JP2008138590A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】高圧ＥＧＲ装置と低圧ＥＧＲ装置とを備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、内燃機関の機関負荷が増加するとともに、低圧ＥＧＲガス量を増量するときの過渡時においてＮＯｘの生成量が過度に増加することを抑制する。
【解決手段】低圧ＥＧＲ装置によって再循環させる低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌを増量する指令が出される時に、低圧ＥＧＲ過渡期間Δｔ_ＤＬと高圧ＥＧＲ過渡期間Δｔ_ＤＨとの差に相当する期間（Δｔ_Ｄ）に亘り燃料噴射弁から燃料を副噴射させる。そして、低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌが不足してしまう低圧ＥＧＲ過渡期間Δｔ_ＤＬが経過するまでは、酸素濃度を低下させた排気を高圧ＥＧＲガスとして再循環させることにより、吸気の酸素濃度Ｒ_Ｏが目標値Ｒ_Ｏ１よりも過度に高くなってしまうことを抑制する。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気再循環装置を備えた内燃機関の排気浄化システムに関する。

内燃機関から大気中に排出される窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」という。）の量を低減する技術として、排気再循環装置（以下、「ＥＧＲ装置」という。）や、ＮＯｘ触媒或いはＮＯｘ触媒を担持したパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という。）などの排気浄化装置を備えた排気浄化システムが知られている。

ＮＯｘ触媒は、内燃機関から排出されたＮＯｘを排気中からＮＯｘ触媒に吸蔵することによって排気を浄化するものである。

ＥＧＲ装置は、排気の一部を内燃機関の吸気系に戻し、燃焼室における混合気の燃焼温度を下げることによって、内燃機関におけるＮＯｘの生成量を低減するものである。

近年では、過給機としてターボチャージャを備えた内燃機関において、ターボチャージャのタービンよりも上流側の排気通路内の排気の一部を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再循環させる通常のＥＧＲ装置（以下、「高圧ＥＧＲ装置」という。）に加えて、上記タービンよりも下流側に設けられた排気浄化装置（例えば、ＮＯｘ触媒等）から排出される排気の一部を上記コンプレッサよりも上流側の吸気通路に再循環させる低圧ＥＧＲ装置を備えた排気浄化システムの開発も行われている（例えば、特許文献１を参照。）。

ところで、内燃機関の機関負荷の増加時には内燃機関から排出されるＮＯｘ量が増加し易くなるため、高圧ＥＧＲ装置と低圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の流量（以下、これらを「高圧ＥＧＲガス量」、「低圧ＥＧＲガス量」ともいう。）を増量する場合がある。これは、内燃機関における吸気の酸素濃度を低く（吸気におけるＥＧＲガス（不活性ガス）の濃度を高く）することで燃焼室における燃焼温度を低下させてＮＯｘの排出量が増加することの抑制を図るためである。

ところが、一般に、内燃機関から排出された排気が再循環して再び吸入されるまでに流通する経路（以下、「ＥＧＲ経路」ともいう。）において、高圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気（以下、「高圧ＥＧＲガス」ともいう。）のＥＧＲ経路（以下、この経路を「高圧ＥＧＲ経路」ともいう。）に比べて低圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気（以下、「低圧ＥＧＲガス」ともいう。）のＥＧＲ経路（以下、この経路を「低圧ＥＧＲ経路」ともいう。）の方が長いため、低圧ＥＧＲガス量が目標値まで増加するまでの遅れが生じる場合がある。その結果、低圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２量（例えば、不活性ガス量）が要求される目標量よりも不足することによって吸気の酸素濃度が目標濃度まで低下するまでに時間を要し、内燃機関におけるＮＯｘの生成量が増加してエミッションが悪化する虞があった。
特開２００４−１５０３１９号公報 特開２００６−２９１７１号公報

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高圧ＥＧＲ装置と低圧ＥＧＲ装置とを備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、内燃機関
の機関負荷が増加するとともに、低圧ＥＧＲガス量を増量するときの過渡時においてＮＯｘの生成量が過度に増加することを抑制できる技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、高圧ＥＧＲ装置と低圧ＥＧＲ装置とを備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、低圧ＥＧＲ装置によって再循環する排気の流量を増量するときに、燃料噴射弁からの主噴射よりも後の所定時期において燃料を副噴射させることにより内燃機関から排出される排気の酸素濃度を低下させることを最大の特徴とする。

より詳しくは、一端が内燃機関に接続されて該内燃機関からの排気が通過する排気通路と、
前記排気通路に設けられるとともに前記内燃機関から排出される排気を浄化する排気浄化装置と、
前記内燃機関の気筒内に燃料を主噴射する燃料噴射弁と、
前記排気通路における前記排気浄化装置よりも上流側に設けられたタービンおよび前記内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービンよりも下流側の排気通路と前記コンプレッサよりも上流側の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路を有し、該低圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を前記内燃機関に再循環させる低圧ＥＧＲ装置と、
前記タービンよりも上流側の排気通路と前記コンプレッサよりも下流側の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路を有し、該高圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を前記内燃機関に再循環させる高圧ＥＧＲ装置と、
を備え、前記高圧ＥＧＲ装置と前記低圧ＥＧＲ装置とを切り替えて、或いは併用して排気の再循環を行う内燃機関の排気浄化システムにおいて、
前記低圧ＥＧＲ装置によって再循環される排気の流量である低圧ＥＧＲガス量を変更可能な低圧ＥＧＲガス量変更手段と、
前記低圧ＥＧＲガス量変更手段に前記低圧ＥＧＲガス量を変更させる指令を出す低圧ＥＧＲ指令手段と、
前記内燃機関の機関負荷が増加するとともに前記低圧ＥＧＲ指令手段が前記低圧ＥＧＲガス量変更手段に前記低圧ＥＧＲガス量を増量させるときであって且つその後における前記排気の再循環が前記高圧ＥＧＲ装置と前記低圧ＥＧＲ装置とを併用して行われるときに、前記燃料噴射弁に主噴射よりも後の所定時期において燃料を副噴射させることにより前記排気の酸素濃度を低下させる酸素濃度低下手段と、
を備えることを特徴とする。

上記構成の排気浄化システムによれば、内燃機関の運転状態に応じて前記高圧ＥＧＲ装置と前記低圧ＥＧＲ装置とを切り替えて、或いは併用して排気の再循環が行われる。例えば、内燃機関の運転状態が低負荷・低回転の領域にある場合には主に高圧ＥＧＲ装置による排気の再循環（以下、「高圧ＥＧＲ」ともいう。）、高負荷・高回転の領域にある場合には主に低圧ＥＧＲ装置による排気の再循環（以下、「低圧ＥＧＲ」ともいう。）、中負荷中回転の領域にある場合には高圧ＥＧＲと低圧ＥＧＲとを併用した排気の再循環を行う制御が例示できる。

また、本発明では、内燃機関に再循環される高圧ＥＧＲガス量と低圧ＥＧＲガス量とが運転状態に適した割合となるように制御される。

ところで、通常、内燃機関の機関負荷が増加するときには内燃機関から排出されるＮＯｘ量が急激に増加する虞があるため、ＥＧＲ率（ＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋新気量））を増加させる制御がなされる。ＥＧＲ率を増加させると燃焼室における混合気の燃焼温度が低下するためＮＯｘ生成量の増加を抑えることができるからである。

しかしながら、低圧ＥＧＲ指令手段が前記低圧ＥＧＲガス量変更手段に低圧ＥＧＲガス量を増量させても、低圧ＥＧＲガス量が実際にその目標値まで増量するまでに時間を要する場合がある。低圧ＥＧＲ経路は高圧ＥＧＲ経路に比べて長いため、低圧ＥＧＲガス増量時の応答性が悪化する場合があるからである。

そのような場合には、内燃機関に吸入されるＥＧＲガス量（高圧ＥＧＲガス量＋低圧ＥＧＲガス量）が不足し、ＥＧＲガス内のＣＯ_２量が不足することになる。その結果、内燃機関の吸気（新気＋ＥＧＲガス）の酸素濃度が迅速に低下（不活性ガス濃度が上昇）せず、内燃機関におけるＮＯｘの生成量が増大する場合がある。

これに対し本発明では、低圧ＥＧＲガス量の増量後に高圧ＥＧＲ装置と低圧ＥＧＲ装置とを併用して排気の再循環が行われるときに、酸素濃度低下手段が燃料噴射弁に、主噴射よりも後の所定時期において燃料を副噴射させる。ここで、燃料の副噴射が行われる所定時期とは、内燃機関の燃焼サイクルにおいて主噴射より後であって副噴射によって噴射された燃料が内燃機関の機関出力に寄与しない時期をいい、例えば燃焼サイクルにおける膨張行程から排気行程までの期間におけるいずれかの時期を例示できる。

上記のような主噴射の後の所定時期に副噴射された燃料は燃焼室内において燃焼し、内燃機関から排出される排気の酸素濃度が低下する。そして、この酸素濃度の低い排気はＥＧＲ経路が短い高圧ＥＧＲ装置によって再循環させることができる。

つまり、本発明においては、低圧ＥＧＲ指令手段が前記低圧ＥＧＲガス量変更手段に低圧ＥＧＲガス量を増量させるときの過渡時において、低圧ＥＧＲガスの応答遅れが生じ、ＥＧＲガス内のＣＯ_２量が不足しても、酸素濃度をより低下させた高圧ＥＧＲガスを再循環させることによってＥＧＲガス内のＣＯ_２量が不足することを抑制することができる。つまり、吸気のＣＯ_２濃度（不活性ガス濃度）を迅速に増加させることにより、内燃機関におけるＮＯｘの生成量が過度に増加することを抑制することが可能となる。

また、上述のように本発明では、低圧ＥＧＲガスを増量させる過渡時において吸気の酸素濃度を迅速に低下させることが困難となるという課題に対し、高圧ＥＧＲガスに含まれる酸素濃度、或いは不活性ガスの濃度を制御して上記課題を解決することに注目している。これは、例えば慣性が作用するＥＧＲガス量の流速等を増加させて低圧ＥＧＲガス量が不足する期間を短縮させる方法と比較して、吸気の酸素濃度が低下するときの応答性を向上させる点で非常に優れている。

また、本発明においては、前記高圧ＥＧＲ装置によって再循環される排気の流量である高圧ＥＧＲガス量を変更可能な高圧ＥＧＲガス量変更手段と、
前記高圧ＥＧＲガス量変更手段に前記高圧ＥＧＲガス量を変更させる指令を出す高圧ＥＧＲ指令手段と、を更に備えていても良い。

そして、前記低圧ＥＧＲ指令手段から前記低圧ＥＧＲガス量を目標低圧ＥＧＲガス量に、前記高圧ＥＧＲ指令手段から高圧ＥＧＲガス量を目標高圧ＥＧＲガス量に増量する指令が出された時に、前記低圧ＥＧＲ指令手段から前記低圧ＥＧＲガス量変更手段に指令が出された時から前記低圧ＥＧＲガス量が前記目標低圧ＥＧＲガス量になるまでに要する期間である低圧ＥＧＲ過渡期間と、前記高圧ＥＧＲ指令手段から前記高圧ＥＧＲガス量変更手段に指令が出された時から前記高圧ＥＧＲガス量が前記目標高圧ＥＧＲガス量になるまでに要する期間である高圧ＥＧＲ過渡期間とは異なると考えられる。これは、低圧ＥＧＲ経路と高圧ＥＧＲ経路とが異なるからである。また、目標低圧ＥＧＲガス量、目標高圧ＥＧＲガス量とは、運転状態に応じて定められる低圧ＥＧＲガス量と高圧ＥＧＲガス量の目標
値を意味する。

