JPH11153021A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気管に直列に配置した複数個の全てのＮＯ
ｘ触媒に後噴射燃料（ＨＣ）を供給できるようにする。 【解決手段】 排気管１８に２個のＮＯｘ触媒１９，２
０を直列に設置し、両ＮＯｘ触媒１９，２０の間に排気
温度センサ２１を設置する。ＥＣＵ２２は、ディーゼル
エンジン１０の運転状態に応じて、パイロット噴射、主
噴射、後噴射の噴射量と噴射時期を演算すると共に、排
気温度センサ２１で検出した上流側ＮＯｘ触媒１９の温
度（上流側触媒温度）が高いほど後噴射時期を遅角補正
する。後噴射時期の補正により、後噴射時のシリンダ内
の温度が変化して後噴射燃料の改質度合が変化するた
め、上流側触媒温度に応じて後噴射時期を補正して後噴
射燃料の改質度合を調整することで、上流側ＮＯｘ触媒
１９で反応するＨＣ量を制御し、後噴射により供給した
ＨＣを下流側ＮＯｘ触媒２０まで到達させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気中
に含まれる窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」と表記する）を
複数の触媒で浄化する内燃機関の排気浄化装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、特開平４−２１４９１９号公報に
示すように、排気の浄化効率を高めるために、内燃機関
の排気管に複数個の触媒を直列に配置することが提案さ
れている。また、ディーゼルエンジン等の酸素過剰雰囲
気の排気中でＮＯｘを浄化するためには、触媒にＮＯｘ
の還元剤として燃料等の炭化水素（以下「ＨＣ」と表記
する）を供給する必要がある。

【０００３】図２に示すように、触媒におけるＨＣの反
応量は触媒温度の上昇とともに上昇し（図２のＢ）、触
媒温度が高いと、ＨＣの反応量がほぼ１００％となる
（図２のＣ）。従って、直列に配置した触媒の最上流か
らＨＣを供給する場合には、上流側に配置された触媒の
温度が高いと、供給したＨＣのほぼ全量が上流側の触媒
で反応してしまい、下流側の触媒にはＨＣを供給できな
い。このため、下流側の触媒ではＮＯｘを浄化すること
ができず、高いＮＯｘ浄化率が得られないという問題が
ある。

【０００４】この問題を解決するために、特開平４−２
１４９１９号公報では、直列に設置した複数個の触媒の
それぞれの上流に複数個のＨＣ供給装置を設け、それぞ
れの触媒に対して別々にＨＣを供給するようにしてい
る。これにより、複数個の全ての触媒にＨＣを供給する
ことで、高いＮＯｘ浄化率が得られるようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報の構
成では、複数の触媒のそれぞれにＨＣ供給装置が１つず
つ必要になることから構成が複雑になり、コストが高く
なるばかりか、装置が大型化して、車載が事実上、困難
になるという問題がある。

【０００６】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、簡素な構成で複数個
の全ての触媒にＨＣを供給することを可能とし、高効率
でＮＯｘを浄化できる内燃機関の排気浄化装置を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれ
ば、排気通路に複数の触媒を直列に設置し、燃料噴射制
御手段は、各気筒の燃料噴射手段に対し圧縮上死点近傍
で機関出力発生のための主噴射指令を出力すると共に、
少なくとも１つの気筒の燃料噴射手段に対し機関の膨張
行程又は排気行程において前記触媒にＨＣを供給するた
めの後噴射指令を出力する。この際、複数の触媒の中で
最下流の触媒よりも上流側に配置された触媒（以下「上
流側触媒」という）の活性状態を上流側触媒活性状態判
定手段により判定し、その上流側触媒の活性状態に応じ
て後噴射時期を後噴射時期補正手段により補正する。こ
れにより、上流側触媒で反応するＨＣ量を制御して、後
噴射により供給したＨＣを下流側触媒まで到達させるよ
うにする。

【０００８】ここで、後噴射時期の補正により上流側触
媒で反応するＨＣ量を制御できる理由を説明する。後噴
射する燃料（軽油）は、高沸点ＨＣであるが、これがシ
リンダ内の燃焼熱により改質（熱分解）されて低沸点Ｈ
Ｃに変化し、この低沸点ＨＣの割合が高くなるほど（つ
まり改質度合が高くなるほど）、触媒上で反応しやすく
なる。図３に示すように、後噴射燃料（ＨＣ）の改質度
合は後噴射時のシリンダ内の温度によって変化し、後噴
射時のシリンダ内の温度は後噴射時期によって変化する
ため、後噴射時期を変えれば、後噴射燃料（ＨＣ）の改
質度合を変えることができる。

【０００９】このように、後噴射燃料の改質度合の変化
によりＨＣの反応性が変わるため、上流側触媒で反応す
るＨＣ量を制御することが可能となる。このため、上流
側触媒の活性状態に応じて後噴射時期を補正すること
で、下流側触媒にもＨＣを行き渡らせることができ、複
数の触媒を全て有効に使用してＮＯｘを効率良く浄化す
ることができ、高いＮＯｘ浄化率を得ることができる。
しかも、後噴射により複数の触媒にＨＣを供給するた
め、前記公知例のように触媒の個数と同数のＨＣ供給装
置を設ける必要がなく、装置の構成を簡素化できて、装
置を小型化・低コスト化することができ、車載が容易で
ある。

【００１０】この場合、請求項２のように、上流側触媒
活性状態判定手段で判定した上流側触媒の活性状態が低
いほど、後噴射時期を進角補正し、上流側触媒の活性状
態が高いほど、後噴射時期を遅角補正するように構成す
ると良い。すなわち、上流側触媒の温度が高く活性状態
が高い場合（図２のＣ）には、後噴射時期を遅角補正す
ると、後噴射時のシリンダ内の温度が低くなるため、Ｈ
Ｃの改質度合が小さく（炭素数が大きく）なり、高沸点
ＨＣの割合が多いＨＣを触媒上流から供給できる。高沸
点ＨＣは反応性が低く、高い温度でもあまり反応しない
ため、上流側触媒の温度が高く活性状態が高くても、そ
こでのＨＣ反応量を抑制することが可能となり、下流触
媒にもＨＣを行き渡らせることができる。

【００１１】一方、上流側触媒の温度が低く活性状態が
低い場合（図２のＡ及びＢの低温側）には、後噴射時期
を進角補正すると、後噴射時のシリンダ内の温度が高く
なるため、ＨＣの改質度が大きく（炭素数が小さく）な
り、低沸点ＨＣの割合が多いＨＣを触媒上流から供給で
きる。低沸点ＨＣは反応性が高く、比較的低い温度でも
反応するため、上流側触媒の温度が低く活性状態が低く
ても、ＮＯｘを浄化することが可能となる。また、低温
時（図２のＡ及びＢの低温側）には触媒におけるＨＣの
浄化率が比較的低いため、上流側触媒で反応しなかった
ＨＣが下流側触媒に供給される。これにより、複数個の
触媒を全て有効に使用してＮＯｘを効率良く浄化するこ
とができ、高いＮＯｘ浄化率を得ることができる。

【００１２】また、請求項３では、排気通路に直列に配
設された複数の触媒の間に、主排気通路と、ＨＣ吸着材
を有するバイパス排気通路を並列に設けると共に、この
並列通路よりも上流側に配置された触媒の活性状態を上
流側触媒活性状態判定手段により判定して、その判定結
果に応じて両排気通路を排気通路切換手段により切り換
えるようにしても良い。このようにすれば、上流側触媒
の活性状態が高く、後噴射したＨＣが上流側触媒で全量
反応してしまう場合でも、排気の流れを、ＨＣ吸着材を
有するバイパス排気通路に切り換えることで、それまで
にＨＣ吸着材に吸着させておいたＨＣを脱離させて下流
側の触媒に供給することができる。従って、上流側触媒
の活性状態が高くなっても、下流側の触媒にＨＣを供給
することができ、全ての触媒を有効に使うことができ
て、高いＮＯｘ浄化率を得ることができる。

