(57)【要約】  吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘの還元時に内燃機関から排出されるＮＯｘ量を低減する。内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のＮＯｘを吸蔵し、理論空燃比以下のときにＮＯｘを還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、内燃機関における空燃比を変化させる空燃比制御部と、内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続し、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に供給するＥＧＲ装置と、を備える内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関における空燃比を変化させて吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元する場合に、目標空燃比が高いときよりも低いときのほうが、ＥＧＲ率が高くなるようにＥＧＲ装置を制御するＥＧＲ率制御部を備える。
2014024274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のＮＯｘを吸蔵し、理論空燃比以下のときにＮＯｘを還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記内燃機関における空燃比を変化させる空燃比制御部と、
前記内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続し、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に供給するＥＧＲ装置と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記内燃機関における空燃比を変化させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元する場合に、目標空燃比が高いときよりも低いときのほうが、内燃機関の吸気中のＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率が高くなるように前記ＥＧＲ装置を制御するＥＧＲ率制御部を備える内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲ率制御部は、リッチ空燃比である所定空燃比以上の場合に、目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が高くなるようにし、前記所定空燃比未満の場合には、目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が低くなるようにする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記ＥＧＲ率制御部は、前記内燃機関における空燃比を変化させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元している途中で、前記内燃機関における空燃比をさらに変化させる場合には、該ＮＯｘを還元している途中における最も高い空燃比に応じたＥＧＲ率とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記ＥＧＲ率制御部は、前記内燃機関における空燃比を変化させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元している途中で、前記内燃機関における空燃比をさらに変化させる場合には、該ＮＯｘを還元している途中における空燃比の平均値に応じたＥＧＲ率とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記ＥＧＲ率制御部は、前記内燃機関における空燃比を変化させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元する期間よりも、前記目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が高くなるようにする期間のほうを短くする請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側の排気通路にＮＯｘを選択的に還元する選択還元型ＮＯｘ触媒を備え、
前記ＥＧＲ率制御部は、前記内燃機関における空燃比を変化させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元する期間内で、且つ、前記目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が高くなるようにする期間外には、前記目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が高くなるようにする期間よりもＥＧＲ率を減少させるか又はＥＧＲガスの供給を停止する請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記ＥＧＲ率制御部は、前記内燃機関における空燃比を変化させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元している途中で、ＥＧＲ率を減少させるか又はＥＧＲガスの供給を停止することで内燃機関からＮＯｘを排出させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒においてＮＨ３を生成し、該ＮＨ３を前記選択還元型ＮＯｘ触媒に供給することで該選択還元型ＮＯｘ触媒においてＮＯｘを還元させる請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記ＥＧＲ率は、燃焼限界に応じて設定される請求項１から７の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記ＥＧＲ率制御部は、気筒内の新気量と燃料量との比である空燃比から、予め定められている関係に従って、気筒内のガス量と燃料量との比であるガス燃料比の目標値を求め、該ガス燃料比の目標値に応じたＥＧＲ率とする請求項１から８の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記ＥＧＲ率制御部は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の活性状態が、所定の活性状態の場合には、ＥＧＲ率を減少させるか又はＥＧＲガスの供給を停止する請求項１から９の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＳＲ触媒ともいう。）を配置する技術が知られている。このＮＳＲ触媒は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを還元する。ＮＳＲ触媒に流入する排気の酸素濃度を低下させ且つＮＳＲ触媒に還元剤を供給するために、内燃機関を一時的に理論空燃比以下で運転させるリッチスパイクが実施される。【０００３】
そして、ＮＳＲ触媒が吸蔵していたＮＯｘを還元するときに、ＥＧＲ率を所定値まで高めた後に、理論空燃比近傍となるように燃料噴射量を増量することで、排気中の酸素濃度を低下させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この技術では、ＥＧＲガスの応答遅れを考慮することで、燃焼室の空燃比の変動を抑制している。【０００４】
また、排気空燃比が理論空燃比よりもリッチのときに、着火遅れがあると判定された場合には、ＥＧＲ率を１５％程度にして着火遅れを抑制する技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。【０００５】
また、要求噴射量が増大したときには実際の噴射量を徐々に増大させると共にＥＧＲ弁を徐々に開弁させる技術が知られている（例えば、特許文献３参照。）。【０００６】
また、後噴射を実施しているときはフィードバック制御の目標空燃比を低下させて排気還流量を増大させる一方、この後噴射の実施の開始から所定期間はフィードバック操作量を小さくする技術が知られている（例えば、特許文献４参照。）。【０００７】
ところで、リーン空燃比にて運転されている内燃機関においてリッチスパイクを実施すると、燃料量の増加により燃焼温度が高くなるため、ＮＯｘの排出量が増加し得る。すなわち、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元しようとしているにもかかわらず、内燃機関から排出されるＮＯｘ量が増加する虞がある。このため、ＮＳＲ触媒でＮＯｘが処理し切れなくなる虞があり、ＮＯｘがＮＳＲ触媒を通り抜ける虞がある。従来のようにＥＧＲ率を所定値まで高めたとしても、ＮＯｘが十分に低減しない虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１２３８５８号公報
