JP4423731B2

JP4423731B2 - エンジンの排気浄化装置

Info

Publication number: JP4423731B2
Application number: JP2000080076A
Authority: JP
Inventors: 一司片岡; 友巳渡辺; 寛林原
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2000-03-22
Filing date: 2000-03-22
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2020-03-22
Also published as: JP2001263130A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の排気を浄化するための触媒としては、略理論空燃比付近で排気中のＨＣ（炭化水素）、ＣＯ及びＮＯｘ（窒素酸化物）を同時にかつ極めて有効に浄化できる三元触媒が知られており、ガソリンエンジンにおいては、この三元触媒を用いるとともに、全負荷域等を除く大部分の運転領域において空燃比を略理論空燃比付近に制御することが一般に行われている。
【０００３】
しかしながら、ディーゼルエンジンは通常のあらゆる運転領域において空燃比がかなりリーンな状態（例えばＡ/Ｆ≧１８）とされるので、前記三元触媒を用いることはできず、しかも、空燃比がリーンな状態では排気中の酸素濃度がかなり高くなるので、そのような雰囲気でＮＯｘを十分に還元浄化すること自体が困難である。
【０００４】
これに対して、特開平９−３１７５２４号公報には、ディーゼルエンジンにおいて、その排気通路の上流側に低温域でＮＯｘを還元浄化するに適した第１触媒装置を配置し、その下流側に高温域でＮＯｘを還元浄化するに適した第２触媒装置を配置し、圧縮行程上死点付近で機関出力発生のための主燃料噴射を行なうとともに、膨張行程又は排気行程において触媒に対する炭化水素供給量を増大させるための後燃料噴射を行なうようにし、その後燃料噴射量を触媒温度に応じて制御することにより、排気ガス中のＨＣを還元剤としてＮＯｘ浄化を効果的に行なうことが記載されている。
【０００５】
すなわち、後燃料噴射によって排気ガス中のＨＣ量が増大すると触媒でのＨＣ酸化反応熱によって触媒温度が上昇することに鑑み、第１及び第２の各触媒装置に対してＮＯｘ浄化活性がピークとなる温度より低温時には後燃料噴射量を多くしてピーク温度付近でＮＯｘ浄化が行なわれるようにし、ピーク温度より高温時には後燃料噴射量を少なくして触媒の温度上昇を抑え、できるだけピーク温度付近でＮＯｘの浄化を行なおうとするものである。
【０００６】
また、特開平８−２６１０５２号公報には、エンジンの圧縮行程上死点近傍で燃料の主噴射を行ない、膨張行程又は排気行程で燃料の後噴射を行なうようにしたものにおいて、ＮＯｘ還元用触媒の温度が高いときには低いときに比べて後噴射時期を遅らせることが記載されている。すなわち、後噴射時期の制御によって、触媒温度が低いときに排気ガス中に炭素数が小さいＨＣが多くなるようにし、触媒温度が高いときには排気ガス中の炭素数が大きいＨＣが多くなるようにするというものである。これは、炭素数が小さいＨＣは低温側でのＮＯｘの浄化に還元剤として有効に働き、炭素数が大きいＨＣは高温側でのＮＯｘの浄化に還元剤として有効に働くという知見に基づく。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述のＮＯｘ還元用の第１及び第２の各触媒は、例えばゼオライトにＰｔやＣｕを担持してなるものであるが、ＮＯｘの還元のために排気ガス中のＨＣを酸化させることから酸化触媒機能を有するということができる。しかし、上流側触媒でＮＯｘの還元に使用されずにこれを吹き抜けるＨＣ量が多い場合には、下流側触媒が活性を呈する状態に至っていないとき、その吹き抜けたＨＣが下流側触媒でも酸化浄化されずに大気中に排出されてしまうことになる。このことは、排気通路に酸化触媒機能を有する触媒が単独で配置されている場合でも同様であって、その触媒で酸化されずに吹き抜けるＨＣ量が多くなることを避ける必要がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題に対して、後噴射時期を制御することによって、上記ＨＣ等の還元剤の吹き抜けを抑制するようにしたものである。
