JP4893493B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、炭化水素吸着触媒に吸着させた炭化水素をライトオフ後の触媒燃焼で有効に活用して触媒床温を昇温させることで排気ガスを昇温し、排気浄化用触媒の暖気性を高め、浄化性能を向上させる内燃機関の排気浄化装置に関する。

一般に、ディーゼルエンジンでは、内燃機関の燃焼室から排気通路に排出された排気ガスの一部（以下、「ＥＧＲガス」という。）を内燃機関の吸気通路に排気還流（以下、「ＥＧＲ」という。）させ、再循環させて内燃機関に流入する吸入空気（以下、「吸気」という。）を抑制し燃焼温度を低くすることで、窒素酸化物（ＮＯ_X）の発生を抑制するようにしている。また、ディーゼルエンジンは、ＥＧＲ量を増量することでＮＯ_X量を低減できるが、過剰なＥＧＲは不完全な燃焼を引き起こし、炭素を主成分とする粒子状物質（以下、ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）という。）の量を増加させることになる。そのため、例えば水温でＥＧＲ量を補正して水温を下げることで燃焼が不安定とならないように、ＥＧＲ量を暖気状態より減量するようにしていた（特許文献１）。

また、従来のエンジンの排気ガス浄化装置として、炭化水素吸着触媒を含んで構成されるものが知られている。ＨＣ吸着触媒を用いて排気浄化性能の向上を図る従来の内燃機関の排気浄化装置として、例えば図６に示すような内燃機関の排気浄化装置が提案されている。図６は、従来の内燃機関の排気浄化装置の構成の一例を示す図である。図６に示すように、従来の内燃機関の排気浄化装置１００は、エンジン本体１０１に吸入空気（以下「吸気」という。）を送給する吸気通路１０２及びエンジン本体１０１から排出される排気ガスを送給する排気通路１０３が接続されている（特許文献２）。

吸気通路１０２には、エアフロメータ１０４が設置されており、エアフロメータ１０４により吸気量が測定される。エアフロメータ１０４を通過した吸気は、エンジン本体１０１に流入し、エンジン本体１０１内の図示しない各気筒に分配される。図示しない燃料タンクから供給される燃料はエンジン本体１０１の図示しない燃焼室内に噴射される。また、エンジン本体１０１の上流側に電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という。）１０５からの信号に応じて作動する吸気絞り弁１０６が設定され、吸気絞り弁１０６により吸気量が制御される。また、排気通路１０３には、炭化水素吸着触媒（以下「ＨＣ吸着触媒」という。）１０７が設けられ、ＨＣ吸着触媒１０７が低温状態にあるエンジン１００の始動後等において、ＨＣ吸着触媒１０７により排気ガス中の炭化水素（以下「ＨＣ」という。）を吸着し、排気ガスからＨＣが除去される。ＨＣ吸着触媒１０７の下流には、排気ガス温度を検出するためのセンサ１０８が設置され、排気ガス温度を検出している。また、排気通路１０３は、排気還流通路（以下「ＥＧＲ通路」という。）１１０により吸気通路１０２と接続され、ＥＧＲ通路１１０には、ＥＣＵ１０５からの信号に応じて作動するＥＧＲ弁１１１が設置されており、ＥＧＲ弁１１１の開度に応じた適量のＥＧＲガスが吸気通路１０２に還流される。

このように、従来の内燃機関の排気浄化装置１００では、ＨＣ吸着触媒１０７に排気ガス中のＨＣを吸着させ、排気ガス中のＨＣを除去した後、排気ガスを放出させていた。

特開２００３−１７２１８５号公報 特開２００５−２８５２号公報

しかしながら、従来の内燃機関の排気浄化装置１００では、ＨＣ吸着触媒１０７への排気ガス中のＨＣの吸着量の閾値として、例えば数百ｐｐｍ程度となるように抑えているため、ＨＣ吸着触媒１０７の触媒ライトオフ（触媒活性化）後に吸着されたＨＣがＨＣ吸着触媒１０７の触媒燃焼に寄与する割合が小さいという、問題がある。

