(57)【要約】【課題】ＬＰＬＥＧＲ装置を備えた車両において、排気の燃料リッチ化が図られた際の失火及びトルク変化を好適に防止する。【解決手段】ＬＰＬＥＧＲ５００を備えるエンジンシステム１０において、ＥＣＵ１００は、リッチスパイク時ＬＰＬＥＧＲ制御を実行する。当該制御においては、燃料添加弁２２０による燃料添加によってリッチスパイクが実行される。ＥＣＵ１００は、空燃比センサ２２１により検出された空燃比ＡＦｓｅｎｓに基づいて、リッチスパイク実行前後の吸気の酸素濃度が一定となるように、目標吸入空気量Ｇａｔｇを設定する。目標吸入空気量Ｇａｔｇが設定されると、ＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の動作遅延を考慮した制御開始時期において、目標吸入空気量Ｇａｔｇに従ったＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の駆動制御が開始される。この際、制御開始時期は、エンジン２００のサイクル数に基づいて算出される。【選択図】図２
2009257195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、
該内燃機関の排気を浄化可能に構成された、少なくともＮＯｘ吸蔵可能な触媒を含む排気浄化手段と、
前記排気を基準状態に対し燃料リッチ化することが可能なリッチ化手段と、
流量制御弁を有し、前記排気浄化手段の下流側で設定される分岐位置において該流量制御弁の開閉状態に応じて流量が規定される前記排気の一部をＬＰＬＥＧＲガスとして前記内燃機関の吸気系に還流可能なＬＰＬＥＧＲ装置と、
前記排気浄化手段の下流側且つ前記分岐位置の上流側において、前記排気の空燃比に対応する物理量を検出可能な検出手段と
を備えてなる車両の制御装置であって、
所定の実行条件が満たされる場合に、前記排気が燃料リッチ化されるように前記リッチ化手段を制御する第１制御手段と、
前記検出された物理量に基づいて、前記排気が燃料リッチ化される前後において前記内燃機関の気筒内に吸入される吸気における酸素濃度が一定となるように吸入空気量の目標値たる目標吸入空気量を設定する設定手段と、
前記燃料リッチ化された排気が前記流量制御弁に到達する時刻たる到達時刻を特定する特定手段と、
該特定された到達時刻に前記吸入空気量が前記設定された目標吸入空気量となるように、前記流量制御弁の応答遅延を考慮して前記流量制御弁を制御する第２制御手段と
を具備することを特徴とする車両の制御装置。
【請求項２】
前記特定手段は、前記内燃機関のサイクル数に基づいて前記到達時刻を特定する
ことを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
【請求項３】
前記特定された到達時刻が前記流量制御弁の制御開始時刻に先んじるか否かを判別する判別手段を具備し、
前記設定手段は、前記特定された到達時刻が前記流量制御弁の制御開始時刻に先んじる旨が判別された場合に、予め設定された燃料リッチ化後の前記排気に対応する前記物理量たる推定物理量に基づいて前記目標吸入空気量を設定し、
前記第２制御手段は、前記特定された到達時刻に前記吸入空気量が前記推定物理量に基づいて設定された目標吸入空気量となるように前記流量制御弁を制御する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の制御装置。
【請求項４】
前記推定物理量を前記内燃機関の機関回転速度に応じて補正する第１補正手段を更に具備する
ことを特徴とする請求項３に記載の車両の制御装置。
【請求項５】
前記設定手段は、前記排気がリッチ化されないと仮定した場合の前記吸入空気量たるベース吸入空気量と前記検出された物理量とに基づいて前記目標吸入空気量を設定し、
前記ベース吸入空気量に変化が生じた場合に、該変化に係る変化量に応じて前記目標吸入空気量を補正する第２補正手段を更に具備し、
前記第２制御手段は、前記吸入空気量が前記補正された目標吸入空気量となるように前記流量制御弁を制御する
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の車両の制御装置。
【請求項６】
前記第２補正手段は、前記設定された目標吸入空気量に従った前記流量制御弁の制御が開始されている場合には、現時点における前記ベース吸入空気量に応じて前記目標吸入空気量を補正する
ことを特徴とする請求項５に記載の車両の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＰＬＥＧＲ（Low Pressure Loop Exhaust Gas Recirculation）装置を備えた車両の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置を適用可能なものとして、リッチスパイク時のトルク低下を防止するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された内燃機関の排気浄化装置（以下、「従来の技術」と称する）によれば、リッチスパイク時に、再循環排ガスが再循環排ガス量調整制御弁に至るまでの時間を推定し、該推定した到達時間に合わせて再循環排ガス量調整制御弁の閉じ量を調整することにより、酸素濃度の低下による失火やトルク低下を防止することが可能であるとされている。
【０００３】
尚、フィルタ煤堆積量の変化に基づきフィルタ下流の酸素濃度を推定し、ＥＧＲバルブを制御する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２３４７７２号公報
【特許文献２】特開２００５−０６９２０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
排気管におけるＥＧＲガス（即ち、従来の技術における再循環排ガス）の流速や流量分布は、車両の運転条件に応じて変化し、少なくとも一律ではない。従って、本来、吸気（気筒内部に吸入されるガス）に対するＥＧＲガスの割合たるＥＧＲ率の目標値もまた、このようなリッチスパイク時において一律ではない。ところが、従来の技術では、ＥＧＲ率をどのように設定するかについては何らの記述もなく、再循環排ガス量調整制御弁の閉じ量が調整されると表現されるのみである。このため、従来の技術では、ＥＧＲガスの到達時間を考慮したところで、リッチスパイク時のＥＧＲガス中に含まれる不活性のＣＯ２等により吸気中の酸素濃度が酸素不足側に変化して、燃焼室内が相対的燃料リッチ状態となるために生じるリッチ失火や、燃焼性能の低下によるトルク不足が生じる可能性を必ずしも排除できない。即ち、従来の技術には、例えばリッチスパイク等により排気の燃料リッチ化が図られる際に、失火やトルク不足等が生じかねないという技術的な問題点がある。
【０００６】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、排気の燃料リッチ化が図られた際の失火及びトルク変化を好適に防止することが可能な車両の制御装置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】
【０００７】
