JP2006002744A - 内燃機関の排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃費を向上させることができるとともに、パティキュレート量を増加させずに、ＮＯｘ吸収触媒の再生を良好に行える排ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】 内燃機関の排ガス浄化装置１であって、排ガス中のＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収触媒１７と、排ガスの流量を制御する排ガス流量制御弁２０と、排気系５の排ガス流量制御弁２０よりも上流側と吸気系４との間に接続され、排ガスを吸気系４に還流するための排ガス還流通路１４ａと、排ガスの還流量を制御する排ガス還流量制御弁１４ｂとを備え、排ガス浄化装置１のＥＣＵ２は、排ガス還流量制御弁１４ｂの上流側と下流側の間の上下流間差圧ＥＧＲＤＰを検出し（ステップ２４）、目標差圧ＥＧＲＤＰＣＭＤを決定し（ステップ２３）、ＮＯｘ還元用の還元剤の供給中に、上下流間差圧ＥＧＲＤＰが目標差圧ＥＧＲＤＰＣＭＤになるように排ガス流量制御弁２０を制御する（ステップ２５，２６）。
【選択図】 図５

Description

本発明は、ディーゼルエンジンなどの内燃機関に設けられ、排ガス中のＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収触媒を備えた内燃機関の排ガス浄化装置に関する。

一般に、この種のＮＯｘ吸収触媒のＮＯｘの吸収量が過大になると、ＮＯｘ吸収触媒のＮＯｘ吸収能力が低下し、大気中に排出されるＮＯｘの量が増加するおそれがある。このため、吸収されたＮＯｘを還元することによって、ＮＯｘ吸収触媒の吸収能力を回復させることが行われており、そのような排ガス浄化装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。以下、このようなＮＯｘの還元を、ＮＯｘ吸収触媒の再生という。

この排ガス浄化装置は、ディーゼルエンジン（以下「エンジン」という）に適用されたものであり、ＮＯｘ吸収触媒の再生を行う場合には、エンジンで燃焼されるガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ側になるように燃料噴射量を制御し、それにより、排ガス中に未燃成分を含ませるようにする。これにより、ＮＯｘ吸収触媒に供給された排ガス中の未燃成分により、吸収されたＮＯｘが還元されることによって、ＮＯｘ吸収触媒が再生される。

また、エンジンには、排ガスの一部を吸気管に還流するために、常閉式のＥＧＲ弁を有するＥＧＲ装置が設けられ、また、吸気管のＥＧＲ装置よりも上流側には吸気シャッターバルブが、排気管のＥＧＲ装置よりも下流側には排気シャッターバルブが、それぞれ設けられている。ＮＯｘ吸収触媒の再生は、これらの吸気・排気シャッターバルブをいずれも閉じ側の小さな一定の開度に制御した状態で行われる。このような吸気シャッターバルブの閉じ制御により、エンジンに供給される新気の量を低減することによって、ＮＯｘを還元するのに必要な燃料量を低減し、その分、再生時用の燃料量を低減するようにしている。また、排気シャッターバルブの閉じ制御による排気圧力の増大と、吸気シャッターバルブの閉じ制御による吸気管内の負圧の増大によって、ＥＧＲ弁の上下流間の差圧（以下「ＥＧＲ弁上下流間差圧」という）が増大し、その結果、ＥＧＲ弁が開弁することによって、排ガスの一部がＥＧＲガスとして吸気管に還流される。これにより、吸気負圧が過大になるのを防止することで、潤滑油消費量の増大や運転感覚の悪化を防止するようにしている。なお、ＮＯｘ吸収触媒の再生は、エンジンがエンジンブレーキの状態にあることを条件として実行される。

しかし、上記従来の排ガス浄化装置では、ＮＯｘ吸収触媒の再生中に、ＥＧＲ弁上下流間差圧が、ＥＧＲ弁の開弁後のＥＧＲガスの流入によって、あるいは内燃機関に過給機が設けられている場合には、過給圧の変化などによって、変動する。その結果、ＥＧＲ弁の開度が一定であっても、ＥＧＲガスの流量が変化し、過大または過小になる場合がある。ＥＧＲガスの流量が過大になった場合には、燃焼温度が低下し、燃焼によって生成されるパティキュレートの量が増加してしまう。また、過小になった場合には、その分、エンジンに供給される新気の量が増加し、その結果、再生用の燃料が不足し、再生を十分に行うことができない。また、これを補うために、再生用の燃料量を増加させると、燃費が悪化してしまう。さらに、前述したように、ＮＯｘ吸収触媒の再生は、エンジンブレーキ状態でない限り実行されず、また、この実行条件は成立する頻度が低いので、ＮＯｘ吸収触媒のＮＯｘの吸収量が過大であっても再生が実行されないことによって、大気中へのＮＯｘの排出量が増加するおそれがある。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、燃費を向上させることができるとともに、パティキュレート量を増加させることなく、ＮＯｘ吸収触媒の再生を良好に行うことができる排ガス浄化装置を提供することを目的とする。

