JP4498831B2

JP4498831B2 - 内燃機関の排気循環装置

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Publication number: JP4498831B2
Application number: JP2004177204A
Authority: JP
Inventors: 大介柴田; 裕澤田; 悟前田
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-06-15
Filing date: 2004-06-15
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2024-06-15
Also published as: JP2006002593A

Description

本発明は、内燃機関の排気循環装置に関する。

内燃機関のＥＧＲ装置に備えられたＥＧＲクーラの詰まりを抑制するために、該ＥＧＲクーラよりも上流側（排気系側）に酸化能力を有する触媒を備える場合がある。
この触媒は劣化によりその酸化能力が低下すると、排気中の未燃燃料を酸化させることができなくなる。これにより、触媒を通過した未燃燃料がＥＧＲクーラに付着して該ＥＧＲクーラの冷却効率を低下させる。これに対し、ＥＧＲクーラよりも上流側に備えた前記触媒の劣化を判定する技術が知られている。例えば、触媒活性がどのくらい低下しているかということを、車両の走行距離若しくは走行時間等の運転状態との関係として推測する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−３７１８７４号公報特開２０００−９７０１７号公報特開２００３−６５１６２号公報

ところで、車両の走行距離若しくは走行時間が同じであったとしても、内燃機関の回転数や負荷の状態によってＥＧＲクーラの上流に設けられた触媒の劣化度合いが異なることがある。そのため、従来技術によれば劣化判定を誤るおそれがある。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気循環装置において、ＥＧＲクーラよりも上流の触媒の劣化をより正確に判定することができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気循環装置は、以下の手段を採用した。すなわち、
内燃機関の排気系と吸気系とを接続し排気の一部を排気系から吸気系へ導入するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に設けられた酸化能力を有する触媒と、
前記触媒よりも吸気系側の前記ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスの温度を低下させるＥＧＲガス冷却手段と、
前記ＥＧＲガス冷却手段によるＥＧＲガスの温度の低下を抑制するＥＧＲガス温度低下抑制手段と、
前記ＥＧＲガス温度低下抑制手段により温度の低下が抑制される箇所よりも吸気系側の前記ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲガス温度検出手段と、
前記ＥＧＲガス温度低下抑制手段によりＥＧＲガスの温度の低下が抑制されているときに前記ＥＧＲガス温度検出手段により検出されるＥＧＲガスの温度が第１所定温度未満の場合には前記触媒が劣化していると判定する触媒劣化判定手段と、
を具備することを特徴とする。

本発明の最大の特徴は、前記ＥＧＲガス温度低下抑制手段によりＥＧＲガスの温度の低下が抑制されているときに、前記ＥＧＲガス温度検出手段により検出される温度が第１所定温度未満の場合には、前記触媒における未燃燃料の反応熱の発生量が少ないとして該触媒が劣化していると判定することにある。

ここで、触媒に未燃燃料を含んだＥＧＲガスが流入すると、該触媒にて未燃燃料が反応してＥＧＲガスの温度が上昇する。このときのＥＧＲガスの上昇温度は、触媒の劣化の度合いと相関があるため、この上昇温度に基づいて触媒の劣化判定を行うことができる。すなわち、触媒の劣化の度合いが小さいほど触媒の上昇温度は大きくなる。

このとき、ＥＧＲガス温度低下抑制手段は、ＥＧＲガス冷却手段によるＥＧＲガスの温度低下を抑制する。ここで、ＥＧＲガス冷却手段でのＥＧＲガスの温度低下が未燃燃料の酸化によるＥＧＲガスの温度上昇に比べて大きいと、ＥＧＲガス冷却手段によりＥＧＲガスの温度が低下されることにより、未燃燃料の反応熱を利用した触媒劣化判定が困難となる。すなわち、未燃燃料の反応熱によりＥＧＲガスの温度が上昇しても、その後ＥＧＲガス冷却手段によりＥＧＲガスの温度が大きく低下されると、未燃燃料の反応熱によるＥＧＲガスの温度上昇を判定することが困難となってしまう。

その点、ＥＧＲガス温度低下抑制手段によりＥＧＲガスの温度低下を抑制すれば、ＥＧＲガスの温度に基づいて未燃燃料がどれだけ反応しているか判定することが可能となり、触媒の劣化の度合いを判定することが可能となる。

