JP2003148211A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼に供される空気の量を大幅に減らしての
運転条件においても、安定した燃焼状態を確保する。ま
た、排気ガスの昇温が望まれる運転条件下において、そ
の燃焼状態の安定性を確保しつつ、排気ガスの温度低下
も抑制する。 【解決手段】 吸気絞り弁１３、ＥＧＲ弁２６を備え、
それら吸気絞り弁１３及びＥＧＲ弁２６のフィードバッ
ク制御を実施することで、要求される運転条件に応じた
ＥＧＲ率を得る内燃機関の排気浄化装置であって、吸気
絞り弁１３の開度が大きく、吸入空気量が多いときには
エアフロメータ１１の出力に基づき吸気絞り弁１３を制
御し、吸気絞り弁１３の開度が小さく、吸入空気量が少
ないときには、吸気圧センサ２３の出力に基づく吸気絞
り弁１３の開閉制御に切り換える。また、燃焼に供され
る空気量が少なく、且つ湿度が高い場合には、燃焼噴射
時期を進角補正する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置に関し、より詳細には、ＥＧＲ装置等を備える内
燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼル機関に代表される希薄燃焼式
内燃機関では、窒素酸化物（ＮＯｘ）やスモークの排出
量を低減するため種々の対策が講じられている。この対
策の一つとして、例えば、特許掲載公報（第２８４５０
５６号）に開示された排気浄化装置がある。
【０００３】同特許公報に開示された排気浄化装置によ
れば、吸気通路に吸気絞り弁を設け、また、排気通路に
周知の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒および還元剤添加装置を設
けることで、その排気浄化装置を構成している。
【０００４】また、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を昇温させる
とき、或いは吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵された窒素酸
化物(ＮＯｘ）の浄化（再生）を促す場合には、その吸
気絞り弁を絞る、或いは、還元剤添加装置による排気ガ
ス中への還元剤の添加を実施している。
【０００５】なお、上記の補足として、吸蔵還元型ＮＯ
ｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒と称す）は、流入排気ガスの
酸素濃度が高いとき、すなわち排気ガスの空燃比がリー
ンのときにその排気ガス中の含まれる窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）を吸蔵し、流入排気ガスの酸素濃度が低いとき、す
なわち排気ガスの空燃比がリッチのときにその吸蔵して
いた窒素酸化物（ＮＯｘ）を二酸化窒素（ＮＯ2）や一
酸化窒素（ＮＯ）の形で排気ガス中に還元・放出し、同
時にその二酸化窒素（ＮＯ2）や一酸化窒素（ＮＯ）を
排気ガス中に含まれている未燃燃料成分（ＣＯ，ＨＣ）
と酸化反応せしめることで無害な水蒸気（Ｈ2Ｏ）及び
二酸化炭素（ＣＯ2）に浄化する排気浄化作用を備えて
いる。
【０００６】一方、還元剤添加装置は、ＮＯｘ触媒に流
れ込む排気ガス中に還元剤たる機関燃料（軽油）を供給
することで、その排気ガスの酸素濃度を強制的に低下さ
せる装置である。したがって、還元剤添加装置にて還元
剤（機関燃料）を添加すれば、上記の排気浄化作用が促
進される。また、還元剤と触媒物質との反応熱によって
ＮＯｘ触媒の昇温が図られる。
【０００７】尚、吸気絞り弁を略閉弁することで得られ
る利点としては、（１）燃焼に供される空気（酸素）の
量を少なくでき、それによって還元剤の添加量を少なく
することができる。（２）軽負荷運転時における排気ガ
スの過剰流入に起因したＮＯｘ触媒の冷却（放熱）を抑
制できる。（３）添加した還元剤と触媒物質との反応時
間を十分に確保でき、排気浄化率を向上させることがで
きるといった点である。
【０００８】また、近年では、高ＥＧＲ率での運転をな
し得る内燃機関も注目を集めている。この種の内燃機関
は、吸気絞り弁に加えＥＧＲ装置（排気再循環装置）を
有し、ＥＧＲ率約６５％以上での燃焼を行うことで、煤
（スモーク）の発生量を略ゼロに抑えている。すなわ
ち、吸気絞り弁を略全閉状態とし、ＥＧＲ弁を略全開状
態にすることで、高ＥＧＲ率での燃焼を実現し、それに
よって煤の生成を根本から断ちスモークの発生を抑制し
ている。
【０００９】また、高ＥＧＲ率での運転は、排気ガスの
空燃比をリッチ（ストイキ近傍、或いは、ストイキ）に
できるから、排気浄化触媒を一気に昇温させるといった
利点も得られる。即ち、上記の機関制御は、排気浄化触
媒が活性化温度以上であれば、触媒昇温用の制御と換言
することもできる。
【００１０】ところで、吸気絞り弁の略閉弁時には、燃
焼に供される空気（吸入空気）の量が大幅に減り、代わ
りにＥＧＲガス量が増えるため、酸素不足や不活性ガス
たるＥＧＲガスの増加に伴う失火、および圧縮圧力の低
下（吸気絞り弁の絞り過ぎ、大気圧の低下）に伴う失
火、未燃燃料成分（ＨＣ）の増加など、通常の運転では
殆ど発生しない種々の不具合が生じる。すなわち、吸気
絞り弁の略閉弁時には、燃焼状態が不安定になり易い過
酷な燃焼を強いられる。
【００１１】このため従来では、それらの不具合を改善
すべくエアフロメータの出力を監視しながらＥＧＲ弁の
開度補正を実施し、ＥＧＲガスの導入量を適切量に維持
することで安定した燃焼状態の確保に努めている。すな
わち、エアフロメータの出力に基づくＥＧＲ弁のフィー
ドバック制御を実施し、それによって適切なＥＧＲ率で
の燃焼を可能にしている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者等の鋭意研究によれば、ＥＧＲ率の制御に関し、種々
の改善すべき点が見出された。
【００１３】まず、ＥＧＲ率制御中のフィードバック制
御に着目すると、そのパラメータとなる空気の流量はエ
アフロメータにて計測するが、その計測精度を確保する
にはある程度の流量を必要とする。しかしながら、上記
した種々の運転条件では、吸気絞り弁が閉弁されるた
め、その計測精度を確保するにあたって必要とされる吸
気通路内の空気流量を十分に確保できなかった。すなわ
ち、エアフロメータの出力に誤差が生じ、フィードバッ
ク制御自体が困難になる。また、エアフロメータの出力
に基づくフィードバック制御では、大幅な大気圧の変化
にも対応できていなかった。つまり、上記した種々の運
転条件で要求されるフィードバック制御は、空気量が多
い時のフィードバック制御に較べて遙かに精度のよいフ
ィードバック制御が望まれるのに対し、従来の構成で
は、フィードバック制御の精度や大気圧を加味してのフ
ィードバック制御が実施されていないため、フィードバ
ック制御本来の効果を期待できなかった。
【００１４】また、排気浄化触媒の昇温の面から捉える
と、フィードバック制御においてＥＧＲガス量を減らす
ことは空気量の増大（リーン化）を招き排気ガスの昇温
効率を低下させる。このため好ましくは、吸気絞り弁の
開度補正にて所望のＥＧＲ率を得るようにするのがよ
い。しかしながら、従来ではＥＧＲガス量の補正により
ＥＧＲ率を制御するため、時として排気ガスの温度低下
を招くこともあった。
【００１５】また、ＥＧＲ率は、「ＥＧＲガス量／（Ｅ
ＧＲガス量＋空気量）」の相対的な割合で定義されるた
め、ＥＧＲガス側のみにてＥＧＲ率の変更を行うと、吸
入空気量が少ない状態（要求ＥＧＲ率が大きい場合）で
は、燃焼に供される総ガス量（絶対量：ＥＧＲガス量＋
空気量）そのものを大幅に減らすこととなる。すなわ
ち、従来のＥＧＲ率制御では、総ガス量の不足に起因し
た圧縮圧力の低下を引き起こし、それによって失火およ
び排気ガス温度の低下を招くことにもなりかねない。
【００１６】さらに、本発明者等の研究によれば、吸気