特開平６−３１７１４２号公報

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、吸気系（実施形態における（以下、本項において同じ）吸気管４）および排気系（排気管５）を備えた内燃機関３から排出された排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置１であって、排気系に設けられ、排ガス中のＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収触媒１７と、排気系のＮＯｘ吸収触媒１７よりも上流側に、ＮＯｘ吸収触媒１７に吸収されたＮＯｘを還元するための還元剤を供給する還元剤供給手段（インジェクタ６、ＥＣＵ２、図３のステップ３〜６）と、排気系に設けられ、排ガスの流量を制御する排ガス流量制御弁２０と、排気系の排ガス流量制御弁２０よりも上流側と吸気系との間に接続され、排ガスを吸気系に還流するための排ガス還流通路（ＥＧＲ管１４ａ）と、排ガス還流通路を介した排ガスの還流量を制御する排ガス還流量制御弁（ＥＧＲ制御弁１４ｂ）と、排ガス還流量制御弁の上流側と下流側の間の上下流間差圧ＥＧＲＤＰを検出する差圧検出手段（第１圧力センサ３３、第２圧力センサ３４、ＥＣＵ２、図５のステップ２４）と、上下流間差圧ＥＧＲＤＰの目標となる目標差圧ＥＧＲＤＰＣＭＤを決定する目標差圧決定手段（ＥＣＵ２、図５のステップ２３）と、還元剤供給手段による還元剤の供給中に、検出された上下流間差圧ＥＧＲＤＰが決定された目標差圧ＥＧＲＤＰＣＭＤになるように排ガス流量制御弁２０を制御する上下流間差圧制御手段（図５のステップ２５，２６）と、を備えることを特徴とする。

この内燃機関の排ガス浄化装置によれば、排気系のＮＯｘ吸収触媒よりも上流側に、ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘを還元するための還元剤を、還元剤供給手段によって供給し、それにより、ＮＯｘの還元、すなわちＮＯｘ吸収触媒の再生が行われる。また、排ガスの流量を排ガス流量制御弁によって制御し、排気系の排ガス流量制御弁よりも上流側と吸気系との間に接続された排ガス還流通路を介して、排ガスを吸気系に還流するとともに、この還流される排ガスの還流量を、排ガス還流量制御弁によって制御する。さらに、排ガス還流量制御弁よりも上流側と下流側の間の上下流間差圧を検出し、この上下流間差圧の目標となる目標差圧を決定する。そして、上記還元剤の供給中、すなわちＮＯｘ吸収触媒の再生中に、上下流間差圧制御手段によって、上下流間差圧が目標差圧になるように排ガス流量制御弁を制御する。

このように、ＮＯｘ吸収触媒の再生中に、上下流間差圧が目標差圧になるように排ガス流量制御弁を制御することによって、排ガス還流量制御弁の上下流間差圧が目標差圧に安定した状態に維持されるので、排ガス還流通路を流れる排ガス還流量を精度良く制御でき、したがって、排ガスを過不足なく還流することができる。このように排ガスの還流量が適正に制御されることによって、燃焼によって生成されるパティキュレートの量を抑制できる。また、排ガスの還流量の適正な制御に伴い、内燃機関に供給される新気の量も適正に低減される。その結果、還元剤が不足するのを防止できることによって、ＮＯｘ吸収触媒の再生を良好に行うことができるとともに、ＮＯｘを還元するのに必要な還元剤の量を低減でき、還元剤として燃料を用いる場合には、燃費を向上させることができる。以上のように、燃費を向上させることができるとともに、パティキュレートの量を増加させることなく、ＮＯｘ吸収触媒の再生を良好に行うことができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置１において、吸気系には、吸入空気量を制御する吸入空気量制御弁（スロットル弁１２，アクチュエータ１２ａ）が設けられており、還元剤供給手段による還元剤の供給中に、吸入空気量制御弁の開度を減少側に制御する制御手段（ＥＣＵ２、図６のステップ３５〜３７，３９）をさらに備えることを特徴とする。

この構成によれば、還元剤の供給中、すなわちＮＯｘ吸収触媒の再生中に、制御手段によって、吸入空気量制御弁の開度を減少側に制御し、それにより、吸入空気量が低減される。このように、ＮＯｘ吸収触媒の再生中に、吸気系を流れる吸入空気量を低減することにより、内燃機関に供給される新気の量をさらに低減することによって、ＮＯｘを還元するのに必要な還元剤の量をさらに低減でき、還元剤として燃料を用いる場合には、燃費をさらに向上させることができる。また、新気の量が低減されるのに応じて、排ガス還流量を低減することが可能になり、それにより、パティキュレートの量をさらに抑制することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態による排ガス浄化装置について説明する。図１は、本発明の排ガス浄化装置１、およびこれを適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３を示しており、エンジン３は、車両（図示せず）に搭載された、例えば４気筒（１つのみ図示）のディーゼルエンジンである。

