排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化装置を備えたエンジン
【課題】 ＤＰＦ装置の再生時においても、ＮＯｘ排出量を低減するためのＥＧＲと、ＮＯｘ触媒の再生を行うことができる排気ガス浄化方法及びＤＰＦ装置を備えたエンジンを提供する。
【解決手段】 ＥＧＲ通路３０と、ＮＯｘ触媒５２とＤＰＦ装置５１，５３を有する排気ガス浄化装置５０を備えた、複数の気筒のディーゼルエンジン１において、エンジン１の複数の気筒を第１気筒群と第２気筒群に区分して、ＤＰＦの再生時には、第１気筒群から排出される排気ガスＧ１からのみＥＧＲガスＧｅを分岐してＥＧＲを行うと共に、第２気筒群の少なくとも一部において、燃焼室への燃料噴射を制御して、排気ガスＧ中のＨＣ濃度を上昇させて、捕集した粒子状物質を強制燃焼し、目つまり状態からＤＰＦ装置５３を再生する。
【解決手段】 ＥＧＲ通路３０と、ＮＯｘ触媒５２とＤＰＦ装置５１，５３を有する排気ガス浄化装置５０を備えた、複数の気筒のディーゼルエンジン１において、エンジン１の複数の気筒を第１気筒群と第２気筒群に区分して、ＤＰＦの再生時には、第１気筒群から排出される排気ガスＧ１からのみＥＧＲガスＧｅを分岐してＥＧＲを行うと共に、第２気筒群の少なくとも一部において、燃焼室への燃料噴射を制御して、排気ガスＧ中のＨＣ濃度を上昇させて、捕集した粒子状物質を強制燃焼し、目つまり状態からＤＰＦ装置５３を再生する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲ（排気還流）を行うエンジンにおいて、排気ガス中のＮＯｘとＰＭ（粒子状物質）を浄化する排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化装置を備えたエンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等のエンジン（内燃機関）から排出される微粒子状物質（ＰＭ）、ＮＯｘ、ＣＯそしてＨＣ等は、年々規制が強化されてきている。この規制の強化に伴い、エンジンの改良のみでは規制値への対応ができなくなってきている。そこで、エンジンに触媒を用いた排気ガス後処理装置を着装して、エンジンから排出されるこれらの物質を低減する技術が採用されている。
【０００３】
ＮＯｘの浄化には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒等の各種のＮＯｘ触媒が使用されているが、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒やＮＯｘ直接還元型触媒等の場合には、ＮＯｘ浄化性能を回復するために、これらのＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態にする触媒再生が必要となる。この空燃比をリッチ状態にする手段としては、燃焼室への燃料噴射において、ポスト噴射やタイミングリタード噴射等の燃料噴射制御でＨＣを排気ガス中に添加すると共に、空気量を減少することが有効である。
【０００４】
そのため，触媒再生時には、ポスト噴射等の燃料噴射制御を行う際に、ＥＧＲ弁を通常より大きい弁開度にしてＥＧＲガス量を増加すると共に、吸気通路に配置された吸気弁を絞り、筒内（シリンダ内）に入る空気量を減少している。
【０００５】
一方、ＰＭの除去に関しては、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）を備えたＤＰＦ装置が使用されており、通常走行では、排気ガス温度が低い状態が継続した時等では、ＰＭがＤＰＦに捕集されて堆積する場合があるため、このＰＭ堆積によりフィルタの目詰まりが過度に進捗するのを防止するために、ＤＰＦを昇温させて捕集されているＰＭを強制的に燃焼除去するＤＰＦ再生を行っている。このＤＰＦを昇温する手段の一つとして、触媒再生と同様な、筒内における燃料噴射制御でポスト噴射やタイミングリタード噴射などの燃焼室への燃料噴射制御を用いる方法がある。
【０００６】
この方法は、白金等の酸化触媒を備えたＤＰＦ装置に用いられ、燃焼室への燃料噴射制御によって、ＤＰＦ装置に流入する排気ガス中のＨＣ濃度を上昇させる。これにより、ＤＰＦ装置にＨＣを供給し、このＨＣを酸化触媒の触媒作用により酸化させることにより、熱を発生させてＤＰＦ装置を昇温させる。
【０００７】
しかしながら、この燃焼室への燃料噴射制御を用いたＤＰＦ再生時や触媒再生時には、排気ガス中のＨＣ濃度が高くなるので、ＥＧＲを行うと、この排気ガス中に添加されたＨＣの一部がＥＧＲガスに含まれて燃焼室に還流するので、燃焼室の燃焼時における燃料量がＥＧＲガス中のＨＣが加わるために所望の燃料量から外れ、予期しないトルク変化が生じたり、燃焼が不安定になったりする。また、ＥＧＲガス中のＨＣがＥＧＲクーラに付着することによる熱交換性能の劣化や圧力損失の増加、ＥＧＲ弁への付着によるＥＧＲ弁の作動不良等が生じる。
【０００８】
また、排気ガス中のＨＣは、触媒作用によって酸化されることによりＤＰＦを昇温してＤＰＦ再生を行うために排気ガス中に添加されるが、ＥＧＲを行うと、添加したＨＣの一部が、ＥＧＲ通路から燃焼室に還流して燃焼室での燃焼に使われてしまうので、ＤＰＦの昇温が不十分となり、ＤＰＦ再生が予定通り進行せず、燃費も悪化するという問題が生じる。
【０００９】
そのため、従来技術においては、一般的に、ＤＰＦ再生時には、ＥＧＲ弁を閉弁してＥＧＲを中止している。このＤＰＦ再生には、ＤＰＦの昇温に数分から十数分を要するので、その間は、ＥＧＲを行わないままエンジンを運転することになり、ＮＯｘ触媒に対する触媒再生が必要になっても、ＥＧＲを行うことができない。
【００１０】
即ち、図７に示すように、通常運転では、ＥＧＲ弁を適当な弁開度にしてＥＧＲを行い，触媒再生が必要とされた時には、図の下向き矢印の部分で小刻みにＥＧＲ弁を開いて１００％にして触媒再生行っているが、ＤＰＦ再生時にはＥＧＲ弁を閉じて０％にしてしまうため、この間は触媒再生もＥＧＲも行うことができない。
【００１１】
従って、ＤＰＦ再生時においては、ＥＧＲを行わないためにＮＯｘが増加する。それと共に、触媒再生が必要と判断された時でも、排気ガスの空燃比を必要なリッチ状態にすることができないので、ＮＯｘ触媒を再生することができない。
【００１２】
従って、ＮＯｘ触媒とＤＰＦ装置の両方を有する排気ガス浄化装置を備えたエンジンでは、触媒再生とＤＰＦ再生を別々に行わなければならず、また、ＤＰＦの再生中は、燃焼室で発生するＮＯｘの増加に加えて、ＮＯｘ触媒を再生できないことにより、ＮＯｘ浄化能力が低下するので、非常に多くのＮＯｘが排出されてしまうという問題がある。
【００１３】
一方、本出願人は、ＥＧＲと還元触媒を備えて、燃料タンクからＮＯｘを還元するための還元剤としてのＨＣの供給を受けて、還元触媒でＮＯｘを還元除去する内燃機関の排気ガス浄化装置ではあるが、ＨＣ供給用のインジェクタを設けた排気分岐管以外の排気分岐管にＥＧＲパイプを設けたり、ＥＧＲパイプの吸入口よりも下流側にインジェクタを設けることにより、排気通路中に供給されたＨＣがＥＧＲパイプに入って管路内壁に付着するのを防止する内燃機関の排気ガス浄化装置を提案している（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平６−７４０２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明はこの問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ＮＯｘ触媒とＤＰＦ装置の両方を有する排気ガス浄化装置を備えたエンジンで、ＤＰＦ装置の再生時においても、エンジンの燃焼室における燃焼の不安定化や予期せぬトルク変化の発生、ＥＧＲクーラ及びＥＧＲ弁へのＨＣ付着による性能劣化を防止しながら、ＥＧＲを行うことができ、更に、ＤＰＦ装置の再生時においても、ＥＧＲを併用して効率よく排気ガスの空燃比をリッチ状態にして