排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法
【課題】排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、排気ガス浄化装置に流入する排気ガス中の酸素濃度を効率よく低減できる排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法において、リッチ空燃比制御の後で排気ガス浄化装置の下流側に排出される未燃燃料を酸化除去することができる排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法を提供する。
【解決手段】空気Ａｃを空気貯蔵容器２１に貯蔵し、この空気貯蔵容器２１から供給される空気を単独で、又は、燃料Ｆと混合して、排気ガス処理装置５の上流側の排気通路４内に噴射する手段を備えると共に、排気ガスＧを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、このリッチ空燃比制御の終了時ｔ２を含んで予め設定した時間の間ｔａ〜ｔｂのみ、前記空気貯蔵容器２１から供給される空気Ａｃを前記排気ガス処理装置５の上流側の前記排気通路４内に噴射する。
【解決手段】空気Ａｃを空気貯蔵容器２１に貯蔵し、この空気貯蔵容器２１から供給される空気を単独で、又は、燃料Ｆと混合して、排気ガス処理装置５の上流側の排気通路４内に噴射する手段を備えると共に、排気ガスＧを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、このリッチ空燃比制御の終了時ｔ２を含んで予め設定した時間の間ｔａ〜ｔｂのみ、前記空気貯蔵容器２１から供給される空気Ａｃを前記排気ガス処理装置５の上流側の前記排気通路４内に噴射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス貯蔵容器に貯蔵した排気ガスを、排気ガス浄化装置の上流側の排気通路に単独で、又は、燃料と混合して噴射する排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法において、リッチ空燃比制御の後で排気ガス浄化装置の下流側に排出される未燃燃料を酸化除去することができる排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ガスを浄化するための装置の一つに、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）の浄化のためのＮＯｘ浄化触媒装置がある。このＮＯｘ浄化触媒装置の一つに、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を貴金属と共に担持して、酸素過剰な排気ガス中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化して硝酸塩として触媒上に吸着させて、ＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持した装置がある。
【０００３】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排気ガスが酸素過剰なリーン空燃比状態では、ＮＯｘを吸蔵し、酸素濃度が低いか、空燃比が１より小さいリッチ空燃比状態では、吸蔵したＮＯｘを放出すると共に、この放出されたＮＯｘを還元雰囲気中で還元して、ＮＯｘを低減する。
【０００４】
このＮＯｘ浄化触媒は、ディーゼルエンジンのようなリーン空燃比状態が継続すると、ＮＯｘ吸蔵材であるアルカリ金属又はアルカリ土類金属の殆どが硝酸塩に変化し、ＮＯｘ吸蔵能力を失うので、ＮＯｘ浄化機能を維持するために、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和に達する前に、排気ガス中の酸素濃度を下げて一時的にリッチ空燃比状態にしてＮＯｘ吸蔵材からＮＯｘを放出させる再生処理を、一定の時間間隔やＮＯｘ吸蔵量の蓄積量を監視して、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和に近づいたときに行っている。
【０００５】
この再生処理のための制御では、エンジンの出力を低下させない程度に、シリンダ内への流入空気量を減らして酸素濃度を下げる吸気制御に加えて、排気ガスの一部を再び燃焼室内に戻すＥＧＲ（排気再循環）制御を行っている。また、更に、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気ガス中の酸素濃度を更に下げる必要がある場合には、エンジンのシリンダ内燃料噴射制御において、ピストンの膨張行程において燃料を添加するポスト噴射制御や、ＮＯｘ浄化触媒の上流側の排気通路に燃料を直接噴射して、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする排気管内直接燃料噴射制御等を行っている。
【０００６】
吸気制御においては、空気は温度によって体積が大きく変化するが、空気中に含まれている酸素の重量量（モル量）は体積が増えても一定であるため、吸気の温度によって、シリンダ内に入る酸素の供給量（重量量）は変化する。吸気が高温の場合には、空気の膨張によりシリンダ内に入る吸気の重量量は減少するので酸素の供給量が減少し、エンジンの出力が低下する。この現象に対して、ＥＧＲガスをＥＧＲ通路に設けたＥＧＲクーラーで冷却し、ＥＧＲガスの温度と、ＥＧＲガスと混合する吸気の温度を下げて、シリンダ内に入る空気量及び酸素量を増加をすることが行われている。
【０００７】
しかしながら、ディーゼルエンジンのエンジン出力が少ない場合や始動直後の排気低温域の運転状態では、ピストンの膨張行程で燃料をシリンダ内に添加するポスト噴射制御では、燃料の軽油の沸点は２００℃以上であるので、ポスト噴射された燃料の一部が液滴状態のまま、ＥＧＲクーラーを通過して、ＥＧＲクーラーの冷却配管の表面に付着及び堆積し、ＥＧＲクーラーの冷却性能を悪化させてしまうという問題がある。
【０００８】
ＥＧＲクーラーの冷却性能が悪化すると、ＥＧＲガスの温度が上昇して、シリンダ内に入る吸気と混合する際に、ＥＧＲガスにより吸気が暖められて吸気の温度が上昇するので、この温度上昇分だけ吸気の体積が増加し、重量換算での吸気量が減少する。従って、必要なの酸素量を確保するためには、ＥＧＲガスの流量を減らす必要が生じる。しかしながら、ＥＧＲガス量を減少すると、シリンダ内の燃焼温度は上昇し、ＮＯｘの生成が活発になるので、エンジンから排出される排気ガスのＮＯｘ量が増加する。
【０００９】
これに関連して、ＥＧＲ通路に排気ガスを吸引して圧縮する手段（ポンプ）と圧縮排気ガスタンクを設けて、この圧縮排気ガスタンクから多量のＥＧＲガスを燃焼室に供給して煤の発生を減少する圧縮着火式内燃機関が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、ＥＧＲ通路の入口にエアを供給してＥＧＲ通路中の排ガス温度を所定の温度未満に低減して、排ガスの還流量を増大するターボチャージャ付エンジンの排ガス浄化装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−３２４４５７公報
【特許文献２】特開平９−８８７２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
これに対応するために、本発明者は、排気ガスに対する浄化性能を回復するために排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要がある排気ガス浄化装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、排気マニホールド又は排気通路又はＥＧＲ通路から排気ガスを吸引して排気ガス貯蔵容器に貯蔵するための排気ガス貯蔵システムと、排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、前記排気ガス貯蔵容器から供給される排気ガスを単独で、又は、燃料と混合して、前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射する噴射弁を備えた排気ガス浄化システムを考えた。
【００１１】
このＮＯｘ浄化型触媒等を用いる排気ガス浄化システムでは、リーン空燃比状態において十分な浄化性能を維持するためには、一定期間毎に、又は、浄化能力が予め設定した値より低下したと判定されたときに、リッチ空燃比制御を行い、酸素の少ない還元雰囲気状態で、触媒中の酸素を消費しながら、触媒の浄化能力を回復する。
【００１２】
しかしながら、熱劣化等により触媒が劣化して触媒の酸化活性が低下した場合や、高価な貴金属の担持量を減らして触媒の酸化活性が低い場合においては、触媒の温度が、触媒反応に十分な温度域にあっても、未燃燃料（未燃ＨＣ）や排気ガス中のＨＣの一部が酸素と反応できずに排気ガス浄化装置の下流側に流出し、ＨＣ浄化性能が悪化する。
【００１３】
特に、排気通路内に直接燃料を噴射する排気管内直接燃料噴射の場合に、噴射した燃料の一部が液滴の状態で下流側の排気ガス浄化装置内の触媒に流入して付着してから蒸発するので、リッチ空燃比制御の後半でＨＣ濃度（炭化水素濃度）が高くなる。しかしながら、このＨＣ濃度が高くなる時点では、既に触媒雰囲気が低酸素濃度状態になっているので、ＨＣを酸化反応によって浄化する機能が低下してしまっている。この傾向は触媒が劣化した場合や貴金属の担持量の少ない場合ほど強い。
【００１４】
この対策として、エンジン入口側の吸入空気量を増加して、触媒に供給される酸素の量を増加させる方法があるが、エンジン出口側に配置された排気ガス浄化装置に対しては、酸素量が増加するまでに時間遅れが生じるため、ＨＣの流出を十分に防止することはできない。
【００１５】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、排気ガスに対する浄化性能を回復するために排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要がある排気ガス浄化装置を備え、排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、排気ガス浄化装置に流入する排気ガス中の酸素濃度を効率よく低減できる排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法において、リッチ空燃比制御の後で排気ガス浄化装置の下流側に排出される未燃燃料を酸化除去することができる排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムは、排気ガスに対する浄化性能を回復するために排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要がある排気ガス浄化装置を備えると共に、排気マニホールド又は排気通路又はＥＧＲ通路から排気ガスを吸引して排気ガス貯蔵容器に貯蔵するための排気ガス貯蔵システムと、排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、前記排気ガス貯蔵容器から供給される排気ガスを単独で、又は、燃料と混合して、前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射する噴射弁を備えた排気ガス浄化システムにおいて、空気を空気貯蔵容器に貯蔵するための空気貯蔵システムを備え、前記空気貯蔵容器から供給される空気を単独で、又は、燃料と混合して、前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射するように構成される。
【００１７】
この構成によれば、空気貯蔵容器（エアータンク）に貯蔵された空気を単独で、又は、燃料と混合して噴射するので、適時、空気を排気ガス処理装置の上流側に供給することができる。そのため、この空気中の酸素により、排気ガス浄化装置の触媒上で蒸発して生成されたガス化ＨＣを酸化除去し、その流出を抑制することができる。
【００１８】
特に、エンジン始動時や低出力運転等の排気低温時に、触媒の活性温度域に短い時間で昇温できるよう触媒の加熱に必要な燃料を排気管内噴射によって供給する場合に、触媒温度の変化に対応させて、燃料供給量と燃焼に必要な空気量を精密に制御しながら供給することで、排気ガス浄化装置の下流側への未燃燃料（ＨＣ）の排出を抑制することができる。
【００１９】
また、排気ガス温度が低下することをエンジンに供給される燃料量とエンジン回転数から検知して、排気ガス浄化装置の上流側に供給する燃料と空気量（酸素量）を制御することにより、触媒温度が活性温度域よりも低温側へ外れることを抑制できる。
【００２０】
また、硫黄被毒からの回復のための脱硫処理（硫黄脱離処理）においては、排気ガス浄化装置の触媒に流入する排気ガス中に、適量の燃料と空気を供給して燃料を燃焼させることにより、触媒を高温に加熱し、脱硫可能な温度（７００℃付近）の還元雰囲気に保つことができるようになる。なお、この脱硫処理中で高温雰囲気となっている排気ガス中に噴射された燃料の一部は燃料粒子の周囲の酸素が不足することによって炭素粒子になり易いが、この炭素粒子化を空気との混合の促進により抑制できる。
【００２１】
上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、このリッチ空燃比制御の終了時を含んで予め設定した時間の間のみ、前記空気貯蔵容器から供給される空気を前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射するように構成される。
【００２２】
この構成によれば、リッチ空燃比制御の中で行われる排気管内直接燃料噴射において、排気ガス貯蔵容器から供給される排気ガスを停止して、空気貯蔵容器から供給される空気に切り替えることで、容易に、リッチ空燃比制御の終了時を含んで予め設定した時間（短時間、例えば、１秒〜１０秒程度）の間だけ空気を排気ガス処理装置の上流側の排気通路内に噴射することができる。なお、この空気単独の噴射の開始時点や期間の長さ(設定時間)は、エンジンや排気ガス浄化装置までの排気通路の長さ等の影響を受けるが、対象とするエンジンや排気ガス処理システムに対して、事前の実験や数値解析などの結果から予め設定しておくことができる。
【００２３】
