JP2007270828A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の排気浄化装置において、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と補助触媒との間の排気通路に酸素を安定供給し、排気エミッションの悪化をより好適に抑制可能な技術を提供する。
【解決手段】内燃機関１の排気管７ｃに配置された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１０と、ＮＯｘ触媒１０より下流の排気管７ｃに配置され酸化能を有する補助触媒１１と、ＮＯｘ触媒１０より上流側の排気中に燃料を供給する還元剤添加弁１２と、ＮＯｘ触媒１０より上流側の排気であって、還元剤添加弁１２によって燃料が供給されＮＯｘ触媒１０に流入するＮＯｘ触媒流入排気よりも含まれる燃料量が少ない排気を、ＮＯｘ触媒１０と補助触媒１１との間の排気管７ｃに供給するバイパス通路１４と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

ディーゼル機関などの内燃機関の排気通路に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」という。）を配置し、窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という。）を浄化する技術が知られている。

排気通路にＮＯｘ触媒が備えられている場合には、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能力を再生するために、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘあるいは硫黄酸化物（以下、「ＳＯｘ」という。）を放出及び還元して除去する必要がある。そのために、例えばＮＯｘ触媒より上流の排気通路に取り付けた還元剤添加弁から還元剤を供給し、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を理論空燃比あるいはリッチ（理論空燃比以下）にしている。

しかし、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比がリッチであると、ＮＯｘ触媒で作用しない還元剤が白煙となり大気中に排出され、排気エミッションの悪化を招いてしまう。

そこで、ＮＯｘ触媒より下流の排気通路に酸化能を有する補助触媒を配置すると共に、内燃機関に流入する過給機のコンプレッサ下流の吸気の一部をＮＯｘ触媒と補助触媒との間の排気通路に供給し、補助触媒においてＮＯｘ触媒から流出する還元剤を酸化し、大気中に排出される還元剤を低減し、排気エミッションの悪化を抑制する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、内燃機関に流入する過給機のコンプレッサ下流の吸気の一部をＮＯｘ触媒と補助触媒との間の排気通路に供給する場合には、軽負荷時などの過給が小さい時にはＮＯｘ触媒と補助触媒との間の排気通路に供給する酸素量が不十分となる。このような場合には、補助触媒においてＮＯｘ触媒から流出する還元剤の酸化が促進されず、大気中に還元剤が排出され、排気エミッションが悪化するおそれがあった。
特開２００４−７６６８２号公報 特開２００１−２８０１２５号公報

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、内燃機関の排気浄化装置において、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と補助触媒との間の排気通路に酸素を安定供給し、排気エミッションの悪化をより好適に抑制可能な技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
内燃機関の排気通路に配置された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より下流の前記排気通路に配置され酸化能を有する補助触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側の排気中に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側の排気であって、前記還元剤供給手段によって還元剤が供給され前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ触媒流入排気よりも含まれる還元剤量が少ない排気を、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記補助触媒との間の前記排気通路に供給するバイパス通路と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。

つまり、本発明では、バイパス通路を介して、ＮＯｘ触媒より上流側の排気であって、還元剤供給手段によって還元剤が供給され吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ触媒流入排気よりも含まれる還元剤量が少ない排気を、ＮＯｘ触媒と補助触媒との間の排気通路に供給する。

これによると、当該排気がＮＯｘ触媒流入排気よりも含まれる還元剤量が少ないことから、当該排気には還元剤量が少なく、かつ酸素を十分含んでおり、当該排気中の酸素を用いて補助触媒においてＮＯｘ触媒から流出する還元剤を酸化し、大気中に排出される還元剤を低減し、排気エミッションの悪化を抑制できる。

ここで、ＮＯｘ触媒と補助触媒との間の排気通路に供給される排気は、ＮＯｘ触媒より上流側の排気である。ＮＯｘ触媒で圧力損失が生じることに起因して、ＮＯｘ触媒の前後差圧が生じ、排気はＮＯｘ触媒の上流側が下流側よりも高圧となる。このＮＯｘ触媒の前後差圧を利用して、バイパス通路において、排気は、ＮＯｘ触媒より上流側から、ＮＯｘ触媒と補助触媒との間、すなわちＮＯｘ触媒より下流側に滞ることなく流れる。よって、ＮＯｘ触媒と補助触媒との間の排気通路に排気中の酸素を安定供給できる。したがって、安定供給される酸素を用いて補助触媒においてＮＯｘ触媒から流出する還元剤を酸化し、大気中に排出される還元剤を低減し、排気エミッションの悪化をより好適に抑制できる。

