JP2010059805A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気空燃比を良好に維持しつつ連通路の内壁面へのデポジットの堆積を抑えることができる排気浄化装置を提供する。
【解決手段】排気通路に設けられる排気浄化用触媒と、連通路を介して排気通路に添加剤を噴射するインジェクタと、インジェクタの周囲に配された噴射口に連通する供給路と、を具備すると共に、添加剤が噴射されるタイミングで供給路から連通路に空気を導入させる導入手段と、排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、連通路に空気が導入されている期間に排気空燃比が目標値となるように空燃比検出手段の検出結果に基づいてインジェクタから噴射される添加剤の量と連通路に導入される空気量とを相対的に調整する調整手段とを具備する構成とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンから排出される排気ガスを浄化する排気浄化装置に関する。

自動車等に搭載されるエンジン、特にディーゼルエンジンから排出される排気ガス中には、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等や、微粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）等が多く含まれている。このため、一般的には、エンジンから排出される排気ガスが通過する排気通路に、例えば、上記汚染物質を分解（還元等）するための三元触媒や、ＰＭを捕捉するためのパティキュレートフィルタ等を設け、排気ガスが浄化された状態で大気中に放出されるようにしている。

このようなパティキュレートフィルタは、使用に伴ってフィルタ内にＰＭが堆積して通過抵抗が増大するため、必要に応じて再生処理を行う必要がある。このような再生処理としては、パティキュレートフィルタに加熱装置を配設し、加熱によりＰＭを燃焼さて除去することが行われていたが、パティキュレートフィルタの上流に設けられた酸化触媒に燃料（軽油）などの炭化水素系液体を流入させて発熱反応を生じさせ、この熱によりパティキュレートフィルタの再生処理を行う方法も提案されている。

また、ディーゼルエンジンにおいては、窒素酸化物（ＮＯｘ）が特に多く発生し易い。このため、ディーゼルエンジンには、排気ガス中のＮＯｘを効率的に分解するために、例えば、ＮＯｘの吸着と還元とを繰り返し行ってＮＯｘを分解（還元）する、いわゆるＮＯｘトラップ触媒が多く採用されている。

このようなＮＯｘトラップ触媒は、吸着したＮＯｘを分解（還元）するため、ＮＯｘトラップ触媒に外部から還元剤（添加剤）を適宜供給する必要がある。このため、一般的には、燃料（軽油）等を還元剤として排気通路内に噴射することでＮＯｘトラップ触媒に供給するようにしている。例えば、排気管に設けられたインジェクタによって燃料を排気通路内に噴射し、燃料が混合された排気ガスをＮＯｘトラップ触媒に供給するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

またＮＯｘトラップ触媒にはＮＯｘと共に硫黄酸化物（ＳＯｘ）も吸着されるため、ＮＯｘトラップ触媒に燃料（還元剤）を供給してＮＯｘトラップ触媒を高温にすることで、ＳＯｘを分解（還元）することも行われている。

このようなインジェクタの先端面及びその周囲には、いわゆるデポジットが徐々に堆積してしまい、インジェクタから排気通路に還元剤を良好に供給できないという問題が生じる虞がある。具体的には、排気通路内に燃料等の還元剤を噴射するインジェクタのノズルが開口する先端面は、排気通路内に露出されており高温の排気ガスに晒されるため、この先端面の温度は比較的高温になる。このため、インジェクタから噴射した還元剤（例えば、燃料）がインジェクタの先端面に付着すると、付着した還元剤の揮発成分が蒸発して残った成分が変質してデポジットとして徐々に堆積してしまう。また付着した還元剤がバインダとなって排ガス中の煤が付着してデポジットとして徐々に堆積してしまう。このようにインジェクションの先端面及びその周囲にデポジットが堆積すると、インジェクタのノズルの目詰まりが生じて排気通路に還元剤を良好に供給できなくなる虞がある。

また、例えば、排気通路に連通する噴射空間（連通路）を設け、この噴射空間を介して排気通路内に還元剤が噴射されるように構成されたものがある（例えば、特許文献２参照）。このように連通路が設けられている場合には、インジェクタの先端面は排気通路から離れた位置に配されることになり、インジェクタの温度上昇はある程度抑えられる。したがって、インジェクタの先端面へのデポジットの堆積は抑えられるが、連通路の内壁面にデポジットが堆積してしまう。そして、連通路の内壁面にデポジットが堆積すると還元剤の通路が狭まってしまい、排気通路に還元剤を良好に供給できなくなる虞がある。