これにより、エンジンの運転が通常のリーン空燃比状態に戻って、排気ガス浄化装置に流入する排気ガス中の酸素濃度が増加するまでの間の短時間だけ、排気通路に空気を供給して、リッチ空燃比制御時に、排気ガス浄化装置の触媒上の酸素と反応できず、下流側に流出するＨＣを、酸化し除去することができるようになる。
【００２４】
また、リッチ空燃比制御を終了し、通常運転状態（リーン空燃比状態）に戻すときの、吸気制御による排気ガス中の酸素濃度の増加を、時間的に緩慢にすることが可能となり、その結果、吸気制御において、吸気の急激な増加が不要になるため、エンジン吸入空気量を緩やかに増加することができるようになる。従って、リッチ空燃比制御後に、吸気制御と燃料噴射量の制御を併せて行うことにより、エンジン出力が急激に増加することを抑制できる。
【００２５】
あるいは、上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムは、排気ガスに対する浄化性能を回復するために排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要がある排気ガス浄化装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、空気を空気貯蔵容器に貯蔵し、この空気貯蔵容器から供給される空気を単独で、又は、燃料と混合して、前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射する手段を備えると共に、前記排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、このリッチ空燃比制御の終了時を含んで予め設定した時間の間のみ、前記空気貯蔵容器から供給される空気を前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射するように構成される。この構成によれば、上記と同様の効果を奏することができる。
【００２６】
そして、上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化方法は、排気ガスに対する浄化性能を回復するために排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要がある排気ガス浄化装置を備え、排気マニホールド又は排気通路又はＥＧＲ通路から排気ガスを吸引して排気ガス貯蔵容器に貯蔵し、排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、前記排気ガス貯蔵容器から供給された排気ガスを単独で、又は、燃料と混合して、前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路に噴射する排気ガス浄化システムの排気ガス浄化方法において、空気を空気貯蔵容器に貯蔵し、この空気貯蔵容器から供給される空気を単独で、又は、燃料と混合して、前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射することを特徴とする方法である。
【００２７】
また、上記の排気ガス浄化方法において、前記排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、このリッチ空燃比制御の終了時を含んで予め設定した時間の間のみ、前記空気貯蔵容器から供給される空気を前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射するようにする。
【００２８】
あるいは、上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化方法は、排気ガスに対する浄化性能を回復するために排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要がある排気ガス浄化装置と、空気を空気貯蔵容器に貯蔵し、この空気貯蔵容器から供給される空気を単独で、又は、燃料と混合して、前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射する手段を備えた排気ガス浄化システムの排気ガス浄化方法において、前記排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、このリッチ空燃比制御の終了時を含んで予め設定した時間の間のみ、前記空気貯蔵容器から供給される空気を前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射することを特徴とする方法である。
【００２９】
これらの排気ガス浄化方法によれば、上記の排気ガス浄化システムと同様な作用効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法によれば、空気貯蔵容器に貯蔵された空気を単独で、又は、燃料を混合して噴射するので、空気を排気ガス処理装置の上流側に供給することができる。そのため、この空気中の酸素により、排気ガス浄化装置でガス化したＨＣを酸化除去し、その流出を抑制することができる。
【００３１】
特に、エンジン始動時や低出力運転等の排気低温時において、触媒の加熱に必要な燃料を排気管内噴射によって供給する場合に、未燃燃料の排出を抑制するよう触媒温度の変化に対応させて燃料供給量と燃焼に必要な空気量を精密に制御しながら供給することができるようになる。また、排気ガス温度が低下することをエンジンに供給される燃料量とエンジン回転数を基に、排気ガス浄化装置の上流側に供給する燃料と空気量（酸素量）を制御することで、触媒温度の低下を抑制できるようになる。
【００３２】
また、硫黄被毒からの回復のための脱硫処理（硫黄脱離処理）においては、排気ガス浄化装置の上流側に、燃料量と空気量を制御しながら、燃料と空気を供給することで、適度に燃料を燃焼させながら触媒を加熱し、脱硫に必要な高温の雰囲気を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の実施の形態の排気ガス浄化システム１の構成を示す。
【００３４】
この排気ガス浄化システム１は、エンジン（内燃機関）２の排気マニホールド２ａの出口の排気通路４にターボチャージャ３のタービン３ａが設けられ、更に、排気通路４に、排気ガス浄化装置５が配設されている。また、この排気ガス浄化装置５の上流側に燃料噴射弁６が配置されている。
【００３５】
この排気ガス浄化装置５は、排気ガスＧ中の有害成分を浄化する触媒を担持したＮＯｘ浄化触媒ユニット等の幾つかの排気ガス浄化ユニットの組み合わせで形成される。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持したＮＯｘ浄化触媒ユニットを用いる場合には、このＮＯｘ浄化触媒ユニットは、排気ガス中のＮＯｘを浄化するために、モノリス触媒で形成される。このモノリス触媒のコージェライトハニカム等の担持体に酸化アルミニウム、酸化チタン等の触媒コート層を設ける。この触媒コート層に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の触媒金属と、バリウム（Ｂａ）等のＮＯｘ吸蔵材（ＮＯｘ吸蔵物質）とからなるＮＯｘ吸蔵還元触媒を担持させて構成される。
【００３６】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、酸素濃度が高い排気ガスの状態、即ち、リーン空燃比状態の時に、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵材が吸蔵することにより、排気ガス中のＮＯｘを浄化し、酸素濃度が低いか空燃比が１より小さいリッチ空燃比状態か、あるいは、空燃比が１のストイキ空燃比状態の時に、吸蔵したＮＯｘを放出すると共に、この放出されたＮＯｘを触媒金属の触媒作用により還元することにより、大気中へのＮＯｘの流出を防止する。
【００３７】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、リーン空燃比状態が継続すると、ＮＯｘ吸蔵材が硝酸塩に変化してしまうため、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和する前に、排気ガスＧをリッチ空燃比状態にする再生制御を行って、吸蔵したＮＯｘを放出及び還元して、ＮＯｘ吸蔵能力を回復している。
【００３８】
なお、この実施の形態では、排気ガス浄化装置５としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持したＮＯｘ浄化ユニットを用いた例を示すが、これに限定されず、排気ガスに対する浄化性能を回復するために排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要がある排気ガス浄化装置であればよい。例えば、硫黄被毒を回復する必要がある酸化触媒（ＤＯＣ）や選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）や触媒付きフィルタ等の排気ガス浄化ユニットであってもよい。
【００３９】
また、燃料噴射弁６は、図２に示すような外部混合式噴射弁などのガス混合式噴射弁で構成され、排気ガスＧｃと燃料Ｆとを混合した状態で、排気ガス浄化装置５の上流側の排気通路２に直接噴射するように構成される。この燃料Ｆの供給はエンジンやモーターを駆動源とする燃料ポンプによって昇圧により行われ、この燃料Ｆの供給のＯＮ−ＯＦＦと流量調整は図１に示す燃料流量調整弁６ｃにより行われる。
【００４０】
一方、エンジン２の吸気マニホールド２ｂには、ターボチャージャ３のコンプレッサ３ｂが設けられた吸気通路７が接続されて設けられる。また、更に、排気マニホールド２ａと吸気通路７とを連結するＥＧＲ通路（排気再循環通路）８が設けられ、このＥＧＲ通路８にＥＧＲクーラー９とＥＧＲ弁１０とが設けられる。このＥＧＲクーラー９はエンジン２の冷却水等でＥＧＲガスＧｅを冷却するための冷却装置である。また、ＥＧＲ弁１０はＥＧＲガスＧｅの流量を調整する手段であり、ＥＧＲ弁１０を全閉するとＥＧＲガスＧｅの供給が止まりＥＧＲが停止される。
【００４１】
また、燃料タンク（図示しない）に貯蔵された燃料Ｆを燃料ポンプ（図示しない）で昇圧し、この昇圧された燃料Ｆを各シリンダに供給するための第１燃料配管１１ａと、燃料Ｆを燃料噴射弁６に供給するための第２燃料配管１１ｂとを設けて構成する。更に、排気ガス貯蔵システムを設けて構成する。この排気ガス貯蔵システムは、排気ガスＧｃを吸引する排気ガス駆動ポンプ（コンプッレサ等のガスポンプ）１２と吸引して圧縮した排気ガスＧｃを冷却する排気ガス冷却装置１３と排気ガス貯蔵容器１４を有して構成される。
【００４２】
排気ガス駆動ポンプ１２と、排気マニホールド２ａとＥＧＲクーラー９との間のＥＧＲ通路８とを第１排気ガス通路１７ａで接続する。この第１排気ガス通路１７ａを経由して、排気ガス駆動ポンプ１２の駆動により、排気ガスＧの一部である排気ガスＧｃをＥＧＲクーラー９の上流側から吸引して、第２排気ガス通路１７ｂと排気ガス冷却装置１３の第１開閉弁１３ａを経由して排気ガス冷却装置１３に供給する。この排気ガスＧｃの吸引は、ＥＧＲ通路８に限定されず、排気マニホールド２ａからでも、排気通路７からでもよい。
【００４３】
排気ガス冷却装置１３では、第１開閉弁１３ａと第２開閉弁１３ｂを開弁することで、供給された排気ガスＧｃを熱交換器である排気ガス冷却装置１３の内部の冷却用排気ガス通路を通過させて、冷却水配管１３ｅから供給されるエンジン冷却水Ｗで冷却し、第３排気ガス通路１７ｃ経由で排気ガス貯蔵容器１４に供給する。この排気ガス冷却装置１３により、排気ガス貯蔵容器１４に貯蔵する前に、排気ガスＧｃを冷却することができるので、より多くの排気ガスＧｃを排気ガス貯蔵容器１４内に貯蔵することができるようになる。また、この排気ガス冷却装置１３では、排気ガスＧｃの温度Ｔｇが予め設定した設定ガス温度Ｔｇｃ以下になるように冷却しながら、エンジンの排気ガスＧｃ中に含まれている未燃燃料や水分を分離する。
【００４４】
更に、この排気ガス冷却装置１３においては、冷却性能の低下を防止するために、排気ガス冷却装置１３内部の排気ガスの通路である冷却用排気ガス通路を燃料Ｆで洗浄する洗浄配管ラインを設ける。この洗浄配管ラインは、第３燃料配管１１ｃと第３開閉弁１３ｃと第４開閉弁１３ｄとから構成される。
【００４５】
第１開閉弁１３ａと第２開閉弁１３ｂを閉弁して、第３開閉弁１３ｃと第４開閉弁１３ｄを開弁することにより、排気ガス通冷却用路に流れる排気ガスＧｃを燃料Ｆに切り替えて、冷却用排気ガス通路を燃料Ｆで洗浄するように構成する。なお、この洗浄後の燃料Ｆは第４開閉弁１３ｄから第３燃料配管１１ｃ経由で燃料タンク（図示しない）に戻される。なお、この洗浄後の燃料Ｆに含まれる水分は燃料系統で分離される。
【００４６】
洗浄後は、第３開閉弁１３ｃと第４開閉弁１３ｄを閉弁して、第１開閉弁１３ａと第２開閉弁１３ｂを開弁することにより、冷却用排気ガス通路に流れる燃料Ｆを排気ガスＧｃに切り替える。この場合に、洗浄後に、排気ガス冷却装置１３の冷却用排気ガス通路に燃料Ｆの一部が残留したとしても、排気管内直接噴射用の燃料直接噴射弁６に供給されるか、吸気通路７に供給されてＥＧＲガスＧｅに含まれてシリンダ内に入るので、洗浄の際の残留燃料による問題は生じない。
【００４７】
また、排気ガス貯蔵容器１４は、金属製等の高圧に耐えられる容器で形成され、排気ガス駆動ポンプ１２で圧縮された排気ガスＧｃを貯蔵する。この排気ガス貯蔵容器１４には、第５開閉弁１４ａと第６開閉弁１４ｂと安全弁１４ｃとが設けられる。第５開閉弁１４ａと排気ガス冷却装置１３の第２開閉弁１３ｂとの間は第３排気ガス通路１７ｃで接続される。また、排気ガス貯蔵容器１４で貯蔵される排気ガスＧｃの酸素濃度を検出するための空気過剰率センサ（λセンサ）１５と内部の排気ガスＧｃの圧力を検出するための圧力センサ１６が設けられる。
【００４８】
この第５開閉弁１４ａと第１開閉弁１３ａと第２開閉弁１３ｂの３つの弁の開弁と排気ガス駆動ポンプ１２の駆動により、排気ガスＧｃがＥＧＲクーラー９の上流側から吸引されて排気ガス貯蔵容器１４に貯蔵される。なお、排気ガス貯蔵容器１４内のガス圧Ｐｇが予め設定した設定圧力Pｇｃ以上になった場合には、排気ガス貯蔵容器１４の第６開閉弁１４ｂと燃料噴射弁６との間を接続する第４排気ガス通路１７ｄ経由で排気ガス浄化装置５の上流側の排気通路４に排気ガスＧｃを排出し、排気ガス貯蔵容器１４内のガス圧Ｐｇが高くなり過ぎないようにする。更に、第４排気ガス通路１７ｄには第２排気ガス流量調整弁１９を設ける。
【００４９】
