JP4760684B2 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Description

本発明は、排気再循環装置を備えた内燃機関の排気浄化システムに関する。

内燃機関から大気中に排出される窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という。）の量を低減する技術として、排気再循環装置（以下、「ＥＧＲ装置」という。）や、ＮＯｘ触媒或いはＮＯｘ触媒を担持したパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という。）などの排気浄化装置を備えた排気浄化システムが知られている。

ＮＯｘ触媒は、内燃機関から排出されたＮＯｘを排気中からＮＯｘ触媒に吸蔵することによって排気を浄化するものである。

ＥＧＲ装置は、排気の一部を内燃機関の吸気系に再循環させ、燃焼室における混合気の燃焼温度を下げることによって、内燃機関におけるＮＯｘの生成量（つまり、ＮＯｘの排出量）を低減するものである。

近年では、排気浄化装置としてフィルタとフィルタよりも下流側に設けられるＮＯｘ触媒とを備える排気浄化システムにおいて、排気通路におけるフィルタとＮＯｘ触媒との間の部分と内燃機関の吸気通路とを連通するＥＧＲ通路を有し、このＥＧＲ通路を介して排気の一部を前記内燃機関に再循環させるＥＧＲ装置を備えた排気浄化システムが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。上記構成の排気浄化システムでは、ＮＯｘ触媒よりも下流側の排気通路内の排気を吸気系に再循環させるよりもＥＧＲ通路を短縮でき、排気浄化システムのコンパクト化を図っている。

そして、上記のようにＥＧＲ装置を備えた排気浄化システムでは、ＮＯｘ触媒の温度が低いときにＮＯｘ触媒のＮＯｘの浄化率が低下するため、内燃機関の吸気系への排気の再循環（以下、単に「ＥＧＲ」ということもある。）を実施してＮＯｘの排出量の低減を図る場合がある。
特開２００１−１１５８２６号公報

しかしながら、上記構成の排気浄化システムでは、ＥＧＲを行うとＮＯｘ触媒を通過する排気の流量が減少してしまうと考えられる。その場合には排気の有する熱エネルギが効率的にＮＯｘ触媒に伝わないため、例えばＮＯｘ触媒を活性温度まで迅速に昇温させることが困難となる虞があった。一方、ＥＧＲを行わずにＮＯｘ触媒を早期昇温させる場合には、その期間に亘りＥＧＲによって内燃機関におけるＮＯｘの生成量を低減することが困難となる場合があった。

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気の一部を内燃機関の吸気系に再循環させるＥＧＲ装置を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気通路に設けられるＮＯｘ触媒の温度が低いときに、内燃機関におけるＮＯｘの生成量を低減させつつ、ＮＯｘ触媒を迅速に昇温可能な技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、排気の一部を排気通路に設けられるＮＯｘ触媒よ
りも上流側から吸気系に導く第１の経路および／またはＮＯｘ触媒よりも下流側から吸気系に導く第２の経路により排気を再循環させるＥＧＲ装置を備え、ＮＯｘ触媒の温度がより低いときにおける第１の経路と第２の経路とにより吸気系に導かれる排気の流量の和に対する第２の経路により吸気系に導かれる排気の流量の比率をＮＯｘ触媒の温度がより高いときにおける該比率以上にすることを最大の特徴とする。

より詳しくは、一端が内燃機関に接続されて該内燃機関からの排気が通過する排気通路と、
前記排気通路に設けられるとともに前記排気に含まれるＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒と、
前記排気の一部を前記排気通路における前記ＮＯｘ触媒よりも上流側から前記内燃機関の吸気系に導く第１の経路および／または前記排気の一部を前記排気通路における前記ＮＯｘ触媒よりも下流側から前記内燃機関の吸気系に導く第２の経路により前記排気の一部を吸気系に再循環させるＥＧＲ装置と、
前記第１の経路により前記吸気系に導かれる排気の流量である第１ＥＧＲガス量および／または前記第２の経路により前記吸気系に導かれる排気の流量である第２ＥＧＲガス量を変更するＥＧＲガス量変更手段と、
を備え、
前記ＥＧＲガス量変更手段は、前記ＮＯｘ触媒の温度がより低いときにおける前記第１ＥＧＲガス量と前記第２ＥＧＲガス量との和である総ＥＧＲガス量に対する前記第２ＥＧＲガス量の比率を前記ＮＯｘ触媒の温度がより高いときにおける前記比率以上にすることを特徴とする。

本発明におけるＥＧＲ装置は、排気通路におけるＮＯｘ触媒よりも上流側から排気の一部を内燃機関の吸気系に導く第１の経路と排気通路におけるＮＯｘ触媒よりも下流側から排気の一部を内燃機関の吸気系に導く第２の経路との少なくとも何れか一方の経路により排気を再循環させる。この、内燃機関の吸気系に再循環される排気を、以下「ＥＧＲガス」と称す。また、第１の経路によって導かれるＥＧＲガスを第１ＥＧＲガス、第２の経路によって導かれるＥＧＲガスを第２ＥＧＲガスと称す。

ここで、第１の経路と第２の経路とは、ＥＧＲガスがＮＯｘ触媒を通過する前の排気を吸気系に導くか、ＮＯｘ触媒を通過した後の排気を導くかの点で相違する。本発明では、ＥＧＲガス量変更手段が、ＮＯｘ触媒の温度がより低いときにおける総ＥＧＲガス量に対する第２ＥＧＲガス量の比率が前記ＮＯｘ触媒の温度がより高いときにおける前記比率以上になるように第１ＥＧＲガス量および／または第２ＥＧＲガス量を変更する。

これにより、ＮＯｘ触媒の温度が低いときには、ＮＯｘ触媒を通過する排気の流量を増加させることができる。つまり、上記のようにＮＯｘ触媒を昇温させる際に、排気の熱エネルギを好適にＮＯｘ触媒に流入させることにより、ＮＯｘ触媒を迅速に昇温させることができる。

本発明において、ＮＯｘ触媒の温度が低いときほど総ＥＧＲガス量に対する第２ＥＧＲガス量の比率を大きくし、ＮＯｘ触媒の温度が高いときほど総ＥＧＲガス量に対する第２ＥＧＲガス量の比率を小さくするようにしても良い。あるいは、ＮＯｘ触媒の温度が上昇することに伴い、総ＥＧＲガス量に対する第２ＥＧＲガス量の比率を段階的に小さくするようにしても良い。

また、本発明における前記ＥＧＲガス量変更手段は、前記ＮＯｘ触媒の温度が所定温度よりも低いときにおける総ＥＧＲガス量に対する第２ＥＧＲガス量の比率を前記ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度以上であるときにおける総ＥＧＲガス量に対する第２ＥＧＲガス
量の比率よりも大きくしても良い。これにより、ＮＯｘ触媒の温度を所定温度まで迅速に上昇させることが可能となる。

また、「所定温度」とは、ＮＯｘ触媒に要求される目標温度を意味するものである。例えば、本発明における所定温度は、ＮＯｘ触媒に対し、該ＮＯｘ触媒に流入した排気中のＮＯｘを好適に浄化するために要求される温度であっても良く、ＮＯｘ触媒の活性温度に所定のマージンを見込んだ温度としても良い。

ここで、ＮＯｘ触媒の上流側から排気を吸気系に導く第１の経路は、ＮＯｘ触媒の下流側から排気を吸気系に導く第２の経路に比べて経路が短い。そして、ＮＯｘ触媒の温度が所定温度まで上昇した以降は、ＮＯｘ触媒の温度が所定温度よりも低いときに比べて総ＥＧＲガス量に対する第２ＥＧＲガス量の比率が相対的に小さくなるように第１ＥＧＲガス量および／または第２ＥＧＲガス量が変更される。

これにより、ＥＧＲガスが吸気系に導かれるまでに流通する経路の短い第１の経路によって、より多くのＥＧＲガスを内燃機関に再循環させることができる。その結果、例えば内燃機関の運転状態に応じたＥＧＲガス量の変更時における制御の応答性を向上させることができる。

また、ＮＯｘ触媒を通過した後の排気は、その組成が変化することにより、ＮＯｘ触媒を通過する前の排気に比べてその比熱が低下する場合がある。一方、ＥＧＲガスにより燃焼室における混合気の燃焼温度を下げるためには、ＥＧＲガスの比熱が高い方が望ましい。

