(57)【要約】【課題】内燃機関の燃焼状態の悪化を抑えつつ排気ガスを捕集容器から吸気通路に効率よく還流させることが可能な排気処理方法を提供する。【解決手段】内燃機関１の排気通路５に設けられた触媒１５，１６が所定の浄化性能を発揮できないときに排気通路５からの排気を捕集容器２１に捕集する工程と、その捕集された排気ガスを内燃機関１の吸気通路３に還流させる工程とを備えた排気処理方法において、排気ガスを還流させる工程では、内燃機関１の燃焼状態に応じて吸気通路３へ還流される排気ガスの流量を変化させる。【選択図】　　　図２
2004108324.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触媒が所定の浄化性能を発揮できないときに前記排気通路からの排気を捕集容器に捕集する工程と、その捕集された排気ガスを前記内燃機関の吸気通路に還流させる工程とを備え、前記還流させる工程では、前記内燃機関の燃焼状態に応じて前記吸気通路へ還流される排気ガスの流量を変化させることを特徴とする内燃機関の排気処理方法。
【請求項２】
内燃機関の排気通路に設けられた触媒が所定の浄化性能を発揮できないときに前記排気通路からの排気を捕集容器に捕集し、その捕集された排気ガスを前記内燃機関の吸気通路に還流させる内燃機関の排気処理装置において、
前記捕集容器から前記吸気通路へ還流される排気ガスの流量を制御する還流制御弁と、
前記内燃機関の燃焼室にて失火が生じたか否かを判別し、前記失火が生じたときは前記流量が減少するように前記還流制御弁を制御する還流制御装置と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気処理装置。
【請求項３】
内燃機関の排気通路に設けられた触媒が所定の浄化性能を発揮できないときに前記排気通路からの排気を捕集容器に捕集し、その捕集された排気ガスを前記内燃機関の吸気通路に還流させる内燃機関の排気処理装置において、
前記捕集容器から前記吸気通路へ還流される排気ガスの流量を制御する還流制御弁と、
前記内燃機関の燃焼室における空燃比を判別し、前記空燃比が所定の許容範囲に維持されるように前記還流制御弁を制御する還流制御装置と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気処理装置。
【請求項４】
前記内燃機関には、当該内燃機関の燃焼室の空燃比に影響する少なくとも一つのパラメータであってかつ前記捕集容器から還流される排気ガスの流量とは異なるパラメータを所定の目標空燃比が得られるように制御する空燃比制御装置が設けられ、前記還流制御装置は、前記空燃比制御装置によって制御されている空燃比が前記捕集容器からの排気ガスの還流によって前記目標空燃比から前記許容範囲を超えてずれたとき、前記空燃比が前記許容範囲に維持されるように前記還流制御弁を制御することを特徴とする請求項３に記載の排気処理装置。
【請求項５】
前記還流制御装置は、前記捕集容器から前記吸気通路へ所定の流量の排気ガスが還流されるように、前記捕集容器内の圧力と前記吸気通路の圧力との差に基づいて前記還流制御弁を制御することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の排気処理装置。
【請求項６】
内燃機関の排気通路に設けられた触媒が所定の浄化性能を発揮できないときに前記排気通路からの排気を捕集容器に捕集し、その捕集された排気ガスを前記内燃機関の吸気通路に還流させる内燃機関の排気処理装置において、
前記捕集容器から前記吸気通路へ還流される排気ガスの流量を制御する還流制御弁と、
前記捕集容器から前記吸気通路へ所定の流量の排気ガスが還流されるように、前記捕集容器内の圧力と前記吸気通路の圧力との差に基づいて前記還流制御弁を制御する還流制御装置と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気処理装置。
【請求項７】
