(57)【要約】【課題】本発明の目的は、可変容量型ターボチャージャを備えた内燃機関の排気浄化装置において、各触媒制御を実行する時に、燃焼室での燃焼状態をより確実に各触媒制御に適した燃焼状態とすることが出来、以て各触媒制御をより好適に行うことが可能な技術を提供することである。【解決手段】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、ノズルベーンの開度を変化させることで過給圧を可変とする可変容量型ターボチャージャと、該可変容量型ターボチャージャより下流側の排気通路に設けられ、排気中のＮＯｘを吸蔵・還元するＮＯｘ触媒等の排気浄化触媒と、を備えている。そして、各触媒制御を実行するときには、燃焼室での燃焼状態をそれぞれの触媒制御に応じた所定燃焼状態に切り換えると共に、ノズルベーンの開度制御をこの所定燃焼状態に応じて異なった制御とする。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン側に開閉駆動可能なノズルベーンを有し、該ノズルベーンの開度を変化させることで過給圧を可変とする可変容量型ターボチャージャと、
該可変容量型ターボチャージャより下流側の排気通路に設けられ、排気中のＮＯｘを吸蔵・還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元制御を実行するＮＯｘ還元制御手段と、
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを脱離させて該ＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させるＳＯｘ被毒回復制御を実行するＳＯｘ被毒回復制御手段と、
前記ＮＯｘ還元制御手段によって前記ＮＯｘ還元制御が実行されるときと、前記ＳＯｘ被毒回復手段によって前記ＳＯｘ被毒回復制御が実行されるときとでは、燃焼室内での燃焼状態をそれぞれ異なった所定燃焼状態に切り換える燃焼状態切り換え手段と、
前記所定燃焼状態に応じて前記ノズルベーンの開度を制御する開度制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
排気の一部を再循環排気として前記燃焼室に供給する排気再循環手段と、をさらに備え、
前記ＳＯｘ被毒回復制御手段によって前記ＳＯｘ被毒回復制御が実行され、且つ前記運転状態検出手段によって検出された前記内燃機関の運転状態が低負荷運転状態であるときは、前記所定燃焼状態を、前記排気再循環手段によって前記再循環排気が前記燃焼室内に供給されることにより増加する煤の発生量がピークとなるときの前記再循環排気の量よりも、前記燃焼室に供給される前記再循環排気の量を多くすることで、煤の発生量が抑制される低温燃焼状態とし、
前記ＳＯｘ被毒回復制御手段によって前記ＳＯｘ被毒回復制御が実行され、且つ前記運転状態検出手段によって検出された前記内燃機関の運転状態が中負荷運転状態であるときは、前記所定燃焼状態を、前記燃焼室に供給される前記再循環排気の量を、前記煤の発生量がピークとなるときの前記再循環排気の量よりも少ない量であり、且つ前記煤の発生量が許容可能な量となる前記再循環排気の量とした状態での燃焼状態である高ＥＧＲ燃焼状態とし、
前記ＮＯｘ還元制御手段によって前記ＮＯｘ還元制御が実行されるときは、前記所定燃焼状態を、前記低温燃焼状態および前記高ＥＧＲ燃焼状態以外の燃焼状態である通常燃焼状態とすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
タービン側に開閉駆動可能なノズルベーンを有し、該ノズルベーンの開度を変化させることで過給圧を可変とする可変容量型ターボチャージャと、
該可変容量型ターボチャージャより下流側の排気通路に設けられ、排気中のＮＯｘを吸蔵・還元するＮＯｘ触媒を担持すると共に、排気中の微粒子を捕獲するパティキュレートフィルタと、
該パティキュレートフィルタに吸蔵されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元制御を実行するＮＯｘ還元制御手段と、
該パティキュレートフィルタに吸蔵されたＳＯｘを脱離させて該パティキュレートフィルタをＳＯｘ被毒から回復させるＳＯｘ被毒回復制御を実行するＳＯｘ被毒回復制御手段と、
該パティキュレートフィルタに堆積した微粒子を酸化・除去し該パティキュレートフィルタを再生させるＰＭ再生制御を実行するＰＭ再生制御手段と、
前記ＮＯｘ還元制御手段によって前記ＮＯｘ還元制御が実行されるときと、前記ＳＯｘ被毒回復制御手段によって前記ＳＯｘ被毒回復制御が実行されるときと、前記ＰＭ再生制御手段によって前記ＰＭ再生制御が実行されるときとでは、燃焼室内での燃焼状態をそれぞれ異なった所定燃焼状態に切り換える燃焼状態切り換え手段と、
前記所定燃焼状態に応じて、前記ノズルベーンの開度を制御する開度制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
排気の一部を再循環排気として前記燃焼室に供給する排気再循環手段と、をさらに備え、
前記ＳＯｘ被毒回復制御手段によって前記ＳＯｘ被毒回復制御が実行され、且つ前記運転状態検出手段によって検出された前記内燃機関の運転状態が低負荷運転状態であるときは、前記所定燃焼状態を、前記排気再循環手段によって前記再循環排気が前記燃焼室内に供給されることにより増加する煤の発生量がピークとなるときの前記再循環排気の量よりも、前記燃焼室に供給される前記再循環排気の量を多くすることで、煤の発生量が抑制される低温燃焼状態とし、
前記ＳＯｘ被毒回復制御手段によって前記ＳＯｘ被毒回復制御が実行され、且つ前記運転状態検出手段によって検出された前記内燃機関の運転状態が中負荷運転状態であるときは、前記所定燃焼状態を、前記燃焼室に供給される前記再循環排気の量を、前記煤の発生量がピークとなるときの前記再循環排気の量よりも少ない量であり、且つ前記煤の発生量が許容可能な量となる前記再循環排気の量とした状態での燃焼状態である高ＥＧＲ燃焼状態とし、
前記ＰＭ再生制御手段によって前記ＰＭ再生制御が実行され、且つ前記運転状態検出手段によって検出された前記内燃機関の運転状態が低負荷運転状態であるときは、前記所定燃焼状態を、気筒内においてピストンが上死点近傍にある時に前記燃焼室内に燃料が噴射される主噴射に加え、前記ピストンが膨張行程または／および排気行程にあるときにさらに前記燃焼室に燃料を副噴射し、該副噴射された燃料が燃焼することによって排気が昇温される排気昇温燃焼状態とし、
