(57)【要約】【課題】ターボチャージャ及びＮＯｘ触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯｘ触媒の浄化能力を再生させる再生制御を実行する際の車両の加速応答性が悪化することを抑制可能な技術を提供する。【解決手段】内燃機関の排気通路に設けられたＮＯｘ触媒と、ＮＯｘ触媒よりも上流側の排気通路に設けられたタービン及び内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボチャージャと、ＮＯｘ触媒の浄化能力を再生させる再生制御が実行されるときには、少なくとも該再生制御が実行されないときと比較して内燃機関の吸入新気量を減少させ内燃機関から排出される排気の空燃比を低下させる吸入新気量減少手段と、を備え、再生制御が実行されるときの吸入新気量は、ターボチャージャのタービン回転数が所定値以上に保持される範囲において減少させられることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側の前記排気通路に設けられたタービン及び前記内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の浄化能力を再生させる再生制御が実行されるときには、少なくとも該再生制御が実行されないときと比較して前記内燃機関の吸入新気量を減少させ前記内燃機関から排出される排気の空燃比を低下させる吸入新気量減少手段と、
を備え、
前記再生制御が実行されるときの前記吸入新気量は、前記ターボチャージャのタービン回転数が所定値以上に保持される範囲において減少させられることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記再生制御が実行されるときの前記内燃機関の機関負荷が高いほど前記所定値が高く設定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記再生制御において、前記吸入新気量減少手段が吸入新気量を減少させるだけでは前記内燃機関から排出される排気の空燃比が前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の目標空燃比よりも高くなる場合には、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の前記排気通路に設けられる燃料添加弁による排気中への燃料添加、又は前記内燃機関に対するポスト噴射の少なくとも何れかが実行されることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記タービンに流入する排気の温度を調節可能なタービン流入排気温度調節手段を更に備え、
前記再生制御が実行されるときにおいて、前記タービン流入排気温度調節手段は前記タービンに流入する排気の温度を該再生制御が実行されないときと比較して上昇させることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記タービンに流入する排気の圧力を調節可能なタービン流入圧力調節手段を更に備え、
前記再生制御が実行されるときにおいて、前記タービン流入圧力調節手段は前記タービンに流入する排気の圧力を該再生制御が実行されないときと比較して上昇させることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、内燃機関から排出される排気中のＮＯｘを浄化する目的で内燃機関の排気通路に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」ともいう）が設けられる。ここで、ＮＯｘ触媒には、排気中のＮＯｘの他、ＳＯｘが吸蔵される。ＮＯｘ触媒へのＮＯｘやＳＯｘの吸蔵量が増加すると同触媒の浄化能力が低下するため、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を低下させてＮＯｘ触媒同触媒の浄化能力を再生する再生制御（例えば、ＮＯｘ還元処理、ＳＯｘ被毒回復処理等）が行われる（特許文献１、２参照）。
【０００３】
また、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を低下させる方法としては、内燃機関から還元剤を含んだ排気を排出させる場合がある。例えば、吸気絞り弁による吸入新気量の低減、気筒内への主噴射の後に行われるポスト噴射等により、気筒内への内燃機関から排出される排気の空燃比を低下させて該内燃機関から還元剤を含んだ排気を排出させることができる。また、排気通路に還元剤添加弁を備えて該還元剤添加弁から排気中に添加させる場合がある。また、上記２種類の方法を適宜組み合わせて排気浄化装置に還元剤を供給する場合もある。
【特許文献１】特開２００７−１７７７６３号公報
