(57)【要約】排気中のメタンを好適に低減する。排気にメタンが含まれる燃料を使用可能な内燃機関（２００）と、前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置（３００）と、前記内燃機関の吸気通路に対し、前記排気を、前記排気浄化装置を含まないＨＰＬ経路で還流させることが可能なＥＧＲ通路（４００）と、前記ＥＧＲ通路の排気還流量を調整可能な調整手段（４０７）とを備えた車両における前記内燃機関の排気制御装置（１００）は、前記排気のメタン濃度を特定する第１特定手段と、前記特定されたメタン濃度が基準値以上である場合に、前記ＨＰＬ経路の排気還流量が増加するように前記調整手段を制御する第１制御手段とを具備する。
2011158375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気にメタンが含まれる燃料を使用可能な内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、
前記内燃機関の吸気通路に対し、前記排気を、前記排気浄化装置を含まないＨＰＬ経路で還流させることが可能なＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の排気還流量を調整可能な調整手段と
を備えた車両における前記内燃機関の排気制御装置であって、
前記排気のメタン濃度を特定する第１特定手段と、
前記特定されたメタン濃度が基準値以上である場合に、前記ＨＰＬ経路の排気還流量が増加するように前記調整手段を制御する第１制御手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
【請求項２】
前記第１特定手段は、前記内燃機関の使用燃料に基づいて前記メタン濃度を特定する
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃機関の排気制御装置。
【請求項３】
前記第１特定手段は、前記使用燃料がＣＮＧである場合に、前記メタン濃度が前記基準値以上であると特定する
ことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の内燃機関の排気制御装置。
【請求項４】
前記第１特定手段は、前記燃料のアルコール濃度に基づいて前記メタン濃度を特定する
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃機関の排気制御装置。
【請求項５】
前記ＥＧＲ通路は、前記排気を、前記ＨＰＬ経路に加えて前記排気浄化装置を含むＬＰＬ経路で還流させることが可能であり、
前記車両は、前記排気の還流経路を、前記ＨＰＬ経路と前記ＬＰＬ経路との間で切り替え可能な切り替え手段を更に具備し、
前記内燃機関の排気制御装置は、
前記排気のＰＭ濃度を特定する第２特定手段と、
前記特定されたＰＭ濃度が基準値以上である場合に前記還流経路が前記ＬＰＬ経路となるように前記切り替え手段を制御する第２制御手段と
を具備する
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃機関の排気制御装置。
【請求項６】
前記車両は、前記ＥＧＲ通路に前記排気を冷却可能な冷却手段を備え、
前記内燃機関の排気制御装置は、
前記ＥＧＲ通路の排気温度を特定する第３特定手段と、
該特定された排気温度と前記特定されたメタン濃度とに基づいて、前記メタン濃度が最小となるように前記冷却手段及び前記調整手段を制御する第３制御手段と
を具備する
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃機関の排気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気再循環）装置を備えた内燃機関における排気浄化装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、排気中の有害物質の除去にＥＧＲ装置を活用するものが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。特許文献１に開示された内燃機関のＥＧＲ装置によれば、触媒の温度がアルデヒド浄化可能温度より低い低温暖機時には、触媒の下流から排気が還流され、触媒の温度がアルデヒド浄化可能温度より高い場合には、触媒の上流から排気が還流される。このため、低温暖機時のアルデヒドの排出を大幅に低減することができるとされている。【０００３】
尚、アイドル時又はアイドル終了後の一定時間内において検出された排気ガス浄化用触媒の温度が触媒の活性温度よりも低い場合に、点火時期を最適点火時期よりも所定時間遅らせることにより排気温度の低下を抑制する天然ガス車両の点火時期制御方法も提案されている（特許文献１参照）。この装置によれば、排気中のメタンを有効に浄化することが可能となるとされる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】実開平５−０３０４５３号公報
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３２０４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
内燃機関の燃料には、排気中にメタンが含まれるものがある。特に、燃料組成の大部分をメタンが占めるＣＮＧ（Compressed Natural Gas：圧縮天然ガス）や、高エタノール濃度のエタノールガソリン混合燃料等では、排気中のメタン含有量がＮＭＨＣ（Non-Methane Hydro Carbon：非メタンＨＣ）と較べて顕著に多い。【０００７】
一方、メタンは化学結合力が強く、酸化反応を生じる反応温度が非常に高い。例えば、排気中のメタンを９９％浄化し得る温度としての９９％浄化温度は、通常８００℃を超えるとされる。【０００８】
他方、排気浄化装置がこの種の高温状態に到達する機会は、内燃機関が継続的に高負荷状態となる場合等、内燃機関の動作期間の極一部に限られ、その発生頻度は、少なくとも、より低温な温度状態に留まる場合と較べて低い。従って、各種触媒装置等の排気浄化装置ではメタンの浄化が不十分となり易い。【０００９】
ここで、非特許文献１に開示される装置は、触媒装置の前後からＥＧＲガスを選択供給する旨の技術思想を有するが、あくまで触媒でアルデヒドを浄化する観点に立っている。従って、非特許文献１に開示される技術思想をメタンの浄化に適用した場合、メタン浄化温度未満の触媒温度下では触媒温度の上昇を促すべく排気が触媒下流から取り出されることになる。【００１０】
ところが、上述したようにメタンの浄化温度は非常に高く、通常の内燃機関の運転範囲において頻繁に到達し得る温度領域でない。このため、実践的には、殆どの運転条件下で排気が触媒下流から取り出されることとなり、ＥＧＲ経路を選択する意味が実質的に消失する上、メタンの浄化性能は殆ど向上しないといった問題が生じ得る。【００１１】
このように、非特許文献１に開示される装置には、排気にメタンを含有する燃料を使用するにあたり、メタンの浄化を十分に行い得ないという技術的問題点がある。尚、特許文献１では、メタンの浄化に言及されているが、触媒での浄化を前提とする点に変わりはなく、同様の技術的問題点を有し得る。【００１２】
本発明は、上述した技術的問題点に鑑みてなされたものであり、排気中のメタンを好適に低減し得る内燃機関の排気制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、排気にメタンが含まれる燃料を使用可能な内燃機関と、前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、前記内燃機関の吸気通路に対し、前記排気を、前記排気浄化装置を含まないＨＰＬ経路で還流させることが可能なＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路の排気還流量を調整可能な調整手段とを備えた車両における前記内燃機関の排気制御装置であって、前記排気のメタン濃度を特定する第１特定手段と、前記特定されたメタン濃度が基準値以上である場合に、前記ＨＰＬ経路の排気還流量が増加するように前記調整手段を制御する第１制御手段とを具備することを特徴とする。【００１４】
本発明に係る車両は、内燃機関、排気浄化装置、ＥＧＲ通路及び調整手段を備える。【００１５】
