行うことが可能となる。そして、ＮＯｘ吸蔵速度が低下した場合であっても、ＮＯｘ還元効率のより高い還元剤供給手段により還元剤の供給が可能な場合には、この手段を選択して還元剤の供給を行う。これにより、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの早期還元及び還元剤消費量の低減が可能となる。
【００２２】
また、ＮＯｘ吸蔵速度が高い場合には、ＮＯｘ還元効率の低い還元剤供給手段を選択することはできないので、還元剤消費量を低減させることが可能となる。
【００２３】
第１から第３の発明においては、前記還元剤供給手段は、燃焼室内の既燃ガス成分を煤の発生量が最大となるよりも増加させて前記内燃機関を運転させる低温燃焼、排気上死点での気筒内への燃料噴射による燃焼、燃料主噴射後の膨張行程若しくは排気行程中に再度燃料を噴射させる副噴射、予混合圧縮着火燃焼、減速時の燃料噴射、排気系への燃料添加の少なくとも２つであっても良い。
【００２４】
ここで、低温燃焼、排気上死点での燃料噴射、燃料主噴射後の膨張行程若しくは排気行程中に再度燃料を噴射させる副噴射、予混合圧縮着火燃焼では、気筒内で燃料を燃焼させるので、排気中の残留酸素が少なく、また、排気中に含まれる還元剤としてのＣＯやＨＣもガス化しているため、ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ還元効率が高い。その一方で、気筒内での燃焼の安定性や、燃焼騒音の発生、スモークの発生等により実施可能な内燃機関の運転領域が低回転軽負荷時に限られる。
【００２５】
また、減速時の燃料噴射では、内燃機関の吸入空気量が少ない状態で燃料を燃焼させることができるので、少量の燃料でリッチ空燃比の排気を排出することができる。そして、排気中には残留酸素が存在するものの、燃料の一部はガス化しておりＮＯｘ触媒にＣＯ、ＨＣを供給することができる。しかし、この手段による還元剤の供給は、当然に減速状態でなければ実施することができない。また、減速感を得るために、減速時であっても燃料噴射を実施することができない場合がある。
【００２６】
排気系への燃料添加では、触媒の温度が活性化温度に達していれば実施することが可能であり、内燃機関のほぼ全運転領域で実施することが可能である。その一方で、排気中には残留酸素が存在し、還元剤も液体の状態で噴射されるので、ＮＯｘ触媒の上流側ではＮＯｘ還元効率が低くなり、全体としてもＮＯｘ還元効率が低い。
【００２７】
このように、ＮＯｘ還元効率の点では、低温燃焼、排気上死点での燃料噴射、燃料主噴射後の膨張行程若しくは排気行程中に再度燃料を噴射させる副噴射、予混合圧縮着火燃焼等の気筒内での燃焼による還元剤の供給が一番優れており、減速時の燃料噴射、排気系への燃料添加が順に続く。また、還元剤を供給可能な機会が多いという点では、排気系への燃料添加が一番優れており、減速時の気筒内燃料噴射、気筒内での燃焼による還元剤の供給が順に続く。
【００２８】
以上のことから、ＮＯｘ吸蔵速度が高い場合には、ＮＯｘ還元効率が高い気筒内での燃焼による還元剤の供給に限り行う。そして、第１の発明においては、ＮＯｘ吸蔵速度が低くなるに従い、還元剤を供給可能な機会がより多い減速時の燃料噴射、更には排気系への燃料添加により還元剤の供給を行う。また、第２及び第３の発明においては、ＮＯｘ吸蔵速度が低くなるに従い、還元剤を供給可能な機会がより多い減速時の燃料噴射、更には排気系への燃料添加を選択可能にする。ただし、還元剤の供給は、内燃機関の運転領域により実施可能である還元剤供給手段の中で一番ＮＯｘ還元効率の高い手段により還元剤の供給を行う。これにより、大気中へのＮＯｘの放出を抑制しつつ、還元剤の消費量を低減させることが可能となる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化システム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システム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。
【００３０】
図１は、本実施の形態に係る排気浄化システム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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
このように構成された燃料噴射系では、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。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。
【００３５】
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。