また、ＮＯｘ触媒と補助触媒との間の排気通路に供給される排気は、内燃機関で燃焼した気体であるので、比較的高温である。このため、当該排気が補助触媒に流れても、補助触媒の温度は低下し難い。よって、補助触媒の温度を、還元剤を酸化させる活性温度に保持し易くなり、補助触媒において還元剤をより効率的に酸化でき、大気中に排出される還元剤を低減し、排気エミッションの悪化をより好適に抑制できる。

さらに、ＮＯｘ触媒より上流における排気をＮＯｘ触媒と補助触媒との間の排気通路に供給することにより、ＮＯｘ触媒に流れる排気の量を減少させる。このため、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチにするために、還元剤供給手段から供給する還元剤の量が減少する。これにより、量が減少した還元剤で酸化反応を行うため、酸化反応が小さくなり、この酸化反応に伴う発熱量も減少し、ＮＯｘ触媒が過昇温手前の許容最大温度となるまでの還元剤を連続して供給できる供給回数が増加する。この還元剤の供給回数が増加することは、言い換えれば、還元剤を連続して供給する時間が延びることである。よって、還元剤を連続して供給し続け、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をリッチに保持できる時間が延び、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘあるいはＳＯｘをより効率的に放出及び還元して除去できる。

前記バイパス通路は、内燃機関の気筒の排気ポートに接続された排気マニホールドの排気を、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記補助触媒との間の排気通路に供給するとよい。これによると、ＮＯｘ触媒より上流側の排気であって、還元剤供給手段によって還元剤が供給されＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ触媒流入排気よりも含まれる還元剤量が少ない排気を供給できる。

前記ＮＯｘ触媒流入排気の空燃比が所定空燃比よりもリッチのときに、前記バイパス通路を介して、前記ＮＯｘ触媒流入排気よりも含まれる還元剤量が少ない排気を、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記補助触媒との間の排気通路に供給するとよい。これによると、補助触媒においてＮＯｘ触媒から流出する還元剤を酸化し、大気中に排出される還元剤を低減し、排気エミッションを抑制できる。ここで、所定空燃比は、理論空燃比や、内燃機関の運転状態から事前に適合した還元剤が白煙として大気中に排出されない程度の空燃比で
ある。

前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記補助触媒との間且つ前記バイパス通路が合流した後の前記排気通路の排気の状態が、排気の温度及び排気の空燃比をパラメータとして定められる所定範囲に含まれるように、前記ＮＯｘ触媒流入排気又は前記バイパス通路を流通する排気の少なくとも一方の流量を制御するとよい。これによると、補助触媒においてＮＯｘ触媒から流出する還元剤を酸化し、大気中に排出される還元剤を低減し、排気エミッションを抑制できる。ここで、所定範囲は、排気の温度及び排気の空燃比をパラメータとして定められる範囲であって、補助触媒において還元剤が良好に酸化できる範囲である。

本発明によると、内燃機関の排気浄化装置において、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と補助触媒との間の排気通路に酸素を安定供給し、排気エミッションの悪化をより好適に抑制可能となる。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
図１は、本発明の実施例１に係る排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。

図１に示す内燃機関１は、１番気筒（＃１）〜４番気筒（＃４）の４つの気筒２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ（以下、総称して気筒２という場合もある。）を有する水冷式の４ストロークサイクル・ディーゼル機関であり、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ（以下、総称して燃料噴射弁３という場合もある。）を備えている。各燃料噴射弁３は、コモンレール４と接続され、このコモンレール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。

