JP2009002190A

JP2009002190A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2009002190A
Application number: JP2007162197A
Authority: JP
Inventors: Masakuni Yokoyama; 正訓横山; Atsushi Kawamura; 淳川村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-06-20
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2027-06-20
Also published as: US20080314036A1; US8091338B2; JP4737644B2; DE102008002366A1

Abstract

【課題】吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えた内燃機関に対し、排気燃料添加弁と排気還流通路とを運転状態、さらには触媒の劣化状態に応じて適切に切り替える排気浄化装置を提供する。
【解決手段】縦軸を噴射量あるいはトルクとし、横軸をエンジン回転数とした運転領域において、高負荷、高回転側を排気還流通路を機能させる領域、低負荷、低回転側を排気燃料添加弁を機能させる領域とする。さらに触媒の劣化度が進むにつれて、両領域の境界１０１を低負荷、低回転側の１０２へ移動させる。
【選択図】図７

Description

本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。

リーンバーンガソリンエンジンやディーゼルエンジンといった理論空燃比よりも空気過剰なリーン燃焼を行う内燃機関においては、空気過剰により３元触媒の使用に適さないため、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化に関しては、例えば吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＬＮＴ）が用いられる。ＬＮＴにおいては、リーン雰囲気においてＮＯｘが吸蔵され、リッチ雰囲気に切り替えられることにより吸蔵されたＮＯｘが還元されて無害な窒素となり排出される。

基本となるリーン雰囲気中に、ある間隔をおいてリッチ雰囲気を作り出す方法としては、シリンダ内への燃料噴射量を増加させてリッチ燃焼を行う方法がある。しかし、特にディーゼルエンジンにおいてはリッチ燃焼しようとすると噴射量が多いが故に、スモーク発生量を抑制するように制御すること等が難しい点もあり、より容易にリッチ雰囲気を作る方法として、排気中に直接燃料を添加する方法がある。この方法では、排気管に排気燃料添加弁を装備することで、排気中に燃料が添加され、その燃料が排気管を通ってＬＮＴへと流れリッチ雰囲気を作る。

世界的に高まる環境保護の意識のなかで、自動車の排気浄化技術のより一層の高度化が求められており、そうした状況下でＮＯｘ浄化に関しても、その関連技術が開発されてきた。例えば、下記の特許文献１においては、ＬＮＴにおけるＮＯｘ吸収材からのＮＯｘの放出が完了したことを検知する技術が開示されるとともに、ＮＯｘの放出の開始から完了までの時間からＮＯｘ吸収材の劣化の度合いを定量的に知ることができることが示されている。

特許第２６９２３８０号

排気中のＮＯｘ浄化のためには、上記燃料添加によるリッチ雰囲気においてＬＮＴでＮＯｘを還元する方法とともに、ベースエミッションを低減するために、排気管中の排ガスを吸気管へと還流させるＥＧＲを用いる方法もある。ここで、最近では、ターボチャージャーを備える機関において、排気ポートと排気タービンとの間の排気管から吸気通路へ排気を還流する第１のＥＧＲと、排気タービンよりも下流側の排気管から吸気通路へ排気を還流する第２のＥＧＲというように、ＥＧＲを２系統有するものがある。なお、排気通路の上流側から還流する第１のＥＧＲを高圧ＥＧＲ、他方の排気通路の下流側から還流する第２のＥＧＲを低圧ＥＧＲと呼ぶ。このようにＥＧＲを２系統備える理由の一つとして、高圧ＥＧＲでは、高負荷では、ターボチャージャーの過給による吸気圧上昇分により、排気通路から還流できるＥＧＲ量が確保できないことがあるため、ターボチャージャーの過給による吸気圧上昇の影響を受けないよう、ターボチャージャーより吸気通路上流側に連通する低圧ＥＧＲでＥＧＲを実行することで、高負荷域で吸気圧が過給されている状況下でも、十分なＥＧＲ量を確保しているのである。

低圧ＥＧＲによって排ガスを還流することでエンジン内の燃焼温度が低下し、エンジンからのＮＯｘの排出量が減少するので、ＬＮＴへの負担が小さくできる。ＬＮＴにおいては、高負荷状態においてはＮＯｘを浄化する性能が低減するので、こうしたＬＮＴの性能が低減する状況下では、低圧ＥＧＲにより、それを補うことが望ましい。しかし現状では、低圧ＥＧＲと上述の排気燃料添加弁とがともに装備されたシステムにおいて両装置をどのように制御するかについての技術は整備されているとはいえない。

例えば、ＮＯｘ還元のために排気管に燃料を添加することと低圧ＥＧＲを用いることとを同時に行うと、添加された燃料が吸気管側に還流し、硫黄成分等で通常吸気管に配置されているインタークーラを腐食させるなどといった問題が生じる。したがって、排気燃料添加弁と低圧ＥＧＲとの制御はこうした問題を考慮して行わなければならない。

