(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に排出された排気の一部を当該機関の吸気系に還流させる排気還流通路と、
前記排気還流通路を介して還流される排気の量を調整する還流量調整手段と、
前記排気還流通路に設けられ前記還流する排気中のディポジット生成成分を酸化させる酸化触媒と、
前記酸化触媒が活性状態となっているか否か判定する判定手段と、
前記酸化触媒が活性状態となっている場合には該酸化触媒の作用によって生成する不活性成分の量を反映して空気過剰率の目標値を算出し、前記酸化触媒が活性状態となっていない場合には該酸化触媒の作用によって生成する不活性成分の量を反映させないで空気過剰率の目標値を算出する空気過剰率制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
内燃機関の排気系に排出された排気の一部を当該機関の吸気系に還流させる排気還流通路と、
前記排気還流通路を介して還流される排気の量を調整する還流量調整手段と、
前記排気還流通路に設けられ前記還流する排気中のディポジット生成成分を酸化させる酸化触媒と、
前記内燃機関の機関回転数及び燃料噴射の少なくとも一方に基づいて当該内燃機関の吸気温度を推定する推定手段と、
前記内燃機関の吸気温度を実測する実測手段と、
前記推定された吸気温度と前記実測された吸気温度とを比較し、その比較結果に基づいて前記酸化触媒が活性状態となっているか否か判定する判定手段と、
前記酸化触媒が活性状態となっている場合には該酸化触媒の作用によって生成する不活性成分の量を反映して空気過剰率の目標値を算出し、前記酸化触媒が活性状態となっていない場合には該酸化触媒の作用によって生成する不活性成分の量を反映させないで空気過剰率の目標値を算出する空気過剰率制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記還流する排気を前記還流通路の所定部位にて冷却する冷却手段を備えて、且つ、前記酸化触媒は前記所定部位より上流側に設けられることを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記空気過剰率制御手段は、当該機関の燃焼に供される混合気の空気過剰率を制御するための制御ゲインを、前記酸化触媒の活性状態に応じて異ならしめることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
当該内燃機関の排気系に設けられ排気中の還元成分量に応じて排気中のＮＯｘを浄化する機能を有するＮＯｘ触媒と、
前記排気系におけるＮＯｘ触媒上流の排気中の還元成分量を調整する還元成分量調整手段と、
を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れか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、排気系に排出された排気の一部を吸気系に還流させる機能を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関から排出された排気の一部を当該機関の吸気系に還流させる排気還流装置（ＥＧＲ装置；Exhaust Gas Recirculation System）が知られている。この種の装置は一般に、内燃機関の排気系（排気通路）及び吸気系（吸気通路）間をバイパスする排気還流通路（ＥＧＲ通路）と、当該ＥＧＲ通路の通路途中に設けられた開閉弁（ＥＧＲ弁）とを備えて構成され、電子制御装置等の指令信号を通じてこのＥＧＲ弁を駆動することにより、吸気系に還流される排気（ＥＧＲガス）の流量を制御する。排気中にはＨ2Ｏ，ＣＯ2，Ｎ2等といった不活性成分が多く含まれているため、排気還流が行われると、機関燃焼に供される混合気にこれら不活性成分が混入し、燃焼温度が低下し機関燃焼に伴う窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成量が低減する。すなわち、排気中におけるＮＯｘ量の低減が図られるようになる。
【０００３】
ところで、吸気通路に高温の排気が還流されると燃焼に供される混合気の温度が上昇してしまうため、こうした混合気の昇温を抑制すべく、ＥＧＲ通路には同通路内を冷却するための機構（ＥＧＲクーラ）が設けられる。ＥＧＲクーラによりＥＧＲ通路内が冷却されると、同通路の内壁に排気中の未燃成分を起源とするディポジットが付着しやすくなる。ＥＧＲ通路は、排気通路とは異なりその通路断面が比較的小さいこともあり、その通路内壁にディポジットが付着することで詰まりを生じやすい。
