(57)【要約】【課題】ＥＧＲ系を備える内燃機関において、ＥＧＲ系のＰＭ被毒の発生を有効に抑止する。【解決手段】ツインエントリ型のターボチャージャ３０と、第１，第２の気筒群の排気ガスをタービン３０１のそれぞれの入口に流入させる第１，第２の排気マニホールド３２，３４と、タービン３０１の出口に接続された排気通路３６と、排気通路３６の途中に配置されたスタート触媒３８と、第１の排気マニホールド３２と吸気マニホールド１２とを接続するＥＧＲ通路４２と、ＥＧＲ通路４２の途中に配置されたＥＧＲ触媒４６と、ＥＧＲ触媒４６の下流側の排気ガスに含まれるＰＭ量を取得するＰＭセンサ５３と、を備え、第１の気筒群の排気空燃比を、前記ＰＭ量が最小となる空燃比に補正するとともに、第２気筒群の排気空燃比を、スタート触媒３８に流入する排気ガスの空燃比がストイキ空燃比となるように補正する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数気筒を有する内燃機関と、
二つの入口を有するタービンを備えたターボチャージャと、
前記複数気筒を２群に分けた第１，第２の気筒群のうち、前記第１の気筒群の排気ガスを前記タービンの一方の入口に流入させる第１の排気通路と、
前記第２の気筒群の排気ガスを前記タービンの他方の入口に流入させる第２の排気通路と、
前記タービンの出口から前記第１および第２の気筒群の排気ガスを排出する第３の排気通路と、
前記第３の排気通路の途中に配置された三元触媒と、
前記第１の排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の途中に配置されたＥＧＲ触媒と、
前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲ触媒の下流側の排気ガスに含まれるＰＭ量が最小となるように、前記第１の気筒群の排気空燃比を補正する第１の空燃比補正手段と、
前記第１の空燃比補正手段の実行中に前記三元触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように、前記第２気筒群の排気空燃比を補正する第２の空燃比補正手段と、
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】
前記第１の空燃比補正手段は、前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲ触媒の下流側の排気ガスに含まれるＰＭ量を取得するＰＭ量取得手段を含み、前記ＰＭ量が所定の目標値よりも大きい場合に、前記第１の気筒群の排気空燃比を補正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システム。
【請求項３】
前記第１の空燃比補正手段は、前記第１の気筒群の排気空燃比を理論空燃比に補正することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
前記内燃機関の各気筒の筒内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、
前記筒内燃料噴射弁を用いて分割噴射を実行する燃料噴射手段と、を更に備え、
前記燃料噴射手段は、
前記分割噴射の最終時期を圧縮行程まで遅角させる噴射時期遅角手段と、
前記噴射時期遅角手段の実行中に前記ＰＭ量が所定の目標量よりも大きくなった場合に、前記分割噴射の最終時期を進角させる噴射時期進角手段と、
を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記第１の気筒群の排気空燃比を所定のリッチ空燃比と所定のリーン空燃比との間で変化させる空燃比制御手段と、
前記空燃比制御手段の実行中における前記ＰＭ量が所定の目標量よりも大きい場合に、前記ＥＧＲ触媒が劣化していることを判定する劣化判定手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項６】
前記空燃比制御手段の実行中に前記三元触媒に流入する排気ガスの空燃比がストイキ空燃比となるように、前記第２気筒群の排気空燃比を補正する第３の空燃比補正手段を更に備えることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項７】
前記劣化判定手段により前記ＥＧＲ触媒の劣化が判定された場合に、前記ＥＧＲ通路を介して還流される排気ガス量を制限する制限手段を更に備えることを特徴とする請求項５または６記載の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】
