(57)【要約】【課題】例えばＮＯｘ等の排気を浄化する内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＥＧＲ触媒の損傷を防止しつつ、効率良くＥＧＲ触媒を再生する。【解決手段】排気浄化システム（１００）は、排気系から吸気系へ排気を還流させるＥＧＲ通路（３１）を備えると共に吸気に係る空燃比を変更可能である内燃機関（１０）において排気を浄化する。排気浄化システム（１００）は、ＥＧＲ通路に配置され、還流される排気を浄化するＥＧＲ触媒（３２）と、空燃比をリッチとする一連のリッチ燃焼が一回又は複数回行われる都度に、ＥＧＲ触媒で再生燃焼が行われるように内燃機関を制御する再生燃焼制御手段（４０）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系から吸気系へ排気を還流させるＥＧＲ通路を備えると共に吸気に係る空燃比を変更可能である内燃機関において前記排気を浄化する排気浄化システムであって、
前記ＥＧＲ通路に配置され、前記還流される排気を浄化するＥＧＲ触媒と、
前記空燃比をリッチとする一連のリッチ燃焼が一回又は複数回行われる都度に、前記ＥＧＲ触媒で再生燃焼が行われるように前記内燃機関を制御する再生燃焼制御手段と
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】
前記再生燃焼制御手段は、前記リッチ燃焼の合間に、前記再生燃焼が行われるように前記内燃機関を制御す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システム。
【請求項３】
前記再生燃焼制御手段は、前記リッチ燃焼の直後に、前記再生燃焼が行われるように前記内燃機関を制御することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
排気系から吸気系へ排気を還流させるＥＧＲ通路を備えると共に吸気に係る空燃比を変更可能である内燃機関において前記排気を浄化する排気浄化システムであって、
前記ＥＧＲ通路に配置され、前記還流される排気を浄化するＥＧＲ触媒と、
前記ＥＧＲ触媒に付着するＰＭ付着量が所定量を超える以前に、前記ＥＧＲ触媒で再生燃焼が行われるように記内燃機関を制御する再生燃焼制御手段と
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５】
前記再生燃焼制御手段は、前記再生燃焼が行われない期間中に累積される、前記ＰＭ付着量の指標となる所定種類の指標値が、所定閾値を越えた場合に、前記再生燃焼が行われるように前記内燃機関を制御することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項６】
前記再生燃焼制御手段は、前記指標値として、前記空燃比をリッチとするリッチ燃焼及び前記空燃比をストイキとするストイキ燃焼のうち少なくとも一方の燃焼が、前記再生燃焼が行われないまま実行された累積時間が、前記所定閾値としての時間閾値を超えた場合に、前記再生燃焼が行われるように前記内燃機関を制御することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項７】
前記再生燃焼制御手段は、前記指標値として、前記再生燃焼が行われないまま前記内燃機関の気筒内に供給された燃料の累積供給量が、前記所定閾値としての供給量閾値を超えた場合に、前記再生燃焼が行われるように前記内燃機関を制御することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項８】
前記再生制御手段は、前記指標値として、前記内燃機関の運転状態を示す一又は複数のパラメータの所定関数として算出された前記ＰＭ付着量の算出値が、前記所定閾値として算出値閾値を超えた場合に、前記再生燃焼が行われるように前記内燃機関を制御することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項９】
前記再生燃焼制御手段は、（ｉ）少なくとも一部の気筒で前記空燃比をリーンとするリーン燃焼が行われる制御、（ｉｉ）前記排気とは別に空気又は酸素を前記ＥＧＲ触媒に対して選択的に導入する導入手段で、前記空気又は酸素を導入する制御、並びに（ｉｉｉ）吸気バルブ及び排気バルブのうち少なくとも一方の開閉タイミングを可変とする可変動弁手段で、少なくとも一部の気筒における前記吸気バルブ及び排気バルブのうち少なくとも一方のバルブの開閉タイミングが、前記排気をリーンにする側に進角又は遅角される制御のうち少なくとも一つによって、前記再生燃焼が行われるように前記内燃機関を制御することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１０】
前記ＥＧＲ触媒は、酸化触媒、ＮＯｘ吸蔵触媒、三元触媒、及びパティキュレートフィルタのうち少なくとも一つから構成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に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】