これに対し、第１の経路は排気の一部を排気通路におけるＮＯｘ触媒よりも上流側から内燃機関の吸気系に導くことができる。従って、ＮＯｘ触媒の温度が所定以上になった後は、総ＥＧＲガス量に対する第２ＥＧＲガス量の比率を小さくし、第２ＥＧＲガス量よりも第１ＥＧＲガス量を相対的に多くさせることによって好適に内燃機関におけるＮＯｘの生成量を低減することができる。

ここで、ＮＯｘ触媒の温度が所定温度より低いときには、総ＥＧＲガス量に対する第２ＥＧＲガス量の比率を可及的に大きくし、より多くの排気にＮＯｘ触媒を通過させるとより好適である。

そこで、本発明においては、前記ＥＧＲガス量変更手段は、前記ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度よりも低いときに総ＥＧＲガス量に対する第２ＥＧＲガス量の比率を略１にしても良い。つまり、内燃機関に再循環される排気を第２の経路のみによって吸気系に導くようにしても良い。これにより、より迅速にＮＯｘ触媒の温度を所定温度まで上昇させることができる。

一方、ＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上であるときには、総ＥＧＲガス量に対する第２ＥＧＲガス量の比率を可及的に小さくし、より多くの排気を経路の短い第１の経路によって内燃機関の吸気系に導くとより好適である。そこで、本発明において、前記ＥＧＲガス量変更手段は、前記ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度以上であるときに総ＥＧＲガス量に対する第２ＥＧＲガス量の比率を略零にしても良い。つまり、内燃機関に再循環される排気を第１の経路のみによって吸気系に導くようにしても良い。これにより、ＥＧＲガス量変更時の応答性を向上させ、また内燃機関におけるＮＯｘの生成量をより効率的に低減することが可能となる。

ところで、例えば内燃機関の低温始動時には、ＮＯｘ触媒の温度が該ＮＯｘ触媒の活性
温度よりも低くなり、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの浄化率が著しく低下する場合がある。

そこで、本発明における所定温度とはＮＯｘ触媒の活性温度であっても良い。即ち、本発明におけるＥＧＲガス量変更手段は、ＮＯｘ触媒の温度が活性温度よりも低いときにおける総ＥＧＲガス量に対する第２ＥＧＲガス量の比率を、ＮＯｘ触媒の温度が活性温度以上であるときにおける総ＥＧＲガス量に対する第２ＥＧＲガス量の比率よりも大きくしても良い。

また、ＥＧＲガス量変更手段は、ＮＯｘ触媒の温度が活性温度よりも低いときに総ＥＧＲガス量に対する第２ＥＧＲガス量の比率を略１にするとともに、ＮＯｘ触媒の温度が活性温度以上であるときに総ＥＧＲガス第２ＥＧＲガス量の比率を略零としても良い。

そうすれば、ＮＯｘ触媒の温度が活性温度よりも低いときに、ＮＯｘ触媒の温度を迅速に活性温度まで昇温させ、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの浄化率が著しく低下する期間を短くすることができる。そして、ＮＯｘ触媒の温度が活性温度まで到達する前において、排気の一部が少なくとも第２の経路により吸気系に導かれるため、内燃機関の燃焼室における混合気の燃焼温度を低下させることができる。従って、ＮＯｘ触媒の温度が活性温度よりも低い時期においても、ＮＯｘの生成量を低減させ、エミッションが過度に悪化することを抑制できる。

また、本発明においては、内燃機関の排気温度を上昇させることによってＮＯｘ触媒の温度を上昇させる昇温手段を、更に備えていても良い。これにより、より迅速にＮＯｘ触媒の温度を所定温度（例えば、活性温度）まで上昇させることができる。

また、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムは、前記排気通路に設けられるとともに排気中の微粒子物質（以下、単に「ＰＭ」ともいう。）を捕集するフィルタを更に備えていても良い。そして、前記第１の経路および第２の経路は前記フィルタを通過した後の排気の一部を前記内燃機関の吸気系に導くようにしても良い。

これにより、内燃機関にＰＭが吸入されることを抑制できる。また、例えば本排気浄化システムがターボチャージャや、該ターボチャージャにより過給された吸気を冷却するためのインタークーラ等を備える場合には、流入したＰＭがターボチャージャやインタークーラ等に堆積してしまうことを抑制できる。

また、本発明においては、前記排気通路における前記ＮＯｘ触媒よりも上流側に設けられるとともに該排気通路内の排気に還元剤を添加する還元剤添加手段を更に備え、前記ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度以上であるときに前記還元剤添加手段に還元剤を添加させるようにしても良い。

ここで、所定温度は還元剤添加手段に燃料を添加させるときの目的に応じて異なる温度に設定しても良い。例えば、ＮＯｘ触媒に還元剤（例えば、燃料等）を流入させ、該ＮＯｘ触媒においてＮＯｘを還元浄化させるＮＯｘ還元処理がなされる場合がある。そのような場合に、上記所定温度はＮＯｘ触媒の活性温度とすれば好適である。そうすれば、ＮＯｘ触媒の温度が確実に活性温度以上になった後に還元剤が排気中に添加されるため、排気中に添加された還元剤がＮＯｘ触媒をすり抜けてしまう虞がない。従って、還元剤が未浄化のまま大気中に放出されることを抑制できる。そして、添加された還元剤が無駄になってしまうことを抑制できる。

また、ＮＯｘ触媒が排気に含まれるＳＯｘに被毒された場合には、ＮＯｘ触媒の温度を高温（例えば、６００℃乃至６５０℃）に維持するとともに、還元剤をＮＯｘ触媒に供給
させるＳＯｘ被毒回復処理がなされる場合がある。そのような場合に、上記所定温度をＮＯｘ触媒からＳＯｘを放出可能な温度（例えば、６００℃乃至６５０℃）とすれば好適である。ＮＯｘ触媒の温度をＳＯｘが放出される温度まで迅速に上昇させることができるからである。

また、本発明においては、前記第１の経路は前記還元剤添加手段によって還元剤が添加される前の排気の一部を前記内燃機関の吸気系に導くようにしても良い。これにより、還元剤添加手段から添加された還元剤が第２の経路によって内燃機関の吸気系に導かれ、燃焼室内における混合気の燃焼が不安定になることを抑制できる。また、ドライバビリティが悪化することを抑制できる。

これは、還元剤添加手段から還元剤が添加されるのは、総ＥＧＲガス量に対する第２ＥＧＲガス量の比率が小さくなるように第１ＥＧＲガスおよび／または第２ＥＧＲガス量が変更された後であるからである。また、上記において、ＥＧＲガス量変更手段は、総ＥＧＲガス量に対する第２ＥＧＲガス量の比率が略零になるように第１ＥＧＲガスおよび／または第２ＥＧＲガス量を変更すると好適である。より確実に還元剤が吸気系に回り込むことを抑制できるからである。

また、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムとしては、以下のような構成を例示することができる。即ち、
前記ＥＧＲ装置は、
前記排気通路における前記ＮＯｘ触媒よりも上流側の部分と前記内燃機関の吸気通路とを連通する第１ＥＧＲ通路と、
前記第１ＥＧＲ通路に設けられるとともに該第１ＥＧＲ通路を流通する排気の流量を変更可能な第１ＥＧＲ弁と、
前記排気通路における前記ＮＯｘ触媒よりも下流側の部分と前記内燃機関の吸気通路とを連通する第２ＥＧＲ通路と、
前記第２ＥＧＲ通路に設けられるとともに該第２ＥＧＲ通路を流通する排気の流量を変更可能な第２ＥＧＲ弁と、を有していても良い。

ここで、上記の排気浄化システムに係る構成を第１の構成と称す。第１の構成に係る排気浄化システムでは、前記第１の経路により前記排気を前記内燃機関の吸気系に導くときは該排気に前記第１ＥＧＲ通路を流通させ、前記第２の経路により前記排気を前記内燃機関の吸気系に導くときは該排気に前記第２ＥＧＲ通路を流通させても良い。

そして、前記ＥＧＲガス量変更手段は、前記総ＥＧＲガス量に対する前記第２ＥＧＲガス量の比率を変更するときに前記第１ＥＧＲ弁の開度および／または第２ＥＧＲ弁の開度を変更するようにしても良い。