排気管内直接燃料噴射では、ガス混合式噴射弁の燃料噴射弁６で、排気ガス貯蔵容器１４から供給された排気ガスＧｃを燃料Ｆと共に噴射して、燃料Ｆと排気ガスＧｃを混合するので燃料Ｆを微粒化できる。この噴射時には、燃料噴射弁の外側に高圧の排気ガスＧｃを燃料Ｆとの混合のために噴射するが、燃料Ｆと排気ガスＧｃとの相対速度を大きくして、燃料Ｆの液滴をせん断作用を利用して微粒化するのが好ましい。この微粒化により、排気通路４内における燃料Ｆの燃焼を促進することができる。
【００５０】
それと共に、排気通路４内へ排気ガスＧｃを供給して、排気ガス浄化装置５に流入する排気ガスＧの酸素濃度を低下させる。この排気ガスＧの酸素濃度の低下に関しては、酸素濃度の低い排気ガスＧｃを供給するので、空気で燃料を微細化する場合に比べて、著しく効率的に低下させることができる。なお、燃料流量調整弁６ｃのみを閉弁して燃料Ｆの供給のみを停止すれば、排気ガスＧｃのみの供給となり、この排気ガスＧｃのみの供給で排気ガス浄化装置５に流入する排気ガスＧの酸素濃度を低下させることもできる。
【００５１】
また、排気ガス貯蔵容器１４で冷却された排気ガスＧｃを使用するため、排気通路４を流れる排気ガスＧの温度よりも、燃料噴射弁６の噴射ノズル６ａの温度を下げることができる。これにより、噴射ノズル６ａ内で燃料Ｆが高温のために固形化して生じる噴射ノズル６ａの目詰まりや、この目詰まりに起因する噴射ノズル６ａの内径の変化に伴う燃料Ｆの流量の変化を、言い換えれば、燃料噴射量の変化を抑制することができる。この場合、図２に示すように、燃料噴射弁６の燃料Ｆを噴射する噴射ノズル６ａに熱電対などで形成される温度センサ６ｂを設けて、この温度センサ６ｂで検出される噴射ノズル６ａの温度が所定の温度以上になったら、排気ガスＧｃを流して冷却するように構成することが好ましい。
【００５２】
更に、本発明においては、ＥＧＲに排気ガス貯蔵容器１４で冷却された排気ガスＧｃを使用するため、排気ガス配管ラインを設けて、吸気通路７に接続する。この排気ガス配管ラインは、第２ＥＧＲ通路とも呼ぶべきもので、第５排気ガス通路１７ｅとこの第５排気ガス通路１７ｅに設けた第２排気ガス流量調整弁（第２ＥＧＲ弁）１９とから形成される。なお、この排気ガス配管ラインは、吸気通路７の代わりに、吸気マニホールド２ｂ又はＥＧＲ通路８に接続しても良い。
【００５３】
この第２排気ガス流量調整弁１９と第６開閉弁１４ｂを開弁し、第２排気ガス流量調整弁１９で排気ガスＧｃの流量を調整することにより、排気ガス貯蔵容器１４の昇圧した排気ガスＧｃを吸気通路７に供給し、この昇圧した排気ガスＧｃをＥＧＲガスの一部又は全部として使用することができる。なお、排気ガス貯蔵容器１４のガス圧Ｐｇが低下して再充填する場合には、第２排気ガス流量調整弁１９を閉弁し、ＥＧＲ弁１０の開弁と流量調整により、従来技術と同様にＥＧＲ通路７経由でＥＧＲを行い、エンジン２からのＮＯｘ排出量の増加を防止する。
【００５４】
この方法によれば、排気ガス貯蔵容器１４で冷却された低温の排気ガスＧｃにより、シリンダ内の新気吸入量の増加と燃焼温度の低下を図ることができる。また、高圧の排気ガスｃを吸気マニホールド２ｂ内に供給するので、吸気圧や排気圧に関係なく、最適なタイミングでシリンダ内に排気ガスＧｅを供給することができる。そのため、ＮＯｘの発生をより確実に低減することができる。その上、高圧の排気ガスＧｃを吸気通路７に供給することで、ＥＧＲ用の排気ガスＧｃの供給を短時間で完了することができる。
【００５５】
そして、本発明においては、更に、エアーポンプ２０、空気貯蔵容器２１、第１空気用開閉弁２１ａ，第２空気用開閉弁２１ｂ、空気用配管２２ａ、２２ｂ、２２ｃと空気流量調整弁２３を有する空気貯蔵システムを設けて構成する。この空気貯蔵システムは、空気Ａｃを空気貯蔵容器２１に貯蔵するためのシステムである。
【００５６】
このエアーポンプ２０は、第１空気用配管２２ａから空気Ａを吸引して、圧縮して昇圧し、圧縮された空気Ａｃとして第２空気用配管２２ｂから送り出す。空気貯蔵容器２１は金属製の容器で形成され、高圧の空気Ａｃを貯蔵する。この空気貯蔵容器２１の入口側に第１空気用開閉弁２１ａが、出口側に第２空気用開閉弁２１ｂが設けられる。第２空気用配管２２ｂは、エアーポンプ２０の出口と第１空気用開閉弁２１ａを接続して設けられ、第３空気用配管２２ｂは、第２空気用開閉弁２１ｂと燃料噴射弁６とを接続して設けられる。空気流量調整弁２３は、空気Ａｃの流量を調整するための弁であり、第３空気用配管２２ｂに設けられる。
【００５７】
これらの構成により、燃料流量調整弁６ｃの閉弁、又は、開弁と流量調整により、空気貯蔵容器２１から供給される空気Ａｃを単独で、又は、燃料Ｆと混合して、排気ガス処理装置５の上流側の排気通路４内に噴射することができるようになる。つまり、燃料噴射の燃料流量を調整する燃料流量調整弁６ｃを全閉すれば、空気Ａｃのみ、排気ガスＧｃのみを排気ガス浄化装置５の上流側に供給できる。また、空気流量調整弁２３と第１排気ガス流量調整弁１８を操作することにより、燃料噴射を補助するガスを空気Ａと排気ガスＧｃとの間で切り替えできるようになる。
【００５８】
また、排気ガスＧｃを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、このリッチ空燃比制御の終了時を含んで予め設定した時間（１秒〜１０秒程度の短時間）の間のみ、空気貯蔵容器２１から供給される空気Ａｃを排気ガス処理装置５の上流側の排気通路４内に噴射するように構成する。
【００５９】
これにより、エンジン２側の制御により、排気ガス浄化装置５に流入する排気ガスＧ中の酸素濃度が増える前にこの排気ガス浄化装置５の直前の位置（上流）から空気Ａｃを送ることで、排気ガス浄化装置５の触媒上で蒸発して生成されたガス化ＨＣを酸化して除去できるので、その流出を抑制することができる。この空気Ａｃの供給を、排気ガス浄化装置５に流入する排気ガスＧ中の酸素濃度が高くなるまでの短時間だけ行う。
【００６０】
次に、上記の構成の排気ガス浄化システム１における排気ガス浄化方法について説明する。本発明においては、上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムは、必要に応じて、空気貯蔵容器２１から供給される空気Ａｃを単独で、又は、燃料Ｆと混合して、排気ガス処理装置５の上流側の排気通路４内に噴射する。
【００６１】
この排気ガス浄化方法によれば、この空気Ａｃ中の酸素により、排気ガス浄化装置５の触媒上で蒸発して生成されたガス化ＨＣを酸化除去し、その流出を抑制することができる。特に、エンジン始動時や低出力運転等の排気低温時に、排気ガス浄化装置５の触媒の活性温度域に短い時間で触媒を昇温できるように、触媒の加熱に必要な燃料Ｆを排気管内噴射によって供給する場合に、触媒温度の変化に対応させて、燃料供給量と燃焼に必要な空気量を精密に制御しながら供給することができ、排気ガス浄化装置５の下流側への未燃燃料（ＨＣ）の排出を抑制することができる。
【００６２】
また、排気ガス温度が低下することをエンジン２に供給される燃料量とエンジン回転数から検知して、排気ガス浄化装置５の上流側に供給する燃料Ｆと空気貯蔵容器２１からの空気Ａｃの量（酸素量）を制御することにより、触媒温度が活性温度域よりも低温側へ外れることを抑制できる。
【００６３】
また、硫黄被毒からの回復のための脱硫処理（硫黄脱離処理）においては、排気ガス浄化装置５の触媒に流入する排気ガス中に、適量の燃料Ｆと空気Ａｃを供給して燃料Ｆを燃焼させることにより、触媒を高温に加熱し、脱硫可能な温度（７００℃付近）の還元雰囲気に保つことができるようになる。なお、この脱硫処理中で高温雰囲気となっている排気ガスＧ中に噴射された燃料Ｆの一部は燃料粒子の周囲の酸素が不足することによって炭素粒子になり易いが、この炭素粒子化を空気との混合の促進により抑制できる。
【００６４】
更に、本発明においては、排気ガスＧを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、このリッチ空燃比制御の終了時を含んで予め設定した時間の間のみ、空気貯蔵容器２１から供給される空気Ａｃを排気ガス処理装置５の上流側の排気通路４内に噴射する。
【００６５】
つまり、リッチ空燃比制御の中で行われる排気管内直接燃料噴射において、排気ガス貯蔵容器１６から供給される排気ガスＧｃを停止して、空気貯蔵容器２１から供給される空気Ａｃに切り替えることで、容易に、リッチ空燃比制御の終了時を含んで予め設定した時間（短時間、例えば、１秒〜１０秒程度、あるいはリッチ空燃比制御の期間の２０％〜６０％程度）の間だけ、空気Ａｃを排気ガス処理装置５の上流側の排気通路４内に噴射する。
【００６６】
図３に、このリッチ空燃比制御に関して、燃料噴射量、排気ガス噴射量、空気噴射量の各制御指示信号とエンジン２から排出される排気ガスＧ中の酸素濃度と、空燃比制御の目標λ値との関係を示す。
【００６７】
この排気ガス浄化方法によれば、図３に示すように、リッチ空燃比制御（ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４）では燃料Ｆの噴射（図３では４回に分けて噴射）を、排気ガスＧｃの噴射（図３では連続して噴射）と併せて行い、リッチ空燃比状態を作って、このリッチ空燃比制御により、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復したり、あるいは、脱硫制御で触媒の硫黄被毒から回復したりする。このリッチ空燃比制御の終了の後で、エンジン２の運転が通常のリーン空燃比状態（ｔ２〜ｔ３）に戻って、排気ガス浄化装置５に流入する排気ガスＧ中の酸素濃度が増加するまでの間（ｔｃ〜ｔｄ）に対して、リッチ空燃比制御の終了時ｔ２、ｔ３を含む予め設定した時間の間（ｔａ〜ｔｂ）だけ、排気通路４に空気Ａｃを供給する（図３では５回に分けて噴射）。図３では、空気Ａｃは、時刻ｔａ〜時刻ｔ２の間は燃料Ｆと混合して噴射され、時刻ｔ２〜時刻ｔｂの間は燃料Ｆの噴射は停止され、空気Ａｃ単独で噴射される。
【００６８】
これにより、リッチ空燃比制御時に、排気ガス浄化装置５の触媒上の酸素と反応できず、下流側に流出するＨＣを、酸化し除去することができるようになる。従って、このリッチ空燃比制御（ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４）を終了し、通常運転状態（リーン空燃比状態）に戻すとき（ｔ２、ｔ４）において、吸気制御による排気ガスＧ中の酸素濃度の増加（図３の目標λ値）を、従来技術（図３の点線Ｂ）に比べて時間的に緩慢に（図３の実線Ａ）することができるようになる。その結果、吸気制御において、吸気の急激な増加が不要になるため、エンジン吸入空気量を緩やかに増加することができるようになる。従って、リッチ空燃比制御後に、吸気制御と燃料噴射量の制御を併せて行うことにより、エンジン出力が急激に増加することを抑制できる。
【００６９】
なお、この空気Ａｃ単独の噴射の開始時点ｔａや期間の長さ（設定時間）（ｔａ〜ｔｂ）は、エンジン２や排気ガス浄化装置５までの排気通路４の長さ等の影響を受けるが、対象とするエンジン２や排気ガス処理システムに対して、事前の実験や数値解析などの結果から予め設定しておくことができる。
【００７０】
次に、排気ガスＧｃの排気ガス貯蔵容器１４への貯蔵や燃料噴射弁６への供給、ＥＧＲガスの一部又は全部としての吸気通路７への供給について説明する。最初に、排気ガス貯蔵容器１４への排気ガスＧｃの充填処理について説明する。この充填処理は、排気ガス貯蔵容器１４内のガス圧Ｐｇが低い時に排気ガスＧｃを排気ガス貯蔵容器１４に充填するための処理である。この充填処理は、例えば、図４に示すような制御フローに従って行われる。
【００７１】
この充填処理では、エンジンの冷却水温度Ｔｗが予め設定した設定水温Ｔｗｃ（例えば、８０℃）以下では、排気ガスＧｃの充填を行わず、冷却水温度Ｔｗがこの設定水温Ｔｗｃを超えた場合に、第１開閉弁１３ａ、第２開閉弁１３ｂ、第５開閉弁１４ａを開弁し、排気ガス駆動ポンプ１２を駆動し、排気ガスＧｃをＥＧＲ通路８から排気ガス冷却装置１３に供給して充填を開始する（ステップＳ１３）。この８０℃という温度は、暖機運転が終了し、十分にエンジン自体が温まって、空気過剰率λが２を超える、通常の運転状態になる温度である。なお、酸素空気過剰率λが２を超えることにより、酸素濃度が低い排気ガスＧｃとして使用できるようになる。
【００７２】
この充填に際しては、この排気ガス冷却装置１３で、排気ガスＧｃの温度Ｔｇが予め設定した設定ガス温度Ｔｇｃ以下になるように冷却された後に、排気ガス貯蔵容器１４に貯蔵する。このときは、第３開閉弁１３ｃ、第４開閉弁１３ｄ、第６開閉弁１４ｂは閉弁しておく。また、充填中は、圧力センセ１６で排気ガスＧｃのガス圧Ｐｇを検出して監視し、このガス圧Ｐｇが予め設定された第１設定圧力Ｐｇｃを超えたときに、第１開閉弁１３ａ、第２開閉弁１３ｂ、第５開閉弁１４ａを閉弁し、排気ガス駆動ポンプ１２の駆動を停止して排気ガスＧｃの充填を終了する（ステップＳ１６）。これにより、とりあえず、λ＞２の排気ガスＧを充填する。
【００７３】
次に、排気ガス貯蔵容器１４内の酸素濃度維持処理について説明する。この酸素濃度維持処理は、排気ガス貯蔵容器１４内の酸素濃度を適正値に維持するための処理であり、排気ガスＧｃの排気ガス貯蔵容器１４への充填が完了した時点から開始される。この酸素濃度維持処理は、例えば、図５に示すような制御フローに従って行われる。この酸素濃度維持処理では、空気過剰率センサ１５で検出した空気過剰率λｇを検出して監視し、この空気過剰率λｇが予め設定した設定空気過剰率λｇｃ（例えば、２．０）以下の場合はそのままの状態を維持する。
【００７４】
そして、空気過剰率λｇが予め設定した設定空気過剰率λｇｃを超えた場合には、第６開閉弁１４ｂのみ開弁し、排気ガスＧｃを燃料噴射弁６経由等で放出して（ステップＳ２３）、排気ガス貯蔵容器１４内のガス圧Ｐｇが予め設定された第２設定圧力Ｐｇｄ以下になるまで待つ。ガス圧Ｐｇが第２設定圧力Ｐｇｄ以下になった場合に、エンジン２の燃料噴射制御におけるポスト噴射などで、排気ガスＧの空気過剰率ラムダをλｇｃ以下にして、第１開閉弁１３ａ、第２開閉弁１３ｂ、第５開閉弁１４ａを開弁し、排気ガス駆動ポンプ１２を駆動し、排気ガスＧｃをＥＧＲ通路８から排気ガス冷却装置１３に供給して充填を開始する。それと同時に、排気ガスの燃料噴射弁からの放出を停止する（ステップＳ２６）。充填中は、圧力センセ１６で排気ガスＧｃのガス圧Ｐｇを検出して監視し、このガス圧Ｐｇが予め設定された第１設定圧力Ｐｇｃを超えた時には、第１開閉弁１３ａ、第２開閉弁１３ｂ、第５開閉弁１４ａを閉弁し、排気ガス駆動ポンプ１２の駆動を停止して排気ガスＧｃの充填を終了する（ステップＳ２９）。これにより、とりあえず、充填処理で充填したλ＞２の排気ガスＧを、λ≦２の排気ガスＧに入れ換える。