前記ＮＯｘ還元制御手段によって前記ＮＯｘ還元制御が実行されるとき、および、前記ＰＭ再生制御実行手段によって前記ＰＭ再生制御が実行され、且つ前記運転状態検出手段によって検出された前記内燃機関の運転状態が中高負荷運転状態であるときは、前記所定燃焼状態を、前記低温燃焼状態および前記高ＥＧＲ燃焼状態および前記排気昇温燃焼状態以外の燃焼状態である通常燃焼状態とすることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記開度制御手段は、前記内燃機関が同一の運転状態である場合、前記所定燃焼状態を前記通常燃焼状態としたときの前記ノズルベーンの開度よりも、前記所定燃焼状態を前記低温燃焼状態または前記高ＥＧＲ燃焼状態としたときの前記ノズルベーンの開度を大きくすることを特徴とする請求項２または４記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記開度制御手段は、前記内燃機関が同一の運転状態である場合、前記所定燃焼状態を前記通常燃焼状態としたときの前記ノズルベーンの開度よりも、前記所定燃焼状態を前記排気昇温燃焼状態としたときの前記ノズルベーンの開度を大きくすることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記開度制御手段は、前記内燃機関が同一の運転状態である場合、前記所定燃焼状態を前記排気昇温燃焼状態としたときの前記ノズルベーンの開度よりも、前記所定燃焼状態を前記低温燃焼状態または前記高ＥＧＲ燃焼状態としたときの前記ノズルベーンの開度を大きくすることを特徴とする請求項４または６記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可変容量型ターボチャージャを備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、内燃機関から排出される排気を利用して駆動されるターボチャージャにおいて、タービン側に開閉駆動可能なノズルベーンを設けた可変容量型ターボチャージャが開発されている。
【０００３】
このような可変容量型ターボチャージャによれば、例えば、内燃機関が低回転運転状態で運転されているときのように、排気の流量が少ないときでも、タービン側のノズルベーンの開度を小さくすることによって排気の流速を上昇させ、タービンホイールの回転速度を上げることが出来る。タービンホイールの回転速度が上昇するとコンプレッサホイールの回転速度も上昇するため、過給圧を増大させることが出来、燃焼室に供給される吸入空気量を増加させることが可能となる。
【０００４】
また、可変容量型ターボチャージャを備えた内燃機関の排気通路に、排気中のＮＯｘを吸蔵・還元し排気を浄化するＮＯｘ触媒を設けた排気浄化装置において、排気の温度が該ＮＯｘ触媒の活性温度域となるように、ノズルベーンの開度を増減させて吸入空気量を制御する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２２０４４５号公報
【特許文献２】
特開平１１−６２６０２号公報
【特許文献３】
特開平１１−２９４１４５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなＮＯｘ触媒や、排気中に含まれる煤等の微粒子（ＰＭ）を捕獲するパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと称する）を排気通路に備えた内燃機関の排気浄化装置においては、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元制御や、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを脱離させ該ＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させるＳＯｘ被毒回復制御、フィルタに堆積したＰＭを酸化・除去し該フィルタを再生させるＰＭ再生制御等（以下、これらの制御を総称して触媒制御とする）が行われるが、これらの触媒制御における所望の排気空燃比や、所望のＮＯｘ触媒またはフィルタの温度は異なっている。
【０００７】
各触媒制御の実行時において、排気空燃比を所望の空燃比とすると共に、ＮＯｘ触媒またはフィルタの温度を所望の温度とするためには、燃焼室での燃焼状態を各触媒制御に適した燃焼状態とする必要がある。
【０００８】
この燃焼状態とは、燃焼室内に噴射された燃料の燃焼状態のことであり、該燃焼状態は、燃焼室に供給される吸入空気量や燃料噴射量、再循環排気量、燃料噴射時期、燃料噴射回数等を制御することによって変化する。また、該燃焼状態が変化すると内燃機関から排出される排気の空燃比や温度等も変化する。
【０００９】
ここで、前記したような可変容量型ターボチャージャにおいて、燃焼室での燃焼状態を触媒制御に応じて異なった所定燃焼状態とする場合、各燃焼状態におけるノズルベーンの開度が同一であると、吸入空気量の変化が小さくなるため、燃焼室での燃焼状態を前記所定燃焼状態とすることが出来ず、従って所望の触媒制御を行うことが困難となる虞がある。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、可変容量型ターボチャージャを備えた内燃機関の排気浄化装置において、各触媒制御を実行する時に、燃焼室での燃焼状態をより確実に各触媒制御に適した燃焼状態とすることが出来、以て各触媒制御をより好適に行うことが可能な技術を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、以下の手段を採用した。
【００１２】
即ち、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、ノズルベーンの開度を変化させることで過給圧を可変とする可変容量型ターボチャージャと、該可変容量型ターボチャージャより下流側の排気通路に設けられ、排気中のＮＯｘを吸蔵・還元するＮＯｘ触媒等の排気浄化触媒と、を備え、各触媒制御を実行するときには、燃焼室での燃焼状態をそれぞれの触媒制御に応じた所定燃焼状態に切り換えると共に、前記ノズルベーンの開度制御を前記所定燃焼状態に応じて異なった制御とすることを最大の特徴とする。
【００１３】
より詳しくは、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
タービン側に開閉駆動可能なノズルベーンを有し、該ノズルベーンの開度を変化させることで過給圧を可変とする可変容量型ターボチャージャと、
該可変容量型ターボチャージャより下流側の排気通路に設けられ、排気中のＮＯｘを吸蔵・還元するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元制御を実行するＮＯｘ還元制御手段と、
前記ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを脱離させて該ＮＯｘ触媒をＳＯｘ被毒から回復させるＳＯｘ被毒回復制御を実行するＳＯｘ被毒回復制御手段と、
前記ＮＯｘ還元制御手段によって前記ＮＯｘ還元制御が実行されるときと、前記ＳＯｘ被毒回復手段によって前記ＳＯｘ被毒回復制御が実行されるときとでは、燃焼室内での燃焼状態をそれぞれ異なった所定燃焼状態に切り換える燃焼状態切り換え手段と、
前記所定燃焼状態に応じて前記ノズルベーンの開度を制御する開度制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
