JP2012172518A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ターボチャージャを備えたエンジンにおいてタービンに流入する排気流の温度を許容温度以下としつつ、ＮＯｘ還元効率を高める排気浄化装置を提供する。
【解決手段】 ＮＯｘ吸蔵触媒を備えた排気浄化装置のＥＣＵは、エンジン回転数Ｎｅおよびアクセル開度Ａｏを取得する（Ｓ０５）。エンジン回転数ＮｅがＮｅ１＜Ｎｅ＜Ｎｅ２で、アクセル開度ＡｏがＡｏ１＜Ａｏ＜Ａｏ２のとき（Ｓ１０：ＮＯ、Ｓ３０：ＮＯ、Ｓ５０：ＮＯ）、タービン前排気温度Ｔｇが高いほど、燃料噴射弁からの筒内噴射量Ｑｃを減少し、燃料添加弁からの添加燃料量Ｑａを増加する（Ｓ７０）。タービン前排気温度Ｔｇが比較的高いとき、筒内噴射量Ｑｃを減少することで、タービンへの熱影響を抑制することができる。一方、タービン前排気温度Ｔｇが比較的低いとき、筒内噴射量Ｑｃを増加することで、ＮＯｘ還元効率を高めることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンの排気浄化装置に関する。

従来、エンジンから排出される排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）等の大気汚染物質を浄化する排気浄化装置が知られている。例えば、特許文献１に記載の排気浄化装置は、「流入する排気の空燃比がリーンのとき排気中のＮＯｘを吸収し、流入する排気の空燃比がリッチのとき吸収したＮＯｘを還元するＮＯｘ吸蔵触媒」を備える。そして、エンジンをリーン空燃比運転からリッチ空燃比に切り換えるとき、未燃ＨＣおよびＣＯを多量に含む「燃焼に寄与しない燃料」をＮＯｘ吸蔵触媒に供給することにより、ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するのに充分な量のＨＣおよびＣＯを確保する。

特許第３７８８０４９号公報

「燃焼に寄与しない燃料」をＮＯｘ吸蔵触媒に供給する方法としては、例えば、排気行程時に気筒内に燃料を噴射する「筒内噴射」と、ＮＯｘ吸蔵触媒よりも上流側の排気通路に燃料を噴射する「燃料添加」とがある。
ここで、燃料添加は筒内噴射に比べてＮＯｘ還元効率が低いため、ＮＯｘ還元（または「ＮＯｘパージ」という。）を促進する観点からは筒内噴射の方が有利である。しかし、ＮＯｘ還元時に筒内噴射を実施すると、エンジンの中負荷から高負荷運転において排気温度が過度に上昇する。すると、エンジンがターボチャージャを搭載している場合には、許容温度以上の排気流がターボチャージャのタービンに流入し、ターボチャージャに熱的な影響を及ぼすおそれがある。

一方、排気通路に燃料添加を実施する場合には、タービンへ熱影響を及ぼすおそれはないものの、ＮＯｘ還元効率が低下することとなる。したがって、エンジンの中負荷から高負荷運転においてタービン、すなわちターボチャージャの保護のために常に筒内噴射を禁止すると、充分な排気浄化ができなくなるおそれがある。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、ターボチャージャを備えたエンジンにおいてタービンに流入する排気流の温度を許容温度以下としつつ、ＮＯｘ還元効率を高める排気浄化装置を提供することにある。

請求項１に記載の排気浄化装置は、排気管の途中に設けられ排気流により回転するタービン、吸気管の途中に設けられタービンに駆動されて回転しタービンと共にターボチャージャを構成するコンプレッサ、排気に混入させるための燃料をエンジン気筒内に噴射する筒内噴射手段、及び、排気に混入させるための燃料を排気通路中に噴射する燃料添加手段を備えたエンジンに用いられ、筒内噴射手段および燃料添加手段の少なくともいずれか一方が噴射する燃料によって排気中のＮＯｘを浄化する排気浄化装置である。

この排気浄化装置は、ＮＯｘ吸蔵触媒、タービン前排気温度検出手段および制御手段を備える。ＮＯｘ吸蔵触媒は、排気通路の燃料添加手段の下流側に設けられ、流入する排気の空燃比がリーンのとき排気中のＮＯｘを吸収し、流入する排気の空燃比がリッチのとき吸収したＮＯｘを還元する。タービン前排気温度検出手段は、タービンに流入する排気の温度であるタービン前排気温度を検出する。
制御手段は、筒内噴射手段が噴射する筒内噴射量および燃料添加手段が噴射する添加燃料量を制御する。そして、制御手段は、タービン前排気温度が高いほど筒内噴射量を減少するとともに添加燃料量を増加する。

これにより、ターボチャージャを備えたエンジンにおいて、排気浄化装置は、タービン前排気温度によって筒内噴射と燃料添加との配分を調整する。すなわち、タービン前排気温度が比較的高い場合には、筒内噴射量を減少することでタービンへの熱影響を抑制することができる。また、タービン前排気温度が比較的低い場合には、タービンへ熱影響を及ぼさない温度範囲内で筒内噴射量を可及的に多くすることで、ＮＯｘ還元効率を高めることができる。

請求項２に記載の発明によると、制御手段は、エンジン回転数またはエンジン負荷の少なくともいずれか一方を取得する。そして、制御手段は、エンジン回転数が所定の第１回転数閾値以下のとき又はエンジン負荷が所定の第１負荷閾値以下のとき、タービン前排気温度によらず、筒内噴射量をゼロより大きい値とし添加燃料量をゼロとする。