【０００４】
こうした問題に対し、ＥＧＲクーラの上流に酸化触媒を配設する装置構成が考えられる。このような装置構成によれば、ＥＧＲガス中の未燃成分がＥＧＲクーラ上流で酸化分解されるため、ディポジットの生成が抑制されるようになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＥＧＲクーラの上流に酸化触媒を配設した場合、ＥＧＲガス中の未燃成分が当該酸化触媒によって酸化分解され、新たな不活性成分を生成することになるため、結果として機関燃焼に供される混合気中の不活性成分の総量も変化することになる。このため、触媒作用によって新たに生成した不活性成分の影響を加味した運転制御を行うことが、当該内燃機関の出力特性や排気特性を好適な状態に保持する上で不可欠となる。
【０００６】
ところが、周知のように、酸化触媒はその床温が所定範囲にある場合に限り触媒として活性化した状態を保持する特性を有するにも関わらず、当該酸化触媒に流入するＥＧＲガスの温度は必ずしも一定ではなく変動する。このため、このＥＧＲガスの温度変動に応じて当該触媒も、活性化された状態への移行と、活性化されていない状態への移行とを変則的に繰り返すことになる。すなわち、触媒作用によって生成する不活性成分の量を正確に反映した運転制御を行い、当該内燃機関の運転状態を恒常的に安定させることが困難であった。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、内燃機関における排気還流通路の詰まり防止と、運転状態の安定化とを両立して図ることの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】
上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関の排気系に排出された排気の一部を当該機関の吸気系に還流させる排気還流通路と、
前記排気還流通路を介して還流される排気の量を調整する還流量調整手段と、
前記排気還流通路に設けられ前記還流する排気中のディポジット生成成分を酸化させる酸化触媒と、
前記酸化触媒が活性状態となっているか否か判定する判定手段と、
前記酸化触媒が活性状態となっている場合には該酸化触媒の作用によって生成する不活性成分の量を反映して空気過剰率の目標値を算出し、前記酸化触媒が活性状態となっていない場合には該酸化触媒の作用によって生成する不活性成分の量を反映させないで空気過剰率の目標値を算出する空気過剰率制御手段と、
を備えることを要旨とする。
【０００９】
なお、ディポジット生成成分とは、当該成分を起源としてディポジットを形成し得る成分を意味し、例えば未燃炭化水素類（ＨＣ）等がこれに該当する。
【００１０】
また、還流量調整手段としては、例えば前記排気還流通路の実質的な通路面積を変更することの可能な制御弁等を適用することができる。
【００１１】
また、前記空気過剰率制御手段は、当該機関の燃焼に供される混合気の空気過剰率を制御するとは、空気過剰率を直接制御することのみならず、当該機関の運転状態を反映し、且つ、空気過剰率と関連のある他のパラメータ（例えば吸気量や還流される排気の量等）の制御を通じて間接的に空気過剰率を制御する場合をも含む。
【００１２】
前記触媒の作用（例えば分解作用）によって前記ディポジット生成成分が低減されると、副次的に排気中の不活性成分等が増量する。一方、そのような触媒作用の効率は、専ら当該触媒の活性状態によって決定づけられる。ところが、当該内燃機関の運転中、例えば前記排気還流通路に導入される排気の特性（例えば排気の温度）が変化することにより、当該触媒の活性状態は不規則に変動する。同構成によれば、こうした触媒の活性状態に応じて当該機関の燃焼に供される混合気の空気過剰率を制御することになるため、ディポジットの付着による排気還流通路の詰まりを防止しつつ、排気還流を通じた当該機関の運転状態の最適化制御を緻密に行うことができる。
【００１３】
また、前記還流する排気を前記還流通路の所定部位にて冷却する冷却手段を備えて、且つ、前記触媒は前記所定部位より上流側に設けられるのが好ましい。
【００１４】
前記還流する排気を冷却すれば、排気の一部が吸気系に還流されても当該吸気系内の温度上昇は好適に抑制される。その一方、還流される排気中でのディポジットの生成が促進されることになるため、前記触媒による前記ディポジット生成成分の低減作用の必要性も一層大きなものとなる。同構成によれば、排気の還流に起因する吸気系内のガスの昇温が冷却手段によって抑制される一方、そうした吸気系内のガスの昇温抑制に伴って必然的に発生する吸気特性の変動（この変動に起因する不具合）が好適に修正される。
