JP4001019B2 - ディーゼル機関の排気浄化装置および排気浄化方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＯｘ触媒を有するディーゼル機関の排気浄化装置に係り、特にＮＯｘ触媒の硫黄酸化物（ＳＯｘ）被毒からの回復技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関に代表される希薄燃焼式内燃機関では、窒素酸化物（ＮＯｘ）や未燃燃料成分（ＨＣ、ＣＯ）の排出量を低減するため種々の対策が講じられている。
【０００３】
例えば、排気中のＮＯｘを浄化するために、内燃機関の排気通路にＮＯｘ触媒を設けた排気浄化装置が知られている。
【０００４】
ＮＯｘ触媒は、流入排気ガスの酸素濃度が高いとき、すなわち排気ガスの空燃比がリーンのときにその排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し、流入排気ガスの酸素濃度が低いとき、すなわち排気ガスの空燃比がリッチのときにその吸蔵していたＮＯｘを二酸化窒素ＮＯ₂や一酸化窒素ＮＯの形で排気ガス中に還元・放出し、同時にそのＮＯ₂やＮＯを排気ガス中に含まれている未燃燃料成分ＣＯ、ＨＣと酸化反応せしめることでに窒素Ｎ₂に浄化する排気浄化作用を備えている。
【０００５】
ところで、ＮＯｘ触媒は、ＮＯｘと同様に排気ガス中に硫黄酸化物（ＳＯｘ）が含まれているとこのＳＯｘも吸蔵する性質を有している。しかも、ＳＯｘはＮＯｘに比べてＮＯｘ触媒に安定的に吸蔵されてしまうため、ＮＯｘよりも還元されにくく、ＮＯｘ触媒に吸蔵され続けてしまうという傾向がある。この結果、ＮＯｘ触媒に吸蔵されるＳＯｘ量が増加し、その分ＮＯｘを吸蔵できなくなり、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能が低下し、本来の排気浄化作用が害される（以下、この現象をＳＯｘ被毒と称する）。
【０００６】
そのため、従来より、ＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させる、いわゆるＳＯｘ被毒回復制御が行われている。
【０００７】
ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを放出・還元させるためには、ＮＯｘ触媒の温度をＮＯｘ還元時よりも高温とし、且つ、周囲雰囲気を理論空燃比あるいはリッチ空燃比とする必要がある。
【０００８】
そこで、内燃機関の運転状態が酸素過剰排気で且つ排気ガスあるいはＮＯｘ触媒が高温時である時に、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの酸素濃度を低下させる排気酸素濃度制御手段を備えた内燃機関の排気浄化装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
また、燃焼室内に供給される再循環排気ガス量を増大させた場合は煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内に供給される再循環排気ガス量を更に増大させた場合は燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤の発生量が抑制される第１の燃焼（以下、低温燃焼と称する）と、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガス量よりも燃焼室内に供給される再循環排気ガス量が少ない第２の燃焼（以下、通常燃焼と称する）とを選択的に切換える内燃機関において、低温燃焼が行われているときに、ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復を行う技術が知られている。
【００１０】
低温燃焼においては、燃焼温度が低いため燃焼室内の空燃比を理論空燃比よりもリッチな空燃比としてもスモークはほとんど発生しない。そのため、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＳＯｘが許容量を超えたときには、低温燃焼を行うと同時に、燃焼室内の空燃比をリッチ空燃比とすることによって、排気ガスの空燃比をリッチ空燃比とすると共に、ＮＯｘ触媒を昇温させることにより、ＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させる（例えば、特許文献２参照。）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平６−８８５１８号公報
【特許文献２】
特許第３１０４６９２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、ＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させるには、ＮＯｘ触媒の温度をＮＯｘ還元時よりも高温とし、且つ、周囲雰囲気を理論空燃比あるいはリッチ空燃比とする必要がある。
【００１３】
しかしながら、周囲雰囲気の空燃比を小さくするとＮＯｘ触媒は昇温するため、排気ガスあるいはＮＯｘ触媒が高温時である時に、排気ガスの酸素濃度を低下させた場合、ＮＯｘ触媒の温度が過剰に高くなり、ＮＯｘ触媒の劣化を招く虞がある。
【００１４】
また、低温燃焼と通常燃焼とを選択的に切換えるディーゼル機関においては、燃焼室への吸入空気量が一定量を超えると低温燃焼を行うことは不可能となるため、中高負荷運転時には低温燃焼を行うことは出来ず、さらに、通常燃焼では燃焼室内の空燃比をリッチ空燃比または理論空燃比とするとスモークが多量に排出される虞がある。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、排気通路にＮＯｘ触媒を設けたディーゼル機関において、ディーゼル機関の運転状態に係わらず、より好適にＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒からの回復させることが可能なディーゼル機関の排気浄化装置および浄化方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下のような手段を採用した。
即ち、本発明は、排気ガスの空燃比を、最初に、排出されるスモークの量が許容量の上限となる所定空燃比に制御し、その後、間欠的にリッチ空燃比または理論空燃比とすると共に、ＮＯｘ触媒の温度を昇温させＮＯｘ触媒からＳＯｘを放出させるものである。
【００１７】
そこで、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置は、
排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、
該ＮＯｘ触媒の温度を検出するＮＯｘ触媒温度検出手段と、
前記排気通路の排気ガスの空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、
前記ＮＯｘ触媒温度検出手段により検出された前記ＮＯｘ触媒の温度と前記排気空燃比検出手段により検出された排気ガスの空燃比に基づき排気通路の排気ガスの空燃比を制御する排気空燃比制御手段と、を備え、
前記排気空燃比検出手段により検出された排気ガスの空燃比が、排出されるスモークの量が許容量の上限となる空燃比であって理論空燃比よりも大きい第１の所定空燃比よりも過薄だった場合、前記排気空燃比制御手段は、排気ガスの空燃比を前記第１の所定空燃比に制御し、その後、間欠的に前記第１の所定空燃比よりも過濃であり理論空燃比またはリッチ空燃比であって前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能となる第２の所定空燃比に制御すると同時に、前記ＮＯｘ触媒の温度を前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能であり、且つ、前記ＮＯｘ触媒の劣化を促進しない所定温度範囲に制御する制御する構成とした。
【００１９】
上記構成によれば、排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とした後、間欠的に第２の所定空燃比とすることによって、ディーゼル機関の運転状態に係わらず、スモークの排出を抑制しつつＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させることが出来る。
【００２０】
また、排気ガスの空燃比が小さくなるとＮＯｘ触媒の温度は上昇し、周囲雰囲気がリッチ空燃比または理論空燃比の状態で、吸蔵されているＳＯｘが還元・放出される温度（例えば、６００℃以上）にまで昇温されるとＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒回復がなされるが、高温となりすぎる（例えば、７００℃以上）とＮＯｘ触媒の劣化が促進される。そのため、排気ガスの温度が高い状態で、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気を継続的にリッチ空燃比または理論空燃比とするとＮＯｘ触媒の劣化を招く虞がある。
【００２１】
そこで、排気ガスの空燃比を間欠的にリッチ空燃比または理論空燃比とすることによって、ＮＯｘ触媒の温度を上昇させるとともに過昇温を防止する。そのため、ＮＯｘ触媒の温度をＳＯｘ被毒からの回復が可能であり、且つ、劣化が促進されない温度に制御することが出来る。
【００２２】
また、最初に排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とすることによって、より正確に、且つ、より早く排気ガスの空燃比を第２の所定空燃比に制御することが可能となる。従って、排気ガスが過剰にリッチな空燃比となることによるＮＯｘ触媒の過昇温や未燃成分の排出を防止することが出来るとともに、ＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒からより速やかに回復させることが出来る。
【００２３】
また、排気ガスの空燃比が間欠的にリッチ空燃比または理論空燃比に制御されるということは、言い換えると排気ガスの空燃比は間欠的にリーン空燃比となる。そのため、ＮＯｘ触媒がパティキュレートフィルタ等の酸素保持能力を備え排気ガス中の微粒子（例えば、煤）を酸化し浄化せしめる触媒であった場合、理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとが交互に流入することによって煤等の微粒子が浄化されることになるため、より効果的にスモークの排出を抑制しつつＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させることが出来る。
【００２４】
