(57)【要約】【課題】排気通路に設けられた燃料添加弁より下流から排気を還流させる排気還流装置を備える場合に、燃料添加の精度を確保しつつ、燃料添加による燃焼の変動を抑制する。【解決手段】排気通路上にＤＰＦ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒などが設けられ、排気浄化装置の上流側には燃料添加弁が設けられる。燃料添加弁は触媒再生のために排気通路に燃料を添加する。また、排気浄化装置の上流側から吸気側へ排気を還流させる高圧ループＥＧＲ装置と、排気浄化装置の下流側から吸気側へ排気を還流させる低圧ループＥＧＲ装置とが設けられる。触媒再生のために燃料添加を行う場合、添加制御手段は、１回の燃料添加により添加される燃料の量である単位添加量を制御インターバル毎に決定する。そして、添加制御手段は、単位添加量が燃料添加手段の最小噴射量より小さい場合には、最小噴射量で燃料添加を行うとともに、最小噴射量で燃料添加を行った場合の余剰分の燃料量を次回以降の燃料添加における添加量から減量する。【選択図】図５
2008208719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気制御装置であって、
前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、
前記排気通路における前記排気浄化装置の上流側位置に設けられた燃料添加手段と、
前記排気通路における前記排気浄化装置の上流側位置から前記内燃機関の吸気側へ排気を還流させる第１の排気還流装置と、
前記排気通路における前記排気浄化装置の下流側位置から前記内燃機関の吸気側へ排気を還流させる第２の排気還流装置と、
前記燃料添加手段を使用して排気中に燃料添加を行う添加制御手段と、を備え、
前記添加制御手段は、１回の燃料添加により添加される燃料の量である単位添加量を制御インターバル毎に決定し、前記単位添加量が前記燃料添加手段の最小噴射量より小さい場合には、前記最小噴射量で燃料添加を行うとともに、前記最小噴射量で燃料添加を行った場合の余剰分の燃料量を次回以降の燃料添加における添加量から減量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】
前記添加制御手段はＥＣＵにより構成され、前記制御インターバルは前記ＥＣＵの演算能力に基づいて決定され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】
前記排気浄化装置の温度を検出する温度センサを備え、前記制御インターバルは前記温度センサの反応時間に設定され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】
前記制御インターバルは、前記燃料添加手段により添加された燃料が前記排気浄化装置へ到達するまでに要する時間と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】
内燃機関の排気制御装置であって、
前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、
前記排気通路における前記排気浄化装置の上流側位置に設けられた燃料添加手段と、
前記排気通路における前記排気浄化装置の上流側位置から前記内燃機関の吸気側へ排気を還流させる第１の排気還流装置と、
前記排気通路における前記排気浄化装置の下流側位置から前記内燃機関の吸気側へ排気を還流させる第２の排気還流装置と、
前記燃料添加手段を使用して排気中に燃料添加を行う添加制御手段と、を備え、
前記添加制御手段は、１回の燃料添加により添加される燃料の量である単位添加量を制御インターバル毎に決定し、前記単位添加量が前記燃料添加手段の最小噴射量より小さい場合には、前記最小噴射量以上の添加量で燃料添加を行うように燃料添加の時間間隔を延長することを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
【請求項６】
前記第２の排気還流装置による排気還流率の変動量を検出する変動検出手段を備え、
前記添加制御手段は、前記単位添加量が前記燃料添加手段の最小噴射量以上であり、かつ、前記排気還流率の変動量が所定変動量より大きい場合には、添加量を減少させるとともに燃料添加の時間間隔を短縮することを特徴とする請求項５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、排気ガスを排気通路から吸気通路へ還流する排気還流通路を備える内燃機関の排気制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、排気通路に燃料を添加する燃料添加弁を設け、触媒やフィルタなどの排気浄化装置の再生のために燃料添加を行う内燃機関の排気浄化システムが知られている。例えば排気浄化装置として窒素酸化物（ＮＯｘ）の吸蔵還元型触媒が設けられている場合、燃料添加弁から還元剤としての燃料を添加することにより、排気をリッチ状態としてＮＯｘを還元する。特許文献１には、ＮＯｘ還元のために排気中に燃料を添加する場合に、複数回の燃料添加を内燃機関のクランク角に同期させて実行する手法が記載されている。
