JP2009275667A - 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、スタティックミキサーに付着した粒子状物質を除去することができる技術を提供する。
【解決手段】内燃機関１の排気通路３に、第１排気浄化装置６と、還元剤を噴射する噴射装置７と、噴射装置７から噴射される還元剤が直接到達する位置で還元剤を衝突させて該還元剤を排気中に分散させる分散装置８と、第２排気浄化装置９と、を順に備え、分散装置８に付着した粒子状物質を除去するために噴射装置７から所定の期間毎に還元剤を噴射させる。
【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。

内燃機関の排気通路に備わる触媒へ還元剤を添加することにより、ＮＯxを浄化したり
、触媒の温度を高めたり、触媒の下流に備わるフィルタの再生を行なったりする技術が知られている。そして、還元剤添加弁と触媒との間にミキサーを備え、該ミキサーにより還元剤を排気中のより広い範囲に分散させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特表２００６−５２６１０２号公報 特表２００１−５１６６３５号公報 特開２００６−２１４３８９号公報

しかし、排気通路内で静止しているミキサー（スタティックミキサー）を備えている場合には、該スタティックミキサーに排気中の粒子状物質（ＰＭ）が付着する虞がある。このように付着したＰＭが高温の排気に晒されると、ＰＭが燃焼して排気の温度が上昇する虞がある。これにより、触媒の温度制御が困難となる虞がある。また、スタティックミキサーに付着したＰＭが固着して除去できなくなると、該スタティックミキサーの性能が低下する虞がある。

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、スタティックミキサーに付着した粒子状物質を除去す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、
内燃機関の排気通路に設けられる第１排気浄化装置と、
前記第１排気浄化装置よりも下流側の排気通路に設けられる第２排気浄化装置と、
前記第１排気浄化装置よりも下流側で且つ前記第２排気浄化装置よりも上流側から還元剤を噴射する噴射装置と、
前記噴射装置よりも下流側で且つ前記第２排気浄化装置よりも上流側であって該噴射装置から噴射される還元剤が直接到達する位置に設けられ還元剤を衝突させて該還元剤を排気中に分散させる分散装置と、
前記分散装置に付着した粒子状物質を除去するために前記噴射装置から所定の期間毎に還元剤を噴射させる制御装置と、
を備えることを特徴とする。

第１排気浄化装置及び第２排気浄化装置には、還元剤が反応する触媒が少なくとも含まれる。噴射装置は、少なくとも液体を含んだ還元剤を噴射する。分散装置は排気通路内に静止状態で固定される。そのため、分散装置には、排気に含まれる粒子状物質が付着する。ここで、分散装置よりも上流には第１排気浄化装置が設けられているため、粒子状物質の中でＳＯＦ等の液体を含んでいる分は、該第１排気浄化装置に付着して酸化される。そのため、分散装置に付着する粒子状物質はＳＯＦが少なく、ＳＯＯＴが多い。このＳＯＯＴは、主に乾燥した煤である。

このように分散装置に付着した粒子状物質を、還元剤により除去する。つまり、噴射装置から還元剤を噴射させて、勢い良く分散装置に衝突させることで、該分散装置に付着している粒子状物質を吹き飛ばす。ここで、分散装置に付着しているＳＯＯＴは、乾燥しているため、少量の還元剤の噴射でも除去することができる。

そして、所定の期間毎に還元剤を噴射させれば、分散装置に付着している粒子状物質の量を所定時間毎に低減することができるため、該分散装置の性能を高い状態に維持することができる。すなわち、所定の期間とは、分散装置の性能を許容範囲内に維持可能な期間である。

ところで、噴射装置では、還元剤が蒸発することにより詰まりが発生する虞がある。この詰まりを抑制するために、噴射装置から少量の還元剤を噴射させることがある。このような少量の還元剤の噴射であっても、分散装置に付着している粒子状物質を除去することができる。つまり、噴射装置に付着している粒子状物質と、分散装置に付着している粒子状物質と、を同時に除去することができる。そのため、還元剤の消費量を低減することもできる。

なお、「直接到達する」とは、排気の流れに乗った後に到達するのではなく、噴射装置から噴射されたときの勢いで到達することを意味する。また、分散装置には、スタティックミキサーを用いることができる。

