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JP2003148211A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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JP2003148211A
JP2003148211A JP2001346698A JP2001346698A JP2003148211A JP 2003148211 A JP2003148211 A JP 2003148211A JP 2001346698 A JP2001346698 A JP 2001346698A JP 2001346698 A JP2001346698 A JP 2001346698A JP 2003148211 A JP2003148211 A JP 2003148211A
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intake
internal combustion
air amount
throttle valve
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忍 石山
Hisashi Oki
久 大木
Hisafumi Magata
尚史 曲田
Masaaki Kobayashi
正明 小林
Daisuke Shibata
大介 柴田
Akihiko Negami
秋彦 根上
Yasuhiko Otsubo
康彦 大坪
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼に供される空気の量を大幅に減らしての
運転条件においても、安定した燃焼状態を確保する。ま
た、排気ガスの昇温が望まれる運転条件下において、そ
の燃焼状態の安定性を確保しつつ、排気ガスの温度低下
も抑制する。 【解決手段】 吸気絞り弁13、EGR弁26を備え、
それら吸気絞り弁13及びEGR弁26のフィードバッ
ク制御を実施することで、要求される運転条件に応じた
EGR率を得る内燃機関の排気浄化装置であって、吸気
絞り弁13の開度が大きく、吸入空気量が多いときには
エアフロメータ11の出力に基づき吸気絞り弁13を制
御し、吸気絞り弁13の開度が小さく、吸入空気量が少
ないときには、吸気圧センサ23の出力に基づく吸気絞
り弁13の開閉制御に切り換える。また、燃焼に供され
る空気量が少なく、且つ湿度が高い場合には、燃焼噴射
時期を進角補正する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置に関し、より詳細には、EGR装置等を備える内
燃機関の排気浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ディーゼル機関に代表される希薄燃焼式
内燃機関では、窒素酸化物(NOx)やスモークの排出
量を低減するため種々の対策が講じられている。この対
策の一つとして、例えば、特許掲載公報(第28450
56号)に開示された排気浄化装置がある。
【0003】同特許公報に開示された排気浄化装置によ
れば、吸気通路に吸気絞り弁を設け、また、排気通路に
周知の吸蔵還元型NOx触媒および還元剤添加装置を設
けることで、その排気浄化装置を構成している。
【0004】また、吸蔵還元型NOx触媒を昇温させる
とき、或いは吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵された窒素酸
化物(NOx)の浄化(再生)を促す場合には、その吸
気絞り弁を絞る、或いは、還元剤添加装置による排気ガ
ス中への還元剤の添加を実施している。
【0005】なお、上記の補足として、吸蔵還元型NO
x触媒(以下、NOx触媒と称す)は、流入排気ガスの
酸素濃度が高いとき、すなわち排気ガスの空燃比がリー
ンのときにその排気ガス中の含まれる窒素酸化物(NO
x)を吸蔵し、流入排気ガスの酸素濃度が低いとき、す
なわち排気ガスの空燃比がリッチのときにその吸蔵して
いた窒素酸化物(NOx)を二酸化窒素(NO2)や一
酸化窒素(NO)の形で排気ガス中に還元・放出し、同
時にその二酸化窒素(NO2)や一酸化窒素(NO)を
排気ガス中に含まれている未燃燃料成分(CO,HC)
と酸化反応せしめることで無害な水蒸気(H2O)及び
二酸化炭素(CO2)に浄化する排気浄化作用を備えて
いる。
【0006】一方、還元剤添加装置は、NOx触媒に流
れ込む排気ガス中に還元剤たる機関燃料(軽油)を供給
することで、その排気ガスの酸素濃度を強制的に低下さ
せる装置である。したがって、還元剤添加装置にて還元
剤(機関燃料)を添加すれば、上記の排気浄化作用が促
進される。また、還元剤と触媒物質との反応熱によって
NOx触媒の昇温が図られる。
【0007】尚、吸気絞り弁を略閉弁することで得られ
る利点としては、(1)燃焼に供される空気(酸素)の
量を少なくでき、それによって還元剤の添加量を少なく
することができる。(2)軽負荷運転時における排気ガ
スの過剰流入に起因したNOx触媒の冷却(放熱)を抑
制できる。(3)添加した還元剤と触媒物質との反応時
間を十分に確保でき、排気浄化率を向上させることがで
きるといった点である。
【0008】また、近年では、高EGR率での運転をな
し得る内燃機関も注目を集めている。この種の内燃機関
は、吸気絞り弁に加えEGR装置(排気再循環装置)を
有し、EGR率約65%以上での燃焼を行うことで、煤
(スモーク)の発生量を略ゼロに抑えている。すなわ
ち、吸気絞り弁を略全閉状態とし、EGR弁を略全開状
態にすることで、高EGR率での燃焼を実現し、それに
よって煤の生成を根本から断ちスモークの発生を抑制し
ている。
【0009】また、高EGR率での運転は、排気ガスの
空燃比をリッチ(ストイキ近傍、或いは、ストイキ)に
できるから、排気浄化触媒を一気に昇温させるといった
利点も得られる。即ち、上記の機関制御は、排気浄化触
媒が活性化温度以上であれば、触媒昇温用の制御と換言
することもできる。
【0010】ところで、吸気絞り弁の略閉弁時には、燃
焼に供される空気(吸入空気)の量が大幅に減り、代わ
りにEGRガス量が増えるため、酸素不足や不活性ガス
たるEGRガスの増加に伴う失火、および圧縮圧力の低
下(吸気絞り弁の絞り過ぎ、大気圧の低下)に伴う失
火、未燃燃料成分(HC)の増加など、通常の運転では
殆ど発生しない種々の不具合が生じる。すなわち、吸気
絞り弁の略閉弁時には、燃焼状態が不安定になり易い過
酷な燃焼を強いられる。
【0011】このため従来では、それらの不具合を改善
すべくエアフロメータの出力を監視しながらEGR弁の
開度補正を実施し、EGRガスの導入量を適切量に維持
することで安定した燃焼状態の確保に努めている。すな
わち、エアフロメータの出力に基づくEGR弁のフィー
ドバック制御を実施し、それによって適切なEGR率で
の燃焼を可能にしている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者等の鋭意研究によれば、EGR率の制御に関し、種々
の改善すべき点が見出された。
【0013】まず、EGR率制御中のフィードバック制
御に着目すると、そのパラメータとなる空気の流量はエ
アフロメータにて計測するが、その計測精度を確保する
にはある程度の流量を必要とする。しかしながら、上記
した種々の運転条件では、吸気絞り弁が閉弁されるた
め、その計測精度を確保するにあたって必要とされる吸
気通路内の空気流量を十分に確保できなかった。すなわ
ち、エアフロメータの出力に誤差が生じ、フィードバッ
ク制御自体が困難になる。また、エアフロメータの出力
に基づくフィードバック制御では、大幅な大気圧の変化