上述した課題を解決するため、本発明に係る車両の制御装置は、内燃機関と、該内燃機関の排気を浄化可能に構成された、少なくともＮＯｘ吸蔵可能な触媒を含む排気浄化手段と、前記排気を基準状態に対し燃料リッチ化することが可能なリッチ化手段と、流量制御弁を有し、前記排気浄化手段の下流側で設定される分岐位置において該流量制御弁の開閉状態に応じて流量が規定される前記排気の一部をＬＰＬＥＧＲガスとして前記内燃機関の吸気系に還流可能なＬＰＬＥＧＲ装置と、前記排気浄化手段の下流側且つ前記分岐位置の上流側において、前記排気の空燃比に対応する物理量を検出可能な検出手段とを備えてなる車両の制御装置であって、所定の実行条件が満たされる場合に、前記排気が燃料リッチ化されるように前記リッチ化手段を制御する第１制御手段と、前記検出された物理量に基づいて、前記排気が燃料リッチ化される前後において前記内燃機関の気筒内に吸入される吸気における酸素濃度が一定となるように吸入空気量の目標値たる目標吸入空気量を設定する設定手段と、前記燃料リッチ化された排気が前記流量制御弁に到達する時刻たる到達時刻を特定する特定手段と、該特定された到達時刻に前記吸入空気量が前記設定された目標吸入空気量となるように、前記流量制御弁の応答遅延を考慮して前記流量制御弁を制御する第２制御手段とを具備することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る「内燃機関」とは、一又は複数の気筒を有し、当該気筒の各々における燃焼室において、例えばガソリン、軽油或いは各種アルコール等の燃料、又は当該燃料を含む混合気の爆発或いは燃焼に伴って生じる力を、例えばピストン、コネクティングロッド及びクランク軸等の物理的な又は機械的な伝達経路を経て駆動力として取り出すことが可能に構成された機関を包括する概念であり、例えば２サイクル或いは４サイクルレシプロエンジン等を指す。また、本発明に係る内燃機関は、好適な一形態として、軽油を燃料とし、吸気が圧縮される過程において（例えば、圧縮端等において）燃料が噴射され、当該燃料が高温高圧の気筒内で自着火して燃焼を生じる、或いは、吸気と燃料との混合気が気筒内で圧縮される過程において高温高圧の気筒内で自着火して燃焼を生じる、例えばディーゼルエンジン等の圧縮自着火式内燃機関として構成される。
【０００９】
本発明に係る内燃機関には、例えば、ＮＳＲ（NOx storage Reduction：ＮＯｘ吸蔵還元）触媒、或いはＮＯｘ吸蔵層を担持させたＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）等、少なくともＮＯｘ吸蔵可能な触媒を含む排気浄化手段が備わる。この種の触媒を備える場合、一定又は不定のタイミングで吸蔵されたＮＯｘを酸化燃焼させることにより適宜触媒再生を行う必要が生じる。この際、排気を基準状態に対し燃料リッチ化することが可能なリッチ化手段により、排気が燃料リッチ化（即ち、空燃比で言えば、基準状態に対応する空燃比に対し低下させる）される。燃料リッチ化された排気は、余剰な燃料成分が例えば排気管内で燃焼することにより、排気浄化手段を高温化し、排気浄化手段内部では、未燃燃料としてのＨＣや燃焼済みガスとしてのＣＯ等によりＮＯｘの還元反応が進行する。
【００１０】
尚、本発明に係る「リッチ化手段」とは、排気を燃料リッチ化することが可能である限りにおいて、その構成（特に、物理的、機械的、電気的又は磁気的構成）は何ら限定されない。例えば、リッチ化手段とは、排気管、例えば好適な一形態として排気マニホールド近傍部位等において排気に燃料を添加可能な排気添加弁等であってもよい。或いは、燃焼室内において酸素が不足すれば必然的に排気が燃料リッチになり得ることに鑑みれば、リッチ化手段とは、燃料を噴射可能な各種の噴射手段（例えば、インジェクタ）、或いは吸入空気の供給量（即ち、吸入空気量）を絞ることが可能な、各種絞り弁（例えば、スロットルバルブ等）を適宜に含んで構成されてもよい。
【００１１】
一方、本発明に係る内燃機関には、排気浄化手段の下流側（尚、「下流側」とは、排気の流れる方向を基準とする方向概念であって、即ち、気筒から遠ざかる側である）で設定される分岐位置から、その開閉状態が二値的、段階的又は連続的に可変である流量制御弁を介して排気の一部をＬＰＬＥＧＲガスとして吸気系に還流させる、ＬＰＬＥＧＲ装置が備わる。即ち、本発明に係る内燃機関には、好適な一形態としてターボチャージャ等の過給器が備わっていてもよく、排気は、例えばタービンに回転エネルギを供与した後に、係る過給器の例えばコンプレッサ上流側（ここでは、吸気の流れを基準とする方向概念であり、気筒から遠ざかる側）、即ち低圧側に、ＬＰＬＥＧＲガスとして還流される。
【００１２】
尚、ＬＰＬＥＧＲ装置は、定性的には例えば排気ポート、排気マニホールド及び排気管（フロントパイプやリアパイプ等といった、気筒配列上生じるものを含む）等を適宜に含み得る概念としての排気系から、排気の一部を、不活性のＣＯ２を多量に含むＥＧＲガスとして、例えば吸気ポート、吸気マニホールド及び吸気管等を適宜に含み得る概念としての吸気系に、直接若しくは間接的に、又はＥＧＲバルブ等、ＥＧＲガスの循環量を制御可能な弁体、弁機構、弁装置又は弁システム或いはそれに類する機構等の状態に応じて限定的に循環供給することが可能に構成される所謂ＥＧＲ装置の一種であって、本発明に係る内燃機関には、この種のＬＰＬＥＧＲに加えて、ＨＰＬ（High Pressure Loop）ＥＧＲ装置が備わっていてもよい。
【００１３】
本発明に係る車両の制御装置によれば、その動作時には、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る第１制御手段により、例えば、排気浄化手段に吸蔵されたＮＯｘを還元すべき旨の条件（例えば、ＮＯｘの吸蔵量が基準値を超えた場合、或いは超えたと推定される場合等）等を好適な一形態として含む所定の実行条件が満たされる場合に、排気が燃料リッチ化されるようにリッチ化手段が制御される。
【００１４】
ここで、排気の燃料リッチ化がなされると、排気浄化手段における、特にＮＯｘ吸蔵還元触媒でのＮＯｘの還元反応により不活性のＣＯ２が大量に生成され、このＣＯ２を大量に含むＬＰＬＥＧＲガスが吸気系に還流される。また、特にＮＯｘの還元を目的とする場合、比較的多量の還元剤が必要となり且つ還元剤の全てが還元反応に使用される訳ではないことに鑑みれば、燃料リッチ化された排気は、程度の差こそあれ燃料リッチな状態を保持したままで、一部がＬＰＬＥＧＲガスとして吸気系に乾留され得る。このため、吸気（即ち、気筒内に吸入されるガスの総体であることに鑑みれば、ＬＰＬＥＧＲガスが幾らかなり還流せしめられる状況では、少なくとも吸入空気とこのＬＰＬＥＧＲガスとの混合体である）は、絶対的であれ相対的であれいずれにせよその酸素濃度が低下する。このため、燃焼室内部で酸素不足による失火（リッチ失火）或いはトルク不足が生じる可能性がある。
【００１５】
ここで特に、このような酸素濃度の不足を補う目的から、流量制御弁を閉弁側に制御するとしても、何らの指針をも伴わぬ場合（例えば、極端な場合、この種の燃料リッチ化がなさる場合に流量制御弁を全閉状態にしてＬＰＬＥＧＲガスの還流を禁止する等の制御を含む）、酸素濃度の不足は防止可能であるとしたところで、適切なＥＧＲ量が得られぬことに実質的に変わりはなく、失火又はトルク低下、或いは例えば燃焼温度の低下による燃焼状態の悪化やノッキングの発生等、他の不具合が顕在化する可能性が高くなる。即ち、排気を燃料リッチ化するに際しては、吸入空気量（或いは、ＬＰＬＥＧＲ量）を、この種の不具合が生じぬように最適化する必要が生じる。
【００１６】
ところが、排気の燃料リッチ化が如何なる態様の下になされるにせよ、例えばＮＯｘの還元を目的とした過渡的且つ比較的規模の大きい燃料リッチ状態が作り出される場合には特に、排気管を流れる燃料リッチ化された排気の状態は不安定であって、ＬＰＬＥＧＲ装置に燃料リッチな排気が如何なる時間的パターン又は空間的パターン（空間的にパターンとは、別言すれば、密度や流量に相当する概念である）で到達するかは、事前に適合が、可能であるか否かは別として如何になされたところで、燃料リッチ化の開始時点の制御量（例えば、燃料添加量）からは実質的には把握できないに等しい。このため、実際には、失火やトルク低下等の発生に相関する内燃機関の燃焼状態は、この種の燃料リッチ化の前後において変化し易い。
【００１７】