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ても良い。すなわち、本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられる第１排気浄化装置と、
前記第１排気浄化装置よりも下流側の排気通路に設けられる第２排気浄化装置と、
前記第１排気浄化装置よりも上流側で排気の空燃比を変化させる空燃比変更手段と、
前記第１排気浄化装置よりも下流側で且つ前記第２排気浄化装置よりも上流側から還元剤を噴射する噴射装置と、
前記噴射装置よりも下流側で且つ前記第２排気浄化装置よりも上流側であって該噴射装置から噴射される還元剤が直接到達する位置に設けられ還元剤を衝突させて該還元剤を排気中に分散させる分散装置と、
前記空燃比変更手段により排気の空燃比をリッチとリーンとに変動させて前記第１排気浄化装置の浄化能力を回復させるときにおいて排気の空燃比がリーン空燃比となっている期間に該噴射装置から還元剤を噴射させる制御装置と、
を備えることを特徴としても良い。

第１排気浄化装置に流入する排気の空燃比をリッチとリーンとに変動させることにより、該第１排気浄化装置へ還元剤を供給することができる。例えば、第１排気浄化装置に吸蔵還元型ＮＯx触媒が含まれている場合には、該触媒に吸蔵されているＮＯxを還元させたり、該触媒の硫黄被毒を回復させたりできる。

ここで、排気の空燃比をリッチとリーンとに変動させると、リッチ空燃比のときに分散装置に粒子状物質が付着し易くなる。特に、内燃機関の空燃比を低下させる場合には、該内燃機関から多くの煤が排出されて分散装置に付着する。また、排気中に含まれる燃料が第１排気浄化装置で反応して排気の温度が上昇するため、分散装置の温度も上昇する。このような状態では、分散装置に付着している粒子状物質が固着し易い。また、温度が高いと分散装置に付着している粒子状物質が燃焼し易い。

つまり、空燃比変更手段により排気の空燃比をリッチとリーンとに変動させているとき
には、分散装置に粒子状物質が付着していない状態を維持することが望ましい。そこで、本発明では、このときに還元剤噴射装置から還元剤を噴射させている。つまり、この還元剤の噴射により、粒子状物質を除去している。そして、還元剤を噴射させるのは、噴射装置付近の排気の空燃比がリーン空燃比となっている期間である。つまり、リッチ空燃比となっているときに還元剤を噴射すると、第２排気浄化装置にて還元剤が酸化しないまますり抜ける虞があるが、リーン空燃比となっている期間であれば、還元剤がすり抜けることを抑制できる。

なお、還元剤を噴射するのは、噴射装置付近における排気の空燃比がリーンとなっているときであっても良い。この噴射装置付近とは、その位置における排気の空燃比が還元剤の噴射により変わる範囲とすることができる。また単に、空燃比変動手段により空燃比がリーンとされているときに還元剤を噴射させてもよい。

また、本発明においては、前記制御装置は、排気の温度または流量に応じて還元剤の噴射量を変更することができる。

ここで、排気の温度が高くなるほど、分散装置に付着している粒子状物質が固着し易くなったり、粒子状物質が自着火し易くなったりする。また、排気の流量が多いほど、分散装置のより細部に粒子状物質が付着する。つまり、排気の温度が高くなるほど、または排気の流量が多くなるほど、より多くの還元剤が必要となる。これに応じて還元剤噴射量を多くすれば、そのときの状況に応じて必要最低限の還元剤噴射量で粒子状物質を速やかに除去することができる。

なお、還元剤の噴射量の変更は、噴射装置付近の排気の温度または流量に応じて行っても良い。この噴射装置付近とは、その位置における排気の温度または排気の流量が変わると、それに応じて分散装置に付着している粒子状物質の状態（例えば、量、温度、または位置）が変わる範囲とすることができる。

本発明においては、前記第１排気浄化装置は、吸蔵還元型ＮＯx触媒を含んで構成され
、
前記制御装置は、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒を回復させるときに排気の空燃
比をリッチとリーンとに変動させる場合のリーン空燃比となったときに前記噴射装置から還元剤を噴射させることができる。

ここで、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（ＳＯx）もＮＯxと同じメカニズムで吸蔵される。このように吸蔵されたＳＯxはＮ
Ｏxよりも放出されにくく、吸蔵還元型ＮＯx触媒内に蓄積される。そして、ＳＯxが吸蔵
されている分、ＮＯxを吸蔵できる量が減少し、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵力が低
下する。これを硫黄被毒（ＳＯx被毒）といい、適宜の時期に硫黄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、吸蔵還元型ＮＯx触媒を高温（例え
ば６００乃至６５０℃程度）にしつつ例えば還元剤たる燃料を間欠的に供給して行なわれる。つまり、空燃比がリッチとリーンとに変動される。

このような場合には、分散装置に粒子状物質が付着し易いため、リーン空燃比の期間に噴射装置から還元剤を噴射して、粒子状物質を除去する。リーン空燃比となっている期間であれば、還元剤が第２排気浄化装置をすり抜けることを抑制できる。