【特許文献２】特開２００３−１２０３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、ターボチャージャを備える内燃機関に具備されるＮＯｘ触媒の再生制御を行う場合、再生制御中に吸入新気量を減少させ過ぎるとターボチャージャのタービン回転数が過度に低くなる場合があり、車両に対して加速要求が出される場合の加速応答性が悪化する虞があった。
【０００５】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ターボチャージャ及び吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の浄化能力を再生させる再生制御を実行する際の車両の加速応答性が悪化することを抑制できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用する。
すなわち、内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側の前記排気通路に設けられたタービン及び前記内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の浄化能力を再生させる再生制御が実行されるときには、少なくとも該再生制御が実行されないときと比較して前記内燃機関の吸入新気量を減少させ前記内燃機関から排出される排気の空燃比を低下させる吸入新気量減少手段と、
を備え、
前記再生制御が実行されるときの前記吸入新気量は、前記ターボチャージャのタービン回転数が所定値以上に保持される範囲において減少させられることを特徴とする。
【０００７】
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元するときや、ＳＯｘ被毒の回復を
行うときには、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する空燃比（以下、「流入排気空燃比」ともいう）を低下させる再生制御が実行される。本発明では、再生制御が実行されるときには、少なくとも該再生制御が実行されないときと比較して内燃機関の吸入新気量を減少させる。そうすると、内燃機関の燃焼室内で酸素濃度を大幅に低下させることができ、しかもＮＯｘを還元させやすいＣＯが生成される。これによれば、ＮＯｘ等の還元剤を含み、且つ空燃比の低い排気を内燃機関から排出させることができる。
【０００８】
本発明においては、再生制御が実行されるときの吸入新気量は、ターボチャージャのタービン回転数が所定値以上に保持される範囲において減少させられる。ここで、所定値とは、運転者による車両の加速要求に対するターボラグを過度に増大させないように定められるタービン回転数の下限値であり、予め実験等によって定めておいても良い。
【０００９】
本発明によれば、再生制御が実行されるときにおいてもタービン回転数が所定値以上に保持される範囲で吸入新気量が減少させられるので、加速応答性が悪化することを抑制することができる。
【００１０】
ここで、再生制御を実行中に車両の加速要求が出される場合、内燃機関の機関負荷が高いときは該機関負荷が低い場合と比較して、運転者はよりレスポンスの良い車両の加速を望む傾向がある。そこで、本発明において、再生制御が実行されるときの内燃機関の機関負荷が高いほどタービン回転数の所定値が高く設定されても良い。
【００１１】
これによれば、再生制御を実行するときのタービン回転数が保持される下限値が機関負荷に応じて細やかに設定されるので、これに応じて吸入新気量の制御を精度良く行うことができる。尚、本発明における所定値は、機関負荷に応じて連続的に変更されても良いし、段階的に変更されても良い。
【００１２】
ここで、本発明における再生制御では、流入排気空燃比を最終的に目標空燃比まで低下させれば良い。すなわち、吸入新気量を減少させることのみによって内燃機関から排出される排気の空燃比が目標空燃比まで低下するとは限らない。吸入新気量を減少させたくても、タービン回転数を所定値以上に保持する観点から制限される場合があるからである。
【００１３】
本発明では、再生制御において、吸入新気量減少手段が吸入新気量を減少させても内燃機関から排出される排気の空燃比が流入排気空燃比の目標値である目標空燃比よりも高くなる場合がある。吸入新気量を減少させることにより得られる内燃機関からの排気の空燃比の目標値がそもそも目標空燃比よりもリーン側に設定される場合や、内燃機関からの排気の空燃比の目標値を目標空燃比に設定した場合であっても、タービン回転数を所定値以上に保持する観点から吸入新気量の減少が制限される場合があるからである。
【００１４】
