(57)【要約】【課題】本発明は、内燃機関の要求出力が大きくなる高回転・高負荷運転領域において、排気温度の過剰な上昇を抑制しつつ、燃料消費率の悪化を可能な限り小さく抑えることを課題とする。【解決手段】本発明は、ＥＧＲ装置と窒素富化装置とを備える火花点火式の内燃機関に適用される制御装置であって、前記制御装置は、内燃機関の要求出力が所定の閾値以上となる高回転・高負荷運転領域において、内燃機関の要求出力が大きくなるほど、ＥＧＲ率が大きくなり、且つ窒素富化割合が小さくなるように、ＥＧＲ装置及び窒素富化装置を制御するようにした。【選択図】図２
2017190705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路を流れる排気の一部を、ＥＧＲガスとして前記内燃機関の吸気通路へ導入するＥＧＲ装置と、
前記内燃機関の気筒内に吸入されるガスの窒素濃度を高める窒素富化装置と、
を備える火花点火式の内燃機関に適用される制御装置であって、
前記制御装置は、前記内燃機関の要求出力が所定の閾値以上となる運転領域において、前記内燃機関の要求出力が大きくなるほど、ＥＧＲ率が大きくなり、且つ窒素富化割合が小さくなるように、前記ＥＧＲ装置及び前記窒素富化装置を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒素富化装置とＥＧＲ装置とを具備する内燃機関に適用される制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の要求出力が大きくなる高回転・高負荷運転領域において、排気温度の過剰な上昇を抑制する方法として、内燃機関の排気通路から吸気通路へ排気の一部（ＥＧＲガス）を導入するためのＥＧＲ装置を内燃機関に取付け、内燃機関の要求出力が大きくなるほど、ＥＧＲ率を大きくする技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１１４９５７号公報
【特許文献２】特開２００７−２１８０９３号公報
【特許文献３】特開平０８−２５４１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＥＧＲガスの比熱比は、空気の比熱比よりも小さい。そのため、前述した特許文献１に記載されているように、ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの導入のみを利用して排気温度の過剰な上昇を抑えようとすると、内燃機関の要求出力が大きくなる高回転・高負荷運転領域において、ＥＧＲ率が大きくなるため、それに伴って気筒内で燃焼に供されるガス（以下、「燃焼ガス」と称する）の比熱比が小さくなる可能性がある。燃焼ガスの比熱比が小さくなると、内燃機関の熱効率が低下する。よって、内燃機関の要求出力が大きくなる高回転・高負荷運転領域において、燃料消費率の悪化を招く可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記したような種々の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の要求出力が大きくなる高回転・高負荷運転領域において、排気温度の過剰な上昇を抑制しつつ、燃料消費率の悪化を可能な限り小さく抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記した課題を解決するために、ＥＧＲ装置と窒素富化装置とを備える内燃機関において、内燃機関の要求出力が所定の閾値以上となる高回転・高負荷運転領域では、ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの導入と窒素富化装置による窒素濃度の増加とを併用するものとし、且つ内燃機関の要求出力が多くなるほど、ＥＧＲ率を大きくするとともに、窒素富化割合を小さくするようにした。
【０００７】