絞り弁の閉弁時における燃焼状態の安定性は、湿度によ
っても大きく左右されることがわかった。
【００１７】すなわち、湿度が高い時には、燃焼に供さ
れる空気中に多量の水分（湿気）が混入するため、この
水分の影響を受けて着火遅れ（燃焼の一要素）が長くな
る。つまり、ただでさえ過酷な燃焼が要求される運転条
件において、燃焼の一要素である着火遅れが長くなれ
ば、自ずと燃焼状態の安定性は大きく損なわれる。
【００１８】本発明は、以上の点を考慮しなされたもの
で、運転条件の変更に伴い、その燃焼に供される空気の
量が大幅に減少したときにおいても、安定した燃焼状態
を確保できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを
課題とする。また、排気ガスの昇温が望まれる運転条件
下において、その燃焼状態の安定性を確保しつつ、排気
ガスの温度低下も抑制可能なＥＧＲ率制御技術を提供す
ることを課題とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記した技術的課題を解
決するため、本発明では以下の構成とした。すなわち、
本発明は、吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段
と、吸気通路内を流れる吸入空気の流量を制御する吸気
絞り弁と、前記吸入空気量検出手段により検出された吸
入空気量に基づいて吸気絞り弁を開閉制御する第１の吸
気絞り弁制御手段と、内燃機関から排出された排気ガス
の一部を内燃機関の吸気系へ還流させる排気再循環通路
と、前記排気再循環通路内を流れる排気ガスの流量を調
節する排気再循環弁と、内燃機関の運転状態に応じて前
記排気再循環弁の開閉制御を行う排気再循環弁制御手段
と、内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ
触媒と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する
還元剤供給手段と、内燃機関の運転状態に応じて還元剤
の添加の可否を判断する可否判断手段と、前記可否判断
手段により還元剤の添加可と判断された時に前記還元剤
供給手段から還元剤を添加する内燃機関の排気浄化装置
であって、前記吸気通路内の圧力を検出する吸気圧検出
手段と、前記吸入空気量検出手段で検出した吸入空気量
が所定吸入空気量より少ない場合、前記吸気圧検出手段
にて検出した吸気通路内の圧力に基づき前記吸気絞り弁
の開閉を制御する第２の吸気絞り弁制御手段と、を備え
ることを特徴とする。
【００２０】このように構成された本発明では、吸入空
気量検出手段にて吸入空気量を検出する。また、吸気系
には吸気絞り弁が設けられ、吸気絞り弁の開度は、吸入
空気量検出手段にて検出した吸入空気量に基づき制御さ
れている。また、排気系には排気再循環通路、排気再循
環弁が設けられ、排気再循環弁は、内燃機関の運転状態
に応じてその排気再循環弁の開閉制御を行う排気再循環
弁制御手段で制御されている。さらに、排気系には、吸
蔵還元型ＮＯｘ触媒、及び還元剤供給手段が設けられ、
内燃機関の運転状態に応じて還元剤添加の可否を判断す
る可否判断手段にて還元剤添加可と判断したときに、還
元剤供給手段から吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に対して還元剤
を添加し、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されていた窒素
酸化物（ＮＯｘ）等の浄化を促す。
【００２１】また、本構成では、吸気通路内の圧力を検
出する吸気圧検出手段を備え、吸気圧検出手段にて検出
した吸気圧は、吸入空気量検出手段で検出した吸入空気
量が所定吸入空気量より少なくなったことを受け、吸気
絞り弁の開閉制御に利用される。すなわち、本構成で
は、吸入空気量に基づき吸気絞り弁の開閉を制御する第
１の吸気絞り弁制御と、吸気圧に基づき吸気絞り弁の開
閉を制御する第２の吸気絞り弁制御手段と、を備え、吸
気絞り弁の開度減少にて吸入空気量が減少したため第１
の吸気絞り弁制御手段による吸気絞り弁の開閉制御が困
難な場合には、吸気圧に基づき吸気絞り弁を開閉制御す
る第２の吸気絞り弁制御手段に切り換え、適切な吸気絞
り弁の開閉制御を継続する。
【００２２】また、本発明では、上記した技術的課題を
解決するため以下の構成とすることもできる。すなわ
ち、本発明は、吸入空気量を検出する吸入空気量検出手
段と、吸気通路内を流れる吸入空気の流量を制御する吸
気絞り弁と、前記吸入空気量検出手段により検出された
吸入空気量に基づいて吸気絞り弁を開閉制御する第１の
吸気絞り弁制御手段と、内燃機関から排出された排気ガ
スの一部を内燃機関の吸気系へ還流させる排気再循環通
路と、前記排気再循環通路内を流れる排気ガスの流量を
調節する排気再循環弁と、内燃機関の運転状態に応じて
前記排気再循環弁の開閉制御を行う排気再循環弁制御手
段と、内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯ
ｘ触媒と、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給す
る還元剤供給手段と、内燃機関の運転状態に応じて還元
剤の添加の可否を判断する可否判断手段と、前記可否判
断手段により還元剤の添加可と判断された時に前記還元
剤供給手段から還元剤を添加する内燃機関の排気浄化装
置であって、吸気通路内の湿度を検出する湿度検出手段
と、前記吸入空気量検出手段にて検出した吸入空気量が
所定吸入空気量より少なく、且つ前記湿度検出手段にて
検出した湿度が所定湿度以上である場合に、内燃機関の
燃料噴射時期を進角補正する噴射時期補正手段と、を備
えることを特徴とする。
【００２３】このように構成された本発明によれば、吸
入空気量検出手段に加え、吸気通路内の湿度を検出する
湿度検出手段および内燃機関の燃料噴射時期を補正する
噴射時期補正手段を備え、噴射時期補正手段では、吸入
空気量検出手段にて検出した吸入空気量が所定吸入空気
量より少なく、且つ湿度検出手段にて検出した湿度が所
定湿度以上である場合に、内燃機関の燃料噴射時期を進
角補正する。
【００２４】すなわち、吸入空気が少なく、湿度が高い
時に燃料噴射時期を進角補正することで燃料の積極的な
ガス化を促し、吸入空気量を制限しての過酷な燃焼が要
求される運転条件下において、湿気（水分）の吸熱作用
や圧縮圧力の緩慢な上昇に伴う着火遅れを改善する。な
お、燃料噴射時期の進角補正は、予め定められた規定量
を進角させるようにする他、湿度に応じて徐々にその進
角量を増やすなど、湿度に応じた燃料噴射制御の進角補
正は、適時自由に選択できるものである。また、上記し
た各種構成と組み合わせれば、さらなる燃焼状態の安定
性が確保される。
【００２５】
【発明の実施の形態】続いて、本発明に係る内燃機関に
関し、その好適な実施形態について説明する。尚、以下
に示す内燃機関の構造は、あくまでも本発明の一実施形
態にすぎず、その詳細は、特許請求の範囲を逸脱しない
範囲で任意に変更可能である。
【００２６】＜第１の実施の形態＞本実施の形態に示す
内燃機関１は、車両用ディーゼル機関であり、図１に示
されるように燃焼室を形成する４つの気筒２の他、燃料
供給系、吸気系、排気系、制御系などをその主要構成要
素として備えている。
【００２７】燃料供給系は、燃料噴射弁３、コモンレー
ル（蓄圧室）４、燃料供給管５、燃料ポンプ６、などを
備え、各気筒２に対して燃料供給を行っている。燃料噴
射弁３は、各気筒２に対して夫々設けられる電磁駆動式
の開閉弁であり、各燃料噴射弁３は、燃料の分配管とな
るコモンレール４に接続されている。また、コモンレー
ル４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６に連結され
ている。燃料ポンプ６は、内燃機関１の出力軸たるクラ
