JP2008038621A - 内燃機関の排気浄化装置、及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】還流ガスに含まれる可溶有機分による、ＥＧＲ触媒及びＥＧＲクーラの詰まりを、より的確に防止することを可能とする。
【解決手段】内燃機関の排気浄化装置（１）は、還流ガスを排気通路（４）から吸気通路（３）に還流させるＥＧＲ通路（１１）と、ＥＧＲ通路に備えられ、還流ガスを冷却するＥＧＲクーラ（１２）と、ＥＧＲクーラの上流側に設けられ、還流ガスを浄化するＥＧＲ触媒（１２）と、排気ガスを浄化する排気触媒（８）と、排気触媒、及びＥＧＲ触媒の上流側から排気触媒に対応される第１所定量の燃料を添加する第１添加を、少なくとも行う燃料添加手段（１０）と、第１添加が行われない休止期間に、ＥＧＲ触媒に対応される第２所定量の燃料を添加する第２添加を行うように、燃料添加手段を制御する制御手段（２０）とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば内燃機関から排出される排気ガスを浄化する内燃機関の排気浄化装置、及び方法に関する。

内燃機関から排出される排気のＮＯｘを抑制するための技術として、排気の一部を内燃機関の吸気通路に還流（再循環）させる、所謂、ＥＧＲ装置（Exhaust Gas Recirculation）がある。ＥＧＲ装置は、内燃機関の燃焼室に排気を導入することにより、燃焼室内の燃焼温度を下げてＮＯｘの生成量を減少させるものである。

ＥＧＲ装置は、還流される還流ガスが流れるＥＧＲ通路、ＥＧＲ通路を流れる還流ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ（ＥＧＲクーラー）、ＥＧＲ通路を流れる還流ガスの量を調整するＥＧＲ弁等の機器から構成される。ここで、還流される還流ガス中に含まれるＨＣや粒子状物質（以下、「ＰＭ：Particulate Molecule」という）等がこれらＥＧＲクーラやＥＧＲ弁に付着、堆積すると、ＥＧＲクーラの目詰まりによる排気冷却能力の低下や、ＥＧＲ弁の固着を招き、還流ガスの還流制御（再循環制御）を良好に行うことが困難となってしまう。

一般的に、排気中に含まれるＰＭは、燃料未燃分や潤滑油未燃分である可溶有機分（ＳＯＦ：Soluble Organic Fraction）と、煤（Ｓｏｏｔ）に大別できる。そこで、例えば、特許文献１等においては、ＥＧＲ装置の、上流側から順に、酸化触媒、活性金属（酸化触媒）を担持したフィルタを設けることで、先ず還流ガス中のＳＯＦを酸化触媒で酸化処理し、そして還流ガス中の煤をフィルタで捕集する技術が公開されている。そして、フィルタで捕集された煤は、フィルタに担持されたＰｔ等の活性金属において酸化処理される。

或いは、例えば、特許文献２等においては、ＥＧＲ装置の上流側に排気中の物質を酸化するＥＧＲ触媒を設けて、ＥＧＲクーラ等に流入する排気中のＨＣやＰＭ等を浄化して、これらに起因する悪影響を未然に防止する技術が公開されている。また、例えば、特許文献３等においては、排気に含まれる煤等がＥＧＲクーラに付着してその冷却能力が低下したときに、排気の温度を上昇させて、付着している煤等を燃焼させて、煤等を酸化除去する技術も公開されている。

特開平８−３３８３２０号公報 特開２０００−４５８８１号公報 特開２００２−１７４１４８号公報 特開２００２−３７１８７４号公報

上述した、ＥＧＲ通路を有する内燃機関において、還流ガス中のＨＣ等の物質を酸化除去するためのＥＧＲ触媒が設けられる。このＥＧＲ触媒により還流ガスを浄化し、ＥＧＲ触媒の下流に配置されるＥＧＲクーラの目詰まり等を防止するとともに、内燃機関の燃焼室における燃焼状態に悪影響が及ぶのを抑制する。

しかしながら、排気中に含まれるＰＭの中でも、ＳＯＦは燃料や潤滑油の未燃分であるため、煤よりも比較的ＥＧＲ触媒に付着し堆積しやすい。その結果、ＥＧＲ触媒の酸化機能が低下し、還流ガス中のＨＣ等の物質を酸化することが困難となり、ＥＧＲ触媒の下流に配置されるＥＧＲクーラの目詰まり等を十分に抑制することができなくなる。また、酸化機能が低下することにより還流ガスの温度が昇温されにくくなるため、還流ガスの体積密度が変化し、ＮＯｘの抑制に必要な還流ガス流量の正確な制御が困難となる虞がある。

