JP2009150290A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】装置の複雑化による製造コストの高騰に未然に防止した上で、低温域でも十分なＮＯx浄化性能を実現できるエンジンの排気浄化装置を提供する。
【解決手段】ＳＣＲ触媒が温度低下したとき、触媒温度Ｔcatを反映した推定ＮＯx浄化率ηとエンジンの運転状態から求めた目標ＮＯx浄化率θtgtとから浄化率偏差比Ｒを算出し、吸気Ｏ２濃度から求めたＮＯx低減係数Ｋに浄化率偏差比Ｒを乗算することにより、温度低下によるＮＯx浄化率の低下を補償可能な目標ＮＯx低減係数Ｋtgtを算出し、この目標ＮＯx低減係数Ｋtgtと対応する吸気Ｏ２濃度に基づきＥＧＲ制御を実行する。
【選択図】図２

Description

本発明はエンジンの排気浄化装置に係り、詳しくはエンジンの排気通路にアンモニアを還元剤として排ガスに含まれるＮＯxを選択還元する選択還元型ＮＯx触媒を備えた排気浄化装置に関するものである。
エンジンから排出される排ガスに含まれるＮＯxを浄化するための手法として、エンジンの排気通路に排ガスに含まれるＮＯxを選択還元するＮＯx触媒を設けたものがある。この種の選択還元型ＮＯx触媒は、排気通路のＮＯx触媒の上流側に配置した噴射ノズルから還元剤として尿素水を噴射し、尿素水が排気熱及び排ガス中の水蒸気により加水分解されて生成されるアンモニア（ＮＨ３）を利用してＮＯx触媒上でＮＯxを選択還元している。
選択還元型ＮＯx触媒に良好なＮＯx浄化性能を発揮させるには活性温度以上（例えば、２００℃以上）を維持する必要があるが、例えば市街地での渋滞等の車両走行条件、或いは外気温の低い寒冷地等の環境条件によっては、ＮＯx触媒が活性温度を下回ってしまう場合があり、この温度域ではＮＯx触媒のＮＯx浄化率が急落してＮＯx排出量が増加してしまうという問題があった。
このような不具合に着目して、触媒温度の低下時においても良好なＮＯx浄化性能を保つようにした対策が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された技術では、ディーゼルエンジンの各気筒の排気ポート内にプリ酸化触媒を設け、各排気ポートに接続された排気通路に上流側より順に、尿素水の噴射ノズル、プリ選択還元型ＮＯx触媒、メイン選択還元型ＮＯx触媒、メイン酸化触媒を設けている。プリ酸化触媒は排ガス中のＮＯの一部をＮＯ２に酸化する機能を奏し、このＮＯの酸化反応は排気温度が低くても生起されることから、生成されたＮＯ２を噴射ノズルから噴射された尿素水により生成されるアンモニアと共にプリ選択還元型ＮＯx触媒及びメイン選択還元型ＮＯx触媒に供給し、両ＮＯx触媒上でＮＯ２を利用してＮＯxの選択還元作用を得ている。
特開２００４−２３９１０９号公報
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、プリ酸化触媒で生成されるＮＯ２を利用することにより、従来に比較すればより低温域からＮＯx浄化作用を得ることはできるものの、プリ選択還元型ＮＯx触媒及びメイン選択還元型ＮＯx触媒が低温であることには相違ない。従って、特許文献１にも記載されているように、ＮＯx浄化作用が得られる温度域の下限を１８０℃程度まで拡大できるだけであり、低温域でのＮＯx浄化性能を大幅に向上できるわけではない。
