JP5900728B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンの排気浄化装置に関し、詳しくは、エンジンの排気通路に添加剤を供給して排気浄化触媒を再生する技術に関する。
自動車等に搭載されるエンジンから排出される排気ガス中には、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）や、微粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）等の排気ガス成分が含まれている。このため、エンジンの排気通路には、上記物質を分解（還元等）するための三元触媒や、ＰＭを捕捉するためのパティキュレートフィルタ等が設けられている。
また、例えば、ディーゼルエンジン等のように、空燃比を理論空燃比（ストイキ）よりリーン空燃比側に制御して酸化雰囲気で燃焼を行なうエンジンの場合、三元触媒では排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を充分に浄化できない。このため、この種のエンジンの排気通路には、三元触媒と共に排気浄化触媒であるＮＯｘ吸蔵触媒が設けられているものがある。ＮＯｘ吸蔵触媒は、排気の空燃比がリーンであると排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気の空燃比がリッチであると吸蔵されているＮＯｘを放出還元する。ディーゼルエンジン等においては、通常、排気の空燃比がリーンであるため、窒素酸化物はＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵される。このため、所定のタイミングで、例えば、排気通路内に燃料（軽油）等を噴射することで排気の空燃比をリッチ化させてＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＮＯｘを分解（還元）する再生処理（ＮＯｘパージ）を行う必要がある。
また燃料中には硫黄成分が有害成分として含まれているため、硫黄成分は酸素と反応して硫黄酸化物（ＳＯｘ）となってＮＯｘの代わりにＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵される（Ｓ被毒）。このため、所定のタイミングで、硫黄酸化物（ＳＯｘ）を除去する再生処理（Ｓパージ）を行う必要がある。この再生処理（Ｓパージ）では、例えば、ＮＯｘパージの場合と同様に排気の空燃比をリッチ化させると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒を所定温度以上の高温にする必要がある。
再生処理（Ｓパージ）については、様々な提案があるが、例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒をリッチの雰囲気に維持しつつ、燃料（還元剤）を噴射する燃料噴射手段を制御して燃料添加期間が密の期間と疎の期間とを交互に繰り返すことで、ＮＯｘ吸蔵触媒を高温化するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特許第３９７２８６４号公報
このようにＳパージの際に、燃料添加期間が密の期間と疎の期間とを交互に繰り返すことで、ＨＣの放出を抑制し、且つＳＯｘを効率的に放出させることができる。しかしながらＳパージ中にＮＯｘ吸蔵触媒の温度が低下すると、それに伴って硫黄酸化物の放出量が減少してしまうという問題がある。つまりＳパージの効率が低下してしまう虞がある。
なおＮＯｘ吸蔵触媒の温度が低下した場合、炭化水素（ＨＣ）等の放出量も増加してしまう。特許文献１に記載の発明では、触媒温度が低いときに燃料添加期間が疎の割合を多くすることで、炭化水素（ＨＣ）の排出を抑制しているが、それに伴って硫黄酸化物の除去量も減少してしまっている（図３参照）。つまり特許文献１に記載の発明においても、Ｓパージの効率が低下してしまうという問題がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、再生処理により排気成分を効率的に放出させることができるエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、エンジンの排気通路に設けられて排気を浄化するＮＯｘ吸蔵触媒と、前記ＮＯｘ吸蔵触媒よりも上流側に配されて前記排気通路に還元剤として炭化水素を噴射する還元剤供給手段と、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を検出する温度検出手段と、前記還