そこで本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであり、ＥＧＲ触媒を備えるＥＧＲ通路を有する内燃機関の排気浄化装置であって、還流ガスに含まれる可溶有機分による、ＥＧＲ触媒及びＥＧＲクーラの詰まりを、より的確に防止することが可能な内燃機関の排気浄化装置及び方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路から吸気通路へ連通し、前記内燃機関から排出される排気ガスの一部である還流ガスを、前記排気通路から前記吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に備えられ、前記還流ガスを冷却するＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲクーラの上流側の前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記還流ガスを浄化するＥＧＲ触媒と、前記排気通路に設けられ、前記排気ガスを浄化する排気触媒（ＤＰＮＲ）と、前記排気触媒、及び前記ＥＧＲ触媒の上流側から前記排気触媒に対応される第１所定量の燃料を添加する第１添加（多量の燃料）を、少なくとも行う燃料添加手段と、前記第１添加が行われない休止期間に、前記ＥＧＲ触媒に対応される第２所定量の燃料を添加する第２添加（少量の燃料）を行うように、前記燃料添加手段を制御する制御手段と、を備える。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、制御手段の制御下で、燃料添加手段によって、第１所定量の燃料を添加する第１添加が行われる。ここに、本発明に係る「第１所定量」とは、例えば吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等の排気触媒において還元反応若しくは酸化反応を発生させ、浄化機能を回復させるために必要な燃料の量を意味する。と共に、制御手段の制御下で、燃料添加手段によって、第１添加が行われない休止期間に、例えば希薄燃焼を発生させるための第２所定量の燃料が添加される。ここに、本発明に係る「第２所定量」とは、ＥＧＲ触媒に対して、熱エネルギーが供給されることで、当該ＥＧＲ触媒に付着した可溶有機分が燃焼され、可溶有機分を殆ど又は完全に焼失させるために必要な燃料の量を意味する。或いは、「第２所定量」とは、ＥＧＲ触媒において、浄化作用に基づいて反応熱が発生し、発生された熱エネルギーが、可溶有機分に供給されることで、可溶有機分の燃焼が促進され、可溶有機分を殆ど又は完全に焼失させるために必要な燃料の量を意味する。

この結果、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）中の可溶有機分が、ＥＧＲ触媒に付着したり堆積したりすることを顕著に抑制することが可能である。

以上の結果、還流ガスに含まれる可溶有機分（ＳＯＦ）による、ＥＧＲ触媒及びＥＧＲクーラの詰まりを、より的確に防止して、ＥＧＲクーラの冷却効率の低下を顕著に防止し、ひいては、炭化水素等の有害な排出ガスの顕著な低減を実現することが可能である。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の一の態様では、前記還流ガスに含まれる可溶有機分が、前記ＥＧＲ触媒に付着している付着量を測定する測定手段と、前記排気通路に備えられ、前記排気ガスの流量を変化させる排気絞り弁、又は、前記ＥＧＲ通路に備えられ、前記還流ガスの流量を変化させるＥＧＲ弁と、を更に備え、前記制御手段は、測定された前記付着量が、第１閾値（後述の「Ｆ」グラム）より大きい場合、（i）前記第２添加を停止するように、前記燃料添加手段を制御すると共に、（ii）前記排気絞り弁、及び、前記ＥＧＲ弁を略全閉するように、前記排気絞り弁、及び、前記ＥＧＲ弁を制御する。

この態様によれば、制御手段の制御下で、ＥＧＲ触媒に付着した可溶有機分の付着量が、第１閾値より大きい場合、燃料添加手段によって、第２添加の停止が行われる。従って、第２添加によって発生した希薄燃焼に起因して、ＥＧＲ触媒に供給された燃焼エネルギーに基づいて、ＥＧＲ触媒に付着した可溶有機分を焼失させ、可溶有機分の付着量を減少させることが可能である。

加えて、制御手段の制御下で、排気絞り弁が、略全閉になるように近づけられると共に、ＥＧＲ弁が、略全閉とされる。

この結果、希薄燃焼によって、供給された燃焼エネルギーに加えて、略密閉された排気系において昇温された排気ガス及び還流ガスが保有する熱エネルギーに基づいて、ＥＧＲ触媒に付着した可溶有機分をより効率的に焼失させ、可溶有機分の付着量を顕著に減少させることが可能である。

この制御手段に係る態様では、前記制御手段は、測定された前記付着量が、前記第１閾値より小さい第２閾値（後述の「Ｇ」グラム）より小さくなった場合、略全閉された前記排気絞り弁、及び、前記ＥＧＲ弁を開くように、前記排気絞り弁、及び、前記ＥＧＲ弁を制御するように構成してもよい。

このように構成すれば、測定された前記付着量と、第２閾値との比較に基づいて、排気ガス及び還流ガスが保有する熱エネルギーを、より高精度に制御することが可能である。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の他の態様では、前記制御手段は、前記ＥＧＲ触媒の温度（所謂、ＥＧＲ触媒の床温）が、所定温度（例えば２５０度等の活性温度（活性化温度））より小さい場合、前記第２添加を行う。

この態様によれば、ＥＧＲ触媒の温度と、所定温度との比較に基づいて、第２添加の開始時期を、適切にすることで、ＥＧＲ触媒への燃焼エネルギーの供給をより高精度に制御することが可能である。ここに、本発明に係る所定温度とは、例えば２５０度等の触媒作用を行うことが可能な活性化温度を意味する。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の他の態様では、前記還流ガスに含まれる可溶有機分が、前記ＥＧＲ触媒に付着している付着量を測定する測定手段を更に備え、前記制御手段は、測定された前記付着量が、第１閾値（後述の「Ｆ」グラムや、「Ａ」グラム）より小さい場合、前記第２添加を行う。

この態様によれば、測定された付着量と、第１閾値との比較に基づいて、第２添加の開始時期を、適切にすることで、ＥＧＲ触媒への燃焼エネルギーの供給をより高精度に制御することが可能である。ここに、本発明に係る第１閾値とは、第２添加によって、付着された可溶有機分を焼失可能な最大量を意味する。この最大量は、実験的、理論的、経験的、シミュレーション等に基づいて、規定することが可能である。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の他の態様では、前記還流ガスに含まれる可溶有機分が、前記ＥＧＲ触媒に付着している付着量を測定する測定手段と、前記ＥＧＲ通路に備えられ、前記還流ガスの流量を変化させるＥＧＲ弁と、を更に備え、前記制御手段は、測定された前記付着量が、第１閾値（後述の「Ｆ」グラムや、「Ａ」グラム）より大きい場合、（i）前記還流ガスと、（ii）前記還流ガス及び前記内燃機関に吸気された空気との質量比を減少させるように、前記ＥＧＲ弁を制御する。