【００３６】
前記吸気枝管８は吸気管９に接続されている。吸気管９には、該吸気管９内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１０が取り付けられている。
【００３７】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１１が設けられている。この吸気絞り弁１１には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１１を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１２が取り付けられている。
【００３８】
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。
【００３９】
一方、エンジン１には、排気枝管１３が接続され、排気枝管１３の各枝管が排気ポート１ｂを介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００４０】
前記排気枝管１３は、排気管１４と接続され、この排気管１４は、下流にて大気へと通じている。
【００４１】
前記排気管１４の途中には、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（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ：以下、「ＰＭ」という。）を捕獲するためのパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）１５が設けられている。このフィルタ１５には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単にＮＯｘ触媒とする。）が担持されている。本実施の形態では、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持し、更に酸素貯蔵（Ｏ２ストレージ）能のある例えばセリア（ＣｅＯ２）等の遷移金属が添加されている。
【００４２】
また、本実施の形態においては、フィルタ１５にＮＯｘ触媒を担持した場合について説明するが、フィルタ構造を有しない単なるＮＯｘ触媒についても適用することができる。
【００４３】
ＮＯｘ触媒は、該フィルタ１５に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵（吸収、吸着、付着でも良い。）し、一方、該フィルタ１５に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していた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、放出されたＮＯｘが還元される。また、セリア（ＣｅＯ２）等の遷移金属は、排気の特性に応じて酸素を一時的に保持し、活性化酸素として放出する能力を有する。
【００４４】
フィルタ１５より下流の排気管１４には、該排気管１４内を流通する排気中のＮＯｘ濃度に対応した電気信号を出力するＮＯｘセンサ１６が取り付けられている。
【００４５】
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１ｂを介して排気枝管１３へ排出され、次いで排気枝管１３から排気管１４を介してフィルタ１５へ流入し、排気中のＮＯｘが吸蔵され、ＰＭが捕獲される。その後、排気は排気管１４を流通して大気中へと放出される。
【００４６】
また、排気枝管１３と吸気枝管８とは、排気枝管１３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）１７を介して連通されている。このＥＧＲ通路１７の途中には、電磁弁等で構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路１７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）１８が設けられている。
【００４７】
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となり排気中の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれるＮＯｘがＮＯｘ触媒に吸蔵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吸蔵能力が飽和し、排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒にて吸蔵されずに大気中へ放出されてしまう。
【００４８】