本発明に係る内燃機関は、燃料の燃焼に伴う熱エネルギを運動エネルギに変換して取り出し可能な機関を包括する概念であって、特に、排気にメタンが含まれる燃料を使用可能に構成された機関である。この種の燃料を使用可能である限りにおいて、内燃機関に係る、例えば、気筒数、気筒配列、燃料の噴射形態、吸排気系の構成或いは動弁系の構成等の各種実践的態様は如何様にも限定されない趣旨である。【００１６】
排気にメタンが含まれる燃料は、排気中のメタン含有比率或いはメタン濃度の大小を問わなければ実践上広範囲にわたって存在し得る。例えば、本発明に係る燃料は、メタンを主たる構成要素とするＣＮＧやエタノール含有比率の高いエタノールガソリン混合燃料等であってもよい。或いは、各種アルコール燃料やガソリン等であってもよい。【００１７】
排気浄化装置は、排気を浄化する装置であって、例えば、被酸化物質（還元剤）の酸化プロセスと、被還元物質（酸化剤）の還元プロセスとを並行して進行させることによりメタン及びＮＭＨＣを含むＴＨＣ（Total Hydro Carbon）、ＣＯ（一酸化炭素）及びＮＯｘ（窒素酸化物）を略同時に浄化可能な三元触媒である。或いは、排気浄化装置は、酸化触媒、ＮＳＲ（NOx Storage Reduction Catalyst：ＮＯｘ吸蔵還元触媒）、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction：選択還元触媒）等の各種触媒装置であってもよい。【００１８】
ＥＧＲ通路は、内燃機関の吸気通路（例えば、スロットル弁よりも下流側且つ吸気ポートよりも上流側の位置）に対し、排気の一部をＥＧＲガスとして還流可能な通路である。ここで特に、本発明に係るＥＧＲ通路は、排気浄化装置を含まないＨＰＬ（High Pressure Loop）経路で排気を還流させることが可能である。ＨＰＬ経路は、排気浄化装置を含まないことにより、排気浄化装置での温度低下及び圧力低下を回避し、可及的高温且つ高圧状態の排気を還流させる経路である。【００１９】
このようなＨＰＬ経路の効能に鑑みれば、ＥＧＲ通路は、少なくとも排気浄化装置の上流側（気筒側）において排気通路から分岐し、吸気通路の然るべき部位に内部の連通を保って接続される通路部分を有し得る。【００２０】
但し、ＥＧＲ通路における排気の還流経路は、必ずしもＨＰＬ経路のみでなくてよい。例えば、ＥＧＲ通路は、排気浄化装置の下流側から排気を取り出して吸気通路に還流させる通路部分を含んでもよい。この場合、この通路部分は、ＨＰＬ経路を構成する通路部分と一部が共有されていてもよいし、ＨＰＬ経路を構成する通路部分と全く独立な通路部分で構成されていてもよい。【００２１】
排気浄化装置の下流側から排気が取り出される場合、排気は、その熱エネルギの一部を排気浄化装置に供与し、且つ排気浄化装置の流路抵抗により圧力損失を生じるため、その清浄化が促され得る反面、ＨＰＬ経路で還流する排気と較べて低温且つ低圧となる。このような経路は、所謂ＬＰＬ（Low Pressure Loop）経路を意味する。【００２２】
このＥＧＲ通路には、調整手段が備わり、排気還流量を調整可能に構成される。調整手段は、例えば、油圧又は空気圧に応じて弁体を駆動する各種ダイアフラム式弁装置、バタフライ弁装置、或いは電磁アクチュエータにより弁体の開閉動作を制御する電磁弁装置等、各種弁装置であってもよい。【００２３】
本発明に係る内燃機関の排気制御装置によれば、第１特定手段により排気中のメタン濃度が特定される。【００２４】
ここで、「特定」とは、制御上参照し得る値又は範囲として確定させることを広く意味する概念であって、その実践的態様は、検出、算出、推定、同定、選択或いは取得等自由である。また、特定対象（ここでは、排気中のメタン濃度）を特定するにあたってプロセスは特定対象を特定し得る限りにおいて如何様にも限定されることはない。例えば、特定対象は、特定対象と一対一、一対多、多対一又は多対多に対応し且つその対応関係が既知である各種物理量、制御量及び指標値並びに物理状態及び制御状態等に基づいて直接的又は間接的に特定され得る。【００２５】
本発明に係る内燃機関の排気制御装置によれば、特定された排気中のメタン濃度が基準値以上である場合にＨＰＬ経路の排気還流量が増加するように、第１制御手段により上記調整手段が制御される。【００２６】
この際、「増加」の基準は、排気中のメタン濃度が基準値未満である場合のＨＰＬ経路の排気還流量である。従って、排気中のメタン濃度が基準値未満である場合のＨＰＬ経路の排気還流量がゼロである（即ち、ＨＰＬ経路で排気が還流されない）場合には、第１制御手段は、メタン濃度が基準値以上であることをもってＨＰＬ経路を使用した排気還流を開始させるだけでもよい。【００２７】
第１制御手段におけるＨＰＬ経路の排気還流量の実践的な制御態様は、当該排気還流量を、当該基準値を境にして大小に変化させ得る限りにおいて如何様にも限定されない。例えば、当該排気還流量は、当該基準値を境にして二値的に切り替えられてもよい。或いは、当該排気還流量は、メタン濃度が当該基準値以上となる濃度範囲において段階的又は連続的に切り替えられてもよく、メタン濃度が当該基準値未満となる濃度範囲において段階的又は連続的に切り替えられてもよい。この場合の第１制御手段の作用とは、即ち、メタン濃度の大小に応じて当該排気還流量を夫々大小に制御することと実質的に等価である。【００２８】
ここで、ＨＰＬ経路の排気還流量の大小は、夫々排気中のメタン低減の度合いの大小に対応し得る。即ち、還流された排気は、吸気通路から気筒内に再供給されるが、気筒内部は燃料の燃焼に伴う高温雰囲気に晒されている。主として燃焼温度に影響を受ける筒内温度は、主として排気熱により上昇が促される排気浄化装置の温度と較べて高温であるから、この高温雰囲気の筒内において、メタンの再燃焼が、少なくとも排気浄化装置における浄化プロセスと較べて促進されるのである。【００２９】
このように、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、排気浄化装置による浄化反応ではなく、気筒内部での再燃焼によってメタンの低減を図る旨の技術思想をその本質としており、メタンの低減を好適に進捗させ得る点において、排気浄化装置でメタンの浄化を図る如何なる技術思想に対しても優越するものである。【００３０】
尚、排気の還流経路としてＨＰＬ経路を使用せずとも、端的には上述したＬＰＬ経路を使用しても、排気中のメタンを気筒内部で燃焼させることは不可能ではない。【００３１】
然るに、ＬＰＬ経路で還流する排気は、既に述べたようにＨＰＬ経路で還流する排気と較べて低温且つ低圧である。従って、気筒内部でのメタンの燃焼反応は、ＨＰＬ経路で排気を還流させる場合と較べて緩慢となる。また、排気還流量は、排気の取り出し部位と吸気通路との圧力差に大きく影響される。従って、相対的に低圧なＬＰＬ経路を使用する場合の排気還流量の最大値は、ＨＰＬ経路を使用した場合のそれよりも小さくなる。【００３２】
即ち、少なくとも、燃焼し易さと還流量との二点において、ＨＰＬ経路はＬＰＬ経路に優れており、メタンを筒内燃焼させることにより低減させることのみを考えた場合、ＬＰＬ経路をＨＰＬ経路に優先して選択する合理的理由は存在しないのである。【００３３】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の一の態様では、前記第１特定手段は、前記内燃機関の使用燃料に基づいて前記メタン濃度を特定する。【００３４】
この態様によれば、第１特定手段は、上述した「特定対象と一対一、一対多、多対一又は多対多に対応する物理状態」としての使用燃料に基づいてメタン濃度を特定する。即ち、この態様によれば、使用燃料とメタン濃度との対応関係が既知であり、燃料種がメタン濃度を代替するものとして扱われ、メタン濃度が少なくとも潜在的に特定される。【００３５】
従って、第１制御手段は、使用燃料が、予め排気中のメタン濃度が当該基準値以上であるものとして規定された燃料である場合には、メタン濃度そのものの特定を経ずとも、排気中のメタン濃度が基準値以上であるとみなすことができる。【００３６】
排気中のメタン濃度は、内燃機関の制御態様、例えば空燃比に応じて、一燃料種においても変化し得るが、燃料種により大きく依存する傾向がある。【００３７】
従って、一燃料種を使用した運転条件下で、内燃機関の制御態様に応じて排気中のメタン濃度が基準値を跨ぐ等といった事態は、実践上殆ど発生しない。この点に鑑みれば、このような燃料種に基づいたメタン濃度の特定措置は、コストの増加を抑制しつつメタン濃度の特定精度を必要にして十分に（即ち、少なくとも、ＨＰＬ経路を使用した排気還流の要否について正確に判定し得る程度に）担保し得る点において実践上有益である。【００３８】
