JP2002129948A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

エンジンの排気浄化装置

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JP2002129948A
JP2002129948A JP2000323076A JP2000323076A JP2002129948A JP 2002129948 A JP2002129948 A JP 2002129948A JP 2000323076 A JP2000323076 A JP 2000323076A JP 2000323076 A JP2000323076 A JP 2000323076A JP 2002129948 A JP2002129948 A JP 2002129948A
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exhaust
catalyst
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Naoyuki Yamagata
直之 山形
Tomomi Watanabe
友巳 渡辺
Akihiro Kobayashi
明宏 小林
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ＮＯｘ浄化が必要な時に、排気ガスを偏流させ
てＨＣの浄化を抑え、ＮＯｘ浄化に必要なＨＣ量を増量
する。 【解決手段】ステップＳ５で触媒コンバータ２２による
ＮＯｘトラップ量を推定し、ステップＳ７で上記推定さ
れたＮＯｘトラップ量が設定値ＮＯｘ0以上か判定し、
設定値以上ならば、ステップＳ１１でタイマＴがカウン
ト中か判定し、カウント中ならば、ステップＳ１３で燃
料噴射を分割して実行する際の主噴射量Ｑmainと副噴射
量Ｑpost、主噴射時期Ｉmainと副噴射時期Ｉpostを設定
する。ステップＳ１７では、タイマＴが設定値Ｔ１未満
か判定する。タイマＴのスタート後に所定期間Ｔ１を経
過していないならば、ステップＳ１９で上記ステップＳ
１３で設定された副噴射量Ｑpostの補正値αを設定す
る。ステップＳ２１では、上記ステップＳ１３で設定さ
れた副噴射量Ｑpostに補正値αを加算して、副噴射量Ｑ
postを補正する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、排気ガスに偏流を
生じさせることにより、触媒担体にコートされた触媒材
料に対する排気ガスの接触面積を変化させて、排気ガス
の浄化を効率良く行なうエンジンの排気浄化装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来から、排気ガス中の窒素酸化物（Ｎ
Ｏｘ）をＮＯｘトラップ触媒により浄化する技術があ
る。このＮＯｘトラップ触媒は、排気ガスが酸素過剰雰
囲気で排気ガス中のＮＯｘを吸着すると共に、酸素濃度
の減少に伴って吸着したＮＯｘを放出して、還元剤とし
てのＨＣと反応させることによりＨ2Ｏ，ＣＯ2，Ｎ2に
還元して浄化する。
【０００３】そして、特開平９−３１７５２４号公報に
は、ＮＯｘ放出時にＮＯｘトラップ触媒により多くの還
元剤を供給するために、ＮＯｘトラップ触媒の浄化可能
なピーク温度に応じて、圧縮上死点近傍で燃料を噴射す
る主噴射後の膨張行程から排気行程において燃料を噴射
する後噴射量を制御することにより、排気ガス中の酸素
濃度を低下させてＮＯｘの還元に必要なＨＣ量を増量し
てＮＯｘを良好に浄化させる構成が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＮＯｘ浄化をより効率
良く行なうためには、ＮＯｘ浄化が要求されるときに、
ＮＯｘトラップ触媒により多くの還元剤としてのＨＣを
供給して浄化できることが望ましい。
【０００５】ところが、ＮＯｘトラップ触媒によりＮＯ
ｘを還元浄化するためには、還元剤としてＨＣが必要と
なるが、このＮＯｘトラップ触媒の上流側にＨＣを浄化
する酸化触媒が配置されていると、ＮＯｘ浄化のための
ＨＣが浄化されてしまい、ＮＯｘ浄化のためのＨＣが不
足気味になるという問題がある。
【０００６】本発明は、上述の事情に鑑みてなされ、そ
の目的は、ＮＯｘ浄化が必要な時に、排気ガスを偏流さ
せてＨＣの浄化を抑え、ＮＯｘ浄化に必要なＨＣ量を増
量できるエンジンの排気浄化装置を提供することであ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決し、目的
を達成するために、本発明のエンジンの排気浄化装置
は、還元剤と反応させて排気ガス中の特定成分を浄化す
るような触媒材料がコートされたハニカム状の下流触媒
担体と、当該下流触媒担体に対して当該還元剤を増量す
る還元剤増量手段と、当該下流触媒担体よりも上流側で
あって、当該還元剤増量手段よりも下流側に配設され、
当該還元剤を浄化するための触媒材料がコートされた上
流触媒担体と、当該上流触媒担体よりも上流側に配設さ
れた排気ガスに偏流を生成する偏流生成手段とを排気通
路に設けたエンジンの排気浄化装置であって、前記上流
触媒担体の触媒材料は、当該触媒担体を排気ガスの流れ
に垂直な方向から見て、その第１部分が第２部分よりも
排気ガスとの接触面積が小さくなるように形成され、前
記排気ガス中の特定成分の浄化が要求される時に、前記
偏流生成手段から排出されて排気通路を偏りながら進む
排気ガスの流量の大きい部分が、前記第１部分を通過す
るように前記偏流生成手段により生成される偏流を制御
する排気ガス制御手段を具備する。
【０００８】また、好ましくは、前記偏流生成手段はタ
ーボ過給機であって、前記排気ガス制御手段は当該ター
ボ過給機のタービン回転数を制御する。
【０００９】また、好ましくは、前記排気ガス制御手段
は、ターボ過給機をバイパスする排気ガス量、排気還流
通路を通る排気ガス量、主噴射後の膨張行程から排気行
程において燃料を噴射する後噴射量、若しくは当該ター
ボ過給機の流速を可変にする可変ノズル開度を制御す
る。
【００１０】また、好ましくは、前記触媒材料は、排気
ガス中のＮＯｘを吸着する材料であって、前記排気ガス
制御手段は排気ガスの圧力を制御することで、前記偏流
生成手段による偏流を制御すると共に、前記還元剤を増
量した初期に排気ガスの圧力をより増加させるよう制御
する。
【００１１】また、好ましくは、前記排気ガス制御手段
は排気ガスの圧力を制御することで、前記偏流生成手段
による偏流を制御すると共に、前記還元剤の増量時に排
気ガスの圧力を徐々に増加させるよう制御する。
【００１２】また、好ましくは、前記偏流生成手段は可
変容量型のターボ過給機であって、前記排気ガス制御手
段は、排気還流通路を通る排気ガス量に基づいて、前記
ターボ過給機の可変ノズル開度を設定すると共に、主噴
射後の膨張行程から排気行程において燃料を噴射する後
噴射量を制御する。
【００１３】本発明のエンジンの排気浄化装置は、ハニ
カム状の触媒担体に触媒材料がコートされた触媒手段
と、当該触媒手段に対して還元剤を増量する還元剤増量
手段とを排気通路に設けたエンジンの排気浄化装置であ
って、前記触媒材料は、活性化温度の異なる材料が、排
気ガスの流れに垂直な方向から見て、前記触媒担体の異
なる部分に夫々コートされ、前記触媒手段よりも上流側
に配設された排気ガスに偏流を生成する偏流生成手段
と、前記触媒手段の温度及びエンジンの運転状態に基づ
いて、前記還元剤を活性化温度の異なる触媒材料のいず
れかに触れるように前記偏流生成手段により生成される
偏流を制御する排気ガス制御手段を具備する。
【００１４】
【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、還元剤と反応させて排気ガス中の特定成分を浄化す
るような触媒材料がコートされたハニカム状の下流触媒
担体と、当該下流触媒担体に対して当該還元剤を増量す
る還元剤増量手段と、当該下流触媒担体よりも上流側で
あって、当該還元剤増量手段よりも下流側に配設され、
当該還元剤を浄化するための触媒材料がコートされた上
流触媒担体と、当該上流触媒担体よりも上流側に配設さ
れた排気ガスに偏流を生成する偏流生成手段とを排気通
路に設けたエンジンの排気浄化装置を前提として、上流
触媒担体の触媒材料は、排気ガスの流れに垂直な方向か
