(57)【要約】【課題】燃費及び排気性能の悪化を抑制しつつ排気浄化触媒を活性化させる技術を提供する。【解決手段】ターボチャージャのタービンより上流の排気をコンプレッサより下流の吸気通路に戻す高圧ＥＧＲ装置と、タービンより下流の排気をコンプレッサより上流の吸気通路に戻す低圧ＥＧＲ装置と、タービンより下流の排気通路に設けられ排気浄化触媒を有し排気中の浄化対象成分を蓄積し浄化する排気浄化装置と、を備え、排気浄化触媒が十分に活性化していない未活性化状態の場合に、吸入空気量、高圧ＥＧＲガス量、及び低圧ＥＧＲガス量を制御して排気浄化触媒を昇温する。この時、排気浄化装置における蓄積量が所定の基準を超える浄化対象成分については増加することを抑制し、基準を超えない浄化対象成分については増加することを許容する制御パターンに従って、吸入空気量、高圧ＥＧＲガス量、及び低圧ＥＧＲガス量を制御する。【選択図】図６
2008215210.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たタービンと前記内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサとを有するターボチャージャと、
前記タービンより下流の排気通路に設けられ、排気浄化触媒を有し、排気中の浄化対象成分を蓄積し浄化することで排気を浄化する排気浄化装置と、
前記タービンより上流の排気通路と前記コンプレッサより下流の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、
前記排気浄化装置より下流の排気通路と前記コンプレッサより上流の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路と、
前記排気浄化触媒の活性状態を取得する触媒活性状態取得手段と、
前記排気浄化装置における前記浄化対象成分の蓄積状態を取得する蓄積状態取得手段と、
前記触媒活性状態取得手段によって取得される前記排気浄化触媒の活性状態と、前記蓄積状態取得手段によって取得される前記排気浄化装置における前記浄化対象成分の蓄積状態と、に基づいて、前記内燃機関の吸入空気量、前記高圧ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に戻る排気の量である高圧ＥＧＲガス量、及び前記低圧ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に戻る排気の量である低圧ＥＧＲガス量を制御することによって前記排気浄化触媒の温度を上昇させる触媒昇温制御を実行する触媒昇温手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記触媒活性状態取得手段によって取得される前記排気浄化触媒の活性状態が、前記排気浄化触媒が十分に活性化していない所定の未活性状態であると判定され、
前記蓄積状態取得手段によって取得される前記排気浄化装置における前記浄化対象成分の蓄積状態が、前記排気浄化装置に前記浄化対象成分が所定の基準を超えて蓄積した上限蓄積状態であると判定される場合には、
前記触媒昇温手段は、前記排気浄化触媒の温度を上昇させることが可能な吸入空気量、高圧ＥＧＲガス量、及び低圧ＥＧＲガス量の制御パターンのうち、その制御パターンに従って前記触媒昇温制御を実行した場合に前記内燃機関からの前記浄化対象成分の排出量が増加するところの制御パターンを選択することを抑制して前記触媒昇温制御を実行する内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記触媒活性状態取得手段によって取得される前記排気浄化触媒の活性状態が、前記所定の未活性状態であると判定され、
前記蓄積状態取得手段によって取得される前記排気浄化装置の状態が、前記上限蓄積状態でないと判定される場合には、
前記触媒昇温手段は、前記排気浄化触媒の温度を上昇させることが可能な吸入空気量、高圧ＥＧＲガス量、及び低圧ＥＧＲガス量の制御パターンのうち、その制御パターンに従って前記触媒昇温制御を実行した場合に前記内燃機関からの前記浄化対象成分の排出量が増加するところの制御パターンを選択することを許容して前記触媒昇温制御を実行する内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
請求項２又は３において、
前記排気浄化触媒の温度を取得する触媒温度取得手段を更に備え、
前記触媒活性状態取得手段は、前記触媒温度取得手段によって取得される前記排気浄化触媒の温度に基づいて前記排気浄化触媒の活性状態を取得する手段であって、
前記触媒温度取得手段によって取得される温度が所定の第１基準温度より低い場合に、前記排気浄化触媒の活性状態が前記所定の未活性状態であると判定する内燃機関の排気浄
化システム。
【請求項５】
請求項４において、
前記触媒温度取得手段によって取得される温度が所定の第２基準温度より高く且つ前記第１基準温度より低い場合に、前記排気浄化触媒の活性状態が前記所定の未活性状態であると判定する内燃機関の排気浄化システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一において、
前記蓄積状態取得手段は、前記排気浄化装置が前記浄化対象成分を蓄積可能な所定の上限量に対する、前記排気浄化装置における前記浄化対象成分の現時点での蓄積量の比率である蓄積率に基づいて、前記排気浄化装置における前記浄化対象成分の蓄積状態を取得する手段であって、
前記蓄積率が所定の基準値より大きい場合に前記排気浄化装置は前記浄化対象成分について前記上限蓄積状態であると判定し、
前記蓄積率が前記基準値以下の場合に前記排気浄化装置は前記浄化対象成分について前記上限蓄積状態でないと判定する内燃機関の排気浄化システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一において、
前記排気浄化触媒は、前記浄化対象成分として排気中のＮＯｘを吸蔵し還元し浄化する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を有し、
前記触媒活性状態取得手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の活性状態を取得するＮＯｘ触媒活性状態取得手段を有し、
前記蓄積状態取得手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が吸蔵可能なＮＯｘの上限量に対する、現時点での前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸蔵量の比率であるＮＯｘ吸蔵率に基づいて、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸蔵状態を取得するＮＯｘ吸蔵状態取得手段を有し、
前記ＮＯｘ吸蔵率が所定のＮＯｘ判定基準値より大きい場合に前記排気浄化装置はＮＯｘについて上限蓄積状態であると判定し、
前記ＮＯｘ吸蔵率が前記ＮＯｘ判定基準値以下の場合に前記排気浄化装置はＮＯｘについて上限蓄積状態でないと判定する内燃機関の排気浄化システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一において、
前記排気浄化触媒は、前記浄化対象成分として排気中のＨＣを吸着し酸化し浄化する酸化触媒を有し、
前記触媒活性状態取得手段は、前記酸化触媒の活性状態を取得する酸化触媒活性状態取得手段を有し、
前記蓄積状態取得手段は、前記酸化触媒が吸着可能なＨＣの上限量に対する、現時点での前記酸化触媒におけるＨＣの吸着量の比率であるＨＣ吸着率に基づいて、前記酸化触媒におけるＨＣの吸着状態を取得するＨＣ吸着状態取得手段を有し、
前記ＨＣ吸着率が所定のＨＣ判定基準値より大きい場合に前記排気浄化装置はＨＣについて上限蓄積状態であると判定し、
前記ＨＣ吸着率が前記ＨＣ判定基準値以下の場合に前記排気浄化装置はＨＣについて上限蓄積状態でないと判定する内燃機関の排気浄化システム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一において、
前記排気浄化装置は、前記浄化対象成分として排気中のＰＭを捕集し除去するフィルタを有し、
前記蓄積状態取得手段は、前記フィルタが捕集可能なＰＭの上限量に対する、現時点での前記フィルタにおけるＰＭの捕集量の比率であるＰＭ捕集率に基づいて、前記フィルタにおけるＰＭの捕集状態を取得するＰＭ捕集状態取得手段を有し、
前記ＰＭ捕集率が所定のＰＭ判定基準値より大きい場合に前記排気浄化装置はＰＭについて上限蓄積状態であると判定し、
前記ＰＭ捕集率が前記ＰＭ判定基準値以下の場合に前記排気浄化装置はＰＭについて上限蓄積状態でないと判定する内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１０】
請求項２〜９のいずれかにおいて、
前記触媒昇温手段は、前記排気浄化触媒に流入する排気の温度を上昇させることが可能な制御パターンのうちから一の制御パターンを選択して前記触媒昇温制御を実行する内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１１】
請求項２〜１０のいずれかにおいて、
前記触媒昇温手段は、前記排気浄化触媒を通過する排気の流量を増加させることが可能な制御パターンのうちから一の制御パターンを選択して前記触媒昇温制御を実行する内燃機関の排気浄化システム。