ンクシャフト１ａの回転を駆動源として回転駆動されて
いる。
【００２８】このように構成された燃料供給系では、ま
ず、燃料ポンプ６によって燃料タンク（図示略）内の燃
料が汲み上げられる。汲み上げられた燃料は、燃料供給
管５を介してコモンレール４に供給される。コモンレー
ル４に供給された燃料は、コモンレール４内にて所定燃
圧まで高められ、各燃料噴射弁３に分配される。そし
て、燃料噴射弁３に駆動電圧が印可され燃料噴射弁３が
開弁すると、その燃料は、燃料噴射弁３を介して気筒２
内に噴射される。
【００２９】一方、吸気系は、吸気管９、吸気絞り弁１
３、吸気枝管８、エアクリーナボックス１０、インター
クーラ１６などを備え、各気筒２に対して空気を供給す
る吸気通路を形成している。
【００３０】吸気管９は、エアクリーナボックス１０を
介して吸入される空気（吸入空気）を吸気枝管８に導く
通路を形成している。吸気枝管８は、吸気管９を経て流
入する空気を各気筒２に分配する通路を形成している。
また、吸気管９とエアクリーナボックス１０との連結部
分近傍には、吸気管９を流れる空気の流量を計測するエ
アフロメータ１１（吸入空気量検出手段）、及びその空
気の温度を測定する吸気温センサ１２を備えている。
【００３１】また、吸気枝管８の直上流には、吸気枝管
８を通じて気筒２（燃焼室）に流れ込む空気の流量を加
減する吸気絞り弁１３が設けられ、吸気絞り弁１３の開
度は、ステッパモータなどにて構成されたアクチュエー
タ１４によって制御されている。また、吸気絞り弁１３
の直下流には、吸気枝管８内の温度を測定する吸気温セ
ンサ２４、及び吸気枝管８内の管内圧力を測定する吸気
圧センサ（吸気圧検出手段）２３が設けられている。
【００３２】また、エアクリーナボックス１０から吸気
絞り弁１３に至る吸気通路中には、吸入された空気を圧
縮するターボチャージャ１５のコンプレッサハウジング
１５ａ、及びコンプレッサハウジング１５ａ内にて圧縮
された空気を冷却するインタークーラ１６が設けられて
いる。
【００３３】このように構成された吸気系では、まず、
機関運転に伴う負圧の発生により各気筒２に供給される
べき空気が吸入空気としてエアクリーナボックス１０に
流入する。エアクリーナボックス１０内に流入した空気
は、エアクリーナボックス１０内にて塵や埃を除去され
た後、吸気管９を経てターボチャージャ１５のコンプレ
ッサハウジング１５ａに流入する。コンプレッサハウジ
ング１５ａに流入した空気は、コンプレッサホイール
（図示略）にて圧縮された後、インタークーラ１６によ
って冷却される。そして、必要に応じて吸気絞り弁１３
での流入量調節を受けた後、吸気枝管８内に流入する。
吸気枝管８に流入した空気は、各枝管を介して各気筒２
に分配され、燃料噴射弁３から噴射供給された燃料と共
に燃焼される。尚、エアフロメータ１１および吸気圧セ
ンサ２３等の出力は、後述の電子制御ユニット３０に入
力されており、例えば、ＥＧＲ率のフィードバック制御
等に利用される。
【００３４】続いて、制御系について説明する。制御系
は、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ
（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセ
スメモリ）３３、ＣＰＵ（中央制御装置）３４、入力ポ
ート３５、出力ポート３６を備えた、いわゆる電子制御
ユニット３０（ＥＣＵ）である。
【００３５】入力ポート３５には、上記した各種センサ
の出力信号の他、アクセルペダル４０の踏込み量を検出
する負荷センサ４１、クランクシャフト１ａの回転数を
検知するクランク角センサ４２、車速を測定する車速セ
ンサ４３等が対応したＡ／Ｄ変換器３７を介して、又は
直接入力されている。一方、出力ポート３６には、対応
する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、還元剤添加弁
６１、吸気絞り弁駆動用のアクチュエータ１４、ＥＧＲ
弁２６、などが接続されている。
【００３６】また、ＲＯＭ３２には、各種装置の制御プ
ログラム、及びそのプログラムの処理時に参照される制
御マップ等が記録されている。また、ＲＡＭ３３では、
入力ポート３５に入力された各種センサの出力信号、及
び出力ポート３６に出力される制御信号などを内燃機関
の運転履歴として記録している。ＣＰＵ３４では、ＲＡ
Ｍ３３上に記録された各種センサの出力信号およびＲＯ
Ｍ３２上に展開された制御マップを所望のプログラム上
にて比較し、その処理過程で出力された各種制御信号を
出力ポート３６を介して対応する装置に出力し、各種装
置を集中管理する。
【００３７】排気系は、排気枝管１８、排気管１９を備
え、各気筒２から排出される排気ガスを機関本体１外部
に排出する排気通路を形成している。また、ＥＧＲ装置
２０、触媒コンバータ５２、還元剤添加装置６０などを
備え、排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）や微
粒子（例えば、煤）を浄化せしめる排気浄化装置として
の機能を有している。
【００３８】排気枝管１８は、各気筒２毎に設けられた
排気ポート１８ａに接続すると共に各排気ポート１８ａ
から流出した排気ガスを集合してターボチャージャ１５
のタービンハウジング１５ｂに導く通路を形成してい
る。また、排気管１９は、タービンハウジング１５ｂか
ら図示しない消音器までの通路を形成している。
【００３９】排気浄化装置の一つであるＥＧＲ装置２０
は、ＥＧＲ通路２５、ＥＧＲ弁２６、ＥＧＲクーラ２７
等を備え、空気及び機関燃料の燃焼によって生成される
窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成量を減少している。ＥＧＲ
通路２５は、機関本体１を迂回して排気枝管１８と吸気
枝管８とを接続する通路を形成している。ＥＧＲ弁２６
は、ＥＧＲ通路２５中に設けられた電気式の開閉弁であ
り、電子制御ユニット３０内にて処理されるＥＧＲ率制
御等に基づき、ＥＧＲ通路２５内を流れる排気ガス（Ｅ
ＧＲガス）量の調節を行っている。ＥＧＲクーラ２７
は、機関冷却水を熱媒体としてそのＥＧＲ通路２５内を
流れる排気ガスの冷却を行っている。
【００４０】すなわち、本発明に係る排気再循環通路は
ＥＧＲ通路２５に相当し、排気再循環弁はＥＧＲ弁２６
に相当し、排気再循環弁制御手段は、電子制御ユニット
３０及びその電子制御ユニット３０に組まれるＥＧＲ率
制御プログラム等にて構成されている。なお、以下の説
明では、ＥＧＲ通路２５を流れる排気ガスをＥＧＲガス
と称することもある。
【００４１】このように構成されたＥＧＲ装置２０によ
れば、排気枝管１８内を流れる排気ガスの一部が、ＥＧ
Ｒ弁２６の開弁量に即した流量でＥＧＲ通路２５内に流
入する。ＥＧＲ通路２５内に流入したＥＧＲガス（排気
ガス）は、ＥＧＲ通路２５の経路中に配置されたＥＧＲ
クーラ２７内に流入する。ＥＧＲクーラ２７内に流入し
たＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ２７を通過する際に冷却
されて吸気枝管８に流れ込む。そして、吸気枝管８内に
流入したＥＧＲガスは、吸気枝管８上流から流れ込む吸
入空気と混ざり合いつつ各気筒２に流れ込み、燃料噴射
弁３から噴射された機関燃料と共に燃焼される。
【００４２】なお、ＥＧＲガスとなる排気ガス中には、
水蒸気（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などの不活性ガ
スが含まれている。このため吸入空気と共にその不活性
ガスを含む排気ガスが各気筒２内に流入すると、その不
活性ガスの混入に起因して燃焼時の燃焼温度は低下す
る。その結果、窒素酸化物（ＮＯｘ）の生成が抑制され
ることとなる。
【００４３】続いて、触媒コンバータ５２について説明
する。触媒コンバータ５２は、ケーシング５３、及びそ
のケーシング５３内に設けられる各種排気浄化触媒５２
