エンジンの排ガス浄化装置
【課題】 シリンダ内壁面のエンジンオイルを希釈せず、必要十分な量のポスト噴射を行うことで、排ガス処理手段を効率良く再生する。
【解決手段】 エンジン１１の排ガスに含まれるＮＯｘの吸蔵を行う排ガス処理手段１６がエンジン１１の排気通路１４に設けられ、排気通路１４内の排ガスに燃料を添加して排ガス処理手段１６に燃料を供給する燃料添加手段１７がエンジン１１のシリンダ２２にメイン噴射及びポスト噴射を行う蓄圧型燃料噴射装置である。エンジン１１の排気行程の中期から後期にかけてエンジン１１の排気弁が排気用動弁機構により閉止され、ポスト噴射が上記排気弁の閉止時の後期に行われる。排気用動弁機構は排気行程の末期から吸気行程の初期にかけて上記ポスト噴射された燃料がシリンダ２２内で着火しないタイミングで排気弁を開放するように構成される。
【解決手段】 エンジン１１の排ガスに含まれるＮＯｘの吸蔵を行う排ガス処理手段１６がエンジン１１の排気通路１４に設けられ、排気通路１４内の排ガスに燃料を添加して排ガス処理手段１６に燃料を供給する燃料添加手段１７がエンジン１１のシリンダ２２にメイン噴射及びポスト噴射を行う蓄圧型燃料噴射装置である。エンジン１１の排気行程の中期から後期にかけてエンジン１１の排気弁が排気用動弁機構により閉止され、ポスト噴射が上記排気弁の閉止時の後期に行われる。排気用動弁機構は排気行程の末期から吸気行程の初期にかけて上記ポスト噴射された燃料がシリンダ２２内で着火しないタイミングで排気弁を開放するように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排ガスに含まれるＮＯｘを吸蔵するか又はパティキュレートを捕集することにより排ガス処理手段が排ガスを浄化するとともに、この排ガス処理手段を再生する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気通路にパティキュレートを捕集するフィルタが設けられ、このフィルタの再生時期になるとフィルタの再生処理を行うエンジンの排気浄化装置（例えば、特許文献１参照。）が開示されている。このエンジンの排気浄化装置では、フィルタの再生処理中に一定の目標再生速度が得られるようにエンジンの１サイクル当り２回のポスト噴射と排気の酸素濃度制御とを行う再生処理手段が設けられる。ポスト噴射はコモンレール式の燃料噴射装置により行われる。またフィルタの再生処理手段による再生処理期間が前期、中期及び後期から構成される。フィルタに酸化触媒が担持されている場合、前期は、触媒活性温度へと制御する昇温制御を行う前段と、フィルタのベッド温度をパティキュレートが自着火する温度である第１目標ベッド温度へと制御する昇温制御を行う後段とからなる。前期の前段では１サイクル当り排気温度上昇用の１回のポスト噴射が行われ、前期の後段では１サイクル当り排気温度上昇用とＨＣ供給用の２回のポスト噴射が行われる。更に中期では１サイクル当り排気温度上昇用の１回のポスト噴射が行われ、後期では１サイクル当り排気温度上昇用とＨＣ供給用の２回のポスト噴射が行われる。なお、２回のポスト噴射のうち１回目のポスト噴射時期はメイン噴射に近いピストンの上死点位置から上死点後６０度の範囲に設定され、このポスト噴射で噴射された燃料はシリンダ内で燃焼して直接的に排気温度を上昇させるように構成される。また２回目のポスト噴射時期はピストンの上死点後６０度以降に設定され、このポスト噴射で噴射された燃料はシリンダ内で殆ど燃焼せず、フィルタに担持された酸化触媒にＨＣとして供給されるように構成される。
【０００３】
このように構成されたエンジンの排気浄化装置では、先ずフィルタの再生処理期間の前期に、フィルタのベッド温度を第１目標ベッド温度まで急速に上昇させる。次にフィルタの再生処理期間の中期に、フィルタのベッド温度を第１目標ベッド温度に維持した状態で、フィルタのベッド温度が許容最高温度を上回らないように第１酸素濃度制御を行う。これによりフィルタの耐久性の低下を防止できる。更にフィルタの再生処理期間の後期に、フィルタのベッド温度を第１目標ベッド温度より高い第２目標ベッド温度に維持した状態で、目標酸素濃度を第１酸素濃度制御時より大きくして十分な酸素をフィルタに供給する。これにより再生処理の終了間近にフィルタに残存するパティキュレートを迅速かつ確実に燃え切らせることができる。この結果、フィルタの再生処理期間を短縮できるとともに、フィルタをほぼ完全に再生できるようになっている。
【特許文献１】特開２００４−１８３５２５号公報（請求項１〜７、段落［００１４］〜段落［００１９］、段落［００２３］、段落［００３２］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の特許文献１に示されたエンジンの排気浄化装置では、２回目のポスト噴射により噴射された燃料が未燃のままフィルタに担持された酸化触媒に供給されるけれども、この未燃燃料を１サイクル当り１回のポスト噴射で噴射すると、一度に比較的多量の燃料を噴射する必要があるため、その噴射速度が速く、噴射燃料がシリンダ内壁面に達してしまう。このため、シリンダ内壁面に潤滑膜を形成するエンジンオイルが上記噴射燃料により希釈されるため、エンジンの潤滑が阻害され、また十分な量の燃料をポスト噴射でフィルタに供給できない不具合があった。
本発明の目的は、シリンダ内壁面のエンジンオイルを希釈せず、必要かつ十分な燃料の噴射を行うことで、排ガス処理手段を効率良く再生できる、エンジンの排ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、図１〜図３に示すように、エンジン１１の排気通路１４に設けられエンジン１１の排ガスに含まれるＮＯｘの吸蔵又はパティキュレートの捕集のいずれか一方又は双方を行う排ガス処理手段１６と、排気通路１４内の排ガスに燃料１５を添加して排ガス処理手段１６に燃料１５を供給する燃料添加手段１７とを備えたエンジンの排ガス浄化装置の改良である。
その特徴ある構成は、燃料添加手段１７がエンジン１１のシリンダ１２に噴射時期及び噴射量をそれぞれ調整してメイン噴射及びポスト噴射を行う蓄圧型燃料噴射装置であり、エンジン１１の排気行程の中期から後期にかけてエンジン１１の排気弁１２ｄが排気用動弁機構２４により閉止され、ポスト噴射が上記排気弁１２ｄの閉止時の後期に行われ、排気用動弁機構２４が排気行程の末期からエンジン１１の吸気行程の初期にかけて上記ポスト噴射された燃料１５がシリンダ２２内で着火しないタイミングで排気弁１２ｄを開放するように構成されたところにある。
この請求項１に記載されたエンジンの排ガス浄化装置では、排ガスが排ガス処理手段１６を通過するときに、この排ガス処理手段１６に排ガス中のＮＯｘが吸蔵され又はパティキュレートが捕集される。排ガス処理手段１６のＮＯｘ吸蔵量又はパティキュレート捕集量が飽和状態に近付くと、排気用動弁機構２４がエンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁１２ｄを閉止し、蓄圧型燃料噴射装置１７がこの排気弁１２ｄの閉止時の後期にポスト噴射を行う。エンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁１２ｄを閉止することにより、シリンダ２２内で燃焼したガスが圧縮されて高温になり、この高温になった時期にポスト噴射が行われるので、このポスト噴射された燃料１５は速やかに気化する。これによりシリンダ２２内壁面のエンジンオイルが上記ポスト噴射された燃料１５により希釈されずに、上記ポスト噴射された未燃燃料１５が排ガス処理手段１６に達し、排ガス処理手段１６に吸蔵されたＮＯｘは未燃燃料１５の主成分であるＨＣ，ＣＯ又はＨ2と反応しＮ2，ＣＯ2，Ｈ2Ｏとなって排ガス浄化手段１６から放出され、排ガス処理手段１６に捕集されたパティキュレートは未燃燃料１５の酸化による反応熱で燃焼除去される。
【０００６】
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に図１〜図３に示すように、排ガス処理手段１６がＮＯｘ吸蔵還元触媒であり、このＮＯｘ吸蔵還元触媒１６のＮＯｘ吸蔵量をコントローラ４７がエンジン負荷及びエンジン回転速度に基づく予測マップから積算し、コントローラ４７が上記積算された吸蔵量に基づいて燃料添加手段１６又は燃料添加手段及び排気用動弁機構を制御するように構成されたことを特徴とする。
この請求項３に記載されたエンジンの排ガス浄化装置では、排ガスがＮＯｘ吸蔵還元触媒１６を通過するときに、この触媒１６中のＮＯｘ吸収剤が排ガス中のＮＯｘを硝酸塩として吸蔵し、この触媒１６に担持された活性金属がその酸化作用により排ガス中の炭化水素を酸化する。触媒１６のＮＯｘ吸蔵量が飽和状態に近付くと、排気用動弁機構２４がエンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁１２ｄを閉止し、蓄圧型燃料噴射装置１７がこの排気弁１２ｄの閉止時の後期にポスト噴射を行う。エンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁１２ｄを閉止することにより、シリンダ２２内で燃焼したガスが圧縮されて高温になり、この高温になった時期にポスト噴射が行われるので、このポスト噴射された燃料１５は速やかに気化する。これによりシリンダ２２内壁面のエンジンオイルが上記ポスト噴射された燃料１５により希釈せず、触媒１６入口の排ガス中の炭化水素濃度が増加するので、触媒１６入口部で炭化水素と排ガス中の酸素とが反応して酸素を消費する。この結果、触媒１６入口より排ガス下流側の排ガスの空気過剰率が低下するとともに、ＨＣ，ＣＯ又はＨ2が還元剤として増加するので、触媒１６に吸蔵されたＮＯｘが上記ＨＣ等と反応しＮ2，ＣＯ2，Ｈ2Ｏとなって触媒１６から放出される。また排ガス中のＨＣが最適な濃度であるので、これらのＨＣの大部分を触媒１６で還元剤として機能させることができる。
【０００７】
請求項４に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に図９に示すように、排ガス処理手段９６が酸化触媒付パティキュレートフィルタであり、この酸化触媒付パティキュレートフィルタ９６のパティキュレート捕集量をコントローラ４７がエンジン負荷及びエンジン回転速度に基づく予測マップから積算し、コントローラ４７が上記積算された捕集量に基づいて燃料添加手段９６又は燃料添加手段及び排気用動弁機構を制御するように構成されたことを特徴とする。