エンジン３のピストン３ａとシリンダヘッド３ｂの間には、燃焼室３ｃが形成されている。シリンダヘッド３ｂには、吸気管４（吸気系）および排気管５（排気系）がそれぞれ接続されるとともに、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）６（還元剤供給手段）が、燃焼室３ｃに臨むように取り付けられている。

インジェクタ６は、燃焼室３ｃの天壁中央部に配置されており、コモンレールを介して高圧ポンプ（いずれも図示せず）に接続されている。燃料タンク（図示せず）の燃料は、後述するＥＣＵ２による制御により、高圧ポンプによって高圧に昇圧された後、コモンレールを介してインジェクタ６に送られ、インジェクタ６によって燃焼室３ｃに噴射される。インジェクタ６の開弁時間である燃料噴射量および噴射タイミングは、ＥＣＵ２からの駆動信号によって制御される（図２参照）。

また、エンジン３のクランクシャフト３ｄには、マグネットロータ３０ａが取り付けられている。このマグネットロータ３０ａとＭＲＥピックアップ３０ｂによって、クランク角センサ３０が構成されている。クランク角センサ３０は、クランクシャフト３ｄの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。

ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。ＴＤＣ信号は、各気筒のピストン３ａが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、４気筒タイプの本例では、クランク角１８０゜ごとに出力される。

吸気管４には、過給装置７が設けられており、過給装置７は、ターボチャージャで構成された過給機８と、これに連結されたアクチュエータ９と、ベーン開度制御弁１０を備えている。

過給機８は、吸気管４の途中に設けられた回転自在のコンプレッサブレード８ａと、排気管５の途中に設けられた回転自在のタービンブレード８ｂおよび複数の回動自在の可変ベーン８ｃ（２つのみ図示）と、これらのブレード８ａ，８ｂを一体に連結するシャフト８ｄとを有している。過給機８は、排気管５内の排ガスによってタービンブレード８ｂが回転駆動されるのに伴い、これと一体のコンプレッサブレード８ａも回転駆動されることにより、吸気管４内の吸入空気を加圧する過給動作を行う。

各可変ベーン８ｃは、前記アクチュエータ９に機械的に連結されており、その開度（以下「ベーン開度」という）は、アクチュエータ９を介して制御される。アクチュエータ９は、負圧によって作動するダイアフラム式のものであり、負圧ポンプ（図示せず）に接続されており、その途中に、ベーン開度制御弁１０が設けられている。負圧ポンプは、エンジン３を動力源として作動し、発生した負圧をアクチュエータ９に供給する。ベーン開度制御弁１０は、電磁弁で構成されており、その開度がＥＣＵ２からの駆動信号で制御されることにより、アクチュエータ９に供給される負圧が変化し、それに伴い、可変ベーン８ｃのベーン開度が変化することにより、過給圧が制御される。より具体的には、このベーン開度を開き側に変化させると、タービンブレード８ｂに流入する排ガスの流速が大きくなることにより、コンプレッサブレード８ａから下流側に流れる吸入空気量が増大することによって、過給圧が上昇する。

吸気管４の過給機８よりも下流側には、上流側から順に、水冷式のインタークーラ１１およびスロットル弁１２（吸入空気量制御弁）が、設けられている。インタークーラ１１は、過給装置７の過給動作により吸入空気の温度が上昇したときなどに、吸入空気を冷却するものである。スロットル弁１２には、例えば直流モータで構成されたアクチュエータ１２ａ（吸入空気量制御弁）が接続されている。スロットル弁１２の開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨは、アクチュエータ１２ａに供給される電流のデューティ比をＥＣＵ２で制御することによって、制御される。

また、吸気管４には、過給機８よりも上流側にエアフローセンサ３１が、インタークーラ１１とスロットル弁１２の間に過給圧センサ３２が、それぞれ設けられている。エアフローセンサ３１は吸入空気量Ｑを検出し、過給圧センサ３２は吸気管４内の過給圧ＰＡＣＴを検出し、それらの検出信号はＥＣＵ２に出力される。

さらに、吸気管４の吸気マニホールド４ａは、その集合部から分岐部にわたって、スワール通路４ｂとバイパス通路４ｃに仕切られており、これらの通路４ｂ，４ｃはそれぞれ、吸気ポートを介して各燃焼室３ｃに連通している。