この発明は、内燃機関の排気浄化システムに係り、特に、ＥＧＲ系を備える内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特開２００５−１６３９５号公報に開示されているように、排気ガスの一部を吸気系へ還流させるＥＧＲ装置を有する内燃機関の排気浄化システムが知られている。このシステムでは、ＥＧＲ通路におけるＥＧＲクーラの上流側にＥＧＲ触媒を備えている。ＥＧＲ触媒は、ＥＧＲガス中のＨＣやＰＭ等を浄化する機能を有しているが、ＥＧＲガス中の可溶性有機成分（ＳＯＦ，Soluble Organic Fraction）による被毒が進行すると、該ＥＧＲ触媒の酸化機能が著しく低下してしまう。上記従来の技術では、ＥＧＲ触媒がＳＯＦ被毒状態にあると判断された場合に、該ＥＧＲ触媒の温度をＳＯＦ除去温度まで昇温させて触媒の酸化機能を回復させることとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１６３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の技術では、該ＥＧＲ触媒に流入する排気の温度を上昇させる手段や、ヒータを用いて該ＥＧＲ触媒の温度を昇温させる手段等によって、ＥＧＲ触媒の温度をＳＯＦ除去温度に昇温させることとしている。しかしながら、ヒータを用いたＥＧＲ触媒の加熱手法では、ＥＧＲ触媒に付着したＳＯＦは除去できるものの、ＥＧＲ通路に付着したＰＭを除去することはできない。このため、このＰＭデポジットが剥がれてＥＧＲ触媒へ流入すると、該ＥＧＲ触媒が目詰まりすることが想定される。また、ＥＧＲ触媒に流入する排気の温度を上昇させる手法では、排気通路の途中に配設された排気浄化触媒へ流入する排気温度も上昇するため、該排気浄化触媒の熱劣化が懸念される。このように、上記従来の技術では、ＥＧＲ系に発生するＰＭ被毒を有効に抑止することができず、未だ改善の余地を残すものであった。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＥＧＲ系を備える内燃機関において、ＥＧＲ系のＰＭ被毒の発生を有効に抑止することのできる内燃機関の制御装置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】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気浄化システムであって、
複数気筒を有する内燃機関と、
二つの入口を有するタービンを備えたターボチャージャと、
前記複数気筒を２群に分けた第１，第２の気筒群のうち、前記第１の気筒群の排気ガスを前記タービンの一方の入口に流入させる第１の排気通路と、
前記第２の気筒群の排気ガスを前記タービンの他方の入口に流入させる第２の排気通路と、
前記タービンの出口から前記第１および第２の気筒群の排気ガスを排出する第３の排気通路と、
前記第３の排気通路の途中に配置された三元触媒と、
前記第１の排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の途中に配置されたＥＧＲ触媒と、
前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲ触媒の下流側の排気ガスに含まれるＰＭ量が最小となるように、前記第１の気筒群の排気空燃比を補正する第１の空燃比補正手段と、
前記第１の空燃比補正手段の実行中に前記三元触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように、前記第２気筒群の排気空燃比を補正する第２の空燃比補正手段と、
を備えることを特徴としている。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、
前記第１の空燃比補正手段は、前記ＥＧＲ通路における前記ＥＧＲ触媒の下流側の排気ガスに含まれるＰＭ量を取得するＰＭ量取得手段を含み、前記ＰＭ量が所定の目標値よりも大きい場合に、前記第１の気筒群の排気空燃比を補正することを特徴としている。
【０００８】
第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記第１の空燃比補正手段は、前記第１の気筒群の排気空燃比を理論空燃比に補正することを特徴としている。
【０００９】
第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記内燃機関の各気筒の筒内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁と、
前記筒内燃料噴射弁を用いて分割噴射を実行する燃料噴射手段と、を更に備え、
前記燃料噴射手段は、
前記分割噴射の最終時期を圧縮行程まで遅角させる噴射時期遅角手段と、
前記噴射時期遅角手段の実行中に前記ＰＭ量が所定の目標量よりも大きくなった場合に、前記分割噴射の最終時期を進角させる噴射時期進角手段と、
を含むことを特徴としている。
【００１０】
第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
前記第１の気筒群の排気空燃比を所定のリッチ空燃比と所定のリーン空燃比との間で変化させる空燃比制御手段と、
前記空燃比制御手段の実行中における前記ＰＭ量が所定の目標量よりも大きい場合に、前記ＥＧＲ触媒が劣化していることを判定する劣化判定手段と、
を更に備えることを特徴としている。
【００１１】
第６の発明は、第５の発明において、
前記空燃比制御手段の実行中に前記三元触媒に流入する排気ガスの空燃比がストイキ空燃比となるように、前記第２気筒群の排気空燃比を補正する第３の空燃比補正手段を更に備えることを特徴としている。
【００１２】
第７の発明は、第５または第６の発明において、
