(57)【要約】【課題】リッチスパイク時に吸気通路へのＥＧＲガスの導入が行われていても内燃機関のトルク低下を抑制することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】リッチスパイクにより機能が再生されるフィルタ４１と、フィルタ４１より上流の排気通路に燃料を噴射する燃料添加弁１２と、フィルタ４１より下流の排気通路から吸気通路４に排気の一部をＥＧＲガスとして導く低圧ＥＧＲ通路３１とを備え、所定の再生条件が成立した場合にフィルタ４１に対してリッチスパイクが実行されるように燃料添加弁１２から燃料を噴射させる内燃機関の排気浄化装置において、所定の再生条件が成立し、かつ低圧ＥＧＲ通路３１を介してＥＧＲガスが吸気通路４に導かれている場合に、リッチスパイクの実行時に燃料添加弁１２から噴射された燃料の一部が気筒２内に逆流する排気とともに気筒２内に導かれるように燃料添加弁１２から燃料を噴射させる。【選択図】図１
2009041453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられ、排気の空燃比を一時的に理論空燃比よりリッチ側に設定するリッチスパイクにより機能が再生される排気浄化手段と、前記排気浄化手段より上流の排気通路に燃料を噴射する燃料添加手段と、前記排気浄化手段より下流の排気通路から吸気通路に排気の一部をＥＧＲガスとして導くＥＧＲ通路と、所定の再生条件が成立した場合に前記排気浄化手段に対して前記リッチスパイクが実行されるように前記燃料添加手段から燃料を噴射させるリッチスパイク実行手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記リッチスパイク実行手段は、前記所定の再生条件が成立し、かつ前記ＥＧＲ通路を介してＥＧＲガスが前記吸気通路に導かれている場合に、前記リッチスパイクの実行時に前記燃料添加手段から噴射された燃料の一部が前記内燃機関の気筒内に逆流する排気とともに前記気筒内に導かれるように前記燃料添加手段から燃料を噴射させるトルク低下抑制手段を備えていることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記燃料添加手段は、排気マニホールドに設けら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】
前記燃料添加手段は、前記気筒の排気ポートの出口の周囲に設けら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４】
リッチスパイクの実行により空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定された排気が前記ＥＧＲ通路及び前記吸気通路を経由して前記気筒内に戻る回帰時期を特定する回帰時期特定手段をさらに備え、
前記トルク低下抑制手段は、前記所定の再生条件が成立し、かつ前記ＥＧＲ通路を介してＥＧＲガスが前記吸気通路に導かれている場合、リッチスパイクの実行時期をこのリッチスパイクにおいて前記燃料添加手段から噴射される燃料の一部が排気とともに前記気筒内に導かれる時期とこのリッチスパイクよりも前に実行されたリッチスパイクの前記回帰時期とが同期するように調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記気筒の排気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構をさらに備え、
前記トルク低下抑制手段は、前記所定の再生条件が成立し、かつ前記ＥＧＲ通路を介してＥＧＲガスが前記吸気通路に導かれている場合、前記可変動弁機構を制御して前記気筒内に排気が逆流するように前記排気弁の閉弁時期を遅角させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記可変動弁機構は、前記気筒の吸気弁の閉弁時期を変更可能であり、
前記トルク低下抑制手段は、前記所定の再生条件が成立し、かつ前記ＥＧＲ通路を介してＥＧＲガスが前記吸気通路に導かれている場合、前記可変動弁機構を制御して前記気筒内への排気の逆流が促進されるように前記吸気弁の閉弁時期を変更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装置。
【請求項７】