【０００９】
すなわち、本発明は、エンジンの燃焼室内を臨み該燃焼室内に燃料を噴射する噴射弁と、
前記燃焼室から延びる排気通路に配置され排気ガスを浄化するための酸化触媒機能を有する上流側触媒と、
前記噴射弁によって前記エンジンの圧縮行程上死点付近で燃料が噴射された後の膨張行程又は排気行程の所定時期に該噴射弁から燃料を噴射する後噴射により排気ガス中の還元剤量を増大させる還元剤増量手段と、
前記上流側触媒よりも下流側の前記排気通路に配置され排気ガスを浄化するための酸化触媒機能を有する下流側触媒と、
前記下流側触媒が触媒活性を示す状態にあるか否かを判別するための、該下流側触媒の温度を検出する触媒温度検出手段とを備えたエンジンの排気浄化装置であって、
前記還元剤増量手段は、前記触媒温度検出手段によって検出される前記下流側触媒の温度に基づき、その温度が、該下流側触媒が触媒活性を示す所定値よりも低いときは該所定値以上のときよりも前記後噴射時期が遅くなるようにすることを特徴とする。
【００１０】
このようなエンジンの排気浄化装置であれば、下流側触媒が低温で不活性であるときには、上流側触媒の酸化触媒機能が十分に発揮するように還元剤量を増大させるための後噴射時期が遅角されるから、そのことによって上流側触媒を吹き抜ける還元剤量が少なくなる。その理由は定かでないが、本発明者の研究によれば、上流側触媒で酸化される還元剤の割合が多くなっており、還元剤が酸化されずに大気中に排出される量が少なくなっている。また、後噴射時期の遅角によって上流側触媒で酸化される還元剤の割合が多くなるということは、触媒の反応熱で排気ガス温度が高まり、この温度が高くなった排気ガスが温度の低い下流側触媒に供給されるということであり、この下流側触媒の温度上昇、すなわち早期活性に有利になる。
【００１１】
下流側触媒の温度が高いときには前記後噴射時期が進角されることになり、そのことによって上流側触媒で酸化される還元剤の割合は減るが、還元剤が上流側触媒を吹き抜けても下流側触媒の活性が高くなっているから、当該還元剤が酸化されずに大気中に排出される量は少なくなる。
【００１２】
酸化触媒機能を有する触媒としては、主に貴金属やＣｕ等を担持した触媒であって、酸化触媒や三元触媒だけでなく、ＨＣ等を部分酸化させた状態でＮＯｘと反応させることでＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化用触媒であってもよく、また、排気ガス中の酸素濃度が高いとき（例えば４％以上のとき）ＮＯｘを吸収し、その酸素濃度の低下によって、例えば２〜３％になると、あるいは０．５％以下になるとそのＮＯｘを放出するＮＯｘトラップ材を含むものであってもよい。また、下流側触媒については酸化触媒を担持したディーゼルパティキュレートフィルターを採用してもよい。
【００１３】
前記下流側触媒の温度が前記所定値よりも低いときの後噴射時期は圧縮行程上死点後の７０゜ＣＡ以降にすることが上記吹き抜けを防止する上で好ましい。
【００１４】
また、前記下流側触媒の温度が前記所定値よりも低いときの後噴射は、その時期を圧縮行程上死点後の５０゜ＣＡ以降に設定し、０．２秒〜２秒に１回の間隔で実行することが好ましい。すなわち、エンジン負荷が所定値未満である低負荷運転時（この時は触媒の温度も低い。）には圧縮行程上死点付近で燃料を噴射する主噴射量は負荷が高いときに比べて少なく、後噴射量もエンジン出力の余分な上昇、燃費の悪化を避けるために少なくしなければならない。その場合、例えば後噴射を主噴射の都度行なうようにすると、１回の後噴射量が非常に少ないものになり、噴射量の制御が難しくなる。これに対して、後噴射を０．２秒〜２秒に１回の間隔で実行するというように、後噴射間隔が長くなれば、１回の後噴射量を多くすることができ、後噴射量の制御が容易になる。また、本発明者の研究によれば、後噴射間隔を長くすると、それが短い場合よりも上流側触媒の温度上昇度合が大きくなる、従ってこの上流側触媒を出る排気ガスの温度が高くなるがことがわかっており、下流側触媒の昇温に有利になる。なお、後噴射間隔が２秒よりも長くなると、１回の後噴射量が多くなり過ぎ、エンジン出力の好ましくない変動を招く。
【００１５】
ここに、後噴射を０．２秒に１回の間隔で行なうということは、例えばエンジン回転数が１５００ｒｐｍであれば、主噴射１０回につき１回の間隔で行なうことになり、後噴射を２秒に１回の間隔で行なうということは、主噴射１００回につき１回の間隔で行なうことになる。