前記劣化判定手段により前記ＥＧＲ触媒の劣化が判定された場合に、前記ＥＧＲ通路を介して還流される排気ガス量を制限する制限手段を更に備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、二つの入口を有するタービンを備えたツインエントリーターボチャージャを有する内燃機関において、ＥＧＲ通路に連通する第１の排気通路に連通する第１の気筒群の排気空燃比が、ＥＧＲ触媒下流の排気ガスのＰＭ量が最小となる空燃比に補正されるとともに、ＥＧＲ通路に連通していない第２の排気通路に連通する第２の気筒群の排気空燃比が、三元触媒へ流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比（ストイキ）となるように補正される。このため、本発明によれば、ＥＧＲ触媒の下流へ流出する排気ガスのＰＭ量を最小減に抑制しつつ、三元触媒の浄化効率の低下による排気エミッションの悪化を有効に抑止することができる。
【００１４】
第２の発明によれば、ＥＧＲ触媒下流の排気ガスのＰＭ量が所定量よりも大きい場合に、第１の気筒群の排気空燃比が補正される。このため、本発明によれば、ＥＧＲ触媒のＰＭ浄化性能が低下している場合に、ＥＧＲ触媒の下流へ流出する排気ガスのＰＭ量を有効に抑制することができる。
【００１５】
第３の発明によれば、第１の気筒群の排気空燃比が理論空燃比に補正される。ＥＧＲ触媒におけるＰＭの除去特性は、理論空燃比近傍が最も高い。このため、本発明によれば、ＥＧＲ触媒におけるＰＭの除去特性を効果的に向上させることができる。
【００１６】
第４の発明によれば、筒内燃料噴射弁を用いた分割噴射において、分割噴射の最終時期が圧縮行程中の所定時期まで遅角され、遅角中に排気ガス中のＰＭ量が所定の目標量よりも多量となった場合に、該分割噴射の最終時期が進角される。このため、本発明によれば、筒内のタンブル比の向上とＰＭ発生量の抑制とを両立することができる。
【００１７】
第５の発明によれば、第１の気筒群の排気空燃比を所定のリッチ空燃比と所定のリーン空燃比との間で変化させる空燃比制御が実行され、当該空燃比制御の実行中のＰＭ量が所定値よりも大きい場合に、ＥＧＲ触媒が劣化していることが判定される。このため、本発明によれば、簡易な構成でＥＧＲ触媒の劣化を精度よく判定することができる。
【００１８】
第６の発明によれば、空燃比制御の実行中に三元触媒に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように、第２の気筒群の排気空燃比が補正される。このため、本発明によれば、三元触媒の浄化効率の低下による排気エミッションの悪化を有効に抑止することができる。
【００１９】
第７の発明によれば、ＥＧＲ触媒の劣化が判定された場合に、ＥＧＲ通路を介して還流される排気ガス量（ＥＧＲガス量）が制限される。このため、本発明によれば、多量のＰＭがＥＧＲ触媒の下流側へ排出される事態を有効に抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１としてのシステム構成を説明するための簡易図である。
【図２】ＥＧＲ触媒４６におけるＰＭ浄化率に対する排気空燃比の関係を示す図である。
【図３】排気ガスに含まれるＰＭ粒子数に対する排気空燃比の関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図５】燃料噴射時期と発生するＰＭ粒子数との関係を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２２】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１としてのシステム構成を説明するための簡易図である。図１に示すように、本実施の形態のシステムは、多気筒エンジン（図１は４気筒）からなる内燃機関１０を備えている。内燃機関１０には、吸気マニホールド１２を介して、吸気通路１４が接続されており、吸気通路１４の途中には、エアクリーナ１６、インタークーラ１８、スロットルバルブ２０等が設けられている。スロットルバルブ２０は、アクセル開度等に基づいて吸気通路１４を開閉し、その開度に応じて吸入空気量を増減させる。
【００２３】
内燃機関１０の各気筒には、燃料インジェクタ２２が設けられている。燃料インジェクタ２２は、例えば、各気筒の筒内に直接に燃料を噴射するように設けられている。なお、本発明では、このような構成に限らず、各気筒の吸気ポート内に燃料を噴射するように燃料インジェクタが設けられていてもよい。
【００２４】
本実施形態の内燃機関１０には、ターボチャージャ３０が備えられている。ターボチャージャ３０は、内燃機関１０の排気ガスのエネルギによって作動するタービン３０１と、
このタービン３０１によって駆動されるコンプレッサ３０２と、を有している。コンプレッサ３０２には、上述した吸気通路１４が接続されている。コンプレッサ３０２により、吸入空気を圧縮することができる。
【００２５】
タービン３０１は、二つの入口を有している。すなわち、このターボチャージャ３０は、ツインエントリ型（ツインスクロール型）のものである。タービン３０１の一方の入口には、第１の排気マニホールド３２が接続されており、他方の入口には、第２の排気マニホールド３４が接続されている。第１の排気マニホールド３２は、＃２気筒および＃３気筒に接続されている。すなわち、＃２気筒から排出される排気ガスと、＃３気筒から排出される排気ガスとは、第１の排気マニホールド３２において合流し、タービン３０１の一方の入口に流入する。
【００２６】
一方、第２の排気マニホールド３４は、＃１気筒および＃４気筒に接続されている。すなわち、＃１気筒から排出される排気ガスと、＃４気筒から排出される排気ガスとは、第２の排気マニホールド３４において合流し、タービン３０１の他方の入口に流入する。このようなツインエントリ型のターボチャージャ３０によれば、気筒間の排気脈動の干渉を抑制することができ、優れた過給特性が得られる。
