(57)【要約】【課題】触媒が吸蔵したＮＯｘをリッチ燃焼により除去する場合における浄化性能の低下を抑制できる内燃機関の制御装置を提供すること。【解決手段】触媒５０に吸蔵されたＮＯｘ量が、ＮＯｘ量の上限値より多い場合には、燃料リッチ噴射を行うことにより触媒５０に吸蔵されたＮＯｘの除去を行い、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０から吸気通路１５に流れるＬＰＬ−ＥＧＲガスの量を増加させる。これにより、排気ガス中のＨＣはＣＯに変化するため、ＮＯｘをＣＯで還元することができ、触媒５０の温度の上昇を抑制できる。また、燃料リッチ噴射の実行中に、触媒床温が閾値より高い場合には、ＬＰＬ−ＥＧＲガスの還流量を増量する。これにより、リッチ燃焼により発生するＨＣを、より確実にＣＯに変化させることができる。これらの結果、触媒５０が吸蔵したＮＯｘをリッチ燃焼により除去する場合における浄化性能の低下を抑制することができる。【選択図】図１
2010209789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の運転時に燃料を燃焼させる燃焼室から排出される排気ガスに含まれるＮＯｘの吸蔵還元を行う触媒と、
前記触媒の温度を取得する触媒温度取得手段と、
前記排気ガスの流れ方向における前記触媒の下流を流れる前記排気ガスを前記内燃機関の吸気通路に流す通路であるＥＧＲ通路と、
前記触媒が吸蔵したＮＯｘ量を推定する吸蔵ＮＯｘ量推定手段と、
前記吸蔵ＮＯｘ量推定手段で推定したＮＯｘ量が所定値よりも多い場合には、前記燃焼室に供給する空気と前記燃料との比率である空燃比における前記燃料の割合を高くする制御を行う燃料割合増加手段と、
前記ＥＧＲ通路を流れる前記排気ガスの流量を調節可能に設けられており、且つ、前記燃料割合増加手段で前記空燃比における前記燃料の割合を高くする制御を行う場合には、前記ＥＧＲ通路から前記吸気通路に流れる前記排気ガスの量を増加させると共に、前記触媒温度取得手段で取得した前記触媒の温度が所定の温度より高い場合には、前記ＥＧＲ通路から前記吸気通路に流れる前記排気ガスの量を増量するＥＧＲ量調節手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲ量調節手段は、前記燃料割合増加手段による前記空燃比における前記燃料の割合を高くする制御中に前記触媒温度取得手段で取得した前記触媒の温度が前記所定の温度以下の場合には、前記ＥＧＲ通路から前記吸気通路に流れる前記排気ガスの量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記燃料は、ＧＴＬ燃料であることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。特に、この発明は、触媒のＮＯｘ除去を目的としてリッチ燃焼を行う内燃機関の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関は、燃焼室で燃料を燃焼させ、この燃料の燃焼時のエネルギーによって運転をするが、燃料の燃焼時には、ＮＯｘ（窒素酸化物）等の大気汚染物質が生成される。このため、内燃機関を動力源として車両に搭載する場合には、内燃機関から排出される排気ガス中の大気汚染物質を吸蔵する触媒が多用される。この場合、触媒で大気汚染物質を吸蔵することにより、排気ガスを浄化し、浄化した排気ガスを大気に放出する。しかし、触媒で大気汚染物質の吸蔵を続けた場合、触媒に大気汚染物質が溜まってしまうため、従来の内燃機関の制御装置では、触媒に溜まった大気汚染物質を除去する制御を行っているものがある。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の内燃機関の制御装置では、ＮＯｘ浄化触媒に堆積した硫黄酸化物等を除去する再生処理を実行する場合などに、燃料噴射量を増量したり吸入空気流量を原料したりすることにより、空燃比リッチ化制御を行い、ＮＯｘ浄化触媒に堆積した硫黄酸化物等の除去を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２３２０９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このように空燃比をリッチ化した場合、燃料の一部は燃焼室で燃焼せず、未燃のまま排気される場合がある。この未燃の燃料にはＨＣ（炭化水素）が多く含まれているため、この排気ガスが大気に排出された場合、エミッション性が低下する場合がある。また、ＨＣは、ＮＯｘが堆積している触媒に流れた場合には、ＮＯｘを還元してＮ２（窒素）にして放出させるが、触媒に多量のＨＣが流れた場合、この反応による熱が多く発生する。このため、触媒の温度が上昇し過ぎ、触媒の機能が低下する場合があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、触媒が吸蔵したＮＯｘをリッチ燃焼により除去する場合における浄化性能の低下を抑制できる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の運転時に燃料を燃焼させる燃焼室から排出される排気ガスに含まれるＮＯｘの吸蔵還元を行う触媒と、前記触媒の温度を取得する触媒温度取得手段と、前記排気ガスの流れ方向における前記触媒の下流を流れる前記排気ガスを前記内燃機関の吸気通路に流す通路であるＥＧＲ通路と、前記触媒が吸蔵したＮＯｘ量を推定する吸蔵ＮＯｘ量推定手段と、前記吸蔵ＮＯｘ量推定手段で推定したＮＯｘ量が所定値よりも多い場合には、前記燃焼室に供給する空気と前記燃料との比率である空燃比における前記燃料の割合を高くする制御を行う燃料割合増加手段と、前記ＥＧＲ通路を流れる前記排気ガスの流量を調節可能に設けられており、且つ、前記燃料割合増加手段で前記空燃比における前記燃料の割合を高くする制御を行う場合には、前記ＥＧＲ通路から前記吸気通路に流れる前記排気ガスの量を増加させると共に、前記触媒温度取得手段で取得した前記触媒の温度が所定の温度より高い場合には、前記ＥＧＲ通路から前記吸気通路に流れる前記排気ガスの量を増量するＥＧＲ量調節手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明では、触媒が吸蔵したＮＯｘ量の推定値が所定値よりも多い場合には、空燃比における燃料の割合を高くし、いわゆるリッチ燃焼を行うことによりＮＯｘの除去を行い、また、リッチ燃焼を行う場合には、ＥＧＲ通路から吸気通路に流れる排気ガスの量を増加させる。ＥＧＲ通路には、触媒を通過する際に触媒で吸蔵還元の反応を行うことにより高温になった排気ガスが流れるため、このようにリッチ燃焼を行う際にＥＧＲ通路から吸気通路に流れる排気ガスの量を増加させることにより、燃焼室に高温の排気ガスを多く流すことができ、燃焼室で燃料を燃焼させる際の温度を高くすることができる。これにより、リッチ燃焼を行うことにより未燃焼の燃料が発生し、未燃焼の燃料に含まれるＨＣが排気ガスに多く含まれる状況でも、高温となった燃焼温度によってＨＣはＣＯ（一酸化炭素）に変化し易くなる。触媒にＣＯが流れた場合には、ＨＣが触媒に流れる場合と同様に触媒が吸蔵しているＮＯｘの還元を行うことができ、また、ＨＣでＮＯｘの還元を行う場合よりも還元反応時の温度が低くなるので、触媒の温度が上昇し過ぎることを抑制できる。これにより、触媒の温度を、排気ガスを浄化する際における適切な温度に維持することができ、排気ガスの浄化を行い続けることができる。
【０００９】
また、リッチ燃焼の制御中に触媒の温度が所定の温度より高い場合には、ＥＧＲ通路から吸気通路に流れる排気ガスの量を増量するので、リッチ燃焼により発生するＨＣを、より確実にＣＯに変化させることができる。つまり、空燃比における燃料の割合を高くしてリッチ燃焼を行う際には、排気ガス中にＨＣが多く含まれ易くなり、触媒はこのＨＣによって温度が上昇し易くなるため、触媒の温度が高い場合には、ＨＣが多く発生していると推定することができる。このため、触媒の温度に基づいてＥＧＲ通路から吸気通路に流れる排気ガスの量を調節し、リッチ燃焼の制御中に触媒の温度が所定の温度より高い場合には、ＥＧＲ通路から吸気通路に流れる排気ガスの量を増加させることにより、多く発生していると推定できるＨＣをＣＯに変化させることができる。これにより、リッチ燃焼により発生するＨＣを、より確実にＣＯに変化させることができるため、触媒の温度の上昇をより確実に抑制し、触媒の温度を、排気ガスを浄化する際における適切な温度に維持することができる。これらの結果、触媒が吸蔵したＮＯｘをリッチ燃焼により除去する場合における浄化性能の低下を抑制することができる。
【００１０】
また、この発明に係る内燃機関の制御装置は、上記発明において、前記ＥＧＲ量調節手段は、前記燃料割合増加手段による前記空燃比における前記燃料の割合を高くする制御中に前記触媒温度取得手段で取得した前記触媒の温度が前記所定の温度以下の場合には、前記ＥＧＲ通路から前記吸気通路に流れる前記排気ガスの量を減少させることを特徴とする。
