JP3551805B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置すると共に、流入する排気の空燃比がリーンのときにＮＯＸ を吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収しているＮＯＸ を放出するＮＯＸ 吸収剤をパティキュレートフィルタから離間してパティキュレートフィルタ下流の機関排気通路内に配置し、機関燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を具備し、ＮＯＸ 吸収剤内のＮＯＸ を放出、還元すべきときには膨張行程または排気行程に燃料噴射弁から燃料を２次的に噴射するようにした内燃機関の排気浄化装置が公知である（特開平９−５３４４２号公報参照）。この排気浄化装置では、ＮＯＸ 吸収剤内のＮＯＸ を放出、還元するための還元剤を２次噴射による燃料から形成し、この２次燃料を燃焼室からパティキュレートフィルタを介しＮＯＸ 吸収剤に供給するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、大部分の２次燃料はパティキュレートフィルタにおいて排気中の酸素と反応するためにＮＯＸ 吸収剤に到る前に消費されてしまうという問題点がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１番目の発明によれば、排気中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置すると共に、流入する排気の空燃比がリーンのときにＮＯＸ吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収しているＮＯＸを放出するＮＯＸ吸収剤をパティキュレートフィルタから離間してパティキュレートフィルタ下流の機関排気通路内に配置し、パティキュレートフィルタに捕集されているパティキュレートを除去するパティキュレートフィルタ再生作用を行うことが可能な内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタとＮＯＸ吸収剤間の機関排気通路内にＮＯＸ吸収剤に還元剤を供給するための還元剤供給手段を配置し、パティキュレートフィルタ再生作用時のＮＯ Ｘ 吸収剤の温度を求めて該ＮＯ Ｘ 吸収剤の温度がＳＯ Ｘ 放出温度よりも高いパティキュレートフィルタ再生作用時に、ＮＯ Ｘ 吸収剤からＳＯ Ｘ を放出させるために還元剤供給手段からＮＯＸ吸収剤に還元剤を供給するようにしている。
【０００５】
すなわち１番目の発明では、パティキュレートフィルタ下流に還元剤供給手段が配置されているので還元剤消費量が低減される。また、パティキュレートフィルタ再生作用時には排気中の酸素がパティキュレートフィルタにおいて消費されるためにＮＯ Ｘ 吸収剤に流入する酸素濃度が低下せしめられており、したがってパティキュレートフィルタ再生作用時に還元剤供給手段からＮＯ Ｘ 吸収剤に還元剤を供給することにより還元剤消費量がさらに低減される。更に、還元剤が有効に利用される。
【０００６】
上記課題を解決するために２番目の発明によれば、排気中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置すると共に、流入する排気の空燃比がリーンのときにＮＯ Ｘ を吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収しているＮＯ Ｘ を放出するＮＯ Ｘ 吸収剤をパティキュレートフィルタから離間してパティキュレートフィルタ下流の機関排気通路内に配置し、パティキュレートフィルタに捕集されているパティキュレートを除去するパティキュレートフィルタ再生作用を行うことが可能な内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタとＮＯ Ｘ 吸収剤間の機関排気通路内にＮＯ Ｘ 吸収剤に還元剤を供給するための還元剤供給手段を配置し、パティキュレートフィルタ再生作用時のＮＯ Ｘ 吸収剤のＳＯ Ｘ 吸収量を求めてＳＯ Ｘ 吸収量が予め定められた設定量よりも多いパティキュレートフィルタ再生作用時に、ＮＯ Ｘ 吸収剤からＳＯ Ｘ を放出させるために還元剤供給手段からＮＯ Ｘ 吸収剤に還元剤を供給するようにしている。
【０００７】
すなわち２番目の発明では、パティキュレートフィルタ下流に還元剤供給手段が配置されているので還元剤消費量が低減される。また、パティキュレートフィルタ再生作用時には排気中の酸素がパティキュレートフィルタにおいて消費されるためにＮＯ Ｘ 吸収剤に流入する酸素濃度が低下せしめられており、したがってパティキュレートフィルタ再生作用時に還元剤供給手段からＮＯ Ｘ 吸収剤に還元剤を供給することにより還元剤消費量がさらに低減される。更に、還元剤が有効に利用される。
【０００８】
上記課題を解決するために３番目の発明によれば、排気中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置すると共に、流入する排気の空燃比がリーンのときにＮＯ Ｘ を吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収しているＮＯ Ｘ を放出するＮＯ Ｘ 吸収剤をパティキュレートフィルタから離間してパティキュレートフィルタ下流の機関排気通路内に配置し、パティキュレートフィルタに捕集されているパティキュレートを除去するパティキュレートフィルタ再生作用を行うことが可能な内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタとＮＯ Ｘ 吸収剤間の機関排気通路内にＮＯ Ｘ 吸収剤に還元剤を供給するための還元剤供給手段を配置し、パティキュレートフィルタ再生作用時に還元剤供給手段からＮＯ Ｘ 吸収剤に還元剤を供給するようにし、ＮＯ Ｘ 吸収剤を収容するケーシングの入口部に還元剤供給装置の還元剤供給ノズルを隣接配置すると共に、該還元剤供給ノズルをＮＯ Ｘ 吸収剤に向けて開口せしめ、該還元剤供給ノズルの噴霧角度をケーシング入口部のコーン角度よりも大きくしている。
【０００９】
すなわち３番目の発明では、パティキュレートフィルタ下流に還元剤供給手段が配置されているので還元剤消費量が低減される。また、パティキュレートフィルタ再生作用時には排気中の酸素がパティキュレートフィルタにおいて消費されるためにＮＯ Ｘ 吸収剤に流入する酸素濃度が低下せしめられており、したがってパティキュレートフィルタ再生作用時に還元剤供給手段からＮＯ Ｘ 吸収剤に還元剤を供給することにより還元剤消費量がさらに低減される。更に、還元剤がＮＯ Ｘ 吸収剤の半径方向に一様に供給される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明をディーゼル機関に適用した場合を示している。しかしながら本発明を火花点火式機関に適用することもできる。
図１を参照すると、機関本体１は例えば四つの気筒＃１，＃２，＃３，＃４を具備する。各気筒は対応する吸気枝管２を介してサージタンク３に接続され、サージタンク３は吸気ダクト４およびインタークーラ５を介して過給機、例えば排気ターボチャージャ６のコンプレッサ６ｃの出口部に接続される。コンプレッサ６ｃの入口部は空気吸い込み管７を介してエアクリーナ８に接続される。サージタンク３とインタークーラ５間の吸気ダクト４内にはアクチュエータ９により駆動されるスロットル弁１０が配置される。また、各気筒は燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１１を具備する。各燃料噴射弁１１は共通の燃料蓄圧室１２を介し吐出量を制御可能な燃料ポンプ１３に接続される。燃料ポンプ１３は燃料蓄圧室１２内の燃料圧が目標燃料圧となるように吐出量が制御される。
【００１１】
一方、各気筒には排気マニホルド１４のそれぞれ対応する分岐部１５が接続され、各分岐部１５内にはパティキュレートフィルタ１６が収容される。排気マニホルド１４の集合部は排気ターボチャージャ６の排気タービン６ｔの入口部に接続され、排気タービン６ｔの出口部は排気管１８を介してＮＯＸ 吸収剤１９を収容したケーシング２０に接続され、ケーシング２０は排気管２１に接続される。また、排気タービン６ｔとＮＯＸ 吸収剤１９間の排気管１８内にはＮＯＸ 吸収剤１９に還元剤を供給するための還元剤供給弁２２がＮＯＸ 吸収剤１９に隣接配置される。この還元剤供給弁２２は燃料蓄圧室１２に接続されており、したがって本実施態様では機関の燃料（ＨＣ）が還元剤として用いられる。なお、還元剤として例えばガソリン、イソオクタン、ヘキサン、ヘプタン、軽油、灯油、ブタン、プロパンのような炭化水素、水素、アンモニア、尿素などを用いることができる。
【００１２】
さらに、パティキュレートフィルタ１６下流の排気マニホルド１４と、スロットル弁１０下流の吸気ダクト４とは排気再循環（以下ＥＧＲと称す）通路２３を介して互いに接続され、ＥＧＲ通路２３内にはアクチュエータ２４により駆動されるＥＧＲ制御弁２５が配置される。このように還元剤供給弁２２よりも上流にＥＧＲ通路２３を設けるようにすると還元剤供給弁２２から供給された２次燃料がＥＧＲガスと共に機関吸気通路に戻されるのが阻止される。
【００１３】
さらに、排気タービン６ｔと還元剤供給弁２２間に位置する排気管１８内にはアクチュエータ２５により駆動される排気絞り弁２６が配置される。この排気絞り弁２６は通常全開に維持されている。
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１を介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、常時電源に接続されているＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）３５、入力ポート３６、および出力ポート３７を具備する。空気吸い込み管７内には吸入空気の質量流量を検出するための質量流量センサ３８が配置される。燃料蓄圧室１２には燃料蓄圧室１２内の燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ３９が配置される。パティキュレートフィルタ１６上流に位置する排気マニホルド１４の分岐部１５にはパティキュレートフィルタ１６の温度ＴＰＦを表すパティキュレートフィルタ１６に流入する排気の温度に比例した出力電圧を発生する温度センサ４０ａが配置され、ＮＯＸ 吸収剤１９下流の排気管２１にはＮＯＸ 吸収剤１９の温度ＴＮＡを表すＮＯＸ 吸収剤１９から流出した排気の温度に比例した出力電圧を発生する温度センサ４０ｂが配置される。また、踏み込み量センサ４１はアクセルペダルの踏み込み量ＤＥＰに比例した出力電圧を発生する。これらセンサ３８，３９，４０ａ，４０ｂ，４１の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器４２を介して入力ポート３６に入力される。