前記還流制御装置は、前記捕集容器内の圧力が前記吸気通路の圧力よりも高いほど前記還流制御弁の開度が閉じる方向に変化するように前記還流制御弁の開度を制御することを特徴とする請求項５又は６に記載の排気処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気通路から捕集容器に捕集した排気ガスを吸気通路に還流させるようにした排気処理方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の冷間始動時に排出されるＮＯｘをゼオライト触媒にて捕捉し、そのゼオライト触媒がＮＯｘを放出する際には、ゼオライト触媒を通過した排気ガスの全量を捕集容器に捕集し、その捕集した排気ガスはＥＧＲガスとして吸気通路に還流させる排気処理装置が知られている（特許文献１又は２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−７０５３９号公報
【特許文献２】
特開２００２−１４７２２７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、捕集容器には大量の排気ガスが蓄えられるが、それらの排気ガスは次回の捕集に備えてなるべく早期に吸気通路に還流させることが望ましい。その一方、吸気通路に大量の排気ガスを還流させると、酸素不足によって空燃比がリッチ側に大きくずれ、内燃機関の燃焼状態に悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、内燃機関の燃焼状態の悪化を抑えつつ排気ガスを捕集容器から吸気通路に効率よく還流させることが可能な排気処理方法及びその方法を実現するための排気処理装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の排気処理方法は、内燃機関の排気通路に設けられた触媒が所定の浄化性能を発揮できないときに前記排気通路からの排気を捕集容器に捕集する工程と、その捕集された排気ガスを前記内燃機関の吸気通路に還流させる工程とを備え、前記還流させる工程では、前記内燃機関の燃焼状態に応じて前記吸気通路へ還流される排気ガスの流量を変化させることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
この発明の排気処理方法によれば、吸気通路に還流される排気ガスの流量（以下、還流量と呼ぶことがある。）を燃焼状態に応じて制御することにより、捕集容器からの排気ガスの影響による燃焼状態の悪化を抑えつつ、捕集容器内の排気ガスをなるべく大きな流量で吸気通路に還流させて捕集容器から排気ガスを早期に排出させることができる。例えば、捕集容器から還流される排気ガスの影響で失火が発生し、あるいは燃焼室の空燃比が許容範囲からずれる等の望ましくない燃焼状態が現に発生し、又はその発生が予想される場合に還流量を減少させて燃焼状態の悪化を抑えることができる。そのような望ましくない燃焼状態が生じない場合には還流量を増加させて排気ガスを効率よく還流させることができる。
【０００８】
本発明の排気処理方法において、内燃機関の燃焼状態に応じた流量の変化は、燃焼状態を制御するために操作される各種のパラメータに応じて流量を変化させる場合と、燃焼状態に応じて発生する各種の現象に応じて流量を変化させる場合との両者が含まれる。前者の場合において考慮されるべきパラメータとしては、吸入空気量、吸入空気の圧力、燃焼の噴射量、燃料噴射時期、又はこれらに相関するスロットル開度、機関負荷、機関回転数（回転速度）等が挙げられる。他方、後者の場合において考慮されるべき現象としては、失火等の燃焼不良やそれに伴うトルク変動、騒音の増加等が挙げられる。
【０００９】
本発明の排気処理方法は以下に述べる本発明の排気処理装置によって実施することができる。
【００１０】
本発明の第１の排気処理装置は、内燃機関の排気通路に設けられた触媒が所定の浄化性能を発揮できないときに前記排気通路からの排気を捕集容器に捕集し、その捕集された排気ガスを前記内燃機関の吸気通路に還流させる内燃機関の排気処理装置において、前記捕集容器から前記吸気通路へ還流される排気ガスの流量を制御する還流制御弁と、前記内燃機関の燃焼室にて失火が生じたか否かを判別し、前記失火が生じたときは前記流量が減少するように前記還流制御弁を制御する還流制御装置と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項２）。
【００１１】