ここで、第１所定温度は、触媒が劣化していないとすることのできる温度の下限値とすることができる。
本発明においては、前記ＥＧＲガス冷却手段は、前記触媒よりも吸気系側のＥＧＲ通路に備わり該ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスと他の熱媒体とで熱交換をして該ＥＧＲガスの温度を低下させるＥＧＲクーラからなり、
前記ＥＧＲガス温度低下抑制手段は、前記触媒と前記ＥＧＲクーラとの間のＥＧＲ通路と前記ＥＧＲクーラよりも吸気系側のＥＧＲ通路とを接続するＥＧＲ迂回路、および前記ＥＧＲ迂回路と前記ＥＧＲクーラとを通過するＥＧＲガスの流量割合を変更する流量割合変更弁からなり、該ＥＧＲガス温度低下抑制手段は、ＥＧＲガス温度の低下を小さくするほど、前記ＥＧＲ迂回路を通過するＥＧＲガスの流量割合を多くすることができる。

ここで、ＥＧＲ迂回路を通過するＥＧＲガスの割合を増加させるほど、ＥＧＲクーラにて冷却されるＥＧＲガスの割合が低下して、吸気系に供給されるＥＧＲガスの温度は高くなる。これにより、触媒でのＥＧＲガスの温度上昇を検出することが容易になるので、触媒劣化判定の精度を向上させることができる。

なお、触媒の劣化を判定するときには、前記流量割合変更弁はＥＧＲガスの全量をＥＧＲ迂回路に流通させるようにしてもよい。
本発明においては、前記ＥＧＲガス冷却手段は、前記触媒よりも吸気系側のＥＧＲ通路に備わり該ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスと他の熱媒体とで熱交換をして該ＥＧＲガスの温度を低下させるＥＧＲクーラからなり、
前記ＥＧＲガス温度低下抑制手段は、前記ＥＧＲクーラにおけるＥＧＲガスと他の熱媒体との熱交換量を変更する熱交換量変更手段からなり、該ＥＧＲガス温度低下抑制手段は、ＥＧＲガス温度の低下を小さくするほど、前記ＥＧＲクーラによる熱交換量を小さくすることができる。

ここで、ＥＧＲガスと他の熱媒体とで熱交換をさせることにより、ＥＧＲガスの温度を低下させることができる。しかし、前述のように触媒の劣化判定を行うときには、ＥＧＲガスの温度を低下させるのは望ましくない。その点、ＥＧＲガスと他の熱媒体との熱交換量を少なくするほど、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラに奪われる熱量が減少して、吸気系に供給されるＥＧＲガスの温度は高くなる。これにより、触媒でのＥＧＲガスの温度上昇を検出することが容易になり触媒劣化判定の精度を向上させることができる。

なお、触媒の劣化を判定するときには、前記熱交換量変更手段はＥＧＲクーラにおける熱交換量を可及的に小さくすることが好ましい。熱媒体としては、空気、機関冷却水、および機関潤滑油を例示することができる。

本発明においては、前記触媒劣化判定手段により前記触媒が劣化していると判定され且つ前記ＥＧＲガス温度検出手段により検出される排気の温度が前記第１所定温度よりも低い第２所定温度未満のときに前記ＥＧＲガス温度低下抑制手段に異常があると判定する異常判定手段をさらに備えることができる。

ここで、ＥＧＲガス温度低下抑制手段に異常があると、ＥＧＲガス冷却手段によりＥＧＲガスが冷却されるので、ＥＧＲガス温度検出手段により検出されるＥＧＲガスの温度は冷却後の低い温度となる。そして、ＥＧＲガス冷却手段により冷却された後にＥＧＲガス温度検出手段により検出されるＥＧＲガスの温度は、触媒が劣化しているときに検出されるＥＧＲガスの温度よりも低い。そのため、触媒が劣化しているとしたときにＥＧＲガス温度検出手段により検出されると推定される温度よりもさらに低い温度が検出された場合には、ＥＧＲガス温度低下抑制手段に異常が発生していると判定することが可能となる。

ここで、第２所定温度は、ＥＧＲガス温度低下抑制手段に異常がないとすることのできる温度の下限値である。
本発明においては、前記触媒劣化判定手段により前記触媒が劣化していると判定されたときに前記流量割合変更弁により前記ＥＧＲ迂回路を流通するＥＧＲガス量を前記触媒が劣化していないときと比べて多くする流量割合変更弁制御手段をさらに備えることができる。