ここで、「排気の空燃比がリーン」である状態とは、例えば理論空燃比の混合気を燃焼して得られる排気中の成分比（酸化成分と還元成分の比）よりも、酸化成分が多い（濃い）状態に相当する。換言すると、吸気系へ排気が還流されたり、還元成分が直接排気系に供給されたりといった外乱がない場合、機関燃焼に供される混合気の空燃比が、概ね「１４．６」（理論空燃比）よりも大きい（リーン寄りである）ときの排気の状態を意味する。一方、「排気の空燃比がリッチ」である状態とは、同じく吸気系へ排気が還流されたり、還元成分が直接排気系に供給されたりといった外乱がない場合、機関燃焼に供される混合気の空燃比が、概ね「１４．６」（理論空燃比）よりも小さい（リッチ寄りである）ときの排気の状態を意味する。
【００４９】
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ＮＯｘ吸蔵能力が飽和し易い。
【００５０】
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吸蔵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触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元させる必要がある。
【００５１】
例えば、排気中の燃料添加では、フィルタ１５より上流の排気管１４を流通する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１５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ことができる。
【００５２】
還元剤供給機構は、図１に示されるように、その噴孔が排気枝管１３内に臨むように取り付けられ、後述するＥＣＵ２１からの信号により開弁して燃料を噴射する燃料添加弁１９と、前述した燃料ポンプ６から吐出された燃料を前記燃料添加弁１９へ導く還元剤供給路２０と、を備えている。
【００５３】
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２０を介して燃料添加弁１９へ印加される。そして、ＥＣＵ２１からの信号により該燃料添加弁１９が開弁して排気枝管１３内へ還元剤としての燃料が噴射される。
【００５４】
燃料添加弁１９から排気枝管１３内へ噴射された燃料は、排気枝管１３の上流から流れてきた排気の酸素濃度を低下させると共に、フィルタ１５に到達し、フィルタ１５に吸蔵されていたＮＯｘを還元することになる。
【００５５】
その後、ＥＣＵ２１からの信号により燃料添加弁１９が閉弁し、排気枝管１３内への燃料の添加が停止される。
【００５６】
また、エンジン１には、クランクシャフトの回転位置に対応した電気信号を出力するクランクポジションセンサ２２が設けられている。
【００５７】
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）２１が併設されている。このＥＣＵ２１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。
【００５８】
ＥＣＵ２１には、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の他、運転者がアクセルを踏み込んだ量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ２３の出力信号が入力されるようになっている。
【００５９】
一方、ＥＣＵ２１には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１２、燃料添加弁１９等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ２１により制御することが可能になっている。
【００６０】
例えば、ＮＯｘ浄化制御では、ＥＣＵ２１は、フィルタ１５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。
【００６１】
このように排気中の酸素濃度を比較的に短い周期でスパイク的に低くする方法としては、例えば、前記した排気中への燃料添加の他に、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となるよりも、更にＥＧＲガス量を増大させる低温燃焼（特許第３１１６８７６号）、燃料主噴射後の膨張行程若しくは排気行程中に再度燃料を噴射させる副噴射、排気行程終期若しくは吸気行程初期のピストンが上死点付近にあるときに行う燃料噴射、吸気行程若しくは排気行程中に燃料を予め燃料を噴射させて圧縮着火を行う予混合圧縮着火燃焼、車両減速時の燃料噴射等の方法が考えられる。
【００６２】