そこで、本発明においては、再生制御において、吸入新気量減少手段が吸入新気量を減少させるだけでは内燃機関から排出される排気の空燃比が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の目標空燃比よりも高くなる場合には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流の排気通路に設けられる燃料添加弁による排気中への燃料添加、又は内燃機関に対するポスト噴射の少なくとも何れかが実行されても良い。
【００１５】
これによれば、再生制御を実行するときの吸入新気量の低減が制限される場合であっても、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を目標空燃比まで確実に低下させることができる。また、これらによれば内燃機関のトルクの増加を伴わずに流入排気空燃比を低下させることができるので、より好適である。
【００１６】
ここで、本発明において、再生制御が実行されるときのタービンのタービン回転数はタ
ービンに流入する排気の温度や、タービンに流入する排気の圧力に影響を受ける。これらが変化するとタービンに流入する排気の熱エネルギが増減するからである。
【００１７】
そこで、本発明において、タービンに流入する排気の温度を調節可能なタービン流入排気温度調節手段を更に備え、再生制御が実行されるときにおいてタービン流入排気温度調節手段はタービンに流入する排気の温度を該再生制御が実行されないときと比較して上昇させても良い。
【００１８】
また、本発明において、タービンに流入する排気の圧力を調節可能なタービン流入圧力調節手段を更に備え、再生制御が実行されるときにおいて、タービン流入圧力調節手段はタービンに流入する排気の圧力を該再生制御が実行されないときと比較して上昇させても良い。
【００１９】
すなわち、再生制御が実行されるときにタービンに流入する排気の温度やタービンに流入する排気の圧力を上昇させることで、タービンに流入する排気のエネルギが増加する。その結果、タービンに流入する排気の温度やタービンに流入する排気の圧力を上昇させない場合と比較してタービンのタービン回転数を増加させることができる。従って、タービンに流入する排気のエネルギの増加がタービン回転数の増加に寄与する分だけ、タービン回転数を所定値以上に保持した状態で吸入新気量をより少ない量まで減少させることが可能となる。
【００２０】
これによれば、再生制御が実行されるときの内燃機関から排出される排気の空燃比をより低い空燃比まで低下させることができる。これによれば、内燃機関へのポスト噴射及び／または燃料添加弁からの排気中への燃料添加にかかる燃料を節約することができる。ここで、タービンに流入する排気の温度、あるいは排気の圧力を上昇させる方法としては、例えば内燃機関への燃料を噴射するタイミングをより遅角側に制御して、燃料の噴射をリタードさせるようにしても良い。
【００２１】
なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明にあっては、ターボチャージャ及び吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備える内燃機関の排気浄化装置において、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の浄化能力を再生させる再生制御を実行する際の車両の加速応答性が悪化することを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。尚、本実施の形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、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。
【実施例１】
【００２４】
図１は本実施例に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関１と、その吸排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４サイクルディーゼルエンジンである。
【００２５】
内燃機関１には、吸気通路２及び排気通路３が接続されている。この吸気通路２の途中には、該吸気通路２を流れる吸気の量を調節する吸気絞り弁４が設けられている。この吸気絞り弁４は電動アクチュエータにより開閉される。吸気絞り弁４よりも上流の吸気通路
２には、吸気通路２を流れるガスを冷却するインタークーラ５が設けられている。更に、吸気通路２におけるインタークーラ５の上流には、排気の熱エネルギを駆動源として作動するターボチャージャ６のコンプレッサが格納されたコンプレッサハウジング６ａが設けられている。また、コンプレッサハウジング６ａよりも上流には吸気通路２内を流通する吸気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ７が設けられている。このエアフローメータ７により内燃機関１の吸入新気量が検出される。
【００２６】