バイパス通路４ｃには、燃焼室３ｃ内にスワールを発生させるためのスワール装置１３が設けられている。スワール装置１３は、スワール弁１３ａと、これを開閉するアクチュエータ１３ｂと、スワール制御弁１３ｃを備えている。アクチュエータ１３ｂおよびスワール制御弁１３ｃはそれぞれ、過給装置７のアクチュエータ９およびベーン開度制御弁１０と同様に構成されており、スワール制御弁１３ｃは、前記負圧ポンプに接続されている。以上の構成により、スワール制御弁１３ｃの開度がＥＣＵ２からの駆動信号で制御されることにより、アクチュエータ１３ｂに供給される負圧が変化し、スワール弁１３ａの開度が変化することによって、スワールの強さが制御される。

また、エンジン３には、ＥＧＲ管１４ａ（排ガス還流通路）とＥＧＲ制御弁１４ｂ（排ガス還流量制御弁）を有するＥＧＲ装置１４が設けられている。ＥＧＲ管１４ａは、吸気管４と排気管５の間に、具体的には、吸気マニホールド４ａの集合部のスワール通路４ｂと排気管５の過給機８よりも上流側とをつなぐように接続されている。このＥＧＲ管１４ａを介して、エンジン３の排ガスの一部が吸気管４にＥＧＲガスとして再循環され、それにより、エンジン３の燃焼室３ｃ内の燃焼温度が低下することで、排ガス中のＮＯｘが減少する。

ＥＧＲ制御弁１４ｂは、ＥＧＲ管１４ａに取り付けられており、リニア電磁弁で構成され、そのバルブリフト量がＥＣＵ２からの駆動信号に応じてリニアに変化する。ＥＣＵ２は、ＥＧＲ制御弁１４ｂのバルブリフト量を制御することにより、ＥＧＲガス量（排ガスの還流量）を制御する。

また、ＥＧＲ装置１４にはＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置１５が設けられており、ＥＧＲ冷却装置１５は、分岐通路１５ａ、ＥＧＲ通路切替弁１５ｂおよびＥＧＲクーラ１５ｃを有している。分岐通路１５ａの一端部は、ＥＧＲ管１４ａのＥＧＲ制御弁１４ｂよりも下流側から分岐するとともに、他端部は、ＥＧＲ管１４ａのさらに下流側に合流している。ＥＧＲ通路切替弁１５ｂは、分岐通路１５ａの分岐部に取り付けられ、ＥＧＲクーラ１５ｃは、分岐通路１５ａに設けられている。また、ＥＧＲ通路切替弁１５ｂは、ＥＣＵ２による制御によって、ＥＧＲ管１４ａのＥＧＲ通路切替弁１５ｂよりも上流側を、その下流側と分岐通路１５ａ側に選択的に切り替えて連通させる。

以上により、ＥＧＲ通路切替弁１５ｂが分岐通路１５ａ側に切り替えられた場合には、ＥＧＲガスは、分岐通路１５ａに通され、ＥＧＲクーラ１５ｃにより冷却された後、吸気管４に還流される。一方、逆側に切り替えられた場合には、ＥＧＲガスは、ＥＧＲ管１４ａのみを介して還流される。

ＥＧＲ管１４ａのＥＧＲ制御弁１４ｂのすぐ上流側および下流側には、第１圧力センサ３３（差圧検出手段）および第２圧力センサ３４（差圧検出手段）がそれぞれ設けられている。第１および第２の圧力センサ３３，３４は、ＥＧＲ管１４ａ内のＥＧＲ制御弁１４ｂよりも上流側および下流側の圧力Ｐ１，Ｐ２をそれぞれ検出し、それらの検出信号はＥＣＵ２に出力される。

また、排気管５の過給機８よりも下流側には、上流側から順に、酸化触媒１６およびＮＯｘ吸収触媒１７が設けられている。この酸化触媒１６は、排ガス中のＨＣおよびＣＯを酸化し、排ガスを浄化する。ＮＯｘ吸収触媒１７は、排ガス中の酸素濃度が高い場合（酸化雰囲気）には、排ガス中のＮＯｘを吸収し、排ガスを浄化し、また、排ガス中の還元剤により、吸収したＮＯｘを還元するという特性を有する。

さらに、排気管５の過給機８と酸化触媒１６との間、および酸化触媒１６とＮＯｘ吸収触媒１７との間には、第１ＬＡＦセンサ３５および第２ＬＡＦセンサ３６がそれぞれ設けられている。第１および第２のＬＡＦセンサ３５，３６はそれぞれ、リッチ領域からリーン領域までの広範囲な空燃比の領域において排ガス中の酸素濃度ＶＬＡＦ１，ＶＬＡＦ２をリニアに検出し、それらの検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、第１ＬＡＦセンサ３５で検出された酸素濃度ＶＬＡＦ１に基づいて、燃焼室３ｃで燃焼した実際のガスの空燃比を表す実空燃比ＫＡＣＴを算出する。