ここで、噴孔から噴霧が出ている場合に、噴射ポートから空気を噴射させ、スカート状に拡がる空気によって噴孔からの噴霧が円筒管の内壁面に衝突するのを防止するようにしたものがある（例えば、特許文献３参照）。

特開２００５−２１４１００号公報 特開２００４−０４４４８３号公報 特開２００５−１８０３７１号公報

排気浄化装置に上記特許文献３に記載の技術を採用することで、上述した連通路の内壁面に添加剤（還元剤）が付着するのを防止することができる。そして、このように連通路の内壁面にバインダとなる還元剤の付着を防止することで、デポジットの堆積を抑制することができる。

しかしながら、排気浄化装置にこのような技術を採用すると、上述したようなフィルタの再生処理や触媒の還元処理が良好に行われない虞がある。すなわち、インジェクタから添加剤が噴射されて排気通路に供給される際、空気も同時に排気通路に供給されるため、例えば、ＮＯｘパージ、Ｓパージ等に必要な排気ガスのリッチ化ができない虞がある。

さらに排気通路に供給される空気量が多すぎると、添加剤と空気とが触媒中で過剰となり、触媒の過昇温による貴金属の劣化や溶損が生じる虞がある。また逆に、触媒に供給される空気の量が多過ぎることで触媒が冷却されてしまい、触媒反応が低下してしまう虞もある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、排気空燃比を良好に維持しつつ連通路の内壁面へのデポジットの堆積を抑えることができる排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、エンジンの排気通路に介装される排気浄化用触媒と、該排気浄化用触媒よりも上流側に配されると共に前記排気通路に連通する連通路を介して前記排気通路に添加剤を噴射するインジェクタと、前記インジェクタの周囲に配されて前記連通路に開口する噴射口に連通して当該連通路に空気を供給する供給路と、を具備すると共に、前記インジェクタから添加剤が噴射されるタイミングで前記供給路から前記連通路に空気を導入させる導入手段と、前記排気浄化用触媒の後流側の排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、前記連通路に空気が導入されている期間に、前記排気空燃比が予め設定された目標値となるように、前記空燃比検出手段の検出結果に基づいて前記インジェクタから噴射される添加剤の量と前記連通路に導入される空気量とを相対的に調整する調整手段と、を具備することを特徴とする排気浄化装置にある。

かかる第１の態様では、連通路に空気が導入された状態で、排気空燃比が目標値となるように調整される。したがって、排気浄化用触媒の還元処理を良好に実施することができると共に、デポジットの堆積も抑制することができる。

本発明の第２の態様は、前記調整手段が、前記インジェクタから噴射される添加剤の量又は前記導入手段を制御して前記連通路に供給される空気量の少なくとも何れか一方を増減させることを特徴とする第１の態様の排気浄化装置にある。

かかる第２の態様では、排気空燃比を比較的容易に目標値となるように調整することができる。なお、制御が比較的容易であるインジェクタからの添加剤の噴射量を調整すれば排気空燃比をより確実に目標値とすることができる。

かかる本発明では、連通路に空気が導入された状態であっても、排気空燃比が目標値となるように、インジェクタから噴射される添加剤の量と、連通路に導入される空気量とを相対的に調整するようにした。つまり、排気空燃比は、実質的に常に目標値に維持される。したがって、排気空燃比に基づいて、インジェクタから適量の添加剤を噴射することができると共に、噴射口から連通路に適量の空気を導入することができる。よって、排気浄化用触媒の還元処理を良好に実施することができ、且つ連通路の内壁面へのデポジットの堆積も抑制することができる。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は、本実施形態に係る排気浄化装置の概略構成を示す図である。図１に示すように、排気浄化装置１０は、複数の排気浄化用触媒と排気浄化用フィルタとを有し、これら複数の排気浄化用触媒と排気浄化用フィルタとは、車両に搭載される多気筒ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）１１の排気管（排気通路）１２に介装されている。