このように構成された内燃機関の排気浄化装置によれば、前記所定燃焼状態に応じてノズルベーンの開度を制御することによって、過給圧を前記所定燃焼状態に適した圧力とすることが出来るため、燃焼室に供給される吸入空気量をより好適に前記所定燃焼状態に応じた吸入空気量とすることが出来る。従って、燃焼室での燃焼状態をより確実に前記ＮＯｘ還元制御または前記ＳＯｘ被毒回復制御に適した燃焼状態とすることが可能となる。
【００１５】
ここで、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置において、排気の一部を再循環排気として前記燃焼室に供給する排気再循環手段をさらに備えた場合、前記ＳＯｘ被毒回復制御が実行され、且つ前記内燃機関の運転状態が低負荷運転状態であるときは、前記所定燃焼状態を、前記排気再循環手段によって前記再循環排気が前記燃焼室内に供給されることにより増加する煤の発生量がピークとなるときの前記再循環排気の量よりも、前記燃焼室に供給される前記再循環排気の量を多くすることで、煤の発生量が抑制される低温燃焼状態とし、
前記ＳＯｘ被毒回復制御が実行され、且つ前記内燃機関の運転状態が中負荷運転状態であるときは、前記所定燃焼状態を、前記燃焼室に供給される前記再循環排気の量を、前記煤の発生量がピークとなるときの前記再循環排気の量よりも少ない量であり、且つ前記煤の発生量が許容可能な量となる前記再循環排気の量とした状態での燃焼状態である高ＥＧＲ燃焼状態とし、
前記ＮＯｘ還元制御が実行されるときは、前記所定燃焼状態を、前記低温燃焼状態および前記高ＥＧＲ燃焼状態以外の燃焼状態である通常燃焼状態としても良い。
【００１６】
ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを脱離させるためには、該ＮＯｘ触媒の床温をＮＯｘ還元時よりも高い温度とすると共に、周囲雰囲気を連続的にストイキまたはリッチ空燃比とする必要がある。そこで、内燃機関の運転状態が低負荷運転状態にあるときに前記ＳＯｘ被毒回復制御を実行するときは、燃焼室での燃焼状態を前記低温燃焼状態とすることによって、内燃機関から排出される排気の温度を高温とすると共に、該排気の空燃比を出来る限り小さくする。また、前記低温燃焼状態は内燃機関の運転状態が低負荷運転状態にあるときにのみ可能であるため、内燃機関の運転状態が中負荷運転状態のときに、ＳＯｘ被毒回復制御を実行するときは、燃焼室での燃焼状態を前記高ＥＧＲ燃焼状態とすることによって、前記低温燃焼状態時と同様、内燃機関から排出される排気の温度を高くすると共に、該排気の空燃比を出来る限り小さくする。また、前記ＮＯｘ還元制御を実行するときは、ＮＯｘ触媒の床温を前記ＳＯｘ被毒還元制御時ほど高くする必要がなく、また周囲雰囲気を連続的にストイキまたはリッチ空燃比とする必要はないため、燃焼室での燃焼状態を、触媒制御を行っていないときと同様の通常燃焼状態とする。
【００１７】
また、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、
前記可変容量型ターボチャージャと、
該可変容量型ターボチャージャより下流側の排気通路に設けられ、排気中のＮＯｘを吸蔵・還元するＮＯｘ触媒を担持すると共に、排気中の微粒子（ＰＭ）を捕獲するパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと称する）と、
該フィルタに吸蔵されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元制御を実行するＮＯｘ還元制御手段と、
該フィルタに吸蔵されたＳＯｘを脱離させて該フィルタをＳＯｘ被毒から回復させるＳＯｘ被毒回復制御を実行するＳＯｘ被毒回復制御手段と、
該フィルタに堆積したＰＭを酸化・除去し該フィルタを再生させるＰＭ再生制御を実行するＰＭ再生制御手段と、
該フィルタに吸蔵されたＳＯｘを脱離させて該フィルタをＳＯｘ被毒から回復させるＳＯｘ被毒回復制御を実行するＳＯｘ被毒回復制御手段と、
該フィルタに堆積したＰＭを酸化・除去し該フィルタを再生させるＰＭ再生制御を実行するＰＭ再生制御手段と、
前記ＮＯｘ還元制御手段によって前記ＮＯｘ還元制御が実行されるときと、前記ＳＯｘ被毒回復制御手段によって前記ＳＯｘ被毒回復制御が実行されるときと、前記ＰＭ再生制御手段によって前記ＰＭ再生制御が実行されるときとでは、燃焼室内での燃焼状態をそれぞれ異なった所定燃焼状態に切り換える燃焼状態切り換え手段と、
前記所定燃焼状態に応じて、前記ノズルベーンの開度を制御する開度制御手段と、
を備える構成としても良い。
【００１８】
このような構成の内燃機関の排気浄化装置においても、前記の構成と同様、前記所定燃焼状態に応じてノズルベーンの開度を制御することによって、過給圧を該所定燃焼状態に適した圧力とすることが出来るため、燃焼室に供給される吸入空気量をより確実に所定燃焼状態に応じた吸入空気量とすることが出来る。従って、燃焼室での燃焼状態をより確実に前記ＮＯｘ還元制御または前記ＳＯｘ被毒回復制御または前記ＰＭ再生制御に適した燃焼状態とすることが可能となる。
【００１９】
また、このような構成の内燃機関の排気浄化装置において、前記排気再循環手段をさらに備えた場合、前記ＳＯｘ被毒回復制御が実行され、且つ前記内燃機関の運転状態が低負荷運転状態であるときは、前記所定燃焼状態を、前記構成と同様、前記低温燃焼状態とし、
前記ＳＯｘ被毒回復制御が実行され、且つ前記内燃機関の運転状態が中負荷運転状態であるときは、前記所定燃焼状態を、前記構成と同様、前記高ＥＧＲ燃焼状態とし、
前記ＰＭ再生制御手段によって前記ＰＭ再生制御が実行され、且つ前記内燃機関の運転状態が低負荷運転状態であるときは、前記所定燃焼状態を、気筒内においてピストンが上死点近傍にある時に前記燃焼室内に燃料が噴射される主噴射に加え、前記ピストンが膨張行程または／および排気行程にあるときにさらに前記燃焼室に燃料を副噴射し、該副噴射された燃料が燃焼することによって排気が昇温される排気昇温燃焼状態とし、
前記ＮＯｘ還元制御が実行されるとき、および、前記ＰＭ再生制御が実行され、且つ前記内燃機関の運転状態が中高負荷運転状態であるときは、前記所定燃焼状態を、前記低温燃焼状態および前記高ＥＧＲ燃焼状態および前記排気昇温燃焼状態以外の燃焼状態である通常燃焼状態としても良い。
【００２０】
フィルタに堆積したＰＭを酸化し除去するためには、フィルタの床温をＮＯｘ還元時よりも高い温度とすると共に、周囲雰囲気をリーン空燃比とする必要がある。そこで、内燃機関の運転状態が低負荷運転状態にあるときに前記ＰＭ再生制御を実行するときは、燃焼室での燃焼状態を前記排気昇温燃焼状態とすることによって、内燃機関から排出される排気の温度を高くすると共に、該排気の空燃比をリーン空燃比とする。また、内燃機関の運転状態が中高負荷運転状態にあるときは、燃焼室での燃焼状態が前記通常燃焼状態であっても内燃機関から排出される排気の温度は比較的高温であり、且つ該排気の空燃比は比較的リーン空燃比であるため、内燃機関の運転状態が中高負荷運転状態にあるときに前記ＰＭ再生制御を実行するときは、燃焼室での燃焼状態を前記通常燃焼状態とし、前記排気昇温燃焼状態時と同様、内燃機関から排出される排気の温度を高温とすると共に、該排気の空燃比をリーン空燃比とする。
