JP3695378B2 - 排気ガス浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯＸを放出し還元するＮＯＸ吸収剤と、ＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、ＮＯＸ吸収剤に還元剤を供給するための還元剤供給装置とを配置し、ＮＯＸ吸収剤から吸収されているＮＯＸを放出させ還元するために排気制御弁を閉弁しながらＮＯＸ吸収剤に還元剤を供給するようにした排気ガス浄化装置が公知である（特開平１０−３０６７１７号公報参照）。排気制御弁を閉弁するとＮＯＸ吸収剤に流入する排気ガスの量が低減され、従ってこの排気ガス浄化装置ではＮＯＸ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリーンからリッチに切り換えるのに必要な還元剤の量を低減することができる。
【０００３】
一方、この排気ガス浄化装置では排気制御弁の閉弁時にわずかな量の排気ガスが排気制御弁から漏れてＮＯＸ吸収剤内を流通している。このような排気ガス流れがあると還元剤をＮＯＸ吸収剤全体に速やかに拡散させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、排気制御弁の開度を或る開度に固定した場合には排気制御弁から漏れる排気ガスの量は機関運転状態に依存し、即ち吸入空気量が少なくなるとＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量が少なくなる。従って、吸入空気量が少ないときには還元剤をＮＯＸ吸収剤全体に速やかに拡散させるのが困難になるという問題点がある。
【０００５】
そこで本発明の目的は、機関運転状態に関わらず添加物質をＮＯＸ吸収剤全体に速やかに拡散させることができる排気ガス浄化装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯＸを放出し還元するＮＯＸ吸収剤と、ＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するための添加物質供給装置とを配置し、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するときには排気制御弁を閉弁しながら該ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するようにした排気ガス浄化装置において、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給すべきときに吸入空気量が少ないときには多いときに比べて、排気制御弁の開度を大きくしている。即ち１番目の発明では、吸入空気量が少なくなってもＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量が低減するのが阻止され、従って添加物質がＮＯＸ吸収剤全体に速やかに拡散される。
【０００７】
また、上記課題を解決するために２番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路を分岐して形成される一対の分岐排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯＸを放出し還元するＮＯＸ吸収剤と、各ＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、各ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するための添加物質供給装置とをそれぞれ配置し、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するときには対応する排気制御弁を閉弁しながら該ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するようにした排気ガス浄化装置において、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給すべきときに吸入空気量が少ないときには多いときに比べて、対応する排気制御弁の開度を大きくしている。即ち２番目の発明でも、吸入空気量が少なくなってもＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量が低減するのが阻止され、従って添加物質がＮＯＸ吸収剤全体に速やかに拡散される。
【０００８】
また、３番目の発明によれば２番目の発明において、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給すべきときに吸入空気量が予め定められた設定量よりも多いときには対応する排気制御弁の開度を、該ＮＯＸ吸収剤内をわずかな量の排気ガスが流通するように予め定められた一定の設定開度に保持するようにしている。
【０００９】
また、４番目の発明によれば２番目又は３番目の発明において、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給すべきときに吸入空気量が予め定められた設定量よりも少ないときには対応する排気制御弁の開度を吸入空気量が少なくなるにつれて大きくしている。
【００１０】
また、５番目の発明によれば４番目の発明において、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給すべきときに吸入空気量が前記設定量よりも少ないときには対応する排気制御弁の開度を、吸入空気量が少なくなるにつれて大きくなるように機関運転状態に応じて予め定められた開度に一致させている。
【００１１】
また、６番目の発明によれば３番目の発明において、一対の分岐排気通路内に追加の排気制御弁をそれぞれ配置し、前記排気制御弁の開度が前記設定開度に保持されているときには対応する追加の排気制御弁の開度を吸入空気量が多くなるにつれて小さくしている。
【００１２】
また、上記課題を解決するために７番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯＸを放出し還元するＮＯＸ吸収剤と、ＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するための添加物質供給装置とを配置し、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するときには排気制御弁を閉弁しながら該ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するようにした排気ガス浄化装置において、排気制御弁を閉弁しながらＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給しているときに該ＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量を検出する手段を具備し、該検出された排気ガスの量に基づいて排気制御弁の開度を制御するようにしている。即ち７番目の発明では、ＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量を正確に制御することが可能になる。
【００１３】
また、上記課題を解決するために８番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路を分岐して形成される一対の分岐排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯＸを放出し還元するＮＯＸ吸収剤と、各ＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、各ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するための添加物質供給装置とをそれぞれ配置し、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するときには対応する排気制御弁を閉弁しながら該ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するようにした排気ガス浄化装置において、対応する排気制御弁を閉弁しながらＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給しているときに該ＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量を検出する手段を具備し、該検出された排気ガスの量に基づいて対応する排気制御弁の開度を制御するようにしている。即ち８番目の発明でも、ＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量を正確に制御することが可能になる。
【００１４】
また、９番目の発明によれば８番目の発明において、検出された排気ガスの量が予め定められた目標量に一致するように対応する排気制御弁の開度を制御している。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
【００１６】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、更に吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１８内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００１７】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９及び排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口は分岐管２２を介して第１及び第２の上流側排気ダクトＤＵ１，ＤＵ２に接続される。これら上流側排気ダクトＤＵ１，ＤＵ２は第１及び第２のケーシングＣＡ１，ＣＡ２にそれぞれ接続され、これらケーシングＣＡ１，ＣＡ２は第１及び第２の下流側排気ダクトＤＬ１，ＤＬ２に接続され、これら下流側排気ダクトＤＬ１，ＤＬ２は共通の排気管２３に接続される。
【００１８】
排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２６が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２６内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
【００１９】
第１及び第２の上流側排気ダクトＤＵ１，ＤＵ２内には第１及び第２の電気制御式二次燃料供給ノズルＮＦ１，ＮＦ２が配置される。これら二次燃料供給ノズルＮＦ１，ＮＦ２へは電気制御式の吐出量可変な二次燃料ポンプ３０から燃料が供給される。一方、第１及び第２の下流側排気ダクトＤＬ１，ＤＬ２内には第１及び第２の下流側排気制御弁ＶＬ１，ＶＬ２がそれぞれ配置される。これら排気制御弁はそれぞれ対応するアクチュエータによりそれぞれ駆動される。また、第１及び第２のケーシングＣＡ１，ＣＡ２内には第１及び第２のＮＯＸ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２がそれぞれ収容されている。
【００２０】
ここで、第１の上流側排気ダクトＤＵ１及び第１の下流側排気ダクトＤＬ１を第１の排気ダクトと称し、第１の下流側排気制御弁ＶＬ１を第１の排気制御弁と称し、第１の二次燃料供給ノズルＮＦ１を第１の添加物質供給装置と称すると、第１の排気ダクト内に第１のＮＯＸ吸収剤ＮＡ１と第１の排気制御弁と第１の添加物質供給装置とが配置されているということになる。同様に、第２の上流側排気ダクトＤＵ２及び第２の下流側排気ダクトＤＬ２を第２の排気ダクトと称し、第２の下流側排気制御弁ＶＬ２を第２の排気制御弁と称し、第２の二次燃料供給ノズルＮＦ２を第２の添加物質供給装置と称すると、第２の排気ダクト内に第２のＮＯＸ吸収剤ＮＡ２と第２の排気制御弁と第２の添加物質供給装置とが配置されているということになる。
【００２１】