ところで、低圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２量が不足することによりＥＧＲガス内のＣＯ_２量が不足するのは、厳密には低圧ＥＧＲ指令手段から指令が出されてから低圧ＥＧＲ過渡期間が経過するまでの期間と考えられるが、副噴射によって酸素濃度が低下した排気が高圧ＥＧＲガスとして充分に再循環されるのは、高圧ＥＧＲ過渡期間が経過してからであると考えられる。

そこで、本発明における前記酸素濃度低下手段は、前記低圧ＥＧＲ過渡期間と前記高圧ＥＧＲ過渡期間との差に相当する期間に亘り前記燃料噴射弁に燃料を副噴射させるようにしても良い。これにより、副噴射によって酸素濃度が低下した排気が高圧ＥＧＲガスとして再循環するようになった後は低圧ＥＧＲガス量の不足分を補うべく、つまり、低圧ＥＧＲガス内におけるＣＯ_２量の不足分を補うべく好適な期間だけ燃料噴射弁に燃料を副噴射させつつ、吸気の酸素濃度を低下させることが可能となる。

また、本発明においては、低圧ＥＧＲガスのＣＯ_２量及び高圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２量がそれぞれの目標値まで増加するまでに要する期間に基づいて、燃料噴射弁に燃料を噴射させる期間を決定するようにしても良い。つまり、低圧ＥＧＲ指令手段及び高圧ＥＧＲ指令手段から低圧ＥＧＲガス量変更手段及び高圧ＥＧＲガス量変更手段に指令が出された時から前記低圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２量が目標低圧側ＣＯ_２量になるまでに要する期間の低圧側ＣＯ_２過渡期間と前記高圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２量が目標高圧側ＣＯ_２量になるまでに要する期間の高圧側ＣＯ_２過渡期間とに基づいて燃料噴射弁に燃料を噴射させる期間を決定するようにしても良い。例えば、本発明においては、本発明における酸素濃度低下手段は、低圧側ＣＯ_２過渡期間と高圧側ＣＯ_２過渡期間との差に相当する期間に亘り燃料噴射弁に燃料を副噴射させるようにしても良い。

ここで、上記の目標低圧側ＣＯ_２量及び目標高圧側ＣＯ_２量とは、内燃機関の運転状態に応じて要求される低圧ＥＧＲガス及び高圧ＥＧＲガス内におけるＣＯ_２量の目標値を意味する。このように、低圧側ＣＯ_２過渡期間と高圧側ＣＯ_２過渡期間との差に基づいて燃料噴射弁に燃料を副噴射させる期間を決定することにより、低圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２濃度、高圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２濃度が運転状態によって変化する場合においても、より好適な期間だけ酸素濃度低下手段が燃料噴射弁に燃料を副噴射させ、吸気の酸素濃度を低下させることが可能となる。

ここで、上記の低圧ＥＧＲガス、高圧ＥＧＲガス、或いはこれらＥＧＲガスと新気との和である吸気に含まれるＣＯ_２量と酸素量は相関すると考えられる。つまり、上記ガス内のＣＯ_２量が多くなるほど酸素量は少なくなると考えられる。従って、本発明においては、低圧ＥＧＲガスの酸素量及び高圧ＥＧＲガス内の酸素量がそれぞれの目標値まで低下するまでに要する期間に基づいて、燃料噴射弁に燃料を噴射させる期間を決定するようにしても良い。

つまり、低圧ＥＧＲ指令手段及び高圧ＥＧＲ指令手段から低圧ＥＧＲガス量変更手段及び高圧ＥＧＲガス量変更手段に指令が出された時から低圧ＥＧＲガス内の酸素量が目標低圧側酸素量に低下するのに要する期間の低圧側酸素過渡期間と高圧ＥＧＲガス内の酸素量が目標高圧側酸素量に低下するのに要する期間の高圧側酸素過渡期間との差に相当する期間に亘り燃料噴射弁に燃料を副噴射させるようにしても良い。その場合に、目標低圧側酸素量及び目標高圧側酸素量とは、内燃機関の運転状態に応じて要求される低圧ＥＧＲガス及び高圧ＥＧＲガス内における酸素量の目標値を意味する。

また、本発明においては、酸素濃度低下手段が燃料噴射弁に燃料を副噴射させる期間の
始期は低圧ＥＧＲ指令手段および高圧ＥＧＲ指令手段が低圧ＥＧＲガス量変更手段および高圧ＥＧＲガス量変更手段に指令を出す時であっても良い。そうすれば、低圧ＥＧＲガス量が不足してＮＯｘの生成量が急激に増加し得る期間に、確実に酸素濃度の低下した排気を高圧ＥＧＲ装置によって再循環させることができる。

また、高圧ＥＧＲ過渡期間および低圧ＥＧＲ過渡期間は内燃機関が吸入する吸気量と相関関係があると考えられる。また、吸気量は機関回転数と内燃機関の過給圧とに相関関係があり、更に過給圧は機関回転数と燃料噴射量とに相関関係があると考えられる。そこで、本発明において、低圧ＥＧＲ過渡期間と高圧ＥＧＲ過渡期間との差は、内燃機関の運転状態に基づいて取得されても良い。

例えば、低圧ＥＧＲ過渡期間と高圧ＥＧＲ過渡期間との差は、内燃機関の機関回転数と燃料噴射量、或いは機関回転数と過給圧とに基づいて取得されても良い。また、高圧ＥＧＲ過渡期間と低圧ＥＧＲ過渡期間との差は、上記パラメータとの関係を予め実験等により求めておき、これらの関係を格納したマップから読み出すことにより取得しても良いし、上記パラメータの関数から算出するようにしても良い。

これにより、内燃機関の運転状態が変動しても低圧ＥＧＲ過渡期間と高圧ＥＧＲ過渡期間との差を精度良く取得することができる。そして、低圧ＥＧＲ過渡期間と高圧ＥＧＲ過渡期間との差を精度良く取得することにより、酸素濃度低下手段は燃料噴射弁に燃料を運転状態に応じた最適な期間だけ副噴射させることが可能となる。

また、低圧ＥＧＲ過渡期間と高圧ＥＧＲ過渡期間との差は、低圧ＥＧＲ経路と高圧ＥＧＲ経路の容積（例えば、長さ、断面積等）にも依存する。ＥＧＲ経路が長く、また該経路の断面積が大きいほど、内燃機関から排出された排気がＥＧＲガスとして内燃機関に再び吸入されるまでの期間が長期に及ぶからである。

そこで、本発明において、前記低圧ＥＧＲ過渡期間と高圧ＥＧＲ過渡期間との差は、前記低圧ＥＧＲ装置によって再循環される排気が流通する経路の容積と高圧ＥＧＲ装置によって再循環される排気が流通する経路の容積との差に基づいて取得されるようにしても良い。

例えば、本発明における低圧ＥＧＲ装置が、低圧ＥＧＲ通路を流通する排気を冷却するＥＧＲクーラと、該ＥＧＲクーラよりも上流側の部分とＥＧＲクーラよりも下流側の部分とを連通するとともに低圧ＥＧＲ通路を流れる排気の一部にＥＧＲクーラを迂回させるＥＧＲバイパス通路と、を備える場合には、低圧ＥＧＲガスにＥＧＲクーラを迂回させるか否かによって低圧ＥＧＲ過渡期間が変化する。これにより、低圧ＥＧＲ過渡期間と高圧ＥＧＲ過渡期間との差が変化する場合がある。

また、本発明における排気浄化システムが、過給された吸気を冷却するためのインタークーラと、吸気の一部にインタークーラを迂回させるインタークーラバイパス通路と、を備える場合に、再循環する低圧ＥＧＲガスにインタークーラを迂回させるか否かによって低圧ＥＧＲ過渡期間が変化し、低圧ＥＧＲ過渡期間と高圧ＥＧＲ過渡期間との差が変化する場合がある。

従って、本発明においては、再循環する低圧ＥＧＲガスにＥＧＲバイパス通路やインタークーラバイパス通路を流通させるか否かの条件に応じ、低圧ＥＧＲ過渡期間と高圧ＥＧＲ過渡期間との差を取得することが望ましい。例えば、上述したような機関回転数と過給圧と過渡期間の差との関係が格納されたマップや、関係式を上記の条件毎に予め実験的に求めておき、これらのマップや関係式を各条件に応じて使い分けるようにしても良い。

これにより、高圧ＥＧＲ経路と低圧ＥＧＲ経路の長さが相対的に変化しても精度良く低圧ＥＧＲ過渡期間と高圧ＥＧＲ過渡期間との差を取得することができる。その結果、酸素濃度低下手段が燃料噴射弁に燃料を副噴射させる期間をより好適に決定することができる。つまり、燃料を副噴射させる期間が長すぎて吸気の酸素濃度が過度に低下することを抑制できる。従って、これに起因する内燃機関の失火や、排出される未燃ＨＣが過度に増加することを抑制できる。逆に、燃料を副噴射させる期間が短すぎることに起因して内燃機関から排出されるＮＯｘが過度に増加することも抑制できる。

また、本発明においては、前記内燃機関の吸気の目標酸素濃度を決定する目標酸素濃度決定手段を更に備えていても良い。ここで、目標酸素濃度とは吸気の酸素濃度の目標値の意味であり、内燃機関の運転状態（例えば、機関負荷）に応じて定められても良い。

そして、低圧ＥＧＲガス量の増量後における目標酸素濃度が低いほど、過渡時における低圧ＥＧＲガス量の不足（つまり、低圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２量の不足）に起因して吸気の酸素濃度が目標酸素濃度よりも過度に高くなってしまう虞がある。

そこで、本発明における前記酸素濃度低下手段は、前記低圧ＥＧＲ指令手段が前記低圧ＥＧＲガス量変更手段に前記低圧ＥＧＲガス量を増量させる指令を出した後における前記目標酸素濃度の、該指令を出す前における前記目標酸素濃度に対する低下度合いが大きいほど、前記燃料噴射弁に副噴射させる燃料の噴射量を多くするようにしても良い。

これにより、内燃機関における吸気の酸素濃度を目標酸素濃度まで確実かつ迅速に低下させるとともに、内燃機関におけるＮＯｘ生成量の増加をより効率よく少なくさせることができる。

また、前記目標酸素濃度決定手段は、少なくとも前記内燃機関に要求される機関負荷に基づいて前記目標酸素濃度を決定するようにしても良い。例えば、機関負荷と目標酸素濃度との関係を予め実験的に求めておいても良い。そして、該関係を格納したマップに低圧ＥＧＲガス量が増量される前後において要求される機関負荷をパラメータとしてアクセスすることで目標酸素濃度を導出するようにしても良い。

そうすれば、内燃機関の要求負荷に応じた好適な目標酸素濃度を取得することができる。つまり、吸気の酸素濃度を運転状態に最適な目標酸素濃度まで精度良く変更させることができる。

また、本発明によれば、酸素濃度低下手段が燃料噴射弁に燃料を副噴射させることによって酸素濃度が低下した排気は、高圧ＥＧＲガスに遅れて、低圧ＥＧＲガスとしても再循環される。そして、実際に再循環される低圧ＥＧＲガス量が増加し始め、特に低圧ＥＧＲガス量が目標低圧ＥＧＲガス量まで増量した後は、吸気の不活性ガス濃度が過剰となり、吸気の酸素濃度が必要以上に低下してしまう虞がある。