にも対応できていなかった。つまり、上記した種々の運
転条件で要求されるフィードバック制御は、空気量が多
い時のフィードバック制御に較べて遙かに精度のよいフ
ィードバック制御が望まれるのに対し、従来の構成で
は、フィードバック制御の精度や大気圧を加味してのフ
ィードバック制御が実施されていないため、フィードバ
ック制御本来の効果を期待できなかった。
【0014】また、排気浄化触媒の昇温の面から捉える
と、フィードバック制御においてEGRガス量を減らす
ことは空気量の増大(リーン化)を招き排気ガスの昇温
効率を低下させる。このため好ましくは、吸気絞り弁の
開度補正にて所望のEGR率を得るようにするのがよ
い。しかしながら、従来ではEGRガス量の補正により
EGR率を制御するため、時として排気ガスの温度低下
を招くこともあった。
【0015】また、EGR率は、「EGRガス量/(E
GRガス量+空気量)」の相対的な割合で定義されるた
め、EGRガス側のみにてEGR率の変更を行うと、吸
入空気量が少ない状態(要求EGR率が大きい場合)で
は、燃焼に供される総ガス量(絶対量:EGRガス量+
空気量)そのものを大幅に減らすこととなる。すなわ
ち、従来のEGR率制御では、総ガス量の不足に起因し
た圧縮圧力の低下を引き起こし、それによって失火およ
び排気ガス温度の低下を招くことにもなりかねない。
【0016】さらに、本発明者等の研究によれば、吸気
絞り弁の閉弁時における燃焼状態の安定性は、湿度によ
っても大きく左右されることがわかった。
【0017】すなわち、湿度が高い時には、燃焼に供さ
れる空気中に多量の水分(湿気)が混入するため、この
水分の影響を受けて着火遅れ(燃焼の一要素)が長くな
る。つまり、ただでさえ過酷な燃焼が要求される運転条
件において、燃焼の一要素である着火遅れが長くなれ
ば、自ずと燃焼状態の安定性は大きく損なわれる。
【0018】本発明は、以上の点を考慮しなされたもの
で、運転条件の変更に伴い、その燃焼に供される空気の
量が大幅に減少したときにおいても、安定した燃焼状態
を確保できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを
課題とする。また、排気ガスの昇温が望まれる運転条件
下において、その燃焼状態の安定性を確保しつつ、排気
ガスの温度低下も抑制可能なEGR率制御技術を提供す
ることを課題とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】上記した技術的課題を解
決するため、本発明では以下の構成とした。すなわち、
本発明は、吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段
と、吸気通路内を流れる吸入空気の流量を制御する吸気
絞り弁と、前記吸入空気量検出手段により検出された吸
入空気量に基づいて吸気絞り弁を開閉制御する第1の吸
気絞り弁制御手段と、内燃機関から排出された排気ガス
の一部を内燃機関の吸気系へ還流させる排気再循環通路
と、前記排気再循環通路内を流れる排気ガスの流量を調
節する排気再循環弁と、内燃機関の運転状態に応じて前
記排気再循環弁の開閉制御を行う排気再循環弁制御手段
と、内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型NOx
触媒と、前記吸蔵還元型NOx触媒に還元剤を供給する
還元剤供給手段と、内燃機関の運転状態に応じて還元剤
の添加の可否を判断する可否判断手段と、前記可否判断
手段により還元剤の添加可と判断された時に前記還元剤
供給手段から還元剤を添加する内燃機関の排気浄化装置
であって、前記吸気通路内の圧力を検出する吸気圧検出
手段と、前記吸入空気量検出手段で検出した吸入空気量
が所定吸入空気量より少ない場合、前記吸気圧検出手段
にて検出した吸気通路内の圧力に基づき前記吸気絞り弁
の開閉を制御する第2の吸気絞り弁制御手段と、を備え
ることを特徴とする。
【0020】このように構成された本発明では、吸入空
気量検出手段にて吸入空気量を検出する。また、吸気系
には吸気絞り弁が設けられ、吸気絞り弁の開度は、吸入
空気量検出手段にて検出した吸入空気量に基づき制御さ
れている。また、排気系には排気再循環通路、排気再循
環弁が設けられ、排気再循環弁は、内燃機関の運転状態
に応じてその排気再循環弁の開閉制御を行う排気再循環
弁制御手段で制御されている。さらに、排気系には、吸
蔵還元型NOx触媒、及び還元剤供給手段が設けられ、
内燃機関の運転状態に応じて還元剤添加の可否を判断す
る可否判断手段にて還元剤添加可と判断したときに、還
元剤供給手段から吸蔵還元型NOx触媒に対して還元剤
を添加し、吸蔵還元型NOx触媒に吸蔵されていた窒素
酸化物(NOx)等の浄化を促す。
【0021】また、本構成では、吸気通路内の圧力を検
出する吸気圧検出手段を備え、吸気圧検出手段にて検出
した吸気圧は、吸入空気量検出手段で検出した吸入空気
量が所定吸入空気量より少なくなったことを受け、吸気
絞り弁の開閉制御に利用される。すなわち、本構成で
は、吸入空気量に基づき吸気絞り弁の開閉を制御する第
1の吸気絞り弁制御と、吸気圧に基づき吸気絞り弁の開
閉を制御する第2の吸気絞り弁制御手段と、を備え、吸
気絞り弁の開度減少にて吸入空気量が減少したため第1
の吸気絞り弁制御手段による吸気絞り弁の開閉制御が困
難な場合には、吸気圧に基づき吸気絞り弁を開閉制御す
る第2の吸気絞り弁制御手段に切り換え、適切な吸気絞
り弁の開閉制御を継続する。
【0022】また、本発明では、上記した技術的課題を
解決するため以下の構成とすることもできる。すなわ
ち、本発明は、吸入空気量を検出する吸入空気量検出手
段と、吸気通路内を流れる吸入空気の流量を制御する吸
気絞り弁と、前記吸入空気量検出手段により検出された
吸入空気量に基づいて吸気絞り弁を開閉制御する第1の
吸気絞り弁制御手段と、内燃機関から排出された排気ガ
スの一部を内燃機関の吸気系へ還流させる排気再循環通
路と、前記排気再循環通路内を流れる排気ガスの流量を
調節する排気再循環弁と、内燃機関の運転状態に応じて
前記排気再循環弁の開閉制御を行う排気再循環弁制御手
段と、内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型NO
x触媒と、前記吸蔵還元型NOx触媒に還元剤を供給す
る還元剤供給手段と、内燃機関の運転状態に応じて還元
剤の添加の可否を判断する可否判断手段と、前記可否判
断手段により還元剤の添加可と判断された時に前記還元
剤供給手段から還元剤を添加する内燃機関の排気浄化装
置であって、吸気通路内の湿度を検出する湿度検出手段
と、前記吸入空気量検出手段にて検出した吸入空気量が
所定吸入空気量より少なく、且つ前記湿度検出手段にて
検出した湿度が所定湿度以上である場合に、内燃機関の
燃料噴射時期を進角補正する噴射時期補正手段と、を備
えることを特徴とする。
【0023】このように構成された本発明によれば、吸
入空気量検出手段に加え、吸気通路内の湿度を検出する
湿度検出手段および内燃機関の燃料噴射時期を補正する
噴射時期補正手段を備え、噴射時期補正手段では、吸入
空気量検出手段にて検出した吸入空気量が所定吸入空気
量より少なく、且つ湿度検出手段にて検出した湿度が所
定湿度以上である場合に、内燃機関の燃料噴射時期を進
角補正する。
【0024】すなわち、吸入空気が少なく、湿度が高い
時に燃料噴射時期を進角補正することで燃料の積極的な
ガス化を促し、吸入空気量を制限しての過酷な燃焼が要
求される運転条件下において、湿気(水分)の吸熱作用
や圧縮圧力の緩慢な上昇に伴う着火遅れを改善する。な
お、燃料噴射時期の進角補正は、予め定められた規定量
を進角させるようにする他、湿度に応じて徐々にその進
角量を増やすなど、湿度に応じた燃料噴射制御の進角補