詳細には、本発明は、内燃機関の排気通路を流れる排気の一部を、ＥＧＲガスとして内燃機関の吸気通路を流れる吸気中に導入するＥＧＲ装置と、内燃機関の気筒内に吸入されるガスの窒素濃度を高める窒素富化装置と、を備える火花点火式の内燃機関に適用される制御装置である。そして、前記制御装置は、内燃機関の要求出力が所定の閾値以上となる運転領域において、内燃機関の要求出力が大きくなるほど、ＥＧＲ率が大きくなり、且つ窒素富化割合が小さくなるように、ＥＧＲ装置及び窒素富化装置を制御するようにした。ここでいう「所定の閾値」は、内燃機関の要求出力が該所定の閾値以上であるときに、ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの導入が行われなければ、たとえ窒素富化装置による窒素濃度の増加が図られても、内燃機関の排気温度が許容範囲より高くなると予想される値、又はその値からマージンを差し引いた値である。また、ここでいう「ＥＧＲ率」とは、内燃機
関の気筒内へ流入するガス（燃焼ガス）のうち、ＥＧＲガスが占める割合である。また、「窒素富化割合」とは、窒素富化装置により窒素濃度が高められる前のガスの窒素濃度に対して、窒素富化装置により窒素濃度が高められた後のガスの窒素濃度の比である。
【０００８】
このように構成された内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の要求出力が前記所定の閾値以上となる高回転・高負荷運転領域において、内燃機関の要求出力が大きくなるほど、ＥＧＲ率が大きくされ、且つ窒素富化割合が小さくされる。ここでいう「内燃機関の要求出力が大きくなるほど、ＥＧＲ率が大きくされ、且つ窒素富化割合が小さくされる」とは、内燃機関の要求出力が大きくなるほど、ＥＧＲ率が連続的に大きくされ、且つ窒素富化割合が連続的に小さくされる態様のみならず、内燃機関の要求出力が大きくなるほど、ＥＧＲ率が段階的に大きくされ、且つ窒素富化割合が段階的に小さくされる態様も含むものとする。
【０００９】
ここで、内燃機関の要求出力が前記所定の閾値以上となる高回転・高負荷運転領域においては、内燃機関の要求出力が大きくなるほど、排気温度が高くなり易い。そのため、前記高回転・高負荷運転領域において、内燃機関の要求出力が大きくなるほど、排気温度を前記許容範囲内に収めるために必要となるＥＧＲ率が大きくなり、且つ排気温度が前記許容範囲に収まる範囲内で増加させることができる窒素富化割合が小さくなる。言い換えると、前記高回転・高負荷運転領域においては、内燃機関の要求出力が小さくなるほど、排気温度が高くなり難いため、それに応じて、排気温度を前記許容範囲内に収めるために必要となるＥＧＲ率が小さくなり、且つ排気温度が前記許容範囲に収まる範囲内で増加させることができる窒素富化割合が大きくなる。
【００１０】
したがって、上記したように構成される内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の要求出力が前記所定の閾値以上となる前記高回転・高負荷運転領域において、排気温度が前記許容範囲に収まる範囲内で、ＥＧＲ率を可能な限り小さく抑えつつ、窒素富化割合を可能な限り大きくすることができる。その結果、排気温度の過剰な上昇を抑制しつつ、内燃機関の熱効率の低下を可能な限り小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、内燃機関の要求出力が大きくなる高回転・高負荷運転領域において、排気温度の過剰な上昇を抑制しつつ、燃料消費率の悪化を小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】内燃機関の要求出力が所定の閾値以上となる高回転・高負荷運転領域におけるＥＧＲ率と窒素富化割合の制御方法を示す図である。
【図３】図２の制御方法に従ってＥＧＲ装置及び窒素富化装置が制御された場合における、要求出力ＰＷｔｒｇ、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ、窒素富化割合Ｒｅｎ、及び排気温度Ｔｅｘの経時変化を示すタイミングチャートである。
【図４】内燃機関の要求出力ＰＷｔｒｇが所定の閾値以上となる高回転・高負荷運転領域において、ＥＣＵによって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１４】