【００２７】
タービン３０１の出口には、排気通路３６が接続されている。排気通路３６の途中には、排気ガスを浄化するスタート触媒（Ｓ／Ｃ）３８が設置されている。スタート触媒３８は、例えば、酸素吸蔵機能を有する三元触媒で構成される。
【００２８】
ターボチャージャ３０の近傍には、排気マニホールド３２，３４内の排気ガスの一部を、タービン３０１を通さずに、タービン３０１の下流側の排気通路３６に流すことが可能なウエストゲート（図示せず）と、該ウエストゲートを開閉するウエストゲート弁（ＷＧＶ）４０とが設けられている。
【００２９】
また、内燃機関１０は、排気ガスを吸気系に還流させるＥＧＲ手段としてのＥＧＲ装置を備えている。ＥＧＲ装置は、第１の排気マニホールド３２と吸気マニホールド１２との間に接続されたＥＧＲ通路４２と、該ＥＧＲ通路４２の途中に配設されたＥＧＲ弁４４、ＥＧＲ触媒４６、およびＥＧＲクーラ４８により構成されている。ＥＧＲ弁４４は、その開度に応じて吸気系に還流される排気ガス（ＥＧＲガス）の量を調整したり、排気ガスの還流動作を停止させることが可能となっている。また、ＥＧＲ触媒４６は、ＥＧＲガスに含まれるＨＣやＰＭ等を、ＥＧＥ弁４４やＥＧＲクーラ４８へ導入される手前で除去することができる。
【００３０】
また、排気通路３６におけるスタート触媒３８の上流側には、該スタート触媒３８に流入する排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ５２が配設されている。また、ＥＧＲ通路４２におけるＥＧＲ触媒４６の下流側には、該ＥＧＲ触媒４６を通過したＥＧＲガス中に含まれるＰＭ量を検出するためのＰＭセンサ５４が配設されている。
【００３１】
更に、本実施の形態のシステムは、図１に示すとおり、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０の入力部には、上述した空燃比センサ５２やＰＭセンサ５４の他、クランク軸の回転位置を検知するためのクランク角センサ５６等の各種センサが接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力部には、上述したスロットルバルブ２０、燃料インジェクタ２２、ＷＧＶ４０、ＥＧＲ弁４４等の各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、入力された各種の情報に基づいて、内燃機関１０の運転状態を制御する。
【００３２】
［実施の形態１の動作］
次に、図１乃至図３を参照して、本実施の形態のシステムの動作について説明する。上述したとおり、本実施の形態のシステムは、三元触媒としてのスタート触媒３８を備えている。スタート触媒３８は、これに流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比（ストイキ）の近傍であるとき、ＮＯｘ，ＨＣおよびＣＯの３成分を同時に効率良く浄化することができる。そこで、ＥＣＵ５０は、内燃機関１０の通常運転時には、スタート触媒３８に流入する排気ガスの空燃比が理論空燃比となるように、空燃比フィードバック制御を実行する。空燃比フィードバック制御によれば、空燃比センサ５２で検出される空燃比に基づいて燃料インジェクタ２２からの燃料噴射量を補正することにより、スタート触媒３８に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比の近傍に精度良く維持することができる。
【００３３】
しかしながら、スタート触媒３８に流入する排気ガス（すなわち全気筒の混合排気ガス）の空燃比がストイキ近傍であっても、各気筒間の排気空燃比にはバラツキがあることが想定される。ここで、本実施の形態のシステムは、ツインエントリ型のターボチャージャ３０を備え、第１の排気マニホールド３２の排気ガス、すなわち＃２および＃３気筒の排気ガスの一部をＥＧＲガスとして還流させる仕組みになっている。このため、第１の排気マニホールド３２の排気空燃比がストイキからずれている場合には、ＥＧＲ触媒４６へ流入するＥＧＲガスの排気空燃比についてもストイキからずれてしまう。この場合、ＥＧＲ触媒４６のＰＭ浄化性能が低下して、浄化できなかったＰＭが触媒下流へ排出されてしまうことが想定される。
【００３４】
そこで、本実施の形態のシステムでは、上記のような問題が発生した場合に、ＥＧＲ触媒４６の下流側のＰＭ量が最小となるように、第１の排気マニホールド３２に連通する気筒（すなわち＃２および＃３気筒）の燃料噴射量を補正することとする。より具体的には、ＥＧＲ触媒４６下流側のＰＭ量が所定の目標ＰＭ量よりも多量となった場合に、該ＥＧＲ触媒へ流入する排気ガスの空燃比ズレが発生していると判断し、燃料噴射量を補正することとする。
【００３５】
目標ＰＭ量は、ＥＧＲ弁４４やＥＧＲクーラ４８等のＥＧＲ系の装置が許容可能なＰＭ量として、予め設定された値が使用される。また、ＥＧＲ触媒４６の下流側のＰＭ量が最小となるための排気空燃比は、以下の関係に従い特定することができる。図２は、ＥＧＲ触媒４６におけるＰＭ浄化率に対する排気空燃比の関係を示す図である。この図に示すとおり、ＥＧＲ触媒４６に導入される排気ガスの空燃比が理論空燃比（ストイキ）近傍である場合に、ＰＭ浄化率が最大となることが分かる。また、図３は、排気ガスに含まれるＰＭ粒子数に対する排気空燃比の関係を示す図である。この図に示すとおり、排気空燃比が燃料リッチであるほどＰＭ粒子が多量に含まれていることが分かる。したがって、これらの関係から、ＥＧＲ触媒４６の下流側のＰＭ量が最小となるための排気空燃比を特定することが可能となる。
