JP2005344678A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、エンジン側の制御だけで排ガスを所望の温度に容易に昇温し、高温排気ガスでエンジンの制御装置の機能低下を抑制する処理をＥＧＲ装置が熱害を受けることなく、実施できるエンジンの制御装置を提供することにある。
【解決手段】排気通路Ｅｘと吸気通路Ｉとを接続し冷却器２８を備えた第１ＥＧＲ通路１８と、第１ＥＧＲ通路と並列に配設され冷却器を備えない第２ＥＧＲ通路２３と、第１ＥＧＲ通路と第２ＥＧＲ通路とを切換るＥＧＲ弁３４と、排気浄化装置２９と、排ガス温度を上昇させる排ガス温度上昇手段Ａ１と、排気浄化装置の昇温制御を判定する温度上昇制御判定手段Ａ２と、排気浄化装置の昇温制御が必要な場合に排ガス温度上昇手段Ａ１を作動させると共にＥＧＲ弁３４（２４）を駆動させて第１ＥＧＲ通路を閉鎖し第２のＥＧＲ通路にＥＧＲガスを導入する制御手段Ａ３とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの排気浄化装置に関し、特に、排気浄化装置の再生処理にかかわるエンジンの制御装置に関する。

従来、エンジンはその排気を無害化して排出するため、排気路に各エンジンの排出する排気ガス特性に応じた排気ガス処理装置であるフィルタや触媒等を装着し、更に、排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）により排気ガスを燃焼室に還流させてＮＯｘの排出を抑制する等の各種方法を採用している。

例えば、特開２００２−３０９９８７号公報（特許文献１）に開示のエンジンの排気脱硝装置では、エンジンの排気通路にＮＯｘ吸収剤を配置すると共に、流れる排気ガスを燃焼室に還流させる排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）を設けている。ＮＯｘ吸収剤は通常状態ではＮＯｘを吸収し、排ガスの空燃比がリッチになるとＮＯｘを放出し、ＣＯ及びＨＣによりＮＯｘを還元する。排ガスの空燃比をリッチにするときには、ＥＧＲ制御弁を開弁して排気を再循環させ、吸入空気量を減少させると共に、噴射燃料を増大させて空燃比をリッチにし、同時に、エンジン出力トルクが変化しないように、燃料噴射量をさらに増量するようにしてリッチ運転を促進している。ここでのＥＧＲ装置は互いに並列配備される一対のＥＧＲ通路を設け、通常運転時の少量ＥＧＲ制御と、大流量でのＥＧＲ制御をそれぞれ実施することで、ＮＯｘの排出量の低減と、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の還元処理時のリッチ運転を低抵抗で行えるようにしている。これによって、特許文献１の技術では、ＥＧＲ運転域の拡大と大量ＥＧＲを用いてのエンジンからの排出ＮＯｘを減らすことを可能とし、ＮＯｘ吸蔵触媒の小型化を容易に図れるようにしている。

特開２００２−３０９９８７号公報

このように、特許文献１の技術では通常使用の小流量のＥＧＲ経路に加えて、リッチ運転時用の大型ＥＧＲバルブを用いた大流量のバイパス経路を併用し、大量ＥＧＲを用いてエンジンからの排出ＮＯｘを減らすことにより、ＮＯｘ吸蔵触媒の小型化を図っている。
しかし、特許文献１では吸蔵したＮＯｘを還元する際にＥＧＲ増大制御、吸気絞り弁の閉制御、タービン通路の絞り制御を実施しているが、このようなリッチ運転処理ではリッチ化には有効であるが、排気ガス温度の大きな上昇は達成されない。

このため、エンジンの制御装置の機能低下を抑制する処理、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の硫黄被毒によるＮＯｘ吸蔵性能の低下を防止するために行うＳパージにおいて、十分な高温排気ガス（触媒温度：６００℃以上）によるリッチ雰囲気下での触媒より硫黄をとばす処理が必要であるような場合、排気ガス温度の昇温が十分でなく、特許文献１の技術ではＳパージに採用することはきない。また、特許文献１の技術ではＳパージを考慮しての高温ＥＧＲガスの還流を考慮していないので、エンジン、特に、ＥＧＲ装置自体の熱害を回避することもできない。

本発明は以上のような課題に基づきなされたもので、目的とするところは、昇温制御時にＥＧＲ装置の熱害を回避しながら、排気浄化装置をエンジン側の制御だけで所望の温度に容易に昇温し、高温排ガスでエンジンの制御装置の機能低下を抑制する処理を容易に実施できるエンジンの制御装置を提供することにある。

この発明の請求項１に係るエンジンの制御装置は、エンジンの排気通路と吸気通路とを接続し流通するガスを冷却する冷却器を備えた第１のＥＧＲ通路と、上記第１のＥＧＲ通路と並列に配設されＥＧＲクーラーを備えない第２のＥＧＲ通路と、ＥＧＲガスの流通を上記第１のＥＧＲ通路と第２のＥＧＲ通路とを切換可能に配置されたＥＧＲ弁と、エンジンの排気通路に配置された排気浄化装置と、エンジンから排出される排ガス温度を上昇させる排ガス温度上昇手段と、上記排気浄化装置の昇温制御を要するか否かを判定する温度上昇制御判定手段と、温度上昇制御判定手段により排気浄化装置の昇温制御が必要と判定された場合に、排ガス温度上昇手段を作動させると共に上記ＥＧＲ弁を駆動させて第１のＥＧＲ通路を閉鎖し第２のＥＧＲ通路にＥＧＲガスを導入する制御手段と、を具備することを特徴とする。