【００７５】
次に、燃料噴射アシスト処理について説明する。この燃料噴射アシスト処理は、排気ガス浄化装置５の排気ガスの浄化能力の回復を目的に、排気ガス浄化装置５に流入する排気ガスＧの空燃比を一時的にリッチ状態にするために、排気管内直接燃料噴射等が必要になったときに行われる処理である。この燃料噴射アシスト処理は、例えば、図６に示すような制御フローに従って行われる。
【００７６】
この燃料噴射アシスト処理では、排気ガスＧｃを第１排気ガス流量調整弁１８で流量調整しながら、燃料噴射弁６に排気ガス貯蔵容器１４で貯蔵した排気ガスＧｃを供給して、この排気ガスＧｃで燃料を微粒化して、排気ガス浄化装置５の上流側の排気通路４に流入する排気ガスＧの酸素濃度を低下させる。なお、燃料噴射をしなくても所望の酸素濃度を実現できるときは、燃料Ｆの供給を止めて排気ガスＧｃのみを排気通路４に流入させる。この燃料噴射アシスト処理は、通常は排気ガスＧｃの貯蔵を終了した状態で行うが、ガス圧Ｐｇが第２設定圧力Ｐｇｄを超えていれば行うことができる。
【００７７】
この燃料噴射アシスト処理の要求があった場合には、図６の制御フローがスタートし、第６開閉弁１４ｂと第１排気ガス流量調整弁１８を開弁し、第４排気ガス通路１７ｄ経由で、排気ガスＧｃを燃料噴射弁６に供給する（ステップＳ３１）。この場合は、第２排気ガス流量調整弁１９を閉弁した状態とすると共に、ＥＧＲを行う場合は通常のＥＧＲ通路８経由で行う。このＥＧＲのためには、ＥＧＲ弁１０を開弁し流量調整を行う。
【００７８】
この排気ガスＧｃの燃料噴射弁６への供給中は、ガス圧Ｐｇを監視し、ガス圧Ｐｇが第２設定圧力Ｐｇｄ以下になった場合に、第１開閉弁１３ａ、第２開閉弁１３ｂ、第５開閉弁１４ａを開弁し、排気ガス駆動ポンプ１２を駆動し、排気ガスＧｃをＥＧＲ通路８から排気ガス冷却装置１３に供給して充填を行う（ステップＳ３４）。この充填中は、圧力センセ１６で排気ガスＧｃのガス圧Ｐｇを検出して監視し、このガス圧Ｐｇが予め設定された第１設定圧力Ｐｇｃを超えた時には、第１開閉弁１３ａ、第２開閉弁１３ｂ、第５開閉弁１４ａを閉弁し、排気ガス駆動ポンプ１２の駆動を停止して排気ガスＧｃの貯蔵を終了する（ステップＳ３７）。
【００７９】
なお、貯蔵が終了したら、第６開閉弁１４ｂを開弁し、排気ガスＧｃを燃料噴射弁６への供給を再開する。そして、供給中止の指令を受けて、燃料噴射アシスト処理の要求がなくなったら、制御を中断して、第６開閉弁１４ｂと第１排気ガス流量調整弁１８を閉弁し、排気ガスＧｃの燃料噴射弁６への供給を停止し（ステップＳ３８）、燃料噴射アシスト処理の制御を終了する。
【００８０】
次に、ＥＧＲアシスト処理について説明する。このＥＧＲアシスト処理は、エンジンが始動直後や低出力運転で排気温度が低いときは、ＥＧＲガスＧｅ中に含まれる燃料は沸点が２００℃以上の軽油であるため、ＥＧＲクーラー９内を一部が液滴状態のまま通過し、この通過過程でＥＧＲクーラー９の内部の冷却配管の表面に付着して堆積し、ＥＧＲクーラー９の冷却性能を低下させてしまう虞があるので、この排気低温時には、ＥＧＲをＥＧＲ通路８経由では行わずに、排気ガス貯蔵容器１４に貯蔵された排気ガスＧｃを用いてＥＧＲを行う処理である。いわば、ＥＧＲクーラー保護処理である。このＥＧＲアシスト処理は、例えば、図７に示すような制御フローに従って行われる。
【００８１】
このＥＧＲアシスト処理では、吸気通路７に排気ガス貯蔵容器１４の貯蔵した排気ガスＧｃを供給してＥＧＲを行う。このＥＧＲアシスト処理は、通常は排気ガスＧｃの貯蔵を終了した状態で行うが、ガス圧Ｐｇが第２設定圧力Ｐｇｄを超えていれば行うことができる。
【００８２】
このＥＧＲアシスト処理の要求があった場合には、図７の制御フローがスタートし、第６開閉弁１４ｂを開弁し、第５排気ガス通路１７ｅ経由で、排気ガスＧｃを第２排気ガス流量調整弁１９に供給する（ステップＳ３１）。この第２排気ガス流量調整弁１９を開弁しＥＧＲ用のガスの流量調整を行う。この場合にはＥＧＲ弁１０は全閉とした状態にする方がＥＧＲ用の排気ガス量の調整が複雑化しない。
【００８３】
このＥＧＲアシスト処理中も、ガス圧Ｐｇを監視し、ガス圧Ｐｇが第２設定圧力Ｐｇｄ以下になった場合には、第２排気ガス流量調整弁１９を閉弁しおて排気ガスＧｃの吸気通路への供給を停止すると共に、第１開閉弁１３ａ、第２開閉弁１３ｂ、第５開閉弁１４ａを開弁し、排気ガス駆動ポンプ１２を駆動し、排気ガスＧｃをＥＧＲ通路８から排気ガス冷却装置１３に供給して充填を行う（ステップＳ３４）。
【００８４】
この充填中は、圧力センセ１６で排気ガスＧｃのガス圧Ｐｇを検出して監視し、このガス圧Ｐｇが予め設定された第１設定圧力Ｐｇｃを超えた時には、第１開閉弁１３ａ、第２開閉弁１３ｂ、第５開閉弁１４ａを閉弁し、排気ガス駆動ポンプ１２の駆動を停止して排気ガスＧｃの充填を終了する（ステップＳ４７）。
【００８５】
また、この充填中のＥＧＲは、第２排気ガス流量調整弁１９を閉弁し、ＥＧＲ弁１０を開弁し、このＥＧＲ弁でＥＧＲガスＧｅの流量調整をして、ＥＧＲ通路８経由でＥＧＲを行う。なお、充填が終了したら、第６開閉弁１４ｂを開弁し、排気ガスＧｃを第２排気ガス流量調整弁１９への供給を再開し（ステップＳ４１）、ＥＧＲ弁１０を全閉すると共に、第２排気ガス流量調整弁１９を開弁し、第２排気ガス流量調整弁１９でＥＧＲ用のガスの流量調整を再開する。そして、供給停止の指令で、ＥＧＲアシスト処理の要求がなくなったら、制御を中断して、第６開閉弁１４ｂと第２排気ガス流量調整弁１９を閉弁する。なお、ＥＧＲ弁１０はそのときのＥＧＲ要求に合わせて弁操作される。
【００８６】
そして、上記の排気ガス浄化システム１及び排気ガス浄化方法によれば、空気貯蔵容器２１に貯蔵された空気Ａｃを単独で、又は、燃料Ｆと混合して噴射するので、適時、空気Ａｃを排気ガス処理装置５の上流側に供給することができる。そのため、この空気Ａｃ中の酸素により、排気ガス浄化装置５の触媒上で蒸発して生成されたガス化ＨＣを酸化除去し、その流出を抑制することができる。
【００８７】
特に、エンジン始動時や低出力運転等の排気低温時に、触媒の活性温度域に短い時間で昇温できるよう触媒の加熱に必要な燃料を排気管内噴射によって供給する場合に、触媒温度の変化に対応させて、燃料供給量と燃焼に必要な空気量を精密に制御しながら供給することで、排気ガス浄化装置５の下流側への未燃燃料（ＨＣ）の排出を抑制することができる。
【００８８】
また、排気ガス温度が低下することをエンジン２に供給される燃料量とエンジン回転数から検知して、排気ガス浄化装置５の上流側に供給する燃料Ｆの量と空気Ａｃの量（酸素量）を制御することにより、触媒温度が活性温度域よりも低温側へ外れることを抑制できる。
【００８９】
更に、排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、リッチ空燃比制御の中で行われる排気管内直接燃料噴射において、排気ガス貯蔵容器１４から供給される排気ガスＧｃを停止して、空気貯蔵容器２１から供給される空気Ａｃに切り替えることで、容易に、リッチ空燃比制御の終了時を含んで予め設定した時間（短時間、例えば、１秒〜１０秒程度）の間だけ空気Ａｃを排気ガス処理装置５の上流側の排気通路２内に噴射することができる。
【００９０】
これにより、エンジン２の運転が通常のリーン空燃比状態に戻って、排気ガス浄化装置５に流入する排気ガスＧ中の酸素濃度が増加するまでの間の短時間だけ、排気通路４に空気Ａｃを供給して、リッチ空燃比制御時に、排気ガス浄化装置５の触媒上の酸素と反応できず、下流側に流出するＨＣを、酸化し除去することができるようになる。
【００９１】
また、リッチ空燃比制御を終了し、通常運転状態（リーン空燃比状態）に戻すときの、吸気制御による排気ガスＧ中の酸素濃度の増加を、時間的に緩慢にすることが可能となり、その結果、吸気制御において、吸気Ａの急激な増加が不要になるため、エンジン吸入空気量を緩やかに増加することができるようになる。従って、リッチ空燃比制御後に、吸気制御と燃料噴射量の制御を併せて行うことにより、エンジン出力が急激に増加することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の実施の形態の排気ガス浄化システムの構成を示す図である。
【図２】ガス混合式燃料噴射弁の一例を模式的に示す図である。
【図３】燃料噴射量、排気ガス噴射量、空気噴射量の各制御指示信号とエンジンから排出される排気ガス中の酸素濃度と目標λ値との関係を示す図である。
【図４】排気ガス貯蔵容器への排気ガスの充填制御の制御フローの一例を示す図である。
【図５】排気ガス貯蔵容器内における酸素濃度制御の制御フローの一例を示す図である。
【図６】燃料噴射アシスト処理の制御スローの一例を示す図である。
【図７】ＥＧＲアシスト処理の制御スローの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００９３】
１ 排気ガス浄化システム
２ エンジン
２ａ 排気マニホールド
４ 排気通路
５ 排気ガス浄化装置
６ 燃料噴射弁
７ 吸気通路
８ ＥＧＲ通路
９ ＥＧＲクーラー
１０ ＥＧＲ弁
１１ｃ 第３燃料配管（洗浄配管ライン）
１２ 排気ガス駆動ポンプ（ガスポンプ）
１３ 排気ガス冷却装置
１４ 排気ガス貯蔵容器
１７ａ 第１排気ガス通路
１７ｂ 第２排気ガス通路
１７ｃ 第３排気ガス通路
１７ｄ 第４排気ガス通路
１７ｅ 第５排気ガス通路（排気ガス配管ライン）
１８ 第１排気ガス流量調整弁
１９ 第２排気ガス流量調整弁（第２ＥＧＲ弁）
２０ エアーポンプ
２１ 空気貯蔵容器
２１ａ 第１空気用開閉弁
２１ｂ 第２空気用開閉弁
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 空気用配管
２３ 空気流量調整弁
Ａ 新気（空気）
Ａｃ 圧縮された空気
Ｆ 燃料
Ｇ 排気ガス
Ｇｃ 圧縮された排気ガス
Ｇｅ ＥＧＲガス
Ｗ エンジンの冷却水
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス貯蔵容器に貯蔵した排気ガスを、排気ガス浄化装置の上流側の排気通路に単独で、又は、燃料と混合して噴射する排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法において、リッチ空燃比制御の後で排気ガス浄化装置の下流側に排出される未燃燃料を酸化除去することができる排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ガスを浄化するための装置の一つに、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）の浄化のためのＮＯｘ浄化触媒装置がある。このＮＯｘ浄化触媒装置の一つに、アルカリ金属又はアルカリ土類金属を貴金属と共に担持して、酸素過剰な排気ガス中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化して硝酸塩として触媒上に吸着させて、ＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持した装置がある。
【０００３】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排気ガスが酸素過剰なリーン空燃比状態では、ＮＯｘを吸蔵し、酸素濃度が低いか、空燃比が１より小さいリッチ空燃比状態では、吸蔵したＮＯｘを放出すると共に、この放出されたＮＯｘを還元雰囲気中で還元して、ＮＯｘを低減する。
【０００４】
このＮＯｘ浄化触媒は、ディーゼルエンジンのようなリーン空燃比状態が継続すると、ＮＯｘ吸蔵材であるアルカリ金属又はアルカリ土類金属の殆どが硝酸塩に変化し、ＮＯｘ吸蔵能力を失うので、ＮＯｘ浄化機能を維持するために、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和に達する前に、排気ガス中の酸素濃度を下げて一時的にリッチ空燃比状態にしてＮＯｘ吸蔵材からＮＯｘを放出させる再生処理を、一定の時間間隔やＮＯｘ吸蔵量の蓄積量を監視して、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和に近づいたときに行っている。
【０００５】
この再生処理のための制御では、エンジンの出力を低下させない程度に、シリンダ内への流入空気量を減らして酸素濃度を下げる吸気制御に加えて、排気ガスの一部を再び燃焼室内に戻すＥＧＲ（排気再循環）制御を行っている。また、更に、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気ガス中の酸素濃度を更に下げる必要がある場合には、エンジンのシリンダ内燃料噴射制御において、ピストンの膨張行程において燃料を添加するポスト噴射制御や、ＮＯｘ浄化触媒の上流側の排気通路に燃料を直接噴射して、ＮＯｘ浄化触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチにする排気管内直接燃料噴射制御等を行っている。
【０００６】
吸気制御においては、空気は温度によって体積が大きく変化するが、空気中に含まれている酸素の重量量（モル量）は体積が増えても一定であるため、吸気の温度によって、シリンダ内に入る酸素の供給量（重量量）は変化する。吸気が高温の場合には、空気の膨張によりシリンダ内に入る吸気の重量量は減少するので酸素の供給量が減少し、エンジンの出力が低下する。この現象に対して、ＥＧＲガスをＥＧＲ通路に設けたＥＧＲクーラーで冷却し、ＥＧＲガスの温度と、ＥＧＲガスと混合する吸気の温度を下げて、シリンダ内に入る空気量及び酸素量を増加をすることが行われている。
【０００７】
しかしながら、ディーゼルエンジンのエンジン出力が少ない場合や始動直後の排気低温域の運転状態では、ピストンの膨張行程で燃料をシリンダ内に添加するポスト噴射制御では、燃料の軽油の沸点は２００℃以上であるので、ポスト噴射された燃料の一部が液滴状態のまま、ＥＧＲクーラーを通過して、ＥＧＲクーラーの冷却配管の表面に付着及び堆積し、ＥＧＲクーラーの冷却性能を悪化させてしまうという問題がある。
【０００８】
ＥＧＲクーラーの冷却性能が悪化すると、ＥＧＲガスの温度が上昇して、シリンダ内に入る吸気と混合する際に、ＥＧＲガスにより吸気が暖められて吸気の温度が上昇するので、この温度上昇分だけ吸気の体積が増加し、重量換算での吸気量が減少する。従って、必要なの酸素量を確保するためには、ＥＧＲガスの流量を減らす必要が生じる。しかしながら、ＥＧＲガス量を減少すると、シリンダ内の燃焼温度は上昇し、ＮＯｘの生成が活発になるので、エンジンから排出される排気ガスのＮＯｘ量が増加する。