元剤供給手段を制御して前記排気通路に還元剤を間欠的に供給して前記ＮＯｘ吸蔵触媒から流出する排気の空燃比がリッチに保たれるようにするリッチ継続期間を含み、且つ前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を設定温度以上とすることで、前記ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵された排気成分を放出させる再生処理を実行する再生処理実行手段と、前記リッチ継続期間において、前記温度検出手段によって検出された前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度と前記設定温度との温度差に応じて前記還元剤供給手段による前記還元剤の供給間隔を変更する間隔変更手段と、を備えることを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。
本発明の第２の態様は、第１の態様のエンジンの排気浄化装置において、前記間隔変更手段は、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が前記設定温度よりも高い状態では、前記温度差が大きいほど前記供給間隔を短くすることを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。
本発明の第３の態様は、第１又は２の態様のエンジンの排気浄化装置において、前記間隔変更手段は、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が前記設定温度よりも低い状態では、前記温度差が大きいほど前記供給間隔を長くすることを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。
本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか一つの態様のエンジンの排気浄化装置において、前記再生処理実行手段は、前記再生処理として、前記リッチ継続期間と、前記排気通路への還元剤の供給を停止して前記ＮＯｘ吸蔵触媒から流出する排気の空燃比がリーンになるようにする長リーン期間とを交互に繰り返し実行することを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。
本発明の第５の態様は、第１〜４の何れか一つの態様のエンジンの排気浄化装置において、前記ＮＯｘ吸蔵触媒から流出する排気の空燃比を検出する空燃比検出手段を備え、前記間隔変更手段は、前記温度検出手段によって検出された前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度と前記設定温度との温度差に応じて前記ＮＯｘ吸蔵触媒から流出する排気の目標空燃比を変更し、前記再生処理実行手段は、前記空燃比検出手段によって検出された前記ＮＯｘ吸蔵触媒から流出する排気の空燃比が前記目標空燃比よりもリッチ側になると、前記ＮＯｘ吸蔵触媒から流出する排気の空燃比が前記目標空燃比に近づくように前記還元剤供給手段による燃料の供給間隔をフィードバック制御することを特徴とするエンジンの排気浄化装置にある。
かかる本発明では、再生処理の実行中に排気浄化触媒の温度低下が抑制される。したがって、再生処理により例えば窒素酸化物（ＮＯｘ）や硫黄酸化物（ＳＯｘ）などを効率的に排気浄化触媒から排出することができる。
本発明の一実施形態に係る排気浄化装置を含むエンジンを示す概略構成図である。 Ｓパージ時における触媒空燃比及び排気管への燃料噴射間隔の推移を示すグラフである。 Ｓパージ時における触媒温度、目標空燃比及びリーン時間の推移を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る排気浄化装置によるＳパージ時の制御例を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
まずは本発明の一実施形態に係る排気浄化装置を含むエンジン１０の全体構成について説明する。図１にエンジン１０は、ディーゼルエンジンであり、エンジン本体１１は、シリンダヘッド１２とシリンダブロック１３とを有し、シリンダブロック１３の各シリンダボア１４内には、ピストン１５が収容されている。ピストン１５は、コンロッド１６を介してクランクシャフト１７に接続されている。このピストン１５とシリンダボア１４とシリンダヘッド１２とで燃焼室１８が形成されている。