この態様によれば、減少された質量比（所謂、後述される目標ＥＧＲ率）に基づいて、ＥＧＲ弁の開閉が制御されることで、還流ガスを含む排気ガスにより大きな熱エネルギーを保有させ、ＥＧＲ触媒への燃焼エネルギーの供給をより高精度に制御することが可能である。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の他の態様では、前記ＥＧＲ触媒に流入する前記還流ガスの温度を測定する温度測定手段と、前記排気通路に備えられ、前記排気ガスの流量を変化させる排気絞り弁、又は、前記ＥＧＲ通路に備えられ、前記還流ガスの流量を変化させるＥＧＲ弁と、を更に備え、前記制御手段は、測定された前記還流ガスの温度が、所定温度（Ｂ度）より小さい場合、前記排気絞り弁、及び、前記ＥＧＲ弁を略全閉する。

この態様によれば、略全閉された排気絞り弁、及び、ＥＧＲ弁に基づいて、還流ガスを含む排気ガスにより大きな熱エネルギーを保有させ、ＥＧＲ触媒への燃焼エネルギーの供給をより高精度に制御することが可能である。

上記課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化方法は、内燃機関の排気通路から吸気通路へ連通し、前記内燃機関から排出される排気ガスの一部である還流ガスを、前記排気通路から前記吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に備えられ、前記還流ガスを冷却するＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲクーラの上流側の前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記還流ガスを浄化するＥＧＲ触媒と、前記排気通路に設けられ、前記排気ガスを浄化する排気触媒（ＤＰＮＲ）と、燃料を添加する燃料添加手段とを備える排気浄化装置における排気浄化方法であって、前記排気触媒、及び前記ＥＧＲ触媒の上流側から前記排気触媒に対応される第１所定量の燃料を添加する第１添加（多量の燃料）を行うように前記燃料添加手段を制御する第１制御工程と、前記第１添加が行われない休止期間に、前記ＥＧＲ触媒に対応される第２所定量の燃料を添加する第２添加（少量の燃料）を行うように、前記燃料添加手段を制御する第２制御工程と、を備える。

本発明に係る内燃機関の排気浄化方法によれば、上述した本発明の内燃機関の排気浄化装置に係る実施形態が有する各種利益を享受することが可能となる。

尚、上述した本発明の内燃機関の排気浄化装置に係る実施形態が有する各種態様に対応して、本発明の内燃機関の排気浄化方法に係る実施形態も各種態様を採ることが可能である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。

（１）車両の基本構成
先ず、図１を参照して、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を搭載した車両の基本構成について説明する。ここに、図１は、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を搭載した車両の基本構成を図式的に示した模式図である。尚、本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を搭載した車両は、＃１気筒「１ａ」から＃４気筒までの四つの気筒が一列に並べられた、いわゆる直列四気筒のレシプロ式内燃機関（所謂、「ディーゼルエンジン」：以下、適宜、「エンジン１」と称す）に適用した一形態を示している。エンジン１は例えば自動車の走行用駆動源として使用され、エンジン１で発生した駆動力が、図示しない、クラッチや変速機やディフェレンシャルギヤやドライブシャフトを介して車輪に伝達される。

図１に示されるように、エンジン１は、電子スロットル弁２、ＡＦＭ（Air Flow Meter）２ａ、シリンダ＃１から＃４、吸気通路３、排気通路４、吸気濾過用のエアフィルタ５、ターボ過給機６、コンプレッサ６ａ、タービン６ｂ、吸気量調節用の絞り弁７、吸気系の過給圧を測定する過給圧センサ７ａ、ＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx active Reduction system）触媒８、排気浄化ユニット９、燃料添加弁１０、ＥＧＲ通路１１、ＥＧＲ触媒１２、ＥＧＲクーラ１３、ＥＧＲ弁１４、排気絞り弁１５、マフラー１６、燃料ポンプ１７、ＥＣＵ２０、インジェクタ３０、コモンレール３１、燃料ポンプ３２、及び、内燃機関の回転数を測定するためのクランク角センサ３３を備えて構成されている。

図１に示されるように、エンジン１は、車両に走行用動力源として搭載されるもので、エンジン１の還流系、所謂、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）系は、そのシリンダ＃１から＃４には、吸気通路３及び排気通路４が接続され、吸気通路３には吸気濾過用のエアフィルタ５、ターボ過給機６のコンプレッサ６ａ、吸気量を調節するための絞り弁７が、排気通路４にはターボチャージャ６のタービン６ｂがそれぞれ設けられている。排気通路４のタービン６ｂよりも下流側には排気浄化手段としての吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の一例であるＤＰＮＲ触媒８を含んだ排気浄化ユニット９と、そのＤＰＮＲ触媒８の上流に還元剤としての燃料を添加する燃料添加手段としての燃料添加弁１０とが設けられている。排気通路４と吸気通路３とはＥＧＲ通路１１で接続され、ＥＧＲ通路１１には、還流ガスの流れる方向を基準として、上流側から下流側へ向かって、ＥＧＲ触媒１２、ＥＧＲクーラ１３、及びＥＧＲ弁１４が設けられている。

ターボ過給機６は、それぞれ可変ノズル６ｎを備えた可変ノズル式ターボ過給機であり、それぞれに設けられた可変ノズル６ｎの開度を変更することによってタービン６ｂの入口部分の流路断面積を変更することができる。