そのため、ＨＣ吸着触媒１０７の触媒ライトオフ後にＨＣ吸着触媒１０７の触媒燃焼で吸着されたＨＣが燃焼することにより得られる触媒床温の昇温効果も小さく、ＨＣ吸着触媒１０７の触媒ライトオフ後の温度上昇が十分に期待できないという、問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、触媒ライトオフ後にＨＣ吸着触媒に吸着されたＨＣをより有効に活用し、ＨＣ吸着触媒の触媒燃焼による触媒床温の昇温効果を高め、昇温された排気ガスを用い排気浄化用触媒を早期に活性化させ、排気ガスの浄化性能を向上させる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、機関本体の排気系に設けられる排気通路内の排気ガス中の炭化水素を低温状態の時に吸着する炭化水素吸着触媒が収容されている炭化水素吸着装置と、該炭化水素吸着装置の下流側に、前記排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化用触媒が収容されているガス浄化装置とを有する内燃機関の排気浄化装置であって、前記炭化水素吸着触媒のライトオフ温度は、前記炭化水素吸着触媒に吸着された前記炭化水素と前記排気ガス中の窒素酸化物との酸化還元反応が開始する温度であり、前記炭化水素吸着触媒がライトオフする前であると共に、前記排気ガスの排気流量が所定値以下の場合に、前記排気ガス中の前記炭化水素の排出量を多くし、前記炭化水素吸着触媒がライトオフした後に前記炭化水素吸着触媒の触媒燃焼で前記炭化水素吸着触媒に吸着された前記炭化水素が燃焼され、前記炭化水素吸着触媒の触媒床温を昇温させることを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記排気ガス中の前記炭化水素の排出量が多くなる状態とする前では、前記排気通路と前記機関本体の吸気系に設けられる吸気通路との間を連結し、前記排気通路から前記吸気通路に前記排出ガスの一部を還流させる排気ガス還流通路から前記排出ガスの一部を還流させるのを停止すると共に、前記排気ガス中の前記炭化水素の排出量が多い状態とした後では、前記排気通路から前記吸気通路に前記排気ガス還流通路を介して前記排出ガスの一部を還流させることを特徴とする。
また、前記排気通路と前記機関本体の吸気系に設けられる吸気通路との間を連結し、前記排気通路から前記吸気通路に前記排出ガスの一部を還流させる排気ガス還流通路と、該排気ガス還流通路に設けられ、前記排気ガス還流通路の排気ガスを冷却する冷却装置を迂回するバイパス通路と、前記冷却装置を迂回する排気量を調整するバイパス弁とを有し、前記排気ガス中の前記炭化水素の排出量が多い状態の時には、前記排気ガス還流通路の前記排気ガスを前記バイパス通路を介して前記吸気通路に還流させるようにしてもよい。また、前記排気ガス中の前記炭化水素の排出量が少ない状態の時には、前記排気ガス還流通路の前記排気ガスを前記バイパス通路を介さずにそのまま前記排気ガス還流通路を介して前記吸気通路に還流させるようにしてもよい。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記ガス浄化装置が、前記排気通路内の前記排気ガス中の窒素酸化物を浄化する窒素酸化物浄化用触媒が収容されている窒素酸化物浄化装置であることを特徴とする。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記窒素酸化物浄化装置の下流側に、前記排気ガスを浄化する酸化触媒が収容されている酸化触媒装置、前記排気通路内の前記排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ機能を備えた粒子状物質捕集装置の何れか一方又は両方が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、炭化水素吸着触媒がライトオフする前であると共に、排気ガスの排気流量が所定値以下の場合に、前記排気ガス中の炭化水素の排出量を多くし、前記炭化水素吸着触媒に前記炭化水素を吸着させ、前記炭化水素吸着触媒がライトオフした後、前記炭化水素吸着触媒の触媒燃焼で前記炭化水素吸着触媒に吸着された前記炭化水素が燃焼され、前記炭化水素吸着触媒の触媒床温を急速に昇温させることができる。

この結果、ＨＣ吸着触媒の後流側に設けられている排気浄化用触媒に前記炭化水素吸着触媒で昇温された高温の排気ガスを供給することができるため、前記炭化水素吸着触媒の暖気性を高め早期に活性化することができ、排気ガスの浄化性能を向上させることができる。

以下に、この発明に係る内燃機関の排気浄化装置をディーゼルエンジンシステムに適用した例について図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンシステムの構成を示す概略構成図である。
図１に示すように、内燃機関（以下、エンジンと記す。）１１は、燃料供給系１２、燃焼室１３、吸気系１４および排気系１５等を主要部として構成される直列４気筒のディーゼルエンジンシステムである。

燃料供給系１２は、燃料タンク１６、メイン燃料通路Ｌ１、サプライポンプ１８、機関燃料通路Ｌ２、コモンレール１９、燃料噴射弁２１、添加燃料通路Ｌ３、還元剤添加弁２２及び遮断弁２３を備えて構成されている。

燃料タンク１６からメイン燃料通路Ｌ１を介して汲み上げた燃料は、サプライポンプ１８に供給される。サプライポンプ１８は、燃料タンク１６からメイン燃料通路Ｌ１を介して汲み上げた燃料を高圧にし、機関燃料通路Ｌ２を経てコモンレール１９に供給する。コモンレール１９は、サプライポンプ１８から供給された高圧燃料を所定圧力に蓄圧し、各燃料噴射弁２１に分配する。電磁弁である燃料噴射弁２１は、燃焼室１３内に燃料を噴射供給する。

