JP2008303836A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

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Abstract

【課題】前段触媒よりも上流側の排気通路において排気中に添加された還元剤の少なくとも一部が液体の状態で前段触媒に到達する位置に還元剤添加弁が設置されている場合において、前段触媒よりも下流側の排気通路に設けられた排気浄化装置により好適な状態で還元剤を供給することを目的とする。
【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられ触媒を含んで構成される排気浄化装置と、該排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられた酸化機能を有する前段触媒と、を備え、該前段触媒よりも上流側の排気通路において排気中に添加された還元剤の少なくとも一部が液体の状態で前段触媒に到達する位置に還元剤添加弁が設置されており、該還元剤添加弁によって還元剤の添加が行われるときに(Ｓ１０７)、前段触媒に到達し前段触媒において気化した還元剤の少なくとも一部が逆流するように前段触媒に流入する排気の流量を減少させる（Ｓ１０６）。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ触媒を含んで構成される排気浄化装置と、該排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられた酸化機能を有する前段触媒と、を備えた内燃機関の排気浄化システムに関する。
内燃機関の排気通路に触媒を含んで構成される排気浄化装置が設けられている場合において、排気浄化装置よりも上流側の排気通路に酸化機能を有する前段触媒をさらに設ける場合がある。この場合、排気浄化装置としては、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒と称する）や触媒を担持したパティキュレートフィルタ（以下、フィルタと称する）、および、これらを組み合わせたもの等を例示することが出来る。
また、排気中に還元剤を添加する還元剤添加弁が前段触媒よりも上流側の排気通路にさらに設けられている場合、排気浄化装置の機能を回復させるべく該排気浄化装置を昇温させたり該排気浄化装置の周囲雰囲気の空燃比を低下させたりするときに、還元剤添加弁によって排気中に還元剤を添加し、それによって前段触媒および排気浄化装置に還元剤を供給する。
特許文献１には、排気通路におけるＮＯｘ触媒よりも上流側に、供給される燃料を改質する改質触媒を設ける技術が記載されている。そして、この特許文献１には、改質触媒を排気通路の中央部に配置し、該改質触媒の外周に排気が流れる迂回路を形成させる技術が開示されている。
特開２００５−１２７２５７号公報
還元剤添加弁が、排気中に添加された還元剤の少なくとも一部が液体の状態で前段触媒に到達する位置に設置されている場合、前段触媒に液体の状態で到達した還元剤が該前段触媒において気化する。そして、気化した還元剤のうち一部は前段触媒において酸化されるが、酸化されなかった還元剤は排気浄化装置に供給される。
本発明は、前段触媒よりも上流側の排気通路において排気中に添加された還元剤の少なくとも一部が液体の状態で前段触媒に到達する位置に還元剤添加弁が設置されている場合において、前段触媒よりも下流側の排気通路に設けられた排気浄化装置により好適な状態で還元剤を供給することが可能な技術を提供することを目的とする。
本発明は、還元剤添加弁によって還元剤の添加が行われるときに、前段触媒に到達し該前段触媒において気化した還元剤の少なくとも一部が逆流するように前段触媒に流入する排気の流量を減少させるものである。
より詳しくは、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、
内燃機関の排気通路に設けられ触媒を含んで構成される排気浄化装置と、
該排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられた酸化機能を有する前段触媒と、
該前段触媒よりも上流側の排気通路に設けられ前記前段触媒および前記排気浄化装置に還元剤を供給するときに排気中に還元剤を添加する還元剤添加弁と、