また、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムとしては、以下のような構成をも例示することができる。即ち、
前記ＥＧＲ装置は、
一端が前記内燃機関の吸気通路に接続される第３ＥＧＲ通路と、
一端が前記排気通路における前記ＮＯｘ触媒よりも上流側の部分に接続され、他端が前記第３ＥＧＲ通路の他端に接続される第４ＥＧＲ通路と、
一端が前記排気通路における前記ＮＯｘ触媒よりも下流側の部分に接続され、他端が前記第３ＥＧＲ通路と前記第４ＥＧＲ通路との接続部に接続される第５ＥＧＲ通路と、
前記接続部に設けられ、前記第４ＥＧＲ通路および前記第５ＥＧＲ通路から前記第３ＥＧＲ通路に流入する排気の流量の総和に対する前記第５ＥＧＲ通路から前記第３ＥＧＲ通路に流入する排気の流量の比率を変更可能な流入比率変更弁と、
前記第３ＥＧＲ通路に設けられるとともに該第３ＥＧＲ通路を流通する排気の流量を変更可能な第３ＥＧＲ弁と、を有していても良い。

ここで、上記の排気浄化システムに係る構成を第２の構成と称す。第２の構成に係る排気浄化システムでは、前記第１の経路により前記排気を前記内燃機関の吸気系に導くときは該排気に前記第４ＥＧＲ通路および前記第３ＥＧＲ通路を流通させ、前記第２の経路により前記排気を前記内燃機関の吸気系に導くときは該排気に前記第５ＥＧＲ通路および前記第３ＥＧＲ通路を流通させるようにしても良い。

そして、前記ＥＧＲガス量変更手段は、前記総ＥＧＲガス量に対する前記第２ＥＧＲガス量の比率を変更するときに前記流入比変更弁の開度および／または第３ＥＧＲ弁の開度を変更するようにしても良い。

つまり、上記第２の構成では、流入比変更弁の開度を調節することにより、総ＥＧＲガス量に対する第２ＥＧＲガス量の比率を変更できる。そして、第３ＥＧＲ弁の開度を調節することにより、流入比率変更弁の開度により決せられる総ＥＧＲガス量に対する第２ＥＧＲガス量の比率を維持しつつＥＧＲガス量を調節することができる。

また、上記の流量比率変更弁は、第４ＥＧＲ通路と第５ＥＧＲ通路との何れか一方を第３ＥＧＲ通路と導通させ、他方を遮断させることの可能な流入路切換弁であっても良い。例えば、ＮＯｘ触媒の温度が所定温度よりも低いときに、第２の経路により排気を内燃機関の吸気系に導くべく、流量比率変更弁は第３ＥＧＲ通路と第５ＥＧＲ通路とを導通させ、第３ＥＧＲ通路と第４ＥＧＲ通路とを遮断するようにしても良い。

一方、ＮＯｘ触媒の温度が所定温度以上であるときには、第１の経路により排気を内燃機関の吸気系に導くべく、流量比率変更弁は第３ＥＧＲ通路と第４ＥＧＲ通路とを導通させ、第３ＥＧＲ通路と第５ＥＧＲ通路とを遮断するようにしても良い。

これにより、より簡易な構成により、内燃機関から排出される排気を第１の経路と第２の経路との何れかにより吸気系に導くかを切り換えることができる。

また、第２の構成に係る排気浄化システムでは、第１の経路と第２の経路とが第３ＥＧＲ通路から第５ＥＧＲ通路の接続部において合流している。これにより、第１の構成に比べてＥＧＲ装置のコンパクト化を実現し、ＥＧＲ装置を設置する際のコストの低減を図ることができる。

また、ＥＧＲ通路には、内燃機関における混合気の燃焼温度を効率的に低下させるため、該ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラが設けられることが多い。本発明においても、前記ＥＧＲ装置は前記第３ＥＧＲ通路に設けられるとともに該第３ＥＧＲ通路を流通する排気を冷却可能なＥＧＲクーラを有していても良い。

その場合に、本構成（第２の構成）によれば排気浄化システムを構築するためのコストを更に低減することができる。つまり、本来ならば第１の経路、第２の経路毎に上記ＥＧＲクーラを備える必要があるところ、本構成では、単一のＥＧＲクーラを備えれば良いからである。以上のように、本構成では、上記の流量比率変更弁を備えることによって、ＥＧＲ弁およびＥＧＲクーラの配置数を少なくすることができる。これにより内燃機関の排気浄化システムを構築するために必要な総コストを低く抑えることが可能となる。

本発明にあっては、排気通路に設けられるＮＯｘ触媒の温度が低いときに、内燃機関に
おけるＮＯｘの生成量を低減させつつ、ＮＯｘ触媒を迅速に昇温させることができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。尚、本実施の形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は本実施例における内燃機関１と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有するディーゼルエンジンである。内燃機関１には、気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を各気筒に備えている。

＜吸気系＞
内燃機関１には、吸気マニホールド８が接続されており、吸気マニホールド８の各枝管は吸気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通されている。吸気マニホールド８と吸気通路９との接続部近傍には、吸気通路９内を流通する吸気の流量を調節可能な第１吸気絞り弁１１が設けられている。また、吸気通路９における第１吸気絞り弁１１よりも上流側には、吸気通路９を流れるガスを冷却するインタークーラ１３が設けられている。

さらに、吸気通路９におけるインタークーラ１３よりも上流側には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ１０のコンプレッサハウジング６が設けられている。また、コンプレッサハウジング６よりも上流側には吸気通路９内を流通する吸気量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１４が配置されており、該エアフローメータ１４よりも上流側にはエアクリーナ４が設けられている。また、吸気通路９におけるエアフローメータ１４よりも下流側であって、後述する第２ＥＧＲ通路４１と吸気通路９との接続部よりも上流側には、吸気通路９内を流通する吸気の流量を調節可能な第２吸気絞り弁１２が設けられている。

このように構成された内燃機関１の吸気系では、エアクリーナ４によって吸気中の塵や埃が除去された後、吸気通路９を介してコンプレッサハウジング６に流入する。コンプレッサハウジング６に流入した吸気は、該コンプレッサハウジング６に内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。そして、圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ１３にて冷却された後、必要に応じて第１吸気絞り弁１１によって流量を調節されて吸気マニホールド８に流入する。そして、吸気マニホールド８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２に分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。

＜排気系＞
一方、内燃機関１には、排気マニホールド１８が接続されており、排気マニホールド１８の各枝管は排気ポートを介して各気筒２の燃焼室と接続されている。排気マニホールド１８にはターボチャージャ１０のタービンハウジング７が接続されている。このタービンハウジング７には排気通路１９が接続されており、排気通路１９は下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。

また、排気通路１９の途中には、排気中のＰＭを捕集するパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」という。）２０が設けられている。また、排気通路１９におけるフィルタ２０よりも下流側には吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」という。）２１が設けられている。ここで、ＮＯｘ触媒２１は、流入する排気の酸素濃度が高い時は排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低い時は吸蔵しているＮＯｘを放出する。その際、周囲の排気中に燃料などの還元成分が存在していれば、放出されたＮＯｘと燃料がＮＯｘ触媒２１上で還元反応してＮＯｘが還元・浄化される。

また、排気通路１９におけるフィルタ２０とＮＯｘ触媒２１との間には後述するＥＣＵ２２からの指令信号により開弁して還元剤としての燃料を排気中に添加する燃料添加弁１５が設けられている。そして、燃料添加弁１５から排気通路１９内の排気に添加された燃料は該排気の酸素濃度を低下させる。このようにして形成された酸素濃度の低い排気はＮＯｘ触媒２１に流入し、該ＮＯｘ触媒２１に吸蔵されていたＮＯｘを放出させつつ窒素（Ｎ_２）に還元することになる。

また、排気通路１９におけるＮＯｘ触媒２１の直上流には排気の温度を検出する温度センサ２５が設けられている。また、排気通路１９における燃料添加弁１５よりも上流側であって、後述する第１ＥＧＲ通路３１と排気通路１９との接続部よりも下流側には、排気通路１９内を流通する排気の流量を調節可能な第１排気絞り弁１６が設けられている。また、排気通路１９における該排気通路１９と後述する第２ＥＧＲ通路４１との接続部よりも下流側には排気通路１９内を流通する排気の流量を調節可能な第２排気絞り弁１７が設けられている。