内燃機関１の排気通路７は、内燃機関１の気筒２の排気ポート７ａ、排気マニホールド７ｂ、排気管７ｃによって構成されている。排気通路７の排気管７ｃは、下流にて不図示のマフラーと接続されている。排気管７ｃの途中には、過給機８のタービンハウジング９が配置されており、排気管７ｃにおけるタービンハウジング９より下流の部位には、気筒２から排出される排気を浄化するための２つの触媒が設けられている。２つの触媒のうち上流側に配置された触媒は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒という）１０であり、下流側に配置された触媒は、酸化能を有する補助触媒１１である。

また、タービンハウジング９の上流側である排気マニホールド７ｂにおける内燃機関１の１番気筒２ａの排気ポート７ａ近傍には、排気通路７内を流通する排気中に還元剤たる燃料を供給する還元剤添加弁（還元剤添加手段）１２が取り付けられている。還元剤添加弁１２は、燃料通路１３を介して燃料ポンプ６と接続されている。

一方、排気通路７のタービンハウジング９の上流側であって、排気マニホールド７ｂにおける内燃機関１の４番気筒２ｄの排気ポート７ａ側には、バイパス通路１４の入口１４ａが設けられており、ＮＯｘ触媒１０と補助触媒１１との間には、バイパス通路１４の出口１４ｂが設けられている。すなわち、バイパス通路１４は、排気マニホールド７ｂの排気を、ＮＯｘ触媒１０と補助触媒１１との間の排気管７ｃに供給する。バイパス通路１４には、排気流量制御弁１５が設けられている。

ここで、バイパス通路１４に供給される排気に、還元剤添加弁１２からの燃料が回り込
んで入り込まないように、バイパス通路１４の入口１４ａは、排気マニホールド７ｂ内で還元剤添加弁１２の配置位置から最も遠くに設けられている。このため、バイパス通路１４に流れる排気は、ＮＯｘ触媒１０より上流側の排気であって、還元剤添加弁１２によって燃料が供給されＮＯｘ触媒１０に流入するＮＯｘ触媒流入排気よりも含まれる燃料が少ない排気である。

以上の構成の内燃機関１には、内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１６が併設されている。このＥＣＵ１６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどからなる制御コンピュータである。

ＥＣＵ１６は、燃料噴射弁３、還元剤添加弁１２と電気配線で接続されており、ＥＣＵ１６が燃料噴射弁３、還元剤添加弁１２での燃料供給／停止や燃料供給量を調節することが可能になっている。また、ＥＣＵ１６は、バイパス通路１４の排気流量制御弁１５と電気配線で接続されており、排気流量制御弁１５を開閉制御し、バイパス通路１４を流れる排気流量を調節することが可能になっている。

ＥＣＵ１６は、一定時間毎に実行すべき基本ルーチンにおいて、例えば、各種センサの出力信号の入力、機関回転数の演算、燃料供給量の演算、燃料供給時期の演算などを実行する。基本ルーチンにおいてＥＣＵ１６が入力した各種信号やＥＣＵ１６が演算して得られた各種制御値は、ＥＣＵ１６のＲＡＭに一時的に記憶される。

更に、ＥＣＵ１６は、各種のセンサやスイッチからの信号の入力、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理などにおいて、ＲＡＭから各種制御値を読み出し、それらの制御値に従って燃料噴射弁３、還元剤添加弁１２、排気流量制御弁１５などを制御する。

ここで、内燃機関１に配置されるＮＯｘ触媒１０は、ＮＯｘ触媒１０に流入する排気の空燃比がリーン（理論空燃比以上）であるときには、排気中のＮＯｘを吸蔵して大気中に放出しないようにし、ＮＯｘ触媒１０に流入する排気の空燃比が理論空燃比あるいはリッチであるときには、吸蔵されていたＮＯｘを放出及び還元して除去するものである。また、ＮＯｘ触媒１０は、ＮＯｘ触媒１０に流入する排気の空燃比がリーンであるときには、排気中のＳＯｘをも吸蔵してしまう。

このため、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合には、内燃機関１から排出される排気の空燃比がリーン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ＮＯｘあるいはＳＯｘがＮＯｘ触媒１０に吸蔵されることになるが、内燃機関１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、ＮＯｘ触媒１０のＮＯｘ吸蔵能力が飽和し、排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒１０に吸蔵されずに大気中へ放出されてしまう。