【特許文献２】特開２０１０−２０３４２１号公報
【特許文献３】特開２０００−１３０２０２号公報
【特許文献４】特開２００１−３２９８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘの還元時に内燃機関から排出されるＮＯｘ量を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気浄化装置は、
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のＮＯｘを吸蔵し、理論空燃比以下のときにＮＯｘを還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記内燃機関における空燃比を変化させる空燃比制御部と、
前記内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続し、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に供給するＥＧＲ装置と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記内燃機関における空燃比を変化させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元する場合に、目標空燃比が高いときよりも低いときのほうが、内燃機関の吸気中のＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率が高くなるように前記ＥＧＲ装置を制御するＥＧＲ率制御部を備える。【００１１】
ここで、内燃機関における空燃比を変化させて例えば理論空燃比以下にすると、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＳＲ触媒）に吸蔵されているＮＯｘを還元することができる。そして、目標空燃比をリッチに近付けると、燃焼温度が高くなり、ＮＯｘが発生しやすくなる。これに対し、ＥＧＲ率を高くすることにより、ＮＯｘの発生を抑制できる。すなわち、目標空燃比が高いときよりも低いときのほうが、ＥＧＲ率が高くなるようにＥＧＲ装置を制御することにより、ＮＯｘの発生を抑制できる。なお、目標空燃比が低いほど、ＥＧＲ率を高くしてもよい。また、目標空燃比が低いほど、ＥＧＲ率を段階的に高くしてもよい。すなわち、目標空燃比が低下する場合に、目標空燃比の変化前のＥＧＲ率が、目標空燃比の変化後のＥＧＲ率以上となっていればよい。また、目標空燃比とＥＧＲ率との関係は、線形であっても、非線形であってもよい。目標空燃比は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒においてＮＯｘを還元することのできる空燃比であって、理論空燃比以下の空燃比としてもよい。【００１２】
本発明においては、前記ＥＧＲ率制御部は、リッチ空燃比である所定空燃比以上の場合に、目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が高くなるようにし、前記所定空燃比未満の場合には、目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が低くなるようにすることができる。【００１３】
ここで、目標空燃比が低すぎると、ＥＧＲガスを供給したときに失火する虞がある。一方、このような空燃比が低い状態では、燃焼温度が低いために、ＮＯｘの発生は抑制される。したがって、ＥＧＲ率を低減させてもよい。このため、目標空燃比が所定空燃比未満の場合には、目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が低くなるようにしてもよい。そして、目標空燃比が所定空燃比以上の場合に限り、目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が高くなるようにしてもよい。所定空燃比は、それよりもリッチになると、ＥＧＲ率を低下しなくては失火する空燃比である。また、所定空燃比は、目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が高くなるようにすると、失火する空燃比の上限値としてもよい。なお、所定空燃比未満の場合に目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が高くなるようにしたとしても、直ぐには失火しないように、ある程度の余裕を持って所定空燃比を設定してもよい。このようにして、目標空燃比が低いときの失火を抑制できる。【００１４】
本発明においては、前記ＥＧＲ率制御部は、前記内燃機関における空燃比を変化させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元している途中で、前記内燃機関における空燃比をさらに変化させる場合には、該ＮＯｘを還元している途中における最も高い空燃比に応じたＥＧＲ率とすることができる。【００１５】
なお、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元している途中では、内燃機関から理論空燃比以下のガスを排出させてもよい。このときに、理論空燃比以下の範囲内で空燃比を変化させることがある。例えば、ＮＳＲ触媒に酸素が吸蔵されている間はＮＯｘの還元がほとんど行われないため、最初に空燃比を比較的低くして、ＮＳＲ触媒に吸蔵されている酸素を放出させることが行われる。そして、その後に空燃比を比較的高くしてＮＯｘの還元が行われる。このときに、変化する目標空燃比に応じて、ＥＧＲ率を変化させてもよい。【００１６】
しかし、ＥＧＲガスの応答遅れによりＥＧＲガスの増減が間に合わない場合もある。このような場合には、実際に空燃比を変化させる前に、目標空燃比の推移を求める。そして、この中で最も高い空燃比に応じてＥＧＲ率を設定する。仮に、低い空燃比に応じてＥＧＲ率を設定すると、低い空燃比のときにＥＧＲガスが過剰となって失火する虞がある。一方、高い空燃比に応じてＥＧＲ率を設定することにより、低い空燃比のときにＥＧＲガスが過剰となることを抑制できるので、失火を抑制できる。なお、「最も高い空燃比」は、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元させる空燃比としてもよい。また、最も高い空燃比よりも低い空燃比は、ＮＳＲ触媒に吸蔵されている酸素を放出させる空燃比としてもよい。なお、ＮＯｘの排出量が問題とならないほどの短期間だけ目標空燃比を高くする場合の空燃比は除外して考えてもよい。【００１７】
本発明においては、前記ＥＧＲ率制御部は、前記内燃機関における空燃比を変化させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元している途中で、前記内燃機関における空燃比をさらに変化させる場合には、該ＮＯｘを還元している途中における空燃比の平均値に応じたＥＧＲ率とすることができる。【００１８】
この場合においても、実際に空燃比を変化させる前にＮＳＲ触媒における目標空燃比の推移を求める。そして、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元しているときの目標空燃比の平均値に応じてＥＧＲ率を設定する。これにより、ＮＯｘの排出量の低減及び失火の抑制が可能となる。なお、ＮＯｘの排出量が問題とならないほどの短期間だけ目標空燃比を高くする場合や、失火が問題とならないほどの短期間だけ目標空燃比を低くする場合の空燃比は除外して考えてもよい。【００１９】
本発明においては、前記ＥＧＲ率制御部は、前記内燃機関における空燃比を変化させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元する期間よりも、前記目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が高くなるようにする期間のほうを短くすることができる。【００２０】
このように、目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が高くなるようにする期間を相対的に短くすることにより、ＥＧＲガスの過剰供給による燃焼状態の悪化を抑制できる。また、ＮＳＲ触媒よりも下流に選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒ともいう。）を備えている場合には、以下のように、ＳＣＲ触媒に還元剤を供給することができる。【００２１】
すなわち、本発明においては、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側の排気通路にＮＯｘを選択的に還元する選択還元型ＮＯｘ触媒を備え、