、ＮＯｘ触媒の触媒再生を行うことができる排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化装置を備えたエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するための本発明に係る排気ガス浄化方法は、ＥＧＲ弁を設けたＥＧＲ通路と、ＮＯｘ触媒とＤＰＦ装置からなる排気ガス浄化装置を配置した排気通路と、複数の気筒を備えたエンジンで、燃焼室への燃料噴射を制御して、排気ガス中のＨＣ濃度を上昇させることにより、前記ＤＰＦ装置にＨＣを供給し、該ＨＣを触媒作用により酸化させることにより、前記ＤＰＦ装置の温度を上昇させて捕集した粒子状物質を強制燃焼し、該強制燃焼により、目つまり状態から前記ＤＰＦ装置を再生し、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態することにより、前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力を回復する、排気ガス浄化装置を備えたエンジンにおいて、前記ＤＰＦの再生時に、前記複数の気筒を第１気筒群と第２気筒群に区分して、前記第１気筒群から排出される排気ガスからのみＥＧＲガスを分岐してＥＧＲを行うと共に、前記第２気筒群の少なくとも一部において、燃焼室への燃料噴射を制御して、排気ガス中のＨＣ濃度を上昇させる方法である。
【００１６】
このＥＧＲガスを分岐する側の第１気筒群と燃料噴射制御を行う側の第２気筒群は、完全に固定してもよいが、時間的に変化するように、即ち、前回の再生と今回の再生とで、第１気筒群だった気筒と、第２気筒群であった気筒とを入れ換えるようにしてもよい。また、ＤＰＦ再生時以外では、ＥＧＲを第１気筒群のみで行ってもよく、全気筒行ってもよい。但し、全気筒で行う場合や時間的に第１気筒群を第２気筒群に変更する場合には、ＥＧＲ配管がその分必要となる。
【００１７】
また、排気ガス中のＨＣ濃度を上昇させる燃料噴射の制御としては、ポスト噴射（後噴射）やタイミングリタード噴射（遅延噴射）等がある。
【００１８】
また、上記の排気ガス浄化方法で、前記ＤＰＦの再生時において、前記ＮＯｘ触媒の再生のために、排気ガスの空燃比をリッチにすることが必要であると判断された場合には、前記ＥＧＲ弁を開弁し、かつ、吸気通路に配置された吸気絞り弁により吸気量を制限するように構成すると、ＤＰＦ再生時にも、効率よくＮＯｘ触媒の触媒再生を行うことができる。
【００１９】
そして、上記の目的を達成するための本発明に係る排気ガス浄化装置を備えたエンジンは、ＥＧＲ弁を設けたＥＧＲ通路と、ＮＯｘ触媒とＤＰＦ装置からなる排気ガス浄化装置を配置した排気通路と、複数の気筒と、前記ＥＧＲ弁の弁開度と燃料噴射制御を制御する制御装置とを備えたエンジンで、前記制御装置が、燃焼室への燃料噴射を制御して、排気ガス中のＨＣ濃度を上昇させることにより、前記ＤＰＦ装置にＨＣを供給し、該ＨＣを触媒作用により酸化させることにより、前記ＤＰＦ装置の温度を上昇させて捕集した粒子状物質を強制燃焼し、該強制燃焼により、目つまり状態から前記ＤＰＦ装置を再生し、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態することにより、前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力を回復するように構成された排気ガス浄化装置を備えたエンジンにおいて、前記複数の気筒を第１気筒群と第２気筒群に区分して、前記複数の気筒に連結する排気通路部分を、第１気筒群に連結され、かつ、ＥＧＲ通路を設けた第１排気通路と、第２気筒群に連結され、かつ、ＥＧＲ通路を設けない第２排気通路に分割して設けると共に、
前記制御装置を、前記ＤＰＦ装置の再生時に、前記第２気筒群の少なくとも一部において、排気ガス中のＨＣ濃度を上昇させるための燃料噴射制御を行うと共に、前記ＥＧＲ通路に設けたＥＧＲ弁を開弁制御するように構成される。
【００２０】
また、上記の排気ガス浄化装置を備えたエンジンにおいて、前記制御装置を、前記ＤＰＦの再生時において、前記ＮＯｘ触媒の再生のために、排気ガスの空燃比をリッチにすることが必要であると判断された場合には、前記ＥＧＲ弁を開弁し、かつ、吸気通路に配置された吸気絞り弁により吸気量を制限するように構成すると、ＤＰＦ再生時にも、効率よくＮＯｘ触媒の再生を行うことができる。
【００２１】
また、上記の排気ガス浄化装置を備えたエンジンにおいて、前記第１排気通路と前記第２排気通路とが合流した下流側にターボチャージャのタービンを配置すると共に、該タービンの下流側に前記ＤＰＦ装置を配置して構成される。
【００２２】
この排気ガス浄化装置を構成するＮＯｘ触媒としては、流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態にすることによりＮＯｘ浄化性能を回復するＮＯｘ吸蔵還元型触媒やＮＯｘ直接還元型触媒等がある。また、ＤＰＦ装置としては、酸化触媒をＤＰＦの上流側に配置した装置、酸化触媒を触媒担持ＤＰＦの上流側に配置した装置、ＤＰＦに酸化触媒を担持させた装置、ＤＰＦに酸化触媒とＰＭ酸化触媒を担持させた装置等がある。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の排気ガス浄化方法及びＤＰＦ装置を備えたエンジンによれば、ＤＰＦ装置を再生する時に、ポスト噴射やタイミングリタード噴射等の燃料噴射制御を行って、ＤＰＦ装置に流入する排気ガス中のＨＣ濃度を高める場合において、ＥＧＲ通路を設けない第２気筒群でこれらの燃料噴射制御を行うため、ＥＧＲを行っても、ＥＧＲガス中のＨＣ濃度が高まることがないので、各気筒における燃焼を安定でき、また、予期せぬトルク変化、ＥＧＲクーラ及びＥＧＲ弁へのＨＣ付着による性能劣化も防止できる。
【００２４】
そのため、ＤＰＦ再生時においても、ＥＧＲを併用して、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態にすることができるので、効率よくＮＯｘ触媒を再生できる。
【００２５】
また、燃料噴射制御により排気ガス中に添加されたＨＣがＥＧＲガスに導入されずに、ほとんどがＤＰＦ装置に流入するので、効率よくＤＰＦ装置の温度を上昇できる。
【００２６】
従って、ＤＰＦ再生時に、ＥＧＲを行って燃焼室におけるＮＯｘの発生を抑制でき、また、ＮＯｘ触媒の再生もおこなうことができるので、ＤＰＦ再生中のＮＯｘ排出量を著しく減少でき、また、ＤＰＦ再生に伴う燃費の悪化を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、図面を参照して本発明に係る排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化装置を備えたエンジンの実施の形態について、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、酸化触媒と触媒担持ＤＰＦとからなるＤＰＦ装置を有する排気ガス浄化装置を備えたＶ型エンジンを例にして説明する。
【００２８】
図１に、この排気ガス浄化装置を備えたエンジン１の構成を示す。このエンジン１はＶ型エンジンであり、右バンク２Ａと左バンク２Ｂを有している。
【００２９】
このエンジン１の吸気側には、エアクリーナ（図示しない）、マスエアフローメータ（ＭＡＦ）１１、ターボチャージャ４０のコンプレッサー４１、インタークーラ１２、吸気弁（インテークスロットル）１３が配置された吸気通路１０が設けられる。この吸気通路１０はＥＧＲ通路３０との合流点１４より下流の分岐点１５で２つに分岐した第１吸気通路１６Ａと第２吸気通路１６Ｂになり、それぞれ、右バンク２Ａの第１吸気マニホールド１７Ａと左バンク２Ｂの第２吸気マニホールド１７Ｂに接続される。
【００３０】