本発明においては、前記第１排気浄化装置よりも上流側と該第１排気浄化装置よりも下流側で且つ前記噴射装置よりも上流側とを接続するバイパス通路と、
前記バイパス通路を流通する排気の流量を調節する調節手段と、
を備え、
前記第１排気浄化装置は、吸蔵還元型ＮＯx触媒を含んで構成され、
前記制御装置は、前記バイパス通路へ排気を流通させているときに前記噴射装置から噴射させる還元剤量をそれ以外のときよりも増加させることができる。

ここで、バイパス通路へ排気を流すと、第１排気浄化装置を通過する排気の量が減少する。そのため、還元剤を含んだ排気が第１排気浄化装置を通過するのに要する時間が長くなる。これにより、第１排気浄化装置で反応する還元剤量を多くすることができる。これにより、例えば硫黄被毒回復処理をより少ない還元剤で速やかに行うことができる。

しかし、バイパス通路へ還元剤を流すと、第１排気浄化装置を通過しない排気が分散装置を通過する。このように、排気が第１排気浄化装置を通過しないと、該第１排気浄化装置でＳＯＦが除去されないため、より多くのＳＯＦが分散装置に付着することになる。つまり、分散装置から粒子状物質を除去し難くなる。これに対し、バイパス通路へ排気を流しているときには、噴射装置から噴射させる還元剤量を増加させることにより、速やかに粒子状物質を除去することができる。

本発明においては、前記制御手段は、前記噴射装置から複数回に分割して還元剤を噴射させ、この複数回に分割して還元剤を噴射する期間において該噴射装置から噴射される還元剤の総量を該期間で除した値を一定としつつ、規定の条件に応じて噴射回数及び１回あたりの噴射量を変更することができる。

例えば１回のリーン空燃比となる期間において複数回還元剤噴射させ、その期間に噴射される還元剤の総量を該期間で除した値（つまり、還元剤噴射量の平均値）を一定とする。リーン空燃比となる期間が常に同じ場合には、夫々のリーン空燃比の期間で噴射される還元剤の総量は同じになる。

ここで、噴射回数を少なくして１回あたりの噴射量を多くすると、分散装置に付着している粒子状物質をより多く除去することができる。つまり、同じ期間に噴射する還元剤の総量が同じであったとしても、噴射回数を少なくして１回あたりの噴射量を多くするほど、粒子状物質の除去能力が高くなる。しかし、噴射装置からの還元剤の噴射回数及び１回あたりの噴射量を変更すると、還元剤の蒸発のし易さが変化する。つまり、１回あたりの噴射量を多くすると、粒子状物質は除去し易くなるが、還元剤は蒸発し難くなる。これに対し本発明では、分散装置から粒子状物質を除去する必要があまりないときには、１回あたりの噴射量を少なくし、且つ噴射回数を多くして還元剤の蒸発を促進させる。

なお、１回あたりの噴射量を多くするとは、１回あたりの噴射時間を長くするとしても良く、１回あたりの噴射時間を変えないで噴射圧力を高くするとしても良い。

また、規定の条件として、例えば、分散装置への粒子状物資の付着のし易さ、分散装置に付着している粒子状物質の自着火のし易さ、または分散装置への粒子状物質の付着位置等を挙げることができる。これらは、排気の温度、排気の流量、または内燃機関の負荷等と相関関係にあるため、これらを規定の条件とすることもできる。

また、本発明においては、前記制御手段は、内燃機関の負荷が高いときは低いときよりも、噴射回数を多くし且つ１回あたりの噴射量を少なくすることができる。

内燃機関の低負荷運転時には、粒子状物質の排出量が少なくなるため、分散装置に付着する粒子状物質の量も少なくなる。このような場合には、還元剤の噴射回数を多くして１回あたりの噴射量を少なくする。これにより、粒子状物質の除去能力は低下するものの、
低温であっても還元剤が蒸発し易くなるため、第２排気浄化装置における還元剤の反応性を高めることができる。

一方、内燃機関の高負荷運転時には、粒子状物質の排出量が多くなるため、分散装置に付着する粒子状物質の量も多くなる。このような場合には、還元剤の噴射回数を少なくして１回あたりの噴射量を多くする。これにより、粒子状物質の除去能力が向上するため、分散装置から粒子状物質を速やかに除去することができる。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、スタティックミキサーに付着した粒子状物質を除去することができる。

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、本実施例に係る内燃機関の排気浄化システム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、４つの気筒を有する水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。内燃機関１の各気筒には、夫々の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁１０が設けられている。