【００１６】
前記エンジン負荷が所定値以上のときは、前記下流側触媒の温度が前記所定値よりも低いときの後噴射を０．２秒よりも短い間隔で実行することが好ましい。本発明者の研究によれば、このように後噴射間隔が短いときは後噴射時期を遅らせる方が上流側触媒を出る排気ガスの温度が高くなるがことがわかっており、下流側触媒の昇温に有利になるからである。また、主噴射量の増大を受けて、同様に増量される後噴射が長い間隔で実行されることにより、トルクの増減や煤の増大を招くことを防止することができる。この場合、後噴射時期を遅らせると、トルクの増減をより抑制することができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、エンジンの排気通路に酸化触媒機能を有する上流側触媒と酸化触媒機能を有する下流側触媒とを配置し、後噴射によって排気ガス中の還元剤量を増大させるようにしたエンジンの排気浄化装置において、下流側触媒の温度に基づき、その温度が、該下流側触媒が触媒活性を示す所定値よりも低いときは該所定値以上のときよりも前記後噴射時期が遅くなるようにしたから、下流側触媒が不活性のときに上流側触媒を吹き抜ける還元剤量が少なくなり、還元剤が酸化されずに大気中に排出される量が少なくなるとともに、下流側触媒の昇温・早期活性が図れる。
【００１８】
また、前記下流側触媒の温度が前記所定値よりも低いときの後噴射時期を圧縮行程上死点後の５０゜ＣＡ以降に設定し、後噴射を０．２秒〜２秒に１回の間隔で実行するようにしたものによれば、後噴射量を多くすることができないエンジン低負荷運転時においても、１回の後噴射量を多くすることができ、後噴射量の制御が容易になるとともに、下流側触媒の昇温・早期活性に有利になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置Ａの全体構成を示し、１は車両に搭載された多気筒ディーゼルエンジンのエンジン本体である。このエンジン本体１は複数の気筒２（１つのみ図示する）を有し、その各気筒２内にピストン３が往復動可能に嵌挿されていて、この気筒２とピストン３によって各気筒２内に燃焼室４が形成されている。また、燃焼室４の上面の略中央部には、インジェクタ（燃料噴射弁）５が先端部の噴孔を燃焼室４に臨ませて配設され、各気筒毎に所定の噴射タイミングで噴孔が開閉作動されて、燃焼室４に燃料を直接噴射するようになっている。
【００２１】
前記各インジェクタ５は高圧の燃料を蓄える共通のコモンレール（蓄圧室）６に接続されていて、そのコモンレール６にはクランク軸７により駆動される高圧供給ポンプ８が接続されている。この高圧供給ポンプ８は、圧力センサ６ａによって検出されるコモンレール６内の燃圧が所定値以上に保持されるように作動する。また、クランク軸７の回転角度を検出するクランク角センサ９が設けられており、このクランク角センサ９は、クランク軸７の端部に設けた被検出用プレート（図示省略）と、その外周に相対向するように配置され電磁ピックアップとからなり、その電磁ピックアップが被検出用プレートの外周部全周に所定角度おきに形成された突起部の通過に対応してパルス信号を出力するようになっている。
【００２２】
１０はエンジン本体１の燃焼室４に対しエアクリーナ（図示省略）で濾過した吸気（空気）を供給する吸気通路であり、この吸気通路１０の下流端部には、図示しないがサージタンクが設けられ、このサージタンクから分岐した各通路が吸気ポートにより各気筒２の燃焼室４に接続されている。また、サージタンクには各気筒２に供給される過給圧力を検出する吸気圧センサ１０ａが設けられている。前記吸気通路１０には上流側から下流側に向かって順に、エンジン本体１に吸入される吸気流量を検出するホットフィルム式エアフローセンサ１１と、後述のタービン２１により駆動されて吸気を圧縮するブロワ１２と、このブロワ１２により圧縮した吸気を冷却するインタークーラ１３と、吸気通路１０の断面積を絞る吸気絞り弁（吸気量調節手段）１４とがそれぞれ設けられている。この吸気絞り弁１４は、全閉状態でも吸気が流通可能なように切り欠きが設けられたバタフライバルブからなり、後述のＥＧＲ弁２４と同様、ダイヤフラム１５に作用する負圧の大きさが負圧制御用の電磁弁１６により調節されることで、弁の開度が制御されるようになっている。また、前記吸気絞り弁１４にはその開度を検出するセンサ（図示省略）が設けられている。