【０００３】
一方、内燃機関から排気通路に排出される排気ガスの一部を吸気側に還流させることにより燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの生成を抑制する排気還流（ＥＧＲ）装置が知られている。特許文献２には、排気通路の触媒より上流側の位置から排気ガスを吸気側に還流させるＥＧＲ装置に加えて、触媒より下流側の位置から排気ガスを吸気側に還流させるＥＧＲ装置を備える排気浄化システムが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１０６３３２号公報
【特許文献２】特開２００５−７６４５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２のように、燃料添加弁より下流側から排気ガスを吸気側に還流させるＥＧＲ装置を備える排気浄化システムの場合、燃料添加により触媒やＤＰＦで発生した二酸化炭素（ＣＯ２）が吸気側に回り込むなどの原因で、内燃機関の燃焼状態が変動し、トルクが変動するという不具合が生じうる。このトルク変動を防止するには、燃料添加をクランク角に同期して等間隔に行うことが有効である。しかし、燃料添加弁は、噴射量が少なすぎると噴射量の精度が低下する性質を有するため、燃料添加の回数が増えて１回の燃料添加量が燃料添加弁の最小噴射量より小さくなると、噴射量の精度が低下し、制御性が悪化するという問題がある。
【０００６】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、排気通路に設けられた燃料添加弁より下流から排気を還流させる排気還流装置を備える排気浄化装置において、燃料添加の精度を確保しつつ、燃料添加による燃焼の変動を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの観点では、内燃機関の排気制御装置は、前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、前記排気通路における前記排気浄化装置の上流側位置に設けられた燃料添加手段と、前記排気通路における前記排気浄化装置の上流側位置から前記内燃機関の吸気側へ排気を還流させる第１の排気還流装置と、前記排気通路における前記排気浄化装置の下流側位置から前記内燃機関の吸気側へ排気を還流させる第２の排気還流装置と、前記燃料添加手段を使用して排気中に燃料添加を行う添加制御手段と、を備え、前記添加制御手段は、１回の燃料添加により添加される燃料の量である単位添加量を制御インターバル毎に決定し、前記単位添加量が前記燃料添加手段の最小噴射量より小さい場合には、前記最小噴射量で燃料添加を行うとともに、前記最小噴射量で燃料添加を行った場合の余剰分の燃料量を次回以降の燃料添加における添加量から減量する。
【０００８】
上記の内燃機関の排気制御装置では、排気通路上に、例えばＤＰＦ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒などの排気浄化装置が設けられている。排気浄化装置の上流側には、燃料添加弁などの燃料添加手段が設けられる。燃料添加手段は、ＤＰＦに対するＰＭ再生、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元及び硫黄被毒回復などの触媒再生のために、排気通路に燃料を添加することができる。また、排気浄化装置の上流側から吸気側へ排気を還流させる第１の排気還流装置と、排気浄化装置の下流側から吸気側へ排気を還流させる第２の排気還流装置とが設けられる。
【０００９】
触媒再生のために燃料添加を行う場合、添加制御手段は、１回の燃料添加により添加される燃料の量である単位添加量を制御インターバル毎に決定する。制御インターバルは、燃料の添加量を決定し制御する時間的単位である。そして、添加制御手段は、単位添加量が燃料添加手段の最小噴射量より小さい場合には、最小噴射量で燃料添加を行うとともに、最小噴射量で燃料添加を行った場合の余剰分の燃料量を次回以降の燃料添加における添加量から減量する。燃料添加手段は、燃料の添加量が少ない場合に、添加量の制御精度が低下するという性質を有する。よって、計算などにより得られた単位添加量が最小噴射量より小さい場合には、最小噴射量で燃料添加を行うことにより、精度を確保する。但し、その場合には、必要な量より過剰な添加がなされることとなるので、添加制御手段は、次回以降の燃料添加において、過剰な添加分を減算してトータルの添加量を適切な値となるように調整する。
