(57)【要約】【課題】廃熱回収装置を確実に運転し、内燃機関の廃熱を確実に回収する。【解決手段】煤の発生量がピークとなるＥＧＲガス量よりも燃焼室内に供給されるＥＧＲガス量が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなるＥＧＲガス量よりも燃焼室内に供給されるＥＧＲガス量が少ない第２の燃焼とを切替可能な内燃機関の、触媒下流の排気通路内に廃熱回収装置を配置する。廃熱回収装置を運転すべきとき（ＸＲＥ＝１）に、機関運転状態が第１の燃焼を行うべき領域ＩＡ内にあるときには、第１の燃焼が行われ（１３４）、領域ＩＡ外にあるときには第２の燃焼が行われる（１４６）。次いで、廃熱回収装置内に流入する排気ガスの温度ＴＥＸが廃熱回収実施温度ＴＲＥＳよりも低いときには、例えば膨張行程又は排気行程に排気ガス中に追加の燃料を噴射する昇温処理（１３８）を行う。【選択図】      図１５
2004300943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射時期をほぼ一定に維持しながら燃焼室内に供給される不活性ガスの量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃料噴射時期をほぼ一定に維持しながら燃焼室内に供給される不活性ガスの量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関において、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内に供給される不活性ガスの量が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない第２の燃焼とを選択的に切り替える切替手段と、内燃機関の廃熱を回収するために触媒内又は触媒下流の機関排気通路内に配置された廃熱回収装置とを具備し、廃熱回収装置が運転されるときには第１の燃焼を行うようにした制御装置。
【請求項２】
第２の燃焼を行いながら廃熱回収装置内に流入する排気ガスの熱エネルギの量を増大させる第２の熱エネルギ量増大手段を更に具備し、機関運転状態に応じて定まる機関運転領域を、廃熱回収装置が運転されているときに第１の燃焼を行うべき第１の廃熱回収時領域と、廃熱回収装置が運転されているときに第２の燃焼を行うべき第２の廃熱回収時領域と、に分割し、廃熱回収装置が運転されるときに機関運転状態が第１の廃熱回収時領域内にあるときには第１の燃焼を行い、廃熱回収装置が運転されるときに機関運転状態が第２の廃熱回収時領域内にあるときには第２の燃焼を行いながら第２の熱エネルギ量増大手段により廃熱回収装置内に流入する排気ガスの熱エネルギの量を増大させるようにした請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
廃熱回収装置に供給される熱エネルギの量が予め定められた運転可能量以上のときに廃熱回収装置が運転可能であり、第１の燃焼を行いながら廃熱回収装置内に流入する排気ガスの熱エネルギの量を増大させる第１の熱エネルギ量増大手段を更に具備し、第１の燃焼が行われているときに排気ガスから廃熱回収装置に供給される熱エネルギの量が運転可能量以上でないときには第１の熱エネルギ量増大手段により廃熱回収装置内に流入する排気ガスの熱エネルギの量を増大させるようにした請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
機関出力を維持しながら機関運転状態を変更するための運転状態変更手段を更に具備し、廃熱回収装置の運転が行われるときに機関運転状態が第２の廃熱回収時領域内にあるときには運転状態変更手段により機関運転状態を第１の廃熱回収時領域内に移行させて第１の燃焼を行うようにした請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
運転状態変更手段は変速機の変速比を変更することにより機関運転状態を変更する請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
内燃機関の廃熱を回収するために触媒内又は触媒下流の機関排気通路内に配置された廃熱回収装置と、触媒内に蓄えられた浄化率低下物質の量を減少させるために触媒の温度を上昇させる浄化率低下物質量減少手段とを具備し、浄化率低下物質量減少手段の浄化率低下物質減少作用が実行されるときには廃熱回収装置を運転するようにした内燃機関の制御装置。
【請求項７】
浄化率低下物質量減少手段の浄化率低下物質減少作用を開始すべきときにはまず廃熱回収装置の運転を開始し、次いで浄化率低下物質量減少手段の浄化率低下物質減少作用を開始するようにした請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
廃熱回収装置に供給される熱エネルギの量が予め定められた運転可能量以上のときに廃熱回収装置が運転可能であり、浄化率低下物質量減少手段の浄化率低下物質減少作用が実行されたと仮定したときに排気ガスから廃熱回収装置に供給される熱エネルギの量が運転可能量以上であるか否かを予測し、浄化率低下物質量減少手段の浄化率低下物質減少作用が実行されたと仮定したときに排気ガスから廃熱回収装置に供給される熱エネルギの量が運転可能量以上にならないと予測されたときには浄化率低下物質量減少手段の浄化率低下物質減少作用が実行されても廃熱回収装置を運転しないようにした請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
内燃機関の廃熱を回収するために触媒内又は触媒下流の機関排気通路内に配置された廃熱回収装置と、機関駆動式補機の負荷を制御するための補機負荷制御手段とを具備し、廃熱回収装置が運転されるときには補機負荷制御手段により補機の負荷を増大させるようにした内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
内燃機関の廃熱を回収するために触媒内又は触媒下流の機関排気通路内に配置された廃熱回収装置と、内燃機関の効率と廃熱回収装置の効率とに基づいて実際の総合効率を求める総合効率獲得手段と、実際の総合効率が予め定められた目標総合効率になるように機関運転状態を制御する運転状態制御手段とを具備した内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
機関運転状態を制御して廃熱回収装置内に流入する排気ガスの熱エネルギの量を増大させる熱エネルギ量増大手段を更に具備し、廃熱回収装置の運転が開始されるときには、実際の総合効率に関わらず、熱エネルギ量増大手段により廃熱回収装置内に流入する排気ガスの熱エネルギの量を一時的に増大させるようにした請求項１０に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の廃熱を回収するための外燃機関の加熱部を内燃機関の排気通路内に設けられた触媒コンバータに接続した廃熱回収装置が知られている（特許文献１参照）。即ち、この廃熱回収装置では内燃機関の排気ガスを熱源として外燃機関が運転される。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２６６７０１号公報
【特許文献２】
特開平８−３１２４２５号公報
【特許文献３】
特開２００２−３８９３５号公報
【特許文献４】
特開２００２−８９２４０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような廃熱回収装置において、外燃機関により例えば発電機を駆動し、このとき発生した電気エネルギを蓄電装置に蓄えるようにすることができる。この場合、外燃機関は常時運転されるとは限らず、例えば蓄電装置に蓄えられている蓄電量が下限許容量よりも少なくなったときに外燃機関の運転を開始するようにすることができる。
【０００５】
ところで、外燃機関のピストンなどのフリクションのことを考えると、外燃機関の運転を開始し又は継続するためには、外燃機関の加熱部に一定量以上の熱エネルギが供給されなければならない。
【０００６】
しかしながら、内燃機関の排気ガスの熱エネルギ量ないし温度は機関運転状態や燃焼方法に応じて変動し、従って上述の廃熱回収装置のように外燃機関の加熱部をただ単に内燃機関の排気通路内にしただけでは、常に外燃機関の運転を開始し又は継続できるとは限らない。外燃機関の運転を開始する際にスタータモータのような補助装置を用いるにしても、補助装置に供給すべき電力が多くなる。
【０００７】
そこで本発明の目的は、廃熱回収装置を確実に運転でき従って内燃機関の廃熱を確実に回収することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、燃料噴射時期をほぼ一定に維持しながら燃焼室内に供給される不活性ガスの量を増大していくと煤の発生量が次第に増大してピークに達し、燃料噴射時期をほぼ一定に維持しながら燃焼室内に供給される不活性ガスの量を更に増大していくと燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温が煤の生成温度よりも低くなって煤がほとんど発生しなくなる内燃機関において、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内に供給される不活性ガスの量が多く煤がほとんど発生しない第１の燃焼と、煤の発生量がピークとなる不活性ガス量よりも燃焼室内に供給される不活性ガスの量が少ない第２の燃焼とを選択的に切り替える切替手段と、内燃機関の廃熱を回収するために触媒内又は触媒下流の機関排気通路内に配置された廃熱回収装置とを具備し、廃熱回収装置が運転されるときには第１の燃焼を行うようにしている。
【０００９】
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、第２の燃焼を行いながら廃熱回収装置内に流入する排気ガスの熱エネルギの量を増大させる第２の熱エネルギ量増大手段を更に具備し、機関運転状態に応じて定まる機関運転領域を、廃熱回収装置が運転されているときに第１の燃焼を行うべき第１の廃熱回収時領域と、廃熱回収装置が運転されているときに第２の燃焼を行うべき第２の廃熱回収時領域とに分割し、廃熱回収装置が運転されるときに機関運転状態が第１の廃熱回収時領域内にあるときには第１の燃焼を行い、廃熱回収装置が運転されるときに機関運転状態が第２の廃熱回収時領域内にあるときには第２の燃焼を行いながら第２の熱エネルギ量増大手段により廃熱回収装置内に流入する排気ガスの熱エネルギの量を増大させるようにしている。