この発明の請求項２は請求項１記載のエンジンの制御装置において、排ガス温度上昇手段は、吸気通路に介装された吸気絞り弁を閉作動させる手段と、燃料噴射装置により噴射される燃料の噴射時期の遅角と噴射量の増量とを行う燃料噴射制御手段と、可変容量過給機のタービン入口面積を減少させる過給機制御手段を有することを特徴とする。

この発明の請求項３は請求項２記載のエンジンの制御装置において、上記燃料噴射制御手段が主燃料噴射の噴射時期を遅角させるとともに当該主燃料噴射に先立ち燃料の噴射を行うパイロット噴射を実施することを特徴とする。

この発明の請求項４は請求項１乃至請求項３記載のエンジンの制御装置において、上記排気浄化装置は排ガスの空燃比がリーン状態の時にＮＯｘを吸蔵し、リッチ状態の時にＮＯｘを還元処理するＮＯｘ吸蔵触媒であり、上記温度上昇制御判定出手段は、ＮＯｘ吸蔵触媒に対する硫黄成分の吸蔵量を算出する手段を備え、上記ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＳ成分が所定量に達した場合に昇温制御を要すると判定することを特徴とする。

この発明の請求項５は請求項１乃至請求項３記載のエンジンの制御装置において、上記排気浄化装置が排気中の微粒子を捕集するフィルタであり、上記温度上昇制御判定出手段は、上記フィルタにおける排気微粒子の堆積量を算出する手段を備え、上記フィルタに堆積した排気微粒子が所定量に達した場合に昇温制御を要すると判定することを特徴とする。

この発明の請求項６は請求項１乃至請求項５記載のエンジンの制御装置において、排ガス温度上昇手段にて排気浄化装置上流の排ガス温度を６００〜７００℃の範囲に昇温することを特徴とする。

この発明によれば、昇温制御時にＥＧＲ装置の熱害を回避しながら、排気浄化装置をエンジン側の制御だけで所望の温度に容易に昇温できる。
更に、この発明によれば、排気浄化装置の昇温が可能になるとともに、Ａ／Ｆをリッチ化でき、ＮＯｘ触媒のＳパージに有利となる。また、ＤＰＦの場合は、Ａ／Ｆのリッチ化によりＰＭの過燃焼の抑制が期待できる。
更に、この発明によれば、主噴射を遅角した場合にパイロット噴射することにより、安定した燃焼状態にて、所望の温度まで昇温できる。

更に、この発明によれば、ＮＯｘ吸蔵触媒におけるＳパージをＥＧＲ装置の熱害を防止しながら容易に実施可能となる。
更に、この発明によれば、ＤＰＦの再生をＥＧＲ装置の熱害を防止しながら容易に実施可能となる。
更に、この発明によれば、排気浄化装置上流の排ガス温度を６００〜７００℃の範囲に昇温するので確実に排気浄化装置の再生が可能となる。

以下、本発明の一実施形態としてのエンジンの制御装置を備えたディーゼルエンジン（以後単にエンジンと記す）１を説明する。
エンジン１は直列に４つの燃焼室２を配備し、各燃焼室２には直接燃料を噴射する燃料噴射弁３が設けられている。ここで燃料タンク４の燃料（軽油）は高圧燃料噴射ポンプ５で加圧されてコモンレール６（蓄圧室）に圧送され、コモンレール６から燃料噴射弁３を介し各気筒内に噴射され、これらが燃料噴射装置を構成する。ここでの燃料噴射弁３は後述のＥＣＵ７から出力される燃料制御信号に応じてその燃料噴射量Ｑｎと噴射時期Ｔｎが制御される。

各燃焼室２の一側より延びる不図示の吸気ポートは吸気マニホールド８に連通し、同吸気マニホールド８に過給機１２のコンプレッサ１７を介し吸気路Ｉを形成する給気管９が接続される。この給気管９はエアクリーナ１１より吸入した吸気をコンプレッサ１７で加圧し、コンプレッサ１７からの吸気の吸気量を吸気絞り弁である吸気スロットル弁３３で調整し、吸気の冷却をインタークーラ１３で行ってから吸気マニホールド８に導入している。なお、吸気スロットル弁３３のアクチュエータ３３１は後述のエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）７により駆動制御される。

各燃焼室２の他側より延びる不図示の排気ポートは排気マニホールド１５に連通し、同排気マニホールド１５には過給機１２のタービン２０を介して排気路Ｅｘを形成する排気管１６が接続される。なお、過給機１２はそのタービン２０の外周に環状配備され、アクチュエータ２０１により同時作動される多数の可動翼片（不図示）を備え、多数の可動翼片によりタービン２０が受ける排気ガス流量を可変調整可能な可変容量過給機（ＶＧターボ）としての機能を備える。アクチュエータ２０１は後述のエンジンコントロールユニット７により駆動制御される。