【００１０】
上記の内燃機関の排気制御装置の一態様では、前記添加制御手段はＥＣＵにより構成され、前記制御インターバルは前記ＥＣＵの演算能力に基づいて決定される。この態様では、ＥＣＵに過度の演算負荷をかけることなく、燃料添加量を制御することができる。
【００１１】
上記の内燃機関の排気制御装置の他の一態様では、前記排気浄化装置の温度を検出する温度センサを備え、前記制御インターバルは前記温度センサの反応時間に設定される。この態様では、温度センサの反応時間以上に短い周期で燃料の添加量を計算することがなくなり、不要にＥＣＵに負荷を与えることが防止される。
【００１２】
上記の内燃機関の排気制御装置の他の一態様では、前記制御インターバルは、前記燃料添加手段により添加された燃料が前記排気浄化装置へ到達するまでに要する時間とする。この態様では、添加された燃料が触媒などの排気浄化装置へ到達する時間を考慮し、それより短い周期で燃料の添加量を算出することがないので、不要にＥＣＵに負荷を与えることが防止される。
【００１３】
本発明の他の観点では、内燃機関の排気制御装置は、前記内燃機関の排気通路に設けられた排気浄化装置と、前記排気通路における前記排気浄化装置の上流側位置に設けられた燃料添加手段と、前記排気通路における前記排気浄化装置の上流側位置から前記内燃機関の吸気側へ排気を還流させる第１の排気還流装置と、前記排気通路における前記排気浄化装置の下流側位置から前記内燃機関の吸気側へ排気を還流させる第２の排気還流装置と、前記燃料添加手段を使用して排気中に燃料添加を行う添加制御手段と、を備え、前記添加制御手段は、１回の燃料添加により添加される燃料の量である単位添加量を制御インターバル毎に決定し、前記単位添加量が前記燃料添加手段の最小噴射量より小さい場合には、前記最小噴射量以上の添加量で燃料添加を行うように燃料添加の時間間隔を延長する。
【００１４】
上記の内燃機関の排気制御装置では、排気通路上に、例えばＤＰＦ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒などの排気浄化装置が設けられている。排気浄化装置の上流側には、燃料添加弁などの燃料添加手段が設けられる。燃料添加手段は、ＤＰＦに対するＰＭ再生、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＮＯｘ還元及び硫黄被毒回復などの触媒再生ために、排気通路に燃料を添加することができる。また、排気浄化装置の上流側から吸気側へ排気を還流させる第１の排気還流装置と、排気浄化装置の下流側から吸気側へ排気を還流させる第２の排気還流装置とが設けられる。
【００１５】
触媒再生のために燃料添加を行う場合、添加制御手段は、１回の燃料添加により添加される燃料の量である単位添加量を制御インターバル毎に決定する。制御インターバルは、燃料の添加量を決定し制御する時間的単位である。そして、添加制御手段は、単位添加量が燃料添加手段の最小噴射量より小さい場合には、最小噴射量以上の添加量で燃料添加を行うように燃料添加の時間間隔を延長する。これにより、触媒の再生要求により決定される燃料噴射量が少ない場合でも、常に燃料添加量の精度を確保することが可能となる。
【００１６】
上記の内燃機関の排気制御装置の一態様は、前記第２の排気還流装置による排気還流率の変動量を検出する変動検出手段を備え、前記添加制御手段は、前記単位添加量が前記燃料添加手段の最小噴射量以上であり、かつ、前記排気還流率の変動量が所定変動量より大きい場合には、添加量を減少させるとともに燃料添加の時間間隔を短縮する。この態様では、添加した燃料が触媒などの排気浄化装置で燃焼することにより、排気還流装置による排気還流率が許容値を超えて変動する場合には、燃料添加の間隔を短くし、少量ずつ燃料を添加するようにする。これにより、燃料を添加した後の排気が吸気側に還流されることにより生じる内燃機関の燃焼状態の変動、トルク変動を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００１８】
［装置構成］
図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の排気制御装置の概略構成を示すブロック図である。なお、図１において、実線の矢印は吸気及び排気の流れを示し、破線の矢印は制御信号を示す。
【００１９】
図１において、内燃機関の排気制御装置１００は、第１〜第４（＃１〜＃４）気筒を有する直列４気筒の内燃機関（以下、「エンジン」と呼ぶ。）１０を備える。エンジン１０の各気筒は、吸気マニホールド１１及び排気マニホールド１２に接続されている。エンジン１０は、各気筒に設けられた燃料噴射弁１５と、各燃料噴射弁１５に対して高圧の燃料を供給するコモンレール１４とを備え、コモンレール１４には不図示の燃料ポンプにより燃料が高圧状態で供給される。燃料噴射弁１５からの燃料噴射量及び噴射タイミングは、ＥＣＵ７から供給される制御信号Ｓ４により制御される。