第１の排気処理装置によれば、内燃機関において失火が発生すると、捕集容器から吸気通路に戻される排気ガスの流量が減少する。従って、失火が続発するような流量で継続して排気ガスが還流されるおそれがなく、内燃機関の燃焼状態のそれ以上の悪化を防止することができる。さらに、失火が生じない限度で排気ガスの流量を大きく設定して、捕集容器から排気ガスを効率よく還流させることができる。
【００１２】
本発明の第２の排気処理装置は、内燃機関の排気通路に設けられた触媒が所定の浄化性能を発揮できないときに前記排気通路からの排気を捕集容器に捕集し、その捕集された排気ガスを前記内燃機関の吸気通路に還流させる内燃機関の排気処理装置において、前記捕集容器から前記吸気通路へ還流される排気ガスの流量を制御する還流制御弁と、前記内燃機関の燃焼室における空燃比を判別し、前記空燃比が所定の許容範囲に維持されるように前記還流制御弁を制御する還流制御装置と、を備えたことにより、上述した課題を解決する（請求項３）。
【００１３】
第２の排気処理装置によれば、捕集容器から吸気通路に排気ガスを還流させる際の空燃比の変化を補償するように排気ガスの還流量が制御されて空燃比が所定の許容範囲に維持される。このため、空燃比の不良による燃焼状態の悪化が防止され、排気エミッションやドライバビリティの悪化を防ぐことができる。さらに、空燃比が許容範囲から外れない限度で排気ガスの流量を大きく設定して、捕集容器から排気ガスを効率よく還流させることができる。
【００１４】
本発明の第２の排気処理装置において、前記内燃機関には、当該内燃機関の燃焼室の空燃比に影響する少なくとも一つのパラメータであってかつ前記捕集容器から還流される排気ガスの流量とは異なるパラメータを所定の目標空燃比が得られるように制御する空燃比制御装置が設けられ、前記還流制御装置は、前記空燃比制御装置によって制御されている空燃比が前記捕集容器からの排気ガスの還流によって前記目標空燃比から前記許容範囲を超えてずれたとき、前記空燃比が前記許容範囲に維持されるように前記還流制御弁を制御してもよい（請求項４）。
【００１５】
この場合には、空燃比制御装置によって空燃比が目標空燃比に対する許容範囲内に維持されている限りにおいては、効率を優先して排気ガスの還流量を制御し、空燃比制御装置が空燃比を許容範囲に維持できなくなったときに限って還流量を減らして空燃比の許容範囲外への逸脱を防止することができる。
【００１６】
本発明の第１又は第２の排気処理装置において、前記還流制御装置は、前記捕集容器から前記吸気通路へ所定の流量の排気ガスが還流されるように、前記捕集容器内の圧力と前記吸気通路の圧力との差に基づいて前記還流制御弁を制御してもよい（請求項５）。捕集制御弁の開度を一定とした場合、捕集容器からの排気ガスの還流量は、捕集容器内の圧力と吸気通路の圧力との差に応じて変化する。従って、還流制御弁の制御に関して圧力差を反映させることにより、圧力差に拘わりなく適切な流量で排気ガスを還流させることができる。
【００１７】
本発明の第３の排気処理装置は、内燃機関の排気通路に設けられた触媒が所定の浄化性能を発揮できないときに前記排気通路からの排気を捕集容器に捕集し、その捕集された排気ガスを前記内燃機関の吸気通路に還流させる内燃機関の排気処理装置において、前記捕集容器から前記吸気通路へ還流される排気ガスの流量を制御する還流制御弁と、前記捕集容器から前記吸気通路へ所定の流量の排気ガスが還流されるように、前記捕集容器内の圧力と前記吸気通路の圧力との差に基づいて前記還流制御弁を制御する還流制御装置と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項６）。
【００１８】
第３の排気処理装置によれば、捕集容器内の圧力と吸気通路の圧力との差を還流制御弁の制御に反映させることにより、圧力差に拘わりなく適切な流量で排気ガスを還流させ、それにより、燃焼状態の悪化を防止しつつ適切な量の排気ガスを効率よく還流させることができる。
【００１９】
なお、捕集容器内の圧力と吸気通路の圧力との差に基づく還流制御弁の制御は、前記捕集容器内の圧力が前記吸気通路の圧力よりも高いほど前記還流制御弁の開度が閉じる方向に変化するように前記還流制御弁の開度を制御することによって実現してもよい（請求項７）。
【００２０】
この場合には、圧力差が大きくて還流量が過剰となる場合には還流制御弁の開度が閉じる方向に制御され、圧力差が小さくて還流量が過小となる場合には還流制御弁の開度が開く方向に制御されることにより、燃焼状態を悪化させない範囲で還流量をなるべく増加させて還流の効率を向上させることができる。