エンジン１１は、シリンダヘッド１３とシリンダブロック１４とを有し、シリンダブロック１４の各シリンダボア１５内には、ピストン１６が往復移動自在に収容されている。そして、このピストン１６とシリンダボア１５とシリンダヘッド１３とで燃焼室１７が形成されている。なお、ピストン１６は、コンロッド１８を介してクランクシャフト１９に接続されており、ピストン１６の往復運動によってクランクシャフト１９が回転するようになっている。

またシリンダヘッド１３には吸気ポート２０が形成され、この吸気ポート２０には吸気マニホールド２１を含む吸気管（吸気通路）２２が接続されている。また、吸気ポート２０には、吸気弁２３が設けられておりこの吸気弁２３によって吸気ポート２０が開閉されるようになっている。

また、シリンダヘッド１３には、排気ポート２４が形成され、この排気ポート２４には、排気マニホールド２５を含む排気管（排気通路）１２が接続されている。なお、排気ポート２４には排気弁２６が設けられており、吸気ポート２０と同様に、排気ポート２４はこの排気弁２６によって開閉されるようになっている。

これら吸気管２２及び排気管１２の途中には、ターボチャージャ２７が設けられている。ターボチャージャ２７は、図示しないタービンと、このタービンに連結されたコンプレッサとを有し、エンジン１１からターボチャージャ２７内に排気ガスが流れ込むと、排気ガスの流れによってタービンが回転し、このタービンの回転に伴ってコンプレッサが回転して吸気管２２からターボチャージャ２７内に空気を吸い込んで加圧するようになっている。またターボチャージャ２７の下流側の吸気管２２には、インタークーラ２８が配されている。そして、ターボチャージャ２７で加圧された空気は、インタークーラ２８によって冷却されてエンジン１１の各吸気ポート２０に供給される。

インタークーラ２８の下流側の吸気管２２には、電動アクチュエータの駆動により吸気管（吸気通路）を開閉するスロットルバルブ２９が設けられている。さらに、スロットルバルブ２９の下流側の排気管１２には、ターボチャージャ２７の上流側の排気管１２に連通するＥＧＲ管（ＥＧＲ通路）３０が接続されている。またこのＥＧＲ管３０にはＥＧＲクーラ３１が設けられ、ＥＧＲ管３０の吸気管２２との接続部分にはＥＧＲ弁３２が設けられている。そしてこのＥＧＲ弁３２が開弁することで、排気管１２を流れる排気ガスの一部がＥＧＲクーラ３１によって冷却された後、吸気管２２に供給されるようになっている。

なおシリンダヘッド１３には、各気筒の燃焼室１７内に燃料を直噴射する電子制御式の燃料噴射弁３３が設けられている。燃料噴射弁３３にはコモンレール３４から燃料が供給される。コモンレール３４にはサプライポンプ３５により燃料タンク（図示なし）の燃料が供給され、エンジン１１の回転速度に応じてサプライポンプ３５から所定圧で燃料がコモンレール３４に供給される。コモンレール３４では燃料が所定の燃圧に調整され、コモンレール３４から所定の燃圧に制御された高圧燃料が燃料噴射弁３３に供給される。

ここで、ターボチャージャ２７の下流側の排気管１２には、排気浄化用触媒であるディーゼル酸化触媒（以下、単に酸化触媒と称する）３６及びＮＯｘトラップ触媒３７と、排気浄化用フィルタであるディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter：以下、ＤＰＦと称する）３８とが上流側から順に配されている。また、詳しくは後述するが、ターボチャージャ２７と酸化触媒３６との間の排気管１２には、還元剤（添加剤）である燃料（軽油）を排気管（排気通路）１２内に噴射するインジェクタ５０が設けられている。

酸化触媒３６は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造の担体に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属が担持されてなる。酸化触媒３６では、排気ガスが流入すると、排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）が酸化されて二酸化窒素（ＮＯ_２）が生成される。また、酸化触媒３６における酸化反応が起こるには、酸化触媒３６が所定温度以上に加熱されている必要があるため、酸化触媒３６は可及的にエンジン１１に近い位置に配されていることが好ましい。酸化触媒３６がエンジン１１の熱によって加熱され、エンジン始動時等であっても、比較的短時間で酸化触媒３６を所定温度以上に加熱することができるからである。