本発明は、例えばＮＯｘ等の排気を浄化する内燃機関の排気浄化システムの技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の排気浄化システムとして、例えばＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）通路、及び補助触媒として機能するＥＧＲ触媒を備え、内燃機関の冷間時で、主触媒として機能する排気浄化手段が活性状態にない場合に、ＥＧＲ触媒を用いて排気を浄化するものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
また、燃料サイクルにおいて主噴射より後に副噴射を行って、排気温度を上昇させることで、ＥＧＲ触媒に堆積した粒子状物質（以下、「ＰＭ（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）」と言う）を燃焼により除去し、ＥＧＲ触媒の触媒機能を再生させる排気浄化システムがある（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２６４８２１号公報
【特許文献２】特開２００５−１６３９３号公報
【発明の開示】
【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の排気浄化システムによれば、ＥＧＲ触媒の再生について何ら検討がされておらず、内燃機関における空燃比をリッチとするリッチ燃焼が長時間続いた後に、空燃比をリーンとするリーン燃焼が行われると、長時間のリッチ燃焼で大量に付着したＰＭが、リーン燃焼で排出された多量の酸素で一気に燃焼される。この燃焼により、触媒温度が急激に上昇されると、ＥＧＲ触媒の溶解或いは早期劣化を招きかねないという技術的問題点がある。
【０００６】
また、特許文献２の排気浄化システムによれば、副噴射として、単にＰＭを除去するためだけの燃料が噴射されるので、燃費の悪化を招いてしまうという技術的問題点もある。
【０００７】
本発明は、上述した問題点に鑑みなされたものであり、例えばＥＧＲ触媒の損傷を防止しつつ、効率良くＥＧＲ触媒を再生可能な内燃機関の排気浄化システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る第１の内燃機関の排気浄化システムは上記課題を解決するために、排気系から吸気系へ排気を還流させるＥＧＲ通路を備えると共に吸気に係る空燃比を変更可能である内燃機関において前記排気を浄化する排気浄化システムであって、前記ＥＧＲ通路に配置され、前記還流される排気を浄化するＥＧＲ触媒と、前記空燃比をリッチとする一連のリッチ燃焼が一回又は複数回行われる都度に、前記ＥＧＲ触媒で再生燃焼が行われるように前記内燃機関を制御する再生燃焼制御手段とを備える。
【０００９】
本発明の第１の内燃機関の排気浄化システムによれば、適用される内燃機関として、例えば希薄燃焼エンジンが使用される。内燃機関は、例えばスロットル等の吸入空気量調整手段、ポート噴射や筒内噴射に係る燃料噴射弁等の燃料噴射量若しくは供給量調整手段、ＥＧＲ通路等に設けられ排気とは別ルートで触媒へ導入する空気量を調整する空気量調整手段、並びに空燃比を可変とするようにこれらの調整手段の少なくとも一部を制御するＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等の制御手段を備える。
【００１０】
ＥＧＲ通路は、このような内燃機関から排出される排気の一部を、該内燃機関の吸気系に還流させる。ＥＧＲ触媒は、典型的には、ＥＧＲ通路を還流される排気中のスート（煤、カーボン）やＳＯＦ（重質ＨＣ）等のＰＭを捕集する。
【００１１】
再生燃焼制御手段は、例えば、プロセッサ、メモリなどを含んでなるＥＣＵ等の一部から構成され、ＥＧＲ触媒で再生燃焼が行われるように、ＥＧＲ触媒における空気又は酸素量を増大させる。ここで「再生燃焼」は、例えば内燃機関の空燃比をリーンとするように上述の調整手段の少なくとも一部を変化させたり、排気とは別ルートでＥＧＲ触媒へ導入される空気又は酸素量を増大させる制御を行う。
【００１２】
本発明の第１の排気浄化システムは、空燃比をリッチとするリッチ燃焼が１回又は複数回行われる都度に再生燃焼を行う。ここで「リッチ燃焼が１回又は複数回行われる都度」は、例えば１回又は複数回のリッチ燃焼でＥＧＲ触媒にＰＭが付着した都度であり、第１の排気浄化システムでは、例えばＰＭ付着量の多少と無関係に、再生燃焼が行われる。但し、ＰＭ付着量は多くとも、例えば再生燃焼で触媒温度の急激な上昇を招かない量とする。具体的には、例えばリッチ燃焼が１回又は複数回行われると、ＥＧＲ触媒に多少のＰＭが付着される。この状態で、再生燃焼によりＥＧＲ触媒に空気又は酸素が導入されると、付着したＰＭが酸化（即ち燃焼）され、ＥＧＲ触媒から除去される。
【００１３】
