JP4899890B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。

内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯx触媒（以下、単にＮＯx触媒という。）を配置する技術が知られている。このＮＯx触媒は、流入する排気の酸素濃度が高いときに排気中
のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときに、吸蔵
していたＮＯxを還元する。そして、ＮＯx触媒よりも上流の排気中に燃料を添加することにより、該ＮＯx触媒に吸蔵されていたＮＯxを還元することができる。

このようにＮＯxを還元するためには、燃料添加等によりＮＯx触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比としなければならない。ここで、燃料添加前の排気の空燃比がリーン空燃比の場合には、リーン空燃比から理論空燃比まで低下させる分の燃料はＮＯxの還元
に関与しない。つまり、リーン空燃比の排気がＮＯx触媒へ多く流入するとＮＯxの還元に関与しない燃料をより多く添加しなくてはならないため、燃費が悪化してしまう。また排気の流量が多くなると燃料がＮＯx触媒をすり抜け易くなる。

これらに対し排気の流量が少ないときに燃料を添加すると、排気中の酸素量が少ないためにより少ない燃料量で排気の空燃比をリッチとすることができ、さらに燃料のすり抜けを抑制することができる。

また、排気の一部を取り出した後に加圧し、この加圧した排気を燃料と共に噴射することで、燃料の霧化を促進させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、ポンプを用いることにより燃費が悪化する虞がある。また、燃料と共に噴射する排気の状態によっては燃料の蒸発の度合いが変わることがある。さらに、排気の流量が少ないときには添加された燃料がＮＯx触媒に届き難くなったり、燃料がＮＯx触媒の全体に分散し難くなったりする虞がある。
特開２００４−３０８５４９号公報 特開２００６−９０２７２号公報 特開平８−２０００４７号公報

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒に還元剤を供給するときの効率をより高くすることができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ排気を浄化する排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒よりも上流の排気中に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記排気通路の途中にタービンを有するターボチャージャと、
排気を貯蔵する排気貯蔵手段と、
前記タービンよりも上流の排気通路と前記排気貯蔵手段とを接続する排気導入路と、
前記排気通路を流れる排気の状態が所定の状態であるときに前記排気導入路に排気を流して前記排気貯蔵手段に排気を貯蔵させる排気導入量調節手段と、
前記還元剤供給手段により還元剤を供給するときに前記排気貯蔵手段から前記排気通路へ排気を供給する排気供給手段と、
を備えることを特徴とする。

排気浄化触媒は還元剤供給手段から還元剤を供給することにより排気を浄化したり、排気の浄化能力が回復されたりする。

ここで、排気通路の途中にタービンを有するターボチャージャを備えていると、該タービンよりも上流側（つまり内燃機関側）の圧力が下流側（つまり大気側）の圧力よりも高くなる。つまり、タービンよりも上流側と下流側とには、圧力差がある。この圧力差は、内燃機関の回転数が高くなったり負荷が大きくなったりすることでより大きくなる。

すなわち、タービンよりも上流側では排気の圧力が上昇し易いため、ここに排気導入路を接続させることにより、排気貯蔵手段に排気を導入し易くなる。そして、「排気の状態が所定の状態である」とは、例えば還元剤を蒸発させるための温度条件を満たしていたり、還元剤を排気浄化触媒に到達させるための圧力条件を満たしていたりすることをいう。

このような所定の状態にある排気を排気貯蔵手段により貯蔵し、還元剤供給手段からの還元剤供給に合わせて排気通路へ供給する。これにより、排気貯蔵手段からの排気の流れに乗って還元剤が排気浄化触媒に到達することができる。なお、還元剤供給手段により還元剤が供給されるのは、内燃機関の低負荷運転時や減速時としても良い。このような状態では、排気通路内の圧力が低くなるため、排気貯蔵手段から排気通路へ排気を放出し易くなる。

そして、排気貯蔵手段に貯蔵されているのは排気であるため、該排気の持つ熱により還元剤の蒸発を促進させることができる。また、排気を供給することにより、排気浄化装置の全体に還元剤を分散して供給することができる。さらに、内燃機関からの排気を用いることにより、空気を用いる場合と比較して酸素濃度を低くすることができるため、還元剤の供給量を減少させることができる。

本発明においては、前記内燃機関の吸気通路の通路面積を調節するスロットルをさらに備え、
前記排気供給手段により排気が供給されるときは、供給されないときよりも前記スロットルの開度を小さくすることができる。

ここで、スロットルの開度が大きいほど排気の流量が多くなり、排気中の酸素量が多くなる。そのため、排気中の還元剤濃度を低下させるためにより多くの還元剤を供給しなくてはならなくなる。これに対し、スロットルの開度を小さくすることにより、還元剤の供給量を減少させることができる。