上記したようなディーゼル機関の排気浄化装置を、燃焼室内に供給される再循環排気ガス量を増大させた場合は煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内に供給される再循環排気ガス量を更に増大させた場合は燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤の発生量が抑制される第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガス量よりも燃焼室内に供給される再循環排気ガス量が少ない第２の燃焼とを選択的に切換える切換手段を備えたディーゼル機関に適用しても良い。
【００２５】
ここで、第１の燃焼は低温燃焼であり、第２の燃焼は通常燃焼である。
【００２６】
つまり、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置によれば、アイドリング時または低負荷運転時には低温燃焼を行い、中高負荷運転時には通常燃焼を行うディーゼル機関であっても、運転状態にかかわらずＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させることが出来る。
【００２７】
また、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、燃焼室に供給される吸入空気量を制御するスロットル弁と、燃焼室に再循環される再循環排気ガス（以下、ＥＧＲガスと称する）量を制御する再循環排気ガス制御弁と、が備えられている場合、スロットル弁または再循環排気ガス制御弁の少なくとも一方の開度を制御することによって排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比に制御しても良い。
【００２８】
つまり、燃焼室に流入する吸入空気量またはＥＧＲガス量の少なくとも一方を制御することにより燃焼室内の空燃比を第１の空燃比に制御し、それによって排気ガスの空燃比を第１の空燃比に制御することが出来る。
【００２９】
また、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比に制御した後、ディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御することによって排気ガスの空燃比を間欠的に第２の所定空燃比に制御すると同時に、ＮＯｘ触媒の温度を所定温度範囲に制御しても良い。
【００３０】
つまり、ディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方へ燃料を間欠的に添加することによって排気ガスの空燃比を間欠的に第２の所定空燃比に制御することが出来、また同時にＮＯｘ触媒の温度を所定温度範囲に制御することが出来る。
【００３１】
ここで、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、排気ガスの空燃比を間欠的に第２の空燃比に制御するために行われるディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加は間欠的に行われ、ＮＯｘ触媒の温度が、ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能な温度より低い時には燃料が添加され、ＮＯｘ触媒の劣化を促進する温度となる可能性がある時は燃料の添加は休止される構成としても良い。
【００３２】
燃料の添加が休止されると、排気ガスの空燃比が大きくなり、ＮＯｘ触媒の温度は急速に低下するため、ＮＯｘ触媒の劣化を抑制することが出来るとともに次回の燃料添加が可能となる。従って、上記のように燃料の添加と添加休止とを繰り返すことによってＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させるとともにＮＯｘ触媒の劣化を抑制することが出来る。
【００３３】
また、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、ディーゼル機関の燃焼室へ燃料の添加は、燃料室内において機関出力を得るために噴射される主噴射以外の副噴射によって行われる構成としても良い。
【００３４】
主噴射以外の副噴射としては、例えば、気筒内において機関出力を得るために燃焼される燃料が膨張行程または排気行程にあるときに燃焼室内へさらに燃料を噴射するポスト噴射を例示することが出来る。
【００３５】
また、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置においては、ＳＯｘ被毒から回復させるＮＯｘ触媒より上流側の排気通路に排気浄化触媒をさらに備える構成としても良い。
【００３６】
この構成によれば、排気中に含まれるＮＯｘや未燃成分（ＣＯ、ＨＣ）等が、ＮＯｘ触媒の上流側に配置された排気浄化触媒において酸化または還元されるため、その反応熱によりＳＯｘ被毒から回復させるＮＯｘ触媒の温度分布をＮＯｘ触媒単体の時よりも均一にすることが出来る。そのため、ＳＯｘ被毒から回復させるためのＮＯｘ触媒の温度制御が容易となる。
【００３７】
本発明に係る排気浄化装置においては、ＮＯｘ触媒より下流側の排気ガスに含まれている未燃成分を浄化するするために、ＮＯｘ触媒より下流側の排気通路に酸化触媒をさらに備えた構成としても良い。
【００３８】
また、この構成においては、ＮＯｘ触媒より下流に設置された酸化触媒の温度に基づき、ディーゼル機関の燃焼室または排気通路への燃料添加を制御しても良い。
【００３９】
例えば、酸化触媒の温度が低い場合、排気ガスの空燃比をＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能となる第２の所定空燃比に制御する前に、酸化触媒の温度が活性温度となるようにディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料添加を行う。
【００４０】
つまり、上記構成によれば、ＮＯｘ触媒より下流に設置された酸化触媒の排気浄化能力が高まった後でＮＯｘ触媒からのＳＯｘ被毒回復を行うことになるため、未燃成分の排出を低減することが出来る。
【００４１】
また、上記構成において、酸化触媒を昇温させるための燃料添加は間欠的に行われ、添加する燃料の量または添加時間の間隔の少なくとも一方を、酸化触媒の温度に基づいて制御しても良い。
【００４２】
例えば、酸化触媒の温度が低い程、添加する燃料の量を多くし、また、燃料を添加するときの時間間隔を長くしても良い。
【００４３】
このような制御により、酸化触媒を速やかに活性温度まで昇温させることが出来る。
【００４４】
また、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、ＮＯｘ触媒より下流側の排気ガスに含まれている未燃成分を浄化するために、ＮＯｘ触媒より下流側の排気通路に酸化触媒をさらに備えた場合、該酸化触媒より下流側の排気ガスの空燃比が所定空燃比以上となるよう排気ガスの空燃比を制御しても良い。
【００４５】
例えば、酸化触媒の酸化能力が低下し、酸化触媒より下流側の排気ガスの空燃比が所定空燃比よりリッチとなる可能性があるときは、ディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料添加を減らすか、または、休止する等の制御により、排気ガスの空燃比を上昇させる。
【００４６】
このような制御によりＮＯｘ触媒より下流側に設置された酸化触媒の排気浄化能力が低下した状態で排気ガスの空燃比が過剰にリッチになることを防ぐことが出来、そのため未燃成分の排出を抑制することが出来る。
【００４７】
また、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、ＮＯｘ触媒より下流側であり、且つ、酸化触媒より上流側の排気通路に二次空気供給手段をさらに備えた構成としても良い。
【００４８】
上記構成によれば、例えば、ＮＯｘ触媒がＳＯｘ被毒から回復しやすいように、ディーゼル機関の燃焼室または排気通路への燃料添加を若干多めに行った場合、それに伴ってＮＯｘ触媒より下流の排気ガス中の未燃成分を酸化触媒によって浄化するために必要となる酸素（Ｏ₂）の不足分を二次空気供給手段により空気を供給することで補うことが出来る。
【００４９】
つまり、上記構成によれば、ＮＯｘ触媒周囲の空燃比をよりリッチとすることが可能なため、ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復を短時間で行うことが出来ると同時に、酸化触媒周囲の空燃比を理論空燃比よりリーンまたは理論空燃比近傍とすることが可能なため、未燃成分の排出を抑制することが出来る。
【００５０】
また、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、ＳＯｘ被毒から回復させるＮＯｘ触媒またはその上流側に設置された排気浄化触媒は酸素保持能力のない触媒としても良い。
【００５１】
この理由としては、ＳＯｘ被毒から回復させるＮＯｘ触媒またはその上流側に設置される排気浄化触媒に酸素が存在すると、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を下げる妨げとなり、ＳＯｘ被毒からの回復を疎外するためである。
【００５２】
尚、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置においては、より効果的に未燃成分の排出を防ぐために、ＳＯｘ被毒から回復させるＮＯｘ触媒より下流側に設置される酸化触媒は酸素保持能力の高い触媒としても良い。
【００５３】
また、上述したような、第１の燃焼、即ち低温燃焼と、第２の燃焼、即ち通常燃焼とを切換えるディーゼル機関においては、低温燃焼は低負荷領域で運転されているときに行われ、通常燃焼は中高負荷領域で運転されているときに行われる。
【００５４】
このようなディーゼル機関の排気浄化装置においては、低負荷運転時には、低温燃焼では空燃比をリッチ空燃比または理論空燃比とすることが可能なため、燃焼室内の空燃比を第２の所定空燃比に制御することによって排気ガスの空燃比を第２の所定空燃比に制御するか、もしくは、低温燃焼下において、燃焼室内の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とした後、燃焼室または排気通路の少なくとも一方に燃料を添加することによって排気ガスの空燃比を第２の所定空燃比に制御するかのいずれかの制御を行うことによりＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させても良い。また、中高負荷運転時には、通常燃焼下において、燃焼室内の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とした後、燃焼室または排気通路の少なくとも一方に燃料を添加することによって排気ガスの空燃比を間欠的に第２の所定空燃比に制御することによりＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させても良い。
【００５５】
上記したようなディーゼル機関の排気浄化装置よれば、例えば、ディーゼル機関等のような、低負荷運転時には低温燃焼を行い、中高負荷運転時には通常燃焼を行うディーゼル機関においても、運転状態にかかわらずＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させることが出来る。