前記気筒に吸入される吸気においてＥＧＲガスが占める割合であるＥＧＲ率を取得するＥＧＲ率取得手段をさらに備え、
前記トルク低下抑制手段は、前記ＥＧＲ率取得手段によって取得されたＥＧＲ率に応じて排気とともに前記気筒内に導かれる燃料量が調整されるように前記燃料添加手段から燃料を噴射させる噴射期間及び前記排気弁の閉弁時期の少なくともいずれか一方を変更することを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記トルク低下抑制手段は、前記ＥＧＲ率取得手段によって取得されたＥＧＲ率が高いほど前記気筒内に逆流する排気によって前記気筒内に導かれる燃料量が増加するように前記燃料添加手段から燃料を噴射させる噴射期間及び前記排気弁の閉弁時期の少なくともいずれか一方を変更することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記トルク低下抑制手段は、前記ＥＧＲ率取得手段によって取得されたＥＧＲ率が高いほど前記排気弁の閉弁時期が遅くなるように前記可変動弁機構を制御することを特徴とする請求項７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、排気通路に燃料を噴射する燃料添加弁と、燃料添加弁より下流の排気通路と吸気通路とを接続するＥＧＲ通路とを備えた内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャのタービンの下流に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持したフィルタが設けられ、そのフィルタの下流から排気を取り出してターボチャージャのコンプレッサの上流に導入するＥＧＲ通路を備えた内燃機関が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−７６４５６号公報
【特許文献２】特開平６−５０１３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
周知のように吸蔵還元型ＮＯｘ触媒は、排気の空燃比が理論空燃比よりもリーンのときに窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、排気の空燃比を理論空燃比又は理論空燃比よりリッチにすると吸蔵したＮＯｘを還元剤としての燃料の存在下で還元して浄化することが知られている。特許文献１の内燃機関のように吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の下流から排気を取り出して吸気通路に還流させるものにおいては、この排気の還流を行いつつ吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを還元させるべく排気に燃料を添加して排気の空燃比を理論空燃比よりもリッチにするリッチスパイクを実行した場合、空燃比が理論空燃比よりリッチな排気が吸気通路に還流された際に吸気の酸素濃度が低下する。そして、この酸素濃度の低下した吸気が気筒内に吸い込まれると着火遅れが大きくなり、内燃機関のトルクが低下するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、リッチスパイク時に吸気通路へのＥＧＲガスの導入が行われていても内燃機関のトルク低下を抑制することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、排気通路に設けられ、排気の空燃比を一時的に理論空燃比よりリッチ側に設定するリッチスパイクにより機能が再生される排気浄化手段と、前記排気浄化手段より上流の排気通路に燃料を噴射する燃料添加手段と、前記排気浄化手段より下流の排気通路から吸気通路に排気の一部をＥＧＲガスとして導くＥＧＲ通路と、所定の再生条件が成立した場合に前記排気浄化手段に対して前記リッチスパイクが実行されるように前記燃料添加手段から燃料を噴射させるリッチスパイク実行手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記リッチスパイク実行手段は、前記所定の再生条件が成立し、かつ前記ＥＧＲ通路を介してＥＧＲガスが前記吸気通路に導かれている場合に、前記リッチスパイクの実行時に前記燃料添加手段から噴射された燃料の一部が前記内燃機関の気筒内に逆流する排気とともに前記気筒内に導かれるように前記燃料添加手段から燃料を噴射させるトルク低下抑制手段を備えていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