【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システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される有害物質の量を低減する技術として、排気の一部を吸気通路に流入させて内燃機関に戻すＥＧＲが知られている。ＥＧＲの技術に関しては、ターボチャージャのタービンより上流の排気通路とターボチャージャのコンプレッサより下流の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を内燃機関に戻す高圧ＥＧＲ装置と、タービンより下流の排気通路とコンプレッサより上流の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を内燃機関に戻す低圧ＥＧＲ装置と、を併設し、内燃機関の運転状態に応じて高圧ＥＧＲ装置と低圧ＥＧＲ装置とを使い分けることによって、より広い運転領域においてＥＧＲを実行可能にする技術が開発されている（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
一方、内燃機関から排出された有害物質を無害化することで排気を浄化する技術として、排気中の有害物質を一時的に蓄積して無害化する排気浄化装置を排気通路に配置する技術が知られている。このような排気浄化装置としては、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し還元し窒素に無害化する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、排気中の炭化水素（ＨＣ）を吸着し酸化し水等に無害化する酸化触媒等の排気浄化触媒や、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集し酸化し除去するフィルタ等が知られている。
【特許文献１】特開２００５−０７６５０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
排気浄化触媒を触媒として機能させて所望の排気浄化作用を発揮させるためには、排気浄化触媒を十分に活性化させる必要がある。十分に活性化していない未活性状態の排気浄化触媒を活性化させる技術として、例えば、排気中に燃料を添加したりポスト噴射を行ったりすることによって排気浄化触媒の温度を上昇させる触媒昇温制御を行うことが知られているが、このような排気系燃料添加による触媒昇温制御には、頻繁に実行すると燃費が悪化するという問題点があった。
【０００５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、高圧ＥＧＲ装置及び低圧ＥＧＲ装置を併用してＥＧＲを行う内燃機関において、燃費や排気性能の悪化を抑制しつつ、排気浄化触媒を活性化させる技術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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の排気浄化システムは、内燃機関の排気通路に設けられたタービンと前記内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサとを有するターボチャージャと、前記タービンより下流の排気通路に設けられ、排気浄化触媒を有し、排気中の浄化対象成分を蓄積し浄化することで排気を浄化する排気浄化装置と、前記タービンより上流の排気通路と前記コンプレッサより下流の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、前記排気浄化装置より下流の排気通路と前記コンプレッサより上流の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路と、前記排気浄化触媒の活性状態を取得する触媒活性状態取得手段と、前記排気浄化装置における前記浄化対象成分の蓄積状態を取得する蓄積状態取得手段と、前記触媒活性状態取得手段によって取得される前記排気浄化触媒の活性状態と、前記蓄積状態取得手段によって取得される前記排気浄化装置における前記浄化対象成分の蓄積状態と、に基づいて、前記内燃機関の吸入空気量、前記高圧ＥＧＲ通路を介して前
記吸気通路に戻る排気の量である高圧ＥＧＲガス量、及び前記低圧ＥＧＲ通路を介して前記吸気通路に戻る排気の量である低圧ＥＧＲガス量を制御することによって前記排気浄化触媒の温度を上昇させる触媒昇温制御を実行する触媒昇温手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
ここで、排気中の浄化対象成分とは、内燃機関から排出される有害物質であり、例えばＮＯｘ、ＨＣ、ＰＭ等である。上記構成の排気浄化装置は、排気中の浄化対象成分を一時的に内部に蓄積するとともに無害化或いは除去することで排気を浄化する装置である。浄化対象成分を蓄積し排気を浄化する作用は、浄化対象成分によっては、排気浄化装置が有する排気浄化触媒の機能によって実現される。
【０００８】
また、排気浄化触媒の活性状態とは、排気浄化触媒が発揮し得る排気浄化触媒としての機能の度合に関する。例えば、排気浄化触媒としての機能を全く発揮していない状態、そのような状態よりは多少活性化してはいるが触媒としての機能を十分に発揮し得るほどには活性化していない状態、或いは、触媒として十分に機能し所望の排気浄化作用を発揮している状態、等の諸状態が考えられる。
【０００９】
また、排気浄化装置における浄化対象成分の蓄積状態とは、排気浄化装置における浄化対象成分の蓄積量に関する。排気浄化装置に蓄積された浄化対象成分の量が多くなると、排気浄化装置の排気浄化能力は低下する。そして、排気浄化装置に蓄積された浄化対象成分の量が排気浄化装置に蓄積可能な上限量に達すると、流入する浄化対象成分のほとんどを素通りさせてしまう状態になったり、或いは、排気浄化装置における圧力損失が過剰に増大して内燃機関の正常な運転に支障を来す状態になったり、といった不具合が生じる可能性がある。このような排気浄化装置の状態を以下「飽和状態」という。排気浄化装置における浄化対象成分の蓄積状態としては、例えば、排気浄化装置に蓄積された浄化対象成分の量が比較的多く、それ以上の浄化対象成分が蓄積すると排気浄化装置が飽和状態か飽和状態に近い状態になる虞がある状態や、排気浄化装置における浄化対象成分の蓄積量が比較的少なく、流入する浄化対象成分を十分に蓄積することが可能な状態、等の諸状態が考えられる。
【００１０】
上記のように構成された本発明の排気浄化システムによれば、触媒活性状態取得手段によって取得される排気浄化触媒の活性状態と、蓄積状態取得手段によって取得される排気浄化装置における浄化対象成分の蓄積状態と、に基づいて、吸入空気量、高圧ＥＧＲガス量、及び低圧ＥＧＲガス量が制御され、排気浄化触媒が昇温される。この触媒昇温制御によれば、排気燃料添加やポスト噴射等によって排気浄化触媒を昇温する場合と比較して燃費の悪化を抑制しつつ、排気浄化触媒の温度を上昇させ、排気浄化触媒を活性化させることができる。
【００１１】
また、排気浄化触媒の活性状態に基づいて触媒昇温制御が実行されることにより、触媒昇温制御を実行して排気浄化触媒の活性化を行うべき条件を適切に判断して触媒昇温制御を実行することができる。例えば、吸入空気量、高圧ＥＧＲガス量、及び低圧ＥＧＲガス量を制御することによって排気浄化触媒を効率的に活性化させることが可能な条件においては上記触媒昇温制御を実行し、吸入空気量、高圧ＥＧＲガス量、及び低圧ＥＧＲガス量の制御によっては排気浄化触媒の温度を十分に上昇させることが難しい場合や、それが可能であったとしても、排気燃料添加やポスト噴射等による触媒昇温を行った場合より排気性能や燃費の点でむしろ不利になる可能性がある場合等においては、上記触媒昇温制御を実行しない、といった判断に基づいて上記触媒昇温制御を実行することができる。従って、燃費の悪化を抑制しつつ排気浄化触媒を活性化させることができる。
【００１２】
さらに、排気浄化装置における浄化対象成分の蓄積状態に基づいて触媒昇温制御が実行
されることにより、触媒昇温制御の実行に起因する浄化対象成分の発生量の変動が排気性能へ及ぼす影響を適切に制御することができる。例えば、排気浄化触媒の温度を上昇させることが可能な吸入空気量、高圧ＥＧＲガス量、及び低圧ＥＧＲガス量の制御として、複数の異なる制御パターンが考えられる場合に、排気浄化装置における浄化対象成分の蓄積状態が飽和状態に近い時には、触媒昇温制御の実行に起因して浄化対象成分の発生量が増大する制御パターンを選択することを回避して触媒昇温制御を実行する。一方、排気浄化装置における浄化対象成分の蓄積状態が飽和状態に対してまだ余裕がある状態の時には、触媒昇温制御の実行に起因して浄化対象成分の発生量が増大する制御パターンを選択することを許容して触媒昇温制御を実行する。このように、排気浄化装置における浄化対象成分の蓄積状態に応じて適切な吸入空気量、高圧ＥＧＲガス量、及び低圧ＥＧＲガス量の制御を行うことができる。従って、排気性能の悪化を抑制しつつ排気浄化触媒を活性化させることができる。
【００１３】
以上のように、本発明によれば、燃費及び排気性能の悪化を抑制しつつ、排気浄化触媒を活性化させることが可能になる。
【００１４】
本発明において、前記触媒活性状態取得手段によって取得される前記排気浄化触媒の活性状態が、前記排気浄化触媒が十分に活性化していない所定の未活性状態であると判定され、前記蓄積状態取得手段によって取得される前記排気浄化装置における前記浄化対象成分の蓄積状態が、前記排気浄化装置に前記浄化対象成分が所定の基準を超えて蓄積した上限蓄積状態であると判定される場合には、前記触媒昇温手段は、前記排気浄化触媒の温度を上昇させることが可能な吸入空気量、高圧ＥＧＲガス量、及び低圧ＥＧＲガス量の制御パターンのうち、その制御パターンに従って前記触媒昇温制御を実行した場合に前記内燃機関からの前記浄化対象成分の排出量が増加するところの制御パターンを選択することを抑制して前記触媒昇温制御を実行しても良い。
【００１５】
ここで、排気浄化装置に浄化対象成分が所定の基準を超えて蓄積した上限蓄積状態とは、排気浄化装置に蓄積された浄化対象成分の量が比較的多く、それ以上の浄化対象成分が蓄積すると排気浄化装置が飽和状態か飽和状態に近い状態になる状態であり、予め定められる。
【００１６】
上記構成によれば、排気浄化装置における浄化対象成分の蓄積状態が上限蓄積状態である場合には、内燃機関からの浄化対象成分の排出量が増加し得る制御パターン以外の制御パターンから選択された制御パターンに従って吸入空気量、高圧ＥＧＲガス量、及び低圧ＥＧＲガス量が制御され、触媒昇温制御が実行される。よって、排気浄化装置が浄化対象成分について上限蓄積状態の場合においても、排気性能を悪化させることなく、未活性状態の排気浄化触媒を活性化させることができる。