【００１５】
また、当該内燃機関の機関回転数及び燃料噴射の少なくとも一方に基づいて当該内燃機関の吸気温度を推定する推定手段と、当該内燃機関の吸気温度を実測する実測手段と、を備えて、且つ、前記認識手段は、前記推定された吸気温度と前記実測された吸気温度とを比較し、その比較結果に基づいて前記触媒の活性状態を認識するのが好ましい。
【００１６】
前記触媒が活性化し、触媒としての作用効率を高めると、触媒反応に基づく反応熱の発生により、前記還流通路を経て吸気系に流入するガスの温度も高まり、ひいては吸気温度も上昇することになる。この触媒の作用効率の変動と、吸気温度の変化とは、直接的且つ定量的に関連している。同構成によれば、吸気特性に関するパラメータとして、前記触媒の活性状態の変動を考慮することなく推定される吸気温度と、前記触媒の活性状態の変動を定量的に反映する実測の吸気温度とを比較し、その比較結果に基づいて前記触媒の活性状態が正確に認識されることになる。従って、前記触媒の活性状態の変動に起因して、前記還流されるガスの不活性成分量が変動する場合であれ、排気還流を通じた当該機関の運転状態の最適化制御を緻密に行うことができる。
【００１７】
また、前記制御手段は、前記混合気の空気過剰率の目標値を、前記認識される触媒の活性状態に応じて異ならしめるのが好ましい。
【００１８】
前記触媒の活性状態が変動することによって前記還流される排気中の不活性成分量が変動しているにもかかわらず、このような不活性成分量の変動を加味することなく前記混合気の空気過剰率の目標値を設定すると、空気過剰率が適正な値に向かって収束しなくなる。同構成によれば、前記混合気の空気過剰率が適正な目標値に収束するようになる。
【００１９】
また、前記制御手段は、当該機関の燃焼に供される混合気の空気過剰率を制御するための制御ゲインを、前記認識される触媒の活性状態に応じて異ならしめるのが好ましい。
【００２０】
前記触媒の活性状態が変動することによって前記還流される排気中の不活性成分量が変動しているにもかかわらず、このような不活性成分量の変動を加味することなく前記混合気の空気過剰率の制御を行うと（制御ゲインが決定されると）、空気過剰率が目標値に収束しにくくなる。同構成によれば、前記混合気の空気過剰率を目標値に収束させる上で、過不足のない制御ゲインが得られるようになる。
【００２１】
また、当該内燃機関の排気系に設けられ排気中の還元成分量に応じて排気中のＮＯｘを浄化する機能を有するＮＯｘ触媒と、前記排気系におけるＮＯｘ触媒上流の排気中の還元成分量を調整する還元成分量調整手段と、を備えるのが好ましい。
【００２２】
排気中の還元成分は、ディポジット生成成分でもあることから、排気中の還元成分量の調整を通じて機能するＮＯｘ触媒を搭載する内燃機関では、還元成分量調整手段が、前記排気還流通路に流れ込む排気中のディポジット生成成分量に及ぼす影響も大きい。同構成では、当該機関の運転状態の最適化制御を前記認識される触媒の活性状態に基づいて行うことによって奏される作用効果が一層顕著なものとなる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明である内燃機関の制御装置を、ディーゼルエンジンシステムに適用した一実施の形態について説明する。
【００２４】
〔エンジンシステムの構造及び機能〕
図１において、内燃機関（以下、エンジンという）１は、燃料供給系１０、燃焼室２０、吸気系３０及び排気系４０等を主要部として構成される直列４気筒のディーゼルエンジンシステムである。
【００２５】
先ず、燃料供給系１０は、サプライポンプ１１、コモンレール１２、燃料噴射弁１３、機関燃料通路Ｐ１等を備えて構成される。
【００２６】
サプライポンプ１１は、燃料タンク（図示略）から汲み上げた燃料を高圧にし、機関燃料通路Ｐ１を介してコモンレール１２に供給する。コモンレール１２は、サプライポンプ１１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各燃料噴射弁１３に分配する。燃料噴射弁１３は、その内部に電磁ソレノイド（図示略）を備えた電磁弁であり、適宜開弁して燃焼室２０内に燃料を噴射供給する。
【００２７】
吸気系３０は、各燃焼室２０内に供給される吸入空気の通路（吸気通路）を形成する。一方、排気系４０は、各燃焼室２０から排出される排気ガスの通路（排気通路）を形成する。
【００２８】