エンジン回転数と、そのエンジン回転数で筒内噴射したときのタービン前排気温度との間にはほぼ正の相関があるため、タービン前排気温度の許容温度に対応して第１回転数閾値を決めることができる。また、エンジン負荷を例えばアクセル開度とすると、アクセル開度と、そのアクセル開度で筒内噴射したときのタービン前排気温度との間にもほぼ正の相関があるため、タービン前排気温度の許容温度に対応して第１負荷閾値としての第１開度閾値を決めることができる。したがって、エンジン回転数が所定の第１回転数閾値以下のとき又はエンジン負荷が所定の第１負荷閾値以下のときは、筒内噴射時のタービン前排気温度が許容温度以下であると推定される。
これにより、タービンへ熱影響を及ぼさない温度範囲内で、ＮＯｘの還元に有利な筒内噴射のみを実施することができる。よって、ＮＯｘ還元効率を高めることができる。

なお、請求項２は請求項１を引用する。したがって、請求項２に係る発明では、請求項２で特定する条件に該当しない場合、すなわち、エンジン回転数が第１回転数閾値を超え、エンジン負荷が第１負荷閾値を超える場合、制御手段は、タービン前排気温度が高いほど筒内噴射量を減少するとともに添加燃料量を増加する。

請求項３に記載の発明によると、制御手段は、エンジン回転数またはエンジン負荷の少なくともいずれか一方を取得する。そして、制御手段は、エンジン回転数が第１回転数閾値よりも大きい所定の第２回転数閾値以上のとき又はエンジン負荷が第１負荷閾値よりも大きい所定の第２負荷閾値以上のとき、タービン前排気温度によらず、エンジン回転数またはエンジン負荷が高いほど筒内噴射量を減少するとともに添加燃料量を増加する。

エンジン回転数が第２回転数閾値以上のとき又はエンジン負荷が第２負荷閾値以上のときには、タービンに対する熱影響とは別に、「筒内噴射量が多いとスモーク（黒煙）排出量が増大する」という問題が生じる。そこで、エンジン回転数またはエンジン負荷が高いほど筒内噴射量を減少することで、スモーク排出量を許容量以下にすることができる。
また、筒内噴射量の減少を補填するために添加燃料量を増加することで、ＮＯｘ還元に必要な燃料量を確保することができる。

なお、請求項１を引用する請求項３に係る発明では、請求項３で特定する条件に該当しない場合、すなわち、エンジン回転数が第２回転数閾値未満であり、エンジン負荷が第２負荷閾値未満である場合、制御手段は、タービン前排気温度が高いほど筒内噴射量を減少するとともに添加燃料量を増加する。
さらに、請求項２を引用する請求項３に係る発明では、エンジン回転数が第１回転数閾値を超え第２回転数閾値未満であり、エンジン負荷が第１負荷閾値を超え第２負荷閾値未満であるとき、制御手段は、タービン前排気温度が高いほど筒内噴射量を減少するとともに添加燃料量を増加する。

請求項４に記載の発明によると、制御手段は、添加燃料量の増加量を筒内噴射量の減少量よりも少なくする。
排気浄化装置には、ＮＯｘ吸蔵触媒の下流側にＨＣ酸化触媒が設けられる場合がある。このＨＣ酸化触媒は、筒内噴射時または燃料添加時にＮＯｘ吸蔵触媒に供給されるＨＣおよびＣＯのうちＮＯｘ吸蔵触媒をすり抜けるＨＣおよびＣＯを酸化しＨ₂ＯおよびＣＯ₂にするためのものである。

ところが、ＨＣ酸化触媒の酸化能力が低い場合、あるいはＨＣ酸化触媒が設けられない場合には、ＮＯｘ吸蔵触媒をすり抜けたＨＣがＨＣ酸化触媒で充分に酸化されず、白煙として大気中に放出されるおそれがある。しかも、筒内噴射量の減少分を添加燃料で補填しようとすると、添加燃料は筒内噴射燃料よりもＮＯｘ還元速度が低いため、ＨＣがＮＯｘ吸蔵触媒をすり抜けて白煙を生じやすくなる。したがって、添加燃料量の増加量を筒内噴射量の減少量よりも少なくすることで、ＨＣすり抜け量を低減し白煙の発生を抑制することができる。

この場合、さらに請求項５に記載の発明によると、排気浄化装置は、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を検出するＮＯｘ吸蔵触媒温度検出手段を備え、制御手段は、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が低いほど添加燃料量の増加量を少なくする。
ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が低いほどＮＯｘ還元速度は低下し、ＨＣがＮＯｘ吸蔵触媒をすり抜けやすくなる。そこで、上記のように「添加燃料量の増加量を筒内噴射量の減少量よりも少なく」して「すり抜けＨＣ」による白煙の発生を防止する場合、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が低いほど添加燃料量の増加量を少なくすることで、ＨＣすり抜け量を低減し白煙の発生を抑制することができる。

請求項６に記載の発明によると、制御手段は、添加燃料量の増加量を筒内噴射量の減少量よりも多くする。
上述の請求項４に記載の発明とは逆に、ＮＯｘ吸蔵触媒の下流側に設けられるＨＣ酸化触媒の酸化能力が高い場合には、ＮＯｘ吸蔵触媒をすり抜けたＨＣがＨＣ酸化触媒で充分に酸化されるため、白煙の発生を回避することができる。したがって、たとえ、添加燃料は筒内噴射燃料よりもＮＯｘ還元速度が低くＨＣがすり抜けやすいとしても、筒内噴射量の減少分の補填として添加燃料量を増加することによる問題は生じない。そこで、添加燃料量の増加量を筒内噴射量の減少量よりも多くすることで、筒内噴射のみの場合と同等のＮＯｘ還元量を維持することができる。

この場合、さらに請求項７に記載の発明によると、排気浄化装置は、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を検出するＮＯｘ吸蔵触媒温度検出手段を備え、制御手段は、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が低いほど添加燃料量の増加量を多くする。
ＨＣのすり抜けが問題とならず、上記のように、「添加燃料量の増加量を筒内噴射量の減少量よりも多くする」場合、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が低いほどＮＯｘ還元速度が低下するため、添加燃料単位量あたりのＮＯｘ還元量が低下する。そこで、ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が低いほど添加燃料量の増加量を多くすることで、筒内噴射のみの場合と同等のＮＯｘ還元量を維持することができる。