【００２１】
本発明の排気処理方法及び排気処理装置において、触媒が所定の浄化性能を発揮できないときとしては、内燃機関の冷間始動時であって触媒が所定の活性化温度よりも低温の状態が挙げられる。排気ガス中の有害物質を一時的に保持し、飽和時等において有害物質を放出するような作用を持ったＮＯｘ吸蔵還元触媒、ゼオライト触媒等が使用される場合においては、触媒が有害物質を放出する期間も、触媒が所定の浄化性能を発揮できないときに相当する。これら以外にも、触媒が何らかの理由で所定の浄化性能を発揮できず、許容範囲を超える排気ガスの大気中への放出が懸念される場合に、排気ガスの少なくとも一部を捕集容器に捕集して大気中への排気ガスの放出量を削減する方法又は装置に本発明は好適に適用されるものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の排気処理装置及びこれが適用される内燃機関の概要を示している。内燃機関１は自動車の走行用動力源として使用される４サイクル火花点火式のガソリンエンジンとして構成されている。周知のように、内燃機関１には、燃焼室２に空気を取り込むための吸気通路３と、吸入空気量を制御するためのスロットルバルブ４と、燃焼室２からの排気を所定の排気位置まで導くための排気通路５と、これらの通路３，５を開閉するための吸気バルブ６及び排気バルブ７と、燃料タンク８に蓄えられたガソリン燃料を燃焼室２に直接噴射する燃料噴射弁９と、燃料混合気に着火する点火プラグ１０とが設けられている。
【００２３】
内燃機関１が搭載された車両には、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１１が設けられる。ＥＣＵ１１は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺装置を含んだ周知のコンピュータである。ＥＣＵ１１は、そのＲＯＭに記録された各種のプログラム及びデータに基づいて内燃機関１の各種の制御を実行する。例えば、ＥＣＵ１１は、冷却水温を検出する水温センサ、スロットルバルブ４の開度を検出するスロットルセンサ（いずれも図示を省略した。）、吸気通路３のスロットルバルブ４よりも下流側の圧力に対応した信号を出力する吸気圧センサ１２、クランク角に対応した信号を出力するクランク角センサ１３、空燃比に対応した信号を出力する空燃比センサ（Ｏ２センサでもよい）１４等の出力に基づいて内燃機関１の運転状態や車両の走行状態を検出し、それらの検出結果に基づいて燃料噴射弁９の燃料噴射量を目標空燃比が得られるように制御する。このような空燃比制御を実行することにより、ＥＣＵ１１は空燃比制御装置として機能する。なお、ここでは、空燃比センサ１４が検出する空燃比を考慮したフィードバック制御により燃料噴射量が制御されるものとしたが、吸入空気量やスロットル開度等から空燃比の変化を予測して燃料噴射量を決定するフィードフォワード制御によって燃料噴射量が制御されてもよい。目標空燃比は排気ガスの状態等に応じて適宜に制御されるが、燃料噴射弁９から燃焼室２に直接燃料を噴射する場合には理論空燃比よりも酸素量が大きいリーン域に目標空燃比が設定され、特定の場合に理論空燃比又はリッチ域に目標空燃比が設定される。このようなＥＣＵ１１による空燃比制御は周知の内燃機関の空燃比制御装置と同様でよく、ここでは詳細を省略する。
【００２４】
排気通路５の排気ガスを浄化するため、排気通路５にはスタート触媒１５とＮＯｘ吸蔵還元触媒１６とが設けられている。スタート触媒１５は、内燃機関１の冷間始動時にＮＯｘ吸蔵還元触媒１６が活性化されるまでの有害物質の排出量を低減することを主たる目的として設けられたものである。スタート触媒１５は早期活性化のために内燃機関１の排気ポートになるべく近付けて配置され、かつその熱容量はＮＯｘ吸蔵還元触媒１６のそれよりも十分に小さく設定される。スタート触媒１５には三元触媒が使用される。ＮＯｘ吸蔵還元触媒１６は、空燃比がリーン域に制御されているときは所定の吸蔵材にＮＯｘを吸蔵し、空燃比がリッチ域に制御された場合には吸蔵材からＮＯｘを放出させ、その放出されたＮＯｘを排気中のＨＣ、ＣＯにて還元するとともに、ＨＣ、ＣＯを酸化させるものである。
【００２５】