前記前段触媒に流入する排気の流量を制御する排気流量制御手段と、を備え、
前記還元剤添加弁が、排気中に添加された還元剤の少なくとも一部が液体の状態で前記前段触媒に到達する位置に設置されており、
前記還元剤添加弁によって還元剤の添加が行われるときに、前記前段触媒に到達し前記前段触媒において気化した還元剤の少なくとも一部が逆流するように前記排気流量制御手段が前記前段触媒に流入する排気の流量を減少させることを特徴とする。
液体の状態で前段触媒に到達した還元剤は前段触媒において気化するとその体積が膨張する。この膨張により排気の流れる方向とは逆方向の還元剤の流れが生じる。そのため、還元剤添加弁によって還元剤の添加が行われるときに前段触媒に流入する排気の流量を減少させることで、気化した還元剤の一部を逆流させることが出来る。
前段触媒にまで到達した還元剤が一旦逆流すると、逆流が生じない場合に比べて該還元剤が排気浄化装置に到達するまでの時間が長くなる。そのため、還元剤が排気浄化装置に到達するまでの間に該還元剤と排気とがより混合され易くなる。また、排気浄化装置に還元剤が供給されている期間をより長くすることが出来る。従って、本発明によれば、排気浄化装置に還元剤をより好適な状態で供給することが出来る。
本発明においては、還元剤添加弁によって還元剤の添加が行われるときに、排気流量制御手段が、前段触媒に到達した還元剤が該前段触媒において気化して膨張するときの膨張速度よりも前段触媒に流入する排気の流量が小さくなるように排気の流量を制御してもよい。
これにより、前段触媒において気化した還元剤の少なくとも一部を逆流させることが出来る。
本発明においては、排気浄化装置を昇温させるときに還元剤添加弁によって排気中に還元剤を添加してもよい。
還元剤添加弁から添加された還元剤は前段触媒および排気浄化装置に含まれる触媒において酸化される。本発明においては、前段触媒において酸化されなかった還元剤が排気とより混合された状態で且つより長い期間に渡って排気浄化装置に供給される。そのため、排気浄化装置に含まれる触媒における還元剤の酸化をより促進させることが出来る。従って、排気浄化装置の昇温性を向上させることが出来る。
本発明において、排気浄化装置がＮＯｘ触媒を含んで構成されている場合、該ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘまたはＳＯｘを放出および還元させるときに還元剤添加弁によって排気中に還元剤を添加してもよい。
この場合、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比をより長い期間に渡って低下させることが出来る。従って、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘまたはＳＯｘの放出および還元をより促進させることが出来る。
本発明においては、燃料添加弁よりも上流側の排気通路に一端が接続され排気浄化装置よりも下流側の排気通路に他端が接続されたバイパス通路と、該バイパス通路を流れる排気の流量を制御するバイパス制御弁と、をさらに備えてもよい。
上記のようなバイパス通路およびバイパス制御弁を備えている場合、排気流量制御手段は、バイパス制御弁によってバイパス通路を流れる排気の流量を増加させることで前段触媒に流入する排気の流量を減少させてもよい。
還元剤添加弁から還元剤が添加されるときに、バイパス通路を流れる排気の流量を増加させることで前段触媒に流入する排気の流量を減少させた場合、長期間に渡ってバイパス通路を流れる排気の流量を増加させると前段触媒において気化され逆流した還元剤がバイパス通路の一端から該バイパス通路に流入する虞がある。
そこで、バイパス制御弁によってバイパス通路を流れる排気の流量を増加させる場合は、還元剤添加弁から還元剤が添加されるときにバイパス通路を流れる排気の流量を一時的に増加させると共に、その直後はバイパス制御弁によってバイパス通路を流れる排気の流量を略零に制御してもよい。これによれば、還元剤添加弁から還元剤が添加されるときに前段触媒に流入する排気の流量を減少させることが出来ると共に、逆流した還元剤のバイパス通路への流入を抑制することが出来る。