ａ，５２ｂから構成され、機関本体１から排出される排
気ガス中の有害物質を浄化せしめる排気浄化作用を有す
る。
【００４４】より詳しくは、タービンハウジング１５ｂ
の出口近傍に配置され、そのケーシング５３内には、上
流側から吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２ａ、パティキュレー
トフィルタ５２ｂの順に排気浄化触媒が配置されてい
る。なお、以下の説明では、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２
ａを単にＮＯｘ触媒５２ａと称することもある。
【００４５】排気浄化触媒の一つであるＮＯｘ触媒５２
ａは、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を主として浄
化せしめる排気浄化作用を有している。より詳しくは、
ＮＯｘ触媒５２ａに流れ込む排気ガスの酸素濃度が高い
ときすなわち排気ガスの空燃比がリーンのときに、その
排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸収し、排気ガス
中の酸素濃度が低いときすなわち排気ガスの空燃比がリ
ッチ低いときにその吸収していた窒素酸化物（ＮＯｘ）
を二酸化窒素（ＮＯ2）や一酸化窒素（ＮＯ）の形で排
気ガス中に還元・放出し、同時にその二酸化窒素（ＮＯ
2）や一酸化窒素（ＮＯ）を排気ガス中に含まれている
未燃燃料成分（ＣＯ、ＨＣ）と酸化反応せしめることで
無害な水蒸気（Ｈ2Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ2）に浄化
する排気浄化作用を備えている。
【００４６】また、その組成は、例えばアルミナ（Ａｌ
2Ｏ3）を担体として、この担体上にカリウム（Ｋ）、ナ
トリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃ
ｓ）等のアルカリ金属、若しくはバリウム（Ｂａ）、カ
ルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類、又はランタン（Ｌ
ａ）、イットリウム（Ｙ）等の希土類から選ばれた少な
くとも一つと、白金（Ｐｔ）のような貴金属とを担持さ
せてなる。
【００４７】なお、ここで排気浄化作用の補足説明を行
うと、ディーゼル機関では、通常、酸素過剰雰囲気下で
燃焼が行われている。このため燃焼に伴い排出される排
気ガス中の酸素濃度は、上記の還元・放出作用を促す迄
に低下することは殆どなく、また、排気ガス中に含まれ
る未燃燃焼成分（ＣＯ，ＨＣ）の量も極僅かである。
【００４８】このため本実施の形態では、還元剤たる機
関燃料（ＨＣ）を排気ガス中に噴射供給することで、酸
素濃度の低下を促すと共にその未燃燃焼成分たる炭化水
素（ＨＣ）等を補い、排気浄化作用を促進させている。
なお、還元剤の噴射供給は、後述の還元剤添加装置６０
によって行われている。また、その詳細は後に説明す
る。
【００４９】一方のパティキュレートフィルタ５２ｂ
は、排気ガス中に含まれる煤などの微粒子を酸化燃焼せ
しめる排気浄化作用を有している。より詳しくは、活性
化酸素放出剤を担持したフィルタ５８を備え、そのフィ
ルタ５８上に捕集された微粒子を活性化酸素にて酸化燃
焼せしめることで除去（浄化）する排気浄化作用を備え
ている。
【００５０】フィルタ５８単体は、図２に示されるよう
にコージライトのような多孔質材料から形成されたハニ
カム形状をなし、互いに平行をなして延びる複数個の流
路５５，５６を具備している。より具体的には、下流端
が栓５５ａにより閉塞された排気ガス流入通路５５と、
上流端が栓５６ａにより閉塞された排気ガス流出通路５
６と、を備え、各排気ガス流入通路５５及び排気ガス流
出通路５６は薄肉の隔壁５７を介して該フィルタ５８に
おける縦方向及び横方向に並んで配置されている。
【００５１】また、隔壁５７の表面および内部の細孔に
は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等によって形成された担体の
層が設けられており、その担体上には、白金（Ｐｔ）等
の貴金属触媒の他、周囲に過剰酸素が存在するとその過
剰酸素を吸蔵し、逆に酸素濃度が低下すると、その吸蔵
した酸素を活性酸素の形で放出する活性酸素放出剤が担
持されている。
【００５２】なお、活性酸素放出剤としては、カリウム
（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシ
ウム（Ｃｓ）、ルビジウム（Ｒｂ）のようなアルカリ金
属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロン
チウム（Ｓｒ）のようなアルカリ土類金属、ランタン
（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）のような希土類、および
セリウム（Ｃｅ）、錫（Ｓｎ）のような遷移金属から選
ばれた少なくとも一つを用いることができる。
【００５３】また、好ましくは、カルシウム（Ｃａ）よ
りもイオン化傾向の高いアルカリ金属又はアルカリ土類
金属、即ちカリウム（Ｋ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウ
ム（Ｃｓ）、ルビジウム（Ｒｂ）、バリウム（Ｂａ）、
ストロンチウム（Ｓｒ）などを用いるとよい。
【００５４】このように構成されたパティキュレートフ
ィルタ５２ｂでは、まず、排気ガス流入通路５５→隔壁
５７→排気ガス流出通路５６の順に排気ガスが流れ（図
２矢印ａ）、排気ガス中に含まれる煤などの微粒子は、
その隔壁５７を通過する過程で、その隔壁５７の表面及
び内部に捕集される。そして、隔壁５７に捕集された微
粒子は、隔壁５７（フィルタ）に流れ込む排気ガスの酸
素濃度を複数回に亘り変化させることで増加する活性化
酸素によって酸化せしめられ、ついには輝炎を発するこ
となく燃え尽きてフィルタ５８上から除去される。
【００５５】このように本実施の形態では、排気通路に
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２ａおよびパティキュレートフ
ィルタ５２ｂを配置することで排気ガス中に含まれるＮ
Ｏｘおよび煤などの微粒子を浄化している。
【００５６】なお、本実施の形態では、上記したように
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２ａとパティキュレートフィル
タ５２ｂとを直列に配置している。この理由としては、
吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２ａでの酸化・還元反応に伴う
反応熱を利用してパティキュレートフィルタ５２ｂを昇
温させる、および吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２ａにおける
酸化・還元反応に起因して放出される吸蔵還元型ＮＯｘ
触媒５２ａからの活性化酸素をパティキュレートフィル
タ５２ｂの排気浄化作用に利用する、などの理由に基づ
く。なお、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２ａは、上記でも明
らかなように、活性化酸素放出剤と略同様の物質を担持
してなる。したがって、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒５２ａ
は、活性化酸素放出剤としての機能を有すると言える。
また、本実施の形態では、触媒コンバータ５２の下流
に、排気ガス中の未燃燃料成分を酸化浄化せしめる酸化
触媒コンバータ５９を設けている。
【００５７】還元剤添加装置６０は、還元剤添加弁６
１、還元剤供給路６２、燃圧制御バルブ６４、燃圧セン
サ６３、緊急遮断弁６６、などを備え、必要に応じて適
切量の還元剤（機関燃料）を触媒コンバータ５２上流の