【００１０】
また、３番目の発明によれば１番目又は２番目の発明において、廃熱回収装置に供給される熱エネルギの量が予め定められた運転可能量以上のときに廃熱回収装置が運転可能であり、第１の燃焼を行いながら廃熱回収装置内に流入する排気ガスの熱エネルギの量を増大させる第１の熱エネルギ量増大手段を更に具備し、第１の燃焼が行われているときに排気ガスから廃熱回収装置に供給される熱エネルギの量が運転可能量以上でないときには第１の熱エネルギ増大手段により廃熱回収装置内に流入する排気ガスの熱エネルギを増大させるようにしている。
【００１１】
また、４番目の発明によれば２番目の発明において、機関出力を維持しながら機関運転状態を変更するための運転状態変更手段を更に具備し、廃熱回収装置の運転が行われるときに機関運転状態が第２の廃熱回収時領域内にあるときには運転状態変更手段により機関運転状態を第１の廃熱回収時領域内に移行させて第１の燃焼を行うようにしている。
【００１２】
また、５番目の発明によれば４番目の発明において、運転状態変更手段は変速機の変速比を変更することにより機関運転状態を変更している。
【００１３】
また、前記課題を解決するために６番目の発明によれば、内燃機関の廃熱を回収するために触媒内又は触媒下流の機関排気通路内に配置された廃熱回収装置と、触媒内に蓄えられた浄化率低下物質の量を減少させるために触媒の温度を上昇させる浄化率低下物質量減少手段とを具備し、浄化率低下物質量減少手段の浄化率低下物質減少作用が実行されるときには廃熱回収装置を運転するようにしている。
【００１４】
また、７番目の発明によれば６番目の発明において、浄化率低下物質量減少手段の浄化率低下物質減少作用を開始すべきときにはまず廃熱回収装置の運転を開始し、次いで浄化率低下物質量減少手段の浄化率低下物質減少作用を開始するようにしている。
【００１５】
また、８番目の発明によれば６番目の発明において、廃熱回収装置に供給される熱エネルギの量が予め定められた運転可能量以上のときに廃熱回収装置が運転可能であり、浄化率低下物質量減少手段の浄化率低下物質減少作用が実行されたと仮定したときに排気ガスから廃熱回収装置に供給される熱エネルギの量が運転可能量以上であるか否かを予測し、浄化率低下物質量減少手段の浄化率低下物質減少作用が実行されたと仮定したときに排気ガスから廃熱回収装置に供給される熱エネルギの量が運転可能量以上にならないと予測されたときには浄化率低下物質量減少手段の浄化率低下物質減少作用が実行されても廃熱回収装置を運転しないようにしている。
【００１６】
また、前記課題を解決するために９番目の発明によれば、内燃機関の廃熱を回収するために触媒内又は触媒下流の機関排気通路内に配置された廃熱回収装置と、機関駆動式補機の負荷を制御するための補機負荷制御手段とを具備し、廃熱回収装置が運転されるときには補機負荷制御手段により補機の負荷を増大させるようにしている。
【００１７】
また、前記課題を解決するために１０番目の発明によれば、内燃機関の廃熱を回収するために触媒内又は触媒下流の機関排気通路内に配置された廃熱回収装置と、内燃機関の効率と廃熱回収装置の効率とに基づいて実際の総合効率を求める総合効率獲得手段と、実際の総合効率が予め定められた目標総合効率になるように機関運転状態を制御する運転状態制御手段とを具備している。
【００１８】
また、１１番目の発明によれば１０番目の発明において、機関運転状態を制御して廃熱回収装置内に流入する排気ガスの熱エネルギを増大させる熱エネルギ増大手段を更に具備し、廃熱回収装置の運転が開始されるときには、実際の総合効率に関わらず、熱エネルギ増大手段により廃熱回収装置内に流入する排気ガスの熱エネルギを一時的に増大させるようにしている。
【００１９】
なお、本明細書では排気通路の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室、及び吸気通路内に供給された空気と炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯのような還元剤との比をその位置における排気ガスの空燃比と称している。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。
【００２１】
図１を参照すると、内燃機関本体１は例えば４つの気筒１ａを有している。各気筒１ａの吸気ポートは一方では対応する吸気枝管２を介してサージタンク３に連結され、サージタンク３は吸気ダクト４を介して排気ターボチャージャ５のコンプレッサ６に連結される。吸気ダクト４内にはステップモータ７により駆動されるスロットル弁８が配置され、更に吸気ダクト４周りには吸気ダクト４内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置９が配置される。
【００２２】
一方、各気筒１ａの排気ポートは排気マニホルド１０及び排気管１１を介して排気ターボチャージャ５の排気タービン１２の入口に連結され、排気タービン１２の出口は排気管１３を介して酸化機能を有する触媒１４を収容したケーシング１５に連結される。触媒１４として酸化触媒、三元触媒、又はＮＯＸ吸収剤を用いることができる。ＮＯＸ吸収剤は流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯＸを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量を減少させる蓄積還元作用を行う。このＮＯＸ吸収剤は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ、ロジウムＲｈ、イリジウムＩｒのような貴金属とが担持されている。更に、排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ上に触媒１４を担持させることもできる。
【００２３】
更に図１を参照すると、排気マニホルド１０とサージタンク３とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路１６を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路１６内には電気制御式ＥＧＲ制御弁１７が配置される。また、ＥＧＲ通路１６周りにはＥＧＲ通路１６内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置１８が配置される。
【００２４】
一方、各気筒１ａの燃料噴射弁１９は共通の燃料リザーバ、いわゆるコモンレール（図示しない）に連結されており、このコモンレール内へは電気制御式の吐出量可変な燃料ポンプ（図示しない）から燃料が供給される。この場合、コモンレール内の燃料圧が目標燃料圧となるように燃料ポンプの吐出量が制御される。
【００２５】
また、内燃機関１のクランクシャフト２０は一方では自動変速機２１に連結され、他方では負荷を調節可能な機関駆動式補機２２に連結される。負荷を調節できる限り補機２２をどのような補機から構成してもよいが、図１に示される例では補機２２はオルターネータから構成される。このオルターネータ２２はバッテリ２３に電気的に接続されており、オルターネータ２２で発生する電気エネルギはバッテリ２３に蓄えられる。なお、バッテリ２３はＥＧＲ制御弁１８や燃料噴射弁１９などの電源として作用する。
【００２６】
図１に示される内燃機関には、内燃機関１の廃熱を回収するための廃熱回収装置２４が設けられている。図１に示される例では、廃熱回収装置２４はスターリングエンジンのような外燃機関から構成されており、ケーシング１５の出口に接続された排気管２５内にこの外燃機関の加熱部が配置されている。なお、外燃機関の加熱部を触媒１４と一体的に形成することもできる。
【００２７】
廃熱回収装置２４の出力軸は発電機２６に機械的に連結されており、廃熱回収装置２４の運転が行われると発電機２６が廃熱回収装置２４によって駆動される。この発電機２６は直流−直流コンバータ２７を介してバッテリ２３又は蓄電装置２８に電気的に接続されている。コンバータ２７はスイッチ機能を備えており、発電機２６はコンバータ２７によりバッテリ２３及び蓄電装置２８のうちいずれか一方又は両方に接続され、斯くして発電機２６で発生する電気エネルギはバッテリ２３及び蓄電装置２８のうちいずれか一方又は両方に蓄えられる。このように廃熱回収装置２４の運転が行われると、排気ガスの熱エネルギが電気エネルギの形で回収される。
【００２８】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、常時電源に接続されているＢ−ＲＡＭ（バックアップＲＡＭ）３５、入力ポート３６、及び出力ポート３７を具備する。排気管２５には排気管２５内を流通する排気ガスの温度ＴＥＸを検出するための温度センサ４０が取り付けられ、蓄電装置２８にはその蓄電量を検出するために蓄電量センサ４１が取り付けられる。また、アクセルペダル（図示しない）にはアクセルペダルの踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４２が接続される。これらセンサ４０，４１，４２の出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。ここで、アクセルペダルの踏み込み量は要求負荷Ｌを表している。更に入力ポート３６にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４３が接続される。ＣＰＵ３４ではクランク角センサ４３からの出力パルスに基づいて機関回転数Ｎが算出される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路３９を介してスロットル弁駆動用ステップモータ７、ＥＧＲ制御弁１８、燃料噴射弁１９、自動変速機２１、オルターネータ２２、廃熱回収装置２４、及びコンバータ２７にそれぞれ接続される。
【００２９】
次に、図２を参照して廃熱回収装置２４の運転制御について説明する。なお、図２のルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００３０】
図２を参照すると、まずステップ９０では、廃熱を回収すべきときにセットされそれ以外はリセットされる廃熱回収フラグＸＲＥがセットされているか否かが判別される。廃熱回収フラグＸＲＥがセットされている（ＸＲＥ＝１）ときにはステップ９３にジャンプする。これに対し、廃熱回収フラグＸＲＥがリセットされている（ＸＲＥ＝０）ときには次いでステップ９１に進み、蓄電装置２８の蓄電量ＱＥが予め定められた許容下限量ＱＥＬよりも少ないか否か、即ち廃熱を回収すべきか否かが判別される。ＱＥ≦ＱＥＬのときには処理サイクルを終了し、ＱＥ＞ＱＥＬのときにはステップ９２に進んで廃熱回収フラグＸＲＥをセットした後に（ＸＲＥ＝１）ステップ９３に進む。