ここで、前記触媒が劣化している場合にＥＧＲクーラへＥＧＲガスを流すと、ＥＧＲガスに含まれている未燃燃料がＥＧＲクーラに付着するおそれがある。その点、ＥＧＲ迂回路へ排気を多く流すことによりＥＧＲクーラに未燃燃料が付着することを抑制することができ、ＥＧＲクーラの冷却効率が低下することを抑制することができる。

本発明においては、前記内燃機関の運転状態を検出する機関運転状態検出手段と、
前記内燃機関に吸入される新気の量の目標量を設定する目標新気量設定手段と、
前記機関運転状態検出手段により検出される機関運転状態に基づいて排気中の未燃燃料量が所定量以上であるか否かを判定する未燃燃料量判定手段と、
前記触媒劣化判定手段により前記触媒が劣化したと判定され且つ前記未燃燃料量判定手段により排気中の未燃燃料量が所定量未満と判定され、さらに前記ＥＧＲガス冷却手段によりＥＧＲガスが冷却されているときは、前記触媒が劣化していないと判定されたときと比べて内燃機関に吸入される新気の量の目標量を増加させる吸入新気量増加手段と、
をさらに備えることができる。

ここで、触媒が劣化すると、排気中の未燃燃料を酸化させることが困難となるので、排気中の未燃燃料量が多い場合にはＥＧＲガス冷却手段によるＥＧＲガスの冷却を行わないようにする。これにより、未燃燃料がＥＧＲガス冷却手段若しくはその近辺に付着することを抑制することができる。

また、触媒が劣化していても、排気中の未燃燃料量が少ない場合には、未燃燃料がＥＧＲガス冷却手段若しくはその近辺に付着する量も少なくなるので、ＥＧＲガス冷却手段によるＥＧＲガスの冷却を行っても未燃燃料の付着によるＥＧＲガス冷却手段の冷却効率の低下はほとんどない。そのため、排気中の未燃燃料量が少ない場合には、ＥＧＲガス冷却手段によるＥＧＲガスの冷却を行うことが望ましい。

しかし、ＥＧＲガス冷却手段によるＥＧＲガスの冷却を行っているときと、ＥＧＲガス温度低下抑制手段によりＥＧＲガスの温度の低下が抑制されているときと、ではＥＧＲガスの温度が異なるため該ＥＧＲガスの密度が異なる。すなわち、排気中の未燃燃料量が少ない場合にＥＧＲガス冷却手段によるＥＧＲガスの冷却を行うと、ＥＧＲガスの密度が大きくなり、より多くのＥＧＲガスが内燃機関に吸入されることとなる。しかし、ＥＧＲガス温度低下抑制手段によりＥＧＲガスの温度の低下が抑制されているときを基準として内燃機関の吸入空気量の目標値が定められている場合には、ＥＧＲガス冷却手段を通過したＥＧＲガスを内燃機関に供給すると、吸入空気量に対してＥＧＲガスの量が多くなってしまう。

その点、内燃機関の吸入空気量の目標値を大きくすれば、該内燃機関に吸入される新気とＥＧＲガスとの割合を適正なものとすることが可能となる。
なお、触媒が劣化していると判定された場合であって排気中の未燃燃料が少ない場合には、ＥＧＲガス温度検出手段により検出されるＥＧＲガス温度が、触媒が劣化していないときに検出される温度と等しくなるように、すなわち吸気系に供給されるＥＧＲガス量が変化しないように、ＥＧＲガス温度低下抑制手段による温度低下の抑制度合いを変更するようにしてもよい。これは、ＥＧＲクーラの熱交換率（クーラ効率）やＥＧＲクーラおよびＥＧＲ迂回路に流すＥＧＲガスの割合を変更することにより可能となる。

また、上記課題を達成するために本発明による内燃機関の排気循環装置は、以下の手段を採用してもよい。すなわち、
内燃機関の排気系と吸気系とを接続し排気の一部を排気系から吸気系へ導入するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に設けられた酸化能力を有する触媒と、
前記触媒よりも吸気系側の前記ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスの温度を低下させるＥＧＲガス冷却手段と、
前記触媒よりも吸気系側の前記ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲガス温度検出手段と、
前記ＥＧＲガス温度検出手段により検出されるＥＧＲガスの温度が第３所定温度未満の場合には前記触媒が劣化していると判定する触媒劣化判定手段と、
を具備することを特徴としてもよい。