【００５６】
また、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化方法は、
排気通路に設けられたＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させるときに、最初に排気ガスの空燃比を、排出されるスモークの量が許容量の上限となる空燃比であって理論空燃比よりも大きい第１の所定空燃比に制御し、その後、間欠的に前記第１の所定空燃比よりも過濃であり理論空燃比またはリッチ空燃比であって前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能となる第２の所定空燃比に制御すると同時に、前記ＮＯｘ触媒の温度を、前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能であり、且つ、前記ＮＯｘ触媒の劣化を促進しない所定温度範囲に制御することを特徴とする。
【００５８】
本発明に係るディーゼル機関の排気浄化方法によれば、排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とした後、間欠的に第２の所定空燃比とすることによって、ディーゼル機関の運転状態に係わらず、スモークの排出を抑制しつつＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させることが出来る。
【００５９】
また、最初に排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とすることによって、より正確に、且つ、より早く排気ガスの空燃比を第２の所定空燃比に制御することが可能となる。従って、排気ガスが過剰にリッチな空燃比となることによるＮＯｘ触媒の過昇温や未燃成分の排出を防止することが出来るとともに、ＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒からより速やかに回復させることが出来る。
【００６０】
また、排気ガスの空燃比を間欠的にリッチ空燃比または理論空燃比とすることによって、ＮＯｘ触媒の温度を上昇させるとともに、過昇温を防止する。そのため、ＮＯｘ触媒の温度をＳＯｘ被毒からの回復が可能であり、且つ、劣化が促進されない温度に制御することが出来る。
【００６１】
また、排気ガスの空燃比が間欠的にリッチ空燃比または理論空燃比に制御されるということは、言い換えると排気ガスの空燃比は間欠的にリーン空燃比となる。そのため、ＮＯｘ触媒がパティキュレートフィルタ等の酸素保持能力を備え排気ガス中の微粒子（例えば、煤）を酸化し浄化せしめる触媒であった場合、より効果的に排気中のスモークを浄化することが出来る。
【００６２】
また、ディーゼル機関が、燃焼室に供給される吸入空気量を制御するスロットル弁と、燃焼室に再循環される再循環排気ガス量を制御する再循環排気ガス制御弁と、を備えている場合、排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比に制御する方法としては、例えば、スロットル弁または再循環排気ガス制御弁の少なくとも一方の開度を制御することにより燃焼室内の空燃比を第１の空燃比に制御し、それによって排気ガスの空燃比を第１の空燃比に制御する方法を採用しても良い。
【００６３】
また、排気ガスの空燃比を第１の空燃比に制御した後、間欠的に第２の所定空燃比に制御する方法としては、燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御する、つまり燃焼室または排気通路の少なくとも一方へ間欠的に燃料を添加する方法を採用しても良い。
【００６４】
また、排気通路にＮＯｘ触媒を備え、低温燃焼と通常燃焼とを選択的に切換えるディーゼル機関の排気浄化方法においては、通常燃焼時にＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させる場合、燃焼室内の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とした後、燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御する、つまり燃料を間欠的に添加することによって排気ガスの空燃比を間欠的に第１の所定空燃比よりも過濃でありＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能となる第２の所定空燃比に制御すると同時に、ＮＯｘ触媒の温度を前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能であり、且つ、ＮＯｘ触媒の劣化を促進しない所定温度範囲に制御し、一方、低温燃焼時にＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させる場合、燃焼室内の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比を前記第２の所定空燃比に制御するか、もしくは燃焼室内の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比を前記第１の所定空燃比とした後、燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御することによって排気ガスの空燃比を前記第２の所定空燃比に制御するかのいずれかの制御を行うと同時に、ＮＯｘ触媒の温度を前記所定温度範囲に制御するようにしても良い。
【００６５】
上記したようなディーゼル機関の排気浄化方法よれば、アイドリング時または低負荷運転時には低温燃焼を行い、中高負荷運転時には通常燃焼を行うディーゼル機関においても、運転状態にかかわらずＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させることが出来る。
【００６６】
本発明に係るディーゼル機関の排気浄化方法において、ディーゼル機関が、ＮＯｘ触媒より下流側の排気ガスに含まれている未燃成分を浄化するするために、ＮＯｘ触媒より下流側の排気通路に酸化触媒を備えている場合、燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御することによって酸化触媒を活性温度まで昇温させ、その後、排気ガスの空燃比を間欠的に第２の空燃比に制御しＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させるようにしても良い。
【００６７】
このような制御によれば、ＮＯｘ触媒より下流側に設置された酸化触媒の排気浄化能力が高まった後でＮＯｘ触媒からのＳＯｘ被毒回復を行うことになるため、未燃成分の排出を低減することが出来る。
【００６８】
本発明に係るディーゼル機関の排気浄化方法において、ディーゼル機関が、ＮＯｘ触媒より下流側の排気ガスに含まれている未燃成分を浄化するするために、ＮＯｘ触媒より下流側の排気通路に酸化触媒を備えている場合、該酸化触媒より下流側の排気ガスの空燃比が所定空燃比以上となるよう排気ガスの空燃比を制御しても良い。
【００６９】
例えば、酸化触媒の酸化能力が低下し、酸化触媒より下流側の排気ガスの空燃比が所定空燃比よりリッチとなる可能性があるときは、ディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料添加を減らすか、または、休止する等の制御によって排気ガスの空燃比を大きくする。
【００７０】
このような制御によれば、ＮＯｘ触媒より下流側に設置された酸化触媒の排気浄化能力が低下した状態で排気ガスの空燃比が過剰にリッチとなることを防ぐことが出来、そのため未燃成分の排出を低減させることが出来る。
【００７１】
【発明の実施の形態】
続いて、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置および排気浄化方法に関し、その好適な実施の形態について説明する。
【００７２】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置を車両用ディーゼル機関の排気浄化装置に適用した場合を示している。本実施の形態に係る内燃機関１は４つの気筒２（燃焼室）の他、燃料供給系、吸気系、排気系、制御系などを備えたディーゼル機関である。
【００７３】
燃料供給系は、燃料噴射弁３、コモンレール（蓄圧室）４、燃料供給管５、燃料ポンプ６、などを備え、各気筒２に対して燃料供給を行っている。燃料噴射弁３は、各気筒２に対して夫々設けられる電磁駆動式の開閉弁であり、各燃料噴射弁３は、燃料の分配管となるコモンレール４に接続されている。また、コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６に連結されている。燃料ポンプ６のプーリ６ａは、ベルト７を介して内燃機関１の出力軸たるクランクシャフト１ａに連結されている。燃料ポンプ６は、クランクシャフト１ａの回転を駆動源として回転駆動されている。
【００７４】
このように構成された燃料供給系では、まず、燃料ポンプ６によって燃料タンク（図示略）内の燃料が汲み上げられる。汲み上げられた燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４に供給される。コモンレール４に供給された燃料は、コモンレール４内にて所定燃圧まで高められ、各燃料噴射弁３に分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電圧が印可され燃料噴射弁３が開弁すると、その燃料は、燃料噴射弁３を介して各気筒２の燃焼室内に噴射される。
【００７５】
一方、吸気系は、吸気管９、スロットル弁１３、吸気枝管８、エアクリーナボックス１０、インタークーラ１６などを備え、各気筒２に対して空気（吸気）を供給する吸気通路を形成している。
【００７６】
吸気管９は、エアクリーナボックス１０を介して吸入される吸気を吸気枝管８に導く通路を形成している。吸気枝管８は、吸気管９を経て流入する吸気を各気筒２に分配する通路を形成している。また、吸気管９とエアクリーナボックス１０との連結部分近傍には、吸気管９に流れ込む吸気の温度を測定する吸気温センサ４４ａを備えている。
【００７７】
また、エアクリーナボックス１０からスロットル弁１３に至る吸気管９には、吸入した吸気を圧縮するターボチャージャ１５（コンプレッサハウジング１５ａ）、及びターボチャージャ１５にて圧縮した吸気を冷却するインタークーラ１６を備え、さらに、ターボチャージャ１５の上流には、吸気管９を通じて燃焼室２に流れ込む吸気の流量を計測するエアフロメータ４５を備えている。
【００７８】
また、吸気枝管８の直上流には、吸気管９を通じて各気筒２に流れ込む吸気量を加減するスロットル弁１３を備え、スロットル弁１３の開度は、ステッパモータなどにて構成されたアクチュエータ１４によって制御されている。また、スロットル弁１３の直下流には、吸気枝管８内の温度を測定する吸気温センサ４４ｂ、及び吸気枝管８内の管内圧力を測定する吸気圧センサ４６を備えている。