【００２０】
吸気マニホールド１１に接続された吸気通路２０には、エンジン１０への流入空気量を計測するエアフローメータ２１と、スロットル弁２２と、ターボチャージャ２３のコンプレッサ２３ａと、吸気を冷却するインタークーラ２４とが設けられている。エアフローメータ２１からの検出信号Ｓ１はＥＣＵ７へ供給される。また、スロットル弁２２の開度は、ＥＣＵ７から供給される制御信号Ｓ２により制御される。
【００２１】
排気マニホールド１２に接続された排気通路２５には、ターボチャージャ２３のタービン２３ｂが設けられている。排気通路２５のタービン２３ｂの上流位置と、吸気通路２０のインタークーラ２４より下流位置とは、ＥＧＲ通路３１により接続されている。ＥＧＲ通路３１には、ＥＧＲ量を制御するためのＥＧＲ弁３３が設けられている。ＥＧＲ弁３３の開度は、ＥＣＵ７から供給される制御信号Ｓ３により制御される。なお、このようにＥＧＲガスの取り出し口がターボチャージャのタービンの上流側にあるＥＧＲ装置を「高圧ループ（ＨＰＬ）ＥＧＲ装置」と呼ぶ。
【００２２】
排気通路２５のタービン２３ｂより下流位置には触媒３６が設けられている。触媒３６は、例えばＮＯｘ吸蔵還元触媒、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）などとすることができる。排気通路２５の触媒３６より下流位置には排気絞り弁４１が設けられている。排気絞り弁４１の開度は、ＥＣＵ７から供給される制御信号Ｓ７により制御される。触媒３６には、その温度を検出する温度センサ４２が設けられている。温度センサ４２は、触媒３６の温度を示す検出信号Ｓ８をＥＣＵ７に供給する。
【００２３】
また、排気通路２５のタービン２３ｂより下流側の位置と、吸気通路２０のコンプレッサ２３ａより上流側の位置とを接続するＥＧＲ通路３５が設けられている。より具体的には、ＥＧＲ通路３５は、排気通路２５に設けられた触媒３６より下流側の位置から排気ガス（ＥＧＲガス）を取り出すように構成されている。ＥＧＲ通路３５にはＥＧＲガス量を制御するためのＥＧＲ弁３７と、ＥＧＲクーラ３９とが設けられており、ＥＧＲ弁３７の開度はＥＣＵ７からの制御信号Ｓ６により制御される。なお、このようにＥＧＲガスの取り出し口がターボチャージャのタービンの下流側にあるＥＧＲ装置を「低圧ループ（ＬＰＬ）ＥＧＲ装置」と呼ぶ。
【００２４】
排気通路２５のタービン２３ｂより下流側の位置には、気筒毎に設けられた燃料噴射弁１５とは別に、未燃燃料を噴射する燃料添加弁１７が設けられている。燃料添加弁１７からの燃料添加量はＥＣＵ７から供給される制御信号Ｓ５により制御される。燃料添加弁１７は、主として排気通路に設けられる触媒３６の再生処理のために排気中に燃料を添加する。なお、燃料添加弁は、上記の位置に設ける代わりに、例えばタービン２３ｂより上流側の位置、もしくは排気マニホールド１２に設けてもよい。但し、排気マニホールド１２に設けられる場合には、燃料添加弁から添加された燃料が高圧ループＥＧＲ装置により吸気側へ還流されないような位置に燃料添加弁を配置することが必要となる。
【００２５】
ＥＣＵ７は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有し、上記のように内燃機関の排気制御装置１００の各要素を統括的に制御する。
【００２６】
上記の構成において、触媒３６は本発明における排気浄化装置に相当し、ＥＧＲ通路３１などにより構成される高圧ループＥＧＲ装置は第１の排気還流装置に相当し、ＥＧＲ通路３５などにより構成される低圧ループＥＧＲ装置は第２の排気還流装置に相当する。また、燃料添加弁１７は燃料添加手段に相当し、ＥＣＵ７は添加制御手段及び変動検出手段に相当する。
【００２７】
図２は、ＥＧＲ装置の動作領域を示すマップの例であり、具体的にはエンジンの回転数及び負荷と、高圧ループＥＧＲ装置及び低圧ループＥＧＲ装置の動作領域との関係を示している。
【００２８】
図示のように、エンジン回転数が低く、エンジン負荷が小さい領域では、ＥＣＵ７は高圧ループＥＧＲ装置のみを動作させる。一方、エンジンの回転数が高く、要求負荷も高い領域では、ＥＣＵ７は低圧ループＥＧＲ装置のみを動作させる。エンジンの回転数及び要求負荷が、高圧ループＥＧＲ装置の動作領域と低圧ループＥＧＲ装置の動作領域の間にある場合には、ＥＣＵ７は高圧ループＥＧＲ装置と低圧ループＥＧＲ装置の両方を動作させる。高圧ループＥＧＲ装置と低圧ループＥＧＲ装置の両方を同時に動作させる領域を「ＭＰＬ（Ｍｉｘｅｄ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｌｏｏｐ）領域」と呼ぶ。なお、具体的には、ＥＣＵ７は、図示しないクランク角センサなどによりエンジンの回転数を取得するとともに、アクセル開度センサの出力や燃料噴射量などに基づいてエンジンの負荷を算出する。そして、ＥＧＲ弁３３及び３７に制御信号Ｓ３及びＳ６を供給して、高圧ループＥＧＲ装置及び低圧ループＥＧＲ装置の動作を制御する。