前述したように、触媒に未燃燃料を含んだＥＧＲガスが流入すると、該触媒にて未燃燃料が反応してＥＧＲガスの温度が上昇する。このときのＥＧＲガスの上昇温度は、触媒の劣化の度合いと相関があるため、この上昇温度に基づいて触媒の劣化判定を行うことができる。すなわち、触媒の劣化の度合いが小さいほど触媒の上昇温度は大きくなることに基づいて劣化判定を行うことが可能となる。

本発明に係る内燃機関の排気循環装置では、ＥＧＲクーラによるＥＧＲガスの冷却を抑制しつつＥＧＲガスの温度を検出することで、ＥＧＲクーラよりも上流の触媒の劣化をより正確に判定することができる。

以下、本発明に係る内燃機関の排気循環装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関の排気循環装置を適用する内燃機関１とその吸・排気
系の概略構成を示す図である。
図１に示す内燃機関１は、水冷式の４サイクル・ディーゼルエンジンである。

内燃機関１には、気筒２内へ燃料の軽油を噴射する燃料噴射弁３が備えられている。
また、内燃機関１には、吸気通路４が接続されている。吸気通路４には、該吸気通路４内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁５が設けられている。また、吸気絞り弁５よりも上流の吸気通路４の途中には、該吸気通路４を通過する空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ１２が取り付けられている。このエアフローメータ１２の出力信号により内燃機関１の吸入新気量を得ることができる。

一方、内燃機関１には、排気通路６が接続されている。この排気通路６は、下流にて大気へと通じている。
また、内燃機関１には、排気再循環装置１３（以下、ＥＧＲ装置１３という。）が備えられている。このＥＧＲ装置１３は、排気再循環通路１４（以下、ＥＧＲ通路１４という。）、クーラ前触媒１５、ＥＧＲ迂回路１６、ＥＧＲクーラ１７、流量割合変更弁１８、流量調整弁１９（以下、ＥＧＲ弁１９という。）、およびＥＧＲガス温度センサ２０を備えて構成されている。ＥＧＲ通路１４は、排気通路６と吸気通路４とを接続している。このＥＧＲ通路１４を通って、排気通路６内を流通する排気の一部（以下、ＥＧＲガスという。）が吸気通路４へ再循環される。

ＥＧＲ通路１４には、排気通路６側から順に、クーラ前触媒１５、ＥＧＲクーラ１７、流量割合変更弁１８、ＥＧＲガス温度センサ２０、ＥＧＲ弁１９が配設されている。そして、ＥＧＲ迂回路１６の一端は、クーラ前触媒１５とＥＧＲクーラ１７との間のＥＧＲ通路１４に接続され、他端は、流量割合変更弁１８に接続されている。

クーラ前触媒１５は、酸化能力を有する触媒であればよく、例えば酸化触媒、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯx触媒等を採用することができる。このクーラ前触媒１５によりＥＧＲガス中の未燃燃料を酸化させることができ、未燃燃料の付着によるＥＧＲクーラ１７の冷却効率の低下を抑制することができる。ＥＧＲクーラ１７には、内燃機関の冷却水が循環しており、該ＥＧＲクーラ１７においてＥＧＲガスと内燃機関の冷却水とで熱交換が行われＥＧＲガスが冷却される。流量割合変更弁１８は、後述するＥＣＵ１０からの信号により作動し、ＥＧＲガスの全体量に対してＥＧＲクーラ１７およびＥＧＲ迂回路１６を通過するＥＧＲガス量の割合を変更する弁である。ＥＧＲガス温度センサ２０は、ＥＧＲ通路１４を流通するＥＧＲガスの温度に応じた信号を出力する。ＥＧＲ弁１９は、後述するＥＣＵ１０からの信号により開閉し、該ＥＧＲ通路１４内を流通するＥＧＲガスの流量を調整する。

また、内燃機関１には該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。

ＥＣＵ１０には、エアフローメータ１２およびＥＧＲガス温度センサ２０の他、アクセル開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ１１が電気配線を介して接続され、該センサ等の出力信号が入力されるようになっている。このアクセル開度センサ１１により内燃機関１に与えられる負荷を得ることができる。なお、燃料噴射弁３から噴射される燃料量に基づいて内燃機関１に与えられる負荷を得ることもできる。

