(57)【要約】【課題】ＮＯxパージを効率的且つ迅速に実行でき、これによりＮＯxパージに要する燃料量を節減できるエンジンの排気浄化装置を提供する。【解決手段】エンジン１の燃料カットを伴う車両の減速中において、ＮＯx吸蔵触媒１４のＮＯxパージを要し且つそれを実行可能な場合に、吸気スロットル弁８及び排気シャッター１３を閉弁し、ＥＧＲ弁１６を開弁して筒内１７の排気側と吸気側とをＥＧＲ通路１５を経て連通させた閉空間を形成し、閉空間内に閉じこめられた吸入空気を環流空気として環流させると共に、その環流空気中に燃料を噴射してリッチ化し、その後に排気シャッター１３を開弁し、ＥＧＲ弁１６を閉弁して閉空間内の環流空気を排気側に排出してＮＯx吸蔵触媒１４に供給し、以上のサイクルを繰り返すことにより間欠的にＮＯxパージを実行する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの吸気通路に設けられて吸気流量を制限可能な吸気スロットル弁と、
前記エンジンの排気通路に配設されたＮＯx吸蔵触媒の上流側に設けられて、排気流量を制限可能な排気シャッターと、
前記エンジンの排ガスをＥＧＲガスとして吸気側に環流させるＥＧＲ通路に介装され、該ＥＧＲガスの流量を制限可能なＥＧＲ弁と、
前記エンジンの燃料カットを伴う車両の減速中において、前記ＮＯx吸蔵触媒がＮＯxパージを要し且つＮＯxパージを実行可能な温度域にある場合にＮＯxパージの実行判定を下すパージ実行判定手段と、
前記パージ実行判定手段によりＮＯxパージの実行判定が下されたときに、前記吸気スロットル弁及び前記排気シャッターを閉弁し、前記ＥＧＲ弁を開弁して、前記エンジンの筒内の排気側と吸気側とを前記ＥＧＲ通路を経て連通させた閉空間を形成し、該閉空間内に閉じこめられた吸入空気を環流空気として環流させる第１の弁制御手段と、
前記第１の弁制御手段により前記閉空間内で環流空気が環流しているときに、該環流空気中に燃料を噴射してリッチ化するリッチ化手段と、
前記リッチ化手段による前記環流空気のリッチ化後に、前記排気シャッターを開弁し、前記ＥＧＲ弁を閉弁して前記閉空間内の環流空気を排気側に排出して前記ＮＯx吸蔵触媒に供給する第２の弁制御手段と
を備えたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記第１の弁制御手段による閉空間の形成、前記リッチ化手段による環流空気のリッチ化、及び前記第２の弁制御手段による前記ＮＯx吸蔵触媒への環流空気の供給を１サイクルとして、前記パージ実行判定手段により実行判定が下されている限り前記サイクルを繰り返し実行する
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記第１の弁制御手段は、前記エンジンの燃料カットを伴う車両の減速中において、前記パージ実行判定手段により前記ＮＯxパージの実行判定が下されなかったときにも、前記各弁の開閉制御により前記閉空間を形成して前記環流空気を環流させる
ことを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
前記第１の弁制御手段は、前記エンジンの回転速度が予め設定された所定値以上のときに、前記各弁の開閉制御による前記閉空間の形成を禁止する
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
前記リッチ化手段は、前記環流空気中に噴射した燃料の一部を燃焼させてトルク発生に寄与させる
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
前記第２の弁制御手段により前記ＮＯx吸蔵触媒に環流空気が供給された後に、前記排気シャッターを閉弁し、前記ＥＧＲ弁を開弁した上で、前記吸気スロットル弁を一時的に開弁する第３の弁制御手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項５に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】
前記第２の弁制御手段により前記排気シャッターの開弁及び前記ＥＧＲ弁の閉弁が実行されているときに、これと並行して前記吸気スロットル弁を一時的に開弁する第４の弁制御手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項５に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項８】
前記閉空間内の前記環流空気の空燃比を検出する空燃比検出手段をさらに備え、
前記第２の弁制御手段は、前記空燃比検出手段により検出された空燃比が予めリッチ側に設定された第１判定値に達したときに、前記各弁の開閉制御により前記環流空気を前記ＮＯx吸蔵触媒に供給する
ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。
【請求項９】
前記エンジンは、前記筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えており、
前記リッチ化手段は、前記燃料噴射弁に燃料を噴射させて前記環流空気をリッチ化する
ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気浄化装置に係り、詳しくはＮＯxパージを効率的に実行可能な排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素過剰雰囲気で燃焼を行うディーゼルエンジン等では、その特性上、従来型の三元触媒では排ガス中のＮＯx（窒素酸化物）を十分に浄化できないことから、排気浄化装置として酸素過剰雰囲気でもＮＯxを浄化可能なＮＯx吸蔵触媒が備えられている。ＮＯx吸蔵触媒は、排気空燃比がリーンとなる通常の運転時に排ガス中のＮＯxを吸蔵する一方、定期的に排気空燃比をリッチ化することによりＮＯx吸蔵触媒上にＨＣ（炭化水素）等を還元剤として供給し、吸蔵されているＮＯxを放出還元して大気中へのＮＯx排出を防止している（ＮＯxパージ）。