ら見て、その第１部分が第２部分よりも排気ガスとの接
触面積が小さくなるように形成され、排気ガス中の特定
成分の浄化が要求される時に、前記偏流生成手段から排
出されて排気通路を偏りながら進む排気ガスが、前記第
１部分を通過するように前記偏流生成手段により生成さ
れる偏流を制御することにより、ＮＯｘ浄化が必要な時
に、排気ガスを偏流させてＨＣの浄化を抑え、ＮＯｘ浄
化に必要なＨＣ量を増量できる。
【００１５】請求項２の発明によれば、前記偏流生成手
段はターボ過給機であって、前記排気ガス制御手段は当
該ターボ過給機のタービン回転数を制御することによ
り、偏流の生成及び偏流の状態が確実に制御できる。
【００１６】請求項３の発明によれば、前記排気ガス制
御手段は、ターボ過給機をバイパスする排気ガス量、排
気還流通路を通る排気ガス量、主噴射後の膨張行程から
排気行程において燃料を噴射する後噴射量、若しくは当
該ターボ過給機の流速を可変にする可変ノズル開度を制
御することにより、偏流の生成及び偏流の状態が確実に
制御できる。
【００１７】請求項４の発明によれば、前記触媒材料
は、排気ガス中のＮＯｘを吸着する材料であって、前記
排気ガス制御手段は前記還元剤を増量した初期に排気ガ
スの圧力をより増加させるよう前記偏流制御手段を制御
することにより、偏流生成時の制御応答性を高めること
ができる。
【００１８】請求項５の発明によれば、前記排気ガス制
御手段は前記還元剤の増量時に排気ガスの圧力を徐々に
増加させるよう前記偏流制御手段を制御することによ
り、偏流生成時の制御応答性を高めることができる。
【００１９】請求項６の発明によれば、前記偏流生成手
段は可変容量型のターボ過給機であって、前記排気ガス
制御手段は、排気還流通路を通る排気ガス量に基づい
て、前記ターボ過給機の可変ノズル開度を設定すると共
に、主噴射後の膨張行程から排気行程において燃料を噴
射する後噴射量を制御することにより、ＥＧＲ量が不明
確でっあも偏流の生成を確実に制御できる。
【００２０】請求項７の発明によれば、ハニカム状の触
媒担体に触媒材料がコートされた触媒手段と、当該触媒
手段に対して還元剤を増量する還元剤増量手段とを排気
通路に設けたエンジンの排気浄化装置を前提として、前
記触媒材料は、活性化温度の異なる材料が、排気ガスの
流れに垂直な方向から見て、前記触媒担体の異なる部分
に夫々コートされ、前記触媒手段よりも上流側に配設さ
れた排気ガスに偏流を生成する偏流生成手段と、前記触
媒手段の温度及びエンジンの運転状態に基づいて、前記
還元剤を活性化温度の異なる触媒材料のいずれかに触れ
るように前記偏流生成手段により生成される偏流を制御
する排気ガス制御手段を具備することにより、エンジン
の運転状態に応じて偏流を制御して、広い温度域での排
気浄化が可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２２】尚、以下に説明する実施の形態は、本発明
の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を
逸脱しない範囲で下記実施形態を修正又は変形したもの
に適用可能である。 ［エンジンの全体構成］図１は、本発明に係る実施形態
として例示するディーゼルエンジンの排気浄化装置Ａの
全体構成を示す図である。
【００２３】図１に示すように、１は車両に搭載された
多気筒ディーゼルエンジンである。このエンジン１は複
数の気筒２を有し、その各気筒２内に往復動可能にピス
トン３が嵌挿されていて、このピストン３によって各起
動２内に燃焼室４が区画されている。また、燃焼室４の
上面の略中央部には、インジェクタ（燃料噴射弁）５が
先端部の憤孔を燃焼室４に臨ませて配設され、各起動毎
の所定の噴射タイミングで開閉作動されて、燃焼室４に
燃料を直接噴射するようになっている。
【００２４】前記各インジェクタ５は高圧の燃料を蓄え
る共通のコモンレール（蓄圧室）６に接続されていて、
そのコモンレール６には、内部の燃圧（コモンレール
圧）を検出する圧力センサ６ａが配設されているととも
に、クランク軸７により駆動される高圧供給ポンプ８が
接続されている。この高圧供給ポンプ８は、圧力センサ
６ａにより検出されるコモンレール６内の燃圧が所定値
以上（例えば、アイドル運転時に約２０ＭＰａ、それ以
外の運転状態では５０ＭＰａ以上）に保持されるように
作動する。また、クランク軸７の回転角度を検出するク
ランク角センサ９が設けられており、このクランク角セ
ンサ９は、クランク軸７の端部に設けた被検出用プレー
ト（図示せず）と、その外周に相対向するように配置さ
れ電磁ピックアップとからなり、その電磁ピックアップ
が被検出用プレートの外周部全周に所定角度おきに形成
された突起部の通過に対応してパルス信号を出力するよ
うになっている。
【００２５】また、１０はエンジン１の燃焼室４に対し
図外のエアクリーナで濾過した吸気（空気）を供給する
吸気通路であり、この吸気通路１０の下流端部は、図示
しないがサージタンクを介して気筒毎に分岐して、それ
ぞれ吸気ポートにより各気筒２の燃焼室４に接続されて
いる。また、サージタンク内で各気筒２に供給される過
給圧力を検出する吸気圧センサ１０ａが設けられてい
る。前記吸気通路１０には上流側から下流側に向かって
順に、エンジン１に吸入される吸気流量を検出するホッ
トフィルム式エアフローセンサ１１と、後述のタービン
２１により駆動されて吸気を圧縮するブロワ１２と、こ
のブロワ１２により圧縮した吸気を冷却するインターク
ーラ１３と、吸気通路１０の断面積を絞る吸気絞り弁
（吸気量調節手段）１４とがそれぞれ設けられている。
この吸気絞り弁１４は、全閉状態でも吸気が流通可能な
ように切り欠きが設けられたバタフライバルブからな
り、後述のＥＧＲ弁２４と同様、ダイヤフラム１５に作
用する負圧の大きさが負圧制御用の電磁弁１６により調
節されることで、弁の開度が制御されるようになってい
る。また、前記吸気絞り弁１４の開度を検出する図示し
ないセンサが設けられている。
【００２６】また、２０は各気筒２の燃焼室４から排気
を排出する排気通路で、この排気通路２０の上流端部は
分岐してそれぞれ図示しない排気ポートにより各気筒２
の燃焼室４に接続されている。この排気通路２０には、
上流側から下流側に向かって順に、排気中の酸素濃度を
検出するＯ2センサ１７と、排気流により回転されるタ
ービン２１と、排気中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘ並びにパ
ティキュレートを浄化可能な触媒コンバータ２２とが配
設されている。また、触媒コンバータ２２には触媒の温
度を検出するための温度センサ１８が設けられている。
【００２７】前記Ｏ2センサ１７は、排気中の酸素濃度
に基づき空燃比を検出するために用いられるもので、排
気中の酸素濃度が略零になっているとき、即ち空燃比が
略理論空燃比のときを境に出力が急変する特性を有す
る。
【００２８】前記触媒コンバータ２２は、図２に示すよ
うに、ＨＣ及びＣＯを酸化して浄化する低温活性特性を
持つ酸化触媒２２ａとＮＯｘトラップ触媒２２ｂとを排
気ガスの流れ方向における上流側と下流側とに色列に配
列されて構成されている。
【００２９】前記ＮＯｘトラップ触媒２２ｂは、軸方向
（排気の流れ方向）に沿って互いに平行に延びる多数の
貫通孔を有するハニカム構造のコージェライト製担体
（図示せず）の各貫通孔壁面に２層の触媒層を形成した
もので、排気中の酸素濃度が高い酸素過剰雰囲気でＮＯ
ｘを吸着する一方、酸素濃度が前記酸素過剰雰囲気に比
べて低いリッチ状態で吸着しているＮＯｘを放出して、
ＨＣを還元剤としてＮ2、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2に還元浄化する
特性を有する。
【００３０】言い換えると、前記ＮＯｘトラップ触媒２
２ｂは、空燃比が略理論空燃比付近又はそれよりも小さ
いリッチ状態のときにＮＯｘを放出する一方、空燃比が
それよりも大きなリーン状態でＮＯｘを吸着するＮＯｘ
吸着剤からなるものであり、具体的には、担体の壁表面
に、白金ＰｔとＮＯｘ吸着剤であるバリウムＢａ等のア
ルカリ土類金属、アルカリ金属又は希土類金属のうち少
なくとも一種とを担持したアルミナやセリアが担持され
た内側触媒層と、白金Ｐｔ等の貴金属を担持したゼオラ
イトが担持された外側触媒層とを形成した２層コートタ