以上のように、ＥＧＲ触媒にＰＭが付着した時機に再生燃焼を行うので、ＥＧＲ触媒において、触媒温度が急激に上昇することがなく、ＥＧＲ触媒が損傷するのを防止すると共に、ＥＧＲ触媒を効率的に再生することができる。特に、後述する第２の内燃機関の場合の如くＰＭ付着量を推定或いは検出する動作や処理を要することなく、１回又は複数回のリッチ燃焼の都度にＥＧＲ触媒で再生燃焼が行われるように制御すればよいので、全体として容易にして或いは単純にして、ＥＧＲ触媒を効率的に再生できる。
【００１４】
本発明に係る第１の内燃機関の排気浄化システムの一態様では、前記再生燃焼制御手段は、前記リッチ燃焼の合間に、前記再生燃焼が行われるように前記内燃機関を制御する。
【００１５】
この態様によれば、「合間」は、例えば一又は複数の燃焼サイクルにおいて、１回目のリッチ燃焼と２回目のリッチ燃焼との間であったり、２回目のリッチ燃焼と４回目のリッチ燃焼との間等である。このように、リッチ燃焼の合間で、例えば燃焼サイクルに影響しないように、再生制御を行うための時機を設定することができる。
【００１６】
この態様では、前記再生燃焼制御手段は、前記リッチ燃焼の直後に、前記再生燃焼が行われるように前記内燃機関を制御してもよい。
【００１７】
このように構成すれば、ＥＧＲ触媒にＰＭが付着した直後に、付着したＰＭがＥＧＲ触媒から除去されるので、ＥＧＲ触媒の浄化効率を常時最高に維持することができる。ここに「直後」とは、文字通りの直後でもよいが、燃焼サイクルにおいてマージン等を含めて実質的に直後とみなせる時点であってもよく、少なくとも次回のリッチ燃焼の開始時点よりも早い時点或いは次回のリッチ燃焼の開始時点よりも今回のリッチ燃焼の終了時点に近い時点を意味する。
【００１８】
本発明に係る第２の内燃機関の排気浄化システムは上記課題を解決するために、排気系から吸気系へ排気を還流させるＥＧＲ通路を備えると共に吸気に係る空燃比を変更可能である内燃機関において前記排気を浄化する排気浄化システムであって、前記ＥＧＲ通路に配置され、前記還流される排気を浄化するＥＧＲ触媒と、前記ＥＧＲ触媒に付着するＰＭ付着量が所定量を超える以前に、前記ＥＧＲ触媒で再生燃焼が行われるように記内燃機関を制御する再生燃焼制御手段とを備える。
【００１９】
本発明の第２の内燃機関の排気浄化システムによれば、第１の排気浄化システムと同様に、適用される内燃機関として、例えば希薄燃焼エンジンが使用される。内燃機関は、例えば吸入空気量調整手段、燃料噴射量若しくは供給量調整手段、空気量調整手段、並びに空燃比を可変とするようにこれらの調整手段の少なくとも一部を制御するＥＣＵ等の制御手段を備える。
【００２０】
ＥＧＲ通路は、このような内燃機関から排出される排気の一部を、該内燃機関の吸気系に還流させる。ＥＧＲ触媒は、典型的には、ＥＧＲ通路を還流される排気中のＰＭを捕集又は浄化する。
【００２１】
再生燃焼制御手段は、例えば、ＥＣＵ等の一部から構成され、ＥＧＲ触媒で再生燃焼が行われるように、ＥＧＲ触媒における空気又は酸素量を増大させる。ここで「再生燃焼」は、例えば内燃機関の空燃比をリーンとするように上述の調整手段の少なくとも一部を変化させたり、排気とは別ルートでＥＧＲ触媒へ導入される空気又は酸素量を増大させる制御を行う。
【００２２】
本発明の第２の排気浄化システムは、第１の排気浄化システムがリッチ燃焼の都度に再生燃焼を行うのに対し、ＰＭ付着量が所定量を超える以前に、再生燃焼を行う。ここで「ＰＭ付着量」は、粒子状物質であるＰＭがＥＧＲ触媒に付着又は堆積する量を意味し、その単位は、重量でもよいし、基準重量に対する割合若しくは百分率或いは倍率でもよい。或いは、体積でもよいし、基準体積に対する割合若しくは百分率或いは倍率でもよい。ＰＭ付着量は、例えばリッチ燃焼の継続時間、又は燃料噴射量、又は回転数及び負荷等の内燃機関の運転条件に基づいて出力される。「所定量」は、例えば実験結果等により、再生燃焼で触媒温度の急激な上昇を招いた量として予め設定されている。この際、所定量は、固定値（即ち固定値で与えられた閾値）として予め設定されてもよいし、或いは、ＰＭ付着量に関連する一又は複数のパラメータの関数（即ち、関数で与えられた閾値）として予め設定され、その具体的な値が実際の内燃機関の運転状態等に応じてリアルタイム的に可変に設定されてもよい。「以前」は、例えばＰＭ付着量が所定量を超える直前であって、この以前におけるＰＭ付着量は、再生燃焼で触媒温度の急激な上昇を招かない限界量に対応する。第２の排気浄化システムでは、例えば余計に再生燃焼が行われることなく、再生燃焼の実行回数を最小限或いは最小限付近に抑えることも可能となる。具体的に、例えばＰＭ付着量が限界量を超えると、再生燃焼によりＥＧＲ触媒に空気又は酸素が導入される。すると、導入された空気又は酸素により、ＥＧＲ触媒に付着したＰＭが酸化され、ＥＧＲ触媒から除去される。
【００２３】
以上のように、ＰＭ付着量が限界量を超える時機に再生燃焼を行うので、ＥＧＲ触媒において、触媒温度が急激に上昇することがなく、ＥＧＲ触媒が損傷するのを防止すると共に、ＥＧＲ触媒をより効率的に再生することができる。特に、上述した第１の内燃機関の場合の如くＰＭ付着量と無関係に（即ち、場合によっては、むやみに或いは不必要なまでに）ＥＧＲ触媒を再生する制御を実行しないので、ＥＧＲ触媒の再生を効率的に行えると共に全体として内燃機関の運転を効率的に行える。