【００７９】
このように構成された吸気系では、まず、機関運転に伴う負圧の発生により各気筒２に供給されるべき吸気がエアクリーナボックス１０に流れ込む。エアクリーナボックス１０内に流入した吸気は、エアクリーナボックス１０内にて塵や埃を除去された後、吸気管９を経てターボチャージャ１５に流れ込む。ターボチャージャ１５に流入した吸気は、コンプレッサホイール１５ａにて圧縮された後、インタークーラ１６によって冷却される。そして、必要に応じてスロットル弁１３での流量調節を受けた後、吸気枝管８内に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２に分配され、燃料噴射弁３から噴射供給された燃料と共に燃焼される。尚、各種センサの出力は、後述の電子制御ユニット３０に入力されており、例えば、内燃機関の基本燃料噴射制御などにフィードバックされる。
【００８０】
排気系は、排気枝管１８、排気管１９を備え、各気筒２から排出される排気ガスを機関本体外に排出する排気通路を形成している。また、ＥＧＲ装置２０、触媒コンバータ５０、還元剤添加装置６０、などを備え、排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）や煤（スモーク）等を浄化せしめる排気浄化装置としての機能を有する。
【００８１】
まず、排気枝管１８は、各気筒２毎に設けられた排気ポート１８ａに接続すると共にその排気ポート１８ａから排出された排気ガスを集合してターボチャージャ１５のタービンハウジング１５ｂに導く通路を形成している。また、排気管１９は、タービンハウジング１５ｂから図示しない消音器までの通路を形成している。
【００８２】
ＥＧＲ装置２０は、ＥＧＲ通路２５、ＥＧＲ弁２６、ＥＧＲ装置２０用の酸化触媒２８、ＥＧＲクーラ２７等を備えている。
【００８３】
ＥＧＲ通路２５は、排気枝管１８と吸気枝管８とを接続する通路である。また、ＥＧＲ弁２６は、ＥＧＲ通路２５と吸気枝管８との接続部分に設けられた電気式の開閉弁であり、ＥＧＲ通路２５内を流れる排気ガス量の調節を行っている。ＥＧＲ装置２０用の酸化触媒２８は、排気枝管１８とＥＧＲクーラ２７とを接続するＥＧＲ通路２５中に配置され、排気枝管１８から回り込む排気ガス中の未燃成分を浄化する。ＥＧＲクーラ２７は、機関冷却水を熱媒体として、ＥＧＲ通路２５内を流れる排気ガスの冷却を行っている。なお、以下の説明では、ＥＧＲ通路２５を通じて吸気枝管８に流れ込む排気ガスを単にＥＧＲガスと称する。
【００８４】
このように構成されたＥＧＲ装置２０によれば、排気枝管１８内を流れる排気ガスの一部がＥＧＲ通路２５内に流入する。また、ＥＧＲ通路２５内に流入したＥＧＲガス（排気ガス）は、ＥＧＲ装置２０用の酸化触媒２８を経てＥＧＲクーラ２７に流入する。ＥＧＲクーラ２７に流入したＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ２７を通過する際に冷却され、ＥＧＲ弁２６の開弁量に即した流量で吸気枝管８に流れ込む。そして、吸気枝管８内に流入したＥＧＲガスは、吸気枝管８上流から流れ込む吸気と混ざり合いつつ混合気を形成し、燃料噴射弁３から噴射された燃料と共に燃焼に供される。
【００８５】
なお、ＥＧＲガスとなる排気ガス中には、水蒸気（Ｈ₂Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ₂）などの不活性ガスが含まれている。このため不活性ガスたる排気ガスが燃焼室２内に流入すると、その排気ガスの混入に起因して燃焼温度は低下し、ＮＯｘの生成は抑制される。また、ＥＧＲガスの導入に伴い、燃焼室２内の酸素量も減るため、この点においても窒素（Ｎ₂）と酸素（Ｏ₂）との結びつきが抑制され、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出は抑制される。
【００８６】
続いて触媒コンバータ５０に関して説明する。
触媒コンバータ５０は、ケーシング５１、及びそのケーシング５１内にＮＯｘ触媒を備え、機関本体１から排出される排気ガス中の有害物質を浄化せしめる排気浄化作用を有する。
【００８７】
より詳しくは、タービンハウジング１５ｂの出口近傍にケーシング５１が配置され、ケーシング５１内には、排気ガス中の微粒子（例えば、煤）やＮＯｘ等を浄化するパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと称する）５０ｂを内蔵している。
【００８８】
フィルタ５０ｂは、排気ガス中に含まれる微粒子（例えば、煤）を酸化燃焼せしめる排気浄化作用を有している。より詳しくは、活性化酸素放出剤を担持したフィルタ５８を備え、そのフィルタ５８上に捕集した微粒子を活性化酸素にて酸化せしめることで除去（浄化）する排気浄化作用を備えている。
【００８９】
フィルタ５０ｂ単体は、図２に示されるようにコージライトのような多孔質材料から形成されたハニカム形状をなし、互いに平行をなして延びる複数個の流路５５，５６を具備している。より具体的には、下流端が栓５５ａにより閉塞された排気ガス流入通路５５と、上流端が栓５６ａにより閉塞された排気ガス流出通路５６と、を備え、各排気ガス流入通路５５及び排気ガス流出通路５６は薄肉の隔壁５７を介して該フィルタ５８における縦方向及び横方向に並んで配置されている。
【００９０】
また、隔壁５７の表面および内部の細孔には、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等によって形成された担体の層が設けられ、担体上には、白金（Ｐｔ）等の貴金属触媒の他、周囲に過剰酸素が存在するとその過剰酸素を吸蔵し、逆に酸素濃度が低下すると、その吸蔵した酸素を活性酸素の形で放出する活性酸素放出剤が担持されている。
【００９１】
なお、活性酸素放出剤としては、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、ルビジウム（Ｒｂ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）のようなアルカリ土類金属、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）のような希土類、およびセリウム（Ｃｅ）、錫（Ｓｎ）のような遷移金属から選ばれた少なくとも一つを用いると良い。
【００９２】
また、好ましくは、カルシウム（Ｃａ）よりもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類金属、即ちカリウム（Ｋ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）、ルビジウム（Ｒｂ）、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）などを用いると良い。
【００９３】
このように構成されたフィルタ５０ｂでは、まず、排気ガス流入通路５５→隔壁５７→排気ガス流出通路５６の順に排気ガスが流れ（図２矢印ａ）、排気ガス中に含まれる微粒子は、その隔壁５７を通過する過程で、隔壁５７の表面及び内部に捕集される。そして、隔壁５７に捕集された微粒子は、隔壁５７（フィルタ）に流れ込む排気ガスの酸素濃度を複数回に亘り変化させることみより活性化酸素によって酸化せしめられ、ついには輝炎を発することなく燃え尽きてフィルタ５８上から除去される。
【００９４】
また、フィルタ５０ｂは排気ガス中のＮＯｘを浄化せしめる排気浄化作用も有している。より詳しくは、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの酸素濃度が高いときにその排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低いとき、すなわちフィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比が低いときにその吸蔵していたＮＯｘを二酸化窒素（ＮＯ₂）や一酸化窒素（ＮＯ）の形で排気ガス中に還元・放出し、さらにＮＯ₂やＮＯを排気ガス中に含まれている未燃成分（ＣＯ、ＨＣ）と酸化反応せしめることで窒素（Ｎ₂）に浄化する排気浄化能を有する。
【００９５】
しかしながら、本実施の形態に示す内燃機関１のようなディーゼル機関においては、通常、酸素過剰雰囲気下で燃焼が行われている。このため燃焼に伴い排出される排気ガスの酸素濃度は、上記の還元・放出作用を促す迄に低下することは殆どなく、また、排気ガス中に含まれる未燃成分（ＣＯ，ＨＣ）の量も極僅かである。
【００９６】
従って、触媒コンバータ５０より上流側の排気通路に還元剤たる燃料を添加することで、排気ガスの酸素濃度の低下を促すと共に未燃成分たる炭化水素（ＨＣ）等を補うことによってフィルタ５０ｂに吸蔵されていたＮＯｘの還元・放出を促進させている。尚、排気通路への燃料添加は後述する還元剤添加装置６０によって行われている。
【００９７】
続いて、還元剤添加装置６０について説明する。還元剤添加装置６０は、還元剤添加弁６１、還元剤供給路６２、燃圧制御バルブ６４、燃圧センサ６３、緊急遮断弁６６、などを備え、還元剤として必要に応じて適切量の燃料を触媒コンバータ５０上流の排気通路に添加している。すなわち、触媒コンバータ５０に流れ込む排気ガスの空燃比が目標空燃比となるように、還元剤たる燃料を排気ガス中に添加している。
【００９８】
還元剤添加弁６１は、排気枝管１８の集合部分に設けられ、所定電圧が印可されたときに開弁する電気式の開閉弁である。還元剤供給路６２は、前記燃料ポンプ６によって汲み上げられた燃料の一部を還元剤添加弁６１に導く通路を形成している。燃圧制御バルブ６４は、還元剤供給路６２の経路途中に配置され、還元剤供給路６２内の燃圧を所定燃圧に維持している。燃圧センサ６３は、還元剤供給路６２内の燃圧を検出している。緊急遮断弁６６は、還元剤供給路６２内の圧力に異常が生じたとき、その還元剤供給路６２内への燃料添加を停止する。
【００９９】
このように構成した還元剤添加装置６０では、燃料ポンプ６から吐出した燃料を燃圧制御バルブ６４にて所定燃圧に維持し、還元剤供給路６２を通じて還元剤添加弁６１に供給する。続いて、還元剤添加弁６１に所定電圧を印可すると還元剤添加弁６１が開弁状態となり、還元剤供給路６２内の燃料は還元剤添加弁６１を通じて排気枝管１８内に添加される。排気枝管１８に添加された燃料（還元剤）は、タービンハウジング１５ｂ内にて撹拌された後、排気管１９を経て触媒コンバータ５０に流入する。したがって、触媒コンバータ５０には、酸素濃度が低く、また未燃成分たる炭化水素（ＨＣ）を含んだ排気ガスが流れ込むこととなり、フィルタ５０ｂに吸蔵されていたＮＯｘの還元・放出が促進されることとなる。
【０１００】
続いて、制御系について説明する。
制御系は、双方向性バス３１によって互いに接続された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（中央制御装置）３４、入力ポート３５、出力ポート３６を備える、いわゆる電子制御ユニット３０（ＥＣＵ）である。
【０１０１】