【００２１】
また、前記低温燃焼状態または前記高ＥＧＲ燃焼状態においては、排出される排気の空燃比を出来る限りリッチ側の空燃比とすべく、燃焼室に供給される再循環排気量を増加させ、吸入空気量を減少させる必要がある。そこで本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、内燃機関が同一の運転状態である場合、前記所定燃焼状態を前記通常燃焼状態としたときのノズルベーンの開度よりも、前記所定燃焼状態を前記低温燃焼状態または前記高ＥＧＲ燃焼状態としたときのノズルベーンの開度を大きくしても良い。
【００２２】
このような制御によれば、燃焼室での燃焼状態を前記通常燃焼状態としたときの吸入空気量よりも、燃焼室での燃焼状態を前記低温燃焼状態または前記高ＥＧＲ燃焼状態としたときの吸入空気量をより少なくすることが出来る。
【００２３】
また、前記排気昇温燃焼状態においては、排出される排気の温度を上昇させるべく、低温である吸入空気の量を減少させる必要がある。そこで、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、内燃機関が同一の運転状態である場合、前記所定燃焼状態を前記通常燃焼状態としたときのノズルベーンの開度よりも、前記所定燃焼状態を前記排気昇温燃焼状態としたときのノズルベーンの開度を大きくしても良い。
【００２４】
このような制御によれば、燃焼室での燃焼状態を前記通常燃焼状態としたときの吸入空気量よりも、燃焼室での燃焼状態を前記排気昇温燃焼状態としたときの吸入空気量をより少なくすることが出来る。
【００２５】
また、前記低温燃焼状態または前記高ＥＧＲ燃焼状態においては、排気空燃比を出来る限りリッチ側とする必要があり、前記排気昇温燃焼状態においては排気空燃比をリーン空燃比とする必要がある。そのため、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置においては、内燃機関が同一の運転状態である場合、前記所定燃焼状態を前記排気昇温燃焼状態としたときのノズルベーンの開度よりも、前記所定燃焼状態を前記低温燃焼状態または前記高ＥＧＲ燃焼状態としたときのノズルベーンの開度を大きくするとしても良い。
【００２６】
このような制御によれば、燃焼室での燃焼状態を前記排気昇温燃焼状態としたときの吸入空気量よりも、燃焼室での燃焼状態を前記低温燃焼状態または前記高ＥＧＲ燃焼状態としたときの吸入空気量をさらに少なくすることが出来、前記排気昇温燃焼状態における排気空燃比より前記低温燃焼状態または前記高ＥＧＲ燃焼状態における排気空燃比をよりリッチ側にすることが出来る。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施の形態について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明を、可変容量型ターボチャージャを備えたディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００２８】
図１は、本実施の形態に係る内燃機関とその排気浄化装置の概略構成を示す図である。
【００２９】
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する多気筒ディーゼル機関である。
【００３０】
内燃機関１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。該コモンレール４には、該コモンレール４内の燃料の圧力に対応した電気信号を出力するコモンレール圧センサ４ａが取り付けられている。
【００３１】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。前記燃料ポンプ６は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａが内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００３２】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００３３】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電圧が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２の燃焼室へ燃料が噴射される。
【００３４】
次に、内燃機関１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各支管は、各気筒２の燃焼室と図示しない吸気ポートを介して連通している。
【００３５】
前記吸気枝管８は、吸気管９と接続され、前記吸気管９は、エアクリーナボックス１０に接続されている。該エアクリーナボックス１０より下流の吸気管９には、該吸気管９内を流れる吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１１と、遠心過給器（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａと、インタークーラ１６と、が取り付けられている。コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ１６にて冷却される。
【００３６】
さらに、前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、該吸気管９内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。前記吸気絞り弁１３には、ステッパモータ等で構成されて該吸気絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１４が取り付けられている。
【００３７】
一方、内燃機関１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が各気筒２の燃焼室と排気ポート３０を介して連通している。
【００３８】
前記排気枝管１８は、前記ターボチャージャ１５のタービンハウジング１５ｂと接続されている。また、該タービンハウジング１５ｂは、排気管１９と接続されており、該排気管１９は、下流にて図示しないマフラーに接続されている。
【００３９】
前記排気管１９の途中には、排気中に含まれる煤等の微粒子（ＰＭ）を捕集するパティキュレートフィルタ２０が配置されている。
【００４０】