請求項８に記載の排気浄化装置は、燃料添加手段が噴射した燃料の量のうちＮＯｘ吸蔵触媒に到達する以前に排気管の内壁に付着する付着燃料の量、及び、付着燃料のうち蒸発して排気通路に放出される蒸発燃料の量を推定する付着蒸発燃料推定手段を備える。そして、制御手段は、付着蒸発燃料推定手段が推定した付着燃料の量および蒸発燃料の量に基づいて添加燃料量を補正する。

燃料添加手段から噴射された燃料のうち一部の燃料は、ＮＯｘ吸蔵触媒に到達するまでに排気管の内壁に付着して損失する可能性がある。また、排気管の内壁に付着した付着燃料のうち一部の燃料は蒸発して排気通路に放出されることで回復する可能性がある。
そこで、付着蒸発燃料推定手段は、例えば、排気流の流速、温度等の条件と付着燃料の量および蒸発燃料の量との関係を示すマップを記憶し、このマップを参照して付着燃料の量および蒸発燃料の量を推定する。そして、制御手段は、付着蒸発燃料推定手段の推定値に基づいて添加燃料量を補正する。すなわち、燃料添加手段は、蒸発燃料による回復分を控除しつつ、付着燃料による損失分を見込んで燃料を多めに噴射する。これにより、ＮＯｘ吸蔵触媒に供給する燃料量の制御精度を高めることができる。

請求項９に記載の発明によると、筒内噴射手段は、燃焼のための燃料をエンジン気筒内に噴射する燃焼用燃料噴射手段を兼ねる。
エンジンは、本来、燃焼のための燃料をエンジン気筒内に噴射する燃焼用燃料噴射手段として、例えば燃料噴射弁を備えている。したがって、燃料噴射弁を筒内噴射手段として共用することで部品点数を低減することができる。

本発明の一実施形態による排気浄化装置が適用される内燃機関の模式図である。 本発明の一実施形態による排気浄化装置による排気浄化メカニズムを説明する説明図である。 本発明の一実施形態による排気浄化装置による排気浄化処理を示すフローチャートである。 （ａ）：エンジン回転数と筒内噴射量／添加燃料量との関係を示す図である。（ｂ）：アクセル開度と筒内噴射量／添加燃料量との関係を示す図である。（ｃ）：タービン前排気温度と筒内噴射量／添加燃料量との関係を示す図である。 排気浄化処理の実施例におけるタイミングチャートである。 筒内噴射量の減少量に対する添加燃料量の増加量を示す説明図である。 （ａ）：ＬＮＴ温度とＮＯｘ還元速度との関係を示す図である。（ｂ）：添加燃料の排気管への付着、蒸発を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態による排気浄化装置を図面に基づいて説明する。
（一実施形態）
本発明の一実施形態による排気浄化装置は、例えば４気筒のディーゼルエンジンに適用され、排気通路に排出される排気を浄化する装置である。以下に説明する構成のうち、図１の二点鎖線で示すように、本実施形態の排気浄化装置１０は、ＬＮＴ４０、タービン前排気温度センサ２６、ＬＮＴ温度センサ４２およびＥＣＵ９０を備える。

図１に示すように、エンジン２は、ピストン６が気筒（シリンダ）４内を往復移動可能である。吸気弁７は吸気通路７１と気筒４とを連通または遮断し、排気弁８は排気通路８１と気筒４とを連通または遮断する。気筒４の内壁、ピストン６の上面、吸気弁７および排気弁８等で囲まれた空間は燃焼室９を形成する。

燃料噴射弁３６は、図示しないコモンレールから供給される高圧燃料を、ＥＣＵ９０の指令によって二通りの時期に燃焼室９に噴射する。第一は、特許請求の範囲に記載の「燃焼用燃料噴射手段」として、エンジンの膨張行程でエンジン燃焼のために噴射する。第二は、特許請求の範囲に記載の「筒内噴射手段」として、主にエンジンの排気行程で燃料を排気に混入させるために噴射する。この燃料の混入は、後述するＮＯｘ浄化を目的とするものである。
「筒内噴射手段」としての燃料噴射弁３６の噴射量を「筒内噴射量Ｑｃ」という。筒内噴射量Ｑｃおよび噴射時期は、ＥＣＵ９０により制御される。

吸気管７０は、燃焼室９に空気を供給する吸気通路７１を形成する。ターボチャージャ２０のコンプレッサ２４は、吸気管７０に接続され、吸気を圧縮し過給する。インタークーラ３０は、コンプレッサ２４の下流側の吸気管７０に設置され、圧縮空気を冷却する。
エアフローメータ３４は、吸気通路７１を流れエンジン２に吸入される吸気流量を検出する。そして、エアフローメータ３４が検出する吸気流量に基づいて、排気通路８１を流れる排気流量が算出される。

ＥＧＲ（排気再循環）管７２は、エアフローメータ３４の下流側の吸気管７０と排気管８０とを接続している。そして、図示しないＥＧＲ弁が開弁することにより、ＥＧＲ管７２に設けられたＥＧＲクーラ３８とＥＧＲ弁とを経由して、排気流の一部が排気管８０から吸気管７０に還流する。
スロットル弁３２は、例えばＥＧＲガス量を調整する場合等に開度が制御される。スロットル開度が小さくなり吸気通路が絞られるとスロットル弁３２の下流側に負圧が発生するため、ＥＧＲ管７２から吸気管７０に導入されるＥＧＲガス量が増加する。

排気管８０は、ターボチャージャ２０のタービン２２に接続される。タービン２２は、タービンハウジング内に、排気流によって回転する図示しないタービンホイールを設けている。タービン２２は、タービンホイールと連結された図示しないシャフトを介してコンプレッサを回転駆動する。