入力ポート３５には、上記した各種センサの出力信号の他、アクセルペダル４０の踏込み量を検出する負荷センサ４１、クランクシャフト１ａの回転数を検知するクランク角センサ４２、車速を測定する車速センサ４３等が対応したＡ／Ｄ変換器３７を介して、又は直接入力されている。一方、出力ポート３６には、対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、還元剤添加弁６１、スロットル弁駆動用のアクチュエータ１４、ＥＧＲ弁２６、などが接続されている。
【０１０２】
また、ＲＯＭ３２には、各種装置の制御プログラム、及びそのプログラムの処理時に参照される制御マップ等が各装置に対応して記録されている。また、ＲＡＭ３３には、入力ポート３５に入力された各種センサの出力信号、及び出力ポート３６に出力した制御信号などを内燃機関の運転履歴として記録している。ＣＰＵ３４は、ＲＡＭ３３上に記録された各種センサの出力信号およびＲＯＭ３２上に展開された制御マップ等を所望のプログラム上にて比較し、その処理過程で出力される各種制御信号を前記の出力ポート３６を介して対応する装置に出力し、各種装置を集中管理している。
【０１０３】
たとえば、ＣＰＵ３４は、触媒コンバータ５０下流に設けられた空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）４７の出力信号からフィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比を算出し、フィルタ５０ｂの上流および下流に設けられた排気ガス温度センサ４８ａおよび４８ｂの出力信号からフィルタ５０ｂの温度を算出する。また、ＣＰＵ３４は、燃料噴射弁３、還元剤添加弁６１、スロットル弁１３、ＥＧＲ弁２６の開閉時期または開度等を制御することによりフィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比を制御する。
【０１０４】
ところで、上記したフィルタ５０ｂでは、先の従来技術にも説明したように排気ガス中に含まれる硫黄酸化物（ＳＯｘ）をもＮＯｘ同様に吸蔵する。また、その吸蔵メカニズムは以下のメカニズムと考えられている。
【０１０５】
まず、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比が高いときには、担体上に担持されている白金（Ｐｔ）上に排気ガス中の酸素Ｏ₂がＯ₂ ^-又はＯ^2-の形で付着している。このため排気ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）は、窒素酸化物（ＮＯｘ）と同様にして白金（Ｐｔ）上で酸化されＳＯ₃ ^-やＳＯ₄ ^-なる。
【０１０６】
次いで、この生成されたＳＯ₃ ^-やＳＯ₄ ^-は、白金（Ｐｔ）上でさらに酸化され硫酸イオン（ＳＯ₄ ^2-）となり、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合しながらフィルタ５０ｂに吸蔵される。また、吸蔵された硫酸イオン（ＳＯ₄ ^2-）は時間の経過と共にバリウムイオン（Ｂａ²⁺）と結合して化学的に安定した硫酸塩（ＢａＳＯ₄）となる。
【０１０７】
このようにしてＳＯｘは吸蔵されると考えられている。ところでＳＯｘの吸蔵に伴い生成される硫酸塩（ＢａＳＯ₄）は結晶が粗大化し易く、また化学的に安定していて分解し難い物質である。このためＮＯｘの還元・放出と同様にして流入排気ガスの空燃比を低下させたとしても、一旦吸蔵されたＳＯｘは容易に放出されることなく、硫酸塩（ＢａＳＯ₄）として蓄積される。
【０１０８】
硫酸塩（ＢａＳＯ₄）の蓄積量が過多になるとＮＯｘの吸放出作用に寄与できる酸化バリウム（ＢａＯ）の量も自ずと減り、従って、フィルタ５０ｂにおいては活性酸素の放出量が減り、微粒子の酸化燃焼に寄与できるフィルタ面積も減る。また、窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸蔵能も低下することとなる。即ち、ＮＯｘを吸蔵・還元する排気浄化触媒の排気浄化率を低下させる、いわゆる「ＳＯｘ被毒」を生じさせる。
【０１０９】
次に、フィルタ５０ｂのＳＯｘ被毒回復のための条件を説明する。フィルタ５０ｂに吸蔵されたＳＯｘを放出させるには、フィルタ５０ｂの温度をＮＯｘ還元時よりも高温（例えば６００〜７００℃）に昇温させ、蓄積されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ₄）をＳＯ₃ ^-及びＳＯ₄ ^-に熱分解する。同時に、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比を理論空燃比よりリッチな空燃比あるいは理論空燃比近傍とし、硫酸バリウム（ＢａＳＯ₄）の熱分解により生成されたＳＯ₃ ^-やＳＯ₄ ^-を、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）と反応させて気体状のＳＯ₂ ^-に還元し、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスと共にその気体状のＳＯ₂ ^-を放出させる。
【０１１０】
しかしながら、上述したように、本実施の形態に係る内燃機関１においては、通常、酸素過剰雰囲気下で燃焼が行われているため、排気ガスの空燃比も非常に大きい状態にある（例えば、Ａ／Ｆ＝２５〜４０）。
【０１１１】
そこでフィルタ５０ｂのＳＯｘ被毒回復を行う時は、最初に、スロットル弁１３または／およびＥＧＲ弁２６の開度を制御することによって燃焼室内の空燃比を制御し、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比を、排出されるスモークの量が許容量の上限となる第１の所定空燃比（例えば、Ａ／Ｆ＝２０〜２５）にまで小さくする。そして、排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とした後、還元剤添加装置６０によって触媒コンバータ５０より上流側の排気通路に燃料を間欠的に添加することによって、図３に示すように、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比を間欠的に、吸蔵されたＳＯｘが還元・放出される空燃比、即ち、理論空燃比またはリッチ空燃比である第２の所定空燃比とするよう制御し、また、フィルタ５０ｂの温度を、吸蔵されたＳＯｘが還元・放出され、且つ、フィルタ５０ｂの劣化が促進されない所定温度（例えば、６００℃〜７００℃）に制御する。
【０１１２】
本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置によれば、酸素過剰雰囲気で燃焼が行われている場合であっても、排気ガスの空燃比が間欠的に第２の所定空燃比となることによって、図３に示すように、フィルタ５０ｂに吸蔵されたＳＯｘが排気ガス中に還元・放出されるため、スモークの排出を抑制しつつフィルタ５０ｂをＳＯｘ被毒から回復させることが出来る。
【０１１３】
また、周囲雰囲気の空燃比が小さくなるとフィルタ５０ｂの温度は上昇するため、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比を継続的に理論空燃比またはリッチ空燃比とすると、フィルタ５０ｂの温度が過剰に上昇し、フィルタ５０ｂの劣化を促進させる虞があるが、本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置によれば、排気ガスの空燃比を間欠的に第２の所定空燃比とすることによって、フィルタ５０ｂの温度を、ＳＯｘ被毒からの回復が可能であり、且つ、フィルタ５０ｂの劣化が促進されない温度範囲に制御する。そのため、フィルタ５０ｂの劣化を抑制することが出来る。
【０１１４】
また、最初に燃焼室の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とすることにより、排気ガスの空燃比が通常の状態（例えば、Ａ／Ｆ＝２５〜４０）にあるときに排気ガス中に燃料を添加する場合と比べて、より正確に、且つ、より早く排気ガスの空燃比を第２の所定空燃比に制御することが可能となる。従って、排気ガスの空燃比が過剰にリッチな空燃比となることによるＮＯｘ触媒の過昇温や未燃成分の排出を防止することが出来るとともに、フィルタ５０ｂをＳＯｘ被毒からより速やかに回復させることが出来る。
【０１１５】
また、本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、排気ガスの空燃比を間欠的に第２の所定空燃比に制御するための排気通路への燃料添加は、間欠的に行われ、フィルタ５０ｂの温度が、ＳＯｘ被毒からの回復が可能となる温度（例えば、６００℃）以下のときは燃料が添加され、フィルタ５０ｂの劣化が促進される温度（例えば、７００℃）以上となる可能性のあるときは燃料添加は休止される（例えば、９秒間の添加と１３秒間の休止とを繰り返す）としても良い。
【０１１６】
燃料添加が休止されると、排気ガスの空燃比が大きくなり、フィルタ５０ｂの温度は急速に低下するため、フィルタ５０ｂの劣化を抑制することが出来るとともに次回の燃料添加が可能となる。従って、上記のように燃料の添加と添加休止とを繰り返すことによってフィルタ５０ｂをＳＯｘ被毒から回復させるとともにフィルタ５０ｂの劣化を抑制することが出来る。
【０１１７】
また、図５に示すとおり、フィルタ５０ｂに流入する排気ガスの量が多いほど燃料添加によるフィルタ５０ｂの温度上昇率は高くなるため、燃料添加の時間間隔または添加する燃料の量を内燃機関１の運転状態に応じて調整しても良い。
【０１１８】
また、本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置によれば、還元剤添加装置６０による排気通路への燃料添加は間欠的に行なわれるため、図３に示すように、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比は間欠的にリーン空燃比となる。即ち、理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスが交互にフィルタ５０ｂに流入することになるため、図４に示すとおり、フィルタ５０ｂに捕集された微粒子が酸化されることになる。そのため、より効果的にスモークの排出を抑制することが出来る。
【０１１９】
尚、本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置においては、燃焼室内において、機関出力を得るために噴射される主噴射以外の副噴射を燃料噴射弁３から間欠的に行うことによって、排気ガスの空燃比を間欠的に第２の所定空燃比に制御しても良い。また、この場合、主噴射以外の副噴射を、各気筒２内において機関出力を得るための燃料が燃焼されピストンが膨張行程または排気行程にあるときに、さらに燃焼室内に燃料を噴射するポスト噴射としても良い。
【０１２０】
本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置においては、触媒コンバータ５０内に設置するＮＯｘ触媒を酸素保持能力（活性酸素放出剤）を備えたパティキュレートフィルタとしたが、酸素保持能力のないＮＯｘ触媒としても良い。