ＮＯｘトラップ触媒３７は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造の担体に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属が担持されると共に、吸蔵剤としてバリウム（Ｂａ）等のアルカリ金属、あるいはアルカリ土類金属が担持されてなる。そして、ＮＯｘトラップ触媒３７では、酸化雰囲気においてＮＯｘ、すなわち、酸化触媒３６で生成されたＮＯ_２、また酸化触媒３６で酸化されずに排気ガス中に残存するＮＯを一旦吸蔵し、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）等を含む還元雰囲気中において、ＮＯｘを放出して窒素（Ｎ_２）等に還元する。

また酸化触媒３６で生成されたＮＯ_２の多くはＮＯｘトラップ触媒３７によって吸着・分解（還元）され、吸着・分解されなかった残りのＮＯ_２はＤＰＦ３８での反応により浄化されるようになっている。

通常、エンジン１１から排出される排気ガスの大部分はＮＯが占めておりＨＣの量は極めて少ないため、ＮＯｘトラップ触媒３７内が酸化雰囲気となり、ＮＯｘトラップ触媒３７ではＮＯｘが吸着されるのみで吸着されたＮＯｘが分解（還元）されることはない。このため、ＮＯｘトラップ触媒３７に所定量のＮＯｘが吸着されると、ターボチャージャ２７と酸化触媒３６との間の排気管１２に固定されたインジェクタ５０から添加剤である燃料（軽油）が噴射されるようになっている。これにより、燃料が混合された排気ガスが酸化触媒３６を通過してＮＯｘトラップ触媒３７に供給され、ＮＯｘトラップ触媒３７内が還元雰囲気となり、吸着されたＮＯｘが分解（還元）される。なおＮＯｘトラップ触媒３７は、窒素酸化物（ＮＯｘ）と同様に硫黄酸化物（ＳＯｘ）を吸蔵し、所定のタイミングで分解（還元）される。

ＤＰＦ３８は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造のフィルタであり、ＤＰＦ３８内には、例えば、上流側端部が開放され下流側端部が閉塞された排気ガス通路３８ａと下流側端部が開放され上流側端部が閉塞された排気ガス通路３８ｂとが交互に配列されている。そして、排気ガスは、まず上流側端部が開放された排気ガス通路３８ａに流入し、隣接する排気ガス通路３８ｂとの間に設けられた多孔質の壁面から下流側端部が開放された排気ガス通路３８ｂに流入して下流側に流出し、この過程において排気ガス中の微粒子状物質（ＰＭ）が、壁面に衝突したり吸着されたりして捕捉される。

捕捉されたＰＭは、排気ガス中のＮＯ_２によって酸化（燃焼）されＣＯ_２として排出され、またＤＰＦ３８内に残存するＮＯ_２はＮ_２に分解されて排出されるようになっている。すなわち、ＤＰＦ３８では、排気ガスを浄化して、ＰＭ及びＮＯｘの排出量を大幅に低減できるようになっている。また、ＰＭが燃焼されることで、ＤＰＦ３８の性能がある程度再生される。

ここで、通常は、上述したようにＮＯｘはＮＯｘトラップ触媒３７で吸着されるため、ＤＰＦ３８に供給される排気ガス中のＮＯ_２の量は少なく、ＤＰＦ３８にはＰＭが徐々に堆積されていく。そして、ＤＰＦ３８に所定量のＰＭが堆積すると、排気管１２に固定されているインジェクタ５０から所定量の燃料が噴射されるようになっている。上述したように排気ガスに燃料が混合されると、ＮＯｘトラップ触媒３７では吸着されたＮＯｘが還元されるため、排気ガスに含まれているＮＯｘ（ＮＯ_２）はＮＯｘトラップ触媒３７で吸着されずにＤＰＦ３８に供給される。これにより、ＤＰＦ３８におけるＰＭの燃焼が促進されるようになっている。

なおこれら酸化触媒３６、ＮＯｘトラップ触媒３７及びＤＰＦ３８の上流側近傍及びＤＰＦ３８の下流側近傍には、それぞれ排気温センサ３９が設けられており、これら複数の排気温センサ３９によって、酸化触媒３６、ＮＯｘトラップ触媒３７及びＤＰＦ３８に流入する排気ガスの温度と、酸化触媒３６、ＮＯｘトラップ触媒３７及びＤＰＦ３８から排出される排気ガスの温度を検出している。さらに、ＤＰＦ３８の上流側近傍には、排気ガス中の酸素濃度を検出するための空燃比センサ（空燃比検出手段）４０が設けられている。また本実施形態では、酸化触媒３６の上流側近傍にも空燃比センサ４０が設けられている。