シリンダヘッド１２には吸気ポート１９が形成され、吸気ポート１９には吸気マニホールド２０を含む吸気管（吸気通路）２１が接続されている。吸気ポート１９内には吸気弁２２が設けられ、この吸気弁２２によって吸気ポート１９が開閉されるようになっている。またシリンダヘッド１２には排気ポート２３が形成され、排気ポート２３内には、排気マニホールド２４を含む排気管（排気通路）２５が接続されている。排気ポート２３には排気弁２６が設けられており、吸気ポート１９と同様に、排気ポート２３はこの排気弁２６によって開閉されるようになっている。
これら吸気管２１及び排気管２５の途中には、ターボチャージャ２７が設けられている。ターボチャージャ２７の下流側の吸気管２１には、インタークーラ２８が配されている。インタークーラ２８の下流側の吸気管２１には、吸気管（吸気通路）２１を開閉するスロットルバルブ２９が設けられている。スロットルバルブ２９の下流側の吸気管２１には、ターボチャージャ２７の上流側の排気管２５に連通するＥＧＲ管（ＥＧＲ通路）３０が接続されている。ＥＧＲ管３０にはＥＧＲクーラ３１が設けられ、ＥＧＲ管３０の吸気管２１との接続部分にはＥＧＲ弁３２が設けられている。
なおシリンダヘッド１２には、各気筒の燃焼室１８内に燃料を直噴射する燃料噴射弁３３が設けられている。燃料噴射弁３３にはコモンレール３４から燃料が供給される。コモンレール３４にはサプライポンプ３５により燃料タンク（図示なし）の燃料が供給され、エンジン本体１１の回転速度に応じてサプライポンプ３５から所定圧で燃料がコモンレール３４に供給される。コモンレール３４では燃料が所定の燃圧に調整され、コモンレール３４から所定の燃圧に制御された高圧燃料が燃料噴射弁３３に供給される。
ターボチャージャ２７の下流側の排気管２５には、本実施形態に係る排気浄化装置５０を構成するディーゼル酸化触媒（以下、単に酸化触媒と称する）５１と、排気浄化触媒であるＮＯｘ吸蔵触媒５２と、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter：以下、ＤＰＦと称する）５３と、が上流側から順に設けられている。酸化触媒５１の入口付近には、還元剤として炭化水素（例えば、燃料）を排気管２５内に噴射する還元剤供給手段であるインジェクタ５４が設けられている。
酸化触媒５１、ＮＯｘ吸蔵触媒５２及びＤＰＦ５３の入口近傍及びＤＰＦ５３の出口近傍には、それぞれ排気温センサ５５が設けられている。さらにＤＰＦ５３の出口近傍には、排ガスの空燃比を検出する空燃比センサ５６が設けられている。後述するように本実施形態では、この空燃比センサ５６によってＮＯｘ吸蔵触媒５２から流出する排気の空燃比（以下、「触媒空燃比」ともいう）を検出している。なお空燃比センサ５６は、排ガス中の酸素濃度を検出するものであってもよい。
酸化触媒５１は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造の担体に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属が担持されてなる。酸化触媒５１では、排気ガスが流入すると、排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）が酸化されて二酸化窒素（ＮＯ２）が生成される。
ＮＯｘ吸蔵触媒５２は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造の担体に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属が担持されると共に、吸蔵剤としてバリウム（Ｂａ）等のアルカリ金属、あるいはアルカリ土類金属が担持されてなる。ＮＯｘ吸蔵触媒５２は、酸化雰囲気において排気成分であるＮＯｘを一旦吸蔵し、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）等を含む還元雰囲気中において、ＮＯｘを放出して窒素（Ｎ２）等に還元する。通常は、ＮＯｘ吸蔵触媒５２ではＮＯｘが吸着されるのみで吸着されたＮＯｘが分解（還元）されることはない。ＮＯｘ吸蔵触媒５２に所定量のＮＯｘが吸着されると、インジェクタ５４から還元剤である燃料（軽油）が噴射され、燃料が混合された排気ガスが酸化触媒５１を通過してＮＯｘ吸蔵触媒５２に供給される。これによりＮＯｘ吸蔵触媒５２内が還元雰囲気となり、吸蔵されたＮＯｘが分解（還元）される（ＮＯｘパージ）。
またＮＯｘ吸蔵触媒５２は、窒素酸化物（ＮＯｘ）と同様、排気成分である硫黄酸化物（ＳＯｘ）を吸蔵する。ＮＯｘパージと同様に所定のタイミングでインジェクタ５４から還元剤である燃料（軽油）が噴射されると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒５２が所定温度以上の高温にされることで、吸蔵された硫黄酸化物（ＳＯｘ）が分解（還元）される（Ｓパージ）。