そこで、本発明に係る車両の制御装置によれば、その動作時には、排気浄化手段の下流側且つＬＰＬＥＧＲ装置の上述した分岐位置の上流側において排気の空燃比に対応する物理量（尚、「空燃比に対応する物理量」とは、空燃比そのものを含み、空燃比を直接的に又は間接的に推定又は導出可能な、例えば酸素濃度等の物理量をも含む趣旨である）を検出可能に構成された、例えば空燃比センサ等の検出手段により検出された各種の物理量に基づいて、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る第１制御手段が、排気が燃料リッチ化される前後において吸気における酸素濃度が一定となるように、吸入空気量の目標値である目標吸入空気量を設定する。
【００１８】
ここで、このような目標吸入空気量は、例えば、インテークマニホールドの圧力（以下、適宜「インマニ圧」と称する）や機関回転速度等により規定され得る吸気量、例えばエアフローメータ等により検出され得るその時点の吸入空気量、内燃機関における燃料噴射量、及び排気空燃比等に基づいた数値演算処理の結果として設定することも可能であるし、或いは既に事前の適合を経て作成されたマップ等を適宜参照する等して設定することも可能である。即ち、燃料リッチ化前後における酸素濃度が一定となるように設定される限りにおいて、目標吸入空気量の設定態様は何ら限定されない趣旨である。尚、「一定となるように」とは、その結果として厳密に一定となることのみを指すものではなく、実践上何らかの不具合として顕在化する程度の燃焼状態の変化が生じない範囲で概ね等しくなることを含む概念である。
【００１９】
尚、補足すると、燃料リッチ化に係る各種の制御は、瞬間的になされるにせよ、過渡的になされるにせよ、比較的長期間にわたってなされるにせよ、時間軸上で有限の実行期間を有する。従って、検出手段の検出周期に応じて、検出手段により検出される物理量は、必ずしも単一の値でなく、好適には時間軸上で相前後する複数の値となる。この複数の値は、即ち、上述した排気管内を伝播する燃料リッチ化された排気の空間的パターンを規定する指標値となり得る。このため、好適には、時々刻々と変化する排気の空間的パターンに応じて、この目標吸入空気量は、時間情報と対応付けられる形で、一時的にせよ恒久的にせよ記憶される。
【００２０】
一方、本発明に係る車両の制御装置によれば、その動作時には、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る特定手段により、燃料リッチ化された排気が流量制御弁に到達する（尚、適宜排気浄化手段における還元反応に供される点に鑑みれば、無論燃料リッチ化当初の状態を保持したまま到達する訳ではなく、ここでは、その組成に言及している訳ではない）時刻たる到達時刻が特定される。上述した検出手段は流量制御弁の上流側に設けられるから、燃料リッチ化された排気の上記物理量が検出され、上述した目標吸入空気量が設定される時刻は、理想的には、燃料リッチ化された排気が流量制御弁に到達する時刻よりも時系列上前となる。
【００２１】
このため、本発明に係る車両の制御装置によれば、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る第２制御手段により、特定された到達時刻に吸入空気量が設定された目標吸入空気量となるように流量制御弁を制御することが可能である。この際、好適な一形態として、検出手段の設置位置において時々刻々と変化する物理量の検出及びそれに基づいて順次設定される目標吸入空気量に応じて、流量制御弁の制御もまた時間軸上の有限範囲において、段階的又は連続的に可変に実行される。
【００２２】
また、第２制御手段は、流量制御弁を直接的に開閉駆動するにせよ、然るべき駆動装置を介して間接的に開閉駆動するにせよ、流量制御弁の構成により固有の性質を有し得る、物理的、機械的、電気的、又は磁気的な応答遅延を考慮する。即ち、実践的にみれば、流量制御弁が、燃料リッチ化された排気の伝播態様に応じて開閉駆動されるべく指示される時刻は、実際に流量制御弁が開閉駆動を開始する、燃料リッチ化された排気の到達時刻よりも時系列上前となる。
【００２３】
このように、本発明に係る車両の制御装置によれば、排気浄化手段下流側において実際に検出された空燃比に対応する物理量に応じて、排気の燃料リッチ化の実行前後における吸気の酸素濃度が一定となるように、目標吸入空気量が設定され、ＬＰＬＥＧＲ装置における流量制御弁の開閉制御に供される。このため、係る燃料リッチ化の実行前後における吸気の酸素濃度を正確に所望の偏差に収める（好適には、ゼロとする、即ち燃料リッチ化の実行前後で吸気の酸素濃度を厳密に一致させる）ことが可能となる。即ち、燃料リッチ化の実行時における吸入空気量を最適化することが可能となり、例えばＮＯｘの浄化等、本来車両の走行に関する要件とは異なる次元でなされる排気の燃料リッチ化が、失火及びトルク変化等各種の不具合を生じさせる旨の事態が好適に防止されるのである。
【００２４】
本発明に係る車両の制御装置の一の態様では、前記特定手段は、前記内燃機関のサイクル数に基づいて前記到達時刻を特定する。
【００２５】
この態様によれば、特定手段は、内燃機関のサイクル数に基づいてリッチ化された排気の流量制御弁への到達時刻を特定する。本願出願人によれば、リッチ化された排気が流量制御弁へ到達する時刻は、リッチ化の態様に応じて異なるのは無論であるにしても、機関回転速度や燃料量といった機関運転条件よりも、内燃機関のサイクル数に依存することが見出された。無論短時間当たりのサイクル数は、機関回転速度の高低に応じて夫々大小に変化するから、無論機関回転速度と相関はあり、サイクル数を機関回転速度に基づいて時間概念化することは可能であるが、単に機関回転速度と到達に要する時間値とを対応付けても実践上大きな意味はなく、その効果には顕著に差が生じる。即ち、サイクル数の概念に基づいて到達時刻が特定される場合には、到達時刻を正確に特定することが簡便にして可能となり、排気の燃料リッチ化前後において吸気の酸素濃度をより正確に維持することが可能となる。
【００２６】
本発明に係る車両の制御装置の他の態様では、前記特定された到達時刻が前記流量制御弁の制御開始時刻に先んじるか否かを判別する判別手段を具備し、前記設定手段は、前記特定された到達時刻が前記流量制御弁の制御開始時刻に先んじる旨が判別された場合に、予め設定された燃料リッチ化後の前記排気に対応する前記物理量たる推定物理量に基づいて前記目標吸入空気量を設定し、前記第２制御手段は、前記特定された到達時刻に前記吸入空気量が前記推定物理量に基づいて設定された目標吸入空気量となるように前記流量制御弁を制御する。
【００２７】
例えば、高回転領域では、上述したように単位時間当たりのサイクル数が増加するため、所定のサイクルが経過するのに要する時間が減少する。このため、検出手段において空燃比に対応する物理量の検出を行った後に目標吸入空気量を設定したのでは、先に述べた応答遅延を考慮した流量制御弁の開閉制御が間に合わない場合がある。
【００２８】
この態様によれば、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る判別手段により、特定された到達時刻が流量制御弁の制御開始時刻に先んじるか否かが判別され、このように検出手段の実測値に基づいた流量制御弁の制御が時間的に間に合わない場合には、予め設定された推定物理量に基づいて目標吸入空気量が設定される。この際、第２制御手段が、吸入空気量を、この推定物理量に基づいた目標吸入空気量に制御することによって、排気の燃料リッチ化前後における吸気の酸素濃度は可及的に維持され、失火やトルク変動が可及的に抑制される。
【００２９】
尚、この態様では、前記推定物理量を前記内燃機関の機関回転速度に応じて補正する第１補正手段を更に具備してもよい。
【００３０】
この場合、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る第１補正手段により、推定物理量が機関回転速度に応じて補正される。このため、推定物理量がより正確に得られ、失火やトルク変動の発生がより好適に抑制される。