【００２４】
本発明に係る第２の内燃機関の排気浄化システムの一態様では、前記再生燃焼制御手段は、前記再生燃焼が行われない期間中に累積される、前記ＰＭ付着量の指標となる所定種類の指標値が、所定閾値を越えた場合に、前記再生燃焼が行われるように前記内燃機関を制御する。
【００２５】
この態様によれば、「所定種類の指標値」は、ＰＭ付着量と比例関係にある指標値であり、ＰＭ付着量の値を、例えば時間に換算した値、燃料噴射量に換算した値、排気量に換算した値、再生燃焼時における熱量又は温度に換算した値等である。「所定閾値」は、再生燃焼で触媒温度の急激な上昇を招かない限界量である。この際、所定閾値は、固定値として予め設定されてもよいし、或いは、ＰＭ付着量に関連する一又は複数のパラメータの関数として予め設定され、具体的な値が実際の内燃機関の運転状態等に応じてリアルタイム的に可変に設定されてもよい。「所定閾値を超えた場合」は、所定閾値より大きくなった場合又は所定閾値以上になった場合である。この場合に、例えば指標値が限界量を超えると、再生燃焼が行われる。これにより、例えば余計に再生燃焼が行われることなく、再生燃焼の実行回数を最小限或いは最小限付近に抑えることも可能となる。
【００２６】
本発明に係る第２の内燃機関の排気浄化システムの他の態様では、前記再生燃焼制御手段は、前記指標値が前記所定閾値を越えるか否かを判定する判定手段を備え、該判定手段により前記指標値が前記所定閾値を越えると判定された場合に、前記再生燃焼が行われるように前記内燃機関を制御する。
【００２７】
この態様によれば、判定手段による判定結果に基づいて、再生燃焼が行われる。これにより、例えば余計に再生燃焼が行われることなく、再生燃焼の実行回数を最小限に抑えることができる。
【００２８】
この態様では、前記再生燃焼制御手段は、前記指標値として、前記空燃比をリッチとするリッチ燃焼及び前記空燃比をストイキとするストイキ燃焼のうち少なくとも一方の燃焼が、前記再生燃焼が行われないまま実行された累積時間が、前記所定閾値としての時間閾値を超えた場合に、前記再生燃焼が行われるように前記内燃機関を制御してもよい。
【００２９】
このように構成すれば、例えばリッチ燃焼の累積時間が時間閾値を超える、又はリッチ燃焼及びストイキ燃焼の累積時間が時間閾値を超えると、再生燃焼が行われる。ここに「時間閾値」は、除去すべき際におけるＰＭ付着量に対応する時間として、例えば、予め実験的、経験的に又はシミュレーション等により求められ、メモリ等に設定された値である。これにより、例えば余計に再生燃焼が行われることなく、再生燃焼の実行回数を最小限或いは最小限付近に抑えることも可能となる。
【００３０】
前記指標値が前記所定閾値を超えた場合に前記再生燃焼が行われる態様では、前記再生燃焼制御手段は、前記指標値として、前記再生燃焼が行われないまま前記内燃機関の気筒内に供給された燃料の累積供給量が、前記所定閾値としての供給量閾値を超えた場合に、前記再生燃焼が行われるように前記内燃機関を制御してもよい。
【００３１】
このように構成すれば、例えば燃料が供給される都度、供給された燃料の供給量が累積され、累積された累積供給量が供給量閾値を超えると、再生燃焼が行われる。ここに「供給量閾値」は、除去すべき際におけるＰＭ付着量に対応する供給量として、例えば、予め実験的、経験的に又はシミュレーション等により求められ、メモリ等に設定された値である。これにより、例えば余計に再生燃焼が行われることなく、再生燃焼の実行回数を最小限或いは最小限付近に抑えることも可能となる。
【００３２】
前記指標値が前記所定閾値を超えた場合に前記再生燃焼が行われる態様では、前記再生制御手段は、前記指標値として、前記内燃機関の運転状態を示す一又は複数のパラメータの所定関数として算出された前記ＰＭ付着量の算出値が、前記所定閾値として算出値閾値を超えた場合に、前記再生燃焼が行われるように前記内燃機関を制御してもよい。
【００３３】
このように構成すれば、「一又は複数のパラメータ」は、例えば内燃機関の回転数及び負荷、排気の温度、空燃比（Ａ／Ｆ値）、ＥＧＲ率（ＰＭ捕集率）等である。「所定関数」は、例えば実験結果等により予め設定されており、例えばＸ軸対Ｙ軸が回転数対負荷、排気温度対ＰＭ付着量の補正係数、及び空燃比対ＰＭ付着量の補正係数等である二次関数で示される。再生燃焼が行われるには、例えば先ず内燃機関の運転条件が読み込まれる。すると、回転数対負荷の二次関数に基づいて基本とされるＰＭ付着量（以下、「基本ＰＭ付着量」と言う）が算出される。すると、算出された基本ＰＭ付着量が、排気温度対補正係数の二次関数に基づいて補正されると共に、空燃比対補正係数の二次関数に基づいて補正される。この補正により、ＰＭ付着量の算出値が算出される。すると、算出された算出値が算出値閾値を超えると、再生燃焼が行われる。ここに「算出値閾値」は、除去すべき際におけるＰＭ付着量に対応する算出値として、例えば、予め実験的、経験的に又はシミュレーション等により求められ、メモリ等に設定された値である。これにより、例えば余計に再生燃焼が行われることなく、再生燃焼の実行回数を最小限或いは最小限付近に抑えることも可能となる。