また、内燃機関１には、吸気通路２および排気通路３が接続されている。この吸気通路２の途中には、該吸気通路２内を流通する吸気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ４が設けられている。このエアフローメータ４により、内燃機関１の吸入空気量が測定される。

一方、排気通路３には、上流側から順に、第１還元剤噴射弁５、第１排気浄化装置６、第２還元剤噴射弁７、分散板８、第２排気浄化装置９が備えられている。第１還元剤噴射弁５及び第２還元剤噴射弁７は、後述するＥＣＵ２０からの信号により開弁して排気中に還元剤を噴射する。還元剤は、例えば燃料または尿素を用いることができ、触媒の種類によって変わる。なお、本実施例では第２還元剤噴射弁７が、本発明における噴射装置に相当する。

第１排気浄化装置６及び第２排気浄化装置９は、夫々還元剤の添加により、温度が上昇したり、排気を浄化したり、浄化能力を回復したりする。これらには、例えば、酸化触媒、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯx触媒、選択還元型ＮＯx触媒等を採用することができる。また、第１排気浄化装置６及び第２排気浄化装置９は、夫々複数の触媒やパティキュレートフィルタを備えて構成されていても良い。なお、本実施例では、第１排気浄化装置６に少なくとも酸化触媒または吸蔵還元型ＮＯx触媒を含んでいる。また、第２排気浄化装置９
に少なくとも酸化触媒と該酸化触媒の下流側に備わるパティキュレートフィルタとを含んでいる。

分散板８は、還元剤を衝突させることにより該還元剤を広い範囲に分散させる。この分散板８は、排気通路３内に静止状態で固定されており、第２還元剤噴射弁７から噴射される還元剤が直接到達する位置に設けられている。なお、直接到達するとは、排気の流れに乗った後に到達するのではなく、第２還元剤噴射弁７から噴射されたときの勢いで到達することを意味する。例えば排気の流れと還元剤とは流速が異なる。この分散板８は、例えば排気の流れ方向に対して直角に設置される板であって、複数の穴を開けたものを用いることができる。なお、本実施例においては分散板８が、本発明における分散装置に相当す
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であるＥＣＵ２０が併設されている。このＥＣＵ２０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の運転状態を制御するユニットである。

また、ＥＣＵ２０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１１を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ１２、および機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１３が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。

一方、ＥＣＵ２０には、第１還元剤噴射弁５、第２還元剤噴射弁７、燃料噴射弁１０が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ２０によりこれらの開閉時期が制御される。

ここで、分散板８を通過する排気は、第１排気浄化装置６を通過するときにＳＯＦ分の多くが除去されている。そのため、分散板８には、ＰＭの中でも乾燥したＳＯＯＴ分が多く堆積する。分散板８に堆積しているＰＭは、高温の排気に長時間晒されると、該分散板８に固着する。そうすると分散板８の性能が低下するため、本実施例では、所定の時間毎に第２還元剤噴射弁７から還元剤を噴射してＰＭを除去する。つまり、還元剤を分散板８に勢い良く衝突させることにより、該分散板８に付着しているＰＭを吹き飛ばす。

たとえば、第２還元剤噴射弁７の詰まりを防止するための還元剤の噴射を兼ねてＰＭの除去を行なう。ここで、第２還元剤噴射弁７は高温の排気に晒されていると、噴孔内に残留している還元剤が固着して詰まりを起こす。この詰まりを防止するために、還元剤を少量噴射させる。この詰まりを防止するための噴射（以下、詰まり防止噴射という。）は、少量であるため、内燃機関１の運転状態によらず行なうことができる。

すなわち、詰まり防止噴射にあわせてＰＭの除去のための噴射を行なえば、分散板８に付着しているＰＭを定期的に除去することができるため、該ＰＭの固着を抑制することができる。なお、このときのＰＭは、ほとんどが乾燥しているＳＯＯＴのため、詰まり防止噴射のような少量の噴射であっても、十分に除去することができる。

また、第２還元剤噴射弁７から還元剤を噴射する間隔や噴射量は、第２還元剤噴射弁７の詰まり抑制と、分散板８からのＰＭの除去と、のどちらも行なえるように設定する。つまり、第２還元剤噴射弁７の詰まり抑制と、分散板８からのＰＭの除去と、で夫々必要となる噴射間隔や噴射量が異なる場合があるため、例えば必要となる噴射間隔が短いほうに合わせるか、必要となる噴射量が多いほうに合わせる。これにより、第２還元剤噴射弁７の詰まりと、分散板８におけるＰＭの固着とを抑制できる。そして、両者を別々に行なうときと比較して、還元剤の消費量を低減できる。さらに、還元剤に燃料を用いている場合には、燃費の悪化を抑制できる。なお、本実施例では分散板８に付着しているＰＭの除去のために第２還元剤噴射弁７から還元剤を噴射させるＥＣＵ２０が、本発明における制御装置に相当する。