前記低温燃焼では、燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度が低いためにＨＣの成長が煤に至る前の途中の段階で停止する。このＨＣは、ＮＯｘ触媒にて還元剤として働く。
【００６３】
燃料主噴射後の膨張行程若しくは排気行程中に再度燃料を噴射させる副噴射では、エンジン１から未燃燃料であるＨＣが多く排出される。このＨＣは、ＮＯｘ触媒にて還元剤として働く。
【００６４】
排気行程終期若しくは吸気行程初期のピストンが上死点付近にあるときに行う燃料噴射では、吸気行程中及び圧縮行程中で燃料が蒸発して着火しやすいものとなるので、気筒内での空燃比を低くしても燃焼状態を安定させることができる。そして、空燃比を低下させることにより、ＮＯｘ触媒に還元剤としてのＨＣを供給することが可能となる。
【００６５】
吸気行程中若しくは圧縮行程中に燃料を予め噴射させて圧縮着火を行う予混合圧縮着火燃焼では、吸気行程中若しくは圧縮行程中で燃料が蒸発して着火しやすいものとなるので、気筒内での空燃比を低くしても燃焼状態を安定させることができる。そして、空燃比を低下させることにより、ＮＯｘ触媒に還元剤としてのＨＣを供給することが可能となる。
【００６６】
車両減速時の燃料噴射では、吸気絞り弁１１が閉弁されるのでエンジン１の吸入空気量が減少する。従って、少量の燃料で空燃比を低下させ、ＮＯｘ触媒にＨＣを供給することが可能となる。
【００６７】
このように、ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する方法は複数ある。そして、ＮＯｘ還元効率及び実施可能な運転領域は夫々異なる。
【００６８】
例えば、低温燃焼、排気上死点での燃料噴射、副噴射、予混合圧縮着火燃焼等の気筒２内で燃料を燃焼させてＮＯｘ触媒に還元剤を供給する方法（以下、単に「気筒２内で燃料を燃焼させてＮＯｘ触媒に還元剤を供給する方法」とする。）では、気筒２内で燃料を燃焼させるため排気中の残留酸素が少なく、また、還元剤としてのＣＯやＨＣもガス化しているためＮＯｘ触媒での反応性が良い。そのため、ＮＯｘ還元効率が高くなる。ここで、本願発明においては、「ＮＯｘ還元効率」を「ＮＯｘ触媒における還元剤の反応性」若しくは「ＮＯｘ触媒における還元剤の反応のしやすさ」と置き換えて適用しても良い。その一方で、これらの方法では、気筒２内での燃焼安定性確保や、燃焼騒音の発生の抑制、スモークの発生の抑制等を考慮すると、エンジン１の運転領域が低回転軽負荷のときに限り実施可能である。
【００６９】
また、減速時の気筒２内への燃料噴射では、還元剤の供給は減速状態でなければ行うことができない。また、減速時であっても減速感を得るために燃料噴射を実施することができない場合もある。一方、減速時の気筒２内への燃料噴射では、排気中には残留酸素が存在するものの、燃料の一部はガス化しておりＮＯｘ触媒にＣＯ、ＨＣを供給することができる。
【００７０】
そして、排気系への燃料添加では、触媒の温度が活性化温度に達していれば、燃料添加を実施することが可能であり、燃料添加を実施可能なエンジン運転領域が広い（燃料添加を実施可能な機会が多い）。その一方で、排気中には残留酸素が多く存在し、還元剤も液体の状態で噴射されるので、ＮＯｘ触媒の上流側ではＮＯｘ還元効率が低くなる。
【００７１】
このように、ＮＯｘ還元効率の点では、気筒２内での燃焼による還元剤の供給が一番優れており、減速時の気筒２内への燃料噴射、排気系への燃料添加がそれに続く。また、ＮＯｘ触媒への還元剤供給の機会を多く取ることができるという点では、排気系への燃料添加が一番優れており、次に、減速時の気筒２内への燃料噴射、そして、気筒２内での燃焼による還元剤の供給がそれに続く。
【００７２】
ここで、従来の内燃機関の排気浄化システムでは、前記複数の還元剤供給手段による還元剤の供給を適切に使い分けてはいなかった。即ち、還元効率を優先させて還元剤を供給可能なエンジン運転領域が狭いもののみを使用していたり、ＮＯｘ還元の機会の増加を優先させてＮＯｘ還元効率が低いもののみを使用していたりした。還元効率を優先させた場合には、還元剤供給可能なエンジン運転領域が狭いために、エンジン１の運転領域によってはＮＯｘの還元を行うことができなかった。また、ＮＯｘ還元の機会の増加を優先させた場合には、ＮＯｘ還元効率の低下により、燃費の悪化を誘発していた。
【００７３】
その点、本実施の形態では、ＮＯｘ吸蔵速度を三段階に分けて、各段階毎に還元剤の供給を行う手段を予め定めておく。
【００７４】
即ち、ＮＯｘ吸蔵速度が高い段階の場合には、ＮＯｘ還元効率が高い方法による還元剤の供給を行う。そして、ＮＯｘ吸蔵速度が低下した段階となるに従って、還元剤供給の機会がより増加する方法により還元剤の供給を行う。
【００７５】