【００３１】
ステップ９３では、廃熱回収装置２４に流入する排気ガスの温度ＴＥＸが予め定められた廃熱回収実施温度ＴＲＥＳ以上か否かが判別される。ＴＥＸ＜ＴＲＥＳのときには次いでステップ９４に進み、廃熱回収装置２４の運転が開始されず又は停止される。これに対し、ＴＥＸ≧ＴＲＥＳのときには次いでステップ９５に進み、廃熱回収装置２４の運転が開始され又は継続される。この場合、廃熱回収装置２４は蓄電装置２８の蓄電量ＱＥが許容上限量になるまで運転される。続くステップ９６では、廃熱回収フラグＸＲＥがリセットされる（ＸＲＥ＝０）。
【００３２】
即ち、廃熱回収装置２４の運転効率ηＲＥ（＝廃熱回収装置２４からの出力／廃熱回収装置２４への入力）を示す図３からわかるように、排気ガス温度ＴＥＸが廃熱回収実施温度ＴＲＥＳよりも低いときには廃熱回収装置２４は廃熱を回収できず、排気ガス温度ＴＥＸが廃熱回収実施温度ＴＲＥＳ以上になると廃熱を回収できる。そこで本発明による実施例では、排気ガス温度ＴＥＸが廃熱回収実施温度ＴＲＥＳ以上のときに廃熱回収装置２４を運転するようにしている。
【００３３】
ここで、排気ガス温度ＴＥＸは廃熱回収装置２４内に流入する排気ガスの熱エネルギ量を表しており、廃熱回収装置２４に供給される熱エネルギ量を表している。そうすると、廃熱回収装置２４に供給される熱エネルギの量が廃熱回収実施温度ＴＲＥＳで表されるエネルギ量以上のときに廃熱回収装置２４が運転可能であるということになる。
【００３４】
一方、図１に示される内燃機関１では、互いに異なる二つの燃焼即ち第１の燃焼と第２の燃焼とが選択的に切り替えられるようになっている。次にこのことについて説明する。
【００３５】
図４は機関回転数及び燃料噴射量を一定に維持したときの、燃料噴射時期及びＥＧＲ率（＝ＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量））即ち燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比ＡＦＭと、スモーク及びＮＯＸの排出量との関係を示すシミュレーション結果の一例を表している。図４において、実線は等スモーク排出量（ＦＳＮ）を示しており、破線は等ＮＯＸ排出量（ｇ／ｋｗｈ）を示している。
【００３６】
図４からわかるように、燃料噴射時期を一定に維持しながらＥＧＲ率を例えば３０パーセントから増大していくとスモークの排出量が増大を開始する。次いで、燃料噴射時期を一定にしながら更にＥＧＲ率を高め混合気の空燃比ＡＦＭを小さくするとスモークの発生量が急激に増大してピークに達する。次いで燃料噴射時期を一定にしながら更にＥＧＲ率を高め混合気の空燃比ＡＦＭを小さくすると今度はスモークが急激に低下し、燃料噴射時期を一定にしながらＥＧＲ率を６５パーセント以上とし混合気の空燃比ＡＦＭが１５．０付近になるとスモークがほぼ零となる。即ち、煤がほとんど発生しなくなる。このときＮＯＸの発生量がほぼゼロになっている。
【００３７】
このようなスモーク及びＮＯＸの排出量の挙動は図５に示される実験例によっても裏付けられている。図５は機関低負荷運転時において燃料噴射時期を一定に維持しながらスロットル弁８の開度及びＥＧＲ率を変化させることにより燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比ＡＦＭ（図４の横軸）を変化させたときの出力トルクの変化、及びスモーク、ＨＣ，ＣＯ，ＮＯＸの排出量の変化を示す実験例を表している。
【００３８】
そこで図１の内燃機関では、煤の発生量がピークとなるＥＧＲ率よりもＥＧＲ率が高くかつ煤及びＮＯＸがほとんど生成しない燃料噴射時期及びＥＧＲ率でもって燃焼を行うようにしている。これが第１の燃焼である。これに対し、第２の燃焼は従来より普通に行われている燃焼であり、煤の発生量がピークとなるＥＧＲ率よりもＥＧＲ率が低くなっている。
【００３９】
従って、一般的に言うと、第１の燃焼とは煤の発生量がピークとなるＥＧＲガス量よりも燃焼室内に供給されるＥＧＲガス量が多く煤がほとんど発生しない燃焼のことであり、第２の燃焼とは煤の発生量がピークとなるＥＧＲガス量よりも燃焼室内に供給されるＥＧＲガス量が少ない燃焼のことであるということになる。
【００４０】
図６は第１の燃焼が行われる領域Ｒ１と第２の燃焼が行われる領域Ｒ２とをそれぞれ示している。図６において、破線Ｐは煤の発生量がピークとなるところを示しており、実線Ｑは更にＥＧＲ率を高くしたときに煤の発生量がほぼゼロとなるところを示している。図６からわかるように第１の燃焼が行われる領域Ｒ１は破線Ｐの一側にあり、第２の燃焼が行われる領域Ｒ２は破線Ｐの他側にある。
【００４１】
第１の燃焼では、燃焼室内に多量のＥＧＲガスと少量の空気とが供給される。燃料はこの少量の酸素と反応し、このときの反応熱は周囲のＥＧＲガスに吸収され、このため燃焼温度がさほど上昇しない。その結果、燃料即ち炭化水素が煤まで成長せず、煤の前駆体又はその前の状態の炭化水素の形で燃焼室から排出されることになる。実際、図５に示されるようにスモークの排出量がほぼゼロになるとＨＣ，ＣＯの排出量が増大する。これらＨＣ，ＣＯは触媒１４により簡単に酸化処理される。また、燃焼温度が低く抑えられているためにＮＯＸの発生量も低く抑えられている。
【００４２】
図７は第１の燃焼が行われる第１の運転領域Ｉと、第２の燃焼が行われる第２の運転領域ＩＩとを示している。図７においてＬＸ（Ｎ）は第１の運転領域Ｉと第２の運転領域ＩＩとの第１の境界を示しており、ＬＹ（Ｎ）は第１の運転領域Ｉと第２の運転領域ＩＩとの第２の境界を示している。第１の運転領域Ｉから第２の運転領域ＩＩへの機関運転状態の変化判断は第１の境界ＬＸ（Ｎ）に基づいて行われ、第２の運転領域ＩＩから第１の運転領域Ｉへの機関運転状態の変化判断は第２の境界ＬＹ（Ｎ）に基づいて行われる。即ち、機関運転状態が第１の運転領域Ｉにあって第１の燃焼が行われているときに要求負荷Ｌが機関回転数Ｎの関数である第１の境界ＬＸ（Ｎ）を越えると機関運転状態が第２の運転領域ＩＩに移ったと判断され、第２の燃焼に切り替えられる。次いで要求負荷Ｌが機関回転数Ｎの関数である第２の境界ＬＹ（Ｎ）よりも低くなると機関運転状態が第１の運転領域Ｉに移ったと判断され、第２の燃焼から第１の燃焼に切り替えられる。
【００４３】
図８は廃熱回収装置２４の運転を行うべきでないときに実行される非回収時運転制御ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００４４】
図８を参照すると、まず初めにステップ１００では、第１の燃焼を行うべきときにセットされ第２の燃焼を行うべきときにリセットされる燃焼フラグＸＣ１がセットされているか否か、即ち第１の燃焼を行うべきか否かが判別される。燃焼フラグＸＣ１がリセットされているとき（ＸＣ１＝０）には次いでステップ１０１に進み、要求負荷Ｌが第２の境界ＬＹ（Ｎ）よりも低いか否か、即ち機関運転状態が第１の運転領域Ｉにあるか否かが判別される。Ｌ≧ＬＹ（Ｎ）のときにはステップ１０２に進み、第２の燃焼が継続して行われる。これに対し、Ｌ＜ＬＹ（Ｎ）のときには次いでステップ１０３に進んで燃焼フラグＸＣ１をセットした後に（ＸＣ１＝１）ステップ１０４に進み、第１の燃焼制御が実行される。即ち、第２の燃焼から第１の燃焼に切り替えられる。
【００４５】
燃焼フラグＸＣ１がセットされている（ＸＣ１＝１）ときにはステップ１００からステップ１０５に進み、要求負荷Ｌが第１の境界ＬＸ（Ｎ）よりも高いか否か、即ち機関運転状態が第２の運転領域ＩＩにあるか否かが判別される。Ｌ≦ＬＸ（Ｎ）のときにはステップ１０４に進み、第１の燃焼が継続して行われる。これに対し、Ｌ＞ＬＸ（Ｎ）のときには次いでステップ１０６に進んで燃焼フラグＸＣ１をセットした後に（ＸＣ１＝１）ステップ１０２に進み、第２の燃焼制御が実行される。即ち、第１の燃焼から第２の燃焼に切り替えられる。
【００４６】
図９（Ａ）は図８のステップ１０４で実行される第１の燃焼制御ルーチンを示している。図９（Ａ）を参照すると、まず初めにステップ１１０では、図１０（Ａ）のマップから目標スロットル弁開度ＳＴが算出され、スロットル弁８の開度がこの目標スロットル弁開度ＳＴに制御される。続くステップ１１１では、図１０（Ｂ）のマップから目標ＥＧＲ制御弁開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁１８の開度が目標ＥＧＲ制御弁開度ＳＥに制御される。続くステップ１１２では、図１０（Ｃ）のマップから燃料噴射量ＱＦが算出される。燃料噴射弁１９からはＱＦだけ燃料が噴射される。
【００４７】
即ち、図１２に示されるように、第１の燃焼が行われる第１の運転領域Ｉではスロットル弁８の開度は要求負荷Ｌが高くなるにつれて全閉近くから半開程度まで徐々に増大せしめられ、ＥＧＲ制御弁１８の開度は要求負荷Ｌが高くなるにつれて全閉近くから全開まで徐々に増大せしめられる。
【００４８】
図１２に示される例では、第１の運転領域ＩではＥＧＲ率がほぼ７０パーセントとされており、空燃比ＡＦＭは１５から１８程度のリーン空燃比とされている。従って、第１の運転領域ＩではＥＧＲ率がほぼ７０パーセントとなり、空燃比ＡＦＭが１５から１８程度の目標リーン空燃比となるようにスロットル弁８の開度及びＥＧＲ制御弁１８の開度が制御されるという見方もできる。この場合、排気通路内に空燃比センサを配置して空燃比ＡＦＭが目標リーン空燃比に一致するようにスロットル弁８の開度及びＥＧＲ制御弁１８の開度を制御してもよい。
【００４９】
一方、第１の運転領域Ｉでは圧縮上死点ＴＤＣ前に燃料噴射が行われる。この場合、噴射開始時期θＳは要求負荷Ｌが高くなるにつれて遅くなり、噴射完了時期θＥも噴射開始時期θＳが遅くなるにつれて遅くなる。なお、アイドリング運転時にはスロットル弁８は全閉近くまで閉弁され、このときＥＧＲ制御弁１８も全閉近くまで閉弁せしめられる。
【００５０】
図９（Ｂ）は図８のステップ１０２で実行される第２の燃焼制御ルーチンを示している。図９（Ｂ）を参照すると、まず初めにステップ１２０では、図１１（Ａ）のマップから目標スロットル弁開度ＳＴが算出され、スロットル弁８の開度がこの目標スロットル弁開度ＳＴに制御される。続くステップ１２１では、図１１（Ｂ）のマップから目標ＥＧＲ制御弁開度ＳＥが算出され、ＥＧＲ制御弁１８の開度が目標ＥＧＲ制御弁開度ＳＥに制御される。続くステップ１２２では、図１１（Ｃ）のマップから燃料噴射量ＱＦが算出される。燃料噴射弁１９からはＱＦだけ燃料が噴射される。