【０００３】
このようなＮＯxパージの手法として、例えば特許文献１の技術では、車両の減速時においてＥＧＲ弁を開弁すると共に吸気スロットル弁を閉弁し、さらにＮＯx吸蔵触媒の下流に設けた排気シャッターを閉弁した上で、ポスト噴射等により排気空燃比をリッチ化している。ＥＧＲの開弁によるＥＧＲガスの環流、吸気スロットル弁の閉弁による吸気流量の制限、排気シャッターの閉弁による排気流量の制限は、共にＮＯx吸蔵触媒を流通する排ガスの流量低減を目的としたものであり、これによりリッチ化のための燃料の節減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１２２２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の排気浄化装置による手法では、ＮＯxパージの効率が良好とは言い難かった。
即ち、排気シャッターを閉弁してＮＯx吸蔵触媒の下流側で排ガスを停滞させることは、排気空燃比のリッチ化により生成されたＨＣ等の還元剤のＮＯx吸蔵触媒への到達を妨げる要因になり、必然的にＮＯxパージの効率を低下させてしまう。結果として、より多くの還元剤をＮＯx吸蔵触媒に供給する必要が生じ、ポスト噴射量が増大して多量の燃料を消費してしまうという問題があった。
【０００６】
また、ＮＯx吸蔵触媒への還元剤の到達が妨げられた結果、ＮＯx吸蔵触媒上の排気空燃比は緩慢にリッチ化されることになる。周知のようにＮＯxの放出還元は、排気空燃比が急激にリッチ化された場合ほど活発になるため、特許文献１の技術のように緩慢にリッチ化される場合には、効率的なＮＯxの放出還元が望めなくなる。この点もポスト噴射量を増大させる要因になると共に、効率低下によりＮＯxパージの所要時間が長引くことは、車両の走行中の限られたＮＯxパージの機会を有効に活かせないことにもつながる。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ＮＯxパージを効率的且つ迅速に実行でき、これによりＮＯxパージに要する燃料量を節減することができるエンジンの排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明のエンジンの排気浄化装置は、エンジンの吸気通路に設けられて吸気流量を制限可能な吸気スロットル弁と、前記エンジンの排気通路に配設されたＮＯx吸蔵触媒の上流側に設けられて、排気流量を制限可能な排気シャッターと、前記エンジンの排ガスをＥＧＲガスとして吸気側に環流させるＥＧＲ通路に介装され、該ＥＧＲガスの流量を制限可能なＥＧＲ弁と、前記エンジンの燃料カットを伴う車両の減速中において、前記ＮＯx吸蔵触媒がＮＯxパージを要し且つＮＯxパージを実行可能な温度域にある場合にＮＯxパージの実行判定を下すパージ実行判定手段と、前記パージ実行判定手段によりＮＯxパージの実行判定が下されたときに、前記吸気スロットル弁及び前記排気シャッターを閉弁し、前記ＥＧＲ弁を開弁して、前記エンジンの筒内の排気側と吸気側とを前記ＥＧＲ通路を経て連通させた閉空間を形成し、該閉空間内に閉じこめられた吸入空気を環流空気として環流させる第１の弁制御手段と、前記第１の弁制御手段により前記閉空間内で環流空気が環流しているときに、該環流空気中に燃料を噴射してリッチ化するリッチ化手段と、前記リッチ化手段による前記環流空気のリッチ化後に、前記排気シャッターを開弁し、前記ＥＧＲ弁を閉弁して前記閉空間内の環流空気を排気側に排出して前記ＮＯx吸蔵触媒に供給する第２の弁制御手段とを備えたことを特徴とする（請求項１）。
【０００９】
このように構成したエンジンの排気浄化装置によれば、エンジンの燃料カットを伴う車両減速中に、吸気スロットル弁及び前記排気シャッターの閉弁、ＥＧＲ弁の開弁により形成された閉空間内で環流空気が環流すると共に、その環流空気が燃料噴射によってリッチ化され、その後に排気シャッターの開弁及びＥＧＲ弁の閉弁により環流空気が排出されてＮＯx吸蔵触媒に供給され、これによりＮＯxが放出還元される。
【００１０】
閉空間内から環流空気が排出されるとき、下流側の排気シャッターが開弁保持されているため環流空気の排出が妨げられることはなく、また、特許文献１の技術のようにＮＯx吸蔵触媒の下流側に閉弁状態の排気シャッターが存在しないため、排ガスの停滞によって環流空気の排出が妨げることもない。よって、閉空間内から排出された環流空気は円滑且つ迅速にＮＯx吸蔵触媒に到達する。
【００１１】
また、環流空気の供給によりＮＯx吸蔵触媒上の排気空燃比が急激にリッチ化されるため、ＮＯxの放出還元が活発に行われてＮＯxパージの効率が向上する。以上の要因により、例えば特許文献１の技術に比較して、より少量の燃料噴射で同等以上のＮＯxの放出還元作用が得られ、ＮＯxパージに要する燃料量を節減可能となる。
また、ＮＯxパージの効率が良好であるが故に所要時間を短縮化でき、車両の減速が短時間であっても、その機会をＮＯxパージのために有効に利用可能となる。
【００１２】
その他の態様として、前記第１の弁制御手段による閉空間の形成、前記リッチ化手段による環流空気のリッチ化、及び前記第２の弁制御手段による前記ＮＯx吸蔵触媒への環流空気の供給を１サイクルとして、前記パージ実行判定手段により実行判定が下されている限り前記サイクルを繰り返し実行するように構成することが好ましい（請求項２）。