また、排気管５には排気バイパス通路１８が設けられている。この排気バイパス通路１８は、一端部が排気管５の過給機８よりも上流側から分岐するとともに、他端部において排気管５の酸化触媒１６とＮＯｘ吸収触媒１７の間に合流しており、過給機８および酸化触媒１６をバイパスしている。さらに、排気バイパス通路１８の分岐部には、排気通路切替弁１９が設けられている。排気通路切替弁１９は、排気管５の排気通路切替弁１９よりも上流側を、その下流側と排気バイパス通路１８側に切り替えて連通させるものであり、その動作はＥＣＵ２によって制御される。

また、排気管５のＮＯｘ吸収触媒１７よりも下流側には、排ガスの流量を制御するための排ガス流量制御弁２０が設けられている。排ガス流量制御弁２０は、弁体２０ａと、これに接続されたアクチュエータ２０ｂを有しており、アクチュエータ２０ｂは、例えば直流モータで構成されている。排ガス流量制御弁２０の開度（以下「排ガス流量制御弁開度」という）ＥＦＶは、アクチュエータ２０ｂに供給される電流のデューティ比をＥＣＵ２で制御することによって、制御され、それにより、排ガスの流量が制御される。

ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ３７が接続されており、アクセル開度センサ３７は、アクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。

ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。前述した各種センサ３０〜３７からの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。

ＣＰＵは、これらの入力信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、エンジン３の運転状態を判別するとともに、判別した運転状態に応じて、燃料噴射量制御を含むエンジン３の制御を実行する。また、ＮＯｘ吸収触媒１７の再生を実行すべきか否かを判定し、上記のエンジン制御は、その判定結果に応じて行われる。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２によって、還元剤供給手段、差圧検出手段、目標差圧決定手段、上下流間差圧制御手段および制御手段が構成されている。

次に、上記のエンジン制御について、図３〜図７を参照しながら説明する。図３は、インジェクタ６からの燃料噴射量を制御する処理を示すフローチャートである。本処理は、ＴＤＣ信号の入力に同期して割り込み実行される。まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、実行条件成立フラグＦ＿ＣＡＴＲＥＯＫが「１」であるか否かを判別する。

この実行条件成立フラグＦ＿ＣＡＴＲＥＯＫは、推定したＮＯｘ吸収触媒１７のＮＯｘ吸収量が所定量よりも大きいときには、ＮＯｘ吸収触媒１７の再生の実行条件が成立しているとして、「１」にセットされ、それ以外のときには、「０」にセットされる。また、実行条件成立フラグＦ＿ＣＡＴＲＥＯＫは、「１」にセットされてから所定時間が経過するまでは、「１」に保持され、所定時間が経過したときには、ＮＯｘの還元が十分に行われ、再生が完了したとして、「０」にリセットされる。このように、ＮＯｘ吸収触媒１７の再生は、所定時間にわたって実行される。なお、ＮＯｘ吸収触媒１７のＮＯｘ吸収量は、エンジン３の運転状態および運転時間に応じて推定される。

上記ステップ１の答がＮＯ、すなわちＦ＿ＣＡＴＲＥＯＫ＝０で、再生の実行条件が成立していないときには、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、燃料噴射量ＴＯＵＴを求める（ステップ２）。このマップでは、燃料噴射量ＴＯＵＴは、燃焼されるガスの空燃比（以下、単に「空燃比」という）が理論空燃比よりもリーンになるように設定されている。次いで、求めた燃料噴射量ＴＯＵＴに基づく駆動信号をインジェクタ６に出力する（ステップ３）ことによって、インジェクタ６の燃料噴射量を燃料噴射量ＴＯＵＴに制御し、本処理を終了する。

一方、前記ステップ１の答がＹＥＳで、再生の実行条件が成立しているときには、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、燃料噴射量の基本値ＴＩＢＳを求める（ステップ４）。次いで、所定の目標空燃比ＫＣＭＤおよび実空燃比ＫＡＣＴに応じ、所定のフィードバック（以下「Ｆ／Ｂ」という）制御アルゴリズムによって、Ｆ／Ｂ補正係数ＫＡＦを算出する（ステップ５）。この目標空燃比ＫＣＭＤは、理論空燃比よりも若干リッチな値、例えば１４．０に設定されている。

次に、上記のようにして求めた基本値ＴＩＢＳにＦ／Ｂ補正係数ＫＡＦを乗算することによって、燃料噴射量ＴＯＵＴを算出した（ステップ６）後、前記ステップ３を実行し、本処理を終了する。