尚、この態様では、前記第１特定手段は、前記使用燃料がＣＮＧである場合に、前記メタン濃度が前記基準値以上であると特定してもよい。【００３９】
ＣＮＧは、その燃料組成の大部分をメタンが占める。従って、排気中のメタンの大部分は、未燃燃料としてのメタンであり、排気中のＴＨＣに占めるメタンの比率は高い。即ち、メタンの排出を抑制する観点からは、ＥＧＲによるメタンの筒内燃焼促進措置が顕著に必要とされる燃料の一つであると言える。【００４０】
この点に鑑みれば、ＣＮＧが燃料として使用される場合、ＣＮＧが燃料として使用されることをもって排気のメタン濃度が基準値以上であると判定して実践上何らの問題も生じない。即ち、好適には、排気のメタン濃度に係る基準値とは、ＣＮＧを燃料とする場合の排気メタン濃度の採り得る範囲よりも遥かに低い値である。【００４１】
一方、ＣＮＧを燃料とする場合、排気中のＮＭＨＣ、黒煙、煤、ＮＯｘ或いはＳＯｘ等各種のＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）及びＰＭ生成要因も、その排出量が少ない。【００４２】
従って、ＣＮＧを燃料として使用する場合、ＨＰＬ経路を使用することによるＥＧＲ通路へのデポジットの付着又は堆積の可能性は著しく低く、デポジットの付着又は堆積といった観点からＨＰＬ経路における排気還流量に制限を与える必要は実践上殆ど生じることがない。即ち、ＣＮＧを燃料とする場合、ＨＰＬ経路の排気還流を促進して、排気浄化装置上流側のメタン濃度を恒常的に低減することができる。【００４３】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の他の態様では、前記第１特定手段は、前記燃料のアルコール濃度に基づいて前記メタン濃度を特定する。【００４４】
この態様によれば、第１特定手段は、燃料のアルコール濃度に基づいてメタン濃度を特定する。即ち、この場合の使用燃料は、好適にはガソリンとアルコールとの混合燃料であり、燃料中のアルコール濃度が可変な燃料である。この種の燃料においては、アルコール濃度の高低がメタン濃度の高低に夫々対応する。このため、実質的にアルコール濃度をメタン濃度として取り扱っても問題がない。【００４５】
一方、アルコール混合燃料においては、アルコール濃度に応じて理論空燃比が異なる等の理由から、燃料噴射制御にアルコール濃度を含む燃料性状に関する情報が必要となる。従って、この種の燃料を使用する場合、燃料のアルコール濃度は、給油時或いはそれに相当する時点で既知である。【００４６】
従って、アルコール混合燃料をメタン濃度の代替的指標として用いる場合、メタン濃度の特定プロセスにおけるタイムラグは殆ど発生しない。即ち、この種のタイムラグに相当する期間におけるメタンの浄化効率の低下を回避することができる。【００４７】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の他の態様では、前記ＥＧＲ通路は、前記排気を、前記ＨＰＬ経路に加えて前記排気浄化装置を含むＬＰＬ経路で還流させることが可能であり、前記車両は、前記排気の還流経路を、前記ＨＰＬ経路と前記ＬＰＬ経路との間で切り替え可能な切り替え手段を更に具備し、前記内燃機関の排気制御装置は、前記排気のＰＭ濃度を特定する第２特定手段と、前記特定されたＰＭ濃度が基準値以上である場合に前記還流経路が前記ＬＰＬ経路となるように前記切り替え手段を制御する第２制御手段とを具備する。【００４８】
この態様によれば、ＥＧＲ通路は、例えばバタフライ弁、ニードル弁、三方弁或いは電磁弁等の各種態様を有する弁装置として構成され得る選択手段の作用により、ＨＰＬ経路に加えて上述したＬＰＬ経路を選択可能に構成される。即ち、所謂ＭＰＬ（Multi Pressure Loop）ＥＧＲが可能である。【００４９】
一方、ＨＰＬ経路を使用した排気還流においては、上述したようにＥＧＲ通路におけるＰＭのデポジットの付着又は堆積といった問題を解決する必要がある。実践的にみれば、ＣＮＧや高アルコール濃度液体燃料の排気中のＰＭ濃度は十分に低く、ＰＭ濃度の特定プロセスは、少なくともこれらの燃料種においては必ずしも必要とされないが、内燃機関の動作条件によっては、メタン濃度が基準値以上であるにもかかわらずＰＭ濃度が無視出来る程度に低くないといった状況も無論生じ得る。このような場合には、ＨＰＬ経路の使用が、ＥＧＲ通路におけるデポジットの付着又は堆積を招来しかねない。【００５０】
この態様によれば、第２特定手段により、排気のＰＭ濃度が特定される。また、第２制御手段が、メタン濃度が基準値以上であっても、この特定されたＰＭ濃度が基準値以上である場合には、排気の還流経路をＬＰＬ経路に制御する構成となっている。【００５１】
先に述べたように、ＬＰＬ経路とＨＰＬ経路とでは、後者の方がメタンの筒内燃焼により効果的であるものの、程度の差こそあれ前者においてもメタンの筒内燃焼は生じ得る。従って、この態様によれば、メタンの筒内燃焼を可及的に維持しつつ、一方で確実にＥＧＲ通路又はそれに連通する吸気通路を保護することが可能となる。【００５２】
本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の他の態様では、前記車両は、前記ＥＧＲ通路に前記排気を冷却可能な冷却手段を備え、前記内燃機関の排気制御装置は、前記ＥＧＲ通路の排気温度を特定する第３特定手段と、該特定された排気温度と前記特定されたメタン濃度とに基づいて、前記メタン濃度が最小となるように前記冷却手段及び前記調整手段を制御する第３制御手段とを具備する。【００５３】
ＨＰＬ経路の排気還流量は、メタン低減の観点に立てば無論多い方が望ましい。然るに、筒内温度が、上述したメタン浄化温度以上の比較的高温領域に継続的に維持される場合、例えばノッキングの発生により、排気還流量が急激に低下することがある。このような気筒内部の過剰な温度上昇は、還流させる排気の温度と排気還流量とに相関する。即ち、定性的に言えば、高温の排気が大量に還流する状況、例えば高負荷運転時等において、このような過剰な温度上昇が生じ易い。【００５４】
このような筒内の過剰な温度上昇により排気還流量が強制的に制限される場合（ノッキングが生じないように自発的に制限する場合も、ノッキングが発生することにより強制的に制限される場合も含む）、温度条件は十分であるにもかかわらず、メタンの浄化効率が低下してしまう。【００５５】
この態様によれば、第３特定手段によりＥＧＲ通路の排気温度が特定され、第３制御手段が、この特定された排気温度と特定されたメタン濃度とに基づいて、排気中のメタン濃度が最小となるように冷却手段及び調整手段を制御する。【００５６】
尚、冷却手段とは、例えば、ＥＧＲ通路に設置された水冷又は空冷方式のＥＧＲクーラであり、好適には、冷却水量や冷却空気量等の制御を介して還流排気の冷却能力が可変である。【００５７】
ここで、「メタン濃度が最小となるように」とは、あくまで制御目標が最小であることを意味し、実践的には、メタン濃度が、係る最小値を含むある程度の範囲に収束する状態を含む。また、最小値とは、予め設定された値でなくてもよく、制御過程において適宜変化する値であってもよい。例えば、第３制御手段は、このメタン濃度を制御目標として、還流量を規定する調整手段の制御量と排気温度を規定する冷却手段の制御量とを適宜フィードバック制御してもよい。【００５８】
この態様によれば、このようなメタン濃度の最適化制御により、内燃機関の動作条件によらずメタンの浄化能力を維持することが可能となり、エミッションの悪化抑制に顕著に効果的である。【００５９】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエンジンシステムの構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図２】排気温度とメタン浄化率との関係を表す図である。
【図３】図１のエンジンシステムにおいて実行されるメタン低減制御のフローチャートである
【図４】液体燃料におけるアルコール濃度とメタン濃度及びＰＭ濃度との関係を表す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るＨＰＬＥＧＲ最適化制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
＜発明の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るエンジンシステム１０の構成について説明する。ここに、図１は、エンジンシステム１０の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【００６２】