特に、内燃機関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の混合気が燃焼され、それに応じて排気の空燃比がリーンとなるため、ＮＯｘ触媒１０のＮＯｘ吸蔵能力が飽和し易い。

したがって、内燃機関１が希薄燃焼されている場合には、ＮＯｘ触媒１０のＮＯｘ吸蔵能力が飽和する前にＮＯｘ触媒１０に流入する排気中の酸素濃度を低下させると共に燃料の濃度を高め、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘあるいはＳＯｘを放出及び還元する必要がある。

このため、ＥＣＵ１６は、ＲＯＭに記憶されたアプリケーションプログラムに従って、ＮＯｘ還元処理又はＳＯｘ被毒回復処理といった、ＮＯｘ触媒１０に流入する排気の空燃
比を比較的短い周期でスパイク的に（短時間に）リッチとする、リッチスパイク制御を実行する。

なお、ＮＯｘ還元処理は、スパイク的に還元剤添加弁１２から排気中へ燃料を添加させることにより、ＮＯｘ触媒１０に流入する排気の空燃比をリッチとし、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘを放出及び還元する処理である。

ＳＯｘ被毒回復処理は、スパイク的に還元剤添加弁１２から排気中へ燃料を添加させることにより、添加した燃料をＮＯｘ触媒１０において酸化させ、酸化反応に伴う熱によって触媒温度を６００℃〜８００℃に昇温させると共にＮＯｘ触媒１０に流入する排気の空燃比をリッチとし、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＳＯｘを放出及び還元させる処理である。

これらのようなリッチスパイク制御では、ＮＯｘ触媒１０に流入する排気の空燃比が比較的短い周期でリーンとスパイク的なリッチとを交互に繰り返すことにより、ＮＯｘ触媒１０がＮＯｘの吸蔵とＮＯｘあるいはＳＯｘの放出及び還元とを交互に短い周期で繰り返すことになる。

ここで、リッチスパイク制御によって、ＮＯｘ触媒１０に流入する排気の空燃比がリッチであると、ＮＯｘ触媒１０で作用しない燃料がＮＯｘ触媒１０から白煙として大気中に排出され、排気エミッションの悪化を招いてしまう。

そこで、ＮＯｘ触媒１０より下流の排気管７ｃには、ＮＯｘ触媒１０で作用しない排気中の燃料を酸化させる酸化能を有する補助触媒１１を配置すると共に、補助触媒１１での燃料の酸化を促進させるべくバイパス通路１４から排気マニホールド７ｂの排気を補助触媒１１に供給している。

具体的には、図２に示すように、リッチスパイク制御によって、空燃比のスパイク的なリッチを実現するべくスパイク的に還元剤添加弁１２から排気中へ燃料を添加させる時に、同時にバイパス通路１４の排気流量制御弁１５を開弁し、排気マニホールド７ｂの排気を補助触媒１１に供給する。なお、還元剤添加弁１２から排気中へ燃料を添加させない時は、同時にバイパス通路１４の排気流量制御弁１５を閉弁する。

これによると、スパイク的に還元剤添加弁１２から排気中へ燃料を添加させる時に、燃料量が少なくかつ酸素を十分含んだ排気マニホールド７ｂの排気を、ＮＯｘ触媒１０と補助触媒１１との間の排気管７ｃに供給し、酸素を用いて補助触媒１１においてＮＯｘ触媒１０から流出する燃料を酸化し、大気中に排出される燃料を低減し、排気エミッションの悪化を抑制できる。

ここで、ＮＯｘ触媒１０と補助触媒１１との間の排気管７ｃに供給される排気は、ＮＯｘ触媒１０より上流側の排気である。ここで、ＮＯｘ触媒１０で圧力損失が生じることに起因して、ＮＯｘ触媒１０の前後差圧が生じ、排気はＮＯｘ触媒１０の上流側が下流側よりも高圧となる。このＮＯｘ触媒１０の前後差圧を利用して、バイパス通路１４において、排気は、ＮＯｘ触媒１０より上流側から、ＮＯｘ触媒１０と補助触媒１１との間、すなわちＮＯｘ触媒１０より下流側に圧力差に従って滞ることなく流れる。よって、ＮＯｘ触媒１０と補助触媒１１との間の排気管７ｃに排気マニホールド７ｂの排気中の酸素を安定供給できる。したがって、安定供給される酸素によって補助触媒１１においてＮＯｘ触媒１０から流出する燃料を酸化し、大気中に排出される燃料を低減し、排気エミッションの悪化をより好適に抑制できる。

