JP2007332799A - 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、ＥＧＲ装置への還元剤の流入を抑制しつつ、排気中の有害物質をより低減させることができる技術を提供する。
【解決手段】内燃機関から排出される排気中へ還元剤を添加する還元剤添加手段と、還元剤により排気を浄化する排気浄化触媒と、内燃機関からの排気の一部を吸気通路に還流させるＥＧＲ装置と、を備え、還元剤添加手段により還元剤を添加するタイミングが、内燃機関の所定のクランクアングルのときである第１添加制御（Ｓ１０６、Ｓ１０７）と、還元剤添加手段により還元剤を添加するタイミングが、内燃機関のクランクアングルに関係なく決定される第２添加制御（Ｓ１０５、Ｓ１０７）と、を切り替える添加制御装置を更に備え、添加制御装置は、ＥＧＲ装置内の温度が所定温度以下の場合には第１添加制御により還元剤を添加し、所定温度よりも高い場合には第２添加制御により還元剤を添加する（Ｓ１０４）。
【選択図】図５

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯxを還元するときには、該吸蔵還元型ＮＯx
触媒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（短時間）にリッチとする、所謂リッチスパイク制御が実行される。このリッチスパイク制御は、例えば排気通路に取り付けられた還元剤添加弁から還元剤を添加させることにより実行される。

ところで、内燃機関にＥＧＲ装置が備えられている場合には、還元剤添加弁の取り付け位置と、排気通路へのＥＧＲ装置の接続位置と、の関係によっては、還元剤添加弁から添加された還元剤がＥＧＲ通路に流入することがある。

そして、ＥＧＲ通路に還元剤が流入すると、該ＥＧＲ通路を構成する部材（例えば、ＥＧＲ弁、ＥＧＲクーラ、ＥＧＲ通路の壁面）に還元剤が付着して、これらの機能低下を招くおそれがある。すなわち、ＥＧＲ通路の抵抗が大きくなったり、ＥＧＲクーラの冷却効率が低下したり、ＥＧＲ弁の動きが鈍くなったりするおそれがある。

これに対し、還元剤の添加時には、ＥＧＲガスの還流を停止させる技術が知られている。（例えば、特許文献１参照。）。この技術によれば、ＥＧＲガスの還流が停止されるので、ＥＧＲ通路への還元剤の流入が抑制される。
特開２００２−１０６３３２号公報

しかし、ＥＧＲガスの還流を停止させることにより、気筒内でＮＯxが発生するおそれ
がある。

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装置において、ＥＧＲ装置への還元剤の流入を抑制しつつ、排気中の有害物質をより低減させることができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本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。すなわち、本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関から排出される排気中へ還元剤を添加する還元剤添加手段と、
前記還元剤添加手段により還元剤が添加されることにより排気を浄化する排気浄化触媒と、
排気通路と吸気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部を吸気通路に還流させるＥＧＲ装置と、
を備え、
前記還元剤添加手段により還元剤を添加するタイミングが、前記内燃機関の所定のクランクアングルのときである第１添加制御と、
前記還元剤添加手段により還元剤を添加するタイミングが、前記内燃機関のクランクアングルに関係なく決定される第２添加制御と、
を切り替える添加制御装置を更に備え、
前記添加制御装置は、前記ＥＧＲ装置内の温度が所定温度以下の場合には前記第１添加
制御により還元剤を添加し、該所定温度よりも高い場合には前記第２添加制御により還元剤を添加することを特徴とする。

ここで、第１添加制御は、例えばクランクアングルが予め定められた値となったときに、還元剤を添加する。この第１添加制御は、還元剤を添加するタイミングが毎回同じクランクアングルのときとしてもよい。

第２添加制御は、例えば還元剤の添加量や排気浄化触媒内の空燃比に基づいて還元剤を添加するタイミングを決定する。すなわち、これらに基づいて還元剤を添加することにより、排気浄化触媒での還元効率がより高くなるタイミングで還元剤の添加を行うことができるので、還元効率を向上させることができる。さらに、還元剤が排気浄化触媒をすり抜けることも抑制できる。この第２添加制御では、還元剤を添加するタイミングが必ずしも毎回同じクランクアングルのときではない。