【００１４】
また、入力ポート３６には機関回転数を表す出力パルスを発生する回転数センサ４３が接続される。一方、出力ポート３７はそれぞれ対応する駆動回路４４を介して各燃料噴射弁７、アクチュエータ９，２４，２５、燃料ポンプ１３、および還元剤供給弁２２にそれぞれ接続される。
ＮＯＸ 吸収剤１９は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ，ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ，セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ，カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ，イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されている。このＮＯＸ 吸収剤１９は流入する排気の空燃比がリーンのときにはＮＯＸ を吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯＸ を放出するＮＯＸ の吸放出作用を行う。なお、ＮＯＸ 吸収剤１９上流の排気通路内または燃焼室内に燃料或いは空気が２次的に供給されない場合には流入する排気の空燃比は各気筒に供給される全燃料量に対する全空気量の比に一致する。
【００１５】
上述のＮＯＸ 吸収剤１９を機関排気通路内に配置すればこのＮＯＸ 吸収剤１９は実際にＮＯＸ の吸放出作用を行うがこの吸放出作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もある。しかしながらこの吸放出作用は図２（Ａ），２（Ｂ）に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。次にこのメカニズムについて担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００１６】
すなわち、流入する排気がかなりリーンになると流入する排気中の酸素濃度が大巾に増大し、図２（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ２ がＯ２ − またはＯ２ − の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する排気中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ２ − またはＯ２−と反応し、ＮＯ２ となる（２ＮＯ＋Ｏ２ →２ＮＯ２ ）。次いで生成されたＮＯ２ の一部は白金Ｐｔ上でさらにに酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図２（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ３ − の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯＸ がＮＯＸ 吸収剤１９内に吸収される。
【００１７】
流入する排気中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ２ が生成され、吸収剤のＮＯＸ 吸収能力が飽和しない限りＮＯ２ が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ３ − が生成される。これに対して流入する排気中の酸素濃度が低下してＮＯ２ の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ３ − →ＮＯ２ ）に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ３ − がＮＯ２ の形で吸収剤から放出される。すなわち、流入する排気中の酸素濃度が低下するとＮＯＸ 吸収剤１９からＮＯＸ が放出されることになる。流入する排気のリーンの度合が低くなれば流入する排気中の酸素濃度が低下し、したがって流入する排気のリーンの度合を低くすればＮＯＸ 吸収剤１９からＮＯＸ が放出されることになる。
【００１８】
一方、このときＮＯＸ 吸収剤１９に還元剤例えばＨＣを供給して流入する排気の空燃比をリッチにするとＨＣ、および機関から排出されるＨＣ，ＣＯは白金Ｐｔ上の酸素Ｏ２ − またはＯ２−と反応して酸化せしめられる。また、流入する排気の空燃比をリッチにすると流入する排気中の酸素濃度が極度に低下するために吸収剤からＮＯ２ が放出され、このＮＯ２ は図２（Ｂ）に示されるようにＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ２ が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮＯ２ が放出される。したがって流入する排気の空燃比をリッチにすると短時間のうちにＮＯＸ 吸収剤１９からＮＯＸ が放出されることになる。なお、ＮＯＸ 吸収剤１９に流入する排気の平均空燃比がリーンであっても流入排気中に一定量以上のＨＣ，ＣＯが含まれていると局所的に酸素濃度が低下するために吸収剤からＮＯ２ が放出され、還元されうる。
【００１９】
本実施態様では通常運転時に各気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比はリーンに維持されており、したがって通常運転時に各気筒から排出される排気中のＮＯＸ がＮＯＸ 吸収剤１９に吸収される。
ところが、ＮＯＸ 吸収剤１９のＮＯＸ 吸収能力には限界があるのでＮＯＸ 吸収剤１９のＮＯＸ 吸収能力が飽和する前にＮＯＸ 吸収剤１９からＮＯＸ を放出させる必要がある。そこで本実施態様では、ＮＯＸ 吸収剤１９のＮＯＸ 吸収量を求め、このＮＯＸ 吸収量が予め定められた設定量よりも多くなったときに還元剤供給弁２２からＮＯＸ 吸収剤１９に還元剤を一時的に供給してＮＯＸ 吸収剤１９内のＮＯＸ を放出、還元するようにしている。
【００２０】
一方、機関から排出される排気中にはすす、カーボン、有機可溶成分（ＳＯＦ）、サルフェートなどからなるパティキュレートが含まれており、このパティキュレートはパティキュレートフィルタ１６に捕集される。ところがパティキュレートフィルタ１６のパティキュレート捕集量が多くなると機関背圧が高くなるので機関背圧が高くなる前にパティキュレートフィルタ１６からパティキュレートを除去するすなわちパティキュレートフィルタ１６の再生作用を行う必要がある。
【００２１】
パティキュレートフィルタ１６の温度ＴＰＦが再生開始温度ＴＰＲよりも高くなるとパティキュレートフィルタ１６に捕集されているパティキュレートが燃焼を開始し、斯くしてパティキュレートフィルタ再生作用が開始される。一方、パティキュレートフィルタ１６に燃料を供給するとこの燃料がパティキュレートフィルタ１６で燃焼するためにパティキュレートフィルタ温度ＴＰＦを上昇させることができる。さらに、圧縮上死点周りに行われる燃料噴射とは別に燃料噴射弁７から膨張行程または排気行程に２回目の燃料噴射すなわち２次燃料噴射を行うことによりパティキュレートフィルタ１６に燃料を供給することができる。そこで本実施態様では、パティキュレートフィルタ１６のパティキュレート捕集量を求め、このパティキュレート捕集量が予め定められた設定量よりも多くなったときにパティキュレートフィルタ１６に２次燃料噴射を行ってパティキュレートフィルタ温度ＴＰＦを再生開始温度ＴＰＲよりも高くし、それによりパティキュレートフィルタ再生作用を行うようにしている。なお、２次燃料噴射による燃料は機関出力にほとんど寄与しない。
【００２２】
このようにＮＯＸ はＮＯＸ 吸収剤１９において浄化され、パティキュレートはパティキュレートフィルタ１６において浄化される。ところが流入する排気中にはイオウ分が含まれており、ＮＯＸ 吸収剤１９にはＮＯＸ ばかりでなくイオウ分例えばＳＯＸ も吸収される。このＮＯＸ 吸収剤１９へのイオウ分の吸収メカニズムはＮＯＸ の吸収メカニズムと同じであると考えられる。
【００２３】
すなわち、ＮＯＸ の吸収メカニズムを説明したときと同様に担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明すると、前述したように流入する排気の空燃比がリーンのときには酸素Ｏ２ がＯ２ − またはＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入する排気中のＳＯＸ 例えばＳＯ２ は白金Ｐｔの表面でＯ２ − またはＯ２−と反応してＳＯ３ となる。次いで生成されたＳＯ３ は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硫酸イオンＳＯ４ ２− の形で吸収剤内に拡散する。次いでこの硫酸イオンＳＯ４ ２− はバリウムイオンＢａ２＋と結合して硫酸塩ＢａＳＯ４ を生成する。
【００２４】
しかしながらこの硫酸塩ＢａＳＯ４ は分解しずらく、還元剤供給弁２２からＮＯＸ 吸収剤１９に還元剤を供給しても硫酸塩ＢａＳＯ４ は分解されずにそのまま残る。したがってＮＯＸ 吸収剤１９内には時間が経過するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ４ が増大することになり、斯くして時間が経過するにつれてＮＯＸ 吸収剤１９が吸収しうるＮＯＸ 量が低下することになる。
【００２５】
ところが、ＮＯＸ 吸収剤温度ＴＮＡがＮＯＸ 吸収剤１９の種類に応じて定まるＳＯＸ 放出温度ＴＳＲよりも高いときにＮＯＸ 吸収剤１９に還元剤を供給すると、すなわち例えばＮＯＸ 吸収剤１９に流入する排気の空燃比がリッチにするとＮＯＸ 吸収剤１９内の硫酸塩ＢａＳＯ４ は分解して硫酸イオンＳＯ４ ２− がＳＯ３ の形で吸収剤から放出される。一方、上述したパティキュレートフィルタ再生作用が行われているときにはＮＯＸ 吸収剤１９に流入する排気の温度が高くなるのでこのときＮＯＸ 吸収剤温度ＴＮＡがＳＯＸ 放出温度ＴＳＲよりも高くなりうる。
【００２６】