そこで、吸気の酸素濃度をより精度良く目標酸素濃度に維持するための本発明は、前記高圧ＥＧＲ指令手段は、前記酸素濃度低下手段が前記燃料噴射弁に前記燃料の副噴射を終了させた後の所定期間に亘り前記高圧ＥＧＲガス量変更手段に前記高圧ＥＧＲガス量を減量させるようにしても良い。

これにより、燃料噴射弁から燃料が副噴射されることにより酸素濃度の低下した低圧ＥＧＲガスが再循環するときに、吸気中の酸素濃度が過度に低下することを抑制することが可能となる。つまり、内燃機関の失火が生じ、あるいは内燃機関から排出される未燃ＨＣ
が急増することを抑制できる。

所定期間の始期は燃料の副噴射が終了する時としても良く、その終期は予め実験的に求めておいても良い。

また、本発明における前記所定期間の始期は前記酸素濃度低下手段が前記燃料噴射弁に前記燃料の副噴射を終了させた時であって、且つ該所定期間は該酸素濃度低下手段が該燃料噴射弁に燃料を副噴射させる期間と略等しい期間であっても良い。これは、燃料噴射弁からの副噴射により酸素濃度が低下した排気が低圧ＥＧＲガスとして再循環する期間は、燃料噴射弁によって燃料が副噴射された期間と略等しいからである。

本発明によれば、上記のように酸素濃度が低下した排気が低圧ＥＧＲガスとして再循環する期間において、高圧ＥＧＲガス量を減量することによって、吸気の酸素濃度が過度に低くなることを抑制できる。そして、精度良く吸気の酸素濃度をできる。そして、目標酸素濃度決定手段を備えている場合には、吸気の酸素濃度を目標酸素濃度に精度良く維持することが可能となる。

また、本発明において、低圧ＥＧＲ指令手段が低圧ＥＧＲガス量変更手段に低圧ＥＧＲガス量を増量させ、高圧ＥＧＲ指令手段が高圧ＥＧＲガス量変更手段に高圧ＥＧＲガス量を増量させるときには、所定期間を「低圧ＥＧＲ過渡期間と高圧ＥＧＲ過渡期間との差に相当する期間」と略等しくさせるようにしても良い。

また、本発明においては、酸素濃度低下手段が燃料噴射弁に副噴射させる燃料噴射量が多いほど、より酸素濃度の低い排気が低圧ＥＧＲガスとして再循環される。従って、低圧ＥＧＲガスの酸素濃度が低いほど高圧ＥＧＲガス量をより少ない量まで減量する必要があると考えられる。

そこで、本発明における前記高圧ＥＧＲ指令手段は、前記酸素濃度低下手段が前記燃料噴射弁に燃料を副噴射させるときの燃料の噴射量が多いほど前記高圧ＥＧＲガス量変更手段に前記高圧ＥＧＲガス量を少ない量まで減量させるようにしても良い。

これにより、燃料噴射弁から副噴射される燃料の噴射量に応じて、吸気の酸素濃度が過度に低くなることを確実に抑制できる。つまり、確実に未燃ＨＣの排出量が急増することや内燃機関が失火することを抑制できる。

ところで、本発明では、低圧ＥＧＲ指令手段が低圧ＥＧＲガス量変更手段に低圧ＥＧＲガス量を増量させるときに、酸素濃度低下手段が燃料噴射弁に燃料を副噴射させ、内燃機関から排出される排気の酸素濃度を低下させる。しかしながら、後述する所定の条件下において燃料噴射弁に燃料を副噴射させると吸気の酸素濃度が過度に低下してしまい望ましくない場合がある。

そこで、本発明においては、所定の条件が成立するときに前記酸素濃度低下手段が前記燃料噴射弁に燃料を副噴射させることを禁止する燃料副噴射禁止手段を、更に備えるようにしても良い。

本発明における前記所定の条件は、前記低圧ＥＧＲ指令手段が前記低圧ＥＧＲガス量変更手段に前記低圧ＥＧＲガス量を増量させる指令を出す前に比べて該指令を出した後における前記内燃機関の吸気の目標酸素濃度が高いときに成立するようにしても良い。

例えば、内燃機関の吸気の目標酸素濃度は機関負荷（または、燃料噴射量）に関連付け
て決定される場合がある。そして、仮に吸気の酸素濃度が一定として考えると、機関負荷が高くなるほど燃焼室内における混合気の燃焼温度が上昇するためＮＯｘの生成量が増加する傾向がある。従って、ＮＯｘ生成量の増加を抑制する観点に因れば機関負荷が高いほど目標酸素濃度を低下させることが好ましい。

しかしながら、機関負荷がある程度高い領域においては、目標酸素濃度を過度に低くすると内燃機関から排出されるスモークが急激に増加したり、要求される出力が得られない等の不都合が発生する虞がある。従って、例えば中負荷から高負荷の領域では燃料噴射量が多くなるほど吸気の目標酸素濃度を高くせざるを得ない場合がある。そのような場合に、酸素濃度低下手段が燃料噴射弁に燃料を副噴射させると、吸気の酸素濃度が運転状態に適した目標酸素濃度よりも過度に低くなる虞がある。

これに対し、本発明では、低圧ＥＧＲ指令手段が低圧ＥＧＲガス量変更手段に指令を出した後に要求される吸気の目標酸素濃度が高くなるときに、酸素濃度低下手段が燃料噴射弁に燃料を副噴射させることを禁止することができる。これにより、吸気の酸素濃度が目標酸素濃度よりも過度に低くなることを抑制できる。つまり、内燃機関から排出される未燃ＨＣが急増することや内燃機関が失火することを抑制できる。

また、本発明における低圧ＥＧＲガス増量時の過渡時において、運転状態が変更されて機関負荷が増加した場合に、低圧ＥＧＲ過渡期間中に低圧ＥＧＲ指令手段が低圧ＥＧＲガス量変更手段に低圧ＥＧＲガス量を更に増量させる指令を出す場合がある。これは、低圧ＥＧＲガス量変更手段が低圧ＥＧＲガスを立て続けに増量させる場合であり、内燃機関に運転者から加速要求がなされた直後に、再度の加速要求がなされる場合等が例示できる。

ここで、先に行われた低圧ＥＧＲガス量の増量を「先の増量」、後に行われた低圧ＥＧＲガス量の増量を「後の増量」と称すと、後の増量がなされる時は、先の増量に対して燃料噴射弁から燃料が副噴射され、或いは副噴射により酸素濃度が低下した排気が高圧ＥＧＲガスまたは低圧ＥＧＲガスとして再循環されている最中である場合がある。そのようなときに、後の増量に対して酸素濃度低下手段が燃料噴射弁に副噴射をさせると、吸気の酸素濃度が必要以上に低下する虞がある。

そこで、本発明における前記所定の条件は、前記低圧ＥＧＲ指令手段が前記低圧ＥＧＲガス量変更手段に前記低圧ＥＧＲガス量を目標低圧ＥＧＲガス量に増量させる指令を出した後であって該低圧ＥＧＲガス量が該目標低圧ＥＧＲガス量になる前に、該低圧ＥＧＲ指令手段が該低圧ＥＧＲガス量変更手段に該低圧ＥＧＲガス量を増量する指令を出すときに成立するようにしても良い。

これにより、低圧ＥＧＲガス量が目標低圧ＥＧＲガス量まで増量し、低圧ＥＧＲ過渡期間が経過するまでは、燃料副噴射手段からの更なる副噴射を禁止させることができる。これにより、確実に内燃機関から排出される未燃ＨＣが急増することや内燃機関が失火することを抑制できる。

また、本発明における内燃機関の排気浄化システムは、前記低圧ＥＧＲ通路は前記排気浄化装置よりも下流側の排気通路と前記コンプレッサよりも上流側の吸気通路とを接続しており、前記排気浄化装置よりも上流側の部分に設けられるとともに前記排気浄化装置に流入する排気中に還元剤を添加する還元剤添加弁を更に備えていても良い。

例えば、本発明の排気浄化装置が排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ触媒を担持している場合や、ＰＭを捕集可能なパティキュレートフィルタ（以下、「フィルタ」という。）を備えている場合には、上記の還元剤添加弁から還元剤（例えば、燃料等）を排気中に添加
させる還元剤添加制御が行われる場合がある。これにより、排気に含まれる有害物質（ＮＯｘ、ＰＭ等）の浄化処理（例えば、ＮＯｘ還元処理、ＰＭ再生処理等）が実施され、或いは排気浄化装置の性能の再生処理（例えば、ＳＯｘ被毒回復処理）が実施される。

ここで、上記の還元剤添加制御によって還元剤添加弁から還元剤が添加されると排気中の空燃比が低下する。そして、この酸素濃度の低下した排気は排気浄化装置を通過した後、低圧ＥＧＲ装置によって再循環されることになる。そして、元々酸素濃度の低い排気が低圧ＥＧＲガスとして再循環されるときに、酸素濃度低下手段が燃料噴射弁に燃料を副噴射させると吸気の酸素濃度が過度に低下する虞がある。

そこで、本発明における前記所定の条件は、前記燃料添加弁が燃料を排気中に添加しているときに成立するようにしても良い。そうすれば、吸気の酸素濃度が過度に低下する虞があるときに燃料噴射弁が燃料を副噴射することを禁止することができる。従って、本発明によれば内燃機関から排出される未燃ＨＣが急増することや内燃機関が失火することを確実に抑制することが可能となる。

本発明にあっては、高圧ＥＧＲ装置と低圧ＥＧＲ装置とを備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、内燃機関の機関負荷が増加するとともに、低圧ＥＧＲガス量を増量するときの過渡時においてＮＯｘの生成量が過度に増加することを抑制できる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。尚、本実施の形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は本実施例における内燃機関１と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有するディーゼルエンジンである。内燃機関１には、気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を各気筒に備えている。

内燃機関１には、吸気マニホールド８が接続されており、吸気マニホールド８の各枝管は吸気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通されている。吸気マニホールド８と吸気通路９との接続部近傍には、吸気通路９内を流通する吸気の流量を調節可能な吸気絞り弁１２が設けられている。また、吸気通路９における吸気絞り弁１２よりも上流側には、吸気通路９を流れるガスを冷却するインタークーラ１３が設けられている。

さらに、吸気通路９におけるインタークーラ１３よりも上流側には、排気のエネルギーを駆動源として作動するターボチャージャ１０のコンプレッサハウジング６が設けられている。また、コンプレッサハウジング６よりも上流側には吸気通路９内を流通する吸気量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１４が配置されており、該エアフローメータ１４よりも上流側にはエアクリーナ４が設けられている。吸気絞り弁１２は電気配線を介して後述するＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御されることで、吸気通路９を流れる吸気の流量を調節できる。

内燃機関１には、排気マニホールド１８が接続されており、排気マニホールド１８の各枝管は排気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通されている。排気マニホールド１８にはターボチャージャ１０のタービンハウジング７が接続されている。タービンハウジング７には排気通路１９が接続されている。排気通路１９には排気中のＰＭを捕集するパティ
キュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」という。）２０が設けられている。排気通路１９におけるフィルタ２０よりも下流側には排気通路１９を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁１１が設けられている。そして、この排気通路１９は排気絞り弁１１よりも下流側にて図示しないマフラーに接続されている。排気絞り弁１１は電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御される事で、排気通路１９を流れる排気の流量を調節する事ができる。

なお、排気通路１９には、フィルタ２０に限らず、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒や尿素選択還元型ＮＯｘ触媒、酸化触媒等の排気浄化装置が備えられていても良い。また、本実施例においてはフィルタ２０が本発明における排気浄化装置に相当する。