前記ＥＧＲ率制御部は、前記内燃機関における空燃比を変化させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元する期間内で、且つ、前記目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が高くなるようにする期間外には、前記目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が高くなるようにする期間よりもＥＧＲ率を減少させるか又はＥＧＲガスの供給を停止することができる。【００２２】
この場合、本発明においては、前記ＥＧＲ率制御部は、前記内燃機関における空燃比を変化させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元している途中で、ＥＧＲ率を減少させるか又はＥＧＲガスの供給を停止することで内燃機関からＮＯｘを排出させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒においてＮＨ３を生成し、該ＮＨ３を前記選択還元型ＮＯｘ触媒に供給することで該選択還元型ＮＯｘ触媒においてＮＯｘを還元させることができる。【００２３】
すなわち、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元するときに、目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が高くなるようにしているが、途中でこのＥＧＲ率よりも低いＥＧＲ率に変更してもよい。ここで、内燃機関からＮＯｘが排出されないと、ＮＳＲ触媒においてＮＨ３がほとんど生成されないため、選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒ともいう。）において還元剤が不足する虞がある。そうすると、ＮＳＲ触媒から流出するＮＯｘをＳＣＲ触媒において還元することが困難となる。すなわち、目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が高くなるようにしていると、ＳＣＲ触媒において還元剤が不足する虞がある。【００２４】
これに対し、ＮＳＲ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元している途中で、ＥＧＲ率を減少させるか又はＥＧＲガスの供給を停止することで、内燃機関からＮＯｘを排出させることができる。このＮＯｘにより、ＮＳＲ触媒においてＮＨ３が生成される。そして、このＮＨ３は、ＳＣＲ触媒において還元剤となる。これにより、ＳＣＲ触媒においてＮＯｘを還元することが可能となる。なお、目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が高くなるようにする期間を、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率が許容範囲内となるように決定してもよい。また、減少させた後のＥＧＲ率を、ＳＣＲ触媒におけるＮＯｘ浄化率が許容範囲内となるように決定してもよい。【００２５】
また、本発明においては、前記ＥＧＲ率は、燃焼限界に応じて設定してもよい。【００２６】
すなわち、目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が高くなるようにするときに、ＥＧＲ率を燃焼限界まで高くしてもよい。燃焼限界は、失火が発生するか否かの境としてもよい。また、燃焼限界に対して余裕を持たせた値にＥＧＲ率を設定してもよい。このように、燃焼限界に応じてＥＧＲ率を設定することにより、ＥＧＲ率を可及的に高くすることができる。これにより、ＮＯｘの発生をより抑制することができる。【００２７】
本発明においては、前記ＥＧＲ率制御部は、気筒内の新気量と燃料量との比である空燃比から、予め定められている関係に従って、気筒内のガス量と燃料量との比であるガス燃料比の目標値を求め、該ガス燃料比の目標値に応じたＥＧＲ率とすることができる。【００２８】
なお、予め定められている関係に従って、空燃比からＥＧＲ率を求めることもできる。このように、予め定められている関係に従って、ＥＧＲ率を設定することにより、ＥＧＲガスの調整が容易になる。【００２９】
本発明においては、前記ＥＧＲ率制御部は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の活性状態が、所定の活性状態の場合には、ＥＧＲ率を減少させるか又はＥＧＲガスの供給を停止することができる。【００３０】
所定の活性状態とは、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が活性温度以下の場合、又は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化の度合いが許容範囲を超えた場合などであり、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒において、所望の浄化率を得ることができない場合をいう。このような場合には、内燃機関から排出されるＮＯｘ量を低減するよりも、内燃機関への燃料供給量を増加させて触媒の温度上昇を図るほうが効果が大きい。すなわち、ＥＧＲ率を減少させるか、又は、ＥＧＲガスの供給を停止して燃料量を増加させることにより、内燃機関から排出されるＮＯｘ量は増加するが、触媒においてより多くのＮＯｘを浄化することができるため、触媒から流出するＮＯｘ量を低減することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘの還元時に内燃機関から排出されるＮＯｘ量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施例１，２に係る内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。
【図２】空燃比と、内燃機関から排出される排気中のＮＯｘ量と、の関係を、ＥＧＲ率毎に示した図である。
【図３】目標空燃比と、目標ＥＧＲ率と、の関係を示した図である。
【図４】目標空燃比と、目標ＥＧＲ率との関係を示した他の図である。
【図５】空燃比（Ａ／Ｆ）とガス燃料比（Ｇ／Ｆ）との関係を示した図である。
【図６】リッチスパイク実施前から実施後までのトルク、空燃比（Ａ／Ｆ）、ＥＧＲ率、内燃機関に供給される燃料量、新気量、ＥＧＲ量、内燃機関から排出されるガス中のＮＯｘ濃度、ＮＳＲ触媒から排出されるガス中のＮＯｘ濃度、の推移を示したタイムチャートである。
【図７】実施例１に係るリッチスパイク制御のフローを示したフローチャートである。
【図８】リッチスパイクの途中で目標空燃比を変える場合のリッチスパイク実施前から実施後までの、空燃比（Ａ／Ｆ）、ＥＧＲ率、内燃機関に供給される燃料量、新気量、ＥＧＲ量の推移を示したタイムチャートである。
【図９】リッチスパイクの途中で目標空燃比を変え且つ目標ＥＧＲ率を変えない場合のリッチスパイク実施前から実施後までの、空燃比（Ａ／Ｆ）、ＥＧＲ率、内燃機関に供給される燃料量、新気量、ＥＧＲ量の推移を示したタイムチャートである。
【図１０】実施例３に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。
【図１１】リッチスパイクの途中で目標ＥＧＲ率を変えた場合のリッチスパイク実施前から実施後までの、空燃比（Ａ／Ｆ）、ＥＧＲ率、ＥＧＲ量の推移を示したタイムチャートである。
【図１２】実施例３に係るリッチスパイク制御のフローを示したフローチャートである。
【図１３】実施例４に係る機関回転数と、内燃機関のトルクと、目標空燃比（Ａ／Ｆ）及び目標ＥＧＲ率との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００３４】
図１は、本実施例に係る内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、ガソリン機関であるが、ディーゼル機関であってもよい。内燃機関１は、たとえば車両に搭載される。【００３５】
内燃機関１には、吸気通路２及び排気通路３が接続されている。排気通路３の途中には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒４（以下、ＮＳＲ触媒４という。）が備えられている。このＮＳＲ触媒４は、排気中の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを還元する。なお、「排気中の酸素濃度が高いとき」は、リーン空燃比のときとしてもよい。また、「排気中の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するとき」は、理論空燃比以下のときとしてもよい。ＮＳＲ触媒４に供給する還元剤としては、内燃機関１から排出される未燃燃料であるＨＣまたはＣＯを利用することができる。【００３６】
吸気通路２には、該吸気通路２の通路断面積を調整することで内燃機関１の吸入空気量を調整するスロットル６が設けられている。【００３７】