【００１１】
この発明では、リッチ燃焼の制御中に触媒の温度が所定の温度以下の場合には、ＥＧＲ通路から吸気通路に流れる排気ガスの量を減少させるので、ＥＧＲ通路から吸気通路に高温の排気ガスを流すことによって触媒の温度が低くなり過ぎ、排気ガスの浄化を行い難くなることを抑制できる。つまり、触媒は所定の温度範囲の場合に活性化し、ＮＯｘの吸蔵還元を行うなど排気ガスの浄化を行うことができるので、触媒の温度が低くなり過ぎて活性温度を下回った場合には、触媒は排気ガスの浄化を行い難くなる。このため、リッチ燃焼の制御中に触媒の温度が所定の温度以下になった場合には、ＥＧＲ通路から吸気通路に流れる排気ガスの量を減少させることにより、リッチ燃焼により多く発生するＨＣをＣＯに変化させる割合を低減させることができ、触媒に流れるＨＣの量を増加させることができる。これにより、触媒で吸蔵しているＮＯｘをＨＣによって還元する割合が高くなるので、この還元反応時の熱によって触媒の温度を高くすることができる。従って、ＥＧＲ通路から吸気通路に流れる高温の排気ガスによってＨＣをＣＯに変化させる場合に、触媒の温度が低下し過ぎて排気ガスの浄化を行い難くなることを抑制でき、より確実に触媒で排気ガスの浄化を行うことができる。この結果、触媒が吸蔵したＮＯｘをリッチ燃焼により除去する場合における浄化性能の低下を、より確実に抑制することができる。
【００１２】
また、この発明に係る内燃機関の制御装置は、上記発明において、前記燃料は、ＧＴＬ燃料であることを特徴とする。
【００１３】
この発明では、燃料にＧＴＬ燃料を用いているので、リッチ燃焼時に触媒の温度が上昇し過ぎることを、より確実に抑制できる。つまり、ＧＴＬ燃料は、リッチ燃焼時に燃焼温度を高くした場合、軽油と比較してＨＣがＣＯに変化し易くなっているため、より確実に触媒の温度が上昇し過ぎることを抑制できる。これにより、リッチ燃焼時における触媒の温度を、排気ガスを浄化するための適切な温度に維持することができる。この結果、触媒が吸蔵したＮＯｘをリッチ燃焼により除去する場合における浄化性能の低下を、より確実に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、触媒をリッチ燃焼により浄化する場合における浄化性能の低下を抑制することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施例に係るエンジンの制御装置を備えるエンジンの概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示すエンジンの制御装置の要部構成図である。
【図３】図３は、リッチ燃焼を行う際のＨＣ量の変化を示す説明図である。
【図４】図４は、リッチ燃焼を行う際の触媒床温の変化を示す説明図である。
【図５】図５は、実施例に係るエンジンの制御装置の処理手順を示すフロー図である。
【図６】図６は、ＬＰＬ−ＥＧＲ量制御の処理手順を示すフロー図である。
【図７】図７は、実施例に係るエンジンの制御装置でリッチ燃焼を行った場合における空燃比の説明図である。
【図８】図８は、実施例に係るエンジンの制御装置でリッチ燃焼を行った場合におけるＨＣ量の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る内燃機関の制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例】
【００１７】
図１は、実施例に係るエンジンの制御装置を備えるエンジンの概略構成図である。本発明に係る内燃機関の制御装置の一例である実施例に係るエンジン１０の制御装置１は、例えば、車両（図示省略）に搭載され、車両の走行時の動力源として設けられるエンジン１０の運転を制御可能に設けられている。このエンジン１０は、圧縮した状態の空気に燃料を供給することにより燃料を燃焼させる、いわゆるディーゼルエンジンとなっており、燃料は、天然ガス等のガス燃料より生成された液体燃料であるＧＴＬ（Gas To Liquids）燃料が用いられる。
【００１８】
このエンジン１０は、４つの気筒（図示省略）が直列に配設されており、各気筒には、エンジン１０の運転時に燃料を燃焼させる燃焼室１１が接続されている。また、このエンジン１０には、燃焼室１１に連通すると共に燃焼室１１に吸入される空気が流れる通路である吸気通路１５と、燃焼室１１で燃料を燃焼させた後、燃焼室１１から排出される排気ガスが流れる排気通路１６とが接続されている。これらの吸気通路１５と排気通路１６とは、燃焼室１１の数に合わせてそれぞれ４つの通路に分岐しており、分岐した通路が４つの燃焼室１１に対応し、燃焼室１１に連通してエンジン１０に接続されている。
【００１９】
また、各燃焼室１１には、エンジン１０の運転時に燃焼室１１に対して燃料を供給可能な燃料供給手段である燃料インジェクタ２１が配設されている。この燃料インジェクタ２１は、エンジン１０の運転時に燃焼室１１内に燃料を噴射することにより、燃焼室１１に対して燃料を供給可能に設けられている。
【００２０】
このように各燃焼室１１に配設される燃料インジェクタ２１は、全てコモンレール２５に接続されている。また、コモンレール２５は、燃料に圧力を付与してコモンレール２５に燃料を供給するサプライポンプ２６に機関燃料通路３１を介して接続されており、サプライポンプ２６は、燃料を貯留する燃料貯留手段である燃料タンク３５にメイン燃料通路３０を介して接続されている。サプライポンプ２６と燃料タンク３５とを接続するメイン燃料通路３０には、燃料に含まれる不純物を除去する燃料フィルタ３６が設けられている。
【００２１】
また、コモンレール２５と燃料タンク３５とには、コモンレール２５に供給された燃料のうち余剰燃料を燃料タンク３５に戻す通路であり、一端がコモンレール２５に接続され、他端が燃料タンク３５に接続された通路であるリターン通路３２が接続されている。
【００２２】
また、エンジン１０は、燃焼室１１で吸入する空気を圧縮する過給手段であるターボチャージャ４０を備えており、ターボチャージャ４０が有するコンプレッサ４１は吸気通路１５に接続され、ターボチャージャ４０が有するタービン４２は排気通路１６に接続されている。ターボチャージャ４０は、タービン４２が接続されている排気通路１６を流れる排気ガスによってタービン４２が作動し、タービン４２の作動時の力がコンプレッサ４１に伝達されてコンプレッサ４１が作動することにより、吸気通路１５を流れる空気をコンプレッサ４１で圧縮可能に設けられている。
【００２３】
ターボチャージャ４０のコンプレッサ４１が接続される吸気通路１５は、吸気通路１５を流れる空気の流れ方向におけるコンプレッサ４１の下流側に、コンプレッサ４１で圧縮した空気を冷却するインタークーラ４５が配設されている。さらに、吸気通路１５には、インタークーラ４５の下流側に、吸気通路１５内を開閉可能なスロットルバルブ４６が配設されている。また、吸気通路１５には、コンプレッサ４１の上流側に、吸気通路１５を流れる空気の流量を検出可能な吸入空気量検出手段であるエアフロメータ４７が設けられている。
【００２４】
また、排気通路１６には、タービン４２の下流側に、エンジン１０の運転時に燃焼室１１から排出される排気ガスの浄化手段である触媒５０が設けられている。この触媒５０は、排気ガスに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）の吸蔵還元が可能な吸蔵還元型ＮＯｘ触媒となっており、例えば、公知のＮＳＲ（NOx Storage Reduction）触媒やＤＰＮＲ（Diesel Particulate NOx Reduction）触媒が用いられている。この触媒５０には、当該触媒５０の温度である触媒床温を検出可能な触媒床温検出手段である触媒床温センサ５１が設けられている。
【００２５】
これらのように設けられる排気通路１６と吸気通路１５とには、エンジン１０から排出された排気ガスの一部であり、再びエンジン１０に吸気させる還流ガスであるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスが流れる通路であるＥＧＲ通路が接続されており、ＥＧＲ通路は、２種類設けられている。２種類のＥＧＲ通路のうち、１種類のＥＧＲ通路６０は、両端部のうち一方の端部が、排気通路１６におけるタービン４２の上流側に接続されており、他方の端部が、吸気通路１５におけるスロットルバルブ４６の下流側に接続されている。これにより、このＥＧＲ通路６０は、排気通路１６を流れる排気ガスの一部をＥＧＲガスとして、排気通路１６から吸気通路１５に流すことができる。
【００２６】