このように構成された内燃機関１の排気系では、内燃機関１の各気筒２で燃焼された既燃ガスが排気ポートを介して排気マニホールド１８に排出され、次いで排気マニホールド１８からターボチャージャ１０のタービンハウジング７に流入する。タービンハウジング７に流入した排気は、該排気が持つ熱エネルギを利用してタービンハウジング７内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクはコンプレッサハウジング６のコンプレッサホイールに伝達される。

そして、コンプレッサハウジング６から排出された排気は、排気通路１９を介してフィルタ２０へ流入し排気中のＰＭが捕集される。そして、次にＮＯｘ触媒２１に流入し排気中のＮＯｘが吸蔵される。このようにＰＭ、ＮＯｘが除去または浄化された排気は、必要に応じて第２排気絞り弁１７によって流量を調節された後にマフラーを介して大気中に放出される。

＜排気再循環機構＞
また、内燃機関１には、排気通路１９におけるフィルタ２０よりも下流側であって且つＮＯｘ触媒２１よりも上流側を通過する排気の一部を吸気通路９におけるコンプレッサハウジング６よりも上流側に再循環させる第１ＥＧＲ装置３０が設けられている。この第１ＥＧＲ装置３０は、排気通路１９におけるフィルタ２０よりも下流側であって且つ第１排気絞り弁１６よりも上流側の部分と吸気通路９におけるコンプレッサハウジング６よりも上流側であって且つ第２吸気絞り弁１２よりも下流側の部分とを接続する第１ＥＧＲ通路３１と、第１ＥＧＲ通路３１内を流れる排気（以下、「第１ＥＧＲガス」という。）の流量（以下、「第１ＥＧＲガス量」という。）を調節可能な第１ＥＧＲ弁３２と、第１ＥＧＲ通路３１における第１ＥＧＲ弁３２よりも上流側を流れるＥＧＲガスを冷却する第１ＥＧＲクーラ３３とを備えている。

このように構成された第１ＥＧＲ装置３０では、第１ＥＧＲ弁３２が開弁されると、第１ＥＧＲ通路３１が導通状態となり、ＮＯｘ触媒２１に流入する前の排気の一部が第１ＥＧＲ通路３１を経由して吸気通路９に流入する。吸気通路９に流入した第１ＥＧＲガスはコンプレッサハウジング６、吸気マニホールド８を経由して内燃機関１の燃焼室に過給される。ここで、本実施例においては、ＥＧＲガスに第１ＥＧＲ通路３１を流通させて内燃機関１の吸気系に再循環させる経路が本発明における第１の経路に相当する。

また、内燃機関１には、排気通路１９におけるＮＯｘ触媒２１よりも下流側を通過する排気の一部を吸気通路９におけるコンプレッサハウジング６よりも上流側に再循環させる第２ＥＧＲ装置４０が設けられている。この第２ＥＧＲ装置４０は、排気通路１９におけるＮＯｘ触媒２１よりも下流側であって且つ第２排気絞り弁１７よりも上流側の部分と吸気通路９における第１ＥＧＲ通路３１との接続部よりも上流側であって且つ第２吸気絞り弁１２よりも下流側の部分とを接続する第２ＥＧＲ通路４１と、第２ＥＧＲ通路４１内を流れる排気（以下、「第２ＥＧＲガス」という。）の流量（以下、「第２ＥＧＲガス量」という。）を調節可能な第２ＥＧＲ弁４２と、第２ＥＧＲ通路４１における第２ＥＧＲ弁４２よりも上流側を流れるＥＧＲガスを冷却する第２ＥＧＲクーラ４３とを備えている。

このように構成された第２ＥＧＲ装置４０では、第２ＥＧＲ弁４２が開弁されると、第２ＥＧＲ通路４１が導通状態となり、ＮＯｘ触媒２１から流出した排気の一部が第２ＥＧＲ通路４１を経由して吸気通路９に流入する。吸気通路９に流入した第２ＥＧＲガスはコンプレッサハウジング６、吸気マニホールド８を経由して内燃機関１の燃焼室に過給される。ここで、本実施例においては、ＥＧＲガスに第２ＥＧＲ通路４１を流通させて内燃機関１の吸気系に再循環させる経路が本発明における第２の経路に相当する。

ここで、第１ＥＧＲ装置３０によって再循環される第１ＥＧＲガス、第２ＥＧＲ装置４０によって再循環される第２ＥＧＲガスは、共にフィルタ２０を通過した後に再循環される。つまり、フィルタ２０によってＰＭを除去されたあとの排気が吸気系に再循環される。これにより、内燃機関１にＰＭが吸入されることを抑制できる。また、インタークーラ１３、第１ＥＧＲクーラ３３、第２ＥＧＲクーラ４３等にＰＭが堆積してしまうことを抑制できる。

また、第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量は、第１排気絞り弁１６の開度や第２排気絞り弁１７の開度を調節して排気通路１９における第１ＥＧＲ通路３１との接続部の排気の圧力、或いは排気通路１９における第２ＥＧＲ通路４１との接続部の排気の圧力を増減することによって調節することができる。例えば、第１排気絞り弁１６の開度を閉弁側に調節すると、排気通路１９における第１ＥＧＲ通路３１との接続部における排気の圧力が上昇するため、第１ＥＧＲ通路３１の上流側と下流側の差圧が増大し、第１ＥＧＲガス量が増大する。また、第２排気絞り弁１７の開度を閉弁側に調節すると、排気通路１９における第２ＥＧＲ通路４１との接続部における排気の圧力が上昇するため、第２ＥＧＲ通路４１の上流側と下流側の差圧が増大し、第２ＥＧＲガス量が増大する。

同様に、第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量は、第２吸気絞り弁１２の開度を調節して吸気通路９における第１ＥＧＲ通路３１との接続部の吸気の圧力、或いは吸気通路９における第２ＥＧＲ通路４１との接続部の吸気の圧力を増減することによって調節することができる。例えば、第２吸気絞り弁１２の開度を閉弁側に調節すると、該接続部に負圧が生じるため、第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量が増大する。

また、第１ＥＧＲガスや第２ＥＧＲガスには、水（Ｈ_２Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ_２）等のように、自らが燃焼することがなく、且つ、熱容量が高い不活性ガス成分が含まれているため、第１ＥＧＲガスや第２ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以って内燃機関１におけるＮＯｘの生成量が抑制される。

さらに、第１ＥＧＲクーラ３３において第１ＥＧＲガスが、第２ＥＧＲクーラ４３において第２ＥＧＲガスが冷却されると、第１ＥＧＲガスおよび第２ＥＧＲガス自体の温度が低下するとともにガスの体積が縮小されるため、第１ＥＧＲガスや第２ＥＧＲガスが燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少する虞もない。

内燃機関にＰＭが吸入されることを抑制できる。また、例えば本排気浄化システムがターボチャージャや、該ターボチャージャにより過給された吸気を冷却するためのインタークーラ等を備える場合には、流入したＰＭがターボチャージャ等に堆積してしまうことを抑制できる。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１及び吸排気系を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２２が併設されている。このＥＣＵ２２は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するほか、第１ＥＧＲ弁３２の開度（以下、「第１ＥＧＲ開度」という。）Ｄｆ、第２ＥＧＲ弁４２の開度（以下、「第２ＥＧＲ開度」という。）Ｄｓ等を制御する。

また、ＥＣＵ２２には、エアフローメータ１４や、機関回転数を検出するクランクポジションセンサ２３、アクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ２４などの内燃機関１の運転状態の制御に係るセンサ類や温度センサ２５が電気配線を介して接続され、それらの出力信号がＥＣＵ２２に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２２には、燃料噴射弁３、燃料添加弁１５、第１吸気絞り弁１１、第２吸気絞り弁１２、第１排気絞り弁１６、第２排気絞り弁１７、第１ＥＧＲ弁３２、第２ＥＧＲ弁４２等が電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ２２によって制御されるようになっている。

また、ＥＣＵ２２には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、内燃機関１の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。また、後述する各種ルーチンはＥＣＵ２２のＲＯＭに記憶されているプログラムの一つである。