【００３４】
本発明に係る第２の内燃機関の排気浄化システムの他の態様では、前記再生燃焼制御手段は、前記少なくとも一方の燃焼が行われている最中に、前記指標値が前記所定閾値を超えたと判定された場合に、前記少なくとも一方の燃焼の両方が中断された上で、前記再生燃焼が行われるように前記内燃機関を制御する。
【００３５】
この態様では、例えば内燃機関の各気筒で、リッチ燃焼及びストイキ燃焼の両方が中断された状態で、再生燃焼が行われる。これにより、再生燃焼が行われている最中に、リッチ燃焼又はストイキ燃焼による排気がＥＧＲ触媒に流れないので、再生燃焼をより効果的に行うことができる。
【００３６】
本発明に係る第２の内燃機関の排気浄化システムの他の態様では、前記再生燃焼制御手段は、前記少なくとも一方の燃焼が行われている最中に、前記指標値が前記所定閾値を超えたと判定された場合に、前記少なくとも一方の燃焼が中断されることなく、前記再生燃焼が行われるように前記内燃機関を制御する。
【００３７】
この態様では、例えば内燃機関の各気筒で、リッチ燃焼及びストイキ燃焼の両方が中断されずに、再生燃焼が行われる。これにより、内燃機関の燃焼サイクルが、再生燃焼に影響されずに、内燃機関の出力が常時安定されるので、燃費を向上させることができる。
【００３８】
本発明に係る第２の内燃機関の排気浄化システムの他の態様では、前記再生燃焼制御手段は、（ｉ）少なくとも一部の気筒で前記空燃比をリーンとするリーン燃焼が行われる制御、（ｉｉ）前記排気とは別に空気又は酸素を前記ＥＧＲ触媒に対して選択的に導入する導入手段で、前記空気又は酸素を導入する制御、並びに（ｉｉｉ）吸気バルブ及び排気バルブのうち少なくとも一方の開閉タイミングを可変とする可変動弁手段で、少なくとも一部の気筒における前記吸気バルブ及び排気バルブのうち少なくとも一方のバルブの開閉タイミングが、前記排気をリーンにする側に進角又は遅角される制御のうち少なくとも一つによって、前記再生燃焼が行われるように前記内燃機関を制御する。
【００３９】
この態様では、再生燃焼は、少なくとも一部の気筒におけるリーン燃焼、例えばエアポンプによりＥＧＲ触媒に空気又は酸素を導入する制御、並びに少なくとも一方のバルブの開閉タイミングをリーン側に進角又は遅角させる制御のうち少なくとも一つによって行われる。このような制御の各々により、ＥＧＲ触媒に空気又は酸素を導入することで、ＥＧＲ触媒に付着したＰＭを酸化させ、ＥＧＲ触媒からＰＭを除去することができる。
【００４０】
本発明に係る第２の内燃機関の排気浄化システムの他の態様では、前記ＥＧＲ触媒は、酸化触媒、ＮＯｘ吸蔵触媒、三元触媒、及びパティキュレートフィルタのうち少なくとも一つから構成されている。
【００４１】
この態様によれば、ＥＧＲ触媒に流れるＣＯやＨＣを酸化したり、ＮＯｘを還元すると共に、ＰＭを捕集するので、排気の一部を浄化することができる。
【００４２】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。
【００４４】
先ず、実施形態に係る内燃機関の排気浄化システムの構成について図１を参照して説明する。ここに図１は、実施形態に係る内燃機関の排気浄化システムの概要を示す概略的平面図である。
【００４５】
図１において、実施形態に係る内燃機関１０の排気浄化システム１００は、排気系として排気通路２１及びＥＧＲ通路３１の２つの通路、並びにＥＣＵ４０を備えており、２つの通路に設けられた複数の排気浄化手段により排気を浄化する。排気浄化システム１００及び内燃機関１０は、ＥＣＵ４０により総括的に制御される。各通路２１及び３１内の矢印は、排気が流動する方向を示す。
【００４６】
内燃機関１０は、希薄燃焼エンジンであり、バンク１１に３つの気筒１２を設けている。各気筒１２には、不図示の燃料タンクに貯蔵される燃料が、不図示の燃料通路及び燃料噴射弁１３を介して供給される。供給される燃料は、各燃料噴射弁１３により、各気筒１２内に噴射される。各気筒１２には、燃料噴射弁１３の他に、吸気弁１４、不図示の点火プラグ及び排気弁１５が、連結されている。
【００４７】
内燃機関１０は、吸気系として、吸気通路１６を備える。吸気通路１６について、上流側が不図示のエアクリーナに接続され、下流側が吸気弁１４に接続されている。吸気通路１６には、上流側から過給機１７、及びスロットル弁１８が配置されている。吸気通路１６は、本実施形態では、スロットル弁１８より下流で、ＥＧＲ通路３１と合流する。
【００４８】
過給機１７は、可変容量型過給機（Ｔ／Ｃ（ターボチャージャー））であって、一対の回転体１７ａ及び１７ｂ、及びシャフト１７ｃを備える。一対の回転体１７ａ及び１７ｂは、シャフト１７ｃを介して連結されている。一対の回転体１７ａ及び１７ｂのうち吸気側回転体１７ａは、吸気通路１６に配置されており、排気側回転体１７ｂは、排気通路２１に配置されている。過給機１７は、排気側回転体１７ｂが受ける排気圧を利用して、吸気側回転体１７ａを回転させることで、吸気圧を高めることが可能である。過給機１７は、更に、排気側回転体１７ｂを排気が通過するための排気通路２１部分の断面積を切り替え可能な、不図示のノズルを備える。