【００２９】
［第１実施形態］
次に、本発明の第１実施形態について説明する。第１実施形態では、触媒３６の再生処理のための燃料添加において、ＥＣＵ７の能力に基づいて決定された制御インターバル毎に燃料添加弁１７からの燃料添加量を算出する。なお、触媒３６の再生処理には、例えば触媒３６がＤＰＦである場合のＰＭ（粒子状物質：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）再生、並びに、触媒３６がＮＯｘ吸蔵還元触媒である場合のＮＯｘ還元処理や硫黄被毒回復処理などが含まれる。
【００３０】
まず、燃料添加量の計算周期について説明する。一般的な手法により、燃料添加１回毎に燃料添加量を計算することとすると、１回あたりの燃料添加量の計算周期が短くなり、ＥＣＵ７に対する負荷が高くなってしまうという問題が生じる。例えば、燃料添加を行う際のエンジンの最高回転数を４２００ｒｐｍとし、計算誤差などのエラーによる影響を１０％以下に抑制するために燃料添加量を１０回計算してクランク角７２０ＣＡ毎に燃料を添加するものと仮定する。この場合、ＥＣＵ７による燃料添加１回あたりの燃料添加量の計算周期は約２．８ｍｓとなり、ＥＣＵ７の計算負荷が高くなってしまう。
【００３１】
そこで、本実施形態では、燃料添加量の計算において、制御インターバルという概念を導入し、制御インターバルの単位で燃料添加量を計算し、燃料添加を制御する。一例として、上記の条件と同様に、エンジンの最高回転数を４２００ｒｐｍとし、計算誤差などのエラーによる影響を１０％以下に抑えるために、燃料添加量を１０回計算して燃料添加を行うこととする。ここで、ＥＣＵ７により過度の負荷無く計算できるように、１回あたりの燃料添加量の計算周期を１６ｍｓとすると、制御インターバルは１６０ｍｓとなる。
【００３２】
さらに、本実施形態では、燃料添加弁による燃料噴射量の制御精度を考慮して燃料添加量を変更する点に特徴を有する。燃料添加弁は、１回にある量以上の燃料を噴射する場合には、噴射量の制御精度を維持することができるが、１回の燃料噴射量が少なすぎると、その精度が低下してしまうという性質を有する。以下、必要な精度を維持できる最小の燃料噴射量を「最小噴射量（Ｑｕｎｄ）」と呼ぶ。ＥＣＵ７は、１回の燃料添加による燃料添加量（以下、「単位添加量」とも呼ぶ。）が、燃料添加弁１７の最小噴射量よりも小さい場合には、最小噴射量で燃料添加を実行するとともに、余剰噴射分を次回の燃料添加量から減算してトータルの燃料添加量を維持する。これにより、１回の燃料添加量が少ない場合でも、精度良く添加量を制御することができる。
【００３３】
本実施形態による燃料添加量の計算方法について、図３乃至５を参照して具体的に説明する。図３は、触媒の再生制御における触媒床温の変化例を示すグラフであり、図４は燃料添加量の計算及び燃料添加のタイミングチャートである。図５は、第１実施形態による燃料添加制御のフローチャートである。
【００３４】
図５において、まず、ＥＣＵ７は、触媒３６の再生要求があるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。例えば触媒３６がＮＯｘ吸蔵還元触媒である場合、ＥＣＵ７はＮＯｘ還元処理又は硫黄被毒回復処理の要求があるか否かを判定する。また、触媒３６がＤＰＦなどである場合、ＥＣＵ７は車両の走行距離や触媒前後の差圧などにより、ＰＭ再生が要求されているか否かを判定する。
【００３５】
触媒３６の再生要求がある場合（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７は、目標触媒床温Ｔｔｒｇと、通常触媒床温Ｔｃａｔとを取得する（ステップＳ１０２）。「目標触媒床温Ｔｔｒｇ」とは燃料添加により最終的に触媒３６を昇温する目標温度であり、「通常触媒床温Ｔｃａｔ」とは燃料添加を行っていないときの触媒３６の温度である。なお、これらは、ＥＣＵ７が予め用意されたマップなどを参照し、エンジン１０のエンジン回転数及び燃料噴射量などに基づいて決定する。
【００３６】
図３は、目標触媒床温Ｔｔｒｇと通常触媒床温Ｔｃａｔの関係を示す。燃料添加を実行すると、触媒３６内で燃料が燃焼して触媒床温が上昇する。即ち、触媒３６を目標触媒床温Ｔｔｒｇまで昇温するためには、温度偏差（昇温量）ΔＴ（＝Ｔｔｒｇ−Ｔｃａｔ）に対応する量の燃料を添加することが必要となる。
【００３７】
また、ＥＣＵ７は、触媒再生用に触媒を通過するガス量（以下、「触媒通過ガス量」と呼ぶ。）Ｇｃａｔを算出する（ステップＳ１０３）。触媒通過ガス量Ｇｃａｔは、例えば以下の式で得られる。