以上のような燃料噴射量の制御によって、再生を実行しない通常時には、理論空燃比よりもリーンな空燃比で燃焼が行われる。また、再生時には、理論空燃比よりも若干リッチな空燃比で燃焼が行われる。これにより、排ガス中に未燃成分が含まれるようになり、この未燃成分によって、通常時にＮＯｘ吸収触媒１７に吸収されたＮＯｘが還元され、ＮＯｘ吸収触媒１７が再生される。

次いで、図４を参照しながら、ＥＧＲガス量を制御する処理について説明する。本処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）ごとに実行される。まず、ステップ１１では、実行条件成立フラグＦ＿ＣＡＴＲＥＯＫが「１」であるか否かを判別する。この答がＮＯで、再生の実行条件が成立していないときには、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、バルブリフト量の通常時用基本値ＮＬＢＳを求める（ステップ１２）。

次いで、通常時用の目標吸入空気量ＮＱＣＭＤおよび吸入空気量Ｑに応じ、所定のＦ／Ｂ制御アルゴリズムによって、通常時用のＦ／Ｂ補正係数ＮＫＱを算出する（ステップ１３）。この目標吸入空気量ＮＱＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、ＮＱＣＭＤマップ（図示せず）を検索することによって求められる。このＮＱＣＭＤマップは、通常時にエンジン３に吸入すべき吸入空気量Ｑを定めたものである。次に、上記のようにして求めた通常時用基本値ＮＬＢＳにＦ／Ｂ補正係数ＮＫＱを乗算することによって、目標バルブリフト量ＬＣＭＤを算出する（ステップ１４）。

次いで、目標バルブリフト量ＬＣＭＤに基づく駆動信号をＥＧＲ制御弁１４ｂに出力することによって、ＥＧＲ制御弁１４ｂを制御し（ステップ１５）、本処理を終了する。これにより、ＥＧＲ制御弁１４ｂのバルブリフト量が目標バルブリフト量ＬＣＭＤに制御され、それに応じ、ＥＧＲガスの量が制御される。その結果、吸入空気量Ｑが通常時用の目標吸入空気量ＮＱＣＭＤになるように制御される。

一方、前記ステップ１１の答がＹＥＳで、再生の実行条件が成立しているときには、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、バルブリフト量の再生時用基本値ＲＥＬＢＳを求める（ステップ１６）。次いで、再生時用の目標吸入空気量ＲＥＱＣＭＤおよび吸入空気量Ｑに応じ、所定のＦ／Ｂ制御アルゴリズムによって、再生時用のＦ／Ｂ補正係数ＲＥＫＱを算出する（ステップ１７）。この目標吸入空気量ＲＥＱＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、ＲＥＱＣＭＤマップ（図示せず）を検索することによって求められる。ＲＥＱＣＭＤマップは、再生時に吸入すべき吸入空気量Ｑを定めたものであり、再生時用の目標吸入空気量ＲＥＱＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰの全領域において、通常時用の目標吸入空気量ＮＱＣＭＤよりも小さな値に設定されている。

次に、上記のようにして求めた再生時用基本値ＲＥＬＢＳにＦ／Ｂ補正係数ＲＥＫＱを乗算することによって、目標バルブリフト量ＬＣＭＤを算出し（ステップ１８）、前記ステップ１５を実行するとともに、本処理を終了する。

以上のように、再生時には、吸入空気量Ｑが再生時用の目標吸入空気量ＲＥＱＣＭＤになるように、ＥＧＲガス量が制御される。また、上述したように、再生時用の目標吸入空気量ＲＥＱＣＭＤが、通常時用の目標吸入空気量ＮＱＣＭＤよりも小さな値に設定される結果、再生時には、吸入空気量Ｑが通常時よりも小さな値に制御されるので、ＮＯｘを還元するのに必要な燃料の量を低減でき、燃費を向上させることができる。

次に、図５を参照しながら、排ガス流量制御弁２０を制御する処理について説明する。本処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）ごとに実行される。まず、ステップ２１では、実行条件成立フラグＦ＿ＣＡＴＲＥＯＫが「１」であるか否かを判別する。この答がＮＯで、再生の実行条件が成立していないときには、排ガス流量制御弁２０を全開状態に制御し（ステップ２２）、本処理を終了する。

一方、上記ステップ２１の答がＹＥＳで、再生の実行条件が成立しているときには、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、目標差圧ＥＧＲＤＰＣＭＤを求める（ステップ２３）。次いで、第１および第２の圧力センサ３３，３４で検出された圧力Ｐ１，Ｐ２の差（Ｐ１−Ｐ２）を、ＥＧＲ管１４ａ内のＥＧＲ制御弁１４ｂの上流側と下流側の間の差圧（以下「上下流間差圧」という）ＥＧＲＤＰとして算出する（ステップ２４）。次に、この目標差圧ＥＧＲＤＰＣＭＤと上下流間差圧ＥＧＲＤＰとの偏差に応じ、ＰＩＤ制御アルゴリズムによって、排ガス流量制御弁２０の目標開度ＥＦＶＣＭＤを算出し、決定する（ステップ２５）。