この態様によれば、サイクルの繰り返しによりリッチ化された環流空気がＮＯx吸蔵触媒に間欠的に供給され、排気空燃比がリッチと非リッチとの間で急変を繰り返すことから、ＮＯxパージの効率を一層向上可能となる。
【００１３】
その他の態様として、前記第１の弁制御手段が、前記エンジンの燃料カットを伴う車両の減速中において、前記パージ実行判定手段により前記ＮＯxパージの実行判定が下されなかったときにも、前記各弁の開閉制御により前記閉空間を形成して前記環流空気を環流させるように構成することが好ましい（請求項３）。
この態様によれば、閉空間内で環流空気を環流させ続けることにより、エンジンのモータリングを許容してエンジンブレーキを発生させ、且つ環流空気の排出を防止して減速中のＮＯx吸蔵触媒の温度低下を抑制可能となる。
【００１４】
その他の態様として、前記第１の弁制御手段が、前記エンジンの回転速度が予め設定された所定値以上のときに、前記各弁の開閉制御による前記閉空間の形成を禁止するように構成することが好ましい（請求項４）。
この態様によれば、環流空気の環流量の増大により筒内圧力が上昇したときのエンジンの破損が未然に防止される。
【００１５】
その他の態様として、前記リッチ化手段が、前記環流空気中に噴射した燃料の一部を燃焼させてトルク発生に寄与させるように構成することが好ましい（請求項５）。
この態様によれば、閉空間内で環流空気を環流させているときのエンジンは、吸気流量及び排気流量を制限された特殊なモータリング状況にあるが、強めになりがちなエンジンブレーキによる減速感が適度なものに軽減される。
【００１６】
その他の態様として、前記第２の弁制御手段により前記ＮＯx吸蔵触媒に環流空気が供給された後に、前記排気シャッターを閉弁し、前記ＥＧＲ弁を開弁した上で、前記吸気スロットル弁を一時的に開弁する第３の弁制御手段をさらに備えることが好ましい（請求項６）。
この態様によれば、吸気スロットル弁の一時的な開弁により閉空間内には吸入空気が導入され、噴射燃料の燃焼により消費されたＯ2が補充され、このＯ2が次サイクルの噴射燃料の燃焼や触媒昇温に利用される。
【００１７】
その他の態様として、前記第２の弁制御手段により前記排気シャッターの開弁及び前記ＥＧＲ弁の閉弁が実行されているときに、これと並行して前記吸気スロットル弁を一時的に開弁する第４の弁制御手段をさらに備えることが好ましい（請求項７）。
この態様によれば、吸気スロットル弁の一時的な開弁により閉空間内には吸入空気が導入され、噴射燃料の燃焼により消費されたＯ2が補充され、このＯ2が次サイクルの噴射燃料の燃焼や触媒昇温に利用される。また、閉空間内から排出される環流空気の代わりに新たな吸入空気が閉空間内に導入されることから、互いに移送が促がされる。
【００１８】
その他の態様として、前記閉空間内の前記環流空気の空燃比を検出する空燃比検出手段をさらに備え、前記第２の弁制御手段が、前記空燃比検出手段により検出された空燃比が予めリッチ側に設定された第１判定値に達したときに、前記各弁の開閉制御により前記環流空気を前記ＮＯx吸蔵触媒に供給するように構成することが好ましい（請求項８）。
この態様によれば、検出された環流空気の空燃比が第１判定値に達したときに、第２の弁制御手段により環流空気がＮＯx吸蔵触媒に供給される。
【００１９】
その他の態様として、前記エンジンが、前記筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えており、前記リッチ化手段が、前記燃料噴射弁に燃料を噴射させて前記環流空気をリッチ化するように構成することが好ましい（請求項９）。
この態様によれば、既存の燃料噴射弁を利用して環流空気のリッチ化を実行可能となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のエンジンの排気浄化装置によれば、ＮＯxパージを効率的且つ迅速に実行でき、これによりＮＯxパージに要する燃料量を節減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態のディーゼルエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図である。
【図２】ＥＣＵが実行する減速時触媒制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】減速時触媒制御ルーチンに基づく車両減速中の制御状況を示すタイムチャートである。
【図４】ＥＣＵが実行する間欠パージ処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】車両を所定パターンで走行させたときのエンジンの排気温度と触媒温度Ｔcatとの変化状況を実施形態と特許文献１とで比較したタイムチャートである。
【図６】別例のＥＣＵが実行する間欠パージ処理ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明をディーゼルエンジンの排気浄化装置に具体化した一実施形態を説明する。
図１は本実施形態のディーゼルエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図である。
エンジン１は、走行用動力源として図示しない車両に搭載されている。エンジン１には各気筒共通のコモンレール２が備えられ、図示しない燃料噴射ポンプから燃料として供給される軽油が所定圧でコモンレール２内に蓄えられている。コモンレール２は各気筒に設けられた燃料噴射弁３に接続され、コモンレール２から供給される軽油が各燃料噴射弁３の開弁に伴ってそれぞれの筒内１７に噴射される。
【００２３】
エンジン１の吸気通路４には、上流側から吸入空気を濾過するエアクリーナ５、吸入空気を過給するターボチャージャ６のコンプレッサ６ａ、過給により温度上昇した吸入空気を冷却するインタークーラ７、吸入空気の流量を制限可能な吸気スロットル弁８が設けられ、吸気通路４の下流端は吸気マニホールド９に接続されている。