一方、排気通路３の途中には、ターボチャージャ６のタービンが格納されたタービンハウジング６ｂが接続されている。また、タービンハウジング６ｂより上流の排気通路３には内燃機関１から排出される排気の空燃比に応じた信号を出力する空燃比センサ１２が設けられる。また、タービンハウジング６ｂより下流の排気通路３には、排気浄化装置としての吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」という）８が備えられている。ＮＯｘ触媒８は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し、且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを還元する機能を有する。このＮＯｘ触媒８は排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するパティキュレートフィルタに担持されていても良い。また、排気通路３はＮＯｘ触媒８の下流にて図示しないマフラーに接続されている。
【００２７】
上記の構成において、吸気通路２に導入された空気は、エアフローメータ７を通過し、コンプレッサハウジング６ａ内のコンプレッサによって過給されるとともに、インタークーラ５を経由して内燃機関１の各気筒に導入される。また、内燃機関１の燃焼室から排出された排気はタービンハウジング６ｂに流入してタービンを駆動する。そのあと排気通路３を通過し、ＮＯｘ触媒８を通過する際に排気中のＮＯｘが除去された後、最終的に大気中に放出される。  
【００２８】
本実施例では、排気通路３内を流通する排気の一部を吸気通路２へ再循環させるＥＧＲ装置９が備えられている。このＥＧＲ装置９は、ＥＧＲ通路９１及びＥＧＲ弁９２を備えて構成される。ＥＧＲ通路９１は、タービンハウジング６ｂよりも上流側の排気通路３と吸気通路２とを接続している。そして、このＥＧＲ通路９１を排気が流通することにより、内燃機関１から排出された排気の一部が吸気通路２へと再循環される。また、ＥＧＲ弁９２は、ＥＧＲ通路９１の通路断面積を調整することにより、該ＥＧＲ通路９１を流れるＥＧＲガスの量を調整する。
【００２９】
また、本実施例ではＮＯｘ触媒８より上流の排気通路３を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を噴射する燃料添加弁１０を備えている。ここで、燃料添加弁１０は、後述するＥＣＵからの指令信号により開弁して燃料を排気中に噴射する。そして、燃料添加弁１０から排気通路３内に噴射された燃料は、排気通路３の上流から流れてきた排気の空燃比をリッチにすると共にＮＯｘ触媒８に吸蔵されていたＮＯｘを還元する。
【００３０】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００３１】
また、ＥＣＵ２０には、上記センサの他、運転者がアクセルペダル１３を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ１４、及び機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１５が電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。一方、ＥＣＵ２０には、燃料噴射弁１６、燃料添加弁１０、吸気絞り弁４、ＥＧＲ弁９２等が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０によってこれらが制御される。
【００３２】
例えば、ＥＣＵ２０は、各種センサの出力信号から把握される内燃機関１の運転状態に基づき燃料噴射弁１６による燃料噴射に係る制御を実施する。燃料の噴射量および噴射時期は、基本的にはアクセル開度センサ１４により検出されるアクセルペダル１３の踏み込み量、クランクポジションセンサ１５により検出される機関回転数に基づき、予め設定されたマップ（図示省略）を参照して決定される。
【００３３】
また、ＥＣＵ２０は、各種センサの出力信号から把握される内燃機関１の運転状態に基づきＥＧＲ装置９に係る制御を実施する。すなわち、内燃機関１の運転状態に適合するＥＧＲ率が得られるようにＥＧＲ弁９２の弁開度の操作によりＥＧＲガス量を調節する。内燃機関１の定常運転時におけるＥＧＲ弁９２の開弁量は、基本的には内燃機関１の機関負荷や機関回転数に基づき、予め設定されたマップ（図示省略）を参照して決定される。
【００３４】
次に、ＮＯｘ触媒８の浄化能力を再生する再生制御の一例として、ＮＯｘ触媒８に吸蔵されているＮＯｘを還元するＮＯｘ還元処理に係る制御について説明する。本実施例では、ＮＯｘ触媒８のＮＯｘ還元処理を行うときに、該ＮＯｘ触媒８に流入する排気の空燃比（以下、「流入排気空燃比」という）を目標空燃比に向けて比較的に短い周期でスパイク的（短時間）にリッチとする所謂リッチスパイク制御を実行する。このリッチスパイク制御は、ＮＯｘ触媒８にてＮＯｘを還元するときの他に、ＮＯｘ触媒８に吸蔵されたＳＯｘによる被毒を回復させるＳＯｘ被毒回復処理を行うときにも行われる。すなわち、ＳＯｘ被毒回復処理も本発明における再生制御として例示できる。