正は、適時自由に選択できるものである。また、上記し
た各種構成と組み合わせれば、さらなる燃焼状態の安定
性が確保される。
【0025】
【発明の実施の形態】続いて、本発明に係る内燃機関に
関し、その好適な実施形態について説明する。尚、以下
に示す内燃機関の構造は、あくまでも本発明の一実施形
態にすぎず、その詳細は、特許請求の範囲を逸脱しない
範囲で任意に変更可能である。
【0026】<第1の実施の形態>本実施の形態に示す
内燃機関1は、車両用ディーゼル機関であり、図1に示
されるように燃焼室を形成する4つの気筒2の他、燃料
供給系、吸気系、排気系、制御系などをその主要構成要
素として備えている。
【0027】燃料供給系は、燃料噴射弁3、コモンレー
ル(蓄圧室)4、燃料供給管5、燃料ポンプ6、などを
備え、各気筒2に対して燃料供給を行っている。燃料噴
射弁3は、各気筒2に対して夫々設けられる電磁駆動式
の開閉弁であり、各燃料噴射弁3は、燃料の分配管とな
るコモンレール4に接続されている。また、コモンレー
ル4は、燃料供給管5を介して燃料ポンプ6に連結され
ている。燃料ポンプ6は、内燃機関1の出力軸たるクラ
ンクシャフト1aの回転を駆動源として回転駆動されて
いる。
【0028】このように構成された燃料供給系では、ま
ず、燃料ポンプ6によって燃料タンク(図示略)内の燃
料が汲み上げられる。汲み上げられた燃料は、燃料供給
管5を介してコモンレール4に供給される。コモンレー
ル4に供給された燃料は、コモンレール4内にて所定燃
圧まで高められ、各燃料噴射弁3に分配される。そし
て、燃料噴射弁3に駆動電圧が印可され燃料噴射弁3が
開弁すると、その燃料は、燃料噴射弁3を介して気筒2
内に噴射される。
【0029】一方、吸気系は、吸気管9、吸気絞り弁1
3、吸気枝管8、エアクリーナボックス10、インター
クーラ16などを備え、各気筒2に対して空気を供給す
る吸気通路を形成している。
【0030】吸気管9は、エアクリーナボックス10を
介して吸入される空気(吸入空気)を吸気枝管8に導く
通路を形成している。吸気枝管8は、吸気管9を経て流
入する空気を各気筒2に分配する通路を形成している。
また、吸気管9とエアクリーナボックス10との連結部
分近傍には、吸気管9を流れる空気の流量を計測するエ
アフロメータ11(吸入空気量検出手段)、及びその空
気の温度を測定する吸気温センサ12を備えている。
【0031】また、吸気枝管8の直上流には、吸気枝管
8を通じて気筒2(燃焼室)に流れ込む空気の流量を加
減する吸気絞り弁13が設けられ、吸気絞り弁13の開
度は、ステッパモータなどにて構成されたアクチュエー
タ14によって制御されている。また、吸気絞り弁13
の直下流には、吸気枝管8内の温度を測定する吸気温セ
ンサ24、及び吸気枝管8内の管内圧力を測定する吸気
圧センサ(吸気圧検出手段)23が設けられている。
【0032】また、エアクリーナボックス10から吸気
絞り弁13に至る吸気通路中には、吸入された空気を圧
縮するターボチャージャ15のコンプレッサハウジング
15a、及びコンプレッサハウジング15a内にて圧縮
された空気を冷却するインタークーラ16が設けられて
いる。
【0033】このように構成された吸気系では、まず、
機関運転に伴う負圧の発生により各気筒2に供給される
べき空気が吸入空気としてエアクリーナボックス10に
流入する。エアクリーナボックス10内に流入した空気
は、エアクリーナボックス10内にて塵や埃を除去され
た後、吸気管9を経てターボチャージャ15のコンプレ
ッサハウジング15aに流入する。コンプレッサハウジ
ング15aに流入した空気は、コンプレッサホイール
(図示略)にて圧縮された後、インタークーラ16によ
って冷却される。そして、必要に応じて吸気絞り弁13
での流入量調節を受けた後、吸気枝管8内に流入する。
吸気枝管8に流入した空気は、各枝管を介して各気筒2
に分配され、燃料噴射弁3から噴射供給された燃料と共
に燃焼される。尚、エアフロメータ11および吸気圧セ
ンサ23等の出力は、後述の電子制御ユニット30に入
力されており、例えば、EGR率のフィードバック制御
等に利用される。
【0034】続いて、制御系について説明する。制御系
は、双方向性バス31によって互いに接続されたROM
(リードオンリメモリ)32、RAM(ランダムアクセ
スメモリ)33、CPU(中央制御装置)34、入力ポ
ート35、出力ポート36を備えた、いわゆる電子制御
ユニット30(ECU)である。
【0035】入力ポート35には、上記した各種センサ
の出力信号の他、アクセルペダル40の踏込み量を検出
する負荷センサ41、クランクシャフト1aの回転数を
検知するクランク角センサ42、車速を測定する車速セ
ンサ43等が対応したA/D変換器37を介して、又は
直接入力されている。一方、出力ポート36には、対応
する駆動回路38を介して燃料噴射弁3、還元剤添加弁
61、吸気絞り弁駆動用のアクチュエータ14、EGR
弁26、などが接続されている。
【0036】また、ROM32には、各種装置の制御プ
ログラム、及びそのプログラムの処理時に参照される制
御マップ等が記録されている。また、RAM33では、
入力ポート35に入力された各種センサの出力信号、及
び出力ポート36に出力される制御信号などを内燃機関
の運転履歴として記録している。CPU34では、RA
M33上に記録された各種センサの出力信号およびRO
M32上に展開された制御マップを所望のプログラム上
にて比較し、その処理過程で出力された各種制御信号を
出力ポート36を介して対応する装置に出力し、各種装
置を集中管理する。
【0037】排気系は、排気枝管18、排気管19を備
え、各気筒2から排出される排気ガスを機関本体1外部
に排出する排気通路を形成している。また、EGR装置
20、触媒コンバータ52、還元剤添加装置60などを
備え、排気ガス中に含まれる窒素酸化物(NOx)や微
粒子(例えば、煤)を浄化せしめる排気浄化装置として
の機能を有している。
【0038】排気枝管18は、各気筒2毎に設けられた
排気ポート18aに接続すると共に各排気ポート18a
から流出した排気ガスを集合してターボチャージャ15
のタービンハウジング15bに導く通路を形成してい
る。また、排気管19は、タービンハウジング15bか
ら図示しない消音器までの通路を形成している。
【0039】排気浄化装置の一つであるEGR装置20
は、EGR通路25、EGR弁26、EGRクーラ27
等を備え、空気及び機関燃料の燃焼によって生成される
窒素酸化物(NOx)の生成量を減少している。EGR
通路25は、機関本体1を迂回して排気枝管18と吸気
枝管8とを接続する通路を形成している。EGR弁26
は、EGR通路25中に設けられた電気式の開閉弁であ
り、電子制御ユニット30内にて処理されるEGR率制
御等に基づき、EGR通路25内を流れる排気ガス(E
GRガス)量の調節を行っている。EGRクーラ27
は、機関冷却水を熱媒体としてそのEGR通路25内を
流れる排気ガスの冷却を行っている。
【0040】すなわち、本発明に係る排気再循環通路は
EGR通路25に相当し、排気再循環弁はEGR弁26
に相当し、排気再循環弁制御手段は、電子制御ユニット
30及びその電子制御ユニット30に組まれるEGR率
制御プログラム等にて構成されている。なお、以下の説
明では、EGR通路25を流れる排気ガスをEGRガス
と称することもある。
【0041】このように構成されたEGR装置20によ
れば、排気枝管18内を流れる排気ガスの一部が、EG
R弁26の開弁量に即した流量でEGR通路25内に流
入する。EGR通路25内に流入したEGRガス(排気
ガス)は、EGR通路25の経路中に配置されたEGR
クーラ27内に流入する。EGRクーラ27内に流入し
たEGRガスは、EGRクーラ27を通過する際に冷却