図１において、エンジンシステム１０は、図示せぬ車両に搭載され、ＥＣＵ１００、エンジン２００、三元触媒３００及びＥＧＲ装置４００を備える。
【００６３】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、エンジン２００及びＥＧＲ装置４００の動作を制御可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「内燃機関の排気制御装置」の一例である。ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納される制御プログラムに従って、後述するメタン低減制御を実行可能に構成されている。
【００６４】
尚、ＥＣＵ１００は、本発明に係る「第１特定手段」、「第１制御手段」、「第２特定手段」及び「第２制御手段」の夫々一例として機能するように構成された一体の電子制御ユニットであり、これら各手段に係る動作は、全てＥＣＵ１００によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係るこれら各手段の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、例えばこれら各手段は、複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。
【００６５】
エンジン２００は、本発明に係る「内燃機関」の一例たる４気筒エンジンである。
【００６６】
エンジン２００の概略について説明すると、エンジン２００は、シリンダブロック２０１に４本の気筒２０２が配置された構成を有している。圧縮行程において各気筒内で圧縮された、燃料を含む混合気は、不図示の点火装置による点火動作により点火され燃焼する。この燃焼の際に生じる力は、不図示のピストンを紙面と垂直な方向に往復運動させ、更にコネクティングロッドを介してピストンに連結されるクランクシャフト（いずれも不図示）の回転運動に変換される。
【００６７】
以下に、エンジン２００の要部構成を、その動作の一部と共に説明する。尚、本実施形態に係るエンジン２００は、気筒２０２が図１において紙面と垂直な方向に４本並列してなる直列４気筒エンジンであるが、個々の気筒２０２の構成は相互に等しいため、ここでは一の気筒２０２についてのみ説明することとする。
【００６８】
エアフィルタ２０３を介して外部から吸入された吸入空気は、本発明に係る「吸気通路」の一例としての吸気管２０４に導かれる。吸気管２０４には、吸入空気の量を調節可能なスロットルバルブ２０５が配設されている。このスロットルバルブ２０５は、ＥＣＵ１００と電気的に接続され且つＥＣＵ１００により上位に制御されるスロットルバルブモータ（不図示）から供給される駆動力により回転可能に構成された回転弁を備えており、スロットルバルブ２０５を境にした吸気管２０４の上流部分と下流部分との連通を遮断する全閉位置から、これらを全面的に連通させる全開位置まで、その回転位置が連続的に制御される構成となっている。
【００６９】
吸気管２０４は、スロットルバルブ２０５の下流側において、本発明に係る「吸気通路」の他の一例としてのサージタンク２０６と接続され、その内部において連通している。サージタンク２０６には、気筒各々に対応する吸気ポート（不図示）に連通する連通管（符合省略）が接続されている。また、この吸気ポートは、吸気バルブ２０７の開弁時において、夫々対応する気筒内部と連通する構成となっている。
【００７０】
この連通管の内部には、ＣＮＧ用インジェクタ２０８の燃料噴射弁が露出している。ＣＮＧ用インジェクタ２０８は、エンジン２００の一燃料としてのＣＮＧを連通管内部に噴射可能な燃料供給装置である。ＣＮＧ用インジェクタ２０８は、ＣＮＧを気体状態で貯留する不図示のＣＮＧタンクと接続されている。尚、ＣＮＧインジェクタ２０８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、連通管におけるＣＮＧの噴射状態（噴射の有無及び噴射量等）は、ＥＣＵ１００によって制御される構成となっている。
【００７１】
一方、気筒２０２の燃焼室には、直噴インジェクタ２０９の燃料噴射弁が露出しており、この燃料噴射弁から燃料としての液体燃料を霧化して噴射可能となっている。この直噴インジェクタ２０９は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、直噴インジェクタ２０９を介した液体燃料の噴射状態（噴射の有無及び噴射量等）は、ＥＣＵ１００によって制御される構成となっている。
【００７２】
ここで、本実施形態に係る液体燃料は、ガソリンとエタノールとの混合燃料として構成される。液体燃料におけるエタノール含有比率は、０％（Ｅ０燃料、即ちガソリン）から１００％（Ｅ１００燃料、即ちエタノール）の範囲で可変である。液体燃料を貯留する液体燃料用タンクには、エタノール濃度を検出可能なアルコール濃度センサが付設されており、その時点の液体燃料のエタノール濃度ＥＴＮが検出される構成となっている。また、このアルコール濃度センサは、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたエタノール濃度ＥＴＮは、ＥＣＵ１００により適宜参照される構成となっている。
【００７３】
このようにエンジン２００は、ガソリンとエタノールの混合比率に自由度が有り、所謂ＦＦ（Flexible Fuel）エンジンの一例を構成している。また、エンジン２００は、ＣＮＧと液体燃料とを燃料として使用可能な、所謂ＣＮＧバイフューエルエンジンの一例を構成する。
【００７４】
各気筒における燃焼行程を経た燃焼済みガス（あくまで燃焼行程を経たことを意味するものであり、完全燃焼したか否かを規定するものでない）は、排気行程において排気バルブ２１０を介して排気マニホールド２１１に排出される。排気マニホールド２１１には、本発明に係る「排気通路」の一例としての排気管２１２が接続されており、燃焼済みガスは、排気として排気管２１２を下流側に向かって流れる構成となっている。
【００７５】
排気管２１２には、三元触媒３００が設置される。三元触媒３００は、排気マニホールド２１１を介して排気管２１２に導かれた排気中のＮＯｘの還元作用により得られた酸素によって排気中のＣＯ及びＨＣを酸化燃焼させることによって、ＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣを同時に浄化可能に構成された、本発明に係る「排気浄化装置」の一例である。
【００７６】
また、排気管２１２における排気マニホールド下流位置には、空燃比センサ２１３が設置されている。空燃比センサ２１３は、排気マニホールド２１１出口の排気空燃比ＡＦを検出可能なリニア空燃比センサである。空燃比センサ２１３は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された排気空燃比ＡＦは、ＥＣＵ１００により適宜参照される構成となっている。
【００７７】
また、排気管２１２における三元触媒３００の上流側には、排気中のＰＭ濃度ｐｍを検出可能なＰＭセンサ２１４が配設されている。ＰＭセンサ２１４は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたＰＭ濃度ｐｍは、ＥＣＵ１００により適宜参照される構成となっている。
【００７８】
尚、図示は省略するが、各気筒２０２には、筒内圧Ｐｃｌｙを検出可能な筒内圧センサが設置されている。この筒内圧センサは、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された筒内圧Ｐｃｌｙは、ＥＣＵ１００により適宜参照される構成となっている。
【００７９】
ＥＧＲ装置４００は、ＨＰＬＥＧＲ通路４０２、ＬＰＬＥＧＲ通路４０４、切り替え弁４０５、共通ＥＧＲ通路４０６、ＥＧＲバルブ４０７、温度センサ４０８及びＥＧＲクーラ４０９を備え、排気を吸気系に還流させる（尚、係る措置を適宜「ＥＧＲ」と称することとする）排気還流装置である。
【００８０】
ＨＰＬＥＧＲ通路４０２は、三元触媒３００の上流側（排気マニホールド２１１側）に設けられたＨＰＬ分岐点４０１において排気通路２１２に接続された管状部材である。ＨＰＬＥＧＲ通路４０２は、他方の基端部が、共有ＥＧＲ通路４０６に接続されている。
【００８１】
ＬＰＬＥＧＲ通路４０４は、三元触媒３００の下流側（排気マニホールド２１１と反対側）に設けられたＬＰＬ分岐点４０３において排気通路２１２に接続された管状部材である。ＬＰＬＥＧＲ通路４０４は、他方の基端部が、共有ＥＧＲ通路４０６に接続されている。