また、排気側は、右バンク２Ａの第１気筒群の第１排気マニホールド２１Ａには第１排気通路２２Ａが接続され、左バンク２Ｂの第２気筒群の第２排気マニホールド２１Ｂには第２排気通路２２Ｂが接続されている。この第１排気通路２２ＡからＥＧＲ通路３０が分岐点２３で分岐し、エンジン１の吸気通路１０の吸気弁１３よりも下流側で、かつ、吸気通路１０の分岐点１５よりも上流側の合流点１４に接続されている。このＥＧＲ通路３０には、ＥＧＲガスＧｅを冷却するためのＥＧＲクーラ３１と、ＥＧＲのＯＮ・ＯＦＦ制御とＥＧＲガス量を調整するためのＥＧＲ弁３２とが設けられている。
【００３１】
この第１排気通路２２Ａと第２排気通路２２Ｂは、分岐点２３よりも下流側の合流部２４で第３排気通路２５に合流し、この第３排気通路２５はターボチャージャ４０のタービン４２の入口側に接続され、更に、タービン４２の出口側に、第４排気通路２６が接続される。この第４排気通路２６に、排気ガス浄化装置５０が配設される。つまり、第１排気通路２２Ａと第２排気通路２２Ｂとが合流した下流側にターボチャージャ４０のタービン４２を配置すると共に、このタービン４２の下流側に排気ガス浄化装置５０を配置して構成する。
【００３２】
なお、ターボチャージャ４０にタービン４２の入口が２つになっているツインエントリタイプを用いると、第１排気通路２２Ａと第２排気通路２２Ｂをそれぞれのエントリ部に接続することができるので、合流用の配管が不要になり、配管が単純化する。
【００３３】
この排気ガス浄化装置５０は、上流側から、酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst ）５１と、ＮＯｘ触媒５２と、触媒担持ＤＰＦ（Ｃ−ＤＰＦ：Catalyzed Diesel Particulate Filter ）５３とからなる。
【００３４】
この酸化触媒５１は、白金等の貴金属触媒を担持しており、ＤＰＦ再生時に、排気ガス中に添加されたＨＣを触媒作用により酸化させるためのものであり、このＨＣの酸化によって発生する熱により、触媒担持ＤＰＦ５３を昇温させて、この触媒担持ＤＰＦ５３に捕集されたＰＭを強制燃焼して触媒担持ＤＰＦ５３を再生する。また、触媒再生時に、排気ガス中に添加されたＨＣの酸化により、排気ガスの空燃比をリッチ状態にさせ、ＮＯｘ触媒５２のＮＯｘ浄化性能を回復し、ＮＯｘ触媒５２を再生する。
【００３５】
ＮＯｘ触媒５２は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒やＮＯｘ直接還元型触媒等の、排気ガスの空燃比がリッチ状態の時にＮＯｘ浄化能力を回復する触媒で構成される。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排気ガスの空燃比がリーン状態の時にＮＯｘをＮＯｘ吸蔵材に吸収して排気ガス中のＮＯｘを除去し、排気ガスの空燃比がリッチ状態の時にＮＯｘ吸蔵材に吸収したＮＯｘを放出及び還元して、ＮＯｘ浄化能力を回復する触媒である。また、ＮＯｘ直接還元型触媒は、排気ガスの空燃比がリーン状態の時にＮＯｘを直接還元し、排気ガスの空燃比がリッチ状態の時にＮＯｘ還元により酸化した成分を還元して、ＮＯｘ浄化能力を回復する触媒である。
【００３６】
また、触媒担持ＤＰＦ５３は、セラミック製のモノリスハニカム型ウォールフロータイプのフィルタ等で形成され、その通路表面に酸化セリウム等のＰＭ酸化触媒を担持したＤＰＦであり、粒子状物質（ＰＭ）を捕集すると共に、ＤＰＦ再生時に、捕集したＰＭを燃焼除去するためのものである。なお、図１では、貴金属触媒はＤＰＦ５３と別体で形成されたコンバータ５１に担持されているが、この貴金属触媒をもＤＰＦ５３に担持した一体型のＤＰＦ装置であってもよい。
【００３７】
そして、エンジン１の燃料噴射制御やＥＧＲ弁３２の弁開度を調整して、ＥＧＲのＯＮ・ＯＦＦの制御とＥＧＲガス量の制御等を行うエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と呼ばれる制御装置（図示しない）が設けられる。この制御装置は、エンジン全般の制御と共にＥＧＲ制御やＤＰＦ再生制御なども行う。そのため、エンジン回転数やアクセル開度や冷却水温や排気ガス温度等の各種の検出値を入力し、燃料噴射弁（図示しない）やＥＧＲ弁３２や吸気弁１３等に制御信号を出力する。
【００３８】
次に、上記の構成における排気ガス浄化装置を備えたエンジン１における空気Ａ、排気ガスＧ１，Ｇ２，Ｇ、及び、ＥＧＲガスＧｅの流れについて説明する。
【００３９】
空気Ａは、この吸気通路１０により、コンプレッサー４１で圧縮昇圧した後、インタークーラ１２で冷却し、吸気弁１３で流量を調整して、右バンク２Ａと左バンク２Ｂの各気筒に供給される。
【００４０】
排気ガスに関しては、第１気筒群からの排気ガスＧ１は第１排気マニホールド２１Ａと第１排気通路２２Ａを通り、また、第２気筒群からの排気ガスＧ２は第２排気マニホールド２１Ｂと第２排気通路２２Ｂを通り、両方の排気ガスＧ１，Ｇ２が合流部２４で第３排気通路２５に合流し、ターボチャージャ４０のタービン４２を駆動した後、第４排気通路２６のＤＰＦ装置５０を通過して排気ガスＧ中のＰＭを除去されて、浄化された排気ガスＧｃとなって、図示しない消音器を通って大気中へ放出される。
【００４１】
また、ＥＧＲガスＧｅに関しては、第１気筒群の第１排気マニホールド２１Ａから第１排気通路２２Ａに排出された排気ガスＧ１の一部が分岐点２３でＥＧＲ通路３０に分岐され、ＥＧＲガスＧｅとなり、ＥＧＲクーラ３１で冷却されると共に、ＥＧＲ弁３２でその量を調整されて合流点１４から吸気通路１０に供給され、分岐点１５で第１吸気通路１６Ａと第２吸気通路１６Ｂに分かれ、第１吸気マニホールド１７Ａから第１気筒群と、第２吸気マニホールド１７Ｂから第２気筒群の両方に供給される。
【００４２】
次に、上記の構成における排気ガス浄化装置を備えたエンジン１のＤＰＦ再生時における、ＤＰＦ再生、触媒再生及びＥＧＲについて説明する。
【００４３】
このＤＰＦ再生は、触媒担持ＤＰＦ５３の目つまり状態を触媒担持ＤＰＦ５３の前後の差圧等で検出し、ＤＰＦの再生制御が必要であると判定された場合に、第２気筒群の一部又は全部、即ち、少なくとも一部において、ポスト噴射又はタイミングリタード噴射等の燃料噴射制御を行って、排気ガスＧ２中にＨＣを添加して、排気中のＨＣ濃度を上げる。それと共に、ＥＧＲ弁２２を開弁制御してＥＧＲを行って、燃焼室におけるＮＯｘの発生を抑制する。このＥＧＲにより、ＤＰＦ再生をしない時と同程度のＮＯｘ排出量を維持できる。
【００４４】
即ち、制御装置６０を、触媒担持ＤＰＦ５３の再生時に、第２気筒群の少なくとも一部において、排気ガス中のＨＣ濃度を上昇させるための燃料噴射制御を行うと共に、ＥＧＲ通路３０に設けたＥＧＲ弁３２を開弁制御するように構成する。
【００４５】
このＤＰＦ再生時、第２気筒群の排気ガスＧ２は第２排気通路２２Ｂとタービン４２を経由して、排気ガス浄化装置５０に流入するので、ＤＰＦ再生のために添加されたＨＣは、ＥＧＲガスＧｅに含まれることなく、ほぼ全部が排気ガス浄化装置５０に流入する。従って、吸気へのＨＣの還流をほぼ無くすことができる。そして、このＤＰＦ再生のために添加されたＨＣは、ほぼ全部が酸化触媒５１により酸化されるので、このＨＣの酸化によって発生する熱により、触媒担持ＤＰＦ５３を効率よく昇温できる。そのため、ＤＰＦ再生に伴う燃費の悪化を抑制できる。
【００４６】
また、このＤＰＦ再生時のＥＧＲは、制御装置によってＥＧＲ弁３２の弁開度を制御することにより、エンジン１の運転状態に対して予め設定された条件に従って、ＯＮ・ＯＦＦとＥＧＲガス量が調整され、第１気筒群から第１排気通路２２Ａに排出された排気ガスＧ１の一部であるＥＧＲガスＧｅを第１気筒群と第２気筒群の両方に供給して行われる。
【００４７】
この第１気筒群では、ＤＰＦ再生のためのポスト噴射（後噴射）やタイミングリタード噴射（遅延噴射）等を行わないので、ＥＧＲガスＧｅ中には、これらの燃料噴射制御によって排気ガス中に添加されたＨＣが含まれない。従って、ＮＯｘの発生を抑制するために、各気筒においてＤＰＦ再生中にＥＧＲを行っても、ＤＰＦ再生のために排気ガス中に添加されたＨＣが燃焼室に再循環されて燃焼されることがない。そのため、燃焼室における燃料量が所望の燃料量でなくなって燃焼が不安定になることが無く、また、予期しないトルク変化を引き起こすことも無く、ＥＧＲクーラ及びＥＧＲ弁へのＨＣ付着による性能劣化も防ぐ。