また、内燃機関１には、排気通路１９におけるフィルタ２０よりも下流側を通過する排気の一部を吸気通路９におけるコンプレッサハウジング６よりも上流側に再循環させる低圧ＥＧＲ装置３０が設けられている。この低圧ＥＧＲ装置３０は、排気通路１９におけるフィルタ２０よりも下流側であって且つ排気絞り弁１１よりも上流側の部分と吸気通路９におけるコンプレッサハウジング６よりも上流側であって且つエアクリーナ４よりも下流側の部分とを連通する低圧ＥＧＲ通路３１と、低圧ＥＧＲ通路３１内を流れる排気（以下、「低圧ＥＧＲガス」という。）の流量を調節可能な低圧ＥＧＲ弁３２と、低圧ＥＧＲ通路３１における低圧ＥＧＲ弁３２よりも上流側を流れる低圧ＥＧＲガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ３３とを備えている。

そして、低圧ＥＧＲ弁３２は電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御されることで、低圧ＥＧＲガスの流量（以下、「低圧ＥＧＲガス量」という。）を調節する事ができる。

さらに、内燃機関１には、排気マニホールド１８を通過する排気の一部を吸気マニホールド８に再循環させる高圧ＥＧＲ装置４０が設けられている。この高圧ＥＧＲ装置４０は、排気マニホールド１８と吸気マニホールド８とを連通する高圧ＥＧＲ通路４１と、高圧ＥＧＲ通路４１内を流れる排気（以下、「高圧ＥＧＲガス」という。）の流量を調節可能な高圧ＥＧＲ弁４２とを備えている。そして、高圧ＥＧＲ弁４２は電気配線を介してＥＣＵ２２に接続されており、ＥＣＵ２２からの制御信号に基づいてその弁開度が制御されることで、高圧ＥＧＲガスの流量（以下、「高圧ＥＧＲガス量」という。）を調節する事ができる。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１及び吸排気系を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２２が併設されている。こ
のＥＣＵ２２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の運転状態等を制御するほか、低圧ＥＧＲ弁３２の開度（以下、「低圧ＥＧＲ開度」という。Ｄ_Ｌ、高圧ＥＧＲ弁４２の開度（以下、「高圧ＥＧＲ開度」という。Ｄ_Ｈ等を制御する。

ＥＣＵ２２には、エアフローメータ１４や、機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１５、アクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ１６などの内燃機関１の運転状態の制御に係るセンサ類が電気配線を介して接続され、それらの出力信号がＥＣＵ２２に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２２には、燃料噴射弁３、吸気絞り弁１２、排気絞り弁１１、低圧ＥＧＲ弁３２、高圧ＥＧＲ弁４２等が電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ２２によって制御されるようになっている。

また、ＥＣＵ２２には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、内燃機関１の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。また、後述する各種ルーチンはＥＣＵ２２のＲＯＭに記憶されているプログラムの
一つである。

上記の構成において、エアクリーナ４から吸気通路９に導かれた空気は、コンプレッサハウジング６、インタークーラ１３、吸気マニホールド８を経由して内燃機関１の燃焼室に過給される。

一方、各気筒２の燃焼室から排出された排気は排気マニホールド１８を経由し、タービンハウジング７に流入してタービンを駆動する。そして、フィルタ２０において排気中のＰＭが捕集され、ＰＭが除去された排気が排気通路１９を流れて大気中に排出される。

また、低圧ＥＧＲ弁５が開弁されると、低圧ＥＧＲ通路３１が導通状態となり、フィルタ２０から流出した排気の一部が低圧ＥＧＲ通路３１を経由して吸気通路９に流入する。吸気通路９に流入した低圧ＥＧＲガスはコンプレッサハウジング６、吸気マニホールド８を経由して内燃機関１の燃焼室に過給される。ここで、低圧ＥＧＲ装置３０によって行われるＥＧＲを、以下、「低圧ＥＧＲ」と称す。また、内燃機関１から排出された排気が低圧ＥＧＲガスとして再循環して内燃機関１に吸入されるまでに流通する経路を、「低圧ＥＧＲ経路」と称す。

ここで、低圧ＥＧＲガス量は、排気絞り弁１１の開度を調節して排気通路１９における低圧ＥＧＲ通路３１との分岐部の排気の圧力を増減することによって調節することができる。例えば、排気絞り弁１１の開度を閉弁側に調節すると、該分岐部における排気の圧力が上昇するため、低圧ＥＧＲ通路３１の上流側と下流側の差圧が増大し、低圧ＥＧＲガス量が増大する。

一方、高圧ＥＧＲ弁４２が開弁されると、高圧ＥＧＲ通路４１が導通状態となり、排気マニホールド１８を流れる排気の一部が高圧ＥＧＲ通路４１を経由して吸気マニホールド８に流入し、内燃機関１の燃焼室に再循環される。ここで、高圧ＥＧＲ装置４０によって行われるＥＧＲを、以下、高圧ＥＧＲと称す。また、内燃機関１から排出された排気が高圧ＥＧＲガスとして再循環して内燃機関１に吸入されるまでに流通する経路を、「高圧ＥＧＲ経路」と称す。

高圧ＥＧＲガス量は、吸気絞り弁１２の開度を調節して吸気マニホールド８における吸気の圧力を増減することによって調節することができる。例えば、吸気絞り弁１２の開度を閉弁側に調節すると、吸気マニホールド８に流入する吸気の量が減るため、気筒２の吸気行程において吸気マニホールド８内のガスが気筒２に吸入されると、吸気マニホールド８における吸気の圧力が低下する。そのため、高圧ＥＧＲ通路４１の上流側と下流側の差圧が増大し、高圧ＥＧＲガス量が増大する。

＜ＥＧＲ制御＞
本実施例における排気浄化システムでは、上記のように低圧ＥＧＲおよび／または高圧ＥＧＲによって排気の一部を内燃機関１の燃焼室に再循環させることによって、燃焼室内における燃焼温度が低下し、燃焼過程で発生するＮＯｘの量を低下させることができる。

ここで、低圧ＥＧＲ及び高圧ＥＧＲを好適に実施可能な内燃機関１の運転状態の条件はそれぞれ異なっている。これに対し、内燃機関１の運転状態に応じて低圧ＥＧＲと高圧ＥＧＲを切り替えて、或いは併用してＥＧＲを行うことにより、内燃機関１に再循環される低圧ＥＧＲガス量と高圧ＥＧＲガス量とが運転状態に適した割合となるように制御される。

ここで、先ず、従来における内燃機関１の機関負荷Ｔｑが増加するときのＥＧＲ制御に
ついて、図７に基づいて説明する。図７は、従来の機関負荷増加時のＥＧＲ制御において、吸気マニホールド内の高圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｈおよび低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌ、吸気の酸素濃度Ｒ_Ｏ、内燃機関におけるＮＯｘ生成量Ｑ_ＮＯＸの推移を例示したタイムチャートである。（ａ）は、吸気マニホールド内の高圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｈの推移を例示したタイムチャートである。（ｂ）は、吸気マニホールド内の低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌの推移を例示したタイムチャートである。（ｃ）は、吸気マニホールド内における吸気の酸素濃度（以下、「吸気酸素濃度」という。）Ｒ_Ｏの推移を例示したタイムチャートである。（ｄ）は、内燃機関におけるＮＯｘ生成量Ｑ_ＮＯＸの推移を例示したタイムチャートである。

ここで、図７（ａ）に示すＧ_Ｈ０、Ｇ_Ｈ１は高圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｈの目標値である。また、図７（ｂ）に示すＧ_Ｌ０、Ｇ_Ｌ１は低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌの目標値である。更に、図７（ｃ）に示すＲ_Ｏ０、Ｒ_Ｏ１は吸気酸素濃度Ｒ_Ｏの目標値である。また、吸気酸素濃度Ｒ_Ｏは高圧ＥＧＲガスと低圧ＥＧＲガスと新気とから構成される吸気の酸素濃度を意味している。

図示の時点ｔ０では内燃機関１の運転状態が変更され、機関負荷Ｔｑが増加する。そうすると内燃機関１から排出されるＮＯｘ量が急激に増加する虞があるため吸気酸素濃度Ｒ_Ｏの目標値が低く変更される（図７（ｃ）中Ｒ_Ｏ０→Ｒ_Ｏ１）。ここで、吸気酸素濃度Ｒ_Ｏが低くなれば燃焼室における混合気の燃焼温度が低下するためＮＯｘ生成量の増加を抑えることができるからである。また、吸気酸素濃度の目標値Ｒ_Ｏ１は要求負荷Ｔｑに基づいて内燃機関１の運転状態に適するようにＥＣＵ２２によって決定される。

ここで、上述のように吸気酸素濃度の目標値Ｒ_Ｏ１が決定されると、このＲ_Ｏ１を得るために必要なＥＧＲ率（ＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋新気量））の目標値が決定され、ＥＧＲ率がこの目標値になるように高圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｈの目標値および低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌの目標値が時点ｔ０において増量される（図７（ａ）中Ｇ_Ｈ０→Ｇ_Ｈ１、図７（ｂ）中Ｇ_Ｌ０→Ｇ_Ｌ１）。本実施例においては高圧ＥＧＲガス量の目標値Ｇ_Ｈ１と低圧ＥＧＲガス量の目標値Ｇ_Ｌ１とが、それぞれ本発明における目標高圧ＥＧＲガス量と目標低圧ＥＧＲガス量とに相当する。

しかしながら、低圧ＥＧＲ経路は高圧ＥＧＲ経路に比べて長いため、高圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｈに比べて低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌの方が増量時の応答性が悪い。つまり、実際に高圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｈが目標値Ｇ_Ｈ１に増量するまでに要する期間（以下、「高圧ＥＧＲ過渡期間」という。）Δｔ_ＤＨ（時点ｔ０〜ｔ１）に比べて、低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌが目標値Ｇ_Ｌ１に増量するまでに要する期間（以下、「低圧ＥＧＲ過渡期間」という。）Δｔ_ＤＬ（時点ｔ０〜ｔ２）の方が長くなる。

このとき低圧ＥＧＲ過渡期間Δｔ_ＤＬが長くなるほど低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌが不足するため、低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌ内のＣＯ_２量が不足する。従って、ＥＧＲガス全体におけるＣＯ_２量の応答性が悪くなる。つまり、低圧ＥＧＲ過渡期間Δｔ_ＤＬと高圧ＥＧＲ過渡期間Δｔ_ＤＨとの差（以下、「応答遅れ期間」という。）ｔ_Ｄが長くなるほど吸気酸素濃度Ｒ_Ｏが目標値Ｒ_Ｏ１まで低下するのに時間を要することになる。その結果、吸気酸素濃度Ｒ_Ｏが目標値Ｒ_Ｏ１よりも過度に高い期間が長くなり、ＮＯｘ生成量Ｑ_ＮＯＸが急増する場合があった。

そこで、次に本実施例における内燃機関１の機関負荷Ｔｑが増加するときのＥＧＲ制御について、図２に基づいて、詳しく説明する。図２は、本実施例の機関負荷増加時のＥＧＲ制御において、燃料噴射弁に出される指令信号、吸気マニホールドにおける高圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２量Ｑ_ＣＨおよび低圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２量Ｑ_ＣＬ、吸気の酸素濃度Ｒ_Ｏ、内燃機関におけるＮＯｘ生成量Ｑ_ＮＯＸの推移を例示したタイムチャートである。（ａ
）は、燃料噴射弁に出される指令信号の推移を例示したタイムチャートである。（ｂ）高圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２量Ｑ_ＣＨの推移を例示したタイムチャートである。（ｃ）は、低圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２量Ｑ_ＣＬの推移を例示したタイムチャートである。（ｄ）は、吸気酸素濃度Ｒ_Ｏの推移を例示したタイムチャートである。（ｅ）は、内燃機関におけるＮＯｘ生成量Ｑ_ＮＯＸの推移を例示したタイムチャートである。