排気通路に添加している。すなわち、本発明に係る還元
剤供給手段を構成している。
【００５８】還元剤添加弁６１は、排気枝管１８の集合
部分に設けられ、所定電圧が印可されたときに開弁する
電気式の開閉弁である。還元剤供給路６２は、前記燃料
ポンプ６によって汲み上げられた燃料の一部を還元剤添
加弁６１に導く通路を形成している。燃圧制御バルブ６
４は、還元剤供給路６２の経路途中に配置され、還元剤
供給路６２内の燃圧を所定燃圧に維持している。燃圧セ
ンサ６３は、還元剤供給路６２内の燃圧を検出してい
る。緊急遮断弁６６は、還元剤供給路６２内の圧力に異
常が生じたとき、その還元剤供給路６２内への燃料供給
を停止する。
【００５９】このように構成された還元剤添加装置６０
では、燃料ポンプ６から吐出された燃料が、燃圧制御バ
ルブ６４によって所定燃圧に維持された後、還元剤供給
路６２を通じて還元剤添加弁６１に供給される。そし
て、還元剤添加弁６１に所定電圧が印可され開弁状態に
なると、その還元剤供給路６２内の燃料は還元剤添加弁
６１を通じて排気枝管１８内に噴射供給される。排気枝
管１８に供給された燃料（還元剤）は、タービンハウジ
ング１５ｂ内にて撹拌された後、排気管１９を経て触媒
コンバータ５２に流入する。よって、触媒コンバータ５
２には、酸素濃度が低く、また、未燃燃焼成分たる炭化
水素（ＨＣ）混じりの排気ガスが流れ込むこととなり、
その結果、上記の排気浄化作用が促進されることとな
る。
【００６０】ところで、還元剤の添加を実施するための
条件の一つとして、触媒コンバータ５２の床温度を活性
化温度に昇温させる必要がある。すなわち、活性化温度
以下での還元剤の添加は、各種触媒物質の活性化力が低
いことから有効に作用せず、触媒コンバータ５２をさら
に冷却させる虞があるからである。
【００６１】ところが、実際の運転では、触媒コンバー
タ５２の温度が十分に保障されない状況も多々ある。例
えば、寒冷地で低速走行、長時間に亘るアイドリング、
機関始動直後、長い下り勾配での減速走行時等では、触
媒コンバータ５２に流れ込む排気ガスの温度が低くな
り、以て、触媒コンバータ５２の温度は低くなる。すな
わち、燃焼室に流れ込む空気の温度が低いとき、また、
機関燃焼の消費量が少ないときには、排気ガスの温度が
低くなり、その結果、触媒コンバータ５２の床温度が活
性化温度から外れてしまう。
【００６２】また、上記した排気浄化作用のうち、煤な
どの微粒子を酸化燃焼せしめる排気浄化作用を促すとき
には、触媒コンバータ５２を約５００度以上に保つ必要
がある。しかしながら、ディーゼル機関の排気ガス温度
は、その目標となる床温度に対してかなり低く、通常の
運転条件において排気ガスの熱エネルギーので触媒コン
バータ５２を５００度以上に維持することは困難であっ
た。
【００６３】そこで本実施の形態に示す内燃機関では、
触媒コンバータ５２の床温度が活性化温度に達していな
い状況で触媒早期暖気制御を実施し、さらに５００度以
上への昇温が要求される状況では、還元剤の添加と触媒
早期暖気制御を組み合わせた所謂「低温燃焼制御」を実
施することで、上記した種々の走行条件においても排気
浄化を可能としている。
【００６４】なお、触媒早期暖気制御および低温燃焼制
御の概略について説明すると、触媒早期暖気制御では、
燃焼室に供給される空気の量を大幅に減らし、代わりに
ＥＧＲガスの導入量を増やすことで高ＥＧＲ率での燃焼
状態を形成し、さらに燃焼行程後期で副噴射を行うこと
で排気ガスの温度を大幅に高め、触媒コンバータ５２を
一気に昇温させる。すなわち、吸気絞り弁１３の開度を
減らし、ＥＧＲ弁２６の開度を増やし、さらに燃焼行程
後期での副噴射を行うことで排気ガスの温度を大幅に昇
温させる機関制御である。
【００６５】また、高ＥＧＲ率での燃焼について補足を
行うと、高ＥＧＲ率での燃焼は、排気ガスの空燃比をリ
ッチにできることから、排気ガスの温度を上昇させるこ
とができる。したがって、その高温に昇温せしめられた
排気ガスを利用すれば、排気浄化触媒の温度を一気に昇
温させることができる。
【００６６】また、高ＥＧＲ率での燃焼は、先の従来技
術に説明したように、空気量（酸素量）および総ガス量
の不足に起因して失火や圧縮圧力の低下が生じ燃焼状態
が不安定になる。このため種々のフィードバック制御を
行うことで適切なＥＧＲ率を維持し、燃焼状態を安定性
を確保している。なお、ＥＧＲ率の制御に係るフィード
バック制御は、後に詳述する。
【００６７】一方、低温燃焼制御においても同様に、吸
気通路９に設けられた吸気絞り弁１３の開度を減らし、
ＥＧＲ弁２６の開度を増やすことで高ＥＧＲ率での燃焼
状態を確保する。また、還元剤添加装置６０による排気
ガス中への還元剤の添加を実施することで触媒コンバー
タ５２を発熱させ、触媒コンバータ５２の床温度自体を
一気を昇温させる機関制御である。
【００６８】このように本実施の形態に示す内燃機関で
は、高ＥＧＲ率での燃焼を達成すべくＥＧＲ率の大幅な
変更を行い、触媒コンバータ５２の早期暖気に努めてい
る。
【００６９】なお、図３に示すフローチャートは、触媒
コンバータ５２（パティキュレートフィルタ）の再生フ
ラグ、すなわち煤など微粒子を浄化すべき要求がなされ
たときに処理される処理ルーチンである。以下、図３を
参照しながら、上記した触媒早期暖気制御及び低温燃焼
制御を踏まえ、本発明に係るＥＧＲ率制御について説明
する。
【００７０】まず、電子制御ユニット３０では、再生フ
ラグの成立を受け、触媒早期暖気制御を実施すべきか否
かを各種センサの出力に基づき判定する（ステップ１０
１）。すなわち、ステップ１０１では、機関回転数、ア
クセル開度、排気ガス温度等を各種センサにて取得し、
それら各種出力に基づき触媒早期暖気制御の実施条件が
成立しているか否かを判定する。
【００７１】ここで、触媒早期暖気制御の実施条件とし
ては、（１）機関回転数が所定回転数以下且つアクセル
ペダル４０の踏込み量が所定踏込み量以下であること
（すなわち、軽負荷運転状態であること）、（２）触媒
コンバータ５２から流れ出る排気ガスの温度が第１の設
定温度以下であること（すなわち、触媒コンバータ５２
が活性化していないこと）などであり、上記条件
（１），（２）の成立を受け、触媒コンバータ５２を昇
温させるべく触媒早期暖気制御を実施する（ステップ１
０２）。
【００７２】なお、軽負荷運転時に行うのは（上記条件
（１））、本触媒早期暖気制御において吸気通路９の吸
気絞り弁１３を閉じる必要があるためである。すなわ
ち、高負荷運転時等に吸気絞り弁１３を閉じると、機関
出力の大幅な低下に伴いトルクショックが生じるためで
ある。また、触媒コンバータ５２から流れ出る排気ガス
の温度が第１の設定温度以下で行うのは（上記条件
（２））、触媒コンバータ５２から流れ出る排気ガスの
温度が十分に高ければ、触媒コンバータ５２が活性化し
ているといえ、本触媒早期暖気制御の必要性がないため
である。なお、本実施の形態では、第１の設定温度を約
１５０度に設定し、この設定温度を下回るときには、触
媒早期暖気制御の必要性有りと判定している。
【００７３】続くステップ１０２では、高ＥＧＲ率での
燃焼を達成すべくＥＧＲ弁２６の開度を所定開度で閉弁
し、吸気圧センサ２３の出力を監視しながら吸気絞り弁
１３の開度を減らしていくことでＥＧＲ率を制御する。
すなわち、吸気通路９内の圧力をパラメータとした吸気
絞り弁１３のフィードバック制御を実施することで、所
望のＥＧＲ率を得る。
【００７４】なお、ＥＧＲ弁２６側でなく、吸気絞り弁
１３側でＥＧＲ率を制御する理由としては、（１）燃焼
に供される総ガス量（ＥＧＲガス量＋空気量）を必要以
上に減らすことなく大きなＥＧＲ率の変化を得る。
（２）ＥＧＲガスの導入量を相対的に増やす、等の理由
による。また、吸気通路９内の圧力をパラメータとする
理由は、（３）フィードバック制御の信頼性を確保する
ためである。
【００７５】すなわち、ＥＧＲ率は、（ＥＧＲガス量／
（ＥＧＲガス量＋空気量））の関係で定義され、そのＥ