また車両には、図示しないが電子制御ユニット（ＥＣＵ）が設けられており、このＥＣＵには、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。そして、このＥＣＵが、上記各センサからの情報に基づいて、排気浄化装置１０が搭載されたエンジン１１の総合的な制御を行っている。

ここで、図２は、実施形態１に係る排気浄化装置の要部を示す拡大断面図である。図２に示すように、還元剤としての燃料を噴射するインジェクタ５０は、本実施形態では、排気管（排気通路）１２に対して略直交する方向に配されている。すなわち、インジェクタ５０は、その軸方向（図２中上下方向）と排気ガスの流れる方向（図２中左右方向）とが略直交するように配されている。そしてインジェクタ５０は、排気管１２に固定された装着部材６０に装着されて固定部材７０によって固定されている。

装着部材６０の中央部には、一端が排気管（排気通路）１２に連通する連通路６１が形成されており、この連通路６１の他端側に、インジェクタ５０が装着される装着孔６２が形成されている。さらに装着孔６２の周囲には冷却水の流路である冷却水路６３が形成されている。

インジェクタ５０は、この装着部材６０の装着孔６２に装着され、ノズル５１が開口する先端面５２が連通路６１内に露出された状態で、固定部材７０によって装着部材６０に固定されている。なおインジェクタ５０は、燃料噴射弁３３と共通するサプライポンプ３５により燃料タンク（図示なし）の燃料が供給されるようになっている。固定部材７０は、例えば、ボルト等の締結部材によって装着部材６０に対して取り外し可能に固定されている。

また、装着部材６０には、装着孔６２の連通路６１側の端部近傍の周囲に、連通路６１に開口する噴射口６４と、噴射口６４が連通する空気通路６５が形成されている。空気通路６５は、その一端が装着部材６０の外周面に開口すると共に、装着孔６２の周囲にリング状に設けられている。また噴射口６４も、空気通路６５と同様に装着孔６２の周囲に亘って連続的に設けられている。

装着部材に形成された空気通路６５には供給管（供給路）８０の一端側が接続され、この供給管８０の他端側は、吸気管（吸気通路）２２に接続されている。例えば、供給管８０は、ターボチャージャ２７とスロットルバルブ２９との間の吸気管２２に接続されている。なお、供給管８０は、ターボチャージャ２７とスロットルバルブ２９との間であれば、吸気管２２のどの位置に接続されていてもよいが、インタークーラ２８とスロットルバルブ２９との間の吸気管２２に接続されていることが好ましい。

ここで、供給管８０には、吸気管２２に向かう空気の流れを規制する逆止弁であるチェックバルブ８１が設けられている。このチェックバルブ８１は、排気ガスの逆流を確実に防止するために設けられているが、本実施形態の構成においては排気ガスが逆流することは稀であるため、必ずしも設けられていなくてもよい。さらに供給管８０には、供給管８０を開閉してインジェクタ５０から燃料が噴射されるタイミングで連通路６１に空気を導入させる開閉弁８２（導入手段）が設けられている。つまり、この開閉弁８２がインジェクタ５０から燃料が噴射されるタイミングで開かれることで、吸気管２２を流れる空気（吸気）の一部が、吸気管２２と排気管１２との内圧差によって供給管８０に流入し、空気通路６５及び噴射口６４を介して連通路６１内に供給されるようになっている。なお開閉弁８２は、例えば、ソレノイドバルブ等で構成されている。

このように噴射口６４から連通路６１内に空気が導入されるようにすることで、インジェクタ５０から連通路６１内に燃料を噴射する際、噴射された燃料の周囲は、噴射口６４から導入された空気によって覆われる。すなわちインジェクタ５０から噴射された燃料と連通路６１の内周面とは、いわゆるエアーカーテンによって遮断される。したがって、燃料が連通路６１の内壁面に付着するのを防止することができ、燃料をバインダとした連通路６１の内壁面へのデポジットの堆積を抑制することができる。