一方、ＥＣＵ１０には、燃料噴射弁３、吸気絞り弁５、流量割合変更弁１８、およびＥＧＲ弁１９が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ１０によりこれらを制御することが可能になっている。そして、吸気絞り弁５の開閉操作によって機関燃焼に供される吸気の量を
調整できる。

ところで、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ１７を通過することにより奪われる熱量は、クーラ前触媒１５で発生する熱量に比べて大きい。そのため、クーラ前触媒１５が劣化しているか否かに関わらず、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ１７を通過することにより、該ＥＧＲガスの温度が大きく下がる。したがって、クーラ前触媒１５の劣化判定時にＥＧＲクーラ１７へＥＧＲガスを流すと、クーラ前触媒１５の劣化判定が困難となることがある。

その点、クーラ前触媒１５の劣化判定時にはＥＧＲガスをＥＧＲ迂回路１６に流し、ＥＧＲクーラ１７へＥＧＲガスを流さないようにすることにより、ＥＧＲガスの温度低下を抑制することができ、クーラ前触媒１５の劣化判定の精度を向上させることができる。

そして、本実施例においては、クーラ前触媒１５の劣化判定を行うときに流量割合変更弁１８により、ＥＧＲガスを全量ＥＧＲ迂回路１６に流すようにする。すなわち、ＥＧＲクーラ１７をＥＧＲガスが通過しないようにする。そして、このときにＥＧＲガス温度センサ２０より得られるＥＧＲガス温度に基づいてクーラ前触媒１５の劣化判定を行う。

ここで、図２は、ＥＧＲガスを全量ＥＧＲ迂回路１６に流したときにＥＧＲガス温度センサ２０により検出されるＥＧＲガス温度と故障部位との関係を示した図である。（Ａ）はクーラ前触媒１５および流量割合変更弁１８が共に正常である場合の温度を示し、（Ｂ）はクーラ前触媒１５が劣化しており且つ流量割合変更弁１８が正常である場合の温度を示し、（Ｃ）は流量割合変更弁１８に異常が発生している場合の温度を示している。また、（ａ）はＥＧＲガス温度センサ２０により検出される温度のうちクーラ前触媒１５に流入する前のＥＧＲガス温度の分を示しており、（ｂ）はクーラ前触媒１５における上昇温度の分を示している。

なお、第１基準温度とは、クーラ前触媒１５および流量割合変更弁１８が共に正常であるとすることができる温度であり、第２基準温度とは、クーラ前触媒１５が異常で流量割合変更弁１８は正常であるとすることのできる温度である。すなわち、第１基準温度は、クーラ前触媒１５が劣化しておらず且つ流量割合変更弁１８が正常に作動しているときにＥＧＲガス温度センサ２０により得られる温度よりも低く、クーラ前触媒１５が劣化していて流量割合変更弁１８が正常に作動しているときにＥＧＲガス温度センサ２０により得られる温度以上である。また、第２基準温度は、クーラ前触媒１５が劣化していて流量割合変更弁１８が正常に作動しているときにＥＧＲガス温度センサ２０により得られる温度よりも低い。

（Ａ）では、クーラ前触媒１５および流量割合変更弁１８が共に正常であるので、クーラ前触媒１５に流入する前のＥＧＲガス温度の分（ａ）とクーラ前触媒１５における上昇温度の分（ｂ）とを加えた温度がＥＧＲガス温度センサ２０により検出され、この温度は第１基準温度以上となる。

（Ｂ）では、クーラ前触媒１５が劣化しているので、クーラ前触媒１５においてＥＧＲガスの温度が上昇しない。そのため、クーラ前触媒１５に流入する前のＥＧＲガス温度の分（ａ）のみがＥＧＲガス温度センサ２０により検出され、この温度は第１基準温度よりも低くなる。ただし、クーラ前触媒１５における上昇温度の分（ｂ）がないだけなので、第２基準温度以上の温度がＥＧＲガス温度センサ２０により検出される。

（Ｃ）では、クーラ前触媒１５が劣化しているか否かに関わらず、ＥＧＲクーラ１７にＥＧＲガスが流れるので、クーラ前触媒１５に流入する前のＥＧＲガス温度の分（ａ）が大きく低下し、ＥＧＲガス温度センサ２０により検出される温度は第２基準温度よりも低
くなる。