また、エンジン１の排気マニホールド１１には排気通路１２の上流端が接続され、排気通路１２には、上流側から排ガスの流量を制限可能な排気シャッター１３、排ガスにより回転駆動されるターボチャージャ６のタービン６ｂ、排ガス中に含まれるＮＯxを浄化する近接型のＮＯx吸蔵触媒１４、及び図示しないＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）、床下触媒、消音器等が設けられている。
【００２４】
排気マニホールド１１と吸気マニホールド９とはＥＧＲ通路１５を介して接続され、ＥＧＲ通路１５にはＥＧＲ弁１６が介装されている。排気マニホールド１１内の排ガスはＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路１５を経て吸気マニホールド９側に環流され、そのＥＧＲガスの流量がＥＧＲ弁１６の開度に応じて制限されるようになっている。
通常時のエンジン１の運転中において吸気スロットル８及び排気シャッター１３は開弁され、ＥＧＲ弁１６はエンジン１の運転領域に応じた開度に制御されている。エアクリーナ５を経て吸気通路４に導入された吸入空気は、ターボチャージャ６のコンプレッサ６ａにより過給された後にインタークーラ７、吸気スロットル弁８、吸気マニホールド９を経て各気筒の筒内１７に導入される。筒内１７では圧縮上死点近傍の所定のタイミングで吸入空気中に燃料噴射弁３から燃料が噴射され、その燃焼圧によりエンジントルクを発生すると共に、燃焼後の排ガスは排気マニホールド１１から排気通路１２に排出される。
【００２５】
排ガスは排気シャッター１３を経てターボチャージャ６のタービン６ｂを回転駆動し、その後にＮＯx吸蔵触媒１４でＮＯxを浄化された後、ＤＰＦ、床下触媒、消音器を経て外部に排出される。また排ガスの一部は、ＥＧＲ弁１６の開度に応じてＥＧＲ通路１５を経て吸気マニホールド９側に環流される。
車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ２０（電子制御ユニット）が設置されており、エンジン１の総合的な制御を行う。
【００２６】
ＥＣＵ２０の入力側には、走行中の車両の車速Ｖを検出する車速センサ２１、運転者によるアクセル開度θaccを検出するアクセルセンサ２２、エンジン１の回転速度Ｎeを検出する回転速度センサ２３、排気マニホールド１１内の空燃比を検出するリニアＯ2センサ２４（以下、ＬＡＦＳという）、ＮＯx吸蔵触媒１４の出口側の排気温度Ｔoutを検出する排気温度センサ２５、同じくＮＯx吸蔵触媒１４の下流側のＮＯx値を検出するＮＯxセンサ２６等の各種センサ類が接続され、それらの検出情報が入力されるようになっている。
【００２７】
また、ＥＣＵ２０の出力側には、上記した燃焼噴射弁３、吸気スロットル弁８、排気シャッター１３、ＥＧＲ弁１６等の各種デバイス類が接続され、それらのデバイス類がＥＣＵ２０からの指令に基づき駆動制御される。
ところで、［発明が解決しようとする課題］で述べたように、車両の減速時においてＥＧＲ弁を開弁、吸気スロットル弁を閉弁、触媒下流の排気シャッターを閉弁した上で、排気空燃比をリッチ化する特許文献１の技術では、ＮＯx吸蔵触媒の下流側で排ガスが停滞してＮＯx吸蔵触媒への還元剤の到達が妨げられ、且つ排気空燃比のリッチ化が緩慢になり、ＮＯxパージの効率が低下する虞があるという問題を抱えている。
【００２８】
本発明者は以上の問題点を鑑みて、効率的なＮＯxパージを実現するには特許文献１とは逆に、ＮＯx吸蔵触媒１４への還元剤の到達を促進し、且つＮＯx吸蔵触媒１４上での排気空燃比のリッチ化を急激に生起させることが重要であるとの知見に至った。
以下、この知見に基づきＥＣＵ２０により実行される制御について説明する。
図２はＥＣＵ２０が実行する減速時触媒制御ルーチンを示すフローチャートである。
【００２９】
詳細な説明に先立って減速時触媒制御の概要を述べると、当該制御は車両の減速中に実行されるものであり、減速開始の時点でＮＯxパージが不要或いは実行不能な場合には、燃料カットに伴う低温の吸入空気によるＮＯx吸蔵触媒１４の温度低下を抑制する冷却抑制処理が実行され、ＮＯxパージが必要且つ実行可能な場合には、筒内１７でリッチ化した吸入空気（後述する環流空気）を間欠的にＮＯx吸蔵触媒１４上に供給してＮＯxを放出還元させる間欠パージ処理が実行される。
【００３０】
ＥＣＵ２０は、ステップＳ１で車両が所定の減速中であるか否かを判定する。具体的には、車速センサ２１により検出された車速Ｖが０Km/h以上、アクセルセンサ２２により検出されたアクセル開度θaccが０％（アクセルオフ）、回転速度センサ２３により検出されたエンジン回転速度Ｎeがアイドル回転以上の３つの条件が設定されており、これらの全ての条件が成立したときに車両減速中と判断する。このような車両の減速中において、ＥＣＵ２０により実行されるエンジン制御では燃費節減のために燃料カットが実行される。
【００３１】
ステップＳ１の判定がＮo（否定）のときには一旦制御ルーチンを終了（リターン）し、判定がＹes（肯定）になるとステップＳ２に移行し、現在のＮＯx吸蔵触媒１４がＮＯxパージを要するか否かを判定する。具体的には、エンジン１の運転状態に基づき算出したＮＯx吸蔵触媒１４の上流側のＮＯx値ＵＰnoxと、ＮＯxセンサ２６により検出されるＮＯx吸蔵触媒１４の下流側のＮＯx値ＬＷnoxとを比較し、上流側のＮＯx値ＵＰnoxに対して下流側のＮＯx値ＬＷnoxが所定値α以上に低減されているときには、未だＮＯx吸蔵触媒１４がＮＯxの吸蔵限界に達していない（ＮＯxパージ不要）と見なす。
【００３２】