ＤＰＦ５３は、例えば、セラミックス材料で形成されたハニカム構造のフィルタである。ＤＰＦ５３に捕捉されたＰＭは、排気ガス中のＮＯ２によって酸化（燃焼）されてＣＯ２として排出され、ＤＰＦ５３内に残存するＮＯ２はＮ２に分解されて排出される。
またエンジン１０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）７０を備えており、ＥＣＵ７０には、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。このＥＣＵ７０が、各種センサ類からの情報に基づいて、排気浄化装置５０が搭載されたエンジン１０の総合的な制御を行っている。
ＥＣＵ７０は排気浄化装置５０の一部としても機能し、排気温センサ５５や空燃比センサ５６等の各種センサ類からの情報に基づいてインジェクタ５４を適宜制御する。例えば、ＥＣＵ７０は再生処理実行手段７１を備え、この再生処理実行手段７１によって上述したＮＯｘ吸蔵触媒５２の再生処理（Ｓパージ）が実行される。Ｓパージでは、インジェクタ５４を制御して所定のタイミングで排気管２５内に燃料を間欠的に供給してＮＯｘ吸蔵触媒５２から流出する排気の空燃比（触媒空燃比）をリッチ化させる。なお触媒空燃比は、例えば、ＮＯｘ吸蔵触媒５２の出口近傍に設けられた空燃比センサ５６によって検出される。またＳパージでは、触媒空燃比をリッチ化させると共に、ＮＯｘ吸蔵触媒５２が設定温度以上の高温になるようにする。これにより、ＮＯｘ吸蔵触媒５２に吸蔵された排気成分である硫黄酸化物（ＳＯｘ）を効率的に排出させることができる。
しかしながら、Ｓパージを実行していると、各種の要因によってＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度（以下、単に「触媒温度」ともいう）が変化することがある。そしてＳパージ実行中に触媒温度が低下してしまうと、ＮＯｘ吸蔵触媒５２からの硫黄酸化物（ＳＯｘ）の排出量が減少してしまう虞がある。つまりＳパージによるＮＯｘ吸蔵触媒５２の再生効率が低下してしまう虞がある。
そこで本発明では、Ｓパージ中における触媒温度をできるだけ一定温度に維持することで、ＮＯｘ吸蔵触媒５２からの硫黄酸化物（ＳＯｘ）の排出量の減少を抑制し、ＮＯｘ吸蔵触媒５２を効率的に再生できるようにした。
以下、本発明の排気浄化装置５０における排気浄化触媒（ＮＯｘ吸蔵触媒）の再生処理（Ｓパージ）について詳細に説明する。
図２に示すように、再生処理（Ｓパージ）中には、排気管に還元剤である燃料を間欠的に供給してＮＯｘ吸蔵触媒５２から流出する排気の空燃比（触媒空燃比）がリッチに保たれるようにするリッチ継続期間Ｔａ１と、インジェクタ５４からの排気通路２５への燃料の供給を停止して触媒空燃比がリーンになるようにする長リーン期間Ｔａ２とが交互に繰り返し実行される。
リッチ継続期間Ｔａ１が開始時点Ｔ１では、触媒空燃比はリーンとなっている。このため、再生処理実行手段７１は、まずは短リーンＦ／Ｆ期間Ｔｂ１を実行して触媒空燃比が早期にリッチ化されるようにする。具体的には、短リーンＦ／Ｆ期間Ｔｂ１では、インジェクタ５４をＦ／Ｆ（フィードフォワード）制御して、インジェクタ５４が燃料を噴射する間隔（リーン時間）Ｔｌが、燃料を噴射している時間（リッチ時間）Ｔｒよりも短くなるようにする。つまりリッチ時間Ｔｒとリーン時間Ｔｌの比であるＲ／Ｌ比が初期値よりも小さくなるようにする。
これにより単位時間あたりに排気管２５にインジェクタ５４から供給される燃料を増加させ、触媒空燃比の早期リッチ化を図っている。なおリーン時間Ｔｌを無くして燃料を連続的に噴射すれば、触媒空燃比をより早期にリッチ化することはできる。ただし、触媒空燃比が急激に変化し過ぎてしまう虞がある。このため、短リーンＦ／Ｆ期間Ｔｂ１であっても燃料はインジェクタ５４から間欠的に排気管２５内に供給されることが望ましい。
短リーンＦ／Ｆ期間Ｔｂ１は、触媒空燃比が予め設定されている目標空燃比よりもリッチになると終了し、ＳパージはＦ／Ｆ期間Ｔｂ２に移行する。Ｆ／Ｆ期間Ｔｂ２においてもインジェクタ５４はＦ／Ｆ制御され、予め設定された初期値に基づいてインジェクタ５４から燃料が噴射される。本実施形態では、初期値として、リーン時間Ｔｌとリッチ時間Ｔｒとが同一時間に設定されている。
Ｆ／Ｆ期間Ｔｂ２は、触媒空燃比が目標空燃比よりもリッチ側で安定すると終了し、ＳパージはＦ／Ｂ（フィードバック）期間Ｔｂ３に移行する。例えば、本実施形態では、Ｆ／Ｆ期間Ｔｂ２に移行してから所定の時間が経過した後、ＳパージはＦ／Ｆ期間Ｔｂ２からＦ／Ｂ期間Ｔｂ３に移行する。Ｆ／Ｂ期間Ｔｂ３では、インジェクタ５４が触媒空燃比に基づいてＦ／Ｂ制御される。本実施形態では、スイング最大値（Ａ／Ｆスイング最大値）に基づいてインジェクタ５４がＦ／Ｂ制御される。