また、内燃機関１には、排気通路５から吸気通路３に排気ガスを還流させる手段としてＥＧＲ装置１７が設けられている。ＥＧＲ装置１７は、排気通路５と吸気通路３とを接続するＥＧＲ通路１８と、そのＥＧＲ通路１８を開閉するＥＧＲ弁１９とを備えている。ＥＧＲ弁１９の動作はＥＣＵ１１にて制御される。その制御手順は周知のＥＧＲ装置と同様でよい。ＥＧＲ通路１８の排気通路５との接続位置は排気バルブ７による開閉位置の直後に設定され、ＥＧＲ通路１８と吸気通路３との接続位置はスロットルバルブ４よりも下流側の例えばサージタンク４ａの直後に設定される。
【００２６】
触媒１５，１６が所定の浄化性能を発揮できない場合の大気中への排気ガスの放出を抑えるため、内燃機関１には捕集式の排気処理装置２０が設けられている。排気処理装置２０は、排気ガスを保持可能な捕集容器２１と、その捕集容器２１と排気通路５とを接続する排気ガス取り出し通路２２と、排気ガス取り出し通路２２と排気通路５との接続位置に設けられた捕集制御弁２３と、捕集容器２１と吸気通路３とを接続する排気ガス還流通路２４と、その排気ガス還流通路２４を開閉する還流制御弁２５とを備えている。
【００２７】
排気ガス取り出し通路２２はＮＯｘ吸蔵還元触媒１６よりも下流側において排気通路５から分岐する。捕集制御弁２３は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１６を通過した排気ガスを矢印Ａで示すように捕集制御弁２３よりも排気通路５のさらに下流側に通過させる排気放出位置と、排気ガスを矢印Ｂで示したように排気ガス取り出し通路２２に導く排気捕集位置との間で切り替え可能である。排気捕集位置において、捕集制御弁２３は排気ガスの全量を排気ガス取り出し通路２２に導いてもよいし、排気通路５の下流側への一部の排気ガスの通過を許容し、残りの排気ガスを排気ガス取り出し通路２２に導いてもよい。スタート触媒１５とＮＯｘ吸蔵還元触媒１６との間に捕集制御弁２３が設けられ、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１６を通過する前の排気ガスを捕集容器２１へ捕集するようにしてもよい。
【００２８】
捕集容器２１は単一の容器状に構成されている。捕集容器２１は、内燃機関１の冷間始動時において、触媒１６が所定の活性化温度に暖機されるまで捕集制御弁２３を排気捕集位置に保持した場合に排気ガス取り出し通路２２に導かれる排気ガスの総量を十分に保持できる容量を備えている。捕集容器２１は金属製の箱のように容量不変の剛体容器として構成されてもよいし、容量可変のバッグ状に構成されてもよい。捕集容器２１の入口には排気ガス取り出し通路２２から捕集容器２１への排気ガスの流入を許容し、捕集容器２１から排気ガス取り出し通路２２への排気ガスの逆流を阻止するリード弁２６が設けられている。捕集容器２１は、互いに仕切られた複数の収容部の集合体として設けられてもよい。また、捕集容器２１にはその内部の圧力に対応した信号を出力する圧力センサ２７が設けられている。圧力センサ２７の出力信号はＥＣＵ１１に入力される。
【００２９】
排気ガス還流通路２４はスロットルバルブ４よりも下流側の吸気通路３に接続されている。その接続位置は例えばサージタンク４ａ上に設定することができる。ＥＧＲ通路１８と同様にサージタンク４ａの直後に排気ガス還流通路２４を接続してもよい。なお、排気ガス取り出し通路２２及び排気ガス還流通路２４は金属等の剛体にて構成された配管でもよいし、フレキシブルなチューブでもよい。排気ガス還流通路２４は、吸気通路３又は排気通路５に対して選択的に排気ガスを還流できるように設けられてもよい。
【００３０】
還流制御弁２５は、捕集容器２１から排気ガス還流通路２４を経由して吸気通路３に至る排気ガスの還流を制御するために設けられている。還流制御弁２５が開かれることにより、矢印Ｃで示すように捕集容器２１に蓄えられた排気ガスが吸気通路３に還流される。捕集容器２１から吸気通路３への排気ガスの還流量は還流制御弁２５の開度制御によって所定のステップずつ増減可能である。還流制御弁２５の制御には、所定の制御周期における駆動時間と停止時間との比（デューティー比）を変化させる周知のデューティー制御が使用される。デューティー制御の場合、還流制御弁２５の開度は、駆動デューティの比率（割合）に置き換えて制御される。
【００３１】