本実施の形態において、該パティキュレートフィルタ２０は、周囲雰囲気が高酸素濃度状態であるときは排気中に含まれるＮＯｘを吸蔵し、周囲雰囲気が低酸素濃度状態であり、且つ還元成分が存在するときは、吸蔵されたＮＯｘを還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持している。以下、該パティキュレートフィルタ２０をＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ＮＯｘ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）２０と称する。
【００４１】
また、タービンハウジング１５ｂと、ＤＰＮＲ２０と、の間の排気管１９には、還元剤添加弁４１が設けられている。該還元剤添加弁４１は図示しない還元剤供給路等を介して燃料ポンプ６と連通しており、所定電圧が印可されると開弁状態となり、排気管１９内に還元剤として燃料が添加される。
【００４２】
還元剤添加弁４１より上流側の排気管１９と、ＤＰＮＲ２０より下流側の排気管１９とには、それぞれ該排気管１９内を流れる排気の空燃比に対応した電気信号を出力する上流側排気空燃比センサ２３と下流側排気空燃比センサ３８とが設置されている。また、還元剤添加弁４１より下流側、且つＤＰＮＲ２０より上流側の排気管１９と、ＤＰＮＲ２０より下流側の排気管１９とには、それぞれ該排気管１９内を流れる排気の温度に対応した電気信号を出力する上流側排気温度センサ２４と、下流側排気温度センサ２９とが設置されている。さらに、排気管１９には、ＤＰＮＲ２０の上流側と下流側とを流れる排気の圧力差に対応した電気信号を出力する排気差圧センサ２８が設置されている。
【００４３】
また、内燃機関１には、該内燃機関１から排出され排気枝管１８を流れる排気の一部を吸気枝管８へ再循環させる排気再循環装置４０が設けられている。排気再循環装置４０は、排気枝管１８からシリンダヘッド内を通って吸気枝管８の集合部に至るよう形成された排気再循環通路（ＥＧＲ通路）２５と、電磁弁等からなりＥＧＲ通路２５内を流れる排気（以下、ＥＧＲガスと称する）の流量を印加電圧の大きさに応じて調整する流量調整弁（ＥＧＲ弁）２６と、該ＥＧＲ弁２６より上流のＥＧＲ通路２５に設けられ該ＥＧＲ通路２５を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２７とを備えている。
【００４４】
このように構成された排気再循環装置４０では、ＥＧＲ弁２６が開弁されると、排気枝管１８内を流れる排気の一部が、前記ＥＧＲ通路２５を通り、ＥＧＲクーラ２７によって冷却され、吸気枝管８の集合部へ流入する。吸気枝管８へ流入したＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ分配され、燃料噴射弁３から噴射される燃料を着火源として燃焼される。
【００４５】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ２Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ２）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、吸熱性を有する不活性ガス成分が含まれているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低くなり、以て窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生量が抑制される。
【００４６】
次に、本実施の形態に係るターボチャージャ１５について説明する。該ターボチャージャ１５は、本発明に係る可変容量型ターボチャージャに相当するものである。
図２は、本実施の形態に係るターボチャージャ１５の概略構成を示す断面図である。
【００４７】
該ターボチャージャ１５は、吸気管９の途中に配置されたコンプレッサハウジング１５ａと、排気枝管１８と排気管１９との接続部に配置されたタービンハウジング１５ｂと、該コンプレッサハウジング１５ａと該タービンハウジング１５ｂとの間に設けられたセンタハウジング１５ｃと、を備えている。センタハウジング１５ｃにはロータシャフト５４がその軸心を中心に回転可能な状態で支持されており、該ロータシャフト５４の一端は、コンプレッサハウジング１５ａ内に配置されたコンプレッサホイール５２に取り付けられており、また、該ロータシャフト５４の他端は、タービンハウジング１５ｂ内に配置されたタービンホイール５３に取り付けられている。
【００４８】
このような構成のターボチャージャ１５においては、排気が吹き付けられることによってタービンホイール５３が回転し、該タービンホイール５３が回転することによってコンプレッサホイール５２も回転する。そして、該コンプレッサホイール５２の回転によって、該コンプレッサホイール５２より下流の吸気管９に送り込まれる空気量を増加させる、いわゆる過給が行われる。
【００４９】
さらに、タービンハウジング１５ｂ内においては、図３に示すように、羽形状のノズルベーン５５がタービンホイール５３の円周方向に複数取り付けられている。図３は、ノズルベーン５５の概略配置を示すタービンハウジングの側面断面図である。また、タービンハウジング１５ｂには、該ノズルベーン５５を開閉駆動させるノズルベーン用アクチュエータ５１が設けられている。該ノズルベーン用アクチュエータ５１によりノズルベーン５５が開閉駆動されることによって、隣り合うノズルベーン５５間の隙間の大きさが変化し、タービンホイール５３に吹き付けられる排気の流速が変化することになる。その結果、タービンホイール５３およびコンプレッサホイール５２の回転速度やトルクも変化するため、コンプレッサホイール５２より下流の吸気管９への過給圧を調整することが可能となる。
【００５０】
このような構成のターボチャージャ１５においては、ノズルベーン５５の開度を制御することによって、該ターボチャージャ１５の過給圧を最適化する。例えば、内燃機関１から排出される排気量が比較的少ないときには、ノズルベーン５５の開度を小さくしタービンホイール５３に吹き付けられる排気の流速を高め、それによって、該タービンホイール５３およびコンプレッサホイール５２の回転速度やトルクを高める。その結果、前記過給圧が上昇することになる。また、内燃機関１から排出される排気量が非常に多い場合には、ノズルベーン５５の開度を大きくしタービンホイール５３に吹き付けられる排気の流速を低下させることによって、該タービンホイール５３およびコンプレッサホイール５２の過回転や破損を防止する。
【００５１】
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ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）３５が併設されている。このＥＣＵ３５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の運転状態等を制御するユニットである。
【００５２】