また、サプライポンプ１８は、燃料タンク１６から汲み上げた燃料の一部を添加燃料通路Ｌ３を介して還元剤添加弁２２に供給する。遮断弁２３は、必要時に添加燃料通路Ｌ３を遮断し、燃料供給を停止する。

なお、添加燃料通路Ｌ３には調量弁（図示せず）も設けられている。この調量弁は、還元剤添加弁２２に供給する燃料の圧力（燃圧）を制御する。電磁弁である還元剤添加弁２２は、還元剤として機能する燃料を、適宜量、適宜タイミングで排気系１５の炭化水素吸着装置（以下、「ＨＣ吸着装置」という。）４２の上流側に添加供給する。

また、吸気系１４は、各燃焼室１３内に供給される吸入空気（吸気）３１の通路（吸気通路）を形成するものである。排気系１５は、各燃焼室１３から排出される排気ガスの通路（排気通路）を形成するものである。

また、エンジン１１には、その排気により吸気３１を過給するターボチャージャ３２を備えている。ターボチャージャ３２に設けられたインタークーラ３３は、過給によって昇温した吸気３１を強制冷却する。このインタークーラ３３よりも下流に設けられたスロットル弁３４は、いわゆる電子スロットルであり、吸気３１の供給量を調整する。

また、エンジン１１には、吸気系１４と排気系１５をバイパスし、排気の一部を吸気系１４に戻すＥＧＲ通路３５が設けられている。ＥＧＲ通路３５には、排気流量を調整するＥＧＲ弁３６と、排気を冷却するためのＥＧＲクーラ３７が設けられている。また、ＥＧＲ通路３５には、ＥＧＲクーラ３７を迂回するバイパス通路３８が設けられ、バイパス通路３８の出口側には、吸気系１４に導入する排気のうちＥＧＲクーラ３７を迂回する排気量を調整するバイパス弁３９が設けられている。

また、排気系１５は、排気主通路４１上に低温状態にあるときに排気ガス中のＨＣを吸着するＨＣ吸着触媒４２ａが収容されているＨＣ吸着装置４２と、その下流側に排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化用触媒として排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_X）を浄化する窒素酸化物（ＮＯ_X）浄化用触媒４３ａが収容されている窒素酸化物浄化装置（以下、「ＮＯ_X浄化装置」という。）４３とを配設している。

ＨＣ吸着装置４２に収容されているＨＣ吸着触媒４２ａは、ゼオライトをコーティングして形成されてなるゼオライト系吸着触媒であり、低温時には排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）、水（Ｈ₂Ｏ）を物理的に吸着し、高温時には吸着されているＨＣが脱着される。具体的には、ＨＣ吸着触媒４２ａの触媒床温が上昇してＨＣ吸着触媒４２ａの触媒ライトオフ後、低温時に吸着されたＨＣを還元成分とし、排気中のＮＯ_Xを酸化成分として、ＨＣ吸着触媒４２ａに吸着されたＨＣと排気ガス中のＮＯ_Xとが酸化還元反応を開始する温度（以下「ライトオフ温度」という。）になると、低温時に吸着されたＨＣが排気中のＮＯ_Xと反応してＮＯ_Xが還元されると共に、ＨＣは酸化され処理される。また、ゼオライト系吸着触媒としては、例えばモルデナイト、ＭＦＩ型ゼオライト又はβ−ゼオライト等が挙げられ、これらを単独又は任意に組み合せたものを用いることができるが、ゼオライト系吸着触媒は、これらに限定されるものではない。

また、ＮＯ_X浄化装置４３に収容されているＮＯ_X浄化用触媒４３ａは、排気空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯ_Xを吸蔵し、排気ガス中の排気空燃比がリッチのときに添加されるＨＣ、ＣＯ等により吸蔵されたＮＯ_Xを還元・放出するものである。

ＮＯ_X浄化用触媒４３ａとして、具体的には、ＮＳＲ（ＮＯ_X Ｓｔｏｒａｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）やＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯ_X Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）が知られている。ＮＳＲとは、リーン運転モードでの運転中にＮＯ_Xを硝酸塩の形で触媒中に吸蔵し、その硝酸塩を酸素濃度の低下した還元雰囲気でＮ₂に還元するＮＯ_X吸蔵還元型触媒のことである。また、ＤＰＮＲとは、粒子状物質（ＰＭ）とＮＯ_Xを同時に連続して浄化させることが可能なシステムのことであり、例えば、ＰＭ捕集装置であるＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）にＮＯ_X吸蔵還元型触媒を担持させたものである。本実施例においては、ＮＯ_X浄化用触媒４３ａとして、ＮＯ_X吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ）を適用する。