【００８２】
切り替え弁４０５は、ＨＰＬＥＧＲ通路４０２及びＬＰＬＥＧＲ通路４０４と共有ＥＧＲ通路４０６との接続点に設けられ、これら相互間の連通状態を切り替え可能に構成された、本発明に係る「切り替え手段」の一例たる三方弁装置である。
【００８３】
より具体的には、切り替え弁４０５は、内部の弁体を回転させることによって変化する弁体位置として、ＨＰＬＥＧＲ通路４０２と共有ＥＧＲ通路４０６とを連通させ且つＬＰＬＥＧＲ通路４０４と共有ＥＧＲ通路４０６との連通を遮断するＨＰＬ選択位置と、ＬＰＬＥＧＲ通路４０４と共有ＥＧＲ通路４０６とを連通させ且つＨＰＬＥＧＲ通路４０２と共有ＥＧＲ通路４０６との連通を遮断するＬＰＬ選択位置との二つの弁体位置を採り得る構成となっている。切り替え弁４０５の弁体を回転駆動する駆動系は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、当該弁体位置は、ＥＣＵ１００によって制御される構成となっている。
【００８４】
共有ＥＧＲ通路４０６は、一方の基端部が上記接続点においてＨＰＬＥＧＲ通路４０２及びＬＰＬＥＧＲ通路４０４と接続され、他方の基端部がサージタンク２０６に接続された管状部材である。共有ＥＧＲ通路４０６は、切り替え弁４０５によってその時点で連通している一方の通路を介して、排気管２１２から排気をＥＧＲガスとしてサージタンク２０６に還流させることが可能である。
【００８５】
ここで、切り替え弁４０５がＨＰＬ選択位置を採る場合、ＥＧＲガスは、三元触媒３００の上流側においてＨＰＬＥＧＲ通路４０２に導かれ、共有ＥＧＲ通路４０６を介してサージタンク２０６に還流する。即ち、この場合、ＥＧＲガスは、三元触媒３００における圧力損失を受けることなく、排気マニホールド２１１に導かれた高圧状態を維持したまま吸気通路に戻される。これ以降、このＥＧＲガスの還流経路を適宜「ＨＰＬ経路」と称することとし、このＨＰＬ経路を使用した排気の還流を適宜「ＨＰＬＥＧＲ」と称することとする。
【００８６】
一方、切り替え弁４０５がＬＰＬ選択位置を採る場合、ＥＧＲガスは、三元触媒３００の下流側においてＬＰＬＥＧＲ通路４０４に導かれ、共有ＥＧＲ通路４０６を介してサージタンク２０６に還流する。即ち、この場合、ＥＧＲガスは、三元触媒３００において相応の圧力損失及び冷却作用を受ける一方で、三元触媒３００による排気浄化作用を受けた清浄な状態で吸気通路に戻される。これ以降、このＥＧＲガスの還流経路を適宜「ＬＰＬ経路」と称することとし、このＬＰＬ経路を使用した排気の還流を適宜「ＬＰＬＥＧＲ」と称することとする。
【００８７】
尚、ＨＰＬＥＧＲ通路４０２、ＬＰＬＥＧＲ通路４０４及び共有ＥＧＲ通路４０６は、排気を吸気通路へ還流させる、本発明に係る「ＥＧＲ通路」の一例である。
【００８８】
ＥＧＲバルブ４０７は、共有ＥＧＲ通路４０６上に設置された、本発明に係る「調整手段」の一例たる電磁開閉弁である。ＥＧＲバルブ４０７は、その弁体の開度が、共有ＥＧＲ通路４０６を介した吸排気通路の連通を遮断する全閉開度と、当該吸排気通路を完全に連通させる全開開度と、これらの中間状態たる複数の中間開度との間で選択的に切り替えられる構成となっている。ＥＧＲバルブ４０７の弁体を駆動する駆動系は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＧＲバルブ４０７の弁体の開度たるＥＧＲ開度は、ＥＣＵ１００によって制御される構成となっている。
【００８９】
温度センサ４０８は、ＥＧＲガスの温度たるＥＧＲガス温Ｔｅｇｒを検出可能に構成されたセンサである。温度センサ４０８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたＥＧＲガス温Ｔｅｇｒは、ＥＣＵ１００により適宜参照される構成となっている。
【００９０】
ＥＧＲクーラ４０９は、温度センサ４０８よりも上流側（この場合、切り替え弁４０５側）において共有ＥＧＲ通路４０６に設置された冷却装置である。ＥＧＲクーラ４０９は、その外壁体部に冷却水を循環供給するためのウォータジャケットが張り巡らされた水冷式冷却装置であり、この冷却水の循環過程においてなされる外壁体部を介した熱交換によりＥＧＲガスが冷却される構成となっている。
【００９１】
尚、このウォータジャケットは、アプライ側配管４１０から冷却水が流入し、ドレイン側配管４１１から冷却水が排出されることにより冷却水が循環される構成となっており、この冷却水の循環経路には、ＥＧＲラジエータ４１２が設置されている。ＥＧＲラジエータ４１２は、放熱フィンを有し、当該放熱フィンからの放熱作用により冷却水の温度を略一定に維持可能に構成された、温度調節装置である。尚、このＥＧＲクーラ４０９は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、冷却水の循環量は、ＥＣＵ１００により可変に制御される構成となっている。また、ＥＣＵ１００は、冷却水の循環自体を停止させることも可能である。冷却水の循環が停止されると、ＥＧＲクーラ４０９のＥＧＲガス冷却作用は停止する。
＜実施形態の動作＞
次に、実施形態の動作について説明する。
【００９２】
＜メタン低減制御の概要＞
本実施形態に係るエンジン２００は、燃料としてＣＮＧ及び液体燃料を使用可能である。これらは、いずれも排気にメタンを含む燃料であり、とりわけ、ＣＮＧ及び高エタノール濃度液体燃料（例えば、Ｅ８５燃料やＥ１００燃料等）では、排気中のＴＨＣに占めるメタン比率が高い。
【００９３】
ここで、図２を参照し、排気温度に対するメタンの浄化特性について説明する。ここに、図２は、排気温度とメタン浄化率との関係を例示した図である。
【００９４】
図２において、縦軸にはメタン濃度が、また横軸には排気温度が、夫々表されている。横軸のＴ１は、排気中のメタンが９９％浄化される排気温度としての９９％浄化温度である。９９％浄化温度Ｔ１は、通常、８００℃以上の高温領域にある。
【００９５】
一方、排気温度がこの種の高温領域（例えば、８００℃以上の温度領域）まで上昇するのは、例えば、高負荷運転が所定時間継続した場合等、エンジン２００の運転条件の一部に限定される。
【００９６】
このため、主として排気温度と反応熱とによってその温度が上昇する三元触媒３００は、エンジン２００の通常の運転領域において、メタンを十分に浄化し得る温度状態となり難く、メタンの浄化を三元触媒３００に頼ると、メタンの低減が不十分となる可能性がある。
【００９７】
そこで、本実施形態に係るエンジンシステム１０では、ＥＣＵ１００によりメタン低減制御が実行され、排気中のメタンが、ＥＧＲ装置４００の作用により吸気通路へ還流され、気筒２０２内部での燃焼に供されることによって、メタンの低減が促進される。
【００９８】
＜メタン低減制御の詳細＞
ここで、図３を参照し、ＥＣＵ１００により実行されるメタン低減制御の詳細について説明する。ここに、図３は、メタン低減制御のフローチャートである。
【００９９】
図３において、ＥＣＵ１００は、排気中のメタン濃度が基準値以上であるか否かを判別する（ステップＳ１０１）。
【０１００】
メタン濃度の基準値とは、三元触媒３００によりメタンの浄化を行った場合に、テールパイプエミッション（車外排出エミッション）におけるメタン濃度が許容値を超え得るものとして予め実験的に規定された値である。
【０１０１】
ここで、先に述べたように、ＣＮＧは、排気中のメタン濃度が高いから、燃料としてＣＮＧが選択されている時点で、既に排気中のメタン濃度が基準値以上である旨の判定が成立する（係る判定が成立するように基準値が定められている）。従って、燃料としてＣＮＧが選択されている場合、ステップＳ１０１に係る処理に要する時間は短縮化され得る。
【０１０２】
尚、排気中のメタン濃度は、より厳密に言えば、エンジン２００の詳細な運転条件、例えば空燃比に応じて変化し得るが、大略的には燃料種に大きく依存する。従って、このように燃料種による代替的な濃度推定が行われた場合であっても、メタンの筒内燃焼を促進すべきか否かを規定するステップＳ１０１に必要なメタン濃度の推定精度は、実践上十分に確保される。
【０１０３】
但し、空燃比が考慮された場合には、より高精度にメタン濃度が特定されることは言うまでもなく、当然ながらこの種の措置が講じられてもよい。この場合、空燃比センサ２１３により検出される排気空燃比ＡＦを利用することができる。
【０１０４】
また、液体燃料における排気中のメタン濃度は、液体燃料中のエタノール濃度ＥＴＮに依存する。従って、予めエタノール濃度ＥＴＮと排気中のメタン濃度との関係が規定されている場合には、例えば給油時等に既に検出されている、燃料性状の一種としてのエタノール濃度ＥＴＮに基づいて、排気中のメタン濃度が基準値以上であるか否かに係る判定を迅速且つ精度良く行うことができる。