ＥＣＵ３５には、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、吸気管圧力センサ１７、上流側排気空燃比センサ２３、下流側排気空燃比センサ３８、上流側排気温度センサ２４、下流側排気温度センサ２９、排気差圧センサ２８、クランクポジションセンサ３３、アクセル開度センサ３６等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
【００５３】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、還元剤添加弁４１、ＥＧＲ弁２６、ノズルベーン用アクチュエータ５１等が電気配線を介して接続され、上記各部がＥＣＵ３５によって制御されるようになっている。
【００５４】
ＥＣＵ３５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する時間的な間隔等に基づき機関回転数を算出し、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）等に基づき機関負荷を算出する。また、ＥＣＵ３５は、上流側排気温度センサ２４と下流側排気温度センサ２９との出力信号に基づきＤＰＮＲ２０の床温を算出する。
【００５５】
また、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置においては、ＥＣＵ３５からの指令により、ＤＰＮＲ２０に吸蔵されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元制御や、ＤＰＮＲ２０に吸蔵されたＳＯｘを脱離させＤＰＮＲ２０をＳＯｘ被毒から回復させるＳＯｘ被毒回復制御、ＤＰＭＲ２０に堆積したＰＭを酸化させるＰＭ再生制御、等の制御が実行される（以下、これらの制御を総称して触媒制御とする）。これらの触媒制御について以下に説明する。
【００５６】
前記の通り、ＤＰＮＲ２０は吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持している。本実施の形態に係る内燃機関１のようなディーゼル機関においては、大部分の運転領域で排気の空燃比はリーン空燃比となっているため、通常の運転状態では、該ＤＰＮＲ２０の周囲雰囲気は高酸素濃度状態となっている。そのため、排気中のＮＯｘはＤＰＮＲ２０に吸蔵されるが、周囲雰囲気が低酸素濃度となるときは非常に少ないため、吸蔵されたＮＯｘが還元されにくく、ＤＰＮＲ２０のＮＯｘ吸蔵能力が飽和しやすい。そこで、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置においては、ＤＰＮＲ２０のＮＯｘ吸蔵能力が飽和する前に、還元剤添加弁４１から排気中に燃料を添加することによって、ＤＰＮＲ２０の周囲雰囲気を断続的に低酸素濃度状態とすると共に還元剤を供給し、ＤＰＮＲ２０に吸蔵されたＮＯｘを還元させる。このような制御をＮＯｘ還元制御と称する。
【００５７】
また、ＤＰＮＲ２０に担持された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、排気中のＳＯｘをも吸蔵するが、ＳＯｘ吸蔵量が増加するとＤＰＮＲ２０のＮＯｘ吸蔵能力が低下する、いわゆるＳＯｘ被毒が発生する。そのため、該ＳＯｘ吸蔵量が所定量以上となる前にＤＰＮＲ２０に吸蔵されたＳＯｘを脱離させる必要があるが、該ＳＯｘを脱離させるためには、ＤＰＮＲ２０の床温をＮＯｘ還元制御時よりも高い温度とすると共に、周囲雰囲気をストイキまたはリッチ空燃比としなければならない。そこで、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置においては、内燃機関１から排出される排気の空燃比が、ＮＯｘ還元制御時よりも小さい空燃比である第１所定空燃比（例えば、Ａ／Ｆ＝１７〜２２）となるよう内燃機関１の燃焼室での燃焼状態を制御すると共に、還元剤添加弁４１から排気中に燃料を添加することによって、ＤＰＮＲ２０の床温をＮＯｘ還元制御時よりも高い温度である第１所定温度（例えば、６５０〜７００℃）とすると共に、周囲雰囲気をストイキまたはリッチ空燃比である第２所定空燃比（例えば、Ａ／Ｆ＝１４．５）とし、ＤＰＮＲ２０をＳＯｘ被毒から回復させる。このような制御をＳＯｘ被毒回復制御と称する。
【００５８】
また、前記の通り、ＤＰＮＲ２０は排気中に含まれる煤等の微粒子（ＰＭ）を一旦捕獲するが、捕獲されたＰＭが酸化されずに堆積し、該ＤＰＮＲ２０に堆積したＰＭ堆積量が増加すると、該ＤＰＮＲ２０の目詰まりが発生することがある。この目詰まりが発生すると、ＤＰＮＲ２０上流の排気の圧力が上昇し内燃機関１の出力低下やＤＰＮＲ２０の毀損を誘発する虞がある。そのため、ＤＰＮＲ２０の堆積されたＰＭが所定量以上となる前に、該ＰＭを酸化させ除去する必要があるが、該ＰＭを酸化させるためには、該ＤＰＮＲ２０の床温をＮＯｘ還元制御時よりも高い温度としなければならない。そこで、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置においては、内燃機関１が中高負荷運転領域で運転されているときのように、内燃機関１から排出される排気の温度が所定排気温度（例えば、２６０℃）以上のときは、還元剤添加弁４１から排気中に燃料を添加することによって、ＤＰＮＲ２０の床温を、ＮＯｘ還元制御時よりも高い第２所定温度（例えば、６００〜７００℃）とし、ＤＰＮＲ２０に堆積したＰＭを酸化し除去する。一方、内燃機関１が低負荷運転領域で運転されているときのように、内燃機関１から排出される排気の温度が前記所定排気温度より低いときは、内燃機関１から排出される排気が、前記所定排気温度以上となるよう内燃機関１の燃焼室での燃焼状態を制御すると共に、還元剤添加弁４１から排気中に燃料を添加することによって、ＤＰＮＲ２０の床温を前記第２所定温度以上とし、ＤＰＮＲ２０に堆積したＰＭを酸化させ除去する。このような制御をＰＭ再生制御と称する。
【００５９】
また、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、上述したように、各触媒制御を実行するときは、ＥＣＵ３５からの指令により、内燃機関１の燃焼室での燃焼状態を該触媒制御に応じた所定燃焼状態に切り換える。各触媒制御時の内燃機関１の燃焼室での燃焼状態について以下に説明する。
【００６０】
前記ＳＯｘ被毒回復制御を実行するときは、上述したように、内燃機関１から排出される排気の空燃比が、ＮＯｘ還元制御時よりも小さい空燃比である前記第１所定空燃比となるよう内燃機関１の燃焼室での燃焼状態を制御する必要がある。そこで、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置においては、内燃機関１が低負荷運転領域で運転されているときに、前記ＳＯｘ被毒回復制御を実行するときは、燃焼室での燃焼状態を、ＥＧＲガスが前記排気再循環装置４０によって燃焼室に供給されることにより増加する煤の発生量がピークとなるときのＥＧＲガス量よりも、燃焼室に供給されるのＥＧＲガス量を多くすることで、煤の発生量が抑制される、いわゆる低温燃焼状態とする。一方、内燃機関１が、燃焼室での燃焼状態を低温燃焼状態とすることが困難である中負荷運転領域で運転されているときに、前記ＳＯｘ被毒回復制御を実行するときは、燃焼室での燃焼状態を、燃焼室に供給されるＥＧＲガスの量を、前記煤の発生量がピークとなるときのＥＧＲガスよりも少ない量であり、且つ前記煤の発生量が許容可能な量となるＥＧＲガスの量とした状態での燃焼状態とする。以下、このような燃焼状態を高ＥＧＲ燃焼状態と称する。図４に、燃焼室での燃焼状態を前記低温燃焼状態とする内燃機関１の運転領域と前記高ＥＧＲ燃焼状態とする内燃機関１の運転領域とを示す。