また、このエンジン１には、周知の過給機（ターボチャージャ）５０が設けられている。ターボチャージャ５０は、シャフト５１を介して連結された２つのタービンホイール５２，５３を備える。一方のタービンホイール（吸気側タービンホイール）５２は、吸気系３０内の吸気に晒され、他方のタービンホイール（排気側タービンホイール）５３は排気系４０内の排気に晒される。このような構成を有するターボチャージャ５０は、排気側タービンホイール５２が受ける排気流（排気圧）を利用して吸気側タービンホイール５３を回転させ、吸気圧を高めるといったいわゆる過給を行う。
【００２９】
吸気系３０において、ターボチャージャ５０に設けられたインタークーラ３１は、過給によって昇温した吸入空気を強制冷却する。インタークーラ３１よりもさらに下流に設けられたスロットル弁３２は、その開度を無段階に調節することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、同吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有する。
【００３０】
また、エンジン１には、燃焼室２０の上流（吸気系３０）及び下流（排気系４０）をバイパスする排気還流通路（ＥＧＲ通路）６０が形成されている。このＥＧＲ通路６０は、排気の一部を適宜吸気系３０に戻す（還流する）機能を有する。ここで、ＥＧＲ通路６０を介して吸気系３０に還流する排気を以下ＥＧＲガスと称する。ＥＧＲ通路６０には、電子制御によって無段階に開閉され、ＥＧＲガスの流量を自在に調整することができるＥＧＲ弁６１と、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ６２が設けられている。また、ＥＧＲ通路６０にあってＥＧＲガスの還流方向上流には酸化触媒を内蔵する触媒ケーシング６３が設けられている。酸化触媒は、所定の温度範囲（例えば３００℃以上）で活性化し、ＥＧＲガスに含まれる未燃成分（例えばＨＣ）の酸化分解を促す特性を有する。この酸化触媒の作用により、ＥＧＲ通路６０内壁へのディポジットの付着が抑制される。
【００３１】
また、排気系４０において、同排気系４０及びＥＧＲ通路６０の連絡部位の下流には、フィルタケーシング４２が設けられている。フィルタケーシング４２内には、排気中に含まれる煤等の微粒子をＮＯｘ等の有害成分と併せて浄化するパティキュレートフィルタ（図示略）が収容されている。
【００３２】
パティキュレートフィルタは、複数の通路を区画形成するハニカム形状の構造体を担体として有し、この担体表面にＮＯｘ触媒（ＮＯｘ吸収剤及び貴金属触媒を組み合わせたもの）を担持して構成されたものである。
【００３３】
ＮＯｘ吸収剤としては、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）、或いはイットリウム（Ｙ）のような希土類等が適用され、また、貴金属触媒としては、白金（Ｐｔ）等が適用される。パティキュレートフィルタのハニカム状構造体は、ガス（排気）を透過させる多孔質材料（例えばコージライト等のセラミック材料にアルミナ、セリア、チタニア、ジルコニア若しくはゼオライト等のコート材をウォッシュコートしたもの）によって形成されており、しかも各通路の一方の端が閉塞され、他方の端が開口していることで、各通路の開口端から流入した排気は、通路内壁を形成する多孔質材料を通過することによって隣接する他の通路内に流入し、当該他の通路の開口端から排出されることになる。
【００３４】
このような構造を有するパティキュレートフィルタは、排気中に含まれる煤等の微粒子やＮＯｘ等の有害成分を、以下のメカニズムに基づいて浄化する。
【００３５】
ＮＯｘ触媒は、その構成要素であるＮＯｘ吸収剤及び貴金属触媒の協働により、排気中の酸素濃度や還元成分量に応じてＮＯｘの吸収、放出及び浄化を繰り返し行う。その一方、ＮＯｘ触媒は、このようなＮＯｘの浄化を行う過程で、副次的に活性酸素を生成する特性を有する。パティキュレートフィルタを排気が通過する際、その排気中に含まれる煤等の微粒子は構造体（多孔質材料）に捕捉される。ここで、ＮＯｘ触媒の生成する活性酸素は、酸化剤として極めて高い反応性（活性）を有しているため、捕捉された微粒子のうちＮＯｘ触媒の表面や近傍に堆積した微粒子は、この活性酸素と（輝炎を発することなく）速やかに反応し、浄化されることになる。
【００３６】