また、特許文献１に記載された技術では、ＮＯ２の生成のためにエンジンの各気筒の排気ポート内に個別にプリ酸化触媒を配設する必要があり、排気浄化装置の構成が大幅に複雑化し、必然的に製造コストが高騰するという問題を抱えている。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、装置の複雑化による製造コストの高騰に未然に防止した上で、低温域でも十分なＮＯx浄化性能を実現することができるエンジンの排気浄化装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、エンジンの排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排ガスに含まれるＮＯxを選択還元する選択還元型ＮＯx触媒と、エンジンから排出される排ガスをエンジンの吸気側に環流するＥＧＲ手段と、ＮＯx触媒のＮＯx浄化率を推定するＮＯx浄化率推定手段と、エンジンの運転状態に基づき目標ＮＯx浄化率を算出する目標ＮＯx浄化率算出手段と、目標ＮＯx浄化率に対する推定ＮＯx浄化率の低下分を補償すべくＥＧＲ手段を駆動制御する制御手段とを備えたものである。
従って、ＮＯx触媒の温度低下によりＮＯx浄化率が低下すると、それを反映してＮＯx浄化率推定手段により推定されるＮＯx浄化率も低下するため、推定ＮＯx浄化率は、エンジンの運転状態に対して最適設定される目標ＮＯx浄化率よりも低い値となる。そして、この目標ＮＯx浄化率に対する推定ＮＯx浄化率の低下分が補償されるようにＥＧＲ手段が駆動制御されるため、結果としてエンジンの吸気側に環流されるＥＧＲガス量の増加により筒内での燃焼温度が抑制されて、筒内からのＮＯx排出量が低減される。また、既存のＥＧＲ手段を利用してＮＯx触媒のＮＯx浄化率の低下を補うため、装置の複雑化が未然に防止される。
請求項２の発明は、エンジンの排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排ガスに含まれるＮＯxを選択還元する選択還元型ＮＯx触媒と、エンジンから排出される排ガスをエンジンの吸気側にＥＧＲガスとして環流するＥＧＲ手段と、ＮＯx触媒のＮＯx浄化率を推定するＮＯx浄化率推定手段と、エンジンの運転状態に基づき目標ＮＯx浄化率を算出する目標ＮＯx浄化率算出手段と、エンジンの筒内に供給される吸入ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、吸入ガスの酸素濃度に対するエンジンの筒内でのＮＯx排出率の特性に基づき、酸素濃度検出手段により検出された酸素濃度におけるＮＯx排出率の低減係数を算出するＮＯx低減係数算出手段と、推定ＮＯx浄化率と目標ＮＯx浄化率との比に基づきＮＯx低減係数を補正し、酸素濃度に対するＮＯx排出率の特性に基づき、補正後のＮＯx低減係数に対応する酸素濃度を目標値として算出する目標酸素濃度算出手段と、目標酸素濃度算出手段により算出された目標酸素濃度に基づき上記ＥＧＲ手段を駆動制御する制御手段とを備えたものである。
従って、ＮＯx触媒の温度低下によりＮＯx浄化率が低下すると、それを反映してＮＯx浄化率推定手段により推定されるＮＯx浄化率も低下するため、推定ＮＯx浄化率は、エンジンの運転状態に対して最適設定される目標ＮＯx浄化率よりも低い値となり、推定ＮＯx浄化率と上記目標ＮＯx浄化率との比は、ＮＯx触媒のＮＯx浄化率をどの程度向上させるべきかを示す指標と見なせる。一方、エンジン筒内への吸入ガスの酸素濃度に応じてエンジンの筒内でのＮＯx排出率は所定の特性に倣って変化し、その特性に基づき吸入ガスの酸素濃度からＮＯx浄化率の低減係数が算出される。算出されたＮＯx低減係数が推定ＮＯx浄化率と目標ＮＯx浄化率との比に基づき補正され、補正後のＮＯx低減係数に対応する酸素濃度が上記特性に基づき目標値として算出される。そして、この目標酸素濃度に基づいてＥＧＲ手段が駆動制御されるため、結果としてエンジンの吸気側に環流されるＥＧＲガス量の増加により筒内での燃焼温度が抑制されて、筒内からのＮＯx排出量が低減される。また、既存のＥＧＲ手段を利用してＮＯx触媒のＮＯx浄化率の低下を補うため、装置の複雑化が未然に防止される。
請求項３の発明は、請求項１または２において、ＮＯx触媒の劣化状態を判定する劣化判定手段を備え、目標酸素濃度算出手段が、ＮＯx浄化率推定手段により推定されたＮＯx浄化率を劣化判定手段により判定されたＮＯx触媒の劣化状態に基づき補正し、補正後の推定ＮＯx浄化率をＮＯx低減係数の補正処理に適用するものである。