イプのものが用いられている。尚、触媒の構成は前記の
ものに限らず、排気の空燃比が略理論空燃比付近である
か又は理論空燃比よりも小さいリッチ状態においてＮＯ
ｘを還元浄化できる触媒材料と、ＮＯｘ吸着剤とを有す
るものであればよい。 ［ターボ過給機の構成］図３、本実施形態として例示す
るターボ過給機の構成を示す図である。
【００３１】図３に示すように、前記タービン２１及び
ブロワ１２からなるターボ過給機２５は、タービン２１
を収容するタービン室２１ａに外タービン２１ａの全周
を囲むように複数のフラップ２１ｂが設けられ、その各
フラップ２１ｂが排気流路のノズル断面積Ｘを変化させ
るように回動するＶＧＴ（バリアブルジオメトリーター
ボ）である。このＶＧＴの場合、同図（ａ）に示すよう
に、フラップ２１ｂをタービン２１に対し周方向に向く
ように位置付けてノズル断面積Ｘを小さくすることで、
排気流量の少ないエンジン１の低回転域でも過給効率を
高めることができる。一方、同図（ｂ）に示すように、
フラップ２１ｂをその先端がタービン２１の中心に向く
ように位置付けて、ノズル断面積Ｘを大きくすること
で、排気流量の多いエンジン１の高回転域でも過給効率
を高めることができる。
【００３２】前記排気通路２０は、タービン２１よりも
上流側の部位で、排気の一部を吸気側に還流させる排気
還流通路（以下ＥＧＲ通路という）２３の上流端に分岐
接続されている。このＥＧＲ通路２３の下流端は吸気絞
り弁１４よりも下流側の吸気通路１０に接続されてお
り、そのＥＧＲ通路２３の途中の下流端寄りには、開度
調節可能な負圧作動式の排気還流量調節弁（排気還流量
調節手段：以下ＥＧＲ弁という）２４が配置されてい
て、排気通路２０の排気の一部をＥＧＲ弁２４により流
量張設しながら吸気通路１０に還流させるようになって
いる。 ［ＥＧＲ弁の構成］図４は、本実施形態として例示する
ＥＧＲ弁の構成を示す図である。
【００３３】図４に示すように、前記ＥＧＲ弁２４は、
弁箱を仕切るダイヤフラム２４ａに弁棒２４ｂが固定さ
れ、この弁棒２４ｂの両端にＥＧＲ通路２３の開度をリ
ニアに調節する弁本体２４ｃとリフトセンサ２６とが設
けられている。前記弁本体２４ｃはスプリング２４ｄに
よって閉方向（図の下方）に付勢されている一方、弁箱
の負圧室（ダイヤフラム２４ａよりも上側の室）には負
圧通路２７が接続されている。この負圧通路２７は、負
圧制御用の電磁弁２８を介してバキュームポンプ（負圧
源）２９に接続されており、電磁弁２８が後述のＥＣＵ
３５からの制御信号（電流）によって負圧通路２７を連
通・遮断することによって、負圧室のＥＧＲ弁駆動負圧
が調節され、それによって、弁本体２４ｃによりＥＧＲ
通路２３の開度がリニアに調節されるようになってい
る。
【００３４】尚、前記ターボ過給機２５のフラップ２１
ｂにもＥＧＲ弁２４と同様にダイヤフラム３０が取り付
けられていて、負圧制御用の電磁弁３１によりダイヤフ
ラム３０に作用する負圧が調節されることで、前記フラ
ップ２１ｂの作動量が調節されるようになっている。
【００３５】前記各インジェクタ５、高圧供給ポンプ
８、吸気絞り弁１４、ＥＧＲ弁２４、ターボ過給機２５
のフラップ２１ｂ等はコントロールユニット（Engine
Contorol Unit：以下ＥＣＵという）３５からの制御信
号によって作動するように構成されている。一方、この
ＥＣＵ３５には、前記圧力センサ６ａからの出力信号
と、クランク角センサ９からの出力信号と、エアフロー
センサ１１からの出力信号と、Ｏ2センサ１７からの出
力信号と、ＥＧＲ弁２４のリフトセンサ２６からの出力
信号と、車両の運転者による図示しないアクセルペダル
の操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度セン
サ３２からの出力信号とが少なくとも入力されている。
【００３６】そして、インジェクタ５の作動による燃料
噴射制御が行われて、燃料噴射量及び燃料噴射時期がエ
ンジン１の運転状態に応じて制御されるとともに、高圧
供給ポンプ８の作動によるコモンレール圧力、即ち燃料
噴射圧の制御が行われ、これに加えて、吸気絞り弁１４
の作動による吸入空気量の制御と、ＥＧＲ弁２４の作動
による排気還流量の制御と、ターボ過給機２５のフラッ
プ２１ｂの作動制御（ＶＧＴ制御）とが行われるように
なっている。
【００３７】具体的に、前記ＥＣＵ３５には、エンジン
１の目標トルク及び回転数の変化に応じて実験的に決定
した最適な燃料噴射量Ｑを記録した燃料噴射量マップ
が、メモリ上に電子的に格納して備えられている。そし
て、通常は、アクセル開度センサ３２からの出力信号に
基づいて求めた目標トルクとクランク角センサ９からの
出力信号に基づいて求めたエンジン回転数とに基づい
て、前記燃料噴射量マップから基本燃料噴射量Ｑbaseが
読み込まれ、この基本燃料噴射量Ｑbaseと圧力センサ６
ａにより検出されたコモンレール圧力とに基づいて、各
インジェクタ５の励磁時間（開弁時間）が決定されるよ
うになっている。この基本的な燃料噴射制御によって、
エンジン１の目標トルクに対応する分量の燃料が供給さ
れ、エンジン１は燃焼室４における平均的空燃比がかな
りリーン（Ａ／Ｆ≧１８）な状態で運転される。 ［ターボ過給機による排気ガスの偏流生成］ ＜ターボ過給機から触媒コンバータへ通じる排気通路が
長い場合＞図５は、ターボ過給機２５から触媒コンバー
タ２２へ通じる排気通路２０を図７と比較して長い所定
距離Ｌ１とした一例を示す図である。図６（ａ）は、触
媒コンバータ上流の所定距離Ｌ１の位置にターボ過給機
を設けた図５の排気通路において、触媒コンバータ上流
端での排気ガスに発生する旋回流及び単位時間当たりの
流量分布を示す断面図であり、（ｂ）は触媒コンバータ
上流にターボ過給機を設けない排気通路において、触媒
コンバータ上流端での排気ガスに発生する一様流及び流
量分布を示す断面図である。
【００３８】図５の排気通路において、図６（ａ）のよ
うに、触媒コンバータ２２の上流側にターボ過給機２５
を設けた場合には、排気ガスに環状に中程度の旋回流が
発生して、排気通路断面の中央部と外縁部との間の排気
ガスの流量Ｒ１が大きくなり（所定値以上）、その部分
の排気ガス圧力が強くなっている。図６（ａ）と比較し
て、触媒コンバータ２２の上流側にターボ過給機２５を
設けない図６（ｂ）の場合には、排気ガスに旋回流は発
生せずに一様流となって、排気通路断面の中央部の排気
ガスの流量Ｒ１が大きくなり、その部分の排気ガス圧力
が強くなっている。＜ターボ過給機から触媒コンバータ
へ通じる排気通路が短い場合＞図７は、ターボ過給機２
５から触媒コンバータ２２へ通じる排気通路２０を図５
と比較して短い所定距離Ｌ２とした一例を示す図であ
る。図８（ａ）は、触媒コンバータ２２の上流側の所定
距離Ｌ２の位置にターボ過給機２５を設けた図７の排気
通路において、触媒コンバータの上流端での排気ガスに
発生する旋回流及び流量分布を示す断面図であり、
（ｂ）は触媒コンバータ上流にターボ過給機を設けない
排気通路において、触媒コンバータ上流端での排気ガス
に発生する一様流及び流量分布を示す断面図である。
【００３９】図７の排気通路において、図８（ａ）のよ
うに、触媒コンバータ２２の上流側にターボ過給機２５
を設けた場合には、排気ガスに環状に強い旋回流が発生
して、排気通路断面の外縁部の排気ガスの流量Ｒ２が大
きくなり、その部分の排気ガス圧力が強くなっている。
図７（ａ）と比較して、触媒コンバータ２２の上流側に
ターボ過給機２５を設けない図７（ｂ）の場合には、図
６（ｂ）と同様に、排気ガスに旋回流は発生せずに一様
流となって、排気通路断面の中央部の排気ガスの流量Ｒ
２が大きくなり、その部分の排気ガス圧力が強くなって
いる。 ＜ターボ過給機から触媒コンバータへ通じる排気通路が
曲折している場合＞図９は、ターボ過給機２５から触媒
コンバータ２２へ通じる排気通路２０を曲折させた一例
を示す図である。図１０（ａ）は、触媒コンバータ２２
の上流側にターボ過給機２５を設けた図９の排気通路に
おいて、触媒コンバータ２２の上流端での排気ガスに発
生する旋回流及び流量分布を示す断面図であり、（ｂ）
は触媒コンバータ２２の上流側にターボ過給機２５を設
けない排気通路２０において、触媒コンバータ２２の上
流端での排気ガスに発生する一様流及び流量分布を示す
断面図である。
【００４０】図９の排気通路において、図１０（ａ）の