【００１３】この場合、請求項４のように、上流側触媒
の活性状態がＮＯｘ浄化率の高い所定範囲内（図２の
Ｂ）であるか否かによって排気通路切換手段を切り換え
るようにしても良い。例えば、上流側触媒の活性状態が
所定範囲よりも低い場合（図２のＡ）には、ＨＣの浄化
率が低いため、供給したＨＣが未反応のまま上流側触媒
を通過してしまう。そこで、この状態では、排気をバイ
パス排気通路側へ流し、通過したＨＣをＨＣ吸着材で吸
着するようにする。つまり、上流側触媒の活性状態が所
定範囲よりも低い場合には、下流側触媒の活性状態も所
定範囲よりも低いと推定し、上流側触媒を通過した排気
中のＨＣをバイパス排気通路内のＨＣ吸着材で吸着する
ことで、その後のＮＯｘの浄化のためにＨＣを蓄えるも
のである。これにより、後噴射量を低減できると共に、
ＨＣが下流側触媒をすり抜けて大気中に排出されること
を防止でき、大気中へのＨＣ排出量を大幅に低減するこ
とができる。

【００１４】また、上流側触媒の活性状態が所定範囲内
（図２のＢ）にある場合には、供給したＨＣの一部が未
反応のまま上流側触媒を通過するが、排気温度が比較的
高いため、下流側触媒の温度も高くなり、下流側触媒で
もＮＯｘを浄化可能となる。そこで、この状態では、排
気の流れを主排気通路側に切り換えて、上流側触媒を通
過したＨＣを主排気通路を通して下流側触媒へ供給する
ことで、下流側触媒でもＮＯｘを浄化することができ
る。

【００１５】また、上流側触媒の活性状態が所定範囲よ
りも高い場合（図２のＣ）には、上流側触媒におけるＨ
Ｃ浄化率がほぼ１００％となるため、後噴射により供給
したＨＣは、全て上流側触媒で反応してしまい、下流側
触媒には供給されない。そこで、この状態では、高温の
排気をバイパス排気通路側へ流して、ＨＣ吸着材の温度
を上昇させることで、それまでにＨＣ吸着材に吸着させ
ておいたＨＣを脱離させて下流側触媒へ供給し、下流側
触媒でＮＯｘを浄化する。

【００１６】このように、上流側触媒の活性状態が所定
範囲内（図２のＢ）であるか否かによって排気通路を切
り換えるようにすれば、上流側触媒の活性状態が変化し
ても下流側触媒へＨＣを確実に供給することができ、全
ての触媒を有効に使用して、高いＮＯｘ浄化率を得るこ
とができる。

【００１７】また、請求項５のように、上流側触媒の活
性状態に加え、下流側触媒の活性状態を判定し、両者を
もとに排気通路切換手段を次のように切り換えるように
しても良い。

【００１８】（１）上流側触媒の活性状態が所定範囲よ
りも低い場合（図２のＡ） この場合には、上流側触媒で未反応のＨＣが上流側触媒
を通過する。その際、下流側触媒の活性状態が所定範囲
内（図２のＢ）にあり、下流側触媒において高いＮＯｘ
浄化率が得られる場合には、排気を主排気通路へ流し、
ＨＣを直接下流側触媒へ供給してＮＯｘを浄化させる。
一方、下流側触媒の活性状態が所定範囲内になく（図２
のＡとＣ）、下流側触媒において高いＮＯｘ浄化率が得
られない場合には、下流側触媒でＨＣを有効に利用でき
ないため、排気をバイパス排気通路へ流し、排気中のＨ
ＣをＨＣ吸着材に吸着させる。

【００１９】（２）上流側触媒の活性状態が所定範囲内
にある場合（図２のＢ） この場合には、供給したＨＣの多くが上流側触媒で反応
するため、下流側触媒の活性状態が所定範囲内（図２の
Ｂ）にあっても、下流側触媒では、ＨＣが不足してＮＯ
ｘ浄化率が低下する。そこで、この場合には、排気をバ
イパス排気通路へ流す。これにより、ＨＣ吸着材に比較
的高温の排気が通過するため、それまでにＨＣ吸着材に
吸着させておいたＨＣが脱離し、下流側触媒へと供給さ
れるため、下流側触媒にも十分な量のＨＣが供給されて
ＮＯｘが浄化される。一方、下流側触媒の活性状態が所
定範囲内になく（図２のＡとＣ）、下流側触媒において
高いＮＯｘ浄化率が得られない場合には、下流側触媒で
は、ＨＣを有効に利用できないため、排気を主排気通路
へ流すことで、バイパス排気通路内のＨＣ吸着材からの
ＨＣの脱離を防ぐ。

【００２０】（３）上流側触媒の活性状態が所定範囲よ
りも高い場合（図２のＣ） この場合には、供給したＨＣのほぼ全てが上流側触媒で
反応するため、上流側触媒の活性状態が所定範囲内にあ
る場合と同様に、下流側触媒の活性状態が所定範囲内で
あるか否かによって排気通路を切り換える。

【００２１】以上のように、上流側触媒の活性状態と下
流側触媒の活性状態に応じて排気通路を切り換えること
で、後噴射により供給したＨＣを複数の触媒それぞれに
おいて極めて効率良く利用でき、ＮＯｘ浄化率を高める
ことができる。

【００２２】ところで、主排気通路に排気を流す時間が
長くなると、バイパス排気通路内のＨＣ吸着材の温度が
放熱のために低下する。この状態で、排気の流れを主排
気通路からバイパス排気通路側へ急に切り換えると、冷
えたＨＣ吸着材を排気が通過するため、排気温度が下が
る。そのため、下流側触媒の温度が低下して、ＮＯｘ浄
化率が低下する場合がある。

【００２３】この対策として、請求項６のように、排気
の流れを主排気通路からバイパス排気通路に切り換える
際に、暫くの期間は、排気通路切換手段をバイパス排気
通路側と主排気通路側とに交互に切り換える動作を繰り
返すようにしても良い。このようにすれば、排気の流れ
を主排気通路からバイパス排気通路に切り換える際に、
暫くの期間は、高温の排気が間欠的に主排気通路を通っ
て下流側触媒に供給されるため、下流側触媒の急激な温
度低下を防ぐことができ、排気通路切換直後から下流側
触媒でも高い浄化率でＮＯｘを浄化することができる。

【００２４】この場合、請求項７のように、排気の流れ
を主排気通路からバイパス排気通路に切り換える際に、
上流側触媒の活性状態の変化速度に応じて排気通路切換
手段の切換周波数と切換間隔の時間比率の少なくとも一
方を変化させるようにしても良い。すなわち、上流側触
媒の活性状態の変化が緩やかな時ほど（つまり排気温度
の変化が緩やかな時ほど）、排気の流れを主排気通路か
らバイパス排気通路に急激に切り換えると、下流側触媒
に流入する排気の温度低下によるＮＯｘ浄化率の低下が
大きくなりやすい。この場合には、排気通路切換手段の
切換周波数を大きくして、バイパス排気通路側から下流
側触媒に低温の排気を供給する時間間隔を短くしたり、
或は、主排気通路側を流す排気の割合を多くするように
切換間隔の時間比率を変更すれば、下流側触媒に流入す
る排気の温度低下を抑えることができて、下流側触媒の
ＮＯｘ浄化率の低下をより確実に防ぐことができる。

【００２５】また、請求項８のように、直列に設置した
複数の触媒にそれぞれＨＣ吸着材を設け、そのＨＣ吸着
能力を下流側のＨＣ吸着材ほど大きくしても良い。すな
わち、触媒高活性時に、直列に設置した触媒のうち上流
側の触媒には、主に後噴射によりＨＣを供給し、一方、
下流側の触媒には、主にＨＣ吸着手段にて予め吸着して
いたＨＣを脱離させることでＨＣを供給する。これによ
り、触媒高活性時に後噴射により供給したＨＣが上流側
の触媒で消費されて下流側の触媒へ到達しにくいという
事情があっても、ＨＣ吸着手段からＨＣを脱離させて下
流側の触媒にＨＣを供給することができるため、触媒高
活性時に下流側触媒においてＨＣが不足してＮＯｘを浄
化できなくなることを防止することができ、浄化率向上
に極めて有効である。