給気管９の吸気マニホールド８近傍部位と、排気マニホールド１５の排気タービン２０の上流側部位のＥＧＲガス取入れ口２１とは、ＥＧＲ装置１０の一対の互いに並列配備される第１、第２排気再循環通路（以後、単に第１、第２ＥＧＲ通路と記す）１８、２３により接続されている。
第１ＥＧＲ通路１８と第２ＥＧＲ通路２３とはＥＧＲガス取入れ口２１に対し、その下流側の分岐部に配備される三方電磁弁である三方ＥＧＲ弁２４（以後単にＥＧＲ弁と記する）を介して並列接続され、給気管９の吸気マニホールド８近傍部位に共に下流端側を合流させるように形成されている。

ＥＧＲ弁２４は後述のエンジンコントロールユニット７により駆動制御され、通常のオフ時にＥＧＲガス取入れ口２１のＥＧＲガスを第１ＥＧＲ通路１８に、オン時に第２ＥＧＲ通路２３に導くように切換え制御される。なお、第１ＥＧＲ通路１８には流路の開口面積を調整可能な後述のエンジンコントロールユニット７により駆動制御される流量制御弁３４（以後単に、流量制御弁と記する）と、再循環ガスクーラ２８とが介装されている。

ＥＧＲ装置１０のＥＧＲガス取入れ口２１より下流に過給機１２のタービン２０が配備され、比較的高温のＥＧＲガスがＥＧＲガス取入れ口２１に流入するように形成されている。
更に、排気管１６には、ＮＯｘの量を検出するＮＯｘセンサ２７と触媒コンバータ２９と不図示のマフラーとがこの順に配設されている。
排気浄化装置である触媒コンバータ２９はそのケーシング２９１内に長手方向に沿ってＮＯｘ吸蔵還元触媒３１と、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以後単にＤＰＦと記す）３２とをこの順に収容する。

ＮＯｘ吸蔵還元触媒３１はその担体３１１がコージェライト製であり、排気を外部に排出する排気路Ｅｘの中心線Ｌ１の方向（軸方向）に連続形成される多数の直状の流通孔である流通路ｒとを有するハニカム構造を成す。担体３１１の各流通路ｒはその両端部が開放され、排気ガスを容易に通過させることができる。同触媒担体３１１の全表面域にはＮＯｘ吸蔵還元触媒３１が離脱不可に担持される。

ここでＮＯｘ吸蔵還元触媒３１は、カリウムＫ、ナトリウムＮａ等のアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、セリウムＣｅのような希土類から選ばれた少なくとも一つの成分と、白金Ｐｔのような貴金属とを担持したものである。ＮＯｘ吸蔵還元触媒３１は流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに、排気中のＮＯｘ（ＮＯ_２、ＮＯ）を吸収し、流入排気ガスがリッチになると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘの吸放出作用を行う。

このようなＮＯｘ吸蔵還元触媒３１は、排気中の酸素濃度が増大すると（すなわち排気の空燃比がリーン空燃比になると）、これら酸素は白金Ｐｔ上で排気中のＮＯｘ（ＮＯが主成分）と酸化反応を起してＮＯ_２が生成される。また、流入排気中のＮＯ_２は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ吸収剤としての酸化バリウムＢａＯと結合しながら吸収剤内に拡散する。このため、リーン雰囲気下では排気中のＮＯｘがＮＯｘ吸蔵還元触媒３１内に吸収されるようになる。

また、流入排気中の酸素濃度が低下すると（すなわち、排気の空燃比が低下すると）、白金Ｐｔ上でのＮＯ_２生成量が減少するため、反応が逆方向に進むようになり、吸収剤内のＮＯｘはＮＯ_２の形でＮＯｘ吸蔵還元触媒３１から放出されるようになる。この場合、排気中にＨＣ、ＣＯ等の成分が存在すると白金Ｐｔ上でこれらの成分によりＮＯ_２がＮ_２に還元される。

本実施形態では、エンジン１はディーゼル機関のため排気は通常リーン空燃比であり、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３１は排気中のＮＯｘを吸収する。しかし、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３１に吸収されたＮＯｘ量が増大すると吸収剤（ＢａＯ等）が飽和してしまい、排気中のＮＯｘを吸収できなくなるので、後述するように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３１に吸収されたＮＯｘ量が飽和する前時期に後述するように強制的にリッチ雰囲気を形成して、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３１からＮＯｘを放出させ、還元浄化するようにしている。また、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３１は燃料中に含まれているＳ成分から生成されるＳＯｘをも吸蔵してしまう性質があり、ＳＯｘの吸蔵量が多くなると触媒の浄化性能が低下してしまうという問題がある。しかし、吸蔵されたＳＯｘは、排ガスがリッチ状態で、且つ高温担状態にすることで除去できることが分かっている。

ここで、ＤＰＦ３２はその担体３２１が多孔質の炭化珪素製でフィルタとして製作され、多数の貫通孔ｒｓが形成され、断面がハニカム構造を成している。担体３２１の各貫通孔ｒｓは中心線Ｌ１の方向の一端または他端のうち一方がプラグｒｐにより閉塞されており、一端が閉塞された貫通孔ｒｓ１と他端が閉塞された貫通孔ｒｓ２とが交互に隣接して配置されている。このため、排気管１６からの排気は一端が開放された貫通孔ｒｓ２に流入し、貫通孔相互を隔てる多孔質の隔壁ｗを通過して他端が開放された貫通孔ｒｓ１に流入し、他端からＤＰＦ１７外に流出できる。この際、排気中に含まれるパティキュレートＰＭは排気が多孔質の隔壁ｗを通過する際に捕集され、所定温度（５００〜６００℃）を上回る高温排気ガスが適時に流入した際に焼却除去される。