また、上記のようなバイパス通路およびバイパス制御弁を備えている場合、排気流量制御手段によって前段触媒に流入する排気の流量を減少させるときは、前段触媒において気化して逆流した還元剤が排気通路におけるバイパス通路の一端との接続部分にまで到達しない程度に前段触媒に流入する排気の流量を制御してもよい。これによっても、逆流した還元剤のバイパス通路への流入を抑制することが出来る。
また、本発明においては、上記のようなバイパス通路およびバイパス制御弁を備えている場合であっても、排気流量制御手段は、バイパル通路を流れる排気の流量を増加させる以外の方法で前段触媒に流入する排気の流量を減少させてもよい。
この場合、排気流量制御手段が前段触媒に流入する排気の流量を減少させるときは、バイパス制御弁によってバイパス通路を流れる排気の流量を略零に制御してもよい。これによれば、逆流した還元剤のバイパス通路への流入を抑制することが出来る。
本発明においては、前段触媒が、その外周面と排気通路の内周面との間を排気が流れるように形成されてもよい。この場合、排気浄化装置に流入する全ての排気が前段触媒を通過する場合に比べて前段触媒に流入する排気が元々少ない。そのため、還元剤が前段触媒に到達し気化することで膨張したときに該還元剤の逆流が生じ易い。また、この場合、前段触媒において気化し逆流した還元剤の一部は前段触媒の外周面と排気通路の内周面との間を通って排気浄化装置に供給される。
本発明によれば、前段触媒よりも上流側の排気通路において排気中に添加された還元剤の少なくとも一部が液体の状態で前段触媒に到達する位置に還元剤添加弁が設置されている場合において、前段触媒よりも下流側の排気通路に設けられた排気浄化装置により好適な状態で還元剤を供給することが出来る。
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形態について図面に基づいて説明する。
＜内燃機関の吸排気系の概略構成＞
ここでは、本発明を車両駆動用のディーゼルエンジンに適用した場合を例に挙げて説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す図である。
内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。内燃機関１には、吸気通路３および排気通路２が接続されている。吸気通路３にはスロットル弁７およびエアフローメータ８が設けられている。
排気通路２には、排気中の粒子状物質（Particulate Matter：以下、ＰＭと称する）を捕集するフィルタ５が設けられている。該フィルタ５にはＮＯｘ触媒９が担持されている。本実施例においては、このフィルタ５およびＮＯｘ触媒９が本発明に係る排気浄化装置に相当する。
排気通路２におけるフィルタ５より上流側には酸化触媒４が設けられている。本実施例においては、この酸化触媒４が本発明に係る前段触媒に相当する。酸化触媒４は、酸化機能を有する触媒であればよく、例えば、三元触媒やＮＯｘ触媒であってもよい。
酸化触媒４より上流側の排気通路２には還元剤として燃料を噴射して該燃料を排気中に添加する燃料添加弁６が設けられている。該燃料添加弁６は、燃料が噴射される燃料噴射孔が酸化触媒４の上流側端面と対向するように酸化触媒４に近接して配置されている。燃料添加弁６の燃料噴射孔からは燃料が円錐状に噴射される（図１においては、斜線部が燃料の噴霧を表している）。噴射された燃料の少なくとも一部は液体の状態で酸化触媒４に到達する。本実施例においては、燃料添加弁６が本発明に係る還元剤添加弁に相当する。
本実施例においては、排気の一部をＥＧＲガスとして内燃機関１に導入するためにＥＧＲ通路１５が設けられている。ＥＧＲ通路１５は、一端が燃料添加弁６よりも上流側の排気通路２に接続されており他端がスロットル弁７よりも下流側の吸気通路３に接続されている。ＥＧＲ通路１５には、ＥＧＲガスの流量を制御するためのＥＧＲ弁１６が設けられている。
さらに、本実施例においては、酸化触媒４およびフィルタ５をバイパスして排気が流れるバイパス通路１７が設けられている。バイパス通路１７は、一端が燃料添加弁６よりも上流側の排気通路２に接続されており他端がフィルタ５よりも下流側の排気通路２に接続されている。バイパス通路１７には、該バイパス通路１７を流れる排気の流量を制御するためのバイパス制御弁１８が設けられている。