一方、ハニカム状構造体に担持されたＮＯｘ触媒は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸収し、還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ2若しくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ2やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元されＮ2となる。ちなみにＨＣやＣＯは、ＮＯ2やＮＯを還元することで、自身は酸化されＨ2ＯやＣＯ2となる。  ここで、本実施の形態にかかるエンジン１は、フィルタケーシング４２に導入される排気の特性を、通常の運転状態として、酸素が過剰に存在する状態に保持しつつ、適宜のタイミングでＨＣ成分（還元成分）を増量するといった制御を行うことで、パティキュレートフィルタ及びＮＯｘ触媒の機能を活用し、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ及び微粒子（煤等）を効率的に浄化する。
【００３７】
また、エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、設置部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。
【００３８】
すなわち、レール圧センサ７０は、コモンレール１２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。エアフロメータ７２は、吸気系３０内のスロットル弁３２下流において吸入空気の流量（吸気量）ＧＡに応じた検出信号を出力する。吸気温センサ７８は、吸気系３０におけるＥＧＲ通路６０との連結部位下流に設けられ、当該部位を通過する吸入空気（正確には吸入空気及びＥＧＲガスの混合気）の温度（吸気温度）に応じた検出信号を出力する。空燃比（Ａ／Ｆ）センサ７３ａは、排気系４０のフィルタケーシング４２上流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。Ａ／Ｆセンサ７３ｂは、排気系４０のフィルタケーシング４２下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。
【００３９】
また、アクセルポジションセンサ７６はエンジン１のアクセルペダル（図示略）に取り付けられ、同ペダルの踏み込み量ＡＣＣに応じた検出信号を出力する。クランク角センサ７７は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力する。これら各センサは、電子制御装置（ＥＣＵ）８０と電気的に接続されている。
【００４０】
ＥＣＵ８０は、中央処理装置（ＣＰＵ）８１、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）８２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３及びバックアップＲＡＭ８４、タイマーカウンタ８５等を備え、これら各部８１〜８５と、Ａ／Ｄ変換器を含む外部入力回路８６と、外部出力回路８７とが双方向性バス８８により接続されて構成される論理演算回路を備える。
【００４１】
このように構成されたＥＣＵ８０は、上記各種センサの検出信号を外部入力回路を介して入力し、これら信号に基づいてエンジン１の燃料噴射等についての基本制御や、ＥＧＲ弁６１の開度を決定するＥＧＲ制御等、エンジン１の運転状態に関する各種制御を統括実施する。
【００４２】
なお、排気系４０から吸気系３０に排気の一部（ＥＧＲガス）を還流させるとともに、当該ＥＧＲガスの特性を調整し、さらにＥＧＲガスの還流による影響を加味し、エンジン１の運転状態の最適化を図るシステムとして、ＥＧＲ通路６０、ＥＧＲ弁６１、ＥＧＲクーラ６２、酸化触媒６３等は、ＥＣＵ８０と併せて本実施の形態にかかるエンジン１の制御装置を構成する。
【００４３】
〔燃料噴射制御の概要〕
ＥＣＵ８０は、各種センサの検出信号から把握されるエンジン１の運転状態に基づき燃料噴射制御を実施する。本実施の形態において燃料噴射制御とは、各燃料噴射弁１３を通じた各燃焼室２０内へ燃料噴射の実施に関し、燃料の噴射量（噴射時間）、噴射時期、噴射パターンといったパラメータを設定し、これら設定されたパラメータに基づいて個々の燃料噴射弁１３の開閉弁操作を実行する一連の処理をいう。
【００４４】
ＥＣＵ８０は、このような一連の処理を、エンジン１の運転中所定時間毎に繰り返し行う。燃料の噴射量及び噴射時期は、基本的にはアクセルペダルへの踏み込み量およびエンジン回転数に基づき、予め設定されたマップ（図示略）を参照して決定する。
【００４５】