ＮＯｘ吸蔵速度が一番高い段階の場合には、還元剤を供給することができなくても、ＮＯｘ触媒にＮＯｘが吸蔵されるため、ＮＯｘが大気中へ放出されることは殆どない。この場合、ＮＯｘ還元効率の一番高い気筒２内での燃焼による還元剤の供給を行う。気筒２内での燃焼による還元剤の供給では、実施可能なエンジン１の運転領域が限られているが、ＮＯｘの還元ができない状態であってもＮＯｘ触媒にＮＯｘが吸蔵されるため、大気中へのＮＯｘの放出は殆どない。このようにして、ＮＯｘ吸蔵速度が高い場合には、ＮＯｘ還元効率の高い方法によりＮＯｘの還元を行い、燃費の悪化を抑制することができる。
【００７６】
また、ＮＯｘ吸蔵速度が低下して次の段階となった場合には、減速時の気筒２内への燃料噴射により還元剤の供給を行う。これにより、還元剤供給可能な機会が増加し、ＮＯｘ吸蔵速度を高めることができる。
【００７７】
更に、ＮＯｘ吸蔵速度が低下して一番低い段階となった場合には、排気系への燃料添加により還元剤の供給を行う。この場合には、ＮＯｘ吸蔵速度を早期に高める必要があるため、ＮＯｘ還元効率は劣るが実施可能な機会が多い排気系の燃料添加を行って、還元剤供給の機会を増加させる。これにより、早期にＮＯｘ吸蔵速度を上昇させることができる。
【００７８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＮＯｘ吸蔵速度が高い場合には、ＮＯｘ還元効率の高い還元剤の供給手段を適用して還元剤の消費を抑制することができる。そして、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵速度が低くなるに従い、還元剤を供給可能な機会が多い還元剤の供給手段を適用して、還元剤の供給の機会を増加させることが可能となり、大気中へのＮＯｘの放出を抑制することができる。
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態では、第１の実施の形態と比較して、ＮＯｘ吸蔵速度が低下した場合であっても、ＮＯｘ還元効率の高いＮＯｘ還元手段により還元剤の供給を可能としている点で相違する。尚、本実施の形態においては、適用対象となるエンジンやその他ハードウェアの基本構成については、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【００７９】
本実施の形態では、ＮＯｘ吸蔵速度を三段階に分けて、各段階毎に選択可能な還元剤供給手段を予め定めておき、その中で、還元剤供給可能なエンジン１の運転領域となっており、且つ、ＮＯｘ還元効率が一番高い還元剤供給手段を優先して選択し、還元剤の供給を行う。
【００８０】
即ち、ＮＯｘ吸蔵速度が高い段階の場合には、ＮＯｘ還元効率が高い方法による還元剤の供給のみを行う。そして、ＮＯｘ吸蔵速度が低下した段階となるに従って、ＮＯｘ還元効率がより低くなる方法を順次選択可能とする。ここで、エンジン１の運転領域によっては、ＮＯｘ還元効率が高い方法を実施することができるため、そのときには、ＮＯｘ還元効率が高い方法による還元剤の供給を優先して実施する。
【００８１】
図２は、ＮＯｘ吸蔵速度と還元剤供給手段との関係を示した図である。（１）は、気筒２内での燃焼による、（２）は、減速時の気筒２内への燃料噴射による、（３）は、排気系の燃料添加による還元剤の供給を行う範囲を示している。また、要求吸蔵速度とは、ＮＯｘの浄化率を想定範囲内に維持するためにＮＯｘ触媒に要求されるＮＯｘの吸蔵速度である。この想定範囲は、規制値等に基づいて定められる。
【００８２】
また、図３は、ＮＯｘ吸蔵量とＮＯｘ吸蔵速度との関係を示した図である。ここで、ＮＯｘ吸蔵量が多くなるほど、ＮＯｘ吸蔵速度は遅くなる。
【００８３】
ＮＯｘ吸蔵量が少ない、即ち、ＮＯｘ吸蔵速度が高い場合には、ＮＯｘ触媒にＮＯｘが吸蔵されるため、ＮＯｘが大気中へ放出されることは殆どない。この場合、ＮＯｘ還元効率の一番高い気筒２内での燃焼による還元剤の供給を行う。気筒２内での燃焼による還元剤の供給では、実施可能なエンジン１の運転領域が限られているが、ＮＯｘの還元ができない状態であってもＮＯｘ触媒にＮＯｘが吸蔵されるため、大気中へのＮＯｘの放出は殆どない。このように、ＮＯｘ触媒の吸蔵速度が十分に高い場合には、気筒２内での燃焼による還元剤の供給に限り行う。このようにして、ＮＯｘ還元効率の高い方法によりＮＯｘの還元を行い、燃費の悪化を抑制することができる。
【００８４】
また、ＮＯｘ吸蔵速度が要求吸蔵速度近辺まで低下した場合には、気筒２内での燃焼、若しくは、減速時の気筒２内への燃料噴射の何れかにより還元剤の供給を行う。この場合、気筒２内での燃焼による還元剤の供給を行うことができるエンジン運転領域では、こちらを優先的に行う。これにより、ＮＯｘ還元効率の低下を抑制しつつ、還元剤供給可能な機会を増加させ、ＮＯｘ吸蔵速度が要求吸蔵速度以下となることを抑制することができる。
【００８５】