【００４９】
スロットル弁１８は、過給機１７からの吸気の吸気圧を切り替え可能である。
【００５０】
排気系について、排気通路２１には、上流側からスタート触媒２２、三元触媒２３が配置されている。ＥＧＲ通路３１は、排気通路２１から分岐され、吸気通路１６に接続されたバイパス通路である。ＥＧＲ通路３１には、上流側からＥＧＲ触媒３２、及び不図示のＥＧＲ弁が順に配置されている。ＥＧＲ通路３１は、ＥＧＲ触媒３２を介して、排気の一部を内燃機関１０に還流させる。
【００５１】
スタート触媒（ＳＣ（Ｓｔａｒｔ  Ｃａｔａｌｙｓｔ））２２及び三元触媒（ＴＷＣ（Ｔｈｒｅｅ  Ｗａｙ  Ｃａｔａｌｙｓｔ））２３は、ＣＯやＨＣの酸化を行うと共に、ＮＯｘの還元を同時に行う二段階式の触媒装置である。
【００５２】
ＥＧＲ弁は、電子制御弁であり、ＥＧＲ通路３１を流れる排気（以下、「ＥＧＲガス」と言う）の流量を切り替え可能である。
【００５３】
ＥＧＲ触媒３２は、本実施形態では、ＰＭフィルタ触媒を備えており、ＥＧＲガスに混入しているＰＭを捕集する。捕集された（言い換えれば、ＥＧＲ触媒３２に付着している）ＰＭは、空気又は酸素により連続的に燃焼される。本実施形態では、ＰＭを燃焼させ、ＰＭフィルタ触媒から除去することで、ＥＧＲ触媒の本来の機能を再生させるためのＰＭ再生制御が行われる。ＰＭ再生制御は、本発明に係る「再生燃焼」の一例である。
【００５４】
ＥＧＲ通路３２においてＥＧＲ触媒３２の上流には、排気温測定部３３が配置されている。排気温測定部３３は、排気の温度を測定し、その測定結果をＥＣＵ４０に送信する。
【００５５】
ＥＣＵ４０は、本発明に係る「再生燃焼制御手段」の一例として、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＡ／Ｄ変換器等を含んで構成される。ＥＣＵ４０は、本実施形態では、内燃機関の運転条件が満たされた場合に、又は内燃機関１０の運転状態から想定されるＥＧＲ触媒３２のＰＭ付着量に基づいて、ＰＭ再生制御を行う。
【００５６】
ＥＣＵ４０は、ＰＭ再生制御として、内燃機関１０において、各気筒１２における空燃比（Ａ／Ｆ値）をリーンとするリーン燃焼を行う。又は、吸気弁１４を制御して、３つの気筒１２のうちの一気筒１２ｂにおける吸気弁１４の開閉タイミングを遅角させて、排気のＡ／Ｆ値をリーンにする。
【００５７】
ＥＣＵ４０は、本実施形態では、判定部４０ａを備える。判定部４０ａは、３つの気筒１２において、リッチ燃焼が、ＰＭ再生制御が実行されないまま実行された累積時間Ｔ１、並びにリッチ燃焼及びストイキ燃焼が、ＰＭ再生制御が実行されないまま実行された累積時間Ｔ２を夫々計時するための機能を備える。この計時機能により、判定部４０ａは、後述の第１運転条件が満たされたか否かを判定する。
【００５８】
判定部４０ａは、３つの気筒１２において、燃料噴射弁１３から、ＰＭ再生制御が実行されないまま複数回に亘って噴射された燃料の噴射量Ｇｘを累積し、累積された累積噴射量（即ち、本実施形態に係る「累積供給量」の一例）Ｇｔを出力するための機能を備える。この累積機能により、判定部４０ａは、後述の第２運転条件が満たされたか否かを判定する。
【００５９】
次に、本発明の再生燃焼制御手段による再生燃焼の実行例について図を参照しつつ説明する。
（第１ＰＭ再生制御動作処理）
【００６０】
第１のＰＭ再生制御の動作処理について図２を参照して説明する。ここで図２は、本実施形態に係る再生燃焼を伴う動作処理の概要を示すフローチャートである。図２におけるＰＭ再生制御は、ＥＣＵ４０により、第１運転条件が満たされた場合に実行される。ここで第１運転条件は、リッチ燃焼の累積時間Ｔ１が予め設定される時間閾値Ｔ０ａを経過する、又はリッチ燃焼及びストイキ燃焼の累積時間Ｔ２が、予め設定される時間閾値Ｔ０ｂを経過することとする。時間閾値Ｔ０ａは、時間閾値Ｔ０ｂより短く設定されている。
【００６１】
図２において、先ずＥＣＵ４０により、内燃機関１０の現在のＡ／Ｆ値が読み込まれると共に（ステップＳ５１）、前回のＡ／Ｆ値が読み込まれる（ステップＳ５２）。続いて、読み込まれた前回のＡ／Ｆ値がリッチであるか否かが判定される（ステップＳ５３）。この判定の結果、リッチでない場合に（ステップＳ５３：ＮＯ）、現在のＡ／Ｆ値がリーンであるか否かが判定される（ステップＳ５４）。この判定の結果、リーンである場合に（ステップＳ５４：ＹＥＳ）、一連の第１ＰＭ再生制御動作処理が終了され、再びステップＳ５１から実行される。
【００６２】
一方、ステップＳ５４の判定の結果、リーンでない場合に（ステップＳ５４：ＮＯ）、全気筒１２におけるリッチ燃焼及びストイキ燃焼の累積時間（以下、「リッチ／ストイキ累積時間」と言う）Ｔ２が読み込まれる（ステップＳ５５）。続いて、この読み込まれた累積時間Ｔ２が、時間閾値Ｔ０ｂを経過しているか否かが判定される（ステップＳ５６）。この判定の結果、未だ所時間閾値Ｔ０ｂを経過していない場合に（ステップＳ５６：ＮＯ）、一連の第１ＰＭ再生制御動作処理が終了され、再びステップＳ５１から実行される。一方、ステップＳ５６の判定の結果、累積時間Ｔ２が時間閾値Ｔ０ｂを経過している場合に（ステップＳ５６：ＹＥＳ）、ステップＳ６３が実行される。