ここで、Ａ／Ｆスイング最大値とは、インジェクタ５４によって間欠的に燃料を噴射することによって変化する触媒空燃比の極大値である。また目標空燃比は、このＡ／Ｆスイング最大値の目標値として予め設定されたものである。そしてＦ／Ｂ期間Ｔｂ３においては、Ａ／Ｆスイング最大値が目標空燃比に近づくように、インジェクタ５４をＦ／Ｂ制御する。すなわち、上記リーン時間Ｔｌの長さを変更することで、Ａ／Ｆスイング最大値が目標空燃比に近づくように適宜制御している。
さらに本発明では、ＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度ができるだけ一定温度に維持されるように、ＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度（触媒温度）に基づいてインジェクタ５４をＦ／Ｂ制御している。すなわちＥＣＵ７０の間隔変更手段７２が、ＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度に応じてインジェクタ５４による燃料の供給間隔（リーン時間）Ｔｌを適宜制御している。なお本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度は、ＮＯｘ吸蔵触媒５２の出口付近に設けられた排気温センサ５５の検出結果に基づいて求められる。
間隔変更手段７２は、具体的には、排気温センサ５５の検出結果に基づくＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度（触媒温度）Ｔｅ１と予め設定された設定温度Ｔｅ２との温度差Ｔｅ３に応じてインジェクタ５４による燃料の供給間隔（リーン時間）Ｔｌを変更する。設定温度Ｔｅ２は、例えば、Ｓパージに必要なＮＯｘ吸蔵触媒５２の最低温度付近に設定される。
例えば、図３に示すように、触媒温度Ｔｅ１が設定温度Ｔｅ２よりも高い状態では、間隔変更手段７２は、触媒温度Ｔｅ１と設定温度Ｔｅ２との温度差Ｔｅ３が大きいほどリーン時間Ｔｌが短くなるようにする。一方、触媒温度Ｔｅ１が設定温度Ｔｅ２よりも低い状態では、上記温度差Ｔｅ３が大きいほどリーン時間Ｔｌが長くなるようにする。つまり触媒温度Ｔｅ１が低いほどリーン時間Ｔｌを長くする。これにより触媒温度Ｔｅ１を上昇或いは低下させることができ、触媒温度Ｔｅ１を一定温度に維持し易くなる。
なお本願発明は、Ｓパージ中にＮＯｘ吸蔵触媒５２の空燃比（触媒空燃比）がリッチである場合には、触媒空燃比をリーン側にシフトさせることで触媒温度Ｔｅ１が上昇するという新たな知見に基づく新規なものである。
また本実施形態では、上述したようにＦ／Ｂ期間Ｔｂ３においては、インジェクタ５４はＡ／Ｆスイング最大値が目標空燃比に近づくように制御されている。このため、間隔変更手段７２は、触媒温度Ｔｅ１に応じて目標空燃比を変更することで、結果的にリーン時間Ｔｌを変更している。すなわち間隔変更手段７２は、ＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度が低くなるほど目標空燃比をリーン側に変更する。それに伴って、再生処理実行手段７１は、変更された目標空燃比にＡ／Ｆスイング最大値が近づくようにリーン時間ＴｌをＦ／Ｂ制御する。その結果、リーン時間Ｔｌは長くなり、ＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度Ｔｅ１が上昇することになる。
以下、触媒温度に基づくインジェクタ５４のＦ／Ｂ制御の一例について、図４のフローチャートを参照してさらに説明する。
図４に示すように、まずステップＳ１１で排気温センサ５５の検出結果に基づくＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度Ｔｅ１を求める。次いでステップＳ１２で、この触媒温度Ｔｅ１と設定温度Ｔｅ２との温度差Ｔｅ３を求める。ステップＳ１３では、例えば、予め記憶されているマップ等を参照して、間隔変更手段７２が、目標空燃比を温度差Ｔｅ３に適した値に変更する。例えば、触媒温度Ｔｅ１を上昇させたい場合には、目標空燃比をリーン側に変更する。目標空燃比が変更されると、再生処理実行手段７１は、変更された目標空燃比に基づいてインジェクタ５４をＦ／Ｂ制御する（ステップＳ１４）。すなわちＡ／Ｆスイング最大値が変更された目標空燃比に近づくように、インジェクタ５４による燃料の噴射間隔（リーン時間）Ｔｌが適宜変更される。