【００３５】
リッチスパイク制御で、まず内燃機関１から排出される排気の空燃比を、ベース空燃比と比較して低下させる。ここで、このベース空燃比はリッチスパイク制御を実行しないときにおける内燃機関１の空燃比であり、該内燃機関１の負荷等により設定される空燃比である。ここで、内燃機関１から排出される排気の空燃比を低下させることを以下、「燃焼リッチ」と称すと、燃焼リッチを行うことで内燃機関１から排出される排気が低下され、その排気が排気通路３を流通する。
【００３６】
本実施例の燃焼リッチでは、内燃機関１への吸入新気量を減少させ、ＥＧＲガス量を増加させる。具体的には、ＥＣＵ２０が、吸気絞り弁４及びＥＧＲ弁９２の弁開度を制御する。すなわち、吸気絞り弁４を閉じ側へ制御することにより吸入新気量を減少させ、ＥＧＲ弁９２を開き側に制御することでＥＧＲガス量を増加させることとした。このように、燃焼リッチは、吸入新気量を減少させ、ＥＧＲガス量を増加させることで、燃焼室内での酸素濃度を大幅に低下させることができるので内燃機関１から排出される排気の空燃比を低下させることができる。また、燃焼リッチを行ったときに排出される排気には、ＮＯｘを還元させるためのＣＯや、未燃ＨＣ（還元成分）が多く含まれるため、これらをＮＯｘ触媒８に導入させることでＮＯｘの還元に寄与させることができる。
【００３７】
ここで、燃焼リッチを行うときの内燃機関１から排出される排気の空燃比の目標値を燃焼リッチ目標空燃比と称すと、本実施例における燃焼リッチ目標空燃比は、ＮＯｘ触媒８への目標空燃比より若干リーン側に設定することとした。例えば、目標空燃比を空燃比＝１４程度とし、燃焼リッチ目標空燃比をそして空燃比＝１７〜１８程度として設定しても良い。そして、本実施例では、燃焼リッチを行うことで燃焼リッチ目標空燃比まで低下した内燃機関１からの排気に燃料添加弁１０から燃料が添加させることで、排気の空燃比を目標空燃比までさらに低下させることとした。ここで、燃料添加弁１０から燃料を噴射させることにより排気の空燃比を低下させることを、以下「排気添加リッチ」と称す。
【００３８】
本実施例におけるリッチスパイク制御では、燃焼リッチと排気添加リッチとを組み合わせて、流入排気空燃比を目標空燃比まで低下させる。そして、この目標空燃比とされた排気がＮＯｘ触媒８に流入することにより、ＮＯｘ触媒８に吸蔵されたＮＯｘが還元される
。本実施例では、燃焼リッチを行う際に吸気絞り弁４を閉じ側へ制御して吸入新気量を減少させるＥＣＵ２０が本発明における吸入新気量減少手段に相当する。
【００３９】
ここで、図２は、燃焼リッチを行う場合の内燃機関１の機関負荷と吸入新気量との関係を例示した図である。ここで、内燃機関１がより低負荷であるほどベース空燃比がよりリーン側に設定され、燃料噴射弁１６からの燃料噴射量が少なくなる。すなわち、内燃機関１の負荷が低いほど、内燃機関１から排出される排気の空燃比を燃焼リッチ目標空燃比まで低下させる際の吸入新気量をより少ない量まで減少させる必要がある。従って、本実施例では、図示のように、内燃機関１が高負荷のときと比べて低負荷のときのほうが、燃焼リッチを行う際の吸入新気量はより少ない量まで減少させられる。
【００４０】
ここで、図中の縦軸に示す符号ＧａＬは、下限吸入新気量ＧａＬを示したものである。この下限吸入新気量ＧａＬは、燃焼リッチを実行する場合において、吸入新気量をこの値よりも少なくすると、タービンハウジング６ｂ内のタービンの回転数（以下、「タービン回転数」という）が基準回転数よりも低くなる虞があると判断できる吸入新気量の下限値である。また、基準回転数とは、運転者による車両の加速要求に対するターボラグを過度に増大させないために定められるタービン回転数に許容される下限値であり、予め実験的に定められる。また、下限吸入新気量ＧａＬと基準回転数との関係は予め実験的に求めておくことができる。本実施例では基準回転数が本発明における所定値に相当する。
【００４１】
以上のように、本実施例において燃焼リッチを行う場合、吸入新気量はタービン回転数が基準回転数以上に保持される範囲で減少させられる。なお、図２において、下限吸入新気量ＧａＬより高い領域では、吸入新気量と機関負荷との関係が直線で表されているが、例えば曲線の関係を示していても良い。また、吸入新気量は、機関負荷の増加に対して段階的に増加させても良い。
【００４２】
また、図２における下限吸入新気量ＧａＬは一定値として例示しているが、これに限定されない。燃焼リッチの実行中に車両の加速要求が出される場合、内燃機関１の機関負荷が高いほど、運転者はよりレスポンスの良い車両の加速を望む傾向がある。そこで、内燃機関１の機関負荷が高いほどタービン回転数に許容される下限値である基準回転数がより高回転側に設定されても良い。その結果、内燃機関１の機関負荷が高いほど下限吸入新気量ＧａＬは高い値として設定される。これによれば、内燃機関１の機関負荷に応じて吸入新気量の制御がより精度良く行われる。なお、上記の基準回転数、下限吸入新気量ＧａＬの設定は、機関負荷に応じて連続的に変更されても良いし、段階的に変更されても良い。