また、エンジン１の吸気系は、図示しない外気を取り込むためのエアダクトから、ＡＦＭ（Air Flow Meter）２ａ、電子スロットル弁２、吸気通路３へ流れ、更に吸気ポートを経由して、シリンダ＃１から＃４内の燃焼室へ吸気されるように構成されている。吸気ポートには、吸気ポートを開閉する吸気弁が設けられている。他方、エンジン１の排気系は、排気ガスが、気筒＃１から＃４内の燃焼室から排気ポート、図示しない排気通路４、ＤＰＮＲ触媒８、及びマフラー１６を経由して、大気中へ排出されるように構成されている。

燃料添加弁１０は、ＤＰＮＲ８の上流に燃料を添加してＤＰＮＲ８に吸収されたＮＯｘの放出やＤＰＮＲ８のＳ再生のために必要な還元雰囲気を生成するために設けられている。燃料添加弁１０の燃料添加動作はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０にて制御される。ＥＣＵ２０はシリンダ＃１から＃４に燃料を噴射するためのインジェクタ３０、燃料ポンプ３２からインジェクタ３０へ供給される燃料圧力を蓄えるコモンレール３１の圧力調整弁といった各種の装置を操作してエジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ＥＣＵ２０はエンジン１に吸入される空気とインジェクタ３０から添加される燃料との質量比として与えられる空燃比が理論空燃比よりもリーン側に制御されるようにインジェクタ３０の燃料噴射動作を制御する。

ＤＰＮＲ触媒８は、排気空燃比が理論空燃比よりもリーンの時は窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、排気空燃比が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチのときは吸蔵していたＮＯｘを放出して窒素（Ｎ２）に還元する性質を有している。ＤＰＮＲ触媒８に吸蔵可能なＮＯｘ量には上限があるため、吸蔵されているＮＯｘ量がこの上限に達しないように触媒１４からＮＯｘを放出させてＮ２に還元させるＮＯｘ還元を所定の間隔で行い、ＤＰＮＲ触媒８の排気浄化性能を高い状態に維持する。また、ＤＰＮＲ触媒８は、排気中に含まれる硫黄酸化物（ＳＯｘ）により被毒される。そのため、ＤＰＮＲ触媒８をＮＯｘ触媒から硫黄（Ｓ）が放出される温度域に昇温させるとともに排気空燃比を理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチにして硫黄被毒を回復させてＤＰＮＲ触媒８の機能を再生させるＳ再生を所定の間隔で行う。以降、ＮＯｘ還元及びＳ再生をまとめて機能再生処理と呼ぶこともある。これら機能再生処理は、燃料添加弁１０からＤＰＮＲ触媒８の上流の排気通路４内に燃料を添加して行う。

尚、本発明において吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、ＮＯｘを触媒にて保持できるものであればよく、吸収又は吸着いずれの態様でＮＯｘが保持されるかは吸蔵の用語によって制限されない。また、ＳＯｘの被毒についてもその態様を問わないものである。更に、ＮＯｘやＳＯｘの放出についてもその態様を問わない。

各種のアクチュエータの動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０によって制御される。ＥＣＵ２０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、各種センサから入力される信号に基づいて可変ノズル６ｎなどの各種の装置を操作してエンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ＥＣＵ２０には例えばエンジン１のクランク軸の角度に対応した信号を出力するクランク角センサ３３、排気浄化ユニット９を通過した排気の温度に対応した信号を出力する排気温センサ、及びＡＦＭ２ａ、などが接続され、ＥＣＵ２０はこれらの出力信号を参照してエンジン１の運転状態を制御する。また、ＥＣＵは、図３及び図４に示したルーチンを実行することにより本発明の制御手段として機能する。尚、これらのルーチンの詳細は後述する。ＥＣＵ２０による制御対象はその他にも種々存在するが、ここでは図示を省略する。

（２）燃料添加の制御方法
次に、図２から図４を参照して、本実施形態に係る、内燃機関の排気浄化装置に適用される燃料添加の制御方法について説明する。

（２−１）基本原理
先ず、図２を参照して、本実施形態に係る、内燃機関の排気浄化装置に適用される燃料添加の制御方法の基本原理について説明する。言い換えると、可溶有機分（以下、適宜「ＳＯＦ」と称す）を焼失させ、ＳＯＦの付着量を減少させるための、燃料の添加を制御する際のＥＣＵによる燃料添加の制御方法の概要について説明する。ここに、図２は、本実施形態に係る、内燃機関の排気浄化装置に適用される燃料添加の制御方法の基本原理を示したグラフ（図２（ａ）、図２（ｂ）、及び、図２（ｃ））である。尚、図２中の横軸は、時間軸を示し、縦軸は、燃料の添加量（図２（ａ）の場合）、還流ガスの温度（図２（ｂ）の場合）、及び、ＥＧＲ触媒に付着される可溶有機分の付着量（図２（ｃ）の場合）を示す。

図２（ａ）に示されるように、ＥＣＵ２０（以下、適宜「ＥＣＵ」と称す）の制御下で、燃料添加弁によって、第１所定量の燃料を添加する第１添加が行われる。ここに、本実施形態に係る「第１所定量」とは、例えば吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等のＤＰＮＲ触媒（即ち、本発明に係る「排気触媒」の一具体例）において還元反応若しくは酸化反応を発生させ、浄化機能を回復させるために必要な燃料の量を意味する。尚、この第１所定量は、所定の周期を有するパルス信号に基づいて、添加時期が制御される。また、この第１所定量は、実験的、経験的、理論的、シミュレーション等に基づいて個別具体的に規定することが可能である。例えば吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等の排気触媒の酸化作用を適切に行うための第１所定量の燃料を、例えば所定の周期で間欠的に、排気触媒に添加する第１添加が行われる。