されて吸気枝管8に流れ込む。そして、吸気枝管8内に
流入したEGRガスは、吸気枝管8上流から流れ込む吸
入空気と混ざり合いつつ各気筒2に流れ込み、燃料噴射
弁3から噴射された機関燃料と共に燃焼される。
【0042】なお、EGRガスとなる排気ガス中には、
水蒸気(H2O)や二酸化炭素(CO2)などの不活性ガ
スが含まれている。このため吸入空気と共にその不活性
ガスを含む排気ガスが各気筒2内に流入すると、その不
活性ガスの混入に起因して燃焼時の燃焼温度は低下す
る。その結果、窒素酸化物(NOx)の生成が抑制され
ることとなる。
【0043】続いて、触媒コンバータ52について説明
する。触媒コンバータ52は、ケーシング53、及びそ
のケーシング53内に設けられる各種排気浄化触媒52
a,52bから構成され、機関本体1から排出される排
気ガス中の有害物質を浄化せしめる排気浄化作用を有す
る。
【0044】より詳しくは、タービンハウジング15b
の出口近傍に配置され、そのケーシング53内には、上
流側から吸蔵還元型NOx触媒52a、パティキュレー
トフィルタ52bの順に排気浄化触媒が配置されてい
る。なお、以下の説明では、吸蔵還元型NOx触媒52
aを単にNOx触媒52aと称することもある。
【0045】排気浄化触媒の一つであるNOx触媒52
aは、排気ガス中の窒素酸化物(NOx)を主として浄
化せしめる排気浄化作用を有している。より詳しくは、
NOx触媒52aに流れ込む排気ガスの酸素濃度が高い
ときすなわち排気ガスの空燃比がリーンのときに、その
排気ガス中の窒素酸化物(NOx)を吸収し、排気ガス
中の酸素濃度が低いときすなわち排気ガスの空燃比がリ
ッチ低いときにその吸収していた窒素酸化物(NOx)
を二酸化窒素(NO2)や一酸化窒素(NO)の形で排
気ガス中に還元・放出し、同時にその二酸化窒素(NO
2)や一酸化窒素(NO)を排気ガス中に含まれている
未燃燃料成分(CO、HC)と酸化反応せしめることで
無害な水蒸気(H2O)及び二酸化炭素(CO2)に浄化
する排気浄化作用を備えている。
【0046】また、その組成は、例えばアルミナ(Al
23)を担体として、この担体上にカリウム(K)、ナ
トリウム(Na)、リチウム(Li)、セシウム(C
s)等のアルカリ金属、若しくはバリウム(Ba)、カ
ルシウム(Ca)等のアルカリ土類、又はランタン(L
a)、イットリウム(Y)等の希土類から選ばれた少な
くとも一つと、白金(Pt)のような貴金属とを担持さ
せてなる。
【0047】なお、ここで排気浄化作用の補足説明を行
うと、ディーゼル機関では、通常、酸素過剰雰囲気下で
燃焼が行われている。このため燃焼に伴い排出される排
気ガス中の酸素濃度は、上記の還元・放出作用を促す迄
に低下することは殆どなく、また、排気ガス中に含まれ
る未燃燃焼成分(CO,HC)の量も極僅かである。
【0048】このため本実施の形態では、還元剤たる機
関燃料(HC)を排気ガス中に噴射供給することで、酸
素濃度の低下を促すと共にその未燃燃焼成分たる炭化水
素(HC)等を補い、排気浄化作用を促進させている。
なお、還元剤の噴射供給は、後述の還元剤添加装置60
によって行われている。また、その詳細は後に説明す
る。
【0049】一方のパティキュレートフィルタ52b
は、排気ガス中に含まれる煤などの微粒子を酸化燃焼せ
しめる排気浄化作用を有している。より詳しくは、活性
化酸素放出剤を担持したフィルタ58を備え、そのフィ
ルタ58上に捕集された微粒子を活性化酸素にて酸化燃
焼せしめることで除去(浄化)する排気浄化作用を備え
ている。
【0050】フィルタ58単体は、図2に示されるよう
にコージライトのような多孔質材料から形成されたハニ
カム形状をなし、互いに平行をなして延びる複数個の流
路55,56を具備している。より具体的には、下流端
が栓55aにより閉塞された排気ガス流入通路55と、
上流端が栓56aにより閉塞された排気ガス流出通路5
6と、を備え、各排気ガス流入通路55及び排気ガス流
出通路56は薄肉の隔壁57を介して該フィルタ58に
おける縦方向及び横方向に並んで配置されている。
【0051】また、隔壁57の表面および内部の細孔に
は、アルミナ(Al23)等によって形成された担体の
層が設けられており、その担体上には、白金(Pt)等
の貴金属触媒の他、周囲に過剰酸素が存在するとその過
剰酸素を吸蔵し、逆に酸素濃度が低下すると、その吸蔵
した酸素を活性酸素の形で放出する活性酸素放出剤が担
持されている。
【0052】なお、活性酸素放出剤としては、カリウム
(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、セシ
ウム(Cs)、ルビジウム(Rb)のようなアルカリ金
属、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)、ストロン
チウム(Sr)のようなアルカリ土類金属、ランタン
(La)、イットリウム(Y)のような希土類、および
セリウム(Ce)、錫(Sn)のような遷移金属から選
ばれた少なくとも一つを用いることができる。
【0053】また、好ましくは、カルシウム(Ca)よ
りもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類
金属、即ちカリウム(K)、リチウム(Li)、セシウ
ム(Cs)、ルビジウム(Rb)、バリウム(Ba)、
ストロンチウム(Sr)などを用いるとよい。
【0054】このように構成されたパティキュレートフ
ィルタ52bでは、まず、排気ガス流入通路55→隔壁
57→排気ガス流出通路56の順に排気ガスが流れ(図
2矢印a)、排気ガス中に含まれる煤などの微粒子は、
その隔壁57を通過する過程で、その隔壁57の表面及
び内部に捕集される。そして、隔壁57に捕集された微
粒子は、隔壁57(フィルタ)に流れ込む排気ガスの酸
素濃度を複数回に亘り変化させることで増加する活性化
酸素によって酸化せしめられ、ついには輝炎を発するこ
となく燃え尽きてフィルタ58上から除去される。
【0055】このように本実施の形態では、排気通路に
吸蔵還元型NOx触媒52aおよびパティキュレートフ
ィルタ52bを配置することで排気ガス中に含まれるN
Oxおよび煤などの微粒子を浄化している。
【0056】なお、本実施の形態では、上記したように
吸蔵還元型NOx触媒52aとパティキュレートフィル
タ52bとを直列に配置している。この理由としては、
吸蔵還元型NOx触媒52aでの酸化・還元反応に伴う
反応熱を利用してパティキュレートフィルタ52bを昇
温させる、および吸蔵還元型NOx触媒52aにおける
酸化・還元反応に起因して放出される吸蔵還元型NOx
触媒52aからの活性化酸素をパティキュレートフィル
タ52bの排気浄化作用に利用する、などの理由に基づ
く。なお、吸蔵還元型NOx触媒52aは、上記でも明
らかなように、活性化酸素放出剤と略同様の物質を担持
してなる。したがって、吸蔵還元型NOx触媒52a
は、活性化酸素放出剤としての機能を有すると言える。
また、本実施の形態では、触媒コンバータ52の下流
に、排気ガス中の未燃燃料成分を酸化浄化せしめる酸化
触媒コンバータ59を設けている。
【0057】還元剤添加装置60は、還元剤添加弁6
1、還元剤供給路62、燃圧制御バルブ64、燃圧セン
サ63、緊急遮断弁66、などを備え、必要に応じて適
切量の還元剤(機関燃料)を触媒コンバータ52上流の
排気通路に添加している。すなわち、本発明に係る還元
剤供給手段を構成している。
【0058】還元剤添加弁61は、排気枝管18の集合
部分に設けられ、所定電圧が印可されたときに開弁する
電気式の開閉弁である。還元剤供給路62は、前記燃料
ポンプ6によって汲み上げられた燃料の一部を還元剤添
加弁61に導く通路を形成している。燃圧制御バルブ6
4は、還元剤供給路62の経路途中に配置され、還元剤