更に、ＮＯｘ吸蔵速度が要求吸蔵速度よりも低下した場合には、気筒２内での燃焼、減速時の気筒２内への燃料噴射、排気系への燃料添加の何れかにより還元剤の供給を行う。ＮＯｘ吸蔵速度が要求吸蔵速度よりも低下した場合には、ＮＯｘ吸蔵速度を早期に高める必要があるため、ＮＯｘ還元効率は劣るが実施可能なエンジン運転領域が広い（実施可能な機会が多い）排気系の燃料添加を行って、還元剤供給の機会を増加させる。この場合、気筒２内での燃焼による還元剤の供給を行うことができるエンジン運転領域では、こちらを優先的に行う。また、気筒２内での燃焼による還元剤の供給を行うことができないエンジン運転領域であっても、減速時の気筒２内への燃料噴射を行うことができるエンジン運転領域であれば、減速時の気筒２内への燃料噴射を優先的に行う。これにより、ＮＯｘ還元効率の低下を抑制しつつ、早期にＮＯｘ吸蔵速度を上昇させることができる。
【００８６】
ここで、ＮＯｘ吸蔵速度は、先ずＮＯｘ吸蔵量を求め、このＮＯｘ吸蔵量を図３へ代入して得ることができる。ＮＯｘ吸蔵量は、エンジン回転数とエンジン負荷とエンジン１からのＮＯｘ排出量との関係を予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ２１に記憶させておく。このマップへエンジン回転数（クランクポジションセンサ２２からの出力信号）及びエンジン負荷（燃料噴射量若しくはアクセル開度センサ２３からの出力信号）を代入して得られるＮＯｘ排出量を積算してＮＯｘ吸蔵量を得ることができる。
【００８７】
尚、本実施の形態では、ＮＯｘ吸蔵速度に代えて、ＮＯｘ吸蔵量に基づいてＮＯｘ触媒に還元剤を供給しても良い。即ち、ＮＯｘ吸蔵量を三段階に分けて、各段階毎に選択可能な還元剤供給手段を予め定めておき、その中で、ＮＯｘ還元効率が一番高い還元剤供給手段を優先して実施するようにしても良い。
【００８８】
また、本実施の形態においては、ＮＯｘ触媒下流のＮＯｘセンサ１６により検出されたＮＯｘ濃度に応じてＮＯｘ吸蔵速度を求めても良い。
【００８９】
更に、本実施の形態では、ＮＯｘ吸蔵速度に代えて、ＮＯｘ触媒下流の排気中のＮＯｘ濃度に基づいてＮＯｘ触媒に還元剤を供給しても良い。
【００９０】
図４は、単位時間あたりにＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘ量と還元剤供給手段との関係を示した図である。（１）は、気筒２内での燃焼による、（２）は、減速時の気筒２内への燃料噴射による、（３）は、排気系の燃料添加による還元剤の供給を行う範囲を示している。また、要求出ガスＮＯｘクライテリアとは、大気中へのＮＯｘの放出量を想定範囲内に維持するためにＮＯｘ触媒に要求される単位時間当たりのＮＯｘの放出量である。この想定範囲は、規制値等に基づいて定められる。また、単位時間あたりにＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘ量は、ＮＯｘセンサにより検出されるＮＯｘ濃度とエンジン１の吸入空気量とから得ることができる。
【００９１】
ここで、図３に示すように、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘ量が多くなるほど、ＮＯｘ吸蔵速度が低くなる。そして、ＮＯｘの吸蔵速度を上回る量のＮＯｘがＮＯｘ触媒へ流入すると、ＮＯｘ触媒に吸蔵されないＮＯｘが該ＮＯｘ触媒下流へ流出することがある。この流出したＮＯｘは、ＮＯｘセンサ１６により検出される。そして、ＮＯｘセンサ１６により検出されるＮＯｘ濃度と吸入空気量とから単位時間当たりに流出するＮＯｘ量を求めることができる。
【００９２】
単位時間あたりにＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘ量が少ない場合、即ち、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘ放出量が要求出ガスＮＯｘクライテリアよりも十分低い場合には、ＮＯｘはＮＯｘ触媒に吸蔵されていると考えられる。この場合、ＮＯｘ還元効率の一番高い気筒２内での燃焼による還元剤の供給を行う。気筒２内での燃焼による還元剤の供給では、実施可能なエンジン１の運転領域が限られているが、還元剤を供給することができない運転領域であっても、ＮＯｘはＮＯｘ触媒に吸蔵されるので、大気中へはＮＯｘが殆ど放出されない。このようにして、ＮＯｘ還元効率の高い方法によりＮＯｘの還元を行い、燃費の悪化を抑制する。
【００９３】