また、ＮＯ_X浄化装置４３の下流側に排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化用触媒として排気ガスを浄化する酸化触媒が収容されている酸化触媒装置を備えるようにしてもよい。また、ＮＯ_X浄化装置４３に代えて酸化触媒装置を備えるようにしてもよい。

更に、ＮＯ_X浄化装置４３の下流側に排気ガスを中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するＰＭフィルタを備えた粒子状物質捕集装置を備えるようにしてもよい。粒子状物質捕集装置として、例えばＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）がある。

ここでは、そのＮＯ_X浄化装置４３をＨＣ吸着装置４２よりも排気ガス流動方向下流に配置して、そのＨＣ吸着装置４２内のＨＣ吸着触媒４２ａにおいてＨＣを吸着し、ＮＯ_X浄化装置４３内のＮＯ_X浄化用触媒４３ａにおいてＮＯ_Xを吸蔵し、排気ガスを浄化し、排気している。

また、ＨＣ吸着装置４２内のＨＣ吸着触媒４２ａやＮＯ_X浄化装置４３内のＮＯ_X浄化用触媒４３ａが活性状態にあるか否かについては、その夫々の触媒床温、フィルタ床温を検出することで判断してもよい。

また、排気系１５は、ＨＣ吸着装置４２のみを配設し、ＨＣ吸着装置４２内のＨＣ吸着触媒４２ａにおいてＨＣを吸着し、排気ガスを浄化し、排気するようにしてもよい。

また、エンジン１１の各部位には、吸気量を検出するエアフロメータ４４と、ＮＯ_X浄化装置４３内のＮＯ_X浄化用触媒４３ａの触媒床温を検出する温度センサ４５とが設けられている。また、ＨＣ吸着装置４２の下流側とＮＯ_X浄化装置４３の下流側には、排気ガス中の酸素濃度を検出する空燃比センサ４６−１，４６−２と、ＮＯ_X浄化装置４３の下流側の窒素濃度を検出するＮＯ_Xセンサ４７とが設けられている。また、ＨＣ吸着装置４２の下流側とＮＯ_X浄化装置４３の下流側には、排気ガスのガス温度を測定する排気温度センサ４８−１，４８−２が設けられている。

また、図示を省略するが、エンジン１１の各部位には、コモンレール１９内の燃料の温度と圧力を検出する温度センサおよび圧力センサ、エンジン１１のクランク軸回転を検出するクランクポジションセンサ、吸気温度を検出する吸気温センサ、吸気圧力を検出する吸気圧センサ、アクセルペダルの踏込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ、スロットル弁３４の開度を検出するスロットルポジションセンサ、エンジン１１の冷却水温を検出する水温センサ等が設けられている。

図示しない電子制御装置（ＥＣＵ）は、上記各種センサの検出信号を外部入力回路を介して入力し、これらの信号に基づき燃料噴射弁２１、還元剤添加弁２２を開閉制御し、還元剤添加弁２２から噴出する燃料の添加量の調整等、エンジン１１の運転状態に関する各種制御を実施する。またＥＣＵは、噴射割合の算出手段として機能するとともに、その噴射割合に基づいて還元剤添加弁２２の燃料添加量を補正する手段としても機能するものである。

[運転制御方法]
つぎに、本実施例の内燃機関の排気浄化装置を適用したエンジンシステムにおける運転制御方法について図２のフローチャートに基づいて図１を参照しつつ具体的に説明する。
図２は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したエンジンシステムにおける運転制御方法を示すフローチャートである。
図２に示すように、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したエンジンシステムにおける運転制御方法は、ＨＣ吸着触媒の触媒ライトオフ前であると共に、排気ガスの排気流量を所定値以下として、ＨＣが吸着し易い条件下で、排気ガス中のＨＣ排出量が多くなる状態としてＨＣ吸着触媒にＨＣを吸着させ、ＨＣ吸着触媒の触媒ライトオフ後に、ＨＣ吸着触媒の触媒燃焼によりＨＣ吸着触媒に吸着されたＨＣを燃焼させ、触媒床温を急速に昇温し、ＨＣ吸着触媒に吸着されたＨＣを触媒床温の昇温により有効に活用するものである。

即ち、本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したエンジンシステムにおける運転制御方法は、ＨＣ吸着触媒４２ａの触媒床温がＨＣ吸着触媒４２ａに吸着されているＨＣと排気中のＮＯ_XとがＨＣ吸着触媒４２ａにて酸化還元反応を開始するライトオフ温度Ｔ以下か否かを判定する工程（ステップＳ１１）と、排気ガスの排気流量ＦＲが所定値以下か否かを判定する工程（ステップＳ１２）と、排気ガス中のＨＣを増量するためのモードとして排気ガス中のＨＣの排出量が多くなる状態とする工程（ステップＳ１３）とからなる。