ＧＲガス量と空気量との相対的な割合を変えることで所
望のＥＧＲ率が得られる。しかしながら、空気量の少な
い状態すなわち要求ＥＧＲ率が大きい状態では、ＥＧＲ
ガス量を制御しても、その制御量はＥＧＲ率の変化には
さほど反映されない。
【００７６】一方、空気量側での制御では、その空気量
の制御に同期してＥＧＲ率が大きく変動する。つまり、
少ない空気量の変化でＥＧＲ率を大きく変化させること
が可能となり、結果として、燃焼に供される総ガス量を
減らすことなく所望のＥＧＲ率を得ることができる（上
記理由（１））。よって、圧縮行程での圧縮圧力を十分
に確保でき、圧縮圧力の低下に伴う失火や機関出力の低
下などを抑制できる。
【００７７】また、上記の説明を裏返せば、ＥＧＲ弁２
６側にてＥＧＲ率を変えるには、その制御量を大きく取
る必要がある。つまり、場合によってはＥＧＲガスの導
入量を大幅に減らすこととにも成りかねず、それによっ
て十分な排気ガスの温度上昇を望めなくなる場合もあ
る。その点、吸気絞り弁１３側にてＥＧＲ率を制御すれ
ば、ＥＧＲガスの導入量（ＥＧＲガス量）を減らすこと
なく所望のＥＧＲ率を維持できるため、吸気絞り弁１３
側でのＥＧＲ率制御では、ＥＧＲ弁２６側での制御に較
べ、相対的にＥＧＲガス量（導入量）を増やすこととな
る（上記理由（２））。よって、さらなる排気ガス温度
の上昇が可能となる。
【００７８】また、フィードバック制御の信頼性につい
て説明すると、触媒早期暖気制御時には、吸気絞り弁１
３の開度減少に伴い吸気通路９内を流れる空気の流量も
大幅に減る。すなわち、空気の流量がエアフロメータ１
１の計測限界を超えて低下するため、エアフロメータ１
１を使用しての空気量の推定が不正確となり、以て適切
なＥＧＲ率の制御が困難になる。その点、本制御では、
空気の流量に依存せず吸気通路９内の圧力変化にてＥＧ
Ｒ率の制御に必要な空気量を推定するため、空気量が少
ない触媒早期暖気制御時においても、正確なＥＧＲ率の
フィードバック制御をなし得る（上記理由（３））。す
なわち、本実施の形態では、本発明でいう所定吸入空気
量を、吸気絞り弁１３の開度減少時における吸入空気量
で設定している。
【００７９】なお、吸気圧センサ２３では、真空（絶対
圧）を基準圧力として吸気通路９内の圧力を計測するた
め、空気の流れが微量であっても十分に正確な計測精度
が得られる。加えて、大気圧の変化をも吸収できるた
め、エアフロメータ１１の出力に基づく空気量の推定に
較べ遙かに精度の高い空気量の推定をなし得る。よっ
て、過酷な燃焼が強いられる高ＥＧＲ率での燃焼におい
ても、その燃焼状態の安定性を継続させることができ
る。
【００８０】このように本ステップ１０２では、吸気通
路９内の圧力に基づいた吸気絞り弁１３のフィードバッ
ク制御を実施することで、燃焼に供される総ガス量、お
よびＥＧＲガスの導入量を減らすことなく所望のＥＧＲ
率を得ることができる。よって、燃焼に供される空気の
量が大幅に減少したときにおいても、安定した燃焼状態
を確保され、また、同時に排気ガスの温度低下をも抑制
できる。また、このようにして本発明に係る第２の吸気
絞り弁制御手段が構成されている。
【００８１】続いて、電子制御ユニット３０では、触媒
コンバータ５２の温度が第２の設定温度に達したことを
受け（ステップ１０３）、低温燃焼制御を実施すべくス
テップ１０４に移る。なお、ステップ１０３にて、未だ
第２の設定温度に達していないと判断したときには、上
記ステップ１０２を継続し、引き続き触媒早期暖気制御
を処理する。なお、第２の設定温度は、勿論第１の設定
温度に対して高く、本実施の形態では、触媒コンバータ
５２の温度が活性化温度に達したと推定される約１８０
度の排気ガス温度で第２の設定温度を定めている。
【００８２】続いて、低温燃焼制御を実施するステップ
１０４では、上記ステップ１０２同様、吸気通路９内の
圧力に基づく吸気絞り弁１３側でのフィードバック制御
を開始する。なお、吸気絞り弁１３側にてフィードバッ
ク制御を開始する利点は、上記した触媒早期暖気制御の
説明に殉ずるため、上記の説明に変えてこれを省略す
る。
【００８３】そして、電子制御ユニット３０では、触媒
コンバータ５２から流れ出る排気ガスの温度が第３の設
定温度、すなわち煤などの微粒子を酸化浄化し得る排気
浄化可能な温度に達したことを受け（ステップ１０
５）、微粒子の酸化浄化に必要とされるべき適切量の還
元剤を排気ガス中に添加し、微粒子を酸化燃焼させる
（ステップ１０６）。また、本ステップ１０５にて本発
明に係る可否判定手段が構成されている。
【００８４】このように本処理ルーチンでは、触媒早期
暖気制御及び低温燃焼制御を実施することで触媒コンバ
ータ５２を急速に昇温させ、触媒コンバータ５２上に捕
集された微粒子を酸化燃焼（浄化）している。
【００８５】なお、本処理ルーチンでは、上記ステップ
１０６に続きＳＯｘ被毒回復制御を処理した後に（ステ
ップ１０７）、本処理ルーチンを終了している。なお、
ＳＯｘ被毒とは、排気ガス中に含まれる硫黄酸化物（Ｓ
Ｏｘ）が化学的に安定した硫酸塩（ＢａＳＯ4）に変化
して触媒コンバータ５２に蓄積し、排気浄化能を低下さ
せる現象である。
【００８６】また、「ＳＯｘ被毒回復制御」とは、触媒
コンバータ５２上に蓄積した硫酸塩（ＢａＳＯ4）を放
出させて排気浄化能の回復を図るための制御である。よ
り具体的には、触媒コンバータ５２を５００度以上の高
温に維持し、その状態で排気ガス中に還元剤を添加して
硫酸塩（ＢａＳＯ4）を放出させる。すなわち、硫酸塩
（ＢａＳＯ4）の熱分解を促し、その熱分解した硫酸塩
（ＢａＳＯ4）を還元剤たる炭化水素（ＨＣ）や一酸化
炭素（ＣＯ）と反応させ気体上にすることで触媒コンバ
ータ５２から放出させる。つまり、本処理ルーチンで
は、低温燃焼制御を実施することで触媒コンバータ５２
の温度が５００度以上に達するため、その熱を利用して
ＳＯｘ被毒回復制御を処理している。なお、本ステップ
１０７は必ずしも必要とされるものではなく、適時その
実行の必要性を判断してもよい。
【００８７】また、上記した一連の説明は、ステップ１
０１にて肯定判定されたときの説明であるが、ステップ
１０１にて否定判定されたときには、以下の流れに従い
本処理ルーチンが処理される。
【００８８】まず、上記ステップ１０１にて否定判定さ
れたときには、低温燃焼制御を実施すべきか否かをステ
ップ１０８にて処理する。
【００８９】本ステップ１０８では、以下の条件をもっ
て低温燃焼制御の実施条件を判定している。まず、
（１）機関回転数が所定回転数以下且つアクセルペダル
４０の踏込み量が所定踏込み量以下であること（すなわ
ち、軽負荷運転状態であること）、（２）触媒コンバー
タ５２から排出される排気ガスの温度が前記第２の設定
温度以上に達していること（すなわち、触媒コンバータ
が活性化状態にあること）、などあり、上記条件
（１），（２）の成立を受け、先に説明したステップ１
０４に移り、以降、低温燃焼制御及び、並びに微粒子を
酸化浄化せしめる還元剤の添加実施する。すなわち、上
記したステップ１０４〜ステップ１０６の流れで本処理
ルーチンを処理する。
【００９０】また、ステップ１０８にて否定判定された
ときには、触媒早期暖気制御及び低温燃焼制御の必要性
がない、または、両制御の実施が困難な状況と判断し、
触媒昇温制御及び低温燃焼制御を実施することなく、通
常の運転条件に対応したＥＧＲ制御を行い（ステップ１
０９）、本処理ルーチンを一旦終了する。
【００９１】なお、通常の運転条件に対応したＥＧＲ制
御とは、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出抑制に適したＥＧ
Ｒ率を得る制御であり、上記した触媒早期暖気制御およ
び低温燃焼制御時のＥＧＲ率に較べて、低いＥＧＲ率を
要求ＥＧＲ率としている。
【００９２】また、通常の運転条件においては、吸気絞
り弁１３を略全開状態に保持することで燃焼室に供給さ
れる吸入空気量を確保し、また、エアフロメータ１１の
出力を監視しながらＥＧＲ弁２６の開度補正を行うこと