排気管８０のタービン２２の下流側には、ハニカム構造体で形成されたＮＯｘ吸蔵触媒（以下、「ＬＮＴ（リーンＮＯｘトラップ）」という。）４０が設けられている。ＬＮＴ４０は、流入する排気の空燃比がリーンのとき排気中のＮＯｘを吸収し、流入する排気の空燃比がリッチのとき吸収したＮＯｘを還元する。また、ＬＮＴ４０の下流側には、ハニカム構造体で形成されたＨＣ酸化触媒５０が設けられている。
排気中の大気汚染物質であるＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯは、ＬＮＴ４０およびＨＣ酸化触媒５０の触媒作用によって無害なＮ₂、Ｈ₂Ｏ、ＣＯ₂に変化して、大気中に放出される。

燃料添加弁６０は、タービン２２とＬＮＴ４０との間の排気管８０に設置されている。燃料添加弁６０は、例えば、コモンレールに燃料を供給する図示しないフィードポンプから燃料が供給される。燃料添加弁６０は、フィードポンプから供給される燃料を排気に混入させるためＬＮＴ４０の上流側の排気通路８１に噴射する。燃料添加弁６０は、特許請求の範囲に記載の「燃料添加手段」に相当する。燃料添加弁６０の噴射量を「添加燃料量Ｑａ」という。添加燃料量Ｑａおよび噴射時期は、ＥＣＵ９０により制御される。

「タービン前排気温度検出手段」としてのタービン前排気温度センサ２６は、タービン２２に流入する排気流の温度を測定する。「ＮＯｘ吸蔵触媒温度検出手段」としてのＬＮＴ温度センサ４２は、ＬＮＴ４０の温度を検出する。タービン前排気温度センサ２６およびＬＮＴ温度センサ４２は、例えば、熱電対やサーミスタにより実現される。

ＥＣＵ９０は、エンジン回転数Ｎｅおよびアクセル開度Ａｏの信号を取得し、エンジン運転状態を判定する。また、タービン前排気温度センサ２６およびＬＮＴ温度センサ４２の検出信号を取得する。そして、特に本実施形態では、取得した情報に基づいて燃料噴射弁３６および燃料添加弁６０の作動を制御し、燃料噴射弁３６が噴射する筒内噴射量Ｑｃおよび燃料添加弁６０が噴射する添加燃料量Ｑａを制御する。

また、ＥＣＵ９０は、燃料添加弁６０が噴射した添加燃料のうちＬＮＴ４０に到達するまでに排気管８０の内壁に付着する付着燃料Ｆｄの量、及び、付着燃料Ｆｄのうち蒸発して排気通路８１に放出される蒸発燃料の量を推定する。この推定は、排気流の流速、温度等の条件と付着燃料の量および蒸発燃料の量との関係を示すマップを記憶し、このマップを参照することにより行う。そして、この推定値に基づいて添加燃料量Ｑａを補正する。
ＥＣＵ９０は、特許請求の範囲に記載の「制御手段」および「付着蒸発燃料推定手段」に相当する。

次に、ＬＮＴ４０およびＨＣ酸化触媒５０による排気浄化のメカニズムについて、図２を参照して説明する。
図２（ａ）に示すように、ＬＮＴ４０は、担体上に白金（Ｐｔ）およびバリウム（Ｂａ）が担持されている。エンジンの燃焼によるＮＯｘ発生量が多いとき、白金は、排気中のＮＯｘ（具体的にはＮＯ、ＮＯ₂等）と酸素との反応を促進し、硝酸イオンＮＯ₃ ^-に変化させて、バリウムに吸着させる。

その後、図２（ｂ）に示すように、筒内噴射または燃料添加により排気に混入されＬＮＴ４０に供給されたＨＣおよびＣＯは、バリウムに吸着された硝酸イオンＮＯ₃ ^-と酸化還元反応して、Ｎ₂、Ｈ₂Ｏ、ＣＯ₂を生成する。すなわち、硝酸イオンＮＯ₃ ^-はＮ₂に還元され、ＨＣおよびＣＯは、Ｈ₂ＯおよびＣＯ₂に酸化される。これにより、無害なＮ₂、Ｈ₂Ｏ、ＣＯ₂が大気中に放出されることとなる。

以上のように、ＬＮＴ４０での吸蔵および還元を通して、ＮＯｘはＮ₂に還元される。以下、この反応を「ＮＯｘ還元」または「ＮＯｘパージ」という。
ところで、筒内噴射または燃料添加によりＬＮＴ４０に供給されたＨＣおよびＣＯの一部がＬＮＴ４０をすり抜ける可能性がある。すると、すり抜けたＨＣが「白煙」として大気中に放出されるおそれがある。

そこで、本実施形態では、ＬＮＴ４０の下流側にＨＣ酸化触媒５０が設けられる。
図２（ｃ）に示すように、ＨＣ酸化触媒５０は、担体上にセリウム（Ｃｅ）が担持されている。セリウムは、排気の空燃比がリーンのとき、排気中の酸素と結合して酸化セリウム（ＣｅＯ₂）を形成し酸素を貯蔵する。そして、筒内噴射または燃料添加が実施され、排気の空燃比がリッチとなるとき、酸素を放出する。これにより、ＨＣ酸化触媒５０は、「Ｏ₂ストレージ機能（特許文献１参照）」を有する。
したがって、筒内噴射または燃料添加のとき、ＬＮＴ４０をすり抜けたＨＣは、酸化セリウムから放出された酸素と反応してＨ₂ＯとＣＯ₂とに変化する。よって、すり抜けたＨＣが白煙として大気中に放出されることを防止することができる。

次に、一実施形態の排気浄化装置１０のＥＣＵ９０が実行する排気浄化処理について、図３のフローチャートおよび図４〜図７を参照して説明する。なお、以下のフローチャートの説明で、記号Ｓは「ステップ」を示す。
図３のＳ０５において、ＥＣＵ９０は、エンジン回転数Ｎｅおよび「エンジン負荷」としてのアクセル開度Ａｏを取得する。なお、下記の第１開度閾値Ａｏ１および第２開度閾値Ａｏ２は、「第１負荷閾値」および「第２負荷閾値」に相当する。