捕集制御弁２３及び還流制御弁２５の動作はＥＣＵ１１によって制御される。制御弁２３，２５の制御により、排気通路５から排気ガスを捕集する工程と、捕集した排気ガスを吸気通路３に還流させる工程とが実現される。排気ガスを捕集する工程は、例えば内燃機関１の始動時でかつ触媒１６の温度が活性化温度域よりも低くて所定の浄化性能が発揮されない場合に実行される。その捕集工程では、還流制御弁２５が閉じられ、捕集制御弁２３が排気捕集位置に切り替えられる。これにより、触媒１６を通過した排気ガスが排気ガス取り出し通路２２を介して捕集容器２１内に捕集される。
【００３２】
ＮＯｘ吸蔵還元触媒１６の温度が活性化温度域に達すると、捕集制御弁２３が排気放出位置に切り替えられて排気ガスの捕集が停止される。その後、触媒１６の温度が所定の活性化温度域に維持されている限り、捕集制御弁２３が排気放出位置に維持されて触媒１６を通過した排気ガスは大気中に放出される。
【００３３】
以上の他にも、例えばＮＯｘ吸蔵還元触媒１６が飽和して所定量以上のＮＯｘが触媒１６の下流側に放出されるとき等、触媒１６が所定の浄化性能を発揮できない場合には適宜捕集容器２１に排気ガスを捕集してよい。なお、スタート触媒１５が所定の活性化温度に維持されている限りにおいて、排気ガス中の有害物質の排出量を所定の許容範囲内に抑えられる場合には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１６の活性状態に拘わりなく、スタート触媒１５が活性化されているか否かに基づいて捕集制御弁２３を制御してもよい。
【００３４】
一方、捕集容器２１に保持された排気ガスを還流させる工程は、所定の還流条件が成立したときに実行される。その還流工程では、還流制御弁２５が開かれることにより、捕集容器２１から排気ガス還流通路２４を介して吸気通路３に排気ガスが戻される。還流条件としては、例えば触媒１５，１６が活性化していること、排気ガスを吸気通路３に戻しても運転状態が乱れない程に燃焼室２の温度が上昇していること等がその要件として挙げられる。
【００３５】
捕集容器２１からの排気ガスを還流させる工程において、ＥＣＵ１１は内燃機関１の燃焼室２における燃焼状態に応じて還流制御弁２５の開度を制御して、捕集容器２１から吸気通路３への排気ガスの還流量（排気ガス還流通路２４を経て吸気通路３に戻される排気ガスの量をいう。）を変化させる。以下、還流量制御の好ましい形態を図２〜図６を参照して説明する。
【００３６】
（還流量制御の第１の実施形態）
図２の還流量制御ルーチンは、排気ガスの還流に起因する失火を抑制するためのものであり、内燃機関１が運転されている間に所定の周期で繰り返し実行される。図２の還流量制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１１はまずステップＳ１１で吸気通路３へ排気ガスが還流されているか否かを判断する。この判断は例えば還流条件が成立しているか否かの判断と同様に行えばよい。還流中でなければ今回のルーチンを終了し、その一方で還流中であればステップＳ１２へ進む。ステップＳ１２では燃焼室２において失火が発生したか否かを判断する。失火が発生したか否かは、例えばクランク角センサ１３が検出するクランク角の変化を監視することによって判断することができる。そして、失火が発生していないときはステップＳ１３に進んで還流量が増加するように還流制御弁２５の開度を設定し、その後にルーチンを終える。但し、ステップＳ１３において還流制御弁２５の開度が所定の上限に達しているときには現在の開度を維持する。一方、失火が発生しているときはステップＳ１４に進み、還流量が減少するように還流制御弁２５の開度を設定してルーチンを終える。
【００３７】
図２の制御を実行した場合には、捕集容器２１から吸気通路３への排気ガスの還流によって失火が生じたときに還流量が減少し、失火が生じない限りは還流量が所定の上限値に向かって増加する方向に制御される。従って、失火が続けて生じない限度で捕集容器２１から吸気通路３へ効率よく排気ガスを還流させることができる。
【００３８】
（還流量制御の第２の実施形態）