なお、「還元剤添加手段により還元剤を添加するタイミング」は、複数回の還元剤の添加により１つのまとまった雰囲気を形成させるときの、夫々の還元剤の添加のタイミングとしてもよい。つまり、複数回の還元剤の添加により１回のリッチスパイクが形成されるときに、夫々の還元剤が添加されるタイミングとしてもよい。

ところで、ＥＧＲ装置へ還元剤が流入したとしても、該ＥＧＲ装置内の温度が高ければ、ＥＧＲ装置内に付着した還元剤が蒸発しやすくなるため、該還元剤がＥＧＲ装置内に残留することが抑制される。したがって、このような状態では、還元剤がＥＧＲ装置に流入したとしても、ＥＧＲ装置を構成する部材の機能低下は抑制される。なお、ＥＧＲ装置内の温度とは、ＥＧＲ装置に備わる部材の温度を含み、還元剤の付着により機能低下が起こる部材の温度としてもよい。

このようにＥＧＲ装置内の温度が高い場合には、還元効率が高い時期に還元剤を添加することにより、高い還元効率を得るとともにＥＧＲ装置の機能低下を抑制することができる。すなわち、「所定温度」とは、ＥＧＲ装置内に還元剤が流入した場合に、該還元剤による機能低下のおそれがある温度の上限値、または、機能低下が許容範囲外となる温度の上限値とすることができる。

一方、ＥＧＲ装置内の温度が所定温度以下の場合には、還元剤の流入によりＥＧＲ装置の機能低下を招くおそれがある。これに対し、第１添加制御を行なうことで、還元剤を排気の流れに乗せることが可能となる。ここで、クランクアングルと排気弁の開弁時期とは相関するため、所定のクランクアングルにて還元剤を添加することにより、ＥＧＲ装置ではなく排気浄化触媒に向かう排気の流量が多いときに還元剤を添加することができる。これにより、ＥＧＲ装置への還元剤の流入を抑制することができるので、ＥＧＲ装置の機能低下を抑制することができる。また、ＥＧＲガスの還流を停止させる必要も無いのでＮＯxの発生を抑制できる。つまり、「所定のクランクアングル」は、第２添加制御のときよ
りも、ＥＧＲ装置内に流入する還元剤の量が少なくなるクランクアングルとしてもよい。

すなわち、本発明においては、前記第１添加制御は、前記第２添加制御よりも、前記ＥＧＲ装置に流入する還元剤量が少なくなる時期に還元剤を添加することができる。このようなクランクアングルのときに還元剤を添加することにより、ＥＧＲ装置内の温度が所定温度以下の場合であってもＥＧＲ装置の機能低下を抑制できる。

また、本発明においては、前記第２添加制御は、前記第１添加制御よりも、前記排気浄化触媒に流入する還元剤のなかで該排気浄化触媒にて反応する還元剤の割合が高くなる時期に還元剤を添加することができる。このような時期に還元剤を添加することにより、還
元効率を向上させることができる。また、ＥＧＲ装置へ還元剤が流入したとしても、該ＥＧＲ装置内の温度が所定温度よりも高いために還元剤が付着し難い。そのため、ＥＧＲ装置の機能低下が起こり難い。

また、上記課題を達成するために本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てもよい。すなわち、本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関から排出される排気中へ還元剤を添加する還元剤添加手段と、
前記還元剤添加手段により還元剤が添加されることにより排気を浄化する排気浄化触媒と、
排気通路と吸気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部を吸気通路に還流させるＥＧＲ装置と、
を備え、
前記還元剤添加手段により還元剤を添加するときには、第１添加制御または第２添加制御の何れか一方を行い、
前記第１添加制御は、前記第２添加制御よりも、前記還元剤添加手段により添加された還元剤が前記ＥＧＲ装置に流入する量が少なく且つ前記排気浄化触媒に流入する還元剤のなかで該排気浄化触媒にて反応する還元剤の割合が低い制御であり、
前記ＥＧＲ装置内の温度が所定温度以下の場合には前記第１添加制御により還元剤を添加し、該所定温度よりも高い場合には前記第２添加制御により還元剤を添加することを特徴としてもよい。