具体的には、図２（ａ）に示されるように、ＥＣＵの制御下で、時間「ｔ１」から「ｔ２」まで、所定のパルス信号に基づいて、燃料を添加する第１添加が行われ、排気系の空燃比がリーン側からリッチ側へと遷移する。また、図２（ｂ）に示されるように、時間「ｔ１」から「ｔ２」において、還流ガスの温度が、リッチ状態にある空燃比に基づいて、低下される。また、図２（ｃ）に示されるように、ＥＧＲ触媒に付着される可溶有機分の付着量は、例えば「Ｇ」（ｇ：グラム）から増加する。尚、「Ｇ」グラムや、後述される「Ｆ」グラムや、「Ａ」グラムは、実験的、理論的、経験的、シミュレーション等に基づいて、個別具体的に規定される。

次に、ＥＣＵの制御下で、燃料添加弁によって、第２所定量の燃料を添加する第２添加が行われる。ここに、本実施形態に係る「第２所定量」とは、ＥＧＲ触媒（即ち、本発明に係る「ＥＧＲ触媒」の一具体例）に対して、熱エネルギーが供給されることで、当該ＥＧＲ触媒に付着した可溶有機分が燃焼され、可溶有機分を殆ど又は完全に焼失させるために必要な燃料の量を意味する。或いは、「第２所定量」とは、ＥＧＲ触媒において、浄化作用に基づいて反応熱が発生し、発生された熱エネルギーが、可溶有機分に供給されることで、可溶有機分の燃焼が促進され、可溶有機分を殆ど又は完全に焼失させるために必要な燃料の量を意味する。具体的には、図２（ａ）に示されるように、ＥＣＵの制御下で、時間「ｔ２」から「ｔ３」まで、微量なパルス状に燃料を添加する第２添加が行われ、排気系の空燃比がリッチ側からリーン側へと遷移する。また、図２（ｂ）に示されるように、時間「ｔ２」から「ｔ３」において、還流ガスの温度が、リーン状態にある空燃比に基づいて、希薄燃焼が行われ、燃焼エネルギーがＥＧＲ触媒に供給される。また、図２（ｃ）に示されるように、ＥＧＲ触媒に付着される可溶有機分の付着量は、例えば「Ｆ」グラムまで緩やかに増加する。

次に、ＥＣＵの制御下で、ＥＧＲ触媒に付着した可溶有機分の付着量が、例えば「Ｆ」グラムより大きいので、燃料添加弁によって、第２添加の停止が行われる。具体的には、図２（ａ）に示されるように、ＥＣＵの制御下で、時間「ｔ３」において、第２添加の停止が行われる。従って、図２（ｂ）に示されるように、上述した時間「ｔ２」から「ｔ３」において行われた希薄燃焼によって、供給された燃焼エネルギーに基づいて、ＥＧＲ触媒に付着した可溶有機分は焼失され、図２（ｃ）に示されるように、可溶有機分の付着量は、例えば「Ｇ」グラムまで急激に減少する。

次に、上述したように、ＥＣＵの制御下で、燃料添加弁によって、第１所定量の燃料を添加する第１添加が行われる。

以上のように、燃料添加の制御方法に基づいて、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）中の可溶有機分が、ＥＧＲ触媒に付着したり堆積したりすることを顕著に抑制することが可能である。

この結果、還流ガスに含まれる可溶有機分による、ＥＧＲ触媒及びＥＧＲクーラーの詰まりをより的確に防止して、ＥＧＲクーラーの冷却効率の低下を顕著に防止して、ひいては、炭化水素等の有害な排出ガスの顕著な低減を実現することが可能である。

（２−２）動作原理
次に、図３及び図４を参照して、本実施形態に係る、内燃機関の排気浄化装置に適用される燃料添加の制御方法の動作原理について説明する。言い換えると、ＳＯＦを焼失させ、ＳＯＦの付着量を減少させるための、燃料の添加を制御する際のＥＣＵによる燃料添加の制御処理について説明する。

（２−２−１）燃料添加の制御処理
先ず、図３を参照して、本実施形態に係る、内燃機関の排気浄化装置に適用される燃料添加の制御処理について説明する。ここに、図３は、本実施形態に係る、内燃機関の排気浄化装置に適用される第１の燃料添加の制御処理の流れを示したフローチャートである。尚、この燃料添加の制御処理は、ＥＣＵによって、例えば、数十μ秒、又は数μ秒等の所定の周期で繰り返し実行される。

