JP2005076508A - エンジンの排気還流装置 - Google Patents

Abstract

【課題】還流させる排気の通路として、排気タービン上流の排気通路と、吸気絞り弁下流の吸気通路とを連通させる第１の通路と、排気タービン下流の排気通路と、吸気コンプレッサ上流の吸気通路とを連通させる第２の通路とを備えるエンジンの排気還流装置において、排気のディポジット成分が還流されることを防止する。
【解決手段】空気過剰率λを検出し、使用される排気還流通路を検出したλに応じて切り換える。検出したλが所定値λ１以上であるときは、第１の通路を選択し、検出したλがこの値未満であるときは、第２の通路を選択する。所定値λ１は、ＨＣ及びパティキュレート等のディポジット成分の多少を判別するための値に設定する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、エンジンの排気還流装置に関し、詳細には、ターボチャージャを備えるエンジンに設けられ、還流させる排気の通路として、ターボチャージャのタービンよりも上流側の排気通路と、吸気絞り弁よりも下流側の吸気通路とを連通させる第１の通路と、パティキュレートフィルタ等の排気処理装置よりも下流側の排気通路と、ターボチャージャのコンプレッサよりも上流側の吸気通路とを連通させる第２の通路とを備える排気還流装置に関する。

エンジンの排気還流装置として、次の２つのものが知られている。
第１は、ターボチャージャと、ターボチャージャのコンプレッサよりも下流側の吸気通路に設置された吸気絞り弁と、ターボチャージャのタービンよりも下流側の排気通路に設置された排気処理装置とを備えるエンジンに設けられ、還流させる排気の通路として、ターボチャージャのタービンよりも上流側の排気通路と、吸気絞り弁よりも下流側の吸気通路とを連通させる１つの通路のみを備えるものである（特許文献１）。この排気還流装置では、常にこの唯一の排気還流通路により排気を還流させる。

第２は、ターボチャージャ及び吸気絞り弁を同様に備えるエンジンに設けられ、還流させる排気の通路として、ターボチャージャのタービンよりも上流側の排気通路と、吸気絞り弁よりも下流側の吸気通路とを連通させる第１の通路と、ターボチャージャのタービンよりも下流側の排気通路と、ターボチャージャのコンプレッサよりも上流側の吸気通路とを連通させる第２の通路とを備えるものである（特許文献２）。この排気還流装置では、第１及び第２のいずれの排気還流通路によるかをエンジンの負荷に応じて決定し、低負荷時に第１の通路により、高負荷時に第２の通路により排気を還流させることが可能である。
特開２００２−３７１９０１号公報（段落番号００２６） 特開２０００−１３０２６５号公報（段落番号００２５，００６９）

しかしながら、上記の２つの排気還流装置には、次のような共通した問題がある。現在、ディーゼルエンジン等の希薄燃焼エンジンに適用される排気処理装置として、ＮＯｘトラップ触媒が知られている。このＮＯｘトラップ触媒は、酸化雰囲気のもとで窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」という。）をトラップし、排気からＮＯｘを除去するものである。ＮＯｘトラップ触媒は、規定量を超える量のＮＯｘをトラップするとそれ以上のＮＯｘを充分にトラップすることができず、排気中のＮＯｘの多くを通過させてしまう。このため、ＮＯｘトラップ触媒は、定期的にトラップしているＮＯｘを処理し、再生させる必要がある。ＮＯｘトラップ触媒の再生は、一般的に吸入空気の過剰率を低下させて排気の空燃比をリッチに転じ、ＮＯｘトラップ触媒内に還元雰囲気を形成することにより行う。ここで、吸入空気の過剰率を低下させると、これに伴って炭化水素（以下「ＨＣ」という。）やパティキュレートといった排気のディポジット成分が増加する。従って、上記の第１の排気還流装置では、再生時に排気を還流させようとすると、増加したディポジット成分が排気とともに唯一の排気還流通路、さらに吸気通路に流入し、排気還流制御弁や吸気弁に付着するため、これらの弁の作動不良を起こすおそれがある。他方、第２の排気還流装置では、第１及び第２のいずれの排気還流通路によるかをエンジンの負荷に応じて決定するため、低負荷時に再生を行う必要が生じた場合に、同様に排気還流制御弁等の作動不良を起こすおそれがある。

本発明は、還流させる排気の通路として、ターボチャージャのタービンよりも上流側の排気通路と、吸気絞り弁よりも下流側の吸気通路とを連通させる第１の通路と、ターボチャージャのタービンよりも下流側の排気通路と、ターボチャージャのコンプレッサよりも上流側の吸気通路とを連通させる第２の通路とを備えるエンジンの排気還流装置において、排気とともにディポジット成分が還流されることによる不具合を防止することを目的とする。