電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５及び出力ポート４６を具備する。燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、スロットル弁１７下流の吸気ダクト１３内には吸入空気量を検出するためのエアフローメータ４９が取付けられ、このエアフローメータ４９の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。第１及び第２の二次燃料供給ノズルＮＦ１，ＮＦ２下流の第１及び第２の上流側排気ダクトＤＵ１，ＤＵ２内には第１及び第２のＮＯＸ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２内に流入する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサＳ１，Ｓ２がそれぞれ取付けられ、これら空燃比センサＳ１，Ｓ２の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。
【００２２】
一方、アクセルペダル５０にはアクセルペダル５０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ５１が接続され、負荷センサ５１の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。更に入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５２が接続される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５、燃料ポンプ２８、二次燃料ポンプ３０、排気制御弁ＶＬ１，ＶＬ２の各アクチュエータ、及び二次燃料供給ノズルＮＦ１，ＮＦ２にそれぞれ接続される。
【００２３】
各ＮＯＸ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２は例えばアルミナを担体とし、こ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、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と、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されている。なお、排気ガス中に含まれる固体炭素からなる微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタにＮＯＸ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２を担持させることもできる。
【００２４】
このＮＯＸ吸収剤は流入する排気ガスの平均空燃比がリーンのときにはＮＯＸを吸収し、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯＸを放出するＮＯＸの吸放出作用を行う。なお、本明細書では排気通路の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室５、及び吸気通路内に供給された空気と燃料との比をその位置における排気ガスの空燃比と称している。
【００２５】
ＮＯＸ吸収剤の詳細な吸放出メカニズムについては完全には明らかにされていない。しかしながら、現在考えられている吸放出メカニズムを、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると次のようになる。
【００２６】
即ち、ＮＯＸ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもかなりリーンになると流入する排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、酸素Ｏ２がＯ２ −又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ２ −又はＯ２−と反応し、ＮＯ２となる（２ＮＯ＋Ｏ２→２ＮＯ２）。次いで生成されたＮＯ２の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硝酸イオンＮＯ３ −の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯＸがＮＯＸ吸収剤内に吸収される。
【００２７】
これに対し、ＮＯＸ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比になると、排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ２の生成量が低下し、反応が逆方向（ＮＯ３ −→ＮＯ２）に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ３ −がＮＯ２の形で吸収剤から放出される。この放出されたＮＯＸは排気ガス中のＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ２が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮＯ２が放出され、還元される。
【００２８】
図１に示される内燃機関では、第１及び第２の下流側排気制御弁ＶＬ１，ＶＬ２のうちいずれか一方が全開にされ、他方が閉弁される。従って、或る時点で全開にされている方の下流側排気制御弁をＶＬｉ、下流側排気制御弁ＶＬｉに対応するＮＯＸ吸収剤をＮＡｉ（ｉ＝１，２）、閉弁されている方の下流側制御弁をＶＬｊ、下流側排気制御弁ＶＬｊに対応するＮＯＸ吸収剤をＮＡｊで表すとすると（ｊ＝１，２）、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに排気ガスの大部分が導かれ、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｊには排気ガスがほとんど導かれないということになる。或いは、概略的に言うと、下流側排気制御弁ＶＬ１，ＶＬ２が排気ガスをいずれか一方のＮＯＸ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２に選択的に導いているという見方もできる。
【００２９】
一方、図１に示される内燃機関ではリーン空燃比のもとで燃焼が継続して行われる。従って、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに吸収されているＮＯＸの量、即ちＮＯＸ吸収量が次第に増大する。次いで、ＮＯＸ吸収量が予め定められた上限量よりも多くなると下流側排気制御弁ＶＬｉが閉弁され、下流側排気制御弁ＶＬｊが全開にされる。この状態で、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ内に吸収されているＮＯＸを放出させ還元するためにＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに対応する二次燃料供給ノズルＮＦｉから二次燃料又は還元剤が一時的に供給される。
【００３０】
また、内燃機関から排出される排気ガス中にはイオウ分例えばＳＯＸも含まれており、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉにはＮＯＸだけでなくＳＯＸも吸収される。従って、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに吸収されているＳＯＸの量、即ちＳＯＸ吸収量が次第に増大する。次いで、ＳＯＸ吸収量が予め定められた上限量よりも多くなると下流側排気制御弁ＶＬｉが閉弁され、下流側排気制御弁ＶＬｊが全開にされる。この状態で、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ内に吸収されているＳＯＸを放出させ還元するためにＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに対応する二次燃料供給ノズルＮＦｉから二次燃料又は還元剤が一時的に供給される。
【００３１】
更に、図１に示される内燃機関では、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させるべきときには下流側排気制御弁ＶＬｉが閉弁され、下流側排気制御弁ＶＬｊが全開にされる。この状態で、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させるためにＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに対応する二次燃料供給ノズルＮＦｉから二次燃料が一時的に供給される。二次燃料供給ノズルＮＦｉから供給された二次燃料はＮＯＸ吸収剤ＮＡｉにおいて、流入する排気ガス中の酸素と発熱反応し、斯くしてＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度が上昇せしめられる。
【００３２】
ここで、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度を例えば活性温度以上に上昇させるためにＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させることもできるし、ＮＯＸ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２がパティキュレートフィルタ上に担持されている場合にはパティキュレートフィルタ上に堆積している微粒子を酸化除去させるためにＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度即ちパティキュレートフィルタの温度を上昇させることもできる。
【００３３】
なお、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉからＮＯＸもしくはＳＯＸを放出させ還元し、又はＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させるために、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに水素Ｈ２、一酸化炭素ＣＯ、アンモニアもしくは尿素水溶液、又は燃料以外の炭化水素ＨＣを供給することもできる。
【００３４】
いずれの場合でも、図１に示される内燃機関では、対応する下流側排気制御弁ＶＬｉを閉弁し、それによりＮＯＸ吸収剤ＮＡｉにおける排気ガスの空間速度を低下させながらＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給しているということになる。このようにすると、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに流入する排気ガスの空燃比をリーンからリッチに切り替え又はＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させるのに必要な二次燃料の量を低減することができる。
【００３５】
また、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給するときに、下流側排気制御弁ＶＬｉは完全に閉弁されておらず、若干開弁されている。その結果、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ内を少量の排気ガスが流通し、この排気ガスによって二次燃料がＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ全体に速やかに拡散される。
【００３６】
この場合、下流側排気制御弁ＶＬｉの開度ＯＰＬｉを最小開度ＭＩＮに固定すれば、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ内を流通する排気ガスの量Ｇｅｉを少なくでき、従って二次燃料量を低減することができる。
【００３７】
ところが、図２の破線で示されるように、吸入空気量Ｇａが少なくなるにつれてＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ内を流通する排気ガスの量Ｇｅｉが少なくなり、吸入空気量Ｇａが下限量ＧＧよりも少なくなると二次燃料量を少なく維持しながら二次燃料を良好に拡散させるために必要な排気ガスの量、即ち必要排気ガス量ＧｅＲよりも少なくなってしまう。二次燃料は液体の形でＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに供給されるので、排気ガス量Ｇｅｉが少なくなると二次燃料の拡散が極めて困難になる。