Ｓ１０では、エンジン回転数Ｎｅが第１回転数閾値Ｎｅ１以下であるか、又は、アクセル開度Ａｏが第１開度閾値Ａｏ１以下であるか、を判断する。第１回転数閾値Ｎｅ１は、そのエンジン回転数で筒内噴射を実施したときのタービン前排気温度Ｔｇが許容温度以下となるように決められる値である。また、第１開度閾値Ａｏ１は、そのアクセル開度で筒内噴射を実施したときのタービン前排気温度Ｔｇが許容温度以下となるように決められる値である。
Ｓ１０でＹＥＳの場合、Ｓ２０に移行し、筒内噴射量Ｑｃをゼロより大きい値とし、添加燃料量Ｑａをゼロとする。すなわち、燃料噴射弁３６からの筒内噴射のみを実施する。

一方、Ｓ１０でＮＯの場合、Ｓ３０に移行する。Ｓ３０では、エンジン回転数Ｎｅが第２回転数閾値Ｎｅ２以上であるかを判断する。第２回転数閾値Ｎｅ２は第１回転数閾値Ｎｅ１より大きい値である。エンジン回転数Ｎｅが第２回転数閾値Ｎｅ２以上の場合、筒内噴射量Ｑｃによってスモーク（黒煙）の発生が問題となる可能性がある。
Ｓ３０でＹＥＳの場合、Ｓ４０に移行し、エンジン回転数Ｎｅが高いほど筒内噴射量Ｑｃを減少する。また、それに伴い添加燃料量Ｑａを増加することとする。添加燃料量Ｑａの増加量は後述のＳ７５〜Ｓ９０によって決定する。

Ｓ３０でＮＯの場合、Ｓ５０に移行する。Ｓ５０では、アクセル開度Ａｏが第２開度閾値Ａｏ２以上であるかを判断する。第２開度閾値Ａｏ２は第１開度閾値Ａｏ１より大きい値である。アクセル開度Ａｏが第２開度閾値Ａｏ２以上の場合、筒内噴射量Ｑｃによってスモーク（黒煙）の発生が問題となる可能性がある。
Ｓ５０でＹＥＳの場合、Ｓ６０に移行し、アクセル開度Ａｏが高いほど筒内噴射量Ｑｃを減少する。また、それに伴い添加燃料量Ｑａを増加することとする。添加燃料量Ｑａの増加量は後述のＳ７５〜Ｓ９０によって決定する。

Ｓ５０でＮＯの場合、Ｓ６５に移行する。Ｓ５０でＮＯの場合とは、エンジン回転数Ｎｅが第１回転数閾値Ｎｅ１を超え第２回転数閾値Ｎｅ２未満であり、かつ、アクセル開度Ａｏが第１開度閾値Ａｏ１を超え第２開度閾値Ａｏ２未満であるときをいう。
Ｓ６５では、タービン前排気温度センサ２６からタービン前排気温度Ｔｇを取得する。続くＳ７０では、タービン前排気温度Ｔｇが高いほど筒内噴射量Ｑｃを減少する。また、それに伴い添加燃料量Ｑａを増加することとする。添加燃料量Ｑａの増加量は後述のＳ７５〜Ｓ９０によって決定する。

Ｓ０５〜Ｓ７０の処理は、図４のように整理される。
図４（ａ）に示すように、エンジン回転数Ｎｅについて、第１回転数閾値Ｎｅ１以下の領域では筒内噴射のみを実施する。第１回転数閾値Ｎｅ１を超え第２回転数閾値Ｎｅ２未満の領域では、エンジン回転数Ｎｅおよびアクセル開度Ａｏはタービン前排気温度Ｔｇに依存する。すなわち、図４（ｃ）に示すように、タービン前排気温度Ｔｇが高いほど筒内噴射量Ｑｃを減少し添加燃料量Ｑａを増加する。タービン前排気温度Ｔｇが温度Ｔｇ０以下では、添加燃料量Ｑａをゼロとし、燃料噴射弁３６からの筒内噴射のみを実施する。一方、タービン前排気温度Ｔｇが筒内噴射上限温度Ｔｇ_MAX以上では、筒内噴射量Ｑｃをゼロとし、燃料添加弁６０からの燃料添加のみを実施する。

図４（ａ）に戻り、第２回転数閾値Ｎｅ２以上の領域では、エンジン回転数Ｎｅが高いほど筒内噴射量Ｑｃを減少し添加燃料量Ｑａを増加する。なお、エンジン回転数Ｎｅが筒内噴射上限値Ｎｅ_MAX以上では、筒内噴射量Ｑｃをゼロとし、燃料添加弁６０からの燃料添加のみを実施する。
また、図４（ｂ）に示すように、アクセル開度Ａｏについては、エンジン回転数Ｎｅと同様である。

さらに、図５は、この排気浄化処理（ＮＯｘパージ）を時系列的に示したタイミングチャートである。
時刻ｔ０で、アクセル開度Ａｏがゼロから第１開度閾値Ａｏ１と第２開度閾値Ａｏ２との間の開度ＡｏＸになったとする。すると、エンジン２の燃焼によりタービン前排気温度Ｔｇが上昇し始める。続いて時刻ｔ１で、ＥＣＵ９０が排気浄化処理を開始する。
時刻ｔ１直後はタービン前排気温度Ｔｇが比較的低いので、筒内噴射量Ｑｃを多くし、添加燃料量Ｑａを少なくする。その後、タービン前排気温度Ｔｇが上昇するにつれ、筒内噴射量Ｑｃを減少し添加燃料量Ｑａを増加する。
時刻ｔ２でタービン前排気温度Ｔｇが筒内噴射上限温度Ｔｇ_MAXに達すると、筒内噴射量Ｑｃをゼロとし、燃料添加弁６０からの燃料添加のみを実施する。そして、時刻ｔ３でＥＣＵ９０は、添加燃料量Ｑａをゼロとし、排気浄化処理を終了する。