排気通路２における酸化触媒４とフィルタ５との間には排気の空燃比を検出する空燃比センサ１３が設けられている。また、排気通路２におけるフィルタ５より下流側には排気の温度を検出する温度センサ１４が設けられている。
以上述べたように構成された内燃機関１には、この内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ）１０が併設されている。ＥＣＵ１０には、エアフローメータ８、空燃比センサ１３、温度センサ１４、クランクポジションセンサ１１およびアクセル開度センサ１２が電気的に接続されている。これらの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。
クランクポジションセンサ１１は、内燃機関１のクランク角を検出するセンサである。アクセル開度センサ１２は、内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出するセンサである。ＥＣＵ１０は、クランクポジションセンサ１１の出力値に基づいて内燃機関１の機関回転数を算出し、アクセル開度センサ１２の出力値に基づいて内燃機関１の機関負荷を算出する。また、ＥＣＵ１０は、空燃比センサ１３の出力値に基づいてフィルタ５の周囲雰囲気（即ち、ＮＯｘ触媒９の周囲雰囲気）の空燃比を推定し、温度センサ１４の出力値に基づいてフィルタ５の温度（即ち、ＮＯｘ触媒９の温度）を推定する。
また、ＥＣＵ１０には、スロットル弁７、燃料添加弁６、ＥＧＲ弁１６、バイパス制御弁１８および内燃機関１の燃料噴射弁が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０によってこれらが制御される。
＜フィルタ再生制御＞
本実施例では、フィルタ５に捕集されたＰＭを除去すべくフィルタ再生制御が行われる。本実施例に係るフィルタ再生制御は、燃料添加弁６から燃料を添加し、それによって酸化触媒４およびフィルタ５に燃料を供給することで実現される。酸化触媒４に供給された燃料が該酸化触媒４において酸化されるとその酸化熱によってフィルタ５に流入する排気が昇温される。その結果、フィルタ５が昇温される。また、酸化触媒４において酸化されず該酸化触媒４を通過した燃料がフィルタ５に供給される。フィルタ５に供給された燃料がＮＯｘ触媒９において酸化されるとその酸化熱によってフィルタ５がさらに昇温される。燃料添加弁６から添加する燃料の量を制御することでフィルタ５の温度をＰＭの酸化が可能な温度まで昇温させることが出来、それによってフィルタ５に捕集されたＰＭを酸化させ除去することが出来る。
そして、本実施例では、フィルタ再生制御を実行する際に、酸化触媒４に流入する排気の流量を減少させる排気流量減少制御を実行する。上述したように、本実施例においては、燃料添加弁６から添加された燃料の少なくとも一部が液体の状態で酸化触媒４に到達する。液体の状態で酸化触媒４に到達した燃料は、該酸化触媒４において生じる酸化熱によって気化する。液体の状態の燃料が気化すると該燃料の体積が膨張する。
このとき、酸化触媒４に流入する排気の流量が燃料の膨張速度よりも小さいと、酸化触媒４内において、気化した燃料の少なくとも一部が排気の流れる方向とは逆方向に流れる逆流が生じる。また、酸化触媒４内において気化すると共に逆流した燃料の一部は酸化触媒４の上流側端面から一旦流出し、その後、排気と共に酸化触媒４に再度流入する。酸化触媒４内において一旦逆流した燃料および逆流することで酸化触媒４の上流側端面から一旦流出し酸化触媒４に再度流入した燃料のうち酸化触媒４において酸化されなかったものは、酸化触媒４の下流側端面から排気と共に流出しフィルタ５に供給される。
このように、酸化触媒４にまで到達した燃料が一旦逆流すると、逆流が生じない場合に比べて該燃料がフィルタ５に到達するまでの時間が長くなる。そのため、燃料がフィルタ５に到達するまでの間に排気とより混合され易くなる。また、図２に示すように、酸化触媒４にまで到達した燃料が一旦逆流すると、フィルタ５に燃料が供給されている期間をより長くすることが出来る。