本発明は、ターボチャージャと、ターボチャージャのコンプレッサよりも下流側の吸気通路に設置された吸気絞り弁と、ターボチャージャのタービンよりも下流側の排気通路に設置され、排気の特定成分を除去又は浄化する排気処理装置とを備えるエンジンに設けられる排気還流装置を提供する。本発明に係る装置は、ターボチャージャのタービンよりも上流側の排気通路と、吸気絞り弁よりも下流側の吸気通路とを連通させる第１の排気還流通路と、排気処理装置よりも下流側の排気通路と、ターボチャージャのコンプレッサよりも上流側の吸気通路とを連通させる第２の排気還流通路と、第１の排気還流通路に設置され、この通路の排気流量を制御する第１の排気還流制御弁と、第２の排気還流通路に設置され、この通路の排気流量を制御する第２の排気還流制御弁と、第１の排気還流制御弁の開度及び第２の排気還流制御弁の開度を制御するコントローラとを含んで構成される。本発明に係る装置は、還流させる排気の通路をコントローラにより切り換え、吸入空気の過剰率が所定値以上となるときは、第２の排気還流制御弁を閉じて第１の排気還流通路により排気を還流させ、吸入空気の過剰率がこの値未満となるときは、第１の排気還流制御弁を閉じて第２の排気還流通路により排気を還流させる。

本発明によれば、第１及び第２のいずれの排気還流通路によるかを吸入空気の過剰率に応じて決定し、吸入空気の過剰率が高く、排気のディポジット成分が少ないときに第１の排気還流通路により排気を還流させ、吸入空気の過剰率が低く、排気のディポジット成分が多いときに第２の排気還流通路により排気を還流させる。このため、排気のディポジット成分が少ないときは、比較的短い第１の排気還流通路により的確な量の排気を還流させることができ、ディポジット成分が多いときは、排気処理装置によりディポジット成分を除去又は浄化した後の排気を還流させ、排気還流制御弁等の作動不良の発生を防止することができる。

以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る車載ディーゼルエンジン（以下「エンジン」という。）１の構成を示している。
吸気通路１１の導入部には、図示しないエアクリーナが取り付けられており、エアクリーナにより吸入空気中の粉塵が除去される。吸気通路１１には、可変ノズル型のターボチャージャ１２のコンプレッサ１２ａが介装されており、コンプレッサ１２ａにより吸入空気が圧縮されて送り出される。コンプレッサ１２ａの下流には、インタークーラ１３が設置されており、インタークーラ１３により圧縮された吸入空気が冷却される。インタークーラ１３を通過した吸入空気は、サージタンク１４に流入し、マニホールド部で各気筒に分配される。サージタンク１４の上流には、吸気絞り弁１５が設置されている。吸気絞り弁１５は、アクチュエータ１５１により開度が制御され、アクチュエータ１５１は、後述するコントローラとしての電子制御ユニット４１からの信号に応じて作動する。

エンジン本体において、シリンダヘッドには、インジェクタ２１が気筒毎に設置されている。インジェクタ２１は、電子制御ユニット４１からの信号に応じて作動する。図示しない燃料ポンプにより送り出された燃料は、コモンレール２２を介してインジェクタ２１に供給され、インジェクタ２１により燃焼室内に噴射される。インジェクタ２１による噴射は、複数回に分けて行われる。インジェクタ２１による噴射には、動力を発生させるためのメイン噴射と、メイン噴射よりも遅角させて行われるポスト噴射とが含まれる。ポスト噴射の実施により排気温度が上昇する。

排気通路３１には、マニホールド部の下流にターボチャージャ１２のタービン１２ｂが介装されている。排気によりタービン１２ｂが駆動されることで、コンプレッサ１２ａが回転する。タービン１２ｂの可動ベーン１２１は、アクチュエータ１２２と接続されており、アクチュエータ１２２により角度が制御される。タービン１２ｂの下流には、上流側から順に酸化触媒３２、ＮＯｘトラップ触媒３３及びディーゼルパティキュレートフィルタ３４が設置されている。酸化触媒３２は、貴金属を担持しており、排気中のＨＣ及び一酸化炭素（以下「ＣＯ」という。）を浄化する。ＮＯｘトラップ触媒３３は、排気の空燃比に応じて性質を異にし、排気の空燃比がリーンであるときに排気中のＮＯｘをトラップし、これがリッチであるときにトラップしているＮＯｘを放出する。ＮＯｘは、放出される際に排気に含まれるＨＣ等の還元剤により浄化される。ＮＯｘトラップ触媒３３は、ＮＯｘ以外に排気に含まれる硫黄分もトラップする。ディーゼルパティキュレートフィルタ３４は、セラミック等を素材とした多孔質のフィルタエレメントを含んで構成される。排気がフィルタエレメントによりろ過され、排気からパティキュレートが除去される。

また、排気通路３１は、２つのＥＧＲ管３５，３６により吸気通路１１と接続されている。第１のＥＧＲ管３５は、ターボチャージャ１２のタービン１２ｂよりも上流側の排気通路３１ａと、サージタンク１４とを接続しており、第１の排気還流通路を形成する。第２のＥＧＲ管３６は、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４よりも下流側の排気通路３１ｂと、ターボチャージャ１２のコンプレッサ１２ａよりも上流側の吸気通路１１ａとを接続しており、第２の排気還流通路を形成する。第１のＥＧＲ管３５には、第１の排気還流制御弁（以下「第１のＥＧＲ弁」という。）３７が介装されている。第１のＥＧＲ弁３７は、アクチュエータ３７１に接続されており、アクチュエータ３７１により開度が制御される。第２のＥＧＲ管３６には、第２の排気還流制御弁（以下「第２のＥＧＲ弁」という。）３８が介装されている。第２のＥＧＲ弁３８は、アクチュエータ３８１に接続されており、アクチュエータ３８１により開度が制御される。