【００４８】
そして、図２に示すように、このＤＰＦ再生時に、ＮＯｘ触媒５２の再生のために、排気ガスの空燃比をリッチにすることが必要であると判断された場合（下向き矢印）には、ＥＧＲ弁３２を開弁し、かつ、吸気通路１０に配置された吸気絞り弁１３により空気の吸気量を制限する。これにより、ＤＰＦ再生時にも、効率よくＮＯｘ触媒５２の触媒再生を行うことができる。
【００４９】
図３に、上記の構成のエンジン１における燃料噴射制御の例を示し、図８に従来例の燃料噴射制御の例を示す。この従来例の場合には、図６に示すように、エンジン１Ｘにおいて、ＥＧＲ通路３０は、第１排気通路２２Ａと第２排気通路２２Ｂの合流点２４より下流側の第３排気通路２５から分岐点２３で分岐している。そして、図８の従来例では、ＤＰＦ再生時においては、ＥＧＲ弁３２を閉じて、メイン噴射Ｍとポスト噴射Ｐを全気筒で行うのに対して、図３の実施例では、ＤＰＦ再生時においては、ＥＧＲ弁３２を開いて、メイン噴射Ｍとポスト噴射Ｐを偶数番号の気筒で行い、奇数番号の気筒では行わない。なお、この実施例の各気筒におけるポスト噴射量は、従来例の各気筒におけるポスト噴射量の倍にしている。
【００５０】
また、図５に、右バンクだけのＥＧＲと左バンクだけのポスト噴射の場合（Ａ）と、ＤＰＦ再生を行わずにＥＧＲを行った場合（Ｂ）と、ＥＧＲ弁を閉じた場合（Ｃ）のＮＯｘ排出量の比較を示し、図６に、右バンクだけのＥＧＲと左バンクだけのポスト噴射の場合（Ａ）と、ＤＰＦ再生を行わずにＥＧＲを行った場合（Ｂ）と、両バンクにポスト噴射した場合（Ｄ）の吸気通路に還流したＨＣ量の比較を示す。この図５及び図６から、右バンクだけのＥＧＲと左バンクだけのポスト噴射の場合（Ａ）にＮＯｘ排出量と吸気通路に還流したＨＣ量が著しく減少することが分かる。
【００５１】
なお、上記の説明では、右バンク２Ａ側にＥＧＲ通路３０を設けて、左バンク２Ｂ側でＤＰＦ再生用の燃料噴射制御を行うように構成したが、左右のバンクを入れ換えて、左バンク２Ｂ側にＥＧＲ通路３０を設けて、右バンク２Ａ側でＤＰＦ再生用の燃料噴射制御を行うように構成してもよい。
【００５２】
また、上記の説明では、Ｖ型エンジンを例にしているが、Ｖ型エンジンに限らず、ＥＧＲガスを特定の気筒から分岐して吸気側に還流することが可能であれば、直列エンジン等においても応用できる。特に、直列６気筒エンジンにおいては、ツインエントリタイプのターボチャージャが用いられることが多いので、この場合には、第１気筒群と一方のエントリ部を接続する第１排気通路のエントリ部より上流にＥＧＲガスの分岐部、即ちＥＧＲガスの取り入れ口を設け、他方のエントリ部に接続する第２排気通路に連結されている第２気筒群にポスト噴射等の燃料噴射制御を行うように構成する。
【００５３】
また、ＥＧＲ通路を両方の気筒群に設けて、ＤＰＦ再生時においては、時系列的に、交互に一方のＥＧＲ通路だけを用いてＥＧＲを行うように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る実施の形態のＤＰＦ装置を備えたエンジンの構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の触媒再生、ＤＰＦ再生とＥＧＲ弁制御の例を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の燃料噴射制御の例を示す図である。
【図４】ＤＰＦ再生時におけるＮＯｘ排出量を示す図である。
【図５】ＤＰＦ再生時における吸気通路に還流したＨＣ量を示す図である。
【図６】従来例のＤＰＦ装置を備えたエンジンの構成を示す図である。
【図７】従来例の触媒再生、ＤＰＦ再生とＥＧＲ弁制御の例を示す図である。
【図８】従来例の燃料噴射制御の例を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 排気ガス浄化装置を備えたエンジン
１０ 吸気通路
２０ 排気通路
２２Ａ 第１排気通路
２２Ｂ 第２排気通路
２３ 分岐部
２４ 合流部
２５ 第３排気通路
２６ 第４排気通路
３０ ＥＧＲ通路
３２ ＥＧＲ弁
４０ ターボチャージャ
４２ タービン
５０ 排気ガス浄化装置
５１ 酸化触媒（ＤＯＣ）
５２ ＮＯｘ触媒
５３ 触媒担持ＤＰＦ
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ 排気ガス
Ｇｅ ＥＧＲガス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲ（排気還流）を行うエンジンにおいて、排気ガス中のＮＯｘとＰＭ（粒子状物質）を浄化する排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化装置を備えたエンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等のエンジン（内燃機関）から排出される微粒子状物質（ＰＭ）、ＮＯｘ、ＣＯそしてＨＣ等は、年々規制が強化されてきている。この規制の強化に伴い、エンジンの改良のみでは規制値への対応ができなくなってきている。そこで、エンジンに触媒を用いた排気ガス後処理装置を着装して、エンジンから排出されるこれらの物質を低減する技術が採用されている。
【０００３】
ＮＯｘの浄化には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒等の各種のＮＯｘ触媒が使用されているが、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒やＮＯｘ直接還元型触媒等の場合には、ＮＯｘ浄化性能を回復するために、これらのＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態にする触媒再生が必要となる。この空燃比をリッチ状態にする手段としては、燃焼室への燃料噴射において、ポスト噴射やタイミングリタード噴射等の燃料噴射制御でＨＣを排気ガス中に添加すると共に、空気量を減少することが有効である。
【０００４】
そのため，触媒再生時には、ポスト噴射等の燃料噴射制御を行う際に、ＥＧＲ弁を通常より大きい弁開度にしてＥＧＲガス量を増加すると共に、吸気通路に配置された吸気弁を絞り、筒内（シリンダ内）に入る空気量を減少している。
【０００５】
一方、ＰＭの除去に関しては、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）を備えたＤＰＦ装置が使用されており、通常走行では、排気ガス温度が低い状態が継続した時等では、ＰＭがＤＰＦに捕集されて堆積する場合があるため、このＰＭ堆積によりフィルタの目詰まりが過度に進捗するのを防止するために、ＤＰＦを昇温させて捕集されているＰＭを強制的に燃焼除去するＤＰＦ再生を行っている。このＤＰＦを昇温する手段の一つとして、触媒再生と同様な、筒内における燃料噴射制御でポスト噴射やタイミングリタード噴射などの燃焼室への燃料噴射制御を用いる方法がある。
【０００６】
この方法は、白金等の酸化触媒を備えたＤＰＦ装置に用いられ、燃焼室への燃料噴射制御によって、ＤＰＦ装置に流入する排気ガス中のＨＣ濃度を上昇させる。これにより、ＤＰＦ装置にＨＣを供給し、このＨＣを酸化触媒の触媒作用により酸化させることにより、熱を発生させてＤＰＦ装置を昇温させる。
【０００７】
しかしながら、この燃焼室への燃料噴射制御を用いたＤＰＦ再生時や触媒再生時には、排気ガス中のＨＣ濃度が高くなるので、ＥＧＲを行うと、この排気ガス中に添加されたＨＣの一部がＥＧＲガスに含まれて燃焼室に還流するので、燃焼室の燃焼時における燃料量がＥＧＲガス中のＨＣが加わるために所望の燃料量から外れ、予期しないトルク変化が生じたり、燃焼が不安定になったりする。また、ＥＧＲガス中のＨＣがＥＧＲクーラに付着することによる熱交換性能の劣化や圧力損失の増加、ＥＧＲ弁への付着によるＥＧＲ弁の作動不良等が生じる。