次に本実施例におけるＥＧＲ制御について説明する。本実施例に係るＥＧＲ制御では、ＥＧＲ率ＥＲが内燃機関１の運転状態に応じた目標ＥＧＲ率ＥＲｔｇになるように制御される。この目標ＥＧＲ率ＥＲｔｇは、予め定められた目標値であり、例えば、排出ガス規制値と該規制値に対する適合マージンとを考慮して定められた目標ＮＯｘ低減率に基づいて、該目標ＮＯｘ低減率を達成するために要求されるＥＧＲ率として定められても良い。

そして目標ＥＧＲ率ＥＲｔｇは、具体的には内燃機関１の機関回転数ＮＥと機関負荷Ｔｑと目標ＥＧＲ率ＥＲｔｇとの関係が格納されたマップから目標ＥＧＲ率ＥＲｔｇを読み出すことにより導出される。その際、機関回転数ＮＥはクランクポジションセンサ２３によるクランク角度の検出値により求められ、機関負荷Ｔｑはアクセルポジションセンサ２４によるアクセル開度の検出値から求められる。そして、ＥＣＵ２２によって、エアフローメータ１４による検出値から求められる吸入新気量Ｇａと目標ＥＧＲ率ＥＲｔｇとに基づいて目標ＥＧＲガス量（第１ＥＧＲガス量＋第２ＥＧＲガス量の和）が算出される。

ここで、本実施例に係る排気浄化システムは第１ＥＧＲ装置３０と第２ＥＧＲ装置４０を備えている。本実施例では、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎに応じて、ＥＧＲガス量に対する第１ＥＧＲガス量の比率（以下、「第１ＥＧＲガス量の再循環比率」）Ｒｆと、ＥＧＲガス量に対する第２ＥＧＲガス量の比率（以下、「第２ＥＧＲガス量の再循環比率」）Ｒｓが変更される。以下、図２を参照して詳しく説明する。

図２は、本実施例におけるＮＯｘ触媒の温度ＴｎとＮＯｘ浄化率Ｒｐ、第１ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｆ、第２ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｓの関係を例示した図である。（ａ）は、ＮＯｘ触媒の温度ＴｎとＮＯｘ浄化率Ｒｐとの相関関係を例示した図である。（ｂ）は、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎと第１ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｆとの関係を例示した図である。（ｃ）は、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎと第２ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｓとの関係を例示した図である。

ここで、図２（ａ）に示す「ＮＯｘ浄化率Ｒｐ」が「Ｒｐ０」以上であればＮＯｘ触媒２１が排気中のＮＯｘを好適に浄化できることを意味する。そして、図中の横軸に示す温度「Ｔｎ０」は、「ＮＯｘ浄化率Ｒｐ」が「Ｒｐ０」のときのＮＯｘ触媒２１の温度である。つまり、「Ｔｎ０」はＮＯｘ触媒２１の活性温度を意味しており、ＮＯｘ触媒２１が排気中のＮＯｘを効率良く浄化することができる下限温度を意味する。

また、図２（ｂ）に示す「第１ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｆ」が「１」のときは、第１ＥＧＲ装置３０のみによってＥＧＲを行っていることを意味する。また、「第１ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｆ」が「０」のときは、第２ＥＧＲ装置４０のみによってＥＧＲを行っていることを意味する。

また、図２（ｃ）に示す「第２ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｓ」が「１」のときは、第２ＥＧＲ装置４０のみによってＥＧＲを行っていることを意味する。また、「第２ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｓ」が「０」のときは、第１ＥＧＲ装置３０のみによってＥＧＲを行っていることを意味する。

また、第１ＥＧＲ装置３０と第２ＥＧＲ装置４０とを併用してＥＧＲを行う場合、例えば第１ＥＧＲガス量と第２ＥＧＲガス量の比が２：８になるようにＥＧＲが行われるときには、第１ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｆが「０．２」、第２ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｓが「０．８」となる。

図２（ａ）に示すように、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎが活性温度Ｔｎ０よりも低いときにはＮＯｘ浄化率ＲｐがＲｐ０よりも低く、ＮＯｘ触媒２１において良好にＮＯｘを浄化することが困難となる。そこで、本実施例では、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎが活性温度Ｔｎ０よりも低いときには排気温度を上昇させてＮＯｘ触媒２１を活性温度Ｔｎ０以上に昇温させる。例えば、内燃機関１の燃焼サイクルにおける主噴射のあとの膨張行程や排気行程に燃料を燃料噴射弁３から副噴射させることによって、排気温度を上昇させても良い。

そして、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように本実施例では、上記のようにＮＯｘ触媒２１に対する昇温制御が行われるとき、即ちＮＯｘ触媒の温度Ｔｎが活性温度Ｔｎ０よりも低いときに、第１ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｆが０、第２ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｓが１に制御される。つまり、第１ＥＧＲ開度Ｄｆは第１ＥＧＲガス量が零になるように全閉に制御される。一方、第２ＥＧＲ開度Ｄｓは、第２ＥＧＲガス量を上述の目標ＥＧＲガス量にするために必要な目標開度Ｄｓｔｇに制御される。

以上のように、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎが活性温度Ｔｎ０よりも低いときは第２ＥＧＲ装置４０のみを介してＥＧＲが行われる。そうすると、上記昇温制御によって温度の上昇した排気の全てがＮＯｘ触媒２１を通過するため、排気の有する熱エネルギを効率よくＮＯｘ触媒２１に伝えることができる。つまり、迅速にＮＯｘ触媒２１を活性温度Ｔｎ０まで上昇させることができる。

また、ＮＯｘ触媒２１の昇温中においても、排気の一部は第２ＥＧＲ装置４０によって再循環されるので、内燃機関１の燃焼室内の混合気の燃焼温度を低下させ、内燃機関１におけるＮＯｘの生成量が低減される。

一方、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎが活性温度Ｔｎ０以上に上昇したあとは、第１ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｆが１、第２ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｓが０に変更される。つまり、第２ＥＧＲ開度Ｄｓは第２ＥＧＲガス量が零になるように全閉に制御される。一方、第１ＥＧＲ開度Ｄｆは、第１ＥＧＲガス量を上述の目標ＥＧＲガス量にするために必要な目標開度Ｄｆｔｇに制御される。

以上のように、本実施例においては、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎが活性温度Ｔｎ０以上になった後は第１ＥＧＲ装置３０のみを介してＥＧＲが行われる。ここで、第１ＥＧＲ通路３１は第２ＥＧＲ通路４１に比べてその経路が短い。これにより、内燃機関１の目標ＥＧＲ率ＥＲｔｇが変化した場合等、第１ＥＧＲガス量を変更する際の応答性を向上できる。

また、ＮＯｘ触媒２１を通過した後の排気は、通過する前に比べてその比熱が低下してしまう場合があるところ、第１ＥＧＲ装置３０はＮＯｘ触媒２１を通過する前の排気を再循環させるため、排気の比熱を低下させることなく効率よく混合気の燃焼温度を低下させることができる。これにより、内燃機関１におけるＮＯｘの生成量をより好適に低減することができる。なお、本実施例においては、ＮＯｘ触媒の活性温度Ｔｎ０が本発明における所定温度に相当する。

＜ＥＧＲ制御ルーチン＞
以下、本実施例におけるＮＯｘ触媒２１に対する昇温制御が行われるときの第１ＥＧＲ装置３０および第２ＥＧＲ装置４０に係るＥＧＲ制御について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。図３は、本実施例におけるＥＧＲ制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ２２内のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、所定期間毎に実行される。

まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ２２によって、内燃機関１の機関回転数ＮＥ、機関負荷Ｔｑ、吸入新気量Ｇａが検出される。そして、続くステップＳ１０２では、機関回転数ＮＥ、機関負荷Ｔｑに応じた目標ＥＧＲ率ＥＲｔｇが演算される。続くステップＳ１０３では、目標ＥＧＲ率ＥＲｔｇと吸入新気量Ｇａとに基づいて目標ＥＧＲガス量Ｇｔｇが算出される。そして、ステップＳ１０３の処理が終わるとステップＳ１０４に進む