排気通路３１において、酸化触媒３２の上流には、吸入空気の過剰率（以下「空気過剰率」という。）λを検出するための酸素センサ５１が設置されている。本実施形態に関し、この酸素センサ５１は、排気のＨＣ濃度を検出するＨＣセンサ６１又は排気のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ６２で代用することができる。ＨＣセンサ６１は、酸化触媒３２の上流に設置し、ＮＯｘセンサ６２は、酸化触媒３２とＮＯｘトラップ触媒３３との間に設置する。ＮＯｘセンサ６２の出力からエンジン１のスモーク排出量の多少を判断することができる。これら排気のＨＣ濃度及びエンジン１のスモーク排出量は、吸入空気の過剰率に相関する量である。ＮＯｘトラップ触媒３３とディーゼルパティキュレートフィルタ３４との間には、エンジン１の背圧Ｐｅｘｈを検出するための圧力センサ５２が設置されている。ＮＯｘトラップ触媒３３には、ＮＯｘトラップ触媒３３のベッド温度（以下「触媒温度」という。）Ｔｎｏｘを検出するための温度センサ５３が設置されている。ディーゼルパティキュレートフィルタ３４には、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４のベッド温度（以下「フィルタ温度」という。）Ｔｄｐｆを検出するための温度センサ５４が設置されている。また、外気の空気圧力Ｐａを検出するための圧力センサ５５、クランク角センサ５６及びアクセルセンサ５７が設置されている。各センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という。）４１に入力される。ＥＣＵ４１は、クランク角センサ５６の出力に基づいてエンジン回転数Ｎｅを演算し、アクセルセンサ５７の出力に基づいてアクセル開度ＡＰＯを演算する。

以下に、ＥＣＵ４１の動作をフローチャートにより説明する。
図２は、再生判定ルーチンのフローチャートを示している。
Ｓ１０１では、エンジン回転数Ｎｅ、メイン噴射による燃料噴射量（以下「メイン噴射量」という。）Ｑｍ及び排気圧力Ｐｅｘｈを読み込む。メイン噴射量Ｑｍは、別に設けられる燃料噴射量演算ルーチンにおいて、エンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度ＡＰＯに応じた値に設定される。

Ｓ１０２では、ＮＯｘトラップ量ＮＯＸを検出する。ＮＯｘトラップ量ＮＯＸは、ＮＯｘトラップ触媒３３にトラップされているＮＯｘの量であり、エンジン回転数Ｎｅの積算値として下式（１）により算出する。符号ｎ−１は、このルーチンを前回に実行した際に算出した値であることを示し、Δｔは、このルーチンの実行周期を示す。ＮＯｘトラップ量ＮＯＸは、自動車がある一定の距離を走行するたびに所定量ずつ加算する方法で算出することもできる。

ＮＯＸ＝ＮＯＸ_n-1＋Ｎｅ×Δｔ ・・・（１）
Ｓ１０３では、硫黄分トラップ量ＳＯＸを検出する。硫黄分トラップ量ＳＯＸは、ＮＯｘトラップ触媒３３にトラップされている硫黄分の量であり、ＮＯｘトラップ量ＮＯＸと同様に、エンジン回転数Ｎｅの積算値として下式（２）により算出する。
ＳＯＸ＝ＳＯＸ_n-1＋Ｎｅ×Δｔ ・・・（２）
Ｓ１０４では、パティキュレート堆積量ＰＭを検出する。パティキュレート堆積量ＰＭは、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４に堆積しているパティキュレートの量であり、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４の上流における排気圧力Ｐｅｘｈで近似する。パティキュレート堆積量ＰＭは、エンジン回転数Ｎｅや走行距離に基づいてエンジン１から単位時間当たりに排出されるパティキュレートの量を演算し、これを積算して算出することもできる。

Ｓ１０５では、フラグＦｒｅｇが０であるか否かを判定する。Ｆｒｅｇは、通常は０に設定されており、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４を再生させるＰＭ再生を行う時期に至ったものと判定されたときに１に切り換えられる。Ｆｒｅｇが０であるときは、Ｓ１０６へ進み、０でないときは、図６に示すフローチャートのＳ３０１へ進む。
Ｓ１０６では、フラグＦｄｅｓｕｌが０であるか否かを判定する。Ｆｄｅｓｕｌは、通常は０に設定されており、ＮＯｘトラップ触媒３３からトラップしている硫黄分を放出させる被毒解除を行う時期に至ったものと判定されたときに１に切り換えられる。Ｆｄｅｓｕｌが０であるときは、Ｓ１０７へ進み、０でないときは、図１０に示すフローチャートのＳ４０１へ進む。

Ｓ１０７では、フラグＦｓｐが０であるか否かを判定する。Ｆｓｐは、通常は０に設定されており、ＮＯｘトラップ触媒３３からトラップしているＮＯｘを放出させるＮＯｘ再生を行う時期に至ったものと判定されたときに１に切り換えられる。Ｆｓｐが０であるときは、Ｓ１０８へ進み、０でないときは、図１１に示すフローチャートのＳ５０１へ進む。

