JP3528658B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気浄化
装置に関し、詳細には流入する排気空燃比がリーンのと
きに排気中のＮＯ_X を吸収し、流入する排気中の酸素濃
度が低下したときに吸収したＮＯ_X を放出するＮＯ_X 吸
蔵還元触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】流入する排気空燃比がリーンのときに排
気中のＮＯ_X を吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低
下したときに吸収したＮＯ_X を放出するＮＯ_X 吸蔵還元
触媒が知られている。ＮＯ_X 吸蔵還元触媒はリーン空燃
比雰囲気下で排気中のＮＯ_X を吸収するが、吸収したＮ
Ｏ_X 量が増大し飽和量に到達するとそれ以上ＮＯ_X を吸
収できなくなる。このため、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒を用い
た排気浄化装置では定期的にＮＯ_X 吸蔵還元触媒に流入
する排気の酸素濃度を低下させてＮＯ_X 吸蔵還元触媒か
ら吸収したＮＯ_X を放出させる必要がある。ＮＯ_X 吸蔵
還元触媒をガソリン機関の排気浄化装置として使用した
場合には、機関の運転空燃比を低下させると（すなわち
機関をリッチ空燃比で運転すると）排気中の酸素濃度が
低下するとともに排気中の未燃ＨＣ、ＣＯ成分が増大す
るため、上記ＮＯ_X 吸蔵還元触媒からＮＯ_X が放出さ
れ、放出されたＮＯ_X がＮＯ_X 吸蔵還元触媒上でＨＣ、
ＣＯにより還元される。

【０００３】ところが、ディーゼル機関はリッチ空燃比
で運転することが困難であるため、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒
をディーゼル機関の排気浄化装置として使用した場合に
は、他の手段を用いて排気中の酸素濃度を低下させるこ
とが必要となる。ＮＯ_X 吸蔵還元触媒をディーゼル機関
の排気浄化装置として使用する場合に排気酸素濃度を低
下させてＮＯ_X 吸蔵還元触媒から吸収したＮＯ_X を放出
させる一つの方法としては、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の上流
側の排気通路に液体炭化水素等の還元剤を供給する方法
が知られている。上流側の排気通路に供給された還元剤
が排気中に分散して排気とともにＮＯ_X 吸蔵還元触媒に
流入すると、還元剤がＮＯ _X 吸蔵還元触媒上で排気中の
酸素と反応し酸化される。このため、ＮＯ_X 吸蔵還元触
媒の雰囲気酸素濃度が低下し、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒から
吸収したＮＯ_X が放出される。また、放出されたＮＯ_X
はＮＯ_X 吸蔵還元触媒上で排気中の還元剤により還元浄
化される。

【０００４】ＮＯ_X 吸蔵還元触媒に関するものではない
が、排気通路に配置した触媒の上流側の排気通路に還元
剤を供給する装置の例としては特開平６−１０８８２９
号公報に記載されたものがある。同公報の装置は、内燃
機関の排気通路にＮＯ_X 還元用の還元触媒を配置したも
のであり、ＮＯ_X の還元に必要とされる還元剤を触媒上
流側排気通路に噴射するインジェクタを備えている。同
公報の装置では、還元剤として機関の燃料が用いられ、
燃料は機関の燃料噴射系統から分岐配管を通じてインジ
ェクタに供給される。また、分岐配管上には燃料を遮断
する遮断弁が設けられており触媒が活性化していない場
合には遮断弁を閉弁してインジェクタからの燃料噴射を
停止する構成とされている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記公報の装置のよう
に、排気通路に液体還元剤を噴射するインジェクタと、
このインジェクタへの還元剤供給を制御する遮断弁とを
設けた場合には、噴射終了後のインジェクタからの還元
剤の洩出が問題となる場合がある。通常、インジェクタ
からの還元剤噴射を制御する遮断弁や制御弁としては、
電磁弁等の応答速度の早いアクチュエータを備えた弁が
使用される。ところが、このような制御弁等を用いる場
合には作動の信頼性を確保するために、高温になる排気
通路から充分に距離をおいて設置する必要がある。従っ
て、このような制御弁を使用する場合にはインジェクタ
と制御弁とを接続する配管長さが長くなり、配管の容積
が大きくなる場合がある。インジェクタからの還元剤噴
射を停止するために制御弁が閉弁すると、制御弁とイン
ジェクタとを接続する配管中には高圧の還元剤が残留す
ることになるが、この配管中に残留した還元剤は制御弁
閉弁後も圧力が低下するまでインジェクタから排気通路
に洩出する可能性がある。

【０００６】特に、噴射した還元剤の霧化を良好にする
ためにスワールノズル式のインジェクタを使用した場合
には、後述するようにノズル噴孔を閉鎖する弁体が存在
しないため制御弁閉弁後に配管中の還元剤がインジェク
タから洩出しやすくなる。このため、制御弁とインジェ
クタとの間の配管容積（デッドボリューム）が大きい場
合には洩出する還元剤の量も多くなり、噴射終了後（制
御弁閉弁後）もインジェクタから排気通路に還元剤が供
給されてしまう、いわゆる噴射の「切れ」が悪くなると
いう問題がある。