【００２６】この場合、上流側のＨＣ吸着手段のＨＣ吸
着能力を大きくすると、後噴射で供給したＨＣの多くが
上流側のＨＣ吸着手段で吸着されてしまい、下流側のＨ
Ｃ吸着手段へ到達するＨＣが少なくなってしまう。そこ
で、請求項８では、ＨＣ吸着手段のＨＣ吸着能力が上流
側のものより下流側のものの方が大きくなるように構成
することで、後噴射で供給したＨＣを下流側にも十分に
行き渡らせて、上流側、下流側の双方のＨＣ吸着手段に
十分な量のＨＣを吸着させる。その後、触媒の活性状態
が高くなった時に、各ＨＣ吸着手段からＨＣが脱離して
下流側の触媒にも供給されるため、下流側の触媒も、上
流側の触媒と同じように有効に使用してＮＯｘを浄化す
ることができ、ＮＯｘ浄化率を大きく向上することがで
きる。

【００２７】更に、請求項９のように、複数の触媒の中
で最下流の触媒よりも上流側に設置された触媒（以下
「上流側触媒」という）の活性状態を上流側触媒活性状
態判定手段により判定し、上流側触媒の活性状態が低く
上流側触媒におけるＮＯｘ浄化率が低い場合には後噴射
指令を所定期間だけ出力するようにしても良い。すなわ
ち、上流側触媒の活性状態が低くＮＯｘ浄化率が低い場
合には、上流側触媒及び下流側触媒のＨＣ吸着手段にＨ
Ｃを吸着させて、その後の触媒高活性時に各ＨＣ吸着手
段からＨＣを脱離させてＮＯｘ浄化率を向上することを
狙う。但し、ＨＣ吸着手段のＨＣ吸着量は有限であるた
め、過剰のＨＣ供給はＮＯｘ浄化率向上につながらず、
燃費悪化を招いてしまう。そこで、所定期間だけ後噴射
を実施して有効なＨＣ量を吸着した後は後噴射を中止す
ることで、後噴射による燃料消費を必要最小限に抑え
て、低燃費の要求を満たす。

【００２８】

【発明の実施の形態】［実施形態（１）］以下、本発明
をディーゼルエンジンに適用した実施形態（１）を図１
乃至図８に基づいて説明する。

【００２９】まず、図１に基づいてエンジン制御システ
ム全体の構成を説明する。内燃機関であるディーゼルエ
ンジン１０の各気筒には、吸気管１１を通して吸入され
る吸入空気が吸気マニホールド１３を通して吸入され
る。ディーゼルエンジン１０の各気筒には、電磁弁式の
燃料噴射弁１４（燃料噴射手段）が取り付けられ、各燃
料噴射弁１４には、高圧燃料ポンプ１５から高圧に蓄圧
された燃料がコモンレール１６を通して分配される。こ
のコモンレール１６には、燃料噴射弁１４に分配する燃
料の圧力（コモンレール燃圧）を検出する燃圧センサ１
２が取り付けられている。

【００３０】燃料噴射弁１４は、図４に示すように、圧
縮上死点近傍でエンジン出力発生のための主噴射を行う
と共に、この主噴射に先立ち、パイロット噴射を行って
少量の燃料を噴射し、この燃料が着火状態になったとこ
ろで、主噴射を行うことで、燃焼初期の予混合燃焼を減
少させてＮＯｘ排出量を低減させる。更に、少なくとも
１つの気筒の燃料噴射弁１４は、膨張行程又は排気行程
において後述するＮＯｘ触媒２０，２１にＨＣを供給す
るための後噴射を実行する。

【００３１】ディーゼルエンジン１０の各気筒から排出
される排気ガスは、排気マニホールド１７を通して１本
の排気管１８（排気通路）に排出され、この排気管１８
の途中には、２個のＮＯｘ触媒１９，２０が直列に配設
されている。各ＮＯｘ触媒１９，２０は、セラミックや
金属等の担体の表面に、酸素過剰雰囲気中でも還元剤
（ＨＣ）の存在下でＮＯｘを還元浄化可能な触媒成分
（例えばＣｕーゼオライトやＰｔ−ゼオライト等）を担
持したものである。

【００３２】この場合、担持されたゼオライトは低温時
（例えば２００℃以下）に排気中のＨＣを吸着し、高温
時（例えば２００℃以上）に吸着したＨＣを脱離する炭
化水素吸着手段の役割を果たし、ゼオライト量が多いほ
どＨＣ吸着能力が大きくなる。本実施形態（１）では、
上流側のＮＯｘ触媒１９と比較して下流側のＮＯｘ触媒
２０のゼオライトの量を増やして（例えば１．５倍）担
持する。

【００３３】このＮＯｘ触媒１９，２０のＮＯｘ浄化特
性は、図２に示すように、所定温度範囲ＢにおいてＮＯ
ｘ浄化率が高く、これ以外の温度範囲Ａ，ＣではＮＯｘ
浄化率が極端に低下する。また、ＮＯｘ触媒１９，２０
のＨＣ浄化特性は、低温領域Ａでは、ＨＣはほとんど反
応せずに通り抜ける。更に、ＮＯｘ浄化率が高くなる所
定温度範囲Ｂでは、温度が高くなるほどＨＣ浄化率が高
くなり、高温領域Ｃでは、ＨＣ浄化率がほぼ１００％と
なる。

【００３４】２個のＮＯｘ触媒１９，２０の間には排気
温度センサ２１が設置されている。この排気温度センサ
２１は、上流側ＮＯｘ触媒１９の流出ガス温度を検出す
ることで、上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態（触媒温
度）を判定する上流側触媒活性状態判定手段としての役
割を果たす。

【００３５】この排気温度センサ２１の出力信号は、エ
ンジン電子制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２２
に入力される。このＥＣＵ２２は、エンジン回転数セン
サ２３やアクセルセンサ２４等の出力信号を読み込んで
ディーゼルエンジン１０の運転状態を検出し、パイロッ
ト噴射、主噴射、後噴射の噴射量と噴射時期を演算し、
特許請求の範囲でいう燃料噴射制御手段としての役割を
果たすと共に、排気温度センサ２１で検出した排気温
度、すなわち上流側ＮＯｘ触媒１９の温度（以下「上流
側触媒温度」という）に応じて後噴射時期を補正する。

【００３６】この場合、上流側触媒温度が低い場合（図
２のＡ）には、所定期間だけ後噴射を行う。すなわち、
温度が高いシリンダ内へ燃料を後噴射して十分にガス化
したＨＣをＮＯｘ触媒１９，２０へ供給する。このＨＣ
は、活性が低い上流側ＮＯｘ触媒１９ではほとんど反応
せず、その一部が上流側ＮＯｘ触媒１９のＨＣ吸着手段
（ゼオライト）に吸着されるが、ガス化しているためそ
の吸着量は少なく、多くが下流側ＮＯｘ触媒２０のＨＣ
吸着手段へ到達する。下流側ＮＯｘ触媒２０のＨＣ吸着
手段はＨＣ吸着能力が大きいため、到達したＨＣの大部
分がそこで吸着される。こうして下流側ＮＯｘ触媒２０
のＨＣ吸着手段に吸着されたＨＣは、その後の触媒活性
時に脱離して下流側ＮＯｘ触媒２０へと供給されてＮＯ
ｘ浄化に有効に使われる。その際にＨＣ吸着手段におけ
るＨＣ吸着量には上限があり、また長時間にわたる多量
の後噴射は燃費悪化につながるため、これを回避すべ
く、所定期間経過したら後噴射を中止する。

【００３７】一方、上流側触媒温度が比較的高い場合
（図２のＢ、Ｃ）には、上流側触媒温度が低いほど、後
噴射時期を遅角補正する。すなわち、上流側触媒温度が
高い場合には、供給したＨＣのほぼ全量が上流側ＮＯｘ
触媒１９で反応するため、下流側ＮＯｘ触媒２０にはＨ
Ｃが行き渡らず、下流側ＮＯｘ触媒２０ではＮＯｘを浄
化できなくなってしまう。

【００３８】これを防ぐために、上流側触媒温度が高い
場合には、後噴射時期を遅角して、後噴射時のシリンダ
内の温度を低くし、それによってＨＣの改質度合を低下
させて、高沸点ＨＣの割合が多いＨＣを両ＮＯｘ触媒１
９，２０に供給する。高沸点ＨＣは反応性が低く、高い
温度でもあまり反応しないため、上流側触媒温度が高く
活性状態が高くても、上流側ＮＯｘ触媒１９でのＨＣ反
応量を抑制することが可能となり、下流側ＮＯｘ触媒２
０にもＨＣを供給することができる。