従って、ＮＯx触媒の劣化状態を反映した推定ＮＯx浄化率に基づきＮＯx低減係数が補正され、そのＮＯx低減係数に対応する目標酸素濃度に基づきＥＧＲ手段が駆動制御されるため、ＮＯx触媒が劣化した状態においても、適切なＥＧＲ制御によりＮＯx触媒のＮＯx浄化率の低下が補償される。
請求項４の発明は、請求項１または２において、制御手段が、スモークを抑制可能な空気過剰率となるようにＥＧＲ手段により環流されるＥＧＲガス量の上限を制限するものである。
従って、ＮＯx触媒のＮＯx浄化率の低下に応じてＥＧＲ量を増加させたときには、筒内の空気過剰率が過剰に低下してスモーク増加の要因となる可能性があるが、スモークを抑制可能なようにＥＧＲガス量の上限が制限されることにより、本制御の実行によるスモーク増加が未然に防止される。
以上説明したように請求項１，２の発明のエンジンの排気浄化装置によれば、温度低下に起因するＮＯx触媒のＮＯx浄化率の低下に応じて、既存のＥＧＲ手段を利用してＥＧＲ量の増加により筒内からのＮＯx排出量を低減するため、装置の複雑化による製造コストの高騰に未然に防止した上で、低温域でも十分なＮＯx浄化性能を実現することができる。
請求項３の発明のエンジンの排気浄化装置によれば、請求項１または２に加えて、ＮＯx触媒の劣化状態を反映してＮＯx浄化率を推定することにより、ＮＯx触媒が劣化した状態でも適切にＥＧＲ制御を実行してＮＯx触媒のＮＯx浄化率の低下を補償することができる。
請求項４の発明のエンジンの排気浄化装置によれば、請求項１または２に加えて、ＥＧＲガス量の上限を制限することにより、筒内の空気過剰率の過剰な低下によるスモーク増加を未然に防止することができる。
以下、本発明を具体化したエンジンの排気浄化装置の一実施形態を説明する。
図１は本実施形態のエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図であり、エンジン１は直列６気筒ディーゼル機関として構成されている。エンジン１の各気筒には燃料噴射弁２が設けられ、各燃料噴射弁２は共通のコモンレール３から加圧燃料を供給され、機関の運転状態に応じたタイミングで開弁して各気筒の筒内に燃料を噴射する。
エンジン１の吸気側には吸気マニホールド４が装着され、吸気マニホールド４に接続された吸気通路５には、上流側よりエアクリーナ６、ターボチャージャ７のコンプレッサ７ａ、インタクーラ８、アクチュエータ９ａにより開閉駆動される吸気絞り弁９が設けられている。また、エンジン１の排気側には排気マニホールド１０が装着され、排気マニホールド１０には上記コンプレッサ７ａと同軸上に連結されたターボチャージャ７のタービン７ｂを介して排気通路１１が接続されている。
エンジン１の運転中においてエアクリーナ６を経て吸気通路５内に導入された吸気はターボチャージャ７のコンプレッサ７ａにより加圧された後にインタクーラ８、吸気絞り弁９、吸気マニホールド４を経て各気筒に分配され、各気筒の吸気行程で筒内に導入される。筒内では所定のタイミングで燃料噴射弁２から燃料が噴射されて圧縮上死点近傍で着火・燃焼し、燃焼後の排ガスは排気マニホールド１０を経てタービン７ｂを回転駆動した後に排気通路１１を経て外部に排出される。
一方、吸気マニホールド４と排気マニホールド１０とはＥＧＲ通路１７（ＥＧＲ手段）により接続され、ＥＧＲ通路１７にはアクチュエータ１８ａにより開閉駆動されるＥＧＲ弁１８（ＥＧＲ手段）及びＥＧＲクーラ１９が設けられている。エンジン１の運転中にはＥＧＲ弁１８の開度に応じて排気マニホールド１０側から吸気マニホールド４側に排ガスの一部がＥＧＲガスとして還流される。