また、内燃機関１には、排気通路３を流通する排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路２へ供給するＥＧＲ装置２０が備えられている。このＥＧＲ装置２０は、ＮＳＲ触媒４よりも上流の排気通路３とスロットル６よりも下流の吸気通路２とを接続するＥＧＲ通路２１、及び、ＥＧＲ通路２１の通路断面積を調節するＥＧＲ弁２２を備えて構成されている。【００３８】
また、ＮＳＲ触媒４よりも上流の排気通路３には、排気の空燃比を計測する空燃比センサ１１が取り付けられている。この空燃比センサ１１により、内燃機関１から排出されるガスの空燃比、または、ＮＳＲ触媒４に流入する排気の空燃比を計測することができる。また、スロットル６よりも上流の吸気通路２には、内燃機関１の吸入空気量を計測するエアフローメータ１２が取り付けられている。【００３９】
また、内燃機関１には、気筒内へ燃料を供給する噴射弁５が設けられている。【００４０】
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を制御するための電子制御装置であるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０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を制御する。【００４１】
また、ＥＣＵ１０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１３を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検知するアクセル開度センサ１４、および機関回転数を検知するクランクポジションセンサ１５が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。【００４２】
一方、ＥＣＵ１０には、噴射弁５、スロットル６、ＥＧＲ弁２２が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０により噴射弁５の開閉時期、スロットル６の開度、ＥＧＲ弁２２の開度が制御される。【００４３】
例えばＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態に応じて目標空燃比を設定する。なお、本実施例に係る内燃機関１では、目標空燃比をリーン空燃比とするリーンバーン運転が実施される。ただし、高負荷運転時などにおいて、理論空燃比近傍で内燃機関１が運転されることもある。また、ＥＣＵ１０は、アクセル開度センサ１４により計測されるアクセル開度とクランクポジションセンサ１５により計測される機関回転数とから要求吸入空気量を決定する。そして、エアフローメータ１２により検出される吸入空気量が要求吸入空気量となるように、スロットル６の開度が制御される。また、ＥＣＵ１０は、気筒内の空燃比が目標空燃比となるように噴射弁５から噴射する燃料量を決定する。スロットル６の開度または噴射弁５から噴射する燃料量は、空燃比センサ１１により計測される排気の空燃比が目標空燃比となるようにフィードバック制御されてもよい。【００４４】
また、ＥＣＵ１０は、ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘを還元する処理を実施する。ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘの還元時には、噴射弁５から噴射する燃料量またはスロットル６の開度の少なくとも一方を調整することにより、ＮＳＲ触媒４に流入する排気の空燃比を所定のリッチ空燃比まで低下させる所謂リッチスパイクを実施する。このときには、内燃機関１から排出されるガスの空燃比が例えば１２から１４．１までの間の値となるように、吸入空気量または燃料噴射量が調整される。なお、本実施例においてはリッチスパイクを実施するＥＣＵ１０が、本発明における空燃比制御部に相当する。【００４５】
このリッチスパイクは、例えば、ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘ量が所定量となった場合に実施される。ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘ量は、たとえば、ＮＳＲ触媒４に流入するＮＯｘ量と、ＮＳＲ触媒４から流出するＮＯｘ量と、の差を積算することにより算出される。ＮＳＲ触媒４に流入するＮＯｘ量と、ＮＳＲ触媒４から流出するＮＯｘ量とは、センサを取り付けることにより検出できる。また、内燃機関１を搭載する車両の走行距離に応じてリッチスパイクを行ってもよい。【００４６】
また、ＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転状態に応じてＥＧＲ弁２２の開度を調整する。例えば、ＥＧＲ弁２２の開度と、機関回転数及び機関負荷との関係を予め実験またはシミュレーション等により求めてマップ化してＥＣＵ１０に記憶させてもよい。また、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ弁２２の開度またはスロットル６の開度を調整することで、ＥＧＲ率を調整する。なお、ＥＧＲ率は、内燃機関１に吸入される全ガス中のＥＧＲガスの質量割合である。内燃機関１に吸入される全ガスの質量は、新気の質量とＥＧＲガスの質量との和である。【００４７】
そして、ＥＣＵ１０は、リッチスパイクを実施するときに、目標空燃比に応じてＥＧＲ率を調整する。なお、本実施例においてはＥＧＲ率を調整するＥＣＵ１０が、本発明におけるＥＧＲ率制御部に相当する。【００４８】
ここで、図２は、空燃比と、内燃機関１から排出される排気中のＮＯｘ量と、の関係を、ＥＧＲ率毎に示した図である。この図２は、定常運転時の関係を示している。図２中の「リッチスパイク」で示されるのは、リッチスパイク時の目標空燃比である。また、図２中の「リーンバーン」で示されるのは、リーンバーン運転時の目標空燃比である。【００４９】
図２に示されるように、ＥＧＲ率が低いほど内燃機関１からのＮＯｘの排出量が多く、ＥＧＲ率が高いほど内燃機関１からのＮＯｘの排出量が少なくなる。そして、各ＥＧＲ率において、極大値が存在し、理論空燃比付近でＮＯｘ排出量が最も多くなる。このため、ＥＧＲ率の極大値よりもリッチになるほど、ＮＯｘ排出量が少なくなり、また、極大値よりもリーンになるほど、ＮＯｘ排出量が少なくなる。例えば、理論空燃比付近からリーンまたはリッチとなるほど、燃焼温度が低下することにより、ＮＯｘの発生が抑制される。【００５０】
一方、ＥＧＲ率を高くすると、燃焼状態が悪化する。このため、設定可能なＥＧＲ率の上限値（以下、上限ＥＧＲ率という。）は、燃焼状態によって決まる。すなわち、ＥＧＲ率が高いほどＮＯｘの排出量を低減することはできるが、ＥＧＲ率を高くしすぎると燃焼状態が悪化する。また、上限ＥＧＲ率は、空燃比によっても変わる。リーン空燃比の場合には、空燃比が高くなるほど、上限ＥＧＲ率が低くなる。【００５１】
そして、上限ＥＧＲ率に達するまでは、ＥＧＲ率が高くなるほど、ＮＯｘ排出量が減少する。ここで、リーンバーン運転時と、リッチスパイク時とでは、リッチスパイク時のほうが燃焼温度が高いためにＮＯｘが発生しやすい。一方、リッチスパイク時の方が上限ＥＧＲ率が高いためにＥＧＲ率を高くすることができる。すなわち、目標空燃比が低いときにＮＯｘの排出量が増加しやすいが、このときにＥＧＲ率を高くすることによりＮＯｘの排出量を低減することができる。【００５２】
そこで、本実施例では、リッチスパイク時に、目標空燃比が低いほど、目標とするＥＧＲ率（以下、目標ＥＧＲ率という。）を高くする。【００５３】
ここで、図３は、目標空燃比と、目標ＥＧＲ率と、の関係を示した図である。この関係は、予め実験またはシミュレーション等によりも求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。なお、図３に示されていない目標空燃比のときには、図３に示されている目標空燃比と目標ＥＧＲ率との関係から補完して目標ＥＧＲ率を求めてもよいし、また、図３に示されている空燃比のなかで最も近い目標空燃比のときの目標ＥＧＲ率を用いてもよい。例えば、図４は、目標空燃比と、目標ＥＧＲ率との関係を示した他の図である。この関係は、予め実験またはシミュレーション等によりも求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。実線は、目標空燃比に応じて目標ＥＧＲ率が連続的に変化する場合を示し、破線は、目標空燃比に応じて目標ＥＧＲ率が段階的に変化する場合を示している。これらは、目標空燃比が低くなるほど、目標ＥＧＲ率が高くなる関係にある。図３、又は図４に基づいて、目標空燃比から目標ＥＧＲを求めることができる。【００５４】
また、図５は、目標空燃比（Ａ／Ｆ）とガス燃料比（Ｇ／Ｆ）との関係を示した図である。空燃比は、新気の質量を燃料の質量で割った値であるが、ガス燃料比は、気筒内のガスの質量を燃料の質量で割った値である。気筒内のガスの質量は、新気の質量と、ＥＧＲガスの質量と、を合わせた値である。【００５５】