ように、触媒コンバータ２２の上流側にターボ過給機２
５を設けた場合には、排気ガスに旋回流が発生して、排
気通路断面の中央下部である旋回流の遠心方向に偏った
位置の排気ガスの流量Ｒ３が大きくなり、その部分の排
気ガス圧力が強くなっている。図１０（ａ）と比較し
て、触媒コンバータ２２の上流側にターボ過給機２５を
設けない図１０（ｂ）の場合には、排気ガスに旋回流は
発生せずに一様流となって偏り、排気通路断面の中央側
部の排気ガスの流量Ｒ３が大きくなり、その部分の排気
ガス圧力が強くなっている。
【００４１】上記排気ガスの特性から、排気ガス圧力が
大きくなって、ターボ過給機２５のタービン回転数が大
きくなるほど、排気ガス流量の大きい部分が排気通路断
面の中央部から外縁部に移行していくことがわかる。
【００４２】また、排気通路２０が曲折している場合に
は、排気ガス圧力が大きくなって、ターボ過給機のター
ビン回転数が大きくなるほど、排気ガス流量の大きい部
分が旋回流の遠心方向に排気通路断面の中央部を中心と
して回転するように移行していくことがわかる。 ［ターボ過給機を設けない場合の旋回流の生成方法］図
１１は、ターボ過給機を設けない場合の旋回流の生成方
法の第１例を説明する図であり、（ａ）は直列４気筒エ
ンジンに接続された排気通路の略図、（ｂ）は（ａ）の
Ｉ−Ｉ断面図、（ｃ）は排気通路内で旋回流が生成する
様子を示す図である。
【００４３】図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、エン
ジンの各気筒２から延びる夫々の排気マニホールド２０
ａ〜２０ｄが集合する排気通路２０の集合部に対して、
各気筒からの排気の順番が環状に循環するように各気筒
の点火の順番を設定することにより、排気ガスに旋回流
を発生させることができる。
【００４４】図１２は、ターボ過給機を設けない場合の
旋回流の生成方法の第２例を説明する図であり、（ａ）
は排気通路の略図、（ｂ）は（ａ）のＩＩ−ＩＩ断面図
である。
【００４５】図１２（ａ），（ｂ）に示すように、エン
ジンの各気筒から延びる夫々の排気マニホールド２０ａ
〜２０ｄを、旋回流が生成するように角度θをつけて排
気通路２０の集合部に連結させることにより、排気ガス
に旋回流を発生させることができる。
【００４６】図１３は、ターボ過給機を設けない場合の
旋回流の生成方法の第３例を説明する排気通路の略図で
ある。
【００４７】図１３に示すように、エンジンの各気筒か
ら延びる夫々の排気マニホールド２０ａ〜２０ｄが集合
する排気通路２０における触媒コンバータ２２の上流側
に、旋回流が生成するように排気ガスの流れに螺旋状の
方向付けをするフィン２０ｅを配設することにより、排
気ガスに旋回流を発生させることができる。
【００４８】図１４は、ターボ過給機を設けない場合の
旋回流の生成方法の第４例を説明する排気通路の略図で
ある。
【００４９】図１４に示すように、エンジンの各気筒か
ら延びる夫々の排気マニホールド２０ａ〜２０ｄが集合
する排気通路２０における触媒コンバータ２２の上流側
を、旋回流が生成するように螺旋状にねじって構成する
ことにより、排気ガスに旋回流を発生させることができ
る。
【００５０】なお、触媒コンバータ２２に通じる排気通
路２０が曲折している場合にも、図９，１０で説明した
ように排気ガスに偏流を発生させることができるが、タ
ーボ過給機２５やフィン２０ｅなどにより旋回流を発生
させないと、排気ガス圧力が大きい部分（排気ガス流量
大）と小さい部分（排気ガス流量小）とがオーバーラッ
プする度合いが大きくなるため、旋回流を生成すること
がより好ましい。 ［排気ガスの浄化方法］発明が解決しようとする課題と
して説明したように、ＮＯｘトラップ触媒２２ｂにより
ＮＯｘを還元浄化するためには、還元剤としてＨＣが必
要となるが、このＮＯｘトラップ触媒２２ｂの上流側に
ＨＣを浄化する酸化触媒２２ａが配置されているため
に、ＮＯｘ浄化のためのＨＣが浄化されてしまい、ＮＯ
ｘ浄化のためのＨＣが不足気味になるという問題があ
る。
【００５１】そこで、本実施形態では、特に、エンジン
が低回転、低負荷でタービンが回転しない状態であって
も、排気ガス中のＮＯｘの浄化が要求される時に、後述
する方法にて排気ガス圧力を増加させて、排気ガスに旋
回流などの偏流を発生させ、偏流発生時において酸化触
媒２２ａがＨＣを浄化せずに通過させることにより、そ
の下流側にあるＮＯｘトラップ触媒２２ｂへ供給される
ＨＣを増量するものである。
【００５２】従って、触媒コンバータ２２の酸化触媒２
２ａは、触媒コンバータ２２に流入する排気ガスに発生
する偏流による流量分布に対応するように、排気ガスの
流量分布の大きい部分が流量分布の小さい部分よりも排
気ガスとの接触面積が小さくなり、排気ガス中のＨＣが
通過するように触媒材料を担持させて構成されている。
【００５３】なお、排気ガスの偏流による流量分布に対
応するように、触媒担体に担持される触媒材料の密度な
どを変更してもよい。
【００５４】上記排気ガスに発生させる偏流は、燃料噴
射の分割制御、ＥＧＲ制御、ＶＧＴ制御、或いは不図示
のウェストゲートバルブの開閉制御などにより排気ガス
圧力を大きくして上記ターボ過給機２５のタービン回転
数を制御することにより発生させる。
【００５５】この構成により、ＮＯｘトラップ触媒２２
ｂによるＮＯｘ浄化時には、ＮＯｘ吸着剤に供給する還
元剤としてのＨＣをより多くして、排気ガス中のＮＯｘ
の浄化を促進できる。 ［排気ガスの浄化制御例］上述のように、排気ガス圧力
を大きくすることにより排気ガスに旋回流などの偏った
流れを発生させて、ＮＯｘを還元浄化する制御例につい
て、図１５に示すフローチャートを参照して説明する。 ＜第１実施形態＞図１５は、燃料噴射を分割制御するこ
とにより排気ガス圧力を増加させ、排気ガス中のＨＣを
増量する方法を示す第１実施形態として例示するフロー
チャートであり、以下の制御は図１に示すコントロール
ユニット３５によって実行される。
【００５６】図１５において、ステップＳ１：各種セン
サにより検出されたデータを入力する。
【００５７】ステップＳ３：車両の運転状態から基本燃
料噴射量Ｑbase、基本噴射時期Ｉbaseを設定する。
【００５８】ステップＳ５：触媒コンバータ２２による
ＮＯｘトラップ量を推定する。
【００５９】ステップＳ７：上記推定されたＮＯｘトラ
ップ量が設定値ＮＯｘ0以上か判定し、設定値以上なら
ば（ステップＳ７でＹＥＳ）、ステップＳ９に進み、設
定値未満ならば（ステップＳ７でＮＯ）、ステップＳ１
１に進む。
【００６０】ステップＳ９：上記推定されたＮＯｘトラ
ップ量をリセットする。
【００６１】ステップＳ１１：上記推定されたＮＯｘト
ラップ量が設定値ＮＯｘ0未満の状態で、タイマＴがカ
ウント中か判定し、カウント中ならば（ステップＳ１１
でＹＥＳ）、ステップＳ１３に進み、カウント中でない
ならば（ステップＳ１１でＮＯ）、ステップＳ２７に進
む。
【００６２】ステップＳ１３：燃料噴射を分割して実行
する際の主噴射量Ｑmainと副噴射量Ｑpost、主噴射時期
Ｉmainと副噴射時期Ｉpostを設定する。なお、主噴射量
Ｑmainと副噴射量Ｑpostとは、Ｑmain＋Ｑpostが略理論
空燃比λ＝１となるように設定される。また、副噴射時
期Ｉpostは、好ましくは、主噴射終了後の圧縮上死点後
１０〜９０°（クランク角度）までに設定されること
で、後燃えによる排圧の上昇が図れる。
【００６３】ステップＳ１５：タイマＴをカウントアッ
プする。
【００６４】ステップＳ１７：タイマＴが設定値Ｔ１未
満か判定する。タイマＴが設定値Ｔ１未満で、タイマＴ
のスタート後に所定期間Ｔ１（例えば、０．５〜１秒）
を経過していないならば（ステップＳ１７でＹＥＳ）、
ステップＳ１９に進み、タイマＴが設定値Ｔ１以上で、
タイマＴのスタート後に所定期間Ｔ１を経過したならば
（ステップＳ１７でＮＯ）、ステップＳ２３に進む。
【００６５】ステップＳ１９：上記ステップＳ１３で設
定された副噴射量Ｑpostの補正値αを設定する。この補
正値αは、図１６に示すＥＧＲ量との関係を示すマップ
から設定され、ＥＧＲ量が大きく、排気ガス圧力が低下
しているほど、大きくなるように設定されて、排気ガス
圧力を大きくするように制御される。
【００６６】なお、排気ガス圧力を直接センサなどによ
り検出することにより、上記補正値αは、図１７に示す
排気ガス圧力との関係を示すマップから設定され、排気