【００６１】
前記低温燃焼状態と前記高ＥＧＲ燃焼状態とにおいては、燃焼室に供給されるＥＧＲガス量を増加させると共に、該燃焼室に供給される空気量を減少させる等の制御によって、煤の発生を抑制しつつ、内燃機関１から排出される排気の空燃比を前記第１所定空燃比とすることが出来る。
【００６２】
また、内燃機関１が低負荷運転領域で運転されているときのように、内燃機関１から排出される排気の温度が前記所定排気温度より低いときに、前記ＰＭ再生制御を実行するときは、上述したように、内燃機関１から排出される排気が、前記所定排気温度以上となるよう内燃機関１の燃焼室での燃焼状態を制御する必要がある。そこで、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置においては、内燃機関１が低負荷運転領域で運転されているときに、前記ＰＭ再生制御を実行するときは、燃焼室での燃焼状態を、気筒内においてピストンが上死点近傍にある時に燃焼室内に燃料が噴射される主噴射に加え、前記ピストンが膨張行程または／および排気行程にあるときにさらに燃焼室に燃料を副噴射し、該副噴射された燃料が燃焼することによって、排出される排気が昇温される燃焼状態とする。以下、このような燃焼状態を排気昇温燃焼状態と称する。図５に、燃焼室での燃焼状態を該排気昇温燃焼状態とする内燃機関１の運転領域を示す。
【００６３】
前記排気昇温燃焼状態においては、燃焼室内に主噴射された燃料に加え、該主噴射の後に副噴射された燃料が燃焼されることによって、内燃機関１から排出される排気の温度が上昇するため、該排気の温度を前記所定排気温度以上とすることが出来る。
【００６４】
さらに、燃焼室での燃焼状態を前記排気昇温燃焼状態とするときには、該燃焼室に供給される空気量を減少させる。このような制御によれば、インタークーラ１６によって冷却された吸入空気空気の燃焼室への供給量が減少するため、該排気温度を前記所定温度以上とすることがより容易となる。
【００６５】
また、内燃機関１が中高荷運転領域で運転されているときのように、内燃機関１から排出される排気の温度が前記所定排気温度以上のときに、前記ＰＭ再生制御を実行するときは、燃焼室での燃焼室での燃焼状態を、触媒制御のいずれも行わないときと同様、前記低温燃焼状態、前記高ＥＧＲ燃焼状態、前記排気昇温燃焼状態以外の通常燃焼状態とする。
【００６６】
また、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置においては、前記ＮＯｘ還元制御を実行するときは、燃焼室での燃焼状態を、触媒制御のいずれも行わないときと同様、前記低温燃焼状態、前記高ＥＧＲ燃焼状態、前記排気昇温燃焼状態以外の通常燃焼状態とする。
【００６７】
さらに、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置は、ＥＣＵ３５からの指令により、タービンハウジング１５ｂ内に設けられたノズルベーン５５の開度を制御することによって、過給圧を調整し、燃焼室に供給される吸入空気量を調整する。本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置における各触媒制御実行時の燃焼室での燃焼状態とノズルベーン５５の開度との関係について、図６の表に基づいて以下に説明する。
【００６８】
図６は、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置における、各触媒制御と、各触媒制御実行時の燃焼室での燃焼状態と、各燃焼状態時に必要とされる吸入空気量である要求空気量と、ノズルベーン５５の開度との関係を示す表である。尚、ここでの要求空気量とノズルベーン開度とは、内燃機関１が同一の運転状態で運転されている場合の要求空気量とノズルベーン５５の開度を示している。
【００６９】
上述したように、ＮＯｘ還元制御実行時および内燃機関１が中高負荷運転領域で運転されているときのＰＭ再生制御実行時における燃焼室での燃焼状態は、いずれの触媒制御も行っていない通常運転時と同様に通常燃焼状態である。
【００７０】
また、上述したように、内燃機関１が低負荷運転領域で運転されているときのＰＭ再生制御実行時における燃焼室での燃焼状態は、排気昇温燃焼状態である。排気昇温燃焼状態においては、排気の温度を上昇させるため、要求空気量は通常燃焼状態のときと比べると少なくなる。従って、内燃機関１が同一の運転状態にある場合、燃焼室での燃焼状態を通常燃焼状態としたときのノズルベーン５５の開度よりも、燃焼室での燃焼状態を前記低温燃焼状態または高ＥＧＲ燃焼状態としたときのノズルベーン５５の開度を大きくする。
【００７１】
また、上述したように、内燃機関１が中負荷運転領域で運転されているときのＳＯｘ被毒回復制御実行時における燃焼室での燃焼状態は高ＥＧＲ燃焼状態であり、一方、内燃機関１が低負荷運転領域で運転されているときのＳＯｘ被毒回復制御実行時における燃焼室での燃焼状態は低温燃焼状態である。高ＥＧＲ燃焼状態においても、低温燃焼状態においても、燃焼室に供給されるＥＧＲガスを増加させ、内燃機関１から排出される排気の空燃比を、通常燃焼時よりも小さい空燃比とするため、要求空気量は、通常燃焼状態のときと比べると少なくなる。また、ＳＯｘ被毒回復制御実行時の内燃機関１から排出される排気の空燃比は出来るだけ小さくすることが好ましいため、高ＥＧＲ燃焼状態または低温燃焼状態のときの要求空気量は排気昇温燃焼状態のときよりもさらに少なくなる。従って、内燃機関１が同一の運転状態にある場合、燃焼室での燃焼状態を通常燃焼状態または排気昇温燃焼状態のときのノズルベーン５５の開度よりも、燃焼室での燃焼状態を高ＥＧＲ燃焼状態または低温燃焼状態のときのノズルベーン５５の開度を大きくする。
【００７２】
尚、本実施の形態に係るＥＣＵ３５内のＲＯＭには、内燃機関１の機関回転数および機関負荷に基づくノズルベーン開度ＭＡＰが、燃焼状態毎に別々のＭＡＰとして記憶されており、内燃機関１が同一の運転状態で運転している場合のそれぞれのＭＡＰにおけるノズルベーン５５の開度は、上述した図６の表に示すような関係となっている。
【００７３】
次に、本実施の形態に係るノズルベーン５５の開度制御について図７に示すフローチャートに基づき説明する。
図７は、本実施の形態に係るノズルベーン５５の開度制御ルーチンを示すフローチャートである。このノズルベーン開度制御ルーチンは、ＥＣＵ３５によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンであり、ＥＣＵ３５内のＲＯＭに予め記憶されている。