第１添加制御は、第２添加制御よりもＥＧＲ装置に流入する還元剤の量が少ないため、ＥＧＲ装置内の温度が低い場合であってもＥＧＲ装置の機能低下を招き難い。しかし、第１添加制御は、第２添加制御よりも前記排気浄化触媒に流入する還元剤のなかで該排気浄化触媒にて反応する還元剤の割合が低い。すなわち、無駄になる還元剤の量が多くなる。したがって、第１添加制御により還元剤を添加するのはＥＧＲ装置内の温度が所定温度以下のときだけとしておけば、還元剤の消費量を低減しつつＥＧＲ装置の機能低下を抑制することができる。

一方、ＥＧＲ装置内の温度が所定温度よりも高い場合には、該ＥＧＲ装置内に還元剤が流入しても機能低下を招き難いため、第２添加制御により還元剤を添加する。これにより、前記排気浄化触媒に流入する還元剤のなかで該排気浄化触媒にて反応する還元剤の割合を高くすることができるので、効率の良い還元が可能となる。

なお、「排気浄化触媒に流入する還元剤のなかで該排気浄化触媒にて反応する還元剤の割合」は、「ＮＯx還元効率」に置き換えてもよい。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、ＥＧＲ装置への還元剤の流入を抑制しつつ、排気中の有害物質をより低減させることができる。

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。

図１は、本実施の形態に係る排気浄化装置を適用する内燃機関１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、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。

内燃機関１は、各気筒２内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。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、内燃機関１のクランクシャフト１ａの回転トルクを駆動源として作動するポンプである。

次に、内燃機関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。そして、吸気枝管８は吸気管９に接続されている。

一方、内燃機関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と連通している。この排気枝管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。

前記排気管１４の途中には、吸蔵還元型ＮＯx触媒１５（以下、単にＮＯx触媒１５とする。）が設けられている。

ＮＯx触媒１５は、該ＮＯx触媒１５に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸蔵し、一方、該ＮＯx触媒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。なお、本実施例においては
ＮＯx触媒１５が、本発明における排気浄化触媒に相当する。

そして、内燃機関１には、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ＥＧＲ装置３０が備えられている。このＥＧＲ装置３０は、ＥＧＲ通路３１、ＥＧＲ弁３２、およびＥＧＲクーラ３３を備えて構成されている。

ＥＧＲ通路３１は、１番気筒に付近の排気枝管１３と、吸気枝管８と、を接続している。このＥＧＲ通路３１を通って、排気が再循環される。そして、本実施例では、ＥＧＲ通路３１を通って再循環される排気をＥＧＲガスと称している。

また、ＥＧＲ弁３２は、ＥＧＲ通路３１の通路断面積を調整することにより、該ＥＧＲ通路３１を流れるＥＧＲガスの量を調整する。さらに、ＥＧＲクーラ３３は、該ＥＧＲクーラ３３を通過するＥＧＲガスと、内燃機関１の冷却水とで熱交換をして、該ＥＧＲガスの温度を低下させる。また、ＥＧＲ弁３２には内燃機関１の冷却水が循環しており、該冷却水によりＥＧＲ弁３２が冷却されている。

さらに、４番気筒の排気ポート１ｂには、排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤添加弁１９が備えられている。この還元剤添加弁は、還元剤供給路２０を介して燃料ポンプ６に接続されている。そして還元剤添加弁１９は、後述するＥＣＵ２１からの信号により開弁して排気中へ燃料を噴射する。