図２は、燃料添加弁６から燃料が添加されたときにおける、フィルタ５に流入する排気の空燃比の推移を示すグラフである。図２において、縦軸はフィルタ５に流入する排気の空燃比Ａ／Ｆを表しており、横軸は時間ｔを表している。また曲線Ｌ１は酸化触媒４にまで到達した燃料の逆流が生じていない場合を表しており、曲線Ｌ２は酸化触媒４にまで到達した燃料が一旦逆流した場合を表している。この図２に示すように、酸化触媒４にまで到達した燃料が一旦逆流した場合、フィルタ５に流入する排気の空燃比が低下している期間が、燃料の逆流が生じない場合に比べて長い。つまり、フィルタ５に燃料が供給されている期間が長いと判断することが出来る。
以上のように、酸化触媒４に到達し気化した燃料の逆流を生じさせることで、フィルタ５に燃料をより好適な状態で供給することが出来る。そこで、本実施例においては、フィルタ再生制御を実行する際に、排気流量減少制御を実行することで、酸化触媒４において燃料が気化して膨張するときの膨張速度よりも酸化触媒４に流入する排気の流量を小さくする。
ここで、本実施例に係るフィルタ再生制御のルーチンについて図３に示すフローチャートに基づいて説明する。本ルーチンは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、内燃機関の運転中に所定の間隔で繰り返し実行される。
本ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、先ずＳ１０１において、フィルタ再生制御の実行条件が成立したか否かを判別する。ここでは、フィルタ５におけるＰＭの捕集量が所定捕集量以上となったときにフィルタ再生制御の実行条件が成立したと判定してもよい。フィルタ５におけるＰＭの捕集量は、内燃機関１の運転状態の履歴等から推定することが出来る。Ｓ１０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ１０はＳ１０２に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ１０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
Ｓ１０２において、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態等に基づいて酸化触媒４の温度Ｔｃｃｏを算出する。尚、排気通路２における酸化触媒４の直下流に温度センサを設け、該温度センサの検出値に基づいて酸化触媒４の温度Ｔｃｃｏを推定してもよい。
次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０３に進み、フィルタ再生制御における目標温度にまでフィルタ５を昇温させるために必要となる燃料添加弁６からの燃料添加量Ｑｆａｄｄを算出する。燃料添加量Ｑｆａｄｄは、現時点のフィルタ５の温度と目標温度との差、内燃機関１の運転状態および酸化触媒４の温度Ｔｃｃｏに基づいて算出することが出来る。
次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０４に進み、燃料添加弁６から燃料が添加され液体の状態で酸化触媒４に到達した燃料が酸化触媒４において気化して膨張した場合の燃料の膨張速度Ｖｆｅｘを算出する。燃料の膨張速度Ｖｆｅｘは、酸化触媒４の温度Ｔｃｃｏおよび燃料添加量Ｑｆａｄｄに基づいて算出することが出来る。
次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０５に進み、後述するＳ１０６において排気流量減少制御を実行するときの酸化触媒４に流入する排気の流量の目標値である目標排気流量Ｖｇａｓｔを設定する。このとき、目標排気流量Ｖｇａｓｔは、Ｓ１０４において算出された燃料の膨張速度Ｖｆｅｘよりも小さい値に設定される。
次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０６に進み、排気流量減少制御を実行することで、酸化触媒４に流入する排気の流量を目標排気流量Ｖｇａｓｔに減少させる。