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ２２によって、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎが推定される。具体的には、温度センサ２５の検出値に基づいてＮＯｘ触媒の温度Ｔｎが推定される。また、例えば、内燃機関１の機関回転数ＮＥおよび機関負荷ＴｑとＮＯｘ触媒の温度Ｔｎとの関係を予め実験等で求めておき、該関係を制御マップの形でＥＣＵ２２内に格納しておいても良い。そして、該制御マップに機関回転数ＮＥおよび機関負荷Ｔｑをパラメータとしてアクセスすることで、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎを導出しても良い。

続くステップＳ１０５では、ＥＣＵ２２によって、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎが活性温度Ｔｎ０よりも低いか否かが判定される。つまり、本ステップでは、ＮＯｘ触媒２１を早期昇温する必要があるか否かが判定される。そして、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎが活性温度Ｔｎ０よりも低いと判定された場合には、ステップＳ１０３に進む。一方、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎが活性温度Ｔｎ０以上であると判定された場合には、後述するステップＳ１１１に進む。

ステップＳ１０６では、ＥＣＵ２２から第１ＥＧＲ弁３２および第２ＥＧＲ弁４２に指令が出され、第１ＥＧＲ開度Ｄｆが全閉に、第２ＥＧＲ開度Ｄｓが第２ＥＧＲガス量をステップＳ１０３で算出された目標ＥＧＲガス量にするために必要な目標開度Ｄｓｔｇに変更される。ここで、本実施例においては、第１ＥＧＲ開度Ｄｆ、第２ＥＧＲ開度Ｄｓを変更させるＥＣＵ２２が本発明におけるＥＧＲガス量変更手段に相当する。そして、ステップＳ１０６の処理が終わるとステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７では、ＥＣＵ２２からの指令によってＮＯｘ触媒２１の昇温制御が開
始される。具体的には、燃料噴射弁３に対し、燃料の副噴射を行うよう指令が出される。ここで、副噴射される燃料の量は予め実験的に求められる。そして、ステップＳ１０７の処理が終わるとステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８では、ＥＣＵ２２によって、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎが推定される。続くステップＳ１０９では、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎが活性温度Ｔｎ０以上であるか否かが判定される。つまり、本ステップでは、ＮＯｘ触媒２１に対する昇温制御を停止しても良いかどうかが判定される。

そして、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎが活性温度Ｔｎ０以上であると判定された場合には、ステップＳ１１０に進む。一方、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎが活性温度Ｔｎ０よりも低いと判定された場合には、ステップＳ１０６の処理の後の状態に戻る。つまり、ＮＯｘ触媒２１に対する昇温制御が継続される。

ステップＳ１１０では、ＮＯｘ触媒２１に対する昇温制御が停止される。具体的には、ＥＣＵ２２から燃料噴射弁３に対し、燃料の副噴射を停止するよう指令が出される。そして、ステップＳ１１０の処理が終わるとステップＳ１１１に進む。

ステップＳ１１１では、ＥＣＵ２２から第１ＥＧＲ弁３２および第２ＥＧＲ弁４２に指令が出され、第１ＥＧＲ開度Ｄｆが第１ＥＧＲガス量をステップＳ１０３で算出された目標ＥＧＲガス量Ｇｔｇにするために必要な目標開度Ｄｆｔｇに、第２ＥＧＲ開度Ｄｓが全閉に変更される。そして、ステップＳ１１１の処理が終わると本ルーチンを一旦終了する。

以上のように、本ルーチンでは、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎが活性温度Ｔｎ０よりも低いときは迅速にＮＯｘ触媒２１を活性温度Ｔｎ０まで上昇させることができる。また、ＮＯｘ触媒の昇温中においても第２ＥＧＲ装置４０によってＥＧＲを行うことが可能であり、内燃機関１におけるＮＯｘの生成量を低減できる。

＜ＥＧＲ制御の変形例＞
また、本実施例おいては、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎが活性温度Ｔｎ０よりも低いか否かに応じて、第１ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｆおよび第２ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｓを１または０の何れかに変更する場合を例示的に説明したが、これに限定されるものではない。

例えば、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎが活性温度Ｔｎ０よりも低いときに、第１ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｆが第２ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｓよりも大きい値であれば良く、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎが活性温度Ｔｎ０以上であるときに、第２ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｓが第１ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｆよりも大きい値であれば良い。以下、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎが活性温度Ｔｎ０よりも低いときの第１ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｆを０．８、活性温度Ｔｎ０以上であるときの第１ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｆを０．２とする場合、上記ルーチンの適用について説明する。

つまり、本ＥＧＲ制御では、上記ルーチンのステップＳ１０６において、第１ＥＧＲガス量の目標値および第２ＥＧＲガス量の目標値を算出すれば良い。ここで、上記の目標値はステップＳ１０３において算出された目標ＥＧＲガス量に、第１ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｆ（０．８）、第２ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｓ（０．２）を乗じて算出される。

そして、第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量をそれぞれの目標値に変更するため
に必要な開度に第１ＥＧＲ開度Ｄｆ、第２ＥＧＲ開度Ｄｓを変更すれば良い。

そして、上記ルーチンのステップＳ１１１では、第１ＥＧＲガス量の目標値および第２ＥＧＲガス量の目標値が再び算出される。つまり、第１ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｆを０．２、第２ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｓを０．８としてそれぞれの目標値が算出される。そして、第１ＥＧＲガス量および第２ＥＧＲガス量を各目標値に変更すべく第１ＥＧＲ開度Ｄｆ、第２ＥＧＲ開度Ｄｓを変更すれば良い。

なお、本実施例においては、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎが活性温度Ｔｎ０以上になった後、ＮＯｘ触媒２１に対するＮＯｘ還元処理、ＳＯｘ被毒回復処理を行うため、燃料添加弁１５に還元剤としての燃料を排気中に添加させても良い。これにより、確実に活性状態となっているＮＯｘ触媒２１に対して燃料を供給できる。また、上記燃料の添加が行われるときは第１ＥＧＲ装置によってＥＧＲが行われるため、燃料が第２ＥＧＲ通路４１を介して内燃機関１に再循環されてしまう虞がない。従って、内燃機関１の燃焼室内における混合気の燃焼が不安定になることを抑制でき、ドライバビリティが悪化することも抑制できる。

また、本実施例におけるフィルタ２０には、酸化触媒或いはＮＯｘ触媒が担持されていても良く、また、ＮＯｘ触媒２１は吸蔵還元型ＮＯｘ触媒でなく選択還元型ＮＯｘ触媒等であっても良い。その場合、選択還元型ＮＯｘ触媒に対するＮＯｘ還元処理を行うときに供給される還元剤は尿素水溶液やアンモニア水溶液であっても良い。

また、本実施例における排気浄化システムは、吸気を過給するターボチャージャ１０を備え、排気の一部を吸気通路９におけるコンプレッサハウジング６よりも上流側であって且つ第２吸気絞り弁１２よりも下流側の部分に再循環させているが、これは、内燃機関１の吸気系に再循環させるときの一例である。そして、本発明はターボチャージャを備えていない排気浄化システムにおいても当然に適用することができる。

次に、本発明に係る内燃機関１の排気浄化システムの実施例１とは異なる実施例について説明する。図４は、本実施例における内燃機関１と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。ここで、実施例１の排気浄化システムと同一又は同等の構成部分については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

本実施例と実施例１に係る排気浄化システムでは以下の点で相違する。即ち、本実施例における排気浄化システムでは、排気の一部を吸気系に再循環させる排気再循環機構として、第１ＥＧＲ装置３０および第２ＥＧＲ装置４０の代わり第３ＥＧＲ装置５０が備わっている。以下、第３ＥＧＲ装置５０の構成について説明する。

内燃機関１には、排気通路１９におけるフィルタ２０よりも下流側であってＮＯｘ触媒２１よりも上流側を通過する排気の一部および／または排気通路１９におけるＮＯｘ触媒２１よりも下流側を通過する排気の一部を吸気通路９におけるコンプレッサハウジング６よりも上流側に再循環させる第３ＥＧＲ装置５０が設けられている。

この第３ＥＧＲ装置５０は、一端が吸気通路９におけるコンプレッサハウジング６よりも上流側の部分に接続される第３ＥＧＲ通路５１と、一端が排気通路１９におけるフィルタ２０よりも下流側であって且つＮＯｘ触媒２１よりも上流側の部分に接続され他端が第３ＥＧＲ通路５１の他端に接続される第４ＥＧＲ通路５２と、一端が排気通路１９におけるＮＯｘ触媒２１よりも下流側の部分に接続され他端が第３ＥＧＲ通路５１と第４ＥＧＲ通路５２との接続部に接続される第５ＥＧＲ通路５３とを備えている。