本発明の排気浄化装置によれば、燃料添加手段から噴射された燃料の一部を気筒内に導くので、この燃料によって内燃機関のトルクを増加させることができる。そのため、酸素濃度の低い吸気が気筒内に流入して着火遅れが大きくなっても、内燃機関のトルク低下を抑制することができる。気筒内に導かれた燃料は、気筒から排出される排気の空燃比をリッチ側に変化させるので、本来の目的である排気浄化手段の機能再生にも利用される。そのため、無駄に燃料を消費することなく内燃機関のトルク低下を抑制することができる。
【０００８】
本発明の排気浄化装置の一形態において、前記燃料添加手段は、排気マニホールドに設けられていてもよい（請求項２）。また、前記燃料添加手段は、前記気筒の排気ポートの出口の周囲に設けられていてもよい（請求項３）。このような位置に燃料添加手段を設けることにより、燃料添加手段から噴射された燃料の一部を排気とともに気筒内に導くことができる。
【０００９】
本発明の排気浄化装置の一形態においては、リッチスパイクの実行により空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定された排気が前記ＥＧＲ通路及び前記吸気通路を経由して前記気筒内に戻る回帰時期を特定する回帰時期特定手段をさらに備え、前記トルク低下抑制手段は、前記所定の再生条件が成立し、かつ前記ＥＧＲ通路を介してＥＧＲガスが前記吸気通路に導かれている場合、リッチスパイクの実行時期をこのリッチスパイクにおいて前記燃料添加手段から噴射される燃料の一部が排気とともに前記気筒内に導かれる時期とこのリッチスパイクよりも前に実行されたリッチスパイクの前記回帰時期とが同期するように調整してもよい（請求項４）。吸気の酸素濃度は、以前に実行したリッチスパイクによって空燃比が理論空燃比よりリッチ側に設定された排気が気筒内に戻ってきた回帰時期に低下する。そのため、このように気筒内に排気とともに燃料を導く時期と以前に実行したリッチスパイクの回帰時期とを同期させることにより、内燃機関のトルク低下をより適切に抑制することができる。
【００１０】
本発明の排気浄化装置の一形態においては、前記気筒の排気弁の閉弁時期を変更可能な可変動弁機構をさらに備え、前記トルク低下抑制手段は、前記所定の再生条件が成立し、かつ前記ＥＧＲ通路を介してＥＧＲガスが前記吸気通路に導かれている場合、前記可変動弁機構を制御して前記気筒内に排気が逆流するように前記排気弁の閉弁時期を遅角させてもよい（請求項５）。このように排気弁の閉弁時期を遅角させることにより確実に気筒内に排気を逆流させることができるので、燃料添加手段から噴射された燃料の一部をより確実に気筒内に導くことができる。
【００１１】
この形態において、前記可変動弁機構は、前記気筒の吸気弁の閉弁時期を変更可能であり、前記トルク低下抑制手段は、前記所定の再生条件が成立し、かつ前記ＥＧＲ通路を介してＥＧＲガスが前記吸気通路に導かれている場合、前記可変動弁機構を制御して前記気筒内への排気の逆流が促進されるように前記吸気弁の閉弁時期を変更してもよい（請求項６）。この場合、燃料添加手段から噴射された燃料の一部をさらに確実に気筒内に導くことができる。なお、排気の逆流を促進させるには、例えばピストンが上死点から下死点に移動しているときは吸気弁を閉弁させるともに排気弁を開弁させればよい。この場合、吸気通路から気筒内への吸気の流入が遮断されるため、排気通路から気筒内への排気の逆流を促進させることができる。
【００１２】
可変動弁機構を備えた本発明の排気浄化装置の一形態においては、前記気筒に吸入される吸気においてＥＧＲガスが占める割合であるＥＧＲ率を取得するＥＧＲ率取得手段をさらに備え、前記トルク低下抑制手段は、前記ＥＧＲ率取得手段によって取得されたＥＧＲ率に応じて排気とともに前記気筒内に導かれる燃料量が調整されるように前記燃料添加手段から燃料を噴射させる噴射期間及び前記排気弁の閉弁時期の少なくともいずれか一方を変更してもよい（請求項７）。周知のように吸気の酸素濃度はＥＧＲ率に応じて変化するため、内燃機関のトルクもＥＧＲ率に応じて変化する。この形態では、ＥＧＲ率に応じて排気とともに気筒内に導かれる燃料量を調整するので、内燃機関のトルクの変化に対して適切な量の燃料を気筒内に導くことができる。そのため、内燃機関のトルク低下を適切に抑制できる。