【００７４】
このノズルベーン開度制御ルーチンでは、ＥＣＵ３５は、先ずＳ１０１において、機関回転数ＮＥと機関負荷Ｑとを算出する。
【００７５】
前記Ｓ１０１において、機関回転数ＮＥと機関負荷Ｑとを算出したＥＣＵ３５は、Ｓ１０２に進み、ＮＯｘ還元制御またはＳＯｘ被毒回復制御またはＰＭ再生制御のうち、いずれの触媒制御実行するか、もしくはいずれの触媒制御も実行しないかを決定する。
【００７６】
ここで、ＮＯｘ還元制御実行を決定する条件としては、予め内燃機関１の運転中は所定時間毎に該ＮＯｘ還元制御を実行するとしておき、該所定時間が経過した場合等が例示出来る。
【００７７】
また、ＳＯｘ被毒回復制御実行を決定する条件としては、予め該ＳＯｘ被毒回復制御を実行する機関負荷領域（本実施の形態においては、低または中負荷領域）を設定しておくと共に、内燃機関１の運転中は所定時間毎に該ＳＯｘ被毒回復制御を実行するとしておき、該所定時間が経過し、且つ内燃機関１が予め定めた機関負荷領域で運転されている場合等が例示出来る。
【００７８】
また、ＰＭ再生制御実行を決定する条件としては、排気差圧センサ２８の出力値に基づきＤＰＮＲ２０に堆積したＰＭの堆積量を算出し、この算出されたＰＭの堆積量が所定量以上となった場合等が例示出来る。
【００７９】
また、いずれの触媒制御の実行条件も成立してない場合、ＥＣＵ３５は、いずれの触媒制御も実行しないことを決定する。
【００８０】
次に、ＥＣＵ３５は、Ｓ１０３に進み、前記Ｓ１０１において算出された機関回転数ＮＥおよび機関負荷Ｑと、前記Ｓ１０２において決定された触媒制御（または、触媒制御なし）とに基づき、内燃機関１の燃焼室での燃焼状態を、前記通常燃焼状態、低温燃焼状態、高ＥＧＲ燃焼状態、排気昇温燃焼状態のうちいずれかに切り換える。
【００８１】
次に、ＥＣＵ３５は、Ｓ１０４に進み、前記Ｓ１０３において切り換えられた燃焼状態に応じたノズルベーン開度ＭＡＰを読み込む。
【００８２】
前述したように、ＥＣＵ３５内のＲＯＭには、通常燃焼状態時用ノズルベーン開度ＭＡＰと、低温燃焼状態時用ノズルベーン開度ＭＡＰと、高ＥＧＲ燃焼状態時用ノズルベーン開度ＭＡＰと、排気昇温燃焼状態時用ノズルベーン開度ＭＡＰと、がそれぞれ別々に記憶されており、前記Ｓ１０４において、ＥＣＵ３５は、燃焼状態に応じてこれらのＭＡＰのうちいずれかを読み込む。
【００８３】
前記Ｓ１０４において、ノズルベーン開度ＭＡＰを読み込んだＥＣＵ３５は、Ｓ１０５に進み、前記Ｓ１０１において算出された機関回転数ＮＥおよび機関負荷Ｑとに基づき、該ノズルベーン開度ＭＡＰからノズルベーン５５の開度を算出すると共に、この算出された開度となるようにノズルベーン５５の開度を制御し、本ルーチンの実行を終了する。
【００８４】
本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置によれば、各触媒制御を実行する際に、内燃機関１の燃焼室での燃焼状態に応じてノズルベーン５５の開度が制御されるため、燃焼室に供給される吸入空気量を、それぞれの燃焼状態における所望の吸入空気量とすることが出来る。そのため、燃焼室での燃焼状態をより確実に各触媒制御に適した燃焼状態とすることが可能となる。
【００８５】
尚、本実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置においては、排気管１９にＰＭを捕集するＤＰＮＲ触媒を設けた構成としたが、これを、ＰＭ捕集能力のない、単なる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒としても良い。この場合、ＰＭ再生制御は行われないが、ＮＯｘ還元制御およびＳＯｘ被毒回復制御については上述した通りである。
【００８６】
【発明の効果】
本発明によれば、可変容量型ターボチャージャを備えた内燃機関の排気浄化装置において、燃焼室での燃焼状態を各触媒制御に応じて異なった燃焼状態とする時に、過給圧をそれぞれの燃焼状態に応じて制御することが出来る。即ち燃焼室に供給される吸入空気量をより確実にそれぞれの燃焼状態に応じた量とすることが出来る。そのため、燃焼室での燃焼状態をより確実に各触媒制御に適した燃焼状態とすることが出来、以て各触媒制御をより好適に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関とその排気浄化装置の概略構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態に係るターボチャージャの概略構成を示す断面図
【図３】本発明の実施の形態に係るノズルベーンの概略配置を示すタービンハウジングの側面断面図
【図４】燃焼室での燃焼状態を低温燃焼状態とする内燃機関の運転領域と高ＥＧＲ燃焼状態とする内燃機関の運転領域とを示す図
【図５】燃焼室での燃焼状態を排気昇温燃焼状態とする内燃機関の運転領域を示す図
【図６】本発明の実施の形態に係る、各触媒制御と、各触媒制御実行時の燃焼室での燃焼状態と、各燃焼状態時に燃焼のために要求される要求空気量と、ノズルベーンの開度との関係を示す表
【図７】本発明の実施の形態に係るノズルベーン開度制御ルーチンを示すフローチャート
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
１ａ・・・クランクプーリ
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
７・・・・ベルト
８・・・・吸気枝管
９・・・・吸気管
１０・・・エアクリーナボックス
１１・・・エアフローメータ
１３・・・吸気絞り弁
１４・・・吸気絞り弁用アクチュエータ
１５・・・ターボチャージャ（遠心過給器）
１５ａ・・コンプレッサハウジング
１５ｂ・・タービンハウジング
１６・・・インタークーラ
１７・・・吸気管圧力センサ
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０・・・パティキュレートフィルタ（ＤＰＮＲ）
２３・・・上流側排気空燃比センサ
２４・・・上流側排気温度センサ
２５・・・ＥＧＲ通路
２６・・・ＥＧＲ弁
２７・・・ＥＧＲクーラ
２８・・・排気差圧センサ
２９・・・下流側排気温度センサ
３０・・・排気ポート
３３・・・クランクポジションセンサ
３５・・・ＥＣＵ
３６・・・アクセル開度センサ
３８・・・下流側排気空燃比センサ
４０・・・排気再循環装置
４１・・・還元剤添加弁
５１・・・ノズルベーン用アクチュエータ
５２・・・コンプレッサホイール
５３・・・タービンホイール
５４・・・ロータシャフト
５５・・・ノズルベーン
【図１】
2004278356.tif 000003
【図２】
2004278356.tif 000004
【図３】
2004278356.tif 000005
【図４】
2004278356.tif 000006
【図５】
2004278356.tif 000007
【図６】
2004278356.tif 000008
【図７】
2004278356.tif 000009