図３の還流量制御ルーチンは、捕集容器２１からの排気ガスの還流に起因する空燃比のずれを是正するためのものであり、内燃機関１が運転されている間に所定の周期で繰り返し実行される。図３の還流量制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１１はまずステップＳ２１で吸気通路３へ排気ガスが還流されているか否かを判断する。この判断は図２のステップＳ１１と同様でよい。還流中でなければ今回のルーチンを終了し、その一方で還流中であればステップＳ２２へ進む。ステップＳ２２では空燃比センサ１４の出力信号を参照して燃焼室２の空燃比が所定の許容範囲内か否かを判断する。許容範囲は、空燃比が目標空燃比からずれたことに起因する排気ガス中の有害物質量の増加やドライバビリティの悪化等を許容できる範囲として設定され、例えばリッチ側に＋１程度の範囲で設定される。ここでいう目標空燃比は、上述したように、ＥＣＵ１１が実行する燃料噴射弁９からの燃料噴射量の制御において設定される空燃比の目標値である。つまり、ステップＳ２２では、吸入空気量や空燃比センサ１４の出力等を参照して燃料噴射量が制御されている場合において、目標空燃比に対する許容範囲から空燃比が外れるほど制御状態がずれているか否かを判断していることになる。そして、空燃比が許容範囲内にあるときはステップＳ２３に進み、還流量が増加するように還流制御弁２５の開度を設定し、その後にルーチンを終える。但し、ステップＳ２３において還流制御弁２５の開度が所定の上限に達しているときには現在の開度を維持する。一方、空燃比が許容範囲外のときはステップＳ２４に進み、還流量が減少するように還流制御弁２５の開度を設定してルーチンを終える。
【００３９】
図３の制御を実行した場合には、捕集容器２１から吸気通路３への排気ガスの還流の影響で空燃比を目標空燃比に対する許容範囲内に維持できないときに還流量が減少し、空燃比が許容範囲にある限りは還流量が所定の上限値へ向かって増加する方向に制御される。従って、空燃比を許容範囲に維持しつつ捕集容器２１から吸気通路３へ効率よく排気ガスを還流させることができる。
【００４０】
図４は図３の制御を実行したときの空燃比（Ａ／Ｆと表記）と還流量との相互の関係の一例を示している。この例では、還流開始時ｔ０の直後に空燃比が許容空燃比を超えてリッチ側にずれる。このような空燃比の変化に対応して排気ガスの還流量も減少し、その影響で空燃比が許容範囲（目標空燃比と許容空燃比との間）に戻されている。以降、空燃比が許容範囲にほぼ維持されるように、空燃比の変化に追従して還流量が調整される。このような還流量の制御は、燃料噴射量の制御のみでは空燃比を許容範囲に維持できないときに有効である。
【００４１】
（還流量制御の第３の実施形態）
図５の還流量制御ルーチンは、吸気通路３と捕集容器２１との圧力差に応じて還流量を制御するためのものであり、内燃機関１が運転されている間に所定の周期で繰り返し実行される。
【００４２】
図５の還流量制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１１はまずステップＳ３１で吸気通路３へ排気ガスが還流されているか否かを判断する。この判断は図２のステップＳ１１と同様に行えばよい。還流中でなければ今回のルーチンを終了し、その一方で還流中であればステップＳ３２へ進む。ステップＳ３２では、圧力センサ２７（図１参照）が検出する捕集容器２１内の圧力から、吸気圧センサ１２が検出する吸気通路３の圧力を差し引くことにより、圧力差を算出する。次に、圧力差に対応する還流制御弁２５の弁開度をＥＣＵ１１のＲＯＭに記録されたマップによって取得する。ここで参照されるマップは、例えば図６に実線Ｄで示したように、圧力差が大きいほど還流制御弁２５の開度が減少するように設定される。そして、弁開度を取得した後は、その開度が実現されるように還流制御弁２５を駆動し、その後に今回のルーチンを終える。
【００４３】
以上の制御を実行した場合には、捕集容器２１と吸気通路３との圧力差の変化に起因する還流量のばらつきを防止して、目標通りの量の排気ガスを吸気通路３に還流させることができる。すなわち、捕集容器２１に排気ガスが蓄えられている限り捕集容器２１の内部の圧力は大気圧以上であり、吸気通路３の圧力は燃焼室２の吸気作用により大気圧よりも低い。その圧力差によって捕集容器２１から吸気通路３に排気ガスが吸引される。従って、図６にベース設定として二点鎖線で示したように、圧力差に拘わりなく還流制御弁２５の開度を一定に保持すれば、還流量は圧力差が増加するほど増加する。圧力差が所定値ｄＰのときに適正量の排気ガスが還流されるとすれば、その所定値ｄＰよりも圧力差が大きい範囲では適正量よりも大量の排気ガスが還流され、所定値ｄＰよりも圧力差が小さい範囲では排気ガスの還流量が適正量よりも小さくなる。