【００３９】一方、上流側触媒温度が比較的低い場合
（図２のＢ、特に低温側）には、後噴射時期を進角し
て、後噴射時のシリンダ内の温度を高くし、それによっ
てＨＣの改質度合を大きくして、低沸点ＨＣの割合が多
いＨＣを両ＮＯｘ触媒１９，２０に供給する。低沸点Ｈ
Ｃは反応性が高く、比較的低い温度でも反応するため、
上流側触媒温度が低く活性状態が低くても、ＮＯｘを浄
化することが可能となる。また、低温時（図２のＢ、特
に低温側）ではＨＣ浄化率が比較的低いため、上流側Ｎ
Ｏｘ触媒１９で反応しなかったＨＣが下流側ＮＯｘ触媒
２０へ供給される。これにより、上流側と下流側の２つ
のＮＯｘ触媒１９，２０を有効に使用してＮＯｘを効率
良く浄化することができ、高いＮＯｘ浄化率を得ること
ができる。

【００４０】以上説明したＮＯｘ浄化制御は、図５に示
す後噴射時期補正プログラムにより実行される。本プロ
グラムは、ＥＣＵ２２にて所定時間毎（例えば１秒毎）
に実行され、特許請求の範囲でいう後噴射時期補正手段
としての役割を果たす。本プログラムが起動されると、
まず、ステップ１０１において、排気温度センサ２１の
出力信号を読み込む。この場合、排気温度センサ２１は
上流側ＮＯｘ触媒１９の下流に設けられているため、排
気温度センサ２１で検出する温度は、上流側ＮＯｘ触媒
１９の流出ガス温度であり、ひいては上流側ＮＯｘ触媒
１９の活性状態を表す上流側触媒温度Ｔである。

【００４１】次のステップ１０２で、この上流側触媒温
度Ｔが含まれる領域が図２のＡ、Ｂ、Ｃのいずれに該当
するか判定する。例えば、上流側触媒温度Ｔが２００℃
以下ならばＡと判定し、上流側触媒温度Ｔが２００〜３
００℃ならばＢと判定し、上流側触媒温度Ｔが３００℃
以上ならばＣと判定する。

【００４２】そして、上記ステップ１０２で判定した領
域がＡならば、ステップ１０３にて後噴射を実施する。
この際の後噴射時期は、後噴射燃料がシリンダ内で燃焼
しない時期に設定され、各センサの出力をもとにＥＣＵ
２２にて決定する。ステップ１０３で後噴射を開始した
後、ステップ１０４にて所定時間が経過したか否かを判
定し、経過していなければ、経過するまで待機し、経過
した時点で、ステップ１０５へ進み、後噴射を中止す
る。この場合の所定時間は、例えばＨＣ吸着手段におけ
る飽和吸着量とエンジン運転条件、後噴射量等をもとに
ＥＣＵ２２にて決定する。また、簡易的に一定値として
もよい。

【００４３】一方、上記ステップ１０２で判定した領域
がＢ或はＣならば、ステップ１０６へ進み、この上流側
触媒温度Ｔを設定温度Ｔ１と比較する。ここで、設定温
度Ｔ１は、図２のＢにおいてＮＯｘ浄化率がピークとな
る温度であり、例えば２５０〜５００℃の間に設定され
ている。もし、上流側触媒温度Ｔが設定温度Ｔ１よりも
高ければ、ステップ１０７に進み、上流側触媒温度Ｔに
応じて後噴射時期をマップ等により遅角補正し、次のス
テップ１０８で、補正した後噴射時期で後噴射を実施す
る。その際の後噴射時期の補正量は、図６に示すよう
に、上流側触媒温度Ｔが高いほど遅角量を大きくする。
これにより、上流側触媒温度Ｔが高いほどＨＣの改質度
合を小さくして反応性が低いＨＣを得ることで、図７に
示すように、上流側ＮＯｘ触媒１９におけるＨＣの反応
による減少量を少なくでき、下流側ＮＯｘ触媒２０にも
十分な量のＨＣを供給できる。この結果、下流側ＮＯｘ
触媒２０でも十分にＮＯｘを浄化できるようになり、高
いＮＯｘ浄化率を得ることができる。

【００４４】一方、上流側触媒温度Ｔが設定温度Ｔ１以
下であれば、ステップ１０９に進み、上流側触媒温度に
応じて後噴射時期をマップ等により進角補正し、続くス
テップ１０８で、補正した後噴射時期で後噴射を実施す
る。その際の後噴射時期の補正量は、図６に示すよう
に、上流側触媒温度Ｔが低いほど進角量を大きくする。
これにより、上流側触媒温度Ｔが低いほどＨＣの改質度
合を大きくして反応性が高いＨＣを得ることで、図８に
示すように、上流側と下流側の両ＮＯｘ触媒１９，２０
を有効に使用してＮＯｘを効率良く浄化することがで
き、高いＮＯｘ浄化率を得ることができる。

【００４５】以上説明した実施形態（１）では、図６の
マップに従って、上流側触媒温度に応じて後噴射時期を
連続的に補正するようにしたが、後噴射時期の補正量を
上流側触媒温度に応じて複数段階に切り換えるようにし
ても良い。また、シリンダ内の温度はクランク角度が同
じでも、エンジン運転条件（エンジン回転数と負荷）に
より異なるため、エンジン運転条件に応じて後噴射時期
や後噴射時期の補正量を異ならせるようにしても良い。

【００４６】また、本実施形態（１）では、上流側ＮＯ
ｘ触媒１９の下流に設けた排気温度センサ２１により上
流側ＮＯｘ触媒１９の流出ガス温度を検出することで、
上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態（上流側触媒温度）を
評価するようにしたが、この代わりに、上流側ＮＯｘ触
媒１９の流入ガス温度と流出ガス温度を検出して両者か
ら上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態（上流側触媒温度）
を推定しても良い。その際に、上流側ＮＯｘ触媒１９の
流入ガス温度をエンジン運転条件から算出するようにし
ても良い。また、上流側ＮＯｘ触媒１９自体に温度セン
サを設けて、上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態（上流側
触媒温度）を直接検出するようにしても良い。

【００４７】尚、本実施形態（１）では、排気管１８に
２個のＮＯｘ触媒を直列に設けたが、３個以上のＮＯｘ
触媒を直列に設けるようにしても良い。

【００４８】［実施形態（２）］図９に本発明の実施形
態（２）の構成を示す。以下、図１に示す実施形態
（１）と異なる部分についてのみ説明する。

【００４９】本実施形態（２）では、上流側触媒１９と
下流側触媒２０との間に、ＨＣ吸着手段としてＨＣ吸着
材４０を設置している。すなわち、前記実施形態（１）
では下流側触媒２０におけるＨＣ吸着手段は下流側触媒
２０に担持したゼオライト層のみから構成されたが、本
実施形態（２）では、下流側触媒２０のＨＣ吸着手段に
おけるＨＣ吸着量を更に増やすためにＨＣ吸着材４０を
設置している。このＨＣ吸着材４０は、セラミックや金
属等の担体の表面に、例えばゼオライト等の多孔材質を
担持したものであり、低温時（例えば２００℃以下）に
排気中のＨＣを吸着し、高温時（例えば２００℃以上）
に吸着したＨＣを脱離する。

【００５０】以上の構成の本実施形態（２）を前記実施
形態（１）と同様に制御することで、前記実施形態
（１）で説明したのと同等以上の効果を得ることができ
る。尚、ＮＯｘ触媒１９，２０、ＨＣ吸着材４０のうち
複数のものを同一ケース内に収納しても構わない。

【００５１】［実施形態（３）］以下、図１０乃至図１
２を用いて本発明の実施形態（３）を説明する。この実
施形態（３）では、排気管１８に直列に配設された２個
のＮＯｘ触媒１９，２０の間に主排気通路３１とバイパ
ス排気通路３２を並列に設け、バイパス排気通路３２の
途中に、排気中のＨＣを吸着するＨＣ吸着材３３を配設
している。このＨＣ吸着材３３は、セラミックや金属等
の担体の表面に、例えばゼオライト等の多孔質材を担持
したものであり、低温時（例えば２００℃以下）に排気
中のＨＣを吸着し、高温時（例えば２００℃以上）に吸
着したＨＣを脱離する。