【０００８】
また、排気ガス中のＨＣは、触媒作用によって酸化されることによりＤＰＦを昇温してＤＰＦ再生を行うために排気ガス中に添加されるが、ＥＧＲを行うと、添加したＨＣの一部が、ＥＧＲ通路から燃焼室に還流して燃焼室での燃焼に使われてしまうので、ＤＰＦの昇温が不十分となり、ＤＰＦ再生が予定通り進行せず、燃費も悪化するという問題が生じる。
【０００９】
そのため、従来技術においては、一般的に、ＤＰＦ再生時には、ＥＧＲ弁を閉弁してＥＧＲを中止している。このＤＰＦ再生には、ＤＰＦの昇温に数分から十数分を要するので、その間は、ＥＧＲを行わないままエンジンを運転することになり、ＮＯｘ触媒に対する触媒再生が必要になっても、ＥＧＲを行うことができない。
【００１０】
即ち、図７に示すように、通常運転では、ＥＧＲ弁を適当な弁開度にしてＥＧＲを行い，触媒再生が必要とされた時には、図の下向き矢印の部分で小刻みにＥＧＲ弁を開いて１００％にして触媒再生行っているが、ＤＰＦ再生時にはＥＧＲ弁を閉じて０％にしてしまうため、この間は触媒再生もＥＧＲも行うことができない。
【００１１】
従って、ＤＰＦ再生時においては、ＥＧＲを行わないためにＮＯｘが増加する。それと共に、触媒再生が必要と判断された時でも、排気ガスの空燃比を必要なリッチ状態にすることができないので、ＮＯｘ触媒を再生することができない。
【００１２】
従って、ＮＯｘ触媒とＤＰＦ装置の両方を有する排気ガス浄化装置を備えたエンジンでは、触媒再生とＤＰＦ再生を別々に行わなければならず、また、ＤＰＦの再生中は、燃焼室で発生するＮＯｘの増加に加えて、ＮＯｘ触媒を再生できないことにより、ＮＯｘ浄化能力が低下するので、非常に多くのＮＯｘが排出されてしまうという問題がある。
【００１３】
一方、本出願人は、ＥＧＲと還元触媒を備えて、燃料タンクからＮＯｘを還元するための還元剤としてのＨＣの供給を受けて、還元触媒でＮＯｘを還元除去する内燃機関の排気ガス浄化装置ではあるが、ＨＣ供給用のインジェクタを設けた排気分岐管以外の排気分岐管にＥＧＲパイプを設けたり、ＥＧＲパイプの吸入口よりも下流側にインジェクタを設けることにより、排気通路中に供給されたＨＣがＥＧＲパイプに入って管路内壁に付着するのを防止する内燃機関の排気ガス浄化装置を提案している（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平６−７４０２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明はこの問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ＮＯｘ触媒とＤＰＦ装置の両方を有する排気ガス浄化装置を備えたエンジンで、ＤＰＦ装置の再生時においても、エンジンの燃焼室における燃焼の不安定化や予期せぬトルク変化の発生、ＥＧＲクーラ及びＥＧＲ弁へのＨＣ付着による性能劣化を防止しながら、ＥＧＲを行うことができ、更に、ＤＰＦ装置の再生時においても、ＥＧＲを併用して効率よく排気ガスの空燃比をリッチ状態にして、ＮＯｘ触媒の触媒再生を行うことができる排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化装置を備えたエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するための本発明に係る排気ガス浄化方法は、ＥＧＲ弁を設けたＥＧＲ通路と、ＮＯｘ触媒とＤＰＦ装置からなる排気ガス浄化装置を配置した排気通路と、複数の気筒を備えたエンジンで、燃焼室への燃料噴射を制御して、排気ガス中のＨＣ濃度を上昇させることにより、前記ＤＰＦ装置にＨＣを供給し、該ＨＣを触媒作用により酸化させることにより、前記ＤＰＦ装置の温度を上昇させて捕集した粒子状物質を強制燃焼し、該強制燃焼により、目つまり状態から前記ＤＰＦ装置を再生し、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態することにより、前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力を回復する、排気ガス浄化装置を備えたエンジンにおいて、前記ＤＰＦの再生時に、前記複数の気筒を第１気筒群と第２気筒群に区分して、前記第１気筒群から排出される排気ガスからのみＥＧＲガスを分岐してＥＧＲを行うと共に、前記第２気筒群の少なくとも一部において、燃焼室への燃料噴射を制御して、排気ガス中のＨＣ濃度を上昇させる方法である。
【００１６】
このＥＧＲガスを分岐する側の第１気筒群と燃料噴射制御を行う側の第２気筒群は、完全に固定してもよいが、時間的に変化するように、即ち、前回の再生と今回の再生とで、第１気筒群だった気筒と、第２気筒群であった気筒とを入れ換えるようにしてもよい。また、ＤＰＦ再生時以外では、ＥＧＲを第１気筒群のみで行ってもよく、全気筒行ってもよい。但し、全気筒で行う場合や時間的に第１気筒群を第２気筒群に変更する場合には、ＥＧＲ配管がその分必要となる。
【００１７】
また、排気ガス中のＨＣ濃度を上昇させる燃料噴射の制御としては、ポスト噴射（後噴射）やタイミングリタード噴射（遅延噴射）等がある。
【００１８】
また、上記の排気ガス浄化方法で、前記ＤＰＦの再生時において、前記ＮＯｘ触媒の再生のために、排気ガスの空燃比をリッチにすることが必要であると判断された場合には、前記ＥＧＲ弁を開弁し、かつ、吸気通路に配置された吸気絞り弁により吸気量を制限するように構成すると、ＤＰＦ再生時にも、効率よくＮＯｘ触媒の触媒再生を行うことができる。
【００１９】
そして、上記の目的を達成するための本発明に係る排気ガス浄化装置を備えたエンジンは、ＥＧＲ弁を設けたＥＧＲ通路と、ＮＯｘ触媒とＤＰＦ装置からなる排気ガス浄化装置を配置した排気通路と、複数の気筒と、前記ＥＧＲ弁の弁開度と燃料噴射制御を制御する制御装置とを備えたエンジンで、前記制御装置が、燃焼室への燃料噴射を制御して、排気ガス中のＨＣ濃度を上昇させることにより、前記ＤＰＦ装置にＨＣを供給し、該ＨＣを触媒作用により酸化させることにより、前記ＤＰＦ装置の温度を上昇させて捕集した粒子状物質を強制燃焼し、該強制燃焼により、目つまり状態から前記ＤＰＦ装置を再生し、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態することにより、前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力を回復するように構成された排気ガス浄化装置を備えたエンジンにおいて、前記複数の気筒を第１気筒群と第２気筒群に区分して、前記複数の気筒に連結する排気通路部分を、第１気筒群に連結され、かつ、ＥＧＲ通路を設けた第１排気通路と、第２気筒群に連結され、かつ、ＥＧＲ通路を設けない第２排気通路に分割して設けると共に、
前記制御装置を、前記ＤＰＦ装置の再生時に、前記第２気筒群の少なくとも一部において、排気ガス中のＨＣ濃度を上昇させるための燃料噴射制御を行うと共に、前記ＥＧＲ通路に設けたＥＧＲ弁を開弁制御するように構成される。
【００２０】
また、上記の排気ガス浄化装置を備えたエンジンにおいて、前記制御装置を、前記ＤＰＦの再生時において、前記ＮＯｘ触媒の再生のために、排気ガスの空燃比をリッチにすることが必要であると判断された場合には、前記ＥＧＲ弁を開弁し、かつ、吸気通路に配置された吸気絞り弁により吸気量を制限するように構成すると、ＤＰＦ再生時にも、効率よくＮＯｘ触媒の再生を行うことができる。
【００２１】
また、上記の排気ガス浄化装置を備えたエンジンにおいて、前記第１排気通路と前記第２排気通路とが合流した下流側にターボチャージャのタービンを配置すると共に、該タービンの下流側に前記ＤＰＦ装置を配置して構成される。
【００２２】