車両にはエンジン制御手段であるエンジンコントロールユニット（以後単にＥＣＵ７と記す）が設けられている。
ＥＣＵ７の不図示の入力ポートには、不図示のクランク軸近傍に配置された回転数センサ２５からクランク軸一定回転角毎にパルス信号が入力され、エンジン回転数Ｎｅの算出及び噴射時期の算出に利用されている。不図示のアクセルペダルに配置したアクセル開度センサ２６から運転者のアクセルペダル踏込み量（アクセル開度）θａを表す信号が入力される。排気管１６にはＮＯｘ濃度信号を出力するＮＯｘセンサ２７が配備され、ＮＯｘ濃度信号がＥＣＵ７の入力ポートに入力されている。

一方、ＥＣＵ７の不図示の出力ポートは、各気筒への燃料噴射量Ｑｎ及び燃料噴射時期Ｔｎを制御するために、燃料噴射回路（ドライバー）２２を介して各気筒の燃料噴射弁３に接続され、しかも、高圧燃料ポンプ５に図示しない駆動回路を介して接続され、高圧燃料ポンプ５からコモンレール６への燃料圧送量を制御している。

ＥＣＵ７はエンジン制御を実施し、特に、エンジン１の排気浄化装置にのみ着目した場合、エンジン１から排出される排ガス温度Ｔｇを上昇させる排ガス温度上昇手段Ａ１と、排気浄化装置（ＮＯｘ吸蔵還元触媒３１とＤＰＦ３２）の昇温制御を要するか否かを判定する温度上昇制御判定手段Ａ２と、制御手段Ａ３とを備える。

制御手段Ａ３は温度上昇制御判定手段Ａ２により排気浄化装置の昇温制御が必要と判定され、昇温指令Ｓｕが発せられた場合に、排ガス温度上昇手段Ａ１を作動させると共にＥＧＲ制御手段Ａ３１を駆動する。ＥＧＲ制御手段Ａ３１はＥＧＲ弁２４、３４を駆動させて第１のＥＧＲ通路１８を閉鎖し第２のＥＧＲ通路２３にＥＧＲガスを導入するよう制御する。なお、ＥＧＲ制御手段Ａ３１は基本機能として、ＥＧＲ弁２４のオフ時に流量制御弁３４の弁開度信号βｇを受けた際に、流量制御弁３４のアクチュエータを介し指令相当の開度に流量制御弁３４を切換え、これによって通常運転域では５０％以下のＥＧＲ率で排気ガス還流制御が成され、定常運転でのＮＯｘ低減を図っている。

更に、排ガス温度上昇手段Ａ１は吸気通路Ｉに介装された吸気絞り弁である吸気スロットル弁３３を閉作動させる吸気絞り作動手段Ａ１１と、燃料噴射装置３０による主噴射時期Ｔｎ１、Ｔｎ２（図３（ａ）、（ｂ）参照）の遅角−ΔTおよび噴射量Ｑｎの増量とを行う燃料噴射制御手段Ａ１２と、可変容量過給機（ＶＧターボ）１２のタービン入口面積を減少させる過給機制御手段Ａ１３を備えている。

なお、吸気絞り作動手段Ａ１１は基本機能として吸気スロットル弁３３の開度θｓを吸気絞り弁開度信号を受けた際に、指令相当の開度に吸気スロットル弁３３を切換え制御する。

燃料噴射制御手段Ａ１２は基本機能として、アクセル開度センサ２６と回転数センサ２５とで検出されたアクセル開度θａとエンジン回転数Ｎｅとに基づいて基本燃料噴射量Ｑ０と基本燃料噴射時期Ｔ０を算出し、この基本燃料噴射量Ｑ０に機関運転状態に応じた補正を加えてエンジンの燃料噴射量Ｑｎを設定し、基本噴射時期Ｔ０にエンジン運転状態に応じた補正を加えてエンジンの燃料噴射時期Ｔｎを設定する。その上で、燃料噴射ドライバ２２に燃料噴射量Ｑｎと燃料噴射時期Ｔｎをセットし、燃料噴射制御する。

温度上昇制御判定手段Ａ２はＮＯｘ吸蔵触媒３１に対する硫黄成分の吸蔵量ΣＱＳを算出する硫黄吸蔵量算出手段Ａ２１を備え、ＮＯｘ吸蔵触媒３１に吸蔵されたＳ成分が所定量ＳＬｉｍｉｔに達した場合に昇温制御を要すると判定し、昇温指令Ｓｕを発っする。ここで、温度上昇制御判定手段Ａ２は車両の走行距離あるいは燃料消費量ＱｆがＳ成分堆積量に対応することに基づき燃料消費量Ｑｆを積算する。この燃料消費量Ｑｆの増加に応じてカウント量ｔｎ（単位走行距離あるいはエンジンの燃料消費量Ｑｆの単位燃料消費量相当のカウント量）がエンジンの作動時間中に順次積算され、積算値（ΣＱＳ←ΣＱＳ＋ｔｎ）を順次更新して最新のＳ成分堆積量相当値を求めることとなる。