【００２３】
２０は各気筒２の燃焼室４から排気ガスを排出する排気通路で、排気マニホールドを介して各気筒２の燃焼室４に接続されている。この排気通路２０には、上流側から下流側に向かって順に、排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ2センサ１７と、排気流により回転されるタービン２１と、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを浄化可能な触媒コンバータ２２とが配設されている。また、触媒コンバータ２２には触媒の温度を検出するための温度センサ１８が設けられている。
【００２４】
前記触媒コンバータ２２は、図２に示すようにＮＯｘ浄化用触媒２２ａと酸化触媒２２ｂとを排気ガス流れ方向における上流側と下流側に直列的に並べたものであり、両触媒２２ａ，２２ｂの間に温度センサ１８が配設されている。
【００２５】
触媒２２ａ，２２ｂはいずれも、軸方向に平行に延びる多数の貫通孔を有するハニカム構造のコージェライト製担体の各貫通孔壁面に触媒層を形成したものである。ＮＯｘ浄化用触媒２２ａの触媒層はゼオライトにＰｔを担持させてなる触媒粉をバインダによって前記担体に担持させることによって形成されていて、空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比よりもリーンのとき（例えばＡ／Ｆ≧１８）で燃焼した排気ガスのＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元触媒としての機能を有するとともに、排気ガス中の還元剤たるＨＣを酸化させる酸化触媒機能を有し、理論空燃比付近では三元触媒としても働く。酸化触媒２２ｂの触媒層は、アルミナ及びセリアにＰｔを担持させてなる触媒粉をバインダによって前記担体に担持させることによって形成されている。
【００２６】
前記排気通路２０のタービン２１よりも上流側の部位からは、排気ガスの一部を吸気側に還流させる排気還流通路（以下ＥＧＲ通路という）２３が分岐し、このＥＧＲ通路２３の下流端は吸気絞り弁１４よりも下流側の吸気通路１０に接続されている。ＥＧＲ通路２３の途中の下流端寄りには、開度調節可能な排気還流量調節弁（排気還流量調節手段：以下ＥＧＲ弁という）２４が配置されていて、排気通路２０の排気ガスの一部をＥＧＲ弁２４により流量調節しながら吸気通路１０に還流させるようになっている。
【００２７】
前記ＥＧＲ弁２４は、負圧応動式のものであって、その弁箱の負圧室に負圧通路２７が接続されている。この負圧通路２７は、負圧制御用の電磁弁２８を介してバキュームポンプ（負圧源）２９に接続されており、電磁弁２８が後述のＥＣＵ３５からの制御信号（電流）によって負圧通路２７を連通・遮断することによって、負圧室のＥＧＲ弁駆動負圧が調節され、それによって、ＥＧＲ通路２３の開度がリニアに調節されるようになっている。
【００２８】
前記ターボ過給機２５は、ＶＧＴ（バリアブルジオメトリーターボ）であって、これにはダイヤフラム３０が取り付けられていて、負圧制御用の電磁弁３１によりダイヤフラム３０に作用する負圧が調節されることで、排気ガス流路の断面積が調節されるようになっている。
【００２９】
前記各インジェクタ５、高圧供給ポンプ８、吸気絞り弁１４、ＥＧＲ弁２４、ターボ過給機２５等はコントロールユニット（Engine Contorol Unit：以下ＥＣＵという）３５からの制御信号によって作動するように構成されている。一方、このＥＣＵ３５には、前記圧力センサ６ａからの出力信号と、クランク角センサ９からの出力信号と、圧力センサ１０ａからの出力信号と、エアフローセンサ１１からの出力信号と、Ｏ2センサ１７からの出力信号と、温度センサ１８からの出力信号と、ＥＧＲ弁２４のリフトセンサ２６からの出力信号と、車両の運転者による図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３２からの出力信号とが少なくとも入力されている。
【００３０】
そして、インジェクタ５による燃料噴射量及び燃料噴射時期がエンジン本体１の運転状態及び触媒２２ａ，２２ｂの状態に応じて制御されるとともに、高圧供給ポンプ８の作動によるコモンレール圧力、即ち燃量噴射圧の制御が行なわれ、これに加えて、吸気絞り弁１４の作動による吸入空気量の制御と、ＥＧＲ弁２４の作動による排気還流量の制御と、ターボ過給機２５の作動制御（ＶＧＴ制御）とが行なわれるようになっている。