ここで、噴射口６４の向きは、インジェクタ５０から排気管１２への燃料の供給を妨げない方向であればよいが、インジェクタ５０の軸方向（図２中上下方向）よりも連通路６１の内壁面側に傾斜する方向に形成されていることが好ましい。特に、噴射口６４の向きは、インジェクタ５０から噴射される燃料１００の外形に沿った向きであることが好ましい。これにより、インジェクタ５０から排気管１２への燃料の供給を妨げることなく、燃料が連通路６１の内壁面に付着するのを効果的に防止することができる。

ところで、このようにインジェクタ５０から燃料を噴射する際に噴射口６４から連通路６１に空気を導入すると、排気空燃比が所望の値よりもリーン化してしまう虞がある。このため本発明では、以下に詳述するように、噴射口６４から連通路６１内に空気を導入する際に、インジェクタ５０から噴射される燃料の量と連通路６１に供給される空気量とを相対的に調整するようにした。

図３は、実施形態１に係る排気浄化装置の制御方法の一例を示すフローチャートである。図３に示すように、まずステップＳ１１でインジェクタ５０から燃料を噴射する条件（排気燃料添加開始条件）が成立したか否かを判定する。例えば、ＮＯｘパージ、Ｓパージ、ＤＰＦ再生等を実施するための条件が成立したか否かを判定する。そして、このような排気燃料添加開始条件が成立していなければ（ステップＳ１１：Ｎｏ）、インジェクタ５０から燃料は噴射されず、また噴射口６４からも空気は導入されないため、そのまま処理を終了する。

一方、排気燃料添加開始条件が成立している場合には（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１２で排気燃料添加を開始する。すなわちインジェクタ５０による燃料の噴射を開始する。次いで、ステップＳ１３で供給管８０の開閉弁８２が開いて、吸気管２２を流れる空気（吸気）の一部が、供給管８０、空気通路６５及び噴射口５４を介して連通路６１内に導入される（導入手段）。

次に、ステップＳ１４で空燃比センサ（空燃比検出手段）４０によって検出された排気ガスの空燃比（排気空燃比）λが予め設定された目標値になっているか否かを判定する。ここで、排気空燃比λが目標値でない場合には（ステップＳ１４：Ｎｏ）、排気空燃比λが目標値となるように、インジェクタ５０から噴射される添加剤の量と連通路６１に供給される空気量とを相対的に調整する（調整手段）。具体的には、次に空燃比検出手段の検出結果である排気空燃比λが目標値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１５）。すなわちステップＳ１５では、排気空燃比λが目標値に対してリーン側であるかリッチ側であるかを判定する。

ここで排気空燃比λが目標値よりも大きい場合、つまり排気空燃比λが目標値よりもリーン側となっている場合には（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、ステップＳ１６で連通路６１に導入される空気量を相対的に減少させて排気空燃比λをリッチ化させて目標値となるようにする。本実施形態では、インジェクタ５０による燃料噴射量を増量させることで空気量を相対的に減少させ、排気空燃比λが目標値となるようにしている。

一方、ステップＳ１５において排気空燃比λが目標値よりも小さい場合、つまり排気空燃比λが目標値よりもリッチ側となっている場合には（ステップＳ１５：Ｎｏ）、ステップＳ１７で連通路６１に導入される空気量を相対的に増加させて排気空燃比λをリーン化させて目標値となるようにする。本実施形態では、ステップＳ１７でインジェクタ５０による燃料噴射量を減量させることで空気量を相対的に増加させて、排気空燃比λが目標値となるようにしている。

このようにインジェクタ５０から噴射される添加剤の量と連通路６１に導入される空気量とを相対的に調整することで、排気空燃比λは実質的に常に目標値とすることができ、例えば、ＮＯｘパージに必要な排気ガスのリッチ化を確実に行うことができる。また、触媒に燃料及び空気が過剰に供給され、過度の温度上昇による貴金属の劣化や溶損の発生を防止することができる。さらに、触媒に空気が過剰に供給されることによって触媒の温度低下し、触媒反応が停止してしまうといった問題の発生も防止することができる。