すなわち、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を介して還元剤添加弁１９へ供給され、ＥＣＵ２１からの信号により該還元剤添加弁１９が開弁すると排気ポート１ｂ内へ還元剤としての燃料が噴射される。このように還元剤添加弁１９から排気ポート１ｂ内へ噴射された燃料は、排気の酸素濃度を低下させると共にＮＯx触媒１５
に到達し、該ＮＯx触媒１５に吸蔵されていたＮＯxを還元する。そして、ＮＯx還元時に
は、ＮＯx触媒１５に流入する排気の空燃比を比較的に短い周期でスパイク的（短時間）
にリッチとする、所謂リッチスパイク制御を実行する。なお、本実施例においては還元剤添加弁１９が、本発明における還元剤添加手段に相当する。

また、内燃機関１には、クランクシャフト１ａの回転角度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。さらに、内燃機関１には、該内燃機関１の冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ２４が取り付けられている。そして、ＮＯx触媒１５よりも上流の排気管１４には、該排気管１４内の排気の温度を検出する排気
温度センサ１６が取り付けられている。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２１が併設されている。このＥＣＵ２１
は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御するユニットである。

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。このアクセル開度センサ２３の出力信号に基づいて機関負荷を検出することができる。

一方、ＥＣＵ２１には、燃料噴射弁３、還元剤添加弁１９、ＥＧＲ弁３２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。

ここで、図２は、還元剤添加弁１９に送られるＥＣＵ２１の指令信号の波形と、その波形に対応する空燃比の変化とを同一時間軸上に示すタイムチャートである。図２（Ａ）はＥＣＵ２１の指令信号の推移を示したタイムチャートであり、図２（Ｂ）は空燃比の推移を示したタイムチャートである。

還元剤添加弁１９は、同図２（Ａ）に示す指令信号がオン（「ＯＮ」）の状態となっているときに開弁し、還元剤を添加する。そして、還元剤添加が行われることにより、ＮＯx触媒１５に流入する排気の空燃比が低くなる（リッチスパイクが形成される）ようにな
る。ここで、添加期間（図２（Ａ）参照。）を長くするほど、また添加インターバル（図２（Ａ）参照。）を短くするほど、空燃比の変化量（図２（Ｂ）参照。）は大きくなる。また、総添加期間（図２（Ａ）参照。）を長くするほどリッチスパイクの形成期間（図２（Ｂ）参照。）も長くなる。一方、還元剤添加の休止期間（図２（Ａ）参照。）の長さは、連続的に形成されるリッチスパイクの間においてリーン雰囲気が継続する期間（図２（Ｂ）参照。）の長さに対応する。なお、添加期間とその後の添加インターバルとを合わせた期間、すなわち添加期間の開始から次の添加期間の開始までの期間を添加間隔としている。

そして、複数回の還元剤添加を行ったとしても、還元剤が添加されてからＮＯx触媒１
５に到達するまでに排気中を還元剤が拡散するので、添加インターバル中に還元剤添加弁１９の近くを通過した排気もリッチにされる。このようにして、総添加期間中に複数回添加された還元剤によりリッチスパイクが１回形成される。

このように、添加期間、添加インターバル、および添加間隔は、空燃比の変化量に影響を及ぼす。そして、空燃比の変化量は、ＮＯx触媒１５におけるＮＯx還元効率に影響を及ぼす。すなわち、還元剤の添加量が足りないために、ＮＯxの還元が最も効率的に行われ
る空燃比まで空燃比を下げることができなければＮＯxの還元が不十分となる。また、空
燃比を下げすぎるとＮＯx触媒１５にＨＣ被毒が発生したりＨＣがＮＯx触媒１５をすり抜けたりするおそれがある。すなわち、複数回の還元剤添加より１回のリッチスパイクを形
成させる場合には、添加期間等を適正な値にすることにより、ＮＯx還元効率を向上させ
ることができる。なお、本実施例では、１回のリッチスパイクあたり４回の還元剤添加を行った場合について説明する。