【００３１】
（燃料噴射制御）
前記ＥＣＵ３５には、エンジン本体１の目標トルク及び回転数の変化に応じて実験的に決定した最適な燃料噴射量Ｑｂを記録した燃料噴射量マップが、メモリ上に電子的に格納して備えられている。そして、アクセル開度センサ３２からの出力信号に基づいて求めた目標トルクとクランク角センサ９からの出力信号に基づいて求めたエンジン回転数とに基づいて、前記燃料噴射量マップから主噴射量Ｑｂが読み込まれ、この主噴射量Ｑｂと圧力センサ６ａにより検出されたコモンレール圧力とに基づいて、各インジェクタ５の励磁時間（開弁時間）が決定されるようになっている。この主燃料噴射制御によって、エンジン本体１の目標トルクに対応する分量の燃料が供給され、エンジン本体１は燃焼室４における平均的空燃比がかなりリーンな状態（Ａ/Ｆ≧１８）で運転される。
【００３２】
また、定常運転時（アクセル開度の変化が小さい時）には、触媒コンバータ２２の触媒２２ａにＮＯｘの還元浄化を促進するための還元剤成分を供給すべく、主噴射時期のリタード、並びに主噴射（主燃料噴射）後の膨張行程又は排気行程において燃料を少量噴射する後噴射がＮＯｘ触媒２２ａの温度に応じて適宜行なわれる。
【００３３】
また、エンジンを始動してから停止するまでには上流側触媒２２ａの劣化等の異常を検査するモニタ（診断）が１回又は２回行なわれる。このモニタは定常運転時に行なわれ、前記後噴射によって上流側触媒２２ａに還元剤を多めに供給し、そのときの酸化触媒の温度変化をみることによって、還元剤を多めに供給し始めてから所定時間における、あるいは還元剤の増量の積算値が所定値以上となるまでの期間における、温度変化や温度変化速度等の温度上昇度合が所定値以上であれば、正常（劣化していない）、所定値未満であれば異常（劣化している）と判定する。
【００３４】
本発明の特徴は非モニタ時の後噴射制御にあり、下流側触媒２２ｂの温度に応じて後噴射時期及び後噴射間隔を制御するようにしている。
【００３５】
以下、図３に示す制御フローに基づいて制御内容を具体的に説明する。尚、この制御は所定クランク角毎に実行される。
【００３６】
まず、スタート後のステップＳ１において、クランク角信号、エアフローセンサ出力、アクセル開度、温度センサ出力等を読み込む。続くステップＳ２において主噴射量Ｑｂ及びその噴射時期Ｉｂを設定する。主噴射量Ｑｂはアクセル開度とエンジン回転数とに基づいて燃料噴射量マップから読み込む。燃料噴射量マップは、アクセル開度及びエンジン回転数の変化に応じて実験的に決定した最適な噴射量Ｑｂを記録したものであり、主噴射量Ｑｂは、アクセル開度が大きいほど、またエンジン回転数が高いほど、多くなるように設定されている。主噴射時期Ｉｂは圧縮行程上死点付近に設定され、例えばＢＴＤＣ５°ＣＡ（クランク角度）を基準として、噴射量Ｑｂが多いほど進角され、反対に噴射量Ｑｂが少ないほど遅角される。また、エンジン水温に基づいて、該水温が低いときには主噴射時期Ｉｂが所定量リタードされて暖機運転される。
【００３７】
続くステップＳ３では上流側に配置された酸化触媒２２ａの温度Ｔcu及び下流側に配置されたＮＯｘ浄化用触媒２２ｂの温度Ｔcdを両触媒間に配置された温度センサ１８の出力に基づいて推定する。すなわち、この温度センサ１８で検出される排気ガス温度を上流側触媒２２ａの温度Ｔcuと推定し、この排気ガス温度に所定の修正（例えば１以下の係数を与え、又は所定値を減算する修正）を加えたものを下流側触媒２２ｂの温度Ｔcdと推定する。なお、下流側触媒２２ｂの温度Ｔcdは該触媒２２ｂよりも下流側に温度センサを配置して排気ガス温度を検出し、この排気ガス温度を下流側触媒２２ｂの温度Ｔcdと推定してもよい。
【００３８】
続くステップＳ４ではアクセル開度の変化に基づいてエンジンが所定の定常運転状態にある（アクセル開度の変化が所定値以下）か否かを判別する。加速運転時は燃料噴射量の増大によって空燃比が理論空燃比近傍の値になり、ＮＯｘ浄化のための還元剤（ＨＣ）不足を生じないために後噴射を行なわないものであり、減速運転時及びアイドル運転時は燃料噴射量が絞られ、後噴射を実行することは相応しくないものである。
【００３９】