このようなエンジンの制御装置の作動をＥＣＵ７の行う図６のＳパージ昇温制御ルーチンに沿って説明する。なお、このＳパージ制御ルーチンは不図示のメインルーチンの途中の所定時期における割り込み制御としてなされる。
ＥＣＵ７はエンジン１の不図示のキースイッチがオンし、ステップｓ１に達すると、現在までのエンジンの燃料消費量Ｑｆ相当のＳ成分積算値ΣＱＳ（←ΣＱＳ＋ｔｎ）を順次更新して求める。

次いで、ステップｓ２では最新の積算値ΣＱＳが所定の閾値ＳＬｉｍｉｔを上回るか否か判断し、上回る前はステップｓ３で通常運転指令Ｓｎを発し、これに応じて最新の運転情報に基づく燃料噴射制御を図４（ａ−１）に示す通常燃料処理マップｍａｐ１ｎを用いて行う。ここでは、通常燃料噴射量Ｑｎ１（＝主噴射量ｑｍ）、通常燃料噴射時期Ｔｎ１（＝主噴射時期）をＮｅ、θａより演算し、これら燃料制御信号を燃料噴射ドライバ２２に発し、これにより各燃料噴射弁３を主噴射ｍｊ（図３（ａ）参照）での噴射制御をする。

更に、ここではエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度θａ相当の通常ＥＧＲバルブ開度を図４（ｂ−１）に示す通常ＥＧＲバルブ開度マップｍａｐ２ｎにより算出し、通常ＥＧＲバルブ開度βｇ１に流量制御３４を切換え、ＮＯｘ低減を定常運転域で図る。
更に、ここではエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度θａ相当の通常吸気スロットル開度マップ（図４（ｃ−１）に示す）ｍａｐ３ｎを用い、通常スロットル開度θｓ１を算出し、同開度に切換え保持する。

更に、ここではエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度θａ相当の通常ＶＧターボマップ（図４（ｄ−１）に示す）ｍａｐ４ｎを用い、同マップによりタービン側ベーンの開度γ１を通常開度に切換え保持する。
このようなステップｓ１〜ステップｓ３の通常運転指令Ｓｎ１の運転中において、排気ガスは触媒コンバータ２９に流入する。

なお、不図示のメインルーチンの途中で、ＤＰＦ３２は排気ガス中に含まれるパティキュレートＰＭを捕集し、排気ガス温度が所定温度（５００〜６００℃）を上回る運転域に達した際に流入した高温排気ガスで焼却除去される。
再度、ステップｓ２に戻り、最新の積算値ΣＱＳが所定の閾値ＳＬｉｍｉｔを上回ると、ステップｓ４で昇温指令Ｓｕを発し、これに応じて最新の運転情報に基づく昇温燃料処理マップｍａｐ１ｈを用いて行う。

ここでは、図４（ａ−２）に示すように、昇温燃料噴射量Ｑｎ２（＝パイロット噴射量ｑｐ＋主噴射量ｑｍＬ）、昇温燃料噴射時期Ｔｎ２（パイロット噴射時期Ｔｐ、主噴射時期Ｔｎ２（＝Ｔｎ１―ΔT））を演算し、これら燃料制御信号を燃料噴射ドライバ２２に発し、これにより各燃料噴射弁３を噴射制御をする。ここで、通常運転指令Ｓｎ時には、図３（ａ）に示す主噴射ｍｊのみの場合であっても昇温指令Ｓｕ時に切り換わると図３（ｂ）に示すように、主噴射ｍｊLに先駆けパイロット噴射ｐｊを実行する。このパイロット噴射ｐｊは所定時期Ｔｐに実行され、これに加え主噴射時期Ｔｎ２が−ΔTだけ遅角処理される。なお、パイロット噴射を行わず、主噴射時期のみを遅角するようにしても良い。

しかも、昇温燃料噴射量Ｑｎ２はパイロット噴射量ｑｐ分に加え、主噴射量ｑｍＬ（アクセル開度θａ等により増減する）自体が通常燃料噴射量Ｑｎ１（＝ｑｍ）より増量され、昇温燃料噴射量Ｑｎ２は通常燃料噴射量Ｑｎ１の１．３〜１．５倍に増量修正される。ここでは、主噴射時期Ｔｎ２の遅角処理と昇温燃料噴射量Ｑｎ２の増量修正によって各燃焼室２より排気マニホールド１５に排出される排気ガスの温度上昇を確実に図ることができる。

なお、ここではステップｓ３の通常燃料噴射時期Ｔｎ１、通常燃料噴射量Ｑｎ１より、ステップｓ４の昇温燃料噴射時期Ｔｎ２、昇温燃料噴射量Ｑｎ２に切換えられるが、この切換え時においては、図５（ａ）に示すようなランプ制御が所定切換え時間ｔｃをかけて実行される。即ち、ここでは、通常燃料噴射時期Ｔｎ１が昇温燃料噴射時期Ｔｎ２に経時的に遅角幅ΔＴ／δｔずつ遅角補正されることとなる。同じく通常燃料噴射量Ｑｎ１が昇温燃料噴射量Ｑｎ２に経時的に増量幅ΔＱ／δｔずつ増量補正されることとなる。このような燃料噴射量、燃料噴射時期のランプ制御により、切換えショックを低減できる。