まず、図２において、ステップＳ１１では、ＨＣ吸着触媒４２ａの触媒床温が、ライトオフ温度Ｔ（例えば２００℃）以下か否かを判定する。ＨＣ吸着触媒４２ａは、ＨＣ吸着触媒４２ａの触媒床温が、ライトオフ温度Ｔ（例えば２００℃）以下のような低温の場合には、ＨＣ吸着触媒４２ａにＨＣが吸着される。ステップＳ１１の判定の結果、ＨＣ吸着触媒４２ａの触媒床温が、ライトオフ温度Ｔ（例えば２００℃）以下と判定された場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）には、ステップＳ１２へ移行する。

そして、ステップＳ１２では、排気ガスの排気流量ＦＲが所定値以下か否かを判定する。排気ガスの排気流量ＦＲの所定値としては、車両の運転状況に応じて異なるが、例えばアイドル運転状態の時に、ＨＣ吸着触媒４２ａにＨＣを吸着させ易い排気流量をいう。また、排気ガスの排気流量ＦＲは、例えば吸入空気量、エアフロメータ４４を用いて現在の通入量から測定するようにする。ステップＳ１２の判定の結果、排気ガスの排気流量が所定値以下と判定された場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）には、ステップＳ１３へ移行する。

そして、ステップＳ１３では、排気ガス中のＨＣを増量するためのモードとして排気ガス中のＨＣの排出量が多くなる状態とし、ＨＣ吸着触媒４２ａにＨＣを積極的に吸着させる。ＨＣ吸着触媒４２ａの触媒床温がライトオフ温度Ｔ以下であると共に、排気流量ＦＲが所定値以下の場合では、ＨＣ吸着触媒４２ａにＨＣが吸着されやすい状態にあるため、ＨＣ吸着触媒４２ａにＨＣを積極的に吸着させることができる。

排気ガス中のＨＣの排出量が多くなる状態とするためには、例えばＥＧＲ通路３５を介して還流させるＥＧＲガスの噴出量を増大させる方法、吸気３１の噴出時期を遅らせる方法、スロットル弁３４により吸気３１の流量を絞り調整する方法等がある。また、これらの何れかの方法のみを用いるだけでなく、これらの方法を組み合わせて用いてもよく、排気ガス中のＨＣを増量して安定してＨＣを供給することができ、燃焼が不安定とならないようにすればよい。

ステップＳ１３にて、排気ガス中のＨＣを増量するためのモードとして排気ガス中のＨＣの排出量を多くし、ＨＣ吸着触媒４２ａにＨＣを積極的に吸着させ、ＨＣ吸着触媒４２ａの触媒床温がライトオフ温度Ｔになった後、排気ガス中のＨＣの排出量が多い状態とすることを終了し、運転制御を終了する。

よって、本実施例では、ＨＣ吸着触媒４２ａの触媒ライトオフ前の段階で、排気ガス中のＨＣの排出量が多くなる状態とし、ＨＣ吸着触媒４２ａにＨＣを積極的に吸着させる。そして、排気ガス温度の上昇に伴いＨＣ吸着触媒４２ａの触媒床温が上昇してＨＣ吸着触媒４２ａの触媒ライトオフ後にＨＣ吸着触媒４２ａの触媒燃焼によりＨＣ吸着触媒４２ａに吸着されたＨＣが燃焼することで生じる反応熱によりＨＣ吸着触媒４２ａの触媒床温を急速に昇温させることができる。

これに対し、図６に示すような従来の内燃機関の排気浄化装置１００では、ＨＣ吸着触媒１０７の触媒ライトオフ前では、ＨＣ吸着触媒１０７のＨＣ吸着量を少なくしている。そのため、ＨＣ吸着触媒１０７の触媒ライトオフ後にＨＣ吸着触媒４２ａの触媒燃焼により吸着したＨＣが燃焼することで生じる反応熱を有効利用してＨＣ吸着触媒１０７の触媒床温を充分に昇温させることはできない。

このように、ＨＣ吸着触媒４２ａの触媒ライトオフ後にＨＣ吸着触媒４２ａの触媒燃焼によりＨＣ吸着触媒４２ａに吸着されたＨＣを有効利用することで、ＨＣ吸着触媒４２ａの触媒床温を昇温し、排気ガス温度を上昇させることができる。