この請求項４に記載されたエンジンの排ガス浄化装置では、排ガスが酸化触媒付パティキュレートフィルタ９６を通過するときに、このフィルタ９６が排ガス中のパティキュレートを捕集する。フィルタ９６のパティキュレート捕集量が飽和状態に近付くと、排気用動弁機構２４がエンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁１２ｄを閉止し、蓄圧型燃料噴射装置１７がこの排気弁１２ｄの閉止時の後期にポスト噴射を行う。エンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁１２ｄを閉止することにより、シリンダ２２内で燃焼したガスが圧縮されて高温になり、この高温になった時期にポスト噴射が行われるので、このポスト噴射された燃料は速やかに気化する。これによりシリンダ２２内壁面のエンジンオイルが上記ポスト噴射された燃料により希釈されず、フィルタ９６に達した未燃燃料は酸化触媒上で酸化反応して熱を発し、この反応熱によりフィルタ９６の温度が更に上昇して、フィルタ９６に捕集されたパティキュレートが燃焼除去される。
【発明の効果】
【０００８】
以上述べたように、本発明によれば、排ガス処理手段のＮＯｘ吸蔵量又はパティキュレート捕集量が飽和状態に近付くと、エンジンの排気行程の中期から後期にかけて排気用動弁機構が排気弁を閉止するので、シリンダ内で燃焼したガスが圧縮されて高温になり、この高温状態で蓄圧型燃料噴射装置がポスト噴射を行うので、この燃料は速やかに気化する。この結果、シリンダ内壁面のエンジンオイルが上記ポスト噴射された燃料により希釈されずに、上記ポスト噴射された未燃燃料が排ガス処理手段に達するので、排ガス処理手段に吸蔵されたＮＯｘは未燃燃料の主成分であるＨＣ，ＣＯ又はＨ2と反応しＮ2，ＣＯ2，Ｈ2Ｏとなって排ガス浄化手段から放出され、排ガス処理手段に捕集されたパティキュレートは未燃燃料の酸化による反応熱で燃焼除去されて、排ガス処理手段を効率良く再生できる。
また排ガス処理手段がＮＯｘ吸蔵還元触媒であり、このＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵量をコントローラがエンジン負荷及びエンジン回転速度に基づく予測マップから積算し、コントローラが上記積算された吸蔵量に基づいて燃料添加手段又は燃料添加手段及び動弁機構を制御するように構成すれば、気化した未燃燃料が触媒入口の排ガス中の炭化水素濃度を増加させる。この結果、触媒入口部でＨＣと排ガス中の酸素とが反応して酸素が消費され、酸素が殆ど無い状態でＨＣ等が還元剤として増加するので、触媒に吸蔵されたＮＯｘが上記ＨＣ等と反応しＮ2等となって触媒から放出され、触媒を効率良く再生できる。また排ガス中のＨＣを最適な濃度にすることができるので、これらのＨＣの大部分をＮＯｘ吸蔵還元触媒で還元剤として機能させることができる。
更に排ガス処理手段が酸化触媒付パティキュレートフィルタであり、この酸化触媒付パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集量をコントローラがエンジン負荷及びエンジン回転速度に基づく予測マップから積算し、コントローラが上記積算された捕集量に基づいて燃料添加手段又は燃料添加手段及び動弁機構を制御するように構成すれば、気化された未燃燃料は酸化触媒上で酸化反応して熱を発する。この結果、この反応熱によりフィルタの温度が更に上昇して、フィルタに捕集されたパティキュレートが燃焼除去されるので、触媒を効率良く再生できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１〜図３に示すように、ディーゼルエンジン１１の吸気ポート１２ａには吸気マニホルド１３ａを通して吸気管１３ｂが連通接続され、排気ポート１２ｂには排気マニホルド１４ａを通して排気管１４ｂが連通接続される。上記排気管１４ｂの途中には、排ガス処理手段としてＮＯｘ吸蔵還元触媒１６が設けられる。ＮＯｘ吸蔵還元触媒１６は、排気管１４ｂに流入する排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、かつ排ガス中の炭化水素（ＨＣ）濃度が増加したときに上記吸蔵したＮＯｘを放出して再生処理される白金−バリウム−アルミナ触媒である。この触媒１６は、図示しないが排ガスの流れる方向に格子状又はハニカム状の通路が形成されたコージェライト製のモノリス担体と、このモノリス担体上に形成されかつＮＯｘ吸蔵剤及び貴金属（活性金属）が担持されたコート層とを有する。なお、活性金属としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）などが挙げられる。また吸気ポート１２ａは吸気弁１２ｃにより開閉され、排気ポート１２ｂは排気弁１２ｄにより開閉される。吸気弁１２ｃ及び排気弁１２ｄは、図２に示すように、各ポート１２ａ，１２ｂにそれぞれ２つずつ設けられるが、図３では簡略化のために吸気弁１２ｃ及び排気弁１２ｄを各ポート１２ａ，１２ｂに１つずつ示した。
【００１０】
一方、エンジン１１には、排気管１４ｂ内の排ガスに燃料１５を添加して触媒１６に燃料１５を供給する燃料添加手段１７が設けられる（図１及び図３）。燃料添加手段１７は、エンジン１１のシリンダ２２に噴射される燃料１５の噴射時期及び噴射量をそれぞれ調整してシリンダ２２（図２及び図３）にメイン噴射及びポスト噴射を行う蓄圧型燃料噴射装置である。この蓄圧型燃料噴射装置１７は、シリンダヘッド１２に装着された電子制御のインジェクタ１８と、これらのインジェクタ１８に燃料圧送管１９を介して接続されたコモンレール２０と、このコモンレール２０に燃料供給管２１を介して接続された燃料供給ポンプ（図示せず）とを有する（図１及び図２）。上記インジェクタ１８は、各シリンダ２２に臨むようにシリンダヘッド１２に挿入された噴射ノズル１８ａ（図３）と、噴射ノズル１８ａの噴孔を開閉可能なニードル弁（図示せず）と、噴射ノズル１８ａの基端に設けられニードル弁を複合ピストン及び一方向オリフィス板を介して上下動させるインジェクタ用電磁弁１８ｂ（図１）とからなる。このインジェクタ用電磁弁１８ｂがオフの状態では噴射ノズル１８ａの噴孔が閉止され、オンすると噴孔が開いて燃料１５がシリンダ２２に噴射されるように構成される。また吸気ポート１２ａ及び排気ポート１２ｂは、各シリンダ２２に臨むようにシリンダヘッド１２にそれぞれ形成され、各シリンダ２２にはピストン２３が上下動可能に収容される（図２及び図３）。
【００１１】
上記エンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁１２ｄが排気用動弁機構２４により閉止されるように構成される。排気用動弁機構２４は、この実施の形態では、機械式の機構であり、エンジン１１のクランク軸（図示せず）により回転駆動される排気用カム２６と、この排気用カム２６の外周面に当接しシリンダブロック２７に上下動可能に挿入された排気用タペット２８と、シリンダヘッド１２に揺動可能に取付けられた排気用ロッカアーム２９と、排気用タペット２８と排気用ロッカアーム２９の基端との間に介装された排気用プッシュロッド３１と、シリンダヘッド１２に立設された排気用案内軸３２に上下動可能に嵌入され排気用ロッカアーム２９の先端と２つの排気弁１２ｄ，１２ｄの頭部との間に介装された排気用ブリッジ３３と、排気弁１２ｄを押上げて排気ポート１２ｂを閉止する方向に付勢する排気用ばね３４（圧縮コイルばね）とを有する。図２の符号３６は吸気用動弁機構である。この吸気用動弁機構３６は、エンジン１１のクランク軸により回転駆動される吸気用カム（図示せず）と、この吸気用カムの外周面に当接しシリンダブロックに上下動可能に挿入された吸気用タペット（図示せず）と、シリンダヘッド１２に揺動可能に取付けられた吸気用ロッカアーム３７と、吸気用タペットと吸気用ロッカアーム３７の基端との間に介装された吸気用プッシュロッド３８と、シリンダヘッド１２に立設された吸気用案内軸３９に上下動可能に嵌入され吸気用ロッカアーム３７の先端と２つの吸気弁１２ｃ，１２ｃの頭部との間に介装された吸気用ブリッジ４１と、吸気弁１２ｃを押上げて吸気ポート１２ａを閉止する方向に付勢する吸気用ばね４２（圧縮コイルばね）とを有する。
【００１２】
排気用カム２６の外周面には、エンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁１２ｄを閉止するための凹部２６ｃが第１及び第２突起２６ａ，２６ｂに挟まれて設けられる。即ち、排気用カム２６の外周面には、第１突起２６ａがエンジン１１の排気行程の前期から中期にかけてエンジン１１の排気弁１２ｄを開放するために設けられ、凹部２６ｃがエンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁１２ｄを閉止するために設けられ、第２突起２６ｂがエンジン１１の排気行程の末期から吸気行程の初期にかけてエンジン１１の排気弁１２ｄを再び開放するために設けられる。具体的には、エンジン１１の排気行程の開始時であるピストン２３の下死点位置をクランク角度０度とするとき、第１突起２６ａはクランク角度−２０〜９０度の範囲に設けられ、凹部２６ｃはクランク角度９０〜１５０度の範囲に設けられ、第２突起２６ｂはクランク角度１５０〜２００度の範囲に設けられる。なお、第１突起２６ａをクランク角度−２０〜１００度の範囲に設け、凹部２６ｃをクランク角度１００〜１４０度の範囲に設け、第２突起２６ｂをクランク角度１４０〜２００度の範囲に設けることが好ましい。またポスト噴射は、蓄圧型燃料噴射装置１７により上記排気弁１２ｄの閉止時の後期、具体的にはクランク角度１１０〜１４０度、好ましくは１２０〜１３０度の範囲内で行われる。更にこのポスト噴射の噴射量は、メイン噴射の噴射量を１００％とするとき、２０〜１００％、好ましくは３０〜５０％である。
【００１３】