次いで、ステップｓ５に達すると、ここでは、昇温指令Ｓｕに応じて、ＥＧＲ弁２４をオンして第１ＥＧＲ通路１８を閉じ、第２ＥＧＲ通路２３を全開し、ＥＧＲ量を通常時より、大幅に増大させる。これにより、ＥＧＲガスの流量増、ＥＧＲガスの温度上昇を図る。ここで第１ＥＧＲ通路１８を閉じるので、ＥＧＲクーラー２８によるＥＧＲガスの温度低下を防止でき、この点でもＥＧＲガスの温度上昇を図ることとなる。ここでも、通常ＥＧＲ量より昇温ＥＧＲ量への換えが図５（ｂ）に示すようなランプ制御によりなされ、これにより、切換え時間ｔｃ２をかけて増量幅Δｇ／δｔずつ通常ＥＧＲ経路開度βｇ１より最大ＥＧＲ経路開度βｇｍａｘへの増量切換えが実行され、切換えショックを低減できる。

次いで、ステップｓ６に達すると、ここでは、昇温指令Ｓｕに応じて、吸気絞り弁（吸気スロットル弁）の開度θｓ２をエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度θａ相当の昇温時吸気スロットル開度マップ（図４（ｃ−２）に示す）ｍａｐ３ｈを用い、絞り量増となるよう閉作動させ、吸気絞りによる排気温度の上昇と排ガスのリッチ化を図る。ここでも、通常吸気絞り量θｓ１より昇温吸気絞り量θｓ２への切換えが図５（ｃ）に示すようなランプ制御によりなされ、これにより、切換え時間ｔｃ３をかけて絞り幅Δθｓ／δｔずつ通常開度θｓ１より昇温開度θｓ２への絞り切換えが実行され、切換えショックを低減できる。

次いで、ステップｓ７に達すると、ここでは、昇温指令Ｓｕに応じて、エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度θａ相当の昇温ＶＧターボマップ（図４（ｄ−２）に示す）ｍａｐ４ｈによるタービン側ベーンの開度γを絞り量−ｄγで修正できる量に設定し、タービン側ベーンの開度βを通常ベーン開度γ１より昇温絞り開度γ２に絞り（−ｄγ）修正させ、過給機タービン２０を排気絞り手段として機能させ、排気絞りによる排気温度の上昇と重なるリッチ化を図る。ここでも、通常ベーン開度γ１より昇温絞り開度γ２（＝γ１−ｄγ）への換えが図５（ｄ）に示すようなランプ制御によりなされ、これにより、切換え時間ｔｃ４をかけて減量幅−ｄγ／δｔずつ通常ベーン開度γ１より昇温絞り開度γ２への絞り−ｄγ切換えが実行され、切換えショックを低減できる。

このように昇温指令Ｓｕに応じてステップｓ４〜ステップｓ７の切換えがなされることで、各燃焼室より排気マニホールドに排出される排気ガスの温度が上昇され、通常時の排気マニホールド温度であるタービン入口温度が通常運転時より大幅に上昇し、例えば、通常時に４００℃程度であったものが、６５０〜７００℃にまで上昇される。

この昇温指令Ｓｕでの運転時において、温度６５０〜７００℃の排気ガスの流入を受け、昇温燃料噴射量Ｑｎ２が通常燃料噴射量Ｑｎ１の１．３〜１．５倍に増量修正されるとともに吸入空気量の低減により、リッチ運転がなされる。このため、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３１に付着している硫黄成分は十分に高温化した排気ガスを用いて容易に排除でき、しかもＮＯｘ吸蔵還元触媒３１に吸着されていたＮＯｘもこれを放出、および還元浄化することができる。

ステップｓ７の後のステップｓ８では所定の待ち時間Ｔｗ、例えば２０分の経過を待ち、経過後はステップｓ９でステップｓ７の昇温絞り開度γ２を通常ベーン開度γ１にランプ制御で戻し処理し、ステップｓ６での昇温吸気絞り量θｓ２を通常吸気絞り量θｓ１にランプ制御で戻し処理し、ステップｓ５での最大ＥＧＲ経路開度βｇｍａｘを通常ＥＧＲ経路開度βｇ１にランプ制御で戻し処理し、ステップｓ４での昇温燃料噴射時期Ｔｎ２及び昇温燃料噴射量Ｑｎ２を通常燃料噴射時期Ｔｎ１および通常燃料噴射量Ｑｎ１にランプ制御で戻し処理し、ステップｓ１０でΣＱＳのクリア処理をしてメインルーチンに戻る。

図１のエンジンの制御装置によれば、昇温指令Ｓｕ時に排気マニホールド温度であるタービン入口温度Ｔｔを通常運転時より大幅に上昇（６５０〜７００℃に）させるにあたり、主噴射ｍｊＬを遅角Δｊさせ、その主噴射ｍｊＬに先駆けパイロット噴射ｐｊを実行し、通常燃料噴射量Ｑｎ１をその１．３〜１．５倍の昇温燃料噴射量Ｑｎ２に増量修正すると共に吸入空気量低減した。このため、より排気ガスの昇温が可能になるとともに、Ａ／Ｆをリッチ化でき、ＮＯｘ触媒のＳパージに有利となる。