このように設けられるＥＧＲ通路６０には、当該ＥＧＲ通路６０を流れるＥＧＲガスを冷却可能な冷却手段であるＥＧＲクーラ６２が設けられている。このＥＧＲクーラ６２は、車両の運転時にエンジン１０を冷却する冷却媒体である冷却水（図示省略）と、ＥＧＲガスとの間で熱交換を行うことができるように形成されており、ＥＧＲクーラ６２を通るＥＧＲガスは、冷却水との間で熱交換を行うことにより温度が低下する。
【００２７】
また、このＥＧＲ通路６０には、ＥＧＲクーラ６２が設けられている部分と吸気通路１５に接続されている部分との間の部分、即ち、ＥＧＲ通路６０における吸気通路１５に接続されている部分の近傍に、ＥＧＲ通路６０内の開度を調節可能なＥＧＲバルブ６３が配設されている。
【００２８】
また、２種類のＥＧＲ通路のうち、もう１種類のＥＧＲ通路は、触媒５０を通過した排気ガスの一部を再びエンジン１０に吸気させる還流ガスであるＬＰＬ（Low Pressure Loop）−ＥＧＲガスが流れる通路であるＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０となっている。このＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０は、排気通路１６を流れる排気ガスの流れ方向における触媒５０の下流を流れる排気ガスを、高温のＥＧＲガスであるＬＰＬ−ＥＧＲガスとして吸気通路１５に流すＥＧＲ通路として設けられている。詳しくは、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０は、両端部のうち一方の端部が、排気通路１６における触媒５０の下流側に接続されており、他方の端部が、吸気通路１５におけるスロットルバルブ４６の下流側に接続されている。これにより、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０は、排気通路１６に設けられる触媒５０を通過した排気ガスの一部をＬＰＬ−ＥＧＲガスとして、排気通路１６から吸気通路１５に流すことができる。
【００２９】
このように設けられるＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０には、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０内の開度を調節可能な還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７１が配設されている。また、排気通路１６には、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０が接続されている部分の下流側に、排気通路１６内の開度を調節可能な排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２が配設されている。
【００３０】
これらの燃料インジェクタ２１、サプライポンプ２６、スロットルバルブ４６、エアフロメータ４７、触媒床温センサ５１、ＥＧＲバルブ６３、還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７１、排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２は、車両に搭載されると共に車両の各部を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）８０に接続されている。さらに、ＥＣＵ８０には、車両の運転席に設けられるアクセルペダル７５の近傍に設けられ、アクセルペダル７５の開度であるアクセル開度を検出可能なアクセル開度検出手段であるアクセル開度センサ７６が接続されている。
【００３１】
図２は、図１に示すエンジンの制御装置の要部構成図である。ＥＣＵ８０には、処理部８１、記憶部１００及び入出力部１０１が設けられており、これらは互いに接続され、互いに信号の受け渡しが可能になっている。また、ＥＣＵ８０に接続されている燃料インジェクタ２１、サプライポンプ２６、スロットルバルブ４６、エアフロメータ４７、触媒床温センサ５１、ＥＧＲバルブ６３、還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７１、排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２は、入出力部１０１に接続されており、入出力部１０１は、これらの燃料インジェクタ２１等との間で信号の入出力を行う。また、記憶部１００には、エンジン１０を制御するコンピュータプログラムが格納されている。この記憶部１００は、ハードディスク装置や光磁気ディスク装置、またはフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ等のような読み出しのみが可能な記憶媒体）や、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、或いはこれらの組み合わせにより構成することができる。
【００３２】
また、処理部８１は、メモリ及びＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成されており、少なくとも、アクセル開度センサ７６での検出結果よりアクセルペダル７５の開度であるアクセル開度を取得可能なアクセル開度取得手段であるアクセル開度取得部８２と、スロットルバルブ４６の開閉の制御をすることによりエンジン１０の吸入空気量の制御が可能な吸入空気量制御手段であるスロットルバルブ制御部８３と、エアフロメータ４７での検出結果より運転中のエンジン１０の吸入空気量を取得可能な吸入空気量取得手段である吸入空気量取得部８４と、燃料インジェクタ２１から噴射する燃料の噴射量を制御することによりエンジン１０への燃料の供給量を制御可能な燃料供給量制御手段である燃料噴射量制御部８５と、ＥＧＲバルブ６３の開閉の制御を行うことによりＥＧＲガスの流量を制御可能なＥＧＲガス量制御手段であるＥＧＲバルブ制御部８６と、を有している。
【００３３】
また、処理部８１は、触媒５０が吸蔵したＮＯｘ量を推定する吸蔵ＮＯｘ量推定手段である吸蔵ＮＯｘ量推定部８７と、触媒床温センサ５１での検出結果より触媒床温を取得可能な触媒温度取得手段である触媒床温取得部８８と、燃焼室１１に供給する空気と燃料との比率である空燃比をリッチにする際における燃料の噴射である燃料リッチ噴射を実行可能な否かを判定するリッチ噴射実行判定手段であるリッチ噴射実行判定部８９と、吸蔵ＮＯｘ量推定部８７で推定したＮＯｘ量が所定値よりも多い場合には、空燃比における燃料の割合を高くする制御である燃料リッチ噴射の制御を行う燃料割合増加手段である燃料リッチ噴射制御部９０と、を有している。
【００３４】
また、処理部８１は、吸蔵ＮＯｘ量推定部８７で推定したＮＯｘ量と、燃料リッチ噴射の制御等を行う際に用いるＮＯｘ量の閾値とを比較し、推定したＮＯｘ量と、ＮＯｘ量の閾値との大小を判定する吸蔵ＮＯｘ量判定手段である吸蔵ＮＯｘ量判定部９１と、触媒床温取得部８８で取得した触媒床温と、還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７１や排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２の制御を行う際に用いる触媒床温の閾値とを比較し、取得した触媒床温と、触媒床温の閾値との大小を判定する触媒床温判定手段である触媒床温判定部９２と、還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７１及び排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２の開閉の制御を行うことによりＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０を流れるＬＰＬ−ＥＧＲガスの流量を調節可能に設けられており、且つ、燃料リッチ噴射制御部９０で推定したＮＯｘ量が所定値よりも多い場合には、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０から吸気通路１５に流れるＬＰＬ−ＥＧＲガスの量を増加させるＥＧＲ量調節手段であるＬＰＬ−ＥＧＲバルブ制御部９３と、を有している。
【００３５】
ＥＣＵ８０によって制御されるエンジン１０の制御は、例えば、触媒床温取得部８８等の検出結果に基づいて、処理部８１が上記コンピュータプログラムを当該処理部８１に組み込まれたメモリに読み込んで演算し、演算の結果に応じて還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７１や排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２等を作動させることにより制御する。その際に処理部８１は、適宜記憶部１００へ演算途中の数値を格納し、また格納した数値を取り出して演算を実行する。なお、このようにエンジン１０を制御する場合には、上記コンピュータプログラムの代わりに、ＥＣＵ８０とは異なる専用のハードウェアによって制御してもよい。