また、ＮＯx値ＵＰnoxとＮＯx値ＬＷnoxとの偏差が所定値α未満の場合には、ＮＯx吸蔵触媒１４がＮＯxの吸蔵限界に達している（ＮＯxパージ要）と見なす。但し、ＮＯxパージの判定手法はこれに限るものではなく、例えば上流側のＮＯx値ＵＰnoxについてもセンサで検出するようにしてもよい。
ステップＳ２の判定がＮoのときにはステップＳ３に移行し、冷却抑制処理として、ＥＧＲ弁１６を開弁（全開）し、排気シャッター１３を閉弁（全閉）し、吸気スロットル弁８を閉弁（全閉）し（第１の弁制御手段）、エンジン１の排気（吸入空気）を環流させてＮＯx吸蔵触媒１４へ排気が流れるのを抑制する。そして、冷却抑制処理を実施した後にステップＳ６に移行する。
【００３３】
図３は減速時触媒制御ルーチンに基づく車両減速中の制御状況を示すタイムチャートである。
なお、本来の図３は、後述する間欠パージ処理の制御状況を表すものであるが、間欠ＮＯxパージ処理の下準備として、ＥＧＲ弁１６を開弁（全開）し、排気シャッター１３と吸気スロットル弁８を閉弁（全閉）して排気（吸入空気）を環流させる制御状況は、冷却抑制処理と同様であるため、同図に基づき説明する。
【００３４】
運転者のアクセルオフにより燃料カットが開始されると共に車速Ｖが低下し始め、この時点で冷却抑制処理が開始されて直ちにＥＧＲ弁１６が開弁される。この開弁に対して若干遅れたタイミングで排気シャッター１３が緩やかに閉弁され、さらに遅れたタイミングで吸気スロットル弁８が緩やかに閉弁される。排気シャッター１３の閉弁により排気流量が制限され、吸気スロットル弁８の閉弁により吸気流量が制限されるが、これらはエンジントルクを急変させる要因になることから、ドライバビリティの悪化を抑制すべく緩やかに制御しているのである。
【００３５】
このときのエンジン１は燃料カットにより筒内１７での燃焼が中断され、駆動輪側からの逆駆動によりモータリングされているため、通常であれば、燃焼ガスに比較して極端に低温の吸入空気（外気）が排気としてそのまま排出されてＮＯx吸蔵触媒１４を急激に温度低下させる要因になる。上記のような冷却抑制処理が実行されることにより、各気筒の筒内１７はＥＧＲ通路１５を経て吸気側（吸気マニホールド９）と排気側（排気マニホールド１１）とを連通させた閉空間を形成し、その閉空間内にエンジン１からの排気、ここでは吸入空気が閉じ込められて環流し続ける（以下、このときの吸入空気を環流空気という）。
【００３６】
図２に戻って説明を続けると、ＥＣＵ２０はステップＳ２の判定がＹesのときにはステップＳ４に移行し、ＮＯx吸蔵触媒１４の温度ＴcatがＮＯxパージを実行可能なパージ温度域にあるか否かを判定する。パージ温度域の下限はＮＯx吸蔵触媒１４の活性下限温度であり、上限は過昇温の虞がない上限温度である。また触媒温度Ｔcatは、予めエンジン１の台上試験に基づきマップ設定された排気温度Ｔoutと触媒温度Ｔcatとの関係から推定する。ステップＳ４の判定がＮoのときにはステップＳ３に移行し、上記した冷却抑制処理を実行した後、ステップＳ６に移行する。
ステップＳ６では、燃料カットを伴う車両減速状態（車速Ｖが０Km/h以上、アクセル開度θaccが０％（アクセルオフ）、エンジン回転速度Ｎeがアイドル回転以上）が継続中であるかが判定される。ステップＳ６の判定がＹesのときにはステップＳ２に戻り、ステップＳ６の判定がＮoのときにはステップＳ７に移行して冷却抑制状態、すなわち排気還流状態を解除して制御ルーチンを終了（リターン）する。
【００３７】
本実施形態では、上記ステップＳ１，２，４の処理を実行するときのＥＣＵ２０が本発明のパージ実行判定手段として機能する。
以上のように、車両減速中において、ＮＯx吸蔵触媒１４が吸蔵限界に達しておらずＮＯxパージが不要な場合、及びＮＯxパージが必要であっても触媒温度Ｔcatがパージ温度域になくＮＯxパージを実行不能な場合には、冷却抑制処理の実行により閉空間内を環流空気が環流し続け、ＮＯx吸蔵触媒１４側への排出が防止される。
【００３８】
なお、冷却抑制処理は、車両減速中のＮＯx吸蔵触媒１４の温度低下を抑制できる反面、高回転域で実行するとＥＧＲ通路１５を経た環流空気の環流量が増大し、筒内圧力の上昇によりエンジン破損の虞が生じる。そこで、エンジン回転速度Ｎeが所定値（例えば１５００rpm）以上の場合には、このような事態を防止すべく冷却抑制処理の実行を禁止してもよい。この点は、後述する間欠パージ処理に関しても同様であり、所定回転速度Ｎe未満では間欠パージ処理を禁止する。
【００３９】
一方、ＥＣＵ２０はステップＳ４でＹesの判定を下した場合、即ち、ＮＯx吸蔵触媒１４が吸蔵限界に達してＮＯxパージを要し、且つ触媒温度Ｔcatがパージ温度域にありＮＯxパージを実行可能な場合には、ステップＳ５に移行して間欠パージ処理を実行する。
図４はＥＣＵ２０が実行する間欠パージ処理ルーチンを示すフローチャートである。
ＥＣＵ２０は、まずステップＳ１１でＥＧＲ弁１６を開弁（全開）し、排気シャッター１３を閉弁（全閉）し、吸気スロットル弁８を閉弁（全閉）する。上記したように当該処理でもステップＳ３の冷却抑制処理と同様に排気還流状態とされるが、その目的は温度低下の抑制ではなく、環流空気をリッチ化するための下準備として実行される。
【００４０】
続くステップＳ１２では、燃料噴射弁３を作動させて筒内１７に少量の燃料を噴射し、閉空間内の環流空気をリッチ化する。車両減速中のエンジン１は駆動輪側からの逆駆動によりエンジンブレーキを発生させているが、ステップＳ１１の各弁８,１３,１６の制御によりエンジン１は吸気流量及び排気流量を制限された特殊なモータリング状況にあることから、通常の燃料カットによる減速時に比較してエンジンブレーキが強めに発生する場合がある。ステップＳ１２での燃料噴射の本来の目的は環流空気のリッチ化にあり、例えば常識的なメイン噴射のタイミングの範囲内で実行されるが、その範囲内において噴射時期を進角するほど燃焼によりトルク発生に寄与する燃料が増加し、噴射時期を遅角するほどＮＯxパージに寄与する燃料が増加する。