上記排気通路１１には本発明の排気浄化装置が設けられ、排気浄化装置は上流側ケーシング３１及び下流側ケーシング３２内に収容されている。基本的に両ケーシング３１，３２及び図示しない消音器は、細いパイプ３３ａ〜３３ｃを介して相互に接続され、これらの各部材により排気通路１１が構成されている。排気通路１１の上流側から順に述べると、上記ターボチャージャ７のタービン７ｂには第１パイプ３３ａを介して上流側ケーシング３１が接続され、上流側ケーシング３１は第２パイプ３３ｂを介して下流側ケーシング３２と接続されている。下流側ケーシング３２は第３パイプ３３ｃを介して消音器と接続され、消音器の後端は大気に開放されている。
上流側ケーシング３１及び下流側ケーシング３２は、共に車両の前後方向に延びる略円筒形状をなしている。上流側ケーシング３１は、内部の上流側に前段酸化触媒３４が収容されると共に、下流側にウォールフロー式のＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）３５が収容され、ＤＰＦ３５は排ガス中のパティキュレートを捕集する作用を奏する。上流側ケーシング３１は、ＤＰＦ３５の収容位置から同一断面形状を維持したまま後方に延設されており、その結果、上流側ケーシング３１内のＤＰＦ３５の下流側には空間が形成され、以下、この空間を噴霧拡散室３６と称する。
噴霧拡散室３６内には排ガスに旋回流を生起させるためのフィン装置３７が設置されている。本実施形態のフィン装置３７は、上流側ケーシング３１の内周壁に立設された多数のフィン３７ａにより構成されており、各フィン３７ａが排ガス流通方向に対して周方向に所定角度をなすことにより、上流側ケーシング３１の中心軸線を中心とした旋回流を生起させる原理を採っている。
上流側ケーシング３１の外周壁の一側にはフィン装置３７の下流側に位置するように噴射ノズル３８が設置され、噴射ノズル３８は、図示しないタンクから圧送される尿素水を還元剤として噴霧拡散室３６内に任意に噴射可能に構成されている。噴射ノズル３８の噴射方向は排ガス流通方向に対して直交するように設定されると共に、上流側ケーシング３１の中心部に指向するように設定されている。また、フィン装置３７と噴射ノズル３８との間には温度センサ３９が設置され、温度センサ３９により噴霧拡散室３６内の排ガス温度Ｔnzlが検出される。
下流側ケーシング３２は、内部の上流側にＳＣＲ触媒４０（選択還元型ＮＯx触媒）が収容されると共に、下流側に後段酸化触媒４１が収容されており、後述するようにＳＣＲ触媒４０は排ガス中のＮＯxを浄化する作用を奏する。
一方、車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭ等）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたＥＣＵ（電子制御ユニット）５１が設置されている。ＥＣＵ５１の入力側には、上記温度センサ３９、エンジン回転速度Ｎeを検出する回転速度センサ５２、吸気マニホールド４に配設されて各気筒の筒内に供給される吸気Ｏ2濃度を検出する吸気Ｏ2センサ５３（酸素濃度検出手段）、ＳＣＲ触媒４０の温度Ｔcatを検出する触媒温度センサ５４、アクセル操作量Ａccを検出するアクセルセンサ５５、ＳＣＲ触媒４０の下流側におけるＮＯx排出量を検出するＮＯxセンサ５６等の各種センサ類が接続されている。また、ＥＣＵ５１の出力側には、上記吸気絞り弁９、排気絞り弁１２、ＥＧＲ弁１８の各アクチュエータ９ａ，１２ａ，１８ａ、燃料噴射弁２、噴射ノズル３８等の各種デバイス類が接続されている。
例えばＥＣＵ５１は、エンジン回転速度Ｎeやアクセル操作量Ａccから所定のマップに従って燃料噴射量Ｑを設定すると共に、この燃料噴射量Ｑ及びエンジン回転速度Ｎeから所定のマップに従って燃料噴射時期ＩＴを設定し、これらの燃料噴射量Ｑ及び燃料噴射時期ＩＴに基づき燃料噴射弁２を駆動制御し、各気筒の筒内に燃料を噴射してエンジン１を運転する。