これにより、ＨＣ吸着装置４２の下流側に配置されているＮＯ_X浄化装置４３に昇温された高温の排気ガスを供給することができるため、ＮＯ_X浄化装置４３のＮＯ_X浄化用触媒４３ａの暖気性を向上させることができる。この結果、ＮＯ_X浄化用触媒４３ａに吸蔵されたＮＯ_Xの吸蔵還元反応が向上し、ＮＯ_X浄化用触媒４３ａのＮＯ_X浄化性能を向上させることができる。

また、排気ガス中のＨＣの排出量が多い状態の時には、バイパス弁３９によりＥＧＲクーラ３７を迂回する排気量を調整して排気はＥＧＲクーラ３７を通さず、ＥＧＲクーラ３７を迂回しバイパス通路３８を介して排気を還流させることで、ＥＧＲクーラ３７等へのＨＣの付着を防止し、ＥＧＲクーラ３７等が劣化するのを防止することができる。

また、ＨＣ吸着触媒４２ａの触媒床温の触媒ライトオフ前であると共に、排気流量ＦＲが所定値以下の場合に、排気ガス中のＨＣの排出量が多くなる状態とすることで、常時ＨＣを大量に供給する場合に比べＨＣエミッションの悪化を抑制することができる。また、低温時の燃料の不完全燃焼により発生するＰＭに起因する白煙等の発生も抑制することができる。

[触媒床温の温度変化]
ここで、アイドル運転の状態の時に、排気ガス中のＨＣを増量するためのモードとして排気ガス中のＨＣ排出量が多くなる状態としたときのＨＣ吸着触媒の触媒床温の温度変化の関係を図３〜図５を用いて具体的に説明する。
図３〜図５は、時間と排気ガス中のＨＣ排出量との関係（図中、上図部分）と、時間とＨＣ吸着触媒の触媒床温との関係（図中、下図部分）を示す図である。
図３は、本発明の実施例１に係る制御方法を実施したものであり、アイドル運転時に排気ガス中のＨＣ排出量を増量して排気ガス中のＨＣ排出量が多くなる状態としたものである。
図３中、上図部分に示すように、車速（図３中、一点鎖線）の高低に合わせて排気ガス中のＨＣ排出量を増減した。即ち、車速（図３中、一点鎖線）を上げ排気流量ＦＲが多いときには排気ガス中のＨＣ排出量を増量せず、アイドル運転時のように排気流量ＦＲが少ないときには排気ガス中のＨＣ排出量を増量した。また、図３中、下図部分に示すように、運転を開始した初期は、排気ガス温度が低いためＨＣ吸着触媒４２ａの触媒床温も低く、運転時間が経過するに従ってＨＣ吸着触媒４２ａの触媒床温が上昇したのが確認できた。

また、図４は、従来の制御方法を実施したものであり、排気ガス中のＨＣ排出量を一定として行なったものである。
図４中、上図部分に示すように、車速（図４中、一点鎖線）を上げた時、アイドル運転時のいずれの状態においても、車速（図４中、一点鎖線）の高低に合わせて排気ガス中のＨＣ排出量を増減することなく排気ガス中のＨＣ排出量を一定とした。また、図４中、下図部分に示すように、ＨＣ吸着触媒４２ａの触媒床温は、図３の下図部分と同様に、運転時間が経過するに従って上昇したのが確認できた。

また、図５は、本発明の実施例１に係る制御方法を実施したＨＣ吸着触媒の触媒床温の温度変化を示す図３と従来の制御方法を実施したＨＣ吸着触媒の触媒床温の温度変化を示す図４とを合わせた図である。

図５に示すように、運転を開始した初期の排気ガス温度は低く、ＨＣ吸着触媒４２ａの触媒床温が低いときでは、アイドル運転時に排気ガス中のＨＣ排出量を増量した本発明に係る制御方法を実施した実施例１（図５中、太線）と、排気ガス中のＨＣの排出量を一定として行なった従来の制御方法を実施した比較例１（図５中、細線）とは、ＨＣ排出量の増減に関係なく、ＨＣ吸着触媒４２ａの触媒床温に差は見られなかった。

また、時間が経過して排気ガス温度が上昇してくると、アイドル運転時に排気ガス中のＨＣ排出量を増量した本発明に係る制御方法を実施した実施例１（図５中、太線）の方が、排気ガス中のＨＣの排出量を一定として行なった従来の制御方法を実施した比較例１（図５中、細線）より、アイドル運転時に排気ガス中のＨＣ排出量を増量することで、ＨＣ吸着触媒４２ａの触媒床温が上昇しているのが確認された（図５中、破線Ａ、Ｂで囲んだ部分）。