なお、分散板８に付着しているＰＭは、排気の温度が高いほど早く固着する。また、排気の温度が高いほど、自着火し易くなる。そこで、排気の温度が高いほど、ＰＭ除去のための還元剤噴射量を多くする。つまり、還元剤噴射量を多くすることにより、ＰＭにより多くの力をかけることができるため、ＰＭをより確実に除去することができる。

このときの排気の温度は、内燃機関１の負荷に応じて推定しても良い。つまり、負荷が高くなるほど、排気の温度が高くなるため、還元剤噴射量を多くしても良い。また、排気
の温度をセンサにより測定しても良い。

なお、還元剤噴射量は、排気の温度に応じて段階的に高くしても良く、徐々に（無段階に）高くしても良い。排気の温度と、還元剤噴射量との関係を予めマップ化しておいても良い。

このようにして、ＰＭを除去し易くすることができるとともに、分散板８の温度を低下させることもできる。

また、内燃機関１の排気の流量によって、分散板８におけるＰＭの堆積部位が変化する。つまり、排気の流量が多くなると、ＰＭの速度が速くなるため、分散板８の細部や下流側にＰＭが付着するようになる。この付着部位は、分散板８の形状によって変わる。このように、ＰＭの堆積部位が変わると、還元剤噴射量をより多くしなくてはＰＭを除去することが困難となる。そこで、排気の流量が多くなるほど、還元剤噴射量を多くする。また、内燃機関１の負荷が高くなるほど、排気の流量が増加するため、内燃機関１の負荷が高くなるほど還元剤噴射量を多くしても良い。

この場合でも、還元剤噴射量は、排気の流量に応じて段階的に高くしても良く、徐々に（無段階に）高くしても良い。排気の流量と、還元剤噴射量との関係を予めマップ化しておいても良い。

以上説明したように本実施例よれば、分散板８に付着しているＰＭを還元剤の噴射で除去することができる。そのため、ＰＭが分散板８に固着することを抑制できる。これにより、分散板８の機能低下を抑制できる。つまり、還元剤を広い範囲に分散させることができるので、第２排気浄化装置９の温度を均一にすることができる。また、詰まり防止噴射と同時に行うことができるため、還元剤の消費量を低減させることができる。

なお、本実施例で採用する分散板８の形状は単なる例示であり、他の形状のものを採用しても良い。また、本実施例では、分散板８は排気の流れに対して直角となるように設置されているが、排気の流れに対して角度を付けて設置しても良い。

本実施例では、第１排気浄化装置６に吸蔵還元型ＮＯx触媒を含み、該吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒回復時においてリーン空燃比となっているときに、第２還元剤噴射弁７から還元剤を噴射する。その他の装置等については実施例１と同様のため、説明を省略する。

第１排気浄化装置６の硫黄被毒回復処理を行なうときには、該第１排気浄化装置６に流入する排気の空燃比をリッチとリーンとに交互に変化させる。これは、例えば燃料噴射弁１０からの燃料噴射量を増加させたり内燃機関１の吸入空気量を減少させたりして、排気の空燃比を低下させつつ、第１還元剤添加弁５から還元剤たる燃料を噴射することにより行なわれる。このときには、分散板８及び第２排気浄化装置９を通過する排気の空燃比も、リッチとリーンとに交互に変化する。なお、本実施例では第１排気浄化装置６に流入する排気の空燃比をリッチとリーンとに交互に変化させるＥＣＵ２０が、本発明における空燃比変更手段に相当する。

硫黄被毒回復時に内燃機関１で空燃比を低下させると、内燃機関１からＰＭが多く排出される。そのため、分散板８にもＰＭがより多く付着する。また、硫黄被毒回復時には、第１排気浄化装置６が高温とされるため、分散板８を通過する排気の温度も高くなる。そのため、分散板に付着しているＰＭが固着し易く、且つ自着火し易い。

これに対し、本実施例では、ＰＭの固着の抑制と、ＰＭの自着火抑制のために、硫黄被毒回復時において排気の空燃比がリーン空燃比となっているときに、第２還元剤噴射弁７から還元剤を噴射させる。排気の空燃比は、第２還元剤噴射弁７付近の排気の空燃比としても良く、分散板８付近の排気の空燃比としても良い。このようにリーン空燃比となっている排気中に還元剤を噴射することにより、第２排気浄化装置９にて還元剤を酸化させることができる。これにより、還元剤が第２排気浄化装置９をすり抜けることを抑制できる。