【００３８】
そこで本発明による第１実施例では、図２の実線で示されるように、吸入空気量Ｇａが下限量ＧＧよりも多いときには下流側排気制御弁ＶＬｉの開度ＯＰＬｉを最小開度ＭＩＮに保持し、吸入空気量Ｇａが下限量ＧＧよりも少ないときには排気ガス量Ｇｅｉが必要排気ガス量ＧｅＲに維持されるように下流側排気制御弁ＶＬｉの開度ＯＰＬｉを吸入空気量Ｇａが少なくなるにつれて大きくしている。その結果、吸入空気量Ｇａが少ないときにも二次燃料をＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ全体に速やかに拡散させることができる。
【００３９】
排気ガス量Ｇｅｉを必要排気ガス量ＧｅＲに維持するのに必要な下流側排気制御弁ＶＬｉの開度即ち必要開度ＯＰＬＲは機関運転状態、例えば機関回転数Ｎ及び吸入空気量Ｇａに応じて変動しうる。そこで本発明による第１実施例では、必要開度ＯＰＬＲを機関回転数Ｎ及び吸入空気量Ｇａの関数として予め実験により求めておき、図３に示すマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶している。
【００４０】
ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきときには図３のマップから必要開度ＯＰＬＲが算出され、下流側排気制御弁ＶＬｉの目標開度ＯＰＬｉＴがこの必要開度ＯＰＬＲとされる。下流側排気制御弁ＶＬｉはその開度が目標開度ＯＰＬｉＴに一致するように制御される。
【００４１】
図４は上述した本発明による第１実施例を実行するためのルーチンである。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００４２】
図４を参照すると、まずステップ１００ではパラメータｉ，ｊが決定される。即ち、この時点で下流側排気制御弁ＶＬ１が全開にされているときにはｉ＝１，ｊ＝２とされ、下流側排気制御弁ＶＬ２が全開にされているときにはｉ＝２，ｊ＝１とされる。続くステップ１０１ではＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきか否かが判別される。ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきでないときには処理サイクルを終了し、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきときにはステップ１０２に進み、吸入空気量Ｇａが下限量ＧＧよりも少ないか否かが判別される。Ｇａ≧ＧＧのときにはステップ１０３に進み、下流側排気制御弁ＶＬｉの目標開度ＯＰＬｉＴが最小開度ＭＩＮとされ、下流側排気制御弁ＶＬｊの目標開度ＯＰＬｊＴが最大開度ＦＬとされる。次いでステップ１０５に進む。これに対し、Ｇａ＜ＧＧのときにはステップ１０４に進み、下流側排気制御弁ＶＬｉの目標開度ＯＰＬｉＴが図３のマップを用いて算出され、下流側排気制御弁ＶＬｊの目標開度ＯＰＬｊＴが最大開度ＦＬとされる。次いでステップ１０５に進む。
【００４３】
ステップ１０５では下流側排気制御弁ＶＬｉ，ＶＬｊの開度がそれぞれの目標開度ＯＰＬｉＴ，ＯＰＬｊＴになるように制御される。続くステップ１０６ではＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料が供給される。即ち、二次燃料ポンプ３０が作動され、二次燃料供給ノズルＮＦｉが開弁される。続くステップ１０７では二次燃料の供給を停止すべきか否かが判別される。二次燃料の供給を停止すべきでないときにはステップ１０２に戻り、二次燃料の供給を停止すべきときにはステップ１０８に進み、二次燃料の供給が停止される。即ち、二次燃料ポンプ３０が停止され、二次燃料供給ノズルＮＦｉが閉弁される。
【００４４】
次に、図５及び図６を参照して本発明による第２実施例を説明する。
【００４５】
図５を参照すると、本発明による第２実施例では二次燃料供給ノズルＮＦ１，ＮＦ２とＮＯＸ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２間の上流側排気ダクトＤＵ１，ＤＵ２内に、それぞれ対応するＮＯＸ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２内を流通する排気ガスの量Ｇｅ１，Ｇｅ２を検出するための排気ガス量メータＭ１，Ｍ２がそれぞれ配置される。これら排気ガス量メータＭ１，Ｍ２の出力信号は対応するＡＤ変換器を介して電子制御ユニットの入力ポートに入力される。
【００４６】
本発明による第２実施例では、二次燃料を供給すべきＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ内に流入する排気ガスの量Ｇｅｉを検出し、この排気ガス量Ｇｅｉに基づいて下流側排気制御弁ＶＬｉの開度を制御するようにしている。
【００４７】
具体的には、検出された排気ガス量Ｇｅｉが上述した必要排気ガス量ＧｅＲよりも多いときには下流側排気制御弁ＶＬｉの開度ＯＰＬｉを最小開度ＭＩＮに保持し、検出された排気ガス量Ｇｅｉが必要排気ガス量ＧｅＲよりも少ないときには下流側排気制御弁ＶＬｉの開度ＯＰＬｉを、排気ガス量Ｇｅｉを必要排気ガス量ＧｅＲに維持するのに必要な開度、即ち必要開度ＯＰＬＲに一致させている。
【００４８】
図６は上述した本発明による第２実施例を実行するためのルーチンである。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００４９】
図６を参照すると、まずステップ２００ではパラメータｉ，ｊが決定される。即ち、この時点で下流側排気制御弁ＶＬ１が全開にされているときにはｉ＝１，ｊ＝２とされ、下流側排気制御弁ＶＬ２が全開にされているときにはｉ＝２，ｊ＝１とされる。続くステップ２０１ではＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきか否かが判別される。ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきでないときには処理サイクルを終了し、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきときにはステップ２０２に進み、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ内を流通する排気ガスの量Ｇｅｉが必要排気ガス量ＧｅＲよりも少ないか否かが判別される。Ｇｅｉ≧ＧｅＲのときにはステップ２０３に進み、下流側排気制御弁ＶＬｉの目標開度ＯＰＬｉＴが最小開度ＭＩＮとされ、下流側排気制御弁ＶＬｊの目標開度ＯＰＬｊＴが最大開度ＦＬとされる。次いでステップ２０５に進む。これに対し、Ｇｅｉ＜ＧｅＲのときにはステップ２０４に進み、下流側排気制御弁ＶＬｉの目標開度ＯＰＬｉＴが図３のマップから算出され、下流側排気制御弁ＶＬｊの目標開度ＯＰＬｊＴが最大開度ＦＬとされる。次いでステップ２０５に進む。
【００５０】
ステップ２０５では下流側排気制御弁ＶＬｉ，ＶＬｊの開度がそれぞれの目標開度ＯＰＬｉＴ，ＯＰＬｊＴになるように制御される。続くステップ２０６ではＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料が供給される。即ち、二次燃料ポンプ３０が作動され、二次燃料供給ノズルＮＦｉが開弁される。続くステップ２０７では二次燃料の供給を停止すべきか否かが判別される。二次燃料の供給を停止すべきでないときにはステップ２０２に戻り、二次燃料の供給を停止すべきときにはステップ２０８に進み、二次燃料の供給が停止される。即ち、二次燃料ポンプ３０が停止され、二次燃料供給ノズルＮＦｉが閉弁される。
【００５１】
次に、図７に示すルーチンを参照しながら本発明による第３実施例を説明する。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００５２】
図７を参照すると、まずステップ３００ではパラメータｉ，ｊが決定される。即ち、この時点で下流側排気制御弁ＶＬ１が全開にされているときにはｉ＝１，ｊ＝２とされ、下流側排気制御弁ＶＬ２が全開にされているときにはｉ＝２，ｊ＝１とされる。続くステップ３０１ではＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきか否かが判別される。ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきでないときには処理サイクルを終了し、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきときにはステップ３０２に進み、下流側排気制御弁ＶＬｊの開度が最大開度ＦＬに維持されると共に、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ内を流通する排気ガスの量Ｇｅｉが必要排気ガス量ＧｅＲに一致するように下流側排気制御弁ＶＬｉの開度がフィードバック制御される。従って、排気ガス量Ｇｅｉを確実に必要排気ガス量ＧｅＲに一致させることができる。
【００５３】
続くステップ３０３ではＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料が供給される。即ち、二次燃料ポンプ３０が作動され、二次燃料供給ノズルＮＦｉが開弁される。続くステップ３０４では二次燃料の供給を停止すべきか否かが判別される。二次燃料の供給を停止すべきでないときにはステップ３０２に戻り、二次燃料の供給を停止すべきときにはステップ３０５に進み、二次燃料の供給が停止される。即ち、二次燃料ポンプ３０が停止され、二次燃料供給ノズルＮＦｉが閉弁される。
【００５４】
次に、図８から図１１を参照して本発明による第４実施例を説明する。
【００５５】
本発明による第４実施例は図８に示されるように、二次燃料供給ノズルＮＦ１，ＮＦ２よりも上流の上流側排気ダクトＤＵ１，ＤＵ２内に第１及び第２の上流側排気制御弁ＶＵ１，ＶＵ２がそれぞれ追加されている点で、上述した本発明による第１実施例と構成を異にしている。これら上流側排気制御弁ＶＵ１，ＶＵ２はそれぞれ対応するアクチュエータによってそれぞれ駆動される。
【００５６】
本発明による第４実施例では、第１の上流側及び下流側排気制御弁ＶＵ１，ＶＬ１と第２の上流側及び下流側排気制御弁ＶＵ２，ＶＬ２とのうちいずれか一方が全開にされ、他方が閉弁される。或る時点で全開にされている上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉに対応するＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきときには、上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉが閉弁され、他方の上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｊ，ＶＬｊが全開にされる（ｉ＝１，２、ｊ＝１，２）。
【００５７】
この場合、図９に示されるように、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ内を流通する排気ガスの量Ｇｅｉが上述した必要排気ガス量ＧｅＲに維持されるように上流側排気制御弁ＶＵｉの開度ＯＰＵｉ及び下流側排気制御弁ＶＬｉの開度ＯＰＬｉは吸入空気量Ｇａが少なくなるにつれて大きくされる。
【００５８】
もう少し詳しく説明すると、例えば下流側排気制御弁ＶＬｉの開度ＯＰＬｉは吸入空気量Ｇａが下限量ＧＧよりも多いときには最小開度ＭＩＮに保持され、吸入空気量Ｇａが下限量ＧＧよりも少ないときには吸入空気量Ｇａが少なくなるにつれて大きくされる。これに対し、上流側排気制御弁ＶＵｉの開度ＯＰＵｉは下流側排気制御弁ＶＬｉの開度ＯＰＬｉよりも大きく維持されながら、吸入空気量Ｇａが少なくなるにつれて大きくされる。このようにすると、下流側排気制御弁ＶＬｉが最小開度ＭＩＮに保持されているときに排気ガス量Ｇｅｉが必要排気ガス量ＧｅＲを越えて増大するのを阻止できる（図２参照）。
【００５９】