【００４３】
図３は、本実施例におけるＮＯｘ還元処理に係る制御ルーチンを示したフローチャートである。本ルーチンは内燃機関１の稼動時には所定時間毎にＥＣＵ２０により実行される。
【００４４】
本ルーチンが実行されると、まずステップＳ１０１では、ＮＯｘ還元処理に係るリッチスパイク制御の実行条件が成立しているか否かが判定される。本実施例におけるリッチスパイク制御の実行条件は、ＥＣＵ２０が内燃機関１の運転履歴からＮＯｘ触媒８に吸蔵されたＮＯｘ吸蔵量を推定し、ＮＯｘ吸蔵量が予め設定された閾値以上であるか否か判定される。ここでの閾値とは、ＮＯｘ触媒８が吸蔵可能なＮＯｘ量から所定のマージン分だけ減じた値であり、ＮＯｘ吸蔵量がこの値以上になった場合にＮＯｘ還元処理を実行すべきと判断できる値である。本ステップにおいてリッチスパイク制御の実行条件が成立していると判定された場合にはステップＳ１０２に進み、そうでない場合には本ルーチンを一旦抜ける。  
【００４５】
ステップＳ１０２では、アクセルペダル１３の踏み込み量、機関回転数に基づき内燃機
関１の運転状態を検出し、現在の運転状態に適した燃料噴射弁１６からの燃料噴射量が決定される。
【００４６】
ステップＳ１０３では、燃焼リッチを行う場合の吸入新気量の目標値が算出される。具体的には、図２に示すマップを参照し、内燃機関１から排出される排気の空燃比が燃焼リッチ目標空燃比になるように、上記燃料噴射量に対応する吸入新気量が決定される。ここで、この算出値が下限吸入新気量ＧａＬ以上である場合には、吸入新気量の目標値として上記算出値が採用される。一方、この算出値が下限吸入新気量ＧａＬよりも低い場合には、吸入新気量の目標値として下限吸入新気量ＧａＬが採用される。
【００４７】
ステップＳ１０４では、吸入新気量の目標値に適合するＥＧＲガス量の目標値が決定される。ここで、燃焼リッチを行う際のＥＧＲガス量の目標値は、予め吸入新気量との関係に基づき、予め設定されたマップ（図示省略）を参照して決定される。なお、燃焼リッチを行う際のＥＧＲガス量は、該燃焼リッチを行わないときと比較して、内燃機関１の燃焼状態が悪化しない範囲において増量される。
【００４８】
ステップＳ１０５では燃焼リッチが実行される。すなわち、エアフローメータ５の出力値、吸気絞り弁４、ＥＧＲ弁９２の現在の弁開度を読込み、吸入新気量とＥＧＲガス量とが夫々の目標値となるように、吸気絞り弁４、ＥＧＲ弁９２の弁開度を制御する。また、燃料噴射弁１６からの燃料噴射量がステップＳ１０２において決定された値に制御される。これにより、内燃機関１から排出される排気の空燃比が低下される。
【００４９】
ステップＳ１０６では、排気添加リッチを行う際の燃焼添加弁１０からの燃料添加量が算出される。ここでは、空燃比センサ１２の出力信号から内燃機関１から排出された排気の空燃比を検出し、予め設定される目標空燃比との関係に基づいて燃料添加量が算出される。そして、ステップＳ１０７では、Ｓ１０６にて算出された量の燃料が燃料添加弁１０から排気中に添加されることで排気添加リッチが実行される。本ステップが終了すると、本ルーチンを一旦抜ける。
【００５０】
以上のように、本実施例では、燃焼リッチおよび排気添加リッチを組み合わせ、ＮＯｘ触媒８に流入する排気の空燃比を目標空燃比まで低下させることで、ＮＯｘ触媒８に吸蔵されているＮＯｘの還元が行われる。また、燃焼リッチを行う場合、吸入新気量は下限吸入新気量ＧａＬ以上に保持される範囲、すなわちタービン回転数が基準回転数以上に保持される範囲で該吸入新気量が減少させられる。その結果、燃焼リッチを行っている最中に、運転者からの車両の加速要求が何時出されても、ターボチャージャ６のターボラグが過大となる虞がないので、加速応答性を良好に維持することができる。
【００５１】
また、本実施例では、リッチスパイク制御中におけるタービン回転数を基準回転数以上に維持されるように下限吸入新気量ＧａＬを設定する場合を例示的に説明したが、これに限定される趣旨ではない。例えば、リッチスパイク制御中におけるタービン回転数をセンサによってリアルタイムに検出し、タービン回転数が基準回転数以上に保持されるように吸気絞り弁４の弁開度を制御しても良いのは勿論である。
【００５２】
また、本実施例において、吸入新気量を下限吸入新気量ＧａＬ以上に保持される範囲で減少させた結果、内燃機関１から排出される排気の空燃比が燃焼リッチ目標空燃比よりも高くなると判断される場合には、排気添加リッチを行う代わりに燃料噴射弁１６から主噴射を行った後の膨張行程若しくは排気行程中に再度燃料を噴射するポスト噴射を行うことで内燃機関１からの排気を目標空燃比まで低下させても良い。あるいは、上記ポスト噴射と排気添加リッチを併用することで、ＮＯｘ触媒８に流入する排気の空燃比を目標空燃比まで低下させても良い。