【０００７】特にＮＯ_X 吸蔵還元触媒に還元剤を供給す
る場合に噴射の「切れ」が悪くなると、ＮＯ_X 吸蔵還元
触媒には吸収したＮＯ_X の還元に必要な量以上の還元剤
が供給され、過剰な還元剤がＮＯ_X の還元に使用されな
いまま触媒下流側に流出するようになり排気性状が悪化
する問題が生じる。この、噴射の「切れ」の問題を解決
するためには、制御弁をできるだけインジェクタ近傍に
配置して配管のデッドボリュームを低減すれば良いが、
この場合には制御弁が排気通路の高温の影響を直接受け
ることになり、制御弁の作動不良、破損等が生じる可能
性が高くなってしまう問題がある。

【０００８】本発明は上記問題に鑑み、制御弁とインジ
ェクタ（ノズル）との距離の増大による還元剤噴射の
「切れ」の悪化を簡易に防止し、熱による制御弁の信頼
性低下を防止することが可能な内燃機関の排気浄化装置
を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気
の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯ_Xを吸収し流入
する排気の酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯ_Xを
放出するＮＯ_X吸蔵還元触媒と、該ＮＯ_X吸蔵還元触媒の
上流側の排気通路に液体還元剤を噴射するノズルと、該
ノズルに加圧還元剤を供給する還元剤通路と、該還元剤
通路を開閉して前記ノズルからの還元剤噴射を制御する
制御弁とを有する還元剤供給装置と、前記ノズルからの
還元剤噴射終了後に前記還元剤供給装置内に残留する還
元剤を回収する回収手段と、を備えた内燃機関の排気浄
化装置において、前記回収手段は、液体還元剤を昇圧し
て前記還元剤通路に供給する還元剤ポンプの吸入側低圧
部分と前記還元剤通路とを接続する連通路と、該連通路
を開閉する回収弁とを備え、前記ノズルからの還元剤噴
射終了後に前記回収弁を開弁することにより還元剤供給
装置内に残留する還元剤を回収する内燃機関の排気浄化
装置が提供される。

【００１０】すなわち、請求項１に記載の発明では、ノ
ズルからの還元剤噴射が終了すると、回収手段により還
元剤供給装置内に残留した高圧の還元剤が供給装置外に
回収される。このため、噴射が終了するとノズルと制御
弁との距離とは無関係に還元剤通路内に高圧の還元剤が
残留することがなくなり、噴射終了後にノズルから還元
剤が洩出することが防止される。

【００１１】また、請求項１に記載の発明では、回収手
段は噴射終了後に還元剤通路を還元剤ポンプの吸入側に
連通することにより還元剤を回収する。還元剤ポンプの
吸入側圧力はポンプ吐出側圧力（すなわち、噴射終了時
の還元剤通路内圧力）より大幅に低くなっているため、
これにより噴射終了後には還元剤通路内に残留する還元
剤は連通路を通って強制的に還元剤通路外に排出され、
還元剤供給装置内の還元剤が回収される。なお、連通路
は還元剤ポンプに還元剤を供給するタンク等の低圧部分
に接続しても良いが、還元剤ポンプの吸入配管等のよう
にタンク内より低圧となる部分に接続することも可能で
ある。

【００１２】請求項２に記載の発明によれば、内燃機関
の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比がリーン
のときに排気中のＮＯ _X を吸収し流入する排気の酸素濃
度が低下したときに吸収したＮＯ _X を放出するＮＯ _X 吸蔵
還元触媒と、該ＮＯ _X 吸蔵還元触媒の上流側の排気通路
に液体還元剤を噴射するノズルと、該ノズルに加圧還元
剤を供給する還元剤通路と、該還元剤通路を開閉して前
記ノズルからの還元剤噴射を制御する制御弁とを有する
還元剤供給装置と、前記ノズルからの還元剤噴射終了後
に前記還元剤供給装置内に残留する還元剤を回収する回
収手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記制御弁は、前記還元剤通路を液体還元剤を昇圧する
還元剤ポンプの吐出側高圧部分に接続する第１の位置
と、前記還元剤通路を前記還元剤ポンプの吸入側低圧部
分に接続する第２の位置との間で動作する三方弁であ
り、前記回収手段は前記ノズルからの還元剤噴射終了後
に前記制御弁を第１の位置から第２の位置に動作させる
ことにより還元剤供給装置内に残留する還元剤を回収す
る内燃機関の排気浄化装置が提供される。