また、ＥＣＵ５１は、燃料噴射量Ｑ及びエンジン回転速度Ｎeから所定のマップに従ってＥＧＲの実行域と非実行域とを判別すると共に、ＥＧＲ実行域ではマップから設定した目標ＥＧＲ量に基づきＥＧＲ弁１８及び吸気絞り弁９のアクチュエータ１８ａ，９ａを制御する。このＥＧＲ制御によりＥＧＲ実行域では、ＥＧＲ弁１８の開制御により排気マニホールド１０内の排ガスがＥＧＲ通路１７を経てＥＧＲガスとして吸気マニホールド４へと還流されると共に、吸気絞り弁９の閉制御により吸気マニホールド４内の負圧が高められてＥＧＲガスの環流が促進され、上記目標ＥＧＲ量に対応するＥＧＲガスの環流により筒内での燃焼温度が抑制されてＮＯx排出量が低減される。
また、ＥＣＵ５１は、温度センサ３９により検出される排ガス温度Ｔnzl等に基づき噴射ノズル３８からの尿素水の噴射量を制御する。噴射された尿素水は排気熱及び排ガス中の水蒸気により加水分解されてアンモニア（ＮＨ３）を生成し、このアンモニアによりＳＣＲ触媒４０上では排ガス中のＮＯxが無害なＮ２に還元されてＮＯxの浄化が行われる一方、このときの余剰アンモニアが後段酸化触媒４１によりＮＯに酸化される。
ところで、［背景技術］でも述べたように、市街地での渋滞等の車両走行条件、或いは外気温の低い寒冷地等の環境条件に起因して、ＳＣＲ触媒４０が活性温度を下回ってＮＯx浄化率を急落させてしまう問題が生じる。そこで、本実施形態では、温度低下によりＳＣＲ触媒４０のＮＯx浄化率が低下したときに、その低下量に応じてＥＧＲ量を制御することによりＳＣＲ触媒４０のＮＯx浄化率の低下を補う対策を講じており、以下、当該対策のためにＥＣＵ５１が実行するＮＯx浄化率補完制御について説明する。
図２はＮＯx浄化率補完制御のためのＥＣＵ５１の処理手順を示すブロック図である。
ＮＯx浄化率補完制御を実行するための構成として、ＥＣＵ５１は目標Ｏ２濃度算出部６１とＥＧＲ・吸気絞り制御部６２とを備えている。目標Ｏ２濃度算出部６１は、ＳＣＲ触媒４０のＮＯx浄化率の低下を補うために必要なＥＧＲ量と相関する吸気Ｏ２濃度の目標値を算出する機能を果たす。また、ＥＧＲ・吸気絞り制御部６２は、吸気絞り弁９及びＥＧＲ弁１８の各アクチュエータ９ａ，１８ａを駆動制御して、実際の吸気Ｏ２濃度を目標吸気Ｏ２濃度に調整する機能を果たし、上記ＥＧＲの実行域と非実行域に基づくＥＧＲ制御もＥＧＲ・吸気絞り制御部６２によって行われる。
まず、目標Ｏ２濃度算出部６１について述べる。ＮＯx排出量算出部７１では、エンジン回転速度Ｎe及び燃料噴射量Ｑに基づき所定のマップから筒内から排出される所謂エンジンアウトのＮＯx排出量が算出される。マップはＥＧＲの非実行時のエンジン１のＮＯx排出特性を前提として設定されたものであり、ここではＥＧＲガスの環流による燃焼速度の抑制を受けないときのＮＯx排出量が算出される。
また、ＮＯx低減係数算出部７２では、各気筒の筒内に供給される吸気Ｏ2濃度に基づき所定のマップからＮＯx低減係数Ｋが算出される（ＮＯx低減係数算出手段）。ＮＯx低減係数Ｋとは、ＥＧＲ環流によるエンジンアウトのＮＯx排出量の低減状態を示す指標である。図３にマップの特性を示しているが、横軸に示す吸気Ｏ２濃度は排気側から吸気側に環流されるＥＧＲ量に応じて変化し、ＥＧＲの非実行時（ＥＧＲ量＝０）には、吸気Ｏ２濃度は一般の大気組成に相当する２１％となり、ＮＯx低減係数Ｋとしては最大値の１．０が算出される。この状態からＥＧＲ量の増加に伴って吸気Ｏ２濃度は減少し、それに応じて燃焼速度の抑制により筒内でのＮＯx排出率が低下して、ＮＯx低減係数Ｋとして小さな値が算出される。
なお、吸気Ｏ２濃度はセンサによる検出の他に、エンジン１の運転状態から算出してもよい。その手法については周知であるため詳細はしないが、例えば、図示しないエアフローセンサ出力から求まる新気量等からＥＧＲガス量を算出し、そのＥＧＲガス中の残存Ｏ２濃度を燃料噴射量から推定し、上記残存Ｏ２濃度と新気中のＯ２濃度とからエンジン筒内への吸気ガスのＯ２濃度を推定することができる。