【００５２】一方、主排気通路３１とバイパス排気通路
３２との上流側分岐部に、排気通路切換バルブ３４が設
けられ、この排気通路切換バルブ３４の切り換えにより
排気の流れを主排気通路３１とバイパス排気通路３２の
いずれかに選択的に切り換えるようになっている。この
排気通路切換バルブ３４は、駆動源としてモータ又は負
圧を用い、ＥＣＵ２２によって制御される。上流側ＮＯ
ｘ触媒１９と排気通路切換バルブ３４との間に排気温度
センサ２１（上流側触媒活性状態判定手段）が設置され
ている。その他のシステム構成は、前述した実施形態
（１）と同じである。

【００５３】本実施形態（３）においても、前記実施形
態（３）と同様に、エンジン出力発生のための主燃料噴
射の後の膨張行程又は排気行程においてＮＯｘ触媒１
９，２０に還元剤としてのＨＣを供給するための後噴射
を行うが、その際に、上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態
（上流側触媒温度）に応じて排気の流れを主排気通路３
１とバイパス排気通路３２のいずれかに選択的に切り換
える。

【００５４】すなわち、上流側触媒温度（活性状態）が
所定範囲よりも低い場合（図２のＡ）には、ＨＣの浄化
率が低いため、供給したＨＣが未反応のまま上流側ＮＯ
ｘ触媒１９を通過してしまう。そこで、この状態では、
排気をバイパス排気通路３２側へ流し、通過したＨＣを
ＨＣ吸着材３３で吸着するようにする。つまり、上流側
ＮＯｘ触媒１９の活性状態が所定範囲よりも低い場合に
は、下流側ＮＯｘ触媒２０の活性状態も所定範囲よりも
低いと推定し、上流側ＮＯｘ触媒１９を通過した排気中
のＨＣをバイパス排気通路３２内のＨＣ吸着材３３で吸
着することで、その後のＮＯｘの浄化のためにＨＣを蓄
えるものである。特に、コモンレール式ディーゼルエン
ジンの後噴射で得られたＨＣは、十分にガス化している
ため、上流側ＮＯｘ触媒１９を比較的通過しやすい。従
って、このＨＣをＨＣ吸着材３３に吸着させれば、ＨＣ
有効利用とＨＣ排出量低減の効果が大きい。

【００５５】また、上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態が
所定範囲内（図２のＢ）にある場合には、供給したＨＣ
の一部が未反応のまま上流側ＮＯｘ触媒１９を通過する
が、排気温度が比較的高いため、下流側ＮＯｘ触媒２０
の温度も高くなり、下流側ＮＯｘ触媒２０でもＮＯｘを
浄化可能となる。そこで、この状態では、排気の流れを
主排気通路３１側に切り換えて、上流側ＮＯｘ触媒１９
を通過したＨＣを主排気通路３１を通して下流側ＮＯｘ
触媒２０に供給することで、下流側ＮＯｘ触媒２０でも
ＮＯｘを浄化する。

【００５６】また、上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態が
所定範囲よりも高い場合（図２のＣ）には、上流側ＮＯ
ｘ触媒１９におけるＨＣ浄化率がほぼ１００％となるた
め、後噴射により供給したＨＣは、全て上流側ＮＯｘ触
媒１９で反応してしまい、下流側ＮＯｘ触媒２０には供
給されない。そこで、この状態では、高温の排気をバイ
パス排気通路３２側へ流して、ＨＣ吸着材３３の温度を
上昇させることで、それまでにＨＣ吸着材３３に吸着さ
せておいたＨＣを脱離させて下流側ＮＯｘ触媒２０へ供
給し、下流側ＮＯｘ触媒２０でＮＯｘを浄化する。

【００５７】以上説明したＮＯｘ浄化制御は、図１１に
示す排気通路切換制御プログラムにより実行される。本
プログラムは、ＥＣＵ２２にて所定時間毎（例えば１秒
毎）に実行され、特許請求の範囲でいう制御手段として
の役割を果たす。本プログラムが起動されると、まず、
ステップ２０１で、排気温度センサ２１で検出した上流
側触媒温度Ｔ（上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態）を読
み込み、次のステップ２０２で、この上流側触媒温度Ｔ
が含まれる活性状態の領域が図２のＡ，Ｂ，Ｃのいずれ
に該当するか判定する。例えば、上流側触媒温度Ｔが２
００℃以下ならばＡと判定し、上流側触媒温度Ｔが２０
０〜３００℃ならばＢと判定し、上流側触媒温度Ｔが３
００℃以上ならばＣと判定する。

【００５８】そして、上記ステップ２０２で判定した領
域がＡ又はＣならば、ステップ２０３に進み、排気通路
切換バルブ３４をバイパス排気通路３２側に排気を流す
ように切り換える。すなわち、上流側触媒温度Ｔが低温
の領域Ａでは、ＨＣが未反応のまま上流側ＮＯｘ触媒１
９を通過し、且つ下流側ＮＯｘ触媒２０も温度が低く低
活性状態であるため、上流側ＮＯｘ触媒１９から流出す
る排気をバイパス排気通路３２のＨＣ吸着材３３に流す
ことで、排気中のＨＣをＨＣ吸着材３３に吸着させる。
また、上流側触媒温度Ｔが高温の領域Ｃでは、供給した
ＨＣが全て上流側ＮＯｘ触媒１９で反応してしまうた
め、高温の排気をバイパス排気通路３２側へ流して、Ｈ
Ｃ吸着材３３の温度を上昇させることで、それまでにＨ
Ｃ吸着材３３に吸着させておいたＨＣを脱離させて下流
側ＮＯｘ触媒２０へ供給し、下流側ＮＯｘ触媒２０でＮ
Ｏｘを浄化する。

【００５９】一方、上記ステップ２０２で判定した領域
がＢならば、ステップ２０４に進み、排気通路切換バル
ブ３４を主排気通路３１側に排気を流すように切り換え
る。すなわち、領域Ｂでは、供給したＨＣの一部が未反
応のまま上流側ＮＯｘ触媒１９を通過するが、下流側Ｎ
Ｏｘ触媒２０もＮＯｘ浄化可能な状態になっているた
め、排気の流れを主排気通路３１側に切り換えて、上流
側ＮＯｘ触媒１９を通過したＨＣを下流側ＮＯｘ触媒２
０に供給することで、下流側ＮＯｘ触媒２０でもＮＯｘ
を浄化する。

【００６０】以上説明した排気通路切換制御では、例え
ば、図１２に示すように、上流側ＮＯｘ触媒１９の活性
状態（上流側触媒温度）がＡ→Ｂ→Ｃの順に変化する場
合、最初の低温の領域Ａでは、排気をバイパス排気通路
３２側へ流し、通過したＨＣをＨＣ吸着材３３で吸着す
る。その後、領域Ｂになると、排気の流れを主排気通路
３１側に切り換えて、上流側ＮＯｘ触媒１９を通過した
ＨＣを主排気通路３１を通して下流側ＮＯｘ触媒２０に
供給する。これにより、上流側ＮＯｘ触媒１９と下流側
ＮＯｘ触媒２０の双方でＮＯｘを浄化する。この際、以
前の領域ＡでＨＣ吸着材３３に吸着させたＨＣは保持さ
れる。

【００６１】その後、高温の領域Ｃになると、排気をバ
イパス排気通路３２側へ流して、ＨＣ吸着材３３の温度
を上昇させることで、それまでにＨＣ吸着材３３に吸着
させておいたＨＣを脱離させて下流側ＮＯｘ触媒２０に
供給し、下流側ＮＯｘ触媒２０でＮＯｘを浄化する。こ
の際、従来は、下流側ＮＯｘ触媒２０に供給するＨＣが
不足して、下流側ＮＯｘ触媒２０ではほとんどＮＯｘを
浄化できなかったが、本実施形態（３）では、ＨＣ吸着
材３３からＨＣを下流側ＮＯｘ触媒２０に供給できるた
め、下流側ＮＯｘ触媒２０でＮＯｘを浄化することがで
き、従来と比較してＮＯｘ浄化率を向上できる。