【００１３】

【００１４】すなわち、請求項２に記載の発明では、制
御弁は三方弁とされノズルからの還元剤噴射時には還元
剤ポンプからの高圧還元剤を還元剤通路に導き、噴射終
了時にはポンプからの還元剤通路への還元剤供給を遮断
するとともに、還元剤通路を低圧部分に接続する。これ
により、還元剤通路内に残留した還元剤は噴射終了後直
ちに排出され、回収される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
一実施形態について説明する。図１は、本発明の排気浄
化装置を自動車用ディーゼル機関に適用した場合の実施
形態の概略構成を示す図である。図１において、１は自
動車用ディーゼル機関を示す。機関１の各気筒排気ポー
トは排気マニホルド３１を介して共通の排気通路３に接
続され、排気通路３上には後述するＮＯ_X 吸蔵還元触媒
７が配置されている。図１に９で示すのはＮＯ_X吸蔵還
元触媒７再生操作時にＮＯ_X 吸蔵還元触媒７に還元剤を
供給する還元剤供給装置である。還元剤供給装置９は、
ＮＯ_X 吸蔵還元触媒７の排気入口近傍に配置された還元
剤噴射弁９１を備えＮＯ_X 吸蔵還元触媒７に流入する排
気中に還元剤を噴射することによりＮＯ_X 吸蔵還元触媒
７に流入する排気中の酸素濃度を低下させ、触媒７から
吸収したＮＯ_X を放出させるとともに、放出されたＮＯ
_X を還元浄化する。後述するように、本実施形態では還
元剤として機関１の燃料（軽油）が使用される。還元剤
供給装置９は、図示しない機関燃料系統から供給された
燃料を加圧する燃料ポンプ９２を備え、機関１の燃料を
加圧して還元剤噴射弁９１から排気通路３内に噴射す
る。

【００１６】図１に３０で示すのは、機関１の電子制御
ユニット（ＥＣＵ）である。本実施形態では、ＥＣＵ３
０はＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵを備えた公知の構成のマイ
クロコンピュータとして構成され、機関１の燃料噴射
量、燃料噴射時期等の基本制御を行う他、還元剤供給装
置９を制御して後述するＮＯ_X 吸蔵還元触媒７からのＮ
Ｏ_X の放出及び還元浄化操作（ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の再
生操作）時に噴射弁９１から排気通路３に燃料を噴射す
るとともに、噴射終了時には噴射弁９１内に残留した燃
料を回収する。

【００１７】ＮＯ_X 吸蔵還元触媒７の再生操作を行うた
め、ＥＣＵ３０の入力ポートには、機関のアクセルペダ
ル近傍に配置されたアクセル開度センサ３３から運転者
のアクセルペダル踏込み量（アクセル開度、ＡＣＣＰ）
に応じた電圧信号が、また、機関クランク軸近傍に配置
されたクランク回転角センサ３５からクランク軸一定回
転角度毎に回転パルス信号が入力されている。ＥＣＵ３
０は、クランク回転角センサ３５から入力するパルス信
号の時間間隔に基づいて一定時間毎に機関１の回転数Ｎ
Ｅを算出する。

【００１８】また、ＥＣＵ３０の出力ポートは、図示し
ない駆動回路を介して還元剤噴射弁９１に接続され、噴
射弁９１の開弁時間（噴射量）を制御している。本実施
形態のＮＯ_X 吸蔵還元触媒７は、アルミナ等の担体上に
例えばカリウムＫ、ナトリウムＮa 、リチウムＬi 、セ
シウムＣs のようなアルカリ金属、バリウムＢa 、カル
シウムＣa のようなアルカリ土類、ランタンＬa 、セリ
ウムＣｅ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた
少なくとも一つの成分と、白金Ｐｔのような貴金属とを
担持したものである。ＮＯ_X 吸蔵還元触媒は流入する排
気ガスの空燃比がリーンのときに、排気中のＮＯ_X （Ｎ
Ｏ₂ 、ＮＯ）を硝酸イオンＮＯ₃ ^- の形で吸収し、流入
排気ガスの酸素濃度が低下すると吸収したＮＯ_X を放出
するＮＯ_X の吸放出作用を行う。

【００１９】この吸放出のメカニズムについて、以下に
白金ＰｔおよびバリウムＢａを使用した場合を例にとっ
て説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土
類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。流入排
気中の酸素濃度が増大すると（すなわち排気の空燃比が
リーン空燃比になると）、これら酸素は白金Ｐｔ上にＯ
₂ ^- またはＯ^2-の形で付着し、排気中のＮＯ_X は白金Ｐ
ｔ上のＯ₂ ^- またはＯ^2-と反応し、これによりＮＯ₂ が
生成される。また、流入排気中のＮＯ₂ 及び上記により
生成したＮＯ₂ は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ触媒中
に吸収されて吸収剤として機能する酸化バリウムＢａＯ
と結合しながら硝酸イオンＮＯ₃ ^- の形で触媒内に拡散
する。このため、リーン雰囲気下では排気中のＮＯ_X が
ＮＯ_X 吸蔵還元触媒内に硝酸塩の形で吸収されるように
なる。