本発明においては、前記排気供給手段は、前記タービンよりも下流で且つ前記排気浄化触媒よりも上流の排気通路と前記排気貯蔵手段とを接続し該排気貯蔵手段内のガスを該排気通路に放出する排気放出路を含んで構成されることができる。

このように排気放出路をタービンよりも下流の圧力が低い箇所に接続することで、排気を排気貯蔵手段から放出し易くすることができる。つまり、タービンよりも上流側と下流側との圧力差を利用して、排気貯蔵手段から排気をより速やかに放出させることが可能となる。

また、排気導入路と排気放出路とを夫々備えることにより、排気の導入と放出とを１つ
の通路で行なう場合と比較して、応答性をより向上させることができる。

本発明においては、前記内燃機関が定常運転から過渡運転に移行してからの所定時間は前記排気貯蔵手段へ排気を貯蔵させることを禁止する貯蔵禁止手段を備えることができる。

ここで内燃機関の過渡運転時には、タービンの回転数を速やかに高めることが望まれる。しかし、排気通路から排気貯蔵手段に排気が取り込まれると、タービンを通過する排気の量が減少するため、該タービンの回転数が上昇し難くなる。これに対し過渡運転時に移行してからの所定期間は排気貯蔵手段に排気を貯蔵させることを禁止することで、その間はタービンを通過する排気の量をより多くすることができるため、より速やかな加速が可能となる。つまり所定時間は、要求される加速性能に応じて決定することができる。

本発明においては、前記排気供給手段は、前記排気貯蔵手段に貯蔵されている排気を前記還元剤供給手段よりも上流の排気通路へ供給することができる。

つまり排気貯蔵手段に貯蔵されている排気を還元剤供給手段よりも上流に供給することにより、該排気の流れに還元剤を乗せることができるため、還元剤を容易に排気浄化触媒へ到達させることができる。なお、還元剤供給手段よりも上流の排気通路とは、還元剤供給手段から還元剤が供給される範囲よりも上流の排気通路としても良い。

本発明においては、前記排気貯蔵手段から排気通路へ流入する前の排気の流れの中に前記還元剤供給手段を配置し、且つ該還元剤供給手段からの還元剤の供給方向が前記排気貯蔵手段から排気通路へ供給する排気の下流方向となるように該還元剤供給手段を配置することができる。

このようにすることで、排気貯蔵手段から排気通路へ流入するときの流速の速い排気の中に還元剤を供給することができるため、該還元剤の蒸発を促進させることができる。また、排気貯蔵手段からの排気の流れに還元剤を乗せることができる。なお、排気放出路の途中に還元剤供給手段を配置しても良い。

本発明においては、前記還元剤供給手段は、前記排気貯蔵手段から排気通路へ供給される排気が該還元剤供給手段に到達してから還元剤を供給することができる。

このようにすることで、排気貯蔵手段から排気通路へ供給される排気の流れの中に還元剤を供給することができるため、排気の流れの中に還元剤をより確実に乗せることができる。

本発明においては、前記排気供給手段は、前記還元剤供給手段から供給される還元剤が前記排気浄化触媒へ到達するまで前記排気貯蔵手段から排気通路へ排気を供給することができる。

このようにすることで、還元剤供給手段から供給される還元剤をより多く排気浄化触媒に到達させることができる。

本発明によれば、排気浄化触媒に還元剤を供給するときの効率をより高くすることができる。

以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関１とその吸・排気通路の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する４サイクル・ディーゼルエンジンである。

内燃機関１には、吸気通路３が接続されている。吸気通路３の途中には、ターボチャージャ４のコンプレッサ４１が設けられている。また、コンプレッサ４１よりも内燃機関１側（つまり下流側）の吸気通路３には、該吸気通路３内を流通する吸気の流量を調節するスロットル５が設けられている。

一方、内燃機関１には、排気通路６が接続されている。排気通路６の途中には、ターボチャージャ４のタービン４２と接続されている。タービン４２よりも下流の排気通路６には、吸蔵還元型ＮＯx触媒７（以下、単にＮＯx触媒７という。）が設けられている。ＮＯx触媒７は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯxを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯxを還元する機能を有
する。なお、本実施例においてはＮＯx触媒７が、本発明における排気浄化触媒に相当す
る。また、排気浄化触媒として選択還元型ＮＯx触媒を採用することもできる。

さらに、本実施例では、排気通路６内を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を供給する燃料添加弁８を備えている。この燃料添加弁８は、後述するＥＣＵ１０からの信号により開弁して燃料を噴射する。そして、燃料添加弁８から排気通路６内へ噴射された燃料は、排気の空燃比をリッチにすると共に、ＮＯx触媒７に吸蔵されていたＮＯxを還元する。ＮＯx還元時には、ＮＯx触媒７に流入する排気の空燃比を比較的に短い周期でスパイク的（短時間）にリッチとする、所謂リッチスパイク制御を実行する。なお、本実施例においては燃料添加弁８が、本発明における還元剤供給手段に相当する。