以上より、ＥＧＲガス温度センサ２０により検出される温度が第１基準温度以上の場合には、クーラ前触媒１５および流量割合変更弁１８が共に正常であるとＥＣＵ１０は判定することができる。また、第２基準温度以上で且つ第１基準温度未満の場合にはクーラ前触媒１５が劣化しているとＥＣＵ１０は判定することができる。さらに、第２基準温度未満の場合には、流量割合変更弁１８に異常が生じているとＥＣＵ１０は判定することができる。

なお、第１基準温度および第２基準温度は、内燃機関１の運転状態（例えば機関回転数、機関負荷）に応じた値として予め実験等により求めマップ化してＥＣＵ１０に記憶させておく。

また、本実施例においては、ＥＧＲ迂回路１６を備え、クーラ前触媒１５の劣化判定時には該ＥＧＲ迂回路１６にＥＧＲガスを流してＥＧＲガスの温度低下を抑制していたが、これに代えて、ＥＧＲクーラ１７の冷却効率を低下させることにより該ＥＧＲクーラ１７におけるＥＧＲガスの温度低下を抑制してもよい。すなわち、ＥＧＲクーラ１７におけるＥＧＲガスと冷却水との熱交換量を変更するようにしてもよい。例えば、ＥＧＲクーラ１７を循環する冷却水の流量を変更可能な場合にはＥＧＲクーラ１７の冷却効率を変更することができる。

この場合、流量割合変更弁１８に異常が生じていることを判定することに代えて、ＥＧＲクーラ１７の冷却効率が正常に変化しているか否かを判定することもできる。
さらに、本実施例においては、クーラ前触媒１５の劣化判定時にＥＧＲガスを全量ＥＧＲ迂回路１６に流していたが、これに代えてクーラ前触媒１５の劣化判定時において流量割合変更弁１８により所定の割合のＥＧＲガスをＥＧＲ迂回路１６に流すようにしてもよい。この場合には、触媒が劣化していないとすることのできるＥＧＲガス温度をＥＧＲ迂回路１６に流すＥＧＲガスの割合に対応させて定めておく。そして、触媒が劣化していないとすることのできるＥＧＲガス温度よりもＥＧＲガス温度センサ２０により検出される温度が低い場合にクーラ前触媒１５が劣化していると判定することができる。

本実施例においては、クーラ前触媒１５が劣化していると判定された場合の処理について説明する。その他のハードウェアについては、実施例１と共通なので説明を省略する。
なお、本実施例においては、内燃機関１に流入するＥＧＲガスの流量をそのときの内燃機関１の運転状態に応じて適正な量となるように、エアフローメータ１２の出力値に基づいて吸入空気量のフィードバック制御（以下、吸入空気量フィードバック制御という。）を行う。これは、内燃機関１の運転状態に対して予め設定された目標新気量と、エアフローメータ１２から得られる吸入空気量とが等しくなるように吸気絞り弁５やＥＧＲ弁１９を制御する。

ここで、内燃機関１には、ＥＧＲガスとエアフローメータ１２を通過する新気とが吸入される。そして、内燃機関に吸入されるＥＧＲガス量が多くなるほど新気の量が減少し、ＥＧＲガス量が少なくなるほど新気の量が増加する。そして、吸入空気量フィードバック制御により吸入空気量が変化すると、ＥＧＲガスの流量も変化する。

ところで、クーラ前触媒１５が劣化していると、ＥＧＲガス中の未燃燃料が該クーラ前触媒１５において酸化されなくなる。このＥＧＲガスをＥＧＲクーラ１７へ流すと、凝縮により未燃燃料がＥＧＲクーラ１７に付着してしまう。

その点、本実施例においては、クーラ前触媒１５が劣化していると判定された場合であって、ＥＧＲガス中の未燃燃料が所定量以上の場合には触媒劣化判定時以外であってもＥＧＲ迂回路１６にＥＧＲガスを流すようにする。これにより、未燃燃料がＥＧＲクーラ１７に付着して、該ＥＧＲクーラ１７の冷却効率が低下することを抑制できる。

なお、ＥＧＲガスに含まれる未燃燃料量が多いほど、ＥＧＲ迂回路１６に流すＥＧＲガス量を多くするようにしてもよいが、ＥＧＲガスの全量をＥＧＲ迂回路１６に流すようにするのがより好ましい。未燃燃料量における前記所定量は、未燃燃料がＥＧＲクーラ１７に付着して該ＥＧＲクーラ１７の冷却効率を低下させるおそれのある未燃燃料量であり、実験等により求める。また、ＥＧＲガスに含まれる未燃燃料量は、内燃機関１の吸入新気量と燃料噴射弁３からの燃料噴射量とから得ることができる。