ここで、凹部２６ｃをクランク角度９０〜１５０度の範囲に限定して設けたのは、９０度未満ではシリンダ２２内の圧力及び温度が高くなり過ぎてポスト噴射された燃料１５がシリンダ２２内で燃焼するおそれがあり、１５０度を越えるとポスト噴射によるシリンダ２２内の未燃燃料１５が排気ポート１２ｂから排出できずにシリンダ２２内に残ってしまうからである。また、ポスト噴射の時期をクランク角度１１０〜１４０度の範囲に限定したのは、１１０度未満ではシリンダ２２内の温度が低すぎてポスト噴射された燃料１５が十分に気化せずにシリンダ２２内壁に付着するおそれがあり、１４０度を越えるとシリンダ２２内にポスト噴射された燃料１５が十分に気化しないうちに排気ポート１２ｂから排出されてしまうからである。更に、ポスト噴射の噴射量を２０〜１００％の範囲に限定したのは、２０％未満では触媒１６が十分な還元雰囲気にならず、１００％を越えるとエンジンオイルが希釈されたり触媒１６の温度が上昇し過ぎるからである。
【００１４】
エンジン１１の負荷は負荷センサ４３により検出され、エンジン１１の回転速度は回転センサ４４により検出される（図１）。また触媒１６より排ガス上流側の排気管１４ｂには、この排気管１４ｂ内を流通する排ガス温度を検出する温度センサ４６が設けられる。上記負荷センサ４３、回転センサ４４及び温度センサ４６の各検出出力はコントローラ４７の制御入力に接続され、コントローラ４７の制御出力は各インジェクタ用電磁弁１８ｂに接続される。またコントローラ４７にはメモリ４８が設けられる。このメモリ４８には、負荷センサ４３及び回転センサ４４の検出するエンジン負荷及びエンジン回転速度に基づく触媒１６のＮＯｘ吸蔵量を予測するマップが記憶される。
【００１５】
このように構成された排ガス浄化装置の動作を説明する。
エンジン１１を始動し、温度センサ４６が２２０℃未満の排ガス温度を検出し、コントローラ４７が、負荷センサ４３の検出するエンジン負荷と、回転センサ４４の検出するエンジン回転速度に基づいて、メモリ４８に記憶されたＮＯｘ吸蔵量予測マップから触媒１６のＮＯｘ吸蔵量を積算し、この吸蔵量が所定量未満であると判断すると、エンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁１２ｄが閉止しても、コントローラ４７は燃料１５のポスト噴射を行わず、通常の運転状態となるように各インジェクタ用電磁弁１８ｂを制御する。これによりエンジン１１から排出された排ガスは排気管１４ｂを通って触媒１６に至り、この触媒１６を通過する。このとき排ガスに含まれるＮＯｘは上記触媒１６に吸蔵される。触媒１６のコート層に担持されるＮＯｘ吸収剤として例えばバリウム（Ｂａ）を用いれば、エンジン１１から排出されたＮＯｘは上記触媒１６において排ガス中のＯ2と反応してＮＯ2となり、更に触媒１６中のＢａＯ，ＢａＣＯ3と反応して［Ｂａ（ＮＯ3）2］が生成され、この状態で触媒１６に吸蔵される。また排ガスに含まれるＨＣは触媒１６のコート層に担持された貴金（活性金属）の酸化作用により酸化される。
【００１６】
温度センサ４６が２２０℃以上の排ガス温度を検出した状態で、触媒１６のＮＯｘ吸蔵量が飽和状態に近付いたとコントローラ４７が判断すると、コントローラ４７は各インジェクタ用電磁弁１８ｂを制御して、エンジン１１に燃料１５をメイン噴射するとともに（図３（ａ）及び図４）、エンジン１１の排気行程の中期から後期における排気弁１２ｄの閉止時の後期にシリンダ２２内にポスト噴射を行う（図３（ｈ）及び図４）。エンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁１２ｄを閉止することにより（図３（ｆ）〜（ｈ））、シリンダ２２内で燃焼したガスが圧縮されて高温になり、この高温になった時期にポスト噴射が行われ（図３（ｈ））、このポスト噴射による燃料１５は速やかに気化する。この結果、ポスト噴射された燃料１５はシリンダ２２内壁に付着しないので、シリンダ２２内壁面のエンジンオイルが燃料により希釈されることはない。次に上記気化した未燃燃料１５は、エンジン１１の排気行程の末期から吸気行程の初期にかけてシリンダ２２内で着火しないタイミングで開放された排気ポート１２ｂから排出され（図３（ｉ）〜（ｊ））、排気マニホルド１４ａ及び排気管１４ｂを通って触媒１６に達する。未燃燃料１５が触媒１６に供給されることにより、触媒１６上の酸素濃度が相対的に低下する、即ち触媒１６入口の排ガスの空気過剰率が低下するとともに、ＨＣ，ＣＯ又はＨ2が還元剤として増加するので、触媒１６に吸蔵されたＮＯｘが触媒１６から次のように放出される。先ず上記触媒１６に吸蔵された［Ｂａ（ＮＯ3）2］が排ガス中の上記還元剤と反応してＮＯ2或いはＮ2まで還元され、次に触媒１６が選択性の良い還元触媒として機能し、上記ＮＯ2が排ガス中のＣＯ，ＨＣと反応して無害なＮ2，ＣＯ2，Ｈ2Ｏが生成されて大気に排出される。この結果、触媒１６が再生されるので、再び触媒１６により排ガス中のＮＯｘを吸蔵でき、触媒１６出口の排ガス中に含まれるＮＯｘを低減できる。
【００１７】
＜第２の実施の形態＞
図５〜図９は本発明の第２の実施の形態を示す。図５〜図９において図１及び図２と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、排気用動弁機構６４として、機械式の機構と油圧式の機構を組合せた機構が用いられる。具体的には、排気用カム６６が通常時用カム６６ａと再生時用カム６６ｂとから構成され、排気用タペット６８に油圧シリンダが内蔵される（図５〜図８）。通常時用カム６６ａは略楕円状に形成され、再生時用カム６６ｂは第１の実施の形態の排気用カムと同様に凹部６６ｅと第１突起６６ｃと第２突起６６ｄとを有する。排気用タペット６８は、上端が排気用プッシュロッド３１の下端に当接し下端が再生時用カム６６ｂの外周面に当接するタペット本体６９と、このタペット本体６９に摺動可能に嵌入され下端が通常時用カム６６ａの外周面に当接するタペットハウジング７１とを備える。タペット本体６９の上端及び下端は大径に形成され、タペット本体６９の中央にはタペット用ピストン６９ａが設けられる。タペットハウジング７１はアッパハウジング７１ａ及びロアハウジング７１ｂを互いに嵌合することにより形成され、タペットハウジング７１の中央には上記タペット用ピストン６９ａを摺動可能に収容するピストン収容部７１ｃが形成される。またピストン収容部７１ｃの上端にはこのピストン収容部７１ｃより小径の第１油給排室７１ｄがピストン収容部７１ｃに連通して形成され、ピストン収容部７１ｃの下端にはこのピストン収容部７１ｃより小径の第２油給排室７１ｅがピストン収容部７１ｃに連通して形成される。
【００１８】
エンジン１１のシリンダブロック６７には、第１油給排室７１ｄを囲む筒状の第１中継室６７ａと、第２油給排室７１ｅを囲む筒状の第２中継室６７ｂとがそれぞれ形成される。第１油給排室７１ｄと第１中継室６７ａとは、排気用タペット６８が上下動しても或いはタペット本体６９及びタペットハウジング７１が相対的に変位しても第１連通孔７１ｆにより常に連通接続され、第２油給排室７１ｅと第２中継室６７ｂとは、排気用タペット６８が上下動しても或いはタペット本体６９及びタペットハウジング７１が相対的に変位しても第２連通孔７１ｇにより常に連通接続される。また第１及び第２油給排室７１ｄ，７１ｅは４ポート２位置切換えのタペット用電磁弁７２及び油圧ポンプ７３を介してオイルパン７４に接続される（図７及び図８）。油圧ポンプ７３はエンジン１１により駆動され、上記油圧シリンダに供給される油としてはエンジンオイルが用いられる。更に負荷センサ、回転センサ及び温度センサの各検出出力はコントローラの制御入力に接続され、コントローラの制御出力は各インジェクタ用電磁弁及びタペット用電磁弁７１に接続される（図９）。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００１９】
このように構成されたエンジンの排ガス浄化装置の動作を説明する。
エンジン１１を始動し、温度センサ４６が２２０℃未満の排ガス温度を検出し、コントローラ４７が、負荷センサ４３の検出するエンジン負荷と、回転センサ４４の検出するエンジン回転速度に基づいて、メモリ４８に記憶されたＮＯｘ吸蔵量予測マップから触媒１６のＮＯｘ吸蔵量を積算し、この吸蔵量が所定量未満であると判断すると、タペット用電磁弁７２を制御して、第２油給排室７１ｅにエンジンオイルを導入しかつ第１油給排室７１ｄのエンジンオイルを排出する。これによりタペット本体６９がタペットハウジング７１に対して相対的に上昇し、タペットハウジング７１の下端が通常時用カム６６ａの外周面に当接し、排気用タペット６８が通常時用カム６６ａの外周面の形状に沿って上下動し排気弁１２ｄを開閉する（図６及び図８）。この結果、エンジン１１の排気行程の中期から後期にかけてシリンダ２２内の燃焼したガスの無用な圧縮を行わないので、エンジン効率の低下を抑制できる。またコントローラ４７はエンジン１１の排気行程の中期から後期にかけてポスト噴射を行わず、通常の運転状態となるように各インジェクタ用電磁弁１８ｂを制御する。これによりエンジン１１から排出された排ガスは排気管１４ｂを通って触媒１６を通過する。このとき排ガスに含まれるＮＯｘは上記触媒１６に吸蔵される。触媒１６のコート層に担持されるＮＯｘ吸収剤として例えばバリウム（Ｂａ）を用いれば、エンジン１１から排出されたＮＯｘは上記触媒１６において排ガス中のＯ2と反応してＮＯ2となり、更に触媒１６中のＢａＯ，ＢａＣＯ3と反応して［Ｂａ（ＮＯ3）2］が生成され、この状態で触媒１６に吸蔵される。また排ガスに含まれるＨＣは触媒１６のコート層に担持された貴金（活性金属）の酸化作用により酸化される。
【００２０】