ここで、Ｓ０５〜Ｓ７０の排気浄化処理の効果をまとめると以下のようになる。
（１）エンジン回転数Ｎｅが第１回転数閾値Ｎｅ１以下のとき又はアクセル開度Ａｏが第１開度閾値Ａｏ１以下のときは、筒内噴射時のタービン前排気温度Ｔｇが許容温度以下であると推定される。したがって、タービン２２へ熱影響を及ぼさない温度範囲内で、ＮＯｘの還元に有利な筒内噴射のみを実施することができる。よって、ＮＯｘ還元効率を高めることができる。

（２）エンジン回転数Ｎｅが第２回転数閾値Ｎｅ２以上のとき又はアクセル開度Ａｏが第２開度閾値Ａｏ２以上のときには、タービン２２に対する熱影響とは別に、「筒内噴射量Ｑｃが多いとスモーク（黒煙）排出量が増大する」という問題が生じる。そこで、エンジン回転数Ｎｅまたはアクセル開度Ａｏが高いほど筒内噴射量Ｑｃを減少することで、スモーク排出量を許容量以下にすることができる。
また、筒内噴射量Ｑｃの減少を補填するために添加燃料量Ｑａを増加することで、ＮＯｘ還元に必要な燃料量を確保することができる。

（３）エンジン回転数Ｎｅが第１回転数閾値Ｎｅ１を超え第２回転数閾値Ｎｅ２未満であり、かつ、アクセル開度Ａｏが第１開度閾値Ａｏ１を超え第２開度閾値Ａｏ２未満であるとき、タービン前排気温度Ｔｇが高いほど筒内噴射量Ｑｃを減少し、添加燃料量Ｑａを増加する。
これにより、ターボチャージャ２０を備えたエンジン２において、排気浄化装置１０は、タービン前排気温度Ｔｇによって筒内噴射と燃料添加との配分を調整する。すなわち、タービン前排気温度Ｔｇが比較的高い場合には、筒内噴射量Ｑｃを減少することでタービン２２への熱影響を抑制し、ターボチャージャ２０の耐用期間を十分確保することができる。また、タービン前排気温度Ｔｇが比較的低い場合には、タービン２２へ熱影響を及ぼさない範囲内で筒内噴射量Ｑｃを可及的に多くすることで、ＮＯｘ還元効率を高めることができる。

図３のフローチャートに戻り、次にＳ７５〜Ｓ９０では、Ｓ４０、Ｓ６０またはＳ７０にて筒内噴射量Ｑｃを減少するとしたときの添加燃料量Ｑａの増加量を決定する。
ここで、Ｓ７５の説明に移る前に、添加燃料量Ｑａの増加量を決定する方法の基本的な３つのパターンについて、図６を参照して説明する。

図６（ａ）に示すように、筒内噴射のみを実施するときの筒内噴射量Ｑｃを基準とし、筒内噴射量Ｑｃの減少量を−ΔＱｃと表す。方法１は、添加燃料量Ｑａの増加量ΔＱａ１を筒内噴射量Ｑｃの減少量ΔＱｃと等しくする。方法２は、添加燃料量Ｑａの増加量ΔＱａ２を筒内噴射量Ｑｃの減少量ΔＱｃよりも少なくする。方法３は、添加燃料量Ｑａの増加量ΔＱａ３を筒内噴射量Ｑｃの減少量ΔＱｃよりも多くする。

方法１〜方法３の使い分けについて説明する。
方法２は、ＬＮＴ４０の下流側に設けられるＨＣ酸化触媒５０の酸化能力が低い場合、あるいはＨＣ酸化触媒５０が設けられない場合に適している。これらの場合、ＬＮＴ４０をすり抜けたＨＣがＨＣ酸化触媒５０で充分に酸化されず、白煙として大気中に放出されるおそれがある。しかも、筒内噴射量の減少分を添加燃料で補填しようとすると、添加燃料は筒内噴射燃料よりもＮＯｘ還元速度が低いため、ＨＣがＬＮＴ４０をすり抜けて白煙を生じやすくなる。したがって、添加燃料量Ｑａの増加量ΔＱａ２を筒内噴射量Ｑｃの減少量ΔＱｃよりも少なくすることで、図６（ｂ）に示すように、ＨＣすり抜け量を低減し白煙の発生を抑制することができる。

方法３は、方法２と逆に、ＬＮＴ４０の下流側に設けられるＨＣ酸化触媒５０の酸化能力が高い場合に適している。この場合、ＬＮＴ４０をすり抜けたＨＣがＨＣ酸化触媒５０で充分に酸化されるため、白煙の発生を回避することができる。したがって、たとえ、添加燃料は筒内噴射燃料よりもＮＯｘ還元速度が低くＨＣがすり抜けやすいとしても、筒内噴射量Ｑｃの減少分の補填として添加燃料量Ｑａを増加することによる問題は生じない。そこで、添加燃料量Ｑａの増加量ΔＱａ２を筒内噴射量Ｑｃの減少量ΔＱｃよりも多くすることで、図６（ｃ）に示すように、筒内噴射のみの場合と同等のＮＯｘパージ量を維持することができる。
また、方法１は、ＬＮＴ４０の下流に設けられるＨＣ酸化触媒５０の酸化能力が低くも高くもない場合に、方法２と方法３との中間的な方法として採用可能である。

次に、図３のＳ７５の説明に移る。Ｓ７５では、ＬＮＴ温度センサ４２からＬＮＴ温度Ｔ_LNTを取得する。Ｓ８０では、ＬＮＴ温度Ｔ_LNTが低いほど添加燃料量Ｑａの増加量ΔＱａを減少または増加する。具体的には、上述の方法２を採用する場合には添加燃料量Ｑａの増加量ΔＱａを少なくし、上述の方法３を採用する場合には添加燃料量Ｑａの増加量ΔＱａを多くするように、事前に決定される。