【００５１】
即ち、図１２に示されるように、第２の燃焼が行われる第２の運転領域ＩＩでは、スロットル弁８は一部を除いて全開状態に保持され、ＥＧＲ制御弁１８の開度は要求負荷Ｌが高くなるにつれて小さくされる。この運転領域ＩＩではＥＧＲ率は要求負荷Ｌが高くなるほど低くなり、空燃比ＡＦＭは要求負荷Ｌが高くなるほど小さくなる。ただし、空燃比ＡＦＭは要求負荷Ｌが高くなっても２４から６０程度のリーン空燃比とされる。また、第２の運転領域ＩＩでは燃料噴射開始時期θＳは圧縮上死点ＴＤＣ付近とされる。
【００５２】
なお、図１２に示されるように、機関の運転領域が第１の運転領域Ｉから第２の運転領域ＩＩに変わると、燃料噴射量がステップ状に低減せしめられる。これは、従来から行われている第２の燃焼では第１の燃焼に比べて熱効率が高いからである。
【００５３】
図１３（Ａ）の実線は第１の燃焼が行われたときの燃焼室内の平均ガス温度Ｔｇとクランク角との関係を示しており、図１３（Ａ）の破線は第２の燃焼が行われたときの燃焼室内の平均ガス温度Ｔｇとクランク角との関係を示している。また、図１３（Ｂ）の実線は第１の燃焼が行われたときの燃料及びその周囲のガス温度Ｔｆとクランク角との関係を示しており、図１３（Ｂ）の破線は第２の燃焼が行われたときの燃料及びその周囲のガス温度Ｔｆとクランク角との関係を示している。
【００５４】
第１の燃焼が行われているときには第２の燃焼、即ち従来の普通の燃焼が行われているときに比べてＥＧＲガス量が多く、従って図１３（Ａ）に示されるように圧縮上死点前は、即ち圧縮行程中は実線で示す第１の燃焼時における平均ガス温度Ｔｇのほうが破線で示す第２の燃焼時における平均ガス温度Ｔｇよりも高くなっている。なお、このとき図１３（Ｂ）に示されるように燃料及びその周囲のガス温度Ｔｆは平均ガス温度Ｔｇとほぼ同じ温度になっている。
【００５５】
次いで圧縮上死点付近において燃焼が開始されるがこの場合、第１の燃焼が行われているときには図１３（Ｂ）の実線で示されるように燃料及びその周囲のガス温度Ｔｆはさほど高くならない。これに対して第２の燃焼が行われている場合には図１３（Ｂ）の破線で示されるように燃料及びその周囲のガス温度Ｔｆは極めて高くなる。ところが、燃焼室の大部分を占めるそれ以外のガスの温度は第１の燃焼が行われている場合に比べて第２の燃焼が行われている場合の方が低くなっており、従って図１３（Ａ）に示されるように圧縮上死点付近における燃焼室内の平均ガス温度Ｔｇは第１の燃焼が行われている場合の方が第２の燃焼が行われている場合に比べて高くなる。その結果、図１３（Ａ）に示されるように燃焼が完了した後の、即ち膨張行程の後半における燃焼室内の平均ガス温度Ｔｇは第１の燃焼が行われた場合の方が第２の燃焼が行われた場合に比べて高くなる。
【００５６】
このように第１の燃焼が行われた場合には第２の燃焼が行われた場合に比べて燃焼室内の既燃ガス温度が高くなり、従って燃焼室から排出される排気ガスの温度も第２の燃焼が行われている場合に比べて高くなる。
【００５７】
更に、排気ガス中に含まれるＨＣ，ＣＯの量は第１の燃焼が行われた場合の方が第２の燃焼が行われた場合に比べて多くなり、この多量のＨＣ，ＣＯが触媒１４で酸化される。その結果、廃熱回収装置２４内に流入する排気ガスの温度ＴＥＸは第１の燃焼が行われた方が第２の燃焼が行われた場合に比べてかなり高くなる。
【００５８】
さて、図２を参照した上述の説明からわかるように、例えば蓄電装置２８の蓄電量ＱＥが少なくなって廃熱回収装置２４を運転すべきときであっても、排気ガス温度ＴＥＸが低いときには廃熱回収装置２４は運転されない。一方、第１の燃焼が行われると排気ガス温度ＴＥＸが高くなることは上述したとおりである。
【００５９】
そこで本発明による第１実施例では、廃熱回収装置２４が運転されるときには第１の燃焼を行うようにしている。
【００６０】
ただし、図７に示されるように、要求負荷ＬがＬＸ（Ｎ）よりも高いときには第１の燃焼を行うことができない。また、要求負荷Ｌがかなり低く又は機関回転数Ｎがかなり低いときには第１の燃焼を行っても排気ガス温度ＴＥＸはさほど高くならない。
【００６１】
そこで本発明による第１実施例では、図１４に示されるように内燃機関１の中負荷中回転領域に第１の廃熱回収時領域ＩＡを設定し、廃熱回収装置２４が運転されるときに内燃機関１の機関運転状態が第１の廃熱回収時領域ＩＡ内にあるときには第１の燃焼を行うようにしている。これに対し、機関運転状態が第１の廃熱回収時領域ＩＡ以外の第２の廃熱回収時領域ＩＩＡ内にあるときには第２の燃焼が行われる。
【００６２】
その上で、排気ガス温度ＴＥＸが廃熱回収実施温度ＴＲＥＳよりも低いときには、排気ガス温度ＴＥＸを廃熱回収実施温度ＴＲＥＳ以上まで上昇させる昇温処理が実施される。その結果、廃熱回収装置２４を運転すべきときには排気ガス温度ＴＥＸが廃熱回収実施温度ＴＲＥＳ以上に維持される。
【００６３】
昇温処理を実行するには様々な方法があり、例えば触媒１４の上流端に電気ヒータを配置して電気ヒータにより触媒１４又は触媒１４に流入する排気ガスを加熱する方法や、触媒１４上流の排気通路内に燃料を二次的に噴射してこの燃料を燃焼させることにより触媒１４を加熱する方法や、内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させて触媒１４の温度を上昇させる方法がある。ここで、内燃機関から排出される排気ガスの温度を上昇させるために、例えば主燃料の噴射時期を遅角することもできるし、又は主燃料に加えて膨張行程中又は排気行程中に追加の燃料を噴射することもできる。
【００６４】
いずれの方法を採用するにしても昇温処理を行うためには追加のエネルギが必要となる。本発明による第１実施例では、第１の燃焼と第２の燃焼とのうち廃熱回収装置２４の運転のために最適な燃焼が選択され、それでもなお排気ガス温度ＴＥＸが廃熱回収実施温度ＴＲＥＳよりも低いときに昇温処理が行われる。従って、消費エネルギ量を低減することができる。
【００６５】
図１５は本発明による第１実施例の燃焼制御ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００６６】
図１５を参照すると、まずステップ１３０では廃熱回収フラグＸＲＥがセットされているか否かが判別される。廃熱回収フラグＸＲＥがリセットされている（ＸＲＥ＝０）ときには次いでステップ１３１に進み、図８に示される非回収時運転制御ルーチンが実行される。
【００６７】
これに対し、廃熱回収フラグＸＲＥがセットされている（ＸＲＥ＝１）ときにはステップ１３０からステップ１３２に進み、機関運転状態が第１の廃熱回収時領域ＩＡ（図１４）内にあるか否かが判別される。機関運転状態が第１の廃熱回収時領域ＩＡ内にあるときには次いでステップ１３３に進んで燃焼フラグＸＣ１をセットした後に（ＸＣ１＝１）ステップ１３４に進み、図９（Ａ）に示される第１の燃焼制御が実行される即ち第１の燃焼が行われる。次いでステップ１３７に進む。
【００６８】
これに対し、機関運転状態が第１の廃熱回収時領域ＩＡ内にないとき、即ち第２の廃熱回収時領域ＩＩＡ内にあるときには次いでステップ１３５に進んで燃焼フラグＸＣ１をリセットした後に（ＸＣ１＝０）ステップ１３６に進み、図９（Ｂ）に示される第２の燃焼制御が実行される即ち第２の燃焼が行われる。次いでステップ１３７に進む。
【００６９】
ステップ１３７では、排気ガス温度ＴＥＸが廃熱回収実施温度ＴＲＥＳよりも低いか否かが判別される。ＴＥＸ≧ＴＲＥＳのときには処理サイクルを終了し、ＴＥＸ＜ＴＲＥＳのときには次いでステップ１３８に進み、昇温処理が実行される。従って、排気ガス温度ＴＥＸが廃熱回収実施温度ＴＲＥＳ以上に維持される。
【００７０】
図１６は本発明による第２実施例の燃焼制御ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００７１】
図１６を参照すると、まずステップ１４０では廃熱回収フラグＸＲＥがセットされているか否かが判別される。廃熱回収フラグＸＲＥがリセットされている（ＸＲＥ＝０）ときには次いでステップ１４１に進み、図８に示される非回収時運転制御ルーチンが実行される。これに対し、廃熱回収フラグＸＲＥがセットされている（ＸＲＥ＝１）ときにはステップ１４０からステップ１４２に進み、機関運転状態が第１の廃熱回収時領域ＩＡ（図１４）内にあるか否かが判別される。機関運転状態が第１の廃熱回収時領域ＩＡ内にあるときには次いでステップ１４３に進んで燃焼フラグＸＣ１をセットした後に（ＸＣ１＝１）ステップ１４４に進み、図９（Ａ）に示される第１の燃焼制御が実行される即ち第１の燃焼が行われる。次いでステップ１４７に進む。これに対し、機関運転状態が第２の廃熱回収時領域ＩＩＡ内にあるときには次いでステップ１４５に進んで燃焼フラグＸＣ１をリセットした後に（ＸＣ１＝０）ステップ１４６に進み、図９（Ｂ）に示される第２の燃焼制御が実行される即ち第２の燃焼が行われる。次いでステップ１４７に進む。
【００７２】
ステップ１４７では、排気ガス温度ＴＥＸが廃熱回収最適温度ＴＲＥＯＰＴよりも低いか否かが判別される。ＴＥＸ≧ＴＲＥＯＰＴのときには処理サイクルを終了し、ＴＥＸ＜ＴＲＥＯＰＴのときには次いでステップ１４８に進み、昇温処理が実行される。従って、排気ガス温度ＴＥＸが廃熱回収最適温度ＴＲＥＯＰＴ以上に維持される。
【００７３】
即ち、図３に示されるように、排気ガス温度ＴＥＸを高くすれば高くするほど廃熱回収装置２４の運転効率ηＲＥを高くすることができる。しかしながら、排気ガス温度ＴＥＸを廃熱回収装置２４の耐熱限界温度ＴＲＥＬＭＴよりも高くすることはできない。
【００７４】
そこで本発明による第２実施例では、廃熱回収装置２４の耐熱限界温度ＴＲＥＬＭＴよりもわずかに低い温度ＴＲＥＯＰＴを廃熱回収最適温度として設定し、排気ガス温度ＴＥＸが廃熱回収最適温度ＴＲＥＯＰＴ以上に、より正確には廃熱回収最適温度ＴＲＥＯＰＴと耐熱限界温度ＴＲＥＬＭＴとの間に維持されるようにしている。このようにすると、廃熱回収装置２４の運転効率ηＲＥを高く維持することができる。
【００７５】
次に、図１７から図２１を参照して本発明による第３実施例を説明する。
【００７６】
これまで述べてきた実施例では、機関運転状態が第１の廃熱回収時領域ＩＡ内にあるときには第１の燃焼が行われ、第２の廃熱回収時領域ＩＩＡ内にあるときには第１の燃焼が行われず、第２の燃焼が行われる。しかしながら、排気ガス温度ＴＥＸのことを考えると、これまでの説明からわかるようにできるだけ第１の燃焼を行うのが好ましい。