ガス圧力が大きいほど、目標とされる排気ガス圧力に近
づくので、小さくなるように設定してもよい。
【００６７】ステップＳ２１：上記ステップＳ１３で設
定された副噴射量Ｑpostに補正値αを加算して、副噴射
量Ｑpostを補正する。このように、排気ガス圧力が増加
するように、副噴射量Ｑpostを補正するので、分割噴射
による制御応答性を向上させることができる。
【００６８】ステップＳ２３：タイマＴが設定値Ｔ１以
上の状態では、すでに副噴射量Ｑpostの補正により排気
ガス圧力が増加されているので、所定期間Ｔ２が経過す
るまでこの状態を維持する。
【００６９】つまり、タイマＴが設定値Ｔ２未満か判定
する。タイマＴが設定値Ｔ２未満で、タイマＴのスター
ト後に所定期間Ｔ２（例えば、２〜５秒、ただし、設定
値Ｔ１より大きい値）を経過していないならば（ステッ
プＳ２３でＹＥＳ）、ステップＳ２５に進み、タイマＴ
が設定値Ｔ２以上で、タイマＴのスタート後に所定期間
Ｔ２を経過したならば（ステップＳ２３でＮＯ）、ステ
ップＳ２７に進む。
【００７０】ステップＳ２５：ＮＯｘが放出されたと判
定して、タイマＴをリセットする。
【００７１】ステップＳ２７：上記設定された主噴射量
Ｑmainと副噴射量Ｑpost、主噴射時期Ｉmainと副噴射時
期Ｉpostにより、燃料噴射を実行する。 ＜第２実施形態＞図１８は、燃料噴射を分割制御する場
合に排気ガス圧力を徐々に増加させてタービン回転数を
徐々に大きくし、排気ガス中のＨＣを増量する方法を示
す第２実施形態（図１９の斜線参照）として例示するフ
ローチャートであり、以下の制御は図１に示すコントロ
ールユニット３５によって実行される。
【００７２】図１８において、ステップＳ１：各種セン
サにより検出されたデータを入力する。
【００７３】ステップＳ３：車両の運転状態から基本燃
料噴射量Ｑbase、基本噴射時期Ｉbaseを設定する。
【００７４】ステップＳ５：触媒コンバータ２２による
ＮＯｘトラップ量を推定する。
【００７５】ステップＳ７：上記推定されたＮＯｘトラ
ップ量が設定値ＮＯｘ0以上か判定し、設定値以上なら
ば（ステップＳ７でＹＥＳ）、ステップＳ９に進み、設
定値未満ならば（ステップＳ７でＮＯ）、ステップＳ１
１に進む。
【００７６】ステップＳ９：上記推定されたＮＯｘトラ
ップ量をリセットする。
【００７７】ステップＳ１１：上記推定されたＮＯｘト
ラップ量が設定値ＮＯｘ0未満の状態で、タイマＴがカ
ウント中か判定し、カウント中ならば（ステップＳ１１
でＹＥＳ）、ステップＳ１３に進み、カウント中でない
ならば（ステップＳ１１でＮＯ）、ステップＳ２７に進
む。
【００７８】ステップＴ１３：タイマＴをカウントアッ
プする。
【００７９】ステップＳ１５：第１実施形態と同様に、
燃料噴射を分割して実行する際の主噴射量Ｑmainと副噴
射量Ｑpost、主噴射時期Ｉmainと副噴射時期Ｉpostを設
定する。なお、主噴射量Ｑmainと副噴射量Ｑpostとは、
Ｑmain＋Ｑpostが略理論空燃比λ＝１となるように設定
される。
【００８０】ステップＴ１７：上記ステップＴ１５で設
定された副噴射量Ｑpostの補正値αを設定する。この補
正値αは、図１６に示すＥＧＲ量との関係を示すマップ
から設定され、ＥＧＲ量が大きく、排気ガス圧力が低下
しているほど、大きくなるように設定されて、排気ガス
圧力を大きくするように制御される。
【００８１】なお、排気ガス圧力を直接センサなどによ
り検出することにより、上記補正値αは、図１７に示す
排気ガス圧力との関係を示すマップから設定され、排気
ガス圧力が大きいほど、目標とされる排気ガス圧力に近
づくので、小さくなるように設定してもよい。
【００８２】ステップＴ１９：上記ステップＴ１５で設
定された副噴射量Ｑpostに補正値αを加算して、副噴射
量Ｑpostを補正する。このように、排気ガス圧力が徐々
に増加するように、副噴射量Ｑpostを補正するので、急
激な排圧上昇による乱流の発生を防止して、分割噴射に
よる制御応答性を向上させつつ、確実に偏流を生成する
ことができる。
【００８３】ステップＳ２１：上記ステップＴ１９で設
定された副噴射量Ｑpostが、上限値Ｑpost0を超えたか
判定し、上限値を超えたならば（ステップＴ２１でＹＥ
Ｓ）、ステップＴ２３に進み、上限値を超えないならば
（ステップＴ２１でＮＯ）、ステップＴ２５に進む。
【００８４】ステップＴ２３：ステップＴ１９で設定さ
れた副噴射量Ｑpostを上限値Ｑpost0に設定する。
【００８５】ステップＴ２５：タイマＴが設定値Ｔ３未
満か判定する。タイマＴが設定値Ｔ３未満で、タイマＴ
のスタート後に所定期間Ｔ３（例えば、２〜５秒）を経
過していないならば（ステップＴ２５でＹＥＳ）、ステ
ップＴ２７に進み、タイマＴが設定値Ｔ３以上で、タイ
マＴのスタート後に所定期間Ｔ３を経過したならば（ス
テップＴ２５でＮＯ）、ステップＳ２７に進む。
【００８６】ステップＴ２７：ＮＯｘが放出されたと判
定して、タイマＴをリセットする。
【００８７】ステップＳ２７：上記設定された主噴射量
Ｑmainと副噴射量Ｑpost、主噴射時期Ｉmainと副噴射時
期Ｉpostにより、燃料噴射を実行する。
【００８８】なお、上記第１及び第２実施形態では、副
噴射量Ｑpostを大きくして、排気ガス圧力を増加させた
が、副噴射時期Ｉpostを進角させることにより排気ガス
圧力を増加させてもよい。
【００８９】また、図１９に示すように、ＮＯｘ吸着剤
からＮＯｘを放出させたり、硫黄被毒されたＮＯｘ吸着
剤から硫黄を放出させるために（リジェネレートするた
めに）理論空燃比λ＝１の期間を長くしたい場合には、
副噴射量Ｑpostをより緩やかに徐々に大きくしていけば
よい。
【００９０】上記第１及び第２実施形態によれば、副噴
射による燃料が後燃えすることによって排気ガス圧力を
増加させ、上記ターボ過給機２５のタービン回転数が増
加することにより偏流が発生するので、ＮＯｘトラップ
触媒２２ｂによるＮＯｘ浄化時には、ＮＯｘ吸着剤に供
給する還元剤としてのＨＣは酸化触媒２２ａを通過し
て、より多くのＨＣをＮＯｘトラップ触媒２２ｂに供給
して排気ガス中のＮＯｘの浄化を促進できる。 ［ＶＧＴ制御による排気ガス圧力の増加制御］図２０
は、ＶＧＴ制御により排気ガス圧力を増加させる方法を
例示するフローチャートであり、以下の制御は図１に示
すコントロールユニット３５によって第１実施形態或い
は第２実施形態の燃料噴射制御と並列して実行される。
【００９１】図２０において、ステップＳ３１：各種セ
ンサにより検出されたデータを入力する。
【００９２】ステップＳ３３：図２１に示すエンジン回
転数Ｎｅとスロットルバルブ開度ＴＶとの関係から規定
されるマップから基本ノズル開度ＶＧＴbaseを設定す
る。図２１に示すマップでは、基本ノズル開度ＶＧＴba
seは、エンジン回転数Ｎｅが低いほど、あるいはとスロ
ットルバルブ開度ＴＶが小さいほど、大きな値に設定さ
れて、ノズルの絞り量が大きくなって排気ガスの流速が
増加するように設定される。
【００９３】ステップＳ３５：図１５或いは図１８で用
いたタイマＴがカウント中か判定し、カウント中ならば
（ステップＳ３５でＹＥＳ）、ステップＳ３７に進み、
カウント中でないならば（ステップＳ３５でＮＯ）、ス
テップＳ４１に進む。
【００９４】ステップＳ３７：上記ステップＳ３３で設
定された基本ノズル開度ＶＧＴbaseの補正値βを設定す
る。この補正値βは、図２２に示すＥＧＲ量との関係を
示すマップから設定され、ＥＧＲ量が大きく、排気ガス
圧力が低下しているほど、大きくなるように設定され
て、排気ガス圧力を大きくするように制御される。
【００９５】なお、排気ガス圧力を直接センサなどによ
り検出することにより、上記補正値βは、図２３に示す
排気ガス圧力との関係を示すマップから設定され、排気
ガス圧力が大きいほど、目標とされる排気ガス圧力に近
づくので、小さくなるように設定してもよい。
【００９６】ステップＳ３９：上記ステップＳ３３で設
定された基本ノズル開度ＶＧＴbaseに補正値βを加算し
て、基本ノズル開度ＶＧＴbaseを補正する。このよう
に、排気ガス圧力が増加するように、基本ノズル開度Ｖ
ＧＴbaseを補正するので、ＶＧＴによる制御応答性を向
上させることができる。
【００９７】ステップＳ４１では、上記設定された基本
ノズル開度ＶＧＴbaseにより、ＶＧＴを駆動する。