【００３６】
この実施例に係るエンジン１０の制御装置１は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。実施例に係るエンジン１０の制御装置１では、エンジン１０はＧＴＬ燃料により運転可能となっているため、エンジン１０を運転に用いる燃料を貯留する燃料タンク３５には、ＧＴＬ燃料を貯留する。
【００３７】
このエンジン１０を搭載する車両の走行時には、車両の室内に設けられるアクセルペダル７５を足で操作し、アクセルペダル７５のストローク量、或いはアクセル開度が、アクセルペダル７５の近傍に設けられるアクセル開度センサ７６によって検出される。アクセル開度センサ７６による検出結果は、ＥＣＵ８０の処理部８１が有するアクセル開度取得部８２に伝達され、アクセル開度取得部８２で取得する。アクセル開度取得部８２で取得したアクセル開度は、ＥＣＵ８０の処理部８１が有するスロットルバルブ制御部８３や燃料噴射量制御部８５等の各部に伝達され、エンジン１０はアクセル開度に応じて作動する。
【００３８】
例えば、スロットルバルブ制御部８３は、アクセル開度取得部８２から伝達されたアクセル開度に応じて、スロットルバルブ４６の開度を制御する。これにより、吸気通路１５にはスロットルバルブ４６の開度に応じた空気が流れる。吸気通路１５に空気が流れた場合、この空気の流量をエアフロメータ４７で検出し、エアフロメータ４７での検出結果をＥＣＵ８０の処理部８１が有する吸入空気量取得部８４で取得する。
【００３９】
ここで、吸気通路１５には、ターボチャージャ４０のコンプレッサ４１が接続されている。このコンプレッサ４１は、エンジン１０から排出される排気ガスによってターボチャージャ４０のタービン４２が作動した際の力により、作動可能に設けられている。コンプレッサ４１が作動した際には、吸気通路１５を流れる空気の流れ方向におけるコンプレッサ４１の上流側の空気を吸引し、圧縮して下流側に流す。これにより、ターボチャージャ４０の作動時におけるコンプレッサ４１の下流側の吸気通路１５には、大気圧よりも圧力が高くなった空気が流れる。
【００４０】
圧力が高くなった空気は吸気通路１５を流れ、コンプレッサ４１の下流側に配設されるインタークーラ４５に流れる。空気を圧縮して圧力を高くした場合、温度が上昇するが、インタークーラ４５は、インタークーラ４５内を流れる圧縮空気とインタークーラ４５の周囲を流れる空気との間で熱交換を行うことにより、インタークーラ４５内を流れる空気の温度を下げる。これにより、インタークーラ４５内を流れる空気の密度が高くなる。
【００４１】
インタークーラ４５で冷却され、密度が高くなった空気は、さらに吸気通路１５における下流側に流れる。スロットルバルブ４６は、このインタークーラ４５の下流に配設されており、吸気通路１５を流れる空気の流量を調整するスロットルバルブ４６は、ターボチャージャ４０のコンプレッサ４１で圧縮され、インタークーラ４５で冷却された後の空気の流量を調整する。スロットルバルブ４６で流量を調整した空気は、エンジン１０に供給される。即ち、エンジン１０は、ターボチャージャ４０によって過給した状態で吸気する。
【００４２】
また、エンジン１０の運転時には、サプライポンプ２６が作動し、燃料タンク３５内の燃料をコモンレール２５に供給する。つまり、サプライポンプ２６が作動することにより、燃料タンク３５内の燃料がメイン燃料通路３０を介してサプライポンプ２６に吸引される。その際に、サプライポンプ２６に吸引される燃料は、メイン燃料通路３０に配設される燃料フィルタ３６によって不純物が除去された後、サプライポンプ２６に流れる。
【００４３】
サプライポンプ２６に吸引された燃料は、サプライポンプ２６で圧力が高められ、機関燃料通路３１を通ってコモンレール２５に供給される。このため、コモンレール２５内の燃料は、高圧の状態になっている。また、燃焼室１１に配設されている燃料インジェクタ２１は、このコモンレール２５に接続されているため、燃料インジェクタ２１には、コモンレール２５から高圧の燃料が供給される。
【００４４】
このように、高圧の燃料が供給される燃料インジェクタ２１は、ＥＣＵ８０の処理部８１が有する燃料噴射量制御部８５で制御可能になっている。つまり、燃料噴射量制御部８５には、アクセル開度取得部８２で取得したアクセル開度や吸入空気量取得部８４で取得した吸入空気量などの運転状態に関する情報が伝達され、燃料噴射量制御部８５は、伝達された運転状態に関する情報に応じて燃料インジェクタ２１を制御し、作動させる。これにより、燃料インジェクタ２１は、燃料噴射量制御部８５での制御に応じた燃料を燃焼室１１に噴射する。
【００４５】
具体的には、燃料噴射量制御部８５は、エンジン１０の圧縮行程で燃焼室１１の空気が高圧になった時点で、運転状態に適した量の燃料を燃料インジェクタ２１から燃焼室１１に噴射させる。燃焼室１１に噴射された燃料は、圧縮することにより高温になった空気によって燃焼し、燃焼した後の排気ガスは、排気行程で燃焼室１１から排気通路１６に排気される。排気通路１６に排気された排気ガスは、排気通路１６に接続されるターボチャージャ４０のタービン４２に流れ、ターボチャージャ４０を作動させる。
【００４６】
ターボチャージャ４０を作動させた後の排気ガスは、さらに排気通路１６を流れ、触媒５０を通過する。この触媒５０は、当該触媒５０を通過する排気ガスを、燃焼室１１で燃焼させる燃料と空気との割合である空燃比をリッチとリーンとで繰り返し変化させて流すことにより、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化する。
【００４７】
詳しくは、空燃比がストイキやリーンの場合、即ち、排気ガス中に多量の酸素が含まれている場合には、触媒５０はＮＯｘを吸蔵する。また、空燃比がリッチの場合、即ち、酸素濃度が低く、さらに、燃料が多いことにより未燃焼の燃料が発生し、この未燃焼の燃料に含まれるＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）などの還元成分が排気ガス中に多量に含まれている場合には、触媒５０はＮＯｘをＮＯ２（二酸化窒素）、若しくはＮＯ（一酸化窒素）に還元して放出する。ＮＯ２やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気ガス中のＨＣやＣＯと反応することによってさらに還元され、Ｎ２（窒素）になる。この場合、ＨＣやＣＯは、ＮＯ２やＮＯを還元することにより酸化されて、大部分がＨ２Ｏ（水）やＣＯ２（二酸化炭素）になる。触媒５０は、このようにして排気ガスを浄化する。
【００４８】
触媒５０は、このように空燃比を変化させることにより排気ガスを浄化するが、通常の運転時は、運転性能を重視して空燃比をストイキにしたり、燃費を重視して空燃比をリーンにしたりする。この場合、触媒５０は排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する。空燃比をストイキやリーンにして運転を続けた場合は、触媒５０はＮＯｘを吸蔵し続けるため、触媒５０が吸蔵するＮＯｘ量は増加し続けるが、吸蔵するＮＯｘ量が所定量以上になった場合には、空燃比をリッチにする。これにより、触媒５０が吸蔵したＮＯｘをＮ２に還元して大気に放出する。
【００４９】
ここで、通常、空燃比をリッチにする場合には、ＥＣＵ８０の処理部８１が有する燃料リッチ噴射制御部９０で、燃料インジェクタ２１から噴射する燃料の噴射量を増加させたり、スロットルバルブ４６の開度を小さくし、ＥＧＲバルブ６３の開度を大きくしたりする。これにより、燃焼室１１に供給される燃料の噴射量が増加したり、燃焼室１１が吸入する外気、即ち新気の流量が減少してＥＧＲガスの流量が増加したりするため、エンジン１０に吸入させる新気に対する燃料の割合は、通常の運転時の燃料の割合よりも増加する。
【００５０】
これに対し、触媒５０が吸蔵したＮＯｘを還元することを目的として、空燃比をリッチにする場合には、還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７１や排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２を制御し、触媒５０を通過した後の排気ガスを、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０から吸気通路１５に戻し、燃焼室１１に吸入させる。具体的には、ＥＣＵ８０の処理部８１が有するＬＰＬ−ＥＧＲバルブ制御部９３で還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７１と排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２との開度を制御し、排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２の開度を小さくして還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７１の開度を大きくする。これにより、触媒５０を通過した排気ガスは、大気に放出される量が減少し、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０を通って吸気通路に戻る量が増加する。