【００７７】
一方、例えば自動変速機２１の変速比を変更することによって、内燃機関１の出力を変更することなく機関回転数Ｎを変更することができる。
【００７８】
そこで本発明による第３実施例では、廃熱回収装置２４を運転すべきときに機関運転状態が第２の廃熱回収時領域ＩＩＡ内にあるときには、内燃機関１の出力を変更することなく、機関運転状態を第２の廃熱回収時領域ＩＩＡから第１の廃熱回収時領域ＩＡに移行し、それにより第１の燃焼を行うようにしている。この場合、内燃機関出力がほぼ一定に維持されるので、ドライバビリティが悪化しない。
【００７９】
図１７は図１４と同様に第１の廃熱回収時領域ＩＡ及び第２の廃熱回収時領域ＩＩＡを示しており、しかしながら縦軸は内燃機関１の軸トルクＴＲＱになっている。図１７からわかるように本発明による第３実施例では、第１の廃熱回収時領域ＩＡは長方形状をなしており、第１の廃熱回収時領域ＩＡと第２の廃熱回収時領域ＩＩＡとの間の境界は下限回転数ＮＬ及び上限回転数ＮＵと、下限トルクＴＲＱＬ及び上限トルクＴＲＱＵとから形成されている。
【００８０】
図１８において曲線ＯＰは内燃機関１についての等出力線を示している。廃熱回収装置２４を運転すべきときの機関運転状態が曲線ＯＰ上でかつ第２の廃熱回収時領域ＩＩＡ内にあるＺ２で示される場合には、曲線ＯＰ上でかつ第１の廃熱回収時領域ＩＡ内の例えばＺ１で示される機関運転状態まで移行され、機関運転状態がＷ２で示される場合には例えばＷ１で示される機関運転状態まで移行される。
【００８１】
この場合、曲線ＯＰ上でかつ第１の廃熱回収時領域ＩＡ内であればどの機関運転状態に移行しても構わない。しかしながら、機関運転状態を第１の廃熱回収時領域ＩＡ内まで移行するのに必要な機関回転数Ｎの変動量、即ち変速比の変動量はできるだけ小さいのが好ましい。そこで本発明による第３実施例では、第１の廃熱回収時領域ＩＡと第２の廃熱回収時領域ＩＩＡとの間の境界、即ち内燃機関１の軸トルクＴＲＱが上限トルクＴＲＱＵである機関運転状態Ｚ１又は下限トルクＴＲＱＬである機関運転状態Ｗ１になるように機関運転状態が移行される。
【００８２】
具体的に説明する。機関運転状態が例えばＺ２で示されるときの内燃機関出力はこのときの機関回転数をＮとするとＫ・ＴＲＱ・Ｎ（Ｋは定数）で表される。一方、軸トルクＴＲＱが上限トルクＴＲＱＵである機関運転状態の内燃機関出力はこのときの機関回転数を上限トルク時回転数仮定値ＡＮＵとするとＫ・ＴＲＱＵ・ＡＮＵで表される。これら内燃機関出力が等しいので、上限トルク時回転数仮定値ＡＮＵは（ＴＲＱ／ＴＲＱＵ）・Ｎで表されることになる。同様に、軸トルクＴＲＱが下限トルクＴＲＱＬである機関運転状態のときの機関回転数を下限トルク時回転数仮定値ＡＮＬとすると、下限トルク時回転数仮定値ＡＮＬは（ＴＲＱ／ＴＲＱＬ）・Ｎで表される。
【００８３】
次いで、これら上限トルク時回転数仮定値ＡＮＵ及び下限トルク時回転数仮定値ＡＮＬのうち機関回転数Ｎの変動量が小さい方が選択される。即ち、図１８に示されるように、廃熱回収装置２４を運転すべきときの機関運転状態がＺ２で示される場合にはＺ１で示される機関運転状態が選択され、機関運転状態がＷ２で示される場合にはＷ１で示される機関運転状態が選択される。
【００８４】
次いで、機関回転数Ｎを選択された機関運転状態の機関回転数ＡＮＵ，ＡＮＬに一致させるのに必要な変速比ＧＲの変更量ΔＧＲが算出され、変速比ＧＲがΔＧＲだけ変更される（ＧＲ＝ＧＲ＋ΔＧＲ）。
【００８５】
図１９及び図２０は本発明による第３実施例の燃焼制御ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【００８６】
図１９及び図２０を参照すると、まずステップ１５０では廃熱回収フラグＸＲＥがセットされているか否かが判別される。廃熱回収フラグＸＲＥがリセットされている（ＸＲＥ＝０）ときには次いでステップ１５１に進み、図８に示される非回収時運転制御ルーチンが実行される。
【００８７】
これに対し、廃熱回収フラグＸＲＥがセットされている（ＸＲＥ＝１）ときにはステップ１５０からステップ１５２に進み、機関運転状態が第２の廃熱回収時領域ＩＩＡ内にあるか否かが判別される。機関運転状態が第２の廃熱回収時領域ＩＩＡ内にあるときには次いでステップ１５３に進み、現在の軸トルクＴＲＱが算出される。この場合、軸トルクを検出するためのセンサをクランクシャフト２０に取り付けることもできる。しかしながら、本発明による第３実施例では、軸トルクＴＲＱを機関運転状態、例えば図２１に示されるように燃料噴射量ＱＦ及び機関回転数Ｎの関数として予め求めておき、図２１に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶している。
【００８８】
続くステップ１５４では、上限トルク時回転数仮定値ＡＮＵ及び下限トルク時回転数仮定値ＡＮＬがそれぞれ算出される（ＡＮＵ＝（ＴＲＱ／ＴＲＱＵ）・Ｎ，ＡＮＬ＝（ＴＲＱ／ＴＲＱＬ）・Ｎ）。続くステップ１５５では、偏差Ｄが算出される（Ｄ＝（｜ＡＮＵ−Ｎ｜）／（｜ＡＮＬ−Ｎ｜））。この偏差Ｄは現在の機関回転数Ｎが上限トルク時回転数仮定値ＡＮＵと下限トルク時回転数仮定値ＡＮＬとのうちいずれに近いかを表すものであり、Ｄ＜１であれば現在の機関回転数Ｎが上限トルク時回転数仮定値ＡＮＵに近く、Ｄ＞１であれば現在の機関回転数Ｎが下限トルク時回転数仮定値ＡＮＬに近いことがわかる。続くステップ１５６では偏差Ｄが１よりも小さいか否かが判別される。Ｄ＜１のときには次いでステップ１５７に進み、目標回転数ＮＴが上限トルク時回転数仮定値ＡＮＵとされる。次いでステップ１５９に進む。これに対し、Ｄ≧１のときには次いでステップ１５８に進み、目標回転数ＮＴが下限トルク時回転数仮定値ＡＮＬとされる。次いでステップ１５９に進む。
【００８９】
ステップ１５９では、目標回転数ＮＴが下限回転数ＮＬと上限回転数ＮＵとの間にあるか否かが判別される。ＮＬ＞ＮＴ又はＮＴ＞ＮＵのときにはステップ１５１に進み、図８に示される非回収時運転制御ルーチンが実行される。これに対し、ＮＬ≦ＮＴ≦ＮＵのときにはステップ１６０に進み、機関回転数Ｎを目標回転数ＮＴに一致させるのに必要な変速比ＧＲの変更量ΔＧＲが算出される。続くステップ１６１では変速比ＧＲがΔＧＲだけ変更される（ＧＲ＝ＧＲ＋ΔＧＲ）。続くステップ１６２では燃焼フラグＸＣ１がセットされ（ＸＣ１＝１）、続くステップ１６３では図９（Ａ）に示される第１の燃焼制御が実行される即ち第１の燃焼が行われる。
【００９０】
一方、ステップ１５２において機関運転状態が第１の廃熱回収時領域ＩＡ内にあるときにはステップ１６２にジャンプし、第１の燃焼が行われる。
【００９１】
次に、図２２から図２６を参照して本発明による第４実施例を説明する。この実施例では触媒１４がＮＯＸ吸収剤から形成される。なお、この実施例では内燃機関１は第１の燃焼を行えなくてもよい。
【００９２】
上述したように、ＮＯＸ吸収剤１４は流入する排気ガスの平均空燃比がリーンのときにはＮＯＸを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量を減少させる蓄積還元作用を行う。
【００９３】
ＮＯＸ吸収剤の蓄積還元作用の詳細なメカニズムについては完全には明らかにされていない。しかしながら、現在考えられているメカニズムを、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると次のようになる。
【００９４】
即ち、ＮＯＸ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比よりもかなりリーンになると流入する排気ガス中の酸素濃度が大巾に増大し、酸素Ｏ２がＯ２−又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入する排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面に付着し白金Ｐｔの表面上でＯ２−又はＯ２−と反応し、ＮＯ２となる（ＮＯ＋Ｏ２→ＮＯ２＋Ｏ＊、ここでＯ＊は活性酸素）。次いで生成されたＮＯ２の一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯＸ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硝酸イオンＮＯ３−の形でＮＯＸ吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯＸがＮＯＸ吸収剤内に蓄えられる。
【００９５】
これに対し、ＮＯＸ吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比になると、排気ガス中の酸素濃度が低下してＮＯ２の生成量が低下し、反応が逆方向（ＮＯ３−→ＮＯ＋２Ｏ＊）に進み、斯くしてＮＯＸ吸収剤内の硝酸イオンＮＯ３−がＮＯの形でＮＯＸ吸収剤から放出される。この放出されたＮＯＸは排気ガス中に還元剤即ちＨＣ，ＣＯが含まれているとこれらＨＣ，ＣＯと反応して還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上にＮＯＸが存在しなくなるとＮＯＸ吸収剤から次から次へとＮＯＸが放出されて還元され、ＮＯＸ吸収剤内に蓄えられているＮＯＸの量が次第に減少する。
【００９６】
なお、硝酸塩を形成することなくＮＯＸを蓄え、ＮＯＸを放出することなくＮＯＸを還元することも可能であると考えられている。また、活性酸素Ｏ＊に着目すれば、ＮＯＸ吸収剤はＮＯＸの蓄積及び放出に伴って活性酸素Ｏ＊を生成する活性酸素生成触媒と見ることもできる。
【００９７】
図１に示される内燃機関１ではリーン空燃比のもとでの燃焼が継続して行われており、従ってＮＯＸ吸収剤１４内に流入する排気ガスの空燃比はリーンに維持されている。その結果、排気ガス中のＮＯＸはＮＯＸ吸収剤１４内に蓄えられる。
【００９８】
時間の経過と共にＮＯＸ吸収剤１４内の蓄積ＮＯＸ量は次第に増大する。そこで本発明による第４実施例では、例えばＮＯＸ吸収剤１４内の蓄積ＮＯＸ量がＮＯＸ許容量ＱＮＡを越えたときには、ＮＯＸ吸収剤１４内に蓄えられているＮＯＸを還元しＮＯＸ吸収剤１４内の蓄積ＮＯＸ量を減少させるために、ＮＯＸ吸収剤１４内に流入する排気ガスの空燃比を一時的にリッチに切り替えるようにしている。
【００９９】
なお、ＮＯＸ吸収剤１４内に流入する排気ガスの空燃比をリッチにするために、燃焼室内で燃焼される混合気をリッチにしてもよいし、ＮＯＸ吸収剤１４上流の排気通路内又は燃焼室内に還元剤ないし追加の燃料を供給してもよい。