Ｓ１０８では、フラグＦｒｅｃが０であるか否かを判定する。Ｆｒｅｃは、通常は０に設定されており、ＰＭ再生又は被毒解除が終了したときに一時的に１に切り換えられる。Ｆｒｅｃが０であるときは、Ｓ１０９へ進み、０でないときは、図１２に示すフローチャートのＳ６０１へ進む。
Ｓ１０９では、パティキュレート堆積量ＰＭが規定量ＰＭ１に達したか否かを判定する。この判定は、規定量ＰＭ１のパティキュレートが堆積したときに運転状態に応じて得られるエンジン１の背圧Ｐｅｘｈ１と、圧力センサ５２により検出された排気圧力Ｐｅｘｈとの比較により行う。Ｐｅｘｈ１は、エンジン回転数Ｎｅ及びメイン噴射量Ｑｍにより図３に示すマップを検索して算出し、エンジン回転数Ｎｅが高く、かつメイン噴射量Ｑｍが多いときほど大きな値に設定される。排気圧力ＰｅｘｈがＰｅｘｈ１以上であり、パティキュレート堆積量ＰＭがＰＭ１に達したものと判定したときは、図１４に示すフローチャートのＳ７０１へ進み、達していないときは、Ｓ１１０へ進む。ＰＭ再生が不要に繰り返されることを防止するため、前回に行われたＰＭ再生が終了してからの累積走行距離を演算し、これが所定距離に達していることを前提としてもよい。図１４に示すフローチャートのＳ７０１では、ＰＭ再生を行う時期に至ったものとして、フラグＦｒｅｇを１に設定する。

Ｓ１１０では、硫黄分トラップ量ＳＯＸが所定量ＳＯＸ１に達したか否かを判定する。ＳＯＸ１に達したときは、図１５に示すフローチャートのＳ８０１へ進み、達していないときは、Ｓ１１１へ進む。図１５に示すフローチャートのＳ８０１では、被毒解除を行う時期に至ったものとして、フラグＦｄｅｓｕｌを１に設定する。
Ｓ１１１では、ＮＯｘトラップ量ＮＯＸが所定量ＮＯＸ１に達したか否かを判定する。ＮＯＸ１に達したときは、図１６に示すフローチャートのＳ９０１へ進み、達していないときは、このルーチンをリターンする。図１６に示すフローチャートのＳ９０１では、ＮＯｘ再生を行う時期に至ったものとして、フラグＦｓｐを１に設定する。

図４は、排気還流制御ルーチンのフローチャートである。
Ｓ２０１では、エンジン回転数Ｎｅ、メイン噴射量Ｑｍ、空気過剰率λ及び空気圧力Ｐａを読み込む。
Ｓ２０２では、目標ＥＧＲ率ｔＲｅｇｒを演算する。目標ＥＧＲ率ｔＲｅｇｒの演算は、読み込んだＮｅ及びＱｍにより図５に示すマップを検索して目標ＥＧＲ率基本値ｔＲｅｇｒ０を算出し、算出したｔＲｅｇｒ０を空気圧力Ｐａに応じて補正することにより行う。目標ＥＧＲ率基本値ｔＲｅｇｒ０は、エンジン回転数Ｎｅが低く、かつメイン噴射量Ｑｍが少ないときほど大きな値に設定される。また、目標ＥＧＲ率基本値ｔＲｅｇｒ０の補正は、空気圧力Ｐａが低いときほど大きな値の係数を乗算することにより行う。結果として、目標ＥＧＲ率ｔＲｅｇｒは、空気圧力Ｐａが低いときほど大きな値として算出される。なお、空気圧力Ｐａは、外気の空気密度を示す指標として検出されるものであり、そのような指標として他のパラメータが採用されてもよい。

Ｓ２０３では、空気過剰率λが所定値λ１以上であるか否かを判定する。所定値λ１は、ＨＣやパティキュレートといった排気のディポジット成分が多いか、少ないかを判別するための値として、たとえば１．３に設定される。空気過剰率λがλ１以上であるときは、排気のディポジット成分が少ないものとしてＳ２０４へ進み、空気過剰率λがλ１未満であるときは、排気のディポジット成分が多いものとしてＳ２０６へ進む。なお、酸素センサ５１をＨＣセンサ６１又はＮＯｘセンサ６２で代用した場合は、ＨＣセンサ６１により所定値以上のＨＣ濃度が検出されたときに排気のディポジット成分が多いものと判定し、ＮＯｘセンサ６２により所定値以下のＮＯｘ濃度が検出され、エンジン１のスモーク排出量が所定値以上であると判断されるときに排気のディポジット成分が多いものと判定する。また、空気過剰率λ、ＨＣ濃度及びスモーク排出量のうち複数を組み合わせて排気のディポジット成分の多少を判別してもよい。