【００５１】
排気ガスが触媒５０を通過する場合、排気ガスは触媒５０で吸蔵還元などの反応をするため、温度が上昇する。このため、触媒５０の通過後、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０を通って吸気通路１５に還流する排気ガスであるＬＰＬ−ＥＧＲガスは、温度が高いガスとなっており、空燃比をリッチにする際にＬＰＬ−ＥＧＲガスを還流させる場合、燃焼室１１に吸入されるガスは、高温のガスが吸入されることになる。これにより、燃料の着火性が向上するため、燃焼室１１での燃料の燃焼時の温度は、ＬＰＬ−ＥＧＲガスによって上昇する。
【００５２】
図３は、リッチ燃焼を行う際のＨＣ量の変化を示す説明図である。空燃比をリッチにしてリッチ燃焼を行う場合には、燃料の割合が多いため未燃焼の燃料が発生するが、燃料の燃焼時の温度が、ＬＰＬ−ＥＧＲガスにより上昇した場合、未燃焼の燃料も温度が上昇する。このため、未燃焼の燃料に含まれるＨＣは、ＬＰＬ−ＥＧＲガスを還流させない場合と比較して高温になる燃焼ガスによって化学変化をし、ＣＯに変化する。これにより、排気ガスはＨＣの量が減少し、ＣＯの量が増加する。
【００５３】
つまり、実施例に係るエンジン１０の制御装置１では、リッチ燃焼時にはＬＰＬ−ＥＧＲガスを還流させるため、図３に示すように、リッチ燃焼を開始した場合には、ＬＰＬ−ＥＧＲガスを還流させることにより減少したＨＣ量であるＬＰＬ−ＥＧＲ時ＨＣ量ＨＣｉは、従来のエンジンにおける制御のようにＬＰＬ−ＥＧＲガスを還流させない場合に発生し、触媒５０に流れるＨＣ量である従来ＨＣ量ＨＣｈと比較して大幅に減少する。
【００５４】
図４は、リッチ燃焼を行う際の触媒床温の変化を示す説明図である。排気通路１６を流れる排気ガスは、このようにＨＣが減少してＣＯが増加した状態で触媒５０に流れるが、ＣＯはＨＣと同様に、触媒５０に吸蔵されているＮＯｘをＮ２に還元する。ここで、ＣＯが触媒５０に吸蔵されているＮＯｘを還元する場合には、ＨＣがＮＯｘを還元する場合と比較して触媒床温が上昇し難くなっている。
【００５５】
このため、リッチ燃焼を開始し、ＬＰＬ−ＥＧＲガスを還流させることにより触媒５０に流れるＨＣ量を低減させた場合、ＬＰＬ−ＥＧＲガスを還流させることにより上昇し難くなっている触媒床温であるＬＰＬ−ＥＧＲ時触媒床温ＴＣｉは、従来のエンジンにおける制御のようにＬＰＬ−ＥＧＲガスを還流させず、ＨＣによってＮＯｘの還元を行う場合における触媒床温である従来触媒床温ＴＣｈと比較して、大幅に低下する。
【００５６】
また、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ制御部９３は、還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７１と排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２との開度を制御する際には、ＥＣＵ８０の処理部８１が有する触媒床温取得部８８で取得した触媒床温に基づいて制御する。つまり、触媒５０に流れるＨＣが多い場合には、触媒床温は上昇し易くなるため、触媒床温取得部８８で取得した触媒床温が高い場合には還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７１の開度を大きくし、排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２との開度を小さくすることにより、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０から吸気通路１５に流れるＬＰＬ−ＥＧＲガスの還流量を増量させる。これにより、燃焼温度が上昇し易くなり、ＨＣがＣＯに変化し易くなるため、触媒床温の上昇を抑制できる。
【００５７】
これに対し、触媒床温が低い場合には、触媒５０が活性化せず、排気ガスの浄化を行い難くなるので、触媒床温取得部８８で取得した触媒床温が低めの場合には、還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７１の開度を小さくし、排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２との開度を大きくする。これにより、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０から吸気通路１５に流れるＬＰＬ−ＥＧＲガスの還流量は減少し、燃焼温度が上昇し難くなるので、触媒５０に流れるＨＣの量が増加し、触媒床温が上昇し易くなる。このため、触媒５０は活性化し、排気ガスの浄化を行い易くなる。
【００５８】
触媒５０が吸蔵しているＮＯｘを還元することを目的としてリッチ燃焼を行う際に、ＬＰＬ−ＥＧＲガスを還流させた場合、このようにＨＣ量が減少することにより、触媒床温はあまり上昇せず、適切な温度が維持される。この状態で車両を走行させ、触媒５０が吸蔵したＮＯｘを所定量還元したと判定された場合には、リッチ燃焼を終了し、併せてＬＰＬ−ＥＧＲガスの還流も停止する、或いは、通常のリッチ燃焼時以外の流量で還流させる。
【００５９】
図５は、実施例に係るエンジンの制御装置の処理手順を示すフロー図である。次に、実施例に係るエンジン１０の制御装置１による制御方法、即ち、当該エンジン１０の制御装置１による処理手順について説明する。実施例に係るエンジン１０の制御装置１による処理手順では、まず、触媒５０に吸蔵されたＮＯｘ量（ＮＯｘ＿ｅｓｔ）を推定する（ステップＳＴ１０１）。この推定は、ＥＣＵ８０の処理部８１が有する吸蔵ＮＯｘ量推定部８７で行う。触媒５０に流れるＮＯｘの量は、エンジン１０の運転状態、即ち、アクセル開度の状態により変化するが、ＥＣＵ８０の記憶部１００には、アクセル開度に対するＮＯｘの排出量を示すマップが予め記憶されている。吸蔵ＮＯｘ量推定部８７は、エンジン１０の運転中は、このマップと、アクセル開度取得部８２で取得したアクセル開度とに基づいてＮＯｘの排出量を推定し続け、推定したＮＯｘの排出量を、積算し続ける。エンジン１０から排出されたＮＯｘは、大部分が触媒５０に流れるので、吸蔵ＮＯｘ量推定部８７は、積算したＮＯｘの排出量より、触媒５０に吸蔵されたＮＯｘ量を推定する。
【００６０】
また、触媒５０に流れるＮＯｘの量は、排気ガスが触媒５０で反応する際の反応熱によって変化する触媒床温によって推定することができ、ＥＣＵ８０の記憶部１００には、触媒床温の変化に対するＮＯｘの吸蔵量を示すマップが予め記憶されている。吸蔵ＮＯｘ量推定部８７は、エンジン１０の運転中は、このマップと、触媒床温取得部８８で取得した触媒床温とに基づいて触媒５０で吸蔵したＮＯｘの吸蔵量を推定し続け、推定したＮＯｘの吸蔵量を、積算し続ける。吸蔵ＮＯｘ量推定部８７は、これらのように、アクセル開度と触媒床温とに基づいて、触媒５０に吸蔵されたＮＯｘ量（ＮＯｘ＿ｅｓｔ）を精度よく推定する。
【００６１】
次に、触媒５０に吸蔵されたＮＯｘ量（ＮＯｘ＿ｅｓｔ）はＮＯｘ量の上限値（ＮＯｘ＿ｍａｘ）より多いか否かを判定する（ステップＳＴ１０２）。この判定は、ＥＣＵ８０の処理部８１が有する吸蔵ＮＯｘ量判定部９１で行う。この判定に用いるＮＯｘ量の上限値（ＮＯｘ＿ｍａｘ）は、触媒５０に吸蔵されたＮＯｘを除去する必要があるか否かの判定に用いる閾値として予め設定され、ＥＣＵ８０の記憶部１００に記憶されている。吸蔵ＮＯｘ量判定部９１は、吸蔵ＮＯｘ量推定部８７で推定したＮＯｘ量（ＮＯｘ＿ｅｓｔ）と、記憶部１００に記憶されているＮＯｘ量の上限値（ＮＯｘ＿ｍａｘ）とを比較し、（ＮＯｘ＿ｅｓｔ＞ＮＯｘ＿ｍａｘ）であるか否かを判定する。吸蔵ＮＯｘ量判定部９１での判定により、（ＮＯｘ＿ｅｓｔ＞ＮＯｘ＿ｍａｘ）はないと判定された場合、即ち、（ＮＯｘ＿ｅｓｔ≦ＮＯｘ＿ｍａｘ）であると判定された場合には、この処理手順から抜け出る。
【００６２】