ガス燃料比（Ｇ／Ｆ）は、以下の式により算出することができる。
（Ｇ／Ｆ）＝（Ｇａ＋Ｇｅｇｒ）／Ｇｆ
ただし、（Ｇ／Ｆ）は気筒内のガス量（ｇ／ｓ）と燃料量（ｇ／ｓ）との比、Ｇａは新気量（ｇ／ｓ）、ＧｅｇｒはＥＧＲガス量（ｇ／ｓ）、Ｇｆは、燃料消費量（ｇ／ｓ）である。また、以下の関係が成り立つ。
Ｇｅｇｒ＝Ｇａ・（Ｒｅｇｒ／（１−Ｒｅｇｒ））
ただし、ＲｅｇｒはＥＧＲ率（％）である。したがって、ガス燃料比（Ｇ／Ｆ）は以下のようにしても求めることができる。
（Ｇ／Ｆ）＝（Ａ／Ｆ）・（１／（１−Ｒｅｇｒ））
ただし、（Ａ／Ｆ）は新気（ｇ／ｓ）と燃料量（ｇ／ｓ）との比である。
よって、ＥＧＲ率は、以下の式により求めることができる。
Ｒｅｇｒ＝１−（（Ａ／Ｆ）／（Ｇ／Ｆ））【００５６】
このように、図５を用いて目標空燃比からガス燃料比を求め、さらに、ガス燃料比から目標ＥＧＲ率を算出することができる。なお、図５に示した関係は、予め実験またはシミュレーション等により求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。【００５７】
そして、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率となるように、ＥＣＵ１０は、ＥＧＲ弁２２の開度を調整する。なお、実際のＥＧＲ率は、周知の技術により求めることができる。また、内燃機関１の運転状態（例えば、機関回転数及び機関負荷）とＥＧＲ率との関係を予め実験またはシミュレーションにより求めてＥＣＵ１０に記憶させておいてもよい。また、内燃機関１の運転状態と、目標ＥＧＲ率と、ＥＧＲ弁２２の開度と、の関係を予め実験またはシミュレーションにより求めてＥＣＵ１０に記憶させておいてもよい。【００５８】
また、目標ＥＧＲ率は、上限ＥＧＲ率となるように設定してもよいし、ある程度の余裕を持たせて、上限ＥＧＲ率よりも低くなるように設定してもよい。なお、ＥＧＲ率を可及的に高めることにより、ＮＯｘの排出量を可及的に減少させることができる。すなわち、上限ＥＧＲ率となるように目標ＥＧＲ率を設定すると、ＮＯｘの低減効果が高い。【００５９】
なお、内燃機関１のリーンバーン運転中には、ＥＧＲガスの供給を停止させてもよいが、ＥＧＲガスを供給してもよい。たとえば、リーンバーン運転中には、燃焼温度が低いために、ＮＳＲ触媒４の温度が低下しやすい。これに対し、リーンバーン運転中にＥＧＲガスを供給することで、内燃機関１からＣＯやＨＣを排出させることができる。このＣＯやＨＣにより、排気通路３に設けられる例えば酸化触媒や三元触媒の温度を上昇させることができる。そして、これら触媒の温度の上昇により、ＮＳＲ触媒４の温度を上昇させることもできる。また、ＥＧＲガスを冷却するクーラを備えている場合には、温度が低いＥＧＲガスを供給することができるので、高負荷時のノッキングを抑制できる。【００６０】
次に、図６は、リッチスパイク実施前から実施後までのトルク、空燃比（Ａ／Ｆ）、ＥＧＲ率、内燃機関１に供給される燃料量、新気量、ＥＧＲ量、内燃機関１から排出されるガス中のＮＯｘ濃度、ＮＳＲ触媒４から排出されるガス中のＮＯｘ濃度、の推移を示したタイムチャートである。ＮＯｘ濃度において、実線は、リッチスパイク時に目標空燃比が低いほどＥＧＲ率を高くした場合を示し、一点鎖線は、ＥＧＲ率を一定とした場合を示している。なお、実線の場合には、リッチスパイク時のＥＧＲ率が例えば２５％に調整され、一点鎖線の場合には、リッチスパイク時及びその前後においてＥＧＲ率が例えば０から１５％に調整される。実線の場合であっても、リッチスパイク時以外には、ＥＧＲ率が例えば０から１５％に調整される。【００６１】
リッチスパイク時には、例えばスロットル６の開度を小さくすることにより、新気量が減少される。また、燃料量が増加される。これにより、空燃比が低下する。このときの燃料量の増加分は、目標空燃比がリーンからリッチになることによる燃費の悪化分と、リッチ空燃比とするための必要分と、を合わせた値である。また、ＥＧＲ弁２２の開度を大きくすることにより、ＥＧＲ率及びＥＧＲ量を増加させることができる。さらに、リッチスパイクの開始時と終了時とには、燃焼状態が多少変化するために、トルクの変化が見られる。なお、図６においては、ＥＧＲ弁２２を開いてからＥＧＲガスが実際に気筒内に吸入されるまでの時間的な遅れ、すなわちＥＧＲガスの応答遅れを考慮して、リッチスパイク前からＥＧＲ率を増加させ、リッチスパイク後にＥＧＲ率を減少させている。【００６２】
そして、リッチスパイク時にＥＧＲ率を変化させない場合（一点鎖線の場合）には、リッチスパイク時にＮＯｘ濃度が増加する。このため、ＮＯｘがＮＳＲ触媒４を通り抜けて、該ＮＳＲ触媒４よりも下流のＮＯｘ濃度が上昇する。一方、リッチスパイク時にＥＧＲ率を上昇させた場合（実線の場合）には、ＮＯｘ濃度の上昇が抑制される。これにより、ＮＳＲ触媒４よりも下流のＮＯｘ濃度の上昇が抑制される。【００６３】
図７は、本実施例に係るリッチスパイク制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により、所定の時間毎に実施される。【００６４】
ステップＳ１０１では、前提条件が成立しているか否か判定される。前提条件は、リッチスパイクを実施するために必要となる条件であり、例えば、ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘ量が所定量以上になると前提条件が成立していると判定される。さらに、内燃機関１の暖機が完了しているか、又は、ＮＳＲ触媒４の温度が活性温度に達しているときに前提条件が成立していると判定してもよい。また、ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘ量が所定量未満の状態を維持できるように、所定の時間毎に前提条件が成立していると判定してもよい。【００６５】
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合には、ステップＳ１０２へ進む。一方、ステップＳ１０１で否定判定がなされた場合には、ステップＳ１０７へ進んで、リーンバーン運転が継続される。【００６６】
ステップＳ１０２では、目標空燃比が設定される。この目標空燃比は、リッチスパイク時に目標とされる空燃比であり、例えば１２から１４．１までのリッチ空燃比である。なお、目標空燃比は、ＮＳＲ触媒４の熱劣化の度合い、硫黄被毒の度合い、ＮＯｘ吸蔵量、ＮＳＲ触媒４の温度、排気の温度、排気の流速、酸素吸蔵量などのＮＯｘの還元のし易さに影響を与える物理量に従って補正してもよい。また、目標空燃比は、予め定められた値としてもよい。また、リッチスパイクの途中で目標空燃比を変えることもできる。例えば、リッチスパイクの初期には、目標空燃比を比較的低くし、その後に目標空燃比を比較的高くしてもよい。これにより、ＮＳＲ触媒４に吸蔵されている酸素の影響を速やかに除去することができる。【００６７】
ステップＳ１０３では、目標ＥＧＲ率が設定される。この目標ＥＧＲ率は、リッチスパイク時に目標とされるＥＧＲ率である。目標ＥＧＲ率は、ステップＳ１０２で設定される目標空燃比に応じて決定される。例えば、図３，４，５の何れかの関係を予めＥＣＵ１０に記憶させておく。この関係に基づいて、目標ＥＧＲ率が設定される。【００６８】
ステップＳ１０４では、リッチスパイクが実施される。また、目標ＥＧＲ率に向けて、ＥＧＲ率が増加される。【００６９】
なお、ＥＧＲ弁２２を操作してから、ＥＧＲガスが内燃機関１に吸入されるまでの時間遅れを考慮して、リッチスパイク開始よりも前にＥＧＲ弁２２を操作してもよい。また、燃焼状態の悪化を抑制するために、リッチスパイク開始後にＥＧＲ弁２２を操作してもよい。また、リッチスパイク開始と同時にＥＧＲ弁２２を操作してもよい。【００７０】
ステップＳ１０５では、所定時間が経過したか否か判定される。この所定時間は、ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘの還元が完了するまでの時間である。この時間は、予め実験またはシミュレーションにより求めておきＥＣＵ１０に記憶される。なお、ＮＳＲ触媒４から完全にＮＯｘ量を除去することは困難であり、また、時間もかかるので、ある程度のＮＯｘがＮＳＲ触媒４に残存した状態となるまでの時間を所定時間としてもよい。【００７１】
ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０５が再度実施される。【００７２】
ステップＳ１０６では、リッチスパイクが終了され、且つ、ＥＧＲ率がリッチスパイク前の値まで減少される。すなわち、リーンバーン運転に移行する。このときには、内燃機関１の運転状態に基づいて、目標空燃比及び目標ＥＧＲ率を設定してもよい。また、ＥＧＲガスの供給を停止してもよい。また、ステップＳ１０４の場合と同様に、リッチスパイクの終了と、ＥＧＲ率の減少と、が同時であってもよく、同時でなくてもよい。【００７３】