【００４１】
そこで、通常の燃料カットによる減速時に相当するエンジンブレーキが発生するように、事前の台上試験によりエンジン１の運転領域に対応して最適な噴射時期をマップ設定しておき、ステップＳ１２ではマップから読み出した噴射時期に基づき燃料噴射を実行する。これにより、環流空気をリッチ化しつつ、運転者に過大な減速感も空走感も与えない適度なエンジンブレーキを発生させている。
【００４２】
ＥＣＵ２０は続くステップＳ１３で、ＬＡＦＳ２４により検出された空燃比A/Fが予めリッチ側に設定された第１判定値A/FHiに達したか否かを判定し、ＮoのときにはステップＳ１２に戻る。ＬＡＦＳ２４による検出対象は閉空間内の環流空気であり、ステップＳ１３の処理は、環流空気がＮＯx吸蔵触媒１４のＮＯxパージに好適な空燃比までリッチ化されたことを確認するためのものである。リッチ化の不足はＮＯxの迅速な放出還元が望めなくなり、逆に過剰なリッチ化はＮＯx吸蔵触媒１４の過昇温につながるため、これらの要件を考慮した過不足のないリッチ側の値として第１判定値A/FHiが設定されている。
【００４３】
なお、その時点のＮＯx吸蔵触媒１４のＮＯx吸蔵量や触媒温度等の諸条件に応じて、ＮＯxの放出還元の際に要求される環流空気の最適空燃比（＝還元剤の量）は相違することから、それに対応して第１判定値A/FHiを変化させてもよい。
ステップＳ１３の判定がＮoの間はステップＳ１２で燃料噴射が繰り返され、環流空気の空燃比は次第にリッチ側に変化する。そして、ステップＳ１３でＹesの判定を下すとステップＳ１４に移行し、ＥＧＲ弁１６を閉弁（全閉）し、排気シャッター１３を開弁（全開）する。続くステップＳ１５では、ステップＳ１４での弁制御から予め設定された排出時間Ｔexが経過したか否かを判定し、ＮoのときにはステップＳ１４に戻る。
【００４４】
ステップＳ１５の判定がＮoの間はステップＳ１４による各弁１３,１６の制御状態が保たれ、閉空間が排気側に開放され続ける。この時点の閉空間内は噴射燃料の一部の燃焼によって排気側（大気圧相当）よりも高圧に保たれているため、排気シャッター１３の開弁と共に閉空間内の環流空気は排気通路側に排出されてＮＯx吸蔵触媒１４に供給される。よって、ＮＯx吸蔵触媒１４はリッチ化された環流空気に晒され、環流空気に含まれるＨＣ等を還元剤として昇温及びＮＯx放出還元される。
【００４５】
排出時間Ｔexの過小はリッチ化された環流空気をＮＯxパージに有効利用できなくなり、排出時間Ｔexの過大は次のサイクルへの移行を遅延させる要因になることから、これらの要件を考慮した過不足のない値として排出時間Ｔexが設定されている。
そして、ステップＳ１５でＹesの判定を下すとステップＳ１６に移行し、ＥＧＲ弁１６を開弁（全開）し、排気シャッター１３を閉弁（全閉）する。これにより環流空気の排出が中止され、再び閉空間が形成される。その後、ステップＳ１７で吸気スロットル弁８を開弁し、直ちに閉弁する。この瞬間的な吸気スロットル弁８の開弁により閉空間内には僅かな吸入空気が導入され、噴射燃料の燃焼により消費されたＯ2（酸素）が補充される。なお、このときの吸気スロットル弁８の開弁は、必ずしも全開にする必要はない。
【００４６】
図２に戻り、ステップＳ５で上記間欠パージ処理が実行された後は、ステップＳ６に移行する。
ステップＳ６の判定がＹes、すなわち車両の減速が継続中であればステップＳ２に戻り、その後、ＥＣＵ２０は再び図２のステップＳ２以降のルーチンを実行し、未だＮＯx吸蔵触媒１４がＮＯxパージを要し（ステップＳ２）、ＮＯxパージを実行可能な温度域であれば（ステップＳ４）、ステップＳ５に移行して間欠パージ処理を実行する。そして、再び図３のルーチンを実行したときには、既にステップＳ１１の各弁８,１３,１６の制御状態、すなわち排気還流状態が保たれているためステップＳ１２に移行し、上記と同様の間欠パージ処理を繰り返す。
一方、ステップＳ６の判定がＮo、すなわち車両の減速状態が終了した（車速Ｖが０Km/h以上、アクセル開度θaccが０％（アクセルオフ）、エンジン回転速度Ｎeがアイドル回転以上の条件が満たされない）ときにはステップＳ７に移行し、排気還流状態を解除して制御ルーチンを終了（リターン）する。
【００４７】
本実施形態では、上記ステップＳ１１の処理を実行するときのＥＣＵ２０が本発明の第１の弁制御手段として機能し、ステップＳ１２の処理を実行するときのＥＣＵ２０が本発明のリッチ化手段として機能し、ステップＳ１４の処理を実行するときのＥＣＵ２０が本発明の第２の弁制御手段として機能し、ステップＳ１６，１７の処理を実行するときのＥＣＵ２０が本発明の第３の弁制御手段として機能する。
【００４８】
以上のＥＣＵ２０の処理に基づく間欠パージ処理の制御状況を図３に基づき説明する。
ステップＳ１１の処理によるＥＧＲ弁１６の開弁、排気シャッター１３の閉弁及び吸気スロットル弁８の閉弁の各タイミングは、上記した冷却抑制処理と同様であり、エンジントルクの急変防止のために段階的且つ緩やかに制御され、これにより形成された閉空間内を環流空気が環流する。
【００４９】
そして、ステップＳ１２での燃料噴射により閉空間内の環流空気がリッチ化された後、ステップＳ１４でのＥＧＲ弁１６の閉弁及び排気シャッター１３の開弁により、リッチ化された環流空気がＮＯx吸蔵触媒１４に供給されてＮＯxが放出還元される。その後、ステップＳ１６でのＥＧＲ弁１６の開弁及び排気シャッター１３の閉弁により再び閉空間が形成され、ステップＳ１７での吸気スロットル弁８の瞬間的な開弁により閉空間内にＯ2が補充される。このような閉空間の形成、環流空気のリッチ化、環流空気のＮＯx吸蔵触媒１４への供給、閉空間内へのＯ2の補充を１サイクルとし、図示の例では、車両が停止するまでサイクルの繰り返しによりＮＯxパージが間欠的に実行される。