これに対し、吸蔵ＮＯｘ量判定部９１での判定（ステップＳＴ１０２）により、（ＮＯｘ＿ｅｓｔ＞ＮＯｘ＿ｍａｘ）であると判定された場合には、次に、燃料リッチ噴射実行条件が成立したか否かを判定する（ステップＳＴ１０３）。この判定は、ＥＣＵ８０の処理部８１が有するリッチ噴射実行判定部８９で行う。リッチ噴射実行判定部８９は、エンジン１０の運転状態を取得し、現在の運転状態が、燃料リッチ噴射が実行可能か否かを判定する。例えば、アクセル開度取得部８２で取得したアクセル開度より、運転者が要求しているトルクである要求トルクを推定し、この要求トルクに基づいて、燃料リッチ噴射が実行可能であるか否かを判定する。即ち、要求トルクが大きい場合には、エンジン１０はトルクを優先して運転をする必要があるため、このような場合には、リッチ噴射実行判定部８９は燃料リッチ噴射が実行可能ではないと判定する。
【００６３】
つまり、リッチ噴射実行判定部８９は、エンジン１０の運転状態が、要求トルクが小さかったり、エンジン１０の回転数が低かったりするなど、比較的出力性能が求められていない場合には、燃料リッチ噴射が実行可能であると判定する。なお、この判定に用いる要求トルクや回転数は、燃料リッチ噴射が実行可能であるか否かの判定に用いる閾値として予め設定され、ＥＣＵ８０の記憶部１００に記憶されている。リッチ噴射実行判定部８９での判定により、燃料リッチ噴射実行条件が成立していないと判定された場合には、この処理手順から抜け出る。
【００６４】
これに対し、リッチ噴射実行判定部８９での判定（ステップＳＴ１０３）により、燃料リッチ噴射実行条件が成立したと判定された場合には、燃料リッチ噴射を開始する（ステップＳＴ１０４）。この燃料リッチ噴射は、ＥＣＵ８０の処理部８１が有する燃料リッチ噴射制御部９０で行う。
【００６５】
燃料リッチ噴射制御部９０は、燃料噴射量制御部８５に対して制御信号を送信することにより、燃料噴射量制御部８５に対して燃料インジェクタ２１から噴射する燃料の噴射量を増加させたり、スロットルバルブ制御部８３やＬＰＬ−ＥＧＲバルブ制御部９３に制御信号を送信することにより、スロットルバルブ４６の開度を小さくし、且つ、還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７１の開度を大きくすると共に排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２の開度を小さくしたりすることにより、エンジン１０に吸入させる空気に対する燃料の割合を増加させる制御を行う。なお、このように触媒５０に吸蔵されたＮＯｘ量（ＮＯｘ＿ｅｓｔ）がＮＯｘ量の上限値（ＮＯｘ＿ｍａｘ）より多いと判定されることにより（ステップＳＴ１０２）、燃料リッチ噴射を開始する場合には、ＥＧＲ通路６０流れるＥＧＲガスではなく、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０を流れるＬＰＬ−ＥＧＲガスを還流させる。燃料リッチ噴射を開始したら、次に、ＬＰＬ−ＥＧＲ量を制御するルーチンを呼び出す（ステップＳＴ１０５）。
【００６６】
図６は、ＬＰＬ−ＥＧＲ量制御の処理手順を示すフロー図である。ＬＰＬ−ＥＧＲ量を制御する場合における処理手順では、まず、触媒床温（Ｃａｔ＿ｍｅａ）を取得する（ステップＳＴ２０１）。この取得は、ＥＣＵ８０の処理部８１が有する触媒床温取得部８８で行う。触媒床温取得部８８で触媒床温を取得する場合は、触媒床温センサ５１で検出した触媒床温が触媒床温取得部８８に伝達され、触媒床温センサ５１から伝達された検出結果を取得することによって取得する。
【００６７】
次に、触媒床温取得部８８で取得した触媒床温（Ｃａｔ＿ｍｅａ）は、触媒床温の閾値（Ｃａｔ＿ｍａｘ）より高いか否かを判定する（ステップＳＴ２０２）。この判定は、ＥＣＵ８０の処理部８１が有する触媒床温判定部９２で行う。ここで、触媒床温は、触媒５０に流れるＨＣの量が多い場合、触媒５０が吸蔵しているＮＯｘとＨＣとの反応が促進され、温度が高くなり易くなっている。つまり、触媒床温が高い場合には、排気ガスにＨＣが多く含まれていると推定できるため、この場合には、ＬＰＬ−ＥＧＲ量を増加させて、ＨＣの量を低下させる。反対に、触媒床温が低い場合には、排気ガスに含まれているＨＣは少ないと推定できるため、この場合には、ＬＰＬ−ＥＧＲ量を減少させ、エンジン１０に外気を吸入させることができる。
【００６８】
触媒床温判定部９２での判定に用いる触媒床温の閾値（Ｃａｔ＿ｍａｘ）は、触媒床温に基づいてＬＰＬ−ＥＧＲ量を変化させる場合に、ＬＰＬ−ＥＧＲ量を増加させるか減少させるかの判定の判定に用いる閾値として予め設定され、ＥＣＵ８０の記憶部１００に記憶されている。触媒床温判定部９２は、触媒床温取得部８８で取得した触媒床温（Ｃａｔ＿ｍｅａ）と、記憶部１００に記憶されている触媒床温の閾値（Ｃａｔ＿ｍａｘ）とを比較し、（Ｃａｔ＿ｍｅａ＞Ｃａｔ＿ｍａｘ）であるか否かを判定する。
【００６９】
触媒床温判定部９２での判定（ステップＳＴ２０２）により、（Ｃａｔ＿ｍｅａ＞Ｃａｔ＿ｍａｘ）であると判定された場合には、次に、排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２の開度を小さくする（ステップＳＴ２０３）。この制御は、ＥＣＵ８０の処理部８１が有するＬＰＬ−ＥＧＲバルブ制御部９３で行う。ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ制御部９３は、排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２に対して、予め設定された所定の制御量で開度を小さくする制御信号を送信することにより、排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２の開度を小さくする。
【００７０】
次に、還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７１の開度を大きくする（ステップＳＴ２０４）。この制御は、排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２の開度を小さくする場合と同様に、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ制御部９３から還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７１に対して、所定の制御量で開度を大きくする制御信号を送信することにより、還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７１の開度を大きくする。
【００７１】
これらに対し、触媒床温判定部９２での判定（ステップＳＴ２０２）により、（Ｃａｔ＿ｍｅａ＞Ｃａｔ＿ｍａｘ）ではないと判定された場合、即ち、（Ｃａｔ＿ｍｅａ≦Ｃａｔ＿ｍａｘ）であると判定された場合には、次に、排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２の開度を大きくする（ステップＳＴ２０５）。即ち、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ制御部９３から排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２に対して、所定の制御量で開度を大きくする制御信号を送信することにより、排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２の開度を大きくする。
【００７２】
さらに、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ制御部９３から還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７１に対して、所定の制御量で開度を小さくする制御信号を送信することにより、還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７１の開度を小さくする（ステップＳＴ２０６）。これらのように、排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２と還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７１との開度の制御を行った後は、このＬＰＬ−ＥＧＲ量を制御するルーチンを抜け出し、元の制御フローに戻る。
【００７３】
ＬＰＬ−ＥＧＲ量を制御するルーチンから、元の制御フローに戻った場合は、触媒５０に吸蔵されたＮＯｘ量（ＮＯｘ＿ｅｓｔ）を吸蔵ＮＯｘ量推定部８７で推定する（ステップＳＴ１０６）。ＬＰＬ−ＥＧＲ量を制御した場合には、触媒５０に流れる排気ガスの成分が変化するため、触媒床温も変化するが、吸蔵ＮＯｘ量推定部８７では、触媒床温取得部８８で取得した触媒床温も用いて触媒５０に吸蔵されたＮＯｘ量を推定する。このため、ＬＰＬ−ＥＧＲ量を制御することにより変化した触媒床温を触媒床温取得部８８で取得し、この変化した触媒床温より、触媒５０に吸蔵されたＮＯｘ量（ＮＯｘ＿ｅｓｔ）を推定する。
【００７４】