定常運転状態であれば、ステップＳ５に進んで下流側触媒温度Ｔcdが所定温度Ｔcdo （下流側触媒２２ａが排気ガス中の還元剤たるＨＣを浄化する触媒活性を示すようになる温度であり、例えば１５０℃）よりも低い低温状態か否か、つまり下流側触媒２２ａが不活性状態か否かを判別する。触媒温度Ｔcdが低く下流側触媒２２ａが不活性状態にあれば、ステップＳ６に進んで低温時に後噴射をすべき気筒を決定する。
【００４０】
これは、エンジンの複数の気筒に対して所定の順番で主噴射を例えば１００回行なうまでにどの気筒に対してその主噴射に続けて後噴射を行なうかをエンジン運転状態に応じて決定するものである。主噴射１００回行なわれた後は、そのときのエンジン運転状態に基づいてさらに次の主噴射１００回の間に行なうべき後噴射気筒を決定することになる。ここでは、エンジン負荷が所定値未満（アクセル開度が所定値未満）の低負荷時は、０．２〜２秒に１回の間隔で後噴射が行なわれるように、例えば後噴射が主噴射２５回に１回行なわれるように、つまり主噴射２５回毎に行なわれるように後噴射気筒を決定する。エンジン負荷が所定値以上のときは、０．２秒よりも短い間隔で後噴射が行なわれるように、例えば、後噴射が毎回行なわれるように後噴射気筒を決定する。後噴射を毎回行なうとは各気筒に対する主噴射のたびに後噴射を行なうという意味であり、その場合は全ての気筒を後噴射すべき気筒として決定する。
【００４１】
続くステップＳ７ではステップＳ６で決定された気筒に対する後噴射量Ｑｐ及び後噴射時期Ｉｐを設定する。すなわち、後噴射量Ｑｐは、後噴射を毎回行なうと仮定した場合の量に換算して１回の主噴射量Ｑｂの０．３〜５％となるようにする。従って、後噴射量を毎回行なう場合には１回の後噴射量Ｑｐは１回の主噴射量Ｑｂの０．３〜５％になるが、例えば主噴射５回に１回の間隔で後噴射を行なう場合は１回の後噴射量Ｑｐが１回の主噴射量Ｑｂの１．５〜２５％となる。エンジン低負荷時には主噴射量Ｑｂが少なく、後噴射を毎回行なうとした場合には１回の後噴射量Ｑｐが非常に少ないものになるが、上述の如くこの低負荷時には後噴射間隔が長く例えば主噴射２５回毎に後噴射が行なわれるから、１回の後噴射量Ｑｐは多くなり、後噴射制御が容易になる。
【００４２】
後噴射時期Ｉｐは、ＡＴＤＣ（圧縮行程上死点後のこと。以下、同じ。）の５０゜ＣＡ以降２４０゜ＣＡ以前もしくは２１０゜ＣＡ以前とするものであり、これにより、上流側触媒２２ａで酸化されずにこれを吹き抜ける還元剤量を少なくするとともに、下流側触媒２２ｂの温度上昇を図る。また、前記エンジン低負荷時にはＡＴＤＣ９０゜〜２４０゜ＣＡ（好ましくは９０゜〜１５０゜ＣＡ）として、前記還元剤の吹き抜け抑制及び下流側触媒２２ｂの温度上昇を図る。
【００４３】
そうして、主噴射時期Ｉｂになると主噴射を実行し（ステップＳ８，Ｓ９）、その主噴射を行なった気筒について後噴射を行なうべきときは（ステップＳ１０）、後噴射時期Ｉｐになった時点で後噴射を実行する（ステップＳ１１，Ｓ１２）。
【００４４】
一方、ステップＳ５で下流側触媒温度Ｔcdが所定温度Ｔcdo に達している、つまり下流側触媒２２ａが排気ガス中の還元剤たるＨＣを浄化する触媒活性を示す温度になっていると判別したときは、ステップＳ１３に進んで後噴射をすべき気筒を決定し、さらにステップＳ１４に進んで上流側触媒２２ａの温度Ｔcuに応じて後噴射量Ｑｐ及び後噴射時期Ｉｐを設定してステップＳ８に進む。後噴射時期ＩｐはＡＴＤＣ５０゜ＣＡよりも前に（進角側に）設定し、上流側触媒２２ａにおける還元剤の吹き抜けを許容する。ステップＳ１３，Ｓ１４の決定・設定内容については後述する。また、ステップＳ４で定常運転でないと判別されたときはステップＳ８に進む。
【００４５】
前記後噴射制御中はＥＧＲのフィードバック制御を行なう。すなわち、ＮＯｘ発生量及び煤発生量の各々が所定値以下となる空燃比を目標として、エアフローセンサ１１の出力に基づいてＥＧＲ弁２４の作動を制御する。
【００４６】
図４はエンジン回転数１５００ｒｐｍ、中負荷運転において、後噴射を毎回行なったとき、５回毎に（主噴射５回に１回の間隔で）後噴射を行なったとき、並びに２５回毎に（主噴射２５回に１回の間隔で）後噴射を行なったときの各々の場合について、後噴射時期と、後噴射開始１０秒後の上流側触媒２２ａに流入する排気ガスのＨＣ濃度（触媒前ＨＣ）及び該触媒２２ａから流出した排気ガスのＨＣ濃度（触媒後ＨＣ）との関係を示す。図５は後噴射開始３０秒後の同関係を示し、図６は後噴射開始９０秒後の同関係を示す。なお、上流側触媒２２ａの入口での排気ガス温度は２７０℃程度である。
【００４７】