【０１２１】
この場合、ＮＯｘ触媒の周囲雰囲気の空燃比を小さくすることが容易となる、即ち、第２の所定空燃比に制御することが容易となるため、このＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復をより効率的に行うことが可能となる。
【０１２２】
（第２の実施の形態）
次に、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置および排気浄化方法の第２の実施の形態について説明する。
【０１２３】
図６は、本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置を示している。本実施の形態に係る内燃機関１は、排気系の触媒コンバータ５０内においてフィルタ５０ｂの上流側に排気浄化触媒５０ａを備えている。その他の構成は、上述した第１の実施の形態と同様である。
【０１２４】
本実施の形態によれば、触媒コンバータ５０に流入する排気ガス中のＮＯｘまたは未燃成分（ＣＯ、ＨＣ）が排気浄化触媒５０ａによって酸化または還元されるため、そのときの反応熱によって、フィルタ５０ｂの温度分布がフィルタ５０ｂ単体で配置した場合よりも均一化されることになる。従って、フィルタ５０ｂの温度制御を容易に行うことが可能となる。
【０１２５】
尚、触媒コンバータ５０内において、フィルタ５０ｂを単体で配置した時のフィルタ５０ｂの温度分布を図７に、排気浄化触媒５０ａをフィルタ５０ｂの上流に直列に配置した時のフィルタ５０ｂの温度分布を図８に示す。
【０１２６】
また、本実施の形態に係る排気浄化触媒５０ａは酸素保持能力のない触媒としても良い。
【０１２７】
この場合、フィルタ５０ｂの周囲雰囲気の空燃比を小さくすることが容易となる、即ち、第２の所定空燃比に制御することが容易となるため、フィルタ５０ｂのＳＯｘ被毒からの回復をより効率的に行うことが可能となる。
【０１２８】
フィルタ５０ｂの上流側に設置される排気浄化触媒５０ａとしては、酸化触媒や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を例示することができる。
【０１２９】
（第３の実施の形態）
次に、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置および排気浄化方法の第３の実施の形態について説明する。
【０１３０】
図９は、本実施の形態に係るディーゼル機関およびディーゼル機関の排気浄化装置を示している。本実施の形態に係る内燃機関１は、排気系において、触媒コンバータ５０より下流側の排気管１９に酸化触媒コンバータ５９を備えており、この酸化触媒コンバータ５９の内部には酸化触媒５９ａが設置されている。さらに、酸化触媒コンバータ５９の下流側の排気管１９には排気ガス温度センサ６７及び空燃比センサ６８が設置されている。その他の構成は、上述した第２の実施の形態と同様である。
【０１３１】
排気ガス温度センサ６７及び空燃比センサ６８の出力信号も、第１の実施の形態における各種センサの出力信号と同様に入力ポート３５を介し、ＥＣＵ３０に読み込まれる。また、排気ガス温度センサ４８ｂおよび６７の出力信号からＣＰＵ３４によって酸化触媒５９ａの温度は算出される。また、酸化触媒コンバータ５９より下流の排気ガスの空燃比は空燃比センサ６８によって検出される。
【０１３２】
本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、酸化触媒コンバータ５９は触媒コンバータ５０よりも下流側に設置されているため、内燃機関１の運転中、酸化触媒コンバータ５９に内蔵されている酸化触媒５９ａの温度は、フィルタ５０ｂの温度より低くなっている（例えば、フィルタ５０ｂの温度が約３００℃のとき、酸化触媒５９ｂは約２５０℃となっている）。
【０１３３】
そこで、フィルタ５０ｂをＳＯｘ被毒から回復させる場合、酸化触媒５９の温度が活性温度となるように排気通路への間欠的な燃料添加を徐々に行い、酸化触媒５９の温度が活性温度となった後、排気ガスの空燃比が間欠的に第２の空燃比となるよう還元剤添加装置６０による燃料添加を制御する。
【０１３４】
本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置によれば、酸化触媒５９ａの排気浄化能力が高まった後に、フィルタ５０ｂのＳＯｘ被毒回復が行われるため、ＳＯｘ被毒回復に伴い発生する未燃成分が酸化触媒５９ａにおいて浄化されることとなるため、未燃成分の排出を低減することが出来る。
【０１３５】
また、酸化触媒５９ａを活性温度に昇温させるために燃料を添加するとき、酸化触媒５９aの温度が低い程、添加する燃料の量を多くし、また、燃料を添加するときの時間間隔を長くしても良い。
【０１３６】
このような制御により、酸化触媒５９ａを速やかに活性温度まで昇温させることが出来る。
【０１３７】
また、本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、酸化触媒５９ａの酸化能力の低下等により、酸化触媒コンバータ５９より下流側の排気ガスの空燃比が所定空燃比よりリッチとなる可能性があるときは、排気通路へ添加する燃料の量を減らすか、または、燃料添加を休止するとしても良い。
【０１３８】
このような制御により、酸化触媒コンバータ５９に内蔵された酸化触媒の排気浄化能力が低下した状態で排気ガスの空燃比が過剰にリッチになることを防ぐことが出来、そのため未燃成分の排出を抑制することが出来る。
【０１３９】
また、本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、酸化触媒５９ａを酸素保持能力の高い、即ち酸化能力の高い触媒とすることによって、未燃成分の排出をより効果的に抑制することが可能となる。
【０１４０】
また、本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、酸化触媒５９ａを昇温させるための燃料添加は、燃焼室内において、機関出力を得るために噴射される主噴射以外の副噴射を燃料噴射弁３から間欠的に行うことによってなされても良い。
【０１４１】
（第４の実施の形態）
次に、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置および排気浄化方法の第４の実施の形態について説明する。
【０１４２】
図１０は、本実施の形態に係るディーゼル機関およびディーゼル機関の排気浄化装置を示している。本実施の形態に係る内燃機関１は、排気系において、触媒コンバータ５０より下流側、且つ酸化触媒コンバータ５９より上流側の排気管１９に二次空気供給装置６９を備えている。その他の構成は、上述した第３の実施の形態と同様である。
【０１４３】
二次空気供給装置６９は二次エアーポンプ７０と二次空気流量調節弁７１を有しており、排気管１９を介して酸化触媒コンバータ５９に空気を供給する。また、二次空気供給装置６９による空気供給はＣＰＵ３４によって制御される。
【０１４４】
本実施の形態に係る内燃機の排気浄化装置によれば、例えば、フィルタ５０ｂのＳＯｘ被毒回復を促進するために還元剤添加装置６０による排気通路への機関燃料の添加を多めに行った場合、触媒コンバータ５０より下流の排気ガス中の未燃成分を酸化触媒コンバータ５９に内蔵されている酸化触媒上で浄化するために必要とされる酸素（Ｏ₂）が不足するが、そのＯ₂の不足分を空気供給装置６９により空気を供給することで補うことが出来る。
【０１４５】
つまり、フィルタ５０ｂに流入する排気ガスの空燃比をよりリッチとすることが可能となるため、フィルタ５０ｂのＳＯｘ被毒からの回復を効率的に行うことが出来るとともに、空気供給装置６９によって空気を供給することにより酸化触媒５９ａに流入する排気ガスの空燃比をリーン空燃比または理論空燃比近傍とすることが可能なため、未燃成分の排出を抑制することも出来る。
【０１４６】
（第５の実施の形態）
次に、本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置および排気浄化方法の第５の実施の形態について説明する。
【０１４７】
本実施の形態においては、内燃機関１を、燃料噴射時期を固定した状態で、燃焼焼室内に供給されるＥＧＲガス量を増大させた場合は煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内に供給されるＥＧＲガス量を更に増大させた場合は燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤の発生量が抑制される第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなるＥＧＲガス量よりも燃焼室内に供給されるＥＧＲガス量が少ない第２の燃焼とを選択的に切換える、即ち低温燃焼と通常燃焼とを選択的に切換えるディーゼル機関とする。本実施の形態に係る内燃機関１のその他の構成は前述した第１の実施の形態に係る内燃機関１と同様である。
【０１４８】
図１１は、実際の実験結果に即して得られたグラフであり、燃焼室内における混合気のＥＧＲ率と、その混合気が燃焼することによって発生するスモーク量との相関関係を示している。
【０１４９】
この図１１からもわかるように、スモークの発生量は、ＥＧＲ率約４０％〜５０％の間でピークに達し、ＥＧＲ率５５％以上の領域では、スモークがほとんど発生しない状態になる。したがって、ＥＧＲ率５５％以上、好ましくはＥＧＲ率６５％以上の領域で機関運転を行えば、スモークの排出量を略ゼロの状態で機関運転を行うことが出来る。なお、スモークの発生量が略ゼロとなるＥＧＲ率は、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラ２７等にて冷却することにより低下させることが可能である。
【０１５０】
ところが、ＥＧＲ率６５％以上での運転では、空気量の不足や燃焼圧力の低下によって十分に機関出力が得られないといった不具合が生じる。一方、十分に機関出力が得られるＥＧＲ率４０％未満の領域では、スモークの発生が僅かながら見られるものの、その発生量は、ＥＧＲ率４０％〜５０％の運転領域に較べて十分に少ないものとなっている。
【０１５１】
したがって、本実施の形態に係る内燃機関１では、さほど機関出力を要しない低負荷運転時においてはＥＧＲ率を６５％以上に維持して機関運転を行い、十分な機関出力を要求される高負荷運転時においては、ＥＧＲ率を４０％未満に抑えながら機関運転を行うことで、スモークの発生を抑制しながら快適な運転状態を確保している。
【０１５２】
すなわち、本実施の形態に係る内燃機関１では、スモークの発生量がピークに達するＥＧＲ率４０％〜５０％での運転を避けるように、燃焼状態をステップ状に切り換えることで煤の排出抑制と運転性の両立を確保している。
【０１５３】
尚、本実施の形態において、第１の燃焼、即ち低温燃焼とは上記した高ＥＧＲ率で実現される燃焼状態であり、一方、第２の燃焼、即ち通常燃焼とは低ＥＧＲ率で実現される燃焼状態である。
【０１５４】