以上説明したように、本実施例によれば、リッチスパイク時の目標空燃比に応じてＥＧＲ率が調整されるので、リッチスパイク時のＮＯｘの排出量を低減することができる。【００７４】
ところで、空燃比が低くなりすぎると、燃焼状態が悪化するため、ＥＧＲガスを供給すると失火する虞がある。一方、このような空燃比が低い状態では、燃焼温度が低いために、ＮＯｘの発生は抑制される。すなわち、リッチスパイク時の目標空燃比が所定空燃比未満の場合には、空燃比が低くなるほど、ＥＧＲ率を低くしてもよい。例えば、空燃比１１から１２のときに、ＥＧＲ率を２７％とし、この空燃比よりも低い場合には、空燃比が低いほど、ＥＧＲ率を低くし、この空燃比以上の場合には、空燃比が低いほど、ＥＧＲ率を高くしてもよい。所定空燃比は、それよりもリッチになると、ＥＧＲ率を低下しなくては失火する空燃比である。また、所定空燃比は、目標空燃比が低くなるほどＥＧＲ率を高くすると失火する空燃比の上限値としてもよい。なお、所定空燃比未満の場合に目標空燃比が低くなるほどＥＧＲ率を高くしたとしても直ぐには失火しないように、ある程度の余裕を持って所定空燃比を設定してもよい。【００７５】
なお、本実施例及び以下の実施例では、ターボチャージャを備えることもできる。この場合、ＥＧＲ通路２１は、タービンよりも下流の排気通路３と、コンプレッサよりも上流の吸気通路２と、を接続してもよく、タービンよりも上流の排気通路３と、コンプレッサよりも下流の吸気通路２と、を接続してもよい。【００７６】
また、ＮＳＲ触媒４が所定の活性状態の場合には、ＥＧＲ率を減少させるか又はＥＧＲガスの供給を停止してもよい。ここでいう所定の活性状態とは、ＮＳＲ触媒４の温度が活性温度以下の場合、又は、ＮＳＲ触媒４の劣化の度合いが許容範囲を超えた場合をいう。すなわち、ＮＳＲ触媒４において、ＮＯｘ浄化率が所望の値とならない場合には、所定の活性状態であるといえる。例えば、ＮＯｘ浄化率が閾値未満の場合には、ＮＳＲ触媒４が所定の活性状態であるとしてもよい。このような場合には、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量を低減するよりも、内燃機関１への燃料供給量を増加させてＮＳＲ触媒４の温度上昇を図るほうが効果が大きい。すなわち、ＥＧＲ率を減少させるか、又は、ＥＧＲガスの供給を停止して燃料量を増加させることにより、内燃機関１から排出されるＮＯｘ量は増加するが、温度上昇によりＮＳＲ触媒４において、より多くのＮＯｘを浄化することができる。このため、ＮＳＲ触媒４から流出するＮＯｘ量を低減することができる。
【実施例２】
【００７７】
実施例１では、リッチスパイク時の目標空燃比は一定である。一方、本実施例では、リッチスパイクの途中で目標空燃比を変化させる。その他の装置等は実施例１と同じため、説明を省略する。例えば、リッチスパイクの初期には、目標空燃比を比較的低くし、その後に目標空燃比を比較的高くしてもよい。これにより、ＮＳＲ触媒４に吸蔵されている酸素の影響を速やかに除去することができる。【００７８】
図８は、リッチスパイクの途中で目標空燃比を変える場合のリッチスパイク実施前から実施後までの、空燃比（Ａ／Ｆ）、ＥＧＲ率、内燃機関１に供給される燃料量、新気量、ＥＧＲ量の推移を示したタイムチャートである。比較的低い空燃比でリッチスパイクを開始し、その後に、比較的高い空燃比でのリッチスパイクに移行している。このときには、新気量は一定とし、燃料量を変化させている。すなわち、リッチスパイクの途中で燃料量を減少させることにより、空燃比を増加させている。そして、目標空燃比の変化に合わせてＥＧＲ率を変化させている。このときには、目標空燃比が低いほど、目標ＥＧＲ率が高くなるように設定される。したがって、リッチスパイクの途中でＥＧＲ率が減少される。なお、リッチスパイクの途中で目標空燃比を２回以上変える場合も同様に、目標空燃比が高いほど、目標ＥＧＲ率を低くする。【００７９】
このようにして、リッチスパイクの途中で目標空燃比が変化しても、ＮＯｘの排出を抑制できる。ただし、リッチスパイクは比較的短い時間しか実施されないため、ＥＧＲガスの応答遅れによりＥＧＲ率の切替えが困難な場合もある。【００８０】
これに対して、図９は、リッチスパイクの途中で目標空燃比を変え且つ目標ＥＧＲ率を変えない場合のリッチスパイク実施前から実施後までの、空燃比（Ａ／Ｆ）、ＥＧＲ率、内燃機関１に供給される燃料量、新気量、ＥＧＲ量の推移を示したタイムチャートである。このように、リッチスパイクの途中で目標空燃比を変化させても、リッチスパイク中はＥＧＲ率を一定としてもよい。この場合の目標ＥＧＲ率は、リッチスパイク中に目標空燃比が変化する前後で、高いほうの目標空燃比に合わせて設定される。仮に、低いほうの目標空燃比に合わせて目標ＥＧＲ率を設定すると、目標空燃比が高くなったときにＥＧＲガスが過剰となって失火する虞がある。したがって、高いほうの目標空燃比に合わせて目標ＥＧＲ率を設定することにより、失火を抑制できる。これは、リッチスパイクを行うときに、最初に目標空燃比を比較的高くし、その後に目標空燃比を比較的低くした場合も同じである。すなわち、リッチスパイクの途中で目標空燃比が変化する場合には、最も高い空燃比に応じて、目標ＥＧＲ率を設定する。なお、リッチスパイクの途中で目標空燃比を２回以上変える場合も同様に、最も高い空燃比に応じて目標ＥＧＲ率を設定する。そして、目標空燃比が高いほど、目標ＥＧＲ率を低くする。【００８１】
また、リッチスパイクの途中で目標空燃比が変化する場合には、リッチスパイク中の目標空燃比の平均値に応じて、目標ＥＧＲ率を設定してもよい。すなわち、最も高い空燃比に応じて目標ＥＧＲ率を設定すると、最も低い空燃比のときにＮＯｘの排出量が増加する虞がある。これに対し、目標空燃比の平均値に応じて目標ＥＧＲ率を設定することにより、ＮＯｘの排出量を低減することができる。この場合、目標空燃比の平均値が高いほど、目標ＥＧＲ率を低くし、リッチスパイク中にはＥＧＲ率を一定とする。
【実施例３】
【００８２】
図１０は、本実施例に係る内燃機関と、その吸気系及び排気系との概略構成を示す図である。主に、実施例１と異なる点について説明する。なお、実施例１と同じ装置については、同じ符号を付して説明を省略する。【００８３】
排気通路３の途中には、上流側から順に、三元触媒３１、ＮＳＲ触媒４、選択還元型ＮＯｘ触媒３２（以下、ＳＣＲ触媒３２という。）が備えられている。【００８４】
三元触媒３１は、触媒雰囲気が理論空燃比のときにＮＯｘ，ＨＣおよびＣＯを最大効率で浄化する。また、三元触媒３１は、酸素ストレージ能を有している。すなわち、流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときに過剰分の酸素を吸蔵し、流入する排気の空燃比がリッチ空燃比であるときに不足分の酸素を放出することにより、排気を浄化する。このような酸素ストレージ能の作用により、三元触媒３１がＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘを理論空燃比以外であっても浄化することができる。【００８５】
なお、三元触媒３１には、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを還元する機能を持たせることもできる。【００８６】
ここで、三元触媒３１またはＮＳＲ触媒４を排気が通過するときに、排気中のＮＯｘがＨＣまたはＨ２と反応してアンモニア（ＮＨ３）が生成されることがある。例えば、水性ガスシフト反応または水蒸気改質反応により排気中のＣＯやＨ２ＯからＨ２が発生すれば、該Ｈ２が三元触媒３１またはＮＳＲ触媒４においてＮＯと反応してＮＨ３が生成される。【００８７】
ＳＣＲ触媒３２は、還元剤を吸着しておき、ＮＯｘが通過するときに、吸着していた還元剤によりＮＯｘを選択還元する。ＳＣＲ触媒３２へ供給する還元剤には、三元触媒３１またはＮＳＲ触媒４にて生成されるＮＨ３を利用することができる。ＮＳＲ触媒４よりも下流にＳＣＲ触媒３２を備えることで、ＮＳＲ触媒４から流出するＮＯｘをＳＣＲ触媒３２にて還元することができる。【００８８】
ＥＧＲ通路２１は、三元触媒３１よりも上流の排気通路３に接続される。なお、ＥＧＲ通路２１は、三元触媒３１よりも下流で且つＮＳＲ触媒４よりも上流の排気通路３に接続されてもよい。なお、ターボチャージャを設ける場合には、タービンよりも下流の排気通路３に、三元触媒３１を設ける。【００８９】
そして、ＥＣＵ１０は、実施例１と同様に、ＮＳＲ触媒４に吸蔵されているＮＯｘを還元するときに、リッチスパイクを実施する。【００９０】
ところで、実施例１で説明したように、リッチスパイク時にＥＧＲ率を上昇させると、ＮＯｘの排出量が低減する。しかし、ＮＯｘが排出されないと、ＮＳＲ触媒４においてＮＨ３が生成されないので、ＳＣＲ触媒３２においてＮＨ３が不足する虞がある。このため、リッチスパイク終了直後には、ＳＣＲ触媒３２のＮＯｘ浄化能力が低下する虞がある。【００９１】