【００１７】
本発明においては、前記触媒活性状態取得手段によって取得される前記排気浄化触媒の活性状態が、前記所定の未活性状態であると判定され、前記蓄積状態取得手段によって取得される前記排気浄化装置の状態が、前記上限蓄積状態でないと判定される場合には、前記触媒昇温手段は、前記排気浄化触媒の温度を上昇させることが可能な吸入空気量、高圧ＥＧＲガス量、及び低圧ＥＧＲガス量の制御パターンのうち、その制御パターンに従って前記触媒昇温制御を実行した場合に前記内燃機関からの前記浄化対象成分の排出量が増加するところの制御パターンを選択することを許容して前記触媒昇温制御を実行しても良い。
【００１８】
上記構成によれば、排気浄化装置における浄化対象成分の蓄積状態が上限蓄積状態でない場合には、内燃機関からの浄化対象成分の排出量が増加し得る制御パターンを含む制御パターンから選択された制御パターンに従って吸入空気量、高圧ＥＧＲガス量、及び低圧
ＥＧＲガス量が制御され、触媒昇温制御が実行される。これにより、例えば、排気浄化触媒の温度を上昇させることが可能な制御パターンであって、浄化対象成分の排出量が増加する制御パターンと、浄化対象成分の排出量が増加しない制御パターンと、の２通りの制御パターンが選択可能であり、前者の制御パターンの方が後者の制御パターンより触媒昇温効果が高ければ、あえて前者の制御パターンを選択して触媒昇温制御を実行することもできる。この場合、触媒昇温制御の実行に伴って浄化対象成分の排出量が増加したとしても、排気浄化装置の蓄積状態が飽和状態に対してまだ余裕のある状態であるため、排気浄化装置によって十分に排気を浄化することができる。よって、排気性能の悪化を抑制しつつ、より好適に排気浄化触媒を活性化させることが可能になる。
【００１９】
ここで、排気浄化触媒の活性状態は排気浄化触媒の温度に依存しているため、排気浄化触媒の活性状態を排気浄化触媒の温度に基づいて推定することができる。このことから、本発明においては、前記排気浄化触媒の温度を取得する触媒温度取得手段を更に備え、前記触媒活性状態取得手段は、前記触媒温度取得手段によって取得される前記排気浄化触媒の温度に基づいて前記排気浄化触媒の活性状態を取得する手段であって、前記触媒温度取得手段によって取得される温度が所定の第１基準温度より低い場合に、前記排気浄化触媒の活性状態が前記所定の未活性状態であると判定しても良い。
【００２０】
上記構成において、第１基準温度とは、排気浄化触媒が触媒として十分に機能し、所望の排気浄化作用を発揮することが可能な排気浄化触媒の温度の下限値であって、予め定められる。
【００２１】
ところで、吸入空気量、高圧ＥＧＲガス量、及び低圧ＥＧＲガス量を制御する本発明の触媒昇温制御による触媒昇温効果は、排気系燃料添加やポスト噴射等による触媒昇温効果よりも小さい場合があり、排気浄化触媒の状態によっては、本発明の触媒昇温制御では好適に排気浄化触媒を活性化できない場合がある。例えば、排気浄化触媒が全く活性化していない場合や、活性化の度合が著しく低い場合、排気浄化触媒の温度はかなり低くいため、本発明の触媒昇温制御では十分に排気浄化触媒を活性化できなかったり、或いは、活性化できたとしても、触媒昇温制御の実行に起因する内燃機関の運転状態や排気性能への影響が大きくなってしまったりする可能性が考えられる。
【００２２】
そこで、本発明においては、前記触媒温度取得手段によって取得される温度が所定の第２基準温度より高く且つ前記第１基準温度より低い場合に、前記排気浄化触媒の活性状態が前記所定の未活性状態であると判定しても良い。
【００２３】
ここで、第２基準温度とは、予め定められた温度であり、例えば、排気浄化触媒が触媒として機能し得る温度の下限値より大きい温度とすることができる。或いは、排気燃料添加やポスト噴射等の触媒昇温に依らず、本発明における吸入空気量、高圧ＥＧＲガス量、及び低圧ＥＧＲガス量の制御による触媒昇温によって排気浄化触媒を十分活性させることが可能な排気浄化触媒の温度の下限値としても良い。
【００２４】
すなわち、排気浄化触媒の温度が第２基準温度より高く且つ第１基準温度より低い場合、排気浄化触媒の温度は、排気浄化触媒を十分に活性化させることが可能なほどには高くないが、全く活性化していない状態又はほとんど活性化していない状態の排気浄化触媒の温度よりは高い。よって、吸入空気量、高圧ＥＧＲガス量、及び低圧ＥＧＲガス量の制御によって排気浄化触媒の温度を上昇させる本発明の触媒昇温制御によって、排気浄化触媒を十分活性化させることができる。
【００２５】
吸入空気量、高圧ＥＧＲガス量、及び低圧ＥＧＲガス量の制御による本発明の触媒昇温制御は、排気燃料添加やポスト噴射等による触媒昇温と比較して、触媒昇温制御の実行に
起因する燃料消費量が増加しにくいため、内燃機関の燃費へ与える影響が小さい。よって、上記構成のように、排気浄化触媒がある程度活性化してはいるものの、所望の排気浄化能力を発揮し得るほどには十分に活性化していない状態の時に、排気系燃料添加やポスト噴射によらず本発明の触媒昇温制御によって排気浄化触媒の温度を上昇させれば、燃費の悪化を抑制しつつ、排気浄化触媒を好適に活性化させることが可能になる。
【００２６】
なお、上記構成において、排気浄化触媒の温度が第２基準温度以下の場合には、本発明の触媒昇温制御の代わりに、触媒昇温効果の大きい排気燃料添加やポスト噴射による触媒昇温を行っても良い。
【００２７】
本発明において、前記蓄積状態取得手段は、前記排気浄化装置が前記浄化対象成分を蓄積可能な所定の上限量に対する、前記排気浄化装置における前記浄化対象成分の現時点での蓄積量の比率（以下、蓄積率）に基づいて、前記排気浄化装置における前記浄化対象成分の蓄積状態を取得する手段であって、該蓄積率が所定の基準値より大きい場合に前記排気浄化装置は前記浄化対象成分について前記上限蓄積状態であると判定し、該蓄積率が前記基準値以下の場合に前記排気浄化装置は前記浄化対象成分について前記上限蓄積状態でないと判定しても良い。
【００２８】
ここで、所定の上限量とは、排気浄化装置が浄化対象成分を蓄積可能な最大量、或いは、排気浄化装置が上述した飽和状態となる時の浄化対象成分の蓄積量として、予め定められる。
【００２９】
また、所定の基準値とは、排気浄化装置において浄化対象成分をさらに蓄積する余裕があるか否かを判定するために予め定められる基準値である。この基準値は、例えば、本発明の触媒昇温制御の実行に起因して内燃機関からの浄化対象成分の排出量が一時的に増加した場合においても、排気浄化装置が飽和状態に達することなく浄化対象成分を蓄積可能な蓄積率の上限値として定めることができる。或いは、上限量に所定の比率（例えば８０％等）を乗じた値として定めても良い。
【００３０】
また、排気浄化装置における浄化対象成分の蓄積量は、例えば内燃機関の運転履歴に基づいて推定する方法等の既知の方法によって取得することができる。
【００３１】
上記構成によれば、触媒昇温制御が実行される時点での排気浄化装置における浄化対象成分の蓄積状態を、定量的且つ簡易に判定することができる。
【００３２】
本発明は、前記浄化対象成分として排気中のＮＯｘを吸蔵し還元し浄化する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を前記排気浄化触媒として有する排気浄化システムに適用することができる。この場合、前記触媒活性状態取得手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の活性状態を取得するＮＯｘ触媒活性状態取得手段を有し、前記蓄積状態取得手段は、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が吸蔵可能なＮＯｘの上限量（以下、ＮＯｘ吸蔵能）に対する、現時点での前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸蔵量（以下、ＮＯｘ吸蔵量）の比率であるＮＯｘ吸蔵率に基づいて、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの吸蔵状態を取得するＮＯｘ吸蔵状態取得手段を有し、前記ＮＯｘ吸蔵率が所定のＮＯｘ判定基準値より大きい場合に前記排気浄化装置はＮＯｘについて上限蓄積状態であると判定し、前記ＮＯｘ吸蔵率が前記ＮＯｘ判定基準値以下の場合に前記排気浄化装置はＮＯｘについて上限蓄積状態でないと判定しても良い。
【００３３】
ここで、所定のＮＯｘ判定基準値とは、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒においてＮＯｘを更に吸蔵する余裕があるか否かを判定するために予め定められる基準値であり、例えば、触媒昇温制御の実行に起因して内燃機関からのＮＯｘの排出量が一時的に増加した場合において
も、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が飽和状態に達することなくＮＯｘを吸蔵可能なＮＯｘ吸蔵率の上限値として定めることができる。或いは、ＮＯｘ吸蔵能に所定の比率を乗じた値として定めることもできる。
【００３４】
上記構成において、ＮＯｘ触媒活性状態取得手段は、例えば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度に基づいて吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の活性状態を取得することができる。この場合、上述のように、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が十分活性化していると見なせる状態の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度の下限値を第１ＮＯｘ触媒基準温度、本発明の触媒昇温制御によって吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を十分活性化させることが可能と見なせる状態の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度の下限値を第２ＮＯｘ触媒基準温度とし、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の温度が第１ＮＯｘ触媒基準温度より低い場合、或いは、第２ＮＯｘ触媒基準温度より高く第１ＮＯｘ触媒基準温度より低い場合に、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に対して触媒昇温制御を実行しても良い。