Ｓ２０４では、目標ＥＧＲ率ｔＲｅｇｒに基づいて第１のＥＧＲ弁３７の目標開度（以下「第１の目標ＥＧＲ弁開度」という。）ｔＡｅｇｒ１を演算する。第１の目標ＥＧＲ弁開度ｔＡｅｇｒ１の演算は、目標ＥＧＲ率ｔＲｅｇｒと目標吸入空気量ｔＱａｃとを乗算して目標ＥＧＲガス量ｔＱｅｇｒを算出し、算出したｔＱｅｇｒを達成するためのＥＧＲ弁開度を第１の目標ＥＧＲ弁開度ｔＡｅｇｒ１として算出することにより行う。なお、このステップにおいて、第２のＥＧＲ弁３８の目標開度ｔＡｅｇｒ２は、０に設定される。

Ｓ２０５では、第１の目標ＥＧＲ弁開度ｔＡｅｇｒ１に対応する第１のＥＧＲ弁３７の目標ステップＳＴＥＰ１を算出し、算出したＳＴＥＰ１をアクチュエータ３７１に出力する。
Ｓ２０６では、所定値λ１未満の空気過剰率λが継続して所定時間ｔｓｌ以上検出されたか否かを判定する。そのようなλが検出されたときは、Ｓ２０７へ進み、検出されないうちは、Ｓ２０４へ進む。

Ｓ２０７では、目標ＥＧＲ率ｔＲｅｇｒに基づいて第１の目標ＥＧＲ弁開度ｔＡｅｇｒ１と同様に第２のＥＧＲ弁３８の目標開度（以下「第２の目標ＥＧＲ弁開度」という。）ｔＡｅｇｒ２を演算する。なお、このステップにおいて、第１の目標ＥＧＲ弁開度ｔＡｅｇｒ１は、０に設定される。
Ｓ２０８では、第２の目標ＥＧＲ弁開度ｔＡｅｇｒ２に対応する第２のＥＧＲ弁３８の目標ステップＳＴＥＰ２を算出し、算出したＳＴＥＰ２をアクチュエータ３８１に出力する。

図６は、ＰＭ再生ルーチンのフローチャートを示している。ディーゼルパティキュレートフィルタ３４の再生は、排気温度を上昇させ、堆積しているパティキュレートを燃焼させることによる。本実施形態では、インジェクタ２１によりポスト噴射を行い、排気温度を上昇させる。これによりディーゼルパティキュレートフィルタ３４の温度がパティキュレートを燃焼させることのできる温度に上昇する。

Ｓ３０１では、フィルタ温度Ｔｄｐｆを読み込む。
Ｓ３０２では、空気過剰率λをディーゼルパティキュレートフィルタ３４に堆積しているパティキュレートの量に応じた値ｔλｒｅｇに制御する。空気過剰率λは、吸気絞り弁１５及びＥＧＲ弁３７，３８（本実施形態では、第２のＥＧＲ弁３８による。）を作動させて制御する。ＥＣＵ４１は、パティキュレート堆積量ＰＭにより図７に示すテーブルを検索し、ＰＭ再生時における目標空気過剰率ｔλｒｅｇ（＝１〜１．３）を算出する。目標空気過剰率ｔλｒｅｇは、パティキュレート堆積量ＰＭが多いときほど小さな値に設定される。ＥＣＵ４１は、エンジン回転数Ｎｅ及びメイン噴射量Ｑｍにより図８に示すマップを検索し、ストイキに相当する空気過剰率を与える基準吸入空気量ｔＱａｃ０を読み出す。読み出したｔＱａｃ０と目標空気過剰率ｔλｒｅｇとを乗算してＰＭ再生時における目標吸入空気量ｔＱａｃを算出し、吸気絞り弁１５を算出したｔＱａｃに応じた開度に制御する。実際の空気過剰率λのｔλｒｅｇに対するズレは、酸素センサ５１の出力をフィードバックして第２のＥＧＲ弁３８の開度を制御することにより調整する。

Ｓ３０３では、フィルタ温度Ｔｄｐｆが目標範囲の下限Ｔ１以上であるか否かを判定する。Ｔ１以上であるときは、Ｓ３０４へ進み、Ｔ１よりも低いときは、Ｓ３０９へ進む。Ｓ３０９では、ポスト噴射による燃料噴射量（以下「ポスト噴射量」という。）を所定量増加させ、排気温度を上昇させる。ＥＣＵ４１は、エンジン回転数Ｎｅ及びメイン噴射量Ｑｍにより図９に示すマップを検索してポスト噴射量の補正値ΔＰＯＳＴを算出し、ポスト噴射量に加算する。ポスト噴射量が変化すると、排気の空燃比が変化し、目標空気過剰率ｔλｒｅｇから実質的に乖離する。ＥＣＵ４１は、吸気絞り弁１５を作動させて空気過剰率λを調整し、フィルタ温度Ｔｄｐｆの変化を抑制する。

Ｓ３０４では、フィルタ温度Ｔｄｐｆが目標範囲の上限Ｔ２以下であるか否かを判定する。Ｔ２以下であるときは、Ｓ３０５へ進み、Ｔ２よりも高いときは、Ｓ３１０へ進む。Ｓ３１０では、前述同様にポスト噴射量の補正値ΔＰＯＳＴを設定し、これをポスト噴射量から減算して排気温度を低下させる。
Ｓ３０５では、Ｓ３０９又はＳ３１０により補正した噴射量によるポスト噴射を実施した後、所定時間ｔ１が経過したか否かを判定する。ｔ１が経過したときは、Ｓ３０６へ進み、ｔ１が経過していないときは、このルーチンをリターンする。ポスト噴射の実施から所定時間ｔ１が経過するまでの間にパティキュレートが焼却される。