ところで、ＥＧＲ迂回路１６にＥＧＲガスを流すと、ＥＧＲガスの密度が小さくなる。この場合であっても、ＥＧＲフィードバック制御が行われ内燃機関１の吸入新気量はほぼ目標値と等しくなる。そのため、ＥＧＲクーラ１７にＥＧＲガスを流しているときと比較して、内燃機関１の気筒２内に吸入されるＥＧＲガスの新気に対する質量割合が減少する。これにより、ＮＯxの発生を抑制するというＥＧＲガス供給の効果が小さくなる。

その点、本実施例においては、クーラ前触媒１５が劣化していると判定された場合には、吸入空気量フィードバック制御における吸入新気量の目標値を予め定められたクーラ前触媒１５が劣化したときの値に変更する。

一方、クーラ前触媒１５が劣化している場合であっても、ＥＧＲガス中に未燃燃料をほとんど含んでいなければ、ＥＧＲクーラ１７にＥＧＲガスを流しても、該ＥＧＲクーラ１７に未燃燃料はほとんど付着しない。この場合には、ＥＧＲガスをＥＧＲクーラ１７に流して該ＥＧＲガスの温度を低下させることにより、ＮＯxの気筒２からのＮＯxの排出を抑制することができる。

しかし、ＥＧＲガスがＥＧＲクーラ１７を通過すると、ＥＧＲガスの密度が大きくなるが、吸入新気量は吸入空気量フィードバック制御により一定に保たれているので、内燃機関１の気筒２内に吸入されるＥＧＲガスの新気に対する質量割合が増加する。すなわち、ＥＧＲガスが過剰に供給された状態となり、気筒２内のＥＧＲ濃度が適正値よりも高くなってしまう。

その点、本実施例においては、クーラ前触媒１５が劣化していると判定された場合であって、ＥＧＲガス中の未燃燃料量が少ないためにＥＧＲクーラ１７にＥＧＲガスを流す場合には、吸入空気量フィードバック制御における目標となる内燃機関１の吸入新気量を増加させる。ここでは、新気とＥＧＲガスとの質量割合が適正なものとなるような値を予め実験等により求めておいてもよい。

ＥＧＲ濃度を低下させるために、例えばＥＧＲクーラ１７を循環する冷却水の流量を低下させて該ＥＧＲクーラ１７の冷却効率を低下させてもよく、ＥＧＲ迂回路１６を通過させるＥＧＲガス量を増加させてもよい。

以上説明したように、本実施例では、クーラ前触媒１５が劣化していると判定された場合であって、ＥＧＲガスに含まれる未燃燃料量が所定量以上の場合にはＥＧＲ迂回路１６に流すＥＧＲガス量を増加させ、ＥＧＲガスに含まれる未燃燃料量が所定量未満の場合にはＥＧＲクーラ１７にＥＧＲガスを流しつつ内燃機関１の目標新気量を増加させることにより、ＥＧＲクーラ１７の冷却効率の低下および気筒２へのＥＧＲガスの過剰供給を抑制して気筒２からのＮＯxの排出を抑制することができる。

実施例に係る内燃機関の排気循環装置を適用する内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。ＥＧＲガスを全量ＥＧＲ迂回路に流したときにＥＧＲガス温度センサにより検出されるＥＧＲガス温度と故障部位との関係を示した図である。

符号の説明

１内燃機関
２気筒
３燃料噴射弁
４吸気通路
５吸気絞り弁
６排気通路
１０ＥＣＵ
１１アクセル開度センサ
１２エアフローメータ
１３排気再循環装置（ＥＧＲ装置）
１４排気再循環通路（ＥＧＲ通路）
１５クーラ前触媒（酸化能力を有する触媒）
１６迂回路
１７ＥＧＲクーラ
１８流量割合変更弁
１５流量調整弁（ＥＧＲ弁）
２０ＥＧＲガス温度センサ（ＥＧＲガス温度検出手段）