そこで、本実施例では、リッチスパイク終了前にＥＧＲ率を低下させる。すなわち、リッチスパイク中にＥＧＲ率を低下させる。このときに設定される目標ＥＧＲ率は、図３，４，５に基づいて設定される目標ＥＧＲ率よりも低い。また、リッチスパイク開始前のＥＧＲ率または内燃機関１の運転状態に応じたＥＧＲ率まで低下させてもよい。また、ＥＧＲガスの供給を停止してもよい。さらに、ＮＯｘの排出量に応じてＥＧＲ率を調整してもよい。このように、目標空燃比が低いほどＥＧＲ率を高くする期間を、リッチスパイクが実施される期間よりも短くしている。【００９２】
これにより、リッチスパイクの終了前に、内燃機関１からＮＯｘが排出される。また、リッチスパイクの終了前には、排気中にＣＯやＨＣが含まれるため、水性ガスシフト反応または水蒸気改質反応により、三元触媒３１またはＮＳＲ触媒４においてＮＨ３が生成される。したがって、ＳＣＲ触媒３２に還元剤を供給することができる。【００９３】
図１１は、リッチスパイクの途中で目標ＥＧＲ率を変えた場合のリッチスパイク実施前から実施後までの、空燃比（Ａ／Ｆ）、ＥＧＲ率、ＥＧＲ量の推移を示したタイムチャートである。【００９４】
なお、リッチスパイク中にＥＧＲ率を低下させるときには、ＥＧＲガスの応答遅れを考慮してＥＧＲ弁２２を早めに操作してもよい。【００９５】
図１２は、本実施例に係るリッチスパイク制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ１０により、所定の時間毎に実施される。なお、前記フローチャートと同じ処理がなされるステップについては、同じ符号を付して説明を省略する。【００９６】
本ルーチンでは、ステップＳ１０４の処理が完了すると、ステップＳ２０１へ進む。ステップＳ２０１では、リッチスパイク終了前の所定時期であるか否か判定される。ここでいう所定時期は、リッチスパイクの残り時間が、ＮＨ３を生成するために必要な時間となる時期である。この所定時期は、予め実験又はシミュレーションにより求めてＥＣＵ１０に記憶させておく。なお、ＳＣＲ触媒３２が吸着しているＮＨ３量に応じて、所定時期を補正してもよい。【００９７】
そして、ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にステップＳ２０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０１が再度実行される。【００９８】
ステップＳ２０２では、ＥＧＲ率が減少される。例えば、目標ＥＧＲ率がリッチスパイク前の値まで戻される。なお、ＥＧＲガスの供給を停止してもよい。【００９９】
そして、ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０３へ進み、リッチスパイクが終了される。【０１００】
以上説明したように、本実施例によれば、リッチスパイク時の目標空燃比に応じてＥＧＲ率が調整されるので、リッチスパイク時のＮＯｘの排出量を低減することができる。また、リッチスパイクの終了前にＥＧＲ率が低下されるので、ＳＣＲ触媒３２にＮＨ３を供給することができる。これにより、ＳＣＲ触媒３２のＮＯｘ浄化率の低下を抑制できる。
【実施例４】
【０１０１】
実施例１，２，３においては、リッチスパイク時において目標空燃比に応じてＥＧＲ率を設定している。これに対して、本実施例では、リッチスパイクを実施するか否かにかかわらず、目標空燃比に応じてＥＧＲ率を設定する。この場合、目標空燃比が低いほど、ＥＧＲ率を高くする。その他の装置等は実施例１，２，３と同じため、説明を省略する。【０１０２】
図１３は、本実施例に係る機関回転数と、内燃機関１のトルクと、目標空燃比（Ａ／Ｆ）及び目標ＥＧＲ率との関係を示した図である。【０１０３】
図１３において、内燃機関１の運転領域を複数に分け、各領域において目標空燃比（Ａ／Ｆ）及び目標ＥＧＲ率が設定される。すなわち、機関回転数及びトルク（機関負荷、アクセル開度または燃料噴射量としてもよい）に基づいて、目標空燃比及び目標ＥＧＲ率が設定される。そして、目標空燃比が低いほど、目標ＥＧＲ率が高くなるように設定される。なお、トルクが最も低く且つ機関回転数も低い領域では、各触媒の温度を上昇させるために、ＥＧＲガスを供給すると共に、空燃比を低くしている。この領域よりもトルクが大きな領域では、トルクが大きいほど目標空燃比を低くし、且つＥＧＲ率を高くしている。この関係は、ＮＯｘの排出量が低減されるように、予め実験又はシミュレーションにより求められる。そして、図１３に示した関係をＥＣＵ１０に記憶させておけば、該ＥＣＵ１０は、機関回転数及び機関負荷に基づいて、空燃比及びＥＧＲ率を決定することができる。【０１０４】
このように、リッチスパイク時に限らず、内燃機関１の運転状態に基づいて、空燃比及びＥＧＲ率を設定することで、ＮＯｘの排出量を低減することもできる。
【符号の説明】
【０１０５】
１     内燃機関
２     吸気通路
３     排気通路
４     選択還元型ＮＯｘ触媒（ＮＳＲ触媒）
５     噴射弁
６     スロットル
１０   ＥＣＵ
１１   空燃比センサ
１２   エアフローメータ
１３   アクセルペダル
１４   アクセル開度センサ
１５   クランクポジションセンサ
２０   ＥＧＲ装置
２１   ＥＧＲ通路
２２   ＥＧＲ弁
３１   三元触媒
３２   選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）
【図１】
2014024274.tif 000003
【図２】
2014024274.tif 000004
【図３】
2014024274.tif 000005
【図４】
2014024274.tif 000006
【図５】
2014024274.tif 000007
【図６】
2014024274.tif 000008
【図７】
2014024274.tif 000009
【図８】
2014024274.tif 000010
【図９】
2014024274.tif 000011
【図１０】
2014024274.tif 000012
【図１１】
2014024274.tif 000013
【図１２】
2014024274.tif 000014
【図１３】
2014024274.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成27年2月25日(2015.2.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のＮＯｘを吸蔵し、理論空燃比以下のときにＮＯｘを還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記内燃機関における空燃比を変化させる空燃比制御部と、
前記内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続し、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に供給するＥＧＲ装置と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記内燃機関における空燃比を変化させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元する場合であって、目標空燃比がリッチ空燃比である所定空燃比以上の場合に、目標空燃比が高いときよりも低いときのほうが、内燃機関の吸気中のＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率が高くなるように前記ＥＧＲ装置を制御し、前記内燃機関における空燃比を変化させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元する場合であって、目標空燃比が前記所定空燃比未満の場合に、目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が低くなるように前記ＥＧＲ装置を制御するＥＧＲ率制御部を備える内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲ率制御部は、前記内燃機関における空燃比を変化させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元している途中で、前記内燃機関における空燃比をさらに変化させる場合には、該ＮＯｘを還元している途中における最も高い空燃比に応じたＥＧＲ率とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記ＥＧＲ率制御部は、前記内燃機関における空燃比を変化させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元している途中で、前記内燃機関における空燃比をさらに変化させる場合には、該ＮＯｘを還元している途中における空燃比の平均値に応じたＥＧＲ率とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記ＥＧＲ率制御部は、前記内燃機関における空燃比を変化させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元する期間よりも、前記目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が高くなるようにする期間のほうを短くする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側の排気通路にＮＯｘを選択的に還元する選択還