【００５０】
図５は車両を所定パターンで走行させたときのエンジン１の排気温度（触媒入口）と触媒温度Ｔcatとの変化状況を実施形態の制御を行った場合と同実施形態の制御を行わなかった場合とで比較したタイムチャートである。
説明の前提として、ＮＯx吸蔵触媒１４が吸蔵限界に達してＮＯxパージを要する状態にあり、走行パターンとして停車からの加減速が３回繰り返されている。車両の加速時にはエンジン１の排気温度が上昇し、減速時には排気温度が低下し、それらの排気温度の上昇及び低下に対して遅れをもって触媒温度Ｔcatが上昇及び低下している。
【００５１】
最初の加速後の減速中には触媒温度Ｔcatがパージ温度域にないことから、本実施形態では冷却抑制処理が実行されて排気温度の低下が抑制されている。これに対して当該処理を行わない場合では、燃料カットに伴う低温の吸入空気の排出により排気温度が低下している。このため触媒温度に関しても、図では判り難いが本実施形態の方が減速中の低下が抑制される。
【００５２】
また、その後の３回の減速中には触媒温度Ｔcatがパージ温度域にあることから、本実施形態では間欠パージ処理が実行され、排気温度及び触媒温度の低下を抑制しつつ効率的にＮＯxパージが実行される。これに対して当該処理が行われない場合では、大きく温度低下した環境下でＮＯxパージが実行される。このような不適な温度条件も、ＮＯxパージの効率を低下させる要因になる。
【００５３】
本実施形態の間欠パージ処理は以上のようにして実行されており、以下に述べる２つの大きな特徴により特有の作用効果が得られる。
まず本実施形態の特徴は、閉空間内のリッチ化した環流空気を何ら妨げられることなく、円滑且つ迅速にＮＯx吸蔵触媒１４に供給する点にある。即ち、このときの環流空気は、噴射燃料の一部の燃焼で高められた閉空間内の圧力を利用して排気側に排出されると共に、その排出を開弁保持された排気シャッター１３が妨げることはない。さらに、特許文献１の技術のようにＮＯx吸蔵触媒の下流側に閉弁状態の排気シャッターが存在しないため、排ガスの停滞によって環流空気の排出が妨げられることもない。
【００５４】
よって、閉空間内から排出された環流空気は、円滑且つ迅速にＮＯx吸蔵触媒１４に到達してＮＯxの放出還元作用を奏する。このため、特許文献１の技術のようにＮＯx吸蔵触媒１４への還元剤の到達が妨げられて、より多くの還元剤の供給が必要となる事態を未然に回避でき、ＮＯxパージの効率を向上させることができる。
さらに本実施形態の特徴は、間欠ＮＯxパージ処理によりリッチ化された環流空気を間欠的にＮＯx吸蔵触媒１４に供給する点にもある。即ち、この環流空気の間欠的な供給により、ＮＯx吸蔵触媒１４上の排気空燃比はリッチと非リッチとの間で急変を繰り返し、急激なリッチ化によりＮＯx吸蔵触媒１４でのＮＯxの放出還元が活発に行われ、このような活発な放出還元がサイクル毎に繰り返される。以上の間欠的な放出還元状況は、例えば排気空燃比をリッチ側の一定値に保った場合に比較して、トータル的なＮＯxパージの効率が大幅に向上し、噴射燃料量に対する放出還元ＮＯx量の比率が大きく高まる。
【００５５】
以上の２つの特徴に基づく作用効果を奏することから、本実施形態によれば特許文献１の技術に比較して、より少量の燃料噴射で同等以上のＮＯxの放出還元作用が得られ、ＮＯxパージに要する燃料量を飛躍的に節減することができる。
また、ＮＯxパージの効率向上を別の観点から見ると、ＮＯxパージの迅速な実行による所要時間の短縮化として捉えることができる。このため車両の減速が短時間であっても、その機会をＮＯxパージのために有効に利用できる。
【００５６】
特に本実施形態の間欠ＮＯxパージ処理によれば、排気空燃比を迅速にリッチ化でき、しかも、たとえ１サイクル分（閉空間の形成、環流空気のリッチ化、環流空気のＮＯx吸蔵触媒１４への供給、閉空間内へのＯ2の補充）だけでもＮＯxパージを完結してＮＯxの放出還元作用が得られることから、ごく僅かな車両の減速でもＮＯxパージを実行できる。結果としてＮＯx吸蔵触媒１４の吸蔵サイトの大部分が常に空き状態に保たれ、良好なＮＯx浄化性能を発揮させることができる。
【００５７】
加えて本実施形態では、減速開始の時点でＮＯxパージが不要或いは実行不能な場合に冷却抑制処理を実行している。車両減速中のエンジン１は駆動輪側から逆駆動されてエンジンブレーキを発生させており、このエンジン１のモータリングを許容しつつ、冷温の吸入空気のＮＯx吸蔵触媒１４への排出を防止する必要があり、これらの要件を満足する手法が本実施形態の冷却抑制処理である。
【００５８】
当該処理によれば、閉空間内で環流空気を環流させ続けることにより、エンジン１のモータリングを許容してエンジンブレーキを発生させ、且つ環流空気の排出を防止することにより減速中のＮＯx吸蔵触媒１４の温度低下を抑制できる。そして、車両が停止してエンジン１がアイドル運転したり、或いはアクセル踏込みにより車両が加速状態に移行したりした場合、エンジン１の筒内１７での燃焼により温度上昇した排ガスの供給を受けてＮＯx吸蔵触媒１４は昇温される。このときの触媒温度は、その時点の排気温度等の条件のみならず、それまでの温度履歴の影響も受けるため、減速中に温度低下が抑制されていれば昇温後の触媒温度もより高温域に到達することになる。よって、減速終了後においてもＮＯx吸蔵触媒１４はより高い温度域に保たれ、ＮＯxパージの機会が増加するという利点が得られる。
【００５９】
一方、間欠パージ処理の実行中には、燃料噴射時期の最適化により噴射燃料の一部を適度に燃焼させてトルク発生に寄与させている。このため、間欠パージ処理の実行により強めになりがちなエンジンブレーキによる減速感を適度なものに軽減でき、これにより減速中のドライバビリティを向上することができる。