次に、吸蔵ＮＯｘ量推定部８７で推定（ステップＳＴ１０６）した、触媒５０に吸蔵されたＮＯｘ量（ＮＯｘ＿ｅｓｔ）はＮＯｘ量の下限値（ＮＯｘ＿ｍｉｎ）以下である否かを判定する（ステップＳＴ１０７）。この判定は、触媒５０に吸蔵されたＮＯｘ量（ＮＯｘ＿ｅｓｔ）がＮＯｘ量の上限値（ＮＯｘ＿ｍａｘ）より多いか否かを判定（ステップＳＴ１０２）する場合と同様に、吸蔵ＮＯｘ量判定部９１で行う。この判定に用いるＮＯｘ量の下限値（ＮＯｘ＿ｍｉｎ）は、触媒５０に吸蔵されたＮＯｘを除去できたか否かの判定に用いる閾値として予め設定され、ＥＣＵ８０の記憶部１００に記憶されている。吸蔵ＮＯｘ量判定部９１は、吸蔵ＮＯｘ量推定部８７で推定したＮＯｘ量（ＮＯｘ＿ｅｓｔ）と、記憶部１００に記憶されているＮＯｘ量の下限値（ＮＯｘ＿ｍｉｎ）とを比較し、（ＮＯｘ＿ｅｓｔ≦ＮＯｘ＿ｍｉｎ）であるか否かを判定する。
【００７５】
吸蔵ＮＯｘ量判定部９１での判定（ステップＳＴ１０７）により、（ＮＯｘ＿ｅｓｔ≦ＮＯｘ＿ｍｉｎ）ではないと判定された場合、即ち、（ＮＯｘ＿ｅｓｔ＞ＮＯｘ＿ｍｉｎ）であると判定された場合には、ステップＳＴ１０５に戻り、再びＬＰＬ−ＥＧＲ量を制御するルーチンを呼び出し、還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７１や排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２の開度を制御した後、触媒５０に吸蔵されたＮＯｘ量（ＮＯｘ＿ｅｓｔ）を推定する（ステップＳＴ１０６）。以降、吸蔵ＮＯｘ量判定部９１で（ＮＯｘ＿ｅｓｔ≦ＮＯｘ＿ｍｉｎ）であると判定されるまで、つまり、触媒５０に吸蔵されたＮＯｘ量（ＮＯｘ＿ｅｓｔ）はＮＯｘ量の下限値（ＮＯｘ＿ｍｉｎ）以下であると判定されるまで、ＬＰＬ−ＥＧＲ量を制御するルーチンを呼び出し、還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７１と排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２との開度の制御が繰り返される。
【００７６】
これに対し、吸蔵ＮＯｘ量判定部９１での判定（ステップＳＴ１０７）により、（ＮＯｘ＿ｅｓｔ≦ＮＯｘ＿ｍｉｎ）であると判定された場合には、燃料リッチ噴射を終了する（ステップＳＴ１０８）。つまり、燃料リッチ噴射制御部９０による燃料リッチ噴射の制御を終了し、燃料噴射量制御部８５は、エンジン１０の現在の運転状態に適した燃料を燃料インジェクタ２１に噴射させ、スロットルバルブ制御部８３は、スロットルバルブ４６の開度を、エンジン１０の現在の運転状態に適した開度にする。
【００７７】
次に、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブを初期値に戻す（ステップＳＴ１０９）。つまり、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ制御部９３で開度を調節した還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７１や排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２の開度を、再びＬＰＬ−ＥＧＲバルブ制御部９３で調節し、燃料リッチ噴射を行わない場合における開度である初期値に戻す。このようにＬＰＬ−ＥＧＲバルブを初期値に戻したら、この処理手順から抜け出る。
【００７８】
以上のエンジン１０の制御装置１は、吸蔵ＮＯｘ量推定部８７で推定した、触媒５０に吸蔵されたＮＯｘ量（ＮＯｘ＿ｅｓｔ）が、ＮＯｘ量の上限値（ＮＯｘ＿ｍａｘ）より多いと吸蔵ＮＯｘ量判定部９１で判定した場合には、燃料リッチ噴射制御部９０によって燃料リッチ噴射を行うことにより触媒５０に吸蔵されたＮＯｘの除去を行い、また、燃料リッチ噴射を行う場合には、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０から吸気通路１５に流れる排気ガスであるＬＰＬ−ＥＧＲガスの量を増加させる。ＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０を流れるＬＰＬ−ＥＧＲガスは、触媒５０を通過する際に触媒５０で吸蔵還元の反応を行うことにより高温になった排気ガスとなっているため、このように燃料リッチ噴射を行う際にＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０から吸気通路１５に流れるＬＰＬ−ＥＧＲガスの量を増加させることにより、燃焼室１１に高温のＬＰＬ−ＥＧＲガスを多く流すことができ、燃焼室１１で燃料を燃焼させる際の温度を高くすることができる。これにより、燃料リッチ噴射を行うことによって燃焼室１１でリッチ燃焼を行い、このリッチ燃焼によって未燃焼の燃料が多く発生してＨＣが排気ガスに多く含まれる状況になる場合でも、高温となった燃焼温度によって、ＨＣはＣＯに変化し易くなる。触媒５０にＣＯが流れた場合には、ＨＣが触媒５０に流れる場合と同様に触媒５０が吸蔵しているＮＯｘの還元を行うことができ、また、ＨＣでＮＯｘの還元を行う場合よりも還元反応時の温度が低くなるので、触媒５０の温度が上昇し過ぎることを抑制できる。これにより、触媒５０の温度を、排気ガスを浄化する際における適切な温度に維持することができ、排気ガスの浄化を行い続けることができる。
【００７９】
図７は、実施例に係るエンジンの制御装置でリッチ燃焼を行った場合における空燃比の説明図である。図８は、実施例に係るエンジンの制御装置でリッチ燃焼を行った場合におけるＨＣ量の説明図である。つまり、実施例に係るエンジン１０の制御装置１では、触媒５０に吸蔵されたＮＯｘを除去する場合には、燃料リッチ噴射を行うため、排気ガス中の酸素量は低減するが、ＬＰＬ−ＥＧＲガスを吸気通路１５に流した場合でも、排気ガス中の酸素量は変化しない。このため、実施例に係るエンジン１０の制御装置１においてＬＰＬ−ＥＧＲガスを吸気通路１５に流す場合における触媒５０の入り口での空燃比であるＬＰＬ−ＥＧＲ時空燃比ＡＦｉは、従来のエンジンのようにＬＰＬ−ＥＧＲガスを吸気通路１５に流さないで燃料リッチ噴射を行う場合における触媒５０の入り口での空燃比である従来空燃比ＡＦｈと同等になる。つまり、燃料リッチ噴射を行った場合には、図７に示すように、ＬＰＬ−ＥＧＲ時空燃比ＡＦｉ、従来空燃比ＡＦｈ共に、空燃比をストイキにした場合と比較して小さくなる。
【００８０】
一方、燃料リッチ噴射を実行している場合に、ＬＰＬ−ＥＧＲガスを吸気通路１５に流した場合には、排気ガス中のＨＣ量は減少するので、図８に示すように、ＬＰＬ−ＥＧＲガスを吸気通路１５に流す場合におけるＨＣ量であるＬＰＬ−ＥＧＲ時ＨＣ量ＨＣｉは、従来のエンジンのようにＬＰＬ−ＥＧＲガスを吸気通路１５に流さない場合におけるＨＣ量である従来ＨＣ量ＨＣｈよりも少なくなる。このように、燃料リッチ噴射の実行中にＬＰＬ−ＥＧＲガスを吸気通路１５に流した場合には、排気ガス中のＨＣ量は、ＬＰＬ−ＥＧＲ時ＨＣ量ＨＣｉと従来ＨＣ量ＨＣｈとの差Ｄの分だけ減少し、この差Ｄに対応するＨＣによるＮＯｘの還元時に発生する熱と、ＣＯによるＮＯｘの還元時に発生する熱との差の分だけ、触媒５０は温度が上昇し難くなる。これらにより、触媒５０の温度が上昇し過ぎることを抑制でき、触媒５０の温度を、排気ガスを浄化する際における適切な温度に維持し、排気ガスの浄化を行い続けることができる。
【００８１】
また、燃料リッチ噴射の実行中に、触媒床温取得部８８で取得した触媒床温（Ｃａｔ＿ｍｅａ）が、触媒床温の閾値（Ｃａｔ＿ｍａｘ）より高いと触媒床温判定部９２で判定された場合には、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ制御部９３で還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７１及び排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２の開度を調節することにより、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０から吸気通路１５に流れるＬＰＬ−ＥＧＲガスを増量している。これにより、リッチ燃焼により発生するＨＣを、より確実にＣＯに変化させることができる。つまり、燃料リッチ噴射を実行することによってリッチ燃焼を行う際には、排気ガス中にＨＣが多く含まれ易くなり、触媒５０はこのＨＣによって温度が上昇し易くなるため、触媒床温が高い場合には、ＨＣが多く発生していると推定することができる。このため、触媒床温に基づいてＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０から吸気通路１５に流れるＬＰＬ−ＥＧＲガスの量を調節し、燃料リッチ噴射の実行中に触媒床温（Ｃａｔ＿ｍｅａ）が触媒床温の閾値（Ｃａｔ＿ｍａｘ）より高いと判定された場合には、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０から吸気通路１５に流れるＬＰＬ−ＥＧＲガスの量を増加させることにより、多く発生していると推定できるＨＣをＣＯに変化させることができる。これにより、リッチ燃焼により発生するＨＣを、より確実にＣＯに変化させることができるため、触媒５０の温度の上昇をより確実に抑制し、触媒５０の温度を、排気ガスを浄化する際における適切な温度に維持することができる。これらの結果、触媒５０が吸蔵したＮＯｘをリッチ燃焼により除去する場合における浄化性能の低下を抑制することができる。