元型ＮＯｘ触媒を備え、
前記ＥＧＲ率制御部は、前記内燃機関における空燃比を変化させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元する期間内で、且つ、前記目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が高くなるようにする期間外には、前記目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が高くなるようにする期間よりもＥＧＲ率を減少させるか又はＥＧＲガスの供給を停止する請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記ＥＧＲ率制御部は、前記内燃機関における空燃比を変化させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元している途中で、ＥＧＲ率を減少させるか又はＥＧＲガスの供給を停止することで内燃機関からＮＯｘを排出させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒においてＮＨ３を生成し、該ＮＨ３を前記選択還元型ＮＯｘ触媒に供給することで該選択還元型ＮＯｘ触媒においてＮＯｘを還元させる請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記ＥＧＲ率は、燃焼限界に応じて設定される請求項１から６の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記ＥＧＲ率制御部は、気筒内の新気量と燃料量との比である空燃比から、予め定められている関係に従って、気筒内のガス量と燃料量との比であるガス燃料比の目標値を求め、該ガス燃料比の目標値に応じたＥＧＲ率とする請求項１から７の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記ＥＧＲ率制御部は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の活性状態が、所定の活性状態の場合には、ＥＧＲ率を減少させるか又はＥＧＲガスの供給を停止する請求項１から８の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０５】
１     内燃機関
２     吸気通路
３     排気通路
４     吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＳＲ触媒）
５     噴射弁
６     スロットル
１０   ＥＣＵ
１１   空燃比センサ
１２   エアフローメータ
１３   アクセルペダル
１４   アクセル開度センサ
１５   クランクポジションセンサ
２０   ＥＧＲ装置
２１   ＥＧＲ通路
２２   ＥＧＲ弁
３１   三元触媒
３２   選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）
【手続補正書】
【提出日】平成28年1月8日(2016.1.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のＮＯｘを吸蔵し、理論空燃比以下のときにＮＯｘを還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記内燃機関における空燃比を変化させる空燃比制御部と、
前記内燃機関の排気通路と吸気通路とを接続し、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に供給するＥＧＲ装置と、
を備える内燃機関の排気浄化装置において、
前記内燃機関における空燃比を変化させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元する場合であって、目標空燃比がリッチ空燃比である所定空燃比以上の場合に、目標空燃比が高いときよりも低いときのほうが、内燃機関の吸気中のＥＧＲガスの割合であるＥＧＲ率が高くなるように前記ＥＧＲ装置を制御し、前記内燃機関における空燃比を変化させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元する場合であって、目標空燃比が前記所定空燃比未満の場合に、目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が低くなるように前記ＥＧＲ装置を制御するＥＧＲ率制御部を備える内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲ率制御部は、前記内燃機関における空燃比を変化させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元している途中で、前記内燃機関における空燃比をさらに変化させる場合には、該ＮＯｘを還元している途中における最も高い空燃比に応じたＥＧＲ率とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記ＥＧＲ率制御部は、前記内燃機関における空燃比を変化させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元している途中で、前記内燃機関における空燃比をさらに変化させる場合には、該ＮＯｘを還元している途中における空燃比の平均値に応じたＥＧＲ率とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記ＥＧＲ率制御部は、前記内燃機関における空燃比を変化させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元する期間よりも、前記目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が高くなるようにする期間のほうを短くする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも下流側の排気通路にＮＯｘを選択的に還元する選択還元型ＮＯｘ触媒を備え、
前記ＥＧＲ率制御部は、前記内燃機関における空燃比を変化させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元する期間内で、且つ、前記目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が高くなるようにする期間外には、前記目標空燃比が高いときよりも低いときのほうがＥＧＲ率が高くなるようにする期間におけるＥＧＲ率よりもＥＧＲ率を減少させるか又はＥＧＲガスの供給を停止する請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記ＥＧＲ率制御部は、前記内燃機関における空燃比を変化させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元している途中で、ＥＧＲ率を減少させるか又はＥＧＲガスの供給を停止することで内燃機関からＮＯｘを排出させて前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒においてＮＨ３を生成し、該ＮＨ３を前記選択還元型ＮＯｘ触媒に供給することで該選択還元型ＮＯｘ触媒においてＮＯｘを還元させる請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記ＥＧＲ率は、燃焼限界に応じて設定される請求項１から６の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記ＥＧＲ率制御部は、気筒内の新気量と燃料量との比である空燃比から、予め定められている関係に従って、気筒内のガス量と燃料量との比であるガス燃料比の目標値を求め、該ガス燃料比の目標値に応じたＥＧＲ率とする請求項１から７の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記ＥＧＲ率制御部は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の活性状態が、所定の活性状態の場合には、ＥＧＲ率を減少させるか又はＥＧＲガスの供給を停止する請求項１から８の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【国際調査報告】
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