(57)【要約】【課題】吸気アクチュエータの制御を安定化させることで排出ガスの低減・黒煙悪化を防止できるとともに、リッチスパイクを確実に行うこと。【解決手段】排ガスの空燃比理論空燃比以下で還元剤成分が増加したときに再生処理されるＮＯｘ吸蔵触媒４１と、ＥＧＲ配管５０を通過する排ガスの流量を調整するＥＧＲバルブ５２と、エンジン２０に供給される空気の量を調整する吸気スロットル３４と、排気通路内の空燃比を低下させて排ガス中の還元剤成分を増加させるリッチ運転を行う制御部７０とを備え、制御部７０は、リーン運転時には、ＥＧＲバルブ５２の応答ゲインを小、吸気スロットルの応答ゲインを大とし、ＮＯｘ吸蔵触媒４１の還元運転時には、ＥＧＲバルブ５２の応答ゲインを大、吸気スロットルの応答ゲインを小とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路に設けられ、前記排気通路に流入する排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、かつ、前記排ガスの空燃比が理論空燃比以下で還元剤成分が増加したときに再生処理される触媒と、
前記エンジンの前記排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ配管に設けられ前記ＥＧＲ配管を通過する排ガスの流量を調整するＥＧＲバルブと、
前記エンジンに供給される空気の量を調整する吸気スロットルと、
前記触媒の再生開始時期に対応する再生開始信号に基づいて、前記排気通路内の空燃比を低下させて排ガス中の還元剤成分を増加させるリッチ運転を行う制御部とを備え、
前記制御部は、リーン運転時には、前記ＥＧＲバルブの応答ゲインを応答性が低い第１の値、前記吸気スロットルの応答ゲインを応答性が高い第２の値とし、前記触媒のリッチ運転時には、前記ＥＧＲバルブの応答ゲインを前記第１の値よりも大きく応答性が高い第３の値、前記吸気スロットルの応答ゲインを前記第２の値よりも低い応答性が低い第４の値とすることを特徴とするエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの排ガスを浄化するための触媒をリッチスパイクにより再生する排ガス浄化装置に関し、特にエンジン側の制御により、リッチ化を図るものに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンの排気管にＮＯｘ吸蔵還元触媒が設けられた排ガス浄化装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなＮＯｘ触媒を用いた排ガス浄化装置では、吸蔵したＮＯｘを還元・放出、Ｓパージのために一時的に触媒に入るガスの空気過剰率を１程度まで低下させるリッチスパイク運転が必要である。なお、通常運転時の空気過剰率は１．７〜１０である。このようなリッチスパイク運転を行うために、エアフローセンサやλセンサに基づいて吸気系のフィードバック制御によりＥＧＲを実施する。
【０００３】
図３はエンジンシステム１００の構成を示す図、図４のグラフα〜グラフγはエンジンシステム１００における触媒再生のタイミング及び目標λと実行λの一例を示している。
【０００４】
エンジンシステム１００は、ディーゼルエンジン１２０を備えている。ディーゼルエンジン１２０の入口側には吸気配管１３０が接続され、出口側には排気配管１４０が接続されている。さらにディーゼルエンジン１２０の排気側と吸気配管１３０とは、排ガス（ＥＧＲガス）を吸気配管１３０に還流するＥＧＲ配管１５０とで接続されている。なお、図３中１６０は過給機を示している。
【０００５】
吸気配管１３０には、吸気側からエアフローセンサ１３１、過給機１６０のコンプレッサ１６１と、λセンサ１３２と、インタークーラ１３３と、吸気スロットル１３４と、ＥＧＲ配管１５０との接続部１３５とが設けられている。
【０００６】
排気配管１４０には、ディーゼルエンジン１２０側から、過給機１６０のタービン１６２と、排気配管１４０内の空燃比を計測するλセンサ１４２と、ＮＯｘ吸蔵触媒１４１とが設けられている。ＮＯｘ吸蔵触媒１４１は排気配管１４０に流入する排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、かつ、排ガス中の空燃比を理論空燃比以下とし、還元剤成分を増加させたときに吸蔵したＮＯｘを再生処理する。
【０００７】
ＥＧＲ配管１５０には、排気配管１４０側から排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ１５１と、排ガスの流量を調節するＥＧＲバルブ１５２とが設けられている。
【０００８】
