JP3879396B2

JP3879396B2 - ディーゼルエンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JP3879396B2
Application number: JP2000385017A
Authority: JP
Inventors: 靖久北原
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-12-19
Filing date: 2000-12-19
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2020-12-19
Also published as: JP2002188487A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気通路にＮＯ_x触媒が配設されたディーゼルエンジンの排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの排気浄化装置として、排気の空気過剰率が高いときにＮＯ_xを保持し、排気の空気過剰率が低いときに保持していたＮＯ_xを還元浄化するＮＯ_x触媒を排気流路中に配設し、このＮＯ_x触媒のＮＯ_x保持量が所定量以上のときに、排気の空気過剰率を１以下に低減させることで、保持したＮＯ_xを還元浄化してＮＯ_x触媒を再生する技術が知られている。
【０００３】
また、特開平１０−２２５６３６号公報には、ＮＯ_x触媒に水素が流入すると、ＮＯ_x触媒のＮＯ_x浄化率が向上する点が記載されている。なお、排気の空気過剰率を大幅に低下させるとエンジンから水素が排出されることは、例えば、『新・自動車ガソリンエンジン』（中島泰夫，村中重夫：山海堂、１９９４年発行）のＰ１０３に記載されている。この文献ではガソリンエンジンの排気ガス成分について示されているが、ディーゼルエンジンでも水素生成の傾向は略同じである。
【０００４】
ところで、ディーゼルエンジンでは、燃料噴射が開始すると燃料の蒸発による混合気化が進み、筒内温度及び筒内圧が所定値に達したときに存在する混合気が初期燃焼（予混合燃焼）し、この燃焼により筒内が高温高圧となるため、その後は噴射された燃料が噴射と同時に蒸発しながら燃焼（拡散燃焼）を行うことが知られている。一般的には、噴射開始から予混合燃焼が起こるまでの期間（着火遅れ期間）は燃焼期間全体に対して短いため、拡散燃焼が主燃焼となる。
【０００５】
これに対して、特許第２８６４８９６号公報には、着火遅れ期間を大幅に長くし、この着火遅れ期間内に燃料を全量噴射することで、予混合燃焼の割合を拡散燃焼の割合より大きくして、予混合燃焼を主燃焼とする技術が開示されている。
【０００６】
なお、拡散燃焼を主燃焼とする燃焼状態（以下では単に拡散燃焼と略称）と、予混合燃焼を主燃焼とする燃焼状態（以下では単に予混合燃焼と略称）とは、運転状態に応じて切り換えることが一般的である（図４参照）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように運転条件に応じて燃焼状態を切り替えるディーゼルエンジンの排気通路中にＮＯ_x触媒を配設し、排気中の水素を利用してＮＯ_x浄化率を向上させようとした場合、ＮＯ_x触媒の再生時期に、燃焼状態に関係なく空気過剰率を低減させると、以下に示すような問題が発生することが想定される。
【０００８】
つまり、排気中の水素濃度を増すために、燃焼状態に関係なく排気の空気過剰率を大幅に低減させると、拡散燃焼の場合にスモークが著しく増大してしまう。一方、スモークの増加を抑えるために空気過剰率の低減量を制限すると、予混合燃焼の場合に、排気中のＨ₂を十分に得られず、所望のＮＯ_x浄化率が得られ難い。