図７（ａ）に示すように、ＬＮＴ温度Ｔ_LNTが低いほどＮＯｘ還元速度は低下し、ＨＣがＬＮＴ４０をすり抜けやすくなる。そのため、ＬＮＴ４０をすり抜けたＨＣによる白煙の発生を防止するため上述の方法２を採用する場合には、ＬＮＴ温度Ｔ_LNTが低いほど添加燃料量Ｑａの増加量ΔＱａ２を少なくすることで、ＨＣすり抜け量を低減し白煙の発生を抑制することができる。

一方、ＨＣのすり抜けが問題とならず上述の方法３を採用する場合には、ＬＮＴ温度Ｔ_LNTが低いほどＮＯｘ還元速度が低下するため、添加燃料単位量あたりのＮＯｘパージ量が低下する。そこで、ＬＮＴ温度Ｔ_LNTが低いほど添加燃料量Ｑａの増加量ΔＱａ３を多くすることで、筒内噴射のみの場合と同等のＮＯｘ還元量を維持することができる。

最後に、図３のＳ９０における添加燃料量Ｑａの補正処理について説明する。
図７（ｂ）は、燃料添加弁６０が噴射した添加燃料がＬＮＴ４０に到達するまでの排気通路８１での挙動を示している。ここで、燃料添加弁６０が排気通路８１に噴射した添加燃料量Ｑａを噴射時添加燃料量Ｑａｉとする。また、ＬＮＴ４０に到達しＮＯｘ還元反応に利用される添加燃料量Ｑａを到達時添加燃料量Ｑａｆとする。

噴射時添加燃料量Ｑａｉのうち一部は、排気管８０の内壁に付着して付着燃料Ｆｄとなる可能性がある。また、付着燃料Ｆｄのうち一部は蒸発して排気通路８１に放出される可能性がある。図７（ｂ）に示すように、排気管８０の内壁に付着する個々の燃料量をｑαと表し、蒸発して排気通路８１に放出される個々の燃料量をｑβと表すと、燃料量の収支は、下式１〜３のように表される。なお、「Σ」は総計を求める演算を意味する。
Σ（−ｑα）＝−Ｑα ・・・（式１）
Σ（ ｑβ）＝ Ｑβ ・・・（式２）
Ｑａｉ−Ｑα＋Ｑβ＝Ｑａｆ ・・・（式３）

すなわち、付着燃料の総量（−Ｑα）は損失量を示し、蒸発燃料の総量Ｑβは回復量を示す。付着燃料の総量（−Ｑα）の絶対値が蒸発燃料の総量Ｑβよりも大きいとすると、到達時添加燃料量Ｑａｆは、噴射時添加燃料量Ｑａｉに対し「目減り」することとなる。
そこで、ＥＣＵ９０は、排気流Ｇｅの流速、温度等の条件と、付着燃料の量および蒸発燃料の量との関係を示すマップを記憶し、Ｓ９０で、このマップを参照して付着燃料の量（−Ｑα）および蒸発燃料の量Ｑβを推定する。そして、その推定値に基づいて添加燃料量Ｑａを補正する。

言い換えれば、ＥＣＵ９０は、目減り分を見込んで噴射時添加燃料量Ｑａｉを多めにするように補正することで、到達時添加燃料量Ｑａｆを「ＬＮＴ４０にてＮＯｘ還元反応に利用しようとする燃料量」に合致させることができる。すなわち、ＬＮＴ４０に供給する燃料量の制御精度を高めることができる。
以上で、図３のフローチャートに示す排気浄化処理を完了する。

（その他の実施形態）
（ア）上記実施形態の排気浄化処理（図３）では、ＥＣＵ９０は、エンジン回転数Ｎｅおよびアクセル開度Ａｏの両方を取得する。他の実施形態では、ＥＣＵ９０は、エンジン回転数Ｎｅまたはアクセル開度Ａｏのいずれか一方のみを取得してもよい。エンジン回転数Ｎｅのみを取得する場合は、Ｓ５０およびＳ６０を省略し、Ｓ３０でＮＯの場合、Ｓ６５に移行する。アクセル開度Ａｏのみを取得する場合は、Ｓ３０およびＳ４０を省略し、Ｓ１０でＮＯの場合、Ｓ５０に移行する。

また、ＥＣＵ９０は、エンジン回転数Ｎｅまたはアクセル開度Ａｏのいずれも取得しなくてもよい。この場合、Ｓ０５〜Ｓ６０を省略し、処理開始後Ｓ６５に移行する。そして、タービン前排気温度Ｔｇのみを取得してＳ７０の処理を実行する。
さらに、ＥＣＵ９０は、アクセル開度Ａｏに代えて、タービン前排気温度Ｔｇとの間に同様の相関関係を有する別の「エンジン負荷」パラメータを取得してもよい。

（イ）上記実施形態の排気浄化処理（図３）では、排気浄化装置１０はＬＮＴ温度センサ４２を備え、ＥＣＵ９０は、ＬＮＴ温度Ｔ_LNTを取得し（Ｓ７５）、ＬＮＴ温度Ｔ_LNTに基づいてＳ８０の処理を実行する。しかし、排気浄化装置１０はＬＮＴ温度センサ４２を備えず、Ｓ７５およびＳ８０を省略してもよい。この場合、例えば、図６の方法１を採用し、添加燃料量Ｑａの増加量ΔＱａ１と筒内噴射量Ｑｃの減少量ΔＱｃとを等しくすることとしてもよい。

（ウ）上記実施形態の排気浄化処理（図３）では、ＥＣＵ９０は、付着燃料Ｆｄの量Ｑα、及び、蒸発燃料の量Ｑβを推定し、その推定値に基づいて添加燃料量Ｑａを補正する（Ｓ９０）。しかし、例えば、付着燃料の量Ｑαや蒸発燃料の量Ｑβが添加燃料量Ｑａに比べて無視できるような場合には、Ｓ９０の処理を省略してもよい。