【０００９】
これに関連して、ＥＧＲ通路に排気ガスを吸引して圧縮する手段（ポンプ）と圧縮排気ガスタンクを設けて、この圧縮排気ガスタンクから多量のＥＧＲガスを燃焼室に供給して煤の発生を減少する圧縮着火式内燃機関が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、ＥＧＲ通路の入口にエアを供給してＥＧＲ通路中の排ガス温度を所定の温度未満に低減して、排ガスの還流量を増大するターボチャージャ付エンジンの排ガス浄化装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−３２４４５７公報
【特許文献２】特開平９−８８７２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
これに対応するために、本発明者は、排気ガスに対する浄化性能を回復するために排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要がある排気ガス浄化装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、排気マニホールド又は排気通路又はＥＧＲ通路から排気ガスを吸引して排気ガス貯蔵容器に貯蔵するための排気ガス貯蔵システムと、排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、前記排気ガス貯蔵容器から供給される排気ガスを単独で、又は、燃料と混合して、前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射する噴射弁を備えた排気ガス浄化システムを考えた。
【００１１】
このＮＯｘ浄化型触媒等を用いる排気ガス浄化システムでは、リーン空燃比状態において十分な浄化性能を維持するためには、一定期間毎に、又は、浄化能力が予め設定した値より低下したと判定されたときに、リッチ空燃比制御を行い、酸素の少ない還元雰囲気状態で、触媒中の酸素を消費しながら、触媒の浄化能力を回復する。
【００１２】
しかしながら、熱劣化等により触媒が劣化して触媒の酸化活性が低下した場合や、高価な貴金属の担持量を減らして触媒の酸化活性が低い場合においては、触媒の温度が、触媒反応に十分な温度域にあっても、未燃燃料（未燃ＨＣ）や排気ガス中のＨＣの一部が酸素と反応できずに排気ガス浄化装置の下流側に流出し、ＨＣ浄化性能が悪化する。
【００１３】
特に、排気通路内に直接燃料を噴射する排気管内直接燃料噴射の場合に、噴射した燃料の一部が液滴の状態で下流側の排気ガス浄化装置内の触媒に流入して付着してから蒸発するので、リッチ空燃比制御の後半でＨＣ濃度（炭化水素濃度）が高くなる。しかしながら、このＨＣ濃度が高くなる時点では、既に触媒雰囲気が低酸素濃度状態になっているので、ＨＣを酸化反応によって浄化する機能が低下してしまっている。この傾向は触媒が劣化した場合や貴金属の担持量の少ない場合ほど強い。
【００１４】
この対策として、エンジン入口側の吸入空気量を増加して、触媒に供給される酸素の量を増加させる方法があるが、エンジン出口側に配置された排気ガス浄化装置に対しては、酸素量が増加するまでに時間遅れが生じるため、ＨＣの流出を十分に防止することはできない。
【００１５】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、排気ガスに対する浄化性能を回復するために排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要がある排気ガス浄化装置を備え、排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、排気ガス浄化装置に流入する排気ガス中の酸素濃度を効率よく低減できる排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法において、リッチ空燃比制御の後で排気ガス浄化装置の下流側に排出される未燃燃料を酸化除去することができる排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムは、排気ガスに対する浄化性能を回復するために排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要がある排気ガス浄化装置を備えると共に、排気マニホールド又は排気通路又はＥＧＲ通路から排気ガスを吸引して排気ガス貯蔵容器に貯蔵するための排気ガス貯蔵システムと、排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、前記排気ガス貯蔵容器から供給される排気ガスを単独で、又は、燃料と混合して、前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射する噴射弁を備えた排気ガス浄化システムにおいて、空気を空気貯蔵容器に貯蔵するための空気貯蔵システムを備え、前記空気貯蔵容器から供給される空気を単独で、又は、燃料と混合して、前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射するように構成される。
【００１７】
この構成によれば、空気貯蔵容器（エアータンク）に貯蔵された空気を単独で、又は、燃料と混合して噴射するので、適時、空気を排気ガス処理装置の上流側に供給することができる。そのため、この空気中の酸素により、排気ガス浄化装置の触媒上で蒸発して生成されたガス化ＨＣを酸化除去し、その流出を抑制することができる。
【００１８】
特に、エンジン始動時や低出力運転等の排気低温時に、触媒の活性温度域に短い時間で昇温できるよう触媒の加熱に必要な燃料を排気管内噴射によって供給する場合に、触媒温度の変化に対応させて、燃料供給量と燃焼に必要な空気量を精密に制御しながら供給することで、排気ガス浄化装置の下流側への未燃燃料（ＨＣ）の排出を抑制することができる。
【００１９】
また、排気ガス温度が低下することをエンジンに供給される燃料量とエンジン回転数から検知して、排気ガス浄化装置の上流側に供給する燃料と空気量（酸素量）を制御することにより、触媒温度が活性温度域よりも低温側へ外れることを抑制できる。
【００２０】
また、硫黄被毒からの回復のための脱硫処理（硫黄脱離処理）においては、排気ガス浄化装置の触媒に流入する排気ガス中に、適量の燃料と空気を供給して燃料を燃焼させることにより、触媒を高温に加熱し、脱硫可能な温度（７００℃付近）の還元雰囲気に保つことができるようになる。なお、この脱硫処理中で高温雰囲気となっている排気ガス中に噴射された燃料の一部は燃料粒子の周囲の酸素が不足することによって炭素粒子になり易いが、この炭素粒子化を空気との混合の促進により抑制できる。
【００２１】
上記の排気ガス浄化システムにおいて、前記排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、このリッチ空燃比制御の終了時を含んで予め設定した時間の間のみ、前記空気貯蔵容器から供給される空気を前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射するように構成される。
【００２２】
この構成によれば、リッチ空燃比制御の中で行われる排気管内直接燃料噴射において、排気ガス貯蔵容器から供給される排気ガスを停止して、空気貯蔵容器から供給される空気に切り替えることで、容易に、リッチ空燃比制御の終了時を含んで予め設定した時間（短時間、例えば、１秒〜１０秒程度）の間だけ空気を排気ガス処理装置の上流側の排気通路内に噴射することができる。なお、この空気単独の噴射の開始時点や期間の長さ(設定時間)は、エンジンや排気ガス浄化装置までの排気通路の長さ等の影響を受けるが、対象とするエンジンや排気ガス処理システムに対して、事前の実験や数値解析などの結果から予め設定しておくことができる。
【００２３】
これにより、エンジンの運転が通常のリーン空燃比状態に戻って、排気ガス浄化装置に流入する排気ガス中の酸素濃度が増加するまでの間の短時間だけ、排気通路に空気を供給して、リッチ空燃比制御時に、排気ガス浄化装置の触媒上の酸素と反応できず、下流側に流出するＨＣを、酸化し除去することができるようになる。
【００２４】
また、リッチ空燃比制御を終了し、通常運転状態（リーン空燃比状態）に戻すときの、吸気制御による排気ガス中の酸素濃度の増加を、時間的に緩慢にすることが可能となり、その結果、吸気制御において、吸気の急激な増加が不要になるため、エンジン吸入空気量を緩やかに増加することができるようになる。従って、リッチ空燃比制御後に、吸気制御と燃料噴射量の制御を併せて行うことにより、エンジン出力が急激に増加することを抑制できる。
【００２５】
あるいは、上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムは、排気ガスに対する浄化性能を回復するために排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要がある排気ガス浄化装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、空気を空気貯蔵容器に貯蔵し、この空気貯蔵容器から供給される空気を単独で、又は、燃料と混合して、前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射する手段を備えると共に、前記排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、このリッチ空燃比制御の終了時を含んで予め設定した時間の間のみ、前記空気貯蔵容器から供給される空気を前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射するように構成される。この構成によれば、上記と同様の効果を奏することができる。
【００２６】
そして、上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化方法は、排気ガスに対する浄化性能を回復するために排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要がある排気ガス浄化装置を備え、排気マニホールド又は排気通路又はＥＧＲ通路から排気ガスを吸引して排気ガス貯蔵容器に貯蔵し、排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、前記排気ガス貯蔵容器から供給された排気ガスを単独で、又は、燃料と混合して、前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路に噴射する排気ガス浄化システムの排気ガス浄化方法において、空気を空気貯蔵容器に貯蔵し、この空気貯蔵容器から供給される空気を単独で、又は、燃料と混合して、前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射することを特徴とする方法である。
【００２７】
また、上記の排気ガス浄化方法において、前記排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、このリッチ空燃比制御の終了時を含んで予め設定した時間の間のみ、前記空気貯蔵容器から供給される空気を前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射するようにする。
【００２８】
あるいは、上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化方法は、排気ガスに対する浄化性能を回復するために排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要がある排気ガス浄化装置と、空気を空気貯蔵容器に貯蔵し、この空気貯蔵容器から供給される空気を単独で、又は、燃料と混合して、前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射する手段を備えた排気ガス浄化システムの排気ガス浄化方法において、前記排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、このリッチ空燃比制御の終了時を含んで予め設定した時間の間のみ、前記空気貯蔵容器から供給される空気を前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射することを特徴とする方法である。
【００２９】
これらの排気ガス浄化方法によれば、上記の排気ガス浄化システムと同様な作用効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係る排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法によれば、空気貯蔵容器に貯蔵された空気を単独で、又は、燃料を混合して噴射するので、空気を排気ガス処理装置の上流側に供給することができる。そのため、この空気中の酸素により、排気ガス浄化装置でガス化したＨＣを酸化除去し、その流出を抑制することができる。
【００３１】
特に、エンジン始動時や低出力運転等の排気低温時において、触媒の加熱に必要な燃料を排気管内噴射によって供給する場合に、未燃燃料の排出を抑制するよう触媒温度の変化に対応させて燃料供給量と燃焼に必要な空気量を精密に制御しながら供給することができるようになる。また、排気ガス温度が低下することをエンジンに供給される燃料量とエンジン回転数を基に、排気ガス浄化装置の上流側に供給する燃料と空気量（酸素量）を制御することで、触媒温度の低下を抑制できるようになる。
【００３２】
また、硫黄被毒からの回復のための脱硫処理（硫黄脱離処理）においては、排気ガス浄化装置の上流側に、燃料量と空気量を制御しながら、燃料と空気を供給することで、適度に燃料を燃焼させながら触媒を加熱し、脱硫に必要な高温の雰囲気を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス浄化システム及び排気ガス浄化方法について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の実施の形態の排気ガス浄化システム１の構成を示す。
【００３４】