この排気ガス浄化装置を構成するＮＯｘ触媒としては、流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態にすることによりＮＯｘ浄化性能を回復するＮＯｘ吸蔵還元型触媒やＮＯｘ直接還元型触媒等がある。また、ＤＰＦ装置としては、酸化触媒をＤＰＦの上流側に配置した装置、酸化触媒を触媒担持ＤＰＦの上流側に配置した装置、ＤＰＦに酸化触媒を担持させた装置、ＤＰＦに酸化触媒とＰＭ酸化触媒を担持させた装置等がある。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の排気ガス浄化方法及びＤＰＦ装置を備えたエンジンによれば、ＤＰＦ装置を再生する時に、ポスト噴射やタイミングリタード噴射等の燃料噴射制御を行って、ＤＰＦ装置に流入する排気ガス中のＨＣ濃度を高める場合において、ＥＧＲ通路を設けない第２気筒群でこれらの燃料噴射制御を行うため、ＥＧＲを行っても、ＥＧＲガス中のＨＣ濃度が高まることがないので、各気筒における燃焼を安定でき、また、予期せぬトルク変化、ＥＧＲクーラ及びＥＧＲ弁へのＨＣ付着による性能劣化も防止できる。
【００２４】
そのため、ＤＰＦ再生時においても、ＥＧＲを併用して、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態にすることができるので、効率よくＮＯｘ触媒を再生できる。
【００２５】
また、燃料噴射制御により排気ガス中に添加されたＨＣがＥＧＲガスに導入されずに、ほとんどがＤＰＦ装置に流入するので、効率よくＤＰＦ装置の温度を上昇できる。
【００２６】
従って、ＤＰＦ再生時に、ＥＧＲを行って燃焼室におけるＮＯｘの発生を抑制でき、また、ＮＯｘ触媒の再生もおこなうことができるので、ＤＰＦ再生中のＮＯｘ排出量を著しく減少でき、また、ＤＰＦ再生に伴う燃費の悪化を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、図面を参照して本発明に係る排気ガス浄化方法及び排気ガス浄化装置を備えたエンジンの実施の形態について、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒と、酸化触媒と触媒担持ＤＰＦとからなるＤＰＦ装置を有する排気ガス浄化装置を備えたＶ型エンジンを例にして説明する。
【００２８】
図１に、この排気ガス浄化装置を備えたエンジン１の構成を示す。このエンジン１はＶ型エンジンであり、右バンク２Ａと左バンク２Ｂを有している。
【００２９】
このエンジン１の吸気側には、エアクリーナ（図示しない）、マスエアフローメータ（ＭＡＦ）１１、ターボチャージャ４０のコンプレッサー４１、インタークーラ１２、吸気弁（インテークスロットル）１３が配置された吸気通路１０が設けられる。この吸気通路１０はＥＧＲ通路３０との合流点１４より下流の分岐点１５で２つに分岐した第１吸気通路１６Ａと第２吸気通路１６Ｂになり、それぞれ、右バンク２Ａの第１吸気マニホールド１７Ａと左バンク２Ｂの第２吸気マニホールド１７Ｂに接続される。
【００３０】
また、排気側は、右バンク２Ａの第１気筒群の第１排気マニホールド２１Ａには第１排気通路２２Ａが接続され、左バンク２Ｂの第２気筒群の第２排気マニホールド２１Ｂには第２排気通路２２Ｂが接続されている。この第１排気通路２２ＡからＥＧＲ通路３０が分岐点２３で分岐し、エンジン１の吸気通路１０の吸気弁１３よりも下流側で、かつ、吸気通路１０の分岐点１５よりも上流側の合流点１４に接続されている。このＥＧＲ通路３０には、ＥＧＲガスＧｅを冷却するためのＥＧＲクーラ３１と、ＥＧＲのＯＮ・ＯＦＦ制御とＥＧＲガス量を調整するためのＥＧＲ弁３２とが設けられている。
【００３１】
この第１排気通路２２Ａと第２排気通路２２Ｂは、分岐点２３よりも下流側の合流部２４で第３排気通路２５に合流し、この第３排気通路２５はターボチャージャ４０のタービン４２の入口側に接続され、更に、タービン４２の出口側に、第４排気通路２６が接続される。この第４排気通路２６に、排気ガス浄化装置５０が配設される。つまり、第１排気通路２２Ａと第２排気通路２２Ｂとが合流した下流側にターボチャージャ４０のタービン４２を配置すると共に、このタービン４２の下流側に排気ガス浄化装置５０を配置して構成する。
【００３２】
なお、ターボチャージャ４０にタービン４２の入口が２つになっているツインエントリタイプを用いると、第１排気通路２２Ａと第２排気通路２２Ｂをそれぞれのエントリ部に接続することができるので、合流用の配管が不要になり、配管が単純化する。
【００３３】
この排気ガス浄化装置５０は、上流側から、酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst ）５１と、ＮＯｘ触媒５２と、触媒担持ＤＰＦ（Ｃ−ＤＰＦ：Catalyzed Diesel Particulate Filter ）５３とからなる。
【００３４】
この酸化触媒５１は、白金等の貴金属触媒を担持しており、ＤＰＦ再生時に、排気ガス中に添加されたＨＣを触媒作用により酸化させるためのものであり、このＨＣの酸化によって発生する熱により、触媒担持ＤＰＦ５３を昇温させて、この触媒担持ＤＰＦ５３に捕集されたＰＭを強制燃焼して触媒担持ＤＰＦ５３を再生する。また、触媒再生時に、排気ガス中に添加されたＨＣの酸化により、排気ガスの空燃比をリッチ状態にさせ、ＮＯｘ触媒５２のＮＯｘ浄化性能を回復し、ＮＯｘ触媒５２を再生する。
【００３５】
ＮＯｘ触媒５２は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒やＮＯｘ直接還元型触媒等の、排気ガスの空燃比がリッチ状態の時にＮＯｘ浄化能力を回復する触媒で構成される。このＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、排気ガスの空燃比がリーン状態の時にＮＯｘをＮＯｘ吸蔵材に吸収して排気ガス中のＮＯｘを除去し、排気ガスの空燃比がリッチ状態の時にＮＯｘ吸蔵材に吸収したＮＯｘを放出及び還元して、ＮＯｘ浄化能力を回復する触媒である。また、ＮＯｘ直接還元型触媒は、排気ガスの空燃比がリーン状態の時にＮＯｘを直接還元し、排気ガスの空燃比がリッチ状態の時にＮＯｘ還元により酸化した成分を還元して、ＮＯｘ浄化能力を回復する触媒である。
【００３６】
また、触媒担持ＤＰＦ５３は、セラミック製のモノリスハニカム型ウォールフロータイプのフィルタ等で形成され、その通路表面に酸化セリウム等のＰＭ酸化触媒を担持したＤＰＦであり、粒子状物質（ＰＭ）を捕集すると共に、ＤＰＦ再生時に、捕集したＰＭを燃焼除去するためのものである。なお、図１では、貴金属触媒はＤＰＦ５３と別体で形成されたコンバータ５１に担持されているが、この貴金属触媒をもＤＰＦ５３に担持した一体型のＤＰＦ装置であってもよい。
【００３７】
そして、エンジン１の燃料噴射制御やＥＧＲ弁３２の弁開度を調整して、ＥＧＲのＯＮ・ＯＦＦの制御とＥＧＲガス量の制御等を行うエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と呼ばれる制御装置（図示しない）が設けられる。この制御装置は、エンジン全般の制御と共にＥＧＲ制御やＤＰＦ再生制御なども行う。そのため、エンジン回転数やアクセル開度や冷却水温や排気ガス温度等の各種の検出値を入力し、燃料噴射弁（図示しない）やＥＧＲ弁３２や吸気弁１３等に制御信号を出力する。
【００３８】
次に、上記の構成における排気ガス浄化装置を備えたエンジン１における空気Ａ、排気ガスＧ１，Ｇ２，Ｇ、及び、ＥＧＲガスＧｅの流れについて説明する。
【００３９】
空気Ａは、この吸気通路１０により、コンプレッサー４１で圧縮昇圧した後、インタークーラ１２で冷却し、吸気弁１３で流量を調整して、右バンク２Ａと左バンク２Ｂの各気筒に供給される。
【００４０】
排気ガスに関しては、第１気筒群からの排気ガスＧ１は第１排気マニホールド２１Ａと第１排気通路２２Ａを通り、また、第２気筒群からの排気ガスＧ２は第２排気マニホールド２１Ｂと第２排気通路２２Ｂを通り、両方の排気ガスＧ１，Ｇ２が合流部２４で第３排気通路２５に合流し、ターボチャージャ４０のタービン４２を駆動した後、第４排気通路２６のＤＰＦ装置５０を通過して排気ガスＧ中のＰＭを除去されて、浄化された排気ガスＧｃとなって、図示しない消音器を通って大気中へ放出される。