【００６２】以上説明した実施形態（３）によれば、上
流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態（上流側触媒温度）に応
じて排気通路を切り換えるので、上流側ＮＯｘ触媒１９
の活性状態が高い場合でも、下流側ＮＯｘ触媒２０にＨ
Ｃを確実に供給することができ、上流側と下流側の２つ
のＮＯｘ触媒１９，２０を有効に使用して、高いＮＯｘ
浄化率を得ることができる。しかも、上流側ＮＯｘ触媒
１９がＮＯｘを高効率で浄化できない低温状態である時
には、上流側ＮＯｘ触媒１９を通過した排気中のＨＣを
ＨＣ吸着材３３で吸着して、その後のＮＯｘの浄化のた
めにＨＣを蓄えることができるので、後噴射量を低減で
きて燃費を節減できると共に、ＨＣが下流側ＮＯｘ触媒
２０をすり抜けて大気中に排出されることを防止でき、
大気中へのＨＣ排出量を大幅に低減することができる。

【００６３】尚、本実施形態（３）では、ＮＯｘ触媒に
還元剤（ＨＣ）を供給する還元剤供給手段として、燃料
噴射弁１４の後噴射を用いたが、これに代えて、ＨＣ供
給ノズルを上流側ＮＯｘ触媒１９の上流側の排気管１８
に取り付け、このＨＣ供給ノズルから排気管１８内にＨ
Ｃを供給するようにしても良い。また、本実施形態
（３）においても、排気管に３個以上のＮＯｘ触媒を直
列に設けるようにしても良い。

【００６４】［実施形態（４）］図１３及び図１４に示
す本発明の実施形態（４）では、前記実施形態（３）の
システム構成に加え、下流側ＮＯｘ触媒２０の下流側
に、下流側触媒活性状態判定手段として排気温度センサ
３５を設けている。その他のシステム構成は、前記実施
形態（３）と同じである。

【００６５】本実施形態（４）では、ＥＣＵ２２は、上
流側と下流側の２つの排気温度センサ２１，３５の出力
信号に基づいて排気通路切換バルブ３４を次のように制
御する。

【００６６】（１）上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態が
所定範囲よりも低い場合（図２のＡ）の制御方法は次の
通りである。この場合には、上流側ＮＯｘ触媒１９で未
反応のＨＣが上流側ＮＯｘ触媒１９を通過する。その
際、下流側ＮＯｘ触媒２０の活性状態が所定範囲内（図
２のＢ）にあり、下流側ＮＯｘ触媒２０で高いＮＯｘ浄
化率が得られる場合には、排気を主排気通路３１に流
し、ＨＣを直接下流側ＮＯｘ触媒２０へ供給してＮＯｘ
を浄化させる。一方、下流側ＮＯｘ触媒２０の活性状態
が所定範囲内になく（図２のＡとＣ）、下流側ＮＯｘ触
媒２０で高いＮＯｘ浄化率が得られない場合には、下流
側ＮＯｘ触媒２０でＨＣを有効に利用できないため、排
気をバイパス排気通路３２に流し、ＨＣをＨＣ吸着材３
３に吸着させる。

【００６７】（２）上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態が
所定範囲内にある場合（図２のＢ）の制御方法は次の通
りである。この場合には、供給したＨＣの多くが上流側
ＮＯｘ触媒１９で反応するため、下流側ＮＯｘ触媒２０
の活性状態が所定範囲内（図２のＢ）にあっても、下流
側ＮＯｘ触媒２０では、ＨＣが不足してＮＯｘ浄化率が
低下する。そこで、この場合には、排気をバイパス排気
通路３２に流す。これにより、ＨＣ吸着材３３に比較的
高温の排気が通過するため、それまでにＨＣ吸着材３３
に吸着させておいたＨＣが脱離し、下流側ＮＯｘ触媒２
０へと供給される。このため、下流側ＮＯｘ触媒２０に
も十分の量のＨＣが供給されてＮＯｘが浄化される。一
方、下流側ＮＯｘ触媒２０の活性状態が所定範囲内にな
く（図２のＡとＣ）、下流側ＮＯｘ触媒２０で高いＮＯ
ｘ浄化率が得られない場合には、下流側ＮＯｘ触媒２０
では、ＨＣを有効に利用できないため、排気を主排気通
路３１に流すことで、バイパス排気通路３２内のＨＣ吸
着材３３からのＨＣの脱離を防ぐ。

【００６８】（３）上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態が
所定範囲よりも高い場合（図２のＣ）の制御方法は次の
通りである。この場合には、供給したＨＣのほぼ全てが
上流側ＮＯｘ触媒１９で反応するため、上流側ＮＯｘ触
媒１９の活性状態が所定範囲内にある場合と同様に、下
流側ＮＯｘ触媒２０の活性状態が所定範囲内であるか否
かによって排気通路を切り換える。

【００６９】以上説明したＮＯｘ浄化制御は、ＥＣＵ２
２にて所定時間毎（例えば１秒毎）に図１４の排気通路
切換制御プログラムに従って実行される。本プログラム
が起動されると、まず、ステップ３０１で、２つの排気
温度センサ２１，３５で検出した上流側触媒温度Ｔａ
（上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態）と下流側触媒温度
Ｔｂ（下流側ＮＯｘ触媒２０の活性状態）を読み込む。
この後、ステップ３０２で、上流側触媒温度Ｔａが領域
Ａに含まれるか否かを判定する。

【００７０】上流側触媒温度Ｔａが領域Ａに含まれる場
合（つまり上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態が低い場
合）には、ステップ３０３に進み、下流側触媒温度Ｔｂ
が領域Ｂに含まれるか否かを判定する。下流側触媒温度
Ｔｂが領域Ｂに含まれる場合には、下流側ＮＯｘ触媒２
０の活性状態が所定の範囲内にあり、下流側ＮＯｘ触媒
２０のＮＯｘ浄化率が高いため、ステップ３０６に進
み、排気通路切換バルブ３４を主排気通路３１側に排気
を流すように切り換え、未反応のまま上流側ＮＯｘ触媒
１９を通過したＨＣを下流側ＮＯｘ触媒２０に供給す
る。

【００７１】一方、ステップ３０３で、下流側触媒温度
Ｔｂが領域Ｂに含まれないと判定した場合には、下流側
ＮＯｘ触媒２０の活性状態が所定の範囲内になく、下流
側ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ浄化率があまり高くないた
め、ＨＣの有効利用の観点から、ステップ３０５に進
み、排気通路切換バルブ３４をバイパス排気通路３２側
に排気を流すように切り換え、上流側ＮＯｘ触媒１９を
通過したＨＣをＨＣ吸着材３３に吸着させる。

【００７２】また、前述したステップ３０２において、
上流側触媒温度Ｔａが領域Ａに含まれないと判定された
場合、上流側ＮＯｘ触媒１９が活性化しているため、上
流側ＮＯｘ触媒１９を通過するＨＣは比較的少ない。こ
の場合には、ステップ３０４に進み、下流側触媒温度Ｔ
ｂが領域Ｂに含まれるか否かを判定し、領域Ｂに含まれ
る場合は、下流側ＮＯｘ触媒２０の活性状態が所定の範
囲内にあり、下流側ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ浄化率が高
いため、ステップ３０５に進み、排気通路切換バルブ３
４をバイパス排気通路３２側に排気を流すように切り換
える。これにより、高温の排気をバイパス排気通路３２
側へ流して、ＨＣ吸着材３３の温度を上昇させること
で、それまでにＨＣ吸着材３３に吸着させておいたＨＣ
を脱離させて下流側ＮＯｘ触媒２０へ供給し、下流側Ｎ
Ｏｘ触媒２０でＮＯｘを浄化する。

【００７３】一方、ステップ３０４において、下流側触
媒温度Ｔｂが領域Ｂに含まれないと判定した場合には、
下流側ＮＯｘ触媒２０の活性状態が所定範囲内になく、
下流側ＮＯｘ触媒２０のＮＯｘ浄化率があまり高くない
ため、ＨＣの有効利用の観点から、ステップ３０６に進
み、排気通路切換バルブ３４を主排気通路３１側に排気
を流すように切り換え、ＨＣ吸着材３３からのＨＣの脱
離を中止する。