さらに、第３ＥＧＲ装置５０は、第３ＥＧＲ通路５１から第５ＥＧＲ通路５３までが接続される接続部に設けられるとともに、第３ＥＧＲ通路５１に流入する排気を第４ＥＧＲ通路５２と第５ＥＧＲ通路５３との何れから流入させるかを切換可能な流入路変更弁５４と、第３ＥＧＲ通路５１内を流れる排気を調節可能な第３ＥＧＲ弁５５と、第３ＥＧＲ通路５１を流れるＥＧＲガスを冷却する第３ＥＧＲクーラ５６とを備えている。

ここで、流入路変更弁５４は、ＥＣＵ２２に電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ２２によって制御されるようになっている。そして、ＥＣＵ２２は、流入路変更弁５４に第３ＥＧＲ通路５１と第４ＥＧＲ通路５２とを導通させ、第３ＥＧＲ通路５１と第５ＥＧＲ通路５３とを遮断させ（以下、このときの流入路変更弁５４の切換位置を「第１経路位置」という。）、ＮＯｘ触媒２１を通過する前の排気の一部を第４ＥＧＲ通路５２、第３ＥＧＲ通路５１の順に流通させ、内燃機関１に再循環させることができる。

本実施例においては、ＥＣＵ２２が流入路変更弁５４を第１経路位置側に制御し、ＥＧＲガスに第４ＥＧＲ通路５２および第３ＥＧＲ通路５１を流通させて内燃機関１に再循環させるときの経路が本発明における第１の経路に相当する。そして、本実施例では、この経路により再循環されるＥＧＲガスを「第１ＥＧＲガス」と称す。ここで、本実施例においては第１ＥＧＲガスの流量が本発明における第１ＥＧＲガス量に相当する。

また、ＥＣＵ２２は、流入路変更弁５４に第３ＥＧＲ通路５１と第４ＥＧＲ通路５２とを遮断させ、第３ＥＧＲ通路５１と第５ＥＧＲ通路５３とを導通させ（以下、このときの流入路変更弁５４の切換位置を「第２経路位置」という。）、ＮＯｘ触媒２１を通過した後の排気の一部を第５ＥＧＲ通路５３、第３ＥＧＲ通路５１の順に流通させ、内燃機関１に再循環させることができる。

本実施例においては、ＥＣＵ２２が流入路変更弁５４の切換位置を第２経路位置側に制御し、ＥＧＲガスに第５ＥＧＲ通路５３および第３ＥＧＲ通路５１を流通させて内燃機関１に再循環させるときの経路が本発明における第２の経路に相当する。そして、本実施例では、この経路により再循環されるＥＧＲガスを「第２ＥＧＲガス」と称す。ここで、本実施例においては第２ＥＧＲガスの流量が本発明における第２ＥＧＲガス量に相当する。

さらに、第３ＥＧＲ弁５５は、ＥＣＵ２２に電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ２２によって第３ＥＧＲ弁５５の開度（以下、「第３ＥＧＲ開度」という。）Ｄｔが制御される。そして、本実施例においては、ＥＣＵ２２が、流入路変更弁５４の切換位置および第３ＥＧＲ開度Ｄｔを制御することによって、上記の第１ＥＧＲガス量と第２ＥＧＲガス量とを変更させることができる。本実施例においては流入路変更弁５４の切換位置および第３ＥＧＲ開度Ｄｔを制御するＥＣＵ２２が本発明におけるＥＧＲガス量変更手段に相当する。

以上のように、上記構成の排気浄化システムによれば、第１ＥＧＲガスと第２ＥＧＲガスのいずれを内燃機関１に再循環させるときも、第３ＥＧＲ通路５１を通過するため、実施例１の排気浄化システムに比べてＥＧＲ装置をコンパクトにすることが可能となり、コストを削減することができる。

また、実施例１の排気浄化システムと比較して流入路変更弁５４が追加される代わりにＥＧＲ弁、ＥＧＲクーラの配置数が減るため、排気浄化システムの構築に必要な総コストを低く抑えることが可能となる。

次に本実施例におけるＥＧＲ制御について説明する。本実施例では、ＮＯｘ触媒の温度
Ｔｎに応じてＥＣＵ２２が流入路変更弁５４の切換位置の切り換え制御が行われる。詳しくは、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎが活性温度Ｔｎ０よりも低いときに流入路変更弁５４を第１経路位置に切り換え、活性温度Ｔｎ０以上であるときに流入路変更弁５４を第２経路位置に切り換えるものとした。以下、ＥＣＵ２２によって行われる本実施例のＥＧＲ制御について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。

＜第２ＥＧＲ制御ルーチン＞
図５は本実施例における第２ＥＧＲ制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ２２内のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、所定期間毎に実行される。

また、本ルーチンと実施例１におけるＥＧＲ制御ルーチンの処理内容が同一のステップは、同じ数字を用いることで詳しい説明を省略する。また、本ルーチンの実行時において、流入路変更弁５４の切換位置が第１経路位置に制御されている状態を前提に説明する。そして、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５は、ＥＧＲ過渡時制御ルーチンにおいて対応するステップにおける処理内容と同様であり、説明を省略する。そして、ステップＳ１０５の処理が終わるとステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０６では、ＥＣＵ２２から流入路変更弁５４および第３ＥＧＲ弁５５に指令が出され、流入路変更弁５４の切換位置が第２経路位置に切り換えられる。また、第５ＥＧＲ通路５３から流入し第３ＥＧＲ通路５１内を流れる排気の流量（本ステップでは、第２ＥＧＲガス量）をステップＳ１０３で算出された目標ＥＧＲガス量にするために必要な目標開度Ｄｔｔｇに第３ＥＧＲ開度Ｄｔが変更される。そして、ステップＳ２０６の処理が終わるとステップＳ１０７に進む。

ここで、ステップＳ１０７〜Ｓ１１０は、ＥＧＲ過渡時制御ルーチンにおいて対応するステップにおける処理内容と同様であり、詳しい説明を省略する。なお、ステップＳ１０９において否定判定された場合には、つまりＮＯｘ触媒の温度Ｔｎが活性温度Ｔｎ０よりも低いと判定された場合には、ステップＳ２０６の処理の後の状態に戻る。そして、ステップＳ１１０において、ＮＯｘ触媒２１に対する昇温制御が停止されると、ステップＳ２１１に進む。

ステップＳ２１１では、ＥＣＵ２２から流入路変更弁５４および第３ＥＧＲ弁５５に指令が出され、流入路変更弁５４の切換位置が第１経路位置に切り換えられる。その結果、第２ＥＧＲガスが第４ＥＧＲ通路５２から第３ＥＧＲ通路５１に流入し、内燃機関１に再循環される。また、本ステップでは、ＥＣＵ２２からの指令により燃料添加弁１５が開弁され、該燃料添加弁１５から排気中に燃料が添加される。これにより、ＮＯｘ触媒２１に吸蔵されているＮＯｘが還元浄化される。本実施例においては、燃料添加弁１５に燃料を添加させるＥＣＵ２２が本発明における還元剤添加手段に相当する。そして、ステップＳ２１１の処理が終わると、本ルーチンを一旦終了する。

以上のように、本ルーチンによれば、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎが低いとき（本ルーチンでは活性温度Ｔｎ０よりも低いとき）は、排気温度を上昇させるために昇温制御が実行されるとともに、その高温の排気がＮＯｘ触媒２１に導入される。その結果、ＮＯｘ触媒２１を迅速に昇温させることができる。

また、ステップＳ２１１において、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎは既に活性温度Ｔｎ０以上であるため、燃料添加弁１５から排気中に添加された燃料がＮＯｘ触媒２１をすり抜けて多量に大気中に放出される虞はない。また、燃料添加弁１５から燃料が添加されるときは、流入路変更弁５４の切換位置が第１経路位置に制御されるため、添加された燃料が再循環されることもない。従って、内燃機関１における混合気の燃焼が不安定になることが抑制
され、ドライバビリティが悪化することが抑制される。