なお、第２還元剤噴射弁７からの還元剤噴射量は、例えば第２排気浄化装置９を所定温度に維持するために要する量としてもよい。この所定温度は、例えば第２排気浄化装置９に含まれるパティキュレートフィルタに捕集されているＰＭを酸化可能な温度としても良い。また、例えば第２排気浄化装置９に含まれる吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒回復が
可能となる温度としても良い。このようにすることで、第１排気浄化装置６と第２排気浄化装置９との排気の浄化能力を同時に回復させることができる。なお、第２還元剤噴射弁７からの還元剤噴射量は、分散板８に付着しているＰＭを除去可能な必要最低限の量としても良い。

図２は、本実施例による、第１還元剤噴射弁５と、第２還元剤噴射弁７と、の還元剤噴射期間を示したタイムチャートである。ＯＮは還元剤噴射期間中であり、ＯＦＦは還元剤の噴射を停止する期間である。還元剤噴射期間中は、所望の還元剤濃度（所定の空燃比）または還元剤量となるように、還元剤が分割して噴射される。つまり、第１還元剤噴射弁５からの還元剤噴射により１回のリッチ期間を形成するときには、その期間中常時還元剤を噴射し続けているのではなく、その期間中に亘って複数回の噴射を行なっている。同様に、第１還元剤噴射弁５からの還元剤の噴射が停止されているときには、その期間中常時第２還元剤噴射弁７から還元剤を噴射し続けているのではなく、その期間中に亘って複数回の噴射を行なっている。なお、夫々の還元剤噴射期間において１回だけ還元剤を噴射させても良い。そして、所望の還元剤濃度（所定の空燃比）または還元剤量となるように、還元剤を分割して噴射するときの１回あたりの噴射量及び噴射間隔が設定される。第１還元剤噴射弁５から還元剤を噴射しているときには、該第１還元剤噴射弁５よりも下流の排気の空燃比はリッチとなり、噴射していないときにはリーンとなる。

そして、第１還元剤噴射弁５は、第１排気浄化装置６に含まれる吸蔵還元型ＮＯx触媒
の硫黄被毒回復に必要な空燃比となるように１回あたりの噴射量及び噴射間隔が設定される。一方、第２還元剤噴射弁７は、第２排気浄化装置９に含まれるパティキュレートフィルタに捕集されているＰＭを除去するのに必要な空燃比となるように１回あたりの噴射量及び噴射間隔が設定される。

ここで、第２還元剤噴射弁７の還元剤噴射期間でないとき（つまり、第２還元剤噴射弁７から還元剤が噴射されていないとき）には、第２排気浄化装置９へ還元剤がほとんど供給されないため、該第２排気浄化装置９の温度が低下する。そこで、この低下分を補うために、第２還元剤噴射弁７からの還元剤噴射量を増加する。つまり、第２還元剤噴射弁７の還元剤噴射期間中に、第２排気浄化装置９の温度を例えばＰＭが酸化される温度（例えば６５０℃）で維持するために必要となる還元剤量と、第２還元剤噴射弁７からの還元剤噴射が停止されているときに低下した第２排気浄化装置９の温度をＰＭが酸化される温度まで上昇させるために必要となる還元剤量と、を合わせて第２還元剤噴射弁７から噴射させる。これにより、分散板８からＰＭを除去しつつ、パティキュレートフィルタでＰＭを酸化させることができる。

また、本実施例は、第１排気浄化装置６に流入する排気の空燃比をリッチとリーンとに
交互に変化させる場合であれば、硫黄被毒回復以外のときであっても行なうことができる。例えば、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵されているＮＯxの還元時においても排気の空燃比をリッチとリーンとに交互に変化させる。この場合であっても、リーン空燃比となっているときに第２還元剤噴射弁７から還元剤を噴射させれば、分散板８に付着しているＰＭを除去することができる。

なお、実施例１と同様に、排気の温度または排気の流量によって還元剤噴射量を変えることもできる。

図３は、本実施例にかかる分散板８からＰＭを除去するためのフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、ＥＣＵ２０は、第１排気浄化装置６に含まれる吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒回復中であるか否か判定する。つまり、分散板８にＰＭが付着し易い状
態であるか否か判定される。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進む。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ２０は、排気の空燃比がリーンとなっているか否か判定する。つまり、第２還元剤噴射弁７からの還元剤噴射時期であるか否か判定される。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方否定判定がなされた場合には第２還元剤噴射弁７からの還元剤の噴射は行わないため本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ２０は、第２還元剤噴射弁７からの還元剤の噴射間隔及び１回あたりの噴射量を決定する。つまり、パティキュレートフィルタの温度を一定に保つために必要となる噴射間隔及び噴射量が決定される。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ２０は、ステップＳ１０３で得られた噴射間隔及び噴射量にしたがって、第２還元剤噴射弁７から還元剤を噴射させる。