図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１
は、複数の気筒２を備えた４ストローク・サイクルの火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。なお、図１では、気筒数が４つの例を示しているが、３つ以下であってもよく、又は５つ以上であってもよい。内燃機関１の各気筒２には、気筒２内に火花を発生させるための点火プラグ３と、気筒２内へ燃料を噴射するための燃料噴射弁４とが取り付けられている。なお、燃料噴射弁４は、図示しない吸気ポート内へ燃料を噴射するものであってもよい。
【００１５】
内燃機関１は、吸気通路５と接続されている。吸気通路５は、大気中から取り込まれた空気を各気筒２へ導くための通路である。吸気通路５の上流側端部の近傍には、空気中の塵等を捕集するためのエアクリーナボックス５０が取り付けられている。エアクリーナボックス５０より下流の吸気通路５には、該吸気通路５内を流れる空気量を調整するためのスロットル弁５１が取り付けられている。このスロットル弁５１と前記エアクリーナボックス５０との間の吸気通路５には、該吸気通路５内を流れる空気量（吸入空気量）に相関した電気信号を出力するエアフローメータ５２が取り付けられている。
【００１６】
内燃機関１は、排気通路６と接続されている。排気通路６は、気筒２内で燃焼された既燃ガス（排気）を流通させるための通路である。排気通路６の途中には、排気浄化触媒６０が配置される。排気浄化触媒６０は、該排気浄化触媒６０へ流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍にあるときに、排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、及び窒素酸化物（ＮＯＸ）を浄化することができる三元触媒である。排気浄化触媒６０より上流の排気通路６には、排気の空燃比に相関する電気信号を出力するＡ／Ｆセンサ６１が取り付けられる。
【００１７】
内燃機関１は、窒素富化装置５３を備えている。窒素富化装置５３は、スロットル弁５１より下流の吸気通路５に配置され、吸気通路５を流れるガスの窒素濃度を高めることができるように構成されている。詳細には、窒素富化装置５３は、図示しないタンクに貯蔵されている窒素ガスを吸気通路５に導入することで、該吸気通路５を流れるガスの窒素濃度を高める装置である。なお、窒素富化装置５３は、空気中の酸素（Ｏ２）と窒素（Ｎ２）とを分離する膜分離式の窒素ガス発生器を用いて、吸気通路５を流れるガスの窒素濃度を高める装置であってもよい。
【００１８】
また、内燃機関１は、ＥＧＲ装置７を備えている。ＥＧＲ装置７は、排気浄化触媒６０より上流の排気通路６から窒素富化装置５３より下流の吸気通路５へ排気の一部（ＥＧＲガス）を導くためのＥＧＲ通路７０と、該ＥＧＲ通路７０を流れるＥＧＲガス量を調節するためのＥＧＲ弁７１と、該ＥＧＲ通路７０を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ７２と、を備えている。このように構成されるＥＧＲ装置７において、ＥＧＲ弁７１が開弁されると、排気通路６を流れる排気の一部がＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路７０へ流入する。そして、ＥＧＲ通路７０へ流入したＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ７２によって冷却された後に、吸気通路５へ導入される。吸気通路５へ導入されたＥＧＲガスは、吸気通路５を流れる新気（空気）とともに気筒２内へ吸入されて、燃料噴射弁４から噴射される燃料とともに燃焼に供される。ここで、気筒２内で燃焼に供されるガス（燃焼ガス）の量は、ＥＧＲガスが導入されない場合よりＥＧＲガスが導入された場合の方が多くなる。また、ＥＧＲガスの主成分が二酸化炭素（ＣＯ２）や水（Ｈ２Ｏ）等の不活性ガス成分であるため、燃焼ガスに含まれる不活性ガス成分の濃度は、ＥＧＲガスが導入されない場合よりＥＧＲガスが導入された場合の方が大きくなる。よって、ＥＧＲガスが導入された場合はＥＧＲガスが導入されない場合に比べ、燃焼ガスの燃焼温度が低くなる。その結果、ＮＯＸの発生量を少なく抑えることができる。また、ＥＧＲクーラ７２によって冷却されたＥＧＲガスが気筒２内へ吸入されることにより、燃焼ガスの温度が下がるため、ノッキングの発生を抑制することもできる。