Ｓ３０６では、ＰＭ再生が終了したものと判断し、ポスト噴射を停止し、排気温度を通常温度に復帰させる。
Ｓ３０７では、フラグＦｒｅｇを０に設定するとともに、パティキュレート堆積量ＰＭを０に設定する。
Ｓ３０８では、フラグＦｒｅｃを１に設定し、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４の故障を回避するのための制御を行う。パティキュレートに燃え残りが存在するときは、空気過剰率λを即時に通常値に復帰させたとすると、この燃え残りが急速に燃焼し、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４に過大な熱負荷をかけ、故障を来すおそれがあるためである。

図１０は、被毒解除ルーチンのフローチャートを示している。
Ｓ４０１では、触媒温度Ｔｎｏｘを読み込む。
Ｓ４０２では、空気過剰率λをストイキに制御する。空気過剰率λは、吸気絞り弁１５及び第２のＥＧＲ弁３８を作動させて制御する。ＥＣＵ４１は、図８に示すマップを検索してストイキに相当する空気過剰率を与える目標吸入空気量ｔＱａｃ（＝ｔＱａｃ０）を算出し、これが達成されるように吸気絞り弁１５を制御する。

Ｓ４０３では、触媒温度Ｔｎｏｘが所定温度Ｔ３以上であるか否かを判定する。ＮＯｘトラップ触媒３３からトラップしている硫黄分を放出させるには、排気中の還元剤を増加させてＮＯｘトラップ触媒内に還元雰囲気を形成するだけでなく、ＮＯｘトラップ触媒３３を加熱し、硫黄分の分解を促す必要がある。触媒成分として、たとえばＢａ系のものを用いたＮＯｘトラップ触媒３３では、６００℃以上の温度に加熱する。触媒温度ＴｎｏｘがＴ３以上であるときは、Ｓ４０４ヘ進み、Ｔ３よりも低いときは、Ｓ４０８ヘ進む。Ｓ４０８では、インジェクタ２１によりポスト噴射を行い、排気温度を上昇させる。ポスト噴射の実施により空気過剰率λが変化するが、ＥＣＵ４１は、吸気絞り弁１５を作動させ、吸入空気量を調節することによりこの変化を補償する。

Ｓ４０４では、ポスト噴射を実施した後、所定時間ｔ２が経過したか否かを判定する。ｔ２が経過したときは、Ｓ４０５へ進み、ｔ２が経過していないときは、このルーチンをリターンする。ポスト噴射の実施から所定時間ｔ２が経過するまでの間に硫黄分が分解され、放出される。硫黄分は、放出される際に排気中の還元剤により浄化される。
Ｓ４０５では、被毒解除が終了したものと判断して空気過剰率λを通常値に復帰させるとともに、フラグＦｄｅｓｕｌを０に設定し、硫黄分トラップ量ＳＯＸを０に設定する。

Ｓ４０６では、ＮＯｘトラップ量ＮＯＸを０に設定する。被毒解除を行うことにより空気過剰率λがストイキに制御されると、硫黄分とともにＮＯｘも放出され、ＮＯｘ再生が同時に行われるためである。
Ｓ４０７では、フラグＦｒｅｃを１に設定する。被毒解除が終了した時点の高温下で空気過剰率λを即時に通常値に復帰させたとすると、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４に堆積しているパティキュレートが急速に燃焼し、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４に過大な熱負荷をかけるおそれがあるためである。

図１１は、ＮＯｘ再生ルーチンのフローチャートを示している。
Ｓ５０１では、空気過剰率λをＮＯｘ再生のために設定された目標空気過剰率ｔλｓｐに制御する。ＮＯｘ再生時における目標空気過剰率ｔλａｐは、リッチを示すものとして、たとえば０．９に設定される。
Ｓ５０２では、ＮＯｘ再生を開始した後、所定時間ｔ３が経過したか否かを判定する。ｔ３が経過したときは、Ｓ５０３へ進み、ｔ３が経過していないときは、このルーチンをリターンする。所定時間ｔ３が経過するまでにトラップされているＮＯｘが分解され、ＮＯｘトラップ触媒３３から放出される。ＮＯｘは、放出される際に排気中の還元剤により浄化される。

Ｓ５０３は、ＮＯｘ再生が終了したものと判断して空気過剰率λを通常値に復帰させるとともに、フラグＦｓｐを０に設定し、ＮＯｘトラップ量ＮＯＸを０に設定する。
図１２は、故障回避ルーチンのフローチャートを示している。
Ｓ６０１では、フィルタ温度Ｔｄｐｆを読み込む。
Ｓ６０２では、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４が高温であり、燃え残りのパティキュレートが急速に燃焼することを防止するため、空気過剰率λを故障回避時における目標空気過剰率ｔλｒｅｃに制御する。目標空気過剰率ｔλｒｅｃは、１．４以下のリーンを示す値に設定する。ＥＣＵ４１は、エンジン回転数Ｎｅ及びメイン噴射量Ｑｍにより図１３に示すマップを検索し、目標吸入空気量ｔＱａｃを設定する。酸素センサ５１の出力をフィードバックさせ、目標空気過剰率ｔλｒｅｃを達成する。