ここで、上流側排気制御弁ＶＵｉを追加の排気制御弁と考えれば、下流側排気制御弁ＶＬｉが最小開度ＭＩＮに保持されているときに追加の排気制御弁の開度を吸入空気量Ｇａが大きくなるにつれて小さくしているという見方もできる。
【００６０】
排気ガス量Ｇｅｉを必要排気ガス量ＧｅＲに維持するのに必要な上流側排気制御弁ＶＵｉの開度即ち上流側必要開度ＯＰＵＲ、及び下流側排気制御弁ＶＬｉの開度即ち下流側必要開度ＯＰＬＲは機関運転状態、例えば機関回転数Ｎ及び吸入空気量Ｇａに応じて変動しうる。そこで本発明による第４実施例では、上流側及び下流側必要開度ＯＰＵＲ，ＯＰＬＲを機関回転数Ｎ及び吸入空気量Ｇａの関数として予め実験によりそれぞれ求めておき、図１０及び１１にそれぞれ示すマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶している。
【００６１】
ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきときには図１０及び１１のマップから上流側及び下流側必要開度ＯＰＵＲ，ＯＰＬＲが算出され、上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉの目標開度ＯＰＵｉＴ，ＯＰＬｉＴがそれぞれ対応する必要開度ＯＰＵＲ，ＯＰＬＲとされる。上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉはそれぞれの開度が対応する目標開度ＯＰＵｉＴ，ＯＰＬｉＴに一致するように制御される。
【００６２】
なお、図１１に示される下流側必要開度ＯＰＵＲは上流側排気制御弁ＶＵｉの開度が上流側必要開度ＯＰＵＲに維持されているときに排気ガス量Ｇｅｉを必要排気ガス量ＧｅＲに維持するのに必要な開度であり、従って図３に示される必要開度ＯＰＬＲとは若干内容が異なっている。また、下流側排気制御弁ＶＬｉの開度ＯＰＬｉを上流側排気制御弁ＶＵｉの開度ＯＰＵｉよりも大きく維持するようにしてもよい。
【００６３】
図１２は上述した本発明による第４実施例を実行するためのルーチンである。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００６４】
図１２を参照すると、まずステップ４００ではパラメータｉ，ｊが決定される。即ち、この時点で上流側及び下流側排気制御弁ＶＵ１，ＶＬ１が全開にされているときにはｉ＝１，ｊ＝２とされ、上流側及び下流側排気制御弁ＶＵ２，ＶＬ２が全開にされているときにはｉ＝２，ｊ＝１とされる。続くステップ４０１ではＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきか否かが判別される。ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきでないときには処理サイクルを終了し、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきときにはステップ４０２に進み、吸入空気量Ｇａが下限量ＧＧよりも少ないか否かが判別される。Ｇａ≧ＧＧのときにはステップ４０３に進み、上流側排気制御弁ＶＵｉの目標開度ＯＰＵｉＴが図１０のマップを用いて算出され、下流側排気制御弁ＶＬｉの目標開度ＯＰＬｉＴが最小開度ＭＩＮとされ、上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｊ，ＶＬｊの目標開度ＯＰＵｊＴ，ＯＰＬｊＴがそれぞれ最大開度ＦＬとされる。次いでステップ４０５に進む。これに対し、Ｇａ＜ＧＧのときにはステップ４０４に進み、上流側排気制御弁ＶＵｉの目標開度ＯＰＵｉＴが図１０のマップを用いて算出され、下流側排気制御弁ＶＬｉの目標開度ＯＰＬｉＴが図１１のマップを用いて算出され、上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｊ，ＶＬｊの目標開度ＯＰＵｊＴ，ＯＰＬｊＴがそれぞれ最大開度ＦＬとされる。次いでステップ４０５に進む。
【００６５】
ステップ４０５では上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｉ，ＶＵｊ，ＶＬｉ，ＶＬｊの開度がそれぞれの目標開度ＯＰＵｉＴ，ＯＰＵｊＴ，ＯＰＬｉＴ，ＯＰＬｊＴになるように制御される。続くステップ４０６ではＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料が供給される。即ち、二次燃料ポンプ３０が作動され、二次燃料供給ノズルＮＦｉが開弁される。続くステップ４０７では二次燃料の供給を停止すべきか否かが判別される。二次燃料の供給を停止すべきでないときにはステップ４０２に戻り、二次燃料の供給を停止すべきときにはステップ４０８に進み、二次燃料の供給が停止される。即ち、二次燃料ポンプ３０が停止され、二次燃料供給ノズルＮＦｉが閉弁される。
【００６６】
これまで述べてきた本発明による第４実施例では、吸入空気量Ｇａに基づいて上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉの開度が制御される。しかしながら、排気ガス量Ｇｅｉを検出するための排気ガス量メータを設け、検出された排気ガス量Ｇｅｉに基づいて上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉの開度を制御するようにしてもよい。
【００６７】
また、上述した本発明による各実施例では、第１及び第２の下流側排気制御弁ＶＬ１，ＶＬ２又は第１及び第２の上流側排気制御弁ＶＵ１，ＶＵ２をそれぞれ別個の排気制御弁から形成している。しかしながら、図１３に示されるように例えば第１及び第２の下流側排気制御弁ＶＬ１，ＶＬ２を排気管２３内に配置される単一の排気制御弁ＶＬから形成することもできる。この場合、第１のＮＯＸ吸収剤ＮＡ１内を流通する排気ガスの量Ｇｅ１と第２のＮＯＸ吸収剤ＮＡ２内を流通する排気ガスの量Ｇｅ２とがほぼ等しくなっている中間位置から例えば排気ガス量Ｇｅ１を減少させる方向に排気制御弁ＶＬが変位されると、第１の下流側排気制御弁ＶＬ１の開度が小さくされ、第１の下流側排気制御弁ＶＬ２の開度が大きくされたのと同じことになる。
【００６８】
更に、本発明による第１から第３実施例において、下流側排気制御弁の代わりに上流側排気制御弁のみを設けることもできる。
【００６９】
更に、上述した本発明による各実施例では一対のＮＯＸ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２を備えている。しかしながら、図１４に示されるように単一のＮＯＸ吸収剤ＮＡを備えた内燃機関に本発明を適用することもできる。この場合、分岐管２２と排気管２３とはＮＯＸ吸収剤ＮＡを迂回するバイパス管６０によって互いに接続され、排気管２３内に単一の排気制御弁ＶＬが配置される。この排気制御弁ＶＬが全開にされるとバイパス管６０が遮断され、閉弁されるとＮＯＸ吸収剤ＮＡ内を流通する排気ガスの量が低減される。
【００７０】
排気制御弁ＶＬは通常全開に維持されており、ＮＯＸ吸収剤ＮＡに二次燃料を供給すべきときに閉弁される。この場合、排気制御弁ＶＬの開度は例えば吸入空気量Ｇａが下限量ＧＧよりも多いときには最小開度ＭＩＮに保持され、吸入空気量Ｇａが下限量ＧＧよりも少ないときには吸入空気量Ｇａ、又は排気ガス量メータＭにより検出された排気ガス量に基づいて制御される。ＮＯＸ吸収剤ＮＡへの二次燃料の供給が完了すると排気制御弁ＶＬが全開に戻される。
【００７１】
【発明の効果】
機関運転状態に関わらず添加物質をＮＯＸ吸収剤全体に速やかに拡散させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】本発明による第１実施例を説明するための線図である。
【図３】必要開度ＯＰＬＲを示す線図である。
【図４】本発明による第１実施例を実行するためのフローチャートである。
【図５】本発明による第２実施例を示す内燃機関の部分図である。
【図６】本発明による第２実施例を実行するためのフローチャートである。
【図７】本発明による第３実施例を実行するためのフローチャートである。
【図８】本発明による第４実施例を示す内燃機関の部分図である。
【図９】本発明による第４実施例を説明するための線図である。
【図１０】上流側必要開度ＯＰＵＲを示す線図である。
【図１１】下流側必要開度ＯＰＬＲを示す線図である。
【図１２】本発明による第４実施例を実行するためのフローチャートである。
【図１３】本発明による別の実施例を示す内燃機関の部分図である。
【図１４】本発明による更に別の実施例を示す内燃機関の部分図である。
【符号の説明】
１…機関本体
ＮＡ１，ＮＡ２…ＮＯＸ吸収剤
ＶＬ１，ＶＬ２…排気制御弁
ＮＦ１，ＮＦ２…二次燃料供給ノズル
【発明の属する技術分野】
本発明は排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯＸを放出し還元するＮＯＸ吸収剤と、ＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、ＮＯＸ吸収剤に還元剤を供給するための還元剤供給装置とを配置し、ＮＯＸ吸収剤から吸収されているＮＯＸを放出させ還元するために排気制御弁を閉弁しながらＮＯＸ吸収剤に還元剤を供給するようにした排気ガス浄化装置が公知である（特開平１０−３０６７１７号公報参照）。排気制御弁を閉弁するとＮＯＸ吸収剤に流入する排気ガスの量が低減され、従ってこの排気ガス浄化装置ではＮＯＸ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリーンからリッチに切り換えるのに必要な還元剤の量を低減することができる。
【０００３】
一方、この排気ガス浄化装置では排気制御弁の閉弁時にわずかな量の排気ガスが排気制御弁から漏れてＮＯＸ吸収剤内を流通している。このような排気ガス流れがあると還元剤をＮＯＸ吸収剤全体に速やかに拡散させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、排気制御弁の開度を或る開度に固定した場合には排気制御弁から漏れる排気ガスの量は機関運転状態に依存し、即ち吸入空気量が少なくなるとＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量が少なくなる。従って、吸入空気量が少ないときには還元剤をＮＯＸ吸収剤全体に速やかに拡散させるのが困難になるという問題点がある。
【０００５】
そこで本発明の目的は、機関運転状態に関わらず添加物質をＮＯＸ吸収剤全体に速やかに拡散させることができる排気ガス浄化装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯＸを放出し還元するＮＯＸ吸収剤と、ＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するための添加物質供給装置とを配置し、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するときには排気制御弁を閉弁しながら該ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するようにした排気ガス浄化装置において、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給すべきときに吸入空気量が少ないときには多いときに比べて、排気制御弁の開度を大きくしている。即ち１番目の発明では、吸入空気量が少なくなってもＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量が低減するのが阻止され、従って添加物質がＮＯＸ吸収剤全体に速やかに拡散される。
【０００７】