【００４４】
これに対して、圧力差がｄＰのときのベース設定の開度を基準として、圧力差がｄＰよりも小さい範囲では開度を大きく、圧力差がｄＰよりも大きい範囲では開度を小さくなるように変化させた本発明の設定（実線Ｄ）によれば、圧力差が小さい領域で還流量がベース設定よりも増加し、大きい領域では還流量がベース設定よりも減少する。このため、開度の傾きを適切に調整することにより、同図に実線Ｅで示すように、圧力差の大小に拘わりなく還流量を常に適正量と一致させることができる。なお、図６では、理解のために適正量と実線Ｅとをずらして示している。
【００４５】
図６の適正量は、例えば、燃焼室２における燃焼状態からみて許容される還流量の上限値に設定してよい。図２又は図３の制御によって与えられる還流量を図６の適正量として設定し、図２又は図３の制御と並行して図６の制御を実行してもよい。この場合には、図２又は図３による還流量の制御を、捕集容器２１と吸気通路３との間の圧力差の影響が排除されたより好ましいものへと改善することができる。但し、図６の制御は、図２又は図３の制御と組み合わせることなく単独で実行してもよい。
【００４６】
以上の実施形態においては、ＥＣＵ１１が還流制御装置及び空燃比制御装置として機能する。但し、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、本発明の技術思想の範囲内において種々の形態で実施してよい。例えば、空燃比制御装置と、還流制御装置とは別々のコンピュータによって実現してもよい。空燃比制御装置は、還流量とは異なるパラメータとして燃料噴射量を制御するものに限らず、吸入空気量等のパラメータを制御するものでもよい。燃焼状態に応じた排気ガスの還流量の制御は、失火又は空燃比に限らず、燃焼状態に関連して変化する各種のパラメータ又は現象に応じて実行してよい。還流量の制御は連続的な調整に限定されず、還流の許可又は停止を切り替える二段階の制御であってもよい。本発明は筒内噴射式の内燃機関に限らず、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関に適用されてもよい。
【００４７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の排気処理方法によれば、吸気通路に還流される排気ガスの流量を内燃機関の燃焼状態に応じて制御することにより、捕集容器からの排気ガスの影響による燃焼状態の悪化を抑えつつ、捕集容器から吸気通路に還流される排気ガスの流量をなるべく大きく設定して排気ガスを効率よく還流させることができる。また、本発明の排気処理装置によれば、本発明の排気処理方法の実現に適した排気処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気処理装置の一実施形態を示す図。
【図２】図１のＥＣＵが実行する還流量制御ルーチンの一形態を示すフローチャート。
【図３】図１のＥＣＵが実行する還流量制御ルーチンの他の形態を示すフローチャート。
【図４】図３の還流量制御ルーチンを実行した場合の空燃比と還流量との関係の一例を示す図。
【図５】図１のＥＣＵが実行する還流量制御ルーチンのさらに他の形態を示すフローチャート。
【図６】図５の還流量制御ルーチンを実行した場合の圧力差と還流量及び還流制御弁の開度との関係を示す図。
【符号の説明】
１　内燃機関
２　燃焼室
３　吸気通路
５　排気通路
９　燃料噴射弁
１１　エンジンコントロールユニット（還流制御装置、空燃比制御装置）
１２　吸気圧センサ
１３　クランク角センサ
１４　空燃比センサ
１５　スタート触媒
１６　ＮＯｘ吸蔵還元触媒
１７　ＥＧＲ装置
２０　排気処理装置
２１　捕集容器
２２　排気ガス取り出し通路
２３　捕集制御弁
２４　排気ガス還流通路
２５　還流制御弁
２７　圧力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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