このようなエンジンシステム１００では、再生開始信号が入力されると、ＥＧＲバルブ１５２及び吸気スロットル１３４の開度を調節することで空燃比を低下させる。フィードバック制御用の制御入力には、エアフローセンサ１３１又はλセンサ１３２が接続され、制御出力には、吸気スロットル１３４、ＥＧＲバルブ１５２が接続され、吸気スロットル１３４及びＥＧＲバルブ１５２の開度は、予め設定された応答ゲインに基づいて操作されている。
【０００９】
このように構成されたエンジンシステム１００では、次のような動作でリッチスパイクを行い、ＮＯｘ吸蔵触媒１４１を再生させる。すなわち、通常のエンジン動作（リーン運転）が行われている状況下で、再生時期の到来が判定されると目標のλが設定される。再生開始タイミングは、一定時間（例えば１分）の経過として設定されている。
【００１０】
リッチスパイク動作が開始されると、目標λに近付くように吸気スロットル１３４及びＥＧＲバルブ１５２が操作され、フィードバック制御が行われる。これら吸気系アクチュエータ（吸気スロットル１３４及びＥＧＲバルブ１５２）の応答ゲインは予めリーン運転時又はリッチ運転時のいずれか一方に最適化した値に設定されている。
【特許文献１】特開２００１−２２１０８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述したエンジンシステムでは次のような問題があった。例えば、リーン運転時の最適な応答ゲインとして、微小リフト制御時のコントロール性を考慮して、ＥＧＲバルブ１５２のゲインを小さく設定し、加速時の応答性を考慮して、吸気スロットル１３４のゲインを大きく設定することが考えられるが、このＥＧＲバルブ１５２の応答ゲイン及び吸気スロットル１３４の応答ゲインはいずれも固定されていたため、図４のグラフβに示すように、リーン運転時に最適化した応答ゲインを設定していた場合、リッチスパイク運転が開始されてもＥＧＲバルブ１５２の応答性が低く、目標λに実行λが到達しなかったり（図中λ１）、吸気スロットル１３４の応答性が高いため実行λが目標λに到達した場合でもハンチングが生じたりする虞があった（図中λ２）。一方、図４のグラフγに示すように、リッチ運転時に最適化した応答ゲインを設定していた場合、ＥＧＲバルブ１５２の応答性が高すぎてリーン運転時にハンチングが生じる虞や、吸気スロットル１３４の応答性が低すぎて、加速時の応答が遅れて、黒煙増大を招く虞があった（図中λ３）。
【００１２】
そこで本発明は、吸気アクチュエータの制御を安定化させることで排出ガスの低減・黒煙悪化を防止できるとともに、リッチスパイクを確実に行うことができるエンジンシステム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】
【００１３】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明のエンジンシステムは次のように構成されている。
【００１４】
エンジンの排気通路に設けられ、前記排気通路に流入する排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、かつ、前記排ガスの空燃比が理論空燃比以下で還元剤成分が増加したときに再生処理される触媒と、前記エンジンの前記排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ配管に設けられ前記ＥＧＲ配管を通過する排ガスの流量を調整するＥＧＲバルブと、前記エンジンに供給される空気の量を調整する吸気スロットルと、前記触媒の再生開始時期に対応する再生開始信号に基づいて、前記排気通路内の空燃比を低下させて排ガス中の還元剤成分を増加させるリッチ運転を行う制御部とを備え、前記制御部は、リーン運転時には、前記ＥＧＲバルブの応答ゲインを応答性が低い第１の値、前記吸気スロットルの応答ゲインを応答性が高い第２の値とし、前記触媒のリッチ運転時には、前記ＥＧＲバルブの応答ゲインを前記第１の値よりも大きく応答性が高い第３の値、前記吸気スロットルの応答ゲインを前記第２の値よりも低い応答性が低い第４の値とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、吸気アクチュエータの制御を安定化させることで排出ガスの低減・黒煙悪化を防止できるとともに、リッチスパイクを確実に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は本発明の一実施の形態に係るエンジンシステム１０の構成を示す図、図２のグラフα，グラフδはエンジンシステム１０における触媒再生のタイミング及び目標λと実行λの一例を示している。
【００１７】
エンジンシステム１０は、ディーゼルエンジン２０を備えている。ディーゼルエンジン２０の入口側には吸気配管３０が接続され、出口側には排気配管４０が接続されている。さらにディーゼルエンジン２０の排気側と吸気配管３０とは、排ガス（ＥＧＲガス）を吸気配管３０に還流するＥＧＲ配管５０とで接続されている。なお、図３中６０は過給機、１００は制御回路を示している。