そこで本実施態様では、ＮＯＸ 吸収剤１９のＳＯＸ 吸収量が予め定められた第１の設定量ＳＳＵ１よりも多くなったときにはパティキュレートフィルタ再生作用が開始されるのを待ち、パティキュレートフィルタ再生作用が開始されたときに還元剤供給弁２２からＮＯＸ 吸収剤１９への還元剤供給作用を開始してＮＯＸ 吸収剤１９に流入する排気の空燃比がリッチになるようにし、それによりＮＯＸ 吸収剤１９からＳＯＸ を放出させるようにしている。このとき放出されたＳＯ３ は流入する排気中のＨＣ，ＣＯによってただちにＳＯ２ に還元せしめられる。また、このときＮＯＸ 吸収剤１９内のＮＯＸ も同時に放出、還元せしめられる。
【００２７】
ただし、例えばパティキュレートフィルタ再生作用が開始された直後はＮＯＸ 吸収剤温度ＴＮＡがＳＯＸ 放出温度ＴＳＲよりも低い場合がある。したがって正確に言うと、パティキュレートフィルタ再生作用が開始された後ＮＯＸ 吸収剤温度ＴＮＡがＳＯＸ 放出温度ＴＳＲよりも高くなったときに還元剤供給作用が開始されるということになる。
【００２８】
このようにパティキュレートフィルタ再生作用が行われるとパティキュレートフィルタ１６において排気中の酸素が消費されるのでＮＯＸ 吸収剤１９に流入する排気の空燃比をリッチにするために必要な還元剤量を低減することができる。また、ＮＯＸ 吸収剤温度ＴＮＡをＳＯＸ 放出温度ＴＳＲまで昇温するための還元剤が不要になる。
【００２９】
ところで、この場合ＮＯＸ 吸収剤温度ＴＮＡがＳＯＸ 放出温度ＴＳＲよりも高くなったとしてもＮＯＸ 吸収剤１９のＳＯＸ 吸収量が第１の設定量ＳＳＵ１よりも少なければＮＯＸ 吸収剤１９のＳＯＸ 放出作用は行われない。ところがＮＯＸ 吸収剤１９のＳＯＸ 吸収量が第１の設定量ＳＳＵ１よりも多くなった後長時間にわたってパティキュレートフィルタ再生作用が行われないとＮＯＸ 吸収剤１９のＳＯＸ 吸収量が極めて多くなり、ＮＯＸ 吸収剤１９のＮＯＸ 吸収能力がほとんどなくなる恐れがある。またＮＯＸ 吸収剤１９から多量のＳＯＸ を放出させるのは困難である。したがって、ＮＯＸ 吸収剤温度ＴＮＡがＳＯＸ 放出温度ＴＳＲよりも高くなったときにはＮＯＸ 吸収剤１９のＳＯＸ 吸収量が第１の設定量ＳＳＵ１よりも少なくても還元剤供給作用を行うのが好ましい。
【００３０】
ところが、ＮＯＸ 吸収剤１９のＳＯＸ 吸収量が極めて少ないときには還元剤を有効に利用することができない。そこで本実施態様では、パティキュレートフィルタ再生作用が行われてＮＯＸ 吸収剤温度ＴＮＡがＳＯＸ 放出温度ＴＳＲよりも高くなったときにＮＯＸ 吸収剤１９のＳＯＸ 吸収量が第１の設定量ＳＳＵ１よりも少なく定められた第２の設定量ＳＳＵ２よりも多いときには還元剤供給弁２２の還元剤供給作用を行ってＮＯＸ 吸収剤１９からＳＯＸ を放出させるようにしている。
【００３１】
一方、パティキュレートフィルタ再生作用が行われるとＮＯＸ 吸収剤１９に流入する排気中の酸素濃度が低下するためにＮＯＸ 吸収剤１９から吸収されているＮＯＸ が放出される。したがってこのとき還元剤供給作用を行って放出されたＮＯＸ を還元する必要がある。ところが、ＮＯＸ 吸収剤１９のＮＯＸ 吸収量が極めて少ないときには還元剤を有効に利用することができない。そこで本実施態様では、パティキュレートフィルタ再生作用が行われたときにＮＯＸ 吸収剤１９のＮＯＸ 吸収量が第１の設定量ＳＮＵ１よりも少なく定められた第２の設定量ＳＮＵ２よりも多いときには還元剤供給弁２２の還元剤供給作用を行ってＮＯＸ 吸収剤１９内のＮＯＸ を放出、還元するようにしている。言い換えると、パティキュレートフィルタ再生作用と共に行われる還元剤供給弁２２の還元剤供給作用を開始すべきときのＮＯＸ 吸収剤１９のＮＯＸ 吸収量またはＳＯＸ 吸収量が第２の設定量よりも多いときには還元剤供給弁２２の還元剤供給作用を開始するようにしているということになる。
【００３２】
図３はパティキュレートフラグＸＰを制御するためのルーチンである。このルーチンは予め定められた設定時間ＤＬＴ毎の割り込みによって実行される。
図３を参照すると、まずステップ５０ではパティキュレートフラグＸＰがセットされているか否かが判別される。パティキュレートフラグＸＰはパティキュレートフィルタ再生作用を行うべきときにセットされ（ＸＰ＝“１”）、それ以外はリセットされる（ＸＰ＝“０”）ものである。パティキュレートフラグＸＰがセットされていないときには次いでステップ５１に進み、パティキュレートフィルタ温度ＴＰＦが再生開始温度ＴＰＲよりも高いか否かが判別される。ＴＰＦ≦ＴＰＲのときには次いでステップ５２に進み、単位時間当たりパティキュレートフィルタ１６に捕集されるパティキュレート量ｄＣＰが算出される。このパティキュレート量ｄＣＰは例えば燃料噴射弁１１から噴射される燃料量の積算値、吸入空気質量流量Ｇａ、機関回転数Ｎ、およびパティキュレートフィルタ１６のパティキュレート捕集効率の関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ５３では本ルーチンの割り込み時間間隔ＤＬＴおよびｄＣＰの積（ｄＣＰ・ＤＬＴ）を積算することによりパティキュレートフィルタ１６のパティキュレート捕集量ＳＰが算出される（ＳＰ＝ＳＰ＋ｄＣＰ・ＤＬＴ）。続くステップ５４ではパティキュレートフィルタ１６のパティキュレート捕集量ＳＰが設定値ＳＰＴよりも大きいか否かが判別される。ＳＰ≦ＳＰＴのときには処理サイクルを終了し、ＳＰ＞ＳＰＴのときには次いでステップ５５に進み、パティキュレートフラグＸＰがセットされる。
【００３３】
ステップ５０においてパティキュレートフラグＸＰがセットされているとき、またはステップ５１においてＴＰＦ＞ＴＰＲのときには次いでステップ５６に進み、単位時間当たりパティキュレートフィルタ１６から除去されるパティキュレート量ｄＲＰが算出される。このパティキュレート量ｄＲＰは例えばパティキュレートフィルタ温度ＴＰＦ、吸入空気質量流量Ｇａ、および機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ５７では本ルーチンの割り込み時間間隔ＤＬＴおよびｄＲＰの積の負値（−ｄＲＰ・ＤＬＴ）を積算することによりパティキュレートフィルタ１６のパティキュレート捕集量ＳＰが算出される（ＳＰ＝ＳＰ−ｄＲＰ・ＤＬＴ）。続くステップ５８ではパティキュレートフィルタ１６のパティキュレート捕集量ＳＰが小さな設定値ＳＰＬよりも小さいか否かが判別される。ＳＰ≧ＳＰＬのときには処理サイクルを終了し、ＳＰ＜ＳＰＬのときには次いでステップ５９に進み、パティキュレートフィルタラグＸＰがリセットされる。
【００３４】
例えば機関加速運転が行われてパティキュレートフィルタ１６に流入する排気の温度が高くなり、それによりパティキュレートフィルタ温度ＴＰＦが再生開始温度ＴＰＲよりも高くなると、２次燃料噴射を行わなくてもパティキュレートフィルタ再生作用が開始される。すなわちいわゆるパティキュレートフィルタ１６の自然再生が開始される。そこでステップ５１においてＴＰＦ＞ＴＰＲのときにはステップ５６および５７に進んでパティキュレート捕集量ＳＰの減算処理をするようにしている。
【００３５】
図４および図５はＳＯＸ フラグＸＳを制御するためのルーチンである。このルーチンは予め定められた設定時間ＤＬＴ毎の割り込みによって実行される。
図４および図５を参照すると、まずステップ６０ではＳＯＸ フラグＸＳがセットされているか否かが判別される。ＳＯＸ フラグＸＳはＮＯＸ 吸収剤１９のＳＯＸ 放出作用を行うべきときにセットされ（ＸＳ＝“１”）、それ以外はリセットされる（ＸＳ＝“０”）ものである。ＳＯＸ フラグＸＳがリセットされているときには次いでステップ６１に進み、単位時間当たりＮＯＸ 吸収剤１９に吸収されるＳＯＸ 量ｄＡＳが算出される。このＳＯＸ 量ｄＡＳは例えば燃料噴射弁１１から噴射される燃料量の積算値、ＮＯＸ 吸収剤温度ＴＮＡ、機関負荷を表す吸入空気質量流量Ｇａおよび機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ６２では本ルーチンの割り込み時間間隔ＤＬＴおよびｄＡＳの積（ｄＡＳ・ＤＬＴ）を積算することによりＮＯＸ 吸収剤１９のＳＯＸ 吸収量ＳＳが算出される（ＳＳ＝ＳＳ＋ｄＡＳ・ＤＬＴ）。続くステップ６３ではＮＯＸ 吸収剤１９のＳＯＸ 吸収量ＳＳが第１の設定量ＳＳＵ１よりも大きいか否かが判別される。ＳＳ≦ＳＳＵ１のときには次いでステップ６４に進み、パティキュレートフラグＸＰがセットされているか否かが判別される。パティキュレートフラグＸＰがセットされているときには次いでステップ６４に進み、ＮＯＸ 吸収剤温度ＴＮＡがＳＯＸ 放出温度ＴＳＲよりも高いか否かが判別される。ＴＮＡ＞ＴＳＲのとき、すなわちＳＳ＞ＳＳＵ１かつパティキュレートフラグＸＰがセットされておりかつＴＮＡ＞ＴＳＲのときには次いでステップ６６に進み、ＳＯＸ フラグＸＳがセットされる。これに対し、ステップ６４においてパティキュレートフラグＸＰがリセットされているとき、またはステップ６５においてＴＮＡ≦ＴＳＲのときには処理サイクルを終了する。
【００３６】
一方、ステップ６３においてＳＳ≦ＳＳＵ１のときには次いでステップ６７に進み、ＳＯＸ 吸収量ＳＳが第２の設定量ＳＳＵ２よりも多いか否かが判別される。ＳＳ＞ＳＳＵ２のときには次いでステップ６４に進み、パティキュレートフラグＸＰがセットされておりかつＴＮＡ＞ＴＳＲのときにはＳＯＸ フラグＸＳがセットされる。これに対し、ＳＳ≦ＳＳＵ２のとき、またはＳＳ＞ＳＳＵ２であってもパティキュレートフラグＸＰがリセットされており或いはＴＮＡ≦ＴＳＲのときには処理サイクルを終了する。
【００３７】
ＳＯＸ フラグＸＳがセットされたときにはステップ６０からステップ６８に進み、単位時間当たりＮＯＸ 吸収剤１９から放出されるＳＯＸ 量ｄＲＳが算出される。このＳＯＸ 量ｄＲＳは例えばＮＯＸ 吸収剤温度ＴＮＡ、吸入空気質量流量Ｇａ、機関回転数Ｎ、およびＳＯＸ フラグＸＳがセットされてからの時間の関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ６９では本ルーチンの割り込み時間間隔ＤＬＴおよびｄＲＳの積の負値（−ｄＲＳ・ＤＬＴ）を積算することによりＮＯＸ 吸収剤１９のＳＯＸ 吸収量ＳＳが算出される（ＳＳ＝ＳＳ−ｄＲＳ・ＤＬＴ）。続くステップ７０では単位時間当たりＮＯＸ 吸収剤１９から放出されるＮＯＸ 量ｄＲＮが算出される。このＮＯＸ 量ｄＲＮは例えばＮＯＸ 吸収剤温度ＴＮＡ、吸入空気質量流量Ｇａ、機関回転数Ｎ、およびＳＯＸ フラグＸＳがセットされてからの時間の関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ７１では本ルーチンの割り込み時間間隔ＤＬＴおよびｄＲＮの積の負値（−ｄＲＮ・ＤＬＴ）を積算することによりＮＯＸ 吸収剤１９のＮＯＸ 吸収量ＳＮが算出される（ＳＮ＝ＳＮ−ｄＲＮ・ＤＬＴ）。続くステップ７２ではＮＯＸ 吸収剤１９のＳＯＸ 吸収量ＳＳが小さな設定値ＳＳＬよりも小さいか否かが判別される。ＳＳ＜ＳＳＬのときには処理サイクルを終了する。ＳＳ≧ＳＳＬのときには次いでステップ７３に進み、ＳＯＸ フラグＸＮがリセットされる。続くステップ７４ではＮＯＸ フラグＸＮがリセットされる。ＮＯＸ フラグＸＮはＮＯＸ 吸収剤１９内のＮＯＸ を放出、還元すべきときにセットされ（ＸＮ１＝“１”）、それ以外はリセットされる（ＸＮ１＝“０”）ものである。