【００１９】
上記したように構成される内燃機関１には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）８が
併設されている。ＥＣＵ８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される。このように構成されるＥＣＵ８は、前述したエアフローメータ５２やＡ／Ｆセンサ６１に加え、アクセルポジションセンサ９やクランクポジションセンサ１０等の各種センサと電気的に接続され、それら各種センサの出力信号を入力することができるようになっている。なお、アクセルポジションセンサ９は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関する電気信号を出力するセンサである。クランクポジションセンサ１０は、内燃機関１の機関出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関する電気信号を出力するセンサである。
【００２０】
ＥＣＵ８は、前述した点火プラグ３、燃料噴射弁４、スロットル弁５１、窒素富化装置５３、ＥＧＲ弁７１等の各種機器とも電気的に接続され、それら各種機器の作動状態を制御することができるようになっている。例えば、ＥＣＵ８は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、目標燃料噴射量、目標燃料噴射時期、目標点火時期、及び目標スロットル開度等を演算し、それら各種の目標値に従って、燃料噴射弁４、点火プラグ３、及びスロットル弁５１等を制御する。また、本実施形態におけるＥＣＵ８は、上記したような既知の制御に加え、高回転・高負荷運転領域における排気温度の過剰な上昇を抑制すべく、ＥＧＲ装置７と窒素富化装置５３とを制御する。以下、高回転・高負荷運転領域における、ＥＧＲ装置７及び窒素富化装置５３の制御方法について述べる。
【００２１】
ここで、排気浄化触媒６０の効果的な活用や、燃料消費率の向上を図るという観点にたつと、内燃機関１の気筒２内で燃焼される混合気の空燃比は、理論空燃比に設定されることが望ましい。しかしながら、内燃機関１の要求出力が大きくなる高回転・高負荷運転領域において、理論空燃比の混合気が燃焼されると、燃焼温度の上昇に伴ってＮＯＸの発生量が増加したり、排気温度の過剰な上昇によって排気浄化触媒６０等の排気系部品の熱劣化を招いたりする可能性がある。また、内燃機関１の要求出力が大きくなる高回転・高負荷運転領域において、理論空燃比の混合気を燃焼させようとすると、ノッキングの抑制のために点火時期を遅角させる必要が生じ、それに伴う熱効率の低下や、排気温度の一層の上昇を招く可能性がある。
【００２２】
これに対し、高回転・高負荷運転領域において、内燃機関１の要求出力が大きくなるほど、ＥＧＲ率（燃焼ガスのうち、ＥＧＲガスが占める割合）が大きくなるように、ＥＧＲ装置７を制御することにより、ＮＯＸ発生量の低減、排気温度の低減、及びノッキングの抑制を図る方法が考えられる。しかしながら、ＥＧＲガスの主成分である二酸化炭素（ＣＯ２）や水（Ｈ２Ｏ）等の三原子分子は、空気の主成分である酸素（Ｏ２）や窒素（Ｎ２）等の二原子分子よりも比熱比が小さい。そのため、高回転・高負荷運転領域において、内燃機関１の要求出力が多くなるほど、ＥＧＲ率が大きくされると、それに伴って燃焼ガスの比熱比が小さくなるため、内燃機関１の熱効率が低下して、燃料消費率の悪化を招く虞がある。
【００２３】