【００３１】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記設定手段は、前記排気がリッチ化されないと仮定した場合の前記吸入空気量たるベース吸入空気量と前記検出された物理量とに基づいて前記目標吸入空気量を設定し、前記ベース吸入空気量に変化が生じた場合に、該変化に係る変化量に応じて前記目標吸入空気量を補正する第２補正手段を更に具備し、前記第２制御手段は、前記吸入空気量が前記補正された目標吸入空気量となるように前記流量制御弁を制御する。
【００３２】
この態様によれば、例えば、目標吸入空気量が設定されて以降流量制御弁に燃料リッチ化された排気が到達するまでの期間における任煮の時刻において、アクセルペダルが操作される等してベース吸入空気量が変化した場合に、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る第２補正手段により、係るベース吸入空気量の変化量に応じて目標吸入空気量が補正される。
【００３３】
このため、ベース吸入空気量の変化に伴って目標吸入空気量が最適値から乖離して燃焼性能の変化を招く事態が防止され、吸入空気量を最適化して好適な燃焼性能を得る旨の実践上の利益がより広範囲で享受される。
【００３４】
尚、この態様では、前記第２補正手段は、前記設定された目標吸入空気量に従った前記流量制御弁の制御が開始されている場合には、現時点における前記ベース吸入空気量に応じて前記目標吸入空気量を補正してもよい。
【００３５】
このように、既に流量制御弁の開閉駆動による吸入空気量の最適化が開始されて以降の期間においてベース吸入空気量が変化している場合にも、現時点のベース吸入空気量に応じて目標吸入空気量を補正することにより、排気の燃料リッチ化がなされるに際しての燃焼性能の変化を可及的に抑制することが可能となる。
【００３６】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施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】
【００３７】
＜発明の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の好適な各種実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るエンジンシステム１０の構成について説明する。ここに、図１は、エンジンシステム１０の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【００３８】
図１において、エンジンシステム１０は、図示せぬ車両に搭載され、ＥＣＵ１００、エンジン２００、ＨＰＬＥＧＲ３００、ＤＰＮＲ（Diesel Particulate NOx Reduction system）４００及びＬＰＬＥＧＲ５００を備える。
【００３９】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、エンジン２００の動作全体を制御することが可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「車両の制御装置」の一例である。ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納される制御プログラムに従って、後述するリッチスパイク時ＬＰＬＥＧＲ制御を実行することが可能に構成されている。
【００４０】
尚、ＥＣＵ１００は、本発明に係る「第１制御手段」、「設定手段」、「特定手段」、「第２制御手段」、「判別手段」及び「第１補正手段」の夫々一例として機能するように構成された一体の電子制御ユニットであり、これら各手段に係る動作は、全てＥＣＵ１００によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係るこれら各手段の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、例えばこれら各手段は、複数のＥＣＵ、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。
【００４１】
エンジン２００は、軽油を燃料とする、本発明に係る「内燃機関」の一例たる直列４気筒ディーゼルエンジンである。エンジン２００の概略について説明すると、エンジン２００は、シリンダブロック２０１に４本の気筒２０２が並列配置された構成を有している。そして、各気筒内において燃料を含む混合気が圧縮自着火した際に生じる力が、不図示のピストンを紙面と垂直な方向に往復運動させ、更にコネクティングロッドを介してピストンに連結されるクランクシャフト（いずれも不図示）の回転運動に変換される構成となっている。以下に、エンジン２００の要部構成を、その動作の一部と共に説明する。尚、本実施形態に係るエンジン２００は、気筒２０２が図１において紙面と垂直な方向に４本並列してなる直列４気筒ディーゼルエンジンであるが、個々の気筒２０２の構成は相互に等しいため、ここでは一の気筒２０２についてのみ説明することとする。
【００４２】
気筒２０２内における混合気の燃焼に際し、エアフィルタを介して外部から吸入された空気たる吸入空気は、吸気管２０３に導かれる。吸気管２０３には、吸入空気の量を調節可能なディーゼルスロットルバルブ２０４が配設されている。このディーゼルスロットルバルブ２０４は、ＥＣＵ１００と電気的に接続され且つＥＣＵ１００により上位に制御されるスロットルバルブモータ（不図示）から供給される駆動力により回転可能に構成された回転弁であり、ディーゼルスロットルバルブ２０４を境にした吸気管２０３の上流部分と下流部分とをほぼ遮断する全閉位置から、ほぼ全面的に連通させる全開位置まで、その回転位置が連続的に制御される構成となっている。
【００４３】
尚、エンジン２００は、ディーゼルエンジンであり、その出力は、ガソリン等を燃料とするエンジンにおける空燃比制御（吸入空気量に応じた制御）と異なり、噴射量の増減制御を介してコントロールされる。従って、ディーゼルスロットルバルブ２０４は、エンジン２００の動作期間において、基本的に全開位置（図示するディーゼルスロットルバルブ２０４の位置が全開位置に相当する）に制御される。
【００４４】
吸気管２０３は、ディーゼルスロットルバルブ２０４の下流側において、吸気マニホールド２０６と接続され、その内部において連通している。吸気マニホールド２０６には、吸気マニホールド２０６内部の圧力たるインマニ圧Ｐｉｎを検出可能なインマニ圧センサ２０５が設置されている。インマニ圧センサ２０５は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたインマニ圧Ｐｉｎは、ＥＣＵ１００により一定または不定の周期で参照される構成となっている。吸気マニホールド２０６は更に、各気筒に設けられた吸気ポート２０７に連通している。
【００４５】
吸気管２０３に導かれる吸入空気は、吸気マニホールド２０６の入り口付近の合流位置において、後述するＨＰＬＥＧＲガスと混合され、吸気ポート２０７と気筒内部とを連通させることが可能に構成された不図示の吸気バルブの開弁時に気筒２０２内に吸気として吸入される。気筒２０２内には、筒内直噴型のユニットインジェクタ２０８から燃料たる軽油が噴射される構成となっており、噴射された燃料が各気筒内部で、当該吸気と混合され、上述した混合気となる。
【００４６】
尚、詳細は省略するが、燃料は、不図示の燃料タンクに貯留されている。この燃料タンクに貯留される燃料は、不図示のフィードポンプの作用により燃料タンクから汲み出され、不図示の低圧配管を介して公知の各種態様を採り得高圧ポンプ（不図示）に圧送される構成となっている。この高圧ポンプは、コモンレール２０９に対し、燃料を供給することが可能に構成されている。
【００４７】