また、燃料の噴射パターンの設定に関し、ＥＣＵ８０は、圧縮上死点近傍での燃料噴射を主噴射として各気筒について行うことで機関出力を得る他、主噴射に後続する燃料噴射（以下、後行程噴射という）を副噴射として、適宜選択された時期、選択された気筒（燃焼室）について行う。
【００４６】
後行程噴射によって燃焼室２０内に供給される燃料は、燃焼ガス中で軽質なＨＣに改質され、排気系４０に排出される。すなわち、還元剤として機能する軽質なＨＣが、後行程噴射を通じて排気系４０に添加され、排気中の還元成分濃度を高めることとなる。
【００４７】
〔本実施の形態におけるＥＧＲ制御の原理〕
エンジン１の運転中、ＥＣＵ８０は、操作者によるアクセルの踏み込み量ＡＣＣ等に基づいてエンジン１の各燃焼室に噴射供給される燃料量（燃料噴射量）を決定し、さらに吸入空気及びＥＧＲガスを燃料噴射量に見合った配分で混合し、各燃焼室に導入する。このようにして、機関燃焼に供される混合気、すなわち吸入空気、ＥＧＲガス及び燃料からなる混合気の空気過剰率（実空気過剰率）λRを、目標値（目標空気過剰率）λ0に保持する（空気過剰率の最適化を行う）。具体的には、燃料噴射量および吸気量に基づいて、空気過剰率λRを目標値λ0に合致させるために要求されるＥＧＲガスの導入量（吸気系３０への流入量）を算出し、このＥＧＲガスの導入量に対応するＥＧＲ弁６１の開度調整（ＥＧＲ制御を行う）。
【００４８】
ところで、上述したようにエンジン１では、触媒ケーシング６３に内蔵された酸化触媒の作用により、ＥＧＲ通路６０内に導入されるＥＧＲガス中のＨＣ等がＥＧＲクーラ６２上流で酸化分解され、ディポジットの生成が抑制される。ところが、酸化触媒はその床温が所定範囲にある場合に限り触媒として活性化した状態を保持する特性を有するにも関わらず、触媒ケーシング６３に流入するＥＧＲガスの温度は必ずしも一定でないため、このＥＧＲガスの温度変動に応じて当該触媒も、活性化された状態への移行と、活性化されていない状態への移行とを変則的に繰り返すことになる。
【００４９】
そこで、本実施の形態にかかるエンジン１のＥＣＵ８０は、触媒ケーシング６３内の酸化触媒の活性状態を逐次推定し、この活性状態に応じて変動するＥＧＲガス中の不活性成分量を空気過剰率の最適化制御に反映させる。言い換えると、ＥＧＲ通路６０の通路途中に設けられた酸化触媒の作用によって生成する不活性成分の量を正確に反映したＥＧＲ制御を行うことで、エンジン１の運転状態を恒常的に安定させる。
【００５０】
〔ＥＧＲ制御の具体的な実行手順〕
以下、本実施の形態にかかるエンジン１の制御装置が実施する「ＥＧＲ制御」に関し、その具体的な処理手順についてフローチャートを参照して説明する。
【００５１】
図２には、エンジン１の運転中、ＥＧＲ通路６０を介して吸気系３０に導入（還流）されるＥＧＲガス量を制御するために実施される「ＥＧＲ制御ルーチン」の処理内容を示す。このルーチン処理は、ＥＣＵ８０を通じてエンジン１の始動と同時にその実行が開始され、所定時間毎に繰り返される。
【００５２】
処理がこのルーチンに移行すると、ＥＣＵ８０は先ず、ステップＳ１０１において、クランク角センサ７７の検出信号に基づきエンジン１の機関回転数ＮＥを、
また、アクセルポジションセンサ７６の検出信号に基づきアクセルペダルの踏み込み量ＡＣＣを把握する。さらにＥＣＵ８０は、燃料噴射弁１３を通じてエンジン１の各気筒に噴射供給される燃料量（燃料噴射量）Ｑを、上記パラメータＮＥ，ＡＣＣに基づき算出する。
【００５３】
続くステップＳ１０２においてＥＣＵ８０は、機関回転数ＮＥ及び燃料噴射量Ｑに基づいてＥＧＲ通路６０に流入する排気の温度を推定値（以下、推定排気温度という）として算出し、さらに、この排気の温度とＥＧＲ弁６１の開度とに基づいて、エンジン１の各気筒に流入する吸入空気の温度を推定値（以下、推定吸気温度という）Ｔ0として算出する。吸入空気（吸入空気とＥＧＲガスとの混合気）の温度は、ＥＧＲガスを通じてどの程度の熱量が吸気系３０に導入されるかによって概ね決定づけられる。このため、推定排気温度が高いほど、またＥＧＲ弁の開度が大きいほど推定吸気温度Ｔ0は高くなる傾向にある。なお、酸化触媒６３が正常に機能している場合、未燃成分の酸化分解によりＥＧＲガスは昇温することになるが、推定排気温度の算出に際しては、この触媒作用によるＥＧＲガスの昇温を考慮しないこととする。
【００５４】