【００６３】
ステップＳ５３の判定の結果、前回のＡ／Ｆ値がリッチである場合に（ステップＳ５３：ＹＥＳ）、現在のＡ／Ｆ値がストイキであるか否かが判定される（ステップＳ５７）。この判定の結果、ストイキでない場合に（ステップＳ５７：ＮＯ）、現在のＡ／Ｆ値がリッチであるか否かが判定される（ステップＳ５８）。この判定の結果、リッチでない場合に（ステップＳ５８：ＮＯ）、一連の第１ＰＭ再生制御動作処理が終了され、再びステップＳ５１から実行される。一方、ステップＳ５８の判定の結果、現在のＡ／Ｆ値がリッチである場合に（ステップＳ５８：ＹＥＳ）、全気筒１２におけるリッチ燃焼の累積時間（以下、「リッチ累積時間」と言う）Ｔ１が「１」加算され（ステップＳ５９）、一連の第１ＰＭ再生制御動作処理が終了され、再びステップＳ５１から実行される。
【００６４】
ステップＳ５７の判定の結果、現在のＡ／Ｆ値がストイキである場合に（ステップＳ５７：ＹＥＳ）、リッチ／ストイキ累積時間Ｔ２が「１」加算される（ステップＳ６０）。続いて、リッチ累積時間Ｔ１が読み込まれ（ステップＳ６１）、リッチ累積時間Ｔ２が時間閾値Ｔ０ａを経過したか否かが判定される（ステップＳ６２）。この判定の結果、未だ時間閾値Ｔ０ａを経過していない場合に（ステップＳ６２：ＮＯ）、一連の第１ＰＭ再生制御動作処理が終了され、再びステップＳ５１から実行される。
【００６５】
一方、ステップＳ６２の判定の結果、リッチ累積時間Ｔ１が時間閾値Ｔ０ａを経過した場合に（ステップＳ６２：ＹＥＳ）、ＰＭ再生制御が実行される（ステップＳ６３）。続いて、リッチ累積時間Ｔ１が「０」にされると共に（ステップＳ６４）、リッチ／ストイキ累積時間Ｔ２が「０」にされ（ステップＳ６５）、一連の第１ＰＭ再生制御動作処理が終了され、再びステップＳ５１から実行される。
【００６６】
このように、リッチ累積時間Ｔ１、又はリッチ／ストイキ累積時間Ｔ２が時間閾値Ｔ０ａ又はＴ０ｂを経過する都度、ＰＭ再生制御が実行されるので、ＥＧＲ触媒において、触媒温度の急激な上昇を防止すると共に、ＥＧＲ触媒をより効率的に再生することができる。
【００６７】
尚、第１ＰＭ再生制御動作処理では、累積時間Ｔ１又はＴ２に基づいてＰＭ再生制御を実行するが、内燃機関の燃料噴射量に基づいてＰＭ再生制御を実行してもよい。
（第２ＰＭ再生制御動作処理）
【００６８】
第２のＰＭ再生制御の動作処理について図３を参照して説明する。ここで図３は、本実施形態に係る再生燃焼を伴う動作処理の概要を示すフローチャートである。図３におけるＰＭ再生制御は、ＥＣＵ４０により、第２運転条件が満たされた場合に実行される。ここで第２運転条件は、燃料の累積噴射量Ｇｔが予め設定される噴射量閾値（即ち、本実施形態に係る「供給量閾値」の一例）Ｇ０を超えることとする。
【００６９】
図３において、先ずＥＣＵ１５により、燃料噴射弁１３が制御され、いずれかの気筒１２内に燃料が噴射された場合に（ステップＳ７１：ＹＥＳ）、噴射された噴射量Ｇｘが読み込まれ（ステップＳ７２）、読み込まれた噴射量Ｇｘが累積噴射量Ｇｔに加算される（ステップＳ７３）。続いて、累積噴射量Ｇｔが噴射量閾値Ｇ０を超えたか否かが判定される（ステップＳ７４）。この判定の結果、噴射量閾値Ｇ０に未だ達しない場合に（ステップＳ７４：ＮＯ）、一連の第２ＰＭ再生制御動作処理が終了され、再びステップＳ７１から実行される。
【００７０】
一方、ステップＳ７４の判定の結果、累積噴射量Ｇｔが噴射量閾値Ｇ０を超えた場合に（ステップＳ７４：ＹＥＳ）、ＰＭ再生制御が実行される（ステップＳ７５）。続いて、累積噴射量Ｇｔが「０」にされ、一連の第２ＰＭ再生制御動作処理が終了され、再びステップＳ７１から実行される。
【００７１】
このように、累積噴射量Ｇｔが噴射量閾値Ｇ０を超える都度、ＰＭ再生制御が実行されるので、ＥＧＲ触媒において、触媒温度の急激な上昇を防止すると共に、ＥＧＲ触媒をより効率的に再生することができる。
【００７２】
尚、第２ＰＭ再生制御動作処理では、累積噴射量Ｇｔに基づいてＰＭ再生制御を実行するが、ＰＭ付着量に基づいてＰＭ再生制御を実行してもよい。
（第３ＰＭ再生制御動作処理）
【００７３】
次に、第３のＰＭ再生制御の動作処理に用いられる関数（言い換えれば、マップ）について図４から図６を参照して説明する。ここで図４は、内燃機関の回転数対負荷の関係を示し、図５は、ＥＧＲ触媒の排気温度対ＰＭ付着量の補正係数の関係を示し、図６は、内燃機関の空燃比対ＰＭ付着量の補正係数の関係を示す。
【００７４】
図４のマップＭ１は、横軸に内燃機関の回転数を、縦軸に負荷を示す。マップＭ１では、回転数に対する負荷に応じて、ＥＧＲ触媒に付着していると推定されるＰＭ付着量（以下、「基本ＰＭ付着量」と言う）が出力される。
【００７５】