また、上記に例示した数値すなわちＥＧＲ率の具体的数値は、あくまでも一例であり、その数値は、適用される内燃機関固有の燃焼特性や、ＥＧＲガスの冷却温度によって若干変化するものである。但し、スモークの排出特性すなわちピークの存在などは、内燃機関全般に共通して言えるものである。
【０１５５】
次に、本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、フィルタ５０ｂをＳＯｘ被毒から回復させるときの制御について説明する。
【０１５６】
上述したような低温燃焼では燃焼温度が低いため、スモークを発生させることなく燃焼室の空燃比をリッチ空燃比または理論空燃比とすることが出来る。
【０１５７】
そのため、内燃機関１が低負荷運転を行っているとき、即ち低温燃焼を行っているときには、スロットル弁１３または／およびＥＧＲ弁２６の開度を制御することによって燃焼室内の空燃比を制御し、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比を、吸蔵されたＳＯｘが還元・放出される空燃比、即ち、理論空燃比またはリッチ空燃比である第２の空燃比とするとともに、フィルタ５０ｂの温度を、吸蔵されたＳＯｘが還元・放出され、且つ、フィルタ５０ｂの劣化が促進されない所定温度とすることによってフィルタ５０ｂをＳＯｘ被毒から回復させるとしても良い。
【０１５８】
また、内燃機関１が低負荷運転を行っているとき、即ち低温燃焼を行っているときには、最初に、スロットル弁１３または／およびＥＧＲ弁２６の開度を制御することによって燃焼室内の空燃比を制御し、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比を排出されるスモークの量が許容量の上限となる第１の空燃比とする。そして、排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とした後、還元剤添加装置６０によって触媒コンバータ５０より上流側の排気通路に燃料を添加することによって、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比を第２の所定空燃比とするよう制御するともに、フィルタ５０ｂの温度を所定温度に制御することによりフィルタ５０ｂをＳＯｘ被毒から回復させるとしても良い。
【０１５９】
また、内燃機関１が高負荷運転を行っているとき、即ち通常燃焼を行っているときには、上述した第１の実施の形態と同様に、最初に、スロットル弁１３または／およびＥＧＲ弁２６の開度を制御することによって燃焼室内の空燃比を制御し、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比を第１の空燃比とする。そして、排気ガスの空燃比を第１の所定空燃比とした後、還元剤添加装置６０によって触媒コンバータ５０より上流側の排気通路に燃料を間欠的に添加することによって、フィルタ５０ｂに流れ込む排気ガスの空燃比を間欠的に第２の所定空燃比とするよう制御するともに、フィルタ５０ｂの温度を所定温度に制御することによりフィルタ５０ｂをＳＯｘ被毒から回復させるとしても良い。
【０１６０】
本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置よれば、運転状態に応じて低温燃焼と通常燃焼と切換えるディーゼル機関においても、運転状態にかかわらずフィルタ５０ｂをＳＯｘ被毒から回復させることが出来る。
【０１６１】
尚、図１２に本実施の形態に係るディーゼル機関の排気浄化装置において、フィルタ５０ｂをＳＯｘ被毒から回復させることが可能なディーゼル機関の運転領域を示す。
【０１６２】
図１２に示すように、フィルタ５０ｂの耐熱温度が高くなれば、ＳＯｘ被毒から回復させることができる運転領域は広がることになる。
【０１６３】
また、上述した第１から第４の実施の形態と同様に、本実施の形態においても、還元剤添加装置６０よる排気通路への燃料添加を、燃焼室内への燃料の副噴射としても良い。
【０１６４】
【発明の効果】
本発明に係るディーゼル機関の排気浄化装置および排気浄化方法によれば、ディーゼル機関の運転状態に係わらず、スモークの排出およびＮＯｘ触媒の劣化を抑制しつつＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させることが出来る。
【０１６５】
また、ＮＯｘ触媒がパティキュレートフィルタ等の酸素保持能力を備え排気ガス中の微粒子を酸化し浄化せしめる触媒であった場合、理論空燃比またはリッチ空燃比の排気ガスとリーン空燃比の排気ガスとが交互に流入することによって排気中の微粒子が浄化されることになるため、より効果的にスモークの排出を抑制しつつＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係るディーゼル機関及びディーゼル機関の排気浄化装置の概略構成図。
【図２】 パティキュレートフィルタの内部構造を説明するための図。
【図３】 排気通路に間欠的に燃料を添加したときの排気ガスの空燃比とパティキュレートフィルタの温度及び排気中に放出されたＳＯｘ量の関係を示すグラフ。
【図４】 燃料の添加が間欠的に行われているときのパティキュレートフィルタ差圧を示す図。
【図５】 排気ガスの流量と燃料の添加によるパティキュレートフィルタの上昇温度を示すグラフ。
【図６】 第２の実施の形態に係るディーゼル機関及びディーゼル機関の排気浄化装置の概略構成図。
【図７】 パティキュレートフィルタの上流側に排気浄化触媒を配置した場合のパティキュレートフィルタの温度分布を示すためのグラフ。
【図８】 パティキュレートフィルタを単体で配置した場合のパティキュレートフィルタの温度分布を示すためのグラフ。
【図９】 第３の実施の形態におけるディーゼル機関及びディーゼル機関の排気浄化装置の概略構成図。
【図１０】 第４の実施の形態におけるディーゼル機関及びディーゼル機関の排気浄化装置の概略構成図。
【図１１】 スモークの発生量とＥＧＲ率との相関関係を示すグラフ。
【図１２】 ＳＯｘ被毒回復を行うことが可能なディーゼル機関の運転領域を示すグラフ。
【符号の説明】
１ 内燃機関
１ａ クランクシャフト
２ 気筒（燃焼室）
３ 燃料噴射弁
４ コモンレール
５ 燃料供給管
６ 燃料ポンプ
６ａ プーリ
８ 吸気枝管
９ 吸気管
１０ エアクリーナボックス
１２ 吸気温センサ
１３ スロットル弁
１４ アクチュエータ
１５ ターボチャージャ
１５ａ コンプレッサハウジング
１５ｂ タービンハウジング
１６ インタークーラ
１８ 排気枝管
１８ａ 排気ポート
１９ 排気管
２０ ＥＧＲ装置
２５ ＥＧＲ通路
２６ ＥＧＲ弁
２７ ＥＧＲクーラ
２８ ＥＧＲ装置の酸化触媒
３０ 電子制御ユニット
３１ 双方向性バス
３５ 入力ポート
３６ 出力ポート
３７ Ａ／Ｄ変換器
３８ 駆動回路
４０ アクセルペダル
４１ 負荷センサ
４２ クランク角センサ
４３ 車速センサ
４４ａ 吸気温センサ
４４ｂ 吸気温センサ
４５ エアフロメータ
４６ 吸気圧センサ
４７ 空燃比センサ
４８ａ 排気ガス温度センサ
４８ｂ 排気ガス温度センサ
５０ 触媒コンバータ
５０ａ 排気浄化触媒
５０ｂ パティキュレートフィルタ
５１ ケーシング
５５ 排気ガス流入通路
５５ａ 栓
５６ 排気ガス流出通路
５６ａ 栓
５７ 隔壁
５８ フィルタ
５９ 酸化触媒コンバータ
５９ａ 酸化触媒
６０ 還元剤添加装置
６１ 還元剤添加弁
６２ 還元剤供給路
６３ 燃圧センサ
６４ 燃圧制御バルブ
６６ 緊急遮断弁
６７ 排気ガス温度センサ
６８ 空燃比センサ
６９ 二次空気供給装置
７０ 二次エアーポンプ
７１ 二次空気流量調整弁

Claims (24)

1. 排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、
   該ＮＯｘ触媒の温度を検出するＮＯｘ触媒温度検出手段と、
   前記排気通路の排気ガスの空燃比を検出する排気空燃比検出手段と、
   前記ＮＯｘ触媒温度検出手段により検出された前記ＮＯｘ触媒の温度と前記排気空燃比検出手段により検出された排気ガスの空燃比に基づき排気通路の排気ガスの空燃比を制御する排気空燃比制御手段と、を備え、
   前記排気空燃比検出手段により検出された排気ガスの空燃比が、排出されるスモークの量が許容量の上限となる空燃比であって理論空燃比よりも大きい第１の所定空燃比よりも過薄だった場合、前記排気空燃比制御手段は、排気ガスの空燃比を前記第１の所定空燃比に制御し、その後、間欠的に前記第１の所定空燃比よりも過濃であり理論空燃比またはリッチ空燃比であって前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能となる第２の所定空燃比に制御すると同時に、前記ＮＯｘ触媒の温度を前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能であり、且つ、前記ＮＯｘ触媒の劣化を促進しない所定温度範囲に制御することを特徴とするディーゼル機関の排気浄化装置。
2. 前記第１の所定空燃比が１９〜２５であることを特徴とする請求項１記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
3. 前記ディーゼル機関は、燃焼室内に供給される再循環排気ガス量を増大させた場合は煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内に供給される再循環排気ガス量を更に増大させた場合は燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤の発生量が抑制される第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガス量よりも燃焼室内に供給される再循環排気ガス量が少ない第２の燃焼とを選択的に切換える切換手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
4. 前記ディーゼル機関の燃焼室に供給される吸入空気量を制御するスロットル弁と、
   燃焼室に再循環される再循環排気ガス量を制御する再循環排気ガス制御弁と、をさらに備え、
   前記排気空燃比制御手段は、前記スロットル弁または前記再循環排気ガス制御弁の少なくとも一方の開度を制御することによって排気ガスの空燃比を前記第１の所定空燃比に制御することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
5. 前記排気空燃比制御手段は、排気ガスの空燃比を前記第１の所定空燃比に制御した後、前記ディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御することによって排気ガスの空燃比を間欠的に前記第２の所定空燃比に制御することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