また、間欠パージ処理の各サイクルの終了直前には、吸気スロットル弁８を瞬間的に開弁して閉空間内に吸入空気を導入している（図４のステップＳ１７）。上記のように各サイクルでは、エンジンブレーキによる減速感の軽減のために一部燃料を燃焼させているため環流空気中にＯ2が必要であり、また、環流空気によりＮＯxパージを行う際にも反応熱による触媒昇温のためにＯ2が必要である。仮にステップＳ１７の処理を実行しない場合には、２回目以降のサイクルにおいて閉空間内でのＯ2不足により減速感の軽減や触媒昇温が十分に望めなくなる可能性がある。サイクル毎に閉空間内にＯ2を逐次補充することにより、全てのサイクルを同様な条件の下で実行でき、減速感の軽減や触媒昇温を十分に達成することができる。
【００６０】
さらに本実施形態では、各気筒の装備された既存の燃料噴射弁３を利用して環流空気をリッチ化していることから、リッチ化のために新たに燃料噴射弁を追加する必要がない。加えて、吸気スロットル弁８やＥＧＲ弁１６、或いはＬＦＳ２４等のセンサ類に関しても既存の装備である。よって、ＮＯx吸蔵触媒１４の上流側に排気シャッター１３を追加し、図２，４のルーチンに相当する制御プログラムをＥＣＵ２０に与えるだけで、極めて低コストで実施することができる。
【００６１】
ところで本実施形態では、ＥＧＲ弁１６の閉弁及び排気シャッター１３の開弁により閉空間内から環流空気を排出し（図４のステップＳ１４）、所定の排出時間Ｔexが経過すると（ステップＳ１５）、ＥＧＲ弁１６の開弁及び排気シャッター１３の閉弁により再び閉空間を形成した上で（ステップＳ１６）、吸気スロットル弁８の瞬間的な開弁によりＯ2を補充したが（ステップＳ１７）、その処理内容はこれに限るものではない。
【００６２】
例えば、図６の別例の間欠パージ処理ルーチンで示すように、ステップＳ１４によるＥＧＲ弁１６の閉弁及び排気シャッター１３の開弁と同時或いは直後に、ステップＳ２１で吸気スロットル弁８を瞬間的に開弁してもよい。この場合にはＥＧＲ弁１６の閉弁及び排気シャッター１３の開弁の実行中において、これと並行して吸気スロットル弁８が開弁されるため、閉空間内から排出される環流空気の代わりに新たな吸入空気が閉空間内に導入され、互いに移送が促がされてより円滑に行うことができる。
【００６３】
本実施形態では、上記ステップＳ２１の処理を実行するときのＥＣＵ２０が本発明の第４の弁制御手段として機能する。
さらに、この別例においては、リッチ化した環流空気の排出及び吸入空気の導入に伴い閉空間内の空燃比A/Fのリッチ度合いが次第に低下することから、排出時間Ｔexに代えて空燃比変化を指標として環流空気の排出を中止してもよい。具体的には、予め環流空気の排出開始を判定する第１判定値A/FHiよりもストイキ側に第２判定値A/FLOを設定しておき、ステップＳ２２で空燃比A/Fのリッチ度合いが低下して第２判定値A/FLOに達した時点で、それ以上の環流空気の排出は不要と見なし、続くステップＳ２３でＥＧＲ弁１６の開弁及び排気シャッター１３の閉弁を行えばよい。このように実際の空燃比変化に基づき判定すれば、環流空気の排出がより的確なタイミングで中止されるため、リッチ化された環流空気を無駄なくＮＯxパージに利用できると共に、次のサイクルをより早期に開始してＮＯxパージの効率を一層向上することができる。
【００６４】
また本実施形態では、間欠パージ処理中において各サイクルを図４のルーチンに基づき同一の制御内容で実行したが、ＮＯxパージの進行状況（例えばＮＯx吸蔵量の減少や触媒温度の変化）に応じて要求される最適な制御内容（例えば、第１判定値A/FHi等）が変化するため、それに対応して各サイクルの制御内容を相違させてもよい。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態ではディーゼルエンジン１の排気浄化装置に具体化し、その近接型のＮＯx吸蔵触媒１４のＮＯxパージに利用したが、エンジンや触媒の種別はこれに限るものではない。例えば、筒内噴射型ガソリンエンジンや吸気管噴射型ガソリンエンジンに適用し、その排気通路に設けられたＮＯx吸蔵触媒のＮＯxパージに利用してもよいし、床下に設置したＮＯx吸蔵触媒のＮＯxパージに利用してもよい。
【００６５】
また上記実施形態では、既存の燃料噴射弁３を利用して環流空気をリッチ化したが、吸気管噴射型ガソリンエンジンでは、閉空間内に燃料を噴射できない位置に燃料噴射弁が配設されているものもある。このような場合には、例えばＥＧＲ通路１５に間欠ＮＯxパージ専用の燃料噴射弁を設けて燃料を噴射すればよい。
また上記実施形態では、図２のステップＳ１，２，４の条件が成立する限り間欠ＮＯxパージを継続したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば１サイクルのみの実行或いは数サイクルの実行の後に間欠ＮＯxパージを中止してもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１    エンジン
３    燃料噴射弁
４    吸気通路
８    吸気スロットル弁
１２  排気通路
１３  排気シャッター
１４  ＮＯx吸蔵触媒
１５  ＥＧＲ通路
１６  ＥＧＲ弁
１７  筒内
２０  ＥＣＵ（パージ実行判定手段、リッチ化手段、第１の弁制御手段、
第２の弁制御手段、第３の弁制御手段、第４の弁制御手段）
２４  ＬＦＳ（空燃比検出手段）
【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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