また、上記課題を解決するために２番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路を分岐して形成される一対の分岐排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯＸを放出し還元するＮＯＸ吸収剤と、各ＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、各ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するための添加物質供給装置とをそれぞれ配置し、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するときには対応する排気制御弁を閉弁しながら該ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するようにした排気ガス浄化装置において、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給すべきときに吸入空気量が少ないときには多いときに比べて、対応する排気制御弁の開度を大きくしている。即ち２番目の発明でも、吸入空気量が少なくなってもＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量が低減するのが阻止され、従って添加物質がＮＯＸ吸収剤全体に速やかに拡散される。
【０００８】
また、３番目の発明によれば２番目の発明において、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給すべきときに吸入空気量が予め定められた設定量よりも多いときには対応する排気制御弁の開度を、該ＮＯＸ吸収剤内をわずかな量の排気ガスが流通するように予め定められた一定の設定開度に保持するようにしている。
【０００９】
また、４番目の発明によれば２番目又は３番目の発明において、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給すべきときに吸入空気量が予め定められた設定量よりも少ないときには対応する排気制御弁の開度を吸入空気量が少なくなるにつれて大きくしている。
【００１０】
また、５番目の発明によれば４番目の発明において、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給すべきときに吸入空気量が前記設定量よりも少ないときには対応する排気制御弁の開度を、吸入空気量が少なくなるにつれて大きくなるように機関運転状態に応じて予め定められた開度に一致させている。
【００１１】
また、６番目の発明によれば３番目の発明において、一対の分岐排気通路内に追加の排気制御弁をそれぞれ配置し、前記排気制御弁の開度が前記設定開度に保持されているときには対応する追加の排気制御弁の開度を吸入空気量が多くなるにつれて小さくしている。
【００１２】
また、上記課題を解決するために７番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯＸを放出し還元するＮＯＸ吸収剤と、ＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するための添加物質供給装置とを配置し、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するときには排気制御弁を閉弁しながら該ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するようにした排気ガス浄化装置において、排気制御弁を閉弁しながらＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給しているときに該ＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量を検出する手段を具備し、該検出された排気ガスの量に基づいて排気制御弁の開度を制御するようにしている。即ち７番目の発明では、ＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量を正確に制御することが可能になる。
【００１３】
また、上記課題を解決するために８番目の発明によれば、リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路を分岐して形成される一対の分岐排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯＸを放出し還元するＮＯＸ吸収剤と、各ＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、各ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するための添加物質供給装置とをそれぞれ配置し、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するときには対応する排気制御弁を閉弁しながら該ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するようにした排気ガス浄化装置において、対応する排気制御弁を閉弁しながらＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給しているときに該ＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量を検出する手段を具備し、該検出された排気ガスの量に基づいて対応する排気制御弁の開度を制御するようにしている。即ち８番目の発明でも、ＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量を正確に制御することが可能になる。
【００１４】
また、９番目の発明によれば８番目の発明において、検出された排気ガスの量が予め定められた目標量に一致するように対応する排気制御弁の開度を制御している。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。なお、本発明は火花点火式内燃機関にも適用することもできる。
【００１６】
図１を参照すると、１は機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は電気制御式燃料噴射弁、７は吸気弁、８は吸気ポート、９は排気弁、１０は排気ポートを夫々示す。吸気ポート８は対応する吸気枝管１１を介してサージタンク１２に連結され、サージタンク１２は吸気ダクト１３を介して排気ターボチャージャ１４のコンプレッサ１５に連結される。吸気ダクト１３内にはステップモータ１６により駆動されるスロットル弁１７が配置され、更に吸気ダクト１３周りには吸気ダクト１３内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１８が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置１８内に導かれ、機関冷却水によって吸入空気が冷却される。
【００１７】
一方、排気ポート１０は排気マニホルド１９及び排気管２０を介して排気ターボチャージャ１４の排気タービン２１に連結され、排気タービン２１の出口は分岐管２２を介して第１及び第２の上流側排気ダクトＤＵ１，ＤＵ２に接続される。これら上流側排気ダクトＤＵ１，ＤＵ２は第１及び第２のケーシングＣＡ１，ＣＡ２にそれぞれ接続され、これらケーシングＣＡ１，ＣＡ２は第１及び第２の下流側排気ダクトＤＬ１，ＤＬ２に接続され、これら下流側排気ダクトＤＬ１，ＤＬ２は共通の排気管２３に接続される。
【００１８】
排気マニホルド１９とサージタンク１２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２４を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路２４内には電気制御式ＥＧＲ制御弁２５が配置される。また、ＥＧＲ通路２４周りにはＥＧＲ通路２４内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２６が配置される。図１に示される実施例では機関冷却水が冷却装置２６内に導かれ、機関冷却水によってＥＧＲガスが冷却される。一方、各燃料噴射弁６は燃料供給管６ａを介して燃料リザーバ、いわゆるコモンレール２７に連結される。このコモンレール２７内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２８から燃料が供給され、コモンレール２７内に供給された燃料は各燃料供給管６ａを介して燃料噴射弁６に供給される。コモンレール２７にはコモンレール２７内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ２９が取付けられ、燃料圧センサ２９の出力信号に基づいてコモンレール２７内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプ２８の吐出量が制御される。
【００１９】
第１及び第２の上流側排気ダクトＤＵ１，ＤＵ２内には第１及び第２の電気制御式二次燃料供給ノズルＮＦ１，ＮＦ２が配置される。これら二次燃料供給ノズルＮＦ１，ＮＦ２へは電気制御式の吐出量可変な二次燃料ポンプ３０から燃料が供給される。一方、第１及び第２の下流側排気ダクトＤＬ１，ＤＬ２内には第１及び第２の下流側排気制御弁ＶＬ１，ＶＬ２がそれぞれ配置される。これら排気制御弁はそれぞれ対応するアクチュエータによりそれぞれ駆動される。また、第１及び第２のケーシングＣＡ１，ＣＡ２内には第１及び第２のＮＯＸ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２がそれぞれ収容されている。
【００２０】
ここで、第１の上流側排気ダクトＤＵ１及び第１の下流側排気ダクトＤＬ１を第１の排気ダクトと称し、第１の下流側排気制御弁ＶＬ１を第１の排気制御弁と称し、第１の二次燃料供給ノズルＮＦ１を第１の添加物質供給装置と称すると、第１の排気ダクト内に第１のＮＯＸ吸収剤ＮＡ１と第１の排気制御弁と第１の添加物質供給装置とが配置されているということになる。同様に、第２の上流側排気ダクトＤＵ２及び第２の下流側排気ダクトＤＬ２を第２の排気ダクトと称し、第２の下流側排気制御弁ＶＬ２を第２の排気制御弁と称し、第２の二次燃料供給ノズルＮＦ２を第２の添加物質供給装置と称すると、第２の排気ダクト内に第２のＮＯＸ吸収剤ＮＡ２と第２の排気制御弁と第２の添加物質供給装置とが配置されているということになる。
【００２１】
電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５及び出力ポート４６を具備する。燃料圧センサ２９の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、スロットル弁１７下流の吸気ダクト１３内には吸入空気量を検出するためのエアフローメータ４９が取付けられ、このエアフローメータ４９の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。第１及び第２の二次燃料供給ノズルＮＦ１，ＮＦ２下流の第１及び第２の上流側排気ダクトＤＵ１，ＤＵ２内には第１及び第２のＮＯＸ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２内に流入する排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサＳ１，Ｓ２がそれぞれ取付けられ、これら空燃比センサＳ１，Ｓ２の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。
【００２２】
一方、アクセルペダル５０にはアクセルペダル５０の踏込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ５１が接続され、負荷センサ５１の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。更に入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５２が接続される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁６、スロットル弁駆動用ステップモータ１６、ＥＧＲ制御弁２５、燃料ポンプ２８、二次燃料ポンプ３０、排気制御弁ＶＬ１，ＶＬ２の各アクチュエータ、及び二次燃料供給ノズルＮＦ１，ＮＦ２にそれぞれ接続される。
【００２３】