【０１０５】
本実施形態において、エタノール濃度ＥＴＮとメタン濃度との関係は、予めＲＯＭに可能されたマップにより与えられており、使用燃料が液体燃料である場合には、ＥＣＵ１００は、エタノール濃度ＥＴＮに基づいてメタン濃度を推定する。或いは、メタン濃度の代替指標値としてエタノール濃度ＥＴＮに相応の基準値が設定されていてもよい。
【０１０６】
このように、本実施形態においては、ステップＳ１０１が実行されるにあたり、排気中のメタン濃度そのものが検出されない。このような、燃料種に基づいた推定や、燃料種自体をメタン濃度として扱う等の措置によっても、必要にして十分なメタン濃度の推定が可能である。ステップＳ１０１に係る動作は、本発明に係る「第１特定手段」又は「第２特定手段」の動作の一例である。
【０１０７】
使用燃料がガソリン（Ｅ０燃料）である、或いは液体燃料中のエタノール濃度が基準値未満のメタン濃度に対応する濃度値である等の理由により、メタン濃度が基準値未満であると判断された場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、通常運転を実行する（ステップＳ１０２）。
【０１０８】
通常運転とは、筒内燃焼の促進による排気中のメタンの低減に留意しないエンジン２００の運転制御を意味し、必ずしもＥＧＲの要否そのものを規定しない。即ち、ＮＯｘ低減や筒内温度の抑制等といった観点から（端的には、通常のガソリンエンジンにおけるＥＧＲ制御等を意味する）適宜ＥＧＲが実行されてよい。
【０１０９】
但し、通常運転においては、ＨＰＬＥＧＲは禁止される。これは、排気中のＰＭがＨＰＬ経路を規定するＥＧＲ装置４００の各部にデポジットとして付着又は堆積することを防止するためである。
【０１１０】
ステップＳ１０２が実行されると、処理はステップＳ１０１に戻される。即ち、メタン濃度が基準未満である限り（例えば、燃料として、ガソリンが継続使用される場合等）、通常運転が継続される。
【０１１１】
ステップＳ１０１において、例えば、使用燃料がＣＮＧである、或いは液体燃料中のエタノール濃度が基準値以上のメタン濃度に対応する濃度値である等の理由により、メタン濃度が基準値以上であると判断された場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、燃料が液体燃料であるか否かを判別する（ステップＳ１０３）。
【０１１２】
燃料が液体燃料でない場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、即ち、ＣＮＧである場合、ＥＣＵ１００は、無条件に切り替え弁４０５をＨＰＬ選択位置に制御し、ＨＰＬＥＧＲを実行する（ステップＳ１０５）。
【０１１３】
一方、燃料が液体燃料である場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、更に、排気中のＰＭ濃度ｐｍが基準値ｐｍｔｈ未満であるか否かを判別する（ステップＳ１０４）。基準値ｐｍｔｈは、デポジットの付着又は堆積を防止する観点からＨＰＬ経路の選択を許可し得る旨に相当する限界濃度であり、実験的に定められている。
【０１１４】
排気中のｐｍ濃度が基準値ｐｍｔｈ未満である場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、切り替え弁４０５をＨＰＬ選択位置に制御し、燃料としてＣＮＧが使用されている場合と同様にＨＰＬＥＧＲを実行する（ステップＳ１０５）。
【０１１５】
また、排気中のｐｍ濃度が基準値ｐｍｔｈ以上である場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、切り替え弁４０５をＬＰＬ選択位置に制御し、ＬＰＬＥＧＲを実行する（ステップＳ１０６）。
【０１１６】
ここで、ステップＳ１０５及びステップＳ１０６は、メタンの筒内燃焼を促進して排気エミッションを浄化する目的からＥＧＲを行うものであるから、これらのステップでは、基本的に常時ＥＧＲが継続される。
【０１１７】
尚、本実施形態において、ＨＰＬＥＧＲは、排気中のメタン濃度が基準値未満である場合には実行されない。即ち、排気中のメタン濃度が基準値未満である場合にはＨＰＬＥＧＲに係るＥＧＲ量はゼロとなる。従って、ＨＰＬＥＧＲに係るＥＧＲ量の大小にかかわらず、ＥＧＲ量は、メタン濃度が基準値未満である場合よりも多くなる。これは、「メタン濃度が基準値以上である場合にＨＰＬ経路の排気還流量を増加させる」旨の第１制御手段の動作の一例である。
【０１１８】
尚、ステップＳ１０２の通常運転においては、ＨＰＬＥＧＲを禁止するのではなく、ＨＰＬＥＧＲを大きく制限する等の措置が講じられてもよい。この場合、メタン濃度が基準値未満である場合の排気還流量はゼロでない場合も生じ得る。然るに、デポジット付着防止の制約の範囲でしかＨＰＬＥＧＲが許可されない点に鑑みれば、ステップＳ１０２の通常運転におけるＨＰＬＥＧＲに係るＥＧＲ量は、メタンの筒内燃焼促進を目的としたステップＳ１０５のＨＰＬＥＧＲに係るＥＧＲ量と較べても十分に小さい。即ち、この場合も、本発明に係る第１制御手段の動作概念は担保される。
【０１１９】
尚、本実施形態では、ステップＳ１０４において、ＰＭセンサ２１４により検出されるＰＭ濃度ｐｍが参照されるため、その時点のエンジン２００の運転条件を反映した正確なＰＭ濃度が把握され得るが、排気中のＰＭ濃度ｐｍは、エタノール濃度ＥＴＮに基づいて簡易に推定することもできる。即ち、ＰＭ濃度の基準値ｐｍｔｈに対応するエタノール濃度ＥＴＮｔｈを予め確定させておけば、エタノール濃度ＥＴＮとＥＴＮｔｈとの大小関係により、ステップＳ１０４に係る判別処理を行うことができる。尚、ステップＳ１０３が「ＮＯ」である場合に無条件にステップＳ１０５が実行されることからも分かる通り、燃料がＣＮＧである場合、排気中には殆どＰＭが存在しない。従って、この場合には、ＰＭ濃度の推定が必要とされない。
【０１２０】
ここで、図４を参照し、液体燃料におけるエタノール濃度ＥＴＮとＰＭ濃度ｐｍとの関係について説明する。ここに、図４は、燃料のエタノール濃度と排気中のメタン濃度及びＰＭ濃度との関係を例示する図である。
【０１２１】
図４から明らかなように、液体燃料におけるエタノール濃度に対する振る舞いは、ＰＭ濃度とメタン濃度とで真逆となる。即ち、エタノール濃度が低い（高い）領域では、ＰＭ濃度が高く（低く）且つメタン濃度は低い（高い）。これは、液体燃料がガソリンとエタノールとの混合燃料であることに由来する。
【０１２２】
即ち、液体燃料におけるエタノール濃度の低下とは、燃料がガソリン（Ｅ０燃料）に近付くことを意味している。ＰＭは、例えば、未燃ＨＣ、酸素不足雰囲気で蒸し焼き状態になった固体炭素成分（スート）或いはＳＯＦ成分等であり、典型的にはガソリン由来の物質から生成される粒子状物質である。また、ガソリンの排気中におけＴＨＣに占めるメタンの割合は低い。従って、エタノール濃度の低下に伴ってＰＭ濃度が増加し且つメタン濃度が低下するのである。
【０１２３】
一方、液体燃料におけるエタノール濃度の上昇とは、燃料が純エタノール（Ｅ１００燃料）に近付くことを意味している。エタノールは、ＣＮＧ等と同様に、排気中にＰＭ及びＰＭの生成要因を殆ど含まない。従って、エタノール濃度の上昇に伴ってメタン濃度が増加し且つＰＭ濃度が低下するのである。
【０１２４】
ここで、ＰＭ濃度とメタン濃度とが真逆な関係にあることから、これらは、ある一のエタノール濃度ＥＴＮにおいて同程度となり得る。このエタノール濃度をＥＴＮ１とすると、エタノール濃度がＥＴＮ１よりも高い領域では排気中のメタン濃度がＰＭ濃度よりも高くなり、逆にＥＴＮ１よりも低い領域では排気中のＰＭ濃度がメタン濃度よりも高くなる。
【０１２５】
従って、ＥＴＮ≧ＥＴＮ１なる関係が成立する場合、メタンの低減を優先すべきであり、ＥＴＮ＜ＥＴＮ１なる関係が成立する場合、デポジットの付着又は堆積防止を優先すべきとの判断も成立し得る。上述したＰＭ濃度の基準値ｐｍとは、このＥＴＮ１を上述したＥＴＮｔｈとして、エタノール濃度ＥＴＮ１に対応するＰＭ濃度として規定されていてもよい。
【０１２６】
尚、ステップＳ１０１においてメタン濃度が基準値以上であると判別されるエタノール濃度ＥＴＮは、このＥＴＮ１或いはＥＴＮ１に限らずＨＰＬＥＧＲとＬＰＬＥＧＲとの選択に係る基準値よりも低濃度側にあることは言うまでもない。
【０１２７】