図３に示されるように、ＥＣＵの制御下で、ＥＧＲ触媒に付着した可溶有機分の付着量が、例えば「Ｃ」グラムより大きいか否かが判定される（ステップＳ１０１）。この判定の結果、ＥＧＲ触媒に付着した可溶有機分の付着量が、例えば「Ｃ」グラムより大きい場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、ＥＣＵの制御下で、例えば過渡域において、目標ＥＧＲ率に基づいた、例えばフィードフォワード制御において、目標ＥＧＲ率が減少されつつ、ＥＧＲ弁の開閉が行われる（ステップＳ１０２）。ここに、本実施形態に係る目標ＥＧＲ率とは、例えば内燃機関の回転数、及び、燃料の噴射量を入力情報として、一義的に規定可能であると共に、有害な排気ガスを低減することが可能なＥＧＲ率を意味する。この目標ＥＧＲ率は、例えばＥＣＵ（Engine Control Unit）に設けられたＲＯＭ（Read Only Memory）に予め記憶された、内燃機関の回転数、及び、燃料の噴射量と、目標ＥＧＲ率と、を対応付けた所定のマップによって規定可能である。尚、この目標ＥＧＲ率は、例えば吸気管内の圧力や温度、行程排気量、ＥＧＲ弁の開度、又は、排気ガスの量等に基づいて規定される。また、本実施形態に係る「過渡域」とは、過給圧力比が、例えば「１．０」等の所定閾値より小さい走行状態を意味する。本実施形態に係る「過給圧力比」とは、定常回転状態における目標過給圧に対する、実際の実過給圧の割合を意味する。具体的には、過給圧力比が、例えば「０．８」から「１．０」等の所定閾値より小さい場合、例えば加速回転状態の際に、例えば電子スロットル弁等の吸入量変化弁の開度を増加させても、吸入量変化弁の開度に対応される所望の過給圧に到達するまでに、時間的な遅延、所謂、応答遅れが発生してしまい、ある一定時間の間、実過給圧が、目標過給圧より小さくなる回転数の範囲、所謂、回転領域が発生してしまう。この回転数の範囲では、燃焼温度の急上昇や、燃焼状態の悪化等の燃焼が不安定になってしまい、例えばＮＯｘに加えて、炭化水素や一酸化炭素の発生を増大させてしまう。他方、過給圧力比が、例えば「０．８」から「１．０」等の所定閾値より大きい場合、例えば加速回転状態の際に、例えば電子スロットル弁等の吸入量変化弁の開度を増加させた場合、吸入量変化弁の開度に対応される所望の過給圧に遅延なく迅速に到達することが可能である。

次に、ＥＣＵの制御下で、上述した第１添加の実行時か否かが判定される（ステップＳ１０３）。この判定の結果、第１添加の実行時である場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、ＥＣＵの制御下で、燃料添加弁によって、第１所定量の燃料を添加する第１添加が行われる（ステップＳ１０４）。他方、上述したステップＳ１０３の判定の結果、第１添加の実行時ではない場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、ＥＣＵの制御下で、ＥＧＲ触媒の床温が、例えば２５０度等の触媒作用を行うことが可能な「Ｄ」（度）より小さいか否かが判定される（ステップＳ１０５）。この判定の結果、ＥＧＲ触媒の床温が、例えば２５０度等の「Ｄ」（度）より小さい場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、ＥＣＵの制御下で、燃料添加弁によって、第２所定量の燃料を添加する第２添加が行われる（ステップＳ１０６）。

次に、ＥＧＲ触媒に付着した可溶有機分の付着量が、例えば上述した「Ｆ」グラムより小さいか否かが判定される（ステップＳ１０７）。この判定の結果、ＥＧＲ触媒に付着した可溶有機分の付着量が、例えば「Ｆ」グラムより小さくない場合（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、ＥＣＵの制御下で、燃料添加弁によって、第２添加の停止が行われる（ステップＳ１０８）。他方、ステップＳ１０７の判定の結果、ＥＧＲ触媒に付着した可溶有機分の付着量が、例えば「Ｆ」グラムより小さい場合（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、ＥＣＵの制御下で、継続して、燃料添加弁によって、第２所定量の燃料を添加する第２添加が行われる（ステップＳ１０６）。

次に、ＥＧＲ触媒に付着した可溶有機分の付着量が、例えば上述した「Ｇ」グラムより小さいか否かが判定される（ステップＳ１０９）。この判定の結果、ＥＧＲ触媒に付着した可溶有機分の付着量が、例えば「Ｇ」グラムより小さくない場合（ステップＳ１０９：Ｎｏ）、ＥＣＵの制御下で、排気絞り弁が、略全閉になるように近づけられると共に、ＥＧＲ弁が、略全閉とされる（ステップＳ１１０）。そして、引き続き、ＥＣＵの制御下で、燃料添加弁によって、第２添加の停止が行われる（ステップＳ１０８）。

この結果、上述したように、希薄燃焼によって、供給された燃焼エネルギーに加えて、略密閉された排気系において昇温された排気ガス及び還流ガスが保有する熱エネルギーに基づいて、ＥＧＲ触媒に付着した可溶有機分は焼失され、可溶有機分の付着量を、顕著に減少することが可能である。

他方、ステップＳ１０９の判定の結果、ＥＧＲ触媒に付着した可溶有機分の付着量が、例えば「Ｇ」グラムより小さい場合（ステップＳ１０９：Ｙｅｓ）、上述したように、ＥＣＵの制御下で、例えば過渡域において、目標ＥＧＲ率に基づいた、例えばフィードフォワード制御において、目標ＥＧＲ率が減少されつつ、ＥＧＲ弁の開閉が行われる（ステップＳ１０２）。

他方、ステップＳ１０５の判定の結果、ＥＧＲ触媒の床温が、例えば２５０度等の触媒作用を行うことが可能な「Ｄ」（度）より小さくない、即ち、大きい場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、更に、ＥＣＵの制御下で、ＥＧＲ触媒に付着した可溶有機分の付着量が、例えば上述した「Ｆ」グラムより大きいか否かが判定される（ステップＳ１１１）。この判定の結果、ＥＧＲ触媒に付着した可溶有機分の付着量が、例えば上述した「Ｆ」グラムより大きくない、即ち、小さい場合（ステップＳ１１１：Ｎｏ）、一連の燃料添加の制御処理は終了される。他方、ステップＳ１１１の判定の結果、ＥＧＲ触媒に付着した可溶有機分の付着量が、例えば上述した「Ｆ」グラムより大きい場合（ステップＳ１１１：Ｙｅｓ）、上述したように、ＥＣＵの制御下で、例えば過渡域において、目標ＥＧＲ率に基づいた、例えばフィードフォワード制御において、目標ＥＧＲ率が減少されつつ、ＥＧＲ弁の開閉が行われる（ステップＳ１０２）。