【００２０】また、流入排気中の酸素濃度が低下すると
（すなわち、排気の空燃比が低下すると）、白金Ｐｔ上
でのＮＯ₂ 生成量が減少するため反応が逆方向に進むよ
うになり、触媒内の硝酸イオンＮＯ₃ ^- はＮＯ₂ の形で
ＮＯ_X 吸蔵還元触媒から放出されるようになる。この場
合、排気中にＨＣ、ＣＯ等の成分が存在すると白金Ｐｔ
上でこれらの成分によりＮＯ₂ が還元される。

【００２１】本実施形態では、機関１としてディーゼル
機関が使用されているため機関の排気空燃比はリーンで
あり、通常運転中は排気通路３のＮＯ_X 吸蔵還元触媒７
にはリーン空燃比の排気が流入し排気中のＮＯ_X がＮＯ
_X 吸蔵還元触媒７に吸収される。また、ＮＯ_X 吸蔵還元
触媒７上流側の排気通路３に還元剤が供給されるとＮＯ
_X 吸蔵還元触媒７には還元剤を含んだ排気が流入し、還
元剤の一部はＮＯ_X 吸蔵還元触媒７の白金Ｐｔ上で酸素
と反応する。これにより、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒７の雰囲
気中の酸素濃度が低下するとともに、還元剤の酸化によ
り未燃ＨＣ、ＣＯ等の成分が発生する。還元剤の酸化に
よりＮＯ_X 吸蔵還元触媒７の雰囲気酸素濃度が低下する
と、上述したメカニズムによりＮＯ_X 吸蔵還元触媒７か
らＮＯ_Xが放出され排気中のＨＣ、ＣＯ成分により還元
される。

【００２２】上記ＮＯ_X 吸蔵還元触媒からのＮＯ_X の放
出、還元浄化操作（ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の再生操作）に
使用される還元剤としては、排気中でＨ₂ 等の還元成分
やＨＣ、ＣＯ成分を生成するものが使用され、例えば水
素、一酸化炭素等の気体、プロパン、プロピレン、ブタ
ン等の液体又は気体の炭化水素、ガソリン、軽油、灯油
等の液体燃料等が使用できる。本実施形態では、内燃機
関１としてディーゼル機関が使用されているため、補
給、貯蔵の便を考慮して還元剤として機関１の燃料（軽
油）を使用するようにしている。

【００２３】後述するように、本実施形態ではＥＣＵ３
０は、機関負荷状態（アクセル開度ＡＣＣＰと回転数Ｎ
Ｅ）とに基づいてＮＯ_X 吸蔵還元触媒７に吸蔵されたＮ
Ｏ_X量を算出するとともに、算出された吸蔵ＮＯ_X 量が
所定値に到達する毎に還元剤供給装置９からＮＯ_X 吸蔵
還元触媒７上流側の排気通路に還元剤（燃料）を供給し
てＮＯ_X 吸蔵還元触媒７の再生操作を行う。これによ
り、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒７が吸収したＮＯ_X で飽和し
て、それ以上排気中のＮＯ_X を吸収できなくなることが
防止される。

【００２４】図２は、本実施形態の還元剤噴射弁９１の
概略構造を説明する図である。図２において、噴射弁９
１はノズル９１ａ、制御弁９１ｂ及びこれらを接続する
接続配管９１ｃを備えている。ノズル９１ａはＮＯ_X 吸
蔵還元触媒７上流側の排気通路３の管壁を貫通して設置
される。制御弁９１ｂは燃料ポンプ９２からノズル９１
ａに供給される加圧燃料を遮断する遮断弁として機能す
る。また、本実施形態では、接続配管９１ｃからはノズ
ル９１ａの上流側で後述する連通配管９１ｄが分岐して
おり、さらに連通配管９１ｄ上には回収弁として機能す
る電磁遮断弁９１ｅが設けられている。電磁遮断弁９１
ｅはＥＣＵ３０の出力ポートに接続され、ＥＣＵ３０か
らの制御信号に応じて開閉する。連通配管９１ｄ、電磁
遮断弁９１ｅは後述するように噴射弁９１からの燃料噴
射終了後に接続配管９１ｃに残留した燃料を回収する回
収手段の一部として機能する。

【００２５】図３はノズル９１ａの概略構造を説明する
断面図である。本実施形態では、燃料のＮＯ_X 吸蔵還元
触媒７上での反応性を高めるためノズル９１ａとして噴
射燃料の微粒化向上が可能なスワールノズルが使用され
ている。図３(A) は、スワールノズル９１ａの軸線に沿
った断面を示す。図３(A) において、９１１はノズルボ
ディ、９１３はノズルボディ９１１に嵌挿、固定された
略円筒状のノズルピースを示している。ノズルピース９
１３中心には軸線方向に燃料通路９１３ａが設けられて
いる。この燃料通路９１３ａは接続配管９１ｃを介して
制御弁９１ｂに接続されており、制御弁９１ｂ開弁時に
は燃料ポンプ９２から接続配管９１ｃを介して加圧燃料
が供給される。