次いで、決定した目標開度ＥＦＶＣＭＤに基づくデューティ比の電流をアクチュエータ２０ｂに出力することによって、排ガス流量制御弁２０を制御し（ステップ２６）、本処理を終了する。これにより、排ガス流量制御弁開度ＥＶＦが、目標開度ＥＦＶＣＭＤに制御され、排ガスの流量が制御される。

以上のように、通常時には、排ガス流量制御弁２０は全開状態に制御される。一方、再生時には、排ガス流量制御弁開度ＥＶＦは、上述したように決定された目標開度ＥＦＶＣＭＤに制御される。その結果、上下流間差圧ＥＧＲＤＰが目標差圧ＥＧＲＤＰＣＭＤになるように制御される。

次に、図６を参照しながら、スロットル弁１２を制御する処理について説明する。本処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）ごとに実行される。まず、ステップ３１では、実行条件成立フラグＦ＿ＣＡＴＲＥＯＫが「１」であるか否かを判別する。この答がＮＯで、再生の実行条件が成立していないときには、後述する目標開度設定済フラグＦ＿ＤＯＮＥを「０」にリセットした（ステップ３２）後、スロットル弁１２を全開状態に制御し（ステップ３３）、本処理を終了する。

一方、上記ステップ３１の答がＹＥＳで、再生の実行条件が成立しているときには、目標開度設定済フラグＦ＿ＤＯＮＥが「１」であるか否かを判別する（ステップ３４）。この答がＮＯで、Ｆ＿ＤＯＮＥ＝０、すなわち、今回が、実行条件が成立した最初のループであるときには、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、ＴＨＢＳマップ（図示せず）を検索することによって、スロットル弁開度の基本値ＴＨＢＳを求める（ステップ３５）。このＴＨＢＳマップは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰで代表されるエンジン３の運転状態において、ＥＧＲガス量が値０である場合に、前記再生時用の目標吸入空気量ＲＥＱＣＭＤを確保するのに必要な最小限のスロットル弁開度ＴＨを定めたものである。

次いで、上下流間差圧ＥＧＲＤＰに基づき、図７に示すＴＨＣＯテーブルを検索することによって、補正値ＴＨＣＯを求める（ステップ３６）。このＴＨＣＯテーブルでは、補正値ＴＨＣＯは、上下流間差圧ＥＧＲＤＰが大きいほど、より大きな値にリニアに設定されている。次に、上記のようにして求めた基本値ＴＨＢＳに補正値ＴＨＣＯを加算することによって、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤを算出する（ステップ３７）。次いで、目標開度設定済フラグＦ＿ＤＯＮＥを「１」にセットし（ステップ３８）、ステップ３９に進む。このステップ３８により、上記ステップ３４の答がＹＥＳになり、その場合には、ステップ３５〜３８をスキップし、ステップ３９に進む。これにより、再生中、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤは、ステップ３７で算出された値に保持される。

このステップ３９では、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤに基づくデューティ比の電流をアクチュエータ１２ａに出力することによって、スロットル弁開度ＴＨを目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤに制御し、本処理を終了する。

以上のように、再生時には、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤは、基本値ＴＨＢＳと補正値ＴＨＣＯとの和に設定され、保持され、その結果、スロットル弁開度ＴＨは、通常時（全開）よりも減少側の値に固定される。

また、前述したように、補正値ＴＨＣＯは、上下流間差圧ＥＧＲＤＰが大きいほど、より大きな値に設定されている。これは、ＥＧＲガス量は上下流間差圧ＥＧＲＤＰに応じて変化し、それに伴って、エンジン３に供給される新気の量も変化するので、上下流間差圧ＥＧＲＤＰに応じてスロットル弁開度ＴＨを制御することによって、新気量を過不足なく制御するためである。

以上のように、本実施形態によれば、上下流間差圧ＥＧＲＤＰが目標差圧ＥＧＲＤＰＣＭＤになるように、排ガス流量制御弁２０を制御するので、ＥＧＲガス量を過不足なく制御できる。このようにＥＧＲガス量が適正に制御されることによって、燃焼によって生成されるパティキュレートの量を抑制できる。また、ＥＧＲガス量の適正な制御に伴い、エンジン３に供給される新気の量も適正に低減されるので、再生用の燃料が不足するのを防止でき、再生を良好に行うことができる。さらに、エンジン３に供給される新気の量の適正な低減によって、ＮＯｘを還元するのに必要な燃料量を低減できるので、燃費を向上させることができる。また、目標差圧ＥＧＲＤＰＣＭＤをエンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じて求めるので、排ガス流量や排気圧力をそのときのエンジン３の運転状態に適するように制御でき、したがって、良好なドライバビリティーを維持することができる。