また、ＮＯｘ触媒１０と補助触媒１１との間の排気管７ｃに供給される排気は、内燃機関１で燃焼した気体であるので、比較的高温である。このため、当該排気が補助触媒１１に流れても、補助触媒１１の温度は低下しない。よって、補助触媒１１の温度を、燃料を酸化させる活性温度に保持し易くなり、補助触媒１１において燃料をより効率的に酸化でき、大気中に排出される燃料を低減し、排気エミッションの悪化をより好適に抑制できる。

さらに、ＮＯｘ触媒１０より上流における排気をＮＯｘ触媒１０と補助触媒１１との間の排気管７ｃに供給することにより、ＮＯｘ触媒１０に流れる排気の量を減少させる。このため、ＮＯｘ触媒１０に流入する排気の空燃比をリッチにするために、還元剤添加弁１２から供給する燃料の量が減少する。これにより、量が減少した燃料で酸化反応を行うため、酸化反応が小さくなる。そして、この酸化反応に伴う発熱量が減少し、ＮＯｘ触媒１０が過昇温手前の許容最大温度となるまでの燃料を連続して供給できる供給回数が増加する。この燃料の供給回数が増加することは、言い換えれば、燃料を連続して供給する時間が延びることである。よって、燃料を連続して供給し続け、ＮＯｘ触媒１０に流入する排気の空燃比をリッチに保持できる時間が延び、ＮＯｘ触媒１０に吸蔵されたＮＯｘあるいはＳＯｘをより効率的に放出及び還元して除去できる。

なお、上記実施例では、還元剤添加弁１２を、排気マニホールド７ｂに配置する構成であった。しかし、本発明は、これに限られず、排気管７ｃのタービンハウジング９より下流の部位に還元剤添加弁１２を配置してもよい。この場合には、還元剤添加弁１２から供給される燃料は、上流側、特に排気マニホールド７ｂまで回り込むことがないため、バイパス通路１４の排気に還元剤添加弁１２から供給される燃料が含まれてしまうことを防止できる。

また、上記実施例では、リッチスパイク制御によって、空燃比のスパイク的なリッチを実現するべくスパイク的に還元剤添加弁１２から排気中へ燃料を添加させる時に、同時にバイパス通路１４の排気流量制御弁１５を開弁し、排気マニホールド７ｂの排気を補助触媒１１に供給していた。しかし、これに限られず、ＮＯｘ触媒１０に流入するＮＯｘ触媒流入排気の空燃比が所定空燃比よりもリッチの時に、バイパス通路１４を介して、ＮＯｘ触媒流入排気よりも含まれる燃料量が少ない排気を、ＮＯｘ触媒１０と補助触媒１１との間に供給してもよい。ここで、所定空燃比は、理論空燃比や、内燃機関１の運転状態から事前に適合した燃料が白煙として大気中に排出されない程度の空燃比である。

＜実施例２＞
図３は、本発明の実施例２に係る排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。本実施例では、上記実施例で説明した事項については説明を省略し、特徴部分のみを説明する。

図３に示す内燃機関１は、ＮＯｘ触媒１０の直下流、すなわちＮＯｘ触媒１０の下流且つバイパス通路１４の出口１４ｂよりも上流の排気管７ｃに、ＮＯｘ触媒１０から流出する排気の温度を検出する第１排気温度センサ１７及びＮＯｘ触媒１０から流出する排気の空燃比を検出する第１排気空燃比センサ１８が配置されている。第１排気温度センサ１７及び第１排気空燃比センサ１８はＥＣＵ１６に電気配線で接続されており、ＥＣＵ１６がこれらの出力値を読み取ることができるようになっている。