（２−２−２）排気絞り弁及びＥＧＲ弁の制御処理
次に、図４を参照して、本実施形態に係る、内燃機関の排気浄化装置に適用される燃料添加の制御処理の前段階として行われる排気絞り弁及びＥＧＲ弁の制御処理について説明する。ここに、図４は、本実施形態に係る、内燃機関の排気浄化装置に適用される燃料添加の制御処理の前段階として行われる排気絞り弁及びＥＧＲ弁の制御処理の流れを示したフローチャートである。尚、この制御処理は、ＥＣＵによって、例えば、数十μ秒、又は数μ秒等の所定の周期で繰り返し実行される。

図４に示されるように、ＥＣＵの制御下で、ＥＧＲ触媒に付着した可溶有機分の付着量が、例えば「Ａ」グラムより大きいか否かが判定される（ステップＳ２０１）。この判定の結果、ＥＧＲ触媒に付着した可溶有機分の付着量が、例えば「Ａ」グラムより大きい場合（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、ＥＣＵの制御下で、例えば過渡域において、目標ＥＧＲ率に基づいた、例えばフィードフォワード制御において、目標ＥＧＲ率が減少されつつ、ＥＧＲ弁の開閉が行われる（ステップＳ２０２）。

次に、ＥＣＵの制御下で、ＥＧＲ触媒に流入する還流ガスの温度が、例えば２５０度等の触媒作用を行うことが可能な「Ｂ」（度）より大きいか否かが判定される（ステップＳ２０３）。この判定の結果、ＥＧＲ触媒に流入する還流ガスの温度が、例えば２５０度等の触媒作用を行うことが可能な「Ｂ」（度）より大きくない場合（ステップＳ２０３：Ｎｏ）、上述したように、ＥＣＵの制御下で、排気絞り弁が、略全閉になるように近づけられると共に、ＥＧＲ弁が、略全閉とされる（ステップＳ１１０）。

他方、ステップＳ２０３の判定の結果、ＥＧＲ触媒に流入する還流ガスの温度が、例えば２５０度等の触媒作用を行うことが可能な「Ｂ」（度）より大きい場合（ステップＳ２０３：Ｙｅｓ）、ＥＣＵの制御下で、上述した燃料添加の制御処理が行われる。
（３）本実施形態の作用と効果との検討
次に、図５、及び図６を参照して、本実施形態に係る作用と効果とについて検討する。ここに、図５は、本実施形態に係る、内燃機関の排気浄化装置に適用される燃料添加の制御処理、及び、排気絞り弁及びＥＧＲ弁の制御処理が行われた場合の、過給圧力比の変化を示したグラフ（図５（ａ））、及び、目標ＥＧＲ率の変化を示したグラフ（図５（ｂ））である。図６は、本実施形態に係る、内燃機関の排気浄化装置に適用される燃料添加の制御処理、及び、排気絞り弁及びＥＧＲ弁の制御処理が行われた場合の、一酸化炭素の排出量の変化を示したグラフ（図６（ａ））、Ｓｍｏｋｅの排出量の変化を示したグラフ（図６（ｂ））、及び、ＥＧＲ触媒に流入する還流ガスの温度の変化を示したグラフ（図６（ｃ））である。尚、図５及び図６中における実線は、本実施形態に対応され、点線は、比較例に対応される。また、図５及び図６中の横軸は、時間軸を示す。

図５（ａ）に示されるように、本実施形態によれば、過給圧力比が「１．０」より小さい場合、図５（ｂ）に示されるように、ＥＣＵの制御下で、例えば過渡域において、目標ＥＧＲ率に基づいた、例えばフィードフォワード制御において、比較例と比べて、目標ＥＧＲ率が減少されつつ、ＥＧＲ弁の開閉が行われる。加えて、ＥＣＵの制御下で、上述したように、燃料添加の制御処理、及び、排気絞り弁及びＥＧＲ弁の制御処理が行われる。

この結果、図６（ａ）に示されるように、比較例と比べて、一酸化炭素の排出量を低減させることが可能である。加えて、図６（ｂ）に示されるように、比較例と比べて、Ｓｍｏｋｅの排出量を低減させることが可能である。加えて、図６（ｃ）に示されるように、比較例と比べて、ＥＧＲ触媒に流入する還流ガスの温度を高くさせることが可能である。

本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、本発明はディーゼルエンジンに限らず、ガソリンその他の燃料を利用する各種の内燃機関に適用してよい。また、排気通路に配置される排気を浄化する手段は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に限定されない。パティキュレートフィルタ、酸化触媒が担持されたパティキュレートフィルタ、又は吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持されたパティキュレートフィルタが配置されていてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の排気浄化装置、及び方法もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を搭載した車両の基本構成を図式的に示した模式図である。 本実施形態に係る、内燃機関の排気浄化装置に適用される燃料添加の制御方法の基本原理を示したグラフ（図２（ａ）、図２（ｂ）、及び、図２（ｃ））である。 本実施形態に係る、内燃機関の排気浄化装置に適用される第１の燃料添加の制御処理の流れを示したフローチャートである。 本実施形態に係る、内燃機関の排気浄化装置に適用される燃料添加の制御処理の前段階として行われる排気絞り弁及びＥＧＲ弁の制御処理の流れを示したフローチャートである。 本実施形態に係る、内燃機関の排気浄化装置に適用される燃料添加の制御処理、及び、排気絞り弁及びＥＧＲ弁の制御処理が行われた場合の、過給圧力比の変化を示したグラフ（図５（ａ））、及び、目標ＥＧＲ率の変化を示したグラフ（図５（ｂ））である。 本実施形態に係る、内燃機関の排気浄化装置に適用される燃料添加の制御処理、及び、排気絞り弁及びＥＧＲ弁の制御処理が行われた場合の、一酸化炭素の排出量の変化を示したグラフ（図６（ａ））、Ｓｍｏｋｅの排出量の変化を示したグラフ（図６（ｂ））、及び、ＥＧＲ触媒に流入する還流ガスの温度の変化を示したグラフ（図６（ｃ））である。