【００３５】
また、ＮＯｘ吸蔵状態取得手段によって、排気浄化装置がＮＯｘについて上限蓄積状態であると判定された場合には、触媒昇温制御の実行に当たって、内燃機関からのＮＯｘ排出量が増加し得る制御パターンを選択することを抑制し、排気浄化装置がＮＯｘについて上限蓄積状態でないと判定された場合には、触媒昇温制御の実行に当たって、内燃機関からのＮＯｘ排出量が増加し得る制御パターンを選択すること許容しても良い。
【００３６】
これにより、大気中へのＮＯｘの放散を抑制し、且つ、排気浄化触媒に対する触媒昇温制御の実行に起因する燃費の悪化を抑制しつつ、排気浄化触媒を活性化させることが可能になる。
【００３７】
また、本発明は、前記浄化対象成分として排気中のＨＣを吸着し酸化し浄化する酸化触媒を前記排気浄化触媒として有する排気浄化システムに適用することができる。この場合、前記触媒活性状態取得手段は、前記酸化触媒の活性状態を取得する酸化触媒活性状態取得手段を有し、前記蓄積状態取得手段は、前記酸化触媒が吸着可能なＨＣの上限量（以下、ＨＣ吸着能）に対する、現時点での前記酸化触媒におけるＨＣの吸着量（以下、ＨＣ吸着量）の比率であるＨＣ吸着率に基づいて、前記酸化触媒におけるＨＣの吸着状態を取得するＨＣ吸着状態取得手段を有し、前記ＨＣ吸着率が所定のＨＣ判定基準値より大きい場合に前記排気浄化装置はＨＣについて上限蓄積状態であると判定し、前記ＨＣ吸着率が前記ＨＣ判定基準値以下の場合に前記排気浄化装置はＨＣについて上限蓄積状態でないと判定しても良い。
【００３８】
ここで、所定のＨＣ判定基準値とは、酸化触媒においてＨＣを更に吸着する余裕があるか否かを判定するために予め定められる基準値であり、例えば、触媒昇温制御の実行に起因して内燃機関からのＨＣの排出量が一時的に増加した場合においても、酸化触媒が飽和状態に達することなくＨＣを吸着可能なＨＣ吸着率の上限値として定めることができる。或いは、ＨＣ吸着能に所定の比率を乗じた値として定めることもできる。
【００３９】
上記構成において、酸化触媒活性状態取得手段は、例えば、酸化触媒の温度に基づいて酸化触媒の活性状態を取得することができる。この場合、上述のように、酸化触媒が十分活性化していると見なせる状態の酸化触媒の温度の下限値を第１酸化触媒基準温度、本発明の触媒昇温制御によって酸化触媒を十分活性化させることが可能と見なせる状態の酸化触媒の温度の下限値を第２酸化触媒基準温度とし、酸化触媒の温度が第１酸化触媒基準温度より低い場合、或いは、第２酸化触媒基準温度より高く第１酸化触媒基準温度より低い場合に、酸化触媒に対して触媒昇温制御を実行しても良い。
【００４０】
また、ＨＣ吸着状態取得手段によって、排気浄化装置がＨＣについて上限蓄積状態であ
ると判定された場合には、触媒昇温制御の実行に当たって、内燃機関からのＨＣ排出量が増加し得る制御パターンを選択することを抑制し、排気浄化装置がＨＣについて上限蓄積状態でないと判定された場合には、触媒昇温制御の実行に当たって、内燃機関からのＨＣ排出量が増加し得る制御パターンを選択すること許容しても良い。
【００４１】
これにより、大気中へのＨＣの放散を抑制し、且つ、排気浄化触媒に対する触媒昇温制御の実行に起因する燃費の悪化を抑制しつつ、排気浄化触媒を活性化させることが可能になる。
【００４２】
また、本発明は、前記浄化対象成分として排気中のＰＭを捕集し除去するフィルタを前記排気浄化装置として有する排気浄化システムに適用することができる。この場合、前記蓄積状態取得手段は、前記フィルタが捕集可能なＰＭの上限量（以下、ＰＭ捕集能）に対する、現時点での前記フィルタにおけるＰＭの捕集量（以下、ＰＭ捕集量）の比率であるＰＭ捕集率に基づいて、前記フィルタにおけるＰＭの捕集状態を取得するＰＭ捕集状態取得手段を有し、前記ＰＭ捕集率が所定のＰＭ判定基準値より大きい場合に前記排気浄化装置はＰＭについて上限蓄積状態であると判定し、前記ＰＭ捕集率が前記ＰＭ判定基準値以下の場合に前記排気浄化装置はＰＭについて上限蓄積状態でないと判定しても良い。
【００４３】
ここで、所定のＰＭ判定基準値とは、フィルタにおいてＰＭを更に捕集する余裕があるか否かを判定するために予め定められる基準値であり、例えば、触媒昇温制御の実行に起因して内燃機関からのＰＭの排出量が一時的に増加した場合においても、フィルタが飽和状態に達することなくＰＭを捕集可能なＰＭ捕集率の上限値として定めることができる。或いは、ＰＭ捕集能に所定の比率を乗じた値として定めることもできる。
【００４４】
上記構成において、ＰＭ捕集状態取得手段によって、排気浄化装置がＰＭについて上限蓄積状態であると判定された場合には、触媒昇温制御の実行に当たって、内燃機関からのＰＭ排出量が増大し得る制御パターンを選択することを抑制し、排気浄化装置がＰＭについて上限蓄積状態でないと判定された場合には、触媒昇温制御の実行に当たって、内燃機関からのＰＭ排出量が増大し得る制御パターンを選択することを許容しても良い。
【００４５】
これにより、大気中へのＰＭの放散を抑制し、且つ、排気浄化触媒に対する触媒昇温制御の実行に起因する燃費の悪化を抑制しつつ、排気浄化触媒を活性化させることが可能になる。
【００４６】
本発明において、排気浄化触媒の温度を上昇させることが可能な制御パターンとしては、排気浄化触媒に流入する排気の温度を上昇させることが可能な制御パターンを採ることができる。このような制御パターンに従って吸入空気量、高圧ＥＧＲガス量、及び低圧ＥＧＲガス量を制御すれば、高温の排気によって排気浄化触媒の温度を上昇させることができる。
【００４７】
本発明において、排気浄化触媒の温度を上昇させることが可能な制御パターンとしては、排気浄化触媒を通過する排気の流量を増加させることが可能な制御パターンを採ることができる。このような制御パターンに従って吸入空気量、高圧ＥＧＲガス量、及び低圧ＥＧＲガス量を制御すれば、排気の持つ熱をより多く排気浄化触媒に与えることができるので、排気浄化触媒の温度を上昇させることができる。
【発明の効果】
【００４８】
本発明により、高圧ＥＧＲ装置及び低圧ＥＧＲ装置を併用してＥＧＲを行う内燃機関において、燃費や排気性能の悪化を抑制しつつ、排気浄化装置を活性化させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨ではない。
【実施例１】
【００５０】
図１は、本実施例に係る内燃機関の排気浄化システムを適用する内燃機関とその吸気系及び排気系の概略構成を模式的に示す図である。図１に示す内燃機関１は４つの気筒２を有する水冷式４サイクルディーゼルエンジンである。
【００５１】
内燃機関１の気筒２には、図示しない吸気ポートを介して吸気マニホールド１７が接続されている。吸気マニホールド１７には吸気管３が接続されている。吸気管３には、吸気管３を流れる吸気の量を調節可能な第２スロットル弁９が配置されている。第２スロットル弁９より上流の吸気管３には吸気を冷却するインタークーラ８が設けられている。インタークーラ８より上流の吸気管３には、排気のエネルギーを駆動源として作動するターボチャージャ１３のコンプレッサ１１が配置されている。コンプレッサ１１より上流の吸気管３には、後述する低圧ＥＧＲ通路３１が接続されている。低圧ＥＧＲ通路３１の接続箇所より上流の吸気管３には、吸気管３に流入する新気の量を調節可能な第１スロットル弁６が配置されている。
【００５２】
内燃機関１の気筒２には、図示しない排気ポートを介して排気マニホールド１８が接続されている。排気マニホールド１８には排気管４が接続されている。排気管４にはターボチャージャ１３のタービン１２が配置されている。このターボチャージャ１３はタービン１２の排気流量特性を変更可能なノズルベーン５を備えた可変容量型のターボチャージャである。タービン１２より下流の排気管４には、排気浄化装置１０が設けられている。
【００５３】
排気浄化装置１０は、流入する排気が酸化雰囲気の時には排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気が還元雰囲気の時に吸蔵していたＮＯｘを放出して還元し浄化する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒）と、排気中のＰＭを捕集し、捕集したＰＭを適時に酸化し除去可能なパティキュレートフィルタ（以下、フィルタ）と、排気中のＨＣを吸着し酸化し浄化する酸化触媒と、を有して構成される。以下、ＮＯｘ触媒と酸化触媒とを一括して排気浄化触媒と称する場合もある。
【００５４】
排気浄化装置１０には、ＮＯｘ触媒及の温度を測定するＮＯｘ触媒温度センサ２１と、酸化触媒の温度を測定する酸化触媒温度センサ２２が設けられている。本実施例のＮＯｘ触媒温度センサ２１は本発明におけるＮＯｘ触媒活性状態取得手段に相当し、酸化触媒温度センサ２２は本発明における酸化触媒活性状態取得手段に相当する。従って、ＮＯｘ触媒温度センサ２１及び酸化触媒温度センサ２２は、本発明における触媒温度取得手段、触媒活性状態取得手段に相当することになる。
【００５５】
なお、排気浄化触媒の温度は、排気浄化装置１０の直上流又は直下流における排気の温度に基づいて推定することもできる。この場合、排気浄化装置１０の直上流又は直下流において排気の温度を測定又は推定する装置が本発明におけるＮＯｘ触媒活性状態取得手段、酸化触媒活性状態取得手段、触媒温度取得手段、触媒活性状態取得手段に相当することになる。
【００５６】