また本実施形態ではインジェクタ５０による燃料噴射量の制御することで、空気量を相対的に増減させるようにしたので、比較的容易に排気空燃比λを目標値となるように調整することができる。勿論、連通路６１に導入される空気量を増減させるようにしてもよい。空気量の調整方法としては、例えば、開閉弁８２のデューティ比やパルス幅等を適宜制御すればよい。

その後は、ステップＳ１８で排気燃料添加終了条件が成立したか否かを判定する。ここで、排気燃料添加終了条件が成立していない場合には（ステップＳ１８：Ｎｏ）、ステップＳ１４に戻って上述した処理を繰り返す。そして、排気燃料添加終了条件が成立した時点で（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、ステップＳ１９でインジェクタ５０による燃料添加を終了すると共に、ステップＳ２０で開閉弁８２を閉じて連通路６１への空気の導入を停止し、一連の処理を終了する。

ところで本実施形態では、供給管８０をスロットルバルブ２９の上流側の吸気管２２に接続するようにしたが、供給管８０はスロットルバルブ２９の下流側、具体的には、スロットルバルブ２９とＥＧＲ管３０との間の吸気管２２に接続されていてもよい。ＥＧＲ管３０よりも下流側の吸気管２２に供給管８０が接続されていると、ＥＧＲ管３０から吸気管２２に流入した塵を含む排気ガスが、空気（吸気）と共に供給管８０を介して連通路６１に供給されることになる。このため、供給管８０は、ＥＧＲ管３０よりも上流側の吸気管２２に接続されている必要がある。

ただし、このように供給管８０をスロットルバルブ２９よりも下流側の吸気管２２に接続する場合、運転状態（例えば、スロットルバルブ２９の開度等）によっては吸気管２２内の圧力が排気管１２内の圧力よりも低くなることがある。このため、スロットルバルブ２９の下流側の吸気管２２に供給管８０が接続されている場合、例えば、以下に詳述するように、排気ガスの逆流を考慮して上述した処理を実行する必要がある。

図４は、本実施形態に係る排気浄化装置の制御方法の一例を示すフローチャートである。なお、図３のフローチャートと同一のステップには同一符号を付し、重複する説明は省略する。図４に示すように、まずステップＳ１１で排気燃料添加開始条件が成立したか否かを判定し、排気燃料添加開始条件が成立していなければ（ステップＳ１１：Ｎｏ）、インジェクタ５０から燃料は噴射されず、また噴射口６４からも空気は導入されないため、そのまま処理を終了する。一方、排気燃料添加開始条件が成立している場合には（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１２で排気燃料添加を開始する。

次に、ステップＳ３１で、スロットルバルブ２９の下流側の吸気管２２、具体的には吸気マニホールド２１内の圧力Ｐが所定圧力Ｐ１よりも大きいか否かを判定する。すなわち、ステップＳ３１では、排気ガスが供給管８０を逆流しない条件を満たしているか否かを判定している。したがって、判定する条件は、必ずしも吸気マニホールド２１内の圧力の大きさである必要はない。例えば、所定のマップを参照して運転状態に基づいて、逆流しない条件を満たしているか否かを判定するようにしてもよい。

そして、ステップＳ３１で吸気マニホールド２１の圧力Ｐが所定圧力Ｐ１よりも大きいと判定された場合には（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）、上述したステップＳ１３〜ステップＳ１８の処理を実行する。一方、ステップＳ３１で吸気マニホールド２１の圧力Ｐが所定圧力Ｐ１以下であると判定された場合には（ステップＳ３１：Ｎｏ）、通常の排気燃料添加制御を実施して（ステップＳ３２）、ステップＳ１８に移行する。なお、ステップＳ３２で通常の排気燃料添加制御を実施する際に、開閉弁８２が開いている場合があるが、その場合には、開閉弁８２を閉じて通常の排気燃料添加制御を実施する。

ステップＳ１８では排気燃料添加終了条件が成立したか否かを判定する。ここで、排気燃料添加終了条件が成立していない場合には（ステップＳ１８：Ｎｏ）、ステップＳ３１に戻り、上述した処理を繰り返す。そして、排気燃料添加終了条件が成立した時点で（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、ステップＳ１９でインジェクタ５０による燃料添加を終了すると共に、ステップＳ２０で開閉弁８２を閉じて一連の処理を終了する。