温度センサ４６が２２０℃以上の排ガス温度を検出した状態で、触媒１６のＮＯｘ吸蔵量が飽和状態に近付いたとコントローラ４７が判断すると、コントローラ４７は各インジェクタ用電磁弁１８ｂを制御して、エンジン１１に燃料をメイン噴射するとともに、所定の時期にポスト噴射する。またコントローラ４７はタペット用電磁弁７２を制御して、第１油給排室７１ｄにエンジンオイルを導入しかつ第２油給排室７１ｅのエンジンオイルを排出する。これによりタペット本体６９がタペットハウジング７１に対して相対的に下降し、タペットハウジング７１の下端が再生時用カム６６ｂの外周面に当接し、排気用タペット６８が再生時用カム６６ｂの外周面の形状に沿って上下動し排気弁１２ｄを開閉する（図５及び図７）。上記ポスト噴射はエンジン１１の排気行程の中期から後期における排気弁１２ｄの閉止時の後期に行う。エンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁１２ｄを閉止することにより、シリンダ２２内で燃焼したガスが圧縮されて高温になり、この高温になった時期にポスト噴射が行われ、このポスト噴射による燃料は速やかに気化する。この結果、ポスト噴射された燃料はシリンダ２２内壁に付着しないので、シリンダ２２内壁面のエンジンオイルが燃料により希釈されることはない。上記以外の動作は第１の実施の形態と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００２１】
＜第３の実施の形態＞
図１０は本発明の第３の実施の形態を示す。図１０において図１と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、排ガス浄化手段９６が酸化触媒付パティキュレートフィルタである。このフィルタ９６は酸化触媒としての機能を有するハニカムフィルタであって、コージェライトのようなセラミックスからなる多孔質の隔壁（図示せず）で仕切られた多角形断面を有する。このフィルタ９６は、図示しないが上記隔壁により多数の互いに平行に形成された貫通孔の相隣接する入口部と出口部を交互に実質的に封止することにより構成される。また隔壁には、白金−ゼオライト触媒又は白金−セリア−ゼオライト触媒がコーティングされる。白金−ゼオライト触媒はコージェライトからなるハニカム担体に水素イオン交換ゼオライト粉末（Ｈ−ＺＳＭ−５）を含むスラリーをコーティングした後、白金（活性金属）を担持させて構成される。また白金−セリア−ゼオライト触媒は、コージェライトからなるハニカム担体に水素イオン交換ゼオライト２６ｆ（Ｈ−ＺＳＭ−５）の粉末及びセリア（ＣｅＯ2）の粉末を含むスラリーをコーティングした後、白金（活性金属）を担持させて構成される。このようなコーティングにより、フィルタに煤や炭化水素（ＨＣなど）の酸化力が付与される。このフィルタ９６の入口側から導入されたエンジン１１の排ガスは多孔質の隔壁を通過する際に、この排ガスに含まれる微粒子がろ過されて、出口側から排出されるように構成される。なお、コントローラ４７に設けられたメモリ４８には、負荷センサ４３及び回転センサ４４の検出するエンジン負荷及びエンジン回転速度に基づくフィルタ９６のパティキュレート捕集量を予測するマップが記憶される。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００２２】
このように構成されたエンジンの排ガス浄化装置の動作を説明する。
エンジン１１を始動し、温度センサ４６が２５０℃未満の排ガス温度を検出し、コントローラ４７が、負荷センサ４３の検出するエンジン負荷と、回転センサ４４の検出するエンジン回転速度に基づいて、メモリ４８に記憶されたパティキュレート捕集量予測マップからフィルタ９６のパティキュレート捕集量を積算し、この捕集量が所定量未満であると判断すると、エンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁１２ｄが閉止しても、コントローラ４７は燃料のポスト噴射を行わず、通常の運転状態となるように各インジェクタ用電磁弁１８ｂを制御する。これによりエンジン１１から排出された排ガスは排気管１４ｂを通ってフィルタ９６を通過する。このとき排ガスに含まれるパティキュレートは上記フィルタ９６に捕集される。
【００２３】
温度センサ４６が２５０℃以上の排ガス温度を検出した状態で、フィルタ９６のパティキュレート捕集量が飽和状態に近付いたとコントローラ４７が判断すると、コントローラ４７は各インジェクタ用電磁弁１８ｂを制御して、エンジン１１に燃料をメイン噴射するとともに、エンジン１１の排気行程の中期から後期における排気弁の閉止時の後期にシリンダ２２内にポスト噴射を行う。エンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁を閉止することにより、シリンダ２２内で燃焼したガスが圧縮されて高温になり、この高温になった時期にポスト噴射が行われ、このポスト噴射による燃料は速やかに気化する。この結果、ポスト噴射された燃料はシリンダ２２内壁に付着しないので、シリンダ２２内壁面のエンジンオイルが燃料により希釈されることはない。次に上記気化した未燃燃料は、エンジン１１の排気行程の末期から吸気行程の初期にかけてシリンダ２２内で着火しないタイミングで開放された排気ポートから排出され、排気マニホルド１４ａ及び排気管１４ｂを通ってフィルタ９６に達する。フィルタ９６に達した未燃燃料は酸化触媒上で酸化反応して熱を発し、この反応熱によりフィルタ９６の温度が更に上昇して、フィルタ９６に捕集されたパティキュレートが燃焼除去される。
【００２４】
なお、上記第１の実施の形態では、排気用動弁機構として、排気用カム、排気用タペット、排気用プッシュロッド、排気用ロッカアーム等を用いた機械式の機構を挙げたが、排気用カム、排気用タペット、排気用プッシュロッド、排気用ロッカアーム等を用いずに、油圧シリンダ等の油圧式の機構、又はリニアソレノイド等の電磁式の機構を用いた排気用動弁機構であってもよい。
また、上記第２の実施の形態では、排気用動弁機構として、通常時用カム及び再生時用カムからなる排気用カム、排気用タペット、排気用プッシュロッド、排気用ロッカアーム等の機械式の機構と、排気用タペットに内蔵された油圧シリンダ等の油圧式の機構とを組合せた機構を挙げたが、上記機械式の機構と、排気用タペットに内蔵されたリニアソレノイド等の電磁式の機構とを組合せた機構であってもよい。
更に、上記第１の実施の形態では、排ガス処理手段としてＮＯｘ吸蔵還元触媒を挙げ、上記第２の実施の形態では、排ガス処理手段として酸化触媒付パティキュレートフィルタを挙げたが、排ガス処理手段をＮＯｘ吸蔵還元触媒及び酸化触媒付パティキュレートフィルタの両方により構成してもよい。この場合、排気管に排ガス上流側からＮＯｘ吸蔵還元触媒及び酸化触媒付パティキュレートフィルタの順に設ける。そして燃料のポスト噴射により生成されたＨＣの一部が触媒をそのまま通過した場合、触媒出口のＨＣ濃度は増大するけれども、この未燃のＨＣは触媒付きのパティキュレートフィルタにより捕集される。このフィルタに捕集された未燃のＨＣは、未燃燃料を含まず空気過剰率の高いリーン状態の排ガスがフィルタに流入したときに、このフィルタに担持された貴金属（Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の活性金属）の酸化作用により酸化・燃焼される。このため、フィルタ出口のＨＣ濃度は低く抑えられるので、大気中へのＨＣの排出を抑制できるとともに、フィルタ上に捕集された煤を含むパティキュレートを上記反応熱で燃焼処理できるので、大気中へのパティキュレートの排出を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明第１実施形態のエンジンを含む排ガス浄化装置を示す構成図である。
【図２】エンジンの排気行程で排気弁を一時的に閉じた状態を示すエンジン及び動弁機構の要部断面図である。
【図３】そのエンジンの膨張行程から排気行程の動作を示すエンジンの要部断面図である。
【図４】主噴射とポスト噴射の時期及び量とともに排気弁及び吸気弁の開閉時期をそれぞれ示す図である。
【図５】第２実施形態のエンジンの排気行程で排気弁を一時的に閉じた状態を示すエンジン及び動弁機構の要部断面図である。
【図６】エンジンの排気行程で排気弁を開いている通常の運転状態を示すエンジン及び動弁機構の要部断面図である。
【図７】図５のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】図６のＢ−Ｂ線断面図である。
【図９】エンジンを含む排ガス浄化装置を示す図１に対応する構成図である。
【図１０】本発明第３実施形態を示す図１に対応する構成図である。
【符号の説明】
【００２６】
１１ ディーゼルエンジン（エンジン）
１２ｄ 排気弁
１４ 排気通路
１５ 燃料
１６ ＮＯｘ吸蔵還元触媒（排ガス処理手段）
１７ 蓄圧型燃料噴射装置（燃料添加手段）
２２ エンジンのシリンダ
２４，６４ 排気用動弁機構
４７ コントローラ
９６ 酸化触媒付パティキュレートフィルタ（排ガス処理手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排ガスに含まれるＮＯｘを吸蔵するか又はパティキュレートを捕集することにより排ガス処理手段が排ガスを浄化するとともに、この排ガス処理手段を再生する装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気通路にパティキュレートを捕集するフィルタが設けられ、このフィルタの再生時期になるとフィルタの再生処理を行うエンジンの排気浄化装置（例えば、特許文献１参照。）が開示されている。このエンジンの排気浄化装置では、フィルタの再生処理中に一定の目標再生速度が得られるようにエンジンの１サイクル当り２回のポスト噴射と排気の酸素濃度制御とを行う再生処理手段が設けられる。ポスト噴射はコモンレール式の燃料噴射装置により行われる。またフィルタの再生処理手段による再生処理期間が前期、中期及び後期から構成される。フィルタに酸化触媒が担持されている場合、前期は、触媒活性温度へと制御する昇温制御を行う前段と、フィルタのベッド温度をパティキュレートが自着火する温度である第１目標ベッド温度へと制御する昇温制御を行う後段とからなる。前期の前段では１サイクル当り排気温度上昇用の１回のポスト噴射が行われ、前期の後段では１サイクル当り排気温度上昇用とＨＣ供給用の２回のポスト噴射が行われる。更に中期では１サイクル当り排気温度上昇用の１回のポスト噴射が行われ、後期では１サイクル当り排気温度上昇用とＨＣ供給用の２回のポスト噴射が行われる。なお、２回のポスト噴射のうち１回目のポスト噴射時期はメイン噴射に近いピストンの上死点位置から上死点後６０度の範囲に設定され、このポスト噴射で噴射された燃料はシリンダ内で燃焼して直接的に排気温度を上昇させるように構成される。また２回目のポスト噴射時期はピストンの上死点後６０度以降に設定され、このポスト噴射で噴射された燃料はシリンダ内で殆ど燃焼せず、フィルタに担持された酸化触媒にＨＣとして供給されるように構成される。