排気浄化装置１０より下流の排気管４には、排気管４を流れる排気の量を調節可能な排気絞り弁１９が配置されている。なお、排気絞り弁１９は後述する低圧ＥＧＲ通路３１の接続部より下流の排気管４に配置しても良い。
【００５７】
内燃機関１には、排気管４を流れる排気の一部を高圧で吸気管３へ導き、気筒２に戻す高圧ＥＧＲ装置４０が備えられている。高圧ＥＧＲ装置４０は、高圧ＥＧＲ通路４１及び高圧ＥＧＲ弁４２を有して構成される。高圧ＥＧＲ通路４１は、タービン１２より上流の排気管４と第２スロットル弁９より下流の吸気管３とを接続する。高圧ＥＧＲ通路４１を通過して排気の一部が吸気管３に導かれる。本実施例では、高圧ＥＧＲ通路４１を経由して気筒２に流入する排気を高圧ＥＧＲガスと称する。
【００５８】
高圧ＥＧＲ弁４２は、高圧ＥＧＲ通路４１を流れる排気の量を調節可能な流量調節弁である。高圧ＥＧＲガスの調量は高圧ＥＧＲ弁４２の開度を変更することによって行われる。なお、高圧ＥＧＲガスの調量は、第２スロットル弁９の開度を変更して高圧ＥＧＲ通路４１の上流と下流との差圧を変化させることによっても行うことができる。また、ノズルベーン５の開度を変更することによっても高圧ＥＧＲガスを調量することができる。
【００５９】
内燃機関１には、排気管４を流れる排気の一部を低圧で吸気管３へ導き、気筒２に流入させる低圧ＥＧＲ装置３０が備えられている。低圧ＥＧＲ装置３０は、低圧ＥＧＲ通路３１、低圧ＥＧＲ弁３２、及び低圧ＥＧＲクーラ３３を有して構成される。低圧ＥＧＲ通路３１は、排気絞り弁１９より下流の排気管４と、コンプレッサ１１より上流且つ第１スロットル弁６より下流の吸気管３とを接続する。低圧ＥＧＲ通路３１を通過して排気の一部が吸気管３に導かれる。本実施例では、低圧ＥＧＲ通路３１を経由して気筒２に流入する排気を低圧ＥＧＲガスと称する。
【００６０】
低圧ＥＧＲ弁３２は、低圧ＥＧＲ通路３１を流れる排気の量を調節可能な流量調節弁である。低圧ＥＧＲガスの調量は低圧ＥＧＲ弁３２の開度を変更することによって行われる。なお、低圧ＥＧＲガスの調量は、第１スロットル弁６の開度を変更して低圧ＥＧＲ通路３１の上流と下流との差圧を変化させることによっても行うことができる。低圧ＥＧＲクーラ３３は、低圧ＥＧＲ通路３１を通過する低圧ＥＧＲガスを冷却する。
【００６１】
内燃機関１には、機関の制御を行う電子制御装置（ＥＣＵ）２０が併設されている。ＥＣＵ２０は、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、中央演算装置（ＣＰＵ）、入出力ポート、デジタルアナログコンバータ（Ｄ／Ａコンバータ）、アナログデジタルコンバータ（Ａ／Ｄコンバータ）等を双方向バスで接続した公知の構成を有するマイクロコンピュータとして構成されている。
【００６２】
ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態や運転者による要求に応じて燃料噴射制御等のディーゼルエンジンにおいて既知の基本諸制御を行う。そのために、本実施例における内燃機関１には、吸気管３に流入する新気の流量を測定するエアフローメータ７、内燃機関１の冷却水温を測定する水温センサ１４、運転者によるアクセルペダル（図示省略）の踏み込み量（アクセル開度）を測定するアクセル開度センサ１５、内燃機関１のクランクシャフト（図示省略）の回転位相（クランク角度）を測定するクランクポジションセンサ１６、その他、ディーゼルエンジンが一般的に備えているセンサ類（図示省略）が設けられている。
【００６３】
これらのセンサは電気配線を介してＥＣＵ２０に接続され、各センサからの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。また、ＥＣＵ２０には、第１スロットル弁６、第２スロットル弁９、排気絞り弁１９、低圧ＥＧＲ弁３２、高圧ＥＧＲ弁４２を駆動するための駆動装置等の機器が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０から出力される制御信号に従ってこれらの機器が制御される。
【００６４】
ＥＣＵ２０は、各センサによる測定値に基づいて内燃機関１の運転状態や運転者の要求
を取得する。例えば、ＥＣＵ２０はクランクポジションセンサ１６から入力されるクランク角度から機関回転数を算出し、アクセル開度センサ１５から入力されるアクセル開度から機関負荷を算出し、算出した機関回転数及び機関負荷に基づいて内燃機関１の運転状態を取得する。そして、取得した機関運転状態や運転者の要求に基づいて低圧ＥＧＲ弁３２や高圧ＥＧＲ弁４２等を制御し、ＥＧＲガス量や吸入空気量の制御を行う。
【００６５】
次に、ＥＣＵ２０によって行われるＥＧＲ制御について説明する。
【００６６】
図２は、内燃機関１の運転状態の領域毎に定められた、ＥＧＲ実施時に使用される高圧ＥＧＲ装置４０及び低圧ＥＧＲ装置３０の組み合わせを表すＥＧＲ制御マップの概念図である。図２の横軸は内燃機関１の機関回転数を表し、縦軸は内燃機関１の機関負荷を表している。
【００６７】
図２に示すように、本実施例では、内燃機関１の運転状態が低負荷の時には、高圧ＥＧＲ装置４０のみを用いてＥＧＲが行われる。高圧ＥＧＲ装置４０のみを用いてＥＧＲが行われる運転状態の範囲を、以下「ＨＰＬ領域」と称する。また、内燃機関１の運転状態が中負荷の時には、高圧ＥＧＲ装置４０及び低圧ＥＧＲ装置３０を併用してＥＧＲが行われる。高圧ＥＧＲ装置４０及び低圧ＥＧＲ装置３０を併用してＥＧＲが行われる運転状態の範囲を、以下「ＭＩＸ領域」と称する。また、内燃機関１の運転状態が高負荷の時には、低圧ＥＧＲ装置３０のみを用いてＥＧＲが行われる。低圧ＥＧＲ装置３０のみを用いてＥＧＲが行われる運転状態の範囲を、以下「ＬＰＬ領域」と称する。
【００６８】
なお、図２に示したＥＧＲ制御マップでは、内燃機関の運転状態をＨＰＬ領域、ＭＩＸ領域、及びＬＰＬ領域の３つの領域に分割した場合を例示したが、内燃機関の運転状態の分割の仕方はこれに限られない。例えば、低負荷領域をＨＰＬ領域として規定し、それ以外の高負荷側の領域をＬＰＬ領域として規定するＥＧＲ制御マップも考えられる。或いは、低負荷領域をＭＩＸ領域として規定し、それ以外の高負荷側の領域をＬＰＬ領域として規定するＥＧＲ制御マップも考えられる。
【００６９】
ＬＰＬ領域、ＭＩＸ領域、及びＨＰＬ領域を規定する具体的な運転状態の範囲や、各領域における高圧ＥＧＲガス量、低圧ＥＧＲガス量、低圧ＥＧＲ装置３０及び高圧ＥＧＲ装置４０によって内燃機関に流入する全排気（以下、全ＥＧＲガス）に対する高圧ＥＧＲガスの比率や低圧ＥＧＲガスの比率等の、ＥＧＲ制御に係る諸パラメータの目標値は、各運転状態におけるＥＧＲ率（又は酸素濃度）が所定の目標ＥＧＲ率（又は目標酸素濃度）に一致し、且つ、内燃機関における燃焼特性、排気エミッション、ＥＧＲの実施に伴う燃費特性等が所望の要求性能を満たすように、予め実験等により定められる。このようにして定められる高圧ＥＧＲガス量の目標値を以下「基本高圧ＥＧＲガス量」、低圧ＥＧＲガス量の目標値を以下「基本低圧ＥＧＲガス量」と称する。
【００７０】
内燃機関１の定常運転時において低圧ＥＧＲガス量を基本低圧ＥＧＲガス量とする低圧ＥＧＲ弁３２の開度として基本低圧ＥＧＲ弁開度が求められ、また、高圧ＥＧＲガス量を基本高圧ＥＧＲガス量とする高圧ＥＧＲ弁４２の開度として基本高圧ＥＧＲ弁開度が求められ、それぞれＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶される。
【００７１】
ＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転状態に応じてＲＯＭから基本低圧ＥＧＲ弁開度及び基本高圧ＥＧＲ弁開度を読み込み、低圧ＥＧＲ弁３２の開度が基本低圧ＥＧＲ弁開度となるように低圧ＥＧＲ弁３２を制御するとともに、高圧ＥＧＲ弁４２の開度が基本高圧ＥＧＲ弁開度となるように高圧ＥＧＲ弁４２を制御する。
【００７２】
排気浄化装置１０の有するＮＯｘ触媒、酸化触媒の排気浄化能力が好適に発揮されるた
めには、排気浄化触媒の温度を上昇させて排気浄化触媒を十分に活性化させる必要がある。排気浄化触媒の温度が低く排気浄化触媒が未活性の場合には、排気中に燃料を添加したりポスト噴射を行ったりすることによって排気浄化触媒の温度を上昇させる技術が知られているが、この触媒昇温を頻繁に実行すると燃料の消費量が増大して燃費を悪化させる虞がある。
【００７３】
ここで、排気浄化触媒が触媒として全く機能しない非活性状態よりは活性化しているものの、触媒として十分に機能し所望の排気浄化性能を発揮し得るほどには活性化していない状態である場合には、排気燃料添加やポスト噴射等の触媒昇温を行わなくても、吸入空気量、高圧ＥＧＲガス量、及び低圧ＥＧＲガス量を所定の制御パターンに従って制御することによって得られる触媒昇温効果を利用した補助的な触媒昇温を行うことによって、排気浄化触媒を十分に活性化した状態にすることができる。
【００７４】
このような吸入空気量、高圧ＥＧＲガス量、及び低圧ＥＧＲガス量の制御による触媒昇温は、排気燃料添加やポスト噴射による触媒昇温と比較して燃費に与える影響が小さい。よって、上記のように排気浄化触媒が十分活性化してはいないがある程度は活性化している状態である場合には、排気燃料添加やポスト噴射による触媒昇温によらずに、吸入空気量、高圧ＥＧＲガス量、及び低圧ＥＧＲガス量の制御による触媒昇温によって、燃費の悪化を抑制しつつ、排気浄化触媒を活性化させることが可能になる。
【００７５】
本実施例では、ＮＯｘ触媒温度センサ２１によって測定したＮＯｘ触媒の温度ＴＣに基づいてＮＯｘ触媒の活性状態を判別する。すなわち、ＮＯｘ触媒の温度ＴＣが第２ＮＯｘ触媒基準温度ＴＣ２より高く、且つ、第１ＮＯｘ触媒基準温度ＴＣ１より低い場合に、ＮＯｘ触媒の活性状態が上述のような十分活性化してはいないが、非活性状態と比較してある程度は活性化した状態（以下、「中程度に活性化した状態」ということもある）であると判定する。ここで、第２ＮＯｘ触媒基準温度ＴＣ２は、排気燃料添加やポスト噴射による触媒昇温によらずに、本実施例の触媒昇温制御によってＮＯｘ触媒を十分に活性化した状態にすることが可能なＮＯｘ触媒の温度の下限値として、予め実験等により定められる温度である。また、第１ＮＯｘ触媒基準温度ＴＣ１は、ＮＯｘ触媒が十分に活性化した状態であると判定可能なＮＯｘ触媒の温度の下限値であり、予め定められる。