【００２６】図３(A) に９１３ｂで示すのは、スプリン
グ９１３ｃにより、燃料通路９１３ａを閉鎖する方向に
押圧付勢されるチェックボール、９１３ｄはチェックボ
ール９１３ｂの下側で燃料通路９１３ａに接続するよう
に半径方向に穿設された燃料通路である。図３(B) はノ
ズルピース９１３の図３(A) のＢ−Ｂ線方向矢視図であ
る。図３(B) に示すように、ノズルピース９１３は両側
面に平面状の切り欠きが形成されており、ノズルボディ
９１１の内周とノズルピース９１３外周との間にこの平
面状の切欠き部により、半径方向燃料通路９１３ｄに接
続する燃料通路９１３ｅが形成されている。

【００２７】また、ノズルピース９１３下部はその外周
部がノズルボディ９１１内周と密接するように装着され
ている。ノズルピース９１３下面には図３(B) に示すよ
うに、スワール生成溝９１３ｆが形成されており、燃料
通路９１３ｅとノズルボディ９１１中心の噴射孔９１５
とを接続する噴射通路を形成している。図３(B) に示す
ように、噴射通路９１３ｆはノズルピース９１３下面外
周から、ノズルピース９１３中心軸線に対してやや偏心
した位置を指向するように設けられており、噴射通路９
１３ｆから噴射された燃料は噴射孔９１５の内周接線方
向に入射するようになっている。

【００２８】制御弁９１ｂが開弁すると、燃料ポンプ９
２から加圧燃料が配管９１ｃを介してノズルピース９１
３の燃料通路９１３ａに流入する。配管９１ｃ内の燃料
圧力によりチェックボール９１３ｂに作用する力がスプ
リング９１３ｃの付勢力を越えるとチェックボール９１
３ｂは下方に移動し、燃料が燃料通路９１３ａから半径
方向燃料通路９１３ｄに流入する。これにより、加圧燃
料は半径方向燃料通路９１３ｄからノズルピース両側の
平面状切欠により形成される燃料通路９１３ｅに流入
し、噴射通路９１３ｆから噴射孔９１５を通って排気通
路３に噴射される。前述したように、ノズルピース９１
３の噴射通路９１３ｆは、ノズルピース９１３の噴射孔
９１５中心軸線に対して偏心した方向を指向しているた
め、噴射通路９１３ｆを通る燃料は噴射孔９１５内周接
線方向の速度を付与される。このため、噴射燃料は噴射
孔９１５内で旋回流（スワール）を生成しながら噴射孔
９１５接線方向に噴射されるようになり、排気通路３内
に噴射された燃料は極めて微細な粒子となる。これによ
り、噴射された燃料は排気熱で直ちに蒸発、気化して下
流側のＮＯ_X 吸蔵還元触媒７に到達するようになり、Ｎ
Ｏ_X 吸蔵還元触媒７上での還元剤としての燃料の反応性
が向上する。

【００２９】上記のように、接続配管９１ｃを介してノ
ズル９１ａに供給される燃料を制御弁９１ｂを開閉して
制御することによりノズル９１ａからの燃料噴射を制御
する場合には、前述した燃料噴射の「切れ」の問題が生
じる。すなわち、制御弁９１ｂは高熱による作動不良、
破損等が生じることを避けるためにできるだけ排気通路
３から離れた位置に設置することが好ましい。ところ
が、制御弁９１ｂとノズル９１ａとの距離が長くなると
接続配管９１ｃ内容積が増大し制御弁９１ｂ閉弁時にノ
ズル９１ａと制御弁９１ｂとの間の接続配管９１ｃ内に
残留する燃料の量が増大する。このため、ノズル９１ａ
からの燃料噴射を終了するために制御弁９１ｂを閉弁し
てもノズル９１ａからは接続配管９１ｃ内に残留した高
圧の燃料が排気通路３に噴射され続けるようになり、噴
射弁９１からの燃料の洩出が生じる。この燃料の洩出は
接続配管９１ｃ内の圧力が低下すればノズル９１ａのチ
ェックボール９１３ｂの作用により停止するものの、接
続配管９１ｃ内に残留した高圧燃料の量が多いほど、す
なわち接続配管９１ｃの容積が大きいほど洩出する燃料
の量が多くなる。従って、作動信頼性を確保するために
制御弁９１ｂを排気通路３から離れた位置に配置すると
噴射終了後に排気通路に洩出する燃料量が大きくなり、
ＮＯ_X 吸蔵還元触媒７には過剰な量の燃料が供給されて
しまい未反応の燃料がＮＯ_X 吸蔵還元触媒７下流側に流
出して排気性状の悪化を生じるようになる。