【００１３】
この形態において、前記トルク低下抑制手段は、前記ＥＧＲ率取得手段によって取得されたＥＧＲ率が高いほど前記気筒内に逆流する排気によって前記気筒内に導かれる燃料量が増加するように前記燃料添加手段から燃料を噴射させる噴射期間及び前記排気弁の閉弁時期の少なくともいずれか一方を変更してもよい（請求項８）。ＥＧＲ率が高いほど吸気の酸素濃度が低下するため、内燃機関のトルクがより低くなる。そこで、このようにＥＧＲ率が高いほど気筒内に排気とともに導かれる燃料量を増加させることにより、内燃機関のトルク低下を適切に抑制できる。
【００１４】
また、前記トルク低下抑制手段は、前記ＥＧＲ率取得手段によって取得されたＥＧＲ率が高いほど前記排気弁の閉弁時期が遅くなるように前記可変動弁機構を制御してもよい（請求項９）。排気弁の閉弁時期を遅くすることにより気筒内に排気が逆流する時間を長くできるので、燃料添加手段から噴射された燃料をより多く気筒内に導くことができる。そのため、このようにＥＧＲ率が高いほど排気の閉弁時期を遅くすることにより、内燃機関のトルク低下を適切に抑制できる。
【発明の効果】
【００１５】
以上に説明したように、本発明の排気浄化装置によれば、所定の再生条件が成立し、かつＥＧＲ通路を介してＥＧＲガスが吸気通路に導かれている場合は、燃料添加手段から噴射された燃料の一部を気筒内に導くので、この燃料によって内燃機関のトルク低下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】
【００１６】
図１は本発明の一形態に係る排気浄化装置が組み込まれた内燃機関の一例を示している。図１の内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１は、車両に走行用動力源として搭載されるディーゼルエンジンであり、複数（図１では４つ）の気筒２が設けられる機関本体３と、各気筒２にそれぞれ接続される吸気通路４及び排気通路５とを備えている。図１に示したように各気筒２には、それらの並び方向一端から他端側に向かって＃１〜＃４の気筒番号を付して区別する。吸気通路４には、吸気濾過用のエアフィルタ６、吸入空気量に対応した信号を出力するエアフローメータ７、吸入空気量を調整するための第１スロットル弁８、ターボチャージャ９のコンプレッサ９ａ、吸気を冷却するためのインタークーラ１０、及び吸入空気量を調整するための第２スロットル弁１１が設けられている。排気通路５には、排気通路５内に燃料を噴射する燃料添加手段としての燃料添加弁１２、ターボチャージャ９のタービン９ｂ、排気を浄化するための第１排気浄化装置１３、排気通路５の流路断面積を変更可能な排気絞り弁１４、排気絞り弁１４を迂回させて排気を下流に導くバイパス通路１５、及び排気を浄化するための第２排気浄化装置１６が設けられている。
【００１７】
図１に示したように燃料添加弁１２は、排気通路５の一部を形成する排気マニホールド５ａに設けられる。また、図２に示したように燃料添加弁１２は、＃１の気筒２の排気ポート２５の出口の周囲に設けられる。このような位置に燃料添加弁１２を設けることにより、＃１の気筒２内に排気が逆流しているときに燃料添加弁１２から燃料を噴射させることによってその燃料の一部を排気とともに＃１の気筒２内に流入させることができる。バイパス通路１５には、第１排気浄化装置１３と排気絞り弁１４との間の排気通路内の圧力が所定圧以上になると開弁する圧力調整弁１７が設けられている。また、図１に示したように各気筒２には、気筒２内に燃料を噴射するためのインジェクタ１８がそれぞれ設けられている。各インジェクタ１８は、インジェクタ１８に供給される高圧の燃料が蓄えられるコモンレール１９に接続されている。
【００１８】
図２は、＃１の気筒２の拡大図である。なお、図示を省略したが＃２〜＃４の気筒２も同じである。図２に示したように気筒２内には不図示のクランク軸にコンロッド２１を介して連結されたピストン２０が往復運動可能な状態で挿入され、気筒２には燃焼室２２が形成される。燃焼室２２に開口し、吸気通路４の一部を形成する吸気ポート２３は吸気弁２４にて開閉され、排気通路５の一部を形成する排気ポート２５は排気弁２６にて開閉される。吸気弁２４及び排気弁２６の各開閉駆動は、吸気弁２４及び排気弁２６の各閉弁時期を変更可能な可変動弁機構２７にて行われる。このような可変動弁機構２７としては例えば電磁コイルで排気弁を開閉駆動する電磁駆動機構が設けられる。