ここで、図２（ａ）中に示す指令信号が「ＯＮ」のときは燃料噴射弁３が開弁して燃料が副噴射され、指令信号が「ＯＦＦ」のときは燃料噴射弁３が閉弁して燃料の副噴射が停止される。この副噴射は内燃機関１の燃焼サイクルにおける膨張行程から排気行程までの期間に行われる。従って、副噴射された燃料によって内燃機関１の出力に寄与することなく、排気の酸素濃度を低下させることができる。また、各図中に示す破線は、図７で示した従来のＥＧＲ制御を実施した場合の各タイムチャートを併せて図示したものである。また、図中の時点ｔ０、ｔ１、ｔ２に関しては図７と同様であり詳しい説明を省略する。

ここで、時点ｔ０では内燃機関１の機関負荷Ｔｑが増加するとともに、吸気酸素濃度Ｒ_Ｏの目標値がＲ_Ｏ１に変更され、高圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｈの目標値および低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌの目標値がＧ_Ｈ１、Ｇ_Ｌ１に変更される。すなわち、本実施例においても、高圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｈおよび低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌの時間推移自体は、両者の応答性の違いから高圧ＥＧＲ過渡期間Δｔ_ＤＨよりも低圧ＥＧＲ過渡期間Δｔ_ＤＬが長くなる。

そこで、本実施例では、低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌ（言い換えると、低圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２量）が低圧ＥＧＲ過渡期間Δｔ_ＤＬに不足する場合においても吸気酸素濃度Ｒ_Ｏを目標値Ｒ_Ｏ１まで迅速に低下させるべく、ＥＧＲガスの酸素濃度自体を低下させることに着目した。つまり、吸気酸素濃度Ｒ_Ｏを下げるにはＥＧＲガス内のＣＯ_２量を増加させることが有効であり、本実施例では、このＥＧＲガス内のＣＯ_２量を増加させるために該ＥＧＲガスの酸素濃度自体を低下させることにした。

つまり、図２（ａ）に示すように、内燃機関１の機関負荷Ｔｑが増加する時点０において、ＥＣＵ２２が燃料噴射弁３に燃料を副噴射させる。そして、副噴射により酸素濃度が低下した排気は、高圧ＥＧＲおよび低圧ＥＧＲによって再循環されることになる。

上述したように、高圧ＥＧＲおよび低圧ＥＧＲの応答性の違いから、酸素濃度が低下した排気は、先ず高圧ＥＧＲによって再循環される。これにより、図２（ｂ）の実線に示すように、高圧ＥＧＲガスの酸素濃度をより低くすることにより、高圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２量Ｑ_ＣＨを従来（破線）に比べて増加させることができる。つまり、本実施例（実線）と従来例（破線）とにおいて、同時点における高圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｈは等しくなるが、本実施例では高圧ＥＧＲガスの酸素濃度が低いため、言い換えるとＣＯ_２濃度が高いため、高圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２量Ｑ_ＣＨを増加することができる。

その結果、図２（ｄ）に示すように、高圧ＥＧＲ過渡期間Δｔ_ＤＨが終了する時点ｔ１までに吸気酸素濃度Ｒ_Ｏを目標値Ｒ_Ｏ１に近づけることができる。つまり、吸気酸素濃度Ｒ_Ｏが目標値Ｒ_Ｏ１よりも過度に高い期間が長くなることが抑制される。従って、本実施例においては図２（ｅ）に示すように、内燃機関１の機関負荷Ｔｑが増加する過渡時においてもＮＯｘ生成量Ｑ_ＮＯＸの増加分をより少なくすることができる。

ここで、燃料噴射弁３から燃料を副噴射させる期間（以下、「副噴射期間」という。）Δｔｓと該副噴射期間Δｔｓに噴射される燃料噴射量（以下、「副燃料噴射量という。」）Ｑｓについて詳しく説明する。図２（ａ）に示すように、副噴射期間Δｔｓの始期は時点ｔ０であり、副噴射期間Δｔｓは応答遅れ期間Δｔ_Ｄと等しくするものとした。

これは、吸気酸素濃度Ｒ_Ｏの目標値Ｒ_Ｏ１に対する応答遅れが生じるのは低圧ＥＧＲ過渡期間Δｔ_ＤＬが経過するまで（時点ｔ０〜ｔ２）であるが、副噴射によって酸素濃度が低下した排気が実際に高圧ＥＧＲガスとして再循環されるのもタイムラグが生じるため、これを考慮して低圧ＥＧＲ過渡期間Δｔ_ＤＬと高圧ＥＧＲ過渡期間Δｔ_ＤＨとの差だけ燃料噴射弁３から燃料を副噴射させることとした。これにより、特にＮＯｘ生成量Ｑ_ＮＯＸが急激に増加し得る時点ｔ１からｔ２に亘り高圧ＥＧＲガスの酸素濃度が低くなり、低圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２量Ｑ_ＣＬの不足分を補うことができる。

次に、副噴射期間Δｔｓに噴射される燃料噴射量（以下、「副燃料噴射量という。」）Ｑｓについて説明する。本実施例における副燃料噴射量Ｑｓは時点０において変更される目標吸気酸素濃度Ｒ_Ｏの差が大きいほど副燃料噴射量Ｑｓを多くするものとした。Ｒ_Ｏ０に比べてＲ_Ｏ１が低いほど高圧ＥＧＲガスの酸素濃度を低下させて、迅速に目標吸気酸素濃度Ｒ_Ｏを低下させる必要があるからである。

＜ＥＧＲ過渡時制御ルーチン＞
以下、ＥＣＵ２２によって行われるＥＧＲ制御について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。図２は本実施例におけるＥＧＲ過渡時制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ２２内のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、所定期間毎に実行される。

まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ２２によって、内燃機関１の運転状態が検出される。具体的には、クランクポジションセンサ１５によるクランク角度の検出値から内燃機関１の機関回転数ＮＥが取得されるとともに、アクセルポジションセンサ１６によるアクセル開度の検出値から内燃機関１の要求負荷Ｔｑが取得される。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ２２によって、ステップＳ１０１において取得した要求負荷Ｔｑに基づいて吸気酸素濃度Ｒ_Ｏの目標値Ｒ_Ｏ１が演算されるとともに、現在の吸気酸素濃度Ｒ_Ｏ０が取得される。具体的には、吸気酸素濃度Ｒ_Ｏの目標値Ｒ_Ｏ１は、例えば要求負荷Ｔｑと吸気酸素濃度Ｒ_Ｏとの関係が格納されたマップから読み出すことによって吸気酸素濃度Ｒ_Ｏの目標値Ｒ_Ｏ１を導出しても良い。また、現在の吸気酸素濃度Ｒ_Ｏ０は、前回本ルーチンが実行されたときに演算された吸気酸素濃度Ｒ_Ｏの目標値を読み込むことにより取得しても良い。また、吸気マニホールド８に酸素濃度を検出する酸素濃度センサを設け、該酸素濃度センサの検出値に基づいて取得するようにしても良い。ここで、本実施例においては吸気酸素濃度Ｒ_Ｏの目標値を演算するＥＣＵ２２が、本発明における目標酸素濃度決定手段に相当する。そして、ステップＳ１０２の処理が終わるとステップＳ１０３に進む。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ２２によって、現在ＥＣＵ２２から出されている指令値を読み込むことにより、現在の低圧ＥＧＲ開度Ｄ_Ｌ０と現在の高圧ＥＧＲ開度Ｄ_Ｈ０とが取得される。そして、ステップＳ１０３の処理が終わるとステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、機関回転数ＮＥと要求負荷Ｔｑとに基づいて低圧ＥＧＲ開度Ｄ_Ｌの目標値（以下、「低圧ＥＧＲ目標開度」という。）Ｄ_Ｌ１と高圧ＥＧＲ開度Ｄ_Ｈの目標値（以下、「高圧ＥＧＲ目標開度」という。）Ｄ_Ｈ１が演算される。この低圧ＥＧＲ目標開度Ｄ_Ｌ１、高圧ＥＧＲ目標開度Ｄ_Ｈ１は予め実験等により求められ、内燃機関１の運転状態の関数又はマップとしてＥＣＵ２２のＲＯＭに記憶されている。

具体的には、例えば機関回転数ＮＥと要求負荷Ｔｑとに応じたＥＧＲ率の目標値を求め、ＥＧＲ率を目標値にするために最適な高圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｈの目標値Ｇ_Ｈ１、低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌの目標値Ｇ_Ｌ１を求めても良い。そして、高圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｈと低圧ＥＧ
Ｒガス量Ｇ_Ｌとが、それぞれ目標値Ｇ_Ｈ１、目標値Ｇ_Ｌ１となるような高圧ＥＧＲ目標開度Ｄ_Ｈ１、低圧ＥＧＲ目標開度Ｄ_Ｌ１を求めるようにしても良い。そして、ステップＳ１０４の処理が終わるとステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５では、低圧ＥＧＲ目標開度Ｄ_Ｌ１が現在の低圧ＥＧＲ開度Ｄ_Ｌ０よりも開き側の開度であるか否かが判定される。つまり、本ステップでは、低圧ＥＧＲ開度Ｄ_Ｌが増大される過渡時に、低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌが不足してＮＯｘ生成量Ｑ_ＮＯＸが急増する虞があるか否かが判定される。

そして、低圧ＥＧＲ目標開度Ｄ_Ｌ１が現在の低圧ＥＧＲ開度Ｄ_Ｌ０よりも開き側の開度であると判定された場合には、ステップＳ１０６に進む。一方、低圧ＥＧＲ目標開度Ｄ_Ｌ１が現在の低圧ＥＧＲ開度Ｄ_Ｌ０と同一開度または閉じ側の開度であると判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。

続くステップＳ１０６では、ステップＳ１０４で演算された高圧ＥＧＲ目標開度Ｄ_Ｈ１が零でないか否かが判定される。そして、高圧ＥＧＲ目標開度Ｄ_Ｈ１が零ではないと判定された場合には、ステップＳ１０７に進む。一方、高圧ＥＧＲ目標開度Ｄ_Ｈ１が零と判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。このときは、後述するステップにおいて燃料噴射弁３から燃料を副噴射させても、酸素濃度の低下した排気を高圧ＥＧＲガスとして再循環させることができないからである。

続くステップＳ１０７では、ＥＣＵ２２によって、燃料添加弁３に燃料を副噴射させる副噴射期間Δｔｓが、機関回転数ＮＥと過給圧Ｐｂとに基づいて演算される。上述したように、本実施例における副噴射期間Δｔｓは応答遅れ期間Δｔ_Ｄと等しくされる。そして、本実施例における応答遅れ期間Δｔ_Ｄは予め実験等により求められ、内燃機関１の機関回転数ＮＥと過給圧Ｐｂの関数又はマップとしてＥＣＵ２２のＲＯＭに記憶されている。また、過給圧Ｐｂは機関回転数ＮＥと要求負荷Ｔｑと過給圧Ｐｂの関係が格納されたマップから読み出すことにより導出しても良い。そして、ステップＳ１０７の処理が終わるとステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８では、ＥＣＵ２２によって、吸気酸素濃度の目標値Ｒ_Ｏ１と現在の吸気酸素濃度Ｒ_Ｏ０との差に基づいて副燃料噴射量Ｑｓが演算される。本ルーチンでは吸気酸素濃度の目標値Ｒ_Ｏ１と現在の吸気酸素濃度Ｒ_Ｏ０との差が大きいほど、副燃料噴射量Ｑｓが多くなるように算出される。そして、ステップＳ１０８の処理が終わるとステップ１０９に進む。