【００７６】
また、酸化触媒についても同様に、酸化触媒温度センサ２２によって測定した酸化触媒の温度ＴＯに基づいて酸化触媒の活性状態を判別する。すなわち、酸化触媒の温度ＴＯが第２酸化触媒基準温度ＴＯ２より高く、且つ、第１酸化触媒基準温度ＴＯ１より低い場合に、酸化触媒の活性状態が上述のような中程度に活性化した状態であると判定する。ここで、第２酸化触媒基準温度ＴＯ２は、排気燃料添加やポスト噴射による触媒昇温によらずに、本実施例の触媒昇温制御によって酸化触媒を十分に活性化した状態にすることが可能な酸化触媒の温度の下限値として、予め実験等により定められる温度である。また、第１酸化触媒基準温度ＴＯ１は、酸化触媒が十分に活性化した状態であると判定可能な酸化触媒の温度の下限値であり、予め定められる。
【００７７】
なお、ＮＯｘ触媒や酸化触媒の活性状態を判定する方法としては、上述したＮＯｘ触媒や酸化触媒の温度による判定方法以外の方法を採用することもできる。例えば、ＮＯｘ触媒について、ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘの量（以下、入ＮＯｘ量）を測定又は推定する手段と、ＮＯｘ触媒から流出するＮＯｘの量（以下、出ＮＯｘ量）を測定又は推定する手段とを備え、入ＮＯｘ量に対する出ＮＯｘ量の比率（以下、ＮＯｘ浄化率）に基づいて、ＮＯｘ触媒の活性状態を判定することもできる。この場合、ＮＯｘ浄化率が所定の範囲内の値である場合に、ＮＯｘ触媒は中程度に活性化した状態であると判定することができる。酸化触媒の活性状態についても同様に酸化触媒に流入するＨＣの量と流出するＨＣの量との比率に基づいて判定することができる。
【００７８】
ここで、本実施例の触媒昇温制御において、ＮＯｘ触媒や酸化触媒排を昇温させることが可能な吸入空気量、低圧ＥＧＲガス量、及び高圧ＥＧＲガス量の制御パターンには複数の制御パターンが考えられる。そして、各制御パターンに従って触媒昇温制御を実行した場合のＮＯｘ触媒や酸化触媒に対する昇温効果や、触媒昇温制御の実行に起因するＮＯｘ、ＨＣ、ＰＭ等の浄化対象成分の排出量への影響は、各制御パターン毎にそれぞれ異なる場合がある。
【００７９】
図３は、本実施例の触媒昇温制御の制御パターンの一例を示す図である。図３には６通りの制御パターンが示されている。図３において、上向きの矢印（↑）はその物理量が増加する（又はその物理量を増加させる）ことを表し、下向きの矢印（↓）はその物理量が減少する（又はその物理量を減少させる）ことを表し、右向きの矢印（→）はその物理量が略変化しない（又はその物理量を変化させない）ことを表している。
【００８０】
第１制御パターンは、吸入空気量を変化させず、低圧ＥＧＲガス量を増加させ、高圧ＥＧＲガス量を減少させる制御パターンである。この制御パターンによれば、吸気酸素濃度は略変化せず、吸気温度は低下し、排気酸素濃度は略変化せず、排気温度は低下し、排気浄化触媒を通過する排気の流量は増加する。そして、この制御パターンに従って触媒昇温制御を行った場合、ＮＯｘ排出量は略変化せず、ＨＣ排出量は増加し、ＰＭ排出量は略変化しない。
【００８１】
第２制御パターンは、吸入空気量を変化させず、低圧ＥＧＲガス量を減少させ、高圧ＥＧＲガス量を増加させる制御パターンである。この制御パターンによれば、吸気酸素濃度は略変化せず、吸気温度は上昇し、排気酸素濃度は略変化せず、排気温度は上昇し、排気浄化触媒を通過する排気の流量は減少する。そして、この制御パターンに従って触媒昇温制御を行った場合、ＮＯｘ排出量は略変化せず、ＨＣ排出量は減少し、ＰＭ排出量は略変化しない。
【００８２】
第３制御パターンは、吸入空気量を増加させ、低圧ＥＧＲガス量を減少させ、高圧ＥＧＲガス量を変化させない制御パターンである。この制御パターンによれば、吸気酸素濃度は上昇し、吸気温度は略変化せず、排気酸素濃度は上昇し、排気温度は略変化せず、排気浄化触媒を通過する排気の流量は略変化しない。そして、この制御パターンに従って触媒昇温制御を行った場合、ＮＯｘ排出量は増加し、ＨＣ排出量は減少し、ＰＭ排出量は減少する。
【００８３】
第４制御パターンは、吸入空気量を減少させ、低圧ＥＧＲガス量を変化させず、高圧ＥＧＲガス量を増加させる制御パターンである。この制御パターンによれば、吸気酸素濃度は低下し、吸気温度は上昇し、排気酸素濃度は低下し、排気温度は上昇し、排気浄化触媒を通過する排気の流量は減少する。そして、この制御パターンに従って触媒昇温制御を行った場合、ＮＯｘ排出量は減少し、ＨＣ排出量は略変化せず、ＰＭ排出量は増加する。
【００８４】
第５制御パターンは、吸入空気量を減少させ、低圧ＥＧＲガス量を増加させ、高圧ＥＧＲガス量を増加させる制御パターンである。この制御パターンによれば、吸気酸素濃度は低下し、吸気温度は上昇し、排気酸素濃度は低下し、排気温度は上昇し、排気浄化触媒を通過する排気の流量は減少する。そして、この制御パターンに従って触媒昇温制御を行った場合、ＮＯｘ排出量は減少し、ＨＣ排出量は略変化せず、ＰＭ排出量は増加する。
【００８５】
第６制御パターンは、吸入空気量を減少させ、低圧ＥＧＲガス量を減少させ、高圧ＥＧＲガス量を増加させる制御パターンである。この制御パターンによれば、吸気酸素濃度は略変化せず、吸気温度は略変化せず、排気酸素濃度は低下し、排気温度は上昇し、排気浄
化触媒を通過する排気の流量は減少する。そして、この制御パターンに従って触媒昇温制御を行った場合、ＮＯｘ排出量は略変化せず、ＨＣ排出量は略変化せず、ＰＭ排出量は増加する。
【００８６】
本実施例では、上記の各制御パターン毎の浄化対象成分の排出量への影響の相違を考慮して、触媒昇温制御の実行に起因する排気性能の悪化を極力抑制するように、触媒昇温制御の制御パターンを選択する。
【００８７】
具体的には、ＮＯｘ触媒、酸化触媒、及び、フィルタの各々について、ＮＯｘ触媒においてＮＯｘをさらに吸蔵する余裕があるか否か、酸化触媒においてＨＣをさらに吸着する余裕がある否か、フィルタにおいてＰＭをさらに捕集する余裕があるか否か、を判定し、吸蔵、吸着、又は捕集する余裕があると判定される浄化対象成分については当該浄化対象成分の排出量が増加する制御パターンを選択することを許容し、また、吸蔵、吸着、又は捕集する余裕がないと判定される浄化対象成分については当該浄化対象成分の排出量が増加する制御パターンを選択することを抑制して、触媒昇温制御に係る制御パターンを決定する。
【００８８】
ＮＯｘ触媒においてＮＯｘを更に吸蔵する余裕があるか否かは、ＮＯｘ触媒に吸蔵可能なＮＯｘの最大量、又は該最大量に所定のマージンを考慮して決定した上限量（以下、ＮＯｘ吸蔵能）に対する、現時点において実際にＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘの量（以下、ＮＯｘ吸蔵量）の比率を求め、この比率（以下、ＮＯｘ吸蔵率）が所定のＮＯｘ判定基準値以下であるか否かに基づいて判定する。
【００８９】
ここで、ＮＯｘ判定基準値とは、ＮＯｘ触媒においてＮＯｘを更に吸蔵する余裕があるか否かを判定するために予め定められる基準値であり、例えば、触媒昇温制御の実行に起因して内燃機関からのＮＯｘの排出量が一時的に増加した場合においても、ＮＯｘ触媒が飽和状態に達することなくＮＯｘを吸蔵可能なＮＯｘ吸蔵率の上限値として定めることができる。或いは、ＮＯｘ吸蔵能に所定の比率を乗じた値として定めることもできる。
【００９０】
ここで、ＮＯｘ触媒の飽和状態とは、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量がＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵能を超えてしまい、流入するＮＯｘのほとんどを素通りさせてしまう状態である。
【００９１】
従って、ＮＯｘ判定基準値は、ＮＯｘ触媒に流入するＮＯｘのうちＮＯｘ触媒を素通りすることなくＮＯｘ触媒に吸蔵されるＮＯｘの割合が所定の許容レベルを下回らないＮＯｘ吸蔵率の上限値と言うこともできる。ＮＯｘ判定基準値は予め実験等により求められる。
【００９２】
また、ＮＯｘ吸蔵能は、ＮＯｘ触媒を構成する触媒物質やＮＯｘ触媒の大きさ等によって定まる物性値である。この物性値をある一定値としてＮＯｘ吸蔵能を定数に設定しても良いし、この物性値が温度依存性を有する場合にはそれを考慮してＮＯｘ吸蔵能をＮＯｘ触媒の温度に応じた可変値に設定しても良い。
【００９３】
また、ＮＯｘ吸蔵量は、既知の推定方法によって求めることができる。例えば、自動車がある一定の距離を走行するたびに所定量ずつ加算する方法によって算出することができる。
【００９４】
酸化触媒においてＨＣを更に吸着する余裕があるか否かは、酸化触媒に吸着可能なＨＣの最大量、又は該最大量に所定のマージンを考慮して決定した上限量（以下、ＨＣ吸着能）に対する、現時点において実際に酸化触媒に吸着しているＨＣの量（以下、ＨＣ吸着量
）の比率を求め、この比率（以下、ＨＣ吸着率）が所定のＨＣ判定基準値以下であるか否かに基づいて判定する。
【００９５】
ここで、ＨＣ判定基準値とは、酸化触媒においてＨＣを更に吸着する余裕があるか否かを判定するために予め定められる基準値であり、例えば、触媒昇温制御の実行に起因して内燃機関からのＨＣの排出量が一時的に増加した場合においても、酸化触媒が飽和状態に達することなくＨＣを吸着可能なＨＣ吸着率の上限値として定めることができる。或いは、ＨＣ吸着能に所定の比率を乗じた値として定めることもできる。
【００９６】
ここで、酸化触媒の飽和状態とは、酸化触媒におけるＨＣ吸着量が酸化触媒のＨＣ吸着能を超えてしまい、流入するＨＣのほとんどを素通りさせてしまう状態である。
【００９７】
従って、ＨＣ判定基準値は、酸化触媒に流入するＨＣのうち酸化触媒を素通りすることなく酸化触媒に吸着するＨＣの割合が所定の許容レベルを下回らないＨＣ吸着率の上限値と言うこともできる。ＨＣ判定基準値は予め実験等により求められる。