【００３６】
このように、本実施の形態のシステムでは、ＥＧＲ触媒４６下流側のＰＭ量が所定の目標ＰＭ量よりも多量となった場合に、第１の排気マニホールド３２に連通する気筒（すなわち＃２および＃３気筒）の排気空燃比がＥＧＲ触媒４６の下流側のＰＭ量が最小となるための排気空燃比となるように、燃料噴射量が補正される。これにより、ＥＧＲ触媒４６のＰＭ浄化性能を有効に高めることができるので、ＥＧＲ弁４４やＥＧＲクーラ４８等がＰＭによる作動不良や閉塞等を引き起こす事態を有効に抑止することができる。
【００３７】
尚、第１の排気マニホールド３２に連通する気筒（すなわち＃２および＃３気筒）の燃料噴射量が補正されると、結果的にスタート触媒３８に導入される排気ガスの空燃比がストイキからずれてしまう。そこで、本実施の形態のシステムでは、上記第１の排気マニホールド３２に連通する気筒（すなわち＃２および＃３気筒）の燃料噴射量の補正を行う場合に、スタート触媒３８に導入される排気ガスの空燃比がストイキ近傍となるように、第２の排気マニホールド３４に連通する気筒（すなわち＃１および＃４気筒）の燃料噴射量の補正も同時に行うこととする。これにより、ＥＧＲ触媒４６のＰＭ浄化性能を有効に高めつつ、スタート触媒３８の排気浄化性能の低下を有効に抑止することができる。
【００３８】
［実施の形態１の具体的処理］
次に、図４を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図４は、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図４に示すルーチンは、内燃機関１０の運転中に繰り返し実行されるものとする。
【００３９】
図４に示すルーチンでは、先ず、内燃機関１０の運転状態が取得される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、車速、機関回転数ＮＥ、機関負荷ＫＬ、空気量ＧＡ、スロットル開度、クランク角、空燃比センサ５２の電圧、ＥＧＲ弁４４のデューティ比、およびＥＧＲ触媒４６の活性状態等が、各種センサの出力等に基づいて取得される。
【００４０】
次に、ＰＭ粒子数を計測するための実行条件が成立しているか否かが判定される（ステップ１０２）。ここでは、具体的には、上記ステップ１００において取得された運転状態に基づいて、安定した量のＥＧＲガスがＥＧＲ触媒４６の下流側へ流通しているか否かが判定される。
【００４１】
上記ステップ１０２において実行条件が成立すると、次のステップに移行し、ＰＭセンサ５４の検出信号に基づいて、ＰＭ粒子数が計測される（ステップ１０４）。次に、上記ステップ１０４において計測されたＰＭ粒子数が所定のＰＭ目標値よりも大きいか否かが判定される（ステップ１０６）。所定のＰＭ目標値は、ＥＧＲガスの空燃比ストイキズレを判定するためのＰＭ粒子数のしきい値であって、図２および図３に示す空燃比特性に従い予め特定された値が読み込まれる。その結果、ＰＭ粒子数＞ＰＭ目標値の成立が認められない場合には、ＥＧＲガス、すなわち第１の排気マニホールド３２内の排気ガスの空燃比がストイキ近傍に制御されていると判断することができる。この場合、ＥＧＲ系のＰＭ被毒の可能性は低いと判断されて本ルーチンは速やかに終了される。
【００４２】
一方、上記ステップ１０６において、ＰＭ粒子数＞ＰＭ目標値の成立が認められた場合には、ＥＧＲガス、すなわち第１の排気マニホールド３２内の排気ガスの空燃比がストイキ近傍からずれていると判断されて、次にステップに移行し、第１の排気マニホールド３２に連通する気筒（すなわち＃２および＃３気筒）の空燃比ズレ量が算出される（ステップ１０８）。気筒別の空燃比は、クランク角から判定される気筒判別結果、および空燃比センサ５２の出力電圧傾きに基づいて推定することができる。
【００４３】
次に、気筒別の空燃比補正量が算出される（ステップ１１０）。ここでは、具体的には、第１の排気マニホールド３２内の排気空燃比が目標とするストイキ空燃比となるように、＃２および＃３気筒の空燃比補正量がそれぞれ算出される。また、＃２および＃３気筒の空燃比補正に伴い、スタート触媒３８に流入する排気空燃比がストイキからずれるので、これを補正するための＃１および＃４気筒の空燃比補正量がそれぞれ算出される。次に、上記ステップ１１０において算出された各気筒の空燃比補正量を実現するための燃料噴射量がそれぞれ算出される（ステップ１１２）。
【００４４】
以上説明したとおり、本実施の形態１のシステムによれば、ＥＧＲ触媒４６の下流側のＰＭ量が最小となるように、ＥＧＲ通路４２が連通する第１の排気マニホールド３２に連通する気筒（すなわち＃２および＃３気筒）の空燃比が補正される。また、この際にスタート触媒３８に流入する排気ガスの空燃比が所定のストイキ近傍となるように、残りの気筒（すなわち＃２および＃３気筒）の空燃比が補正される。これにより、ＥＧＲ触媒４６の活性状態を良好に保ちＰＭ燃焼を促進するとともに、スタート触媒３８の浄化性能低下を有効に抑止することができる。
【００４５】