【００３８】
Ｇｃａｔ＝Ｇａ＋Ｇｌｐ＋Ｇｆ                            （１）
ここで、図１に示すように、「Ｇａ」は吸気ガス量でありエアフローメータにより検出される。「Ｇｌｐ」は低圧ループＥＧＲ装置によるＥＧＲガス量であり、ＥＧＲ弁３７の開度などに基づいて計算される。「Ｇｆ」はエンジン１０に供給されるガス量である。
【００３９】
次に、ＥＣＵ７は、制御インターバルＴｉを算出する（ステップＳ１０４）。具体的には、ＥＣＵ７が過度の負荷無く計算を行える計算周期、エンジンの最高回転数、許容誤差などを考慮して制御インターバルが計算される。上記の例では、エンジンの最高回転数を４２００ｒｐｍとし、計算誤差などのエラーによる影響を１０％以下に抑えるために、燃料添加量を１０回計算して燃料添加を行うこととする。ＥＣＵ７により過度の負荷無く計算できるように、１回あたりの燃料添加量の計算周期を１６ｍｓとすると、制御インターバルは１６０ｍｓとなる。
【００４０】
次に、ＥＣＵ７は、単位添加量を計算する（ステップＳ１０５）。いま、ＥＣＵ７による１回の計算で得られる要求添加量を「Ｑｉｎｄ」で示すものとする。本例では、制御インターバルＴｉ内に、ＥＣＵ７は要求添加量Ｑｉｎｄを１０回計算して積算し、制御インターバルＴｉ単位の積算添加量Ｑｓｕｍを計算する。要求添加量Ｑｉｎｄは以下の式で得られる。
【００４１】
Ｑｉｎｄ＝Ｇｃａｔ×ΔＴ×Ｋ×Ｋｔ
＝Ｇｃａｔ×（Ｔｔｒｇ−Ｔｃａｔ）×Ｋ×Ｋｔ        （２）
ここで、Ｇｃａｔは上記式（１）で得られる。また、係数「Ｋ」は温度差及び空気量から噴射量を算出するための係数であり、通常はエンジン回転数によらず定数となる。また、係数「Ｋｔ」は排気通路などの配管に奪われる分の熱量を補正するための補正係数であり、一般的には排気温やエンジン回転数などにより変化する。
【００４２】
ＥＣＵ７は、上記の計算を１６ｍｓ毎に１０回繰り返して要求添加量Ｑｉｎｄを１０回求め、図４（Ａ）に示すようにそれらを積算して積算添加量Ｑｓｕｍを計算する。次に、ＥＣＵ７は、実際に１回の添加で噴射する燃料の量である単位添加量Ｑｉｎｊを計算する。前述のように実際の燃料添加はクランク角７２０ＣＡ毎に行われるので、ある制御インターバルＴｉ中にクランク角７２０ＣＡの周期がＸ回あるとすると、単位添加量Ｑｉｎｊは以下の式で得られる。
【００４３】
Ｑｉｎｊ＝Ｑｓｕｍ／Ｘ                                        （３）
こうして、ＥＣＵ７は１回の燃料添加により添加する単位添加量を得る。なお、図４（Ａ）において、燃料添加を実行する周期である添加周期はクランク角７２０ＣＡに相当し、これはエンジンの回転数により変動するため、計算周期とは必ずしも一致しない。
【００４４】
このように、本発明では、制御インターバルという概念を導入し、その単位で燃料添加量を計算するので、ＥＣＵ７の計算負荷が過度に高くなることを防止できる。
【００４５】
上記の式（３）により単位添加量Ｑｉｎｊを算出すると、ＥＣＵ７は、その単位添加量Ｑｉｎｊが最小噴射量Ｑｕｎｄより大きいか否かを判定する（ステップＳ１０６）。単位添加量Ｑｉｎｊが最小噴射量Ｑｕｎｄより大きい場合（ステップＳ１０６；Ｙｅｓ）、燃料添加弁１７は必要な精度で燃料を添加することができるので、ＥＣＵ７は単位添加量Ｑｉｎｊで燃料添加を行う（ステップＳ１０７）。一方、単位添加量Ｑｉｎｊが最小噴射量Ｑｕｎｄより小さい場合（ステップＳ１０６；Ｎｏ）、そのままでは必要な精度を確保できないので、ＥＣＵ７は最小噴射量Ｑｕｎｄで燃料添加を行う（ステップＳ１０８）。
【００４６】
図４（Ｂ）において、グラフ５２は単位噴射量Ｑｉｎｊの積算添加量を示し、グラフ５１は最小噴射量Ｑｕｎｄで燃料添加を行った場合の積算添加量を示す。グラフ５１と５２の差が、最小噴射量Ｑｕｎｄで燃料添加を実行した場合の余剰添加量の積算量である。このように、最小噴射量で燃料添加を行うと、ＥＣＵ７は、計算により得られた単位添加量より多くの燃料を添加してしまうことになる。
【００４７】
そこで、ステップＳ１０８において最小噴射量Ｑｕｎｄで燃料添加を実行した場合、ＥＣＵ７は、余剰添加量の積算量を記憶しておき、次回の制御インターバルＴｉにおいてその分を減量して燃料添加を行う（ステップＳ１０９）。具体的には、ＥＣＵ７は、余剰添加量を、次回の制御インターバルＴｉにおいて計算された積算添加量Ｑｓｕｍから減算する。これにより、単位添加量が少ない場合でも、燃料添加量の制御精度を確保しつつ、燃料添加を実行することができる。なお、上記の場合には、余剰添加量を次回以降の制御インターバルで調整することとなり、制御インターバル単位では必ずしも要求添加量に対応する燃料添加量が添加されていない場合が生じるが、制御インターバルは、燃料添加による触媒の昇温変化速度と比較して十分に短いため問題はない。