また、本実施例では排気通路６を流通する排気の一部を貯蔵するタンク２０が設けられている。このタンク２０には、接続路２１の一端が接続され、該接続路２１の他端は燃料添加弁８の周辺に接続されている。また、接続路２１の途中には、該接続路２１の通路面積を可変とする調節弁２２が備えられている。なお、前記燃料添加弁８から燃料を噴射される位置に、タンク２０から排気通路６へ供給された排気が流れるように、燃料添加弁８および接続路２１を設置している。なお、本実施例においてはタンク２０が、本発明における排気貯蔵手段に相当する。また、本実施例においては接続路２１が、本発明における排気導入路に相当する。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御する。

ＥＣＵ１０には、アクセルペダル１１の踏み込み量を検出するアクセル開度センサ１２と、内燃機関１に取り付けられ機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１３が電気配線を介して接続され、これらセンサの出力信号が入力されるようになっている。

また、ＥＣＵ１０には、スロットル５、燃料添加弁８、調節弁２２等が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ１０によりこれらを制御することが可能になっている。

そして、本実施例では、燃料添加弁８から燃料を噴射する前に、内燃機関１が予め設定
されている運転状態となったときにタンク２０へ排気を貯蔵する。たとえば排気通路６を流れる排気の温度が所定温度以上となり且つこの排気の圧力が所定圧力ＰＡ以上となったときであって、タンク２０内の排気の温度が所定温度未満若しくはタンク２０内の排気の圧力が所定圧力ＰＡ未満のときに排気が貯蔵される。

このときの所定温度は、たとえば燃料を容易に蒸発させることのできる温度として予め実験等により求めておく。また、所定圧力ＰＡは、たとえば燃料添加弁８から噴射された燃料をＮＯx触媒７まで到達させることができる圧力として予め実験等により求めておく
。さらに、燃料添加弁８から噴射された燃料がＮＯx触媒７まで到達するようにタンク２
０の容積を設定する。

また、内燃機関１が所定の回転数以上で且つ所定の負荷以上で運転されているときに排気をタンク２０へ貯蔵しても良い。この所定の回転数及び所定の負荷は、前記所定温度または所定圧力ＰＡが得られる機関回転数及び機関負荷として予め実験等により求めておく。

タンク２０へ排気を貯蔵するときには調節弁２２が開弁される。このときには排気通路６よりもタンク２０の圧力が低くなっているので、接続路２１を排気通路６からタンク２０に向かって排気が流れる。そして、タンク２０内の圧力が前記所定圧力ＰＡ以上となったときに調節弁２２が閉弁される。なお、本実施例においてはこのように調節弁２２を制御してタンク２０に排気を貯蔵させるＥＣＵ１０が、本発明における排気導入量調節手段に相当する。

ここで、接続路２１をタービン４２よりも上流側に接続することにより、内燃機関１の高回転高負荷運転時には該タービン４２よりも上流側の圧力が高くなり、より高圧の排気をタンク２０内に貯蔵することができる。

このようにタンク２０に排気が貯蔵された後であって燃料添加弁８から燃料を噴射させるときに調節弁２２が開弁される。ここで、本実施例ではリッチスパイク制御を内燃機関１の低回転低負荷運転時または減速中に行なう。このような運転状態では、排気の流量が少ないために酸素量が少なくなるので、必要となる燃料量が少なくなる。さらに排気通路６内の圧力がより低くなるため、タンク２０内の圧力よりも排気通路６内の圧力が低くなる。つまり、調節弁２２を開弁することにより、タンク２０から排気通路６に向かって排気が流れる。なお、本実施例においては燃料添加弁８から燃料を供給するときにタンク２０から排気通路６へ排気を供給するＥＣＵ１０が、本発明における排気供給手段に相当する。

このタンク２０から排気通路６に供給された排気の流れに乗って燃料がＮＯx触媒７に
到達する。また、温度の高い排気をタンク２０に貯蔵していたため、該排気の温度により燃料の蒸発が促進される。そのため、ＮＯx触媒７の広い範囲に燃料を供給することがで
きる。

また、タンク２０に貯蔵されるのは排気であるため酸素濃度が低い。そのため、より少ない燃料でＮＯxを還元させることができる。

さらに、タンク２０の容積若しくはタンク２０内の圧力を調節したり、または調節弁２２の開閉時期を調節したりすることにより、タンク２０から排気通路６へ過剰な量の排気が供給されることを抑制できる。これにより、燃料がＮＯx触媒７をすり抜けることを抑
制できる。