また、高回転・高負荷運転領域におけるＮＯＸ発生量の低減、排気温度の低減、及びノッキングの抑制を図る別法として、ＥＧＲガスの主成分である二酸化炭素（ＣＯ２）や水（Ｈ２Ｏ）よりも比熱比の大きい窒素（Ｎ２）の燃焼ガス中における濃度を高める方法も考えられる。つまり、高回転・高負荷運転領域において、内燃機関１の要求出力が大きくなるほど、窒素富化割合（窒素富化装置５３により窒素ガスが導入される前のガスの窒素濃度に対する、窒素富化装置５３により窒素ガスが導入された後のガスの窒素濃度の比）が大きくなるように、窒素富化装置５３を制御する方法も考えられる。しかしながら、上記したように窒素（Ｎ２）の比熱比がＥＧＲガスの比熱比より大きいため、燃焼ガス中の窒素濃度を高める方法を用いる場合は、ＥＧＲ率を大きくする方法を用いる場合に比べ、内燃機関１の熱効率が高くなるものの、それに伴って排気温度が高くなり易い。そのため
、高回転・高負荷運転領域のうち、内燃機関１の要求出力が比較的大きくなる運転領域では、排気温度を前記許容範囲内に収めることができない可能性がある。
【００２４】
そこで、本実施形態では、内燃機関１の要求出力が所定の閾値以上となる高回転・高負荷運転領域において、ＥＧＲ装置７によるＥＧＲガスの導入と窒素富化装置５３による窒素ガスの導入とを併用することで、排気温度の過剰な上昇を抑制しつつ、燃料消費率の悪化を最小限に抑えるようにした。ここでいう「所定の閾値」は、理論空燃比の混合気により内燃機関１が運転されている状態において、内燃機関１の要求出力が該所定の閾値以上になると、ＥＧＲ装置７によるＥＧＲガスの導入が行われなければ、たとえ窒素富化装置５３による窒素ガスの導入が行われても、内燃機関１の排気温度が許容範囲より高くなると予想される値、又はその値からマージンを差し引いた値である。
【００２５】
図２は、内燃機関１の要求出力が前記所定の閾値以上となる高回転・高負荷運転領域におけるＥＧＲ率と窒素富化割合の制御方法を示す図である。図２中の横軸は、内燃機関１の要求出力ＰＷｔｒｇを示す。図２中の縦軸は、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ又は窒素富化割合Ｒｅｎを示す。また、図２中の実線はＥＧＲ率を示し、図２中の一点鎖線は窒素富化割合を示す。さらに、図２中のＰＷｒｅｆは、前述した所定の閾値を示す。
【００２６】
先ず、要求出力ＰＷｔｒｇが前記所定の閾値ＰＷｒｅｆより小さくなる運転領域では、ＥＣＵ８は、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒが０となり、且つ窒素富化割合Ｒｅｎが所定割合Ｒｅｎ１となるように、ＥＧＲ装置７及び窒素富化装置５３を制御する。すなわち、要求出力ＰＷｔｒｇが前記所定の閾値ＰＷｒｅｆより小さくなる運転領域では、窒素富化装置５３による吸気通路５への窒素ガスの導入のみにより、ＮＯＸ発生量の低減やノッキングの抑制が図られる。なお、前記所定割合Ｒｅｎ１は、ＮＯＸの発生量、ノック特性、ポンピングロス等を考慮して適宜に設定される値である。そして、要求出力ＰＷｔｒｇが前記所定の閾値ＰＷｒｅｆ以上となる高回転・高負荷運転領域では、ＥＣＵ８は、要求出力ＰＷｔｒｇが大きくなるほど、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒが大きくなり、且つ窒素富化割合Ｒｅｎが小さくなるように、ＥＧＲ装置７及び窒素富化装置５３を制御する。
【００２７】
ここで、前記高回転・高負荷運転領域における排気温度は、要求出力ＰＷｔｒｇが大きくなるほど高くなり易く、且つ要求出力ＰＷｔｒｇが小さくなるほど高くなり難い。そのため、前記高回転・高負荷運転領域において、排気温度を前記許容範囲に収めるために必要となるＥＧＲ率Ｒｅｇｒは、要求出力ＰＷｔｒｇが大きくなるほど大きくなり、且つ要求出力ＰＷｔｒｇが小さくなるほど小さくなる。それに伴い、前記高回転・高負荷運転領域において、排気温度が前記許容範囲に収まる範囲内で増加させることができる窒素富化割合Ｒｅｎは、要求出力ＰＷｔｒｇが大きくなるほど小さくなり、且つ要求出力ＰＷｔｒｇが小さくなるほど大きくなる。
【００２８】