ステップＳ１０３においてＥＣＵ８０は、吸気温センサ７８の検出信号に基づく吸気温度の実測値（以下、実吸気温度という）ＴRと、推定吸気温度Ｔ0との間の差分「ＴR−Ｔ0」を算出する。ここで、吸気温度の実測値ＴRと推定吸気温度Ｔ0との差異は、主に酸化触媒６３による触媒作用（未燃成分の発熱反応）に起因して生じるので、差分「ＴR−Ｔ0」が大きいほど酸化触媒６３によるＥＧＲガスの昇温効果（触媒作用）は大きく、差分「ＴR−Ｔ0」が小さいほどＥＧＲガスの昇温効果は小さいものと推定することができる。そこで、同ステップＳ１０３においてＥＣＵ８０は、差分「ＴR−Ｔ0」が予め設定された所定値Ｔdを上回っているか否かを判断し、その判断が肯定である場合には、ＥＧＲガスに対し酸化触媒６３が有意に作用していることを前提条件として設定されたマップＭＰ１を参照し、空気過剰率の目標値（目標空気過剰率）λ0を算出する（ステップＳ１０４）。一方、同ステップＳ１０３における判断が否定である場合には、ＥＧＲガスに対し酸化触媒６３が有意に作用していないことを前提条件として設定されたマップＭＰ２を参照して、目標空気過剰率λ0を算出する（ステップＳ１０５）。
【００５５】
ステップＳ１０６においてＥＣＵ８０は、吸気量ＧＡと、燃料噴射量Ｑと、ＥＧＲ弁６１の開度との関係から決定づけられる現在の空気過剰率（実空気過剰率）λRを算出する。
【００５６】
ステップＳ１０７においては、実空気過剰率λRが目標値λ0に収束するように、ＥＧＲ弁６１の開度調整を行う。
【００５７】
上記ステップＳ１０７の処理を経た後、ＥＣＵ８０は本ルーチンを一旦抜ける。
【００５８】
このようにして、ＥＣＵ８０は、エンジン１の運転中、その機関燃焼に供される混合気の空気過剰率を最適化する制御を継続的に行う。
【００５９】
ここで従来の制御装置では、酸化触媒の作用によるＥＧＲガスの特性変化を考慮しないで、或いは、酸化触媒が概ね一定の触媒作用をＥＧＲガスに及ぼしているとの前提で、空気過剰率等、内燃機関の運転状態に関するパラメータを制御していた。このため、制御対象となるパラメータ（例えば空気過剰率）を最適値に的確に収束させるといった観点で、信頼性を欠いた制御を行うことになっていた。
【００６０】
なお、本実施の形態にかかるエンジン１のように、排気系４０に設けられたＮＯｘ触媒のＮＯｘ還元作用を促すべく排気中の還元成分（例えばＨＣ）等を増量させる機能を有するエンジンシステム、また、ＥＧＲクーラ６２のようにＥＧＲガスを冷却する機能を有するエンジンシステムでは、当該エンジンシステムの排気特性を向上させる上で個々の機能が優れた作用効果を奏する一方、上記のようにＥＧＲ通路に設けられた触媒の活性化状態が変動することで生じる不具合は一層顕著なものとなっていた。
【００６１】
この点本実施の形態にかかる制御装置によれば、酸化触媒がＥＧＲガス中のディポジット生成成分を分解する際に発する熱に着目し、ＥＧＲガスがこの熱を包含するか否かの相違に基づいて、言い換えれば、吸気系３０におけるＥＧＲ通路６０下流の吸気の温度変化も基づいて、酸化触媒の活性状態を正確に把握し、エンジン１の燃焼に供される混合気の空気過剰率の制御に反映させるようにしている。この結果、酸化触媒の働きによって排気還流通路内壁へのディポジットの付着が好適に防止されつつ、空気過剰率を最適値に保持する制御の緻密性も担保される。
【００６２】
なお、本実施の形態では、吸気量ＧＡや燃料噴射量Ｑに基づく演算結果として実空気過剰率λRを把握するようにしたが、Ａ／Ｆセンサ７３ａやＡ／Ｆセンサ７３ｂの出力信号に基づいて、実空気過剰率λRを把握することとしてもよい。
【００６３】
また、本実施の形態では、酸化触媒の活性状態の有無に応じて２種のマップＭＰ１，ＭＰ２を適用することとしたが、酸化触媒の活性状態の程度に応じて、目標酸素過剰率λ0を３段階以上の複数段階、或いは無段階に変更する制御構造を適用してもよい。
【００６４】
また、本実施の形態では、実酸素過剰率λRを目標値λ0に収束させる制御を行う上で、酸化触媒の活性状態にあるか否かの相違に基づいて、目標値λ0を異ならせるようにした。このような制御構造に替え、酸化触媒の活性状態にあるか否かの相違に基づいて、実酸素過剰率λRを目標値λ0に収束させる制御に適用される制御ゲイン（本実施の形態ではＥＧＲ弁を駆動するための駆動電流）を変更若しくは補正するようにしてもよい。とくに、例えば実酸素過剰率λRを把握する上で、吸気量ＧＡや燃料噴射量Ｑに基づく演算結果等を適用するのではなく、Ａ／Ｆセンサ７３ａや酸素センサ７３ｂの検出信号等、実測値を直接適用する場合には、酸化触媒の活性状態に応じて目標値を変更するよりも制御ゲインを変更（補正）することで、当該制御の信頼性は一層向上することになる。
【００６５】
また、実酸素過剰率λRを目標値λ0に収束させる制御として、ＥＧＲ弁６１の開度を操作するに限らず、例えばスロットル弁３２の開度を操作することとしてもよい。
【００６６】