＜スロットル制御＞
なお、本実施例においては、タンク２０から排気通路６へ排気を供給するときは供給しないときと比較して、スロットル５を閉じても良い。これは、タンク２０から排気通路６へ排気を供給しないとき、または燃料添加弁８から燃料を添加していないときと比較してスロットル開度を閉じ側としても良い。また、必要以上に減速しない範囲でスロットル開度を小さくしても良い。

ここで、一般にアクセルペダル１１を全く踏んでいない場合であっても、スロットル５により吸気通路３が完全に遮断されることはない。たとえば隙間を残してスロットル５を閉じたり、スロットル５をバイパスする通路が設けられたりして、少量の空気が該スロットル５を通過する。そのため、減速中であっても吸気通路３を空気が流れる。これに対し本実施例では、通常の低回転低負荷時または減速時と比較して吸気量が少なくなるようにスロットル５を閉じ側とする。

ここで、タンク２０に貯蔵されている排気を排気通路６に供給すると、この排気はタービン４２を通過するため、該タービン４２の回転数を上昇させたり、回転数の低下を抑制したりする。そのため、コンプレッサ４１の回転数が通常よりも高くなり、吸気量が多くなってしまう。この吸気量が増加すると排気中の酸素量も増加するため、ＮＯxの還元に
要する燃料量が増加してしまう。

これに対し、スロットル５を閉じると吸気量を減少させることができる。これにより、燃料添加弁８からの燃料供給量を減少させることができる。

＜定常運転から過渡運転に移行後においてタンク２０に排気を取り込む時期＞
本実施例においては、定常運転から加速運転に切り替わるときに、切り替わってからの所定時間はタンク２０に排気を貯蔵することを禁止してもよい。ここで、タービン４２よりも上流から排気を取り込み、この排気をタンク２０に貯蔵すると、タービン４２を通過する排気の量が減少する。そのため、定常運転から加速運転に切り替わる初期にタンク２０に排気を取り込むと、タービン４２の回転数の上昇が緩慢となり、加速も緩慢となる。

これに対し、加速を開始してからの所定の時間はタンク２０に排気を取り込まないようにすれば、速やかにタービン４２の回転数を上昇させることができる。これにより、速やかな加速が可能となる。

ここで、排気の取り込みを禁止する所定の時間は、定常運転時においてタービン４２よりも上流の排気の圧力が低いほど、長くする。

ここで、図２は、タービン４２よりも上流の排気の圧力（以下、背圧という。）と、タンク２０に排気を取り込む時期と、の関係を示したタイムチャートである。図２（Ａ）は定常運転時の背圧が比較的低いとき、図２（Ｂ）は定常運転時の背圧が中程度のとき、図２（Ｃ）は定常運転時の背圧が比較的高いときを示している。

図２において、（Ｘ）は定常運転から加速運転に切り替わる点、（Ｙ）は背圧に応じて排気の取り込みが禁止される期間の終点、（Ｚ）はタンク２０への排気の取り込みが開始される点を夫々示している。

図２（Ａ）では、定常時の背圧Ｐ１が比較的低いため、排気の取り込みが禁止される期間ΔＴ１が比較的長い。そして、排気の取り込みが禁止される期間ΔＴ１の経過後の背圧Ｐ２は、前記所定圧力ＰＡよりも高くなっている。そのため、排気の取り込みが禁止される期間ΔＴ１の経過後すぐにタンク２０に排気を取り込むことができる。

図２（Ｂ）では、定常時の背圧Ｐ３が中程度のため、排気の取り込みが禁止される期間ΔＴ２も中程度となる。つまり、図２（Ａ）の場合と比較して禁止される期間が短い。そして、排気の取り込みが禁止される期間ΔＴ２の経過後の背圧Ｐ４は、前記所定圧力ＰＡよりも高くなっている。そのため、排気の取り込みが禁止される期間ΔＴ２の経過後すぐにタンク２０に排気を取り込むことができる。

図２（Ｃ）では、定常時の背圧Ｐ５が比較的高いため、排気の取り込みが禁止される期間ΔＴ３が比較的短い。そして、排気の取り込みが禁止される期間ΔＴ３の経過後の背圧Ｐ６は、前記所定圧力ＰＡよりも低くなっている。そのため、排気の取り込みが禁止される期間ΔＴ３の経過後すぐにはタンク２０に排気を取り込むことができない。その後、背圧が前記所定圧力ＰＡ以上となってからタンク２０に排気を取り込むことができる。

次に図３は、タンク２０に排気を取り込むときのフローを示したフローチャートである。本ルーチンは所定の時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、タンク２０内の圧力が前記所定圧力ＰＡ未満であるか否か判定される。つまり、タンク２０から排気通路６へ排気を供給することができない状態となっているか否か判定される。

ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方否定判定がなされた場合にはタンク２０に排気を取り込む必要は無いので本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ１０２では、過渡運転中であるか否か判定される。機関回転数又は機関負荷の少なくとも一方の変化量が予め定められた値よりも大きい場合に過渡運転中であると判定される。

ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進む。

ステップＳ１０３では、カウンタに本ルーチンの前回実行時から今回実行時までの経過時間が加算される。このカウンタは、定常運転から過渡運転に移行してからの経過時間ＴＣをカウントするものである。

ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で算出された経過時間ＴＣが排気取込禁止時間ΔＴＡ以上であるか否か判定される。排気取込禁止時間ΔＴＡは、後述するステップＳ１０８にて算出される。

ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、一方否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。なお、ステップＳ１０４で否定判定をするＥＣＵ１０が、本発明における貯蔵禁止手段に相当する。

ステップＳ１０５では、背圧が前記所定圧力ＰＡ以上であるか否か判定される。つまり、タービン４２の回転数が十分に上昇していても、背圧が低い場合にはタンク２０へ排気を取り込むことが困難であり、さらにタンク２０から排気通路６へ排気が流出してしまう虞もあるため、背圧が所定圧力ＰＡよりも低い場合には調節弁２２を開弁させない。

ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ１０６では、タンク２０への排気の取り込みが許可される。

ステップＳ１０７では、背圧が前記所定圧力ＰＡ以上であるか否か判定される。ステップＳ１０５と同様の処理がなされる。定常運転中であるため、背圧が所定圧力ＰＡ以上であれば直ぐにタンク２０内に排気が取り込まれる。このようにして定常運転中にタンク２０内に排気が取り込まれれば、過渡運転中に排気を取り込む必要がなくなるため、排気取込禁止時間ΔＴＡを算出する必要は無い。

ステップＳ１０７で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップＳ１０８へ進む。

ステップＳ１０８では、排気取込禁止時間ΔＴＡが算出される。この排気取込禁止時間ΔＴＡは、現時点におけるタービン４２よりも上流の排気通路６内の圧力が低いほど、長くする。この関係は予め実験等により求めてマップ化しておく。

このようにして、定常運転時の背圧に応じてタンク２０へ排気を取り込むタイミングを決定することができる。

＜タンク２０からの排気の供給を開始する時期＞
タンク２０から排気通路６への排気の供給を開始するタイミングを以下のようにして決定しても良い。

ここで、調節弁２２が開弁されてからタンク２０内の排気が燃料添加弁８に到達するまでにはある程度の時間を要する。そのため、燃料添加弁８からの燃料噴射の開始と調節弁２２の開弁とを同時に行なうと、燃料添加弁８から燃料噴射をするときに、該燃料添加弁８の付近では排気の流れが殆どない。これにより、燃料添加弁８から噴射された燃料が排気通路６の壁面に付着する虞がある。

これに対し、燃料添加弁８から燃料が噴射されるときに、タンク２０からの排気が該燃料添加弁８に到達しているように、燃料添加弁８から燃料が噴射される前にタンク２０からの排気の供給を開始する。つまり、調節弁２２を開弁する時期をタンク２０からの排気が該調節弁２２の開弁から燃料添加弁８に到達するまでの時間分早める。これにより、燃料をタンク２０からの排気の流れに乗せることができる。

ここで、図４は、タンク２０からの排気の供給を開始するときのフローを示したフローチャートである。本ルーチンはリッチスパイク制御と同時に実行される。

ステップＳ２０１では、タンク２０内の圧力が前記所定圧力ＰＡ以上であるか否か判定される。つまり、タンク２０内に排気が規定量以上貯蔵されているか否か判定される。

ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進み、一方否定判定がなされた場合には調節弁２２を開弁しても十分な量の排気を供給することができないので本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ２０２では、調節弁２２が開弁されてからタンク２０内の排気が燃料添加弁８に到達するまでの時間ＳＡが算出される。つまり、排気が調節弁２２から燃料添加弁８まで移動するために要する時間が算出される。この時間ＳＡは、排気通路６内の圧力と、タンク２０内の圧力と、に応じて変わるため、予めこれらの関係を実験等により求めてマップ化しておく。なお、排気通路６内の圧力は内燃機関１の吸入空気量と相関関係がある
ため、排気通路６内の圧力に代えて吸入空気量を用いても良い。

ステップＳ２０３では、燃料添加弁８からの燃料噴射が開始されるまでの時間ＳＢがステップＳ２０２で算出された時間ＳＡ以下であるか否か判定される。ここで、調節弁２２を開弁する時期が遅すぎると燃料が壁面に付着する虞がある。一方、調節弁２２を開弁する時期が早すぎるとタンク２０内の排気を無駄に消費してしまう。そのため、燃料添加弁８から燃料が開始されるまでの時間がステップＳ２０２で算出された時間以下となったときに調節弁２２が開弁される。