ところで、上述した実施の形態１のシステムでは、ＥＧＲ触媒４６の下流側に排出されたＰＭ粒子数が目標ＰＭ量よりも大きい場合に、各気筒の空燃比の補正を実行することとしているが、当該空燃比補正制御の実行判定はこれに限られない。すなわち、ＥＧＲ触媒４６の下流側へ多量のＰＭが排出されていることを判定できるのであれば、例えば、第１の排気マニホールド３２に連通する気筒の空燃比ズレ量から判断してもよい。
【００４６】
尚、上述した実施の形態１においては、＃２および＃３気筒が前記第１の発明における「第１の気筒群」に、＃１および＃４気筒が前記第１の発明における「第２の気筒群」に、第１の排気マニホールド３２が前記第１の発明における「第１の排気通路」に、第２の排気マニホールド３４が前記第１の発明における「第２の排気通路」に、排気通路３６が前記第１の発明における「第３の排気通路」に、スタート触媒３８が前記第１の発明における「三元触媒」に、それぞれ相当している。また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０８〜１１２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「燃料性状検出手段」が、上記ステップ１０２および１０６の処理を実行することにより、前記第１の発明における「第１の空燃比補正手段」および「第２の空燃比補正手段」が、それぞれ実現されている。
【００４７】
また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより、前記第２の発明における「ＰＭ量取得手段」が、上記ステップ１０６〜１１２の処理を実行することにより、前記第２の発明における「第１の空燃比補正手段」が、それぞれ実現されている。
【００４８】
実施の形態２．
［実施の形態２の特徴］
次に、図５および図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２のシステムは、図１に示すシステムの燃料インジェクタ２２を、燃料分割噴射が可能な筒内噴射インジェクタに置換したハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に後述する図６に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００４９】
筒内噴射を行う内燃機関においては、噴射時の燃料の持つエネルギを吸気に乗せることで筒内の吸気流タンブル成分を増やし、混合気形成を促進させる技術が知られている。この場合、筒内の吸気行程後半から圧縮行程時にかけての燃料噴射エネルギが、筒内のタンブル比に寄与することが分かっている。
【００５０】
しかしながら、このような燃料噴射時期に燃料噴射を実行する場合においては、タンブル比の上昇と背反してＰＭ発生量が増大してしまう。図５は、燃料噴射時期と発生するＰＭ粒子数との関係を説明するための図である。この図に示すように、圧縮行程にかけて燃料の分割噴射を行うと、霧化時間が小さくなることや筒内ウェットの増大に起因して燃料未燃成分が増加しＰＭ発生が増大してしまう。また、予め最良の噴射時期を設定している場合においても、エンジン機差やインジェクタのバラツキにより、想定していた噴霧とは異なりＰＭが発生してしまうことが想定される。
【００５１】
そこで、本実施の形態のシステムでは、タンブル比を上げている期間にＰＭが多量に発生した場合に、燃料噴射時期を進角することとする。より具体的には、最終燃料噴射時期を圧縮行程まで遅角させてタンブル比を上げている期間において、ＥＧＲ触媒４６の下流側のＰＭ粒子数が所定の目標ＰＭ量よりも大きくなった場合に、燃料噴射時期を進角させることとする。これにより、タンブル比の上昇とＰＭ発生量の抑制とを両立することができるので、ＥＧＲ系のＰＭ被毒を抑止しつつ混合気形成を促進させることができる。
【００５２】
［実施の形態２の具体的処理］
次に、図６を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図６は、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図６に示すルーチンは、内燃機関１０の運転中に繰り返し実行されるものとする。
【００５３】
図６に示すルーチンでは、先ず、内燃機関１０の運転状態が取得される（ステップ２００）。次に、ＰＭ粒子数を計測するための実行条件が成立しているか否かが判定される（ステップ２０２）。ここでは、具体的には、上記ステップ１００〜１０２の処理と同様の処理が実行される。
【００５４】
次に、噴射時期が遅角される（ステップ２０４）。ここでは、具体的には、燃料分割噴射の最終時期が前回の噴射時期からα分遅角される。遅角量αは、噴射時期を圧縮行程に遅角してタンブル比を上げるための遅角量として、予め設定された値が読み込まれる。
【００５５】
次に、ＰＭセンサ５４の検出信号に基づいて、ＰＭ粒子数が計測される（ステップ２０６）。次に、計測されたＰＭ粒子数が所定の目標値よりも大きいか否かが判定される（ステップ２０８）。ここでは、具体的には、上記ステップ２０６において計測されたＰＭ粒子数と所定のＰＭ目標値との大小が比較される。所定のＰＭ目標値は、許容可能なＰＭ粒子数のしきい値であって、予め設定された値が読み込まれる。その結果、ＰＭ粒子数＞ＰＭ目標値の成立が認められない場合には、現在の燃料噴射時期によって発生するＰＭ粒子数が許容範囲内であると判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。
【００５６】