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、拡散燃焼及び予混合燃焼の２つの燃焼状態を実現可能なディーゼルエンジンの排気浄化装置において、上記燃焼状態に応じた適切な触媒再生運転を行い、スモークの発生量を抑制しつつ、ＮＯ_x浄化性能の更なる向上を図ることを一つの目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、排気通路中に、排気の空気過剰率が高いときにＮＯ_Ｘを保持するとともに、排気の空気過剰率が低いときに保持しているＮＯ_Ｘを還元浄化するＮＯ_Ｘ触媒が配設され、少なくともＮＯ_Ｘ触媒のＮＯ_Ｘ保持量が所定量以上の触媒再生時に、排気の空気過剰率を低減する触媒再生運転を行うディーゼルエンジンの排気浄化装置において、拡散燃焼を主燃焼とする燃焼状態と、予混合燃焼を主燃焼とする燃焼状態との２つの燃焼状態を実現可能な燃焼制御手段と、上記ＮＯ_Ｘ触媒の触媒温度が所定の基準活性温度以上か否かを判断する触媒温度判断手段と、上記触媒再生時に、上記排気の空気過剰率を１以下の範囲で燃焼状態に応じて異ならせ、かつ、上記燃焼状態が予混合燃焼の場合、排気の空気過剰率を、触媒温度が基準活性温度未満のときには水素が出始める空気過剰率よりも小さい第１の空気過剰率とし、触媒温度が基準活性温度以上のときには上記第１の空気過剰率よりも大きく１よりも小さい第２の空気過剰率とする空気過剰率低減手段と、を有することを特徴としている。
【００１１】
請求項２に係る発明では、上記空気過剰率低減手段は、燃焼状態が予混合燃焼のときは拡散燃焼のときよりも上記排気の空気過剰率を小さくすることを特徴としている。
【００１３】
請求項４に係る発明は、上記燃焼状態が予混合燃焼で、触媒温度が基準活性温度未満のとき（第１の運転状態）の排気の空気過剰率を、スモークの発生量が許容量以下となる範囲で最も小さくすることを特徴としている。
【００１４】
すなわち、第１の運転状態における排気の空気過剰率は、水素が大量に生成されるように、できる限り低めに設定したい。図６に示すように、予混合燃焼時には、空気過剰率λをかなり下げてもスモークは許容範囲なので、第１の運転状態における排気の空気過剰率を、スモークの発生量が許容量（Ｌ１）以下となる範囲で最も小さい値（λ１）まで低下させるのが好ましい。
【００１５】
好ましくは、上記空気過剰率低減手段は、燃焼状態が拡散燃焼で、かつ、触媒温度が基準活性温度以上の第２の運転状態のときに、排気の空気過剰率を、スモークの発生量が許容量以下となる範囲で、上記第１の運転状態のときよりも大きくする。
【００１６】
すなわち、第２の運転状態では、拡散燃焼を行っているので、図６に示すように、排気の空気過剰率をあまり大きくすると、スモークの発生量が許容レベル（Ｌ１）を越えてしまう。そこで、第２の運転状態における排気の空気過剰率は、スモーク発生量が許容量（Ｌ１）以下となる範囲で、第１の運転状態のとき（λ１）よりも大きい値（λ２）に設定するのが最も好ましい。
【００１７】
また、好ましくは、上記空気過剰率低減手段は、燃焼状態が予混合燃焼で、かつ、触媒温度が基準活性温度以上の第３の運転状態のときに、排気の空気過剰率を、上記第１の運転状態のときよりも大きくする。
【００１８】
すなわち、第３の運転状態では、予混合燃焼を行っている関係で、燃焼状態が拡散燃焼主体の第２の運転状態に比して、スモークが生じるおそれが低いため、排気の空気過剰率を小さく設定できるとともに、触媒温度が基準活性温度に達しているため、排気の空気過剰率を極端に小さくしなくても、十分な触媒浄化性能を期待できる。従って、このような第３の運転状態では、図６に示すように、排気の空気過剰率を、スモークの発生量が許容量（Ｌ１）以下となる範囲で、上記第１の運転状態のとき（λ１）よりも大きく、かつ上記第２の運転状態のとき（λ２）以下、好ましくはλ３以下の値とすることが好ましい。
【００１９】
つまり、この第３の運転状態では、排気の空気過剰率を第２の運転状態のとき以下とすることにより、スモークの発生を抑制しつつ、水素供給によるＮＯ_x浄化率の向上を図ることができる。
【００２０】
ところで、燃焼状態が拡散燃焼で運転されており、かつ、触媒温度が基準活性温度以下の運転状態で、仮に触媒の活性温度を下げるために空気過剰率を極端に小さくすると、スモークやＰＭ（パティキュレート）の排出量の増加を招いてしまう。
【００２１】
このようなスモークやＰＭの増加を確実に防止するように、請求項５に係る発明は、上記ＮＯ_x触媒の触媒温度が所定の活性温度以上か否かを判断する触媒温度判断手段と、燃焼状態が拡散燃焼で、かつ、触媒温度が活性温度未満のときには、上記触媒再生運転を禁止する触媒再生運転禁止手段と、を有することを特徴としている。