図４乃至図６から、後噴射時期がＡＴＤＣ５０゜ＣＡ未満になると、上流側触媒２２ａで浄化されることなくこれを通り抜ける吹き抜けＨＣ量（還元剤量）が多くなることがわかる。従って、この場合は、後噴射時期をＡＴＤＣ５０゜ＣＡ以降にすること、さらにはＡＴＤＣ７０゜ＣＡ以降にすることがＨＣ吹き抜け量を低減する上で有利であることがわかる。
【００４８】
図７はエンジン回転数１５００ｒｐｍ、中負荷運転において、後噴射を毎回行なったとき、５回毎に後噴射を行なったとき、並びに２５回毎に後噴射を行なったときの各々の場合について、後噴射時期と、後噴射開始１０秒後、３０秒後及び９０秒後の上流側触媒２２ａのＨＣ浄化率との関係を示す。
【００４９】
図７から後噴射時期ＩｐをＡＴＤＣ７０゜〜２１０゜ＣＡ、特にＡＴＤＣ７０゜〜１５０゜ＣＡにすると上流側触媒２２ａでのＨＣ浄化率が高くなることがわかる。なお、ＡＴＤＣ１８０゜ＣＡにおいてＨＣ浄化率が低くなっている。
【００５０】
図８はエンジン回転数１５００ｒｐｍ、中負荷運転において、後噴射を毎回行なったとき、５回毎に後噴射を行なったとき、並びに２５回毎に後噴射を行なったときの各々の場合について、後噴射時期と、後噴射開始１０秒後の上流側触媒２２ａの入口温度及び出口温度との関係を示す。図９は後噴射開始３０秒後の同関係を示し、図１０は後噴射開始９０秒後の同関係を示す。
【００５１】
図８乃至図１０から、後噴射時期ＩｐをＡＴＤＣ５０〜２１０゜ＣＡ、特にＡＴＤＣ７０〜２１０゜ＣＡに設定すると、毎回噴射、５回毎噴射、２５回毎噴射のいずれにおいても、上流側触媒２２を出る排気ガスの温度がかなり上昇すること、従って、下流側触媒２２ｂの昇温に有利になることがわかる。特に２５回毎に後噴射を行なうと、上流側触媒２２ａを出る排気ガスの温度上昇に有利であることがわかる。
【００５２】
次に下流側触媒２２ｂの温度Ｔcdが所定温度Ｔcdo 以上になった後の後噴射制御（ステップＳ１３，Ｓ１４）について説明する。
【００５３】
ステップＳ１３における後噴射気筒の決定は、主噴射量Ｑｂに基づいてそれが多いときは毎回の後噴射となり、少ないときは５回毎又は２５回毎の後噴射となるように行なう。ステップＳ１４での後噴射量Ｑｐは、上流側触媒Ｔcuの温度に基づき、ＮＯｘ浄化率がピークになる温度よりも低いときは主噴射量の０．３〜５％の範囲の高い値とし、ピークとなる温度を越えて高くなった場合には、該温度Ｔcuが高くなるに従って後噴射量Ｑｐが減少するように、そして、ＮＯｘ浄化率が所定値以下になるまで温度Ｔcuが上昇したときは後噴射量Ｑｐが零になるように設定する。後噴射時期Ｉｐは、上述の如くＡＴＤＣ５０゜ＣＡよりも前に（進角側に）、すなわち、ＡＴＤＣ２０゜ＣＡ以降で５０゜ＣＡよりも前に設定する。
【００５４】
図１１はエンジン回転数１５００ｒｐｍ、中負荷運転において、後噴射を毎回行なったとき、５回毎に行なったとき、並びに２５回毎に後噴射を行なったときの各々の場合について、後噴射時期と、後噴射開始１０秒後及び３０秒後の上流側触媒２２ａに流入する排気ガスのＮＯｘ濃度との関係を示す。後噴射量の総量はいずれの場合も主噴射量の総量の４％程度になるようにした。
【００５５】
後噴射時期を進角させると、毎回、５回毎及び２５回毎のいずれの場合もＮＯｘ濃度が低くなっているが、２５回毎では後噴射時期をＡＴＤＣ３０゜ＣＡ又は４５゜ＣＡ付近にするとＮＯｘ濃度の低下が顕著であり、ＮＯｘの低減に有効であることがわかる。
【００５６】
図１２はエンジン回転数２０００ｒｐｍ、Ｐｅ＝０．５７ＭＰａの運転（ＥＧＲなし）において、毎回後噴射（後噴射量は主噴射量の５％）を行なった場合の後噴射時期とスモーク（煤）量との関係を示す。図１４によれば、後噴射時期を進角させるとスモーク低減に有利であることがわかる。
【００５７】
上記実施形態は上流側にＮＯｘ浄化用触媒、下流側に酸化触媒を配置した場合であるが、本発明は、排気通路２０に酸化触媒を単独で配置した場合にも適用することができ、また、上流側に酸化触媒、下流側にＮＯｘトラップ触媒を配置した場合にも適用することができる。ＮＯｘトラップ触媒はゼオライトにＰｔ及びＮＯｘトラップ材としてのＢａを担持させてなる触媒粉をバインダによって担体に担持させることによって形成することができ、排気ガスの酸素濃度が高いとき（例えば理論空燃比よりもリーンな空燃比（例えばＡ／Ｆ≧１８）で燃焼し酸素濃度４％以上になっているときの）該排気ガス中のＮＯｘをＢａによって吸収し、酸素濃度が低下して例えば酸素過剰率λ＝１付近になると、吸収していたＮＯｘを放出するとともに、そのＮＯｘをＨＣの存在下にＰｔによって還元浄化する機能を有するものである。