【００１８】
吸気配管３０には、吸気側からエアフローセンサ３１、過給機６０のコンプレッサ６１と、インタークーラ３３と、吸気スロットル３４と、ＥＧＲ配管５０との接続部３５とが設けられている。
【００１９】
排気配管４０には、ディーゼルエンジン２０側から、過給機６０のタービン６２と、排気配管４０内の空燃比を計測するλセンサ４２と、ＮＯｘ吸蔵触媒４１とが設けられている。ＮＯｘ吸蔵触媒４１は排気配管４０に流入する排ガス中のＮＯｘを吸蔵し、かつ、排ガス中の還元剤成分を増加させたときに吸蔵したＮＯｘを再生処理する。
【００２０】
ＥＧＲ配管５０には、排気配管４０側から排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ５１と、排ガスの流量を調節するＥＧＲバルブ５２とが設けられている。
【００２１】
このようなエンジンシステム１０では、再生開始信号が入力されると、ＥＧＲバルブ５２及び吸気スロットル３４の開度を調節することで空燃比を低下させる。ＥＧＲバルブ５２及び吸気スロットル３４の開度は、予め設定された応答ゲインに基づいて操作されている。
【００２２】
制御部１００の制御入力には、エアフローセンサ３１又はλセンサ４１が接続され、制御出力には、吸気スロットル３４、ＥＧＲバルブ５２が接続されている。制御入力からのセンサ出力に基づいて、制御出力への信号出力が算出される。
【００２３】
このように構成されたエンジンシステム１０では、次のようにしてリッチスパイク運転を行いＮＯｘ吸蔵触媒４１に吸蔵されたＮＯｘの放出・還元を行う。なお、図２のグラフδは目標λ（λ０）と実行λ（λ４）との推移を示している。
【００２４】
通常のエンジン動作が行われている状況下では、リーン運転が行われている。このときの目標λは１．７〜１０である。リーン運転時には、ＥＧＲバルブ応答５２の応答ゲインを応答性が低い第１の値Ｇ１とするとともに、吸気スロットル３４の応答ゲインを応答性が高い第２の値Ｇ２とする。すなわち、リーン運転時はＥＧＲ量が少ないため、高負荷時のような低リフト量が要求される運転領域でのハンチングを無くして制御を安定化させる。また、吸気スロットルは、低負荷領域以外は全開に近い開度での使用に留まるため、吸気スロットルの応答ゲインは高めに設定し、加速時に対応する。このため、リーン運転時の吸気系の制御が安定し、排出ガスが低減されるとともに加速時のトルクショックや黒煙悪化を回避できる。
【００２５】
一方、所定の再生開始タイミングによりリッチ信号（グラフα）が発生すると、変更された目標λが入力される。このときの目標λは１以下である。リッチスパイク実行時には、ＥＧＲバルブ応答５２の応答ゲインを応答性の高い第３の値Ｇ３に切り替えられるとともに、吸気スロットル３４の応答ゲインが応答性の低い第４の値Ｇ４に切り替えられる。すなわち、リッチスパイク実行時は、多くのＥＧＲ量が必要とされるため、ＥＧＲバルブ５２の応答ゲインを高くすることにより素早く確実なリッチスパイクを行う。一方、吸気スロットル１３４は、ほぼ全運転領域で全閉に近い開度での使用となるために、開度に対する吸気の変化量が大きい領域での使用となるため、応答ゲインは低めに切り替えることでハンチングを防止する。
【００２６】
上述したように本実施の形態に係るエンジンシステム１０によれば、リーン運転時における排出ガスの低減や加速時のトルクショック・黒煙悪化を回避できるとともに、リッチ運転移行時における応答性及び目標λへの追従性を向上させることができる。リッチ運転時においてもリーン運転時においても、ＥＧＲバルブ及び吸気スロットルの適正な応答を行わせることで、排出ガスの低減や黒煙の悪化を回避できる。
【００２７】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施の形態に係るエンジンシステムの構成を示す説明図。
【図２】同エンジンシステムにおける触媒再生のタイミング及び目標λ・実行λの変化を示す説明図。
【図３】従来のエンジンシステムの構成を示す説明図。
【図４】同エンジンシステムにおける触媒再生のタイミング及び目標λ・実行λの変化を示す説明図。
【符号の説明】
【００２９】
１０…エンジンシステム、２０…ディーゼルエンジン、３０…吸気配管、３４…吸気スロットル、４０…排気配管、４１…ＮＯｘ吸蔵触媒、４２…λセンサ、５０…ＥＧＲ配管、５２…ＥＧＲバルブ、６０…過給機、７０…制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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