ここで、本実施例では、還元剤添加弁１９が４番気筒の排気ポート１ｂに取り付けられ、且つＥＧＲ通路３１が１番気筒付近の排気枝管１３に接続されている。そして、排気枝管１３が排気管１４に接続される箇所、すなわちＮＯx触媒１５へ向かう排気の出口は、
４番気筒付近に設けられている。このように、還元剤の添加位置とＥＧＲガスの取り入れ口とが十分に離され、且つ還元剤の添加位置のほうがＥＧＲガスの取り入れ口よりも排気管１４に近い。そのため、還元剤添加弁１９から排気中に添加された還元剤がＥＧＲ通路３１に流入することを抑制できる。

しかし、還元剤添加弁１９から添加された還元剤が排気枝管１３内を拡散し、さらにＥＧＲ通路３１へ流入する排気の流れに乗ると、この還元剤がＥＧＲ通路３１に流入することがある。

ここで、図３は、還元剤の添加タイミングとＥＧＲ通路３１中のＨＣ濃度のピークの増加量との関係を示した図である。

１番気筒から４番気筒までを＃１から＃４の記号で表している。また「吸気」は吸気行程を、「圧縮」は圧縮行程を、「膨張」は膨張行程を、「排気」は排気行程を夫々示している。そして、矢印で示した期間において還元剤が添加されている。すなわち、この矢印で示した期間が図２における添加期間に相当する。そして、この矢印の縦軸における位置がＥＧＲ通路３１中のＨＣ濃度のピークの増加量を示している。例えば図３の（１）で示した期間、すなわち４番気筒の排気行程開始から４番気筒の吸気行程完了までの期間において還元剤を添加すると、ＥＧＲ通路３１中のＨＣ濃度のピークは６６．７ｐｐｍ増加する。同様に、図３中の（２）で示した期間では６９ｐｐｍ、（３）で示した期間では１２０ｐｐｍ、（４）で示した期間では１４５ｐｐｍ、（５）で示した期間では２４５ｐｐｍ増加する。

このように、４番気筒の排気行程開始に合わせて還元剤を添加することによりＨＣ濃度のピークの増加量を小さくすることができるので、ＥＧＲ通路３１中のＨＣ濃度を低くすることができる。

すなわち、４番気筒から燃焼ガスが排出される時期に合わせて還元剤添加弁１９から還元剤を添加することにより、該還元剤を該４番気筒からの排気の流れに乗せることができる。この流れに乗った還元剤は、速やかに排気管１４に流入するため、ＥＧＲ通路３１への還元剤の流入が抑制される。このように４番気筒の排気行程に合わせて還元剤を添加するということは、該４番気筒の排気行程と一致するクランクアングルに合わせて還元剤を添加するということである。本実施例では、このようなタイミングで還元剤添加弁１９から還元剤を添加することを、角度同期の還元剤添加という。

しかし、ＮＯx触媒１５では、還元効率を高めることも必要となる。すなわち、還元剤
添加量が比較的少ない場合には、還元剤添加量に対して添加インターバルが長くなるため、ＮＯx触媒１５において酸素過剰となるおそれがある。また、還元剤添加量が比較的多
い場合には、還元剤添加量に対して添加インターバルが短くなるため、ＮＯx触媒１５に
おいてＨＣ過剰となるおそれがある。そして、ＮＯx触媒１５にＨＣが過剰に供給される
と、ＨＣ被毒を生じたり、該ＮＯx触媒をＨＣがすり抜けたりする。そのため、何れの場
合であっても、還元効率が向上しないおそれがある。そして、還元効率が低いと、より多くの還元剤を添加する必要があるため、燃費が悪化してしまう。

ここで、ＮＯxの還元効率を高めるためには、ＮＯx還元時におけるＮＯx触媒１５の雰
囲気を所定の空燃比とする必要がある。しかし、前記した角度同期の還元剤添加では、必ずしもこの所定空燃比になるとは限らない。すなわち、角度同期の還元剤添加では、還元剤の添加を開始するタイミングと終了するタイミングとがクランクアングルにより決まってしまうので、これにより添加可能な還元剤量が決まってしまう。したがって、角度同期の還元剤添加では、還元効率の向上と、ＮＯx触媒１５における還元剤のすり抜け低減と
、を両立させるのは困難である。