【０００３】
このように構成されたエンジンの排気浄化装置では、先ずフィルタの再生処理期間の前期に、フィルタのベッド温度を第１目標ベッド温度まで急速に上昇させる。次にフィルタの再生処理期間の中期に、フィルタのベッド温度を第１目標ベッド温度に維持した状態で、フィルタのベッド温度が許容最高温度を上回らないように第１酸素濃度制御を行う。これによりフィルタの耐久性の低下を防止できる。更にフィルタの再生処理期間の後期に、フィルタのベッド温度を第１目標ベッド温度より高い第２目標ベッド温度に維持した状態で、目標酸素濃度を第１酸素濃度制御時より大きくして十分な酸素をフィルタに供給する。これにより再生処理の終了間近にフィルタに残存するパティキュレートを迅速かつ確実に燃え切らせることができる。この結果、フィルタの再生処理期間を短縮できるとともに、フィルタをほぼ完全に再生できるようになっている。
【特許文献１】特開２００４−１８３５２５号公報（請求項１〜７、段落［００１４］〜段落［００１９］、段落［００２３］、段落［００３２］）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の特許文献１に示されたエンジンの排気浄化装置では、２回目のポスト噴射により噴射された燃料が未燃のままフィルタに担持された酸化触媒に供給されるけれども、この未燃燃料を１サイクル当り１回のポスト噴射で噴射すると、一度に比較的多量の燃料を噴射する必要があるため、その噴射速度が速く、噴射燃料がシリンダ内壁面に達してしまう。このため、シリンダ内壁面に潤滑膜を形成するエンジンオイルが上記噴射燃料により希釈されるため、エンジンの潤滑が阻害され、また十分な量の燃料をポスト噴射でフィルタに供給できない不具合があった。
本発明の目的は、シリンダ内壁面のエンジンオイルを希釈せず、必要かつ十分な燃料の噴射を行うことで、排ガス処理手段を効率良く再生できる、エンジンの排ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る発明は、図１〜図３に示すように、エンジン１１の排気通路１４に設けられエンジン１１の排ガスに含まれるＮＯｘの吸蔵又はパティキュレートの捕集のいずれか一方又は双方を行う排ガス処理手段１６と、排気通路１４内の排ガスに燃料１５を添加して排ガス処理手段１６に燃料１５を供給する燃料添加手段１７とを備えたエンジンの排ガス浄化装置の改良である。
その特徴ある構成は、燃料添加手段１７がエンジン１１のシリンダ１２に噴射時期及び噴射量をそれぞれ調整してメイン噴射及びポスト噴射を行う蓄圧型燃料噴射装置であり、エンジン１１の排気行程の中期から後期にかけてエンジン１１の排気弁１２ｄが排気用動弁機構２４により閉止され、ポスト噴射が上記排気弁１２ｄの閉止時の後期に行われ、排気用動弁機構２４が排気行程の末期からエンジン１１の吸気行程の初期にかけて上記ポスト噴射された燃料１５がシリンダ２２内で着火しないタイミングで排気弁１２ｄを開放するように構成されたところにある。
この請求項１に記載されたエンジンの排ガス浄化装置では、排ガスが排ガス処理手段１６を通過するときに、この排ガス処理手段１６に排ガス中のＮＯｘが吸蔵され又はパティキュレートが捕集される。排ガス処理手段１６のＮＯｘ吸蔵量又はパティキュレート捕集量が飽和状態に近付くと、排気用動弁機構２４がエンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁１２ｄを閉止し、蓄圧型燃料噴射装置１７がこの排気弁１２ｄの閉止時の後期にポスト噴射を行う。エンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁１２ｄを閉止することにより、シリンダ２２内で燃焼したガスが圧縮されて高温になり、この高温になった時期にポスト噴射が行われるので、このポスト噴射された燃料１５は速やかに気化する。これによりシリンダ２２内壁面のエンジンオイルが上記ポスト噴射された燃料１５により希釈されずに、上記ポスト噴射された未燃燃料１５が排ガス処理手段１６に達し、排ガス処理手段１６に吸蔵されたＮＯｘは未燃燃料１５の主成分であるＨＣ，ＣＯ又はＨ2と反応しＮ2，ＣＯ2，Ｈ2Ｏとなって排ガス浄化手段１６から放出され、排ガス処理手段１６に捕集されたパティキュレートは未燃燃料１５の酸化による反応熱で燃焼除去される。
【０００６】
請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に図１〜図３に示すように、排ガス処理手段１６がＮＯｘ吸蔵還元触媒であり、このＮＯｘ吸蔵還元触媒１６のＮＯｘ吸蔵量をコントローラ４７がエンジン負荷及びエンジン回転速度に基づく予測マップから積算し、コントローラ４７が上記積算された吸蔵量に基づいて燃料添加手段１６又は燃料添加手段及び排気用動弁機構を制御するように構成されたことを特徴とする。
この請求項３に記載されたエンジンの排ガス浄化装置では、排ガスがＮＯｘ吸蔵還元触媒１６を通過するときに、この触媒１６中のＮＯｘ吸収剤が排ガス中のＮＯｘを硝酸塩として吸蔵し、この触媒１６に担持された活性金属がその酸化作用により排ガス中の炭化水素を酸化する。触媒１６のＮＯｘ吸蔵量が飽和状態に近付くと、排気用動弁機構２４がエンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁１２ｄを閉止し、蓄圧型燃料噴射装置１７がこの排気弁１２ｄの閉止時の後期にポスト噴射を行う。エンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁１２ｄを閉止することにより、シリンダ２２内で燃焼したガスが圧縮されて高温になり、この高温になった時期にポスト噴射が行われるので、このポスト噴射された燃料１５は速やかに気化する。これによりシリンダ２２内壁面のエンジンオイルが上記ポスト噴射された燃料１５により希釈せず、触媒１６入口の排ガス中の炭化水素濃度が増加するので、触媒１６入口部で炭化水素と排ガス中の酸素とが反応して酸素を消費する。この結果、触媒１６入口より排ガス下流側の排ガスの空気過剰率が低下するとともに、ＨＣ，ＣＯ又はＨ2が還元剤として増加するので、触媒１６に吸蔵されたＮＯｘが上記ＨＣ等と反応しＮ2，ＣＯ2，Ｈ2Ｏとなって触媒１６から放出される。また排ガス中のＨＣが最適な濃度であるので、これらのＨＣの大部分を触媒１６で還元剤として機能させることができる。
【０００７】
請求項４に係る発明は、請求項１に係る発明であって、更に図９に示すように、排ガス処理手段９６が酸化触媒付パティキュレートフィルタであり、この酸化触媒付パティキュレートフィルタ９６のパティキュレート捕集量をコントローラ４７がエンジン負荷及びエンジン回転速度に基づく予測マップから積算し、コントローラ４７が上記積算された捕集量に基づいて燃料添加手段９６又は燃料添加手段及び排気用動弁機構を制御するように構成されたことを特徴とする。
この請求項４に記載されたエンジンの排ガス浄化装置では、排ガスが酸化触媒付パティキュレートフィルタ９６を通過するときに、このフィルタ９６が排ガス中のパティキュレートを捕集する。フィルタ９６のパティキュレート捕集量が飽和状態に近付くと、排気用動弁機構２４がエンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁１２ｄを閉止し、蓄圧型燃料噴射装置１７がこの排気弁１２ｄの閉止時の後期にポスト噴射を行う。エンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁１２ｄを閉止することにより、シリンダ２２内で燃焼したガスが圧縮されて高温になり、この高温になった時期にポスト噴射が行われるので、このポスト噴射された燃料は速やかに気化する。これによりシリンダ２２内壁面のエンジンオイルが上記ポスト噴射された燃料により希釈されず、フィルタ９６に達した未燃燃料は酸化触媒上で酸化反応して熱を発し、この反応熱によりフィルタ９６の温度が更に上昇して、フィルタ９６に捕集されたパティキュレートが燃焼除去される。
【発明の効果】
【０００８】
以上述べたように、本発明によれば、排ガス処理手段のＮＯｘ吸蔵量又はパティキュレート捕集量が飽和状態に近付くと、エンジンの排気行程の中期から後期にかけて排気用動弁機構が排気弁を閉止するので、シリンダ内で燃焼したガスが圧縮されて高温になり、この高温状態で蓄圧型燃料噴射装置がポスト噴射を行うので、この燃料は速やかに気化する。この結果、シリンダ内壁面のエンジンオイルが上記ポスト噴射された燃料により希釈されずに、上記ポスト噴射された未燃燃料が排ガス処理手段に達するので、排ガス処理手段に吸蔵されたＮＯｘは未燃燃料の主成分であるＨＣ，ＣＯ又はＨ2と反応しＮ2，ＣＯ2，Ｈ2Ｏとなって排ガス浄化手段から放出され、排ガス処理手段に捕集されたパティキュレートは未燃燃料の酸化による反応熱で燃焼除去されて、排ガス処理手段を効率良く再生できる。
また排ガス処理手段がＮＯｘ吸蔵還元触媒であり、このＮＯｘ吸蔵還元触媒のＮＯｘ吸蔵量をコントローラがエンジン負荷及びエンジン回転速度に基づく予測マップから積算し、コントローラが上記積算された吸蔵量に基づいて燃料添加手段又は燃料添加手段及び動弁機構を制御するように構成すれば、気化した未燃燃料が触媒入口の排ガス中の炭化水素濃度を増加させる。この結果、触媒入口部でＨＣと排ガス中の酸素とが反応して酸素が消費され、酸素が殆ど無い状態でＨＣ等が還元剤として増加するので、触媒に吸蔵されたＮＯｘが上記ＨＣ等と反応しＮ2等となって触媒から放出され、触媒を効率良く再生できる。また排ガス中のＨＣを最適な濃度にすることができるので、これらのＨＣの大部分をＮＯｘ吸蔵還元触媒で還元剤として機能させることができる。