【００７４】以上説明した実施形態（４）では、上流側
触媒温度Ｔａ（上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態）に加
え、下流側触媒温度Ｔｂ（下流側ＮＯｘ触媒２０の活性
状態）も検出し、双方の検出結果に応じて排気通路を切
り換えるようにしたので、前記実施形態（３）のように
上流側触媒温度のみに基づいて排気通路を切り換える場
合と比較して、より適正な排気通路の切換を行うことが
でき、燃費の節減やＮＯｘ浄化率向上の効果を更に大き
くできる。

【００７５】尚、本実施形態（４）においても、ＮＯｘ
触媒に還元剤（ＨＣ）を供給する還元剤供給手段とし
て、後噴射に代えて、上流側ＮＯｘ触媒の上流側にＨＣ
供給ノズルを接続しても良く、また、排気管に３個以上
のＮＯｘ触媒を直列に設けるようにしても良い。

【００７６】［実施形態（５）］図１５乃至図１７に示
す本発明の実施形態（５）では、図１０に示す実施形態
（３）と同じシステム構成において、排気の流れを主排
気通路３１からバイパス排気通路３２に切り換える際
に、排気通路切換バルブ３４をバイパス排気通路３２側
と主排気通路３１側とに交互に切り換える動作を所定時
間又は所定回数繰り返すようにしたものである。その他
の構成は、図１０と同じである。

【００７７】つまり、主排気通路３１に排気を流す時間
が長くなると、バイパス排気通路３２内のＨＣ吸着材３
３の温度が放熱のために低下する。この状態で、排気の
流れを主排気通路３１からバイパス排気通路３２側へ急
激に切り換えると、冷えたＨＣ吸着材３３を排気が通過
するため、排気温度が下がる。そのため、下流側ＮＯｘ
触媒２０の温度が低下して、ＮＯｘ浄化率が低下する場
合がある。

【００７８】本実施形態（５）では、これを防止するた
めに、排気の流れを主排気通路３１からバイパス排気通
路３２に切り換える際に、排気通路切換バルブ３４をバ
イパス排気通路３２側と主排気通路３１側とに交互に切
り換える動作を所定時間又は所定回数繰り返すことで、
下流側ＮＯｘ触媒２０の急激な温度低下を防ぐものであ
る。更に、この排気通路切換時に、上流側ＮＯｘ触媒１
９の活性状態（上流側触媒温度）の変化速度が小さいほ
ど、排気通路切換バルブ３４の切換周波数ｆを大きくす
る。

【００７９】すなわち、排気温度の変化が緩やかで上流
側ＮＯｘ触媒１９の活性状態の変化が小さい時ほど、排
気の流れを主排気通路３１からバイパス排気通路３２に
急に切り換えると、下流側ＮＯｘ触媒２０に流入する排
気の温度低下によるＮＯｘ浄化率の低下が大きくなりや
すい。この対策として、排気通路切換バルブ３４の切換
周波数ｆを大きくすると、バイパス排気通路３２側から
下流側ＮＯｘ触媒２０に低温の排気を供給する時間間隔
が短くなり、下流側ＮＯｘ触媒２０の温度変化が少なく
なるため、排気の温度低下によるＮＯｘ浄化率の低下を
防ぐことができる。

【００８０】以上説明したＮＯｘ浄化制御は、ＥＣＵ２
２にて所定時間毎（例えば１秒毎）に図１５の排気通路
切換制御プログラムに従って実行される。本プログラム
が起動されると、まず、ステップ４０１で、排気温度セ
ンサ２１で検出した上流側触媒温度Ｔ（上流側ＮＯｘ触
媒１９の活性状態）を読み込み、次のステップ４０２
で、この上流側触媒温度Ｔが含まれる活性状態の領域が
図２のＡ，Ｂ，Ｃのいずれに該当するか判定する。

【００８１】そして、上記ステップ４０２で判定した領
域がＡ又はＣならば、ステップ４０３に進み、上流側触
媒温度Ｔの変化速度を例えば前回の温度Ｔから今回の温
度Ｔを差し引くことで算出し、更に、この上流側触媒温
度Ｔの変化速度に基づいて排気通路切換バルブ３４の切
換周波数ｆをマップにより算出する。この切換周波数ｆ
のマップは、図１６に示すように上流側触媒温度Ｔの変
化速度をパラメータとして決められ、上流側触媒温度Ｔ
の変化速度が小さくなるほど、切換周波数ｆが大きくな
るように設定されている。

【００８２】切換周波数ｆの算出後、ステップ４０４に
進み、排気の流れを主排気通路３１からバイパス排気通
路３２に切り換える際に、排気通路切換バルブ３４を切
換周波数ｆでバイパス排気通路３２側と主排気通路３１
側とに交互に切り換える動作を所定時間又は所定回数繰
り返す。一方、上記ステップ４０２で判定した領域がＢ
ならば、ステップ４０５に進み、排気通路切換バルブ３
４を主排気通路３１側に排気を流すように切り換える。

【００８３】以上説明した排気通路切換制御では、例え
ば、図１７に示すように、上流側ＮＯｘ触媒１９の活性
状態（上流側触媒温度）がＡ→Ｂ→Ｃの順に変化する場
合、Ａ→Ｂの領域は、前記実施形態（３）と同じ制御が
行われる。この後、上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態が
ＢからＣへ変わる時刻Ｘにおいて、排気通路を主排気通
路３１側からバイパス排気通路３２側に切り換えるが、
これを一度に切り換えると、時刻Ｘ以前での放熱により
冷えたＨＣ吸着材３３を排気が通過するため、排気温度
が下がり、そのため、下流側ＮＯｘ触媒２０の温度が低
下して、ＮＯｘ浄化率が低下する。

【００８４】これに対し、本実施形態（５）では、排気
通路を主排気通路３１側からバイパス排気通路３２側に
切り換える際に、排気通路切換バルブ３４を切換周波数
ｆで切り換えることで、高温の排気を間欠的に主排気通
路３１側から下流側ＮＯｘ触媒２０に供給することがで
きて、下流側ＮＯｘ触媒２０の急激な温度低下を防ぐこ
とができ、排気通路切換直後から下流側ＮＯｘ触媒２０
でも高いＮＯｘ浄化率を得ることができる。

【００８５】尚、本実施形態（５）では、上流側ＮＯｘ
触媒１９の活性状態（上流側触媒温度）の変化速度に応
じて切換周波数を変更したが、切換周波数一定で切換間
隔の時間比率（デューティー比）を変更しても良く、勿
論、切換周波数と切換間隔の時間比率の双方を変更して
も良い。この場合、上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態の
変化速度が小さいほど、主排気通路３１側を流す排気の
割合を多くするように切換間隔の時間比率を変更すれば
良い。

【００８６】或は、排気通路切換時に、排気通路切換バ
ルブ３４を切換周波数ｆで切り換える代わりに、排気通
路切換バルブ３４を中間的な位置で保持し、その開度を
上流側ＮＯｘ触媒１９の活性状態に応じて制御するよう
にしても、同様の効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態（１）を示すエンジン制御シ
ステム全体の構成図