【００９８】上記実施形態によれば、ＶＧＴ制御により
排気ガス圧力を増加させ、上記ターボ過給機２５のター
ビン回転数が増加することにより偏流が発生するので、
ＮＯｘトラップ触媒２２ｂによるＮＯｘ浄化時には、Ｎ
Ｏｘ吸着剤に供給する還元剤としてのＨＣは酸化触媒２
２ａを通過して、より多くのＨＣをＮＯｘトラップ触媒
２２ｂに供給して排気ガス中のＮＯｘの浄化を促進でき
る。 ［ＥＧＲ制御による排気ガス圧力の増加制御］図２４
は、ＥＧＲ制御により排気ガス圧力を増加させる方法を
例示するフローチャートであり、以下の制御は図１に示
すコントロールユニット３５によって第１実施形態或い
は第２実施形態の燃料噴射制御と並列して実行される。
【００９９】図２４において、ステップＳ５１：各種セ
ンサにより検出されたデータを入力する。
【０１００】ステップＳ５３：図２５に示すＥＧＲ量の
関係から規定されるマップから排気ガス中に含まれる標
準新気量Ａrefを設定する。図２５に示すマップでは、
標準新気量Ａrefは、ＥＧＲ量に対して対数的に大きい
ほど小さく設定される。
【０１０１】ステップＳ５５：図１５及び図１８で用い
たタイマＴがカウント中か判定し、カウント中ならば
（ステップＳ５５でＹＥＳ）、ステップＳ５７に進み、
カウント中でないならば（ステップＳ５５でＮＯ）、ス
テップＳ６１に進む。
【０１０２】ステップＳ５７：上記ステップＳ５３で設
定された標準新気量Ａrefの補正値γを設定する。この
補正値γは、排気ガス圧力を直接センサなどにより検出
することにより、図２６に示す排気ガス圧力との関係を
示すマップから設定され、排気ガス圧力が大きいほど、
目標とされる排気ガス圧力に近づくので、小さくなるよ
うに設定される。
【０１０３】ステップＳ５９：上記ステップＳ５３で設
定された標準新気量Ａrefに補正値γを加算して、標準
新気量Ａrefを補正する。
【０１０４】ステップＳ６１：上記標準新気量Ａrefと
エアフローセンサにより検出される実新気量Ａとの差Δ
Ａを演算する。
【０１０５】ステップＳ６３：上記ΔＡからＥＧＲ量の
ＰＩＤ制御によるフィードバック値ＥＧＲF/Bを設定す
る（ＥＧＲF/B＝Ｐ・ΔＡ＋Ｉ・∫ΔＡ＋Ｄ・ｄ／ｄｔ
・ΔＡ）。
【０１０６】このように、排気ガス圧力が増加するよう
に、ＥＧＲ量をフォードバック制御するので、ＥＧＲに
よる制御応答性を向上させることができる。
【０１０７】ステップＳ６５では、上記設定されたフィ
ードバック値ＥＧＲF/Bにより、ＥＧＲ弁を駆動する。
【０１０８】上記実施形態によれば、ＥＧＲ弁の開度を
大きくして新気量を増加することにより排気ガス圧力を
増減させ、上記ターボ過給機２５のタービン回転数が増
加することにより偏流が発生するので、ＮＯｘトラップ
触媒２２ｂによるＮＯｘ浄化時には、ＮＯｘ吸着剤に供
給する還元剤としてのＨＣは酸化触媒２２ａを通過し
て、より多くのＨＣをＮＯｘトラップ触媒２２ｂに供給
して排気ガス中のＮＯｘの浄化を促進できる。
【０１０９】なお、ターボ過給機２５をバイパスさせる
不図示のウェストゲートバルブを用いた場合にも、ウェ
ストゲートバルブの開度を調整することによって上記と
同様の作用効果がある。
【０１１０】また、上記実施形態はガソリンエンジンの
場合でも適用でき、この場合には、後噴射の代わりに、
点火時期をリタードさせて空燃比をリッチにすることで
ＨＣを増量することができる。 ［燃料噴射の分割制御形態］次に、上記第１及び第２実
施形態で説明した燃料噴射の分割制御形態について詳細
に説明する。
【０１１１】図２７は、本実施形態における燃料噴射制
御による燃料噴射形態を示すタイムチャートである。
【０１１２】本実施形態では、ＮＯｘトラップ触媒２２
ｂにおけるＮＯｘ吸着剤のＮＯｘ吸着量を推定し、その
推定値が設定値ＮＯｘ0以上になってＮＯｘ吸着性能の
低下が予想されるときに、空燃比を略理論空燃比付近に
切り替えて制御するとともに、燃料を圧縮上死点（ＴＤ
Ｃ）近傍での主噴射と、その完了直後の副噴射（ポスト
噴射）との２回に分割して噴射させて排気ガス圧力を増
加させることにより排気ガス圧力を増加させ、ターボ過
給機２５によって排気ガスに偏った旋回流を発生させ
て、排気通路２０を偏りながら進む排気ガス中のＨＣ
が、酸化触媒２２ａの流量分布の大きい部分を通過する
ように偏流を制御している。
【０１１３】図２７（ａ）に示すように、主噴射のタイ
ミングは通常の燃料噴射タイミングと同様に圧縮行程の
終期（圧縮上死点近傍）に設定されている。主噴射を排
気弁が閉弁した後に開始することで、主噴射された燃料
が燃焼に寄与することなく排気通路２０に流出してしま
うことを防止できる。
【０１１４】尚、燃料の噴射回数は１回に限らず２回以
上の多段階噴射とすることもできる。
【０１１５】これにより、エンジン１の運転中、通常
は、図２７（ａ）に示す如く各気筒２の圧縮行程終期に
インジェクタ５から基本燃料噴射量Ｑbase燃料が一括し
て１回噴射される。そして、各気筒２内の燃焼室４では
空燃比がリーンな状態で混合気が燃焼され、この燃焼に
伴い生成するＮＯｘはＮＯｘトラップ触媒２２ｂにトラ
ップされる。
【０１１６】一方、ＮＯｘトラップ触媒２２ｂのＮＯｘ
トラップ量が多くなると、図２７（ｂ）に示す如く、燃
焼室４の空燃比が略理論空燃比付近になるように燃料噴
射量の増量等の制御が行われ、併せて、燃料噴射は主副
噴射に２分割して行われる。
【０１１７】図２８は、燃料を主（メイン）噴射とポス
ト噴射とに２分割して噴射したときのスモーク量を、燃
料をメイン噴射により一括して噴射したときと比較した
実験結果を示すものである。この実験では、この実施形
態のディーゼルエンジン１と同様の排気量２０００ｃｃ
の４気筒ディーゼルエンジンを用い、そのエンジンを低
負荷運転域でかつエンジン回転数１５００ｒｐｍで運転
しており、その際、メイン噴射及びポスト噴射の開始時
期はそれぞれＢＴＤＣ５°ＣＡ及びＡＴＤＣ２０°ＣＡ
に固定し、かつそれらの噴射量は同じとしている。そし
て、同図によれば、燃焼室の平均の空気過剰率λがλ＞
１．６のときには、一括噴射であってもスモーク量は十
分に少ないが、λ≦１．６のときには、空気過剰率λが
小さくなるに連れて一括噴射の場合のスモーク量が急激
に増加しており、λ＝１のとき、即ち燃焼室の空燃比が
理論空燃比になっているときには、スモーク量がλ＞
１．６のときの約２０倍と極めて多くなってしまう。こ
れに対し分割噴射の場合、１．２≦λ＜１．６のときの
スモーク量はλ＞１．６のときと殆ど変わらず、λ＝１
のときでも未だ十分に少ないといえる。特に、λ＝１の
ときには、分割噴射の場合のスモーク量は一括噴射の場
合に比べて１／４以下になっており、分割噴射を行うこ
とによって、スモークの生成を大幅に抑制できることが
分かる。従って、エンジン１が低負荷運転域にあって
も、スモークの急増や燃費の著しい悪化を招くことな
く、燃焼室４の空燃比を略理論空燃費付近に制御して、
ＮＯｘトラップ触媒２２ｂをリフレッシュすることがで
きる。しかも、ポスト噴射によって排気中の未燃ＨＣや
ＣＯが増え、この未燃ＨＣやＣＯがＮＯｘと反応するこ
とによって排気中のＮＯｘ量が減少するので、ＮＯｘ吸
着剤からのＮＯｘの放出が促進されて、ＮＯｘ吸着剤を
速やかにリフレッシュできる。また、本実施形態によれ
ば、ＮＯｘ吸着剤のＮＯｘ吸着量が多くなってＮＯｘ吸
着性能の低下が懸念されるときにのみリフレッシュを行
うようにしているので、エンジン１の運転中に全体とし
て燃費の向上が図られる。尚、ＮＯｘ吸着剤のＮＯｘ吸
着量を推定せずに、設定終期毎に燃焼室４の空燃比を略
理論空燃比付近に制御するようにしてもよい。次に、ポ
スト噴射について、その噴射タイミングや噴射割合を変
化させたときのスモーク量及び燃費率の変化に関する実
験結果を説明する。尚、以下の実験データはいずれも、
排気量２０００ｃｃの４気筒ディーゼルエンジンを一定
の低負荷状態でかつエンジン回転数１５００ｒｐｍで運
転したときのものである。図２９は、燃焼室の空燃比が
略理論空燃比になるように燃料噴射量の総量を決定し、
その燃料を半分づつメイン噴射とポスト噴射とに分けて
噴射する場合に、メイン噴射の開始時期（インジェクタ
の開弁時期）をＢＴＤＣ５°ＣＡとする一方、ポスト噴
射の開始時期をＡＴＤＣ１０°ＣＡ−ＡＴＤＣ３０°Ｃ
Ａの間で変化させ、そのときのスモーク量と燃費率とを
それぞれ計測した実験結果を示している。
【０１１８】同図によれば、ポスト噴射をＡＴＤＣ１５