ステップＳ１０９では、ＥＣＵ２２が低圧ＥＧＲ弁３２および高圧ＥＧＲ弁４２に指令を出し、低圧ＥＧＲ開度Ｄ_Ｌと高圧ＥＧＲ開度Ｄ_Ｈが、それぞれ低圧ＥＧＲ目標開度Ｄ_Ｌ１および高圧ＥＧＲ目標開度Ｄ_Ｈ１に変更される。さらに、同時にＥＣＵ２２からの指令によって燃料噴射弁３から燃料が副噴射される。この副噴射はステップＳ１０７で演算された副噴射期間Δｔｓ（応答遅れ期間Δｔ_Ｄ）に亘り、ステップＳ１０８で演算された副燃料噴射量Ｑｓだけ噴射されるように実施される。そして、ステップＳ１０９の処理が終わると本ルーチンを一旦終了する。

ここで、本実施例においては、低圧ＥＧＲ開度Ｄ_Ｌを変更する低圧ＥＧＲ弁３２が本発明における低圧ＥＧＲガス量変更手段に相当し、高圧ＥＧＲ開度Ｄ_Ｈを変更する高圧ＥＧＲ弁４２が本発明における高圧ＥＧＲガス量変更手段に相当する。また、本実施例において、低圧ＥＧＲ弁３２および高圧ＥＧＲ弁４２に指令を出すＥＣＵ２２が本発明における低圧ＥＧＲ指令手段および高圧ＥＧＲ指令手段に相当する。更に、本実施例においては、燃料噴射弁３に燃料を副噴射させるＥＣＵ２２が本発明における酸素濃度低下手段に相当
する。

また、上記ルーチンにおいて、副噴射期間Δｔｓは応答遅れ期間Δｔ_Ｄと等しく、高圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｈ及び低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌがそれぞれ目標値Ｇ_Ｈ１及び目標値Ｇ_Ｌ１に増加するまでに要する期間とする例を説明したが、これに限定される趣旨でない。例えば、高圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２量及び低圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２量に基づいて副噴射期間Δｔｓを精度良く求めるようにしても良い。

その場合には、例えば、低圧ＥＧＲ通路３１における低圧ＥＧＲ弁３２よりも下流側に低圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２濃度を検出する第１ＣＯ_２センサ（図示省略）を備え、高圧ＥＧＲ通路４１における高圧ＥＧＲ弁４２よりも下流側に高圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２濃度を検出する第２ＣＯ_２センサ（図示省略）を備えるようにしても良い。そして、第１ＣＯ_２センサにより検出されるＣＯ_２濃度と低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌとにより低圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２量を、第２ＣＯ_２センサにより検出されるＣＯ_２濃度と高圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｈとにより高圧ＥＧＲガス量内のＣＯ_２量を算出することができる。

そして、高圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２量及び低圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２量が内燃機関１の運転状態に最適となるそれぞれの目標値まで増加するまでの期間の差を上記の副噴射期間Δｔｓとするようにしても良い。そうすれば、低圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２濃度、高圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２濃度が随時変化する場合においても、より好適な期間に亘り燃料噴射弁３に燃料を副噴射させることができる。

以上のように、本実施例におけるＥＧＲ制御によれば、低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌが増量される過渡時において、吸気酸素濃度Ｒ_Ｏを目標値Ｒ_Ｏ１まで迅速に低下させることができる。これにより、吸気酸素濃度Ｒ_Ｏが目標値Ｒ_Ｏ１よりも過度に高い期間が長くなることが抑制し、ＮＯｘ生成量Ｑ_ＮＯＸが急増することを抑制できる。

次に、本発明に係る内燃機関１の排気浄化システムの実施例１とは異なる実施例について説明する。図４は、本実施例における内燃機関１と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。ここで、実施例１の排気浄化システムと同一又は同等の構成部分については同一の符号を付して詳しい説明を省略する。

本実施例と実施例１に係る排気浄化システムでは以下の点で相違する。即ち、本実施例における排気浄化システムでは排気通路１９におけるタービンハウジング７よりも下流側であってフィルタ２０よりも上流側の部分に還元剤としての燃料を排気中に添加する燃料添加弁４５が備えられている。この燃料添加弁４５はＥＣＵ２２に電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ２２によって制御されるようになっている。また、フィルタ２０には排気中のＮＯｘを浄化する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が担持されている。

また、低圧ＥＧＲ通路３１には、低圧ＥＧＲクーラ３３の上流側の部分と下流側の部分とを連通するとともに低圧ＥＧＲガスに低圧ＥＧＲ通路３１を迂回させるＥＧＲクーラバイパス通路３４が設けられている。さらに、低圧ＥＧＲ通路３１と低圧ＥＧＲバイパス通路３４との連通部の一には該低圧ＥＧＲ通路３１と低圧ＥＧＲバイパス通路３４の何れにガスを通過させるかを切替可能な第１流路切替弁３５が設けられている。

また、吸気通路９には、インタークーラ１３の上流側の部分と下流側の部分とを連通するとともにインタークーラ１３を流通するガス（新気、低圧ＥＧＲガス等）に該インタークーラ１３を迂回させるインタークーラバイパス通路３６が設けられている。さらに、吸気通路９とインタークーラバイパス通路３６との連通部の一には該吸気通路９とインター
クーラバイパス通路３６の何れにガスを通過させるかを切替可能な第２流路切替弁３７が設けられている。

また、第１流路切替弁３５、第２流路切替弁３７はＥＣＵ２２に電気配線を介して接続されており、これらのＥＣＵ２２によって制御されるようになっている。また、第１流路切替弁３５と第２流路切替弁３７において、低圧ＥＧＲガスに低圧ＥＧＲクーラ３３およびインタークーラ１３を流通させる制御がなされるときの切替弁の停止位置を「流通側位置」、迂回させる制御がなされるときの切換弁の停止位置を「迂回側位置」と称す。

＜ＥＧＲ制御の変形例＞
次に、実施例１で説明したＥＧＲ制御とは異なるＥＧＲ制御について、説明する。上述したように本発明に係るＥＧＲ制御では、高圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｈおよび低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌの増量時に燃料噴射弁３から燃料が副噴射される。そして、酸素濃度が低下した排気は高圧ＥＧＲのみならず低圧ＥＧＲによっても再循環されるため、実際に低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌが増量し始めると酸素濃度の低下した低圧ＥＧＲガスが吸気マニホールド８に流入することになる（図２（ｃ）参照。）。そうすると、特に低圧ＥＧＲ過渡期間Δｔ_ＤＬが経過した後（図２における時点ｔ２以降）には、吸気マニホールド８内のＣＯ_２量が過剰になり、吸気酸素濃度Ｒ_Ｏが目標値Ｒ_Ｏ１よりも過度に低くなってしまうことも考えられる。

ここで、副噴射によって酸素濃度の低下した排気が低圧ＥＧＲによって再循環する期間は上述した副噴射期間Δｔｓと略等しい。従って、本実施例では、副噴射が終了した時点から副噴射期間Δｔｓに亘り高圧ＥＧＲガス量Ｇ_ＨをＧ_Ｈ１から該Ｇ_Ｈ１よりも少ないＧ_Ｈ２まで減量することにした。このように、燃料の副噴射により酸素濃度の低下した低圧ＥＧＲガスが再循環するときには、高圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｈを減量して、高圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２量を減量する。これにより、で吸気マニホールド８内のＣＯ_２量が過剰になることを抑制できる。

ここで、高圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｈの目標値がＧ_Ｈ２に維持される期間を高圧ＥＧＲ減量期間Δｔｒと称す。本実施例においては高圧ＥＧＲ減量期間Δｔｒが本発明における所定期間に相当する。そして、本実施例における高圧ＥＧＲ減量期間Δｔｒの始期は燃料噴射弁３による副噴射が終了した時であって、その期間は副噴射期間Δｔｓ（つまり、応答遅れ期間Δｔ_Ｄ）に等しくすることとした。

また、本実施例においては、燃料噴射弁３から副噴射される副燃料噴射量Ｑｓが多いほど、高圧ＥＧＲガス量の目標値Ｇ_Ｈ２が少ない量に決定される。これは、副燃料噴射量Ｑｓが多いほど酸素濃度の低い排気が低圧ＥＧＲガスとして再循環し、吸気酸素濃度Ｒ_Ｏが低くなるからである。

＜第２ＥＧＲ過渡時制御ルーチン＞
以下、ＥＣＵ２２によって行われる本実施例のＥＧＲ制御について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。図５は本実施例における第２ＥＧＲ過渡時制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ２２内のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、所定期間毎に実行される。

また、本ルーチンと実施例１のＥＧＲ過渡時制御ルーチンとにおいて、処理内容が同一のステップは、同じ数字を用いることで詳しい説明を省略する。すなわち、ステップＳ１０１〜Ｓ１０６は、ＥＧＲ過渡時制御ルーチンにおいて対応するステップにおける処理内容と同様である。そして、ステップＳ１０６において肯定判定がなされた場合には、ステップＳ２０１に進む。

ステップＳ２０１では、ＥＣＵ２２によって副噴射禁止条件が成立していないかどうかが判定される。この副噴射禁止条件とは、燃料噴射弁３から燃料を副噴射させると吸気酸素濃度Ｒ_Ｏが過度に低くなり得るときの条件であり、詳しくは後述する。そして、本ステップにおいて、副噴射禁止条件が成立していると判定された場合には、燃料噴射弁３から燃料を副噴射させると吸気酸素濃度Ｒ_Ｏが過度に低くなる虞があると判断され、本ルーチンを一旦終了する。一方、副噴射禁止条件が成立していないと判定された場合には、燃料噴射弁３から燃料を副噴射させても吸気酸素濃度Ｒ_Ｏが過度に低くなる虞がないと判断され、ステップＳ２０２に進む。

続くステップＳ２０２では、ＥＣＵ２２によって第１流路切替弁３５と第２流路切替弁３７における切替弁の停止位置が読み込まれる。すなわち、切替弁が「流通側位置」と「迂回側位置」との何れに停止しているかが読み込まれる。そして、ステップＳ２０２の処理が終わるとステップＳ２０３に進む。

続くステップＳ２０３では、燃料の副噴射期間Δｔｓが演算される。本実施例においても副噴射期間Δｔｓは応答遅れ期間Δｔ_Ｄと等しくするものとした。そして応答遅れ期間Δｔ_Ｄは上述したように、内燃機関１の機関回転数ＮＥと過給圧Ｐｂの関数又はマップとしてＥＣＵ２２のＲＯＭに記憶されており、過給圧Ｐｂと機関回転数ＮＥとをパラメータとして演算される。しかしながら、第１流路切替弁３５と第２流路切替弁３７における切替弁の停止位置が「流通側位置」と「迂回側位置」との何れに停止しているかによって低圧ＥＧＲ経路の長さが変化するため、応答遅れ期間Δｔ_Ｄが異なる場合がある。従って、本実施例では切替弁の停止位置が「流通側位置」と「迂回側位置」とでは異なる上記関数またはマップを予め用意し、切替弁の停止位置に応じて上記マップ等を使い分けて精度良く応答遅れ期間Δｔ_Ｄが演算される。そして、ステップＳ２０３の処理が終わるとステップＳ１０８に進む。