コモンレール２０９は、ＥＣＵ１００と電気的に接続され、上流側（即ち、高圧ポンプ側）から供給される高圧燃料をＥＣＵ１００により設定される目標レール圧まで蓄積することが可能に構成された、高圧貯留手段である。尚、コモンレール２０９には、レール圧を検出することが可能なレール圧センサ及びレール圧が上限値を超えないように蓄積される燃料量を制限するプレッシャリミッタ等が配設されるが、ここではその図示を省略することとする。前述したユニットインジェクタ２０８は、気筒２０２毎に搭載されており、夫々が高圧デリバリ２１０を介してコモンレール２０９に接続されている。
【００４８】
ここで、ユニットインジェクタ２０８の構成について補足すると、ユニットインジェクタ２０８は、ＥＣＵ１００から供給される指令に基づいて作動する電磁弁と、この電磁弁への通電時に燃料を噴射するノズル（いずれも不図示）とを備える。当該電磁弁は、コモンレール２０９の高圧燃料が印加される圧力室と、当該圧力室に接続された低圧側の低圧通路との間の連通状態を制御することが可能に構成されており、通電時に当該加圧室と低圧通路とを連通させると共に、通電停止時に当該加圧室と低圧通路とを相互に遮断する。
【００４９】
一方、ノズルは、噴孔を開閉するニードルを内蔵し、圧力室の燃料圧力がニードルを閉弁方向（噴孔を閉じる方向）に付勢している。従って、電磁弁への通電により加圧室と低圧通路とが連通し、圧力室の燃料圧力が低下すると、ニードルがノズル内を上昇して開弁する（噴孔を開く）ことにより、コモンレール２０９より供給された高圧燃料を噴孔より噴射することが可能に構成される。また、電磁弁への通電停止により加圧室と低圧通路とが相互に遮断されて圧力室の燃料圧力が上昇すると、ニードルがノズル内を下降して閉弁することにより、噴射が終了する構成となっている。
【００５０】
尚、燃料は、個々の気筒２０２において、ユニットインジェクタ２０８を介し、目標噴射量に相当する燃料が、燃焼室内の急激な温度上昇を防止するための、或いは燃料と吸気とを十分に予混合するためのパイロット噴射と、目標噴射量とパイロット噴射量との差分に相当するメイン噴射とに分割して噴射される構成となっている。
【００５１】
上述した混合気は、圧縮行程において自着火して燃焼し、燃焼済みガスとして、或いは一部未燃の混合気として、吸気バルブの開閉に連動して開閉する排気バルブ（不図示）の開弁時に排気ポート２１１を介して排気マニホールド２１２に導かれる構成となっている。この排気マニホールド２１２は、排気管２１３に連通しており、排気の大部分は、この排気管２１３に導かれる構成となっている。
【００５２】
一方、排気管２１３には、タービンハウジング２１４に収容される形でタービン２１５が設置されている。タービン２１５は、排気管２１３に導かれた排気の圧力（即ち、排気圧）により所定の回転軸を中心として回転可能に構成されている。このタービン２１５の回転軸は、コンプレッサハウジング２１７に収容される形で吸気管２０３に設置されたコンプレッサ２１６と共有されており、タービン２１５が排気圧により回転すると、コンプレッサ２１６も当該回転軸を中心として回転する構成となっている。
【００５３】
コンプレッサ２１６は、吸気管２０３に導かれる吸入空気を、その回転に伴う圧力により上述した吸気マニホールド２０６へ圧送供給することが可能に構成されており、このコンプレッサ２１６による吸入空気の圧送効果により、所謂過給が実現される構成となっている。即ち、タービン２１５とコンプレッサ２１６とにより、一種のターボチャージャが構成されている。また、コンプレッサ２１６と吸気マニホールド２０６との間には、インタークーラ２１９が設置され、過給された吸入空気を冷却することによって過給効率の向上が図られる構成となっている。
【００５４】
尚、吸気管２０３におけるコンプレッサ２１６の上流側には、吸入空気の量たる吸入空気量Ｇａを検出可能なエアフローメータ２１８が配設されている。エアフローメータ２１８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された吸入空気量Ｇａは、ＥＣＵ１００により一定または不定の周期で参照される構成となっている。尚、吸気管２０３における、エアフローメータ２１８とコンプレッサ２１６との間には、後述するＬＰＬＥＧＲガスを導くＬＰＬＥＧＲ通路５１０が連結されており、その内部において、吸気管２０３に連通する構成となっている。即ち、気筒２０２内に吸入される吸気は、吸入空気、ＬＰＬＥＧＲガス及びＨＰＬガスが適宜混合された（混合比率は多岐にわたる）ものとなる。
【００５５】
ＨＰＬＥＧＲ３００は、排気の一部を吸気系に還流することが可能に構成された排気再循環装置であり、ＨＰＬＥＧＲ通路３１０、ＨＰＬＥＧＲクーラ３２０及びＨＰＬＥＧＲバルブ３３０を備える。
【００５６】
ＨＰＬＥＧＲ通路３１０は、排気マニホールド２１２から分岐すると共に、排気マニホールド２１２と吸気管２０３とを連通させる金属製且つ中空の管状部材であり、上述した吸気マニホールド２０６上流の合流位置において吸気管２０３と連通する構成となっている。ＨＰＬＥＧＲ通路３１０に導かれた排気は、ＨＰＬＥＧＲガスとして、係る合流位置に還流される。
【００５７】
ＨＰＬＥＧＲクーラ３２０は、ＨＰＬＥＧＲ通路３１０に設けられた冷却装置である。ＨＰＬＥＧＲクーラ２２２は、外周部にエンジン２００の冷却水配管が張り巡らされた金属製且つ中空の管状部材であり、ＨＰＬＥＧＲ通路３１０に導かれるＨＰＬＥＧＲガスは、この冷却水との熱交換により冷却され、下流側（即ち、吸気管２０３側）へ導かれる構成となっている。ＨＰＬＥＧＲクーラ３２０には、夫々が上述したウォータジャケットに連通するインレットパイプ及びアウトレットパイプ接続されている。この際、冷却水は、インレットパイプから当該冷却水配管に流入し、アウトレットパイプを介して当該冷却水配管の外に排出される。排出された冷却水は、エンジン２００の冷却水循環系に還流され、所定の経路を経て再びインレットパイプから供給される。
【００５８】
ＨＰＬＥＧＲバルブ３３０は、ＨＰＬＥＧＲクーラ３２０下流側においてＨＰＬＥＧＲ通路３１０に設置された開閉可能な弁体と、当該弁体を駆動する駆動装置を含むバルブ機構である。ＨＰＬＥＧＲバルブ３３０の弁体は、当該駆動装置により開閉状態が連続的に変化するように構成されており、当該開閉状態に応じて、ＨＰＬＥＧＲ通路３１０を流れるＨＰＬＥＧＲガスの流量、即ち、ＨＰＬＥＧＲ量を制御することが可能に構成されている。ＨＰＬＥＧＲバルブ３３０の駆動装置は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＨＰＬＥＧＲバルブ３３０の弁体の開閉状態は、ＥＣＵ１００により上位に制御される構成となっている。
【００５９】
尚、説明の煩雑化を防ぐ目的から、本実施形態では、ＨＰＬＥＧＲ３００は非稼動であるとする。
【００６０】
排気マニホールド２１２には、燃料添加弁２２０が設置されている。燃料添加弁２２０は、図示せぬ駆動系により駆動され、排気マニホールド２１２内部に燃料を噴射可能に構成されたインジェクタであり、本発明に係る「リッチ化手段」の一例である。燃料添加弁２２０の駆動系は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＥＣＵ１００により上位に制御される構成となっている。
【００６１】
ＤＰＮＲ４００は、ＣＣＯ（酸化触媒）４１０、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）４２０、及びＮＳＲ触媒４３０を排気流れ方向に並列配置してなる、本発明に係る「排気浄化手段」の一例である。
【００６２】
ＣＣＯ４１０は、アルミナ等の多孔質塩基性担体に白金等の貴金属を担持してなり、排気中のＣＯ、ＨＣ（主としてＳＯＦ）及びＮＯ等を酸化することが可能に構成された触媒である。
【００６３】