ＮＯx排出量算出部７１からのＮＯx排出量、及び低減係数算出部７２からのＮＯx低減係数Ｋは、乗算部７３に入力されて乗算される。ＮＯx低減係数Ｋを乗算後のＮＯx排出量は、ＥＧＲの実行状態を反映したエンジンアウトのＮＯx排出量を意味することになる。
一方、推定浄化率算出部７４では、ＳＣＲ温度Ｔcat及びＳＶ比に基づき所定のマップからＳＣＲ触媒４０の推定ＮＯx浄化率ηが算出される（ＮＯx浄化率推定手段）。ＳＣＲ温度Ｔcat及びＳＶ比は、共にＳＣＲ触媒４０のＮＯx浄化率に影響を及ぼす要件であり、ＳＣＲ温度Ｔcatが低いほどＳＣＲ触媒４０のＮＯx浄化率は低下する。また、ＳＶ比とはエンジン１の排気流量とＳＣＲ触媒４０の容量との比であり、触媒容量に対して排気流量が多いほど単位容量当たりで処理する排ガス量が増加することから、ＮＯx浄化率は低下する。触媒容量は予め判明しているが、排気流量はエンジン１の運転状態に応じて変化することから、例えばエアフローセンサ等により求められた新気量と燃料噴射量を加算して排気流量を算出し、この排気流量と触媒容量とからＳＶ比が求められる。
上記エンジンアウトのＮＯx排出量及び推定ＮＯx浄化率ηは乗算部７５に入力されて乗算され、推定ＮＯx浄化率ηを乗算後のＮＯx排出量は、ＳＣＲ触媒４０を流通してテールパイプから大気中に排出されるＮＯx排出量を意味し、以下、推定ＮＯx排出量と称する。
推定ＮＯx排出量は、ＮＯxセンサ５６により検出された実ＮＯx排出量と共に劣化係数算出部７６に入力され、劣化係数算出部７６では、これらのＮＯx排出量に基づきＳＣＲ触媒４０の劣化係数Ｋcatが算出される。上記一連の算出処理では劣化無しのＳＣＲ触媒４０を前提として推定ＮＯx排出量が算出され、ＮＯxセンサ５６では現在のＳＣＲ触媒４０の劣化状態を反映したより高い値として実ＮＯx排出量が検出される。よって、劣化係数算出部７６では、双方の値の変化をある程度の期間に亘って比較することにより、現在のＳＣＲ触媒４０の劣化状態を反映した指標として劣化係数Ｋcatが導き出される。ＳＣＲ触媒４０の劣化していないときの劣化係数Ｋcatは１．０に設定され、劣化状態の進行に応じて減少設定される。
劣化係数算出部７６により算出された劣化係数Ｋcatは乗算部７７に入力され、推定浄化率算出部７４からの推定ＮＯx浄化率ηに乗算される。乗算後の値は現在のＳＣＲ触媒４０の劣化状態を反映したＮＯx浄化率の推定値と見なされる。
一方、目標浄化率算出部７８では、エンジン回転速度Ｎe及び燃料噴射量Ｑに基づき所定のマップからＳＣＲ触媒４０の目標ＮＯx浄化率ηtgtが算出される（目標ＮＯx浄化率算出手段）。目標ＮＯx浄化率ηtgtは、エンジン１の運転領域毎の最適なＳＣＲ触媒４０の浄化率であり、例えばＮＯxとは逆の排出特性でトレードオフの関係にあるスモークの排出量等の各要件を考慮した上で、各運転領域で最も適したＮＯx浄化率の目標値として算出される。
目標ＮＯx浄化率ηtgt及び上記劣化係数Ｋcatを乗算後の推定ＮＯx浄化率ηは偏差比算出部７９に入力され、双方の値の比として浄化率偏差比Ｒ（＝η/ηtgt）が算出される。推定ＮＯx浄化率ηは、現在のＳＣＲ触媒４０の温度低下や劣化等を反映した実際のＮＯx浄化率であり、当然ながら最適値である目標ＮＯx浄化率ηtgtよりも低い値として算出される。よって、目標ＮＯx浄化率ηtgtと推定ＮＯx浄化率ηとの比である浄化率偏差比Ｒは、ＳＣＲ触媒４０のＮＯx浄化率をどの程度向上させるべきであるかを示す指標と見なせる。
算出された浄化率偏差比Ｒは乗算部８０に入力され、ＮＯx低減係数算出部７２で算出されたＮＯx低減係数Ｋに浄化率偏差比Ｒが乗算されて目標ＮＯx低減係数Ｋtgtが算出される。即ち、目標ＮＯx低減係数Ｋtgtは、現在のＮＯx低減係数Ｋをベースとして必要なＮＯx浄化率の向上分に応じて補正された値として算出される。この目標ＮＯx低減係数Ｋtgtに基づき、目標吸気Ｏ２濃度算出部８１では、図３に示したマップに従って上記ＮＯx低減係数算出部７２とは逆の手順で目標ＮＯx低減係数Ｋtgtから目標吸気Ｏ２濃度が算出される（目標酸素濃度算出手段）。