【００４１】
また、ＥＧＲガスＧｅに関しては、第１気筒群の第１排気マニホールド２１Ａから第１排気通路２２Ａに排出された排気ガスＧ１の一部が分岐点２３でＥＧＲ通路３０に分岐され、ＥＧＲガスＧｅとなり、ＥＧＲクーラ３１で冷却されると共に、ＥＧＲ弁３２でその量を調整されて合流点１４から吸気通路１０に供給され、分岐点１５で第１吸気通路１６Ａと第２吸気通路１６Ｂに分かれ、第１吸気マニホールド１７Ａから第１気筒群と、第２吸気マニホールド１７Ｂから第２気筒群の両方に供給される。
【００４２】
次に、上記の構成における排気ガス浄化装置を備えたエンジン１のＤＰＦ再生時における、ＤＰＦ再生、触媒再生及びＥＧＲについて説明する。
【００４３】
このＤＰＦ再生は、触媒担持ＤＰＦ５３の目つまり状態を触媒担持ＤＰＦ５３の前後の差圧等で検出し、ＤＰＦの再生制御が必要であると判定された場合に、第２気筒群の一部又は全部、即ち、少なくとも一部において、ポスト噴射又はタイミングリタード噴射等の燃料噴射制御を行って、排気ガスＧ２中にＨＣを添加して、排気中のＨＣ濃度を上げる。それと共に、ＥＧＲ弁２２を開弁制御してＥＧＲを行って、燃焼室におけるＮＯｘの発生を抑制する。このＥＧＲにより、ＤＰＦ再生をしない時と同程度のＮＯｘ排出量を維持できる。
【００４４】
即ち、制御装置６０を、触媒担持ＤＰＦ５３の再生時に、第２気筒群の少なくとも一部において、排気ガス中のＨＣ濃度を上昇させるための燃料噴射制御を行うと共に、ＥＧＲ通路３０に設けたＥＧＲ弁３２を開弁制御するように構成する。
【００４５】
このＤＰＦ再生時、第２気筒群の排気ガスＧ２は第２排気通路２２Ｂとタービン４２を経由して、排気ガス浄化装置５０に流入するので、ＤＰＦ再生のために添加されたＨＣは、ＥＧＲガスＧｅに含まれることなく、ほぼ全部が排気ガス浄化装置５０に流入する。従って、吸気へのＨＣの還流をほぼ無くすことができる。そして、このＤＰＦ再生のために添加されたＨＣは、ほぼ全部が酸化触媒５１により酸化されるので、このＨＣの酸化によって発生する熱により、触媒担持ＤＰＦ５３を効率よく昇温できる。そのため、ＤＰＦ再生に伴う燃費の悪化を抑制できる。
【００４６】
また、このＤＰＦ再生時のＥＧＲは、制御装置によってＥＧＲ弁３２の弁開度を制御することにより、エンジン１の運転状態に対して予め設定された条件に従って、ＯＮ・ＯＦＦとＥＧＲガス量が調整され、第１気筒群から第１排気通路２２Ａに排出された排気ガスＧ１の一部であるＥＧＲガスＧｅを第１気筒群と第２気筒群の両方に供給して行われる。
【００４７】
この第１気筒群では、ＤＰＦ再生のためのポスト噴射（後噴射）やタイミングリタード噴射（遅延噴射）等を行わないので、ＥＧＲガスＧｅ中には、これらの燃料噴射制御によって排気ガス中に添加されたＨＣが含まれない。従って、ＮＯｘの発生を抑制するために、各気筒においてＤＰＦ再生中にＥＧＲを行っても、ＤＰＦ再生のために排気ガス中に添加されたＨＣが燃焼室に再循環されて燃焼されることがない。そのため、燃焼室における燃料量が所望の燃料量でなくなって燃焼が不安定になることが無く、また、予期しないトルク変化を引き起こすことも無く、ＥＧＲクーラ及びＥＧＲ弁へのＨＣ付着による性能劣化も防ぐ。
【００４８】
そして、図２に示すように、このＤＰＦ再生時に、ＮＯｘ触媒５２の再生のために、排気ガスの空燃比をリッチにすることが必要であると判断された場合（下向き矢印）には、ＥＧＲ弁３２を開弁し、かつ、吸気通路１０に配置された吸気絞り弁１３により空気の吸気量を制限する。これにより、ＤＰＦ再生時にも、効率よくＮＯｘ触媒５２の触媒再生を行うことができる。
【００４９】
図３に、上記の構成のエンジン１における燃料噴射制御の例を示し、図８に従来例の燃料噴射制御の例を示す。この従来例の場合には、図６に示すように、エンジン１Ｘにおいて、ＥＧＲ通路３０は、第１排気通路２２Ａと第２排気通路２２Ｂの合流点２４より下流側の第３排気通路２５から分岐点２３で分岐している。そして、図８の従来例では、ＤＰＦ再生時においては、ＥＧＲ弁３２を閉じて、メイン噴射Ｍとポスト噴射Ｐを全気筒で行うのに対して、図３の実施例では、ＤＰＦ再生時においては、ＥＧＲ弁３２を開いて、メイン噴射Ｍとポスト噴射Ｐを偶数番号の気筒で行い、奇数番号の気筒では行わない。なお、この実施例の各気筒におけるポスト噴射量は、従来例の各気筒におけるポスト噴射量の倍にしている。
【００５０】
また、図５に、右バンクだけのＥＧＲと左バンクだけのポスト噴射の場合（Ａ）と、ＤＰＦ再生を行わずにＥＧＲを行った場合（Ｂ）と、ＥＧＲ弁を閉じた場合（Ｃ）のＮＯｘ排出量の比較を示し、図６に、右バンクだけのＥＧＲと左バンクだけのポスト噴射の場合（Ａ）と、ＤＰＦ再生を行わずにＥＧＲを行った場合（Ｂ）と、両バンクにポスト噴射した場合（Ｄ）の吸気通路に還流したＨＣ量の比較を示す。この図５及び図６から、右バンクだけのＥＧＲと左バンクだけのポスト噴射の場合（Ａ）にＮＯｘ排出量と吸気通路に還流したＨＣ量が著しく減少することが分かる。
【００５１】
なお、上記の説明では、右バンク２Ａ側にＥＧＲ通路３０を設けて、左バンク２Ｂ側でＤＰＦ再生用の燃料噴射制御を行うように構成したが、左右のバンクを入れ換えて、左バンク２Ｂ側にＥＧＲ通路３０を設けて、右バンク２Ａ側でＤＰＦ再生用の燃料噴射制御を行うように構成してもよい。
【００５２】
また、上記の説明では、Ｖ型エンジンを例にしているが、Ｖ型エンジンに限らず、ＥＧＲガスを特定の気筒から分岐して吸気側に還流することが可能であれば、直列エンジン等においても応用できる。特に、直列６気筒エンジンにおいては、ツインエントリタイプのターボチャージャが用いられることが多いので、この場合には、第１気筒群と一方のエントリ部を接続する第１排気通路のエントリ部より上流にＥＧＲガスの分岐部、即ちＥＧＲガスの取り入れ口を設け、他方のエントリ部に接続する第２排気通路に連結されている第２気筒群にポスト噴射等の燃料噴射制御を行うように構成する。
【００５３】
また、ＥＧＲ通路を両方の気筒群に設けて、ＤＰＦ再生時においては、時系列的に、交互に一方のＥＧＲ通路だけを用いてＥＧＲを行うように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る実施の形態のＤＰＦ装置を備えたエンジンの構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の触媒再生、ＤＰＦ再生とＥＧＲ弁制御の例を示す図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の燃料噴射制御の例を示す図である。
【図４】ＤＰＦ再生時におけるＮＯｘ排出量を示す図である。
【図５】ＤＰＦ再生時における吸気通路に還流したＨＣ量を示す図である。
【図６】従来例のＤＰＦ装置を備えたエンジンの構成を示す図である。
【図７】従来例の触媒再生、ＤＰＦ再生とＥＧＲ弁制御の例を示す図である。
【図８】従来例の燃料噴射制御の例を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 排気ガス浄化装置を備えたエンジン
１０ 吸気通路
２０ 排気通路
２２Ａ 第１排気通路
２２Ｂ 第２排気通路
２３ 分岐部
２４ 合流部
２５ 第３排気通路
２６ 第４排気通路
３０ ＥＧＲ通路
３２ ＥＧＲ弁
４０ ターボチャージャ
４２ タービン
５０ 排気ガス浄化装置
５１ 酸化触媒（ＤＯＣ）
５２ ＮＯｘ触媒
５３ 触媒担持ＤＰＦ
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ 排気ガス