更に、ここでは、通常噴射を遅角Δｊした上に、主噴射ｍｊＬに先駆けパイロット噴射ｐｊを実行することにより、安定した燃焼状態を確保して排気ガス温度を確実に上昇させることが可能となる。
更に、第１ＥＧＲ通路１８を閉じて昇温を図るので、ＥＧＲクーラ２８側に過度に高い高温ガスが流入せず、ＥＧＲ装置の熱害を防止しつつ、ＮＯｘ触媒のＳパージが実施可能となる。

このように昇温指令Ｓｕ時にＥＣＵ７によるエンジン側の制御のみで、容易に排気通路Ｅｘに排出される排気ガスの温度を大幅上昇させることができ、同昇温された排気ガスでＮＯｘ吸蔵還元触媒３１の硫黄成分を排除し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒３１の硫黄被毒によるＮＯｘ吸蔵性能低下を防止できる。

更に、ここでは、可変容量過給機１２のタービン側ベーンの開度γを通常開度γ１より昇温絞り開度γ２に減少させ、タービン入口面積を減少させるので、排気ガスが絞られ、更なるタービン入口の排気ガス温度の上昇が可能となる。しかも、その際、ＶＧターボ１２を絞って、噴射時期Ｔｎ２を遅角させているので、ターボ１２の仕事量は増大し（コンプレッサが回っている）、ＥＧＲ率、新気質量流量は通常運転時と変わらず、結果として噴射量の増大によりλ（空気過剰率）が低下する。従って、スモークの悪化を抑えながらＮＯｘ吸蔵触媒３１のリッチ運転が可能となる。

図１の制御装置では吸気マニホールド８近傍部位と、排気マニホールド１５の排気タービン１２の上流側部位（ＥＧＲガス取入れ口２１）とを一対のＥＧＲ通路１８、２３により接続し、ＥＧＲ弁２４の切換えで、何れか一方にＥＧＲガスを還流させていたが、場合により、図７に示すように、一対のＥＧＲ通路１８、２３のそれぞれにＥＧＲ弁３４ａ、２４ａを配備した構成を採っても良い。この場合、ＥＧＲ弁３４ａは開度可変式の電磁弁で、ＥＧＲ弁２４ａは開閉弁で良い。この場合もＥＣＵ７により流量制御弁３４とＥＧＲ弁２４の場合とほぼ同様に開閉制御し、同様の作用効果が得られる。

図１のエンジンの制御装置は走行距離またはＳ成分堆積量相当値である積算値（ΣＱＳ←ΣＱＳ＋ｔｎ）が所定の閾値ＳＬｉｍｉｔに達した時に昇温指令Ｓｃを発し、排気ガス温度上昇を図り、昇温された高温のＥＧＲガスでＮＯｘ吸蔵還元触媒３１の硫黄成分を飛ばしていたが、これに代えて、ＤＰＦ３２のパティキュレート再燃焼装置として本発明を適用しても良い。

この場合も図１のエンジンの制御装置とほぼ同様の制御機能を備えたＥＣＵ７を用い、その場合、温度昇温制御判定手段Ａ２がＤＰＦ３２のＰｍ堆積量算出手段Ａ２２（図２中に２点鎖線で示した）としての機能を備えることとなる。この場合、図１のエンジンの制御装置と同様の処理（ＤＰＦ再生制御ルーチンを図８に示した）がなされる。即ち、ステップｓ１’ではＤＰＦＰｍ堆積量算出手段Ａ２２として、例えばＤＰＦ３２に対するパティキュレートＰＭの堆積量ΣＱＰＭをＤＰＦ３２の前圧ｐ１と後圧ｐ２を圧力センサ４１、４２で検出する。即ち、ＤＰＦ３２の差圧ΔＰ（＝ｐ１−ｐ２）の増加に応じてカウント量ｔｎ’がエンジン作動中に順次積算され、積算値（ΣＱＰＭ←ΣＱＰＭ＋ｔｎ’）を順次更新して最新のパティキュレート堆積相当値を求めることとなる。

ステップｓ２’では、このデータに応じたΣＱＰＭが所定の閾値ＰＭＬｉｍｉｔに達したか否か判断し、ＮＯではステップｓ３の処理を、達した場合にステップｓ４に進み、昇温指令Ｓｕを発し、以下は図１のエンジンの制御装置と同様の処理（ＤＰＦ再生制御ルーチンを図８に示した）を実行し、その時の排気ガス温度の上昇を図り、昇温された高温排気ガス（５００〜６００℃）でＤＰＦ３２の捕獲しているパティキュレートＰＭを再燃焼させる処理を行なう。この場合も、昇温指令Ｓｕ時にＥＣＵ７によるエンジン１側の制御のみで、容易に排気ガスの温度を上昇させることができ、同昇温された排気ガスをＤＰＦ３２に導き、その高温の排気ガスによりパティキュレートの焼却を容易に行うことが可能となる。この場合も、第１ＥＧＲ通路１８を閉鎖するのでＥＧＲクーラー２８側に過度の高温排気ガスが流入せずＥＧＲ装置の熱害を防止しながらＤＰＦ３２の再生を容易に実施できる。

上述のところにおいて、エンジンの制御装置は、排気系の排気ガスを吸気系に還流させる排気ガス再循環装置と、過給機とを装備するディーゼルエンジンに適用されていたが、過給機に代えて排気絞り弁を装備するディーゼルエンジンに適用されてもよい。