ステップＳ１０５では、ＥＣＵ２０は、通常時期に第２還元剤噴射弁７から還元剤を噴射させる。通常時期とは、第１排気浄化装置６に含まれる吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被
毒回復が行われていないときにおける還元剤の噴射時期である。硫黄被毒回復が行われていないときには、分散板８に付着するＰＭ量が少ないため、還元剤の噴射の間隔が比較的長くなる。

以上説明したように本実施例によれば、分散板８にＰＭが多く付着し得る硫黄被毒回復時であっても、該分散板８に付着しているＰＭを除去することができる。また、リーン空燃比のときに還元剤を噴射しているため、該還元剤が第２排気浄化装置９をすり抜けることを抑制できる。

図４は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化システム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と同じ装置には同じ符号を付して説明を省略する。

本実施例では、第１還元剤噴射弁５よりも上流側の排気通路３と、第１排気浄化装置６よりも下流側で且つ第２還元剤噴射弁７よりも上流側の排気通路３と、を接続するバイパス通路３０が設けられている。つまり、このバイパス通路３０は、第１還元剤噴射弁５および第１排気浄化装置６を迂回する通路である。このバイパス通路３０の途中には、該バイパス通路３０の通路断面積を調節するバイパス弁３１が設けられている。また、第１排
気浄化装置６には少なくとも吸蔵還元型ＮＯx触媒が含まれている。なお、本実施例では
バイパス弁３１が、本発明における調節手段に相当する。

そして本実施例では、第１排気浄化装置６に含まれる吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒
回復時に、第１還元剤噴射弁５からの還元剤の噴射にあわせてバイパス弁３１を開くことにより、バイパス通路３０に排気を流通させる。これにより、第１排気浄化装置６ではＳＶが低くなるので、還元剤が第１排気浄化装置６を通過する時間が長くなり、該還元剤が反応する機会が増す。これにより、より少ない還元剤で硫黄被毒回復を行なうことができる。

しかし、バイパス通路３０に排気を流通させると、ＳＯＦ分の多い排気が分散板８を通過することになる。このＳＯＦも分散板８に付着するため、ＰＭが分散板８に多く付着するようになる。

そこで、本実施例では、バイパス通路３０に排気を流通させるのに合わせて、分散板８からＰＭを除去するための第２還元剤噴射弁７からの還元剤の噴射量を増加させる。これは、バイパス弁３１が開くのに合わせて、還元剤の噴射量を増加させるとしても良い。

つまり、バイパス弁３１が閉じている場合にも、分散板８にＰＭが付着するため、第２還元剤噴射弁７から還元剤を定期的に噴射させるが、このときの噴射量よりも、バイパス弁３１が開いているときの還元剤噴射量を多くする。還元剤噴射量の増量は、例えば分割して還元剤を噴射するときの１回あたりの噴射量を増加させて行なう。なお、実施例１と同様に、排気の温度または排気の流量によって還元剤噴射量を変えることもできる。

ここで、第２還元剤噴射弁７付近では、第１排気浄化装置６を通過した排気と、バイパス通路３０を通過した排気と、が混ざり合っている。この混ざり合った排気の空燃比は、リーン空燃比となるため、第２還元剤噴射弁７から還元剤を噴射させたとしても、該還元剤が第２排気浄化装置９を通過することが抑制される。

以上説明したように本実施例によれば、バイパス通路３０を備えている場合であっても、分散板８に付着しているＰＭを除去することができる。

本実施例では、第２還元剤噴射弁７の還元剤噴射期間において還元剤を分割して噴射するときの、１回あたりの噴射量と、噴射間隔と、を内燃機関１の運転状態等に応じて変更する。その他の装置等については実施例１と同様のため、説明を省略する。

ここで、分散板８からＰＭを除去するときに、第２還元剤噴射弁７から複数回の噴射を行なう場合、還元剤噴射量の総量が同じであっても、１回あたりの噴射量と噴射間隔とが異なると、還元剤の蒸発のし易さが変わる。つまり、１回あたりの噴射量を多くして噴射間隔を長くすると、一度の多くの還元剤が分散板８に衝突するため、還元剤が蒸発し難くなる。そのため、分散板８の本来の目的である還元剤を分散させるということについては不利となる。