【００３０】特に、本実施形態のように燃料の霧化を良
好にするためにスワールノズル９１ａを使用した場合に
は他の形式の燃料噴射弁を使用した場合に較べて燃料の
洩出の問題が生じやすくなる。すなわち、通常の燃料噴
射弁では燃料噴射停止時にはニードル等の弁体が噴射孔
を閉塞する構造とされているため、噴射弁上流側に多少
の高圧燃料が残留していた場合でも噴射停止後の燃料洩
出は生じにくくなっている。これに対して、スワールノ
ズルでは図３(A) に示したようにニードル等の弁体を備
えておらず、燃料噴射終了後も噴射孔９１５は開放され
たままになってしまう。このため、接続配管９１ｃ内に
高圧の燃料が残留しているかぎり（接続配管９１ｃ内の
圧力がチェックボール９１３ｂの開放圧力より高いかぎ
り）噴射孔９１５から排気通路３に燃料が洩出するよう
になる。

【００３１】本実施形態では、この噴射終了後の燃料の
洩出を防止するために、連通配管９１ｄと電磁遮断弁９
１ｅとを用いて噴射終了時に接続配管９１ｃ内の高圧燃
料を配管９１ｃ外に排出、回収するようにしている。す
なわち、ＥＣＵ３０はノズル９１ａからの燃料噴射終了
時に制御弁９１ｂを閉弁すると同時に電磁遮断弁９１ｅ
を開弁する操作を行う。本実施形態では、連通配管９１
ｄは燃料ポンプ９２吸入側（上流側）の低圧の燃料供給
系統に接続されている。このため本実施形態では、制御
弁９１ｂが閉弁されると接続配管９１ｃ内に残留した高
圧燃料は直ちに電磁遮断弁９１ｅ、連通配管９１ｄを通
って燃料系統の低圧部に排出、回収され、制御弁９１ｂ
閉弁後直ちに接続配管９１ｃ内の燃料圧力は低下する。
従って、制御弁９１ｂが閉弁するとチェックボール９１
３ｂの作用にによりノズル９１ａからの燃料の噴射は直
ちに停止するようになり、燃料の洩出が生じない。

【００３２】なお、連通配管９１ｄは燃料ポンプ９２で
昇圧される前の燃料系統低圧部であればどの部分（例え
ば燃料タンク）に接続しても良いが、本実施形態では燃
料ポンプ９２の入口（吸入）配管に接続するようにして
いる。燃料ポンプ９２の入口配管では、燃料ポンプ９２
運転中はポンプの吸入により圧力が低下しており、燃料
系統の他の低圧部分よりも圧力が低くなっている。制御
弁９１ｂ閉弁直後もポンプ９２入口配管ではこの低圧が
維持されているため、この部分に連通配管９１ｄを接続
することにより燃料噴射停止後に接続配管９１ｃ内の燃
料圧力を極めて短時間で低下させることが可能となる。

【００３３】図４は、上述した制御弁９１ｂと遮断弁９
１ｅとの操作を説明するＮＯ_X 吸蔵還元触媒７の再生操
作のフローチャートである。本操作はＥＣＵ３０により
一定時間間隔で実行されるルーチンにより行われる。図
４において、ステップ４０１では現在のＮＯ_X 吸蔵還元
触媒７のＮＯ_X 吸蔵量ＣＮＯＸが算出される。

【００３４】本実施形態では、ＮＯ_X 吸蔵量ＣＮＯＸは
機関の運転状態に基づいて算出される。機関から単位時
間（例えば図４の操作の実行間隔）あたりに発生するＮ
Ｏ_X量は、機関負荷条件（例えばアクセル開度と回転数
と）により定まる。そこで、本実施形態では、予め機関
を負荷条件を変えて運転し、各負荷条件下でのＮＯ_X発
生量を実測して例えばアクセル開度ＡＣＣＰと回転数Ｎ
Ｅとを用いた数値テーブルの形でＥＣＵ３０のＲＯＭに
格納してある。ステップ４０１では、クランク回転角セ
ンサ３５出力に基づいて算出された機関回転数ＮＥとア
クセル開度センサ３３により検出されたアクセル開度Ａ
ＣＣＰとから上記数値テーブルを用いて前回操作実行時
から今回操作実行時までに機関から発生したＮＯ_X 量を
算出する。そして、この発生量に所定の定数（排気中の
ＮＯ_X のうちＮＯ_X 吸蔵還元触媒７に吸収されるＮＯ_X
の割合）を乗じた値をＣＮＯＸに加算する。これによ
り、ＣＮＯＸの値はＮＯ_X 吸蔵還元触媒７に吸蔵された
ＮＯ_X 量に常時対応する値となる。