符号の説明

１ エンジン
２ 電子スロットル弁
２ａ ＡＦＭ（Air Flow Meter）
＃１から＃４ シリンダ
３ 吸気通路
４ 排気通路
５ 吸気濾過用のエアフィルタ
６ ターボ過給機
６ａ コンプレッサ
６ｂ タービン
７ 吸気量調節用の絞り弁
７ａ 過給圧センサ
８ ＤＰＮＲ触媒
９ 排気浄化ユニット
１０ 燃料添加弁
１１ ＥＧＲ通路
１２ ＥＧＲ触媒
１３ ＥＧＲクーラ
１４ ＥＧＲ弁
１５ 排気絞り弁
１６ マフラー
１７ 燃料ポンプ
２０ ＥＣＵ
３０ インジェクタ
３１ コモンレール
３２ 燃料ポンプ
３３ クランク角センサ

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路から吸気通路へ連通し、前記内燃機関から排出される排気ガスの一部である還流ガスを、前記排気通路から前記吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路に備えられ、前記還流ガスを冷却するＥＧＲクーラと、
   前記ＥＧＲクーラの上流側の前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記還流ガスを浄化するＥＧＲ触媒と、
   前記排気通路に設けられ、前記排気ガスを浄化する排気触媒と、
   前記排気触媒、及び前記ＥＧＲ触媒の上流側から前記排気触媒に対応される第１所定量の燃料を添加する第１添加を、少なくとも行う燃料添加手段と、
   前記第１添加が行われない休止期間に、前記ＥＧＲ触媒に対応される第２所定量の燃料を添加する第２添加を行うように、前記燃料添加手段を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記還流ガスに含まれる可溶有機分が、前記ＥＧＲ触媒に付着している付着量を測定する測定手段と、
   前記排気通路に備えられ、前記排気ガスの流量を変化させる排気絞り弁、又は、前記ＥＧＲ通路に備えられ、前記還流ガスの流量を変化させるＥＧＲ弁と、
   を更に備え、
   前記制御手段は、測定された前記付着量が、第１閾値より大きい場合、（i）前記第２添加を停止するように、前記燃料添加手段を制御すると共に、（ii）前記排気絞り弁、及び、前記ＥＧＲ弁を略全閉するように、前記排気絞り弁、及び、前記ＥＧＲ弁を制御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. 前記制御手段は、測定された前記付着量が、前記第１閾値より小さい第２閾値より小さくなった場合、略全閉された前記排気絞り弁、及び、前記ＥＧＲ弁を開くように、前記排気絞り弁、及び、前記ＥＧＲ弁を制御することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記制御手段は、前記ＥＧＲ触媒の温度が、所定温度より小さい場合、前記第２添加を行うことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記還流ガスに含まれる可溶有機分が、前記ＥＧＲ触媒に付着している付着量を測定する測定手段を更に備え、
   前記制御手段は、測定された前記付着量が、第１閾値より小さい場合、前記第２添加を行うことを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記還流ガスに含まれる可溶有機分が、前記ＥＧＲ触媒に付着している付着量を測定する測定手段と、
   前記ＥＧＲ通路に備えられ、前記還流ガスの流量を変化させるＥＧＲ弁と、
   を更に備え、
   前記制御手段は、測定された前記付着量が、第１閾値より大きい場合、（i）前記還流ガスと、（ii）前記還流ガス及び前記内燃機関に吸気された空気との質量比を減少させるように、前記ＥＧＲ弁を制御することを特徴とする請求項１から５のうちいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記ＥＧＲ触媒に流入する前記還流ガスの温度を測定する温度測定手段と、
   前記排気通路に備えられ、前記排気ガスの流量を変化させる排気絞り弁、又は、前記ＥＧＲ通路に備えられ、前記還流ガスの流量を変化させるＥＧＲ弁と、
   を更に備え、
   前記制御手段は、測定された前記還流ガスの温度が、所定温度より小さい場合、前記排気絞り弁、及び、前記ＥＧＲ弁を略全閉することを特徴とする請求項１から６のうちいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 内燃機関の排気通路から吸気通路へ連通し、前記内燃機関から排出される排気ガスの一部である還流ガスを、前記排気通路から前記吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路に備えられ、前記還流ガスを冷却するＥＧＲクーラと、
   前記ＥＧＲクーラの上流側の前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記還流ガスを浄化するＥＧＲ触媒と、
   前記排気通路に設けられ、前記排気ガスを浄化する排気触媒と、
   燃料を添加する燃料添加手段とを備える排気浄化装置における排気浄化方法であって、
   前記排気触媒、及び前記ＥＧＲ触媒の上流側から前記排気触媒に対応される第１所定量の燃料を添加する第１添加を行うように前記燃料添加手段を制御する第１制御工程と、
   前記第１添加が行われない休止期間に、前記ＥＧＲ触媒に対応される第２所定量の燃料を添加する第２添加を行うように、前記燃料添加手段を制御する第２制御工程と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化方法。

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