°ＣＡ〜２５°ＣＡのクランク角範囲で行ったときに、
スモーク量を大幅に低減できることが分かる。しかしそ
のクランク角範囲では、ポスト噴射の開始時期が遅いほ
ど燃費が悪化しており、燃費を優先するのであれは、ポ
スト噴射の開始時期を早める方が良いことも分かる。こ
のことから、燃焼室の空燃比を略理論空燃比付近に制御
しながら、そのときのスモーク量の増加を抑制し、併せ
て、燃費の悪化も抑えるという本願発明の目的に鑑みれ
ば、ポスト噴射の開始時期をＡＴＤＣ１５°ＣＡ〜２０
°ＣＡの範囲とすることが特に好ましいと考えられる。
また、図３０は、前記と同様に燃焼室の空燃比が略理論
空燃比になるように燃料噴射量の総量を決定するととも
に、メイン噴射及びポスト噴射の開始時期をそれぞれＢ
ＴＤＣ５°ＣＡ及びＡＴＤＣ２０°ＣＡに固定した上
で、ポスト噴射による燃料噴射量のメイン噴射に対する
噴射割合を０％から約７０％の範囲で変化させて、その
ときのスモーク量と燃費率とをそれぞれ計測した実験結
果を表している。
【０１１９】同図によれは、ポスト噴射の噴射割合を０
％としたとき、即ち燃料をメイン噴射により一括して噴
射させるときに燃費が最も良くなっているが、そのとき
のスモーク量は前記図２８にも示したように極めて多く
なってしまう。そして、ポスト噴射の噴射割合を０％か
ら徐々に増加させると、その増加に伴いスモーク量が一
定の割合で徐々に減少するのに対し、反対に燃費率は徐
々に増加している。ここで、この燃費率の増加割合はポ
スト噴射の噴射割合が５０％を越えたところで急に大き
くなっているので、ポスト噴射の噴射割合は５０％を越
えないように設定することが好ましいと考えられ、結
局、スモーク量の増加抑制と燃費の悪化抑制との両立を
考慮すれば、ポスト噴射の噴射割合をメイン噴射の略３
０〜５０％とすることが適当であると考えられる。さら
に、図３１のグラフは、メイン噴射及びポスト噴射の開
始時期をそれぞれＢＴＤＣ５°ＣＡ及びＡＴＤＣ２０°
ＣＡに固定し、かつそれらの噴射量を向じにした上で、
燃焼室の平均の空気過剰率λがλ＝１からλ＝１．７の
範囲で変化するように、前記メイン噴射及びポスト噴射
の燃料噴射量の総量を変化させて、そのときの燃費率の
変化を計測したものである。このグラフからは、空気過
剰率λが１．４以下になると、その空気過剰率λが小さ
くなるに連れて燃費が急に悪化していることが分かる。
従って、燃費の悪化を抑るという観点からは、燃焼室の
空燃比を略路論空燃比付近に制御するといっても、でき
るだけ大きなリーン側の値に制御するのが好ましいと考
えられる。尚、本実施形態では、触媒コンバータ２２の
ＮＯｘ吸着剤をリフレッシュするとき、エンジン１の全
ての気筒２において、燃焼室４の空燃比を略理論空燃比
付近に制御するようにしているが、これに限らず、その
うちのいくつかの気筒について、燃焼室４の空燃比を略
理論空燃比付近に制御し、かつ燃料噴射の分割制御を行
うようにしてもよい。 ［他の実施形態］上記実施形態では、触媒コンバータ２
２が、ＨＣ及びＣＯを酸化して浄化する酸化触媒２２ａ
とＮＯｘトラップ触媒２２ｂとで構成された例について
説明したが、ＮＯｘを還元浄化する特性を持ったＮＯｘ
還元触媒のみを配置した場合にも適用できる。
【０１２０】上記ＮＯｘ還元触媒は、排気ガスの流れ方
向に垂直な断面から見て、互いに活性化温度の異なるＰ
ｔなどの貴金属とゼオライトからなる第１部分（活性化
温度が２００〜３００℃）と、コバルトや銅などとゼオ
ライトからなる第２部分（活性化温度が３００〜４００
℃）とがハニカム状の触媒担体に担持され、低温時には
第１部分が排気ガスに触れる面積を大きくし、高温時に
は第２部分が排気ガスに触れる面積を大きくしている。
【０１２１】そして、触媒の温度やエンジンの運転状態
に基づいて、還元剤としてのＨＣが活性化温度の異なる
第１又は第２部分のいずれかに触れるように、つまり、
低温時には、排気ガスの流量が大きい部分が、第１部分
に接触し、高温時には、排気ガスの流量が大きい部分
が、第２部分に接触するよう上述した方法により排気ガ
スに偏流を発生させることによって、広い温度域でのＮ
Ｏｘ浄化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態として例示するディーゼ
ルエンジンの排気浄化装置Ａの全体構成を示す図であ
る。
【図２】本実施形態として例示する触媒コンバータの構
成を示す図である。
【図３】本実施形態として例示するターボ過給機の構成
を示す図である。
【図４】本実施形態として例示するＥＧＲ弁の構成を示
す図である。
【図５】ターボ過給機２５から触媒コンバータ２２へ通
じる排気通路２０を図７と比較して長い所定距離Ｌ１と
した一例を示す図である。
【図６】（ａ）は、触媒コンバータ上流の所定距離Ｌ１
の位置にターボ過給機を設けた図５の排気通路におい
て、触媒コンバータ上流端での排気ガスに発生する旋回
流及び流量分布を示す断面図であり、（ｂ）は触媒コン
バータ上流にターボ過給機を設けない排気通路におい
て、触媒コンバータ上流端での排気ガスに発生する一様
流及び流量分布を示す断面図である。
【図７】ターボ過給機２５から触媒コンバータ２２へ通
じる排気通路２０を図５と比較して短い所定距離Ｌ２と
した一例を示す図である。
【図８】（ａ）は、触媒コンバータ２２の上流側の所定
距離Ｌ２の位置にターボ過給機２５を設けた図７の排気
通路において、触媒コンバータの上流端での排気ガスに
発生する旋回流及び流量分布を示す断面図であり、
（ｂ）は触媒コンバータ上流にターボ過給機を設けない
排気通路において、触媒コンバータ上流端での排気ガス
に発生する一様流及び流量分布を示す断面図である。
【図９】ターボ過給機２５から触媒コンバータ２２へ通
じる排気通路２０を曲折させた一例を示す図である。
【図１０】（ａ）は、触媒コンバータ２２の上流側にタ
ーボ過給機２５を設けた図９の排気通路において、触媒
コンバータ２２の上流端での排気ガスに発生する旋回流
及び流量分布を示す断面図であり、（ｂ）は触媒コンバ
ータ２２の上流側にターボ過給機２５を設けない排気通
路２０において、触媒コンバータ２２の上流端での排気
ガスに発生する一様流及び流量分布を示す断面図であ
る。
【図１１】図１１は、ターボ過給機を設けない場合の旋
回流の生成方法の第１例を説明する図であり、（ａ）は
直列４気筒エンジンに接続された排気通路の略図、
（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ断面図、（ｃ）は排気通路内で
旋回流が生成する様子を示す図である。
【図１２】ターボ過給機を設けない場合の旋回流の生成
方法の第２例を説明する図であり、（ａ）は排気通路の
略図、（ｂ）は（ａ）のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図１３】（ａ）はターボ過給機を設けない場合の旋回
流の生成方法の第３例を説明する排気通路の略図であ
り、（ｂ）は（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図、る。
【図１４】ターボ過給機を設けない場合の旋回流の生成
方法の第４例を説明する排気通路の略図である。
【図１５】燃料噴射を分割制御することにより排気ガス
圧力を増加させ、排気ガス中のＨＣを増量する方法を示
す第１実施形態として例示するフローチャートである。
【図１６】補正値αとＥＧＲ量との関係を示すマップで
ある。
【図１７】補正値αと排気ガス圧力との関係を示すマッ
プである。
【図１８】燃料噴射を分割制御することにより排気ガス
圧力を増加させ、排気ガス中のＨＣを増量する方法を示
す第２実施形態として例示するフローチャートである。
【図１９】ＮＯｘ吸着剤が硫黄被毒され、硫黄を放出さ
せるために理論空燃比λ＝１の期間を長くしたい場合に
副噴射量Ｑpostを徐々に大きくする状態を示すマップで
ある。
【図２０】ＶＧＴ制御により排気ガス圧力を増加させる
方法を例示するフローチャートである。
【図２１】エンジン回転数Ｎｅとスロットルバルブ開度
ＴＶと基本ノズル開度ＶＧＴbaseとの関係を示すマップ
である。
【図２２】補正値βとＥＧＲ量との関係を示すマップで
ある。
【図２３】補正値βと排気ガス圧力との関係を示すマッ
プである。
【図２４】ＥＧＲ制御により排気ガス圧力を増加させる
方法を例示するフローチャートである。