各ＮＯＸ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２は例えばアルミナを担体とし、こ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、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と、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されている。なお、排気ガス中に含まれる固体炭素からなる微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタにＮＯＸ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２を担持させることもできる。
【００２４】
このＮＯＸ吸収剤は流入する排気ガスの平均空燃比がリーンのときにはＮＯＸを吸収し、流入する排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯＸを放出するＮＯＸの吸放出作用を行う。なお、本明細書では排気通路の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室５、及び吸気通路内に供給された空気と燃料との比をその位置における排気ガスの空燃比と称している。
【００２５】
ＮＯＸ吸収剤の詳細な吸放出メカニズムについては完全には明らかにされていない。しかしながら、現在考えられている吸放出メカニズムを、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると次のようになる。
【００２６】
即ち、ＮＯＸ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもかなりリーンになると流入する排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、酸素Ｏ２がＯ２ −又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ２ −又はＯ２−と反応し、ＮＯ２となる（２ＮＯ＋Ｏ２→２ＮＯ２）。次いで生成されたＮＯ２の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硝酸イオンＮＯ３ −の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯＸがＮＯＸ吸収剤内に吸収される。
【００２７】
これに対し、ＮＯＸ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比になると、排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ２の生成量が低下し、反応が逆方向（ＮＯ３ −→ＮＯ２）に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ３ −がＮＯ２の形で吸収剤から放出される。この放出されたＮＯＸは排気ガス中のＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ２が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮＯ２が放出され、還元される。
【００２８】
図１に示される内燃機関では、第１及び第２の下流側排気制御弁ＶＬ１，ＶＬ２のうちいずれか一方が全開にされ、他方が閉弁される。従って、或る時点で全開にされている方の下流側排気制御弁をＶＬｉ、下流側排気制御弁ＶＬｉに対応するＮＯＸ吸収剤をＮＡｉ（ｉ＝１，２）、閉弁されている方の下流側制御弁をＶＬｊ、下流側排気制御弁ＶＬｊに対応するＮＯＸ吸収剤をＮＡｊで表すとすると（ｊ＝１，２）、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに排気ガスの大部分が導かれ、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｊには排気ガスがほとんど導かれないということになる。或いは、概略的に言うと、下流側排気制御弁ＶＬ１，ＶＬ２が排気ガスをいずれか一方のＮＯＸ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２に選択的に導いているという見方もできる。
【００２９】
一方、図１に示される内燃機関ではリーン空燃比のもとで燃焼が継続して行われる。従って、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに吸収されているＮＯＸの量、即ちＮＯＸ吸収量が次第に増大する。次いで、ＮＯＸ吸収量が予め定められた上限量よりも多くなると下流側排気制御弁ＶＬｉが閉弁され、下流側排気制御弁ＶＬｊが全開にされる。この状態で、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ内に吸収されているＮＯＸを放出させ還元するためにＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに対応する二次燃料供給ノズルＮＦｉから二次燃料又は還元剤が一時的に供給される。
【００３０】
また、内燃機関から排出される排気ガス中にはイオウ分例えばＳＯＸも含まれており、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉにはＮＯＸだけでなくＳＯＸも吸収される。従って、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに吸収されているＳＯＸの量、即ちＳＯＸ吸収量が次第に増大する。次いで、ＳＯＸ吸収量が予め定められた上限量よりも多くなると下流側排気制御弁ＶＬｉが閉弁され、下流側排気制御弁ＶＬｊが全開にされる。この状態で、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ内に吸収されているＳＯＸを放出させ還元するためにＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに対応する二次燃料供給ノズルＮＦｉから二次燃料又は還元剤が一時的に供給される。
【００３１】
更に、図１に示される内燃機関では、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させるべきときには下流側排気制御弁ＶＬｉが閉弁され、下流側排気制御弁ＶＬｊが全開にされる。この状態で、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させるためにＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに対応する二次燃料供給ノズルＮＦｉから二次燃料が一時的に供給される。二次燃料供給ノズルＮＦｉから供給された二次燃料はＮＯＸ吸収剤ＮＡｉにおいて、流入する排気ガス中の酸素と発熱反応し、斯くしてＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度が上昇せしめられる。
【００３２】
ここで、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度を例えば活性温度以上に上昇させるためにＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させることもできるし、ＮＯＸ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２がパティキュレートフィルタ上に担持されている場合にはパティキュレートフィルタ上に堆積している微粒子を酸化除去させるためにＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度即ちパティキュレートフィルタの温度を上昇させることもできる。
【００３３】
なお、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉからＮＯＸもしくはＳＯＸを放出させ還元し、又はＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させるために、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに水素Ｈ２、一酸化炭素ＣＯ、アンモニアもしくは尿素水溶液、又は燃料以外の炭化水素ＨＣを供給することもできる。
【００３４】
いずれの場合でも、図１に示される内燃機関では、対応する下流側排気制御弁ＶＬｉを閉弁し、それによりＮＯＸ吸収剤ＮＡｉにおける排気ガスの空間速度を低下させながらＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給しているということになる。このようにすると、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに流入する排気ガスの空燃比をリーンからリッチに切り替え又はＮＯＸ吸収剤ＮＡｉの温度を上昇させるのに必要な二次燃料の量を低減することができる。
【００３５】
また、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給するときに、下流側排気制御弁ＶＬｉは完全に閉弁されておらず、若干開弁されている。その結果、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ内を少量の排気ガスが流通し、この排気ガスによって二次燃料がＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ全体に速やかに拡散される。
【００３６】
この場合、下流側排気制御弁ＶＬｉの開度ＯＰＬｉを最小開度ＭＩＮに固定すれば、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ内を流通する排気ガスの量Ｇｅｉを少なくでき、従って二次燃料量を低減することができる。
【００３７】
ところが、図２の破線で示されるように、吸入空気量Ｇａが少なくなるにつれてＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ内を流通する排気ガスの量Ｇｅｉが少なくなり、吸入空気量Ｇａが下限量ＧＧよりも少なくなると二次燃料量を少なく維持しながら二次燃料を良好に拡散させるために必要な排気ガスの量、即ち必要排気ガス量ＧｅＲよりも少なくなってしまう。二次燃料は液体の形でＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに供給されるので、排気ガス量Ｇｅｉが少なくなると二次燃料の拡散が極めて困難になる。
【００３８】
そこで本発明による第１実施例では、図２の実線で示されるように、吸入空気量Ｇａが下限量ＧＧよりも多いときには下流側排気制御弁ＶＬｉの開度ＯＰＬｉを最小開度ＭＩＮに保持し、吸入空気量Ｇａが下限量ＧＧよりも少ないときには排気ガス量Ｇｅｉが必要排気ガス量ＧｅＲに維持されるように下流側排気制御弁ＶＬｉの開度ＯＰＬｉを吸入空気量Ｇａが少なくなるにつれて大きくしている。その結果、吸入空気量Ｇａが少ないときにも二次燃料をＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ全体に速やかに拡散させることができる。
【００３９】
排気ガス量Ｇｅｉを必要排気ガス量ＧｅＲに維持するのに必要な下流側排気制御弁ＶＬｉの開度即ち必要開度ＯＰＬＲは機関運転状態、例えば機関回転数Ｎ及び吸入空気量Ｇａに応じて変動しうる。そこで本発明による第１実施例では、必要開度ＯＰＬＲを機関回転数Ｎ及び吸入空気量Ｇａの関数として予め実験により求めておき、図３に示すマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶している。
【００４０】
ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきときには図３のマップから必要開度ＯＰＬＲが算出され、下流側排気制御弁ＶＬｉの目標開度ＯＰＬｉＴがこの必要開度ＯＰＬＲとされる。下流側排気制御弁ＶＬｉはその開度が目標開度ＯＰＬｉＴに一致するように制御される。
【００４１】
図４は上述した本発明による第１実施例を実行するためのルーチンである。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００４２】