【００３８】
図６および図７はＮＯＸ フラグＸＮを制御するためのルーチンである。このルーチンは予め定められた設定時間ＤＬＴ毎の割り込みによって実行される。
図６および図７を参照すると、まずステップ８０ではＳＯＸ フラグＸＳがリセットされているか否かが判別される。ＳＯＸ フラグＸＳがセットされているときには処理サイクルを終了する。ＳＯＸ フラグＸＳがリセットされているときには次いでステップ８１に進み、ＮＯＸ フラグＸＮがセットされているか否かが判別される。ＮＯＸ フラグＸＮがリセットされているときには次いでステップ８２に進み、単位時間当たりＮＯＸ 吸収剤１９に吸収されるＮＯＸ 量ｄＡＮが算出される。このＮＯＸ 量ｄＡＮは例えば機関負荷を表す吸入空気質量流量Ｇａおよび機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ８３では本ルーチンの割り込み時間間隔ＤＬＴおよびｄＡＮの積（ｄＡＮ・ＤＬＴ）を積算することによりＮＯＸ 吸収剤１９のＮＯＸ 吸収量ＳＮが算出される（ＳＮ＝ＳＮ＋ｄＡＮ・ＤＬＴ）。続くステップ８４では図８のマップからＮＯＸ 吸収剤１９の最大ＮＯＸ 吸収量ＳＮＭが算出される。続くステップ８５では算出されたＮＯＸ 吸収量ＳＮが最大ＮＯＸ 吸収量ＳＮＭよりも大きいか否かが判別される。ＳＮ≦ＳＮＭのときには次いでステップ８７にジャンプし、ＳＮ＞ＳＮＭのときには次いでステップ８６に進んでＮＯＸ 吸収量ＳＮが最大ＮＯＸ 吸収量ＳＮＭとされた後にステップ８７に進む。
【００３９】
すなわち、図８に示されるようにＮＯＸ 吸収剤１９の最大ＮＯＸ 吸収量ＳＮＭはＮＯＸ 吸収剤温度ＴＮＡに応じて変動する。したがって算出されたＮＯＸ 吸収量ＳＮが最大ＮＯＸ 吸収量ＳＮＭよりも大きいときにはＮＯＸ 吸収量ＳＮを最大ＮＯＸ 吸収量ＳＮＭまで戻す必要がある。
ステップ８７ではＮＯＸ 吸収量ＳＮが第１の設定量ＳＮＵ１よりも多いか否かが判別される。ＳＮ＞ＳＮＵ１のときには次いでステップ８８に進み、ＮＯＸ フラグＸＮがセットされる。これに対し、ＳＮ≦ＳＮＵ１のときには次いでステップ８９に進み、パティキュレートフラグＸＰがセットされているか否かが判別される。パティキュレートフラグＸＰがセットされているときには次いでステップ９０に進み、ＮＯＸ 吸収剤１９のＮＯＸ 吸収量ＳＮが第２の設定量ＳＮＵ２よりも多いか否かが判別される。ＳＮ＞ＳＮＵ２のとき、すなわちパティキュレートフラグＸＰがセットされておりかつＳＮ＞ＳＮＵ２のときには次いでステップ８８に進み、ＮＯＸ フラグＸＮがセットされる。これに対し、ステップ８９においてパティキュレートフラグＸＰがリセットされているとき、またはステップ９０においてＳＮ≦ＳＮＵ２のときには処理サイクルを終了する。
【００４０】
ＮＯＸ フラグＸＮがセットされたときにはステップ８１からステップ９１に進み、単位時間当たりＮＯＸ 吸収剤１９から放出されるＮＯＸ 量ｄＲＮが算出され、続くステップ９２ではＮＯＸ 吸収剤１９のＮＯＸ 吸収量ＳＮが算出される。続くステップ９３ではＮＯＸ 吸収剤１９のＮＯＸ 吸収量ＳＮが小さな設定値ＳＮＬよりも小さいか否かが判別される。ＳＮ≧ＳＮＬのときには次いでステップ９４に進み、ＮＯＸ フラグＸＮがリセットされる。
【００４１】
図９は燃料噴射弁１１の２次燃料噴射量ＱＳＦおよび還元剤供給弁２２の還元剤供給量ＱＲＥＤを算出するためのルーチンである。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
図９を参照すると、まずステップ１００ではパティキュレートフラグＸＰがセットされているか否かが判別される。パティキュレートフィルタラグＸＰがセットされているときには次いでステップ１０１に進み、ＱＰが算出される。このＱＰはパティキュレートフィルタ温度ＴＰＦを再生開始温度まで上昇させ維持するのに必要な２次燃料噴射量であり、例えばパティキュレートフィルタ温度ＴＰＦ、吸入空気質量流量Ｇａ、および機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ１０２では２次燃料噴射量ＱＳＦがこのＱＰとされる。次いでステップ１０４に進む。これに対し、パティキュレートフラグＸＰがリセットされているときには次いでステップ１０３に進み、２次燃料噴射量ＱＳＦが零とされた後にステップ１０４に進む。
【００４２】
ステップ１０４ではＳＯＸ フラグＸＳがセットされているか否かが判別される。ＳＯＸ フラグＸＳがセットされているときには次いでステップ１０５に進み、ＱＳが算出される。このＱＳはＮＯＸ 吸収剤１９内のＳＯＸ を最適に放出させるのに必要な還元剤供給量であり、例えば吸入空気質量流量Ｇａおよび機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ１０６では還元剤供給量ＱＲＥＤがこのＱＳとされる。
【００４３】
一方、ステップ１０４においてＳＯＸ フラグＸＳがリセットされているときには次いでステップ１０７に進み、ＮＯＸ フラグＸＮがセットされているか否かが判別される。ＮＯＸ フラグＸＮがセットされているときには次いでステップ１０９に進み、ＱＮが算出される。このＱＮはＮＯＸ 吸収剤１９内のＮＯＸ を最適に放出、還元するのに必要な還元剤供給量であり、例えば吸入空気質量流量Ｇａおよび機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ１０９では還元剤供給量ＱＲＥＤがこのＱＮとされる。これに対し、ＮＯＸ フラグＸＮがリセットされているときには次いでステップ１１０に進み、還元剤供給量ＱＲＥＤが零とされる。
【００４４】
図１０はケーシング２０の排気入口部周りの部分拡大図を示している。図１０を参照すると、還元剤供給弁２２の還元剤供給ノズル２２ａはケーシング２０の入口部に隣接配置され、しかもＮＯＸ 吸収剤１９に向けて開口せしめられる。図１０からわかるように、還元剤供給ノズル２２ａの噴霧角度ＡＩＮＪはケーシング２０の入口部のコーン角度ＡＣＲＮよりも大きくされている。このため、還元剤供給ノズル２２ａから噴射された還元剤が排気流れにより流されても、還元剤をＮＯＸ 吸収剤１９に半径方向全体に一様に供給することができる。
上述の実施態様では還元剤供給弁２２をケーシング２０の入口部に隣接配置している。しかしながら、図１１（Ａ）および（Ｂ）に示されるように例えば排気管１８の湾曲部１８ａに還元剤供給弁２２を配置することもできる。湾曲部では排気流れが乱れるのでこの湾曲部に還元剤供給弁２２を配置すれば還元剤を排気中に良好に混合させることができる。
【００４５】
この実施態様を還元剤供給弁２２の噴射圧が比較的高い内燃機関に適用する場合には図１１（Ａ）に示されるように還元剤供給弁２２は湾曲部１８ａの内側に、噴射圧が比較的低い内燃機関に適用される場合には図１１（Ｂ）に示されるように還元剤供給弁２２は湾曲部１８ａの外側に配置される。湾曲部１８ａの外側では内側に比べて排気流速が高く、乱れが大きい。そこで、還元剤が遠くまで進行可能な高噴射圧の場合には還元剤供給弁２２を湾曲部１８ａの内側に配置し、還元剤が近くまでしか進行できない低噴射圧の場合には還元剤供給弁２２を湾曲部１８ａの外側に配置している。
【００４６】
【発明の効果】
還元剤消費量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】ＮＯＸ 吸収剤の吸放出作用を説明するための図である。
【図３】パティキュレートフラグＸＰを制御するためのフローチャートである。
【図４】ＳＯＸ フラグＸＳを制御するためのフローチャートである。
【図５】ＳＯＸ フラグＸＳを制御するためのフローチャートである。
【図６】ＮＯＸ フラグＸＮを制御するためのフローチャートである。
【図７】ＮＯＸ フラグＸＮを制御するためのフローチャートである。
【図８】最大ＮＯＸ 吸収量を示す線図である。
【図９】燃料噴射弁の２次燃料噴射量ＱＳＦおよび還元剤供給弁の還元剤供給量ＱＲＥＤを算出するためのフローチャートである。
【図１０】ケーシングの入口部の部分拡大図である。
【図１１】別の実施態様を示す内燃機関の部分図である。
【符号の説明】
１…機関本体
１１…燃料噴射弁
１６…パティキュレートフィルタ
１９…ＮＯＸ 吸収剤
２２…還元剤供給弁
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置すると共に、流入する排気の空燃比がリーンのときにＮＯＸ を吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収しているＮＯＸ を放出するＮＯＸ 吸収剤をパティキュレートフィルタから離間してパティキュレートフィルタ下流の機関排気通路内に配置し、機関燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を具備し、ＮＯＸ 吸収剤内のＮＯＸ を放出、還元すべきときには膨張行程または排気行程に燃料噴射弁から燃料を２次的に噴射するようにした内燃機関の排気浄化装置が公知である（特開平９−５３４４２号公報参照）。この排気浄化装置では、ＮＯＸ 吸収剤内のＮＯＸ を放出、還元するための還元剤を２次噴射による燃料から形成し、この２次燃料を燃焼室からパティキュレートフィルタを介しＮＯＸ 吸収剤に供給するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、大部分の２次燃料はパティキュレートフィルタにおいて排気中の酸素と反応するためにＮＯＸ 吸収剤に到る前に消費されてしまうという問題点がある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１番目の発明によれば、排気中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置すると共に、流入する排気の空燃比がリーンのときにＮＯＸ吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収しているＮＯＸを放出するＮＯＸ吸収剤をパティキュレートフィルタから離間してパティキュレートフィルタ下流の機関排気通路内に配置し、パティキュレートフィルタに捕集されているパティキュレートを除去するパティキュレートフィルタ再生作用を行うことが可能な内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタとＮＯＸ吸収剤間の機関排気通路内にＮＯＸ吸収剤に還元剤を供給するための還元剤供給手段を配置し、パティキュレートフィルタ再生作用時のＮＯ Ｘ 吸収剤の温度を求めて該ＮＯ Ｘ 吸収剤の温度がＳＯ Ｘ 放出温度よりも高いパティキュレートフィルタ再生作用時に、ＮＯ Ｘ 吸収剤からＳＯ Ｘ を放出させるために還元剤供給手段からＮＯＸ吸収剤に還元剤を供給するようにしている。