したがって、前記高回転・高負荷運転領域において、要求出力ＰＷｔｒｇが大きくなるほど、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒが大きくされ、且つ窒素富化割合Ｒｅｎが小さくされれば、排気温度を前記許容範囲に収めるために必要となる最小限のＥＧＲ率により排気温度の上昇を抑制しつつ、排気温度が前記許容範囲を超えない範囲内で最大限の窒素富化割合により内燃機関１の熱効率の低下を小さく抑えることができる。その結果、前記高回転・高負荷運転領域において、内燃機関１が理論空燃比の混合気によって運転されても、排気温度の過剰な上昇を抑制しつつ、燃料消費率の悪化を可能な限り小さく抑えることができる。
【００２９】
なお、図２に示す例では、要求出力ＰＷｔｒｇとＥＧＲ率Ｒｅｇｒとの関係、及び要求出力ＰＷｔｒｇと窒素富化割合Ｒｅｎとの関係が線形になる例を示しているが、要求出力ＰＷｔｒｇとＥＧＲ率Ｒｅｇｒとの関係、及び要求出力ＰＷｔｒｇと窒素富化割合Ｒｅｎとの関係が非線形になってもよい。また、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒが要求出力ＰＷｔｒｇの増加
に対して段階的に大きくされ、且つ窒素富化割合Ｒｅｎが要求出力ＰＷｔｒｇの増加に対して段階的に小さくされてもよい。さらに、図２に示す例では、要求出力ＰＷｔｒｇが所定の閾値ＰＷｒｅｆより小さくなる領域において、窒素富化装置５３による吸気通路５への窒素ガスの導入のみにより、ＮＯＸ発生量の低減やノッキングの抑制を図っているが、これに限られるものではなく、窒素富化装置５３による吸気通路５への窒素ガスの導入と、ＥＧＲ装置７による吸気通路５へのＥＧＲガスの導入とを併用して、ＮＯＸ発生量の低減やノッキングの抑制を図ってもよい。ただし、内燃機関１の熱効率を高めるという観点に立つと、ＥＧＲ率は可能限り小さく抑えることが望ましい。
【００３０】
次に、内燃機関１が理論空燃比の混合気により運転されている状態で、前記した図２の制御方法に従ってＥＧＲ装置７及び窒素富化装置５３が制御された場合における、要求出力ＰＷｔｒｇ、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ、窒素富化割合Ｒｅｎ、及び排気温度Ｔｅｘの経時変化を図３に示す。図３に示す例では、内燃機関１が加速運転状態から定常運転状態へ移行する場合のように、要求出力ＰＷｔｒｇが徐々に増加した後に一定となる場合を示している。なお、図３中のＴｅｘｌｍｔは、排気温度Ｔｅｘの許容範囲における上限値を示す。
【００３１】
図３において、要求出力ＰＷｔｒｇが徐々に増加する過程において、該要求出力ＰＷｔｒｇが前記所定の閾値ＰＷｒｅｆより小さい期間（図３中のｔ０〜ｔ１）では、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒが０となり、且つ窒素富化割合Ｒｅｎが前記所定割合Ｒｅｎ１となるように、ＥＧＲ装置７及び窒素富化装置５３が制御される。その場合、排気温度Ｔｅｘは、前記上限値Ｔｅｘｌｍｔ以下の範囲で徐々に上昇する。そして、要求出力ＰＷｔｒｇが前記所定の閾値ＰＷｒｅｆに達すると（図３中のｔ１）、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒが０より大きくなり、且つ窒素富化割合Ｒｅｎが前記所定割合Ｒｅｎ１より小さくなるように、ＥＧＲ装置７及び窒素富化装置５３が制御される。その後は、要求出力ＰＷｔｒｇが大きくなるにつれて、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒが大きくなり、且つ窒素富化割合Ｒｅｎが小さくなるように、ＥＧＲ装置７及び窒素富化装置５３が制御される。そして、要求出力ＰＷｔｒｇが一定になると（図３中のｔ２）、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ及び窒素富化割合Ｒｅｎが図３中のｔ２における値を維持するように、ＥＧＲ装置７及び窒素富化装置５３が制御される。このようにＥＧＲ装置７及び窒素富化装置５３が制御されると、要求出力ＰＷｔｒｇが前記所定の閾値ＰＷｒｅｆに達した後の排気温度Ｔｅｘは、前記上限値Ｔｅｘｌｍｔ以下の温度に維持される。つまり、要求出力ＰＷｔｒｇが前記所定の閾値ＰＷｒｅｆ以上となる高回転・高負荷運転領域において、内燃機関１が理論空燃比の混合気によって運転されても、排気温度Ｔｅｘが前記許容範囲内に収まる。よって、要求出力ＰＷｔｒｇが前記所定の閾値ＰＷｒｅｆ以上となる高回転・高負荷においても、排気浄化触媒６０へ流入する排気の空燃比を理論空燃比近傍に維持することができる。