また、バイパス通路１４の途中、すなわち排気流量制御弁１５の下流のバイパス通路１４に、バイパス通路１４を流通する排気の温度を検出する第２排気温度センサ１９及びバイパス通路１４を流通する排気の空燃比を検出する第２排気空燃比センサ２０が配置されている。第２排気温度センサ１９及び第２排気空燃比センサ２０はＥＣＵ１６に電気配線で接続されており、ＥＣＵ１６がこれらの出力値を読み取ることができるようになっている。

ところで、バイパス通路１４が分岐した排気管７ｃとバイパス通路１４とに同時に排気を流通させていると、それぞれの通路の流量によって、バイパス通路１４が合流した後の排気管７ｃを流通する排気（合流後排気という）の温度や合流後排気の空燃比が変動する。このため、合流後排気は、その状態によっては補助触媒１１で燃料を酸化するのに適さなくなる場合があった。

そこで、本実施例では、合流後排気の状態が、排気の温度及び排気の空燃比をパラメータとして定められる所定範囲に含まれるように、排気流量制御弁１５を用いてバイパス通路１４を流通する排気の流量を制御するようにした。

具体的には、第１排気温度センサ１７、第１排気空燃比センサ１８、第２排気温度センサ１９、及び第２排気空燃比センサ２０の各種センサの出力値、並びに総排気流量のうちバイパス通路１４に排気が流通する割合（バイパス分流比という）に基づいて、合流後排気の温度及び合流後排気の空燃比を算出する。この合流後排気の温度及び合流後排気の空燃比が所定範囲に含まれるか否か検証する。合流後排気の温度及び合流後排気の空燃比が所定範囲に含まれない場合には、バイパス分流比を変更し、最終的に合流後排気の温度及び合流後排気の空燃比が所定範囲に含まれるようにする。そして、この所定範囲に含まれる合流後排気の温度及び合流後排気の空燃比を算出する際のバイパス分流比に基づいて、排気流量制御弁１５を用いてバイパス通路１４を流通する排気の流量を制御する。

したがって、これによると、補助触媒１１においてＮＯｘ触媒１０から流出する燃料を酸化し、大気中に排出される燃料を低減し、排気エミッションを抑制できる。ここで、上記所定範囲は、排気の温度及び排気の空燃比をパラメータとして定められる範囲であって、補助触媒１１において燃料が良好に酸化できる範囲である。

ここで、本実施例の排気流量制御弁１５を用いてバイパス通路１４を流通する排気の流量を制御する時の制御ルーチンについて、図４に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、本ルーチンは、ＥＣＵ１６に予め記憶されており、周期的に実行されるルーチンである。

ステップＳ１０１では、まず、ＥＣＵ１６は、バイパス分流比を初期値に設定する。当該初期値は、事前に適合した０〜１間の値である。本実施例では、初期値は最も０側に設定される。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ１６は、合流後排気の温度及び合流後排気の空燃比を算出する。

詳しくは、エアフローメータが検出する吸入空気量などから求まる排気流量をｇａ、バイパス分流比をγ、第１排気温度センサ１７で検出する第１排気温度をＴ１、第２排気温度センサ１９で検出する第２排気温度をＴ２、算出する合流後排気の温度をＴ３とすると、
Ｔ３＝（ｇａ×（１−γ）×Ｔ１＋ｇａ×γ×Ｔ２）／ｇａ・・・（式１）
となる式１から合流後排気の温度を算出する。

また、第１排気空燃比センサ１８で検出する第１排気空燃比をＡ１、第２排気空燃比センサ２０で検出する第２排気空燃比をＡ２、ＮＯｘ触媒１０から流出する排気の燃料質量である第１燃料質量をＦ１、バイパス通路１４を流通する排気の燃料質量である第２燃料
質量をＦ２とすると、
Ａ１＝ｇａ×（１−γ）／Ｆ１、Ａ２＝ｇａ×γ／Ｆ２と表せる。