以上のように本発明では、触媒温度Ｔｅ１に応じてインジェクタ５４による燃料の噴射間隔（リーン時間）Ｔｌを変更するようにしたので、ＮＯｘ吸蔵触媒５２の空燃比を必要以上に変化させることなく、ＮＯｘ吸蔵触媒５２の温度を一定温度に維持し易くなる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、インジェクタによる燃料の供給間隔（リーン時間）を変更するようにした例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明では、リーン時間を変更することで、結果として、上述したようにＲ／Ｌ比を変更している。したがって、リッチ時間を変更することで、相対的にリーン時間を変更するようにしてもよい。
また、上述した実施形態では再生処理としてＳパージを例示したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。例えば、ＮＯｘパージに際しても本発明を適用することができる。また、上述した実施形態では還元剤として燃料を用いたが、勿論、炭化水素であれば燃料以外であってもよい。
また、上述した実施形態ではディーゼルエンジンを例示したが、勿論、他のエンジンにも本発明を適用することができる。
１０ エンジン
１１ エンジン本体
１２ シリンダヘッド
１３ シリンダブロック
１４ シリンダボア
１５ ピストン
１６ コンロッド
１７ クランクシャフト
１８ 燃焼室
１９ 吸気ポート
２０ 吸気マニホールド
２１ 吸気管
２２ 吸気弁
２３ 排気ポート
２４ 排気マニホールド
２５ 排気管（排気通路）
２６ 排気弁
２７ ターボチャージャ
２８ インタークーラ
２９ スロットルバルブ
３０ ＥＧＲ管
３１ ＥＧＲクーラ
３２ ＥＧＲ弁
３３ 燃料噴射弁
３４ コモンレール
３５ サプライポンプ
５０ 排気浄化装置
５１ 酸化触媒
５２ ＮＯｘ吸蔵触媒
５３ ＤＰＦ
５４ インジェクタ
５５ 排気温センサ
５６ 空燃比センサ
７１ 再生処理実行手段
７２ 間隔変更手段

Claims (5)

  1. エンジンの排気通路に設けられて排気を浄化するＮＯｘ吸蔵触媒と、
    前記ＮＯｘ吸蔵触媒よりも上流側に配されて前記排気通路に還元剤として炭化水素を噴射する還元剤供給手段と、
    前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を検出する温度検出手段と、
    前記還元剤供給手段を制御して前記排気通路に還元剤を間欠的に供給して前記ＮＯｘ吸蔵触媒から流出する排気の空燃比がリッチに保たれるようにするリッチ継続期間を含み、且つ前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度を設定温度以上とすることで、前記ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵された排気成分を放出させる再生処理を実行する再生処理実行手段と、
    前記リッチ継続期間において、前記温度検出手段によって検出された前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度と前記設定温度との温度差に応じて前記還元剤供給手段による前記還元剤の供給間隔を変更する間隔変更手段と、
    を備えることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
  2. 請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置において、
    前記間隔変更手段は、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が前記設定温度よりも高い状態では、前記温度差が大きいほど前記供給間隔を短くすることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
  3. 請求項１又は２に記載のエンジンの排気浄化装置において、
    前記間隔変更手段は、前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度が前記設定温度よりも低い状態では、前記温度差が大きいほど前記供給間隔を長くすることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
  4. 請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジンの排気浄化装置において、