Claims

内燃機関の排気系と吸気系とを接続し排気の一部を排気系から吸気系へ導入するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に設けられた酸化能力を有する触媒と、
前記触媒よりも吸気系側の前記ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスの温度を低下させるＥＧＲガス冷却手段と、
前記ＥＧＲガス冷却手段によるＥＧＲガスの温度の低下を抑制するＥＧＲガス温度低下抑制手段と、
前記ＥＧＲガス温度低下抑制手段により温度の低下が抑制される箇所よりも吸気系側の前記ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲガス温度検出手段と、
前記ＥＧＲガス温度低下抑制手段によりＥＧＲガスの温度の低下が抑制されているときに前記ＥＧＲガス温度検出手段により検出されるＥＧＲガスの温度が第１所定温度未満の場合には前記触媒が劣化していると判定する触媒劣化判定手段と、
を具備し、
前記ＥＧＲガス冷却手段は、前記触媒よりも吸気系側のＥＧＲ通路に備わり該ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスと他の熱媒体とで熱交換をして該ＥＧＲガスの温度を低下させるＥＧＲクーラからなり、
前記ＥＧＲガス温度低下抑制手段は、前記触媒と前記ＥＧＲクーラとの間のＥＧＲ通路と前記ＥＧＲクーラよりも吸気系側のＥＧＲ通路とを接続するＥＧＲ迂回路、および前記ＥＧＲ迂回路と前記ＥＧＲクーラとを通過するＥＧＲガスの流量割合を変更する流量割合変更弁からなり、該ＥＧＲガス温度低下抑制手段は、ＥＧＲガス温度の低下を小さくするほど、前記ＥＧＲ迂回路を通過するＥＧＲガスの流量割合を多くすることを特徴とする内燃機関の排気循環装置。
内燃機関の排気系と吸気系とを接続し排気の一部を排気系から吸気系へ導入するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に設けられた酸化能力を有する触媒と、
前記触媒よりも吸気系側の前記ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスの温度を低下させるＥ
ＧＲガス冷却手段と、
前記ＥＧＲガス冷却手段によるＥＧＲガスの温度の低下を抑制するＥＧＲガス温度低下抑制手段と、
前記ＥＧＲガス温度低下抑制手段により温度の低下が抑制される箇所よりも吸気系側の前記ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲガス温度検出手段と、
前記ＥＧＲガス温度低下抑制手段によりＥＧＲガスの温度の低下が抑制されているときに前記ＥＧＲガス温度検出手段により検出されるＥＧＲガスの温度が第１所定温度未満の場合には前記触媒が劣化していると判定する触媒劣化判定手段と、
を具備し、
前記ＥＧＲガス冷却手段は、前記触媒よりも吸気系側のＥＧＲ通路に備わり該ＥＧＲ通路を流通するＥＧＲガスと他の熱媒体とで熱交換をして該ＥＧＲガスの温度を低下させるＥＧＲクーラからなり、
前記ＥＧＲガス温度低下抑制手段は、前記ＥＧＲクーラにおけるＥＧＲガスと他の熱媒体との熱交換量を変更する熱交換量変更手段からなり、該ＥＧＲガス温度低下抑制手段は、ＥＧＲガス温度の低下を小さくするほど、前記ＥＧＲクーラによる熱交換量を小さくすることを特徴とする内燃機関の排気循環装置。
前記触媒劣化判定手段により前記触媒が劣化していると判定され且つ前記ＥＧＲガス温度検出手段により検出される排気の温度が前記第１所定温度よりも低い第２所定温度未満のときに前記ＥＧＲガス温度低下抑制手段に異常があると判定する異常判定手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気循環装置。
前記触媒劣化判定手段により前記触媒が劣化していると判定されたときに前記流量割合変更弁により前記ＥＧＲ迂回路を流通するＥＧＲガス量を前記触媒が劣化していないときと比べて多くする流量割合変更弁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気循環装置。
前記内燃機関の運転状態を検出する機関運転状態検出手段と、
前記内燃機関に吸入される新気の量の目標量を設定する目標新気量設定手段と、
前記機関運転状態検出手段により検出される機関運転状態に基づいて排気中の未燃燃料量が所定量以上であるか否かを判定する未燃燃料量判定手段と、
前記触媒劣化判定手段により前記触媒が劣化したと判定され且つ前記未燃燃料量判定手段により排気中の未燃燃料量が所定量未満と判定され、さらに前記ＥＧＲガス冷却手段によりＥＧＲガスが冷却されているときは、前記触媒が劣化していないと判定されたときと比べて内燃機関に吸入される新気の量の目標量を増加させる吸入新気量増加手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気循環装置。