【００５８】
従って、下流側のＮＯｘトラップ触媒がＨＣ及びＮＯｘを還元浄化する活性温度に達していないときは図３のフローのステップＳ６，Ｓ７の後噴射制御を行なうことにより、還元剤たるＨＣの吹き抜けを防止するとともに、ＮＯｘトラップ触媒の昇温を図り、排気ガス中の酸素濃度を低下させて（λ＝１として）ＮＯｘを放出させるときに、ＮＯｘトラップ触媒で放出されるＮＯｘ及びＨＣが効率よく浄化されるようにすることができる。
【００５９】
なお、上記実施形態は直噴式ディーゼルエンジンに関するが、本発明は直噴式のガソリンエンジンにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置の全体構成を示す図。
【図２】触媒コンバータの構成を示す図。
【図３】燃料噴射制御のフロー図。
【図４】後噴射時期と、後噴射開始１０秒後の上流側触媒に流入する排気ガスのＨＣ濃度及び該触媒から流出した排気ガスのＨＣ濃度との関係を示すグラフ図。
【図５】後噴射時期と、後噴射開始３０秒後の上流側触媒に流入する排気ガスのＨＣ濃度及び該触媒から流出した排気ガスのＨＣ濃度との関係を示すグラフ図。
【図６】後噴射時期と、後噴射開始９０秒後の上流側触媒に流入する排気ガスのＨＣ濃度及び該触媒から流出した排気ガスのＨＣ濃度との関係を示すグラフ図。
【図７】後噴射時期と、後噴射開始１０秒後、３０秒後及び９０秒後の上流側触媒のＨＣ浄化率との関係を示すグラフ図。
【図８】後噴射時期と、後噴射開始１０秒後の上流側触媒の入口温度及び出口温度との関係を示すグラフ図。
【図９】後噴射時期と、後噴射開始３０秒後の上流側触媒の入口温度及び出口温度との関係を示すグラフ図。
【図１０】後噴射時期と、後噴射開始９０秒後の上流側触媒の入口温度及び出口温度との関係を示すグラフ図。
【図１１】後噴射時期と、後噴射開始１０秒後及び３０秒後の上流側触媒に流入する排気ガスのＮＯｘ濃度との関係を示すグラフ図。
【図１２】後噴射を毎回行なったときの後噴射時期とスモーク量との関係を示すグラフ図。
【符号の説明】
Ａ排気浄化装置
１ディーゼルエンジン
２気筒
４燃焼室
５インジェクタ（燃料噴射弁）
１８温度センサ
２０排気通路
２２触媒コンバータ
２２ａ上流側触媒
２２ｂ下流側触媒
３５ＥＣＵ（コントロールユニット）

Claims

エンジンの燃焼室内を臨み該燃焼室内に燃料を噴射する噴射弁と、
前記燃焼室から延びる排気通路に配置され排気ガスを浄化するための酸化触媒機能を有する上流側触媒と、
前記噴射弁によって前記エンジンの圧縮行程上死点付近で燃料が噴射された後の膨張行程又は排気行程の所定時期に該噴射弁から燃料を噴射する後噴射により排気ガス中の還元剤量を増大させる還元剤増量手段と、
前記上流側触媒よりも下流側の前記排気通路に配置され排気ガスを浄化するための酸化触媒機能を有する下流側触媒と、
前記下流側触媒が触媒活性を示す状態にあるか否かを判別するための、該下流側触媒の温度を検出する触媒温度検出手段とを備え、
前記還元剤増量手段は、前記触媒温度検出手段によって検出される前記下流側触媒の温度に基づき、その温度が、該下流側触媒が触媒活性を示す所定値よりも低いときは該所定値以上のときよりも前記後噴射時期が遅くなるようにすることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記還元剤増量手段は、前記下流側触媒の温度が前記所定値よりも低いときの後噴射時期を圧縮行程上死点後の７０゜ＣＡ以降にすることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記還元剤増量手段は、前記下流側触媒の温度が前記所定値よりも低いときの後噴射時期を圧縮行程上死点後の５０゜ＣＡ以降に設定し、０．２秒〜２秒に１回の間隔で後噴射を実行することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置において、
エンジン負荷を検出する手段を備え、
前記還元剤増量手段は、前記下流側触媒の温度が前記所定値よりも低いときの後噴射を、前記エンジン負荷が前記所定値以上のときは、０．２秒よりも短い間隔で実行することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。