このような制御方法では、供給管８０がスロットルバルブ２９の下流側の吸気管２２に接続されている場合でも、排気ガスが供給管８０を逆流するのを防止することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。例えば、インジェクタ５０による燃料噴射量増減で排気空燃比を調整しているが、供給管８０に設けた開閉弁８２を制御して排気空燃比を調整してもよく、また、両者（インジェクタ５０と開閉弁８２）を組み合わせて調整してもよい。また例えば、上述の実施形態では、インジェクタ５０から燃料が噴射されるタイミングで連通路６１に空気を導入させるため導入手段として、供給管８０に開閉弁を設けるようにしたが、上記タイミングで連通路６１に空気を導入させることができれば、その構成は特に限定されるものではない。

また例えば、上述の実施形態では、供給管８０が吸気管２２に接続された構成を例示したが、勿論、供給管８０を介して連通路６１に空気を供給可能に構成されていれば、必ずしも供給管８０が吸気管２２に接続されている必要はない。つまり、吸気管２２以外から供給管８０を介して連通路６１に空気を導入するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、ＮＯｘやＳを分解する排気浄化用触媒として、燃料（軽油）を還元剤としてＮＯｘを分解（還元）するＮＯｘトラップ触媒を例示したが、これに限定されず、例えば、排気ガス中のＮＯｘを選択的に触媒に吸着させ、還元剤としてアンモニアあるいは尿素をインジェクタから噴射してＮＯｘを分解（還元）する、いわゆるＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）等であってもよい。

また、上述した実施形態では、添加剤として還元剤を添加した例を説明したが、添加剤は還元作用を目的としたものに限らず、排気系に添加するものであれば、例えば、燃焼による昇温を目的とした燃料等であってもよい。

実施形態１に係る排気浄化装置の概略構成を示す図である。 実施形態１に係る排気浄化装置の要部を示す拡大断面図である。 実施形態１に係る排気浄化装置の制御方法の一例を示すフローチャートである。 実施形態１に係る排気浄化装置の制御方法の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 排気浄化装置
１１ エンジン
１２ 排気管（排気通路）
１３ シリンダヘッド
１４ シリンダブロック
１５ シリンダボア
１６ ピストン
１７ 燃焼室
１８ コンロッド
１９ クランクシャフト
２０ 吸気ポート
２１ 吸気マニホールド
２２ 吸気管（吸気通路）
２３ 吸気弁
２４ 排気ポート
２５ 排気マニホールド
２６ 排気弁
２７ ターボチャージャ
２８ インタークーラ
２９ スロットルバルブ
３０ ＥＧＲ管（ＥＧＲ通路）
３１ ＥＧＲクーラ
３２ ＥＧＲ弁
３３ 燃料噴射弁
３４ コモンレール
３５ サプライポンプ
３６ 酸化触媒
３７ ＮＯｘトラップ触媒
３８ ＤＰＦ
３９ 排気温センサ
４０ 空燃比センサ
５０ インジェクタ
６０ 装着部材
６１ 連通路
６２ 装着孔
６３ 冷却水路
６４ 噴射口
６５ 空気通路
７０ 固定部材
８０ 供給管（供給路）
８１ チェックバルブ
８２ 開閉弁

Claims (2)

1. エンジンの排気通路に介装される排気浄化用触媒と、該排気浄化用触媒よりも上流側に配されると共に前記排気通路に連通する連通路を介して前記排気通路に添加剤を噴射するインジェクタと、前記インジェクタの周囲に配されて前記連通路に開口する噴射口に連通して当該連通路に空気を供給する供給路と、を具備すると共に、
   前記インジェクタから添加剤が噴射されるタイミングで前記供給路から前記連通路に空気を導入させる導入手段と、
   前記排気浄化用触媒の後流側の排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、
   前記連通路に空気が導入されている期間に、前記排気空燃比が予め設定された目標値となるように、前記空燃比検出手段の検出結果に基づいて前記インジェクタから噴射される添加剤の量と前記連通路に導入される空気量とを相対的に調整する調整手段と、
   を具備することを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記調整手段が、前記インジェクタから噴射される添加剤の量又は前記導入手段を制御して前記連通路に供給される空気量の少なくとも何れか一方を増減させることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
   

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