【図２５】排気ガス中に含まれる標準新気量ＡrefとＥ
ＧＲ量との関係を示すマップである。
【図２６】補正値γと排気ガス圧力との関係を示すマッ
プである。
【図２７】本実施形態における主副噴射制御の噴射タイ
ミングを示すタイムチャートである。
【図２８】空気過剰率の変化に対するスモーク量の変化
を、分割噴射の場合と一括噴射の場合とで比較して示す
図である。
【図２９】ポスト噴射の時期を変化させたときのスモー
ク量の変化と燃費率の変化とを互いに関連付けて示す図
である。
【図３０】ポスト噴射の噴射割合を変化させたときのス
モーク量の変化と燃費率の変化とを互いに関連付けて示
す図である。
【図３１】燃焼室の空燃比と燃費率との関係を示す図で
ある。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン ２ 気筒 ４ 燃焼室 ５ インジェクタ ２０ 排気通路 ２２ 触媒コンバータ ２２ａ 酸化触媒 ２２ｂ ＮＯｘトラップ触媒 ２３ ＥＧＲ通路 ２４ ＥＧＲ弁 ２５ ターボ過給機 ３５ コントロールユニット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｒ ３Ｇ３０１ Ｓ Ｔ 3/28 ３０１ 3/28 ３０１Ｅ ３０１Ｐ Ｆ０２Ｂ 37/24 Ｆ０２Ｂ 37/12 ３０２Ｚ 37/12 ３０２ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１Ｄ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３０１ ３０１Ｚ ３１１Ｂ ３１１ 23/00 Ｊ 23/00 23/02 Ｈ 23/02 41/02 ３８０Ｄ 41/02 ３８０ ３８０Ｅ 41/38 Ｂ 41/38 43/00 ３０１Ｇ 43/00 ３０１ ３０１Ｒ ３０１Ｎ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｊ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０ ５７０Ｐ Ｆ０２Ｂ 37/12 ３０１Ｑ (72)発明者 小林 明宏 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 Ｆターム(参考） 3G005 DA02 EA04 EA15 EA16 FA35 GA04 GC05 GD00 GE08 GE09 HA05 HA12 HA18 HA19 JA00 JA06 JA28 JA39 JB20 3G062 AA01 AA03 AA05 BA00 BA05 DA01 DA02 EA04 EB10 FA11 FA12 GA01 GA22 3G084 AA01 BA08 BA11 BA13 BA15 BA20 DA10 EA11 EB09 EB12 EC01 EC03 FA00 FA07 FA10 FA28 FA29 FA33 FA38 3G091 AA10 AA11 AA18 AA28 AB02 AB06 AB09 BA01 BA14 CA18 CB00 CB02 CB03 CB05 DA02 DB10 DB13 DC01 EA18 EA30 EA32 EA34 EA35 FB11 FB12 GB02Y GB03Y GB04Y GB06W GB09W GB17X HA10 HA36 HA38 HB05 HB06 3G092 AA02 AA17 AA18 BB06 BB13 DB03 DC09 DG06 EA01 EA02 EA05 EA06 EC01 EC09 FA17 HA01Z HA06Z HD01Z HD05Z HD07X HD07Z HD08Z HE01Z 3G301 HA02 HA11 JA25 LA00 MA11 MA18 MA26 MA27 NC04 ND02 NE17 PA01Z PA11Z PB08Z PD01Z PD02Z PD12Z PE01Z PE03Z

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 還元剤と反応させて排気ガス中の特定成
    分を浄化するような触媒材料がコートされたハニカム状
    の下流触媒担体と、当該下流触媒担体に対して当該還元
    剤を増量する還元剤増量手段と、当該下流触媒担体より
    も上流側であって、当該還元剤増量手段よりも下流側に
    配設され、当該還元剤を浄化するための触媒材料がコー
    トされた上流触媒担体と、当該上流触媒担体よりも上流
    側に配設された排気ガスに偏流を生成する偏流生成手段
    とを排気通路に設けたエンジンの排気浄化装置であっ
    て、 前記上流触媒担体の触媒材料は、当該触媒担体を排気ガ
    スの流れに垂直な方向から見て、その第１部分が第２部
    分よりも排気ガスとの接触面積が小さくなるように形成
    され、 前記排気ガス中の特定成分の浄化が要求される時に、前
    記偏流生成手段から排出されて排気通路を偏りながら進
    む排気ガスの流量の大きい部分が、前記第１部分を通過
    するように前記偏流生成手段により生成される偏流を制
    御する排気ガス制御手段を具備することを特徴とするエ
    ンジンの排気浄化装置。
  2. 【請求項２】 前記偏流生成手段はターボ過給機であっ
    て、前記排気ガス制御手段は当該ターボ過給機のタービ
    ン回転数を制御することを特徴とする請求項１に記載の
    エンジンの排気浄化装置。
  3. 【請求項３】 前記排気ガス制御手段は、ターボ過給機
    をバイパスする排気ガス量、排気還流通路を通る排気ガ
    ス量、主噴射後の膨張行程から排気行程において燃料を
    噴射する後噴射量、若しくは当該ターボ過給機の流速を
    可変にする可変ノズル開度を制御することを特徴とする
    請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
  4. 【請求項４】 前記触媒材料は、排気ガス中のＮＯｘを
    吸着する材料であって、前記排気ガス制御手段は排気ガ
    スの圧力を制御することで、前記偏流生成手段による偏
    流を制御すると共に、前記還元剤を増量した初期に排気
    ガスの圧力をより増加させるよう制御することを特徴と
    する請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
  5. 【請求項５】 前記排気ガス制御手段は排気ガスの圧力
    を制御することで、前記偏流生成手段による偏流を制御
    すると共に、前記還元剤の増量時に排気ガスの圧力を徐
    々に増加させるよう制御することを特徴とする請求項１
    に記載のエンジンの排気浄化装置。
  6. 【請求項６】 前記偏流生成手段は可変容量型のターボ
    過給機であって、前記排気ガス制御手段は、排気還流通
    路を通る排気ガス量に基づいて、前記ターボ過給機の可
    変ノズル開度を設定すると共に、主噴射後の膨張行程か
    ら排気行程において燃料を噴射する後噴射量を制御する
    ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化
    装置。
  7. 【請求項７】 ハニカム状の触媒担体に触媒材料がコー
    トされた触媒手段と、当該触媒手段に対して還元剤を増
    量する還元剤増量手段とを排気通路に設けたエンジンの
    排気浄化装置であって、 前記触媒材料は、活性化温度の異なる材料が、排気ガス
    の流れに垂直な方向から見て、前記触媒担体の異なる部
    分に夫々コートされ、 前記触媒手段よりも上流側に配設された排気ガスに偏流
    を生成する偏流生成手段と、 前記触媒手段の温度及びエンジンの運転状態に基づい
    て、前記還元剤を活性化温度の異なる触媒材料のいずれ
    かに触れるように前記偏流生成手段により生成される偏
    流を制御する排気ガス制御手段を具備することを特徴と
    するエンジンの排気浄化装置。
JP2000323076A 2000-10-23 2000-10-23 エンジンの排気浄化装置 Withdrawn JP2002129948A (ja)

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