更に排ガス処理手段が酸化触媒付パティキュレートフィルタであり、この酸化触媒付パティキュレートフィルタのパティキュレート捕集量をコントローラがエンジン負荷及びエンジン回転速度に基づく予測マップから積算し、コントローラが上記積算された捕集量に基づいて燃料添加手段又は燃料添加手段及び動弁機構を制御するように構成すれば、気化された未燃燃料は酸化触媒上で酸化反応して熱を発する。この結果、この反応熱によりフィルタの温度が更に上昇して、フィルタに捕集されたパティキュレートが燃焼除去されるので、触媒を効率良く再生できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１〜図３に示すように、ディーゼルエンジン１１の吸気ポート１２ａには吸気マニホルド１３ａを通して吸気管１３ｂが連通接続され、排気ポート１２ｂには排気マニホルド１４ａを通して排気管１４ｂが連通接続される。上記排気管１４ｂの途中には、排ガス処理手段としてＮＯｘ吸蔵還元触媒１６が設けられる。ＮＯｘ吸蔵還元触媒１６は、排気管１４ｂに流入する排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、かつ排ガス中の炭化水素（ＨＣ）濃度が増加したときに上記吸蔵したＮＯｘを放出して再生処理される白金−バリウム−アルミナ触媒である。この触媒１６は、図示しないが排ガスの流れる方向に格子状又はハニカム状の通路が形成されたコージェライト製のモノリス担体と、このモノリス担体上に形成されかつＮＯｘ吸蔵剤及び貴金属（活性金属）が担持されたコート層とを有する。なお、活性金属としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）などが挙げられる。また吸気ポート１２ａは吸気弁１２ｃにより開閉され、排気ポート１２ｂは排気弁１２ｄにより開閉される。吸気弁１２ｃ及び排気弁１２ｄは、図２に示すように、各ポート１２ａ，１２ｂにそれぞれ２つずつ設けられるが、図３では簡略化のために吸気弁１２ｃ及び排気弁１２ｄを各ポート１２ａ，１２ｂに１つずつ示した。
【００１０】
一方、エンジン１１には、排気管１４ｂ内の排ガスに燃料１５を添加して触媒１６に燃料１５を供給する燃料添加手段１７が設けられる（図１及び図３）。燃料添加手段１７は、エンジン１１のシリンダ２２に噴射される燃料１５の噴射時期及び噴射量をそれぞれ調整してシリンダ２２（図２及び図３）にメイン噴射及びポスト噴射を行う蓄圧型燃料噴射装置である。この蓄圧型燃料噴射装置１７は、シリンダヘッド１２に装着された電子制御のインジェクタ１８と、これらのインジェクタ１８に燃料圧送管１９を介して接続されたコモンレール２０と、このコモンレール２０に燃料供給管２１を介して接続された燃料供給ポンプ（図示せず）とを有する（図１及び図２）。上記インジェクタ１８は、各シリンダ２２に臨むようにシリンダヘッド１２に挿入された噴射ノズル１８ａ（図３）と、噴射ノズル１８ａの噴孔を開閉可能なニードル弁（図示せず）と、噴射ノズル１８ａの基端に設けられニードル弁を複合ピストン及び一方向オリフィス板を介して上下動させるインジェクタ用電磁弁１８ｂ（図１）とからなる。このインジェクタ用電磁弁１８ｂがオフの状態では噴射ノズル１８ａの噴孔が閉止され、オンすると噴孔が開いて燃料１５がシリンダ２２に噴射されるように構成される。また吸気ポート１２ａ及び排気ポート１２ｂは、各シリンダ２２に臨むようにシリンダヘッド１２にそれぞれ形成され、各シリンダ２２にはピストン２３が上下動可能に収容される（図２及び図３）。
【００１１】
上記エンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁１２ｄが排気用動弁機構２４により閉止されるように構成される。排気用動弁機構２４は、この実施の形態では、機械式の機構であり、エンジン１１のクランク軸（図示せず）により回転駆動される排気用カム２６と、この排気用カム２６の外周面に当接しシリンダブロック２７に上下動可能に挿入された排気用タペット２８と、シリンダヘッド１２に揺動可能に取付けられた排気用ロッカアーム２９と、排気用タペット２８と排気用ロッカアーム２９の基端との間に介装された排気用プッシュロッド３１と、シリンダヘッド１２に立設された排気用案内軸３２に上下動可能に嵌入され排気用ロッカアーム２９の先端と２つの排気弁１２ｄ，１２ｄの頭部との間に介装された排気用ブリッジ３３と、排気弁１２ｄを押上げて排気ポート１２ｂを閉止する方向に付勢する排気用ばね３４（圧縮コイルばね）とを有する。図２の符号３６は吸気用動弁機構である。この吸気用動弁機構３６は、エンジン１１のクランク軸により回転駆動される吸気用カム（図示せず）と、この吸気用カムの外周面に当接しシリンダブロックに上下動可能に挿入された吸気用タペット（図示せず）と、シリンダヘッド１２に揺動可能に取付けられた吸気用ロッカアーム３７と、吸気用タペットと吸気用ロッカアーム３７の基端との間に介装された吸気用プッシュロッド３８と、シリンダヘッド１２に立設された吸気用案内軸３９に上下動可能に嵌入され吸気用ロッカアーム３７の先端と２つの吸気弁１２ｃ，１２ｃの頭部との間に介装された吸気用ブリッジ４１と、吸気弁１２ｃを押上げて吸気ポート１２ａを閉止する方向に付勢する吸気用ばね４２（圧縮コイルばね）とを有する。
【００１２】
排気用カム２６の外周面には、エンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁１２ｄを閉止するための凹部２６ｃが第１及び第２突起２６ａ，２６ｂに挟まれて設けられる。即ち、排気用カム２６の外周面には、第１突起２６ａがエンジン１１の排気行程の前期から中期にかけてエンジン１１の排気弁１２ｄを開放するために設けられ、凹部２６ｃがエンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁１２ｄを閉止するために設けられ、第２突起２６ｂがエンジン１１の排気行程の末期から吸気行程の初期にかけてエンジン１１の排気弁１２ｄを再び開放するために設けられる。具体的には、エンジン１１の排気行程の開始時であるピストン２３の下死点位置をクランク角度０度とするとき、第１突起２６ａはクランク角度−２０〜９０度の範囲に設けられ、凹部２６ｃはクランク角度９０〜１５０度の範囲に設けられ、第２突起２６ｂはクランク角度１５０〜２００度の範囲に設けられる。なお、第１突起２６ａをクランク角度−２０〜１００度の範囲に設け、凹部２６ｃをクランク角度１００〜１４０度の範囲に設け、第２突起２６ｂをクランク角度１４０〜２００度の範囲に設けることが好ましい。またポスト噴射は、蓄圧型燃料噴射装置１７により上記排気弁１２ｄの閉止時の後期、具体的にはクランク角度１１０〜１４０度、好ましくは１２０〜１３０度の範囲内で行われる。更にこのポスト噴射の噴射量は、メイン噴射の噴射量を１００％とするとき、２０〜１００％、好ましくは３０〜５０％である。
【００１３】
ここで、凹部２６ｃをクランク角度９０〜１５０度の範囲に限定して設けたのは、９０度未満ではシリンダ２２内の圧力及び温度が高くなり過ぎてポスト噴射された燃料１５がシリンダ２２内で燃焼するおそれがあり、１５０度を越えるとポスト噴射によるシリンダ２２内の未燃燃料１５が排気ポート１２ｂから排出できずにシリンダ２２内に残ってしまうからである。また、ポスト噴射の時期をクランク角度１１０〜１４０度の範囲に限定したのは、１１０度未満ではシリンダ２２内の温度が低すぎてポスト噴射された燃料１５が十分に気化せずにシリンダ２２内壁に付着するおそれがあり、１４０度を越えるとシリンダ２２内にポスト噴射された燃料１５が十分に気化しないうちに排気ポート１２ｂから排出されてしまうからである。更に、ポスト噴射の噴射量を２０〜１００％の範囲に限定したのは、２０％未満では触媒１６が十分な還元雰囲気にならず、１００％を越えるとエンジンオイルが希釈されたり触媒１６の温度が上昇し過ぎるからである。
【００１４】
エンジン１１の負荷は負荷センサ４３により検出され、エンジン１１の回転速度は回転センサ４４により検出される（図１）。また触媒１６より排ガス上流側の排気管１４ｂには、この排気管１４ｂ内を流通する排ガス温度を検出する温度センサ４６が設けられる。上記負荷センサ４３、回転センサ４４及び温度センサ４６の各検出出力はコントローラ４７の制御入力に接続され、コントローラ４７の制御出力は各インジェクタ用電磁弁１８ｂに接続される。またコントローラ４７にはメモリ４８が設けられる。このメモリ４８には、負荷センサ４３及び回転センサ４４の検出するエンジン負荷及びエンジン回転速度に基づく触媒１６のＮＯｘ吸蔵量を予測するマップが記憶される。
【００１５】
このように構成された排ガス浄化装置の動作を説明する。
エンジン１１を始動し、温度センサ４６が２２０℃未満の排ガス温度を検出し、コントローラ４７が、負荷センサ４３の検出するエンジン負荷と、回転センサ４４の検出するエンジン回転速度に基づいて、メモリ４８に記憶されたＮＯｘ吸蔵量予測マップから触媒１６のＮＯｘ吸蔵量を積算し、この吸蔵量が所定量未満であると判断すると、エンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁１２ｄが閉止しても、コントローラ４７は燃料１５のポスト噴射を行わず、通常の運転状態となるように各インジェクタ用電磁弁１８ｂを制御する。これによりエンジン１１から排出された排ガスは排気管１４ｂを通って触媒１６に至り、この触媒１６を通過する。このとき排ガスに含まれるＮＯｘは上記触媒１６に吸蔵される。触媒１６のコート層に担持されるＮＯｘ吸収剤として例えばバリウム（Ｂａ）を用いれば、エンジン１１から排出されたＮＯｘは上記触媒１６において排ガス中のＯ2と反応してＮＯ2となり、更に触媒１６中のＢａＯ，ＢａＣＯ3と反応して［Ｂａ（ＮＯ3）2］が生成され、この状態で触媒１６に吸蔵される。また排ガスに含まれるＨＣは触媒１６のコート層に担持された貴金（活性金属）の酸化作用により酸化される。
【００１６】