で所望のＥＧＲ率を得るようにしている。すなわち、吸
気通路９内を流れる空気の流量をパラメータとしたＥＧ
Ｒ弁２６のフィードバック制御を実施することで、所望
のＥＧＲ率を得る。また、このようにして本発明に係る
第１の吸気絞り弁制御手段が構成されている。
【００９３】なお、ＥＧＲ弁２６側でＥＧＲ率を制御す
る理由としては、（１）燃焼に供される空気の量を減ら
すことなくＥＧＲ率の大きな変化を得る。（２）燃焼に
供される空気の量を相対的に増やす、などの理由であ
り、また、吸気通路９内の圧力をパラメータとする理由
は、（３）フィードバック制御の応答特性を向上させる
ためである。
【００９４】すなわち、上記の如くＥＧＲ率は（ＥＧＲ
ガス量／（ＥＧＲガス量＋空気量））の関係で定義され
るため、空気量が十分に確保されている状態（要求ＥＧ
Ｒ率が小さい状態）では、空気量側での制御に較べＥＧ
Ｒガス側での制御の方が、ＥＧＲ率の大きな変化量を得
ることができる（上記理由（１））。
【００９５】また、逆を返せば、吸気絞り弁１３側にて
ＥＧＲ率を変えるには、その制御量を大きく取る必要が
ある。つまり、場合によっては燃焼に供される空気の流
量を大幅に減少させることにも成りかねず、それによっ
てスモークの発生などを引き起こす虞もある。その点、
ＥＧＲ弁２６側にてＥＧＲ率を制御すれば、空気量を減
らすことなく所望のＥＧＲ率を維持できるため、吸気絞
り弁１３側での制御に較べ、相対的に空気量を増やすこ
ととなり（上記理由（２））、その結果、スモークの発
生などを低減できる。
【００９６】また、フィードバック制御の応答特性につ
いて説明すると、エアフロメータ１１の出力に基づくフ
ィードバック制御は、空気の流量から直に空気量を算出
するため、制御上の応答性が良いとされる。一方、吸気
圧センサ２３に基づくフィードバック制御では、吸気通
路９内の圧力に補正を加えて間接的に空気量を算出する
ため、空気の流量が多い状態では、エアフロメータ１１
でのフィードバック制御に対し若干応答特性が劣ってし
まう。よって空気の流量が多く、機関回転数の変化も激
しい通常の運転条件では、エアフロメータ１１の出力を
利用してのフィードバック制御の方が、より精度の高い
フィードバック制御を行える（上記理由（２））。
【００９７】このように本ステップ１１０では、吸気通
路９内を流れる空気の流量に基づいたＥＧＲ弁２６のフ
ィードバック制御を実施することで、燃焼に供される空
気の量を減らすことなく所望のＥＧＲ率を得ることがで
き、以てＥＧＲ率の制御におけるさらなる適正化を図る
ことができる。
【００９８】なお、上記した処理ルーチン上の説明は、
あくまでも本発明の一実施例であり、その詳細について
は種々の対応を考えることができる。例えば、上記では
触媒昇温制御及び低温燃焼制御の開始に伴い吸気絞り弁
１３側でのフィードバック制御に基づくＥＧＲ率の制御
を実施しているが、ＥＧＲ率は、吸気絞り弁１３および
ＥＧＲ弁２６の制御開始後徐々に変化するため、その経
時変化を加味して吸気絞り弁１３側でのフィードバック
制御、及びＥＧＲ弁２６側でのフィードバック制御の切
換えタイミングを変えることも可能である。
【００９９】また、吸気通路を流れる空気の流量、およ
び排気ガスたるＥＧＲガスの導入量、ＥＧＲ率の目標
値、燃焼状態の切り換え開始後における経過時間などか
ら、実際の燃焼に供される空気の量を推定し、その推定
した空気量が所定空気以下に達したことを受け、吸気絞
り弁１３側でのフィードバック制御に基づくＥＧＲ率制
御を開始させるようにしてもよい。つまり、燃焼室に供
給される空気の量が所定空気量以下となる状況におい
て、吸気絞り弁１３側でのフィードバック制御に基づく
ＥＧＲ率の制御を実施できれば、上記処理ルーチンの詳
細は変更可能である。
【０１００】また、上記ではディーゼル機関を例にあ
げ、本発明を説明したが、本発明の適用範囲は、勿論、
ディーゼル機関に限られることはない。すなわち、ＥＧ
Ｒ装置及び吸気絞り弁等を備え、燃焼に供される空気の
量を大幅に減少させた状態での運転が要求される種々の
内燃機関において適用可能なものである。また、上記で
は、吸入空気量を絞る手段として吸気絞り弁１３を例に
説明したが、可変容量式ターボチャージャを採用すれ
ば、吸気絞り弁１３での空気量制御に替えて、ターボチ
ャージャ側においても吸入空気量を制御できる。
【０１０１】＜第２の実施の形態＞続いて、本発明第２
の実施形態について説明する。本発明第２の実施形態で
は、上記ＥＧＲ率の制御に加え、燃料噴射時期の補正を
行うことで、燃焼状態をさらに安定性させている。ま
た、その補正は、燃焼室に供給される空気の湿度に応じ
て補正有無を決定するようにしている。
【０１０２】なお、図４に示されるフローチャートは、
燃料噴射時期の補正に係る処理ルーチンであり、以下、
図４を参照して、その燃料噴射時期の補正について説明
する。なお、本実施の形態では、燃料噴射時期の補正を
独立した制御として処理しているが、勿論、上記した触
媒早期暖気制御や低温燃焼制御の処理ルーチン上にて同
時に処理するようにしてもよい。
【０１０３】まず、電子制御ユニット３０では、触媒早
期暖気制御や低温燃焼制御の開始を受け（ステップ２０
１）、燃焼室に供給される空気の湿度が所定湿度以下に
なっているか否かを推定する（ステップ２０２）。な
お、ステップ２０１にて、触媒早期暖気制御や低温燃焼
制御が実施される状況でないと判断したときには、本処
理ルーチンを終了する。
【０１０４】ステップ２０２では、湿度の推定にあた
り、図示しないワイパースイッチの操作をトリガーとし
て湿度の低下を検知している。すなわち、ワイパースイ
ッチの操作を受け、雨天での走行と判断し、燃料噴射時
期の補正を実施すべく次なるステップを処理する。
【０１０５】なお、ステップ２０２では、ワイパースイ
ッチの操作に基づき湿度の低下を検知しているが、勿
論、他の装置構成に基づいて湿度の低下を推定すること
もできる。例えば、湿度検出センサの出力に基づく湿度
の推定の他、車載用路上監視カメラで捉えた路面のウェ
ット状況や、ＶＩＣＳ（広域道路情報網）で得た天気予
報から湿度を把握することも可能である。すなわち、本
発明で湿度検出手段とは、湿度の低下を検出できるもの
であればよく、より好ましくは、上記したワイパースイ
ッチ、路上監視カメラ、ＶＩＣＳ、などの車載装置にて
構成するのが望ましい。
【０１０６】続いて、電子制御ユニット３０では、燃料
噴射時期を適正化すべく、燃料噴射時期を進角補正して
（ステップ２０３）、本処理ルーチンを終了する。ま
た、このようにして本発明に係る噴射時期補正手段が構
成されている。また、本発明でいう所定湿度は、触媒早
期暖気制御や低温燃焼時において燃焼状態が不安定にな
り易い状態での湿度に相当する。
【０１０７】また、燃料噴射時期の進角補正は、予め定
められた規定量を進角させるようにする他、湿度に応じ
て徐々にその進角量を増やすなど、湿度に応じた燃料噴
射制御の進角補正は、適時変更可能である。
【０１０８】このように本制御では、触媒早期暖気制御
および低温燃焼制御等、吸気通路内流れる空気の流量が
少なく、また、湿度が所定湿度以上になっている状態
で、燃料噴射時期を進角補正する。よって、触媒早期暖
気制御や低温燃焼制御など、過酷な燃焼が要求される特
定の運転条件下において、湿気（水分）の吸熱作用や圧
縮圧力の緩慢な上昇に起因した着火遅れが改善され、そ
の結果、燃焼状態を安定させることができる。
【０１０９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、運転条件
の変更に伴い、その燃焼に供される空気の量が大幅に減
少したときにおいても、安定した燃焼状態を確保でき
る。また、排気ガスの昇温が望まれる運転条件下におい
て、その燃焼状態の安定性を確保しつつ、排気ガスの温
度低下も抑制可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る内燃機関の概略構成図。