【０００５】
すなわち１番目の発明では、パティキュレートフィルタ下流に還元剤供給手段が配置されているので還元剤消費量が低減される。また、パティキュレートフィルタ再生作用時には排気中の酸素がパティキュレートフィルタにおいて消費されるためにＮＯ Ｘ 吸収剤に流入する酸素濃度が低下せしめられており、したがってパティキュレートフィルタ再生作用時に還元剤供給手段からＮＯ Ｘ 吸収剤に還元剤を供給することにより還元剤消費量がさらに低減される。更に、還元剤が有効に利用される。
【０００６】
上記課題を解決するために２番目の発明によれば、排気中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置すると共に、流入する排気の空燃比がリーンのときにＮＯ Ｘ を吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収しているＮＯ Ｘ を放出するＮＯ Ｘ 吸収剤をパティキュレートフィルタから離間してパティキュレートフィルタ下流の機関排気通路内に配置し、パティキュレートフィルタに捕集されているパティキュレートを除去するパティキュレートフィルタ再生作用を行うことが可能な内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタとＮＯ Ｘ 吸収剤間の機関排気通路内にＮＯ Ｘ 吸収剤に還元剤を供給するための還元剤供給手段を配置し、パティキュレートフィルタ再生作用時のＮＯ Ｘ 吸収剤のＳＯ Ｘ 吸収量を求めてＳＯ Ｘ 吸収量が予め定められた設定量よりも多いパティキュレートフィルタ再生作用時に、ＮＯ Ｘ 吸収剤からＳＯ Ｘ を放出させるために還元剤供給手段からＮＯ Ｘ 吸収剤に還元剤を供給するようにしている。
【０００７】
すなわち２番目の発明では、パティキュレートフィルタ下流に還元剤供給手段が配置されているので還元剤消費量が低減される。また、パティキュレートフィルタ再生作用時には排気中の酸素がパティキュレートフィルタにおいて消費されるためにＮＯ Ｘ 吸収剤に流入する酸素濃度が低下せしめられており、したがってパティキュレートフィルタ再生作用時に還元剤供給手段からＮＯ Ｘ 吸収剤に還元剤を供給することにより還元剤消費量がさらに低減される。更に、還元剤が有効に利用される。
【０００８】
上記課題を解決するために３番目の発明によれば、排気中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置すると共に、流入する排気の空燃比がリーンのときにＮＯ Ｘ を吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収しているＮＯ Ｘ を放出するＮＯ Ｘ 吸収剤をパティキュレートフィルタから離間してパティキュレートフィルタ下流の機関排気通路内に配置し、パティキュレートフィルタに捕集されているパティキュレートを除去するパティキュレートフィルタ再生作用を行うことが可能な内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタとＮＯ Ｘ 吸収剤間の機関排気通路内にＮＯ Ｘ 吸収剤に還元剤を供給するための還元剤供給手段を配置し、パティキュレートフィルタ再生作用時に還元剤供給手段からＮＯ Ｘ 吸収剤に還元剤を供給するようにし、ＮＯ Ｘ 吸収剤を収容するケーシングの入口部に還元剤供給装置の還元剤供給ノズルを隣接配置すると共に、該還元剤供給ノズルをＮＯ Ｘ 吸収剤に向けて開口せしめ、該還元剤供給ノズルの噴霧角度をケーシング入口部のコーン角度よりも大きくしている。
【０００９】
すなわち３番目の発明では、パティキュレートフィルタ下流に還元剤供給手段が配置されているので還元剤消費量が低減される。また、パティキュレートフィルタ再生作用時には排気中の酸素がパティキュレートフィルタにおいて消費されるためにＮＯ Ｘ 吸収剤に流入する酸素濃度が低下せしめられており、したがってパティキュレートフィルタ再生作用時に還元剤供給手段からＮＯ Ｘ 吸収剤に還元剤を供給することにより還元剤消費量がさらに低減される。更に、還元剤がＮＯ Ｘ 吸収剤の半径方向に一様に供給される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明をディーゼル機関に適用した場合を示している。しかしながら本発明を火花点火式機関に適用することもできる。
図１を参照すると、機関本体１は例えば四つの気筒＃１，＃２，＃３，＃４を具備する。各気筒は対応する吸気枝管２を介してサージタンク３に接続され、サージタンク３は吸気ダクト４およびインタークーラ５を介して過給機、例えば排気ターボチャージャ６のコンプレッサ６ｃの出口部に接続される。コンプレッサ６ｃの入口部は空気吸い込み管７を介してエアクリーナ８に接続される。サージタンク３とインタークーラ５間の吸気ダクト４内にはアクチュエータ９により駆動されるスロットル弁１０が配置される。また、各気筒は燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１１を具備する。各燃料噴射弁１１は共通の燃料蓄圧室１２を介し吐出量を制御可能な燃料ポンプ１３に接続される。燃料ポンプ１３は燃料蓄圧室１２内の燃料圧が目標燃料圧となるように吐出量が制御される。
【００１１】
一方、各気筒には排気マニホルド１４のそれぞれ対応する分岐部１５が接続され、各分岐部１５内にはパティキュレートフィルタ１６が収容される。排気マニホルド１４の集合部は排気ターボチャージャ６の排気タービン６ｔの入口部に接続され、排気タービン６ｔの出口部は排気管１８を介してＮＯＸ 吸収剤１９を収容したケーシング２０に接続され、ケーシング２０は排気管２１に接続される。また、排気タービン６ｔとＮＯＸ 吸収剤１９間の排気管１８内にはＮＯＸ 吸収剤１９に還元剤を供給するための還元剤供給弁２２がＮＯＸ 吸収剤１９に隣接配置される。この還元剤供給弁２２は燃料蓄圧室１２に接続されており、したがって本実施態様では機関の燃料（ＨＣ）が還元剤として用いられる。なお、還元剤として例えばガソリン、イソオクタン、ヘキサン、ヘプタン、軽油、灯油、ブタン、プロパンのような炭化水素、水素、アンモニア、尿素などを用いることができる。
【００１２】
さらに、パティキュレートフィルタ１６下流の排気マニホルド１４と、スロットル弁１０下流の吸気ダクト４とは排気再循環（以下ＥＧＲと称す）通路２３を介して互いに接続され、ＥＧＲ通路２３内にはアクチュエータ２４により駆動されるＥＧＲ制御弁２５が配置される。このように還元剤供給弁２２よりも上流にＥＧＲ通路２３を設けるようにすると還元剤供給弁２２から供給された２次燃料がＥＧＲガスと共に機関吸気通路に戻されるのが阻止される。
【００１３】
さらに、排気タービン６ｔと還元剤供給弁２２間に位置する排気管１８内にはアクチュエータ２５により駆動される排気絞り弁２６が配置される。この排気絞り弁２６は通常全開に維持されている。
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１を介して相互に接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、常時電源に接続されているＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）３５、入力ポート３６、および出力ポート３７を具備する。空気吸い込み管７内には吸入空気の質量流量を検出するための質量流量センサ３８が配置される。燃料蓄圧室１２には燃料蓄圧室１２内の燃料圧に比例した出力電圧を発生する燃料圧センサ３９が配置される。パティキュレートフィルタ１６上流に位置する排気マニホルド１４の分岐部１５にはパティキュレートフィルタ１６の温度ＴＰＦを表すパティキュレートフィルタ１６に流入する排気の温度に比例した出力電圧を発生する温度センサ４０ａが配置され、ＮＯＸ 吸収剤１９下流の排気管２１にはＮＯＸ 吸収剤１９の温度ＴＮＡを表すＮＯＸ 吸収剤１９から流出した排気の温度に比例した出力電圧を発生する温度センサ４０ｂが配置される。また、踏み込み量センサ４１はアクセルペダルの踏み込み量ＤＥＰに比例した出力電圧を発生する。これらセンサ３８，３９，４０ａ，４０ｂ，４１の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器４２を介して入力ポート３６に入力される。
【００１４】
また、入力ポート３６には機関回転数を表す出力パルスを発生する回転数センサ４３が接続される。一方、出力ポート３７はそれぞれ対応する駆動回路４４を介して各燃料噴射弁７、アクチュエータ９，２４，２５、燃料ポンプ１３、および還元剤供給弁２２にそれぞれ接続される。
ＮＯＸ 吸収剤１９は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ，ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ，セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ，カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ，イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されている。このＮＯＸ 吸収剤１９は流入する排気の空燃比がリーンのときにはＮＯＸ を吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯＸ を放出するＮＯＸ の吸放出作用を行う。なお、ＮＯＸ 吸収剤１９上流の排気通路内または燃焼室内に燃料或いは空気が２次的に供給されない場合には流入する排気の空燃比は各気筒に供給される全燃料量に対する全空気量の比に一致する。