図５のマップＭ２は、横軸に排気温度を、縦軸にＰＭ付着量の補正係数を示す。マップＭ２では、排気温度が高い程、排気中のＰＭが少量となるために、補正係数が減少される。このようなマップＭ２によれば、基本ＰＭ付着量に対して、排気温度が低い程、多大な補正が必要とされ、排気温度が高い程、微少な補正となる。
【００７６】
図６のマップＭ３は、横軸に内燃機関の空燃比を、縦軸にＰＭ付着量の補正係数を示す。マップＭ３では、空燃比がリーンに近付く程、排気中のＰＭが少量となるために、補正係数が減少される。このようなマップＭ３によれば、基本ＰＭ付着量に対して、空燃比がリッチに近付く程、多大な補正が必要とされ、リーンに近付く程、微少な補正となる。
【００７７】
次に、マップＭ１からＭ３を用いる第３ＰＭ再生制御動作処理について図７を参照して説明する。ここで図７は、本実施形態に係る再生燃焼を伴う動作処理の概要を示すフローチャートである。図７におけるＰＭ再生制御は、マップＭ１からＭ３を用いて内燃機関１０の運転状態から推定される累積付着量（即ち、本実施形態に係る「算出値」の一例）が、予め設定される付着量閾値Ａ０（即ち、本実施形態に係る「算出値閾値」の一例）を超えた場合に実行される。
【００７８】
図７において、先ずＥＣＵ１５により、内燃機関１０の運転状態である、回転数及び負荷、排気温測定部３３による排気温度、並びに空燃比が読み込まれる（ステップＳ８１）。続いて、マップＭ１に基づいて、読み込まれた回転数及び負荷が対応する基本ＰＭ付着量Ａｓが算出される（ステップＳ８２）。続いて、マップＭ２に基づいて、ステップＳ８１で読み込まれた排気温度に対応する補正係数が出力され、この補正係数により、基本ＰＭ付着量が補正され、第１補正付着量Ａｘ１が算出される（ステップＳ８２）。続いて、マップＭ３に基づいて、ステップＳ８１で読み込まれた空燃比に対応する補正係数が出力され、この補正係数により、第１補正付着量Ａｘ１が補正され、第２補正付着量Ａｘ２が算出される（ステップＳ８４）。続いて、算出された第２補正付着量Ａｘ２が、前回までの第２補正付着量Ａｘ２が累積された累積付着量Ａｔに加算される（ステップＳ８５）。続いて、累積付着量Ａｔが付着量閾値Ａ０を超えたか否かが判定される（ステップＳ８６）。この判定の結果、付着量閾値Ａ０に未だ達しない場合に（ステップＳ８６：ＮＯ）、一連の第３ＰＭ再生制御動作処理が終了され、再びステップＳ８１から実行される。
【００７９】
一方、ステップＳ８６の判定の結果、累積付着量Ａｔが付着量閾値Ａ０を超えた場合に（ステップＳ８６：ＹＥＳ）、ＰＭ再生制御が実行される（ステップＳ８７）。この後、累積付着量Ａｔが「０」にされ（ステップＳ８８）、一連の第３ＰＭ再生制御動作処理が終了され、再びステップＳ８１から実行される。
【００８０】
このように、内燃機関の運転状態に基づいて累積付着量Ａｔを推定し、推定された累積付着量Ａｔが付着量閾値Ａ０を超える都度、ＰＭ再生制御が実行されるので、ＥＧＲ触媒において、触媒温度の急激な上昇を防止すると共に、ＥＧＲ触媒を効率的に再生することができる。
【００８１】
尚、第３ＰＭ再生制御動作処理では、基本ＰＭ付着量Ａｓを、回転数及び負荷に基づいて推定するが、排気温度や空燃比等に基づいて推定してもよい。
【００８２】
尚、本実施形態では、ＰＭ再生制御として、各気筒をリーン燃焼させたり、一気筒１２ｂからリーンの排気を排出させるが、エアポンプ等により、外部からＥＧＲ通路に、空気又は酸素を強制的に供給してもよい。図８は、本発明の排気浄化システムの他の例を示す。図８において、排気浄化システム２００は、ＥＧＲ通路２３１において、ＥＧＲ触媒２３２より上流に、エアポンプ２３４を備える。エアポンプ２３４は、例えば所定運転条件が満たされた場合に、外気をＥＧＲ通路２３１に供給する。これにより、ＥＧＲ触媒２３２に付着しているＰＭが酸化され、ＥＧＲ触媒２３２から除去され、ＥＧＲ触媒２３２が再生されるＰＭ再生制御が行われる。
【００８３】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】実施形態に係る内燃機関の排気浄化システムを示す概要的なブロック図である。
【図２】実施形態における再生燃焼を伴う動作処理を示すフローチャートである。
【図３】図２の再生燃焼を伴う動作処理の他の例を示すフローチャートである。
【図４】実施形態における内燃機関の回転数対負荷の関係を示す関数である。
【図５】実施形態における排気の温度対ＰＭ付着量の補正係数の関係を示す関数である。
【図６】実施形態における内燃機関の空燃比対ＰＭ付着量の補正係数の関係を示す関数である。
【図７】図２及び図３の再生燃焼を伴う動作処理の他の例を示すフローチャートである。
【図８】本発明における排気浄化システムの他の例を示す概要的なブロック図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０…内燃機関、３１…ＥＧＲ通路、３２…ＥＧＲ触媒、４０…ＥＣＵ、１００…排気浄化システム
【図１】
2009174452.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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