本発明の一実施形態にかかるエンジンの制御装置の全体概略構成図である。 図１の排気浄化装置のＥＣＵの機能ブロック図である。 図１の排気浄化装置の燃料噴射モードを示し、（ａ）は主噴射のみのモード、（ｂ）はパイロット噴射＋主噴射モードの説明図である。 図１の排気浄化装置のＥＣＵが用いる演算マップで、燃料噴射量及び時期、ＥＧＲ通路開度、スロットル開度、ターボベーン開度の通常時マップを（ａ−１）、（ｂ−１）、（ｃ−１）、（ｄ−１）に、昇温時マップを（ａ−２）、（ｂ−２）、（ｃ−２）、（ｄ−２）に示す。 図１の排気浄化装置のＥＣＵが行うランプ制御説明線図で（ａ）は燃料噴射量及び時期、（ｂ）はＥＧＲ通路開度、（ｃ）はスロットル開度、（ｄ）はターボベーン開度のランプ制御特性を示す。 図１の排気浄化装置のＥＣＵが行う排気ガス温度昇温制御ルーチンのフローチャートである。 図１の排気浄化装置のＥＧＲバルブの変形例を説明する図である。 本発明の他の実施形態で用いる排気浄化装置のＥＣＵが行う排気ガス温度昇温制御ルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
７ ＥＣＵ
１０ ＥＧＲ装置
２４ 三方ＥＧＲ弁
２８ ＥＧＲクーラー（冷却器）
３１ ＮＯｘ吸蔵還元触媒
３２ ＤＰＦ
３３ 吸気スロットル
３４ ＥＧＲ弁
４１、４２ 圧力センサ
Δｐ 差圧
βｇ ＥＧＲ弁開度
βｇ２ ＥＧＲ経路昇温開度
βｇｍａｘ 最大ＥＧＲ経路開度
θｓ 吸気スロットル弁開度
Ａ１ 排ガス温度上昇手段
Ａ２ 温度上昇制御判定手段
Ａ３ 制御手段
Ａ１１ 吸気絞り作動手段
Ａ１２ 燃料噴射制御手段
Ａ１３ 過給機制御手段
Ａ２１ 硫黄吸蔵量算出手段
Ａ２２ ＤＰＦＰｍ堆積量算出手段
Ｅｘ 排気通路
Ｉ 吸気通路
ΣＱＳ 積算値
ＳＬｉｍｉｔ 閾値
Ｑｎ 燃料噴射量
Ｔｎ 燃料噴射時期

Claims (6)

1. エンジンの排気通路と吸気通路とを接続し流通するガスを冷却する冷却器を備えた第１のＥＧＲ通路と、
   上記第１のＥＧＲ通路と並列に配設されＥＧＲクーラーを備えない第２のＥＧＲ通路と、
   ＥＧＲガスの流通を上記第１のＥＧＲ通路と第２のＥＧＲ通路とを切換可能に配置されたＥＧＲ弁と、
   エンジンの排気通路に配置された排気浄化装置と、
   エンジンから排出される排ガス温度を上昇させる排ガス温度上昇手段と、
   上記排気浄化装置の昇温制御を要するか否かを判定する温度上昇制御判定手段と、
   温度上昇制御判定手段により排気浄化装置の昇温制御が必要と判定された場合に、排ガス温度上昇手段を作動させると共に上記ＥＧＲ弁を駆動させて第１のＥＧＲ通路を閉鎖し第２のＥＧＲ通路にＥＧＲガスを導入する制御手段と、
   を具備するエンジンの制御装置。
2. 請求項１記載のエンジンの制御装置において、
   排ガス温度上昇手段は、吸気通路に介装された吸気絞り弁を閉作動させる手段と、燃料噴射装置により噴射される燃料の噴射時期の遅角と噴射量の増量とを行う燃料噴射制御手段と、可変容量過給機のタービン入口面積を減少させる過給機制御手段を有することを特徴とするエンジンの制御装置。
3. 請求項２記載のエンジンの制御装置において、
   上記燃料噴射制御手段が主燃料噴射の噴射時期を遅角させるとともに当該主燃料噴射に先立ち燃料の噴射を行うパイロット噴射を実施することを特徴とするエンジンの制御装置。
4. 請求項１乃至請求項３記載のエンジンの制御装置において、
   上記排気浄化装置は排ガスの空燃比がリーン状態の時にＮＯｘを吸蔵し、リッチ状態の時にＮＯｘを還元処理するＮＯｘ吸蔵触媒であり、
   上記温度上昇制御判定出手段は、ＮＯｘ吸蔵触媒に対する硫黄成分の吸蔵量を算出する手段を備え、上記ＮＯｘ吸蔵触媒に吸蔵されたＳ成分が所定量に達した場合に昇温制御を要すると判定することを特徴とするエンジンの制御装置。
5. 請求項１乃至請求項３記載のエンジンの制御装置において、
   上記排気浄化装置が排気中の微粒子を捕集するフィルタであり、上記温度上昇制御判定出手段は、上記フィルタにおける排気微粒子の堆積量を算出する手段を備え、上記フィルタに堆積した排気微粒子が所定量に達した場合に昇温制御を要すると判定することを特徴とするエンジンの制御装置。
6. 請求項１乃至請求項５記載のエンジンの制御装置において、
   排ガス温度上昇手段にて排気浄化装置上流の排ガス温度を５００〜７００℃の範囲に昇温することを特徴とするエンジンの制御装置。
   

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