【００３５】次いで、ステップ４０３では、上記により
算出したＮＯ_X 吸蔵還元触媒７のＮＯ_X 吸蔵量ＣＮＯＸ
が所定値ＣＮＯＸ₀ に到達したか否かが判定される。こ
こで、ＣＮＯＸ₀ はＮＯ_X 吸蔵還元触媒７の再生操作が
必要となるＮＯ_X 吸蔵量であり、本実施形態では例えば
ＮＯ_X 吸蔵還元触媒７の最大ＮＯ_X 吸蔵量（飽和量）の
１０パーセント程度の量に相当する値に設定される。

【００３６】ステップ４０３でＣＮＯＸ≧ＣＮＯＸ₀ で
あった場合には、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒７のＮＯ_X 吸蔵量
が増大しており、再生操作を行う必要があるため、ステ
ップ４０５に進み制御弁９１ｂを開弁するとともに電磁
遮断弁９１ｅを閉弁する。これにより、燃料ポンプ９２
から接続配管９１ｃに加圧燃料が供給され、配管９１ｃ
内の圧力の上昇によりノズル９１ａ内のチェックボール
９１３ｂ（図３）が押動されてノズル９１ａの噴射孔９
１５からは排気通路３のＮＯ_X 吸蔵還元触媒７上流側に
燃料が噴射される。噴射された燃料は速やかに気化して
排気とともにＮＯ_X 吸蔵還元触媒７に到達する。これに
より、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒７からはＮＯ _X が放出され、
還元浄化される。

【００３７】ステップ４０７、４０９はノズル９１ａか
らの燃料噴射終了時期の判定を占めている。すなわち、
ステップ４０７では再生操作計時カウンタｔの値が１増
加される。計時カウンタｔは再生操作を実行していない
ときにはステップ４１３で常時０にリセットされている
ため、ステップ４０７で算出されるｔの値は再生操作開
始時からの経過時間に対応した値となる。

【００３８】次いで、ステップ４０９では計時カウンタ
ｔの値が予め定めた値ｔ₀ に到達したか否か、すなわ
ち、再生操作開始後所定の時間が経過したか否かが判定
される。ｔ₀ の値は、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒７に吸蔵され
たＣＮＯＸに相当する量のＮＯ _X を放出、還元するのに
必要な量の燃料がノズル９１ａから噴射される時間に対
応した値に設定される。ｔ₀ の値は詳細には実際のＮＯ
_X 吸蔵還元触媒７を用いた実験により決定される。ステ
ップ４０９で所定時間ｔ₀ が経過していない場合には、
今回の操作実行は終了し、次回操作実行時にステップ４
０１からの操作が繰り返される。また、ステップ４０９
でｔ≧ｔ₀ であった場合、すなわち所定時間のノズル９
１ａからの燃料噴射が完了した場合には次にステップ４
１１に進み、ＮＯ_X 吸蔵量ＣＮＯＸの値が０にリセット
される、これにより、次回ルーチン実行時からはステッ
プ４０３の次にステップ４１３が実行され計時カウンタ
ｔの値は０にリセットされるようになる。

【００３９】また、ステップ４０９でｔ≧ｔ₀ であった
場合には、ステップ４１１実行後ステップ４１５で制御
弁９１ｂは閉弁され、同時に遮断弁９１ｅが開弁され
る。これにより、燃料ポンプ９２から接続配管９１ｃへ
の高圧燃料の供給は停止され、同時に接続配管９１ｃに
残留した高圧燃料は連通配管９１ｄを通って燃料ポンプ
９２の吸入配管に強制的に排出、回収されるため、直ち
に接続配管９１ｃ内の燃料圧力が低下し、ノズル９１ａ
からの燃料噴射が停止される。これにより、接続配管９
１ｃ内には高圧の燃料が残留しなくなるためノズル９１
ａからの燃料の洩出が生じない。

【００４０】また、ステップ４０３でＣＮＯＸ＜ＣＮＯ
Ｘ₀ であった場合、すなわちＮＯ_X吸蔵還元触媒７のＮ
Ｏ_X 吸蔵量が少なく、再生操作を実行する必要がない場
合には、ステップ４１３とともにステップ４１５が実行
され、制御弁９１ｂは閉弁状態に、遮断弁９１ｅは開弁
状態にそれぞれ保持される。なお、本実施形態では制御
弁９１ｂと遮断弁９１ｅとを別個に設けているが、制御
弁９１ｂを電磁駆動の三方弁とすることにより制御弁９
１ｂに遮断弁９１ｅの機能を持たせることも可能であ
る。

【００４１】図５は、制御弁９１ｂとして三方弁を用い
た場合を示す図２と同様な図である。本実施形態では、
連通配管９１ｄは三方弁（制御弁）９１ｂに接続されて
おり、制御弁９１ｂは、ＥＣＵ３０からの制御信号に応
じて接続配管９１ｃを燃料ポンプ９２吐出側に接続する
第１の位置と接続配管９１ｃを連通配管９１ｄに接続す
る第２の位置との間で作動可能とされている。