ここで、排気流量減少制御としては、スロットル弁７によって内燃機関１の吸入空気量を減少させる制御、ＥＧＲ弁１６によってＥＧＲガス量を増加させる制御、および、バイパス制御弁１８によってバイパス通路１７を流れる排気の流量を増加させる制御等を例示することが出来る。内燃機関１の吸入空気量を減少させることで内燃機関１の排気の流量が減少するため、酸化触媒４に流入する排気の流量も必然的に減少する。また、ＥＧＲガス量を増加させることで排気通路２におけるＥＧＲ通路１５との接続部分のよりも下流側を流れる排気の流量が減少するため、酸化触媒４に流入する排気の流量が減少する。また、バイパス通路１７を流れる排気の流量を増加させることで排気通路２におけるバイパス通路１７一端との接続部分のよりも下流側を流れる排気の流量が減少するため、酸化触媒４に流入する排気の流量が減少する。本実施例に係る排気流量制御は、これらの制御のうちいずれか、もしくは、これらの制御を組み合わせることで実現される。本実施例においては、Ｓ１０６を実行するＥＣＵ１０が、本実施例に係る排気流量制御手段に相当する。
次に、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０７に進み、燃料添加弁６からの燃料添加を実行することでフィルタ再生制御を実行する。その後、ＥＣＵ１０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
以上説明したルーチンによれば、燃料が酸化触媒４において気化して膨張するときの膨張速度よりも酸化触媒４に流入する排気の流量が小さい状態で、燃料添加弁６による燃料添加が実行される。そのため、酸化触媒４に燃料が到達し気化したときに該燃料の逆流が生じる。
従って、フィルタ５に燃料をより好適な状態で供給することが出来る。その結果、フィルタ５に担持されたＮＯｘ触媒９における燃料の酸化が促進され易くなる。これにより、フィルタ５の昇温性、特にフィルタ５の上流側端面の昇温性を向上させることが出来、以ってフィルタ５をより速やかに目標温度まで昇温させることが出来る。また、フィルタ５への燃料の付着を抑制することが出来る。また、燃料がＮＯｘ触媒９において酸化されずにフィルタ５をすり抜けることを抑制することが出来る。
尚、本実施例において、酸化触媒４において気化した燃料の逆流が生じたときに、該燃料が排気通路２におけるバイパス通路１７の一端との接続部分まで達しバイパス通路１７に流入すると、該燃料が外部に放出される虞がある。そこで、本実施例において、バイパス通路１７を流れる排気の流量を増加させることで排気流量減少制御を実行する場合は、燃料添加弁６からの燃料添加と同期させてバイパス制御弁１８の開度を一時的に増加させ、その直後はバイパス制御弁１８によってバイパス通路１７を遮断してもよい。
これによれば、燃料添加弁６から燃料が添加されるときにバイパス通路１７を流れる排気の流量が一時的に増加されると共に、その直後はバイパス通路１７を流れる排気の流量が略零となる。従って、燃料添加弁６から燃料が添加されるときに酸化触媒４に流入する排気の流量を減少させることが出来ると共に、逆流した燃料のバイパス通路１７への流入を抑制することが出来る。その結果、燃料の外部への放出を抑制することが出来る。
また、本実施例においては、目標排気流量Ｖｇａｓｔを設定するときに、酸化触媒４において気化して逆流した燃料が排気通路２におけるバイパス通路１７の一端との接続部分にまで到達しない程度の値に目標排気流量Ｖｇａｓｔを設定してもよい。このような目標排気流量Ｖｇａｓｔは、排気通路２におけるバイパス通路１７の一端との接続部分から酸化触媒４までの距離および燃料の膨張速度Ｖｆｅｘに基づいて算出することが出来る。これによっても、逆流した燃料のバイパス通路１７への流入を抑制することが出来る。
また、本実施例においては、バイパス通路１７を流れる排気の流量を増加させる制御以外の制御によって排気流量減少制御を行ってもよい。この場合のフィルタ再生制御の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。尚、本ルーチンは、図３に示すルーチンにＳ２０６を加えたものである。そのため、Ｓ２０６についてのみ説明し、その他のステップについてはその説明を省略する。本ルーチンは、ＥＣＵ１０に予め記憶されており、内燃機関の運転中に所定の間隔で繰り返し実行される。
本ルーチンでは、ＥＣＵ１０は、Ｓ１０５の次にＳ２０６に進む。そして、Ｓ２０６において、ＥＣＵ１０はバイパス制御弁１８を閉弁してバイパス通路１７を遮断する。その後、ＥＣＵ１０はＳ１０６に進む。この場合、Ｓ１０６において、ＥＣＵ１０は、バイパス通路１７を流れる排気の流量を増加させる制御以外の制御によって排気流量減少制御を実行し、酸化触媒４に流入する排気の流量を目標排気流量Ｖｇａｓｔに減少させる。