Ｓ６０３では、フィルタ温度Ｔｄｐｆが所定温度Ｔ４以下であるか否かを判定する。Ｔ４以下であるときは、Ｓ６０４へ進み、Ｔ４よりも高いときは、このルーチンをリターンする。
Ｓ６０４では、燃え残りのパティキュレートが急速に燃焼するおそれが解除されたものと判断して空気過剰率λを通常値に復帰させるとともに、フラグＦｒｅｃを０に設定する。

本実施形態では、図４に示すフローチャートのＳ２０１の空気過剰率λを読み込む機能が空気過剰率検出手段を、同ステップのエンジン回転数Ｎｅ、メイン噴射量Ｑｍ及び空気圧力Ｐａを読み込む機能が運転状態検出手段を構成する。また、図４に示すフローチャートのＳ２０３〜２０８が開度制御手段を構成する。
本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。

第１に、本実施形態では、目標ＥＧＲ率ｔＲｅｇｒを達成するに際し、空気過剰率λが所定値λ１以上であるときは、第１のＥＧＲ管３５を介して排気を還流させ、空気過剰率λがこの値未満であるときは、第２のＥＧＲ管３６を介して排気を還流させることとした。これにより空気過剰率λが高く、排気のディポジット成分が少ないときは、比較的短い第１のＥＧＲ管３５を介することにより目標ＥＧＲ率ｔＲｅｇｒを精度よく達成することができる。他方、空気過剰率λが低く、排気のディポジット成分が多いときは、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４によりディポジット成分が除去された後の排気が還流されることになるので、ＥＧＲ弁３７，３８及び吸気弁へのディポジット成分の付着を防止することができる。

第２に、本実施形態では、目標ＥＧＲ率ｔＲｅｇｒを外気の空気圧力Ｐａに応じて補正することとした。これによりエンジン１から排出されるＮＯｘの量を減少させることができるが、同時にエンジン１から排出されるパティキュレートの量が増加する。本実施形態によれば、このようなパティキュレート排出量の増加に対し、ディーゼルパティキュレートフィルタ３４の下流で開口する第２のＥＧＲ管３６を介して排気を還流させることになるので、増加したパティキュレートが排気とともに還流されるのを防止することができる。

第３に、本実施形態では、空気過剰率λが所定値λ１未満である状態が所定時間ｔｓｌ以上継続しているときに限り第２のＥＧＲ管３６を介して排気を還流させることとした（Ｓ２０６）。これにより使用されるＥＧＲ管が頻繁に切り換えられるのを防止し、排気を安定して還流させることができる。
なお、第１のＥＧＲ管３５を介して排気を還流させる第１の状態と、第２のＥＧＲ管３６を介して排気を還流させる第２の状態とを切り換えるときは、両者の状態におけるＥＧＲの応答性の違いを考慮して第１及び第２のＥＧＲ弁３７，３８の開度を制御するとよい。たとえば第１の状態から第２の状態への切り換えでは、図１７に示すように第１のＥＧＲ弁３７の閉速度を第２のＥＧＲ弁３８の開速度よりも遅く設定し、第２のＥＧＲ弁３８が第１のＥＧＲ弁３７よりも早く目標ステップに到達するように設定する。これにより使用されるＥＧＲ管を切り換える際に、目標ＥＧＲ率ｔＲｅｇｒに対するズレが発生するのを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジンの構成 再生判定ルーチンのフローチャート ＮＯｘ再生時期判定値Ｐｅｘｈ１のマップ 排気還流制御ルーチンのフローチャート 目標ＥＧＲ率Ｒｅｇｒのマップ ＰＭ再生ルーチンのフローチャート ＰＭ再生時目標空気過剰率ｔλｒｅｇのテーブル ストイキ運転時目標吸入空気量ｔＱａｃ０のマップ ポスト噴射量補正値ΔＰＯＳＴのマップ 被毒解除ルーチンのフローチャート ＮＯｘ再生ルーチンのフローチャート 故障回避ルーチンのフローチャート 故障回避時目標吸入空気量ｔＱａｃのマップ ＰＭ再生フラグ設定ルーチンのフローチャート 被毒解除フラグ設定ルーチンのフローチャート ＮＯｘ再生フラグ設定ルーチンのフローチャート 排気還流モードの切換時における各ＥＧＲ弁の目標ステップに対する位置の変化

符号の説明

１…ディーゼルエンジン、１１…吸気通路、１２…可変ノズルターボチャージャ、１２ａ…コンプレッサ、１２ｂ…タービン、１４…サージタンク、１５…吸気絞り弁、２１…インジェクタ、２２…コモンレール、３１…排気通路、３２…酸化触媒、３３…ＮＯｘトラップ触媒、３４…ディーゼルパティキュレートフィルタ、３５…第１のＥＧＲ管、３６…第２のＥＧＲ管、３７…第１のＥＧＲ弁、３８…第２のＥＧＲ弁、４１…電子制御ユニット、５１…酸素センサ、５２…排気圧力センサ、５３…触媒温度センサ、５４…フィルタ温度センサ、５５…空気圧力センサ、５６…クランク角センサ、５７…アクセルセンサ、６１…ＨＣセンサ、６２…ＮＯｘセンサ。