供給路62内の燃圧を所定燃圧に維持している。燃圧セ
ンサ63は、還元剤供給路62内の燃圧を検出してい
る。緊急遮断弁66は、還元剤供給路62内の圧力に異
常が生じたとき、その還元剤供給路62内への燃料供給
を停止する。
【0059】このように構成された還元剤添加装置60
では、燃料ポンプ6から吐出された燃料が、燃圧制御バ
ルブ64によって所定燃圧に維持された後、還元剤供給
路62を通じて還元剤添加弁61に供給される。そし
て、還元剤添加弁61に所定電圧が印可され開弁状態に
なると、その還元剤供給路62内の燃料は還元剤添加弁
61を通じて排気枝管18内に噴射供給される。排気枝
管18に供給された燃料(還元剤)は、タービンハウジ
ング15b内にて撹拌された後、排気管19を経て触媒
コンバータ52に流入する。よって、触媒コンバータ5
2には、酸素濃度が低く、また、未燃燃焼成分たる炭化
水素(HC)混じりの排気ガスが流れ込むこととなり、
その結果、上記の排気浄化作用が促進されることとな
る。
【0060】ところで、還元剤の添加を実施するための
条件の一つとして、触媒コンバータ52の床温度を活性
化温度に昇温させる必要がある。すなわち、活性化温度
以下での還元剤の添加は、各種触媒物質の活性化力が低
いことから有効に作用せず、触媒コンバータ52をさら
に冷却させる虞があるからである。
【0061】ところが、実際の運転では、触媒コンバー
タ52の温度が十分に保障されない状況も多々ある。例
えば、寒冷地で低速走行、長時間に亘るアイドリング、
機関始動直後、長い下り勾配での減速走行時等では、触
媒コンバータ52に流れ込む排気ガスの温度が低くな
り、以て、触媒コンバータ52の温度は低くなる。すな
わち、燃焼室に流れ込む空気の温度が低いとき、また、
機関燃焼の消費量が少ないときには、排気ガスの温度が
低くなり、その結果、触媒コンバータ52の床温度が活
性化温度から外れてしまう。
【0062】また、上記した排気浄化作用のうち、煤な
どの微粒子を酸化燃焼せしめる排気浄化作用を促すとき
には、触媒コンバータ52を約500度以上に保つ必要
がある。しかしながら、ディーゼル機関の排気ガス温度
は、その目標となる床温度に対してかなり低く、通常の
運転条件において排気ガスの熱エネルギーので触媒コン
バータ52を500度以上に維持することは困難であっ
た。
【0063】そこで本実施の形態に示す内燃機関では、
触媒コンバータ52の床温度が活性化温度に達していな
い状況で触媒早期暖気制御を実施し、さらに500度以
上への昇温が要求される状況では、還元剤の添加と触媒
早期暖気制御を組み合わせた所謂「低温燃焼制御」を実
施することで、上記した種々の走行条件においても排気
浄化を可能としている。
【0064】なお、触媒早期暖気制御および低温燃焼制
御の概略について説明すると、触媒早期暖気制御では、
燃焼室に供給される空気の量を大幅に減らし、代わりに
EGRガスの導入量を増やすことで高EGR率での燃焼
状態を形成し、さらに燃焼行程後期で副噴射を行うこと
で排気ガスの温度を大幅に高め、触媒コンバータ52を
一気に昇温させる。すなわち、吸気絞り弁13の開度を
減らし、EGR弁26の開度を増やし、さらに燃焼行程
後期での副噴射を行うことで排気ガスの温度を大幅に昇
温させる機関制御である。
【0065】また、高EGR率での燃焼について補足を
行うと、高EGR率での燃焼は、排気ガスの空燃比をリ
ッチにできることから、排気ガスの温度を上昇させるこ
とができる。したがって、その高温に昇温せしめられた
排気ガスを利用すれば、排気浄化触媒の温度を一気に昇
温させることができる。
【0066】また、高EGR率での燃焼は、先の従来技
術に説明したように、空気量(酸素量)および総ガス量
の不足に起因して失火や圧縮圧力の低下が生じ燃焼状態
が不安定になる。このため種々のフィードバック制御を
行うことで適切なEGR率を維持し、燃焼状態を安定性
を確保している。なお、EGR率の制御に係るフィード
バック制御は、後に詳述する。
【0067】一方、低温燃焼制御においても同様に、吸
気通路9に設けられた吸気絞り弁13の開度を減らし、
EGR弁26の開度を増やすことで高EGR率での燃焼
状態を確保する。また、還元剤添加装置60による排気
ガス中への還元剤の添加を実施することで触媒コンバー
タ52を発熱させ、触媒コンバータ52の床温度自体を
一気を昇温させる機関制御である。
【0068】このように本実施の形態に示す内燃機関で
は、高EGR率での燃焼を達成すべくEGR率の大幅な
変更を行い、触媒コンバータ52の早期暖気に努めてい
る。
【0069】なお、図3に示すフローチャートは、触媒
コンバータ52(パティキュレートフィルタ)の再生フ
ラグ、すなわち煤など微粒子を浄化すべき要求がなされ
たときに処理される処理ルーチンである。以下、図3を
参照しながら、上記した触媒早期暖気制御及び低温燃焼
制御を踏まえ、本発明に係るEGR率制御について説明
する。
【0070】まず、電子制御ユニット30では、再生フ
ラグの成立を受け、触媒早期暖気制御を実施すべきか否
かを各種センサの出力に基づき判定する(ステップ10
1)。すなわち、ステップ101では、機関回転数、ア
クセル開度、排気ガス温度等を各種センサにて取得し、
それら各種出力に基づき触媒早期暖気制御の実施条件が
成立しているか否かを判定する。
【0071】ここで、触媒早期暖気制御の実施条件とし
ては、(1)機関回転数が所定回転数以下且つアクセル
ペダル40の踏込み量が所定踏込み量以下であること
(すなわち、軽負荷運転状態であること)、(2)触媒
コンバータ52から流れ出る排気ガスの温度が第1の設
定温度以下であること(すなわち、触媒コンバータ52
が活性化していないこと)などであり、上記条件
(1),(2)の成立を受け、触媒コンバータ52を昇
温させるべく触媒早期暖気制御を実施する(ステップ1
02)。
【0072】なお、軽負荷運転時に行うのは(上記条件
(1))、本触媒早期暖気制御において吸気通路9の吸
気絞り弁13を閉じる必要があるためである。すなわ
ち、高負荷運転時等に吸気絞り弁13を閉じると、機関
出力の大幅な低下に伴いトルクショックが生じるためで
ある。また、触媒コンバータ52から流れ出る排気ガス
の温度が第1の設定温度以下で行うのは(上記条件
(2))、触媒コンバータ52から流れ出る排気ガスの
温度が十分に高ければ、触媒コンバータ52が活性化し
ているといえ、本触媒早期暖気制御の必要性がないため
である。なお、本実施の形態では、第1の設定温度を約
150度に設定し、この設定温度を下回るときには、触
媒早期暖気制御の必要性有りと判定している。
【0073】続くステップ102では、高EGR率での
燃焼を達成すべくEGR弁26の開度を所定開度で閉弁
し、吸気圧センサ23の出力を監視しながら吸気絞り弁
13の開度を減らしていくことでEGR率を制御する。
すなわち、吸気通路9内の圧力をパラメータとした吸気
絞り弁13のフィードバック制御を実施することで、所
望のEGR率を得る。
【0074】なお、EGR弁26側でなく、吸気絞り弁
13側でEGR率を制御する理由としては、(1)燃焼
に供される総ガス量(EGRガス量+空気量)を必要以
上に減らすことなく大きなEGR率の変化を得る。
(2)EGRガスの導入量を相対的に増やす、等の理由
による。また、吸気通路9内の圧力をパラメータとする
理由は、(3)フィードバック制御の信頼性を確保する
ためである。
【0075】すなわち、EGR率は、(EGRガス量/
(EGRガス量+空気量))の関係で定義され、そのE
GRガス量と空気量との相対的な割合を変えることで所
望のEGR率が得られる。しかしながら、空気量の少な
い状態すなわち要求EGR率が大きい状態では、EGR
ガス量を制御しても、その制御量はEGR率の変化には
さほど反映されない。