【００１５】
上述のＮＯＸ 吸収剤１９を機関排気通路内に配置すればこのＮＯＸ 吸収剤１９は実際にＮＯＸ の吸放出作用を行うがこの吸放出作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もある。しかしながらこの吸放出作用は図２（Ａ），２（Ｂ）に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。次にこのメカニズムについて担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
【００１６】
すなわち、流入する排気がかなりリーンになると流入する排気中の酸素濃度が大巾に増大し、図２（Ａ）に示されるようにこれら酸素Ｏ２ がＯ２ − またはＯ２ − の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する排気中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ２ − またはＯ２−と反応し、ＮＯ２ となる（２ＮＯ＋Ｏ２ →２ＮＯ２ ）。次いで生成されたＮＯ２ の一部は白金Ｐｔ上でさらにに酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、図２（Ａ）に示されるように硝酸イオンＮＯ３ − の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯＸ がＮＯＸ 吸収剤１９内に吸収される。
【００１７】
流入する排気中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ２ が生成され、吸収剤のＮＯＸ 吸収能力が飽和しない限りＮＯ２ が吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ３ − が生成される。これに対して流入する排気中の酸素濃度が低下してＮＯ２ の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ３ − →ＮＯ２ ）に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ３ − がＮＯ２ の形で吸収剤から放出される。すなわち、流入する排気中の酸素濃度が低下するとＮＯＸ 吸収剤１９からＮＯＸ が放出されることになる。流入する排気のリーンの度合が低くなれば流入する排気中の酸素濃度が低下し、したがって流入する排気のリーンの度合を低くすればＮＯＸ 吸収剤１９からＮＯＸ が放出されることになる。
【００１８】
一方、このときＮＯＸ 吸収剤１９に還元剤例えばＨＣを供給して流入する排気の空燃比をリッチにするとＨＣ、および機関から排出されるＨＣ，ＣＯは白金Ｐｔ上の酸素Ｏ２ − またはＯ２−と反応して酸化せしめられる。また、流入する排気の空燃比をリッチにすると流入する排気中の酸素濃度が極度に低下するために吸収剤からＮＯ２ が放出され、このＮＯ２ は図２（Ｂ）に示されるようにＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯ２ が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮＯ２ が放出される。したがって流入する排気の空燃比をリッチにすると短時間のうちにＮＯＸ 吸収剤１９からＮＯＸ が放出されることになる。なお、ＮＯＸ 吸収剤１９に流入する排気の平均空燃比がリーンであっても流入排気中に一定量以上のＨＣ，ＣＯが含まれていると局所的に酸素濃度が低下するために吸収剤からＮＯ２ が放出され、還元されうる。
【００１９】
本実施態様では通常運転時に各気筒で燃焼せしめられる混合気の空燃比はリーンに維持されており、したがって通常運転時に各気筒から排出される排気中のＮＯＸ がＮＯＸ 吸収剤１９に吸収される。
ところが、ＮＯＸ 吸収剤１９のＮＯＸ 吸収能力には限界があるのでＮＯＸ 吸収剤１９のＮＯＸ 吸収能力が飽和する前にＮＯＸ 吸収剤１９からＮＯＸ を放出させる必要がある。そこで本実施態様では、ＮＯＸ 吸収剤１９のＮＯＸ 吸収量を求め、このＮＯＸ 吸収量が予め定められた設定量よりも多くなったときに還元剤供給弁２２からＮＯＸ 吸収剤１９に還元剤を一時的に供給してＮＯＸ 吸収剤１９内のＮＯＸ を放出、還元するようにしている。
【００２０】
一方、機関から排出される排気中にはすす、カーボン、有機可溶成分（ＳＯＦ）、サルフェートなどからなるパティキュレートが含まれており、このパティキュレートはパティキュレートフィルタ１６に捕集される。ところがパティキュレートフィルタ１６のパティキュレート捕集量が多くなると機関背圧が高くなるので機関背圧が高くなる前にパティキュレートフィルタ１６からパティキュレートを除去するすなわちパティキュレートフィルタ１６の再生作用を行う必要がある。
【００２１】
パティキュレートフィルタ１６の温度ＴＰＦが再生開始温度ＴＰＲよりも高くなるとパティキュレートフィルタ１６に捕集されているパティキュレートが燃焼を開始し、斯くしてパティキュレートフィルタ再生作用が開始される。一方、パティキュレートフィルタ１６に燃料を供給するとこの燃料がパティキュレートフィルタ１６で燃焼するためにパティキュレートフィルタ温度ＴＰＦを上昇させることができる。さらに、圧縮上死点周りに行われる燃料噴射とは別に燃料噴射弁７から膨張行程または排気行程に２回目の燃料噴射すなわち２次燃料噴射を行うことによりパティキュレートフィルタ１６に燃料を供給することができる。そこで本実施態様では、パティキュレートフィルタ１６のパティキュレート捕集量を求め、このパティキュレート捕集量が予め定められた設定量よりも多くなったときにパティキュレートフィルタ１６に２次燃料噴射を行ってパティキュレートフィルタ温度ＴＰＦを再生開始温度ＴＰＲよりも高くし、それによりパティキュレートフィルタ再生作用を行うようにしている。なお、２次燃料噴射による燃料は機関出力にほとんど寄与しない。
【００２２】
このようにＮＯＸ はＮＯＸ 吸収剤１９において浄化され、パティキュレートはパティキュレートフィルタ１６において浄化される。ところが流入する排気中にはイオウ分が含まれており、ＮＯＸ 吸収剤１９にはＮＯＸ ばかりでなくイオウ分例えばＳＯＸ も吸収される。このＮＯＸ 吸収剤１９へのイオウ分の吸収メカニズムはＮＯＸ の吸収メカニズムと同じであると考えられる。
【００２３】
すなわち、ＮＯＸ の吸収メカニズムを説明したときと同様に担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとって説明すると、前述したように流入する排気の空燃比がリーンのときには酸素Ｏ２ がＯ２ − またはＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入する排気中のＳＯＸ 例えばＳＯ２ は白金Ｐｔの表面でＯ２ − またはＯ２−と反応してＳＯ３ となる。次いで生成されたＳＯ３ は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硫酸イオンＳＯ４ ２− の形で吸収剤内に拡散する。次いでこの硫酸イオンＳＯ４ ２− はバリウムイオンＢａ２＋と結合して硫酸塩ＢａＳＯ４ を生成する。
【００２４】
しかしながらこの硫酸塩ＢａＳＯ４ は分解しずらく、還元剤供給弁２２からＮＯＸ 吸収剤１９に還元剤を供給しても硫酸塩ＢａＳＯ４ は分解されずにそのまま残る。したがってＮＯＸ 吸収剤１９内には時間が経過するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ４ が増大することになり、斯くして時間が経過するにつれてＮＯＸ 吸収剤１９が吸収しうるＮＯＸ 量が低下することになる。
【００２５】
ところが、ＮＯＸ 吸収剤温度ＴＮＡがＮＯＸ 吸収剤１９の種類に応じて定まるＳＯＸ 放出温度ＴＳＲよりも高いときにＮＯＸ 吸収剤１９に還元剤を供給すると、すなわち例えばＮＯＸ 吸収剤１９に流入する排気の空燃比がリッチにするとＮＯＸ 吸収剤１９内の硫酸塩ＢａＳＯ４ は分解して硫酸イオンＳＯ４ ２− がＳＯ３ の形で吸収剤から放出される。一方、上述したパティキュレートフィルタ再生作用が行われているときにはＮＯＸ 吸収剤１９に流入する排気の温度が高くなるのでこのときＮＯＸ 吸収剤温度ＴＮＡがＳＯＸ 放出温度ＴＳＲよりも高くなりうる。
【００２６】
そこで本実施態様では、ＮＯＸ 吸収剤１９のＳＯＸ 吸収量が予め定められた第１の設定量ＳＳＵ１よりも多くなったときにはパティキュレートフィルタ再生作用が開始されるのを待ち、パティキュレートフィルタ再生作用が開始されたときに還元剤供給弁２２からＮＯＸ 吸収剤１９への還元剤供給作用を開始してＮＯＸ 吸収剤１９に流入する排気の空燃比がリッチになるようにし、それによりＮＯＸ 吸収剤１９からＳＯＸ を放出させるようにしている。このとき放出されたＳＯ３ は流入する排気中のＨＣ，ＣＯによってただちにＳＯ２ に還元せしめられる。また、このときＮＯＸ 吸収剤１９内のＮＯＸ も同時に放出、還元せしめられる。
【００２７】
ただし、例えばパティキュレートフィルタ再生作用が開始された直後はＮＯＸ 吸収剤温度ＴＮＡがＳＯＸ 放出温度ＴＳＲよりも低い場合がある。したがって正確に言うと、パティキュレートフィルタ再生作用が開始された後ＮＯＸ 吸収剤温度ＴＮＡがＳＯＸ 放出温度ＴＳＲよりも高くなったときに還元剤供給作用が開始されるということになる。
【００２８】
このようにパティキュレートフィルタ再生作用が行われるとパティキュレートフィルタ１６において排気中の酸素が消費されるのでＮＯＸ 吸収剤１９に流入する排気の空燃比をリッチにするために必要な還元剤量を低減することができる。また、ＮＯＸ 吸収剤温度ＴＮＡをＳＯＸ 放出温度ＴＳＲまで昇温するための還元剤が不要になる。
【００２９】
ところで、この場合ＮＯＸ 吸収剤温度ＴＮＡがＳＯＸ 放出温度ＴＳＲよりも高くなったとしてもＮＯＸ 吸収剤１９のＳＯＸ 吸収量が第１の設定量ＳＳＵ１よりも少なければＮＯＸ 吸収剤１９のＳＯＸ 放出作用は行われない。ところがＮＯＸ 吸収剤１９のＳＯＸ 吸収量が第１の設定量ＳＳＵ１よりも多くなった後長時間にわたってパティキュレートフィルタ再生作用が行われないとＮＯＸ 吸収剤１９のＳＯＸ 吸収量が極めて多くなり、ＮＯＸ 吸収剤１９のＮＯＸ 吸収能力がほとんどなくなる恐れがある。またＮＯＸ 吸収剤１９から多量のＳＯＸ を放出させるのは困難である。したがって、ＮＯＸ 吸収剤温度ＴＮＡがＳＯＸ 放出温度ＴＳＲよりも高くなったときにはＮＯＸ 吸収剤１９のＳＯＸ 吸収量が第１の設定量ＳＳＵ１よりも少なくても還元剤供給作用を行うのが好ましい。