このようなルーチンによれば、燃料添加弁６から燃料が添加されるときはバイパス通路１７を流れる排気の流量が略零となる。従って、酸化触媒４において気化し逆流した燃料のバイパス通路１７への流入を抑制することが出来る。
本実施例に係る酸化触媒４は、図５に示すように、外径が排気通路２の内径よりも小さいものであってもよい。つまり、酸化触媒４の排気を流れる方向と垂直方向の断面積が、排気通路２の排気を流れる方向と垂直方向の断面積よりも小さくてもよい。このような構成の場合、酸化触媒４の外周面と排気通路２の内周面との間を排気が流れる。また、このような構成の場合、燃料添加弁６の燃料噴射孔から燃料が噴射されたときに、円錐状に形
成された燃料の噴霧中に酸化触媒４の上流側端面が位置するように燃料添加弁６および酸化触媒４が設置される（図５において、斜線部は燃料の噴霧を表す。）。
上記構成の場合、フィルタ５に流入する全ての排気が酸化触媒４を通過する場合に比べて酸化触媒４に流入する排気の流量が元々少ない。そのため、燃料が酸化触媒４に到達し気化することで膨張したときに該燃料の逆流が生じ易い。
本実施例においては、燃料添加弁６が、その燃料噴射孔が酸化触媒４の上流側端面と対向するように酸化触媒４に近接して配置されている場合を例に挙げて説明した。しかしながら、燃料添加弁６は、該燃料添加弁６から添加された燃料の少なくとも一部が液体の状態で酸化触媒４に到達する位置であればどのような位置に設置されてもよい。
また、本実施例においては、ＮＯｘ触媒９に吸蔵されたＮＯｘを放出および還元するＮＯｘ還元制御またはＮＯｘ触媒９に吸蔵されたＳＯｘを放出および還元するＳＯｘ被毒回復制御を実行する際に、フィルタ再生制御の実行時と同様、排気流量減少制御を実行してもよい。
ＮＯｘ還元制御においては、ＮＯｘ触媒９の周囲雰囲気の空燃比を低下させるべく燃料添加弁６による燃料添加が行われる。また、ＳＯｘ被毒回復制御においては、ＮＯｘ触媒９を昇温させると共にＮＯｘ触媒９の周囲雰囲気の空燃比を低下させるべく燃料添加弁６による燃料添加が行われる。
上述したように、燃料添加弁６に燃料添加が行われる際に本実施例に係る排気流量減少制御を実行することで酸化触媒４において気化された燃料の逆流を生じさせると、燃料が排気とより混合された状態でＮＯｘ触媒９に供給されると共にＮＯｘ触媒９の周囲雰囲気の空燃比をより長い期間に渡って低下させることが出来る。従って、ＮＯｘ還元制御またはＳＯｘ被毒回復制御を実行する際に排気流量減少制御を実行することで、ＮＯｘまたはＳＯｘの放出および還元をより促進させることが出来る。また、フィルタ５（ＮＯｘ触媒９）への燃料の付着を抑制することが出来る。また、燃料がＮＯｘ触媒９において酸化されずにフィルタ５をすり抜けることを抑制することが出来る。
実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す第１の図。 実施例に係る、燃料添加弁から燃料が添加されたときにおける、フィルタに流入する排気の空燃比の推移を示すグラフ。 実施例に係るフィルタ再生制御のルーチンを示す第１のフローチャート。 実施例に係るフィルタ再生制御のルーチンを示す第２のフローチャート。 実施例に係る内燃機関の吸排気系の概略構成を示す第２の図。
符号の説明
１・・・内燃機関
２・・・排気通路
３・・・吸気通路
４・・・酸化触媒
５・・・パティキュレートフィルタ
６・・・燃料添加弁
７・・・スロットル弁
８・・・エアフローメータ
９・・・吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
１０・・ＥＣＵ
１３・・空燃比センサ
１４・・温度センサ
１５・・ＥＧＲ通路
１６・・ＥＧＲ弁
１７・・バイパス通路
１８・・バイパス制御弁

Claims (9)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられ触媒を含んで構成される排気浄化装置と、
    該排気浄化装置よりも上流側の排気通路に設けられた酸化機能を有する前段触媒と、
    該前段触媒よりも上流側の排気通路に設けられ前記前段触媒および前記排気浄化装置に還元剤を供給するときに排気中に還元剤を添加する還元剤添加弁と、
    前記前段触媒に流入する排気の流量を制御する排気流量制御手段と、を備え、