【0076】一方、空気量側での制御では、その空気量
の制御に同期してEGR率が大きく変動する。つまり、
少ない空気量の変化でEGR率を大きく変化させること
が可能となり、結果として、燃焼に供される総ガス量を
減らすことなく所望のEGR率を得ることができる(上
記理由(1))。よって、圧縮行程での圧縮圧力を十分
に確保でき、圧縮圧力の低下に伴う失火や機関出力の低
下などを抑制できる。
【0077】また、上記の説明を裏返せば、EGR弁2
6側にてEGR率を変えるには、その制御量を大きく取
る必要がある。つまり、場合によってはEGRガスの導
入量を大幅に減らすこととにも成りかねず、それによっ
て十分な排気ガスの温度上昇を望めなくなる場合もあ
る。その点、吸気絞り弁13側にてEGR率を制御すれ
ば、EGRガスの導入量(EGRガス量)を減らすこと
なく所望のEGR率を維持できるため、吸気絞り弁13
側でのEGR率制御では、EGR弁26側での制御に較
べ、相対的にEGRガス量(導入量)を増やすこととな
る(上記理由(2))。よって、さらなる排気ガス温度
の上昇が可能となる。
【0078】また、フィードバック制御の信頼性につい
て説明すると、触媒早期暖気制御時には、吸気絞り弁1
3の開度減少に伴い吸気通路9内を流れる空気の流量も
大幅に減る。すなわち、空気の流量がエアフロメータ1
1の計測限界を超えて低下するため、エアフロメータ1
1を使用しての空気量の推定が不正確となり、以て適切
なEGR率の制御が困難になる。その点、本制御では、
空気の流量に依存せず吸気通路9内の圧力変化にてEG
R率の制御に必要な空気量を推定するため、空気量が少
ない触媒早期暖気制御時においても、正確なEGR率の
フィードバック制御をなし得る(上記理由(3))。す
なわち、本実施の形態では、本発明でいう所定吸入空気
量を、吸気絞り弁13の開度減少時における吸入空気量
で設定している。
【0079】なお、吸気圧センサ23では、真空(絶対
圧)を基準圧力として吸気通路9内の圧力を計測するた
め、空気の流れが微量であっても十分に正確な計測精度
が得られる。加えて、大気圧の変化をも吸収できるた
め、エアフロメータ11の出力に基づく空気量の推定に
較べ遙かに精度の高い空気量の推定をなし得る。よっ
て、過酷な燃焼が強いられる高EGR率での燃焼におい
ても、その燃焼状態の安定性を継続させることができ
る。
【0080】このように本ステップ102では、吸気通
路9内の圧力に基づいた吸気絞り弁13のフィードバッ
ク制御を実施することで、燃焼に供される総ガス量、お
よびEGRガスの導入量を減らすことなく所望のEGR
率を得ることができる。よって、燃焼に供される空気の
量が大幅に減少したときにおいても、安定した燃焼状態
を確保され、また、同時に排気ガスの温度低下をも抑制
できる。また、このようにして本発明に係る第2の吸気
絞り弁制御手段が構成されている。
【0081】続いて、電子制御ユニット30では、触媒
コンバータ52の温度が第2の設定温度に達したことを
受け(ステップ103)、低温燃焼制御を実施すべくス
テップ104に移る。なお、ステップ103にて、未だ
第2の設定温度に達していないと判断したときには、上
記ステップ102を継続し、引き続き触媒早期暖気制御
を処理する。なお、第2の設定温度は、勿論第1の設定
温度に対して高く、本実施の形態では、触媒コンバータ
52の温度が活性化温度に達したと推定される約180
度の排気ガス温度で第2の設定温度を定めている。
【0082】続いて、低温燃焼制御を実施するステップ
104では、上記ステップ102同様、吸気通路9内の
圧力に基づく吸気絞り弁13側でのフィードバック制御
を開始する。なお、吸気絞り弁13側にてフィードバッ
ク制御を開始する利点は、上記した触媒早期暖気制御の
説明に殉ずるため、上記の説明に変えてこれを省略す
る。
【0083】そして、電子制御ユニット30では、触媒
コンバータ52から流れ出る排気ガスの温度が第3の設
定温度、すなわち煤などの微粒子を酸化浄化し得る排気
浄化可能な温度に達したことを受け(ステップ10
5)、微粒子の酸化浄化に必要とされるべき適切量の還
元剤を排気ガス中に添加し、微粒子を酸化燃焼させる
(ステップ106)。また、本ステップ105にて本発
明に係る可否判定手段が構成されている。
【0084】このように本処理ルーチンでは、触媒早期
暖気制御及び低温燃焼制御を実施することで触媒コンバ
ータ52を急速に昇温させ、触媒コンバータ52上に捕
集された微粒子を酸化燃焼(浄化)している。
【0085】なお、本処理ルーチンでは、上記ステップ
106に続きSOx被毒回復制御を処理した後に(ステ
ップ107)、本処理ルーチンを終了している。なお、
SOx被毒とは、排気ガス中に含まれる硫黄酸化物(S
Ox)が化学的に安定した硫酸塩(BaSO4)に変化
して触媒コンバータ52に蓄積し、排気浄化能を低下さ
せる現象である。
【0086】また、「SOx被毒回復制御」とは、触媒
コンバータ52上に蓄積した硫酸塩(BaSO4)を放
出させて排気浄化能の回復を図るための制御である。よ
り具体的には、触媒コンバータ52を500度以上の高
温に維持し、その状態で排気ガス中に還元剤を添加して
硫酸塩(BaSO4)を放出させる。すなわち、硫酸塩
(BaSO4)の熱分解を促し、その熱分解した硫酸塩
(BaSO4)を還元剤たる炭化水素(HC)や一酸化
炭素(CO)と反応させ気体上にすることで触媒コンバ
ータ52から放出させる。つまり、本処理ルーチンで
は、低温燃焼制御を実施することで触媒コンバータ52
の温度が500度以上に達するため、その熱を利用して
SOx被毒回復制御を処理している。なお、本ステップ
107は必ずしも必要とされるものではなく、適時その
実行の必要性を判断してもよい。
【0087】また、上記した一連の説明は、ステップ1
01にて肯定判定されたときの説明であるが、ステップ
101にて否定判定されたときには、以下の流れに従い
本処理ルーチンが処理される。
【0088】まず、上記ステップ101にて否定判定さ
れたときには、低温燃焼制御を実施すべきか否かをステ
ップ108にて処理する。
【0089】本ステップ108では、以下の条件をもっ
て低温燃焼制御の実施条件を判定している。まず、
(1)機関回転数が所定回転数以下且つアクセルペダル
40の踏込み量が所定踏込み量以下であること(すなわ
ち、軽負荷運転状態であること)、(2)触媒コンバー
タ52から排出される排気ガスの温度が前記第2の設定
温度以上に達していること(すなわち、触媒コンバータ
が活性化状態にあること)、などあり、上記条件
(1),(2)の成立を受け、先に説明したステップ1
04に移り、以降、低温燃焼制御及び、並びに微粒子を
酸化浄化せしめる還元剤の添加実施する。すなわち、上
記したステップ104〜ステップ106の流れで本処理
ルーチンを処理する。
【0090】また、ステップ108にて否定判定された
ときには、触媒早期暖気制御及び低温燃焼制御の必要性
がない、または、両制御の実施が困難な状況と判断し、
触媒昇温制御及び低温燃焼制御を実施することなく、通
常の運転条件に対応したEGR制御を行い(ステップ1
09)、本処理ルーチンを一旦終了する。
【0091】なお、通常の運転条件に対応したEGR制
御とは、窒素酸化物(NOx)の排出抑制に適したEG
R率を得る制御であり、上記した触媒早期暖気制御およ
び低温燃焼制御時のEGR率に較べて、低いEGR率を
要求EGR率としている。
【0092】また、通常の運転条件においては、吸気絞
り弁13を略全開状態に保持することで燃焼室に供給さ
れる吸入空気量を確保し、また、エアフロメータ11の
出力を監視しながらEGR弁26の開度補正を行うこと
で所望のEGR率を得るようにしている。すなわち、吸
気通路9内を流れる空気の流量をパラメータとしたEG