【００４８】
（第１変形例）
次に、第１実施形態の第１変形例について説明する。上述のように、本実施形態では、燃料添加量の計算に制御インターバルという概念を導入することを特徴としており、上記の第１実施形態では、制御インターバルをＥＣＵ７の計算能力に基づいて決定している。その代わりに、第１変形例では、触媒の温度を検出する温度センサの反応時間に基づいて制御インターバルを決定する。
【００４９】
上述のように、燃料添加量を計算する際には触媒床温を利用する。触媒床温にはエンジンの個別の影響などがあるため、温度センサによる検出温度に基づいて触媒床温の補正を行うことがある。ここで、温度センサには触媒床温が変化してから、それが検出されるまでの反応時間（温度センサの時定数）が存在するため、制御インターバルを温度センサの時定数より短い周期に設定し、燃料添加量を計算しても、ＥＣＵ７に不要な負荷を与えるだけであまり意味はない。そこで、第１変形例では、温度センサの反応時間（時定数）を制御インターバルに設定する。これにより、ＥＣＵ７に不要な計算負荷を与えることが無くなるとともに、温度センサによる補正を施した安定的な燃料添加量の制御が可能となる。
【００５０】
なお、第１変形例は、上述の第１実施形態と比べて、制御インターバルの決定方法が異なるのみであり、それ以外の点は同様である。よって、図５に示すフローチャートにおいても、ステップＳ１０４における制御インターバルの決定方法が異なるのみであり、他の処理は同様である。
【００５１】
（第２変形例）
次に、第１実施形態の第２変形例について説明する。上記の第１実施形態では、制御インターバルをＥＣＵ７の計算能力に基づいて決定している。その代わりに、第２変形例では、燃料添加弁１７から添加した燃料が実際に触媒３６に到達するまでの時間を制御インターバルとする。
【００５２】
燃料添加弁１７から添加した燃料が実際に触媒３６に到達するまでには、その経路長などに応じた時間（以下、「添加燃料到達時間」と呼ぶ。）を要する。よって、制御インターバルを添加燃料到達時間より短い周期に設定しても、ＥＣＵ７に不要な負荷を与えるだけであまり意味がない。そこで、第２変形例では、添加燃料到達時間を制御インターバルに設定する。これにより、ＥＣＵ７に不要な計算負荷を与えることなく、適切な量の燃料添加を行うことができる。
【００５３】
具体的には、添加燃料到達時間は、燃料添加弁１７から触媒３６までの構造上の容積、低圧ループＥＧＲ装置により吸気側に還流されるガス量などに基づいて決定される。なお、図２に例示するように、低圧ループＥＧＲ装置によるＥＧＲ量はエンジンの回転数及び負荷により変動するため、制御インターバルもエンジンの回転数及び負荷により変動することとなる。
【００５４】
なお、図１に示す構成では、燃料添加弁１７を排気通路２５上であってターボチャージャ２３のタービン２３ｂの下流側位置に設けているが、その代わりに、排気通路２５上であってタービン２３ｂの上流側位置、若しくは排気マニホールド１２に設ける構造としてもよい。その場合でも、燃料添加弁１７から触媒３６までの構造上の容積が変わるだけであり、上述と同様に添加燃料到達時間を計算し、制御インターバルを決定すればよい。
【００５５】
第２変形例は、上述の第２実施形態と比べて、制御インターバルの決定方法が異なるのみであり、それ以外の点は同様である。よって、図５に示すフローチャートにおいても、ステップＳ１０４における制御インターバルの決定方法が異なるのみであり、他の処理は全て同様である。
【００５６】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、低圧ループＥＧＲ装置により吸気側へ還流されるガス量を考慮して、触媒再生のための燃料添加の量及びタイミングを制御するものである。なお、第２実施形態においても、単位添加量の計算は制御インターバル単位で行われる。
【００５７】
図１に示すように、燃料添加弁１７の下流側に低圧ループＥＧＲ装置の排気取り出し口がある構成では、添加した燃料や、その燃料が触媒で燃焼することにより発生する二酸化炭素（ＣＯ２）などが低圧ループＥＧＲ装置により吸気側へ戻されるため、エンジンの燃焼状態が変動する、トルク変動が生じるなどの現象が起こりうる。
【００５８】
ここで、エンジンの燃焼状態やトルク変動への影響という観点では、まず、低圧ループＥＧＲ装置により吸気側へ戻されるガスの割合（即ち、ＥＧＲ率）が大きいほど、燃焼状態やトルク変動に与える影響が大きくなる。加えて、１回の燃料添加により添加される燃料の量が大きいほど、エンジン燃焼状態やトルクの変動が大きくなる。即ち、トータルで同一量の燃料を添加する場合、１回の添加量を多くして少ない回数で添加するよりも、１回の添加量を少なくして多数回に分けて添加する方が、トルク変動は生じにくくなる。
【００５９】