ＤＰＦ４２０は、排気中のＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）を捕捉可能に構成されたフィルタである。ＤＰＦ４２０は、金属製の筐体にコージェライトやＳｉＣ等のセラミック担体によって構成されたフィルタが収容された構造を有する。このフィルタは、排気の流れる方向に伸長し且つ排気の流れる方向と垂直な断面がハニカム状をなす複数の排気通路を形成している。この排気通路は、排気の入口側と出口側とのうち一方が、相互に隣接しないように互い違いに目封じされており、ＤＰＦ４２０は、所謂セラミックウォールフロー型のフィルタ構造を有している。
【００６４】
ＮＳＲ触媒４３０は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属等のＮＯｘ吸蔵材と貴金属をアルミナ等の多孔質担体に担持してなるＮＯｘ吸蔵還元型触媒である。ＮＳＲ触媒４３０は、リーン雰囲気中で排気中のＮＯを貴金属上でＮＯｘに酸化し、塩基性物質であるＮＯｘ吸蔵材がＮＯｘと中和反応して硝酸塩や亜硝酸塩を形成することによりＮＯｘを吸蔵することが可能に構成されており、また燃料リッチ雰囲気中で、吸蔵されていた硝酸塩や亜硝酸塩が分解しＮＯｘが放出されると共に、貴金属の触媒作用によりＨＣやＣＯ等の還元剤と反応してＮ２に浄化される構成となっている。
【００６５】
ＬＰＬＥＧＲ５００は、排気の一部を吸気系に還流することが可能に構成された排気再循環装置であり、本発明に係る「ＬＰＬＥＧＲ装置」の一例である。ＬＰＬＥＧＲ５００は、ＬＰＬＥＧＲ通路５１０、ＬＰＬＥＧＲクーラ５２０及びＬＰＬＥＧＲバルブ５３０を備える。
【００６６】
ＬＰＬＥＧＲ通路５１０は、ＤＰＮＲ４００下流側のＬＰＬ分岐位置において排気管２１３から分岐する金属製且つ中空の管状部材であり、コンプレッサ２１６上流側に設けられたＬＰＬ合流位置において上述した吸気管２０３に連通する構成となっている。ＬＰＬＥＧＲ通路５１０に導かれた排気は、ＬＰＬＥＧＲガスとして、係るＬＰＬ合流位置に還流される。
【００６７】
ＬＰＬＥＧＲクーラ５２０は、ＬＰＬＥＧＲ通路５１０に設けられた冷却装置である。ＬＰＬＥＧＲクーラ２２２は、外周部にエンジン２００の冷却水配管が張り巡らされた金属製且つ中空の管状部材であり、ＬＰＬＥＧＲ通路５１０に導かれるＨＰＬＥＧＲガスは、この冷却水との熱交換により冷却され、下流側（即ち、吸気管２０３側）へ導かれる構成となっている。ＬＰＬＥＧＲクーラ５２０には、夫々が上述したウォータジャケットに連通するインレットパイプ及びアウトレットパイプ接続されている。この際、冷却水は、インレットパイプから当該冷却水配管に流入し、アウトレットパイプを介して当該冷却水配管の外に排出される。排出された冷却水は、エンジン２００の冷却水循環系に還流され、所定の経路を経て再びインレットパイプから供給される。
【００６８】
ＬＰＬＥＧＲバルブ５３０は、ＬＰＬＥＧＲクーラ５２０下流側においてＬＰＬＥＧＲ通路５１０に設置された開閉可能な弁体と、当該弁体を駆動する駆動装置を含むバルブ機構である。ＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の弁体は、当該駆動装置により開閉状態が連続的に変化するように構成されており、当該開閉状態に応じて、ＬＰＬＥＧＲ通路５１０を流れるＬＰＬＥＧＲガスの流量、即ち、ＬＰＬＥＧＲ量を制御することが可能に構成されている。ＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の駆動装置は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、ＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の弁体の開閉状態は、ＥＣＵ１００により上位に制御される構成となっている。
【００６９】
排気管２１３における、ＤＰＮＲ４００とＬＰＬＥＧＲ通路５１０に係る分岐位置との間には、ＤＰＮＲ４００下流の排気における空燃比ＡＦｓｅｎｓを検出することが可能に構成された空燃比センサ２２１が設置されている。空燃比センサ２２１は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された空燃比ＡＦｓｅｎｓは、ＥＣＵ１００により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
【００７０】
＜実施形態の動作＞
ＤＰＮＲ４００では、先に述べたように、ＮＳＲ触媒４３０において吸蔵されたＮＯｘを適宜還元する必要がある。その際、排気添加弁２２０からの燃料噴射により排気が一時的に燃料リッチな状態とされる（以下、このような制御を適宜「リッチスパイク」と称する）。係るリッチスパイクによって、ＣＣＯ４１０での酸化反応が促進され、その反応熱によってＮＳＲ触媒４３０を昇温せしめられると共に、ＮＳＲ触媒４３０でのＮＯｘ還元が進行する。このようなＤＰＮＲ４００における連続再生により、ＮＯｘは好適に浄化されると同時に、ＮＳＲ触媒４３０の再生が好適に行われる。
【００７１】
一方、このようなリッチスパイクの実行過程においては、ＤＰＮＲ４００に大量の還元剤を供給する必要性から、排気が必然的に燃料リッチとなって、また排気中の不活性なＣＯ２の濃度が増加する。この際、ＬＰＬＥＧＲ５００が稼動中であると、この燃料リッチな排気（尚、これ以降、適宜「リッチスパイク雰囲気」と称する）の一部が、ＤＰＮＲ４００下流側のＬＰＬ分岐位置においてＬＰＬＥＧＲ通路５１０に分岐し、ＬＰＬＥＧＲバルブ５３０を通過してコンプレッサ２１６上流側のＬＰＬ合流位置から吸気系にＬＰＬＥＧＲガスとして還流される。ところが、この場合、ＬＰＬＥＧＲガスは、通常の（即ち、リッチスパイク非実行時の）排気と異なりＣＯ２過剰、即ち酸素不足のリッチスパイク雰囲気であるため、コンプレッサ２１６を介して吸気マニホールド２０６に供給される吸気（吸入空気とＬＰＬＥＧＲガスとの混合体）は、総じて酸素不足となり易い。このため、何らの対策も講じられない場合、燃焼室において、失火やトルク不足（ＣＯ２が大量に含まれると、火炎の伝播が緩慢となりトルクが低下し易い）が生じ易い。そこで、エンジンシステム１０では、ＥＣＵ１００により、リッチスパイク時ＬＰＬＥＧＲ制御が実行され、リッチスパイク時におけるＬＰＬＥＧＲガス量が最適化される。
【００７２】
ここで、図２を参照し、リッチスパイク時ＬＰＬＥＧＲ制御の詳細について説明する。ここに、図２は、リッチスパイク時ＬＰＬＥＧＲ制御のフローチャートである。
【００７３】
図２において、ＥＣＵ１００は、リッチスパイク実行条件であるか否かを判別する（ステップＳ１０１）。リッチスパイク実行条件でない場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、当該制御は終了する。尚、当該制御は、終了後ＥＣＵ１００に固有の周期で繰り返し実行される制御である。
【００７４】
リッチスパイク実行条件である場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、ＬＰＬＥＧＲ（即ち、ＬＰＬＥＧＲ５００を使用したＬＰＬＥＧＲガスの還流制御）の実行条件であるか否かを判別する（ステップＳ１０２）。ＬＰＬＥＧＲの実行条件でない場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、当該制御を終了する。尚、リッチスパイク実行条件である場合、無論ＥＣＵ１００は、排気添加弁２２０を駆動制御して、所定量のリッチスパイクを実行する。
【００７５】
リッチスパイク実行条件であり且つＬＰＬＥＧＲの実行条件である場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、リッチスパイクに係る各種条件を算出する（ステップＳ１０３）。ここで、各種条件とは、気筒内吸気量Ｇｃｙｌ、ベース吸入空気量Ｇａｂａｓｅ及び燃料噴射量Ｇｆを指す。尚、「算出」とは、センサから検出値を取得することも、マップから該当値を選択することも包括するものとする。