ステップＳ２０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０４へ進み、一方否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ２０４では、調節弁２２が開弁される。これによりタンク２０から排気通路６へ排気が供給される。このときにスロットル５の開度を小さくしても良い。

このようにして燃料添加弁８から噴射される燃料をより確実に排気の流れに乗せることができる。

＜タンク２０からの排気の供給を終了する時期＞
タンク２０から排気通路６への排気の供給を終了させるタイミングを以下のようにして決定しても良い。

ここで、燃料添加弁８から噴射された燃料が、タンク２０からの排気の流れに乗ってＮＯx触媒７に到達するまでにはある程度の時間を要する。そのため、燃料添加弁８からの
燃料噴射の終了と調節弁２２の閉弁とを同時に行なうと、燃料噴射が終了する直前に噴射された燃料がＮＯx触媒７に到達する前に排気の流れが殆ど無くなってしまう。これによ
り、燃料添加弁８から噴射された燃料がＮＯx触媒７へ到達しなくなる虞がある。

これに対し、燃料添加弁８から噴射された燃料が全てＮＯx触媒７に到達するように、
燃料添加弁８からの燃料噴射が終了した後にタンク２０からの排気の供給を終了させる。つまり、調節弁２２を閉弁する時期を、燃料添加弁８の燃料噴射の終了から燃料がＮＯx
触媒７に到達するまでの時間分遅らせる。これにより燃料噴射の終了直前に噴射された燃料をＮＯx触媒７に到達させることができる。

ここで、図５は、タンク２０からの排気の供給を終了するときのフローを示したフローチャートである。本ルーチンはリッチスパイク制御に伴って実行される。

ステップＳ３０１では、燃料添加弁８からの燃料噴射が終了しているか否か判定される。

ステップＳ３０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０２へ進み、一方否定判定がなされた場合にはタンク２０からの排気の供給がまだ必要なため本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ３０２では、燃料添加弁８による燃料噴射が終了してから燃料がＮＯx触媒
７に到達するまでの時間ＳＣが算出される。つまり、燃料添加弁８からＮＯx触媒７まで
燃料が移動するために要する時間が算出される。この時間ＳＣは、排気通路６内の圧力と、タンク２０内の圧力と、に応じて変わるため、予めこれらの関係を実験等により求めてマップ化しておく。なお、排気通路６内の圧力は内燃機関１の吸入空気量と相関関係があるため、排気通路６内の圧力に代えて吸入空気量を用いても良い。

ステップＳ３０３では、燃料添加弁８からの燃料噴射が終了してからの経過時間ＳＤがステップＳ３０２で算出された時間ＳＣ以上であるか否か判定される。ここで、調節弁２２を閉弁するタイミングが早すぎると燃料が排気通路６の壁面に付着する虞がある。また燃料がＮＯx触媒７へ到達しない虞がある。一方、調節弁２２を閉弁するタイミングが遅
すぎるとタンク２０内の排気を無駄に消費したり、燃料がＮＯx触媒７をすり抜けたりし
てしまう。そのため、燃料添加弁８からの燃料噴射が終了してからの経過時間ＳＤがステップＳ３０２で算出された時間ＳＣ以上となったときに調節弁２２が閉弁される。

ステップＳ３０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ３０４へ進み、一方否定判定がなされた場合には排気の供給を継続させるために本ルーチンを一旦終了させる。

ステップＳ３０４では、調節弁２２が閉弁される。これによりタンク２０から排気通路６への排気の流れが停止される。このときにスロットル５の開度を大きくしても良い。

このようにして燃料添加弁８からの燃料噴射の終了直前に噴射された燃料をＮＯx触媒
７に到達させることができる。

以上説明したように、本実施例によれば、より多くの燃料をＮＯx触媒７へ到達させる
ことができるため、より少ない燃料でＮＯxの還元を行うことができる。これにより燃料
消費量を低減させることができるので、燃費の悪化を抑制することができる。

図６は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関１とその吸・排気通路の概略構成を示す図である。実施例１とは以下の点で異なる。

本実施例では、排気通路６を流通する排気の一部を貯蔵するタンク２００が設けられている。このタンク２００には、排気通路６からタンク２００に排気を取り入れるための排気導入路２０１と、タンク２００から排気通路６へ排気を供給するための排気放出路２０３と、が接続されている。そして、排気導入路２０１の途中には、該排気導入路２０１の通路面積を可変とする導入量調節弁２０２が備えられている。また、排気放出路２０３の途中には、該排気放出路２０３の通路面積を可変とする放出量調節弁２０４が備えられている。

排気導入路２０１は一端がタンク２００に接続され、他端がタービン４２よりも上流の排気通路６に接続されている。また、排気放出路２０３は一端がタンク２００に接続され、他端がタービン４２よりも下流で且つＮＯx触媒７よりも上流の排気通路６に接続され
ている。