Claims (14)

1. ターボチャージャと、
   ターボチャージャのコンプレッサよりも下流側の吸気通路に設置された吸気絞り弁と、
   ターボチャージャのタービンよりも下流側の排気通路に設置され、排気の特定成分を除去又は浄化する排気処理装置と、を備えるエンジンに設けられ、
   ターボチャージャのタービンよりも上流側の排気通路と、吸気絞り弁よりも下流側の吸気通路とを連通させる第１の排気還流通路と、
   排気処理装置よりも下流側の排気通路と、ターボチャージャのコンプレッサよりも上流側の吸気通路とを連通させる第２の排気還流通路と、
   第１の排気還流通路に設置され、この通路の排気流量を制御する第１の排気還流制御弁と、
   第２の排気還流通路に設置され、この通路の排気流量を制御する第２の排気還流制御弁と、
   第１の排気還流制御弁の開度及び第２の排気還流制御弁の開度を制御するコントローラと、を含んで構成され、
   還流させる排気の通路がコントローラにより切り換えられ、吸入空気の過剰率が所定値以上となるときは、第２の排気還流制御弁が閉じて第１の排気還流通路により排気を還流させ、吸入空気の過剰率がこの値未満となるときは、第１の排気還流制御弁が閉じて第２の排気還流通路により排気を還流させるエンジンの排気還流装置。
2. ターボチャージャと、
   ターボチャージャのコンプレッサよりも下流側の吸気通路に設置された吸気絞り弁と、
   ターボチャージャのタービンよりも下流側の排気通路に設置され、排気の特定成分を除去又は浄化する排気処理装置と、を備えるエンジンに設けられ、
   ターボチャージャのタービンよりも上流側の排気通路と、吸気絞り弁よりも下流側の吸気通路とを連通させる第１の排気還流通路と、
   排気処理装置よりも下流側の排気通路と、ターボチャージャのコンプレッサよりも上流側の吸気通路とを連通させる第２の排気還流通路と、
   第１の排気還流通路に設置され、この通路の排気流量を制御する第１の排気還流制御弁と、
   第２の排気還流通路に設置され、この通路の排気流量を制御する第２の排気還流制御弁と、
   吸入空気の過剰率又はこれに相関する量を空気過剰率として検出する空気過剰率検出手段と、
   検出した空気過剰率に基づいて第１の排気還流制御弁の開度及び第２の排気還流制御弁の開度を制御する開度制御手段と、を含んで構成されるエンジンの排気還流装置。
3. 排気還流モードとして、第１の排気還流通路により排気を還流させる第１の排気還流モードと、第２の排気還流通路により排気を還流させる第２の排気還流モードとが設定され、
   開度制御手段は、検出した空気過剰率に応じて第１の排気還流モードと、第２の排気還流モードとの間で排気還流モードを切り換え、選択した排気還流モードに応じて第１及び第２の排気還流制御弁の開度を制御する請求項２に記載のエンジンの排気還流装置。
4. 開度制御手段は、検出した空気過剰率により吸入空気の過剰率が所定値以上であると判断されるときに第１の排気還流モードを選択し、検出した空気過剰率により吸入空気の過剰率がこの値未満であると判断されるときに第２の排気還流モードを選択する請求項３に記載のエンジンの排気還流装置。
5. 前記所定値が１．３である請求項４に記載のエンジンの排気還流装置。
6. 開度制御手段は、吸入空気の過剰率が継続して所定時間以上、前記所定値未満であるときに第２の排気還流モードを選択する請求項４又は５に記載のエンジンの排気還流装置。
7. エンジンの運転状態又は運転条件を検出する運転状態検出手段を更に含んで構成され、
   開度制御手段は、各排気還流モードにおいて、第１及び第２の排気還流制御弁の開度を検出したエンジンの運転状態又は運転条件に応じた開度に制御する請求項２〜６のいずれかに記載のエンジンの排気還流装置。
8. エンジンの運転条件として外気の空気密度を含む請求項７に記載のエンジンの排気還流装置。
9. 運転状態検出手段は、空気密度を示す指標として空気圧力を検出する請求項８に記載のエンジンの排気還流装置。
10. 空気過剰率検出手段は、前記過剰率に相関する量として排気のＨＣ濃度を検出する請求項２〜９のいずれかに記載のエンジンの排気還流装置。
11. 空気過剰率検出手段は、前記過剰率に相関する量としてエンジンのスモーク排出量を検出する請求項２〜９のいずれかに記載のエンジンの排気還流装置。
12. 排気処理装置としてパティキュレートフィルタを備えるエンジンに設けられる請求項２〜１１のいずれかに記載のエンジンの排気還流装置。
13. 排気処理装置としてパティキュレートフィルタに加え、パティキュレートフィルタよりも上流側の排気通路に設置されたＮＯｘトラップ触媒を備えるエンジンに設けられる請求項１２に記載のエンジンの排気還流装置。
14. ディーゼルエンジンに設けられる請求項２〜１３のいずれかに記載のエンジンの排気還流装置。

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