一方、上記ステップ２０８において、ＰＭ粒子数＞ＰＭ目標値の成立が認められた場合には、現在の燃料噴射時期によって発生するＰＭ粒子数が許容範囲外であると判断されて、次にステップに移行し、燃料分割噴射の最終時期が前回の噴射時期からβ分進角される（ステップ２１０）。
【００５７】
次に、ＰＭセンサ５４の検出信号に基づいて、ＰＭ粒子数が再度計測される（ステップ２１２）。次に、計測されたＰＭ粒子数が所定の目標値よりも大きいか否かが判定される（ステップ２１４）。ここでは、具体的には、上記ステップ２０６〜２０８と同様の処理が実行される。その結果、ＰＭ粒子数＞ＰＭ目標値の成立が認められない場合には、現在の燃料噴射時期によって発生するＰＭ粒子数が許容範囲内になったと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。一方、上記ステップ２１４において、ＰＭ粒子数＞ＰＭ目標値の成立が認められた場合には、現在の燃料噴射時期によって発生するＰＭ粒子数が未だ許容範囲外であると判断されて、再度上記ステップ２１０に移行して燃料噴射時期の進角処理が実行される。
【００５８】
以上説明したとおり、本実施の形態２のシステムによれば、最終燃料噴射時期を圧縮行程まで遅角させてタンブル比を上げている期間にＰＭが多量に発生した場合に、燃料噴射時期が進角される。これにより、タンブル比の上昇とＰＭ発生量の抑制とを両立することができるので、ＥＧＲ系のＰＭ被毒を抑止しつつ混合気形成を促進させることができる。
【００５９】
尚、上述した実施の形態２においては、燃料インジェクタ２２が前記第４の発明における「筒内燃料噴射弁」に、相当しているとともに、ＥＣＵ５０が、上記ステップ２０４の処理を実行することにより、前記第４の発明における「噴射時期遅角手段」が、上記ステップ２１０の処理を実行することにより、前記第４の発明における「噴射時期進角手段」が、それぞれ実現されている。
【００６０】
実施の形態３．
［実施の形態３の特徴］
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に後述する図７に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００６１】
上述した実施の形態１のシステムでは、ＥＧＲ触媒４６の下流側のＰＭ量が目標ＰＭ量となるように、ＥＧＲ通路４２が連通する第１の排気マニホールド３２に連通する気筒（すなわち＃２および＃３気筒）の空燃比を最適値（ストイキ）に補正することとしている。これにより、ＥＧＲ触媒４６の活性状態を良好に保ちＰＭ燃焼を促進することができる。しかしながら、ＥＧＲ触媒４６が熱影響による劣化や経年劣化等により触媒酸化能力が低下した場合、上述した空燃比補正を施してもＰＭ量が目標ＰＭ量にならないことが想定される。
【００６２】
そこで、本実施の形態のシステムでは、ＥＧＲ触媒４６の劣化を判定するとともに、係る判定によって該ＥＧＲ触媒４６が劣化していると判定された場合に、ＥＧＲガスの還流量を制限することする。より具体的には、ＥＧＲ触媒４６へ流入する排気ガスの空燃比ズレが発生していないにも係わらず、該ＥＧＲ触媒４６下流側のＰＭ量が多量である場合には、該ＥＧＲ触媒４６の酸化能力の低下が疑われる。そこで、本実施の形態のシステムでは、ＥＧＲ触媒４６へ流入する排気ガスの空燃比ズレが所定値未満であり、且つ、該ＥＧＲ触媒４６下流側のＰＭ量が所定の目標ＰＭ量よりも多量である場合に、該ＥＧＲ触媒４６の劣化判定を行うこととする。
【００６３】
劣化判定は、ＥＧＲ通路４２が連通する第１の排気マニホールド３２に連通する気筒（すなわち＃２および＃３気筒）の空燃比をリッチからリーンへ、或いはリーンからリッチへ振った条件における、ＥＧＲ触媒４６下流側のＰＭ量に基づいて判定する。より具体的には、空燃比を振った条件でのＰＭ量が所定の目標値よりも大きい場合に、該ＥＧＲ触媒４６が劣化していることを判定することとする。該ＥＧＲ触媒４６の劣化が判定された場合には、ＥＧＲガスの還流量が制限される。これにより、許容量以上のＰＭがＥＧＲ系へ流通してＥＧＲ弁４４の固着やＥＧＲクーラ４８の閉塞が発生する事態を有効に抑止することができる。
【００６４】
尚、劣化判定によって第１の排気マニホールド３２に連通する気筒（すなわち＃２および＃３気筒）の空燃比をリッチ−リーン間で変化させる場合には、スタート触媒３８へ流入する排気ガスの空燃比がストイキ近傍となるように、第２の排気マニホールド３４に連通する気筒（すなわち＃１および＃４気筒）の空燃比を逆補正することとする。これにより、ＥＧＲ触媒４６の劣化判定を行う場合に排気エミッションが悪化する事態を有効に抑止することができる。
【００６５】
［実施の形態３の具体的処理］
次に、図７を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図７は、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図７に示すルーチンは、内燃機関１０の運転中に繰り返し実行されるものとする。
【００６６】