このため、合流後排気の空燃比をＡ３とすると、
Ａ３＝ｇａ／（Ｆ１＋Ｆ２）＝ｇａ／（ｇａ×（１−γ）／Ａ１＋ｇａ×γ／Ａ２）・・・（式２）
となる式２から合流後排気の空燃比を算出する。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１６は、ステップＳ１０２で算出した合流後排気の温度及び合流後排気の空燃比が所定範囲に含まれるか否かを検証する。具体的には、図５に示すマップの右上の所定範囲である燃料酸化良好範囲に含まれるかを検証する。なお、所定範囲は、排気の温度及び排気の空燃比をパラメータとして定められる範囲であって、補助触媒１１において燃料が良好に酸化できる範囲である。

ステップＳ１０３において、所定範囲に含まれない場合には、ステップＳ１０４へ進む。また、所定範囲に含まれる場合には、ステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ１６は、バイパス分流比を所定量αだけ増加させるよう変更し、ステップＳ１０２へ戻る。そして、合流後排気の温度及び合流後排気の空燃比が所定範囲に含まれるまで、バイパス分流比を変更するこのステップＳ１０４のループを繰り返す。

なお、本実施例では、ステップＳ１０４でのバイパス分流比の変更は増加させていく場合を説明するが、バイパス分流比の初期値を最も１側に設定し、所定量だけ減少させていくようにしてもよい。

ステップＳ１０５では、ＥＣＵ１６は、合流後排気の温度及び合流後排気の空燃比が所定範囲に含まれたときのバイパス分流比に基づいて流量制御弁の開度を調節する。

流量制御弁の開度は、例えば、予め求められたバイパス分流比と排気流量と流量制御弁の開度との３次元マップにバイパス分流比及び排気流量を代入して求まる。

以上説明した制御ルーチンによれば、流量制御弁の開度を調節して補助触媒で燃料を酸化させる状態に制御できる。

なお、本実施例では、合流後排気の温度及び合流後排気の空燃比を算出するものであった。しかし、合流後排気の温度及び合流後排気の空燃比を直接センサから読み取って、実際の流量制御弁の開度の状態を確認し、合流後排気の温度及び合流後排気の空燃比が所定範囲に含まれるように流量制御弁の開度を修正してもよい。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。

実施例１に係る排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。 実施例１に係るリッチスパイク制御と排気流量制御弁の制御タイミングを示す図である。 実施例２に係る排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。 実施例２に係る排気流量制御弁を用いてバイパス通路を流通する排気の流量を制御する時の制御ルーチンを示すフローチャートである。 排気の温度及び排気の空燃比をパラメータとし、補助触媒において燃料が良好に酸化できる範囲を示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
７ 排気通路
７ａ 排気ポート
７ｂ 排気マニホールド
７ｃ 排気管
９ タービンハウジング
１０ 吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
１１ 補助触媒
１２ 還元剤添加弁
１４ バイパス通路
１５ 排気流量制御弁
１６ ＥＣＵ
１７ 第１排気温度センサ
１８ 第１排気空燃比センサ
１９ 第２排気温度センサ
２０ 第２排気空燃比センサ

Claims (4)

1. 内燃機関の排気通路に配置された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より下流の前記排気通路に配置され酸化能を有する補助触媒と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側の排気中に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側の排気であって、前記還元剤供給手段によって還元剤が供給され前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘ触媒流入排気よりも含まれる還元剤量が少ない排気を、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記補助触媒との間の前記排気通路に供給するバイパス通路と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記バイパス通路は、内燃機関の気筒の排気ポートに接続された排気マニホールドの排気を、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記補助触媒との間の前記排気通路に供給することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記ＮＯｘ触媒流入排気の空燃比が所定空燃比よりもリッチのときに、前記バイパス通路を介して、前記ＮＯｘ触媒流入排気よりも含まれる還元剤量が少ない排気を、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記補助触媒との間の前記排気通路に供給す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. 前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と前記補助触媒との間且つ前記バイパス通路が合流した後の前記排気通路の排気の状態が、排気の温度及び排気の空燃比をパラメータとして定められる所定範囲に含まれるように、前記ＮＯｘ触媒流入排気又は前記バイパス通路を流通する排気の少なくとも一方の流量を制御す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。

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