図４を参照すると、まずステップ１００ではパラメータｉ，ｊが決定される。即ち、この時点で下流側排気制御弁ＶＬ１が全開にされているときにはｉ＝１，ｊ＝２とされ、下流側排気制御弁ＶＬ２が全開にされているときにはｉ＝２，ｊ＝１とされる。続くステップ１０１ではＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきか否かが判別される。ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきでないときには処理サイクルを終了し、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきときにはステップ１０２に進み、吸入空気量Ｇａが下限量ＧＧよりも少ないか否かが判別される。Ｇａ≧ＧＧのときにはステップ１０３に進み、下流側排気制御弁ＶＬｉの目標開度ＯＰＬｉＴが最小開度ＭＩＮとされ、下流側排気制御弁ＶＬｊの目標開度ＯＰＬｊＴが最大開度ＦＬとされる。次いでステップ１０５に進む。これに対し、Ｇａ＜ＧＧのときにはステップ１０４に進み、下流側排気制御弁ＶＬｉの目標開度ＯＰＬｉＴが図３のマップを用いて算出され、下流側排気制御弁ＶＬｊの目標開度ＯＰＬｊＴが最大開度ＦＬとされる。次いでステップ１０５に進む。
【００４３】
ステップ１０５では下流側排気制御弁ＶＬｉ，ＶＬｊの開度がそれぞれの目標開度ＯＰＬｉＴ，ＯＰＬｊＴになるように制御される。続くステップ１０６ではＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料が供給される。即ち、二次燃料ポンプ３０が作動され、二次燃料供給ノズルＮＦｉが開弁される。続くステップ１０７では二次燃料の供給を停止すべきか否かが判別される。二次燃料の供給を停止すべきでないときにはステップ１０２に戻り、二次燃料の供給を停止すべきときにはステップ１０８に進み、二次燃料の供給が停止される。即ち、二次燃料ポンプ３０が停止され、二次燃料供給ノズルＮＦｉが閉弁される。
【００４４】
次に、図５及び図６を参照して本発明による第２実施例を説明する。
【００４５】
図５を参照すると、本発明による第２実施例では二次燃料供給ノズルＮＦ１，ＮＦ２とＮＯＸ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２間の上流側排気ダクトＤＵ１，ＤＵ２内に、それぞれ対応するＮＯＸ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２内を流通する排気ガスの量Ｇｅ１，Ｇｅ２を検出するための排気ガス量メータＭ１，Ｍ２がそれぞれ配置される。これら排気ガス量メータＭ１，Ｍ２の出力信号は対応するＡＤ変換器を介して電子制御ユニットの入力ポートに入力される。
【００４６】
本発明による第２実施例では、二次燃料を供給すべきＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ内に流入する排気ガスの量Ｇｅｉを検出し、この排気ガス量Ｇｅｉに基づいて下流側排気制御弁ＶＬｉの開度を制御するようにしている。
【００４７】
具体的には、検出された排気ガス量Ｇｅｉが上述した必要排気ガス量ＧｅＲよりも多いときには下流側排気制御弁ＶＬｉの開度ＯＰＬｉを最小開度ＭＩＮに保持し、検出された排気ガス量Ｇｅｉが必要排気ガス量ＧｅＲよりも少ないときには下流側排気制御弁ＶＬｉの開度ＯＰＬｉを、排気ガス量Ｇｅｉを必要排気ガス量ＧｅＲに維持するのに必要な開度、即ち必要開度ＯＰＬＲに一致させている。
【００４８】
図６は上述した本発明による第２実施例を実行するためのルーチンである。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００４９】
図６を参照すると、まずステップ２００ではパラメータｉ，ｊが決定される。即ち、この時点で下流側排気制御弁ＶＬ１が全開にされているときにはｉ＝１，ｊ＝２とされ、下流側排気制御弁ＶＬ２が全開にされているときにはｉ＝２，ｊ＝１とされる。続くステップ２０１ではＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきか否かが判別される。ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきでないときには処理サイクルを終了し、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきときにはステップ２０２に進み、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ内を流通する排気ガスの量Ｇｅｉが必要排気ガス量ＧｅＲよりも少ないか否かが判別される。Ｇｅｉ≧ＧｅＲのときにはステップ２０３に進み、下流側排気制御弁ＶＬｉの目標開度ＯＰＬｉＴが最小開度ＭＩＮとされ、下流側排気制御弁ＶＬｊの目標開度ＯＰＬｊＴが最大開度ＦＬとされる。次いでステップ２０５に進む。これに対し、Ｇｅｉ＜ＧｅＲのときにはステップ２０４に進み、下流側排気制御弁ＶＬｉの目標開度ＯＰＬｉＴが図３のマップから算出され、下流側排気制御弁ＶＬｊの目標開度ＯＰＬｊＴが最大開度ＦＬとされる。次いでステップ２０５に進む。
【００５０】
ステップ２０５では下流側排気制御弁ＶＬｉ，ＶＬｊの開度がそれぞれの目標開度ＯＰＬｉＴ，ＯＰＬｊＴになるように制御される。続くステップ２０６ではＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料が供給される。即ち、二次燃料ポンプ３０が作動され、二次燃料供給ノズルＮＦｉが開弁される。続くステップ２０７では二次燃料の供給を停止すべきか否かが判別される。二次燃料の供給を停止すべきでないときにはステップ２０２に戻り、二次燃料の供給を停止すべきときにはステップ２０８に進み、二次燃料の供給が停止される。即ち、二次燃料ポンプ３０が停止され、二次燃料供給ノズルＮＦｉが閉弁される。
【００５１】
次に、図７に示すルーチンを参照しながら本発明による第３実施例を説明する。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００５２】
図７を参照すると、まずステップ３００ではパラメータｉ，ｊが決定される。即ち、この時点で下流側排気制御弁ＶＬ１が全開にされているときにはｉ＝１，ｊ＝２とされ、下流側排気制御弁ＶＬ２が全開にされているときにはｉ＝２，ｊ＝１とされる。続くステップ３０１ではＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきか否かが判別される。ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきでないときには処理サイクルを終了し、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきときにはステップ３０２に進み、下流側排気制御弁ＶＬｊの開度が最大開度ＦＬに維持されると共に、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ内を流通する排気ガスの量Ｇｅｉが必要排気ガス量ＧｅＲに一致するように下流側排気制御弁ＶＬｉの開度がフィードバック制御される。従って、排気ガス量Ｇｅｉを確実に必要排気ガス量ＧｅＲに一致させることができる。
【００５３】
続くステップ３０３ではＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料が供給される。即ち、二次燃料ポンプ３０が作動され、二次燃料供給ノズルＮＦｉが開弁される。続くステップ３０４では二次燃料の供給を停止すべきか否かが判別される。二次燃料の供給を停止すべきでないときにはステップ３０２に戻り、二次燃料の供給を停止すべきときにはステップ３０５に進み、二次燃料の供給が停止される。即ち、二次燃料ポンプ３０が停止され、二次燃料供給ノズルＮＦｉが閉弁される。
【００５４】
次に、図８から図１１を参照して本発明による第４実施例を説明する。
【００５５】
本発明による第４実施例は図８に示されるように、二次燃料供給ノズルＮＦ１，ＮＦ２よりも上流の上流側排気ダクトＤＵ１，ＤＵ２内に第１及び第２の上流側排気制御弁ＶＵ１，ＶＵ２がそれぞれ追加されている点で、上述した本発明による第１実施例と構成を異にしている。これら上流側排気制御弁ＶＵ１，ＶＵ２はそれぞれ対応するアクチュエータによってそれぞれ駆動される。
【００５６】
本発明による第４実施例では、第１の上流側及び下流側排気制御弁ＶＵ１，ＶＬ１と第２の上流側及び下流側排気制御弁ＶＵ２，ＶＬ２とのうちいずれか一方が全開にされ、他方が閉弁される。或る時点で全開にされている上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉに対応するＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきときには、上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉが閉弁され、他方の上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｊ，ＶＬｊが全開にされる（ｉ＝１，２、ｊ＝１，２）。
【００５７】
この場合、図９に示されるように、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉ内を流通する排気ガスの量Ｇｅｉが上述した必要排気ガス量ＧｅＲに維持されるように上流側排気制御弁ＶＵｉの開度ＯＰＵｉ及び下流側排気制御弁ＶＬｉの開度ＯＰＬｉは吸入空気量Ｇａが少なくなるにつれて大きくされる。
【００５８】
もう少し詳しく説明すると、例えば下流側排気制御弁ＶＬｉの開度ＯＰＬｉは吸入空気量Ｇａが下限量ＧＧよりも多いときには最小開度ＭＩＮに保持され、吸入空気量Ｇａが下限量ＧＧよりも少ないときには吸入空気量Ｇａが少なくなるにつれて大きくされる。これに対し、上流側排気制御弁ＶＵｉの開度ＯＰＵｉは下流側排気制御弁ＶＬｉの開度ＯＰＬｉよりも大きく維持されながら、吸入空気量Ｇａが少なくなるにつれて大きくされる。このようにすると、下流側排気制御弁ＶＬｉが最小開度ＭＩＮに保持されているときに排気ガス量Ｇｅｉが必要排気ガス量ＧｅＲを越えて増大するのを阻止できる（図２参照）。
【００５９】
ここで、上流側排気制御弁ＶＵｉを追加の排気制御弁と考えれば、下流側排気制御弁ＶＬｉが最小開度ＭＩＮに保持されているときに追加の排気制御弁の開度を吸入空気量Ｇａが大きくなるにつれて小さくしているという見方もできる。
【００６０】
排気ガス量Ｇｅｉを必要排気ガス量ＧｅＲに維持するのに必要な上流側排気制御弁ＶＵｉの開度即ち上流側必要開度ＯＰＵＲ、及び下流側排気制御弁ＶＬｉの開度即ち下流側必要開度ＯＰＬＲは機関運転状態、例えば機関回転数Ｎ及び吸入空気量Ｇａに応じて変動しうる。そこで本発明による第４実施例では、上流側及び下流側必要開度ＯＰＵＲ，ＯＰＬＲを機関回転数Ｎ及び吸入空気量Ｇａの関数として予め実験によりそれぞれ求めておき、図１０及び１１にそれぞれ示すマップの形で予めＲＯＭ４２内に記憶している。
【００６１】
ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきときには図１０及び１１のマップから上流側及び下流側必要開度ＯＰＵＲ，ＯＰＬＲが算出され、上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉの目標開度ＯＰＵｉＴ，ＯＰＬｉＴがそれぞれ対応する必要開度ＯＰＵＲ，ＯＰＬＲとされる。上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉはそれぞれの開度が対応する目標開度ＯＰＵｉＴ，ＯＰＬｉＴに一致するように制御される。
【００６２】
なお、図１１に示される下流側必要開度ＯＰＵＲは上流側排気制御弁ＶＵｉの開度が上流側必要開度ＯＰＵＲに維持されているときに排気ガス量Ｇｅｉを必要排気ガス量ＧｅＲに維持するのに必要な開度であり、従って図３に示される必要開度ＯＰＬＲとは若干内容が異なっている。また、下流側排気制御弁ＶＬｉの開度ＯＰＬｉを上流側排気制御弁ＶＵｉの開度ＯＰＵｉよりも大きく維持するようにしてもよい。
【００６３】
図１２は上述した本発明による第４実施例を実行するためのルーチンである。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００６４】