さらにＬＮＴにおいては、ＮＯｘ触媒がＳ被毒や熱などの影響で劣化する問題も存在する。ＮＯｘ触媒が劣化する程、ＮＯｘの浄化率が低減する。図２にはＬＮＴで新しい触媒（新触）を用いた場合と、劣化した触媒（劣触）を用いた場合のそれぞれにおけるＮＯｘ吸蔵量とＮＯｘ浄化率との関係が示されているが、劣触の場合は、新触と比べて、少ないＮＯｘ吸蔵量で急激にＮＯｘ浄化率が低下することがわかる。

さらに劣触時には吸蔵されるＮＯｘ量が減少するため、添加された燃料のうちＮＯｘの還元のために使用される量も減少する。図３には新触時と劣触時において添加される燃料のうちＬＮＴでＮＯｘ還元のために利用される分と、ＬＮＴをすり抜けてしまう分が示されているが、劣触時には、燃料がそのままＬＮＴを通過して排出されてしまい、排気中のＨＣ悪化といった事態を引き起こす可能性が高まることがわかる。

よって排気燃料添加弁と低圧ＥＧＲとを並存させて両装置を制御する際には、こうした触媒の劣化の問題も考慮して行うことが必要である。しかし、従来技術において、こうした問題は考慮されていない。

本発明が解決しようとする課題は、上記問題点に鑑み、排気燃料添加弁と低圧ＥＧＲとがともに装備されており、両装置を適切に切り替えて使用する内燃機関の排気浄化装置を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を解決するために、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、リーン雰囲気時にＮＯｘを吸蔵しリッチ雰囲気時にＮＯｘを還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を排気通路に備えた内燃機関の排気浄化装置であって、前記排気通路の前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側に燃料を添加する排気燃料添加弁と、前記排気燃料添加弁よりも下流側の前記排気通路に設けられ、前記排気通路の排気を吸気通路へと還流する排気還流通路と、前記内燃機関の回転数と負荷とを含む運転状態の情報を取得する取得手段と、その取得手段により取得された運転状態の情報に応じて前記排気還流通路と前記排気燃料添加弁とのうち一方を機能させ他方を機能させず、前記排気還流通路を機能させる運転状態は前記排気燃料添加弁を機能させる運転状態よりも高回転あるいは高負荷の運転状態とする制御ルーチンに従い、前記排気還流通路と前記排気燃料添加弁とを機能させる制御手段とを備えたことを特徴とする。

これにより、本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、運転状態に応じて排気還流通路と排気燃料添加弁とのうち一方を機能させ他方を機能させず、排気還流通路を機能させる運転状態は排気燃料添加弁を機能させる運転状態よりも高回転、高負荷状態とする制御ルーチンに従い、排気還流通路と排気燃料添加弁とを機能させる。したがって上述のように、排気還流通路と排気燃料添加弁とを同時に使用した場合に添加した燃料が吸気側に還流してインタークーラなどを腐食させるといった問題が回避できる。さらに、高回転あるいは高負荷側では排気還流通路を使用するので、高回転、高負荷側で吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の性能が低下する問題にも対応でき、高回転、高負荷状態では排気の還流により内燃機関からのＮＯｘの発生を抑制する方策により排気中のＮＯｘを低減できる。

また、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化の程度を検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化の程度がより大きくなると、前記制御ルーチンにおける前記排気還流通路を機能させる運転状態と前記排気燃料添加弁を機能させる運転状態との境界を、より低回転あるいは低負荷の側へと移行させる制御ルーチン変更手段とを備えた構成としてもよい。

こうした構成により、検出手段により検出された吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化の程度がより大きくなると、制御ルーチン変更手段により、制御ルーチンにおける前記排気還流通路を機能させる運転状態と前記排気燃料添加弁を機能させる運転状態との境界を、より低回転、低負荷状態の側へと移行させるので、触媒が劣化する程、排気燃料添加弁を用いてＮＯｘ触媒でＮＯｘを還元することへ依存を減らし、低圧ＥＧＲへの依存を高めることができる。したがって、触媒劣化時においてＬＮＴのＮＯｘ浄化性能が低減する問題に対応でき、触媒劣化時においても排気中のＮＯｘ浄化性能を悪化させることなく内燃機関を使用できる。

さらに、前記検出手段により検出された前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化の程度が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する判定手段を備え、前記制御ルーチン変更手段は、第１の境界と、その第１の境界より低回転あるいは低負荷状態の側にある第２の境界とのうちで、前記第２の判定手段により前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化の程度が所定の閾値よりも小さいと判定された場合は第１の境界を、前記第２の判定手段により前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化の程度が所定の閾値よりも大きいと判定された場合は第２の境界を、前記排気還流通路を機能させる運転状態と前記排気燃料添加弁を機能させる運転状態との境界として選択する選択手段を有する構成とすることもできる。