以上説明したように、本実施形態に係るメタン低減制御によれば、排気中のメタン濃度が基準値以上である場合に、ＥＧＲ装置４００を使用したメタンの筒内燃焼が促進される。特に、排気中のＰＭ濃度ｐｍが基準値ｐｍｔｈ未満となる条件下、即ち、ＥＧＲ装置４００各部にデポジットの付着又は堆積を生じさせない条件下では、ＨＰＬ経路を使用したＨＰＬＥＧＲが選択される。
【０１２８】
ＨＰＬＥＧＲは、ＬＰＬＥＧＲと較べて、三元触媒３００による圧力低下及び温度低下が回避される分、高圧且つ高温であり、気筒２０２内の温度を可及的に高温に維持し得る又は上昇させ得ると共に、より多くの排気を還流させることができる。従って、メタンの筒内燃焼が好適に促進され、メタンを好適に低減することが可能となるのである。
【０１２９】
尚、本実施形態に係るメタン低減制御においては、気筒２０２の燃焼室の温度としての筒内温度Ｔｃｙｌは参照されないが、図２に例示されるようにメタンの浄化に高温を必要とする点に鑑みれば、メタン低減制御の実行要件に、筒内温度Ｔｃｙｌが基準値以上であることを追加してもよい。
【０１３０】
基準値Ｔｃｙｌｔｈは、気筒２０２内部でのメタンの燃焼（筒内燃焼）が十分に進行するか否か、言い換えれば、ＨＰＬＥＧＲが有効に機能するか否かを判定するための温度として実験的に適合された値でもよい。また、基準値Ｔｃｙｌｔｈは、メタンを確実に筒内燃焼させ得る場合に限ってＥＧＲを実行することを前提とする場合、例えば、上述した９９％浄化温度Ｔ１であってもよい。また、メタンの筒内燃焼を幾らかなり促進する観点からは、９９％浄化温度Ｔ１よりも低温側の値であってもよい。
【０１３１】
尚、筒内温度Ｔｃｙｌは、気筒内圧Ｐｃｙｌに基づいて推定することができる。より具体的には、ＥＣＵ１００のＲＯＭには、予め筒内圧Ｐｃｙｌと筒内温度Ｔｃｙｌとを対応付けてなる筒内温度マップが格納されており、ＥＣＵ１００は、筒内圧センサにより検出されるその時点の筒内圧Ｐｃｙｌに応じた一の筒内温度Ｔｃｙｌを選択することにより筒内温度Ｔｃｙｌを推定してもよい。
＜第２実施形態＞
次に、図５を参照し、本発明の第２実施形態として、ＥＣＵ１００により実行されるＨＰＬＥＧＲ最適化制御について説明する。ここに、図５は、ＨＰＬＥＧＲ最適化制御のフローチャートである。
【０１３２】
尚、ＨＰＬＥＧＲ最適化制御とは、三元触媒３００上流側における排気のメタン濃度を最小化するための制御であり、本発明に係る「第３特定手段」及び「第３制御手段」の動作の一例である。
【０１３３】
尚、第２実施形態に係るシステム構成は、第１実施形態と基本的に同様であるとする。
【０１３４】
図５において、ＥＣＵ１００は、ＨＰＬＥＧＲの実行中であるか否かを判別する（ステップＳ２０１）。ＨＰＬＥＧＲの実行中でない場合（ステップＳ２０１：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０１を繰り返し実行して実質的に処理を待機状態とする。
【０１３５】
ＨＰＬＥＧＲを実行中である場合（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲガス温が高温であるか否かを判別する（ステップＳ２０２）。この際、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲガス温Ｔｅｇｒを基準値と比較する。
【０１３６】
ＥＧＲガス温が高温で有る場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲクーラ４０９における冷却水流量を増量させ、ＥＧＲガスの冷却を促進する（ステップＳ２０３）。
【０１３７】
一方、ＥＧＲガスの冷却を促進すると、ＥＣＵ１００は、排気中のメタン濃度が増加したか否かを判別する（ステップＳ２０４）。尚、ＥＣＵ１００は、使用燃料の種類（燃料種）と排気空燃比ＡＦとに基づいて、排気中のメタン濃度を一定周期で算出している。ステップＳ２０４では、このようにして算出されたメタン濃度の最新値が前回値と比較される。
【０１３８】
メタン濃度が増加している場合（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、気筒２０２内部が過剰に高温となり、ノッキング或いはノッキングを誘引する燃焼異常が生じているものとして、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲバルブ４０７を閉弁側に駆動し、ＥＧＲ量を制限する（ステップＳ２０５）。
【０１３９】
ＥＧＲ量が制限されると、ＥＧＲによる筒内酸素不足を補うために開弁側に駆動されていたスロットルバルブ２０５を閉弁側に駆動することができ、エンジン負荷としては軽負荷側に推移する。このため、筒内温度の減少効果を得ることができる。
【０１４０】
ステップＳ２０４において、メタン濃度が増加していない場合（ステップＳ２０４：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲ量を増量する（ステップＳ２０６）。即ち、ＥＧＲ量の増量によりメタンの低減が促進される。ステップＳ２０５又はステップＳ２０６が実行されると、処理はステップＳ２０１に戻される。
【０１４１】
一方、ステップＳ２０２において、ＥＧＲガス温が高温でない場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲクーラ４０９の冷却水量を減少させ、ＥＧＲガスを昇温させることによって筒内温度の昇温を促す（ステップＳ２０７）。
【０１４２】
ステップＳ２０７が実行されると、処理はステップＳ２０６に移行され、ＥＧＲ量が増量される。
【０１４３】
このように、ＨＰＬＥＧＲ最適化制御によれば、メタン濃度変化量に基づいてＥＧＲガス温及びＥＧＲ量がフィードバック制御され、メタン濃度が、エンジン２００の運転条件の制約の中で最小値に維持される。このため、メタン低減に係る効果を最大限に得ることが可能となる。
【０１４４】
尚、ステップＳ２０２においては、ハンチングを防止するため、ＥＧＲガス温が所定範囲にある場合には、ＥＧＲ装置４００の冷却状態が維持されてもよい。即ち、当該所定範囲よりも高温側である場合に冷却が促進され、低温側である場合に筒内の昇温が促進されてもよい。
【０１４５】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の排気制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１４６】
本発明に係る内燃機関の排気制御装置は、排気にメタンを含む燃料を使用可能な内燃機関における排気中のメタン低減に利用可能である。
【符号の説明】
【０１４７】
１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、３００…三元触媒、４００…ＥＧＲ装置、４０２…ＨＰＬＥＧＲ通路、４０４…ＬＰＬＥＧＲ通路、４０５…切り替え弁、４０６…共有ＥＧＲ通路。
【図１】
2011158375.tif 000003
【図２】
2011158375.tif 000004
【図３】
2011158375.tif 000005
【図４】
2011158375.tif 000006
【図５】
2011158375.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成23年8月9日(2011.8.9)
【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】
排気にメタンが含まれる燃料を使用可能な内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、
前記内燃機関の吸気通路に対し、前記排気を、前記排気浄化装置を含まないＨＰＬ経路で還流させることが可能なＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の排気還流量を調整可能な調整手段と
を備えた車両における前記内燃機関の排気制御装置であって、
前記内燃機関の使用燃料に基づいて前記排気のメタン濃度を特定する第１特定手段と、
前記特定されたメタン濃度が基準値以上である場合に、前記ＨＰＬ経路の排気還流量が増加するように前記調整手段を制御する第１制御手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
前記第１特定手段は、前記使用燃料がＣＮＧである場合に、前記メタン濃度が前記基準値以上であると特定する
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃機関の排気制御装置。