【００２２】
上記触媒温度判断手段は、例えば請求項６に係る発明のように、上記ＮＯ_x触媒の上流側もしくは下流側に配設された排気温度センサの検出信号に基づいて判断し、あるいは請求項７に係る発明のように、上記ＮＯ_x触媒が活性領域にあるか不活性領域にあるかを判断する活性状態判断手段を備え、上記不活性領域の滞在期間が所定値を越えた場合に、触媒温度が活性温度未満であると判断する。
【００２３】
上記活性状態判断手段は、例えば請求項８に係る発明のように、燃料噴射量とエンジン回転数とに基づいて判断する。
【００２４】
より好ましくは請求項９に係る発明のように、燃料噴射量及びエンジン回転数に基づいて、上記予混合燃焼又は拡散燃焼のいずれを行うかを判断する燃焼状態判断手段を有している。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、例えば拡散燃焼時はリッチ度を浅く、予混合燃焼時はリッチ度を深くするというように、燃焼状態に応じて排気の空気過剰率を低減することにより、スモークの悪化を抑制しつつ、ＮＯ_x浄化率の向上を図ることができる。
【００２６】
請求項２に係る発明によれば、燃焼状態が予混合燃焼のときは、空気過剰率を低減することで増加するスモーク発生量が拡散燃焼のときよりも低いため、スモークの悪化を伴うことなく拡散燃焼より強いリッチ条件の運転を行うことにより、排気ガス中の水素濃度の増加を利用してＮＯ_x浄化率の向上を図ることができる。
【００２７】
請求項１に係る発明によれば、燃焼状態が予混合燃焼で運転されており、かつ、触媒温度が所定の活性温度以下の第１の運転状態では、排気の空気過剰率を小さくして、強いリッチ条件の運転を行うことにより、排気ガス中の水素濃度の増加を利用して、ＮＯ_Ｘ触媒の活性温度そのものを下げることが可能となる。従って、触媒温度が一般的な基準活性温度以下であるにも関わらず、高いＮＯ_Ｘ浄化性能を得ることが可能となる。
【００２８】
請求項４に係る発明によれば、上記第１の運転状態で、スモークの発生を許容レベルに抑制しつつ、高いＮＯ_x浄化性能を得ることができる。
【００２９】
請求項６に係る発明によれば、排気温度センサで検出されるＮＯ_x触媒の上流側又は下流側の排気温度に基づいて、触媒温度を正確に推定することができ、制御精度が向上する。
【００３０】
請求項７又は８に係る発明では、敢えて触媒温度を直接的に検出しなくとも、機関運転状態に基づいて触媒温度を正確かつ容易に推定することができる。
【００３１】
請求項９に係る発明によれば、燃料噴射量及びエンジン回転数に基づいて、適切な燃焼状態を選定することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係る排気浄化装置を直列４気筒のディーゼルエンジン１に適用した一実施形態を示している。このエンジン１は、高圧ポンプ３及びコモンレール５等を有するコモンレール型の燃料噴射装置２を具備している。高圧ポンプ３は、エンジン１によって回転駆動され、燃料タンク（図示せず）から吸入した燃料を所定の高圧まで昇圧して吐出する。高圧ポンプ３の吐出側には、逆止弁を介して高圧燃料配管４が接続されており、高圧ポンプから吐出された高圧燃料は、一部が燃料戻し配管を通って燃料タンクへ戻され、残りが高圧燃料配管４からコモンレール５、高圧燃料配管６を通って燃料噴射弁７に供給される。コモンレール５内の燃料圧力は、圧力センサ（図示省略）によって検出される。
【００３３】
吸気通路１０には、上流側（エンジン１から遠い側）より順に、ターボ過給機１１のコンプレッサ側と、インタークーラ１２と、吸入空気量を調整する吸気絞り弁１３と、が配設されている。インタークーラ１２は、過給によって温度上昇した空気を冷却し、吸気充填効果を向上させるものであり、空冷式、水冷式のいずれでも良い。
【００３４】