この排気ガス浄化システム１は、エンジン（内燃機関）２の排気マニホールド２ａの出口の排気通路４にターボチャージャ３のタービン３ａが設けられ、更に、排気通路４に、排気ガス浄化装置５が配設されている。また、この排気ガス浄化装置５の上流側に燃料噴射弁６が配置されている。
【００３５】
この排気ガス浄化装置５は、排気ガスＧ中の有害成分を浄化する触媒を担持したＮＯｘ浄化触媒ユニット等の幾つかの排気ガス浄化ユニットの組み合わせで形成される。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持したＮＯｘ浄化触媒ユニットを用いる場合には、このＮＯｘ浄化触媒ユニットは、排気ガス中のＮＯｘを浄化するために、モノリス触媒で形成される。このモノリス触媒のコージェライトハニカム等の担持体に酸化アルミニウム、酸化チタン等の触媒コート層を設ける。この触媒コート層に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の触媒金属と、バリウム（Ｂａ）等のＮＯｘ吸蔵材（ＮＯｘ吸蔵物質）とからなるＮＯｘ吸蔵還元触媒を担持させて構成される。
【００３６】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、酸素濃度が高い排気ガスの状態、即ち、リーン空燃比状態の時に、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ吸蔵材が吸蔵することにより、排気ガス中のＮＯｘを浄化し、酸素濃度が低いか空燃比が１より小さいリッチ空燃比状態か、あるいは、空燃比が１のストイキ空燃比状態の時に、吸蔵したＮＯｘを放出すると共に、この放出されたＮＯｘを触媒金属の触媒作用により還元することにより、大気中へのＮＯｘの流出を防止する。
【００３７】
このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、リーン空燃比状態が継続すると、ＮＯｘ吸蔵材が硝酸塩に変化してしまうため、ＮＯｘ吸蔵能力が飽和する前に、排気ガスＧをリッチ空燃比状態にする再生制御を行って、吸蔵したＮＯｘを放出及び還元して、ＮＯｘ吸蔵能力を回復している。
【００３８】
なお、この実施の形態では、排気ガス浄化装置５としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持したＮＯｘ浄化ユニットを用いた例を示すが、これに限定されず、排気ガスに対する浄化性能を回復するために排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要がある排気ガス浄化装置であればよい。例えば、硫黄被毒を回復する必要がある酸化触媒（ＤＯＣ）や選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）や触媒付きフィルタ等の排気ガス浄化ユニットであってもよい。
【００３９】
また、燃料噴射弁６は、図２に示すような外部混合式噴射弁などのガス混合式噴射弁で構成され、排気ガスＧｃと燃料Ｆとを混合した状態で、排気ガス浄化装置５の上流側の排気通路２に直接噴射するように構成される。この燃料Ｆの供給はエンジンやモーターを駆動源とする燃料ポンプによって昇圧により行われ、この燃料Ｆの供給のＯＮ−ＯＦＦと流量調整は図１に示す燃料流量調整弁６ｃにより行われる。
【００４０】
一方、エンジン２の吸気マニホールド２ｂには、ターボチャージャ３のコンプレッサ３ｂが設けられた吸気通路７が接続されて設けられる。また、更に、排気マニホールド２ａと吸気通路７とを連結するＥＧＲ通路（排気再循環通路）８が設けられ、このＥＧＲ通路８にＥＧＲクーラー９とＥＧＲ弁１０とが設けられる。このＥＧＲクーラー９はエンジン２の冷却水等でＥＧＲガスＧｅを冷却するための冷却装置である。また、ＥＧＲ弁１０はＥＧＲガスＧｅの流量を調整する手段であり、ＥＧＲ弁１０を全閉するとＥＧＲガスＧｅの供給が止まりＥＧＲが停止される。
【００４１】
また、燃料タンク（図示しない）に貯蔵された燃料Ｆを燃料ポンプ（図示しない）で昇圧し、この昇圧された燃料Ｆを各シリンダに供給するための第１燃料配管１１ａと、燃料Ｆを燃料噴射弁６に供給するための第２燃料配管１１ｂとを設けて構成する。更に、排気ガス貯蔵システムを設けて構成する。この排気ガス貯蔵システムは、排気ガスＧｃを吸引する排気ガス駆動ポンプ（コンプッレサ等のガスポンプ）１２と吸引して圧縮した排気ガスＧｃを冷却する排気ガス冷却装置１３と排気ガス貯蔵容器１４を有して構成される。
【００４２】
排気ガス駆動ポンプ１２と、排気マニホールド２ａとＥＧＲクーラー９との間のＥＧＲ通路８とを第１排気ガス通路１７ａで接続する。この第１排気ガス通路１７ａを経由して、排気ガス駆動ポンプ１２の駆動により、排気ガスＧの一部である排気ガスＧｃをＥＧＲクーラー９の上流側から吸引して、第２排気ガス通路１７ｂと排気ガス冷却装置１３の第１開閉弁１３ａを経由して排気ガス冷却装置１３に供給する。この排気ガスＧｃの吸引は、ＥＧＲ通路８に限定されず、排気マニホールド２ａからでも、排気通路７からでもよい。
【００４３】
排気ガス冷却装置１３では、第１開閉弁１３ａと第２開閉弁１３ｂを開弁することで、供給された排気ガスＧｃを熱交換器である排気ガス冷却装置１３の内部の冷却用排気ガス通路を通過させて、冷却水配管１３ｅから供給されるエンジン冷却水Ｗで冷却し、第３排気ガス通路１７ｃ経由で排気ガス貯蔵容器１４に供給する。この排気ガス冷却装置１３により、排気ガス貯蔵容器１４に貯蔵する前に、排気ガスＧｃを冷却することができるので、より多くの排気ガスＧｃを排気ガス貯蔵容器１４内に貯蔵することができるようになる。また、この排気ガス冷却装置１３では、排気ガスＧｃの温度Ｔｇが予め設定した設定ガス温度Ｔｇｃ以下になるように冷却しながら、エンジンの排気ガスＧｃ中に含まれている未燃燃料や水分を分離する。
【００４４】
更に、この排気ガス冷却装置１３においては、冷却性能の低下を防止するために、排気ガス冷却装置１３内部の排気ガスの通路である冷却用排気ガス通路を燃料Ｆで洗浄する洗浄配管ラインを設ける。この洗浄配管ラインは、第３燃料配管１１ｃと第３開閉弁１３ｃと第４開閉弁１３ｄとから構成される。
【００４５】
第１開閉弁１３ａと第２開閉弁１３ｂを閉弁して、第３開閉弁１３ｃと第４開閉弁１３ｄを開弁することにより、排気ガス通冷却用路に流れる排気ガスＧｃを燃料Ｆに切り替えて、冷却用排気ガス通路を燃料Ｆで洗浄するように構成する。なお、この洗浄後の燃料Ｆは第４開閉弁１３ｄから第３燃料配管１１ｃ経由で燃料タンク（図示しない）に戻される。なお、この洗浄後の燃料Ｆに含まれる水分は燃料系統で分離される。
【００４６】
洗浄後は、第３開閉弁１３ｃと第４開閉弁１３ｄを閉弁して、第１開閉弁１３ａと第２開閉弁１３ｂを開弁することにより、冷却用排気ガス通路に流れる燃料Ｆを排気ガスＧｃに切り替える。この場合に、洗浄後に、排気ガス冷却装置１３の冷却用排気ガス通路に燃料Ｆの一部が残留したとしても、排気管内直接噴射用の燃料直接噴射弁６に供給されるか、吸気通路７に供給されてＥＧＲガスＧｅに含まれてシリンダ内に入るので、洗浄の際の残留燃料による問題は生じない。
【００４７】
また、排気ガス貯蔵容器１４は、金属製等の高圧に耐えられる容器で形成され、排気ガス駆動ポンプ１２で圧縮された排気ガスＧｃを貯蔵する。この排気ガス貯蔵容器１４には、第５開閉弁１４ａと第６開閉弁１４ｂと安全弁１４ｃとが設けられる。第５開閉弁１４ａと排気ガス冷却装置１３の第２開閉弁１３ｂとの間は第３排気ガス通路１７ｃで接続される。また、排気ガス貯蔵容器１４で貯蔵される排気ガスＧｃの酸素濃度を検出するための空気過剰率センサ（λセンサ）１５と内部の排気ガスＧｃの圧力を検出するための圧力センサ１６が設けられる。
【００４８】
この第５開閉弁１４ａと第１開閉弁１３ａと第２開閉弁１３ｂの３つの弁の開弁と排気ガス駆動ポンプ１２の駆動により、排気ガスＧｃがＥＧＲクーラー９の上流側から吸引されて排気ガス貯蔵容器１４に貯蔵される。なお、排気ガス貯蔵容器１４内のガス圧Ｐｇが予め設定した設定圧力Pｇｃ以上になった場合には、排気ガス貯蔵容器１４の第６開閉弁１４ｂと燃料噴射弁６との間を接続する第４排気ガス通路１７ｄ経由で排気ガス浄化装置５の上流側の排気通路４に排気ガスＧｃを排出し、排気ガス貯蔵容器１４内のガス圧Ｐｇが高くなり過ぎないようにする。更に、第４排気ガス通路１７ｄには第２排気ガス流量調整弁１９を設ける。
【００４９】
排気管内直接燃料噴射では、ガス混合式噴射弁の燃料噴射弁６で、排気ガス貯蔵容器１４から供給された排気ガスＧｃを燃料Ｆと共に噴射して、燃料Ｆと排気ガスＧｃを混合するので燃料Ｆを微粒化できる。この噴射時には、燃料噴射弁の外側に高圧の排気ガスＧｃを燃料Ｆとの混合のために噴射するが、燃料Ｆと排気ガスＧｃとの相対速度を大きくして、燃料Ｆの液滴をせん断作用を利用して微粒化するのが好ましい。この微粒化により、排気通路４内における燃料Ｆの燃焼を促進することができる。
【００５０】
それと共に、排気通路４内へ排気ガスＧｃを供給して、排気ガス浄化装置５に流入する排気ガスＧの酸素濃度を低下させる。この排気ガスＧの酸素濃度の低下に関しては、酸素濃度の低い排気ガスＧｃを供給するので、空気で燃料を微細化する場合に比べて、著しく効率的に低下させることができる。なお、燃料流量調整弁６ｃのみを閉弁して燃料Ｆの供給のみを停止すれば、排気ガスＧｃのみの供給となり、この排気ガスＧｃのみの供給で排気ガス浄化装置５に流入する排気ガスＧの酸素濃度を低下させることもできる。
【００５１】
また、排気ガス貯蔵容器１４で冷却された排気ガスＧｃを使用するため、排気通路４を流れる排気ガスＧの温度よりも、燃料噴射弁６の噴射ノズル６ａの温度を下げることができる。これにより、噴射ノズル６ａ内で燃料Ｆが高温のために固形化して生じる噴射ノズル６ａの目詰まりや、この目詰まりに起因する噴射ノズル６ａの内径の変化に伴う燃料Ｆの流量の変化を、言い換えれば、燃料噴射量の変化を抑制することができる。この場合、図２に示すように、燃料噴射弁６の燃料Ｆを噴射する噴射ノズル６ａに熱電対などで形成される温度センサ６ｂを設けて、この温度センサ６ｂで検出される噴射ノズル６ａの温度が所定の温度以上になったら、排気ガスＧｃを流して冷却するように構成することが好ましい。
【００５２】
更に、本発明においては、ＥＧＲに排気ガス貯蔵容器１４で冷却された排気ガスＧｃを使用するため、排気ガス配管ラインを設けて、吸気通路７に接続する。この排気ガス配管ラインは、第２ＥＧＲ通路とも呼ぶべきもので、第５排気ガス通路１７ｅとこの第５排気ガス通路１７ｅに設けた第２排気ガス流量調整弁（第２ＥＧＲ弁）１９とから形成される。なお、この排気ガス配管ラインは、吸気通路７の代わりに、吸気マニホールド２ｂ又はＥＧＲ通路８に接続しても良い。
【００５３】
この第２排気ガス流量調整弁１９と第６開閉弁１４ｂを開弁し、第２排気ガス流量調整弁１９で排気ガスＧｃの流量を調整することにより、排気ガス貯蔵容器１４の昇圧した排気ガスＧｃを吸気通路７に供給し、この昇圧した排気ガスＧｃをＥＧＲガスの一部又は全部として使用することができる。なお、排気ガス貯蔵容器１４のガス圧Ｐｇが低下して再充填する場合には、第２排気ガス流量調整弁１９を閉弁し、ＥＧＲ弁１０の開弁と流量調整により、従来技術と同様にＥＧＲ通路７経由でＥＧＲを行い、エンジン２からのＮＯｘ排出量の増加を防止する。
【００５４】
この方法によれば、排気ガス貯蔵容器１４で冷却された低温の排気ガスＧｃにより、シリンダ内の新気吸入量の増加と燃焼温度の低下を図ることができる。また、高圧の排気ガスｃを吸気マニホールド２ｂ内に供給するので、吸気圧や排気圧に関係なく、最適なタイミングでシリンダ内に排気ガスＧｅを供給することができる。そのため、ＮＯｘの発生をより確実に低減することができる。その上、高圧の排気ガスＧｃを吸気通路７に供給することで、ＥＧＲ用の排気ガスＧｃの供給を短時間で完了することができる。
【００５５】
そして、本発明においては、更に、エアーポンプ２０、空気貯蔵容器２１、第１空気用開閉弁２１ａ，第２空気用開閉弁２１ｂ、空気用配管２２ａ、２２ｂ、２２ｃと空気流量調整弁２３を有する空気貯蔵システムを設けて構成する。この空気貯蔵システムは、空気Ａｃを空気貯蔵容器２１に貯蔵するためのシステムである。
【００５６】
このエアーポンプ２０は、第１空気用配管２２ａから空気Ａを吸引して、圧縮して昇圧し、圧縮された空気Ａｃとして第２空気用配管２２ｂから送り出す。空気貯蔵容器２１は金属製の容器で形成され、高圧の空気Ａｃを貯蔵する。この空気貯蔵容器２１の入口側に第１空気用開閉弁２１ａが、出口側に第２空気用開閉弁２１ｂが設けられる。第２空気用配管２２ｂは、エアーポンプ２０の出口と第１空気用開閉弁２１ａを接続して設けられ、第３空気用配管２２ｂは、第２空気用開閉弁２１ｂと燃料噴射弁６とを接続して設けられる。空気流量調整弁２３は、空気Ａｃの流量を調整するための弁であり、第３空気用配管２２ｂに設けられる。
【００５７】
これらの構成により、燃料流量調整弁６ｃの閉弁、又は、開弁と流量調整により、空気貯蔵容器２１から供給される空気Ａｃを単独で、又は、燃料Ｆと混合して、排気ガス処理装置５の上流側の排気通路４内に噴射することができるようになる。つまり、燃料噴射の燃料流量を調整する燃料流量調整弁６ｃを全閉すれば、空気Ａｃのみ、排気ガスＧｃのみを排気ガス浄化装置５の上流側に供給できる。また、空気流量調整弁２３と第１排気ガス流量調整弁１８を操作することにより、燃料噴射を補助するガスを空気Ａと排気ガスＧｃとの間で切り替えできるようになる。
【００５８】
また、排気ガスＧｃを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、このリッチ空燃比制御の終了時を含んで予め設定した時間（１秒〜１０秒程度の短時間）の間のみ、空気貯蔵容器２１から供給される空気Ａｃを排気ガス処理装置５の上流側の排気通路４内に噴射するように構成する。
【００５９】
これにより、エンジン２側の制御により、排気ガス浄化装置５に流入する排気ガスＧ中の酸素濃度が増える前にこの排気ガス浄化装置５の直前の位置（上流）から空気Ａｃを送ることで、排気ガス浄化装置５の触媒上で蒸発して生成されたガス化ＨＣを酸化して除去できるので、その流出を抑制することができる。この空気Ａｃの供給を、排気ガス浄化装置５に流入する排気ガスＧ中の酸素濃度が高くなるまでの短時間だけ行う。
【００６０】
次に、上記の構成の排気ガス浄化システム１における排気ガス浄化方法について説明する。本発明においては、上記の目的を達成するための本発明の排気ガス浄化システムは、必要に応じて、空気貯蔵容器２１から供給される空気Ａｃを単独で、又は、燃料Ｆと混合して、排気ガス処理装置５の上流側の排気通路４内に噴射する。