以上がＥＣＵ５１の目標Ｏ２濃度算出部６１で実行される処理であり、算出された目標吸気Ｏ２濃度は吸気Ｏ２センサ５３により検出された実際の吸気Ｏ２濃度と共にＥＧＲ・吸気絞り制御部７２に入力される。ＥＧＲ・吸気絞り制御部７２では、吸気絞り弁９及びＥＧＲ弁１８の各アクチュエータ９ａ，１８ａの駆動制御により、目標吸気Ｏ２濃度に基づく吸気Ｏ２濃度のフィードバック制御が実行される。
以上のＥＣＵ５１の目標Ｏ２濃度算出部６１及びＥＧＲ・吸気絞り制御部６２により実行されるＮＯx浄化率補完制御により、例えば市街地での渋滞等や外気温の低下等に起因して発生するＳＣＲ触媒４０の温度低下、或いは長期の稼働によるＳＣＲ触媒４０の劣化等に起因して、ＳＣＲ触媒４０のＮＯx浄化率が低下したときには、以下の過程を経てＥＧＲ制御によりＮＯx浄化率の低下が補われる。
ＳＣＲ触媒４０が温度低下したときには、推定浄化率算出部７４でＳＣＲ温度Ｔcatの低下に応じて推定ＮＯx浄化率ηが減少側に設定され、ＳＣＲ触媒４０が劣化したときには、劣化係数算出部７６で算出される劣化係数Ｋcatの低下に伴って、乗算部７７での劣化係数Ｋcatの乗算により推定ＮＯx浄化率ηが減少側に設定される。結果として、何れの場合も偏差比算出部７９で浄化率偏差比Ｒが減少側に設定される。
一方、乗算部８０では、このように減少側に設定された浄化率偏差比Ｒが現在の吸気Ｏ２濃度と対応するＮＯx低減係数Ｋに乗算されることでより低い値の目標ＮＯx低減係数Ｋtgtが算出される。そして、目標吸気Ｏ２濃度算出部８１で目標ＮＯx低減係数Ｋtgtに対応する目標吸気Ｏ２濃度が求められて、ＥＧＲ・吸気絞り制御部６２でのＥＧＲ制御により実際の吸気Ｏ２濃度が目標Ｏ２濃度に制御される。
例えば図３に示すように、現在の吸気Ｏ２濃度がＡに制御されているとき、ＳＣＲ触媒４０のＮＯx浄化率の低下に対応してＮＯx浄化率補完制御が実行されると、その時点のＮＯx低減係数Ｋが浄化率偏差比Ｒに基づいて目標ＮＯx低減係数Ｋtgtに補正され、この目標ＮＯx低減係数Ｋtgtに対応して目標吸気Ｏ２濃度としてＢが設定されてＥＧＲ制御に適用される。結果としてＳＣＲ触媒４０のＮＯx浄化率の低下分だけ、エンジン１の吸気側に環流されるＥＧＲガス量が増加し、筒内での燃焼温度の抑制により筒内からのＮＯx排出量が低減される。従って、ＳＣＲ触媒４０の低温域或いはＳＣＲ触媒４０の劣化進行状況においても十分なＮＯx浄化性能を実現することができる。
また、既存のＥＧＲ通路１７及びＥＧＲ弁１８を利用してＳＣＲ触媒４０のＮＯx浄化率の低下を補うため、排気浄化装置の構成としては従来のものと相違なく、排気浄化装置の構成を複雑化することなく、上記作用効果を得ることができる。
ところで、ＳＣＲ触媒４０の温度低下等によるＮＯx浄化率の低下分を全てＥＧＲ量に転化した場合、運転領域によってはＥＧＲ量の過剰な増加によりスモーク増大を引き起こす可能性もある。そこで、例えばエンジン１の運転領域毎に吸気Ｏ２濃度の下限値を設定し、その下限値に基づいてＥＧＲガス量の上限を制限するようにしてもよい。また、吸気Ｏ２濃度の制限は、ひいてはエンジン１の空気過剰率の制限に繋がることから、運転状態に対応して設定される目標空気過剰率に基づきＥＧＲ制御を実行する形式のエンジンでは、目標空気過剰率に下限値を設定してもよい。これらの制御によれば、上記実施形態の作用効果に加えて、ＥＧＲガス量の上限を制限することで、筒内の空気過剰率の過剰な低下によるスモーク増加を未然に防止できるという効果を得ることができる。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、ディーゼルエンジン１を対象とした排気浄化装置に具体化したが、これに限ることはなく、例えばガソリンエンジンに適用してもよい。また、ＥＧＲ・吸気絞り制御部６２では、吸気絞り弁９及びＥＧＲ弁１８の開度制御によりＥＧＲ量を制御したが、これに排気絞り弁１２の開度制御を加えて、ＥＧＲ制御時に排気絞り弁１２により排圧を増大させてもよい。