6. 前記排気空燃比制御手段によって制御される前記ディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加は、前記ＮＯｘ触媒温度検出手段により検出された前記ＮＯｘ触媒の温度が、前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能な温度より低い時に行われ、前記ＮＯｘ触媒の劣化を促進する温度となる可能性がある時は休止されることを特徴とする請求項５記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
7. 前記排気空燃比制御手段によって制御される前記ディーゼル機関の燃焼室への燃料の添加は、燃焼室内において機関出力を得るために噴射される主噴射以外の副噴射によって行われることを特徴とする請求項５または６記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
8. 前記排気空燃比制御手段によって制御される前記ディーゼル機関の燃焼室への燃料の添加は、前記ディーゼル機関の気筒内において機関出力を得るために燃焼される燃料が膨張行程または排気行程にあるときに、燃焼室内へさらに燃料を副噴射するポスト噴射によって行われることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
9. 前記ＮＯｘ触媒より上流側の排気通路に排気浄化触媒をさらに備えたことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
10. 前記ＮＯｘ触媒より下流側の排気通路に設置された酸化触媒と、
    前記酸化触媒の温度を検出する酸化触媒温度検出手段と、をさらに備え、
    前記酸化触媒温度検出手段により検出された前記酸化触媒の温度が所定温度よりも低い場合、前記排気空燃比制御手段によって前記ディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御することにより排気ガスの空燃比を間欠的に前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能となる前記第２の所定空燃比に制御する前に、前記酸化触媒の温度が前記所定温度以上となるよう前記ディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
11. 前記排気空燃比制御手段は、前記ディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方へ添加する燃料の量または添加時間の間隔の少なくとも一方を、前記酸化触媒の温度に基づいて制御することを特徴とする請求項１０記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
12. 前記ＮＯｘ触媒より下流側の排気通路に設置された酸化触媒をさらに備え、
    前記排気空燃比制御手段により、前記酸化触媒より下流側の排気ガスの空燃比が所定空燃比より過薄となるよう排気ガスの空燃比を制御することを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
13. 前記ＮＯｘ触媒より下流側、且つ、前記酸化触媒より上流側の排気通路に二次空気供給手段をさらに備えることを特徴とする請求項１２記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
14. 前記ＮＯｘ触媒または前記排気浄化触媒は酸素保持能力のない触媒であることを特徴とする請求項９記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
15. 前記酸化触媒は酸素保持能力の高い触媒であることを特徴とする請求項１０から１３のいずれかに記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
16. 前記ディーゼル機関において、前記第１の燃焼は低負荷領域で運転されているときに行われ、前記第２の燃焼は中高負荷領域で運転されているときに行われており、
    前記低負荷領域においては、前記第１の燃焼を行うとともに燃焼室内の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比を前記第２の所定空燃比に制御するか、もしくは、前記第１の燃焼を行うとともに、燃焼室内の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比を前記第１の所定空燃比とした後、燃焼室または排気通路の少なくとも一方に燃料を添加することによって排気ガスの空燃比を前記第２の所定空燃比に制御するかのいずれかの制御を行うことにより前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が行われ、
    前記中高負荷領域においては、 第２の燃焼を行うとともに、燃焼室内の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比を前記第１の所定空燃比とした後、燃焼室または排気通路の少なくとも一方に燃料を添加することによって排気ガスの空燃比を間欠的に前記第２の所定空燃比に制御することにより前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が行われることを特徴とする請求項３記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
17. 排気通路に設けられたＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させるときに、最初に排気ガスの空燃比を、排出されるスモークの量が許容量の上限となる空燃比であって理論空燃比よりも大きい第１の所定空燃比に制御し、その後、間欠的に前記第１の所定空燃比よりも過濃であり理論空燃比またはリッチ空燃比であって前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能となる第２の所定空燃比に制御すると同時に、前記ＮＯｘ触媒の温度を、前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能であり、且つ、前記ＮＯｘ触媒の劣化を促進しない所定温度範囲に制御することを特徴とするディーゼル機関の排気浄化方法。
18. 前記第１の所定空燃比が１９〜２５であることを特徴とする請求項１７記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
19. 前記ディーゼル機関は、燃焼室に供給される吸入空気量を制御するスロットル弁と、
    燃焼室に再循環される再循環排気ガス量を制御する再循環排気ガス制御弁と、を備えており、
    前記スロットル弁または前記再循環排気ガス制御弁の少なくとも一方の開度を制御することによって排気ガスの空燃比を前記第１の所定空燃比に制御することを特徴とする請求項１７記載のディーゼル機関の排気浄化方法。
20. 排気ガスの空燃比を前記第１の所定空燃比に制御した後、前記ディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御することによって排気ガスの空燃比を間欠的に前記第２の所定空燃比に制御すると同時に、前記ＮＯｘ触媒の温度を前記所定温度範囲に制御することを特徴とする請求項１７から１９のいずれかに記載のディーゼル機関の排気浄化方法。
21. 排気通路にＮＯｘ触媒を備え、燃焼室に供給される再循環排気ガス量を増大させた場合は煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室に供給される再循環排気ガス量を更に増大させた場合は燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤の発生量が抑制される第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる再循環排気ガス量よりも燃焼室に供給される再循環排気ガス量が少ない第２の燃焼とが選択的に切換えられるディーゼル機関の排気浄化方法において、
    前記ディーゼル機関が前記第２の燃焼を行っているときに前記ＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させる場合、燃焼室内の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比を排出されるスモークの量が許容量の上限となる空燃比であって理論空燃比よりも大きい第１の所定空燃比とした後、燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御することによって排気ガスの空燃比を間欠的に前記第１の所定空燃比よりも過濃であり理論空燃比またはリッチ空燃比であって前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能となる第２の所定空燃比に制御すると同時に、前記ＮＯｘ触媒の温度を前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能であり、且つ、前記ＮＯｘ触媒の劣化を促進しない所定温度範囲に制御し、
    一方、前記ディーゼル機関が前記第１の燃焼を行っているときに前記ＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させる場合、燃焼室内の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比を前記第２の所定空燃比に制御するか、もしくは燃焼室内の空燃比を制御することによって排気ガスの空燃比を前記第１の所定空燃比とした後、燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御することによって排気ガスの空燃比を前記第２の所定空燃比に制御するかの少なくとも一方の制御を行うと同時に、前記ＮＯｘ触媒の温度を前記所定温度範囲に制御することを特徴とするディーゼル機関の排気浄化方法。
22. 前記第１の所定空燃比が１９〜２５であることを特徴とする請求項２１記載のディーゼル機関の排気浄化装置。
23. 前記ディーゼル機関は、前記ＮＯｘ触媒より下流側の排気通路に設置された酸化触媒を備えており、
    該酸化触媒の温度が所定温度よりも低い場合、前記ディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御することによって排気ガスの空燃比を間欠的に前記ＮＯｘ触媒のＳＯｘ被毒からの回復が可能となる前記第２の所定空燃比に制御する前に、前記酸化触媒の温度が前記所定温度以上となるよう前記ディーゼル機関の燃焼室または排気通路の少なくとも一方への燃料の添加を制御することを特徴とする請求項２０または２１記載のディーゼル機関の排気浄化方法。
24. 前記ディーゼル機関は、前記ＮＯｘ触媒より下流側の排気通路に設置された酸化触媒を備えており、
    該酸化触媒より下流の排気ガスの空燃比が所定空燃比より過薄となるよう排気ガスの空燃比を制御することを特徴とする請求項１７から２３のいずれかに記載のディーゼル機関の排気浄化方法。

Images