【００７６】
このうち、気筒内吸気量Ｇｃｙｌは、インマニ圧Ｐｉｎと機関回転速度Ｎｅに基づいて予めＲＯＭに格納されたマップから選択的に取得される。また、ベース吸入空気量Ｇａｂａｓｅは、リッチスパイク非実行時の吸入空気量であり、ここでは、その時点でエアフローメータ２１８により検出された吸入空気量Ｇａの値である。燃料噴射量Ｇｆは、ユニットインジェクタ２０８から噴射される燃料の量であり、ユニットインジェクタ２０８がＥＣＵ１００により駆動制御される点に鑑みれば、ＥＣＵ１００自身が制御量として把握している。
【００７７】
これら各種条件を算出すると、ＥＣＵ１００は、リッチスパイク雰囲気の速度たるリッチスパイク移動速度を算出する（ステップＳ１０４）。ここで、リッチスパイク移動速度は、エンジン２００のサイクル数に関係している。即ち、リッチスパイク雰囲気は、エンジン２００の物理構成に応じて定まる所定サイクルが経過した時点で、ＬＰＬＥＧＲバルブ５３０に到達する。機関回転速度Ｎｅが既知であれば、所定サイクルが経過するのに要する時間は機関回転速度Ｎｅに応じた値として算出可能であり、ＥＣＵ１００は、係る所定サイクルが経過するのに要する時間から、リッチスパイク移動速度を算出する。
【００７８】
リッチスパイク移動速度が算出されると、ＥＣＵ１００は、空燃比センサ２２１による空燃比の検出後で、ＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の駆動制御が間に合うか否かを判別する（ステップＳ１０５）。この際、ＥＣＵ１００は、空燃比センサ２２１からＬＰＬＥＧＲバルブ５３０までの距離と、リッチスパイク移動速度とから算出されるリッチスパイク到達時間が、ＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の物理的、機械的又は電気的な要因を含む動作遅延時間（制御信号が供給されてから実際にバルブが目標開度まで移動するのに要する時間、或いは、係る動作遅延時間に目標開度の決定に要するプロセス時間が加算された時間）よりも短い場合に、ＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の駆動制御が間に合わないと判別する。
【００７９】
駆動制御が間に合う場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、空燃比センサ２２１により検出される空燃比ＡＦｓｅｎｓから、下記関係式（１）に従って吸入空気量の目標値たる目標吸入空気量Ｇａｔｇを算出する（ステップＳ１０６）。また、空燃比センサ２２１は、所定周期でＡＦｓｅｎｓの検出を行うから、係る目標吸入空気量Ｇａｔｇもまた、時々刻々と算出され、ＲＡＭに一時的に記憶される。
【００８０】
Ｇａｔｇ＝Ｇｃｙｌ×（（Ｇｃｙｌ−Ｇａｂａｓｅ）×Ｇｆ×ＡＦｓｅｎｓ）／Ｇａｂａｓｅ・・・（１）
一方、駆動制御が間に合わない場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、予めＲＯＭに格納された基準空燃比ＡＦｐａｔに基づいて、上記関係式（１）に従って目標空燃比Ｇａｔｇを算出する。基準空燃比ＡＦｐａｔは、リッチスパイク雰囲気の伝播特性を予め実験的に又はシミュレーション等に基づいた適合により模式化してなる値であり、リッチスパイク雰囲気が空燃比センサ２２１に到達してよりの時間経過に応じたパターンとして記憶されている。
【００８１】
目標吸入空気量Ｇａｔｇを算出すると、ＥＣＵ１００は、空燃比センサ２２１を通過したリッチスパイク雰囲気がＬＰＬＦＧＲバルブ５３０に到達する時間たる、先に述べたリッチスパイク到達時間と、リッチスパイク雰囲気がＬＰＬＥＧＲバルブ５３０を通過した時期たる基準時期とから、リッチスパイク雰囲気がＬＰＬバルブ５３０に到達する時期たるリッチスパイク到達時期を算出する（ステップＳ１０８）。
【００８２】
リッチスパイク到達時期を算出すると、ＥＣＵ１００は、制御開始時期を決定する（ステップＳ１０９）。ここで、制御開始時期とは、先に述べた、ＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の動作遅延を考慮して、リッチスパイク到達時期に吸入空気量Ｇａが目標吸入空気量Ｇａｔｇとなるように定められる時期である。尚、補足すると、動作遅延に相当する時間は、絶対時間（例えば、数十ｍｓｅｃ程度）として与えられており、リッチスパイク到達時期は、エンジンシステム１０の制御ロジック上、クランク位置として与えられている。従って、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０９において、動作遅延時間をクランク位置に換算した後に、リッチスパイク到達時期から減算する（即ち、時間軸上で早める）ことにより、制御開始時期をクランク位置として算出する。
【００８３】
ＥＣＵ１００は、制御開始時期が訪れたか否かを判別する（ステップＳ１１０）。制御開始時期が訪れない場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、制御開始時期が訪れるまで待機すると共に、制御開始時期が訪れた場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、ＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の駆動制御を開始する（ステップＳ１１１）。ＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の駆動制御が開始されると、リッチスパイク時ＬＰＬＥＧＲ制御は終了する。尚、ステップＳ１１１に係るＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の駆動制御は、吸入空気量Ｇａが、先に時々刻々と変化する空燃比ＡＦｓｅｎｓに応じて順次設定され且つ記憶された目標吸入空気量Ｇａｔｇとなるように、時間軸上で順次連続的に実行される。尚、目標吸入空気量Ｇａｔｇを得るためのＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の制御量（例えば、ＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の開度等）は、吸気量Ｇｃｙｌから目標吸入空気量Ｇａｔｇを減算することにより得られるＬＰＬＥＧＲ量に対応する制御量として設定される。
【００８４】
ここで、図３を参照し、本実施形態の効果について説明する。ここに、図３は、リッチスパイク時ＬＰＬＥＧＲ制御に関係する各指標値の一時間特性を例示する模式的なタイミングチャートである。
【００８５】
図３において、上段から順次空燃比ＡＦｓｅｎｓ、ＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の開度指示値、ＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の実開度、及び吸入空気量Ｇａの時間特性となっている。
【００８６】
図３において、時刻Ｔ０にリッチスパイク制御が開始されたとすると、時刻Ｔ１において空燃比センサ２２１によりリッチスパイク雰囲気の空燃比が検出される。即ち、時刻Ｔ１以降、空燃比ＡＦｓｅｎｓは、燃料リッチであることを示すように基準値（即ち、リッチスパイク制御開始前のＡＦｓｅｎｓ）から低下し始める。
【００８７】