【００３０】
ところが、ＮＯＸ 吸収剤１９のＳＯＸ 吸収量が極めて少ないときには還元剤を有効に利用することができない。そこで本実施態様では、パティキュレートフィルタ再生作用が行われてＮＯＸ 吸収剤温度ＴＮＡがＳＯＸ 放出温度ＴＳＲよりも高くなったときにＮＯＸ 吸収剤１９のＳＯＸ 吸収量が第１の設定量ＳＳＵ１よりも少なく定められた第２の設定量ＳＳＵ２よりも多いときには還元剤供給弁２２の還元剤供給作用を行ってＮＯＸ 吸収剤１９からＳＯＸ を放出させるようにしている。
【００３１】
一方、パティキュレートフィルタ再生作用が行われるとＮＯＸ 吸収剤１９に流入する排気中の酸素濃度が低下するためにＮＯＸ 吸収剤１９から吸収されているＮＯＸ が放出される。したがってこのとき還元剤供給作用を行って放出されたＮＯＸ を還元する必要がある。ところが、ＮＯＸ 吸収剤１９のＮＯＸ 吸収量が極めて少ないときには還元剤を有効に利用することができない。そこで本実施態様では、パティキュレートフィルタ再生作用が行われたときにＮＯＸ 吸収剤１９のＮＯＸ 吸収量が第１の設定量ＳＮＵ１よりも少なく定められた第２の設定量ＳＮＵ２よりも多いときには還元剤供給弁２２の還元剤供給作用を行ってＮＯＸ 吸収剤１９内のＮＯＸ を放出、還元するようにしている。言い換えると、パティキュレートフィルタ再生作用と共に行われる還元剤供給弁２２の還元剤供給作用を開始すべきときのＮＯＸ 吸収剤１９のＮＯＸ 吸収量またはＳＯＸ 吸収量が第２の設定量よりも多いときには還元剤供給弁２２の還元剤供給作用を開始するようにしているということになる。
【００３２】
図３はパティキュレートフラグＸＰを制御するためのルーチンである。このルーチンは予め定められた設定時間ＤＬＴ毎の割り込みによって実行される。
図３を参照すると、まずステップ５０ではパティキュレートフラグＸＰがセットされているか否かが判別される。パティキュレートフラグＸＰはパティキュレートフィルタ再生作用を行うべきときにセットされ（ＸＰ＝“１”）、それ以外はリセットされる（ＸＰ＝“０”）ものである。パティキュレートフラグＸＰがセットされていないときには次いでステップ５１に進み、パティキュレートフィルタ温度ＴＰＦが再生開始温度ＴＰＲよりも高いか否かが判別される。ＴＰＦ≦ＴＰＲのときには次いでステップ５２に進み、単位時間当たりパティキュレートフィルタ１６に捕集されるパティキュレート量ｄＣＰが算出される。このパティキュレート量ｄＣＰは例えば燃料噴射弁１１から噴射される燃料量の積算値、吸入空気質量流量Ｇａ、機関回転数Ｎ、およびパティキュレートフィルタ１６のパティキュレート捕集効率の関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ５３では本ルーチンの割り込み時間間隔ＤＬＴおよびｄＣＰの積（ｄＣＰ・ＤＬＴ）を積算することによりパティキュレートフィルタ１６のパティキュレート捕集量ＳＰが算出される（ＳＰ＝ＳＰ＋ｄＣＰ・ＤＬＴ）。続くステップ５４ではパティキュレートフィルタ１６のパティキュレート捕集量ＳＰが設定値ＳＰＴよりも大きいか否かが判別される。ＳＰ≦ＳＰＴのときには処理サイクルを終了し、ＳＰ＞ＳＰＴのときには次いでステップ５５に進み、パティキュレートフラグＸＰがセットされる。
【００３３】
ステップ５０においてパティキュレートフラグＸＰがセットされているとき、またはステップ５１においてＴＰＦ＞ＴＰＲのときには次いでステップ５６に進み、単位時間当たりパティキュレートフィルタ１６から除去されるパティキュレート量ｄＲＰが算出される。このパティキュレート量ｄＲＰは例えばパティキュレートフィルタ温度ＴＰＦ、吸入空気質量流量Ｇａ、および機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ５７では本ルーチンの割り込み時間間隔ＤＬＴおよびｄＲＰの積の負値（−ｄＲＰ・ＤＬＴ）を積算することによりパティキュレートフィルタ１６のパティキュレート捕集量ＳＰが算出される（ＳＰ＝ＳＰ−ｄＲＰ・ＤＬＴ）。続くステップ５８ではパティキュレートフィルタ１６のパティキュレート捕集量ＳＰが小さな設定値ＳＰＬよりも小さいか否かが判別される。ＳＰ≧ＳＰＬのときには処理サイクルを終了し、ＳＰ＜ＳＰＬのときには次いでステップ５９に進み、パティキュレートフィルタラグＸＰがリセットされる。
【００３４】
例えば機関加速運転が行われてパティキュレートフィルタ１６に流入する排気の温度が高くなり、それによりパティキュレートフィルタ温度ＴＰＦが再生開始温度ＴＰＲよりも高くなると、２次燃料噴射を行わなくてもパティキュレートフィルタ再生作用が開始される。すなわちいわゆるパティキュレートフィルタ１６の自然再生が開始される。そこでステップ５１においてＴＰＦ＞ＴＰＲのときにはステップ５６および５７に進んでパティキュレート捕集量ＳＰの減算処理をするようにしている。
【００３５】
図４および図５はＳＯＸ フラグＸＳを制御するためのルーチンである。このルーチンは予め定められた設定時間ＤＬＴ毎の割り込みによって実行される。
図４および図５を参照すると、まずステップ６０ではＳＯＸ フラグＸＳがセットされているか否かが判別される。ＳＯＸ フラグＸＳはＮＯＸ 吸収剤１９のＳＯＸ 放出作用を行うべきときにセットされ（ＸＳ＝“１”）、それ以外はリセットされる（ＸＳ＝“０”）ものである。ＳＯＸ フラグＸＳがリセットされているときには次いでステップ６１に進み、単位時間当たりＮＯＸ 吸収剤１９に吸収されるＳＯＸ 量ｄＡＳが算出される。このＳＯＸ 量ｄＡＳは例えば燃料噴射弁１１から噴射される燃料量の積算値、ＮＯＸ 吸収剤温度ＴＮＡ、機関負荷を表す吸入空気質量流量Ｇａおよび機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ６２では本ルーチンの割り込み時間間隔ＤＬＴおよびｄＡＳの積（ｄＡＳ・ＤＬＴ）を積算することによりＮＯＸ 吸収剤１９のＳＯＸ 吸収量ＳＳが算出される（ＳＳ＝ＳＳ＋ｄＡＳ・ＤＬＴ）。続くステップ６３ではＮＯＸ 吸収剤１９のＳＯＸ 吸収量ＳＳが第１の設定量ＳＳＵ１よりも大きいか否かが判別される。ＳＳ≦ＳＳＵ１のときには次いでステップ６４に進み、パティキュレートフラグＸＰがセットされているか否かが判別される。パティキュレートフラグＸＰがセットされているときには次いでステップ６４に進み、ＮＯＸ 吸収剤温度ＴＮＡがＳＯＸ 放出温度ＴＳＲよりも高いか否かが判別される。ＴＮＡ＞ＴＳＲのとき、すなわちＳＳ＞ＳＳＵ１かつパティキュレートフラグＸＰがセットされておりかつＴＮＡ＞ＴＳＲのときには次いでステップ６６に進み、ＳＯＸ フラグＸＳがセットされる。これに対し、ステップ６４においてパティキュレートフラグＸＰがリセットされているとき、またはステップ６５においてＴＮＡ≦ＴＳＲのときには処理サイクルを終了する。
【００３６】
一方、ステップ６３においてＳＳ≦ＳＳＵ１のときには次いでステップ６７に進み、ＳＯＸ 吸収量ＳＳが第２の設定量ＳＳＵ２よりも多いか否かが判別される。ＳＳ＞ＳＳＵ２のときには次いでステップ６４に進み、パティキュレートフラグＸＰがセットされておりかつＴＮＡ＞ＴＳＲのときにはＳＯＸ フラグＸＳがセットされる。これに対し、ＳＳ≦ＳＳＵ２のとき、またはＳＳ＞ＳＳＵ２であってもパティキュレートフラグＸＰがリセットされており或いはＴＮＡ≦ＴＳＲのときには処理サイクルを終了する。
【００３７】
ＳＯＸ フラグＸＳがセットされたときにはステップ６０からステップ６８に進み、単位時間当たりＮＯＸ 吸収剤１９から放出されるＳＯＸ 量ｄＲＳが算出される。このＳＯＸ 量ｄＲＳは例えばＮＯＸ 吸収剤温度ＴＮＡ、吸入空気質量流量Ｇａ、機関回転数Ｎ、およびＳＯＸ フラグＸＳがセットされてからの時間の関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ６９では本ルーチンの割り込み時間間隔ＤＬＴおよびｄＲＳの積の負値（−ｄＲＳ・ＤＬＴ）を積算することによりＮＯＸ 吸収剤１９のＳＯＸ 吸収量ＳＳが算出される（ＳＳ＝ＳＳ−ｄＲＳ・ＤＬＴ）。続くステップ７０では単位時間当たりＮＯＸ 吸収剤１９から放出されるＮＯＸ 量ｄＲＮが算出される。このＮＯＸ 量ｄＲＮは例えばＮＯＸ 吸収剤温度ＴＮＡ、吸入空気質量流量Ｇａ、機関回転数Ｎ、およびＳＯＸ フラグＸＳがセットされてからの時間の関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ７１では本ルーチンの割り込み時間間隔ＤＬＴおよびｄＲＮの積の負値（−ｄＲＮ・ＤＬＴ）を積算することによりＮＯＸ 吸収剤１９のＮＯＸ 吸収量ＳＮが算出される（ＳＮ＝ＳＮ−ｄＲＮ・ＤＬＴ）。続くステップ７２ではＮＯＸ 吸収剤１９のＳＯＸ 吸収量ＳＳが小さな設定値ＳＳＬよりも小さいか否かが判別される。ＳＳ＜ＳＳＬのときには処理サイクルを終了する。ＳＳ≧ＳＳＬのときには次いでステップ７３に進み、ＳＯＸ フラグＸＮがリセットされる。続くステップ７４ではＮＯＸ フラグＸＮがリセットされる。ＮＯＸ フラグＸＮはＮＯＸ 吸収剤１９内のＮＯＸ を放出、還元すべきときにセットされ（ＸＮ１＝“１”）、それ以外はリセットされる（ＸＮ１＝“０”）ものである。
【００３８】
図６および図７はＮＯＸ フラグＸＮを制御するためのルーチンである。このルーチンは予め定められた設定時間ＤＬＴ毎の割り込みによって実行される。
図６および図７を参照すると、まずステップ８０ではＳＯＸ フラグＸＳがリセットされているか否かが判別される。ＳＯＸ フラグＸＳがセットされているときには処理サイクルを終了する。ＳＯＸ フラグＸＳがリセットされているときには次いでステップ８１に進み、ＮＯＸ フラグＸＮがセットされているか否かが判別される。ＮＯＸ フラグＸＮがリセットされているときには次いでステップ８２に進み、単位時間当たりＮＯＸ 吸収剤１９に吸収されるＮＯＸ 量ｄＡＮが算出される。このＮＯＸ 量ｄＡＮは例えば機関負荷を表す吸入空気質量流量Ｇａおよび機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ８３では本ルーチンの割り込み時間間隔ＤＬＴおよびｄＡＮの積（ｄＡＮ・ＤＬＴ）を積算することによりＮＯＸ 吸収剤１９のＮＯＸ 吸収量ＳＮが算出される（ＳＮ＝ＳＮ＋ｄＡＮ・ＤＬＴ）。続くステップ８４では図８のマップからＮＯＸ 吸収剤１９の最大ＮＯＸ 吸収量ＳＮＭが算出される。続くステップ８５では算出されたＮＯＸ 吸収量ＳＮが最大ＮＯＸ 吸収量ＳＮＭよりも大きいか否かが判別される。ＳＮ≦ＳＮＭのときには次いでステップ８７にジャンプし、ＳＮ＞ＳＮＭのときには次いでステップ８６に進んでＮＯＸ 吸収量ＳＮが最大ＮＯＸ 吸収量ＳＮＭとされた後にステップ８７に進む。