【００１９】
図１に戻って説明を続ける。排気通路５と吸気通路４とは、高圧ＥＧＲ通路３０及び低圧ＥＧＲ通路３１にて接続されている。図１に示したように高圧ＥＧＲ通路３０は、＃４の気筒２の排気マニホールド５ａと第２スロットル弁１１より下流の吸気通路４とを接続している。すなわち、高圧ＥＧＲ通路３０は、各排気浄化装置１３、１６及び燃料添加弁１２より排気流れの上流側の排気通路５と吸気通路４とを接続している。一方、低圧ＥＧＲ通路３１は、第１排気浄化装置１３より下流の排気通路５とコンプレッサ９ａより上流の吸気通路４とを接続している。そのため、低圧ＥＧＲ通路３１が本発明のＥＧＲ通路に相当する。高圧ＥＧＲ通路３０には、高圧ＥＧＲ通路３０を介して吸気通路４に還流されるＥＧＲガス（以下、高圧ＥＧＲガスと称することがある。）の流量を調整する高圧ＥＧＲ弁３２が設けられている。低圧ＥＧＲ通路３１には、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ３３、及び低圧ＥＧＲ通路３１を介して吸気通路４に還流されるＥＧＲガス（以下、低圧ＥＧＲガスと称することがある。）の流量を調整する低圧ＥＧＲ弁３４が設けられている。
【００２０】
第１排気浄化装置１３には三元触媒４０及びフィルタ４１が設けられ、第２排気浄化装置１６には酸化触媒４２が設けられている。フィルタ４１は排気中のパティキュレートを捕集可能な不図示の基材を有し、その基材には吸蔵還元型のＮＯｘ触媒物質（以下、ＮＯｘ触媒と略称することがある。）が担持されている。フィルタ４１に担持されたＮＯｘ触媒は、排気空燃比が理論空燃比よりもリーンのときはＮＯｘを吸蔵し、排気空燃比が理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチのときは吸蔵していたＮＯｘを放出し、還元剤としての燃料の存在下で窒素（Ｎ２）に還元して浄化する。ＮＯｘ触媒に吸蔵可能なＮＯｘ量には上限があるため、吸蔵されているＮＯｘ量がこの上限に達しないようにＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させてＮ２に還元させるＮＯｘ還元を所定の間隔で行い、ＮＯｘ触媒の排気浄化性能を高い状態に維持する。このＮＯｘ還元は、燃料添加弁１２から所定量の燃料を排気通路５に供給して排気の空燃比を一時的に理論空燃比よりもリッチ側に設定するリッチスパイクを実行することにより行われる。そのため、フィルタ４１が本発明の排気浄化手段に相当する。なお、ＮＯｘ触媒はＮＯｘを触媒にて保持できるものであればよく、吸収又は吸着いずれの態様でＮＯｘが保持されるかは吸蔵の用語によって制限されない。また、ＮＯｘの放出についてもその態様を問わない。
【００２１】
リッチスパイクの制御、すなわち燃料添加弁１２の動作の制御は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）５０によって行われる。ＥＣＵ５０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＯＭ、ＲＡＭ等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、エンジン１に設けられている各種センサからの出力信号を参照して各スロットル弁８、１１、インジェクタ１８、及び可変動弁機構２７などを制御し、これによりエンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ＥＣＵ５０は、例えばエンジン１の運転状態に基づいて各気筒２に供給すべき燃料量を算出し、その算出した燃料量の燃料が各気筒２に供給されるように各インジェクタ１８の動作を制御する。また、ＥＣＵ５０は、エンジン１の運転状態に基づいて各ＥＧＲ通路３０、３１を介して吸気通路４に導入すべきＥＧＲガスの量を算出し、算出した量のＥＧＲガスが吸気通路４に導入されるように各ＥＧＲ弁３２、３４の開度を制御する。ＥＣＵ３０には、各種センサとしてエンジン１の機関回転速度（回転数）に対応する信号を出力するクランク角センサ５１、及び排気の空燃比に対応する信号を出力するＡ／Ｆセンサ５２などが接続されている。また、エアフローメータ７もＥＣＵ３０に接続されている。