ここで、ステップＳ１０８はＥＧＲ過渡時制御ルーチンにおいて対応するステップにおける処理内容と同様であり、詳しい説明を省略する。そして、ステップＳ１０８の処理が終わるとステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０４では、ステップＳ１０８において演算された副燃料噴射量Ｑｓに基づいて高圧ＥＧＲガス量の目標値Ｇ_Ｈ２が演算される。上述のように、高圧ＥＧＲガス量の目標値Ｇ_Ｈ２は目標値Ｇ_Ｈ１よりも少なく、且つ副燃料噴射量Ｑｓが多いほど少なくなるように決定される。具体的には、副燃料噴射量Ｑｓと高圧ＥＧＲガス量の目標値Ｇ_Ｈ１およびＧ_Ｈ２との関係が格納されたマップから読み出すことによって高圧ＥＧＲガス量の目標値Ｇ_Ｈ２が導出される。そして、ステップＳ２０４の処理が終わるとステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０５では、高圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｈが高圧ＥＧＲガス量の目標値Ｇ_Ｈ２になるような第２高圧ＥＧＲ目標開度Ｄ_Ｈ２が演算される。この第２高圧ＥＧＲ目標開度Ｄ_Ｈ２は予め実験等により求めておき、例えば高圧ＥＧＲガス量の目標値Ｇ_Ｈ１と高圧ＥＧＲ目標開度Ｄ_Ｈ１と高圧ＥＧＲガス量の目標値Ｇ_Ｈ２との関数又はマップとしてＥＣＵ２２のＲＯＭに記憶しておいても良い。そして、ステップＳ２０５の処理が終わるとステップＳ１０９に進む。

続くステップＳ１０９は、ＥＧＲ過渡時制御ルーチンにおいて対応するステップにおける処理内容と同様であり、詳しい説明を省略する。そして、ステップＳ１０９の処理が終わるとステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０６では、高圧ＥＧＲ開度Ｄ_ＨがステップＳ２０５で演算された第２高圧ＥＧＲ目標開度Ｄ_Ｈ２に変更され、高圧ＥＧＲ開度Ｄ_Ｈは副噴射期間Δｔｓ（応答遅れ期間Δｔ_Ｄ）に亘り第２高圧ＥＧＲ目標開度Ｄ_Ｈ２に維持される。そして、ステップＳ２０６の処理が終わると、ステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０７では、高圧ＥＧＲ開度Ｄ_Ｈが第２高圧ＥＧＲ目標開度Ｄ_Ｈ２から再び高圧ＥＧＲ目標開度Ｄ_Ｈ１に変更され、ステップＳ２０７の処理が終わると、本ルーチンを一旦終了する。

以上のように、本実施例におけるＥＧＲ制御によれば、低圧ＥＧＲ過渡期間Δｔ_ＤＬが経過した後においても、吸気酸素濃度Ｒ_Ｏが目標値Ｒ_Ｏ１に比べて過度に低くなってしまうことを抑制できる。

＜副噴射禁止条件＞
次に、上述の第２ＥＧＲ過渡時制御ルーチンにおけるステップ２０１で実行される処理について詳しく説明する。つまり、上記ＥＧＲ制御における副噴射禁止条件について説明する。

ここで、燃料噴射弁３から燃料を副噴射させることに起因して吸気酸素濃度Ｒ_Ｏが目標値Ｒ_Ｏ１よりも過度に低くなり得る条件下では、副噴射を禁止することが好ましい。そこで、本実施例では、所定の副噴射禁止条件が成立するときに、ＥＣＵ２２は、燃料噴射弁３による燃料の副噴射を禁止することとした。なお、本実施例において副噴射禁止条件が、本発明における所定の条件に相当する。また、本実施例において燃料の副噴射を禁止するＥＣＵ２２が、本発明における燃料副噴射禁止手段に相当する。

ここで、図６は本実施例における内燃機関１の要求負荷Ｔｑと吸気酸素濃度の目標値Ｒ_Ｏ１との関係を例示した図である。横軸には要求負荷Ｔｑを、縦軸には吸気酸素濃度の目標値Ｒ_Ｏ１を示す。

図示のように、要求負荷Ｔｑが図中の点ａから点ｂに推移する場合には吸気酸素濃度の目標値Ｒ_Ｏ１が低く変更される場合がある。これは、要求負荷Ｔｑが増加することに起因してＮＯｘ生成量Ｑ_ＮＯＸが増加することを抑制する必要があるからである。一方、図中の点ｃから点ｄに推移する場合には吸気酸素濃度の目標値Ｒ_Ｏ１が高く変更される場合がある。仮に酸素濃度を低く変更すると内燃機関１から排出されるスモーク等が急増したり、該内燃機関１の出力低下等の不都合が生じる虞があるからである。

そこで、本実施例におけるＥＧＲ制御では、高圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｈおよび低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌの増量時において、吸気酸素濃度の目標値Ｒ_Ｏ１が高く変更されるときに副噴射禁止条件を成立させて、燃料の副噴射を禁止するようにしても良い。

つまり、第２ＥＧＲ過渡時制御ルーチンにおけるステップ２０１では以下に示す処理が実行されても良い。すなわちステップ２０１では、ステップＳ１０２で取得された現在の吸気酸素濃度Ｒ_Ｏ０と同ステップで演算された吸気酸素濃度の目標値Ｒ_Ｏ１とに基づいて、吸気酸素濃度の目標値Ｒ_Ｏ１が現在の吸気酸素濃度Ｒ_Ｏ０以下であるか否かが判定される。そして、吸気酸素濃度の目標値Ｒ_Ｏ１が現在の吸気酸素濃度Ｒ_Ｏ０以下であると判定された場合には、燃料噴射弁３により燃料を副噴射させても吸気酸素濃度Ｒ_Ｏが目標値Ｒ_Ｏ１よりも過度に低くなる虞がないと判断される。つまり、第２ＥＧＲ過渡時制御ルーチンのステップ２０１において副噴射禁止条件が成立していないと判定され、ステップ２０２以降の処理が実行される。

一方、吸気酸素濃度の目標値Ｒ_Ｏ１が現在の吸気酸素濃度Ｒ_Ｏ０よりも高いと判定された場合には、副噴射禁止条件が成立していると判定され、第２ＥＧＲ過渡時制御ルーチンが一旦終了される。

以上のような副噴射禁止条件によれば、燃料噴射弁３から燃料を副噴射させることに起因して吸気酸素濃度Ｒ_Ｏが過度に低くなり得る条件下において、効率的かつ合理的に副噴射を禁止することができる。

次に、上記条件とは異なる副噴射禁止条件について説明する。ここで、内燃機関１の運転状態によってはＥＣＵ２２が低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌを目標値Ｇ_Ｌ０から目標値Ｇ_Ｌ１に増量させたときの過渡時において、つまり低圧ＥＧＲ過渡期間Δｔ_ＤＬが経過する前に、更にＥＣＵ２２が低圧ＥＧＲガス量の目標値をＧ_Ｌ１よりも多いＧ_Ｌ２に変更する場合も考えられる。そのようなときにに燃料の副噴射を行うと吸気酸素濃度Ｒ_Ｏが過度に低くなる虞がある。

そこで、本実施例におけるＥＧＲ制御では、低圧ＥＧＲ過渡期間Δｔ_ＤＬが経過するまでの期間は、副噴射禁止条件を成立させて、燃料の副噴射を禁止するようにしても良い。

つまり、第２ＥＧＲ過渡時制御ルーチンにおけるステップ２０１では以下に示す処理が実行されても良い。すなわちステップ２０１では、まず、ステップＳ１０３で取得された現在の低圧ＥＧＲ開度Ｄ_Ｌ０が現在までに維持されている期間（以下、「低圧ＥＧＲ開度維持期間」という。）Δｔｍが取得される。そして、次に機関回転数ＮＥと過給圧Ｐｂとに基づいて低圧ＥＧＲ過渡期間Δｔ_ＤＬが演算される。具体的には、例えばＬＰＬ過渡期間Δｔ_ＤＬは、内燃機関１の機関回転数ＮＥと過給圧Ｐｂの関数又はマップとして予め実験等により求めておき、ＥＣＵ２２のＲＯＭに記憶させておいても良い。

そして、次に低圧ＥＧＲ開度維持期間Δｔｍが低圧ＥＧＲ過渡期間Δｔ_ＤＬ以上であるか否かが判定される。そして、低圧ＥＧＲ開度維持期間Δｔｍが低圧ＥＧＲ過渡期間Δｔ_ＤＬ以上であると判定された場合には、第２ＥＧＲ過渡時制御ルーチンのステップ２０１において副噴射禁止条件が成立していないと判定される。つまり、その後はステップ２０２以降の処理が実行される。

一方、低圧ＥＧＲ開度維持期間Δｔｍが低圧ＥＧＲ過渡期間Δｔ_ＤＬよりも短いと判定された場合には、副噴射禁止条件が成立していると判定される。つまり、第２ＥＧＲ過渡時制御ルーチンが一旦終了される。

以上のような副噴射禁止条件によれば、燃料噴射弁３から燃料を副噴射させることに起因して吸気酸素濃度Ｒ_Ｏが過度に低くなり得る条件下において、効率的かつ合理的に副噴射を禁止することができる。

さらに、上記とは異なる副噴射禁止条件について説明する。本実施例に係る排気浄化システムは燃料添加弁４５を備えており、ＥＣＵ２２からの指令により燃料添加弁４５に還元剤としての燃料を排気中に添加させる燃料添加制御が実施される場合がある。この燃料添加制御は、例えば吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持しているフィルタ２０に対するＮＯｘ還元処理、ＳＯｘ被毒回復処理、ＰＭ再生処理や、フィルタ２０を活性化温度以上に維持するためのフィルタ２０の昇温制御を行うときなどに実施される。

そして、上記の燃料添加制御が実施されると酸素濃度の低下した排気が低圧ＥＧＲガスとして再循環される。そのため、そのようなときに燃料噴射弁３から燃料を副噴射させると、吸気酸素濃度Ｒ_Ｏが吸気酸素濃度の目標値Ｒ_Ｏ１よりも過度に低くなる虞がある。そ
こで、本実施例におけるＥＧＲ制御では、燃料添加弁４５が燃料を排気中に添加しているときには、副噴射禁止条件を成立させて、燃料の副噴射を禁止するようにしても良い。

つまり、第２ＥＧＲ過渡時制御ルーチンにおけるステップ２０１では以下に示す処理が実行されても良い。すなわちステップ２０１では、燃料添加弁４５が燃料を排気中に添加しているか否かが判定される。そして、燃料添加弁４５が燃料を排気中に添加していないと判定された場合には、第２ＥＧＲ過渡時制御ルーチンのステップ２０１において副噴射禁止条件が成立していないと判定される。一方、燃料添加弁４５が燃料を排気中に添加していると判定された場合には、副噴射禁止条件が成立していると判定される。

以上のような副噴射禁止条件の成立要件に従い、本実施例における副噴射禁止条件が成立しているか否かを判定することができる。これにより、燃料噴射弁３から燃料を副噴射させると吸気酸素濃度Ｒ_Ｏが過度に低くなる虞のある条件下では、確実に燃料の副噴射を禁止することができる。つまり、内燃機関１から排出される未燃ＨＣが急増することや内燃機関が失火することを確実に抑制することが可能となる。