【００９８】
また、ＨＣ吸着能は、酸化触媒を構成する触媒物質や酸化触媒の大きさ等によって定まる物性値である。この物性値をある一定値としてＨＣ吸着能を定数に設定しても良いし、この物性値が温度依存性を有する場合にはそれを考慮してＨＣ吸着能を酸化触媒の温度に応じた可変値に設定しても良い。また、ＨＣ吸着量は、既知の推定方法によって求めることができる。
【００９９】
フィルタにおいてＰＭを更に捕集する余裕があるか否かは、フィルタに捕集可能なＰＭの最大量、又は該最大量に所定のマージンを考慮して決定した上限量（以下、ＰＭ捕集能）に対する、現時点において実際にフィルタに捕集されているＰＭの量（以下、ＰＭ捕集量）の比率を求め、この比率（以下、ＰＭ捕集率）が所定のＰＭ判定基準値以下であるか否かに基づいて判定する。
【０１００】
ここで、ＰＭ判定基準値とは、フィルタにおいてＰＭを更に捕集する余裕があるか否かを判定するために予め定められる基準値であり、例えば、触媒昇温制御の実行に起因して内燃機関からのＰＭの排出量が一時的に増加した場合においても、フィルタが飽和状態に達することなくＰＭを捕集可能なＰＭ捕集率の上限値として定めることができる。或いは、ＰＭ捕集能に所定の比率を乗じた値として定めることもできる。
【０１０１】
ここで、フィルタの飽和状態とは、フィルタにおけるＰＭ捕集量がフィルタのＰＭ捕集能を超えてしまい、フィルタにおける圧力損失が過剰に増大し、排気通路の背圧が内燃機関の正常な運転に支障を来す程度にまで上昇してしまう状態である。
【０１０２】
従って、ＰＭ判定基準値は、フィルタにおける圧損が所定の許容レベルを超えないＰＭ捕集率の上限値と言うこともできる。ＰＭ判定基準値は予め実験等により求められる。
【０１０３】
また、ＰＭ捕集能は、フィルタの構造や大きさによって定まる。また、ＰＭ捕集量は、既知の推定方法によって求めることができる。例えば、機関回転数や車両の走行距離に基づいて内燃機関１から単位時間あたりに排出されるＰＭの量を推定し、これを積算して算出することができる。
【０１０４】
このようにして、ＮＯｘ触媒、酸化触媒、及びフィルタの各々について、ＮＯｘ吸蔵率、ＨＣ吸着率、及びＰＭ捕集率（以下、これらを総称して蓄積率という場合もある）を求め、それに基づいて現時点での排気浄化装置１０の状態を決定する。本実施例の場合、図４に示すように、ＮＯｘ吸蔵率がＮＯｘ判定基準値以下であるか否か、ＨＣ吸着率がＨＣ
判定基準値以下であるか否か、及びＰＭ捕集率がＰＭ判定基準値以下であるか否かによって、８通りの排気浄化装置１０の状態（以下、触媒状態モード）が考えられる。図４において、Ｈｉは浄化対象成分の蓄積率が判定基準値より大きいことを表し、Ｌｏは浄化対象成分の蓄積率が判定基準値以下であることを表す。
【０１０５】
図４において、第１触媒状態モードは、ＮＯｘ吸蔵率がＨｉ、すなわち、ＮＯｘ吸蔵率＞ＮＯｘ判定基準値であり、ＮＯｘ触媒がこれ以上のＮＯｘを吸蔵する余裕がなく、また、ＨＣ吸着率がＨｉ、すなわち、ＨＣ吸着率＞ＨＣ判定基準値であり、酸化触媒がこれ以上のＨＣを吸着する余裕がなく、また、ＰＭ捕集率がＨｉ、すなわち、ＰＭ捕集率＞ＰＭ判定基準値であり、フィルタがこれ以上のＰＭを捕集する余裕がない状態である。従って、第１触媒状態モードで示される状態においては、触媒昇温制御の実行に際して、ＮＯｘ、ＨＣ、ＰＭのいずれか一つでも排出量が増加する制御パターンを選択することは抑制される。
【０１０６】
また、第２触媒状態モードは、ＮＯｘ吸蔵率がＬｏ、すなわち、ＮＯｘ吸蔵率＜ＮＯｘ判定基準値であり、ＮＯｘ触媒が更にＮＯｘを吸蔵する余裕があり、また、ＨＣ吸着率がＬｏ、すなわち、ＨＣ吸着率＜ＨＣ判定基準値であり、酸化触媒が更にＨＣを吸着する余裕があり、また、ＰＭ捕集率がＬｏ、すなわち、ＰＭ捕集率＜ＰＭ判定基準値であり、フィルタが更にＰＭを捕集する余裕がある状態である。従って、第２触媒状態モードで表される状態においては、触媒昇温制御の実行に際して、ＮＯｘ、ＨＣ、ＰＭのいずれが増加する制御パターンでも選択することが許容される。
【０１０７】
第３触媒状態モードは、ＮＯｘ吸蔵率がＨｉ、すなわち、ＮＯｘ吸蔵率＞ＮＯｘ判定基準値であり、ＮＯｘ触媒がこれ以上のＮＯｘを吸蔵する余裕がなく、また、ＨＣ吸着率がＬｏ、すなわち、ＨＣ吸着率＜ＨＣ判定基準値であり、酸化触媒が更にＨＣを吸着する余裕があり、また、ＰＭ捕集率がＬｏ、すなわち、ＰＭ捕集率＜ＰＭ判定基準値であり、フィルタが更にＰＭを捕集する余裕がある状態である。従って、第３触媒状態モードで表される状態においては、触媒昇温制御の実行に際して、ＮＯｘ排出量が増加する制御パターンを選択することは抑制される。一方、ＨＣ排出量が増加する制御パターン及びＰＭ排出量が増加する制御パターンを選択することは許容される。
【０１０８】
第４触媒状態モードは、ＮＯｘ吸蔵率がＬｏ、すなわち、ＮＯｘ吸蔵率＜ＮＯｘ判定基準値であり、ＮＯｘ触媒が更にＮＯｘを吸蔵する余裕があり、また、ＨＣ吸着率がＨｉ、すなわち、ＨＣ吸着率＞ＨＣ判定基準値であり、酸化触媒がこれ以上のＨＣを吸着する余裕がなく、また、ＰＭ捕集率がＬｏ、すなわち、ＰＭ捕集率＜ＰＭ判定基準値であり、フィルタが更にＰＭを捕集する余裕がある状態である。従って、第４触媒状態モードで表される状態においては、触媒昇温制御の実行に際して、ＨＣ排出量が増加する制御パターンを選択することは抑制される。一方、ＮＯｘ排出量が増加する制御パターン及びＰＭ排出量が増加する制御パターンを選択することは許容される。
【０１０９】
第５触媒状態モードは、ＮＯｘ吸蔵率がＬｏ、すなわち、ＮＯｘ吸蔵率＜ＮＯｘ判定基準値であり、ＮＯｘ触媒が更にＮＯｘを吸蔵する余裕があり、また、ＨＣ吸着率がＬｏ、すなわち、ＨＣ吸着率＜ＨＣ判定基準値であり、酸化触媒が更にＨＣを吸着する余裕があり、また、ＰＭ捕集率がＨｉ、すなわち、ＰＭ捕集率＞ＰＭ判定基準値であり、フィルタがこれ以上のＰＭを捕集する余裕がない状態である。従って、第５触媒状態モードで表される状態においては、触媒昇温制御の実行に際して、ＰＭ排出量が増加する制御パターンを選択することは抑制される。一方、ＮＯｘ排出量が増加する制御パターン及びＨＣ排出量が増加する制御パターンを選択することは許容される。
【０１１０】
第６触媒状態モードは、ＮＯｘ吸蔵率がＨｉ、すなわち、ＮＯｘ吸蔵率＞ＮＯｘ判定基
準値であり、ＮＯｘ触媒がこれ以上のＮＯｘを吸蔵する余裕がなく、また、ＨＣ吸着率がＨｉ、すなわち、ＨＣ吸着率＞ＨＣ判定基準値であり、酸化触媒がこれ以上のＨＣを吸着する余裕がなく、また、ＰＭ捕集率がＬｏ、すなわち、ＰＭ捕集率＜ＰＭ判定基準値であり、フィルタが更にＰＭを捕集する余裕がある状態である。従って、第６触媒状態モードで表される状態においては、触媒昇温制御の実行に際して、ＮＯｘ排出量が増加する制御パターン及びＨＣ排出量が増加する制御パターンを選択することは抑制される。一方、ＰＭ排出量が増加する制御パターンを選択することは許容される。
【０１１１】
第７触媒状態モードは、ＮＯｘ吸蔵率がＬｏ、すなわち、ＮＯｘ吸蔵率＜ＮＯｘ判定基準値であり、ＮＯｘ触媒が更にＮＯｘを吸蔵する余裕があり、また、ＨＣ吸着率がＨｉ、すなわち、ＨＣ吸着率＞ＨＣ判定基準値であり、酸化触媒がこれ以上のＨＣを吸着する余裕がなく、また、ＰＭ捕集率がＨｉ、すなわち、ＰＭ捕集率＞ＰＭ判定基準値であり、フィルタがこれ以上のＰＭを捕集する余裕がない状態である。従って、第７触媒状態モードで表される状態においては、触媒昇温制御の実行に際して、ＨＣ排出量が増加する制御パターン及びＰＭ排出量が増加する制御パターンを選択することは抑制される。一方、ＮＯｘ排出量が増加する制御パターンを選択することは許容される。
【０１１２】
第８触媒状態モードは、ＮＯｘ吸蔵率がＨｉ、すなわち、ＮＯｘ吸蔵率＞ＮＯｘ判定基準値であり、ＮＯｘ触媒がこれ以上のＮＯｘを吸蔵する余裕がなく、また、ＨＣ吸着率がＬｏ、すなわち、ＨＣ吸着率＜ＨＣ判定基準値であり、酸化触媒が更にＨＣを吸着する余裕があり、また、ＰＭ捕集率がＨｉ、すなわち、ＰＭ捕集率＞ＰＭ判定基準値であり、フィルタがこれ以上のＰＭを捕集する余裕がない状態である。従って、第８触媒状態モードで表される状態においては、触媒昇温制御の実行に際して、ＮＯｘ排出量が増加する制御パターン及びＰＭ排出量が増加する制御パターンを選択することは抑制される。一方、ＨＣ排出量が増加する制御パターンを選択することは許容される。
【０１１３】
本実施例では、以上のようにして決定された触媒状態モードに応じて、基本的に以下の選択条件に基づいて触媒昇温制御の実行に際して選択される制御パターンを決定する。すなわち、まず第１に、排気温度が上昇する制御パターンであること、第２に、排気温度が触媒温度以上の温度であって、且つ、排気浄化触媒を通過する排気の流量が増加する制御パターンであること、第３に、前記第１の条件又は第２の条件を満たすために何らかの浄化対象成分の排出量の増加が避けられない場合には、触媒状態モードに鑑みて吸蔵、吸着、又は捕集する余裕のある浄化対象成分について排出量が増加する制御パターンを選択することを許容すること、第４に、以上の選択条件を満たす制御パターンであって排気温度を上昇させ得る複数の制御パターンが選択可能な場合は、ＨＣ排出量が増加する制御パターンを優先すること、第５に、選択可能な制御パターンであってＮＯｘ排出量の増加を伴う制御パターンが複数存在する場合は、排気浄化触媒を通過する排気の流量が減少する制御パターンを優先すること、以上の条件を満たすように、触媒昇温制御に係る吸入空気量、高圧ＥＧＲガス量、及び低圧ＥＧＲガス量の制御パターンを決定する。
【０１１４】
第１の条件は、排気浄化触媒に流入する排気の温度が高くなるほど排気浄化触媒の温度が高くなることに基づいている。第２の条件は、排気浄化触媒の温度より高温の排気が排気浄化触媒を通過する場合、通過する流量が多くなるほど排気浄化触媒の温度が高くなることに基づいている。第３の条件を満たす場合、排気浄化触媒の昇温制御の実行に起因する排気性能の悪化を抑制することが可能になる。第４の条件は、排気温度が高くなる場合にＨＣ排出量が増加すると、ＨＣが排気浄化触媒において排気の高温によって酸化反応し易くなり、この酸化反応熱によって排気浄化触媒の昇温を促進することができることによる。第５の条件を満たす場合、ＮＯｘ排出量が増加する時に、排気浄化触媒を通過する排気の流量が減少するので、ＮＯｘがＮＯｘ触媒を通過するのに要する時間が長くなり、ＮＯｘ触媒により効果的にＮＯｘを吸蔵させることができ、ＮＯｘについての排気性能の悪