【００２２】
図１に示したようにエンジン１においては、低圧ＥＧＲ通路２１の排気取出し口が燃料添加弁１２よりも下流の排気通路５に設けられているため、低圧ＥＧＲガスを吸気通路４に導入しているときにリッチスパイクを実行すると、空燃比が理論空燃比よりリッチな排気が低圧ＥＧＲガスとして吸気通路４に導入される。この場合、気筒２に吸入される吸気の酸素濃度が低下して気筒２内の混合気の空燃比がリッチ側に変化し、着火遅れが大きくなる。そのため、エンジン１のトルクが低下する。そこで、ＥＣＵ５０は、空燃比が理論空燃比よりリッチな低圧ＥＧＲガスが気筒２に吸入されて吸気の酸素濃度が低下するときに、排気弁２６の閉弁時期を遅角させて排気を気筒２内に逆流させるとともに燃料添加弁１２から燃料を噴射させてその燃料の一部を気筒２内に逆流する排気にて気筒２内に導入する。これにより気筒２内にて燃焼する燃料量を増加させ、エンジン１のトルク低下を抑制する。以降、この制御をトルク低下抑制制御と称することがある。一方、低圧ＥＧＲガスが吸気通路４に導入されていない場合は、吸気の酸素濃度が大きく変動しないため、このように燃料添加弁１２から噴射した燃料の一部を気筒２内に導入する必要がない。そのため、このような場合は、各気筒２の排気弁２６の閉弁後に燃料添加弁１２から燃料を噴射させてリッチスパイクを行う。以降、この制御を通常添加制御と称することがある。
【００２３】
図３は、ＥＣＵ５０がリッチスパイクを制御するためにエンジン１の運転中に所定の間隔で繰り返し実行する燃料添加制御ルーチンを示している。この制御ルーチンを実行することにより、ＥＣＵ５０が本発明のリッチスパイク実行手段として機能する。図３の制御ルーチンにおいてＥＣＵ５０は、まずステップＳ１１でエンジン１の運転状態を取得する。エンジン１の運転状態としては、例えばエンジン１の回転数、吸入空気量、及び各気筒２に噴射された燃料量などが取得される。
【００２４】
次のステップＳ１２においてＥＣＵ３０は、ＮＯｘ還元を実行する所定の再生条件が成立したか否か判断する。所定の再生条件は、例えば前回ＮＯｘ還元を実行してからＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘ量を推定し、その推定したＮＯｘ量が予め設定した判定値以上の場合に成立したと判断される。ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘ量の推定は周知の推定方法で行えばよいため、説明を省略する。判定値は、ＮＯｘ還元の実行の要否を判断するものであり、例えばＮＯｘ触媒に吸蔵可能なＮＯｘ量の上限値よりも低い値が設定される。所定の再生条件が不成立と判断された場合は、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２５】
一方、所定の再生条件が成立したと判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ５０は低圧ＥＧＲガスが吸気通路４に導入されているか否か判断する。この判断は低圧ＥＧＲ弁３４の開度に基づいて行われ、低圧ＥＧＲ弁３４が開弁中は低圧ＥＧＲガスが導入中と判断される。低圧ＥＧＲガスが導入されていないと判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ５０は通常添加制御にてリッチスパイクを実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２６】
一方、低圧ＥＧＲガスが吸気通路４に導入されていると判断した場合はステップＳ１５に進み、ＥＣＵ５０はリッチスパイクにより空燃比が理論空燃比よりもリッチ側に設定された排気が気筒２内に戻るまでの時間である回帰時期を特定する。なお、ここでは、リッチスパイクの実行時からそのリッチスパイクにより空燃比が理論空燃比よりもリッチ側に設定された排気が排気通路５、低圧ＥＧＲ通路３１、及び吸気通路４を１回経由して気筒２に戻るまでの時間が回帰時期として特定される。燃料添加弁１２から低圧ＥＧＲ通路３１の排気取出し口までの排気の移動時間は、例えば吸入空気量、各気筒２に噴射された燃料量、エンジン１の回転数、及び排気通路５を形成する配管の流路断面積などに基づいて推定できる。