温度センサ４６が２２０℃以上の排ガス温度を検出した状態で、触媒１６のＮＯｘ吸蔵量が飽和状態に近付いたとコントローラ４７が判断すると、コントローラ４７は各インジェクタ用電磁弁１８ｂを制御して、エンジン１１に燃料１５をメイン噴射するとともに（図３（ａ）及び図４）、エンジン１１の排気行程の中期から後期における排気弁１２ｄの閉止時の後期にシリンダ２２内にポスト噴射を行う（図３（ｈ）及び図４）。エンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁１２ｄを閉止することにより（図３（ｆ）〜（ｈ））、シリンダ２２内で燃焼したガスが圧縮されて高温になり、この高温になった時期にポスト噴射が行われ（図３（ｈ））、このポスト噴射による燃料１５は速やかに気化する。この結果、ポスト噴射された燃料１５はシリンダ２２内壁に付着しないので、シリンダ２２内壁面のエンジンオイルが燃料により希釈されることはない。次に上記気化した未燃燃料１５は、エンジン１１の排気行程の末期から吸気行程の初期にかけてシリンダ２２内で着火しないタイミングで開放された排気ポート１２ｂから排出され（図３（ｉ）〜（ｊ））、排気マニホルド１４ａ及び排気管１４ｂを通って触媒１６に達する。未燃燃料１５が触媒１６に供給されることにより、触媒１６上の酸素濃度が相対的に低下する、即ち触媒１６入口の排ガスの空気過剰率が低下するとともに、ＨＣ，ＣＯ又はＨ2が還元剤として増加するので、触媒１６に吸蔵されたＮＯｘが触媒１６から次のように放出される。先ず上記触媒１６に吸蔵された［Ｂａ（ＮＯ3）2］が排ガス中の上記還元剤と反応してＮＯ2或いはＮ2まで還元され、次に触媒１６が選択性の良い還元触媒として機能し、上記ＮＯ2が排ガス中のＣＯ，ＨＣと反応して無害なＮ2，ＣＯ2，Ｈ2Ｏが生成されて大気に排出される。この結果、触媒１６が再生されるので、再び触媒１６により排ガス中のＮＯｘを吸蔵でき、触媒１６出口の排ガス中に含まれるＮＯｘを低減できる。
【００１７】
＜第２の実施の形態＞
図５〜図９は本発明の第２の実施の形態を示す。図５〜図９において図１及び図２と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、排気用動弁機構６４として、機械式の機構と油圧式の機構を組合せた機構が用いられる。具体的には、排気用カム６６が通常時用カム６６ａと再生時用カム６６ｂとから構成され、排気用タペット６８に油圧シリンダが内蔵される（図５〜図８）。通常時用カム６６ａは略楕円状に形成され、再生時用カム６６ｂは第１の実施の形態の排気用カムと同様に凹部６６ｅと第１突起６６ｃと第２突起６６ｄとを有する。排気用タペット６８は、上端が排気用プッシュロッド３１の下端に当接し下端が再生時用カム６６ｂの外周面に当接するタペット本体６９と、このタペット本体６９に摺動可能に嵌入され下端が通常時用カム６６ａの外周面に当接するタペットハウジング７１とを備える。タペット本体６９の上端及び下端は大径に形成され、タペット本体６９の中央にはタペット用ピストン６９ａが設けられる。タペットハウジング７１はアッパハウジング７１ａ及びロアハウジング７１ｂを互いに嵌合することにより形成され、タペットハウジング７１の中央には上記タペット用ピストン６９ａを摺動可能に収容するピストン収容部７１ｃが形成される。またピストン収容部７１ｃの上端にはこのピストン収容部７１ｃより小径の第１油給排室７１ｄがピストン収容部７１ｃに連通して形成され、ピストン収容部７１ｃの下端にはこのピストン収容部７１ｃより小径の第２油給排室７１ｅがピストン収容部７１ｃに連通して形成される。
【００１８】
エンジン１１のシリンダブロック６７には、第１油給排室７１ｄを囲む筒状の第１中継室６７ａと、第２油給排室７１ｅを囲む筒状の第２中継室６７ｂとがそれぞれ形成される。第１油給排室７１ｄと第１中継室６７ａとは、排気用タペット６８が上下動しても或いはタペット本体６９及びタペットハウジング７１が相対的に変位しても第１連通孔７１ｆにより常に連通接続され、第２油給排室７１ｅと第２中継室６７ｂとは、排気用タペット６８が上下動しても或いはタペット本体６９及びタペットハウジング７１が相対的に変位しても第２連通孔７１ｇにより常に連通接続される。また第１及び第２油給排室７１ｄ，７１ｅは４ポート２位置切換えのタペット用電磁弁７２及び油圧ポンプ７３を介してオイルパン７４に接続される（図７及び図８）。油圧ポンプ７３はエンジン１１により駆動され、上記油圧シリンダに供給される油としてはエンジンオイルが用いられる。更に負荷センサ、回転センサ及び温度センサの各検出出力はコントローラの制御入力に接続され、コントローラの制御出力は各インジェクタ用電磁弁及びタペット用電磁弁７１に接続される（図９）。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００１９】
このように構成されたエンジンの排ガス浄化装置の動作を説明する。
エンジン１１を始動し、温度センサ４６が２２０℃未満の排ガス温度を検出し、コントローラ４７が、負荷センサ４３の検出するエンジン負荷と、回転センサ４４の検出するエンジン回転速度に基づいて、メモリ４８に記憶されたＮＯｘ吸蔵量予測マップから触媒１６のＮＯｘ吸蔵量を積算し、この吸蔵量が所定量未満であると判断すると、タペット用電磁弁７２を制御して、第２油給排室７１ｅにエンジンオイルを導入しかつ第１油給排室７１ｄのエンジンオイルを排出する。これによりタペット本体６９がタペットハウジング７１に対して相対的に上昇し、タペットハウジング７１の下端が通常時用カム６６ａの外周面に当接し、排気用タペット６８が通常時用カム６６ａの外周面の形状に沿って上下動し排気弁１２ｄを開閉する（図６及び図８）。この結果、エンジン１１の排気行程の中期から後期にかけてシリンダ２２内の燃焼したガスの無用な圧縮を行わないので、エンジン効率の低下を抑制できる。またコントローラ４７はエンジン１１の排気行程の中期から後期にかけてポスト噴射を行わず、通常の運転状態となるように各インジェクタ用電磁弁１８ｂを制御する。これによりエンジン１１から排出された排ガスは排気管１４ｂを通って触媒１６を通過する。このとき排ガスに含まれるＮＯｘは上記触媒１６に吸蔵される。触媒１６のコート層に担持されるＮＯｘ吸収剤として例えばバリウム（Ｂａ）を用いれば、エンジン１１から排出されたＮＯｘは上記触媒１６において排ガス中のＯ2と反応してＮＯ2となり、更に触媒１６中のＢａＯ，ＢａＣＯ3と反応して［Ｂａ（ＮＯ3）2］が生成され、この状態で触媒１６に吸蔵される。また排ガスに含まれるＨＣは触媒１６のコート層に担持された貴金（活性金属）の酸化作用により酸化される。
【００２０】
温度センサ４６が２２０℃以上の排ガス温度を検出した状態で、触媒１６のＮＯｘ吸蔵量が飽和状態に近付いたとコントローラ４７が判断すると、コントローラ４７は各インジェクタ用電磁弁１８ｂを制御して、エンジン１１に燃料をメイン噴射するとともに、所定の時期にポスト噴射する。またコントローラ４７はタペット用電磁弁７２を制御して、第１油給排室７１ｄにエンジンオイルを導入しかつ第２油給排室７１ｅのエンジンオイルを排出する。これによりタペット本体６９がタペットハウジング７１に対して相対的に下降し、タペットハウジング７１の下端が再生時用カム６６ｂの外周面に当接し、排気用タペット６８が再生時用カム６６ｂの外周面の形状に沿って上下動し排気弁１２ｄを開閉する（図５及び図７）。上記ポスト噴射はエンジン１１の排気行程の中期から後期における排気弁１２ｄの閉止時の後期に行う。エンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁１２ｄを閉止することにより、シリンダ２２内で燃焼したガスが圧縮されて高温になり、この高温になった時期にポスト噴射が行われ、このポスト噴射による燃料は速やかに気化する。この結果、ポスト噴射された燃料はシリンダ２２内壁に付着しないので、シリンダ２２内壁面のエンジンオイルが燃料により希釈されることはない。上記以外の動作は第１の実施の形態と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００２１】
＜第３の実施の形態＞
図１０は本発明の第３の実施の形態を示す。図１０において図１と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、排ガス浄化手段９６が酸化触媒付パティキュレートフィルタである。このフィルタ９６は酸化触媒としての機能を有するハニカムフィルタであって、コージェライトのようなセラミックスからなる多孔質の隔壁（図示せず）で仕切られた多角形断面を有する。このフィルタ９６は、図示しないが上記隔壁により多数の互いに平行に形成された貫通孔の相隣接する入口部と出口部を交互に実質的に封止することにより構成される。また隔壁には、白金−ゼオライト触媒又は白金−セリア−ゼオライト触媒がコーティングされる。白金−ゼオライト触媒はコージェライトからなるハニカム担体に水素イオン交換ゼオライト粉末（Ｈ−ＺＳＭ−５）を含むスラリーをコーティングした後、白金（活性金属）を担持させて構成される。また白金−セリア−ゼオライト触媒は、コージェライトからなるハニカム担体に水素イオン交換ゼオライト２６ｆ（Ｈ−ＺＳＭ−５）の粉末及びセリア（ＣｅＯ2）の粉末を含むスラリーをコーティングした後、白金（活性金属）を担持させて構成される。このようなコーティングにより、フィルタに煤や炭化水素（ＨＣなど）の酸化力が付与される。このフィルタ９６の入口側から導入されたエンジン１１の排ガスは多孔質の隔壁を通過する際に、この排ガスに含まれる微粒子がろ過されて、出口側から排出されるように構成される。なお、コントローラ４７に設けられたメモリ４８には、負荷センサ４３及び回転センサ４４の検出するエンジン負荷及びエンジン回転速度に基づくフィルタ９６のパティキュレート捕集量を予測するマップが記憶される。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００２２】
このように構成されたエンジンの排ガス浄化装置の動作を説明する。
エンジン１１を始動し、温度センサ４６が２５０℃未満の排ガス温度を検出し、コントローラ４７が、負荷センサ４３の検出するエンジン負荷と、回転センサ４４の検出するエンジン回転速度に基づいて、メモリ４８に記憶されたパティキュレート捕集量予測マップからフィルタ９６のパティキュレート捕集量を積算し、この捕集量が所定量未満であると判断すると、エンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁１２ｄが閉止しても、コントローラ４７は燃料のポスト噴射を行わず、通常の運転状態となるように各インジェクタ用電磁弁１８ｂを制御する。これによりエンジン１１から排出された排ガスは排気管１４ｂを通ってフィルタ９６を通過する。このとき排ガスに含まれるパティキュレートは上記フィルタ９６に捕集される。