そこで本実施例では、分散板８にＰＭが多く付着し得るときには、第２還元剤噴射弁７からの１回あたりの噴射量を多くし且つ噴射間隔を長くする。つまり、ＰＭをより多く除去することができるような噴射態様とする。例えば第１排気浄化装置６に含まれる吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒回復時には、リッチ空燃比とするときにＰＭが大量に発生する
ため、第２還元剤噴射弁７からの１回あたりの噴射量を相対的に多くし、且つ噴射間隔を長くする。

一方、内燃機関１が低負荷で定常運転されているときには、ＰＭの発生量が少ない。そのため、第２還元剤噴射弁７からの１回あたりの噴射量を相対的に少なくし、且つ噴射間隔を短くする。つまり、分散板８に付着するＰＭ量が少ないために、ＰＭの除去よりも還元剤の蒸発を優先させる。

以上説明したように本実施例によれば、そのときのＰＭ発生量に応じた還元剤噴射態様とすることにより、分散板８におけるＰＭの固着を抑制しつつ、還元剤の蒸発を最大限に促進させることができる。

実施例１に係る内燃機関の排気浄化システム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。 実施例による、第１還元剤噴射弁と、第２還元剤噴射弁と、の還元剤噴射期間を示したタイムチャートである。 実施例２にかかる分散板８からＰＭを除去するためのフローを示したフローチャートである。 実施例３に係る内燃機関の排気浄化システム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。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 吸気通路
３ 排気通路
４ エアフローメータ
５ 第１還元剤噴射弁
６ 第１排気浄化装置
７ 第２還元剤噴射弁
８ 分散板
９ 第２排気浄化装置
１０ 燃料噴射弁
１１ アクセルペダル
１２ アクセル開度センサ
１３ クランクポジションセンサ
２０ ＥＣＵ
３０ バイパス通路
３１ バイパス弁

Claims (7)

1. 内燃機関の排気通路に設けられる第１排気浄化装置と、
   前記第１排気浄化装置よりも下流側の排気通路に設けられる第２排気浄化装置と、
   前記第１排気浄化装置よりも下流側で且つ前記第２排気浄化装置よりも上流側から還元剤を噴射する噴射装置と、
   前記噴射装置よりも下流側で且つ前記第２排気浄化装置よりも上流側であって該噴射装置から噴射される還元剤が直接到達する位置に設けられ還元剤を衝突させて該還元剤を排気中に分散させる分散装置と、
   前記分散装置に付着した粒子状物質を除去するために前記噴射装置から所定の期間毎に還元剤を噴射させる制御装置と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 内燃機関の排気通路に設けられる第１排気浄化装置と、
   前記第１排気浄化装置よりも下流側の排気通路に設けられる第２排気浄化装置と、
   前記第１排気浄化装置よりも上流側で排気の空燃比を変化させる空燃比変更手段と、
   前記第１排気浄化装置よりも下流側で且つ前記第２排気浄化装置よりも上流側から還元剤を噴射する噴射装置と、
   前記噴射装置よりも下流側で且つ前記第２排気浄化装置よりも上流側であって該噴射装置から噴射される還元剤が直接到達する位置に設けられ還元剤を衝突させて該還元剤を排気中に分散させる分散装置と、
   前記空燃比変更手段により排気の空燃比をリッチとリーンとに変動させて前記第１排気浄化装置の浄化能力を回復させるときにおいて排気の空燃比がリーン空燃比となっている期間に該噴射装置から還元剤を噴射させる制御装置と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記制御装置は、排気の温度または流量に応じて還元剤の噴射量を変更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. 前記第１排気浄化装置は、吸蔵還元型ＮＯx触媒を含んで構成され、
   前記制御装置は、前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の硫黄被毒を回復させるときに排気の空燃
   比をリッチとリーンとに変動させる場合のリーン空燃比となったときに前記噴射装置から還元剤を噴射させることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記第１排気浄化装置よりも上流側と該第１排気浄化装置よりも下流側で且つ前記噴射装置よりも上流側とを接続するバイパス通路と、
   前記バイパス通路を流通する排気の流量を調節する調節手段と、
   を備え、
   前記第１排気浄化装置は、吸蔵還元型ＮＯx触媒を含んで構成され、
   前記制御装置は、前記バイパス通路へ排気を流通させているときに前記噴射装置から噴射させる還元剤量をそれ以外のときよりも増加させることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記制御手段は、前記噴射装置から複数回に分割して還元剤を噴射させ、この複数回に分割して還元剤を噴射する期間において該噴射装置から噴射される還元剤の総量を該期間で除した値を一定としつつ、規定の条件に応じて噴射回数及び１回あたりの噴射量を変更することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記制御手段は、内燃機関の負荷が高いときは低いときよりも、噴射回数を多くし且つ
   １回あたりの噴射量を少なくすることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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