【０１００】
ところが、排気ガス中にはイオウ分がＳＯＸの形で含まれており、ＮＯＸ吸収剤１４内にはＮＯＸばかりでなくＳＯＸも蓄えられる。このＳＯＸのＮＯＸ吸収剤１４内への蓄積メカニズムはＮＯＸの蓄積メカニズムと同じであると考えられる。即ち、担体上に白金Ｐｔ及びバリウムＢａを担持させた場合を例にとって簡単に説明すると、ＮＯＸ吸収剤１４に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときには上述したように酸素Ｏ２がＯ２−又はＯ２−の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入する排気ガス中のＳＯ２は白金Ｐｔの表面に付着し白金Ｐｔの表面上でＯ２−又はＯ２−と反応し、ＳＯ３となる。次いで生成されたＳＯ３は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつＮＯＸ吸収剤１４内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硫酸イオンＳＯ４−の形でＮＯＸ吸収剤１４内に拡散する。この硫酸イオンＳＯ４−は次いでバリウムイオンＢａ＋と結合して硫酸塩ＢａＳＯ４を生成する。
【０１０１】
この硫酸塩ＢａＳＯ４は分解しにくく、ＮＯＸ吸収剤１４内に流入する排気ガスの空燃比をただ単にリッチにしてもＮＯＸ吸収剤１４内の硫酸塩ＢａＳＯ４の量は減少しない。このため、時間が経過するにつれてＮＯＸ吸収剤１４内の硫酸塩ＢａＳＯ４の量が増大し、その結果ＮＯＸ吸収剤１４が蓄えうるＮＯＸの量が減少することになる。
【０１０２】
ところが、ＮＯＸ吸収剤１４の温度を例えば５５０℃以上に維持しつつＮＯＸ吸収剤１４に流入する排気ガスの平均空燃比を理論空燃比又はリッチにすると、ＮＯＸ吸収剤１４内の硫酸塩ＢａＳＯ４が分解してＳＯ３の形でＮＯＸ吸収剤１４から放出される。この放出されたＳＯ３は排気ガス中に還元剤即ちＨＣ，ＣＯが含まれているとこれらＨＣ，ＣＯと反応してＳＯ２に還元せしめられる。このようにしてＮＯＸ吸収剤１４内に硫酸塩ＢａＳＯ４の形で蓄えられているＳＯＸの量が次第に減少し、このときＮＯＸ吸収剤１４からＳＯＸがＳＯ３の形で流出することがない。
【０１０３】
そこで本発明による第４実施例では、ＮＯＸ吸収剤１４内に蓄えられているＳＯＸの量である蓄積ＳＯＸ量を求め、この蓄積ＳＯＸ量が予め定められたＳＯＸ許容量を越えたときには、ＮＯＸ吸収剤１４内の蓄積ＳＯＸ量を減少させるために、ＮＯＸ吸収剤１４の温度を要求温度例えば５５０℃以上に維持しながら、ＮＯＸ吸収剤１４に流入する排気ガスの平均空燃比を一時的にわずかばかりリッチに切り替えるリッチ昇温処理を例えば一定時間だけ行うようにしている。
【０１０４】
ＮＯＸ吸収剤１４内に流入する排気ガスの空燃比を一時的に理論空燃比又はリッチに切り替えるには様々な方法があり、例えば燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を一時的に理論空燃比又はリッチに切り替える方法や、ＮＯＸ吸収剤１４上流の排気通路内に追加の燃料ないし還元剤を一時的に噴射する方法がある。ここで、燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を理論空燃比又はリッチに切り替えるために、例えば燃焼室内で燃焼せしめられる混合気の空燃比を理論空燃比又はリッチに切り替えることもできるし、又は圧縮上死点付近で噴射される主燃料に加えて膨張行程中又は排気行程中に追加の燃料を噴射することもできる。
【０１０５】
どのような方法を採るにせよ、このようなリッチ昇温処理が行われると廃熱回収装置２４内に流入する排気ガスの温度ＴＥＸも高くなり、廃熱回収装置２４に供給される熱エネルギが増大する。そこで本発明による第４実施例では、リッチ昇温処理が行われているときに廃熱回収装置２４を運転するようにしている。
【０１０６】
図２２を参照して本発明による第４実施例をもう少し詳しく説明する。図２２において、ＸＲＣはリッチ昇温処理を行うべきとき例えばＮＯＸ吸収剤１４内の蓄積ＳＯＸ量が上述したＳＯＸ許容量を越えたときにセットされ（ＸＲＣ＝１）、それ以外はリセットされる（ＸＲＣ＝０）リッチフラグである。
【０１０７】
図２２に矢印Ｒ１で示されるようにリッチフラグＸＲＣがセットされてもリッチ昇温処理は開始されず、まず廃熱回収装置２４の運転が開始される。廃熱回収装置２４には例えばスタータモータのような始動補助装置が設けられており、始動補助装置を一時的に運転することによって廃熱回収装置２４の運転が開始される。廃熱回収装置２４の運転が開始されてから例えばわずかな一定時間Δｔ１だけ経過すると、矢印Ｒ２で示されるようにリッチ昇温処理が開始される。このようにリッチ昇温処理が開始されるのに先立って廃熱回収装置２４の運転を開始するようにすると、リッチ昇温処理により増大された熱エネルギを確実に回収することができる。
【０１０８】
リッチ昇温処理が例えば一定時間だけ行われると、矢印Ｒ３で示されるようにリッチ昇温処理が停止され、リッチフラグＸＲＣがリセットされる。リッチ昇温処理が停止されてから例えばわずかな一定時間Δｔ２だけ経過すると、廃熱回収装置２４が停止される。リッチ昇温処理が停止されても排気ガス温度ＴＥＸは直ちに低下せず、従ってこのようにリッチ昇温処理が停止されてから廃熱回収装置２４を停止するようにすると、リッチ昇温処理が停止された後の熱エネルギをも確実に回収することができる。
【０１０９】
このようなリッチ昇温処理が実行されると、排気ガス温度ＴＥＸは確実に廃熱回収実施温度ＴＲＥＳ以上になると考えられる。しかしながら、例えば機関運転状態や触媒１４の状態によっては、リッチ昇温処理が実行されても排気ガス温度ＴＥＸが廃熱回収実施温度ＴＲＥＳ以上にならない場合もある。この場合に廃熱回収装置２４を運転しても廃熱を回収することができない。
【０１１０】
そこで本発明による第４実施例では、リッチ昇温処理が実行されたと仮定したときの排気ガス温度ＴＥＸを予測し、この予測された排気ガス温度が廃熱回収実施温度ＴＲＥＳ以上でないときには廃熱回収装置２４を運転しないようにしている。その結果、廃熱回収できない場合に廃熱回収装置２４の運転が開始されるのを阻止できる。
【０１１１】
即ち、リッチ昇温処理を行うべきときには、リッチ昇温処理が実行されたと仮定したときの排気ガス温度ＴＥＸの上昇分である温度上昇予測値ΔＴが算出される。この温度上昇予測値ΔＴはリッチ昇温処理の要求温度ＴＲと、機関運転状態例えば要求負荷Ｌとの関数として予め実験により求められており、図２３に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。次いで、リッチ昇温処理が実行されたと仮定したときの排気ガス温度ＴＥＸ＋ΔＴが廃熱回収実施温度ＴＲＥＳ以上か否かが判断される。
【０１１２】
図２４はリッチフラグＸＲＣを制御するためのルーチンである。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【０１１３】
図２４を参照すると、まずステップ１７０では、前回の処理サイクルから今回の処理サイクルまでにＮＯＸ吸収剤１４内に蓄えられたＳＯＸの量ｑｓが図２５のマップから算出される。続くステップ１７１ではこの増分ｑｓが積算値ＱＳに加算される（ＱＳ＝ＱＳ＋ｑｓ）。増分ｑｓは前回の処理サイクルから今回の処理サイクルまでにＮＯＸ吸収剤１４内に流入したＳＯＸの量、即ち内燃機関１から排出されたＳＯＸの量であり、機関運転状態例えば機関回転数Ｎ及び燃料噴射量ＱＦの関数として図２５に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。この増分ｑｓを積算して得られる積算値ＱＳはＮＯＸ吸収剤１４内の蓄積ＳＯＸ量を表している。続くステップ１７２では、積算値ＱＳが上述したＳＯＸ許容量に相当する許容上限値ＱＳＵよりも大きいか否かが判別される。ＱＳ≦ＱＳＵのときには処理サイクルを終了し、ＱＳ＞ＱＳＵのときには次いでステップ１７３に進んでリッチフラグＸＲＣがセットされる（ＸＲＣ＝１）。
【０１１４】
図２６は本発明による第４実施例の廃熱回収装置制御ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【０１１５】
図２６を参照すると、まずステップ１８０では廃熱回収フラグＸＲＥがセットされているか否かが判別される。廃熱回収フラグＸＲＥがリセットされている（ＸＲＥ＝０）ときには処理サイクルを終了する。これに対し、廃熱回収フラグＸＲＥがセットされている（ＸＲＥ＝１）ときにはステップ１８１に進み、現在の排気ガス温度ＴＥＸが廃熱回収実施温度ＴＲＥＳよりも低いか否かが判別される。ＴＥＸ≧ＴＲＥＳのときにはステップ１８５にジャンプし、ＴＥＸ＜ＴＲＥＳのときには次いでステップ１８２に進んでリッチフラグＸＲＣがセットされているか否かが判別される。リッチフラグＸＲＣがリセットされている（ＸＲＣ＝０）ときには処理サイクルを終了し、リッチフラグＸＲＣがセットされている（ＸＲＣ＝１）ときには次いでステップ１８３に進んで図２３のマップから温度上昇予測値ΔＴが算出される。続くステップ１８４では、リッチ昇温処理が行われたと仮定したときの排気ガス温度ＴＥＸ＋ΔＴが廃熱回収実施温度ＴＲＥＳ以上であるか否かが判別される。ＴＥＸ＋ΔＴ＜ＴＲＥＳのときには処理サイクルを終了し、ＴＥＸ＋ΔＴ≧ＴＲＥＳのときには次いでステップ１８５に進む。
【０１１６】
ステップ１８５では廃熱回収装置２４の運転が開始される。続くステップ１８６ではリッチ昇温処理が例えば一定時間だけ行われる。続くステップ１８７ではリッチフラグＸＲＣがリセットされ（ＸＲＣ＝０）、積算値ＱＳがクリアされる（ＱＳ＝０）。続くステップ１８８では廃熱回収装置２４の運転が停止される。
【０１１７】
ところで、上述したように触媒１４がパティキュレートフィルタ上に担持されている場合にも本発明による第４実施例を適用できる。この場合、パティキュレートフィルタ上に堆積した主に固体炭素からなる微粒子の量が予め定められた許容量を越えたときに、パティキュレートフィルタ内に流入する排気ガスの空燃比をリーンに維持しながら、パティキュレートフィルタの温度を要求温度例えば６００℃以上に上昇し６００℃以上に維持するリーン昇温処理を行うことができる。このリーン昇温処理が行われると、パティキュレートフィルタ上に堆積した微粒子が着火燃焼せしめられ除去される。
【０１１８】