また、酸化触媒の活性状態の相違によるＥＧＲガスの特性変化を、酸素過剰率の制御ではなく、エンジン１の運転状態に関する他の制御に反映させることとしてもよい。
【００６７】
また、本実施の形態では、機関回転数ＮＥ及び燃料噴射量Ｑ等に基づき推定吸気温度Ｔ0を算出することとした。これに替え、ＥＧＲ通路６０の触媒ケーシング６３上流に温度センサを備えたハードウエア構成を採用するとともに、この温度センサの検出信号に基づいて推定吸気温度Ｔ0に相当するパラメータを算出することもできる。
【００６８】
また、本実施の形態では、ＥＧＲ通路６０に酸化触媒を有するハードウエア構成を採用することとした。しかしこれに限らず、ＥＧＲ通路６０内の温度条件等によって活性状態が異なり、且つ、その活性状態の相違によりＥＧＲガスの特性を変化させる性質を有する他の触媒を有するハードウエア構成を採用した場合にも、本実施の形態と略同様の制御構造を適用して、本実施の形態と同等若しくはこれ準ずる効果を奏することはできる。
【００６９】
また、本実施の形態では、ＥＧＲクーラ６２がＥＧＲ通路６０を冷却することで、ＥＧＲガスが冷却されて機関燃焼に供される混合気の昇温が好適に抑制される構成が採用されている。このような構成においては、ＥＧＲガスの冷却という優れた作用効果が発揮される一方で、ＥＧＲガスに含まれる未燃成分等がディポジットを形成し、ＥＧＲ通路６０に詰まりが発生し易くなるため、酸化触媒の存在も一層有意義なものとなり、この酸化触媒の活性状態の変動に影響されることなく空気過剰率の安定化を図るといった点で、上記制御構造が顕著な効果を発揮する。しかし、ＥＧＲ通路に制御弁（ＥＧＲ弁）及び触媒のみを備え、ＥＧＲクーラを備えていないハードウエア構成に上記制御構造を適用しても、本実施の形態に準ずる効果を奏することはできる。
【００７０】
また、上記各実施の形態では、主噴射に後続する燃料噴射（以下、後行程噴射という）を副噴射として、適宜選択された時期、選択された気筒（燃焼室）について行うことにより、排気中の還元成分濃度を高めてＮＯｘ触媒を機能させるようにした。これに対し、排気系４０の触媒ケーシング４２上流に還元剤を添加する装置（例えば噴射弁等）を設け、同装置を通じて排気系４０への還元剤を添加するような構成を適用してもよい。この場合、還元剤としては、ガソリンや軽油の他、ガス中の還元成分としてＮＯｘを還元する機能を有する各種の液体、気体、粉体を適用することができる。
【００７１】
また、上記各実施の形態においては、本発明の排気浄化装置を内燃機関としてのディーゼルエンジン１に適用することとしたが、ＥＧＲ装置を備えた各種内燃機関に本発明を適用することができる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ディポジットの付着による排気還流通路の詰まりを防止しつつ、排気還流を通じた当該機関の運転状態の最適化制御を緻密に行うことができる。
【００７３】
また、排気の還流に起因する吸気系内のガスの昇温が冷却手段によって抑制される一方、そうした吸気系内のガスの昇温抑制に伴って必然的に発生する吸気特性の変動が好適に修正される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるディーゼルエンジンシステムを示す概略構成図。
【図２】同実施の形態にかかるＥＧＲ制御手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）
１０  燃料供給系
１１  サプライポンプ
１２  コモンレール
１３  燃料噴射弁
２０  燃焼室
３０  吸気系
３１  インタークーラ
３２  スロットル弁
４０  排気系
４２  フィルタケーシング
５０  ターボチャージャ
５１  シャフト
５２  排気側タービンホイール
５３  吸気側タービンホイール
６０  ＥＧＲ通路
６１  ＥＧＲ弁
６２  ＥＧＲクーラ
６３  触媒ケーシング
７０  レール圧センサ
７２  エアフロメータ
７３ａ，７３ｂ  空燃比（Ａ／Ｆ）センサ
７６  アクセルポジションセンサ
７７  クランク角センサ
７８  吸気温センサ
８０  電子制御装置（ＥＣＵ）
８１  中央処理装置（ＣＰＵ）
８２  読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）
８６  外部入力回路
８７  外部出力回路
８８  双方向性バス
Ｐ１  機関燃料通路
【図１】
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【図２】
0003888115.tif 000003