また、再生時には、目標スロットル弁開度ＴＨＣＭＤは、基本値ＴＨＢＳと補正値ＴＨＣＯとの和に設定される。前述したように、基本値ＴＨＢＳは、再生時用の目標吸入空気量ＲＥＱＣＭＤを確保するのに必要な最小限の開度に設定されるとともに、補正値ＴＨＣＯにより、上下流間差圧ＥＧＲＤＰの影響を補償するように補正される。したがって、エンジン３に供給される新気の量を最小限に、過不足なく低減できる。その結果、ＮＯｘを還元するのに必要な燃料量を最大限に低減でき、燃費をさらに向上させることができる。さらに、新気の量が低減されるのに応じて、ＥＧＲガス量を低減することが可能になり、それにより、パティキュレートの量をさらに抑制することができる。また、再生中、スロットル弁開度ＴＨを固定するので、吸入空気量Ｑの変化に伴う吸気管４内の圧力の変動に起因して上下流間差圧ＥＧＲＤＰが変動するのを防止できる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、ＮＯｘ吸収触媒１７への還元剤の供給を、空燃比をリッチ化制御することによって行ったが、この手法はこれに限らず任意である。例えば、排気行程付近で燃焼室３ｃに燃料を噴射するポスト噴射や、排気管５のＮＯｘ吸収触媒１７よりも上流側に設けたインジェクタで排気管５内に燃料を直接、噴射することによって、還元剤の供給を行うようにしてもよい。また、実施形態では、ＮＯｘ吸収触媒１７の再生中に、ＥＧＲ制御弁１４ｂのバルブリフト量を可変制御しているが、所定量に固定するようにしてもよい。さらに、本発明は、車両に搭載されたディーゼルエンジンに限らず、クランク軸が鉛直方向に配置された船外機などのような船舶推進機用エンジンを含む、様々な産業用の内燃機関に適用できることはもちろんである。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

本発明の排ガス浄化装置およびこれを適用した内燃機関の概略構成を示す図である。 排ガス浄化装置の一部を示す図である。 燃料噴射量を制御する処理を示すフローチャートである。 ＥＧＲガス量を制御する処理を示すフローチャートである。 排ガス流量制御弁を制御する処理を示すフローチャートである。 スロットル弁を制御する処理を示すフローチャートである。 図６の処理で用いられるＴＨＣＯテーブルを示す図である。

符号の説明

１ 排ガス浄化装置
２ ＥＣＵ（還元剤供給手段、差圧検出手段、目標差圧決定手段、
上下流間差圧制御手段、制御手段）
３ エンジン
４ 吸気管（吸気系）
５ 排気管（排気系）
６ インジェクタ（還元剤供給手段）
１２ スロットル弁（吸入空気量制御弁）
１２ａ アクチュエータ（吸入空気量制御弁）
１４ａ ＥＧＲ管（排ガス還流通路）
１４ｂ ＥＧＲ制御弁（排ガス還流量制御弁）
１７ ＮＯｘ吸収触媒
２０ 排ガス流量制御弁
３３ 第１圧力センサ（差圧検出手段）
３４ 第２圧力センサ（差圧検出手段）
ＥＧＲＤＰ 上下流間差圧
ＥＧＲＤＰＣＭＤ 目標差圧

Claims (2)

1. 吸気系および排気系を備えた内燃機関から排出された排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置であって、
   前記排気系に設けられ、排ガス中のＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収触媒と、
   前記排気系の前記ＮＯｘ吸収触媒よりも上流側に、前記ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘを還元するための還元剤を供給する還元剤供給手段と、
   前記排気系に設けられ、排ガスの流量を制御する排ガス流量制御弁と、
   前記排気系の前記排ガス流量制御弁よりも上流側と前記吸気系との間に接続され、排ガスを前記吸気系に還流するための排ガス還流通路と、
   当該排ガス還流通路を介した排ガスの還流量を制御する排ガス還流量制御弁と、
   当該排ガス還流量制御弁の上流側と下流側の間の上下流間差圧を検出する差圧検出手段と、
   前記上下流間差圧の目標となる目標差圧を決定する目標差圧決定手段と、
   前記還元剤供給手段による前記還元剤の供給中に、前記検出された上下流間差圧が前記決定された目標差圧になるように前記排ガス流量制御弁を制御する上下流間差圧制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
2. 前記吸気系には、吸入空気量を制御する吸入空気量制御弁が設けられており、
   前記還元剤供給手段による前記還元剤の供給中に、前記吸入空気量制御弁の開度を減少側に制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。

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