    前記再生処理実行手段は、前記再生処理として、前記リッチ継続期間と、前記排気通路への還元剤の供給を停止して前記ＮＯｘ吸蔵触媒から流出する排気の空燃比がリーンになるようにする長リーン期間とを交互に繰り返し実行することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
  5. 請求項１〜４の何れか一項に記載のエンジンの排気浄化装置において、
    前記ＮＯｘ吸蔵触媒から流出する排気の空燃比を検出する空燃比検出手段を備え、
    前記間隔変更手段は、前記温度検出手段によって検出された前記ＮＯｘ吸蔵触媒の温度と前記設定温度との温度差に応じて前記ＮＯｘ吸蔵触媒から流出する排気の目標空燃比を変更し、
    前記再生処理実行手段は、前記空燃比検出手段によって検出された前記ＮＯｘ吸蔵触媒から流出する排気の空燃比が前記目標空燃比よりもリッチ側になると、前記ＮＯｘ吸蔵触媒から流出する排気の空燃比が前記目標空燃比に近づくように前記還元剤供給手段による燃料の供給間隔をフィードバック制御することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5862868B2 (ja) * 2011-11-18 2016-02-16 三菱自動車工業株式会社 エンジンの排気浄化装置
JP2016061146A (ja) 2014-09-12 2016-04-25 いすゞ自動車株式会社 排気浄化システム
JP6439334B2 (ja) * 2014-09-12 2018-12-19 いすゞ自動車株式会社 排気浄化システム
JP6504339B2 (ja) * 2014-12-08 2019-04-24 三菱自動車工業株式会社 エンジンの排気浄化装置
JP6485035B2 (ja) * 2014-12-24 2019-03-20 いすゞ自動車株式会社 内燃機関の排気ガス浄化システム及び内燃機関の排気ガス浄化方法
JP6492854B2 (ja) 2015-03-25 2019-04-03 いすゞ自動車株式会社 排気浄化装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3264226B2 (ja) * 1997-08-25 2002-03-11 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP3613676B2 (ja) * 2000-07-24 2005-01-26 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP3645841B2 (ja) * 2001-08-28 2005-05-11 本田技研工業株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP3757856B2 (ja) * 2001-12-07 2006-03-22 トヨタ自動車株式会社 排気ガス浄化装置
JP3972864B2 (ja) * 2003-06-04 2007-09-05 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化システム
JP3962386B2 (ja) * 2004-03-11 2007-08-22 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
DE102005014872A1 (de) * 2004-03-31 2005-11-17 Mitsubishi Fuso Truck And Bus Corp. Abgasreinigungsvorrichtung
WO2006041545A2 (en) * 2004-10-04 2006-04-20 Southwest Research Institute Method for the simultaneous desulfation of a lean nox trap and regeneration of a diesel particulate filter
JP4910932B2 (ja) * 2007-08-01 2012-04-04 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP4816606B2 (ja) * 2007-09-18 2011-11-16 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化システム

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