【００２３】
温度センサ４６が２５０℃以上の排ガス温度を検出した状態で、フィルタ９６のパティキュレート捕集量が飽和状態に近付いたとコントローラ４７が判断すると、コントローラ４７は各インジェクタ用電磁弁１８ｂを制御して、エンジン１１に燃料をメイン噴射するとともに、エンジン１１の排気行程の中期から後期における排気弁の閉止時の後期にシリンダ２２内にポスト噴射を行う。エンジン１１の排気行程の中期から後期にかけて排気弁を閉止することにより、シリンダ２２内で燃焼したガスが圧縮されて高温になり、この高温になった時期にポスト噴射が行われ、このポスト噴射による燃料は速やかに気化する。この結果、ポスト噴射された燃料はシリンダ２２内壁に付着しないので、シリンダ２２内壁面のエンジンオイルが燃料により希釈されることはない。次に上記気化した未燃燃料は、エンジン１１の排気行程の末期から吸気行程の初期にかけてシリンダ２２内で着火しないタイミングで開放された排気ポートから排出され、排気マニホルド１４ａ及び排気管１４ｂを通ってフィルタ９６に達する。フィルタ９６に達した未燃燃料は酸化触媒上で酸化反応して熱を発し、この反応熱によりフィルタ９６の温度が更に上昇して、フィルタ９６に捕集されたパティキュレートが燃焼除去される。
【００２４】
なお、上記第１の実施の形態では、排気用動弁機構として、排気用カム、排気用タペット、排気用プッシュロッド、排気用ロッカアーム等を用いた機械式の機構を挙げたが、排気用カム、排気用タペット、排気用プッシュロッド、排気用ロッカアーム等を用いずに、油圧シリンダ等の油圧式の機構、又はリニアソレノイド等の電磁式の機構を用いた排気用動弁機構であってもよい。
また、上記第２の実施の形態では、排気用動弁機構として、通常時用カム及び再生時用カムからなる排気用カム、排気用タペット、排気用プッシュロッド、排気用ロッカアーム等の機械式の機構と、排気用タペットに内蔵された油圧シリンダ等の油圧式の機構とを組合せた機構を挙げたが、上記機械式の機構と、排気用タペットに内蔵されたリニアソレノイド等の電磁式の機構とを組合せた機構であってもよい。
更に、上記第１の実施の形態では、排ガス処理手段としてＮＯｘ吸蔵還元触媒を挙げ、上記第２の実施の形態では、排ガス処理手段として酸化触媒付パティキュレートフィルタを挙げたが、排ガス処理手段をＮＯｘ吸蔵還元触媒及び酸化触媒付パティキュレートフィルタの両方により構成してもよい。この場合、排気管に排ガス上流側からＮＯｘ吸蔵還元触媒及び酸化触媒付パティキュレートフィルタの順に設ける。そして燃料のポスト噴射により生成されたＨＣの一部が触媒をそのまま通過した場合、触媒出口のＨＣ濃度は増大するけれども、この未燃のＨＣは触媒付きのパティキュレートフィルタにより捕集される。このフィルタに捕集された未燃のＨＣは、未燃燃料を含まず空気過剰率の高いリーン状態の排ガスがフィルタに流入したときに、このフィルタに担持された貴金属（Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ等の活性金属）の酸化作用により酸化・燃焼される。このため、フィルタ出口のＨＣ濃度は低く抑えられるので、大気中へのＨＣの排出を抑制できるとともに、フィルタ上に捕集された煤を含むパティキュレートを上記反応熱で燃焼処理できるので、大気中へのパティキュレートの排出を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明第１実施形態のエンジンを含む排ガス浄化装置を示す構成図である。
【図２】エンジンの排気行程で排気弁を一時的に閉じた状態を示すエンジン及び動弁機構の要部断面図である。
【図３】そのエンジンの膨張行程から排気行程の動作を示すエンジンの要部断面図である。
【図４】主噴射とポスト噴射の時期及び量とともに排気弁及び吸気弁の開閉時期をそれぞれ示す図である。
【図５】第２実施形態のエンジンの排気行程で排気弁を一時的に閉じた状態を示すエンジン及び動弁機構の要部断面図である。
【図６】エンジンの排気行程で排気弁を開いている通常の運転状態を示すエンジン及び動弁機構の要部断面図である。
【図７】図５のＡ−Ａ線断面図である。
【図８】図６のＢ−Ｂ線断面図である。
【図９】エンジンを含む排ガス浄化装置を示す図１に対応する構成図である。
【図１０】本発明第３実施形態を示す図１に対応する構成図である。
【符号の説明】
【００２６】
１１ ディーゼルエンジン（エンジン）
１２ｄ 排気弁
１４ 排気通路
１５ 燃料
１６ ＮＯｘ吸蔵還元触媒（排ガス処理手段）
１７ 蓄圧型燃料噴射装置（燃料添加手段）
２２ エンジンのシリンダ
２４，６４ 排気用動弁機構
４７ コントローラ
９６ 酸化触媒付パティキュレートフィルタ（排ガス処理手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン(11)の排気通路(14)に設けられ前記エンジン(11)の排ガスに含まれるＮＯｘの吸蔵又はパティキュレートの捕集のいずれか一方又は双方を行う排ガス処理手段(16,96)と、前記排気通路(14)内の排ガスに燃料(15)を添加して前記排ガス処理手段(16,96)に前記燃料(15)を供給する燃料添加手段(17)とを備えたエンジンの排ガス浄化装置において、
前記燃料添加手段(17)が前記エンジン(11)のシリンダ(22)に噴射時期及び噴射量をそれぞれ調整してメイン噴射及びポスト噴射を行う蓄圧型燃料噴射装置であり、
前記エンジン(11)の排気行程の中期から後期にかけて前記エンジン(11)の排気弁(12d)が排気用動弁機構(24,64)により閉止され、
前記ポスト噴射が前記排気弁(12d)の閉止時の後期に行われ、
前記排気用動弁機構(24,64)が前記排気行程の末期から前記エンジン(11)の吸気行程の初期にかけて前記ポスト噴射された燃料(15)が前記シリンダ(22)内で着火しないタイミングで前記排気弁(12d)を開放するように構成された
ことを特徴とするエンジンの排ガス浄化装置。
【請求項２】
排気用動弁機構(24,64)が、機械式、油圧式及び電磁式からなる群より選ばれた１種又は２種以上の方式を用いた機構である請求項１記載のエンジンの排ガス浄化装置。
【請求項３】
排ガス処理手段(16)がＮＯｘ吸蔵還元触媒であり、このＮＯｘ吸蔵還元触媒(16)のＮＯｘ吸蔵量をコントローラ(47)がエンジン負荷及びエンジン回転速度に基づく予測マップから積算し、前記コントローラ(47)が前記積算された吸蔵量に基づいて燃料添加手段(17)又は燃料添加手段(17)及び排気用動弁機構(24,64)を制御するように構成された請求項１記載のエンジンの排ガス浄化装置。
【請求項４】
排ガス処理手段(96)が酸化触媒付パティキュレートフィルタであり、この酸化触媒付パティキュレートフィルタ(96)のパティキュレート捕集量をコントローラ(47)がエンジン負荷及びエンジン回転速度に基づく予測マップから積算し、前記コントローラ(47)が前記積算された捕集量に基づいて燃料添加手段(17)又は燃料添加手段(17)及び排気用動弁機構(24,64)を制御するように構成された請求項１記載のエンジンの排ガス浄化装置。
【請求項１】
エンジン(11)の排気通路(14)に設けられ前記エンジン(11)の排ガスに含まれるＮＯｘの吸蔵又はパティキュレートの捕集のいずれか一方又は双方を行う排ガス処理手段(16,96)と、前記排気通路(14)内の排ガスに燃料(15)を添加して前記排ガス処理手段(16,96)に前記燃料(15)を供給する燃料添加手段(17)とを備えたエンジンの排ガス浄化装置において、
前記燃料添加手段(17)が前記エンジン(11)のシリンダ(22)に噴射時期及び噴射量をそれぞれ調整してメイン噴射及びポスト噴射を行う蓄圧型燃料噴射装置であり、
前記エンジン(11)の排気行程の中期から後期にかけて前記エンジン(11)の排気弁(12d)が排気用動弁機構(24,64)により閉止され、
前記ポスト噴射が前記排気弁(12d)の閉止時の後期に行われ、
前記排気用動弁機構(24,64)が前記排気行程の末期から前記エンジン(11)の吸気行程の初期にかけて前記ポスト噴射された燃料(15)が前記シリンダ(22)内で着火しないタイミングで前記排気弁(12d)を開放するように構成された
ことを特徴とするエンジンの排ガス浄化装置。
【請求項２】
排気用動弁機構(24,64)が、機械式、油圧式及び電磁式からなる群より選ばれた１種又は２種以上の方式を用いた機構である請求項１記載のエンジンの排ガス浄化装置。
【請求項３】
排ガス処理手段(16)がＮＯｘ吸蔵還元触媒であり、このＮＯｘ吸蔵還元触媒(16)のＮＯｘ吸蔵量をコントローラ(47)がエンジン負荷及びエンジン回転速度に基づく予測マップから積算し、前記コントローラ(47)が前記積算された吸蔵量に基づいて燃料添加手段(17)又は燃料添加手段(17)及び排気用動弁機構(24,64)を制御するように構成された請求項１記載のエンジンの排ガス浄化装置。
【請求項４】
排ガス処理手段(96)が酸化触媒付パティキュレートフィルタであり、この酸化触媒付パティキュレートフィルタ(96)のパティキュレート捕集量をコントローラ(47)がエンジン負荷及びエンジン回転速度に基づく予測マップから積算し、前記コントローラ(47)が前記積算された捕集量に基づいて燃料添加手段(17)又は燃料添加手段(17)及び排気用動弁機構(24,64)を制御するように構成された請求項１記載のエンジンの排ガス浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−１３２４５７（Ｐ２００６−１３２４５７Ａ）
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２３０９４（Ｐ２００４−３２３０９４）
【出願日】平成１６年１１月８日（２００４．１１．８）
【出願人】（０００００５４６３）日野自動車株式会社 (1,484)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月８日（２００４．１１．８）
【出願人】（０００００５４６３）日野自動車株式会社 (1,484)
【Ｆターム（参考）】
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