【００５３】
また、本実施例においては、燃焼リッチを行う際の燃焼リッチ目標空燃比を、ＮＯｘ触媒８に流入する排気の目標空燃比よりもリーン側に設定しているが、これはあくまでも一例である。例えば、燃焼リッチ目標空燃比を目標空燃比と一致させることで、燃焼リッチのみによって内燃機関１から排出される排気の空燃比を目標空燃比まで低下させても良いのは勿論である。
【００５４】
その場合には、吸入新気量は下限吸入新気量ＧａＬ以上に保持される範囲で、内燃機関１から排出される排気の空燃比を目標空燃比まで低下させるべく減少させられる。そして、これだけでは排気の空燃比を目標空燃比まで低下することができない場合には、上述したポスト噴射、排気添加リッチ、あるいはこれらを適宜組み合わせて実行することで、排気の空燃比が最終的に目標空燃比まで低下させられる。ポスト噴射、排気添加リッチによれば内燃機関１のトルクの増加を伴わずに排気の空燃比を低下できるので、リッチスパイク制御中におけるドライバビリティも向上できる。
【実施例２】
【００５５】
次に実施例１とは異なる本発明の実施の形態を説明する。本実施例にかかる内燃機関１とその吸排気系は実施例１と同様であり、その説明を省略する。本実施例では、リッチスパイク制御にかかる燃焼リッチを行う際に、ＥＣＵ２０は内燃機関１への燃料噴射弁１６による燃料噴射を遅角側に制御して、燃料噴射の所謂リタードを行う点で実施例１に係る制御と相違する。
【００５６】
燃焼リッチを行う際に燃料噴射のリタードを併せて行うと内燃機関１の熱効率が低下する。その結果、内燃機関１から排出される排気の温度、排気の圧力が上昇することで、タービンハウジング６ｂに流入する排気の温度及び排気の圧力が上昇する。そして、タービンハウジング６ｂに流入する排気の温度が高いほど、流入する排気の圧力が高いほど、タービンに流入する排気のエネルギが増加し、タービン回転数が増加する。
【００５７】
図４は、タービンハウジングに流入する排気の温度又は排気の圧力と、下限吸入新気量ＧａＬとの関係を例示した図である。図示のように、本実施例では、タービンハウジングに流入する排気の温度が高いほど、流入する排気の圧力が高いほど、下限吸入新気量ＧａＬがより低くなるように該下限吸入新気量ＧａＬを設定することとした。これは、タービンに流入する排気のエネルギの増加がタービン回転数の増加に寄与する分だけ、タービン回転数を基準回転数以上に保持した状態で吸入新気量をより少ない量まで減少させることができるからである。
【００５８】
これにより、その結果、燃焼リッチの実行時に吸入新気量をより少なくすることができるので、内燃機関１から排出される排気の空燃比をより低い空燃比まで低下させることが可能となる。従って、燃料噴射弁１６からのポスト噴射、或いは燃料添加弁１０からの燃料添加にかかる燃料消費量を節約することができる。
【００５９】
なお、図４に示した関係は直線で表されているが曲線であっても良く、排気の温度又は排気の圧力の上昇に対して下限吸入新気量ＧａＬが段階的に低くなるように設定されても良いのは勿論である。また、この関係は、予め実験等により求めることができる。また、本実施例では、燃焼リッチを実行する際にタービンハウジング６ｂに流入する排気の温度及び排気の圧力を上昇させるＥＣＵ２０が、本発明におけるタービン流入排気温度調節手段、タービン流入圧力調節手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】実施例１に係る内燃機関の排気浄化装置を適用する内燃機関と、その吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】燃焼リッチを行う場合の内燃機関の機関負荷と吸入新気量との関係を例示した図である。
【図３】実施例１におけるＮＯｘ還元処理に係る制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図４】タービンハウジングに流入する排気の温度又は排気の圧力と、下限吸入新気量ＧａＬとの関係を例示した図である。
【符号の説明】
【００６１】
１・・・内燃機関
２・・・吸気通路
３・・・排気通路
４・・・吸気絞り弁
５・・・インタークーラ
６・・・ターボチャージャ
６ａ・・コンプレッサハウジング
６ｂ・・タービンハウジング
７・・・エアフローメータ
８・・・吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
９・・・ＥＧＲ装置
１０・・燃料添加弁
１６・・燃料噴射弁
２０・・ＥＣＵ
【図１】
2009108817.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2009108817.tif 000006