上述したＳＯＸや微粒子は触媒１４の浄化率を低下させる浄化率低下物質と考えることができ、リッチ昇温処理やリーン昇温処理は触媒１４内に蓄えられた浄化率低下物質を減少させるために触媒１４の温度を上昇させる浄化率低下物質減少作用と考えることができる。そうすると、本発明による第４実施例では、浄化率低下物質減少作用が実行されるときには廃熱回収装置２４を運転するようにしているということになる。また、浄化率低下物質減少作用を開始すべきときにはまず廃熱回収装置２４の運転を開始し、次いで浄化率低下物質減少作用を開始するようにしているということになる。
【０１１９】
次に、図２７から図３０を参照して本発明による第５実施例を説明する。この実施例でも内燃機関１は第１の燃焼を行えなくてよい。
【０１２０】
上述したように、オルターネータ２２はその負荷ＡＬを調節することができる。オルターネータ２２の負荷ＡＬを増大させれば増大させるほど内燃機関１の負荷が増大し、その結果オルターネータ２２の負荷ＡＬを増大させれば増大させるほど排気ガス温度ＴＥＸが高くなる。
【０１２１】
そこで本発明による第５実施例では、廃熱回収装置２４が運転されるときにはオルターネータ２２の負荷を一時的に増大させるようにしている。
【０１２２】
ここで、図３を参照して上述したように、排気ガス温度ＴＥＸを廃熱回収最適温度ＴＲＥＯＰＴと耐熱限界温度ＴＲＥＬＭＴとの間に維持すれば、廃熱回収装置２４の運転効率ηＲＥを高く維持することができる。
【０１２３】
そこで本発明による第５実施例では、排気ガス温度ＴＥＸを廃熱回収最適温度ＴＲＥＯＰＴ以上に、より正確には廃熱回収最適温度ＴＲＥＯＰＴと耐熱限界温度ＴＲＥＬＭＴとの間に維持するのに必要なオルターネータ２２の負荷である最適温度必要負荷ＡＬＯＰＴを求め、オルターネータ２２の負荷ＡＬをこの最適温度必要負荷ＡＬＯＰＴに一致させるようにしている。
【０１２４】
即ち、図２７（Ａ）において矢印Ｐで示されるように、廃熱回収装置２４を運転すべきであると判断されると、最適温度必要負荷ＡＬＯＰＴが算出され、オルターネータ２２の負荷ＡＬがこの最適温度必要負荷ＡＬＯＰＴまで増大される。その結果、排気ガス温度ＴＥＸが廃熱回収最適温度ＴＲＥＯＰＴ以上に高められる。
【０１２５】
最適温度必要負荷ＡＬＯＰＴは機関運転状態例えば要求負荷Ｌ及び機関回転数Ｎの関数として予め実験により求められており、図２８に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【０１２６】
図２７（Ａ）に示される例では、最適温度必要負荷ＡＬＯＰＴはオルターネータ２２の許容最大負荷ＡＬＭよりも小さくなっている。これに対し、算出された最適温度必要負荷ＡＬＯＰＴがオルターネータ２２の許容最大負荷ＡＬＭよりも大きい場合には、まずオルターネータ２２の負荷ＡＬを許容最大負荷ＡＬＭまで増大したと仮定したときの排気ガス温度ＴＥＸの上昇分である温度上昇予測値ΔＴＡＬが算出される。次いで、オルターネータ２２の負荷ＡＬを許容最大負荷ＡＬＭまで増大したと仮定したときの排気ガス温度ＴＥＸ＋ΔＴＡＬが廃熱回収実施温度ＴＲＥＳ以上か否かが判断される。ＴＥＸ＋ΔＴＡＬ≧ＴＲＥＳのときには、図２７（Ｂ）に示されるようにオルターネータ２２の負荷ＡＬが許容最大負荷ＡＬＭまで増大される。この場合、排気ガス温度ＴＥＸは廃熱回収実施温度ＴＲＥＳと廃熱回収最適温度ＴＲＥＯＰＴとの間まで上昇される。これに対し、ＴＥＸ＋ΔＴＡＬ＜ＴＲＥＳのときには、排気ガス温度ＴＥＸを上昇させるためのオルターネータ２２の負荷ＡＬの増大作用は実施されない。
【０１２７】
温度上昇予測値ΔＴＡＬは例えばオルターネータ２２の負荷ＡＬの増分、即ち許容最大負荷ＡＬＭと、廃熱回収装置２４を運転すべきと判断されたときのオルターネータ２２の負荷ＡＬとの差ΔＡＬ（＝ＡＬＭ−ＡＬ）と、機関運転状態例えば要求負荷Ｌとの関数として予め実験により求められており、図２９に示すマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【０１２８】
図３０は本発明による第５実施例の補機制御ルーチンを示している。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【０１２９】
図３０を参照すると、まずステップ１９０では廃熱回収フラグＸＲＥがセットされているか否かが判別される。廃熱回収フラグＸＲＥがセットされている（ＸＲＥ＝１）ときには次いでステップ１９１に進み、排気ガス温度ＴＥＸが廃熱回収実施温度ＴＲＥＳよりも低いか否かが判別される。ステップ１９０において廃熱回収フラグＸＲＥがリセットされている（ＸＲＥ＝０）とき、又はステップ１９１においてＴＥＸ≧ＴＲＥＳのときにはステップ１９２に進み、通常のオルターネータ負荷制御が実施される。
【０１３０】
ステップ１９２においてＴＥＸ＜ＴＲＥＳのときにはステップ１９３に進み、最適温度必要負荷ＡＬＯＰＴが図２８のマップから算出される。続くステップ１９４では最適温度必要負荷ＡＬＯＰＴがオルターネータ２２の許容最大負荷ＡＬＭよりも高いか否かが判別される。ＡＬＯＰＴ≦ＡＬＭのときには次いでステップ１９５に進み、オルターネータ２２の負荷ＡＬが最適温度必要負荷ＡＬＯＰＴとされる。
【０１３１】
これに対し、ＡＬＯＰＴ＞ＡＬＭのときには次いでステップ１９６に進み、オルターネータ２２の負荷ＡＬを許容最大負荷ＡＬＭにしたと仮定したときの排気ガス温度ＴＥＸの上昇分である温度上昇予測値ΔＴＡＬが図２９のマップから算出される。続くステップ１９７では、オルターネータ２２の負荷ＡＬを許容最大負荷ＡＬＭにしたと仮定したときの排気ガス温度ＴＥＸ＋ΔＴＡＬが廃熱回収実施温度ＴＲＥＳ以上であるか否かが判別される。ＴＥＸ＋ΔＴＡＬ＜ＴＲＥＳのときにはステップ１９２に進んで通常のオルターネータ負荷制御が実施される。これに対し、ＴＥＸ＋ΔＴＡＬ≧ＴＲＥＳのときには次いでステップ１９８に進み、オルターネータ２２の負荷ＡＬが許容最大負荷ＡＬＭとされる。
【０１３２】
次に、図３１から図３７を参照して本発明による第６実施例を説明する。この実施例でも内燃機関１は第１の燃焼を行えなくてよい。
【０１３３】
これまで述べてきたように、排気ガス温度ＴＥＸを高めるためには、排気ガス中に追加の燃料を噴射したり、補機の負荷を制御するなど、様々な方法がある。本発明による第６実施例では、自動変速機２１の変速比ＧＲを制御することにより排気ガス温度ＴＥＸが高められる。即ち、例えば内燃機関１の出力を維持しながら変速比ＧＲを大きくして機関回転数Ｎを増大させることにより排気ガス温度ＴＥＸが高められる。ここで、変速比ＧＲが変更されると、機関運転状態、例えば内燃機関１の軸トルクＴＲＱ及び機関回転数Ｎが変動する。従って、本発明による第６実施例では、排気ガス温度ＴＥＸを高めるために機関運転状態を制御しているという見方もできる。
【０１３４】
ところで、一般に、内燃機関１の熱効率はできるだけ高いのが好ましい。ところが、内燃機関１の熱効率が高いということは内燃機関の排気損失割合が低いということであり、従って廃熱回収装置２４の運転効率又は廃熱回収効率を高めることができない。
【０１３５】
逆に言えば、廃熱回収装置２４の運転効率又は廃熱回収効率を高めるためには内燃機関１の熱効率を低下させなければならない。
【０１３６】
そこで本発明による第６実施例では、内燃機関１の熱効率と廃熱回収装置２４の廃熱回収効率とに基づき実際の総合的な効率を求め、内燃機関１の出力を維持しながら、この実際の総合効率が目標効率になるように変速比ＧＲを制御している。
【０１３７】
具体的に説明すると、内燃機関１の熱効率ηＥＧと廃熱回収装置２４の廃熱回収効率ηＲＥＳとがそれぞれ求められ、これらηＥＧとηＲＥＳとを足し合わせた結果として総合効率ηＴＴＬが求められる（ηＴＴＬ＝ηＥＧ＋ηＲＥＳ）。
【０１３８】
この総合効率ηＴＴＬは図３１に示されるように、機関回転数Ｎ即ち変速比ＧＲの変化に対し、ピークηＭＡＸを有している。本発明による第６実施例では、総合効率ηＴＴＬがピーク即ち最大効率ηＭＡＸになるように変速比ＧＲが制御される。
【０１３９】
具体的には、まず実際の総合効率ηＴＴＬが現在の機関運転状態に基づいて算出される。次いで、変速比ＧＲを例えばわずかな一定値ΔＧＲだけ増大したと仮定したときの総合効率ηＴＴＬＡが、変速比ＧＲをΔＧＲだけ増大したと仮定したときの機関運転状態に基づいて算出される。次いで、これらηＴＴＬ及びηＴＴＬＡが比較される。ηＴＴＬＡ＞ηＴＴＬのとき、即ち変速比ＧＲ従って機関回転数Ｎを増大させたときに総合効率ηＴＴＬが増大したときには、実際の総合効率ηＴＴＬが図３２においてＭＬで示されるように最大効率ηＭＡＸよりも小さい場合であり、この場合には変速比ＧＲがΔＧＲだけ増大される。これに対し、ηＴＴＬＡ＜ηＴＴＬのとき、即ち変速比ＧＲ従って機関回転数Ｎを増大させたときに総合効率ηＴＴＬが低下したときには、実際の総合効率ηＴＴＬが図３２においてＭＨで示されるように最大効率ηＭＡＸよりも大きい場合であり、この場合には変速比ＧＲがΔＧＲだけ減少される。このようにして実際の総合効率ηＴＴＬが最大効率ηＭＡＸに近づけられ、維持される。
【０１４０】
ところで、実際の総合効率ηＴＴＬが最大効率ηＭＡＸに維持されると、排気ガス温度ＴＥＸは可能な最高温度よりも低くなり、従って廃熱回収装置２４に供給される熱エネルギの量が少なくなる。このため、廃熱回収装置２４の運転が開始されるときに、実際の総合効率ηＴＴＬを最大効率ηＭＡＸに維持するようにすると、廃熱回収装置２４の運転を開始できない恐れがある。
【０１４１】
そこで本発明による第６実施例では、廃熱回収装置２４の運転が開始されるときには、実際の総合効率ηＴＴＬに関わらず、排気ガス温度ＴＥＸを例えば廃熱回収最適温度ＴＲＥＯＰＴ以上まで一時的に高めるようにしている。このようにすると廃熱回収装置２４の運転を確実に開始することができる。
【０１４２】
即ち、図３３に矢印Ｈで示されるように廃熱回収装置２４の運転が開始されるときには、まず排気ガス温度ＴＥＸが廃熱回収最適温度ＴＲＥＯＰＴ以上になるように変速比ＧＲが制御される。このとき、総合効率ηＴＴＬは最大効率ηＭＡＸよりも低く維持されている。次いで、図３３に矢印Ｋで示されるように例えば一定時間Δｔだけ経過すると、実際の総合効率ηＴＴＬが最大効率ηＭＡＸになるようにする変速比ＧＲの制御が開始される。その結果、排気ガス温度ＴＥＸは徐々に低下し、実際の総合効率ηＴＴＬが最大効率ηＭＡＸに向けて上昇する。
【０１４３】
図３４に示される機関運転制御ルーチンを参照して本発明による第６実施例を更に詳しく説明する。このルーチンは予め定められた設定時間毎の割り込みによって実行される。
【０１４４】