これは、ＨＣ吸着触媒４２ａの触媒床温が低くアイドル運転の状態の時にＨＣ排出量が多くなる状態とし、ＨＣ吸着触媒４２ａにＨＣを積極的に吸着させ、ＨＣ吸着触媒４２ａの触媒ライトオフ後、ＨＣ吸着触媒４２ａの触媒燃焼によりＨＣ吸着触媒４２ａに吸着されたＨＣが燃焼することで、ＨＣ吸着触媒４２ａの触媒床温が昇温したためである。

よって、運転初期のようにＮＯ_X浄化用触媒４３ａの触媒床温が低くライトオフ温度Ｔ以下であると共に、アイドル運転時のように排気流量ＦＲが低い場合に、排気ガス中のＨＣを増量するためのモードとして排気ガス中のＨＣの排出量が多くなる状態とし、ＨＣ吸着触媒４２ａにＨＣを積極的に吸着させておく。そして、排気ガス温度の上昇に伴いＨＣ吸着触媒４２ａの触媒床温が上昇し、ＨＣ吸着触媒４２ａの触媒ライトオフ後、ＨＣ吸着触媒４２ａの触媒燃焼によりＨＣ吸着触媒４２ａに吸着されたＨＣが燃焼することで生じる反応熱によりＨＣ吸着触媒４２ａの触媒床温を急速に昇温させることができる。

また、排気ガス中のＨＣを増量するためのモードとして排気ガス中のＨＣの排出量が多くなる状態とする前では、ＥＧＲ通路３５から排出ガスを還流させるのを停止し、排気ガス中のＨＣを増量するためのモードとして排気ガス中のＨＣの排出量が多い状態とした後では、ＥＧＲ通路３５を介して排出ガスの一部を還流させるようにしてもよい。

ＨＣを大量に供給すると、例えばＥＧＲクーラ３７等にＨＣが付着し劣化する虞があるが、排気ガス中のＨＣを増量するためのモードとして排気ガス中のＨＣの排出量が多くなる状態とする際に、ＥＧＲ弁３６を開弁し、ＥＧＲ通路３５を開放することで、ＥＧＲクーラ３７等へのＨＣの付着を防止し、ＥＧＲクーラ３７等が劣化するのを防止することができる。

一方、図２に示すステップＳ１１の判定の結果、ＮＯ_X浄化用触媒４３ａの触媒床温がライトオフ温度Ｔ以上と判定された場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）には、運転制御を終了する。

また、ステップＳ１２の判定の結果、排気流量ＦＲが所定値以上と判定された場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）には、運転制御を終了する。

このように、本発明の実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したエンジンシステムによれば、ＨＣ吸着触媒４２ａの触媒ライトオフ前であると共に、排気ガスの排気流量ＦＲが所定値以下の場合に、排気ガス中のＨＣの排出量が多くなる状態とし、ＨＣ吸着触媒４２ａにＨＣを積極的に吸着させる。そして、ＨＣ吸着触媒４２ａの触媒ライトオフ後、ＨＣ吸着触媒４２ａの触媒燃焼によりＨＣ吸着触媒４２ａに吸着されたＨＣが反応することで生じる反応熱によりＨＣ吸着触媒４２ａの触媒床温を急速に昇温させることができる。

これにより、ＮＯ_X浄化装置４３に昇温された高温の排気ガスを供給することができるため、ＮＯ_X浄化用触媒４３ａの暖気性を向上させることができ、ＮＯ_X浄化用触媒４３ａに吸蔵されたＮＯ_Xの吸蔵還元反応が向上し、ＮＯ_X浄化性能を向上させることができる。

また、排気ガス中のＨＣの排出量が多い状態の時には、バイパス弁３９によりＥＧＲクーラ３７を迂回する排気量を調整して、排気はＥＧＲクーラ３７を通さずＥＧＲクーラ３７を迂回しバイパス通路３８を介して通すことで、ＥＧＲクーラ３７等へのＨＣの付着を防止し、ＥＧＲクーラ３７等が劣化するのを防止することができる。また、排気ガス中のＨＣの排出量が少ない状態の時には、ＥＧＲ通路３５に流入した排気ガスをバイパス通路３８を介さずにそのままＥＧＲ通路３５を介して還流させるようにしてもよい。

また、ＥＧＲ通路３５に設けられているＥＧＲクーラ３７等が排気ガス中のＨＣに対して耐久性を有するものである場合には、排気ガス中のＨＣの排出量が多い状態の場合でも、バイパス通路３８を介さずにそのままＥＧＲ通路３５を介して排気を還流させるようにしてもよい。

また、ＨＣ吸着触媒４２ａの触媒床温の触媒ライトオフ前であると共に、排気流量ＦＲが所定値以下の場合に、排気ガス中のＨＣの排出量が多くなる状態とすることで、常時ＨＣを大量に供給する場合に比べＨＣエミッションの悪化を抑制することができる。また、低温時の燃料の不完全燃焼による発生するＰＭに起因する白煙等の発生を抑制することができる。