そこで、本実施形態では、低圧ループＥＧＲ装置のＥＧＲ率を監視し、ＥＧＲ率が所定の許容値を超える場合には、燃料添加の時間間隔を短くして、燃焼変動を抑制する。但し、１回あたりの単位添加量が燃料添加弁１７の最小噴射量より小さくなる場合には、噴射量の制御精度を確保するため、１回の燃料添加量が最小噴射量より大きくなるように燃料添加の時間間隔を大きくする。
【００６０】
図６は、第２実施形態による燃料添加制御のフローチャートである。なお、図６において、ステップＳ２０１〜Ｓ２０６は、図５に示す第１実施形態の燃料添加制御におけるステップＳ１０１〜Ｓ１０６と同様であるので、説明を省略する。
【００６１】
ステップＳ２０６において、１回あたりの燃料添加量である単位添加量が、燃料添加弁１７の最小噴射量より小さい場合（ステップＳ２０６；Ｎｏ）、ＥＣＵ７は、燃料添加の時間間隔を延長して添加量を増加する（ステップＳ２０９）。より具体的には、燃料添加量が最小噴射量を超えるように、燃料添加の時間間隔を延長する。今、基本的な燃料添加周期は図４（Ａ）に示すようにクランク角７２０ＣＡとなっているので、例えば燃料添加の時間間隔をクランク角の１サイクル（＝３６０ＣＡ）分延長し、クランク角１０８０ＣＡとする。なお、１サイクルの延長でも未だ燃料添加量が最小噴射量を超えない場合には、燃料添加の時間間隔をさらに１サイクル分延長してもよい。こうして、最小噴射量未満で燃料添加が行われることを防止し、燃料添加量の制御精度を確保する。
【００６２】
一方、ステップＳ２０６において、単位添加量が最小噴射量より大きい場合（ステップＳ２０６；Ｙｅｓ）、まず、ＥＣＵ７は、ＥＧＲバルブ３７の開度や吸気温などに基づいて、低圧ループＥＧＲ装置の通過ガス量（ＥＧＲガス量）Ｇｌｐを算出する（ステップＳ２０７）。なお、ＥＧＲガス量Ｇｌｐの検出はガス流量計などを用いてもよい。
【００６３】
次に、ＥＣＵ７は、算出したＥＧＲガス量Ｇｌｐに基づいて、低圧ループＥＧＲ装置のＥＧＲ率（「ＬＰＬ−ＥＧＲ率」とも呼ぶ。）を算出する（ステップＳ２０８）。具体的に、ＬＰＬ−ＥＧＲ率は以下の式により得られる。
【００６４】
ＬＰＬ−ＥＧＲ率＝Ｇｌｐ／Ｇｃｙｌ                          （４）
なお、図１に示すように、「Ｇｃｙｌ」はエンジンの吸入ガス量であり、以下の式により得られる。
【００６５】
Ｇｃｙｌ＝Ｇａ＋Ｇｈｐ＋Ｇｌｐ                              （５）
こうして、ＬＰＬ−ＥＧＲ率が得られると、ＥＣＵ７は、ＬＰＬ−ＥＧＲ率の変動が所定の許容値以内であるか否かを判定する（ステップＳ２１０）。ＬＰＬ−ＥＧＲ率は、燃料添加により触媒でＣＯ２が生成されることにより変動する。ＬＰＬ−ＥＧＲ率の変動が許容値以内である場合（ステップＳ２１０；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ７は単位添加量で燃料添加を行う。一方、ＬＰＬ−ＥＧＲ率の変動が許容値を超える場合（ステップＳ２１０；Ｎｏ）、ＥＣＵ７は燃料添加の時間間隔を短縮するとともに、１回の燃料添加量を減少して燃料添加を行う（ステップＳ２１２）。具体的には、燃料添加の時間間隔をクランク角の１サイクル分（＝３６０ＣＡ）短縮し、３６０ＣＡとする。このように、ＬＰＬ−ＥＧＲ率の変動が許容値を超える場合には、少ない量の燃料添加を多数回行うようにして、低圧ループＥＧＲ装置に起因する燃焼状態の変動を抑制する。
【００６６】
以上のように、第２実施形態によれば、低圧ループＥＧＲ装置によるＥＧＲ量を考慮して触媒再生に要求される燃料添加量を確保するとともに、ＣＯ２の回り込みに起因する燃焼状態の変動、トルク変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】実施形態による内燃機関の排気制御装置の概略ブロック図である。
【図２】ＥＧＲ領域のマップを示す。
【図３】触媒の再生制御における触媒床温の変化例を示すグラフである。
【図４】燃料添加量の計算及び燃料添加のタイミングチャートである。
【図５】第１実施形態による燃料添加制御のフローチャートである。
【図６】第２実施形態による燃料添加制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【００６８】
７  ＥＣＵ
１０  エンジン
１５  燃料噴射弁
１７  燃料添加弁
２０  吸気通路
２３  ターボチャージャ
２５  排気通路
３１、３５  ＥＧＲ通路
３６  触媒
３３、３７  ＥＧＲ弁
【図１】
2008208719.tif 000003
【図２】
2008208719.tif 000004
【図３】
2008208719.tif 000005
【図４】
2008208719.tif 000006
【図５】
2008208719.tif 000007
【図６】
2008208719.tif 000008