これに対し、還元剤の添加タイミングをクランクアングルに関係なく決定することにより、ＮＯxの還元効率を向上させ得る。すなわち、ＮＯx触媒１５の雰囲気が所定の空燃比となるように、還元剤の添加タイミングを決定することにより、ＮＯxの還元効率を向上
させることができる。これは、ＮＯx触媒１５に流入する還元剤のなかで該ＮＯx触媒１５にて反応する還元剤の割合が高くなる時期に還元剤を添加することになる。すなわち、添加期間が長くなるほど添加インターバルを長くしている。これは、１回当たりの添加量が多くなるほど、次回の添加までの期間が長くなるもいえる。これにより、酸素および還元剤の供給を適切に行うことができるので、還元効率を向上させることができる。本実施例では、このようなタイミングで還元剤添加弁１９から還元剤を添加することを、時間同期の還元剤添加という。

しかし、時間同期の還元剤添加では、前記したように還元剤がＥＧＲ通路３１に流入するおそれがある。

そのため、本実施例では、還元剤がＥＧＲ通路３１に流入してもＥＧＲ装置３０の機能低下を招くおそれがない場合には時間同期の還元剤添加を行い、一方、還元剤がＥＧＲ通路３１に流入することによりＥＧＲ装置３０の機能低下を招くおそれのある場合には角度同期の還元剤添加を行なう。

ここで、ＥＧＲ装置３０の機能低下を招くおそれがない場合とは、例えばＥＧＲ装置３０を構成する部材に還元剤が付着しても直ぐに蒸発するほど該ＥＧＲ装置を構成する部材の温度が高い場合である。また、例えばＥＧＲ装置３０を構成する部材にて凝縮水が発生しても直ぐに蒸発する温度である。例えばＥＧＲガスの温度が２００℃よりも高い場合、ＥＧＲクーラ３３の温度が１００℃よりも高い場合、およびＥＧＲ弁３２の温度が２００℃よりも高い場合等である。

このように、ＥＧＲ装置３０の機能低下を招くおそれがない場合には、時間同期の還元剤添加を行うことにより、ＮＯxの還元効率を向上させることができる。また、ＥＧＲ装
置３０の機能低下を招くおそれがある場合には、角度同期の還元剤添加を行なうことにより、ＥＧＲ通路３１への還元剤の流入を抑制することができる。この場合には、ＮＯxの
還元効率低下またはＮＯx触媒１５における還元剤のすり抜け等が起こるおそれがあるが
、ＥＧＲ通路３１の機能低下を抑制することができるので、長期的に見れば排気中の有害物質の量は低減することができる。

図４は、角度同期の還元剤添加における添加タイミングおよび時間同期の還元剤添加における添加タイミングを４番気筒（＃４）の行程と対比して夫々示した図である。（Ａ）は角度同期の還元剤添加の場合のＥＣＵ２１からの還元剤添加弁１９への指令信号を示し、（Ｂ）は時間同期の還元剤添加の場合のＥＣＵ２１からの還元剤添加弁１９への指令信号を示している。また、「吸」は吸気行程を、「圧」は圧縮行程を、「膨」は膨張行程を、「排」は排気行程を夫々示している。そして、「ＯＮ」のときに還元剤添加弁１９が開弁され、「ＯＦＦ」のときに還元剤添加弁１９が閉弁される。

角度同期の還元剤添加では、４番気筒の排気行程開始から還元剤の添加が開始され、４番気筒の圧縮行程途中で還元剤の添加が終了される。この期間が図２における添加期間に相当する。一方、時間同期の還元剤添加では、還元剤の添加量に応じて添加間隔が設定される。そのため、クランクアングルとは関係なく還元剤の添加が行われるので、４番気筒の行程にも関係なく還元剤の添加が行われる。