【請求項４】
前記第１特定手段は、前記燃料のアルコール濃度に基づいて前記メタン濃度を特定する
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃機関の排気制御装置。
【請求項５】
前記ＥＧＲ通路は、前記排気を、前記ＨＰＬ経路に加えて前記排気浄化装置を含むＬＰＬ経路で還流させることが可能であり、
前記車両は、前記排気の還流経路を、前記ＨＰＬ経路と前記ＬＰＬ経路との間で切り替え可能な切り替え手段を更に具備し、
前記内燃機関の排気制御装置は、
前記排気のＰＭ濃度を特定する第２特定手段と、
前記特定されたＰＭ濃度が基準値以上である場合に前記還流経路が前記ＬＰＬ経路となるように前記切り替え手段を制御する第２制御手段と
を具備する
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃機関の排気制御装置。
【請求項６】
前記車両は、前記ＥＧＲ通路に前記排気を冷却可能な冷却手段を備え、
前記内燃機関の排気制御装置は、
前記ＥＧＲ通路の排気温度を特定する第３特定手段と、
該特定された排気温度と前記特定されたメタン濃度とに基づいて、前記メタン濃度が最小となるように前記冷却手段及び前記調整手段を制御する第３制御手段と
を具備する
ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の内燃機関の排気制御装置。
【手続補正書】
【提出日】平成24年12月12日(2012.12.12)
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気再循環）装置を備えた内燃機関における排気制御装置の技術分野に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
上述した課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の排気制御装置は、排気にメタンが含まれる燃料を使用可能な内燃機関と、前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、前記内燃機関の吸気通路に対し、前記排気を、前記排気浄化装置を含まないＨＰＬ経路で還流させることが可能なＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路の排気還流量を調整可能な調整手段とを備えた車両における前記内燃機関の排気制御装置であって、前記内燃機関の使用燃料に基づいて前記排気のメタン濃度を特定する第１特定手段と、前記特定されたメタン濃度が基準値以上である場合に、前記ＨＰＬ経路の排気還流量が増加するように前記調整手段を制御する第１制御手段とを具備することを特徴とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
このように、本発明に係る内燃機関の排気制御装置は、排気浄化装置による浄化反応ではなく、気筒内部での再燃焼によってメタンの低減を図る旨の技術思想をその本質としており、メタンの低減を好適に進捗させ得る点において、排気浄化装置でメタンの浄化を図る如何なる技術思想に対しても優越するものである。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
また、本発明に係る内燃機関の排気制御装置では、上述した第１特定手段が、内燃機関の使用燃料に基づいてメタン濃度を特定する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
第１特定手段は、上述した「特定対象と一対一、一対多、多対一又は多対多に対応する物理状態」としての使用燃料に基づいてメタン濃度を特定する。即ち、この態様によれば、使用燃料とメタン濃度との対応関係が既知であり、燃料種がメタン濃度を代替するものとして扱われ、メタン濃度が少なくとも潜在的に特定される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
本発明に係る内燃機関の排気制御装置の一の態様では、前記第１特定手段は、前記使用燃料がＣＮＧである場合に、前記メタン濃度が前記基準値以上であると特定する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
本発明に係る内燃機関の排気制御装置の他の態様では、前記第１特定手段は、前記燃料のアルコール濃度に基づいて前記メタン濃度を特定する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
本発明に係る内燃機関の排気制御装置の他の態様では、前記ＥＧＲ通路は、前記排気を、前記ＨＰＬ経路に加えて前記排気浄化装置を含むＬＰＬ経路で還流させることが可能であり、前記車両は、前記排気の還流経路を、前記ＨＰＬ経路と前記ＬＰＬ経路との間で切り替え可能な切り替え手段を更に具備し、前記内燃機関の排気制御装置は、前記排気のＰＭ濃度を特定する第２特定手段と、前記特定されたＰＭ濃度が基準値以上である場合に前記還流経路が前記ＬＰＬ経路となるように前記切り替え手段を制御する第２制御手段とを具備する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
本発明に係る内燃機関の排気制御装置の他の態様では、前記車両は、前記ＥＧＲ通路に前記排気を冷却可能な冷却手段を備え、前記内燃機関の排気制御装置は、前記ＥＧＲ通路の排気温度を特定する第３特定手段と、該特定された排気温度と前記特定されたメタン濃度とに基づいて、前記メタン濃度が最小となるように前記冷却手段及び前記調整手段を制御する第３制御手段とを具備する。
【手続補正１１】
【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】
排気にメタンが含まれる燃料を使用可能な内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、
前記内燃機関の吸気通路に対し、前記排気を、前記排気浄化装置を含まないＨＰＬ経路で還流させることが可能なＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の排気還流量を調整可能な調整手段と
を備えた車両における前記内燃機関の排気制御装置であって、
前記内燃機関の使用燃料に基づいて前記排気のメタン濃度を特定する第１特定手段と、
前記特定されたメタン濃度が基準値以上である場合に、前記ＨＰＬ経路の排気還流量が増加するように前記調整手段を制御する第１制御手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
【請求項２】
前記第１特定手段は、前記使用燃料がＣＮＧである場合に、前記メタン濃度が前記基準値以上であると特定する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気制御装置。
【請求項３】
前記第１特定手段は、前記燃料のアルコール濃度に基づいて前記メタン濃度を特定する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気制御装置。
【請求項４】
前記ＥＧＲ通路は、前記排気を、前記ＨＰＬ経路に加えて前記排気浄化装置を含むＬＰＬ経路で還流させることが可能であり、
前記車両は、前記排気の還流経路を、前記ＨＰＬ経路と前記ＬＰＬ経路との間で切り替え可能な切り替え手段を更に具備し、
前記内燃機関の排気制御装置は、
前記排気のＰＭ濃度を特定する第２特定手段と、
前記特定されたＰＭ濃度が基準値以上である場合に前記還流経路が前記ＬＰＬ経路となるように前記切り替え手段を制御する第２制御手段と
を具備する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気制御装置。
【請求項５】
前記車両は、前記ＥＧＲ通路に前記排気を冷却可能な冷却手段を備え、
前記内燃機関の排気制御装置は、
前記ＥＧＲ通路の排気温度を特定する第３特定手段と、
該特定された排気温度と前記特定されたメタン濃度とに基づいて、前記メタン濃度が最小となるように前記冷却手段及び前記調整手段を制御する第３制御手段と
を具備する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気制御装置。
【国際調査報告】
2011158375.tif 000008
2011158375.tif 000009
2011158375.tif 000010
2011158375.tif 000011