排気通路１４には、ターボ過給機１１のタービン側が接続されている。このターボ過給機１１は、可変ノズル型ターボ過給機として構成されており、ノズルベーンアクチュエータでノズルベーンの角度を変化させ、排気タービン１５に当たる排気ガスの角度を変えることにより、過給圧を変化させることができる。なお、過給圧を変化させる方法としては、排気通路１４における排気タービン１５の上流側と下流側とを接続するバイパス通路を設け、このバイパス通路を流れる排気の量を変えるようにすることもできる。
【００３５】
また、排気通路１４には、排気の一部をコレクタ１６へ還流する排気還流通路１７が接続されており、この排気還流通路１７には、還流される排気の量を調節するＥＧＲバルブ１８が配設されている。
【００３６】
更に、排気通路１４の下流側には、酸化機能付きのＮＯ_x触媒１９が配設されているとともに、このＮＯ_x触媒１９の下流側に排気温度センサ２１が配設されている。ＮＯ_x触媒１９は、流入する排気中の還元成分濃度が低いときに排気中のＮＯ_xを吸収（トラップ）し、かつ流入する排気中の還元成分濃度が高いときにＮＯ_xを放出還元するもので、例えばＰｔ（貴金属）とＢａ（ＮＯ_x吸収材）とを担持したアルミナ（基材）のコート層をハニカム担体上に形成したものである。
【００３７】
コントロールユニット２０には、排気温度センサ２１が検出した触媒坦体温度すなわちベッド温Ｔ，アクセル開度センサ２２が検出したアクセル開度信号Ａｃｃ、回転数センサ２３が検出した回転数信号Ｎｅ、可変ノズルセンサ２４が検出した可変ノズルセンサ信号等が入力される。コントロールユニット２０は、これらの入力信号を処理し、燃料噴射弁７、ターボ過給機１１、吸気絞り弁１３、ＥＧＲバルブ１８へそれぞれ制御信号を出力し、これらを制御することにより、燃料噴射量，噴射時期，過給圧，吸入空気量，排気還流率等を制御する。
【００３８】
また、コントロールユニット２０により燃料噴射時期や燃料噴射量を制御することにより、燃焼室内に直接的に噴射した燃料が速やかに自己着火する拡散燃焼と、この拡散燃焼よりも着火遅れ期間が十分に長い低温予混合燃焼と、の２つの燃焼状態を実現可能である。ここで、低温予混合燃焼とは、特許第２８６４８９６号公報にも記載されているように、エンジンの運転条件に応じてエンジンの燃焼温度を低下させるとき、熱発生パターンが単段燃焼の形態となるように着火遅れ期間を大幅に長くした燃焼のことである。
【００３９】
このコントロールユニット２０により実行される制御の詳細を、図２のフローチャートを参照して説明する。この図２は、コントロールユニット２０が一定時間毎に実行するルーチンを示している。
【００４０】
Ｓ（ステップ）１では、まず回転数センサ２３で検出される回転数Ｎｅやアクセル開度センサ２２で検出されるアクセル開度Ａｃｃ等のエンジン運転状態を読みこむ。
【００４１】
Ｓ２では、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ａｃｃに基づいて、予め設定されたマップ（図示せず）を参照して、基本燃料噴射量Ｑを読みこむ。
【００４２】
Ｓ３では、ＮＯ_x触媒１９にトラップ（吸着）されているＮＯ_xトラップ量Ｎを計算する。このＮＯ_xトラップ量Ｎを直接検知することは困難であるので、例えばエンジンの回転数Ｎｅの積算値からＮＯ_xトラップ量Ｎを推定する。
【００４３】
Ｓ４では、ＮＯ_xトラップ量Ｎが所定の基準値Ｎ１以上であるかを判定する。ＮＯ_xトラップ量Ｎが基準値Ｎ１以上と判定された場合、ＮＯ_xトラップ量Ｎが過剰であるとして、Ｓ５以下へ進む。
【００４４】
Ｓ５では、後述する拡散リッチ運転が続行中であることを示すフラグｒｉｃｈ．３が立っているかを判定する。このｒｉｃｈ．３が１の場合、Ｓ２０以降の拡散リッチ運転を続行する。
【００４５】
Ｓ６では、後述する予混合リッチ運転が続行中であることを示すフラグｒｉｃｈ．２が立っているかを判定する。このフラグｒｉｃｈ．２が１の場合、Ｓ１５以降の予混合リッチ運転を続行する。
【００４６】
Ｓ７では、後述する強リッチ運転が続行中であることを示すフラグｒｉｃｈ．１が立っているかを判定する。このフラグｒｉｃｈ．１が１の場合、Ｓ１１以降の強リッチ運転を続行する。
【００４７】
Ｓ８では、排気の空気過剰率λを１以下に低減してＮＯ_x触媒１９を強制的に浄化，再生する触媒再生運転が可能であるかを判定する。この判定は、現在のエンジンの運転条件すなわちエンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに基づいて、図３に示すマップを参照することにより行われる。