そして、排気放出路２０３が接続されている箇所よりも下流で且つＮＯx触媒７よりも
上流の排気通路６に燃料添加弁８が取り付けられている。

その他のハードウェアについては実施例１と同様なので説明を省略する。

そして、タンク２００へ排気を貯蔵するときには導入量調節弁２０２が開弁される。排気通路６よりもタンク２００の圧力が低くなっているときに導入量調節弁２０２を開弁させることにより、排気が排気導入路２０１を排気通路６からタンク２００に向かって流れる。そして、タンク２００内の圧力が前記所定圧力ＰＡ以上となったときに導入量調節弁２０２が閉弁される。なお、本実施例においてはこのように導入量調節弁２０２を制御してタンク２００に排気を貯蔵させるＥＣＵ１０が、本発明における排気導入量調節手段に
相当する。

ここで、接続路２１をタービン４２よりも上流側に接続することにより、内燃機関１の高回転高負荷運転時には該タービン４２よりも上流側の圧力が高くなり、タンク２００内により高温または高圧の排気を貯蔵することができる。

このようにタンク２００に排気が貯蔵された後であって燃料添加弁８から燃料を噴射させるときに放出量調節弁２０４が開弁される。ここで、排気放出路２０３はタービン４２よりも下流側の排気通路６に接続されているため、排気の圧力が該タービン４２の抵抗により上流側よりも低くなっている。つまり、排気放出路２０３が接続されている箇所の排気通路６のほうがタンク２００内よりも圧力が低くなっている。そのため、放出量調節弁２０４を開弁すると、タンク２００から排気通路６へ向かって排気が流れる。なお、本実施例においては燃料添加弁８から燃料を供給するときにタンク２００から排気通路６へ排気放出路２０３を介して排気を供給するＥＣＵ１０が、本発明における排気供給手段に相当する。

このようにすることで、機関回転数が高い場合若しくは機関負荷が高い場合であっても、タンク２００から排気通路６へ排気を供給することができるので燃料をＮＯx触媒７へ
到達させることができる。また、タンク２００に貯蔵されていた排気の温度により燃料の蒸発が促進される。さらに、ＮＯx触媒７の広い範囲に燃料を分散させて供給することが
できる。

また、タンク２００に貯蔵されるのは排気であるため酸素濃度が低い。そのため、より少ない燃料でＮＯxを還元させることができる。

そして、タンク２００の容積若しくはタンク２００内の圧力を調節したり、または導入量調節弁２０２若しくは放出量調節弁２０４の開閉時期を調節したりすることにより、タンク２００から排気通路６へ過剰な量の排気が供給されることが抑制される。これにより、燃料がＮＯx触媒７をすり抜けることを抑制できる。

さらに本実施例によれば、排気導入路２０１と排気放出路２０３とを備えることによりタンク２００への排気の導入と、タンク２００から排気通路６への排気の供給が円滑に行なわれる。そのため、タンク２００から排気通路６へ排気を供給するときの応答性が高い。また、排気導入路２０１が接続される箇所の排気通路６と、排気放出路２０３が接続される箇所の排気通路６と、には圧力差があるため、タンク２００に貯蔵している排気を排気通路６に供給し易い。さらに、タンク２００から排気通路６へ供給される排気がタービン４２を通過しないことから、該タービンの回転数を低くすることができるため、排気中の酸素量を減少させることができる。これにより燃料噴射量を減少させることができる。

なお、本実施例においても実施例１と同様に、タンク２００から排気通路６へ排気を供給するときは供給しないときと比較して、スロットル５を閉じても良い。

さらに、過渡運転に移行後のタンク２０に排気を取り込む時期や、排気の供給を開始する時期、さらには排気の供給を終了する時期も実施例１と同様に設定することができる。

以上説明したように、本実施例によれば、タンク２００から排気をより供給し易くなるため、より少ない燃料でＮＯxの還元を行うことができる。そのため、燃料消費量を低減
させることができるので、燃費の悪化を抑制することができる。

図７は、本実施例に係る燃料添加弁取り付け位置を示した図である。実施例２と異なり、排気放出路２０３内に燃料添加弁８が取り付けられている。図中の矢印は排気の流れ方向を示している。

燃料添加弁８はタンク２００から排気通路６へ排気を供給するときの該排気の流れの下流方向に燃料が噴射されるように取り付けられる。例えば排気放出路２０３の中心軸と、燃料添加弁８の中心軸と、が一致するように燃料添加弁８を取り付ける。なお、実施例１に示したような排気の取り入れと供給とが１本の通路で行われる場合にも同様に、接続路２１の中心軸と、燃料添加弁８の中心軸と、が一致するように燃料添加弁８を取り付ける。