Ｇｅ ＥＧＲガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＧＲ弁を設けたＥＧＲ通路と、ＮＯｘ触媒とＤＰＦ装置からなる排気ガス浄化装置を配置した排気通路と、複数の気筒を備えたエンジンで、燃焼室への燃料噴射を制御して、排気ガス中のＨＣ濃度を上昇させることにより、前記ＤＰＦ装置にＨＣを供給し、該ＨＣを触媒作用により酸化させることにより、前記ＤＰＦ装置の温度を上昇させて捕集した粒子状物質を強制燃焼し、該強制燃焼により、目つまり状態から前記ＤＰＦ装置を再生し、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態することにより、前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力を回復する、排気ガス浄化装置を備えたエンジンにおいて、
前記ＤＰＦの再生時に、前記複数の気筒を第１気筒群と第２気筒群に区分して、前記第１気筒群から排出される排気ガスからのみＥＧＲガスを分岐してＥＧＲを行うと共に、前記第２気筒群の少なくとも一部において、燃焼室への燃料噴射を制御して、排気ガス中のＨＣ濃度を上昇させることを特徴とする排気ガス浄化方法。
【請求項２】
前記ＤＰＦの再生時において、前記ＮＯｘ触媒の再生のために、排気ガスの空燃比をリッチにすることが必要であると判断された場合には、前記ＥＧＲ弁を開弁し、かつ、吸気通路に配置された吸気絞り弁により吸気量を制限することを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化方法。
【請求項３】
ＥＧＲ弁を設けたＥＧＲ通路と、ＮＯｘ触媒とＤＰＦ装置からなる排気ガス浄化装置を配置した排気通路と、複数の気筒と、前記ＥＧＲ弁の弁開度と燃料噴射制御を制御する制御装置とを備えたエンジンで、前記制御装置が、燃焼室への燃料噴射を制御して、排気ガス中のＨＣ濃度を上昇させることにより、前記ＤＰＦ装置にＨＣを供給し、該ＨＣを触媒作用により酸化させることにより、前記ＤＰＦ装置の温度を上昇させて捕集した粒子状物質を強制燃焼し、該強制燃焼により、目つまり状態から前記ＤＰＦ装置を再生し、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態することにより、前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力を回復するように構成された排気ガス浄化装置を備えたエンジンにおいて、 前記複数の気筒を第１気筒群と第２気筒群に区分して、前記複数の気筒に連結する排気通路部分を、第１気筒群に連結され、かつ、ＥＧＲ通路を設けた第１排気通路と、第２気筒群に連結され、かつ、ＥＧＲ通路を設けない第２排気通路に分割して設けると共に、
前記制御装置を、前記ＤＰＦ装置の再生時に、前記第２気筒群の少なくとも一部において、排気ガス中のＨＣ濃度を上昇させるための燃料噴射制御を行うと共に、前記ＥＧＲ通路に設けたＥＧＲ弁を開弁制御するように構成したことを特徴とする排気ガス浄化装置を備えたエンジン。
【請求項４】
前記制御装置を、前記ＤＰＦの再生時において、前記ＮＯｘ触媒の再生のために、排気ガスの空燃比をリッチにすることが必要であると判断された場合には、前記ＥＧＲ弁を開弁し、かつ、吸気通路に配置された吸気絞り弁により吸気量を制限するように構成したことを特徴とする請求項３記載の排気ガス浄化装置を備えたエンジン。
【請求項５】
前記第１排気通路と前記第２排気通路とが合流した下流側にターボチャージャのタービンを配置すると共に、該タービンの下流側に前記排気ガス浄化装置を配置したことを特徴とする請求項４記載の排気ガス浄化装置を備えたエンジン。
【請求項１】
ＥＧＲ弁を設けたＥＧＲ通路と、ＮＯｘ触媒とＤＰＦ装置からなる排気ガス浄化装置を配置した排気通路と、複数の気筒を備えたエンジンで、燃焼室への燃料噴射を制御して、排気ガス中のＨＣ濃度を上昇させることにより、前記ＤＰＦ装置にＨＣを供給し、該ＨＣを触媒作用により酸化させることにより、前記ＤＰＦ装置の温度を上昇させて捕集した粒子状物質を強制燃焼し、該強制燃焼により、目つまり状態から前記ＤＰＦ装置を再生し、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態することにより、前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力を回復する、排気ガス浄化装置を備えたエンジンにおいて、
前記ＤＰＦの再生時に、前記複数の気筒を第１気筒群と第２気筒群に区分して、前記第１気筒群から排出される排気ガスからのみＥＧＲガスを分岐してＥＧＲを行うと共に、前記第２気筒群の少なくとも一部において、燃焼室への燃料噴射を制御して、排気ガス中のＨＣ濃度を上昇させることを特徴とする排気ガス浄化方法。
【請求項２】
前記ＤＰＦの再生時において、前記ＮＯｘ触媒の再生のために、排気ガスの空燃比をリッチにすることが必要であると判断された場合には、前記ＥＧＲ弁を開弁し、かつ、吸気通路に配置された吸気絞り弁により吸気量を制限することを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化方法。
【請求項３】
ＥＧＲ弁を設けたＥＧＲ通路と、ＮＯｘ触媒とＤＰＦ装置からなる排気ガス浄化装置を配置した排気通路と、複数の気筒と、前記ＥＧＲ弁の弁開度と燃料噴射制御を制御する制御装置とを備えたエンジンで、前記制御装置が、燃焼室への燃料噴射を制御して、排気ガス中のＨＣ濃度を上昇させることにより、前記ＤＰＦ装置にＨＣを供給し、該ＨＣを触媒作用により酸化させることにより、前記ＤＰＦ装置の温度を上昇させて捕集した粒子状物質を強制燃焼し、該強制燃焼により、目つまり状態から前記ＤＰＦ装置を再生し、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比をリッチ状態することにより、前記ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化能力を回復するように構成された排気ガス浄化装置を備えたエンジンにおいて、 前記複数の気筒を第１気筒群と第２気筒群に区分して、前記複数の気筒に連結する排気通路部分を、第１気筒群に連結され、かつ、ＥＧＲ通路を設けた第１排気通路と、第２気筒群に連結され、かつ、ＥＧＲ通路を設けない第２排気通路に分割して設けると共に、
前記制御装置を、前記ＤＰＦ装置の再生時に、前記第２気筒群の少なくとも一部において、排気ガス中のＨＣ濃度を上昇させるための燃料噴射制御を行うと共に、前記ＥＧＲ通路に設けたＥＧＲ弁を開弁制御するように構成したことを特徴とする排気ガス浄化装置を備えたエンジン。
【請求項４】
前記制御装置を、前記ＤＰＦの再生時において、前記ＮＯｘ触媒の再生のために、排気ガスの空燃比をリッチにすることが必要であると判断された場合には、前記ＥＧＲ弁を開弁し、かつ、吸気通路に配置された吸気絞り弁により吸気量を制限するように構成したことを特徴とする請求項３記載の排気ガス浄化装置を備えたエンジン。
【請求項５】
前記第１排気通路と前記第２排気通路とが合流した下流側にターボチャージャのタービンを配置すると共に、該タービンの下流側に前記排気ガス浄化装置を配置したことを特徴とする請求項４記載の排気ガス浄化装置を備えたエンジン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−４６２５２（Ｐ２００６−４６２５２Ａ）
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２３０８３５（Ｐ２００４−２３０８３５）
【出願日】平成１６年８月６日（２００４．８．６）
【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１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月６日（２００４．８．６）
【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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