【００４８】
Ｓ９では、現在の燃焼状態が予混合燃焼（低温予混合燃焼）か拡散燃焼かを判定する。低温予混合燃焼又は拡散燃焼のいずれを行うかは、例えばエンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに基づいて、図４に示すマップを参照することにより判断される。
【００４９】
Ｓ９に続くＳ１０又はＳ１９では、ＮＯ_x触媒１９の触媒温度つまりベッド温度Ｔを所定の基準活性温度Ｔ１と比較する。なお、この実施形態では、ＮＯ_x触媒１９の下流側に配置した排気温度センサ２１の出力値に基づいてベッド温度Ｔを推定している。図５に示すように、一般的には触媒温度Ｔの上昇に伴ってＮＯ_x浄化率が向上する傾向にあり、触媒温度Ｔが基準活性温度Ｔ１（例えば２５０℃）よりも低い場合、つまりＮＯ_x触媒１９が活性していない状況では、所望のＮＯ_x浄化率が得られ難い傾向にある。
【００５０】
Ｓ９で低温予混合燃焼状態と判定され、かつ、Ｓ１０で触媒温度Ｔが所定の基準活性温度Ｔ１に達していないと判定された場合（第１の運転状態）、Ｓ１１へ進み、空気過剰率λを１よりも大幅に小さい所定の第１目標値λ１とした強リッチ運転を行う。具体的には、例えば吸気絞り弁１３を閉じて吸気量を減少させたり、空気過剰率が目標値λ１となるように燃料噴射量を増量制御する。
【００５１】
ここで、図６に示すように、低温予混合燃焼主体の燃焼状態では、空気過剰率λを１よりかなり小さくしても、スモークが許容レベル（許容量）Ｌ１を超えることは無い。一方、拡散燃焼が主体の燃焼状態では、空気過剰率λが１より少し下回るとスモークが許容レベルＬ１を超えてしまう。また、図７に示すように、触媒温度Ｔが所定の基準活性温度Ｔ１に達していない状態（例えば２００℃の状態）、つまりＮＯ_x触媒１９の活性が低い状態では、ＮＯ_x触媒１９にＨ₂を供給することで、ＮＯ_x触媒１９のＮＯ_x浄化性能が大幅に向上することが確認されている。更に、図６に示すように、空気過剰率を１よりはるかに小さい値λ１とした強リッチ運転の条件下では、エンジン１から水素が発生することが確認されている。従って、低温予混合燃焼を主とした燃焼状態で、かつ、触媒活性度の低い条件下では、排気の空気過剰率を、スモーク発生量が許容値Ｌ１以下の範囲で最も小さい第１目標値λ１とする強リッチ運転を行うことにより、触媒のＮＯ_x浄化性能を大幅に向上させることが可能である。
【００５２】
一方、Ｓ９で低温予混合燃焼状態と判定され、かつ、Ｓ１０で触媒温度Ｔが所定の基準活性温度Ｔ１以上であると判定された場合（第３の運転状態）、Ｓ１５へ進み、空気過剰率λをλ１より大きく１より小さな値とした予混合リッチ運転を行う。触媒活性度が十分に高い条件では、強リッチ運転時のように水素をあえて供給しなくても十分なＮＯ_x浄化性能を期待できるので、空気過剰率λを１よりも僅かに小さな値λ２としても所期のＮＯ_x浄化率を得ることができる。好ましくは予混合リッチ運転時における空気過剰率をλ１より大きく、水素が出始める空気過剰率λ４より小さな空気過剰率、例えばλ３に設定する。これにより、予混合リッチ運転時における排気中の水素濃度を増加させて、ＮＯ_x浄化率の更なる向上を図ることができる。具体的には、例えば吸気絞り弁１３を絞って吸気量を減少させたり、目標の空気過剰率となるように燃焼噴射量を増量する。
【００５３】
また、Ｓ９で拡散燃焼と判定され、かつ、Ｓ１９で触媒温度Ｔが所定の基準活性温度Ｔ１以上であると判定された場合（第２の運転状態）、Ｓ２０へ進み、排気の空気過剰率を、スモークの発生量が許容レベルＬ１以下の範囲で１よりも僅かに小さい値λ２とした拡散リッチ運転を行う。
【００５４】
Ｓ９で拡散燃焼主体と判定され、かつ、Ｓ１９で触媒温度Ｔが基準活性温度Ｔ１に達していないと判定された場合、触媒浄化のためのリッチ運転を行うことなく本ルーチンを終了する。つまり、このようにＮＯ_x触媒１９の活性が低く、かつ、拡散燃焼主体の場合、強いリッチ運転でなければ高いＮＯ_x浄化性能は期待でき無いが、このような強リッチ運転を行うと、エンジンのスモークが大幅に悪化してしまう。また、通常のリッチ運転を行っても、低い浄化性能しか期待でき無い。従って、触媒活性が低く拡散燃焼主体のときには、空気過剰率を１以下に低減する触媒再生運転を禁止する（触媒再生運転禁止手段）。