【図２】触媒温度と浄化率との関係を示す図

【図３】後噴射時期、シリンダ内温度、ＨＣの改質度合
の関係を示す図

【図４】パイロット噴射、主噴射、後噴射の関係を示す
タイムチャート

【図５】後噴射時期制御プログラムの処理の流れを示す
フローチャート

【図６】上流側触媒温度Ｔと後噴射時期との関係を示す
図

【図７】上流側触媒温度Ｔ＞設定温度Ｔ１の場合の排気
中のＨＣ量とＮＯｘ量の分布を示す図

【図８】上流側触媒温度Ｔ≦設定温度Ｔ１の場合の排気
中のＨＣ量とＮＯｘ量の分布を示す図

【図９】本発明の実施形態（２）を示すエンジン制御シ
ステム全体の構成図

【図１０】本発明の実施形態（３）を示すエンジン制御
システム全体の構成図

【図１１】本発明の実施形態（３）の排気通路切換制御
プログラムの処理の流れを示すフローチャート

【図１２】本発明の実施形態（３）の排気通路切換制御
の挙動を示すタイムチャート

【図１３】本発明の実施形態（４）を示すエンジン制御
システム全体の構成図

【図１４】本発明の実施形態（４）の排気通路切換制御
プログラムの処理の流れを示すフローチャート

【図１５】本発明の実施形態（５）の排気通路切換制御
プログラムの処理の流れを示すフローチャート

【図１６】上流側触媒温度の変化速度をパラメータとす
る排気通路切換バルブの切換周波数のマップを概念的に
示す図

【図１７】本発明の実施形態（５）の排気通路切換制御
の挙動を示すタイムチャート

【符号の説明】

１０…ディーゼルエンジン（内燃機関）、１１…吸気
管、１４…燃料噴射弁（燃料噴射手段，還元剤供給手
段）、１５…高圧燃料ポンプ、１８…排気管（排気通
路）、１９…上流側ＮＯｘ触媒（触媒）、２０…下流側
ＮＯｘ触媒（触媒）、２１…排気温度センサ（上流側触
媒活性状態判定手段）、２２…ＥＣＵ（燃料噴射制御手
段，後噴射時期補正手段，制御手段）、２３…エンジン
回転数センサ、３１…主排気通路、３２…バイパス排気
通路、３３…ＨＣ吸着材、３４…排気通路切換バルブ
（排気通路切換手段）、３５…排気温度センサ（下流側
触媒活性状態判定手段）、４０…ＨＣ吸着材（ＨＣ吸着
手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｒ Ｅ 3/36 3/36 Ｂ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３３５ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３３５Ａ 41/40 41/40 Ｄ Ｎ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の各気筒毎に燃料噴射手段を設
   けると共に、前記内燃機関の排気通路に、排気中の窒素
   酸化物を還元浄化する複数の触媒を直列に設置し、前記
   各気筒の燃料噴射手段に対し圧縮上死点近傍で機関出力
   発生のための主噴射指令を出力すると共に少なくとも１
   つの気筒の燃料噴射手段に対し機関の膨張行程又は排気
   行程において前記触媒に炭化水素を供給するための後噴
   射指令を出力する燃料噴射制御手段を備えた内燃機関の
   排気浄化装置において、 前記複数の触媒の中で最下流の触媒よりも上流側に配置
   された触媒（以下「上流側触媒」という）の活性状態を
   判定する上流側触媒活性状態判定手段を備え、 前記燃料噴射制御手段は、前記上流側触媒活性状態判定
   手段で判定した前記上流側触媒の活性状態に応じて前記
   後噴射指令における後噴射時期を補正する後噴射時期補
   正手段を有することを特徴とする内燃機関の排気浄化装
   置。
2. 【請求項２】 前記後噴射時期補正手段は、前記上流側
   触媒活性状態判定手段で判定した前記上流側触媒の活性
   状態が低いほど、前記後噴射時期を進角補正し、前記上
   流側触媒の活性状態が高いほど、前記後噴射時期を遅角
   補正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. 【請求項３】 内燃機関の排気通路に直列に配設され、
   排気中の窒素酸化物を還元浄化する複数の触媒と、 前記触媒に窒素酸化物の還元剤を供給する還元剤供給手
   段と、 前記複数の触媒の間に並列に形成された主排気通路及び
   バイパス排気通路と、 前記バイパス排気通路に設けられ、低温時に排気中の炭
   化水素を吸着し、高温時に吸着した炭化水素を脱離する
   炭化水素吸着材と、 排気の流れを前記主排気通路と前記バイパス排気通路の
   いずれかに選択的に切り換える排気通路切換手段と、 前記主排気通路と前記バイパス排気通路との並列通路よ
   りも上流側に配置された触媒（以下「上流側触媒」とい
   う）の活性状態を判定する上流側触媒活性状態判定手段
   と、 前記上流側触媒活性状態判定手段で判定した前記上流側
   触媒の活性状態に基づいて前記排気通路切換手段の切換
   位置を制御する制御手段とを備えていることを特徴とす
   る内燃機関の排気浄化装置。
4. 【請求項４】 前記上流側触媒活性状態判定手段は、前
   記上流側触媒の活性状態が窒素酸化物浄化率の高い所定
   範囲内であるか否かを判定し、 前記制御手段は、前記上流側触媒の活性状態が前記所定
   範囲内であると判定された時に排気を前記主排気通路に
   流すように前記排気通路切換手段を切り換え、前記上流
   側触媒の活性状態が前記所定範囲から外れていると判定
   された時に排気を前記バイパス排気通路に流すように前
   記排気通路切換手段を切り換えることを特徴とする請求
   項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 【請求項５】 前記主排気通路と前記バイパス排気通路
   との下流側合流部よりも下流側に配置された触媒（以下
   「下流側触媒」という）の活性状態が窒素酸化物浄化率
   の高い所定範囲内であるか否かを判定する下流側触媒活
   性状態判定手段を備え、 前記制御手段は、 前記上流側触媒の活性状態が窒素酸化物浄化率の高い所
   定範囲よりも低く且つ前記下流側触媒の活性状態が前記
   所定範囲から外れていると判定された時に、排気を前記
   バイパス排気通路に流すように前記排気通路切換手段を
   切り換え、 前記上流側触媒の活性状態が前記所定範囲よりも低く且
   つ前記下流側触媒の活性状態が前記所定範囲内にあると
   判定された時に、排気を前記主排気通路に流すように前
   記排気通路切換手段を切り換え、 前記上流側触媒の活性状態が前記所定範囲内又はそれよ
   りも高く且つ前記下流側触媒の活性状態が前記所定範囲
   から外れていると判定された時に、排気を前記主排気通
   路に流すように前記排気通路切換手段を切り換え、 前記上流側触媒の活性状態が前記所定範囲内又はそれよ
   りも高く且つ前記下流側触媒の活性状態が前記所定範囲
   内にあると判定された時に、排気を前記バイパス排気通
   路に流すように前記排気通路切換手段を切り換えること
   を特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装
   置。
6. 【請求項６】 前記制御手段は、排気の流れを前記主排
   気通路から前記バイパス排気通路に切り換える際に、暫
   くの期間は、前記排気通路切換手段を前記バイパス排気
   通路側と前記主排気通路側とに交互に切り換える動作を
   繰り返すことを特徴とする請求項３乃至５のいずれかに
   記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 【請求項７】 前記上流側触媒活性状態判定手段で判定
   した前記上流側触媒の活性状態の変化速度を判定する手
   段を備え、 前記制御手段は、排気の流れを前記主排気通路から前記
   バイパス排気通路に切り換える際に、前記上流側触媒の
   活性状態の変化速度に応じて前記排気通路切換手段の切
   換周波数と切換間隔の時間比率の少なくとも一方を変化
   させることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排
   気浄化装置。
8. 【請求項８】 内燃機関の各気筒毎に燃料噴射手段を設
   けると共に、前記内燃機関の排気通路に、排気中の窒素
   酸化物を還元浄化する複数の触媒を直列に設置し、前記
   各気筒の燃料噴射手段に対し圧縮上死点近傍で機関出力
   発生のための主噴射指令を出力すると共に少なくとも１
   つの気筒の燃料噴射手段に対し機関の膨張行程又は排気
   行程において前記触媒に炭化水素を供給するための後噴
   射指令を出力する燃料噴射制御手段を備えた内燃機関の
   排気浄化装置において、 前記複数の触媒は、低温時に排気中の炭化水素を吸着
   し、高温時に吸着した炭化水素を脱離する炭化水素吸着
   手段をそれぞれ有し、前記複数の炭化水素吸着手段は、
   炭化水素吸着能力が上流側のものより下流側のものの方
   が大きくなるように構成されていることを特徴とする内
   燃機関の排気浄化装置。
9. 【請求項９】 前記複数の触媒の中で最下流の触媒より
   も上流側に設置された触媒（以下「上流側触媒」とい
   う）の活性状態を判定する上流側触媒活性状態判定手段
   を備え、 前記燃料噴射制御手段は、前記上流側触媒活性状態判定
   手段で判定した前記上流側触媒の活性状態が窒素酸化物
   浄化率が高い所定範囲よりも低い場合に、所定期間だ
   け、後噴射指令を出力することを特徴とする請求項８に
   記載の内燃機関の排気浄化装置。