以上のように、この発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、ＨＣ吸着触媒の触媒ライトオフ前であると共に、排気流量が所定値以下の場合に、排気ガス中のＨＣの排出量が多くなる状態とし、ＨＣ吸着触媒にＨＣを積極的に吸着させておくことで、ＨＣ吸着触媒の触媒ライトオフ後の触媒燃焼で吸着されたＨＣが燃焼することによりＨＣ吸着触媒の触媒床温を急速に昇温させるのに有用であり、ＮＯ_X浄化用触媒の暖気性を向上させ、ＮＯ_X浄化性能の向上を図ることが可能な内燃機関に適している。

本発明の実施例１に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したディーゼルエンジンシステムの構成を示す概略構成図である。 本発明の実施例１に係る内燃機関の排気浄化装置を適用したエンジンシステムにおける運転制御方法を示すフローチャートである。 本発明の実施例１に係る制御方法を実施したものであり、時間と排気ガス中のＨＣ排出量との関係（図中、上図部分）と、時間とＨＣ吸着触媒の触媒床温との関係（図中、下図部分）を示す図である。 比較例１に係る制御方法を実施したものであり、時間と排気ガス中のＨＣ排出量との関係（図中、上図部分）と、時間とＨＣ吸着触媒の触媒床温との関係（図中、下図部分）を示す図である。 図３と図４とを合わせた図である。 従来の内燃機関の排気浄化装置の構成の一例を示す図である。

符号の説明

１１ エンジン
１２ 燃料供給系
１３ 燃焼室
１４ 吸気系
１５ 排気系
１６ 燃料タンク
１８ サプライポンプ
１９ コモンレール
２１ 燃料噴射弁
２２ 還元剤添加弁
２３ 遮断弁
３１ 吸気
３２ ターボチャージャ
３３ インタークーラ
３４ スロットル弁
３５ ＥＧＲ通路
３６ ＥＧＲ弁
３７ ＥＧＲクーラ
３８ バイパス通路
３９ バイパス弁
４１ 排気主通路
４２ ＨＣ吸着装置
４２ａ 炭化水素吸着装置（ＨＣ吸着触媒）
４３ 窒素酸化物浄化装置（ＮＯ_X浄化装置）
４３ａ ＮＯ_X浄化用触媒
４４ エアフロメータ
４５ 温度センサ
４６−１，４６−２ 空燃比センサ
４７ ＮＯ_Xセンサ
４８−１，４８−２ 排気温度センサ
Ｌ１ メイン燃料通路
Ｌ２ 機関燃料通路
Ｌ３ 添加燃料通路

Claims (4)

1. 機関本体の排気系に設けられる排気通路内の排気ガス中の炭化水素を低温状態の時に吸着する炭化水素吸着触媒が収容されている炭化水素吸着装置と、
   該炭化水素吸着装置の下流側に、前記排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化用触媒が収容されているガス浄化装置とを有する内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記炭化水素吸着触媒のライトオフ温度は、前記炭化水素吸着触媒に吸着された前記炭化水素と前記排気ガス中の窒素酸化物との酸化還元反応が開始する温度であり、
   前記炭化水素吸着触媒がライトオフする前であると共に、前記排気ガスの排気流量が所定値以下の場合に、前記排気ガス中の前記炭化水素の排出量を多くし、
   前記炭化水素吸着触媒がライトオフした後に前記炭化水素吸着触媒の触媒燃焼で前記炭化水素吸着触媒に吸着された前記炭化水素が燃焼され、前記炭化水素吸着触媒の触媒床温を昇温させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 請求項１において、
   前記排気ガス中の前記炭化水素の排出量が多くなる状態とする前では、前記排気通路と前記機関本体の吸気系に設けられる吸気通路との間を連結し、前記排気通路から前記吸気通路に前記排出ガスの一部を還流させる排気ガス還流通路から前記排出ガスの一部を還流させるのを停止すると共に、
   前記排気ガス中の前記炭化水素の排出量が多い状態とした後では、前記排気通路から前記吸気通路に前記排気ガス還流通路を介して前記排出ガスの一部を還流させることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記ガス浄化装置が、前記排気通路内の前記排気ガス中の窒素酸化物を浄化する窒素酸化物浄化用触媒が収容されている窒素酸化物浄化装置であることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
4. 請求項３において、
   前記窒素酸化物浄化装置の下流側に、前記排気ガスを浄化する酸化触媒が収容されている酸化触媒装置、前記排気通路内の前記排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ機能を備えた粒子状物質捕集装置の何れか一方又は両方が設けられていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

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