次に本実施例における還元剤添加制御のフローについて説明する。図５は、本実施例における還元剤添加制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、還元剤を添加する必要が生じたとき（例えば、ＮＯx触媒１５のＮＯx吸蔵量が閾値を超えたとき）に行なわれる。

ステップＳ１０１では、ＥＧＲガス温度が推定される。ＥＧＲガス温度は、排気温度センサ１６により得られる排気の温度と、ＥＧＲクーラ３３の冷却効率とから求められる。すなわち、排気の温度がＥＧＲクーラ３３でどの程度低下されるかを求めることにより、ＥＧＲガス温度を推定する。ＥＧＲクーラ３３の冷却効率は、例えば内燃機関１の冷却水温度と相関するため、これらの関係を予め実験等により求めてマップ化しておき、該マップに冷却水温度を代入することによりＥＧＲクーラ３３の冷却効率を求めることができる。

ステップＳ１０２では、ＥＧＲクーラ３３の温度（以下、ＥＧＲクーラ温度という。）が推定される。ＥＧＲクーラ温度は、内燃機関１の冷却水温度と、ＥＧＲガス温度と、ＥＧＲガス流量と、に応じて変化する。そして、ＥＧＲクーラ温度と、内燃機関１の冷却水温度と、ＥＧＲガス温度と、ＥＧＲガス流量との関係は予め実験等により求めてマップ化されている。このマップに、冷却水温度、ＥＧＲガス温度、およびＥＧＲガス流量を代入することによりＥＧＲクーラ温度を求めることができる。

なお、ＥＧＲガス流量は、ＥＧＲ弁３２の開度、機関回転数、および機関負荷に基づいて求めることができる。これらの関係は予め実験等によりマップ化されている。そして、このマップにＥＧＲ弁３２の開度、機関回転数、および機関負荷を代入してＥＧＲガス流量を得ることができる。

ステップＳ１０３では、ＥＧＲ弁３２の温度（以下、ＥＧＲ弁温度という。）が推定される。ＥＧＲ弁温度は、ＥＧＲガス温度および内燃機関１の冷却水温度に基づいて推定される。ＥＧＲ弁温度と、ＥＧＲガス温度と、冷却水温度との関係は予め実験等により求めてマップ化されている。そして、このマップにＥＧＲガス温度および冷却水温度を代入してＥＧＲ弁温度を得ることができる。

なお、ＥＧＲガス温度、ＥＧＲクーラ温度、およびＥＧＲ弁温度は、夫々温度センサにより直接検出してもよい。

ステップＳ１０４では、時間同期の還元剤添加を行う条件が成立しているか否か判定される。実際には、ＥＧＲガス温度が例えば２００℃よりも高く、ＥＧＲクーラ温度が例えば１００℃よりも高く、且つＥＧＲ弁温度が例えば２００℃よりも高いという条件を全て満たしたときに、時間同期の還元剤添加を行う条件が成立していると判定される。なお、本実施例においてはステップＳ１０４の処理を実行するＥＣＵ２１が、本発明における添加制御装置に相当する。

ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。

ステップＳ１０５では、時間同期の還元剤添加が選択され、ＮＯx触媒１５の雰囲気が
所定の空燃比となるように添加時期が設定される。

ステップＳ１０６では、角度同期の還元剤添加が選択され、４番気筒の排気行程に還元剤添加弁１９から還元剤が添加されるように添加時期が設定される。

ステップＳ１０７では、設定された時期に還元剤添加弁１９から還元剤が添加される。なお、本実施例においてはステップＳ１０５およびステップＳ１０７の処理が、本発明における第２添加制御に相当する。また、本実施例においてはステップＳ１０６およびステップＳ１０７の処理が、本発明における第１添加制御に相当する。