【００６１】
この排気ガス浄化方法によれば、この空気Ａｃ中の酸素により、排気ガス浄化装置５の触媒上で蒸発して生成されたガス化ＨＣを酸化除去し、その流出を抑制することができる。特に、エンジン始動時や低出力運転等の排気低温時に、排気ガス浄化装置５の触媒の活性温度域に短い時間で触媒を昇温できるように、触媒の加熱に必要な燃料Ｆを排気管内噴射によって供給する場合に、触媒温度の変化に対応させて、燃料供給量と燃焼に必要な空気量を精密に制御しながら供給することができ、排気ガス浄化装置５の下流側への未燃燃料（ＨＣ）の排出を抑制することができる。
【００６２】
また、排気ガス温度が低下することをエンジン２に供給される燃料量とエンジン回転数から検知して、排気ガス浄化装置５の上流側に供給する燃料Ｆと空気貯蔵容器２１からの空気Ａｃの量（酸素量）を制御することにより、触媒温度が活性温度域よりも低温側へ外れることを抑制できる。
【００６３】
また、硫黄被毒からの回復のための脱硫処理（硫黄脱離処理）においては、排気ガス浄化装置５の触媒に流入する排気ガス中に、適量の燃料Ｆと空気Ａｃを供給して燃料Ｆを燃焼させることにより、触媒を高温に加熱し、脱硫可能な温度（７００℃付近）の還元雰囲気に保つことができるようになる。なお、この脱硫処理中で高温雰囲気となっている排気ガスＧ中に噴射された燃料Ｆの一部は燃料粒子の周囲の酸素が不足することによって炭素粒子になり易いが、この炭素粒子化を空気との混合の促進により抑制できる。
【００６４】
更に、本発明においては、排気ガスＧを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、このリッチ空燃比制御の終了時を含んで予め設定した時間の間のみ、空気貯蔵容器２１から供給される空気Ａｃを排気ガス処理装置５の上流側の排気通路４内に噴射する。
【００６５】
つまり、リッチ空燃比制御の中で行われる排気管内直接燃料噴射において、排気ガス貯蔵容器１６から供給される排気ガスＧｃを停止して、空気貯蔵容器２１から供給される空気Ａｃに切り替えることで、容易に、リッチ空燃比制御の終了時を含んで予め設定した時間（短時間、例えば、１秒〜１０秒程度、あるいはリッチ空燃比制御の期間の２０％〜６０％程度）の間だけ、空気Ａｃを排気ガス処理装置５の上流側の排気通路４内に噴射する。
【００６６】
図３に、このリッチ空燃比制御に関して、燃料噴射量、排気ガス噴射量、空気噴射量の各制御指示信号とエンジン２から排出される排気ガスＧ中の酸素濃度と、空燃比制御の目標λ値との関係を示す。
【００６７】
この排気ガス浄化方法によれば、図３に示すように、リッチ空燃比制御（ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４）では燃料Ｆの噴射（図３では４回に分けて噴射）を、排気ガスＧｃの噴射（図３では連続して噴射）と併せて行い、リッチ空燃比状態を作って、このリッチ空燃比制御により、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のＮＯｘ吸蔵能力を回復したり、あるいは、脱硫制御で触媒の硫黄被毒から回復したりする。このリッチ空燃比制御の終了の後で、エンジン２の運転が通常のリーン空燃比状態（ｔ２〜ｔ３）に戻って、排気ガス浄化装置５に流入する排気ガスＧ中の酸素濃度が増加するまでの間（ｔｃ〜ｔｄ）に対して、リッチ空燃比制御の終了時ｔ２、ｔ３を含む予め設定した時間の間（ｔａ〜ｔｂ）だけ、排気通路４に空気Ａｃを供給する（図３では５回に分けて噴射）。図３では、空気Ａｃは、時刻ｔａ〜時刻ｔ２の間は燃料Ｆと混合して噴射され、時刻ｔ２〜時刻ｔｂの間は燃料Ｆの噴射は停止され、空気Ａｃ単独で噴射される。
【００６８】
これにより、リッチ空燃比制御時に、排気ガス浄化装置５の触媒上の酸素と反応できず、下流側に流出するＨＣを、酸化し除去することができるようになる。従って、このリッチ空燃比制御（ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４）を終了し、通常運転状態（リーン空燃比状態）に戻すとき（ｔ２、ｔ４）において、吸気制御による排気ガスＧ中の酸素濃度の増加（図３の目標λ値）を、従来技術（図３の点線Ｂ）に比べて時間的に緩慢に（図３の実線Ａ）することができるようになる。その結果、吸気制御において、吸気の急激な増加が不要になるため、エンジン吸入空気量を緩やかに増加することができるようになる。従って、リッチ空燃比制御後に、吸気制御と燃料噴射量の制御を併せて行うことにより、エンジン出力が急激に増加することを抑制できる。
【００６９】
なお、この空気Ａｃ単独の噴射の開始時点ｔａや期間の長さ（設定時間）（ｔａ〜ｔｂ）は、エンジン２や排気ガス浄化装置５までの排気通路４の長さ等の影響を受けるが、対象とするエンジン２や排気ガス処理システムに対して、事前の実験や数値解析などの結果から予め設定しておくことができる。
【００７０】
次に、排気ガスＧｃの排気ガス貯蔵容器１４への貯蔵や燃料噴射弁６への供給、ＥＧＲガスの一部又は全部としての吸気通路７への供給について説明する。最初に、排気ガス貯蔵容器１４への排気ガスＧｃの充填処理について説明する。この充填処理は、排気ガス貯蔵容器１４内のガス圧Ｐｇが低い時に排気ガスＧｃを排気ガス貯蔵容器１４に充填するための処理である。この充填処理は、例えば、図４に示すような制御フローに従って行われる。
【００７１】
この充填処理では、エンジンの冷却水温度Ｔｗが予め設定した設定水温Ｔｗｃ（例えば、８０℃）以下では、排気ガスＧｃの充填を行わず、冷却水温度Ｔｗがこの設定水温Ｔｗｃを超えた場合に、第１開閉弁１３ａ、第２開閉弁１３ｂ、第５開閉弁１４ａを開弁し、排気ガス駆動ポンプ１２を駆動し、排気ガスＧｃをＥＧＲ通路８から排気ガス冷却装置１３に供給して充填を開始する（ステップＳ１３）。この８０℃という温度は、暖機運転が終了し、十分にエンジン自体が温まって、空気過剰率λが２を超える、通常の運転状態になる温度である。なお、酸素空気過剰率λが２を超えることにより、酸素濃度が低い排気ガスＧｃとして使用できるようになる。
【００７２】
この充填に際しては、この排気ガス冷却装置１３で、排気ガスＧｃの温度Ｔｇが予め設定した設定ガス温度Ｔｇｃ以下になるように冷却された後に、排気ガス貯蔵容器１４に貯蔵する。このときは、第３開閉弁１３ｃ、第４開閉弁１３ｄ、第６開閉弁１４ｂは閉弁しておく。また、充填中は、圧力センセ１６で排気ガスＧｃのガス圧Ｐｇを検出して監視し、このガス圧Ｐｇが予め設定された第１設定圧力Ｐｇｃを超えたときに、第１開閉弁１３ａ、第２開閉弁１３ｂ、第５開閉弁１４ａを閉弁し、排気ガス駆動ポンプ１２の駆動を停止して排気ガスＧｃの充填を終了する（ステップＳ１６）。これにより、とりあえず、λ＞２の排気ガスＧを充填する。
【００７３】
次に、排気ガス貯蔵容器１４内の酸素濃度維持処理について説明する。この酸素濃度維持処理は、排気ガス貯蔵容器１４内の酸素濃度を適正値に維持するための処理であり、排気ガスＧｃの排気ガス貯蔵容器１４への充填が完了した時点から開始される。この酸素濃度維持処理は、例えば、図５に示すような制御フローに従って行われる。この酸素濃度維持処理では、空気過剰率センサ１５で検出した空気過剰率λｇを検出して監視し、この空気過剰率λｇが予め設定した設定空気過剰率λｇｃ（例えば、２．０）以下の場合はそのままの状態を維持する。
【００７４】
そして、空気過剰率λｇが予め設定した設定空気過剰率λｇｃを超えた場合には、第６開閉弁１４ｂのみ開弁し、排気ガスＧｃを燃料噴射弁６経由等で放出して（ステップＳ２３）、排気ガス貯蔵容器１４内のガス圧Ｐｇが予め設定された第２設定圧力Ｐｇｄ以下になるまで待つ。ガス圧Ｐｇが第２設定圧力Ｐｇｄ以下になった場合に、エンジン２の燃料噴射制御におけるポスト噴射などで、排気ガスＧの空気過剰率ラムダをλｇｃ以下にして、第１開閉弁１３ａ、第２開閉弁１３ｂ、第５開閉弁１４ａを開弁し、排気ガス駆動ポンプ１２を駆動し、排気ガスＧｃをＥＧＲ通路８から排気ガス冷却装置１３に供給して充填を開始する。それと同時に、排気ガスの燃料噴射弁からの放出を停止する（ステップＳ２６）。充填中は、圧力センセ１６で排気ガスＧｃのガス圧Ｐｇを検出して監視し、このガス圧Ｐｇが予め設定された第１設定圧力Ｐｇｃを超えた時には、第１開閉弁１３ａ、第２開閉弁１３ｂ、第５開閉弁１４ａを閉弁し、排気ガス駆動ポンプ１２の駆動を停止して排気ガスＧｃの充填を終了する（ステップＳ２９）。これにより、とりあえず、充填処理で充填したλ＞２の排気ガスＧを、λ≦２の排気ガスＧに入れ換える。
【００７５】
次に、燃料噴射アシスト処理について説明する。この燃料噴射アシスト処理は、排気ガス浄化装置５の排気ガスの浄化能力の回復を目的に、排気ガス浄化装置５に流入する排気ガスＧの空燃比を一時的にリッチ状態にするために、排気管内直接燃料噴射等が必要になったときに行われる処理である。この燃料噴射アシスト処理は、例えば、図６に示すような制御フローに従って行われる。
【００７６】
この燃料噴射アシスト処理では、排気ガスＧｃを第１排気ガス流量調整弁１８で流量調整しながら、燃料噴射弁６に排気ガス貯蔵容器１４で貯蔵した排気ガスＧｃを供給して、この排気ガスＧｃで燃料を微粒化して、排気ガス浄化装置５の上流側の排気通路４に流入する排気ガスＧの酸素濃度を低下させる。なお、燃料噴射をしなくても所望の酸素濃度を実現できるときは、燃料Ｆの供給を止めて排気ガスＧｃのみを排気通路４に流入させる。この燃料噴射アシスト処理は、通常は排気ガスＧｃの貯蔵を終了した状態で行うが、ガス圧Ｐｇが第２設定圧力Ｐｇｄを超えていれば行うことができる。
【００７７】
この燃料噴射アシスト処理の要求があった場合には、図６の制御フローがスタートし、第６開閉弁１４ｂと第１排気ガス流量調整弁１８を開弁し、第４排気ガス通路１７ｄ経由で、排気ガスＧｃを燃料噴射弁６に供給する（ステップＳ３１）。この場合は、第２排気ガス流量調整弁１９を閉弁した状態とすると共に、ＥＧＲを行う場合は通常のＥＧＲ通路８経由で行う。このＥＧＲのためには、ＥＧＲ弁１０を開弁し流量調整を行う。
【００７８】
この排気ガスＧｃの燃料噴射弁６への供給中は、ガス圧Ｐｇを監視し、ガス圧Ｐｇが第２設定圧力Ｐｇｄ以下になった場合に、第１開閉弁１３ａ、第２開閉弁１３ｂ、第５開閉弁１４ａを開弁し、排気ガス駆動ポンプ１２を駆動し、排気ガスＧｃをＥＧＲ通路８から排気ガス冷却装置１３に供給して充填を行う（ステップＳ３４）。この充填中は、圧力センセ１６で排気ガスＧｃのガス圧Ｐｇを検出して監視し、このガス圧Ｐｇが予め設定された第１設定圧力Ｐｇｃを超えた時には、第１開閉弁１３ａ、第２開閉弁１３ｂ、第５開閉弁１４ａを閉弁し、排気ガス駆動ポンプ１２の駆動を停止して排気ガスＧｃの貯蔵を終了する（ステップＳ３７）。
【００７９】
なお、貯蔵が終了したら、第６開閉弁１４ｂを開弁し、排気ガスＧｃを燃料噴射弁６への供給を再開する。そして、供給中止の指令を受けて、燃料噴射アシスト処理の要求がなくなったら、制御を中断して、第６開閉弁１４ｂと第１排気ガス流量調整弁１８を閉弁し、排気ガスＧｃの燃料噴射弁６への供給を停止し（ステップＳ３８）、燃料噴射アシスト処理の制御を終了する。
【００８０】
次に、ＥＧＲアシスト処理について説明する。このＥＧＲアシスト処理は、エンジンが始動直後や低出力運転で排気温度が低いときは、ＥＧＲガスＧｅ中に含まれる燃料は沸点が２００℃以上の軽油であるため、ＥＧＲクーラー９内を一部が液滴状態のまま通過し、この通過過程でＥＧＲクーラー９の内部の冷却配管の表面に付着して堆積し、ＥＧＲクーラー９の冷却性能を低下させてしまう虞があるので、この排気低温時には、ＥＧＲをＥＧＲ通路８経由では行わずに、排気ガス貯蔵容器１４に貯蔵された排気ガスＧｃを用いてＥＧＲを行う処理である。いわば、ＥＧＲクーラー保護処理である。このＥＧＲアシスト処理は、例えば、図７に示すような制御フローに従って行われる。
【００８１】
このＥＧＲアシスト処理では、吸気通路７に排気ガス貯蔵容器１４の貯蔵した排気ガスＧｃを供給してＥＧＲを行う。このＥＧＲアシスト処理は、通常は排気ガスＧｃの貯蔵を終了した状態で行うが、ガス圧Ｐｇが第２設定圧力Ｐｇｄを超えていれば行うことができる。
【００８２】
このＥＧＲアシスト処理の要求があった場合には、図７の制御フローがスタートし、第６開閉弁１４ｂを開弁し、第５排気ガス通路１７ｅ経由で、排気ガスＧｃを第２排気ガス流量調整弁１９に供給する（ステップＳ３１）。この第２排気ガス流量調整弁１９を開弁しＥＧＲ用のガスの流量調整を行う。この場合にはＥＧＲ弁１０は全閉とした状態にする方がＥＧＲ用の排気ガス量の調整が複雑化しない。
【００８３】
このＥＧＲアシスト処理中も、ガス圧Ｐｇを監視し、ガス圧Ｐｇが第２設定圧力Ｐｇｄ以下になった場合には、第２排気ガス流量調整弁１９を閉弁しおて排気ガスＧｃの吸気通路への供給を停止すると共に、第１開閉弁１３ａ、第２開閉弁１３ｂ、第５開閉弁１４ａを開弁し、排気ガス駆動ポンプ１２を駆動し、排気ガスＧｃをＥＧＲ通路８から排気ガス冷却装置１３に供給して充填を行う（ステップＳ３４）。
【００８４】
この充填中は、圧力センセ１６で排気ガスＧｃのガス圧Ｐｇを検出して監視し、このガス圧Ｐｇが予め設定された第１設定圧力Ｐｇｃを超えた時には、第１開閉弁１３ａ、第２開閉弁１３ｂ、第５開閉弁１４ａを閉弁し、排気ガス駆動ポンプ１２の駆動を停止して排気ガスＧｃの充填を終了する（ステップＳ４７）。
【００８５】
また、この充填中のＥＧＲは、第２排気ガス流量調整弁１９を閉弁し、ＥＧＲ弁１０を開弁し、このＥＧＲ弁でＥＧＲガスＧｅの流量調整をして、ＥＧＲ通路８経由でＥＧＲを行う。なお、充填が終了したら、第６開閉弁１４ｂを開弁し、排気ガスＧｃを第２排気ガス流量調整弁１９への供給を再開し（ステップＳ４１）、ＥＧＲ弁１０を全閉すると共に、第２排気ガス流量調整弁１９を開弁し、第２排気ガス流量調整弁１９でＥＧＲ用のガスの流量調整を再開する。そして、供給停止の指令で、ＥＧＲアシスト処理の要求がなくなったら、制御を中断して、第６開閉弁１４ｂと第２排気ガス流量調整弁１９を閉弁する。なお、ＥＧＲ弁１０はそのときのＥＧＲ要求に合わせて弁操作される。
【００８６】
そして、上記の排気ガス浄化システム１及び排気ガス浄化方法によれば、空気貯蔵容器２１に貯蔵された空気Ａｃを単独で、又は、燃料Ｆと混合して噴射するので、適時、空気Ａｃを排気ガス処理装置５の上流側に供給することができる。そのため、この空気Ａｃ中の酸素により、排気ガス浄化装置５の触媒上で蒸発して生成されたガス化ＨＣを酸化除去し、その流出を抑制することができる。
【００８７】