（エ）上記実施形態では、タービン前排気温度センサ２６は、タービン２２に流入する排気温度を直接検出する。その他、例えば、タービン２２の表面温度等を検出してタービン２２に流入する排気温度を推定してもよい。
（オ）上記実施形態では、燃料噴射弁３６は、排気に混入させるための燃料を気筒４内に噴射する「筒内噴射手段」と、燃焼のための燃料を気筒４内に噴射する「燃焼用燃料噴射手段」とを兼ねている。その他の実施形態では、「筒内噴射手段」としての筒内噴射弁と「燃焼用燃料噴射手段」としての燃料噴射弁とを独立して設けてもよい。

（カ）上記実施形態では、４気筒のディーゼルエンジンに本発明を適用したものについて説明したが、エンジン気筒数は４気筒に限られない。また、本発明を他の形式のエンジンに適用してもかまわない。
以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

２ ・・・エンジン、
１０ ・・・排気浄化装置、
２０ ・・・ターボチャージャ、
２２ ・・・タービン、
２４ ・・・コンプレッサ、
２６ ・・・タービン前排気温度センサ（タービン前排気温度検出手段）、
３６ ・・・燃料噴射弁（筒内噴射手段、燃焼用燃料噴射手段）、
４０ ・・・ＬＮＴ（ＮＯｘ吸蔵触媒）、
４２ ・・・ＬＮＴ温度センサ（ＮＯｘ吸蔵触媒温度検出手段）、
５０ ・・・ＨＣ酸化触媒、
６０ ・・・燃料添加弁（燃料添加手段）、
８０ ・・・排気管、
８１ ・・・排気通路、
９０ ・・・ＥＣＵ（制御手段、付着蒸発燃料推定手段）、
Ｑｃ ・・・筒内噴射量、
Ｑａ ・・・添加燃料量、
Ｎｅ ・・・エンジン回転数、
Ｎｅ１ ・・・第１回転数閾値、
Ｎｅ２ ・・・第２回転数閾値、
Ａｏ ・・・アクセル開度（エンジン負荷）、
Ａｏ１ ・・・第１開度閾値（第１負荷閾値）、
Ａｏ２ ・・・第２開度閾値（第２負荷閾値）、
Ｔｇ ・・・タービン前排気温度、
Ｔ_LNT ・・・ＬＮＴ温度（ＮＯｘ吸蔵触媒の温度）。

Claims (9)

1. 排気管の途中に設けられ排気流により回転するタービン、吸気管の途中に設けられ前記タービンに駆動されて回転し前記タービンと共にターボチャージャを構成するコンプレッサ、排気に混入させるための燃料をエンジン気筒内に噴射する筒内噴射手段、及び、排気に混入させるための燃料を排気通路中に噴射する燃料添加手段を備えたエンジンに用いられ、前記筒内噴射手段および前記燃料添加手段の少なくともいずれか一方が噴射する燃料によって排気中のＮＯｘを浄化する排気浄化装置であって、
   前記排気通路の前記燃料添加手段の下流側に設けられ、流入する排気の空燃比がリーンのとき排気中のＮＯｘを吸収し、流入する排気の空燃比がリッチのとき吸収したＮＯｘを還元するＮＯｘ吸蔵触媒と、
   前記タービンに流入する排気の温度であるタービン前排気温度を検出するタービン前排気温度検出手段と、
   前記筒内噴射手段が噴射する筒内噴射量および前記燃料添加手段が噴射する添加燃料量を制御する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、タービン前排気温度が高いほど前記筒内噴射量を減少するとともに前記添加燃料量を増加することを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記制御手段は、
   エンジン回転数またはエンジン負荷の少なくともいずれか一方を取得し、
   エンジン回転数が所定の第１回転数閾値以下のとき又はエンジン負荷が所定の第１負荷閾値以下のとき、前記タービン前排気温度によらず、前記筒内噴射量をゼロより大きい値とし前記添加燃料量をゼロとすることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記制御手段は、
   エンジン回転数またはエンジン負荷の少なくともいずれか一方を取得し、
   エンジン回転数が前記第１回転数閾値よりも大きい所定の第２回転数閾値以上のとき又はエンジン負荷が前記第１負荷閾値よりも大きい所定の第２負荷閾値以上のとき、前記タービン前排気温度によらず、エンジン回転数またはエンジン負荷が高いほど前記筒内噴射量を減少するとともに前記添加燃料量を増加することを特徴とする請求項１または２に記載の排気浄化装置。
4. 前記制御手段は、前記添加燃料量の増加量を前記筒内噴射量の減少量よりも少なくすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
5. 前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を検出するＮＯｘ吸蔵触媒温度検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が低いほど前記添加燃料量の増加量を少なくすることを特徴とする請求項４に記載の排気浄化装置。
6. 前記制御手段は、前記添加燃料量の増加量を前記筒内噴射量の減少量よりも多くすることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
7. 前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を検出するＮＯｘ吸蔵触媒温度検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が低いほど前記添加燃料量の増加量を多くすることを特徴とする請求項６に記載の排気浄化装置。
8. 前記燃料添加手段が噴射した燃料の量のうち前記ＮＯｘ吸蔵触媒に到達する以前に前記排気管の内壁に付着する付着燃料の量、及び、前記付着燃料のうち蒸発して前記排気通路に放出される蒸発燃料の量を推定する付着蒸発燃料推定手段を備え、
   前記制御手段は、前記付着蒸発燃料推定手段が推定した前記付着燃料の量および前記蒸発燃料の量に基づいて前記添加燃料量を補正することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の排気浄化装置。
9. 前記筒内噴射手段は、燃焼のための燃料をエンジン気筒内に噴射する燃焼用燃料噴射手段を兼ねることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の排気浄化装置。

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