    前記還元剤添加弁が、排気中に添加された還元剤の少なくとも一部が液体の状態で前記前段触媒に到達する位置に設置されており、
    前記還元剤添加弁によって還元剤の添加が行われるときに、前記前段触媒に到達し前記前段触媒において気化した還元剤の少なくとも一部が逆流するように前記排気流量制御手段が前記前段触媒に流入する排気の流量を減少させることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
  2. 前記還元剤添加弁によって還元剤の添加が行われるときに、前記排気流量制御手段が、前記前段触媒に到達した還元剤が前記前段触媒において気化して膨張するときの膨張速度よりも前記前段触媒に流入する排気の流量が小さくなるように排気の流量を制御することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化システム。
  3. 前記還元剤添加弁が、前記排気浄化装置を昇温させるときに排気中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記載の内燃機関の排気浄化システム。
  4. 前記排気浄化装置が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を含んで構成されており、
    前記還元剤添加弁が、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘまたはＳＯｘを放出および還元させるときに排気中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記載の内燃機関の排気浄化システム。
  5. 前記燃料添加弁よりも上流側の前記排気通路に一端が接続され前記排気浄化装置よりも下流側の前記排気通路に他端が接続されたバイパス通路と、
    該バイパス通路を流れる排気の流量を制御するバイパス制御弁と、をさらに備え、
    前記排気流量制御手段が、前記バイパス制御弁によって前記バイパス通路を流れる排気の流量を増加させることで前記前段触媒に流入する排気の流量を減少させることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
  6. 前記排気流量制御手段が、前記還元剤添加弁から還元剤が添加されるときに、前記バイパス制御弁によって前記バイパス通路を流れる排気の流量を一時的に増加させることで前記前段触媒に流入する排気の流量を減少させると共に、その直後は前記バイパス制御弁によって前記バイパス通路を流れる排気の流量を略零に制御することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排気浄化システム。
  7. 前記燃料添加弁よりも上流側の前記排気通路に一端が接続され前記排気浄化装置よりも下流側の前記排気通路に他端が接続されたバイパス通路と、
    該バイパス通路を流れる排気の流量を制御するバイパス制御弁と、をさらに備え、
    前記排気流量制御手段が、前記前段触媒に流入する排気の流量を減少させるときは、前記前段触媒において気化して逆流した還元剤が前記排気通路における前記バイパス通路の一端との接続部分にまで到達しない程度に前記前段触媒に流入する排気の流量を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
  8. 前記燃料添加弁よりも上流側の前記排気通路に一端が接続され前記排気浄化装置よりも下流側の前記排気通路に他端が接続されたバイパス通路と、
    該バイパス通路を流れる排気の流量を制御するバイパス制御弁と、をさらに備え、
    前記排気流量制御手段が前記前段触媒に流入する排気の流量を減少させるときは、前記バイパス制御弁によって前記バイパス通路を流れる排気の流量を略零に制御することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
  9. 前記前段触媒が、その外周面と前記排気通路の内周面との間を排気が流れるように形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
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