また、低圧ＥＧＲ通路３１を排気が通過する時間は、低圧ＥＧＲガスの流量、低圧ＥＧＲ弁３４の開度、低圧ＥＧＲ通路３１を形成する配管の流路断面積などに基づいて推定できる。そして、低圧ＥＧＲ通路３１の排気導入口から気筒２までの排気の移動時間は、吸入空気量、低圧ＥＧＲガスの流量などに基づいて推定できる。そこで、回帰時期は、これら燃料添加弁１２から低圧ＥＧＲ通路３１の排気取出し口までの排気の移動時間、低圧ＥＧＲ通路３１を排気が通過する時間、及び低圧ＥＧＲ通路３１の排気導入口から気筒２までの排気の移動時間を合計した時間に基づいて特定する。なお、回帰時期の特定方法はこの方法に限定されない。例えば、空燃比が理論空燃比よりもリッチな排気が気筒２に吸入されるとエンジン１のトルクが低下するので、燃料添加弁１２から燃料を添加してからエンジン１のトルクが低下するまでの時間を計測し、この計測した時間に基づいて回帰時期を特定してもよい。この処理を実行することにより、ＥＣＵ５０が本発明の回帰時期特定手段として機能する。
【００２７】
次のステップＳ１６においてＥＣＵ５０は、特定した回帰時期に燃料添加弁１２から噴射された燃料の一部が＃１の気筒２内に導入されるように排気弁２６の閉弁時期を遅角させるとともに燃料添加弁１２から燃料を噴射させてトルク低下抑制制御を実行する。このように燃料添加弁１２から燃料を噴射させることにより、回帰時期とリッチスパイクの実行時期とを同期させることができる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。なお、この処理を実行することにより、ＥＣＵ５０が本発明のトルク低下抑制手段として機能する。
【００２８】
このように低圧ＥＧＲガスを吸気通路４に導入しているときにリッチスパイクを実行する場合はトルク回復制御を実行し、燃料添加弁１２から噴射した燃料の一部を気筒２内に導入するので、エンジン１のトルク低下を抑制することができる。気筒２内に導入された燃料は、気筒２内から排出される排気の空燃比をリッチ側に変化させるので、本来の目的であるリッチスパイクにも利用される。そのため、無駄に燃料を消費することなくエンジン１のトルク低下を抑制できる。
【００２９】
トルク低下抑制制御においては、気筒２内への排気の逆流が促進されるように吸気弁２４の閉弁時期を変更してもよい。例えば、ピストン２０が上死点から下死点に移動しているときに吸気弁２４を閉弁させることにより、吸気通路４から気筒２内への吸気の流入を遮断して排気通路５から気筒２内への排気の逆流を促進させることができる。
【００３０】
また、トルク低下抑制制御においては、気筒２に吸入される吸気においてＥＧＲガスが占める割合であるＥＧＲ率に基づいて気筒２内に排気とともに流入する燃料の量が調整されるように排気弁２６の閉弁時期を変更してもよい。気筒２内の酸素濃度Ｏ２は、以下の式（１）によって表すことができる。なお、式（１）の定数φは、等量比である。
Ｏ２＝０．２１×（１−ＥＧＲ率×φ）    ・・・（１）
リッチスパイクによって空燃比が理論空燃比よりリッチな排気が吸気に導入される場合は等量比φが１になるため、気筒２内の酸素濃度はＥＧＲ率に応じて決まる。この場合、ＥＧＲ率が高くなるほど気筒２内の酸素濃度が低下するので、エンジン１のトルクがさらに低下する。そのため、ＥＧＲ率が高いほどより多くの燃料を排気とともに気筒２内に導入する必要がある。排気とともに気筒２内に流入する燃料量は、例えば排気弁２６の閉弁時期にて調整することができる。排気弁２６の閉弁時期を遅くするほど気筒２内に排気が逆流している時間が長くなるので、より多くの燃料を排気とともに気筒２内に導入することができる。そこで、ＥＣＵ５０は、例えば高圧ＥＧＲ弁３２の開度、低圧ＥＧＲ弁３４の開度、及び吸入空気量に基づいてＥＧＲ率を推定し、推定したＥＧＲ率に応じてトルク低下抑制制御時の排気弁２６の閉弁時期を設定する。このようにＥＧＲ率を推定することにより、ＥＣＵ５０が本発明のＥＧＲ率取得手段として機能する。排気弁２６の閉弁時期は、例えば図４に一例を示したＥＧＲ率と排気弁２６の閉弁時期との関係を参照して設定すればよい。なお、図４に示した関係は、予め実験などにより求めて、ＥＣＵ５０のＲＯＭにマップとして記憶させておく。
【００３１】
このようにＥＧＲ率に応じて排気弁２６の閉弁時期を変更することにより、エンジン１のトルク低下を適切に抑制し、エンジン１のトルクの変動幅を小さくすることができる。
【００３２】