また、単位時間あたりにＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘ量が要求出ガスＮＯｘクライテリア近辺まで上昇した場合には、気筒２内での燃焼、若しくは、減速時の気筒２内への燃料噴射の何れかにより還元剤の供給を行う。この場合、気筒２内での燃焼による還元剤の供給を行うことができるエンジン運転領域では、こちらを優先的に行う。これにより、ＮＯｘ還元効率の低下を抑制しつつ、還元剤供給可能な機会が多くなり、単位時間あたりにＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘ量が要求出ガスＮＯｘクライテリア以上となることを抑制することができる。
【００９４】
更に、単位時間あたりにＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘ量が要求出ガスＮＯｘクライテリアよりも多くなった場合には、気筒２内での燃焼、減速時の気筒２内への燃料噴射、排気系への燃料添加の何れかにより還元剤の供給を行う。この場合には、ＮＯｘ触媒から流出するＮＯｘ量を早期に減少させる必要があるため、ＮＯｘ還元効率は劣るが実施可能なエンジン運転領域が広い排気系の燃料添加を行って、還元剤供給の機会を増加させる。この場合、気筒２内での燃焼による還元剤の供給を行うことができるエンジン運転領域では、こちらを優先的に行う。また、気筒２内での燃焼による還元剤の供給を行うことができないエンジン運転領域であっても、減速時の気筒２内への燃料噴射を行うことができるエンジン運転領域であれば、減速時の気筒２内への燃料噴射を優先的に行う。これにより、ＮＯｘ還元効率の低下を抑制しつつ、早期にＮＯｘの流出を低減させることができる。
【００９５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＮＯｘ還元効率の高い還元剤の供給手段を優先的に適用し、還元剤の消費を抑制することが可能となる。そして、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵速度が低くなるに従い、還元剤を供給可能なエンジン運転領域が異なる還元剤の供給手段を選択可能とし、還元剤の供給の機会を増加させることが可能となる。
＜その他の実施の形態＞
第１及び第２の実施の形態においては、気筒２内での燃焼は、低温燃焼、排気上死点での燃料噴射、副噴射、予混合圧縮着火燃焼等の何れか１つでも良いし、２つ以上を選択可能としても良い。２つ以上とした場合には、これらのＮＯｘ還元効率及び実施可能なエンジン運転領域は、設計要件等により異なるため、予め実験等によりＮＯｘ還元効率及び実施可能なエンジン運転領域を求め、還元効率の高い順に優先的に実施するようにしても良い。
【００９６】
また、第１及び第２の実施の形態においては、ＮＯｘ吸蔵速度、若しくは単位時間あたりにＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘ量をその大きさにより三段階に分け、各段階毎に選択可能な還元剤供給手段を設定した例について説明したが、これに代えて、二段階若しくは四段階以上に分けて、各段階毎に選択可能な還元剤供給手段を設定しても良い。ここで、低温燃焼、排気上死点での燃料噴射、副噴射、予混合圧縮着火燃焼等の気筒２内での燃焼による還元剤の供給を夫々別の段階としても良い。これらのＮＯｘ還元効率及び実施可能なエンジン運転領域は、設計要件等により異なるため、予め実験等によりＮＯｘ還元効率及び実施可能なエンジン運転領域を求め、還元効率の高い順に優先的に実施するようにしても良い。
【００９７】
第１及び第２の実施の形態においては、排気中への燃料添加、低温燃焼、排気行程終期若しくは吸気行程初期のピストンが上死点付近にあるときに行う燃料噴射、副噴射、予混合圧縮着火燃焼、車両減速時の燃料噴射を還元剤供給手段として適用した例について説明したが、これらに限らず、他の還元剤供給手段についても適用することもできる。この場合、ＮＯｘ還元効率及び実施可能なエンジン運転領域を予め求めておき、ＮＯｘ還元効率の高いものを優先的に適用する。
【００９８】
【発明の効果】
本発明に係る内燃機関の排気浄化システムでは、ＮＯｘ吸蔵速度が高い場合には、ＮＯｘ還元効率の高い還元剤供給手段を優先的に適用し、還元剤の消費を抑制することができる。そして、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵速度が低くなるほど、還元剤を供給することができる機会がより多い還元剤供給手段により還元剤の供給を行うことができ、還元剤の供給の機会を増加させることができる。
【００９９】
以上により、還元剤に燃料を使用している場合には燃費の悪化を抑制することができる。また、ＮＯｘが大気中へ放出されることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る排気浄化システムを適用するエンジンとその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】ＮＯｘ吸蔵速度と還元剤供給手段との関係を示した図である。