化を抑制できる。
【０１１５】
図５は、各触媒状態モードと、当該触媒状態モードに好適な触媒昇温制御の制御パターンと、の対応の一例を示す図である。図５に示した対応例では、触媒状態モードが第１触媒状態モードの場合には触媒昇温制御の制御パターンとして第２制御パターンが選択され、触媒状態モードが第２触媒状態モードの場合には触媒昇温制御の制御パターンとして第６制御パターンが選択され、触媒状態モードが第３触媒状態モードの場合には触媒昇温制御の制御パターンとして第５制御パターンが選択され、触媒状態モードが第４触媒状態モードの場合には触媒昇温制御の制御パターンとして第３制御パターンが選択され、触媒状態モードが第５触媒状態モードの場合には触媒昇温制御の制御パターンとして第３制御パターンが選択され、触媒状態モードが第６触媒状態モードの場合には触媒昇温制御の制御パターンとして第６制御パターンが選択され、触媒状態モードが第７触媒状態モードの場合には触媒昇温制御の制御パターンとして第３制御パターンが選択され、触媒状態モードが第８触媒状態モードの場合には触媒昇温制御の制御パターンとして第１制御パターンが選択される。なお、この対応は一例であって、触媒状態モードと制御パターンとの別の対応関係を採用して触媒昇温制御を実行することも可能である。
【０１１６】
以下、ＥＣＵ２０によって行われる本実施例の触媒昇温制御の具体的な実行手順について、図６に基づいて説明する。図６は、触媒昇温制御を行うためのルーチンを示すフローチャートである。このルーチンはＥＣＵによって所定時間毎に繰り返し実行される。
【０１１７】
まず、ステップＳ１０１において、ＥＣＵ２０は、ＮＯｘ触媒温度センサ２１及び酸化触媒温度センサ２２による測定値に基づいて、ＮＯｘ触媒の温度ＴＣ及び酸化触媒の温度ＴＯを取得する。
【０１１８】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ２０は、ＮＯｘ触媒及び酸化触媒の活性状態を判定する。具体的には、ステップＳ１０１で取得したＮＯｘ触媒の温度ＴＣが上述した第２ＮＯｘ触媒基準温度ＴＣ２より高く且つ第１ＮＯｘ触媒基準温度ＴＣ１より低いか否かを判定する。また、ステップＳ１０１で取得した酸化触媒の温度ＴＯが上述した第２酸化触媒基準温度ＴＯ２より高く且つ第１酸化触媒基準温度ＴＯ１より低いか否かを判定する。本実施例においては、ステップＳ１０２を実行するＥＣＵ２０が、本発明におけるＮＯｘ触媒活性状態取得手段及び酸化触媒活性状態取得手段に相当し、従って、触媒活性状態取得手段に相当する。
【０１１９】
ステップＳ１０２において、ＮＯｘ触媒の温度がＴＣ２＜ＴＣ＜ＴＣ１を満たすか、又は酸化触媒の温度がＴＯ２＜ＴＯ＜ＴＯ１を満たす場合、ＥＣＵ２０はステップＳ１０３に進む。一方、ステップＳ１０２において、ＮＯｘ触媒の温度がＴＣ２＜ＴＣ＜ＴＣ１を満たさず、且つ酸化触媒の温度がＴＯ２＜ＴＯ＜ＴＯ１を満たさない場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
【０１２０】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ２０は、排気浄化装置１０における各浄化対象成分の蓄積状態を取得する。具体的には、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ吸蔵量を推定し、ＮＯｘ吸蔵率とＮＯｘ判定基準値との大小関係を判別する。また、酸化触媒におけるＨＣ吸着量を推定し、ＨＣ吸着率とＨＣ判定基準値との大小関係を判別する。また、フィルタにおけるＰＭ捕集量を推定し、ＰＭ捕集率とＰＭ判定基準値との大小関係を判別する。
【０１２１】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ２０は、排気浄化触媒の触媒状態モードを決定する。すなわち、前記ステップＳ１０３におけるＮＯｘ吸蔵率とＮＯｘ判定基準値との大小関係、ＨＣ吸着率とＨＣ判定基準値との大小関係、及びＰＭ捕集率とＰＭ判定基準値との大小関係に基づき、図４の触媒状態モードテーブルを参照して、現時点での触媒状態モード
を決定する。本実施例では、ステップＳ１０３及びステップＳ１０４を実行するＥＣＵ２０が、本発明におけるＮＯｘ吸蔵状態取得手段、ＨＣ吸着状態取得手段、及びＰＭ捕集状態取得手段に相当し、従って、蓄積状態取得手段に相当する。
【０１２２】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ２０は、昇温制御制御の制御パターンを決定する。すなわち、前記ステップＳ１０４で決定した触媒状態モードに応じて、図５の触媒昇温制御パターンテーブルを参照して現時点での触媒状態モードに対して好適な制御パターンを決定する。
【０１２３】
ステップＳ１０６において、ＥＣＵ２０は、昇温制御制御を実行する。すなわち、前記ステップＳ１０５で決定した制御パターンに従って、吸入空気量、低圧ＥＧＲガス量、及び高圧ＥＧＲガス量を制御すべく、第１スロットル弁６、第２スロットル弁９、低圧ＥＧＲ弁３２、高圧ＥＧＲ弁４２、排気絞り弁１９、ノズルベーン５を制御する。本実施例では、ステップＳ１０６を実行するＥＣＵ２０が、本発明における触媒昇温手段に相当する。
【０１２４】
なお、以上述べた実施例は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施例には種々の変更を加え得る。例えば、上記の触媒昇温制御の６通りの制御パターン及び制御パターンの選択条件は一例であって、異なる制御パターンや選択条件に基づいて触媒昇温制御を実行することも可能である。その場合も、各制御パターン毎に排気性能への影響を考慮し、触媒状態モードに鑑み、吸蔵、吸着、又は捕集の余裕のある浄化対象成分については排出量の増加を許容するとともに、吸蔵、吸着、又は捕集の余裕のない浄化対象成分については排出量の増加を抑制するように制御パターンを選択すれば、排気性能の悪化を抑制しつつ、中程度の活性状態にある排気浄化触媒を、燃費の悪化を抑制しつつ好適に活性化させることができる。
【０１２５】
また、上記実施例では排気浄化装置としてＮＯｘ触媒、酸化触媒、フィルタを備えた構成について説明したが、排気浄化装置の構成はこれに限られない。例えばＮＯｘ触媒を含まず酸化触媒とフィルタを有する構成でもよい。この場合、ＨＣ吸着率のＨｉ／Ｌｏ、及びＰＭ捕集率のＨｉ／Ｌｏによって４通りの触媒状態モードが考えられる。また、このようにＮＯｘ触媒を備えない構成の場合は、触媒昇温制御の制御パターンの選択において、ＮＯｘ排出量が増加する制御パターンをなるべく選択しないことが好ましい。
【０１２６】
また、上記実施例では、排気浄化触媒の温度を温度センサにより取得する構成を示したが、触媒温度は温度センサにより直接測定する方法以外にも、排気浄化触媒に流入する排気の温度、排気浄化触媒から流出する排気の温度、又は内燃機関の運転条件等に基づいて推定する方法を採用することもできる。
【０１２７】
また、上記実施例では、排気浄化触媒の活性状態を排気浄化触媒の温度に基づいて判定しているが、排気浄化触媒の活性状態を判定する方法はこれに限られない。例えば、排気浄化触媒に流入する浄化対象成分の量（流入成分量）を取得する流入成分量取得手段と、排気浄化触媒から流出する浄化対象成分の量（流出成分量）を取得する流出成分量取得手段と、を備え、流入成分量に対する流出成分量の比率（以下、浄化率）に基づいて排気浄化触媒の活性状態を判定しても良い。例えば、ＮＯｘ触媒の上流における排気中のＮＯｘの量に対するＮＯｘ触媒の下流における排気中のＮＯｘの量の比が、所定の範囲内の値である場合に、ＮＯｘ触媒が中程度の活性状態であると判定しても良い。酸化触媒やフィルタの活性状態の取得についても同様に浄化率に基づいて判定しても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】実施例１における排気浄化システムを適用する内燃機関の吸気系及び排気系の概略構成を示す図である。
【図２】実施例１におけるＥＧＲ制御マップを表す図である。
【図３】実施例１における触媒昇温制御の各制御パターンと各制御パターンによる各物理量の変化の傾向を示した表である。
【図４】実施例１における排気浄化触媒の触媒状態モードを示した表である。
【図５】実施例１における各触媒状態モードと制御パターンとの対応関係の一例を示した表である。
【図６】実施例１における触媒昇温制御を実行するためのルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１２９】
１     内燃機関
２     気筒
３     吸気通路
４     排気通路
５     ノズルベーン
６     第１スロットル弁
７     エアフローメータ
８     インタークーラ
９     第２スロットル弁
１０   排気浄化装置
１１   コンプレッサ
１２   タービン
１３   ターボチャージャ
１４   水温センサ
１５   アクセル開度センサ
１６   クランクポジションセンサ
１７   吸気マニホールド
１８   排気マニホールド
１９   排気絞り弁
２０   ＥＣＵ
２１   ＮＯｘ触媒温度センサ
２２   酸化触媒温度センサ
３０   低圧ＥＧＲ装置
３１   低圧ＥＧＲ通路
３２   低圧ＥＧＲ弁
３３   低圧ＥＧＲクーラ
４０   高圧ＥＧＲ装置
４１   高圧ＥＧＲ通路
４２   高圧ＥＧＲ弁
【図１】
2008215210.tif 000003
【図２】
2008215210.tif 000004
【図３】
2008215210.tif 000005
【図４】
2008215210.tif 000006
【図５】
2008215210.tif 000007
【図６】
2008215210.tif 000008