ここで、実施例１および実施例２においては、内燃機関１の機関負荷Ｔｑが増加するときのＥＧＲ制御について、ＥＣＵ２２から高圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｈおよび低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌを増量させる指令が出される場合を例示的に説明したが、本発明の適用はこれに限定される趣旨ではない。少なくとも低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌを増量させる指令が出され、その後における排気の再循環が低圧ＥＧＲと高圧ＥＧＲ装置とを併用して行われるときであれば本発明を適用することができる。

つまり、低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌを増量する指令が出されるならば、機関負荷Ｔｑが増加する前後において高圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｈが変更されない場合でも、あるいは零以外のガス量に減量される場合においても本発明を適用することができる。少なくとも低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌが増量されれば、過渡時には低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌが不足する虞があり、本発明を適用することによって過渡時におけるＮＯｘ生成量の急増を抑制できるからである。

また、内燃機関１の運転状態が、低圧ＥＧＲと高圧ＥＧＲが併用されてＥＧＲが行われる領域から低圧ＥＧＲのみが行われる領域に変更される場合には、ＥＣＵ２２が低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌを増量させるとともに、高圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｈを零にする指令が出される場合がある。そのような場合においても、低圧ＥＧＲ過渡期間Δｔ_ＤＬが経過するまでは高圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｈを零まで減量せずに本発明に係るＥＧＲ制御を実施しても良い。そして、低圧ＥＧＲ過渡期間Δｔ_ＤＬが経過した後に高圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｈを零に変更するようなＥＧＲ制御がなされても良い。

そうすれば、ＥＣＵ２２から高圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｈを零にする指令が出される場合においても、低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌが不足する過渡時には酸素濃度の低下した排気を高圧ＥＧＲによって再循環させ、吸気酸素濃度Ｒ_Ｏが吸気酸素濃度の目標値Ｒ_Ｏ１よりも過度に高くなることを抑制することができる。

実施例１における内燃機関と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。 実施例１における機関負荷増加時のＥＧＲ制御において、燃料噴射弁に出される指令信号、吸気マニホールドにおける高圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２量Ｑ_ＣＨおよび低圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２量Ｑ_ＣＬ、吸気の酸素濃度Ｒ_Ｏ、内燃機関におけるＮＯｘ生成量Ｑ_ＮＯＸの推移を例示したタイムチャートである。（ａ）は、燃料噴射弁に出される指令信号の推移を例示したタイムチャートである。（ｂ）高圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２量Ｑ_ＣＨの推移を例示したタイムチャートである。（ｃ）は、低圧ＥＧＲガス内のＣＯ_２量Ｑ_ＣＬの推移を例示したタイムチャートである。（ｄ）は、吸気酸素濃度Ｒ_Ｏの推移を例示したタイムチャートである。（ｅ）は、内燃機関におけるＮＯｘ生成量Ｑ_ＮＯＸの推移を例示したタイムチャートである。 実施例１におけるＥＧＲ過渡時制御ルーチンを示すフローチャートである。 実施例２における内燃機関と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。 実施例２における第２ＥＧＲ過渡時制御ルーチンを示すフローチャートである。 実施例２における内燃機関の要求負荷Ｔｑと吸気酸素濃度の目標値Ｒ_Ｏ１との関係を例示した図である。 従来の機関負荷増加時のＥＧＲ制御において、吸気マニホールド内の高圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｈおよび低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌ、吸気の酸素濃度Ｒ_Ｏ、内燃機関におけるＮＯｘ生成量Ｑ_ＮＯＸの推移を例示したタイムチャートである。（ａ）は、吸気マニホールド内の高圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｈの推移を例示したタイムチャートである。（ｂ）は、吸気マニホールド内の低圧ＥＧＲガス量Ｇ_Ｌの推移を例示したタイムチャートである。（ｃ）は、吸気酸素濃度Ｒ_Ｏの推移を例示したタイムチャートである。（ｄ）は、内燃機関におけるＮＯｘ生成量Ｑ_ＮＯＸの推移を例示したタイムチャートである。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・燃料噴射弁
４・・・エアクリーナ
６・・・コンプレッサハウジング
７・・・タービンハウジング
８・・・吸気マニホールド
９・・・吸気通路
１０・・ターボチャージャ
１１・・排気絞り弁
１２・・吸気絞り弁
１３・・インタークーラ
１４・・エアフローメータ
１５・・クランクポジションセンサ
１６・・アクセルポジションセンサ
１８・・排気マニホールド
１９・・排気通路
２０・・パティキュレートフィルタ
２２・・ＥＣＵ
３０・・低圧ＥＧＲ装置
３１・・低圧ＥＧＲ通路
３２・・低圧ＥＧＲ弁
３３・・低圧ＥＧＲクーラ
４０・・高圧ＥＧＲ装置
４１・・高圧ＥＧＲ通路
４２・・高圧ＥＧＲ弁

Claims (13)

1. 一端が内燃機関に接続されて該内燃機関からの排気が通過する排気通路と、
   前記排気通路に設けられるとともに前記内燃機関から排出される排気を浄化する排気浄化装置と、
   前記内燃機関の気筒内に燃料を主噴射する燃料噴射弁と、
   前記排気通路における前記排気浄化装置よりも上流側に設けられたタービンおよび前記内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボチャージャと、
   前記タービンよりも下流側の排気通路と前記コンプレッサよりも上流側の吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路を有し、該低圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を前記内燃機関に再循環させる低圧ＥＧＲ装置と、
   前記タービンよりも上流側の排気通路と前記コンプレッサよりも下流側の吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路を有し、該高圧ＥＧＲ通路を介して排気の一部を前記内燃機関に再循環させる高圧ＥＧＲ装置と、
   を備え、前記高圧ＥＧＲ装置と前記低圧ＥＧＲ装置とを切り替えて、或いは併用して排気の再循環を行う内燃機関の排気浄化システムにおいて、
   前記低圧ＥＧＲ装置によって再循環される排気の流量である低圧ＥＧＲガス量を変更可能な低圧ＥＧＲガス量変更手段と、
   前記低圧ＥＧＲガス量変更手段に前記低圧ＥＧＲガス量を変更させる指令を出す低圧ＥＧＲ指令手段と、
   前記内燃機関の機関負荷が増加するとともに前記低圧ＥＧＲ指令手段が前記低圧ＥＧＲガス量変更手段に前記低圧ＥＧＲガス量を増量させるときであって且つその後における前記排気の再循環が前記高圧ＥＧＲ装置と前記低圧ＥＧＲ装置とを併用して行われるときに、前記燃料噴射弁に主噴射よりも後の所定時期において燃料を副噴射させることにより前記排気の酸素濃度を低下させる酸素濃度低下手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記高圧ＥＧＲ装置によって再循環される排気の流量である高圧ＥＧＲガス量を変更可能な高圧ＥＧＲガス量変更手段と、
   前記高圧ＥＧＲガス量変更手段に前記高圧ＥＧＲガス量を変更させる指令を出す高圧ＥＧＲ指令手段と、を更に備え、
   前記低圧ＥＧＲ指令手段から前記低圧ＥＧＲガス量を目標低圧ＥＧＲガス量に、前記高圧ＥＧＲ指令手段から高圧ＥＧＲガス量を目標高圧ＥＧＲガス量に増量する指令が出された時に、
   前記酸素濃度低下手段は、前記低圧ＥＧＲ指令手段から前記低圧ＥＧＲガス量変更手段に指令が出された時から前記低圧ＥＧＲガス量が前記目標低圧ＥＧＲガス量になるまでに要する期間である低圧ＥＧＲ過渡期間と、前記高圧ＥＧＲ指令手段から前記高圧ＥＧＲガス量変更手段に指令が出された時から前記高圧ＥＧＲガス量が前記目標高圧ＥＧＲガス量になるまでに要する期間である高圧ＥＧＲ過渡期間との差に相当する期間に亘り前記燃料噴射弁に燃料を副噴射させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
3. 前記低圧ＥＧＲ過渡期間と高圧ＥＧＲ過渡期間との差は、前記内燃機関の運転状態に基づいて取得されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
4. 前記低圧ＥＧＲ過渡期間と高圧ＥＧＲ過渡期間との差は、前記低圧ＥＧＲ装置によって再循環される排気が流通する経路の容積と高圧ＥＧＲ装置によって再循環される排気が流通する経路の容積との差に基づいて取得されることを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
5. 前記内燃機関の吸気の目標酸素濃度を決定する目標酸素濃度決定手段を更に備え、
   前記酸素濃度低下手段は、前記低圧ＥＧＲ指令手段が前記低圧ＥＧＲガス量変更手段に前記低圧ＥＧＲガス量を増量させる指令を出した後における前記目標酸素濃度の、該指令を出す前における前記目標酸素濃度に対する低下度合いが大きいほど、前記燃料噴射弁に副噴射させる燃料の噴射量を多くすることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
6. 前記目標酸素濃度決定手段は、少なくとも前記内燃機関に要求される機関負荷に基づいて前記目標酸素濃度を決定することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化システム。
7. 前記高圧ＥＧＲ指令手段は、前記酸素濃度低下手段が前記燃料噴射弁に前記燃料の副噴射を終了させた後の所定期間に亘り前記高圧ＥＧＲガス量変更手段に前記高圧ＥＧＲガス量を減量させることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
8. 前記所定期間の始期は前記酸素濃度低下手段が前記燃料噴射弁に前記燃料の副噴射を終了させた時であって、且つ該所定期間は該酸素濃度低下手段が該燃料噴射弁に燃料を副噴射させる期間と略等しいことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気浄化システム。
9. 前記高圧ＥＧＲ指令手段は、前記酸素濃度低下手段が前記燃料噴射弁に燃料を副噴射させる燃料の噴射量が多いほど前記高圧ＥＧＲガス量変更手段に前記高圧ＥＧＲガス量を少ない量まで減量させることを特徴とする請求項７または８に記載の内燃機関の排気浄化システム。
10. 所定の条件が成立するときに前記酸素濃度低下手段が前記燃料噴射弁に燃料を副噴射させることを禁止する燃料副噴射禁止手段を、更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浄化システム。
11. 前記所定の条件は、前記低圧ＥＧＲ指令手段が前記低圧ＥＧＲガス量変更手段に前記低圧ＥＧＲガス量を増量させる指令を出す前に比べて該指令を出した後における前記内燃機関の吸気の目標酸素濃度が高いときに成立することを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化システム。
12. 前記所定の条件は、前記低圧ＥＧＲ指令手段が前記低圧ＥＧＲガス量変更手段に前記低圧ＥＧＲガス量を目標低圧ＥＧＲガス量に増量させる指令を出した後であって該低圧ＥＧＲガス量が該目標低圧ＥＧＲガス量になる前に、該低圧ＥＧＲ指令手段が該低圧ＥＧＲガス量変更手段に該低圧ＥＧＲガス量を増量する指令を出すときに成立することを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化システム。
13. 前記低圧ＥＧＲ通路は前記排気浄化装置よりも下流側の排気通路と前記コンプレッサよりも上流側の吸気通路とを接続しており、
    前記排気浄化装置よりも上流側の部分に設けられるとともに前記排気浄化装置に流入する排気中に還元剤を添加する還元剤添加弁を更に備え、
    前記所定の条件は、前記還元剤添加弁が還元剤を排気中に添加しているときに成立することを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の排気浄化システム。

Images