図６に示すルーチンでは、先ず、内燃機関１０の運転状態が取得される（ステップ３００）。次に、ＰＭ粒子数を計測するための実行条件が成立しているか否かが判定される（ステップ３０２）。ここでは、具体的には、上記ステップ１００〜１０２と同様の処理が実行される。上記ステップ３０２において実行条件が成立すると、次のステップに移行し、ＰＭセンサ５４の検出信号に基づいて、ＰＭ粒子数が計測される（ステップ３０４）。次に、計測されたＰＭ粒子数が所定の目標値よりも大きいか否かが判定される（ステップ６０６）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０４〜１０６と同様の処理が実行される。その結果、ＰＭ粒子数＞ＰＭ目標値の成立が認められない場合には、ＥＧＲガス、すなわち第１の排気マニホールド３２内の排気ガスの空燃比がストイキ近傍に制御されていると判断することができる。この場合、ＥＧＲ系のＰＭ被毒の可能性は低いと判断されて本ルーチンは速やかに終了される。
【００６７】
一方、上記ステップ３０６において、ＰＭ粒子数＞ＰＭ目標値の成立が認められた場合には、ＥＧＲガス、すなわち第１の排気マニホールド３２内の排気ガスの空燃比がストイキ近傍からずれていると判断されて、次にステップに移行し、第１の排気マニホールド３２に連通する気筒（すなわち＃２および＃３気筒）の空燃比ズレ量が推定される（ステップ３０８）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０８と同様の処理が実行される。
【００６８】
次に、ＥＧＲ触媒４６の劣化判定の実行条件が成立しているか否かが判定される（ステップ３１０）。ここでは、具体的には、上記ステップ３０８において取得された第１の排気マニホールド３２に連通する気筒（すなわち＃２および＃３気筒）の空燃比ズレ量が所定値未満か否か、および上記ステップ３０４において計測されたＰＭ量が所定のＰＭ目標値以上か否かが判定される。その結果、空燃比ズレ量＜所定値、且つＰＭ量≧ＰＭ目標値の成立が認められない場合には、本ルーチンは速やかに終了される。
【００６９】
一方、上記ステップ３１０において、空燃比ズレ量＜所定値、且つＰＭ量≧ＰＭ目標値の成立が認められた場合には、ＥＧＲ触媒４６の劣化の疑いがあると判断されて、次のステップに移行し、ＥＧＲ触媒４６の劣化検出が実行される（ステップ３１２）。ここでは、具体的には、第１の排気マニホールド３２に連通する気筒（すなわち＃２および＃３気筒）の空燃比がリッチからリーン（或いはリーンからリッチ）へ変化される。また、この際に、第２の排気マニホールド３４に連通する気筒（すなわち＃１および＃４気筒）の空燃比がリーンからリッチ（或いはリッチからリーン）へ逆補正される。
【００７０】
次に、ＰＭセンサ５４の検出信号に基づいて、劣化検出中のＰＭ粒子数が計測される（ステップ３１４）。そして、上記ステップ３１４において計測されたＰＭ数が所定のＰＭ目標値以上か否かが判定される（ステップ３１６）。その結果、ＰＭ数≧ＰＭ目標値の成立が認められない場合には、ＥＧＲ触媒４６は劣化していないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。
【００７１】
一方、上記ステップ３１６において、ＰＭ数≧ＰＭ目標値の成立が認められた場合には、ＥＧＲ触媒４６が劣化していると判断されて、ＥＧＲガスの還流量が制限される（ステップ３１８）。
【００７２】
以上説明したとおり、本実施の形態３のシステムによれば、ＥＧＲ触媒４６が劣化して酸化能力が低下したか否かを精度よく判定することができる。このため、該ＥＧＲ触媒４６の劣化に対する対策を講じることで、ＥＧＲ系のＰＭ被毒を有効に抑制することができる。
【００７３】
尚、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ３１２の処理を実行することにより、前記第５の発明における「空燃比制御手段」が、上記ステップ３１６の処理を実行することにより、前記第５の発明における「劣化判定手段」が、それぞれ実現されている。
【００７４】
また、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ３１２の処理を実行することにより、前記第６の発明における「第３の空燃比補正手段」が実現されている。
【００７５】
また、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ３１８の処理を実行することにより、前記第７の発明における「制限手段」が実現されている。
【符号の説明】
【００７６】
１０  内燃機関
１２  吸気マニホールド
１４  吸気通路
１６  エアクリーナ
１８  インタークーラ
２０  スロットルバルブ
２２  燃料インジェクタ
３０  ターボチャージャ
３０１  タービン
３０２  コンプレッサ
３２  第１の排気マニホールド
３４  第２の排気マニホールド
３６  排気通路
３８  スタート触媒
４０  ウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）
４２  ＥＧＲ通路
４４  ＥＧＲ弁
４６  ＥＧＲ触媒
４８  ＥＧＲクーラ
５０  ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
５２  空燃比センサ
５４  ＰＭセンサ
５６  クランク角センサ
【図１】
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【図２】
2012047124.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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