図３４を参照すると、まずステップ２００では現在廃熱回収装置２４が運転中であるか否かが判別される。廃熱回収装置２４が運転中でないときには次いでステップ２０１に進み、廃熱回収フラグＸＲＥがセットされているか否かが判別される。廃熱回収フラグＸＲＥがリセットされている（ＸＲＥ＝０）ときには処理サイクルを終了し、廃熱回収フラグＸＲＥがセットされている（ＸＲＥ＝１）ときには次いでステップ２０２に進み、排気ガス温度ＴＥＸを廃熱回収最適温度ＴＲＥＯＰＴ以上にするのに必要な変速比ＧＲである最適温度必要変速比ＧＲＯＰＴが図３５（Ａ）のマップから算出される。最適温度必要変速比ＧＲＯＰＴは機関運転状態、例えば軸トルクＴＲＱ及び機関回転数Ｎの関数として予め実験により求められており、図３５（Ａ）に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。ここで、軸トルクＴＲＱは図２１に示されるマップから求めることができる。続くステップ２０３では、変速比ＧＲがこの最適温度必要変速比ＧＲＯＰＴとされる。このように、廃熱回収装置２４の運転が行われておらずかつ廃熱回収装置２４の運転を行うべきとき、即ち廃熱回収装置２４の運転を開始すべきときには、例えば一定時間Δｔ（図３３）だけ変速比ＧＲがこの最適温度必要変速比ＧＲＯＰＴとされる。
【０１４５】
ステップ２００において廃熱回収装置２４が運転中のときには次いでステップ２０４に進む。ステップ２０４からステップ２０６までは実際の総合効率ηＴＴＬを求める部分である。ステップ２０４では、内燃機関１の熱効率ηＥＧが図３５（Ｂ）のマップから算出される。内燃機関１の熱効率ηＥＧは機関運転状態、例えば軸トルクＴＲＱ及び機関回転数Ｎの関数として予め実験により求められており、図３５（Ｂ）に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【０１４６】
続くステップ２０５では、廃熱回収装置２４の廃熱回収効率ηＲＥＳが算出される。具体的には、内燃機関１の排気損失割合ＥＸＬが図３６（Ａ）のマップから算出され、廃熱回収装置２４の運転効率ηＲＥ（図３参照）が図３６（Ｂ）のマップから算出され、排気損失割合ＥＸＬに運転効率ηＲＥを掛け算した結果として廃熱回収効率ηＲＥＳが求められる（ηＲＥＳ＝ＥＸＬ・ηＲＥ）。ここで、廃熱回収装置２４の運転効率ηＲＥが廃熱回収装置２４への入力に対する廃熱回収装置２４からの出力の割合であり、排気損失割合ＥＸＬが内燃機関１への入力に対する排気損失の割合であり、この排気損失が廃熱回収装置２４への入力であることを考えると、廃熱回収効率ηＲＥＳは内燃機関１への入力に対する廃熱回収装置２４からの出力の割合であるということになる。
【０１４７】
内燃機関１の排気損失割合ＥＸＬは機関運転状態、例えば軸トルクＴＲＱ及び機関回転数Ｎの関数として予め実験により求められており、図３６（Ａ）に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。一方、廃熱回収装置２４の運転効率ηＲＥは排気ガス温度ＴＥＸと、廃熱回収装置２４内への流入排気ガス流量ＱＥＸとの関数として予め実験により求められており、図３６（Ｂ）に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。更に、廃熱回収装置２４内への流入排気ガス流量ＱＥＸは機関運転状態、例えば軸トルクＴＲＱ及び機関回転数Ｎの関数として予め実験により求められており、図３６（Ｃ）に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。
【０１４８】
続くステップ２０６では、実際の総合効率ηＴＴＬが算出される（ηＴＴＬ＝ηＥＧ＋ηＲＥＳ）。
【０１４９】
続くステップ２０７からステップ２１０までは、変速比ＧＲをΔＧＲだけ増大したと仮定したときの総合効率ηＴＴＬＡを求める部分である。まずステップ２０７では、変速比ＧＲをΔＧＲだけ増大したと仮定したときの軸トルクの変化量ΔＴＲＱ、機関回転数Ｎの変化量ΔＮ、及び排気ガス温度ＴＥＸの変化量ΔＴがそれぞれ図３７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）のマップから算出される。これら変化量ΔＴＲＱ、ΔＮ、及びΔＴは機関運転状態、例えば軸トルクＴＲＱ及び機関回転数Ｎの関数として予め実験によりそれぞれ求められており、それぞれ図３７（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示されるマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。この場合、変速比ＧＲをΔＧＲだけ増大したと仮定したときの機関運転状態、即ち軸トルク、機関回転数、及び排気ガス温度はそれぞれ、ＴＲＱ＋ΔＴＲＱ、Ｎ＋ΔＮ、ＴＥＸ＋ΔＴで表されることになる。
【０１５０】
続くステップ２０８では、変速比ＧＲをΔＧＲだけ増大したと仮定したときの内燃機関１の熱効率ηＥＧＡがこのときの機関運転状態を用いて図３５（Ｂ）のマップから算出される。続くステップ２０９では、変速比ＧＲをΔＧＲだけ増大したと仮定したときの排気損失割合ＥＸＬＡ及び廃熱回収装置２４の運転効率ηＲＥＡが図３６（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）のマップからそれぞれ算出され、変速比ＧＲをΔＧＲだけ増大したと仮定したときの廃熱回収装置２４の廃熱回収効率ηＲＥＳＡが算出される（ηＲＥＳＡ＝ＥＸＬＡ・ηＲＥＡ）。
【０１５１】
続くステップ２１０では、変速比ＧＲをΔＧＲだけ増大したと仮定したときの総合効率ηＴＴＬＡが算出される（ηＴＴＬＡ＝ηＥＧＡ＋ηＲＥＳＡ）。
【０１５２】
続くステップ２１１では、変速比ＧＲをΔＧＲだけ増大したと仮定したときの総合効率ηＴＴＬＡが実際の総合効率ηＴＴＬよりも大きいか否かが判別される。ηＴＴＬＡ＞ηＴＴＬのときには次いでステップ２１２に進み、変速比ＧＲがΔＧＲだけ増大される。これに対し、ηＴＴＬＡ≦ηＴＴＬのときには次いでステップ２１３に進み、変速比ＧＲがΔＧＲだけ減少される。
【０１５３】
【発明の効果】
廃熱回収装置を確実に運転できるので内燃機関の廃熱を確実に回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】廃熱回収装置制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】廃熱回収装置の運転効率を示す図である。
【図４】燃料噴射時期及びＥＧＲ率とスモーク及びＮＯＸの発生量との関係を示す図である。
【図５】混合気の空燃比を変化させたときのスモーク排出量等を示す図である。
【図６】第１及び第２の燃焼領域を示すである。
【図７】第１及び第２の運転領域を示す図である。
【図８】非回収時運転制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】燃焼制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１０】第１の燃焼が行われるときの目標スロットル開度等を示す図である。
【図１１】第２の燃焼が行われるときの目標スロットル開度等を示す図である。
【図１２】スロットル弁開度等を示す図である。
【図１３】平均ガス温度と、燃料及びその周囲のガス温度とを示す図である。
【図１４】廃熱回収時領域を示す図である。
【図１５】燃焼制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１６】本発明による第２実施例の燃焼制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１７】廃熱回収時領域を示す図である。
【図１８】本発明による第３実施例を説明するための図である。
【図１９】本発明による第３実施例の燃焼制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２０】本発明による第３実施例の燃焼制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２１】内燃機関の軸トルクを示す図である。
【図２２】本発明による第４実施例を説明するための図である。
【図２３】温度上昇予測値を示す図である。
【図２４】本発明による第４実施例のリッチフラグ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２５】ＮＯＸ吸収剤内の蓄積ＳＯＸ量の増分を示す図である。
【図２６】本発明による第４実施例の廃熱回収装置制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図２７】本発明による第５実施例を説明するための図である。
【図２８】最適温度必要負荷を示す図である。
【図２９】温度上昇予測値を示す図である。
【図３０】補機制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３１】本発明による第６実施例を説明するための図である。
【図３２】本発明による第６実施例を説明するための図である。
【図３３】本発明による第６実施例を説明するための図である。
【図３４】本発明による第６実施例の機関運転制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３５】最適温度必要変速比等を示す図である。
【図３６】排気損失割合等を示す図である。
【図３７】軸トルクの変化量等を示す図である。
【符号の説明】
１…内燃機関本体
１４…触媒
１６…ＥＧＲ通路
２４…廃熱回収装置
２５…排気管
２６…発電機
【図１】
2004300943.tif 000003
【図２】
2004300943.tif 000004
【図３】
2004300943.tif 000005
【図４】
2004300943.tif 000006
【図５】
2004300943.tif 000007
【図６】
2004300943.tif 000008
【図７】
2004300943.tif 000009
【図８】
2004300943.tif 000010
【図９】
2004300943.tif 000011
【図１０】
2004300943.tif 000012
【図１１】
2004300943.tif 000013
【図１２】
2004300943.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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