本実施形態のエンジンの排気浄化装置を示す全体構成図である。 ＮＯx浄化率補完制御のためのＥＣＵの処理手順を示すブロック図である。 吸気Ｏ２濃度とＮＯx低減係数との関係を示す特性図である。
符号の説明
１ エンジン
１７ ＥＧＲ通路（ＥＧＲ手段）
１８ ＥＧＲ弁（ＥＧＲ手段）
４０ ＳＣＲ触媒（ＮＯx触媒）
５３ 吸気Ｏ２センサ（酸素濃度検出手段）
６２ ＥＧＲ・吸気絞り制御部（制御手段）
７２ ＮＯx低減係数算出部（ＮＯx低減係数算出手段）
７４ 推定浄化率算出部（ＮＯx浄化率推定手段）
７８ 目標浄化率算出部（目標ＮＯx浄化率算出手段）
８１ 目標吸気Ｏ２濃度算出部（目標酸素濃度算出手段）

Claims (4)

  1. エンジンの排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排ガスに含まれるＮＯxを選択還元する選択還元型ＮＯx触媒と、
    上記エンジンから排出される排ガスを該エンジンの吸気側に環流するＥＧＲ手段と、
    上記ＮＯx触媒のＮＯx浄化率を推定するＮＯx浄化率推定手段と、
    上記エンジンの運転状態に基づき目標ＮＯx浄化率を算出する目標ＮＯx浄化率算出手段と、
    上記目標ＮＯx浄化率に対する上記推定ＮＯx浄化率の低下分を補償すべく上記ＥＧＲ手段を駆動制御する制御手段と
    を備えたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
  2. エンジンの排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排ガスに含まれるＮＯxを選択還元する選択還元型ＮＯx触媒と、
    上記エンジンから排出される排ガスを該エンジンの吸気側にＥＧＲガスとして環流するＥＧＲ手段と、
    上記ＮＯx触媒のＮＯx浄化率を推定するＮＯx浄化率推定手段と、
    上記エンジンの運転状態に基づき目標ＮＯx浄化率を算出する目標ＮＯx浄化率算出手段と、
    上記エンジンの筒内に供給される吸入ガスの酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、
    上記吸入ガスの酸素濃度に対する上記エンジンの筒内でのＮＯx排出率の特性に基づき、上記酸素濃度検出手段により検出された酸素濃度における上記ＮＯx排出率の低減係数を算出するＮＯx低減係数算出手段と、
    上記推定ＮＯx浄化率と上記目標ＮＯx浄化率との比に基づき上記ＮＯx低減係数を補正し、上記酸素濃度に対するＮＯx排出率の特性に基づき、上記補正後のＮＯx低減係数に対応する酸素濃度を目標値として算出する目標酸素濃度算出手段と、
    上記目標酸素濃度算出手段により算出された目標酸素濃度に基づき上記ＥＧＲ手段を駆動制御する制御手段と
    を備えたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
  3. 上記ＮＯx触媒の劣化状態を判定する劣化判定手段を備え、
    上記目標酸素濃度算出手段は、上記ＮＯx浄化率推定手段により推定されたＮＯx浄化率を上記劣化判定手段により判定されたＮＯx触媒の劣化状態に基づき補正し、補正後の推定ＮＯx浄化率を上記ＮＯx低減係数の補正処理に適用することを特徴とする請求項１または２記載のエンジンの排気浄化装置。
  4. 上記制御手段は、スモークを抑制可能な空気過剰率となるように上記ＥＧＲ手段により環流されるＥＧＲガス量の上限を制限することを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンの排気浄化装置。
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