この検出される空燃比ＡＦｓｅｎｓに応じるように、ＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の開度指示値（即ち、一義的に目標吸入空気量Ｇａｔｇ）が時刻Ｔ２において設定され、ＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の駆動が開始される（即ち、時刻Ｔ２は、制御開始時期に相当する時刻である）。一方、ＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の開度指示値が設定されると、先に述べた動作遅延に相当する時間だけ遅れた時刻Ｔ３（即ち、リッチスパイク到達時期に相当する時刻である）、実際にＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の開度が変化し始める。
【００８８】
その結果、吸入空気量Ｇａは、時刻Ｔ３から増加し始める。この際、吸入空気量Ｇａは、吸気中の酸素濃度が一定となるように定められた値であるから、吸気中の酸素濃度は一定に維持される。尚、このような吸入空気量Ｇａの増量は、時刻Ｔ４において空燃比ＡＦｓｅｎｓが基準値に復帰し（即ち、リッチスパイク雰囲気の通過が終了し）、時刻Ｔ５においてＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の駆動制御が終了し、それに伴い時刻Ｔ６に実際にＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の開度が元の値に復帰したことにより、時刻Ｔ６において吸入空気量Ｇａが元の値に復帰することによって終了する。このように、本実施形態に係るリッチスパイク時ＬＰＬＥＧＲ制御によれば、ＤＰＮＲ４００下流に設置された空燃比センサ２２１により検出される排気空燃比ＡＦｓｅｎｓに基づいて、吸気中の酸素濃度を正確に一定に維持可能である。また、この際、リッチスパイク雰囲気がＬＰＬＥＧＲバルブ５３０に到達するリッチスパイク到達時期が、エンジン２００のサイクル数に基づいて正確に且つ簡便に算出されるため、好適である。また、リッチスパイク実行時の機関回転速度が高い等の理由により、空燃比を検出してからではＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の駆動制御が間に合わない場合には、予め設定された基準空燃比ＡＦｐａｔに基づいて、可及的に最適な目標吸入空気量Ｇａｔｇが設定されるため、広範な運転条件において、吸入空気量Ｇａを最適化することが可能である。
【００８９】
尚、基準空燃比ＡＦｐａｔは、機関回転速度Ｎｅに応じて補正される。ここで、図４を参照し、基準空燃比ＡＦｐａｔについて視覚的に説明する。ここに、図４は、基準空燃比ＡＦｐａｔの時間特性を例示する模式図である。
【００９０】
図４において、基準空燃比ＡＦｐａｔがＰＲＦ＿ＢＡＳＥ（実線参照）として表される。基準空燃比ＡＦｐａｔは、予め設定された規準回転速度における空燃比のパターンであり、例えば、機関回転速度が基準回転速度に対し低い場合（即ち、所定のサイクル数が経過するのに要する時間が長く、リッチスパイク移動速度が遅い場合）には、図示ＰＲＦ＿１（破線参照）のように、時間経過に対しより緩慢な特性に補正される。このように、機関回転速度Ｎｅに応じて基準空燃比ＡＦｐａｔが補正されることにより、実際に空燃比が検出されてからではＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の駆動制御が間に合わない場合であっても、目標吸入空気量Ｇａｔｇを好適に算出することができる。
＜第２実施形態＞
次に、図５を参照し、本発明の第２実施形態に係るリッチスパイク時ＬＰＬＥＧＲ制御の詳細について説明する。ここに、図５は、第２実施形態に係るリッチスパイク時ＬＰＬＥＧＲ制御のフローチャートである。尚、同図において、図３と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
【００９１】
図５において、制御開始時期が決定されると、ＥＣＵ１００は、ベース吸入空気量Ｇａｂａｓｅに変化が生じたか否かを判別する（ステップＳ２０１）。ベース吸入空気量Ｇａｂａｓｅに変化が生じていない場合（ステップＳ２０１：ＮＯ）、処理はステップＳ１１０に移行される。一方、ベース吸入空気量Ｇａｂａｓｅに変化が生じている場合（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、目標吸入空気量Ｇａｂａｓｅを補正する（ステップＳ２０２）。
【００９２】
ここで、図６を参照し、目標吸入空気量Ｇａｔｇの補正態様について説明する。ここに、図６は、補正がなされた場合の目標吸入空気量Ｇａｔｇの時間特性を表す模式的なタイミングチャートである。
【００９３】
図６において、時刻Ｔ１０に例えばドライバがアクセル操作を行う等してベース吸入空気量ＧａｂａｓｅがΔＧａ増加したとする。この場合、上記関係式（１）に従えば、本来要求される目標吸入空気量Ｇａｔｇも変化する。そこで、図５ステップＳ２０２に係る処理により、時刻Ｔ１０において、目標吸入空気量Ｇａｔｇが、ベース吸入空気量Ｇａｂａｓｅの変化分ΔＧａに応じた補正量ΔＧａ’だけ増量補正される。図６では、補正後の目標吸入空気量Ｇａｔｇが実線により、また補正がなされない場合の目標吸入空気量Ｇａｔｇの特性が破線で表される。即ち、補正がなされない場合、目標吸入空気量Ｇａｔｇが不適切となり、リッチスパイク実行時における燃焼室の燃焼状態が変化して、失火或いはトルク低下等の不具合が生じるが、第２実施形態によれば、ＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の駆動制御が開始される制御開始時期よりも以前であれば、係るベース吸入空気量Ｇａｂａｓｅの変化量に応じた補正がなされるため、吸気中の酸素濃度をリッチスパイクの実行前後において可及的に維持することができる。
【００９４】
また、ＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の駆動制御が開始されてからベース吸入空気量Ｇａｂａｓｅが変化した場合、ＥＣＵ１００は、現時点のベース吸入空気量Ｇａｂａｓｅに応じて、駆動制御の開始に間に合うタイミングから順次目標吸入空気量Ｇａｔｇの補正を実行する。このため、ＬＰＬＥＧＲバルブ５３０の駆動制御が開始されてからベース吸入空気量Ｇａｂａｓｅが変化したとしても、吸気中の酸素濃度は、リッチスパイクの実行前後で可及的に一定に維持される。
【００９５】
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り、そのような変更を伴う車両の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエンジンシステムの構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図２】図１のエンジンシステムにおいてＥＣＵにより実行されるリッチスパイク時ＬＰＬＥＧＲ制御のフローチャートである。
【図３】図３の制御に関係する各指標値の一時間特性を例示する模式的なタイミングチャートである。
【図４】基準空燃比ＡＦｐａｔの時間特性を例示する模式図である。
【図５】第２実施形態に係るリッチスパイク時ＬＰＬＥＧＲ制御のフローチャートである。
【図６】ベース吸入空気量の変化に応じた補正がなされた場合の目標吸入空気量Ｇａｔｇの時間特性を表す模式的なタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００９７】
１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２２０…排気添加弁、２２１…空燃比センサ、３００…ＨＰＬＥＧＲ、４００…ＤＰＮＲ、４３０…ＮＳＲ触媒、５００…ＬＰＬＥＧＲ、５１０…ＬＰＬＥＧＲ通路、５３０…ＬＰＬＥＧＲバルブ。
【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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