【図３】ＮＯｘ吸蔵量とＮＯｘ吸蔵速度との関係を示した図である。
【図４】単位時間あたりにＮＯｘ触媒から放出されるＮＯｘ量と還元剤供給手段との関係を示した図である。
【符号の説明】
１ エンジン
１ａ クランクプーリ
１ｂ 排気ポート
２ 気筒
３ 燃料噴射弁
４ コモンレール
５ 燃料供給管
６ 燃料ポンプ
６ａ ポンププーリ
７ ベルト
８ 吸気枝管
９ 吸気管
１０ エアフローメータ
１１ 吸気絞り弁
１２ 吸気絞り用アクチュエータ
１３ 排気枝管
１４ 排気管
１５ パティキュレートフィルタ（吸蔵還元型ＮＯｘ触媒）
１６ ＮＯｘセンサ
１７ ＥＧＲ通路
１８ ＥＧＲ弁
１９ 燃料添加弁
２０ 還元剤供給路
２１ ＥＣＵ
２２ クランクポジションセンサ
２３ アクセル開度センサ
Claims (4)
- 酸化雰囲気のときにＮＯｘを吸蔵し還元雰囲気で吸蔵していたＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒へ還元剤を供給し、且つ、還元剤を供給可能な内燃機関の運転領域の少なくとも一部が異なる複数の還元剤供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されるＮＯｘの吸蔵速度を推定するＮＯｘ吸蔵速度推定手段と、
を備え、
前記ＮＯｘ吸蔵速度推定手段により推定されたＮＯｘ吸蔵速度が低くなるに従って、還元剤を供給可能な機会がより増加する還元剤供給手段により還元剤を供給することを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。 - 酸化雰囲気のときにＮＯｘを吸蔵し還元雰囲気で吸蔵していたＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒へ還元剤を供給し、且つ、還元剤を供給可能な内燃機関の運転領域の少なくとも一部若しくはＮＯｘ還元効率が異なる複数の還元剤供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されるＮＯｘの吸蔵速度を推定するＮＯｘ吸蔵速度推定手段と、
前記ＮＯｘ吸蔵速度推定手段により推定されたＮＯｘ吸蔵速度が低くなるに従って、還元剤を供給可能な機会がより増加する還元剤供給手段をも選択可能として、選択可能な還元剤供給手段を増加させる選択範囲設定手段と、
前記選択範囲設定手段により選択可能とされた還元剤供給手段の中で、還元剤を供給可能な内燃機関の運転領域となっており、且つ、ＮＯｘ還元効率が一番高い還元剤供給手段を選択して還元剤を供給させる選択手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。 - 酸化雰囲気のときにＮＯｘを吸蔵し還元雰囲気で吸蔵していたＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒へ還元剤を供給し、且つ、還元剤を供給可能な内燃機関の運転領域の少なくとも一部若しくはＮＯｘ還元効率が異なる複数の還元剤供給手段と、
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されるＮＯｘの吸蔵速度を推定するＮＯｘ吸蔵速度推定手段と、
前記ＮＯｘ吸蔵速度推定手段により推定されたＮＯｘ吸蔵速度が低くなるに従って、ＮＯｘ還元効率がより低くなる還元剤供給手段をも選択可能として、選択可能な還元剤供給手段を増加させる選択範囲設定手段と、
前記選択範囲設定手段により選択可能とされた還元剤供給手段の中で、還元剤を供給可能な内燃機関の運転領域となっており、且つ、ＮＯｘ還元効率が一番高い還元剤供給手段を選択して還元剤を供給させる選択手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。 - 前記還元剤供給手段は、燃焼室内の既燃ガス成分を煤の発生量が最大となるよりも増加させて前記内燃機関を運転させる低温燃焼、排気上死点での気筒内への燃料噴射による燃焼、燃料主噴射後の膨張行程若しくは排気行程中に再度燃料を噴射させる副噴射、予混合圧縮着火燃焼、減速時の燃料噴射、排気系への燃料添加の少なくとも２つであることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
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2003
- 2003-04-01 JP JP2003098373A patent/JP4311066B2/ja not_active Expired - Lifetime
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