R弁26のフィードバック制御を実施することで、所望
のEGR率を得る。また、このようにして本発明に係る
第1の吸気絞り弁制御手段が構成されている。
【0093】なお、EGR弁26側でEGR率を制御す
る理由としては、(1)燃焼に供される空気の量を減ら
すことなくEGR率の大きな変化を得る。(2)燃焼に
供される空気の量を相対的に増やす、などの理由であ
り、また、吸気通路9内の圧力をパラメータとする理由
は、(3)フィードバック制御の応答特性を向上させる
ためである。
【0094】すなわち、上記の如くEGR率は(EGR
ガス量/(EGRガス量+空気量))の関係で定義され
るため、空気量が十分に確保されている状態(要求EG
R率が小さい状態)では、空気量側での制御に較べEG
Rガス側での制御の方が、EGR率の大きな変化量を得
ることができる(上記理由(1))。
【0095】また、逆を返せば、吸気絞り弁13側にて
EGR率を変えるには、その制御量を大きく取る必要が
ある。つまり、場合によっては燃焼に供される空気の流
量を大幅に減少させることにも成りかねず、それによっ
てスモークの発生などを引き起こす虞もある。その点、
EGR弁26側にてEGR率を制御すれば、空気量を減
らすことなく所望のEGR率を維持できるため、吸気絞
り弁13側での制御に較べ、相対的に空気量を増やすこ
ととなり(上記理由(2))、その結果、スモークの発
生などを低減できる。
【0096】また、フィードバック制御の応答特性につ
いて説明すると、エアフロメータ11の出力に基づくフ
ィードバック制御は、空気の流量から直に空気量を算出
するため、制御上の応答性が良いとされる。一方、吸気
圧センサ23に基づくフィードバック制御では、吸気通
路9内の圧力に補正を加えて間接的に空気量を算出する
ため、空気の流量が多い状態では、エアフロメータ11
でのフィードバック制御に対し若干応答特性が劣ってし
まう。よって空気の流量が多く、機関回転数の変化も激
しい通常の運転条件では、エアフロメータ11の出力を
利用してのフィードバック制御の方が、より精度の高い
フィードバック制御を行える(上記理由(2))。
【0097】このように本ステップ110では、吸気通
路9内を流れる空気の流量に基づいたEGR弁26のフ
ィードバック制御を実施することで、燃焼に供される空
気の量を減らすことなく所望のEGR率を得ることがで
き、以てEGR率の制御におけるさらなる適正化を図る
ことができる。
【0098】なお、上記した処理ルーチン上の説明は、
あくまでも本発明の一実施例であり、その詳細について
は種々の対応を考えることができる。例えば、上記では
触媒昇温制御及び低温燃焼制御の開始に伴い吸気絞り弁
13側でのフィードバック制御に基づくEGR率の制御
を実施しているが、EGR率は、吸気絞り弁13および
EGR弁26の制御開始後徐々に変化するため、その経
時変化を加味して吸気絞り弁13側でのフィードバック
制御、及びEGR弁26側でのフィードバック制御の切
換えタイミングを変えることも可能である。
【0099】また、吸気通路を流れる空気の流量、およ
び排気ガスたるEGRガスの導入量、EGR率の目標
値、燃焼状態の切り換え開始後における経過時間などか
ら、実際の燃焼に供される空気の量を推定し、その推定
した空気量が所定空気以下に達したことを受け、吸気絞
り弁13側でのフィードバック制御に基づくEGR率制
御を開始させるようにしてもよい。つまり、燃焼室に供
給される空気の量が所定空気量以下となる状況におい
て、吸気絞り弁13側でのフィードバック制御に基づく
EGR率の制御を実施できれば、上記処理ルーチンの詳
細は変更可能である。
【0100】また、上記ではディーゼル機関を例にあ
げ、本発明を説明したが、本発明の適用範囲は、勿論、
ディーゼル機関に限られることはない。すなわち、EG
R装置及び吸気絞り弁等を備え、燃焼に供される空気の
量を大幅に減少させた状態での運転が要求される種々の
内燃機関において適用可能なものである。また、上記で
は、吸入空気量を絞る手段として吸気絞り弁13を例に
説明したが、可変容量式ターボチャージャを採用すれ
ば、吸気絞り弁13での空気量制御に替えて、ターボチ
ャージャ側においても吸入空気量を制御できる。
【0101】<第2の実施の形態>続いて、本発明第2
の実施形態について説明する。本発明第2の実施形態で
は、上記EGR率の制御に加え、燃料噴射時期の補正を
行うことで、燃焼状態をさらに安定性させている。ま
た、その補正は、燃焼室に供給される空気の湿度に応じ
て補正有無を決定するようにしている。
【0102】なお、図4に示されるフローチャートは、
燃料噴射時期の補正に係る処理ルーチンであり、以下、
図4を参照して、その燃料噴射時期の補正について説明
する。なお、本実施の形態では、燃料噴射時期の補正を
独立した制御として処理しているが、勿論、上記した触
媒早期暖気制御や低温燃焼制御の処理ルーチン上にて同
時に処理するようにしてもよい。
【0103】まず、電子制御ユニット30では、触媒早
期暖気制御や低温燃焼制御の開始を受け(ステップ20
1)、燃焼室に供給される空気の湿度が所定湿度以下に
なっているか否かを推定する(ステップ202)。な
お、ステップ201にて、触媒早期暖気制御や低温燃焼
制御が実施される状況でないと判断したときには、本処
理ルーチンを終了する。
【0104】ステップ202では、湿度の推定にあた
り、図示しないワイパースイッチの操作をトリガーとし
て湿度の低下を検知している。すなわち、ワイパースイ
ッチの操作を受け、雨天での走行と判断し、燃料噴射時
期の補正を実施すべく次なるステップを処理する。
【0105】なお、ステップ202では、ワイパースイ
ッチの操作に基づき湿度の低下を検知しているが、勿
論、他の装置構成に基づいて湿度の低下を推定すること
もできる。例えば、湿度検出センサの出力に基づく湿度
の推定の他、車載用路上監視カメラで捉えた路面のウェ
ット状況や、VICS(広域道路情報網)で得た天気予
報から湿度を把握することも可能である。すなわち、本
発明で湿度検出手段とは、湿度の低下を検出できるもの
であればよく、より好ましくは、上記したワイパースイ
ッチ、路上監視カメラ、VICS、などの車載装置にて
構成するのが望ましい。
【0106】続いて、電子制御ユニット30では、燃料
噴射時期を適正化すべく、燃料噴射時期を進角補正して
(ステップ203)、本処理ルーチンを終了する。ま
た、このようにして本発明に係る噴射時期補正手段が構
成されている。また、本発明でいう所定湿度は、触媒早
期暖気制御や低温燃焼時において燃焼状態が不安定にな
り易い状態での湿度に相当する。
【0107】また、燃料噴射時期の進角補正は、予め定
められた規定量を進角させるようにする他、湿度に応じ
て徐々にその進角量を増やすなど、湿度に応じた燃料噴
射制御の進角補正は、適時変更可能である。
【0108】このように本制御では、触媒早期暖気制御
および低温燃焼制御等、吸気通路内流れる空気の流量が
少なく、また、湿度が所定湿度以上になっている状態
で、燃料噴射時期を進角補正する。よって、触媒早期暖
気制御や低温燃焼制御など、過酷な燃焼が要求される特
定の運転条件下において、湿気(水分)の吸熱作用や圧
縮圧力の緩慢な上昇に起因した着火遅れが改善され、そ
の結果、燃焼状態を安定させることができる。
【0109】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、運転条件
の変更に伴い、その燃焼に供される空気の量が大幅に減
少したときにおいても、安定した燃焼状態を確保でき
る。また、排気ガスの昇温が望まれる運転条件下におい
て、その燃焼状態の安定性を確保しつつ、排気ガスの温
度低下も抑制可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施の形態に係る内燃機関の概略構成図。