【００３２】
以下、内燃機関１の要求出力ＰＷｔｒｇが前記所定の閾値ＰＷｒｅｆ以上となる高回転・高負荷運転領域における、ＥＧＲ装置７及び窒素富化装置５３の制御手順について図４に沿って説明する。図４は、内燃機関１の要求出力ＰＷｔｒｇが前記所定の閾値ＰＷｒｅｆ以上となる高回転・高負荷運転領域において、ＥＣＵ８によって繰り返し実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ８のＲＯＭ等に記憶されているものとする。
【００３３】
図４の処理ルーチンでは、ＥＣＵ８は、先ずＳ１０１の処理において、機関回転速度Ｎｅ、及びエアフローメータ５２の出力信号（吸入空気量Ｇａ）を読み込む。なお、機関回転速度Ｎｅは、クランクポジションセンサ１０の出力信号に基づいて演算されて、ＥＣＵ８のＲＡＭに記憶されているものとする。
【００３４】
Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ８は、前記Ｓ１０１の処理で読み込まれた機関回転速度Ｎｅと吸入空気量Ｇａとをパラメータとして、内燃機関１の要求出力ＰＷｔｒｇを演算する
。詳細には、ＥＣＵ８は、先ずＳ１０１の処理で読み込まれた吸入空気量Ｇａに基づいて、機関負荷（要求トルク）を演算する。続いて、ＥＣＵ８は、前記機関負荷と前記Ｓ１０１の処理で読み込まれた機関回転速度Ｎｅとから要求出力ＰＷｔｒｇを演算する。
【００３５】
Ｓ１０３の処理では、ＥＣＵ８は、前記Ｓ１０２の処理で算出された要求出力ＰＷｔｒｇが前記所定の閾値ＰＷｒｅｆ以上であるか否かを判別する。前記Ｓ１０３の処理において肯定判定された場合（ＰＷｔｒｇ≧ＰＷｒｅｆ）は、ＥＧＲ装置７によるＥＧＲガスの導入が行われない状態で内燃機関１が理論空燃比の混合気によって運転されると、たとえ窒素富化装置５３による窒素ガスの導入が行われても、排気温度Ｔｅｘが前記許容範囲を超えると予測されるため、ＥＣＵ８は、Ｓ１０４以降の処理を実行する。
【００３６】
Ｓ１０４の処理では、ＥＣＵ８は、前記Ｓ１０２の処理で算出された要求出力ＰＷｔｒｇをパラメータとして、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒ及び窒素富化割合Ｒｅｎを演算する。具体的には、ＥＣＵ８は、前記Ｓ１０２の処理で算出された要求出力ＰＷｔｒｇを引数として、前述した図２に示したような関係を規定したマップ又は関数式へアクセスすることで、要求出力ＰＷｔｒｇに対応するＥＧＲ率Ｒｅｇｒ及び窒素富化割合Ｒｅｎを導出する。
【００３７】
Ｓ１０５の処理では、ＥＣＵ８は、前記Ｓ１０４の処理で算出されたＥＧＲ率Ｒｅｇｒに基づいてＥＧＲ弁７１の目標開度θｔｒｇを演算するとともに、前記Ｓ１０４の処理で算出された窒素富化割合Ｒｅｎに基づいて窒素富化装置５３の目標窒素供給量Ａｎ２ｔｒｇを演算する。その際、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒは、ＥＧＲ弁７１の開度θに加え、機関回転速度Ｎｅと、吸入空気量Ｇａと、スロットル開度とに応じても変化する。よって、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒと、機関回転速度Ｎｅと、吸入空気量Ｇａと、スロットル開度と、ＥＧＲ弁７１の開度θとの相関を予め実験的に求めておき、その相関をマップ又は関数式の形態でＲＯＭに記憶させておくものとする。そして、ＥＣＵ８は、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒと、機関回転速度Ｎｅと、吸入空気量Ｇａと、スロットル開度とを引数として、前記マップ又は関数式にアクセスすることで、それらの引数に対応したＥＧＲ弁７１の開度θを導出し、その開度θを目標開度θｔｒｇに設定すればよい。また、窒素富化割合Ｒｅｎは、窒素富化装置５３の窒素供給量Ａｎ２に加え、吸入空気量Ｇａと、空気中の窒素濃度とに応じても変化する。ただし、空気中の窒素濃度は一定とみなすことができるので、窒素富化割合Ｒｅｎと吸入空気量Ｇａと窒素供給量Ａｎ２との関係を予めマップ又は関数式の形態でＥＣＵ８のＲＯＭに記憶させておくものとする。そして、ＥＣＵ８は、窒素富化割合Ｒｅｎと吸入空気量Ｇａとを引数として前記したマップ又は関数式にアクセスすることで、それらの引数に対応した窒素供給量Ａｎ２を導出し、その窒素供給量Ａｎ２を目標窒素供給量Ａｎ２ｔｒｇに設定すればよい。