【００５５】
Ｓ１１，Ｓ１５又はＳ２０に続くＳ１２，Ｓ１６又はＳ２１では、各運転状態（Ｓ１１の強リッチ運転又はＳ１５，Ｓ２１のリッチ運転）が続行中であることを示すために、それぞれのフラグｒｉｃｈ．１，２，３を１にセットする。続くＳ１３，Ｓ１７又はＳ２２では、強リッチ運転又はリッチ運転が所定時間ｔ１又はｔ２以上経過したかを判定する。所定時間ｔ１又はｔ２経過したと判定されると、Ｓ１４，Ｓ１８又はＳ２３へ進み、対応するフラグｒｉｃｈ．１，２又は３を０に戻して、本ルーチンを終了する。
【００５６】
以上のような本実施形態によれば、現在の燃焼状態が拡散燃焼か低温予混合燃焼かに応じて、スモークの発生量を抑制しつつ、ＮＯ_x浄化率を効果的に向上することができる。特に、燃焼状態が低温予混合燃焼で、かつ、触媒温度Ｔが基準活性温度Ｔ１以下の状況下であっても、空気過剰率を１よりもはるかに小さい所定値λ１とすることにより、排気中の水素濃度を増加させて、十分なＮＯ_x浄化性能を得ることが可能となる。
【００５７】
図８は、第２実施形態に係る制御の流れを示すフローチャートである。図２のフローチャートと異なる部分についてのみ説明すると、図２のＳ９，Ｓ１９のベッド温判定処理に代えて、Ｓ３１〜３４の処理が行われる。すなわち、Ｓ９に続くＳ３１又はＳ３３では、ＮＯ_x触媒１９が活性領域にあるか否かが判断される。この触媒活性状態の判断は、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑに基づいて、図９に示すマップを参照することにより判定される。続くＳ３２又はＳ３４では、不活性領域の滞在時間が所定値ｔ３を越えたかが判定される。つまり、滞在時間が所定値ｔ３より少ない場合は、現在のエンジン排温は低いものの、触媒の熱慣性から、触媒温度が基準活性温度に達しており、触媒が活性していると判断する。
【００５８】
具体的には、Ｓ３１でＮＯ_x触媒１９が活性領域になく、Ｓ３２で不活性領域の滞在時間が所定値ｔ３を越えていると判定された場合、低温予混合燃焼で触媒温度が基準活性温度Ｔ１未満である（第１の運転状態）と判断して、Ｓ１１へ進み、上述した強リッチ運転を行う。
【００５９】
Ｓ３１でＮＯ_x触媒１９が活性領域にあると判定された場合、又はＳ３２で不活性領域の滞在時間が所定値ｔ３以下であると判定された場合、低温予混合燃焼で触媒温度が基準活性温度Ｔ１以上である（第２の運転状態）と判断して、Ｓ１５へ進み、上述した予混合リッチ運転を行う。
【００６０】
Ｓ３３でＮＯ_x触媒１９が活性領域になく、Ｓ３４で不活性領域の滞在時間が所定値ｔ３を越えていると判定された場合、触媒温度が基準活性温度Ｔ１未満であると判断して、触媒再生運転を行うことなく本ルーチンを終了する（触媒再生運転禁止手段）。
【００６１】
Ｓ３３でＮＯ_x触媒１９が活性領域にあると判定された場合、又はＳ３４で不活性領域の滞在時間が所定値ｔ３以下であると判定された場合には、拡散燃焼で触媒温度が基準活性温度Ｔ１以上である（第３の運転状態）と判断して、Ｓ２０へ進み、上述した拡散リッチ運転を行う。
【００６２】
このような第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果が得られることに加え、エンジン運転状態に応じて触媒温度Ｔを推定できるため、例えば第１実施形態における排気温度センサ２１を省略することも可能で、更なる簡素化を図ることができる。
【００６３】
なお、一般的に、低温予混合燃焼時は排気温度が低く、拡散燃焼時は排気温度が高い傾向にあることから、現在の燃焼状態に応じて、触媒温度を推測することもできる。この場合、燃焼状態から触媒温度を推定することができ、更なる制御の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置を示す構成説明図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図３】リッチ運転可能領域を判定するための制御マップ。