【００３９】
すなわち、図８に示されるようにＮＯＸ 吸収剤１９の最大ＮＯＸ 吸収量ＳＮＭはＮＯＸ 吸収剤温度ＴＮＡに応じて変動する。したがって算出されたＮＯＸ 吸収量ＳＮが最大ＮＯＸ 吸収量ＳＮＭよりも大きいときにはＮＯＸ 吸収量ＳＮを最大ＮＯＸ 吸収量ＳＮＭまで戻す必要がある。
ステップ８７ではＮＯＸ 吸収量ＳＮが第１の設定量ＳＮＵ１よりも多いか否かが判別される。ＳＮ＞ＳＮＵ１のときには次いでステップ８８に進み、ＮＯＸ フラグＸＮがセットされる。これに対し、ＳＮ≦ＳＮＵ１のときには次いでステップ８９に進み、パティキュレートフラグＸＰがセットされているか否かが判別される。パティキュレートフラグＸＰがセットされているときには次いでステップ９０に進み、ＮＯＸ 吸収剤１９のＮＯＸ 吸収量ＳＮが第２の設定量ＳＮＵ２よりも多いか否かが判別される。ＳＮ＞ＳＮＵ２のとき、すなわちパティキュレートフラグＸＰがセットされておりかつＳＮ＞ＳＮＵ２のときには次いでステップ８８に進み、ＮＯＸ フラグＸＮがセットされる。これに対し、ステップ８９においてパティキュレートフラグＸＰがリセットされているとき、またはステップ９０においてＳＮ≦ＳＮＵ２のときには処理サイクルを終了する。
【００４０】
ＮＯＸ フラグＸＮがセットされたときにはステップ８１からステップ９１に進み、単位時間当たりＮＯＸ 吸収剤１９から放出されるＮＯＸ 量ｄＲＮが算出され、続くステップ９２ではＮＯＸ 吸収剤１９のＮＯＸ 吸収量ＳＮが算出される。続くステップ９３ではＮＯＸ 吸収剤１９のＮＯＸ 吸収量ＳＮが小さな設定値ＳＮＬよりも小さいか否かが判別される。ＳＮ≧ＳＮＬのときには次いでステップ９４に進み、ＮＯＸ フラグＸＮがリセットされる。
【００４１】
図９は燃料噴射弁１１の２次燃料噴射量ＱＳＦおよび還元剤供給弁２２の還元剤供給量ＱＲＥＤを算出するためのルーチンである。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
図９を参照すると、まずステップ１００ではパティキュレートフラグＸＰがセットされているか否かが判別される。パティキュレートフィルタラグＸＰがセットされているときには次いでステップ１０１に進み、ＱＰが算出される。このＱＰはパティキュレートフィルタ温度ＴＰＦを再生開始温度まで上昇させ維持するのに必要な２次燃料噴射量であり、例えばパティキュレートフィルタ温度ＴＰＦ、吸入空気質量流量Ｇａ、および機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ１０２では２次燃料噴射量ＱＳＦがこのＱＰとされる。次いでステップ１０４に進む。これに対し、パティキュレートフラグＸＰがリセットされているときには次いでステップ１０３に進み、２次燃料噴射量ＱＳＦが零とされた後にステップ１０４に進む。
【００４２】
ステップ１０４ではＳＯＸ フラグＸＳがセットされているか否かが判別される。ＳＯＸ フラグＸＳがセットされているときには次いでステップ１０５に進み、ＱＳが算出される。このＱＳはＮＯＸ 吸収剤１９内のＳＯＸ を最適に放出させるのに必要な還元剤供給量であり、例えば吸入空気質量流量Ｇａおよび機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ１０６では還元剤供給量ＱＲＥＤがこのＱＳとされる。
【００４３】
一方、ステップ１０４においてＳＯＸ フラグＸＳがリセットされているときには次いでステップ１０７に進み、ＮＯＸ フラグＸＮがセットされているか否かが判別される。ＮＯＸ フラグＸＮがセットされているときには次いでステップ１０９に進み、ＱＮが算出される。このＱＮはＮＯＸ 吸収剤１９内のＮＯＸ を最適に放出、還元するのに必要な還元剤供給量であり、例えば吸入空気質量流量Ｇａおよび機関回転数Ｎの関数として予めＲＯＭ３２内に記憶されている。続くステップ１０９では還元剤供給量ＱＲＥＤがこのＱＮとされる。これに対し、ＮＯＸ フラグＸＮがリセットされているときには次いでステップ１１０に進み、還元剤供給量ＱＲＥＤが零とされる。
【００４４】
図１０はケーシング２０の排気入口部周りの部分拡大図を示している。図１０を参照すると、還元剤供給弁２２の還元剤供給ノズル２２ａはケーシング２０の入口部に隣接配置され、しかもＮＯＸ 吸収剤１９に向けて開口せしめられる。図１０からわかるように、還元剤供給ノズル２２ａの噴霧角度ＡＩＮＪはケーシング２０の入口部のコーン角度ＡＣＲＮよりも大きくされている。このため、還元剤供給ノズル２２ａから噴射された還元剤が排気流れにより流されても、還元剤をＮＯＸ 吸収剤１９に半径方向全体に一様に供給することができる。
上述の実施態様では還元剤供給弁２２をケーシング２０の入口部に隣接配置している。しかしながら、図１１（Ａ）および（Ｂ）に示されるように例えば排気管１８の湾曲部１８ａに還元剤供給弁２２を配置することもできる。湾曲部では排気流れが乱れるのでこの湾曲部に還元剤供給弁２２を配置すれば還元剤を排気中に良好に混合させることができる。
【００４５】
この実施態様を還元剤供給弁２２の噴射圧が比較的高い内燃機関に適用する場合には図１１（Ａ）に示されるように還元剤供給弁２２は湾曲部１８ａの内側に、噴射圧が比較的低い内燃機関に適用される場合には図１１（Ｂ）に示されるように還元剤供給弁２２は湾曲部１８ａの外側に配置される。湾曲部１８ａの外側では内側に比べて排気流速が高く、乱れが大きい。そこで、還元剤が遠くまで進行可能な高噴射圧の場合には還元剤供給弁２２を湾曲部１８ａの内側に配置し、還元剤が近くまでしか進行できない低噴射圧の場合には還元剤供給弁２２を湾曲部１８ａの外側に配置している。
【００４６】
【発明の効果】
還元剤消費量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】ＮＯＸ 吸収剤の吸放出作用を説明するための図である。
【図３】パティキュレートフラグＸＰを制御するためのフローチャートである。
【図４】ＳＯＸ フラグＸＳを制御するためのフローチャートである。
【図５】ＳＯＸ フラグＸＳを制御するためのフローチャートである。
【図６】ＮＯＸ フラグＸＮを制御するためのフローチャートである。
【図７】ＮＯＸ フラグＸＮを制御するためのフローチャートである。
【図８】最大ＮＯＸ 吸収量を示す線図である。
【図９】燃料噴射弁の２次燃料噴射量ＱＳＦおよび還元剤供給弁の還元剤供給量ＱＲＥＤを算出するためのフローチャートである。
【図１０】ケーシングの入口部の部分拡大図である。
【図１１】別の実施態様を示す内燃機関の部分図である。
【符号の説明】
１…機関本体
１１…燃料噴射弁
１６…パティキュレートフィルタ
１９…ＮＯＸ 吸収剤
２２…還元剤供給弁
Claims (3)
- 排気中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置すると共に、流入する排気の空燃比がリーンのときにＮＯＸ吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収しているＮＯＸを放出するＮＯＸ吸収剤をパティキュレートフィルタから離間してパティキュレートフィルタ下流の機関排気通路内に配置し、パティキュレートフィルタに捕集されているパティキュレートを除去するパティキュレートフィルタ再生作用を行うことが可能な内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタとＮＯＸ吸収剤間の機関排気通路内にＮＯＸ吸収剤に還元剤を供給するための還元剤供給手段を配置し、パティキュレートフィルタ再生作用時のＮＯ Ｘ 吸収剤の温度を求めて該ＮＯ Ｘ 吸収剤の温度がＳＯ Ｘ 放出温度よりも高いパティキュレートフィルタ再生作用時に、ＮＯ Ｘ 吸収剤からＳＯ Ｘ を放出させるために還元剤供給手段からＮＯＸ吸収剤に還元剤を供給するようにした内燃機関の排気浄化装置。
- 排気中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置すると共に、流入する排気の空燃比がリーンのときにＮＯ Ｘ を吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収しているＮＯ Ｘ を放出するＮＯ Ｘ 吸収剤をパティキュレートフィルタから離間してパティキュレートフィルタ下流の機関排気通路内に配置し、パティキュレートフィルタに捕集されているパティキュレートを除去するパティキュレートフィルタ再生作用を行うことが可能な内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタとＮＯ Ｘ 吸収剤間の機関排気通路内にＮＯ Ｘ 吸収剤に還元剤を供給するための還元剤供給手段を配置し、パティキュレートフィルタ再生作用時のＮＯ Ｘ 吸収剤のＳＯ Ｘ 吸収量を求めて該ＳＯ Ｘ 吸収量が予め定められた設定量よりも多いパティキュレートフィルタ再生作用時に、ＮＯ Ｘ 吸収剤からＳＯ Ｘ を放出させるために還元剤供給手段からＮＯ Ｘ 吸収剤に還元剤を供給するようにした内燃機関の排気浄化装置。
- 排気中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタを機関排気通路内に配置すると共に、流入する排気の空燃比がリーンのときにＮＯ Ｘ を吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下すると吸収しているＮＯ Ｘ を放 出するＮＯ Ｘ 吸収剤をパティキュレートフィルタから離間してパティキュレートフィルタ下流の機関排気通路内に配置し、パティキュレートフィルタに捕集されているパティキュレートを除去するパティキュレートフィルタ再生作用を行うことが可能な内燃機関の排気浄化装置において、パティキュレートフィルタとＮＯ Ｘ 吸収剤間の機関排気通路内にＮＯ Ｘ 吸収剤に還元剤を供給するための還元剤供給手段を配置し、パティキュレートフィルタ再生作用時に還元剤供給手段からＮＯ Ｘ 吸収剤に還元剤を供給するようにし、ＮＯ Ｘ 吸収剤を収容するケーシングの入口部に還元剤供給装置の還元剤供給ノズルを隣接配置すると共に、該還元剤供給ノズルをＮＯ Ｘ 吸収剤に向けて開口せしめ、該還元剤供給ノズルの噴霧角度をケーシング入口部のコーン角度よりも大きくした内燃機関の排気浄化装置。
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