特に、エンジン始動時や低出力運転等の排気低温時に、触媒の活性温度域に短い時間で昇温できるよう触媒の加熱に必要な燃料を排気管内噴射によって供給する場合に、触媒温度の変化に対応させて、燃料供給量と燃焼に必要な空気量を精密に制御しながら供給することで、排気ガス浄化装置５の下流側への未燃燃料（ＨＣ）の排出を抑制することができる。
【００８８】
また、排気ガス温度が低下することをエンジン２に供給される燃料量とエンジン回転数から検知して、排気ガス浄化装置５の上流側に供給する燃料Ｆの量と空気Ａｃの量（酸素量）を制御することにより、触媒温度が活性温度域よりも低温側へ外れることを抑制できる。
【００８９】
更に、排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、リッチ空燃比制御の中で行われる排気管内直接燃料噴射において、排気ガス貯蔵容器１４から供給される排気ガスＧｃを停止して、空気貯蔵容器２１から供給される空気Ａｃに切り替えることで、容易に、リッチ空燃比制御の終了時を含んで予め設定した時間（短時間、例えば、１秒〜１０秒程度）の間だけ空気Ａｃを排気ガス処理装置５の上流側の排気通路２内に噴射することができる。
【００９０】
これにより、エンジン２の運転が通常のリーン空燃比状態に戻って、排気ガス浄化装置５に流入する排気ガスＧ中の酸素濃度が増加するまでの間の短時間だけ、排気通路４に空気Ａｃを供給して、リッチ空燃比制御時に、排気ガス浄化装置５の触媒上の酸素と反応できず、下流側に流出するＨＣを、酸化し除去することができるようになる。
【００９１】
また、リッチ空燃比制御を終了し、通常運転状態（リーン空燃比状態）に戻すときの、吸気制御による排気ガスＧ中の酸素濃度の増加を、時間的に緩慢にすることが可能となり、その結果、吸気制御において、吸気Ａの急激な増加が不要になるため、エンジン吸入空気量を緩やかに増加することができるようになる。従って、リッチ空燃比制御後に、吸気制御と燃料噴射量の制御を併せて行うことにより、エンジン出力が急激に増加することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の実施の形態の排気ガス浄化システムの構成を示す図である。
【図２】ガス混合式燃料噴射弁の一例を模式的に示す図である。
【図３】燃料噴射量、排気ガス噴射量、空気噴射量の各制御指示信号とエンジンから排出される排気ガス中の酸素濃度と目標λ値との関係を示す図である。
【図４】排気ガス貯蔵容器への排気ガスの充填制御の制御フローの一例を示す図である。
【図５】排気ガス貯蔵容器内における酸素濃度制御の制御フローの一例を示す図である。
【図６】燃料噴射アシスト処理の制御スローの一例を示す図である。
【図７】ＥＧＲアシスト処理の制御スローの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００９３】
１ 排気ガス浄化システム
２ エンジン
２ａ 排気マニホールド
４ 排気通路
５ 排気ガス浄化装置
６ 燃料噴射弁
７ 吸気通路
８ ＥＧＲ通路
９ ＥＧＲクーラー
１０ ＥＧＲ弁
１１ｃ 第３燃料配管（洗浄配管ライン）
１２ 排気ガス駆動ポンプ（ガスポンプ）
１３ 排気ガス冷却装置
１４ 排気ガス貯蔵容器
１７ａ 第１排気ガス通路
１７ｂ 第２排気ガス通路
１７ｃ 第３排気ガス通路
１７ｄ 第４排気ガス通路
１７ｅ 第５排気ガス通路（排気ガス配管ライン）
１８ 第１排気ガス流量調整弁
１９ 第２排気ガス流量調整弁（第２ＥＧＲ弁）
２０ エアーポンプ
２１ 空気貯蔵容器
２１ａ 第１空気用開閉弁
２１ｂ 第２空気用開閉弁
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 空気用配管
２３ 空気流量調整弁
Ａ 新気（空気）
Ａｃ 圧縮された空気
Ｆ 燃料
Ｇ 排気ガス
Ｇｃ 圧縮された排気ガス
Ｇｅ ＥＧＲガス
Ｗ エンジンの冷却水
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスに対する浄化性能を回復するために排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要がある排気ガス浄化装置を備えると共に、排気マニホールド又は排気通路又はＥＧＲ通路から排気ガスを吸引して排気ガス貯蔵容器に貯蔵するための排気ガス貯蔵システムと、排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、前記排気ガス貯蔵容器から供給される排気ガスを単独で、又は、燃料と混合して、前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射する噴射弁を備えた排気ガス浄化システムにおいて、空気を空気貯蔵容器に貯蔵するための空気貯蔵システムを備え、前記空気貯蔵容器から供給される空気を単独で、又は、燃料と混合して、前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射することを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項２】
前記排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、このリッチ空燃比制御の終了時を含んで予め設定した時間の間のみ、前記空気貯蔵容器から供給される空気を前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射することを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
排気ガスに対する浄化性能を回復するために排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要がある排気ガス浄化装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、空気を空気貯蔵容器に貯蔵し、この空気貯蔵容器から供給される空気を単独で、又は、燃料と混合して、前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射する手段を備えると共に、前記排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、このリッチ空燃比制御の終了時を含んで予め設定した時間の間のみ、前記空気貯蔵容器から供給される空気を前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射することを特徴とすることを特徴とする排気ガス浄化方法。
【請求項４】
排気ガスに対する浄化性能を回復するために排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要がある排気ガス浄化装置を備え、排気マニホールド又は排気通路又はＥＧＲ通路から排気ガスを吸引して排気ガス貯蔵容器に貯蔵し、排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、前記排気ガス貯蔵容器から供給された排気ガスを単独で、又は、燃料と混合して、前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路に噴射する排気ガス浄化システムの排気ガス浄化方法において、空気を空気貯蔵容器に貯蔵し、この空気貯蔵容器から供給される空気を単独で、又は、燃料と混合して、前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射することを特徴とする排気ガス浄化方法。
【請求項５】
前記排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、このリッチ空燃比制御の終了時を含んで予め設定した時間の間のみ、前記空気貯蔵容器から供給される空気を前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射することを特徴とする請求項４記載の排気ガス浄化方法。
【請求項６】
排気ガスに対する浄化性能を回復するために排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要がある排気ガス浄化装置と、空気を空気貯蔵容器に貯蔵し、この空気貯蔵容器から供給される空気を単独で、又は、燃料と混合して、前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射する手段を備えた排気ガス浄化システムの排気ガス浄化方法において、前記排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、このリッチ空燃比制御の終了時を含んで予め設定した時間の間のみ、前記空気貯蔵容器から供給される空気を前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射することを特徴とする排気ガス浄化方法。
【請求項１】
排気ガスに対する浄化性能を回復するために排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要がある排気ガス浄化装置を備えると共に、排気マニホールド又は排気通路又はＥＧＲ通路から排気ガスを吸引して排気ガス貯蔵容器に貯蔵するための排気ガス貯蔵システムと、排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、前記排気ガス貯蔵容器から供給される排気ガスを単独で、又は、燃料と混合して、前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射する噴射弁を備えた排気ガス浄化システムにおいて、空気を空気貯蔵容器に貯蔵するための空気貯蔵システムを備え、前記空気貯蔵容器から供給される空気を単独で、又は、燃料と混合して、前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射することを特徴とする排気ガス浄化システム。
【請求項２】
前記排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、このリッチ空燃比制御の終了時を含んで予め設定した時間の間のみ、前記空気貯蔵容器から供給される空気を前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射することを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化システム。
【請求項３】
排気ガスに対する浄化性能を回復するために排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要がある排気ガス浄化装置を備えた排気ガス浄化システムにおいて、空気を空気貯蔵容器に貯蔵し、この空気貯蔵容器から供給される空気を単独で、又は、燃料と混合して、前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射する手段を備えると共に、前記排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、このリッチ空燃比制御の終了時を含んで予め設定した時間の間のみ、前記空気貯蔵容器から供給される空気を前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射することを特徴とすることを特徴とする排気ガス浄化方法。
【請求項４】
排気ガスに対する浄化性能を回復するために排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要がある排気ガス浄化装置を備え、排気マニホールド又は排気通路又はＥＧＲ通路から排気ガスを吸引して排気ガス貯蔵容器に貯蔵し、排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、前記排気ガス貯蔵容器から供給された排気ガスを単独で、又は、燃料と混合して、前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路に噴射する排気ガス浄化システムの排気ガス浄化方法において、空気を空気貯蔵容器に貯蔵し、この空気貯蔵容器から供給される空気を単独で、又は、燃料と混合して、前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射することを特徴とする排気ガス浄化方法。
【請求項５】
前記排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、このリッチ空燃比制御の終了時を含んで予め設定した時間の間のみ、前記空気貯蔵容器から供給される空気を前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射することを特徴とする請求項４記載の排気ガス浄化方法。
【請求項６】
排気ガスに対する浄化性能を回復するために排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要がある排気ガス浄化装置と、空気を空気貯蔵容器に貯蔵し、この空気貯蔵容器から供給される空気を単独で、又は、燃料と混合して、前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射する手段を備えた排気ガス浄化システムの排気ガス浄化方法において、前記排気ガスを一時的にリッチ空燃比にする必要があるときに、このリッチ空燃比制御の終了時を含んで予め設定した時間の間のみ、前記空気貯蔵容器から供給される空気を前記排気ガス処理装置の上流側の前記排気通路内に噴射することを特徴とする排気ガス浄化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−７７９２９（Ｐ２０１０−７７９２９Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４８５４０（Ｐ２００８−２４８５４０）
【出願日】平成２０年９月２６日（２００８．９．２６）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２６日（２００８．９．２６）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
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