【図２】排気通路に設置されたパティキュレートフィル
タの断面構造を示す図。
【図３】本実施の形態に係るＥＧＲ率の制御を説明する
ためのフローチャート。
【図４】本実施の形態に係る燃料噴射時期の補正を説明
するためのフローチャート。
【符号の説明】
１ 内燃機関（機関本体） １ａ クランクシャフト ２ 気筒 ３ 燃料噴射弁 ４ コモンレール ５ 燃料供給管 ６ 燃料ポンプ ８ 吸気枝管 ９ 吸気管 １０ エアクリーナボックス １１ エアフロメータ １２ 吸気温センサ １３ 吸気絞り弁 １４ アクチュエータ １５ ターボチャージャ １５ａ コンプレッサハウジング １５ｂ タービンハウジング １６ インタークーラ １８ 排気枝管 １８ａ 排気ポート １９ 排気管 ２０ ＥＧＲ装置 ２３ 吸気圧センサ ２４ 吸気温センサ ２５ ＥＧＲ通路 ２６ ＥＧＲ弁 ２７ ＥＧＲクーラ ３０ 電子制御ユニット ３１ 双方向性バス ３５ 入力ポート ３６ 出力ポート ３７ Ａ／Ｄ変換器 ３８ 駆動回路 ４０ アクセルペダル ４１ 負荷センサ ４２ クランク角センサ ４３ 車速センサ ５２ 触媒コンバータ ５２ａ 吸蔵還元型ＮＯｘ触媒 ５２ｂ パティキュレートフィルタ ５３ ケーシング ５５ 排気ガス流入通路 ５５ａ 栓 ５６ 排気ガス流出通路 ５６ａ 栓 ５７ 隔壁 ５８ フィルタ ５９ 酸化触媒コンバータ ６０ 還元剤添加装置 ６１ 還元剤添加弁 ６２ 還元剤供給路 ６３ 燃圧センサ ６４ 燃圧制御バルブ ６６ 緊急遮断弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 9/02 Ｆ０２Ｄ 9/02 Ｓ ３Ｇ３０１ 21/08 ３０１ 21/08 ３０１Ａ ３０１Ｃ 35/00 ３６０ 35/00 ３６０Ｇ 41/34 41/34 Ｆ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｊ ３０１Ｋ ３０１Ｎ ３０１Ｔ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｒ (72)発明者 曲田 尚史 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 小林 正明 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 柴田 大介 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 根上 秋彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 大坪 康彦 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G062 AA01 AA03 AA05 BA04 BA05 BA06 CA06 EA10 ED01 ED04 ED08 ED10 FA02 FA05 FA06 FA13 FA23 GA01 GA02 GA04 GA06 GA12 GA25 3G065 AA01 AA03 AA04 CA12 DA06 EA07 FA12 GA01 GA05 GA10 GA11 GA27 GA46 HA06 JA04 JA09 JA11 KA02 3G084 AA01 BA05 BA15 BA20 BA24 CA03 DA04 DA10 EB11 FA05 FA07 FA10 FA12 FA17 FA27 FA33 FA37 FA38 3G091 AA10 AA11 AA18 AB06 AB13 AB15 BA00 BA02 BA14 BA15 CA18 DA01 DA02 DC01 EA00 EA01 EA05 EA06 EA07 EA17 EA18 EA22 EA39 FA13 FC07 GA06 GB02W GB03W GB04W GB05W GB06W GB17X HB05 3G092 AA02 AA13 AA17 AA18 BB06 DB03 DC03 DC08 DE03S DE06S DG07 DG08 EA01 EA02 EB05 EC01 EC09 FA06 FA15 GA03 HA01X HA01Z HA04Z HA05X HA05Z HE01Z HE03Z HF08Z HF21Z 3G301 HA02 HA11 HA13 JA03 JA21 JA25 JA26 KA07 KA08 LA01 MA18 NA08 ND01 NE01 NE06 NE11 PA01Z PA11A PD11A PD11Z PD12A PD12Z PE01Z PF01Z

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段
    と、 吸気通路内を流れる吸入空気の流量を制御する吸気絞り
    弁と、 前記吸入空気量検出手段により検出された吸入空気量に
    基づいて吸気絞り弁を開閉制御する第１の吸気絞り弁制
    御手段と、 内燃機関から排出された排気ガスの一部を内燃機関の吸
    気系へ還流させる排気再循環通路と、 前記排気再循環通路内を流れる排気ガスの流量を調節す
    る排気再循環弁と、 内燃機関の運転状態に応じて前記排気再循環弁の開閉制
    御を行う排気再循環弁制御手段と、 内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
    と、 前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供
    給手段と、 内燃機関の運転状態に応じて還元剤の添加の可否を判断
    する可否判断手段と、 前記可否判断手段により還元剤の添加可と判断された時
    に前記還元剤供給手段から還元剤を添加する内燃機関の
    排気浄化装置であって、 前記吸気通路内の圧力を検出する吸気圧検出手段と、 前記吸入空気量検出手段で検出した吸入空気量が所定吸
    入空気量より少ない場合、前記吸気圧検出手段にて検出
    した吸気通路内の圧力に基づき前記吸気絞り弁の開閉を
    制御する第２の吸気絞り弁制御手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 【請求項２】吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段
    と、 吸気通路内を流れる吸入空気の流量を制御する吸気絞り
    弁と、 前記吸入空気量検出手段により検出された吸入空気量に
    基づいて吸気絞り弁を開閉制御する第１の吸気絞り弁制
    御手段と、 内燃機関から排出された排気ガスの一部を内燃機関の吸
    気系へ還流させる排気再循環通路と、 前記排気再循環通路内を流れる排気ガスの流量を調節す
    る排気再循環弁と、 内燃機関の運転状態に応じて前記排気再循環弁の開閉制
    御を行う排気再循環弁制御手段と、 内燃機関の排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
    と、 前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供
    給手段と、 内燃機関の運転状態に応じて還元剤の添加の可否を判断
    する可否判断手段と、 前記可否判断手段により還元剤の添加可と判断された時
    に前記還元剤供給手段から還元剤を添加する内燃機関の
    排気浄化装置であって、 吸気通路内の湿度を検出する湿度検出手段と、 前記吸入空気量検出手段にて検出した吸入空気量が所定
    吸入空気量より少なく、且つ前記湿度検出手段にて検出
    した湿度が所定湿度以上である場合に、内燃機関の燃料
    噴射時期を進角補正する噴射時期補正手段と、 を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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