このように燃料添加弁８を取り付けることにより、タンク２０からの排気中に燃料をより分散させることができるため、ＮＯx触媒７へ均一な空燃比の排気を供給することがで
きる。

図８は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関１とその吸・排気通路の概略構成を示す図である。実施例２とは以下の点で異なる。

本実施例では、排気導入路２０１がＮＯx触媒７よりも下流の排気通路６に接続されて
いる。また、排気導入路２０１の途中には、排気通路６からタンク２００へ排気を送るためのポンプ２０５が設けられている。さらに、ＮＯx触媒７は、パティキュレートフィル
タに担持されている。

その他のハードウェアについては実施例２と同様なので説明を省略する。また、過渡運転に移行後のタンク２０に排気を取り込む時期や、排気の供給を開始する時期、さらには排気の供給を終了する時期も実施例１と同様に設定することができる。ただし、ＮＯx触
媒７よりも下流の排気通路６の圧力が低いためにタンク２００に排気を取り込むことが困難な場合には、ポンプ２０５を作動させて排気を取り込む。

このような構成とすることによりパティキュレートフィルタを通過した排気が排気導入路２０１からタンク２００に取り込まれるため、タンク２００、排気導入路２０１、導入量調節弁２０２、排気放出路２０３、および放出量調節弁２０４に粒子状物質（ＰＭ）が付着することを抑制できる。これにより、装置全体の耐久性を向上させることができる。

実施例１に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸・排気通路の概略構成を示す図である。 背圧と、タンクに排気を取り込む時期と、の関係を示したタイムチャートである。図２（Ａ）は定常運転時の背圧が比較的低いとき、図２（Ｂ）は定常運転時の背圧が中程度のとき、図２（Ｃ）は定常運転時の背圧が比較的高いときを示している。 タンクに排気を取り込むときのフローを示したフローチャートである。 タンクからの排気の供給を開始するときのフローを示したフローチャートである。 タンクからの排気の供給を終了するときのフローを示したフローチャートである。 実施例２に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸・排気通路の概略構成を示す図である。 実施例３に係る燃料添加弁取り付け位置を示した図である。 実施例４に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関とその吸・排気通路の概略構成を示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 吸気通路
４ ターボチャージャ
５ スロットル
６ 排気通路
７ 吸蔵還元型ＮＯx触媒
８ 燃料添加弁
１０ ＥＣＵ
１１ アクセルペダル
１２ アクセル開度センサ
１３ クランクポジションセンサ
２０ タンク
２１ 接続路
２２ タンク
２２ 調節弁
４１ コンプレッサ
４２ タービン
２００ タンク
２０１ 排気導入路
２０２ 導入量調節弁
２０３ 排気放出路
２０４ 放出量調節弁
２０５ ポンプ

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ排気を浄化する排気浄化触媒と、
   前記排気浄化触媒よりも上流の排気中に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
   前記排気通路の途中にタービンを有するターボチャージャと、
   排気を貯蔵する排気貯蔵手段と、
   前記タービンよりも上流の排気通路と前記排気貯蔵手段とを接続する排気導入路と、
   前記排気通路を流れる排気の状態が所定の状態であるときに前記排気導入路に排気を流して前記排気貯蔵手段に排気を貯蔵させる排気導入量調節手段と、
   前記還元剤供給手段により還元剤を供給するときに前記排気貯蔵手段から前記排気通路へ排気を供給する排気供給手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記内燃機関の吸気通路の通路面積を調節するスロットルをさらに備え、
   前記排気供給手段により排気が供給されるときは、供給されないときよりも前記スロットルの開度を小さくすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記排気供給手段は、前記タービンよりも下流で且つ前記排気浄化触媒よりも上流の排気通路と前記排気貯蔵手段とを接続し該排気貯蔵手段内のガスを該排気通路に放出する排気放出路を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記内燃機関が定常運転から過渡運転に移行してからの所定時間は前記排気貯蔵手段へ排気を貯蔵させることを禁止する貯蔵禁止手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記排気供給手段は、前記排気貯蔵手段に貯蔵されている排気を前記還元剤供給手段よりも上流の排気通路へ供給することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記排気貯蔵手段から排気通路へ流入する前の排気の流れの中に前記還元剤供給手段を配置し、且つ該還元剤供給手段からの還元剤の供給方向が前記排気貯蔵手段から排気通路へ供給する排気の下流方向となるように該還元剤供給手段を配置することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記還元剤供給手段は、前記排気貯蔵手段から排気通路へ供給される排気が該還元剤供給手段に到達してから還元剤を供給することを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記排気供給手段は、前記還元剤供給手段から供給される還元剤が前記排気浄化触媒へ到達するまで前記排気貯蔵手段から排気通路へ排気を供給することを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の内燃機関の排気浄化装置。

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