【００３８】
Ｓ１０６の処理では、ＥＣＵ８は、ＥＧＲ弁７１の開度θが前記Ｓ１０６の処理で算出された目標開度θｔｒｇとなるように、ＥＧＲ弁７１を制御し、且つ窒素富化装置５３から供給される窒素供給量Ａｎ２が前記Ｓ１０６の処理で算出された目標窒素供給量Ａｎ２ｔｒｇとなるように、窒素富化装置５３を制御する。
【００３９】
なお、前記Ｓ１０３の処理において否定判定された場合（ＰＷｔｒｇ＜ＰＷｒｅｆ）は、ＥＧＲ装置７によるＥＧＲガスの導入が行われない状態で内燃機関１が理論空燃比の混合気によって運転されても、窒素富化装置５３による窒素ガスの導入が行われれば、たとえＥＧＲ装置７によるＥＧＲガスの導入が行われなくても、排気温度Ｔｅｘが前記許容範囲を超えないと予測されるため、ＥＣＵ８は、Ｓ１０４の処理の代わりに、Ｓ１０７の処理を実行する。Ｓ１０７の処理では、ＥＣＵ８は、前述したように、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒを０に設定し、且つ窒素富化割合Ｒｅｎを前記所定割合Ｒｅｎ１に設定する。そして、ＥＣＵ８は、Ｓ１０５の処理へ進み、前記Ｓ１０７の処理で設定されたＥＧＲ率Ｒｅｇｒと窒素富化割合Ｒｅｎとに基づいて、ＥＧＲ弁７１の目標開度θｔｒｇ及び窒素富化装置５３
の目標窒素供給量Ａｎ２ｔｒｇを演算する。続いて、ＥＣＵ８は、Ｓ１０６の処理へ進み、前記Ｓ１０５の処理において演算された目標開度θｔｒｇ及び目標窒素供給量Ａｎ２ｔｒｇに従って、ＥＧＲ弁７１及び窒素富化装置５３を制御する。
【００４０】
以上述べたようにＥＣＵ８が図４の処理ルーチンを実行することにより、本発明に係わる「制御装置」が実現される。その結果、内燃機関１の要求出力ＰＷｔｒｇが前記所定の閾値ＰＷｒｅｆ以上となる高回転・高負荷運転領域において、理論空燃比の混合気によって内燃機関１が運転されても、排気温度Ｔｅｘを前記上限値Ｔｅｘｌｍｔ以下に抑えつつ、燃料消費率の悪化を可能な限り小さくすることができる。
【００４１】
（変形例）
なお、上記した実施形態では、要求出力ＰＷｔｒｇをパラメータとして、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒと窒素富化割合Ｒｅｎとを求める例について説明したが、機関回転速度Ｎｅと機関負荷とＥＧＲ率Ｒｅｇｒとの関係、及び機関回転速度と機関負荷と窒素富化割合Ｒｅｎとの関係を予めマップ又は関数式の形態でＥＣＵ８のＲＯＭに記憶させておくことにより、機関回転速度Ｎｅと機関負荷とを引数として、ＥＧＲ率Ｒｅｇｒと窒素富化割合Ｒｅｎとが導出されてもよい。その際、要求出力ＰＷｔｒｇが前記所定の閾値ＰＷｒｅｆ以上となる運転領域における関係に加え、要求出力ＰＷｔｒｇが前記所定の閾値ＰＷｒｅｆより小さくなる運転領域における関係も含めたマップ又は関数式を設定しておけば、要求出力ＰＷｔｒｇを演算する工程、及び要求出力ＰＷｔｒｇが前記所定の閾値ＰＷｒｅｆ以上であるか否かを判別する工程を省略することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１    内燃機関
２    気筒
３    点火プラグ
４    燃料噴射弁
５    吸気通路
６    排気通路
７    ＥＧＲ装置
８    ＥＣＵ
５１  スロットル弁
５２  エアフローメータ
５３  窒素富化装置
６０  排気浄化触媒
７０  ＥＧＲ通路
７１  ＥＧＲ弁
７２  ＥＧＲクーラ
【図１】
2017190705.tif 000003
【図２】
2017190705.tif 000004
【図３】
2017190705.tif 000005
【図４】
2017190705.tif 000006