【図４】燃焼状態判定用の制御マップ。
【図５】触媒温度とＮＯ_x浄化率との関係を示す特性図。
【図６】排気の空気過剰率とスモーク量及び排気中の水素濃度との関係を示す特性図。
【図７】排気中の水素濃度とＮＯ_x浄化率との関係を示す特性図。
【図８】本発明の第２実施形態に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図９】触媒活性領域を判定するための制御マップ。
【符号の説明】
１…エンジン
２…燃料噴射装置
１４…排気通路
１９…ＮＯ_x触媒
２０…コントロールユニット
２１…排気温度センサ

Claims

排気通路中に、排気の空気過剰率が高いときにＮＯ_Ｘを保持するとともに、排気の空気過剰率が低いときに保持しているＮＯ_Ｘを還元浄化するＮＯ_Ｘ触媒が配設され、少なくともＮＯ_Ｘ触媒のＮＯ_Ｘ保持量が所定量以上の触媒再生時に、排気の空気過剰率を低減する触媒再生運転を行うディーゼルエンジンの排気浄化装置において、
拡散燃焼を主燃焼とする燃焼状態と、予混合燃焼を主燃焼とする燃焼状態との２つの燃焼状態を実現可能な燃焼制御手段と、
上記ＮＯ_Ｘ触媒の触媒温度が所定の基準活性温度以上か否かを判断する触媒温度判断手段と、
上記触媒再生時に、上記排気の空気過剰率を１以下の範囲で燃焼状態に応じて異ならせ、かつ、上記燃焼状態が予混合燃焼の場合、排気の空気過剰率を、触媒温度が基準活性温度未満のときには水素が出始める空気過剰率よりも小さい第１の空気過剰率とし、触媒温度が基準活性温度以上のときには上記第１の空気過剰率よりも大きく１よりも小さい第２の空気過剰率とする空気過剰率低減手段と、を有することを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
上記空気過剰率低減手段は、燃焼状態が予混合燃焼のときは拡散燃焼のときよりも上記排気の空気過剰率を小さくすることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
上記触媒再生時における燃焼状態が予混合燃焼の場合で、かつ、触媒温度が基準活性温度以上のときの排気の空気過剰率を、上記水素が出始める空気過剰率よりも小さくすることを特徴とする請求項１又は２に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
上記触媒再生時における燃焼状態が予混合燃焼で、触媒温度が基準活性温度未満のときの排気の空気過剰率を、スモークの発生量が許容量以下となる範囲で最も小さくすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
上記ＮＯ_Ｘ触媒の触媒温度が所定の基準活性温度以上か否かを判断する触媒温度判断手段と、
上記触媒再生時における燃焼状態が拡散燃焼で、かつ、触媒温度が基準活性温度未満のときには、上記触媒再生運転を禁止する触媒再生運転禁止手段と、を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
上記触媒温度判断手段が、上記ＮＯ_Ｘ触媒の上流側もしくは下流側に配設された排気温度センサの検出信号に基づいて判断することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
上記触媒温度判断手段は、上記ＮＯ_Ｘ触媒が活性領域にあるか不活性領域にあるかを判断する活性状態判断手段を備え、上記不活性領域の滞在期間が所定値を越えた場合に、触媒温度が基準活性温度未満であると判断することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
上記活性状態判断手段は、燃料噴射量とエンジン回転数とに基づいて判断することを特徴とする請求項７に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
燃料噴射量及びエンジン回転数に基づいて、上記予混合燃焼又は拡散燃焼のいずれを行うかを判断する燃焼状態判断手段を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。