【図2】排気通路に設置されたパティキュレートフィル
タの断面構造を示す図。
【図3】本実施の形態に係るEGR率の制御を説明する
ためのフローチャート。
【図4】本実施の形態に係る燃料噴射時期の補正を説明
するためのフローチャート。
【符号の説明】
1 内燃機関(機関本体) 1a クランクシャフト 2 気筒 3 燃料噴射弁 4 コモンレール 5 燃料供給管 6 燃料ポンプ 8 吸気枝管 9 吸気管 10 エアクリーナボックス 11 エアフロメータ 12 吸気温センサ 13 吸気絞り弁 14 アクチュエータ 15 ターボチャージャ 15a コンプレッサハウジング 15b タービンハウジング 16 インタークーラ 18 排気枝管 18a 排気ポート 19 排気管 20 EGR装置 23 吸気圧センサ 24 吸気温センサ 25 EGR通路 26 EGR弁 27 EGRクーラ 30 電子制御ユニット 31 双方向性バス 35 入力ポート 36 出力ポート 37 A/D変換器 38 駆動回路 40 アクセルペダル 41 負荷センサ 42 クランク角センサ 43 車速センサ 52 触媒コンバータ 52a 吸蔵還元型NOx触媒 52b パティキュレートフィルタ 53 ケーシング 55 排気ガス流入通路 55a 栓 56 排気ガス流出通路 56a 栓 57 隔壁 58 フィルタ 59 酸化触媒コンバータ 60 還元剤添加装置 61 還元剤添加弁 62 還元剤供給路 63 燃圧センサ 64 燃圧制御バルブ 66 緊急遮断弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 9/02 F02D 9/02 S 3G301 21/08 301 21/08 301A 301C 35/00 360 35/00 360G 41/34 41/34 F 43/00 301 43/00 301J 301K 301N 301T F02M 25/07 550 F02M 25/07 550R (72)発明者 曲田 尚史 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 小林 正明 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 柴田 大介 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 根上 秋彦 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 大坪 康彦 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 3G062 AA01 AA03 AA05 BA04 BA05 BA06 CA06 EA10 ED01 ED04 ED08 ED10 FA02 FA05 FA06 FA13 FA23 GA01 GA02 GA04 GA06 GA12 GA25 3G065 AA01 AA03 AA04 CA12 DA06 EA07 FA12 GA01 GA05 GA10 GA11 GA27 GA46 HA06 JA04 JA09 JA11 KA02 3G084 AA01 BA05 BA15 BA20 BA24 CA03 DA04 DA10 EB11 FA05 FA07 FA10 FA12 FA17 FA27 FA33 FA37 FA38 3G091 AA10 AA11 AA18 AB06 AB13 AB15 BA00 BA02 BA14 BA15 CA18 DA01 DA02 DC01 EA00 EA01 EA05 EA06 EA07 EA17 EA18 EA22 EA39 FA13 FC07 GA06 GB02W GB03W GB04W GB05W GB06W GB17X HB05 3G092 AA02 AA13 AA17 AA18 BB06 DB03 DC03 DC08 DE03S DE06S DG07 DG08 EA01 EA02 EB05 EC01 EC09 FA06 FA15 GA03 HA01X HA01Z HA04Z HA05X HA05Z HE01Z HE03Z HF08Z HF21Z 3G301 HA02 HA11 HA13 JA03 JA21 JA25 JA26 KA07 KA08 LA01 MA18 NA08 ND01 NE01 NE06 NE11 PA01Z PA11A PD11A PD11Z PD12A PD12Z PE01Z PF01Z

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段
    と、 吸気通路内を流れる吸入空気の流量を制御する吸気絞り
    弁と、 前記吸入空気量検出手段により検出された吸入空気量に
    基づいて吸気絞り弁を開閉制御する第1の吸気絞り弁制
    御手段と、 内燃機関から排出された排気ガスの一部を内燃機関の吸
    気系へ還流させる排気再循環通路と、 前記排気再循環通路内を流れる排気ガスの流量を調節す
    る排気再循環弁と、 内燃機関の運転状態に応じて前記排気再循環弁の開閉制
    御を行う排気再循環弁制御手段と、 内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型NOx触媒
    と、 前記吸蔵還元型NOx触媒に還元剤を供給する還元剤供
    給手段と、 内燃機関の運転状態に応じて還元剤の添加の可否を判断
    する可否判断手段と、 前記可否判断手段により還元剤の添加可と判断された時
    に前記還元剤供給手段から還元剤を添加する内燃機関の
    排気浄化装置であって、 前記吸気通路内の圧力を検出する吸気圧検出手段と、 前記吸入空気量検出手段で検出した吸入空気量が所定吸
    入空気量より少ない場合、前記吸気圧検出手段にて検出
    した吸気通路内の圧力に基づき前記吸気絞り弁の開閉を
    制御する第2の吸気絞り弁制御手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 【請求項2】吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段
    と、 吸気通路内を流れる吸入空気の流量を制御する吸気絞り
    弁と、 前記吸入空気量検出手段により検出された吸入空気量に
    基づいて吸気絞り弁を開閉制御する第1の吸気絞り弁制
    御手段と、 内燃機関から排出された排気ガスの一部を内燃機関の吸
    気系へ還流させる排気再循環通路と、 前記排気再循環通路内を流れる排気ガスの流量を調節す
    る排気再循環弁と、 内燃機関の運転状態に応じて前記排気再循環弁の開閉制
    御を行う排気再循環弁制御手段と、 内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型NOx触媒
    と、 前記吸蔵還元型NOx触媒に還元剤を供給する還元剤供
    給手段と、 内燃機関の運転状態に応じて還元剤の添加の可否を判断
    する可否判断手段と、 前記可否判断手段により還元剤の添加可と判断された時
    に前記還元剤供給手段から還元剤を添加する内燃機関の
    排気浄化装置であって、 吸気通路内の湿度を検出する湿度検出手段と、 前記吸入空気量検出手段にて検出した吸入空気量が所定
    吸入空気量より少なく、且つ前記湿度検出手段にて検出
    した湿度が所定湿度以上である場合に、内燃機関の燃料
    噴射時期を進角補正する噴射時期補正手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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