図１２を参照すると、まずステップ４００ではパラメータｉ，ｊが決定される。即ち、この時点で上流側及び下流側排気制御弁ＶＵ１，ＶＬ１が全開にされているときにはｉ＝１，ｊ＝２とされ、上流側及び下流側排気制御弁ＶＵ２，ＶＬ２が全開にされているときにはｉ＝２，ｊ＝１とされる。続くステップ４０１ではＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきか否かが判別される。ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきでないときには処理サイクルを終了し、ＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料を供給すべきときにはステップ４０２に進み、吸入空気量Ｇａが下限量ＧＧよりも少ないか否かが判別される。Ｇａ≧ＧＧのときにはステップ４０３に進み、上流側排気制御弁ＶＵｉの目標開度ＯＰＵｉＴが図１０のマップを用いて算出され、下流側排気制御弁ＶＬｉの目標開度ＯＰＬｉＴが最小開度ＭＩＮとされ、上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｊ，ＶＬｊの目標開度ＯＰＵｊＴ，ＯＰＬｊＴがそれぞれ最大開度ＦＬとされる。次いでステップ４０５に進む。これに対し、Ｇａ＜ＧＧのときにはステップ４０４に進み、上流側排気制御弁ＶＵｉの目標開度ＯＰＵｉＴが図１０のマップを用いて算出され、下流側排気制御弁ＶＬｉの目標開度ＯＰＬｉＴが図１１のマップを用いて算出され、上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｊ，ＶＬｊの目標開度ＯＰＵｊＴ，ＯＰＬｊＴがそれぞれ最大開度ＦＬとされる。次いでステップ４０５に進む。
【００６５】
ステップ４０５では上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｉ，ＶＵｊ，ＶＬｉ，ＶＬｊの開度がそれぞれの目標開度ＯＰＵｉＴ，ＯＰＵｊＴ，ＯＰＬｉＴ，ＯＰＬｊＴになるように制御される。続くステップ４０６ではＮＯＸ吸収剤ＮＡｉに二次燃料が供給される。即ち、二次燃料ポンプ３０が作動され、二次燃料供給ノズルＮＦｉが開弁される。続くステップ４０７では二次燃料の供給を停止すべきか否かが判別される。二次燃料の供給を停止すべきでないときにはステップ４０２に戻り、二次燃料の供給を停止すべきときにはステップ４０８に進み、二次燃料の供給が停止される。即ち、二次燃料ポンプ３０が停止され、二次燃料供給ノズルＮＦｉが閉弁される。
【００６６】
これまで述べてきた本発明による第４実施例では、吸入空気量Ｇａに基づいて上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉの開度が制御される。しかしながら、排気ガス量Ｇｅｉを検出するための排気ガス量メータを設け、検出された排気ガス量Ｇｅｉに基づいて上流側及び下流側排気制御弁ＶＵｉ，ＶＬｉの開度を制御するようにしてもよい。
【００６７】
また、上述した本発明による各実施例では、第１及び第２の下流側排気制御弁ＶＬ１，ＶＬ２又は第１及び第２の上流側排気制御弁ＶＵ１，ＶＵ２をそれぞれ別個の排気制御弁から形成している。しかしながら、図１３に示されるように例えば第１及び第２の下流側排気制御弁ＶＬ１，ＶＬ２を排気管２３内に配置される単一の排気制御弁ＶＬから形成することもできる。この場合、第１のＮＯＸ吸収剤ＮＡ１内を流通する排気ガスの量Ｇｅ１と第２のＮＯＸ吸収剤ＮＡ２内を流通する排気ガスの量Ｇｅ２とがほぼ等しくなっている中間位置から例えば排気ガス量Ｇｅ１を減少させる方向に排気制御弁ＶＬが変位されると、第１の下流側排気制御弁ＶＬ１の開度が小さくされ、第１の下流側排気制御弁ＶＬ２の開度が大きくされたのと同じことになる。
【００６８】
更に、本発明による第１から第３実施例において、下流側排気制御弁の代わりに上流側排気制御弁のみを設けることもできる。
【００６９】
更に、上述した本発明による各実施例では一対のＮＯＸ吸収剤ＮＡ１，ＮＡ２を備えている。しかしながら、図１４に示されるように単一のＮＯＸ吸収剤ＮＡを備えた内燃機関に本発明を適用することもできる。この場合、分岐管２２と排気管２３とはＮＯＸ吸収剤ＮＡを迂回するバイパス管６０によって互いに接続され、排気管２３内に単一の排気制御弁ＶＬが配置される。この排気制御弁ＶＬが全開にされるとバイパス管６０が遮断され、閉弁されるとＮＯＸ吸収剤ＮＡ内を流通する排気ガスの量が低減される。
【００７０】
排気制御弁ＶＬは通常全開に維持されており、ＮＯＸ吸収剤ＮＡに二次燃料を供給すべきときに閉弁される。この場合、排気制御弁ＶＬの開度は例えば吸入空気量Ｇａが下限量ＧＧよりも多いときには最小開度ＭＩＮに保持され、吸入空気量Ｇａが下限量ＧＧよりも少ないときには吸入空気量Ｇａ、又は排気ガス量メータＭにより検出された排気ガス量に基づいて制御される。ＮＯＸ吸収剤ＮＡへの二次燃料の供給が完了すると排気制御弁ＶＬが全開に戻される。
【００７１】
【発明の効果】
機関運転状態に関わらず添加物質をＮＯＸ吸収剤全体に速やかに拡散させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】本発明による第１実施例を説明するための線図である。
【図３】必要開度ＯＰＬＲを示す線図である。
【図４】本発明による第１実施例を実行するためのフローチャートである。
【図５】本発明による第２実施例を示す内燃機関の部分図である。
【図６】本発明による第２実施例を実行するためのフローチャートである。
【図７】本発明による第３実施例を実行するためのフローチャートである。
【図８】本発明による第４実施例を示す内燃機関の部分図である。
【図９】本発明による第４実施例を説明するための線図である。
【図１０】上流側必要開度ＯＰＵＲを示す線図である。
【図１１】下流側必要開度ＯＰＬＲを示す線図である。
【図１２】本発明による第４実施例を実行するためのフローチャートである。
【図１３】本発明による別の実施例を示す内燃機関の部分図である。
【図１４】本発明による更に別の実施例を示す内燃機関の部分図である。
【符号の説明】
１…機関本体
ＮＡ１，ＮＡ２…ＮＯＸ吸収剤
ＶＬ１，ＶＬ２…排気制御弁
ＮＦ１，ＮＦ２…二次燃料供給ノズル
Claims (9)
- リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯＸを放出し還元するＮＯＸ吸収剤と、ＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するための添加物質供給装置とを配置し、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するときには排気制御弁を閉弁しながら該ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するようにした排気ガス浄化装置において、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給すべきときに吸入空気量が少ないときには多いときに比べて、排気制御弁の開度を大きくする排気ガス浄化装置。
- リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路を分岐して形成される一対の分岐排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯＸを放出し還元するＮＯＸ吸収剤と、各ＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、各ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するための添加物質供給装置とをそれぞれ配置し、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するときには対応する排気制御弁を閉弁しながら該ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するようにした排気ガス浄化装置において、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給すべきときに吸入空気量が少ないときには多いときに比べて、対応する排気制御弁の開度を大きくする排気ガス浄化装置。
- ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給すべきときに吸入空気量が予め定められた設定量よりも多いときには対応する排気制御弁の開度を、該ＮＯＸ吸収剤内をわずかな量の排気ガスが流通するように予め定められた一定の設定開度に保持するようにした請求項２に記載の排気ガス浄化装置。
- ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給すべきときに吸入空気量が予め定められた設定量よりも少ないときには対応する排気制御弁の開度を吸入空気量が少なくなるにつれて大きくする請求項２又は３に記載の排気ガス浄化装置。
- ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給すべきときに吸入空気量が前記設定量よりも少ないときには対応する排気制御弁の開度を、吸入空気量が少なくなるにつれて大きくなるように機関運転状態に応じて予め定められた開度に一致させる請求項４に記載の排気ガス浄化装置。
- 一対の分岐排気通路内に追加の排気制御弁をそれぞれ配置し、前記排気制御弁の開度が前記設定開度に保持されているときには対応する追加の排気制御弁の開度を吸入空気量が多くなるにつれて小さくする請求項３に記載の排気ガス浄化装置。
- リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯＸを放出し還元するＮＯＸ吸収剤と、ＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するための添加物質供給装置とを配置し、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するときには排気制御弁を閉弁しながら該ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するようにした排気ガス浄化装置において、排気制御弁を閉弁しながらＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給しているときに該ＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量を検出する手段を具備し、該検出された排気ガスの量に基づいて排気制御弁の開度を制御するようにした排気ガス浄化装置。
- リーン空燃比のもとで燃焼が行われる内燃機関の排気通路を分岐して形成される一対の分岐排気通路内に、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを吸収し、流入する排気ガスの空燃比がリッチになると吸収しているＮＯＸを放出し還元するＮＯＸ吸収剤と、各ＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量を制御するための排気制御弁と、各ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するための添加物質供給装置とをそれぞれ配置し、ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するときには対応する排気制御弁を閉弁しながら該ＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給するようにした排気ガス浄化装置において、対応する排気制御弁を閉弁しながらＮＯＸ吸収剤に添加物質を供給しているときに該ＮＯＸ吸収剤内を流通する排気ガスの量を検出する手段を具備し、該検出された排気ガスの量に基づいて対応する排気制御弁の開度を制御するようにした排気ガス浄化装置。
- 検出された排気ガスの量が予め定められた目標量に一致するように対応する排気制御弁の開度を制御する請求項８に記載の排気ガス浄化装置。
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