【００８２】
また、燃料リッチ噴射の実行中に触媒床温取得部８８で取得した触媒床温（Ｃａｔ＿ｍｅａ）が、触媒床温の閾値（Ｃａｔ＿ｍａｘ）以下であると触媒床温判定部９２で判定された場合には、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ制御部９３で還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７１及び排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２の開度を調節することにより、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０から吸気通路１５に流れるＬＰＬ−ＥＧＲガスの量を減少させている。これにより、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０から吸気通路１５に高温のＬＰＬ−ＥＧＲガスを流すことによって触媒５０の温度が低くなり過ぎ、排気ガスの浄化を行い難くなることを抑制できる。
【００８３】
つまり、触媒５０は所定の温度範囲の場合に活性化し、ＮＯｘの吸蔵還元を行うなど排気ガスの浄化を行うことができるので、触媒５０の温度が低くなり過ぎて活性温度を下回った場合には、触媒５０は排気ガスの浄化を行い難くなる。このため、リッチ燃焼の制御中に触媒５０の温度が所定の温度以下になった場合には、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０から吸気通路１５に流れるＬＰＬ−ＥＧＲガスの量を減少させることにより、リッチ燃焼により多く発生するＨＣをＣＯに変化させる割合を低減させることができ、触媒５０に流れるＨＣの量を増加させることができる。これにより、触媒５０で吸蔵しているＮＯｘをＨＣによって還元する割合が高くなるので、この還元反応時の熱によって触媒５０の温度を高くすることができる。従って、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０から吸気通路１５に流れる高温のＬＰＬ−ＥＧＲガスによってＨＣをＣＯに変化させる場合に、触媒５０の温度が低下し過ぎて排気ガスの浄化を行い難くなることを抑制でき、より確実に触媒５０で排気ガスの浄化を行うことができる。この結果、触媒５０が吸蔵したＮＯｘをリッチ燃焼により除去する場合における浄化性能の低下を、より確実に抑制することができる。
【００８４】
また、触媒５０に吸蔵されたＮＯｘ量が、ＮＯｘ量の上限値より多い場合には、ＬＰＬ−ＥＧＲガスを還流させながら燃料リッチ噴射を行い、ＣＯによってＮＯｘを除去するので、触媒５０に吸蔵されたＮＯｘ量を除去する場合に、エミッションを考慮することなく除去することができる。これにより、ＮＯｘの浄化率が向上するので、触媒５０にＮＯｘが堆積することに起因して、排気ガスが触媒５０を通過する際における抵抗が増加することを抑制できる。これにより、排気抵抗が低減するので、燃費の向上を図ることができる。
【００８５】
また、エンジン１０を運転させる燃料として、ＧＴＬ燃料を用いているので、リッチ燃焼時に触媒５０の温度が上昇し過ぎることを、より確実に抑制できる。つまり、ＧＴＬ燃料は、リッチ燃焼時に燃焼温度を高くした場合、軽油と比較してＨＣがＣＯに変化し易くなっているため、より確実に触媒５０の温度が上昇し過ぎることを抑制できる。これにより、リッチ燃焼時における触媒５０の温度を、排気ガスを浄化するための適切な温度に維持することができる。この結果、触媒５０が吸蔵したＮＯｘをリッチ燃焼により除去する場合における浄化性能の低下を、より確実に抑制することができる。
【００８６】
なお、実施例に係るエンジン１０の制御装置１では、ＬＰＬ−ＥＧＲ量を制御する場合には、還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７１と排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２との開度を予め定められた制御量で制御するが（ステップＳＴ２０３〜ＳＴ２０６）、この制御量は、一定値として予め設定してもよく、または、触媒床温取得部８８で取得した触媒床温（Ｃａｔ＿ｍｅａ）と触媒床温の閾値（Ｃａｔ＿ｍａｘ）との差が大きくなるに従って、制御量が大きくなるように設定してもよい。制御量を一定値にした場合には、還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７１と排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ７２との開度の制御を容易に行うことができる。また、触媒床温取得部８８で取得した触媒床温（Ｃａｔ＿ｍｅａ）と触媒床温の閾値（Ｃａｔ＿ｍａｘ）との差が大きくなるに従って制御量が大きくなるように設定した場合には、触媒床温が所望の温度から大きく離れている場合でも、早急に触媒床温を所望の温度に近づけることができ、触媒床温を、より確実に所望の温度に維持することができる。
【００８７】
また、実施例に係るエンジン１０の制御装置１では、還流させる排気ガスが流れる通路としてＥＧＲ通路６０とＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０とを設け、運転状況に応じて使い分けているが、還流させる排気ガスが流れる通路は、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０のみでもよい。触媒５０に吸蔵されたＮＯｘを除去するためにリッチ燃焼を行い、その際における触媒５０の温度が上昇することを抑制する場合には、ＬＰＬ−ＥＧＲガスを還流させることより抑制できるので、還流させる排気ガスが流れる通路としては、少なくともＬＰＬ−ＥＧＲ通路７０が設けられていればよい。
【００８８】
また、実施例に係るエンジン１０の制御装置１では、燃料はＧＴＬ燃料が用いられているが、燃料はＧＴＬ燃料以外のものでもよく、例えば、軽油を用いてもよい。燃料は、リッチ燃料を行った場合にはＨＣを発生すると共にＬＰＬ−ＥＧＲガスを還流させた際には、ＨＣがＣＯに変化して排気通路１６に流れる燃料であれば、その種類は問わない。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
以上のように、本発明に係る内燃機関の制御装置は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を有する内燃機関に有用であり、特に、リッチ燃焼を行うことにより、触媒が吸蔵したＮＯｘを還元させる制御を行う内燃機関に適している。
【符号の説明】
【００９０】
１  制御装置
１０  エンジン
１１  燃焼室
１５  吸気通路
１６  排気通路
２１  燃料インジェクタ
３５  燃料タンク
４０  ターボチャージャ
４６  スロットルバルブ
５０  触媒
５１  触媒床温センサ
６０  ＥＧＲ通路
７０  ＬＰＬ−ＥＧＲ通路
７１  還流側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ
７２  排気側ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ
７５  アクセルペダル
８０  ＥＣＵ
８１  処理部
８２  アクセル開度取得部
８３  スロットルバルブ制御部
８４  吸入空気量取得部
８５  燃料噴射量制御部
８６  ＥＧＲバルブ制御部
８７  吸蔵ＮＯｘ量推定部
８８  触媒床温取得部
８９  リッチ噴射実行判定部
９０  燃料リッチ噴射制御部
９１  吸蔵ＮＯｘ量判定部
９２  触媒床温判定部
９３  ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ制御部
１００  記憶部
１０１  入出力部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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