【００４２】図６は、制御弁９１ｂとして三方弁を用い
た場合のＮＯ_X 吸蔵還元触媒の再生操作を示す図４と同
様なフローチャートである。図６のフローチャートで
は、ステップ６０５で制御弁９１ｂが接続配管９１ｃと
燃料ポンプ９２吐出側とを接続する第１の位置にセット
され、ステップ６１５では制御弁９１ｂが接続配管９１
ｃを連通配管９１ｄを介して燃料ポンプ９２の吸入側に
接続する第２の位置にセットされる。この場合にも、他
の操作は図４のフローチャートに示した操作と同一にな
る。

【００４３】なお、上記実施形態はいずれもＮＯ_X 吸蔵
還元触媒上流側の排気通路に還元剤を噴射する場合につ
いて例をとって説明しているが、本発明は他の触媒、例
えば還元触媒に還元剤を供給する場合にも適用すること
ができる。また、同様に排気通路に酸化触媒を担持した
パティキュレートフィルタを配置して排気微粒子を捕集
した後にパティキュレートフィルタに燃料を供給して酸
化触媒で燃焼させることによりパティキュレートフィル
タ温度を上昇させて排気微粒子を燃焼させるような場合
にも適用可能であることはいうまでもない。

【００４４】

【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、還元剤
噴射終了後のノズルからの燃料洩出を簡易に防止するこ
とができるため、噴射弁の作動信頼性を高く維持しなが
ら同時に排気性状の悪化を効果的に防止可能となるとい
う共通の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を自動車用ディーゼル機関に適用した実
施形態の概略構成を説明する図である。

【図２】図１の還元剤噴射弁の構成を説明する図であ
る。

【図３】スワールノズルの構成を説明する図である。

【図４】ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の再生操作の一実施形態を
説明するフローチャートである。

【図５】還元剤噴射弁の図２とは異なる構成を説明する
図である。

【図６】図５の還元剤噴射弁を用いたＮＯ_X 吸蔵還元触
媒の再生操作を説明する図４と同様なフローチャートで
ある。

【符号の説明】

１…ディーゼル機関 ３…排気通路 ７…ＮＯ_X 吸蔵還元触媒 ９…還元剤供給装置 ３０…電子制御ユニット（ＥＣＵ） ９１…還元剤噴射弁 ９１ａ…ノズル ９１ｂ…制御弁 ９１ｃ…接続配管 ９１ｄ…連通配管 ９１ｅ…電磁遮断弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田原 淳 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平11−36846（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−150036（ＪＰ，Ａ) 実開 昭48−95012（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/08 - 3/36

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気通路に配置され、流入す
   る排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯ_Xを吸収
   し流入する排気の酸素濃度が低下したときに吸収したＮ
   Ｏ_Xを放出するＮＯ_X吸蔵還元触媒と、該ＮＯ_X吸蔵還元
   触媒の上流側の排気通路に液体還元剤を噴射するノズル
   と、該ノズルに加圧還元剤を供給する還元剤通路と、該
   還元剤通路を開閉して前記ノズルからの還元剤噴射を制
   御する制御弁とを有する還元剤供給装置と、前記ノズル
   からの還元剤噴射終了後に前記還元剤供給装置内に残留
   する還元剤を回収する回収手段と、を備えた内燃機関の
   排気浄化装置において、 前記回収手段は、液体還元剤を昇圧して前記還元剤通路
   に供給する還元剤ポンプの吸入側低圧部分と前記還元剤
   通路とを接続する連通路と、該連通路を開閉する回収弁
   とを備え、前記ノズルからの還元剤噴射終了後に前記回
   収弁を開弁することにより還元剤供給装置内に残留する
   還元剤を回収する内燃機関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】 内燃機関の排気通路に配置され、流入す
   る排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯ _X を吸収
   し流入する排気の酸素濃度が低下したときに吸収したＮ
   Ｏ _X を放出するＮＯ _X 吸蔵還元触媒と、該ＮＯ _X 吸蔵還元
   触媒の上流側の排気通路に液体還元剤を噴射するノズル
   と、該ノズルに加圧還元剤を供給する還元剤通路と、該
   還元剤通路を開閉して前記ノズルからの還元剤噴射を制
   御する制御弁とを有する還元剤供給装置と、前記ノズル
   からの還元剤噴射終了後に前記還元剤供給装置内に残留
   する還元剤を回収する回収手段と、を備えた内燃機関の
   排気浄化装置において、 前記制御弁は、前記還元剤通路を液体還元剤を昇圧する
   還元剤ポンプの吐出側高圧部分に接続する第１の位置
   と、前記還元剤通路を前記還元剤ポンプの吸入側低圧部
   分に接続する第２の位置との間で動作する三方弁であ
   り、前記回収手段は前記ノズルからの還元剤噴射終了後
   に前記制御弁を第１の位置から第２の位置に動作させる
   ことにより還元剤供給装置内に残留する還元剤を回収す
   る内燃機関の排気浄化装置。