このようにして、還元剤によりＥＧＲ装置３０の機能低下を招くおそれのある場合には、角度同期の還元剤添加を行うことにより、ＥＧＲ装置３０の機能低下を抑制しつつ還元剤の添加を行うことができる。また、還元剤によりＥＧＲ装置３０の機能低下を招くおそれがない場合には、時間同期の還元剤添加を行うことにより、ＮＯx還元効率を高くする
ことができる。

なお、本実施例においては、還元剤添加弁１９が４番気筒の排気ポート１ｂに取り付けられているが他の場所に取り付けられていてもよい。また、ＥＧＲ通路３１が１番気筒の付近の排気枝管１３に接続されているが、他の場所に接続されていてもよい。これらの場合、時間同期の還元剤添加の添加タイミングおよび角度同期の還元剤添加の添加タイミングも変更する。

実施の形態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。 還元剤添加弁に送られるＥＣＵの指令信号の波形と、その波形に対応する空燃比の変化とを同一時間軸上に示すタイムチャートである。図２（Ａ）はＥＣＵの指令信号の推移を示したタイムチャートであり、図２（Ｂ）は空燃比の推移を示したタイムチャートである。 還元剤の添加タイミングとＥＧＲ通路中のＨＣ濃度のピークの増加量との関係を示した図である。 角度同期の還元剤添加における添加タイミングおよび時間同期の還元剤添加における添加タイミングを４番気筒（＃４）の行程と対比して夫々示した図である。 実施例における還元剤添加制御のフローを示したフローチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
１ａ クランクシャフト
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
８ 吸気枝管
９ 吸気管
１３ 排気枝管
１４ 排気管
１５ 吸蔵還元型ＮＯx触媒
１６ 排気温度センサ
１９ 還元剤添加弁
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
２４ 冷却水温度センサ
３０ ＥＧＲ装置
３１ ＥＧＲ通路
３２ ＥＧＲ弁
３３ ＥＧＲクーラ

Claims (4)

1. 内燃機関から排出される排気中へ還元剤を添加する還元剤添加手段と、
   前記還元剤添加手段により還元剤が添加されることにより排気を浄化する排気浄化触媒と、
   排気通路と吸気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部を吸気通路に還流させるＥＧＲ装置と、
   を備え、
   前記還元剤添加手段により還元剤を添加するタイミングが、前記内燃機関の所定のクランクアングルのときである第１添加制御と、
   前記還元剤添加手段により還元剤を添加するタイミングが、前記内燃機関のクランクアングルに関係なく決定される第２添加制御と、
   を切り替える添加制御装置を更に備え、
   前記添加制御装置は、前記ＥＧＲ装置内の温度が所定温度以下の場合には前記第１添加制御により還元剤を添加し、該所定温度よりも高い場合には前記第２添加制御により還元剤を添加することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記第１添加制御は、前記第２添加制御よりも、前記ＥＧＲ装置に流入する還元剤量が少なくなる時期に還元剤を添加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. 前記第２添加制御は、前記第１添加制御よりも、前記排気浄化触媒に流入する還元剤のなかで該排気浄化触媒にて反応する還元剤の割合が高くなる時期に還元剤を添加することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 内燃機関から排出される排気中へ還元剤を添加する還元剤添加手段と、
   前記還元剤添加手段により還元剤が添加されることにより排気を浄化する排気浄化触媒と、
   排気通路と吸気通路とを接続し内燃機関からの排気の一部を吸気通路に還流させるＥＧＲ装置と、
   を備え、
   前記還元剤添加手段により還元剤を添加するときには、第１添加制御または第２添加制御の何れか一方を行い、
   前記第１添加制御は、前記第２添加制御よりも、前記還元剤添加手段により添加された還元剤が前記ＥＧＲ装置に流入する量が少なく且つ前記排気浄化触媒に流入する還元剤のなかで該排気浄化触媒にて反応する還元剤の割合が低い制御であり、
   前記ＥＧＲ装置内の温度が所定温度以下の場合には前記第１添加制御により還元剤を添加し、該所定温度よりも高い場合には前記第２添加制御により還元剤を添加することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

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