なお、排気とともに気筒２内に流入させる燃料量を調整するパラメータは、排気弁２６の閉弁時期に限定されない。例えば、燃料添加弁１２から燃料を噴射させる噴射期間の開始時期及び終了時期を変更して排気とともに気筒２内に流入させる燃料量を調整してもよい。例えば、ＥＧＲ率が高いほど噴射期間の開始時期を早めることにより、気筒２内に排気とともに燃料が流入し始める時期を早めることができる。そのため、より多くの燃料を排気とともに気筒２内に流入させることができる。また、ＥＧＲ率が高いほど噴射期間の終了時期を遅くしてもよい。この場合、排気弁が開弁している開弁期間と噴射期間とが重なる時間を長くできるので、より多くの燃料を排気とともに気筒２内に流入させることができる。さらに、ＥＧＲ率に応じて排気弁２６の閉弁時期と、噴射期間の開始時期及び終了時期との両方を変更してもよい。
【００３３】
本発明は上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明が適用される内燃機関はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンその他の燃料を利用する各種の内燃機関に適用してよい。排気浄化装置には、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒物質を担持させたフィルタの代わりに担体に吸蔵還元型のＮＯｘ触媒を担持させた排気浄化触媒を設けてもよい。その他、排気浄化装置には、排気の空燃比を一時的に理論空燃比よりリッチ側に設定するリッチスパイクにより機能が再生される種々の排気浄化手段を設けてよい。本発明が適用される内燃機関の可変動弁機構は、電磁駆動機構に限定されない。少なくとも各気筒の排気弁の閉弁時期を変更可能な動弁機構であればよく、例えば排気弁を開閉駆動するためのカムを電動モータで駆動する動弁機構でもよい。
【００３４】
燃料添加弁が設けられる位置は上述した形態の位置に限定されない。燃料添加弁から噴射された燃料の一部が気筒内に逆流する排気とともに気筒内に流入する種々の位置に排気添加弁を設けてもよい。また、＃１の気筒の排気ポート出口の周囲に限定されず、他の気筒の排気ポート出口の周囲に燃料添加弁を設けてもよい。ただし、この場合、燃料添加弁から噴射した燃料が高圧ＥＧＲ通路を介して吸気通路に導入されることを防止すべく高圧ＥＧＲ通路の排気取出し口とは離れた位置に燃料添加弁を設ける。さらに、燃料添加弁は、２つの気筒の排気ポートの出口の間、例えば＃１の気筒の排気ポート出口と＃２の気筒の排気ポート出口との間に設けてもよい。この場合、燃料添加弁から噴射した燃料を２つの気筒に導入することができる。そのため、これら２つの気筒におけるトルクの低下をそれぞれ抑制することができる。
【００３５】
上述した形態では、今回のリッチスパイクの実行時期と前回のリッチスパイクによる回帰時期とが同期するようにリッチスパイクの実行時期を制御しているが、今回のリッチスパイクの実行時期を前回よりも前に実行されたリッチスパイクに対応する回帰時期に同期させてもよい。また、上述した各形態では、排気通路、低圧ＥＧＲ通路、及び吸気通路を１回経由して気筒に戻る時期を回帰時期としているが、これらを２回以上経由して気筒に戻る時期を回帰時期として本発明を実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一形態に係る排気浄化装置が組み込まれた内燃機関の一例を示す図。
【図２】図１の＃１の気筒を拡大して示す図。
【図３】図１のＥＣＵが実行する燃料添加制御ルーチンを示すフローチャート。
【図４】ＥＧＲ率と排気弁の閉弁時期との関係の一例を示す図。
【符号の説明】
【００３７】
１  内燃機関
２  気筒
４  吸気通路
５  排気通路
５ａ  排気マニホールド
１２  燃料添加弁（燃料添加手段）
２４  吸気弁
２５  排気ポート
２６  排気弁
２７  可変動弁機構
３１  低圧ＥＧＲ通路（ＥＧＲ通路）
４１  フィルタ（排気浄化手段）
５０  エンジンコントロールユニット（リッチスパイク実行手段、トルク低下抑制手段、回帰時期特定手段、ＥＧＲ率取得手段）
【図１】
2009041453.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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