また、本ルーチンでは、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎが活性温度Ｔｎ０より低いか否かにより流入路変更弁５４の切換位置を制御する場合を例示的に説明したが、それに限定されるものではない。例えば、ＳＯｘによって被毒されたＮＯｘ触媒２１を回復させる場合には、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎを高温（例えば、６００℃乃至６５０℃）に維持する必要がある。そこで、ＮＯｘ触媒２１に対するＳＯｘ被毒回復処理を行うときに本実施例にかかるＥＧＲ制御を適用すると好適である。ＮＯｘ触媒の温度ＴｎをＮＯｘ触媒２１からＳＯｘが放出される温度まで迅速に昇温させることができるからである。

また、本実施例におけるＮＯｘ触媒２１が、例えば排気中のＰＭを捕集可能なフィルタに担持されている場合、フィルタの温度をＰＭが酸化（燃焼）可能な温度（例えば、５００℃乃至７００℃）まで上昇させる場合がある。そこで、フィルタにＰＭ再生処理を行うときに本実施例にかかるＥＧＲ制御を適用し、フィルタの温度を迅速に昇温させるようにしても良い。

また、本実施例における流入路変更弁５４は、第１ＥＧＲガスと第２ＥＧＲガスとの何れかを選択的に第３ＥＧＲ通路５１に流入させる構成としているが、これに限定されない。流入路変更弁５４は、例えば第１ＥＧＲガス量と第２ＥＧＲガス量との和（総ＥＧＲガス量）に対する第２ＥＧＲガス量との比率を変更可能な流入比率変更弁であっても良い。

実施例１における内燃機関と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。 実施例１におけるＮＯｘ触媒の温度ＴｎとＮＯｘ浄化率Ｒｐ、第１ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｆ、第２ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｓの関係を例示した図である。（ａ）は、ＮＯｘ触媒の温度ＴｎとＮＯｘ浄化率Ｒｐとの相関関係を例示した図である。（ｂ）は、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎと第１ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｆとの関係を例示した図である。（ｃ）は、ＮＯｘ触媒の温度Ｔｎと第２ＥＧＲガス量の再循環比率Ｒｓとの関係を例示した図である。 実施例１におけるＥＧＲ制御ルーチンを示すフローチャートである。 実施例２における内燃機関と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。 実施例２における第２ＥＧＲ制御ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・燃料噴射弁
４・・・エアクリーナ
６・・・コンプレッサハウジング
７・・・タービンハウジング
８・・・吸気マニホールド
９・・・吸気通路
１０・・ターボチャージャ
１１・・第１吸気絞り弁
１２・・第２吸気絞り弁
１３・・インタークーラ
１４・・エアフローメータ
１５・・燃料添加弁
１６・・第１排気絞り弁
１７・・第２排気絞り弁
１８・・排気マニホールド
１９・・排気通路
２０・・パティキュレートフィルタ
２１・・ＮＯｘ触媒
２２・・ＥＣＵ
２３・・クランクポジションセンサ
２４・・アクセルポジションセンサ
３０・・第１ＥＧＲ装置
３１・・第１ＥＧＲ通路
３２・・第１ＥＧＲ弁
３３・・第１ＥＧＲクーラ
４０・・第２ＥＧＲ装置
４１・・第２ＥＧＲ通路
４２・・第２ＥＧＲ弁
４３・・第２ＥＧＲクーラ
５０・・第３ＥＧＲ装置
５１・・第３ＥＧＲ通路
５２・・第４ＥＧＲ通路
５３・・第５ＥＧＲ通路
５４・・流入路変更弁
５５・・第３ＥＧＲ弁

Claims (6)

1. 一端が内燃機関に接続されて該内燃機関からの排気が通過する排気通路と、
   前記排気通路に設けられるとともに前記排気に含まれるＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒と、
   前記排気の一部を前記排気通路における前記ＮＯｘ触媒よりも上流側から前記内燃機関の吸気系に導く第１の経路および前記排気の一部を前記排気通路における前記ＮＯｘ触媒よりも下流側から前記内燃機関の吸気系に導く第２の経路により、前記排気の一部を吸気系に再循環させるＥＧＲ装置であって、前記第1の経路は前記第２の経路より短いＥＧＲ
   装置と、
   前記第１の経路により前記吸気系に導かれる排気の流量である第１ＥＧＲガス量および／または前記第２の経路により前記吸気系に導かれる排気の流量である第２ＥＧＲガス量を変更するＥＧＲガス量変更手段と、
   を備え、
   前記ＥＧＲガス量変更手段は、前記ＮＯｘ触媒の温度が所定温度よりも低いときにおける前記第１ＥＧＲガス量と前記第２ＥＧＲガス量との和である総ＥＧＲガス量に対する前記第２ＥＧＲガス量の比率を前記ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度以上であるときにおける前記比率よりも大きくすることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記ＥＧＲガス量変更手段は、前記ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度よりも低いときに前記比率を略１にするとともに、前記ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度以上であるときに前記比率を略零にすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
3. 前記排気通路における前記ＮＯｘ触媒よりも上流側に設けられるとともに該排気通路内の排気に還元剤を添加する還元剤添加手段を更に備え、
   前記ＮＯｘ触媒の温度が前記所定温度以上であるときに前記還元剤添加手段に還元剤を添加させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
4. 前記第１の経路は前記還元剤添加手段によって還元剤が添加される前の排気の一部を前記内燃機関の吸気系に導くことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
5. 前記ＥＧＲ装置は、
   前記排気通路における前記ＮＯｘ触媒よりも上流側の部分と前記内燃機関の吸気通路とを連通する第１ＥＧＲ通路と、
   前記第１ＥＧＲ通路に設けられるとともに該第１ＥＧＲ通路を流通する排気の流量を変更可能な第１ＥＧＲ弁と、
   前記排気通路における前記ＮＯｘ触媒よりも下流側の部分と前記内燃機関の吸気通路とを連通する第２ＥＧＲ通路と、
   前記第２ＥＧＲ通路に設けられるとともに該第２ＥＧＲ通路を流通する排気の流量を変更可能な第２ＥＧＲ弁と、
   を有し、
   前記第１の経路により前記排気を前記内燃機関の吸気系に導くときは該排気に前記第１ＥＧＲ通路を流通させ、前記第２の経路により前記排気を前記内燃機関の吸気系に導くときは該排気に前記第２ＥＧＲ通路を流通させ、
   前記ＥＧＲガス量変更手段は、前記総ＥＧＲガス量に対する前記第２ＥＧＲガス量の比率を変更するときに前記第１ＥＧＲ弁の開度および／または第２ＥＧＲ弁の開度を変更することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
6. 前記ＥＧＲ装置は、
   一端が前記内燃機関の吸気通路に接続される第３ＥＧＲ通路と、
   一端が前記排気通路における前記ＮＯｘ触媒よりも上流側の部分に接続され、他端が前記第３ＥＧＲ通路の他端に接続される第４ＥＧＲ通路と、
   一端が前記排気通路における前記ＮＯｘ触媒よりも下流側の部分に接続され、他端が前記第３ＥＧＲ通路と前記第４ＥＧＲ通路との接続部に接続される第５ＥＧＲ通路と、
   前記接続部に設けられ、前記第４ＥＧＲ通路および前記第５ＥＧＲ通路から前記第３ＥＧＲ通路に流入する排気の流量の総和に対する前記第５ＥＧＲ通路から前記第３ＥＧＲ通路に流入する排気の流量の比率を変更可能な流入比率変更弁と、
   前記第３ＥＧＲ通路に設けられるとともに該第３ＥＧＲ通路を流通する排気の流量を変更可能な第３ＥＧＲ弁と、
   を有し、
   前記第１の経路により前記排気を前記内燃機関の吸気系に導くときは該排気に前記第４ＥＧＲ通路および前記第３ＥＧＲ通路を流通させ、前記第２の経路により前記排気を前記内燃機関の吸気系に導くときは該排気に前記第５ＥＧＲ通路および前記第３ＥＧＲ通路を流通させ、
   前記ＥＧＲガス量変更手段は、前記総ＥＧＲガス量に対する前記第２ＥＧＲガス量の比率を変更するときに前記流入比率変更弁の開度および／または第３ＥＧＲ弁の開度を変更することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。

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