これにより、排気還流通路を機能させる運転状態と排気燃料添加弁を機能させる運転状態との境界を予め複数決めておき、判定手段により吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化の程度が所定の閾値よりも小さいと判定されたか大きいと判定されたかで選択する構成とする。したがって予め決められた複数の境界と、閾値を用いた劣化の程度に関する判定とからなる簡易な情報処理により、高回転、高負荷時及び触媒劣化時にはＮＯｘ触媒から排気還流へと比重を移す排気浄化装置を実現できる。

前記回転数と前記負荷とを示す２つの座標軸を有する平面上に、前記排気還流通路を機能させる運転状態に対応する第１の領域と、前記排気燃料添加弁を機能させる運転状態に対応する第２の領域とが形成され、前記制御ルーチン変更手段は、前記検出手段により検出された前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化の程度から前記第１の領域の拡大率への関数関係が、1次関数よりも速く増大する性質を有するとしてもよい。

これにより、触媒の劣化が進行すればする程、排気燃料添加弁を機能させる領域が急激に減少し、それに従い制御する構成となる。したがって、触媒劣化時に触媒によるＮＯｘ浄化性能が急激に悪化することに対応できる。よって、触媒劣化時にもＮＯｘ浄化性能を悪化させない排気浄化装置を構成できる。

また前記内燃機関はディーゼルエンジンであるとしてもよい。ディーゼルエンジンにおいては、ＮＯｘの浄化は必須の技術であるので、ＬＮＴと排気還流とが並存し、より高回転、高負荷状態および触媒劣化状態では排気還流へと比重を移す排気浄化装置が構成できることは好適である。

以下で本発明の内燃機関の排気浄化装置の実施例１について、添付図面を参照しつつ説明する。まず図１には、本発明の実施例１としてのディーゼルエンジン１０と、その排気浄化装置１全体の概要図が示されている。全体の主要な構成は、ディーゼルエンジン１０（エンジン）を中心として、吸気管２０、排気管３０、低圧ＥＧＲ通路４０、そしてこれらを制御する電子制御装置（ＥＣＵ）５０からなる。

ディーゼルエンジン１０へは、吸気マニホールド１３から空気（新気）が供給され、排気は排気マニホールド１４へと排出される。吸気マニホールド１３へは吸気管２０から新気が供給される。排気マニホールド１４は排気管３０へと排気する。ディーゼルエンジン１０へは図示しないインジェクタからシリンダ内へと燃料が供給される。燃料の噴射時刻及び噴射量は、要求トルク、エンジンの回転数等に基づき、ＥＣＵ５０で決定される。燃料の供給に関する部分の図示は省略されている。

吸気管２０にはエアフロメータ２１、吸気スロットルバルブ２２、インタークーラ２３が配置されている。エアフロメータ２１によって吸入する新気量（空気量）が計測されて、ＥＣＵ５０へとその情報が送られる。またエアフロメータ２１の下流側に配置された吸気スロットルバルブ２２の開度によりエンジン１０へ吸入される新気量が増減する。また新気はインタークーラ２３で冷却されてからエンジン１０へと送られる。

排気管３０上には、ディーゼルパティキュレートフィルタ３１（ＤＰＦ）、及び吸蔵還元型ＮＯｘ触媒３２（ＮＯｘ触媒、ＬＮＴ）が装備されている。ＤＰＦ３１においては、エンジン１０から排出される粒子状物質であるパティキュレートマター（ＰＭ）が捕集される。またＬＮＴ３２においては、理論空燃比よりも燃料が希薄な（通常、Ａ／Ｆ値は１７以上）リーン雰囲気時に排気中のＮＯｘがこのＬＮＴ３２に吸蔵され、燃料が過剰な（通常、Ａ／Ｆ値は１４．５以下）のリッチ雰囲気時に吸蔵されたＮＯｘが還元され無害な窒素となり排出される。さらに排気管３０上には、ＤＰＦ３１よりも上流側に排気燃料添加弁３３（添加弁）が装備されている。この添加弁３３から排気管３０内へと直接燃料が供給され、リッチ雰囲気を形成する。添加弁３３における燃料噴射のタイミング及び噴射量はＥＣＵ５０により制御される。さらに排気管３０上にはＬＮＴ３２の上流側と下流側とにＡ／Ｆセンサ３４，３５（空燃比センサ）が配置され、同センサにより計測されたＡ／Ｆ値（空燃比値）がＥＣＵ５０へと送られる。

図１に示されているとおり、ディーゼルエンジン１０にはコンプレッサ６１とタービン６２とを備えたターボチャージャー６０が装備されており、排気還流のために以下の２系統のＥＧＲが備えられている。まず排気管３０においてＤＰＦ３１よりも下流側でＬＮＴ３２よりも上流側の排気を吸気管２０へ還流するための低圧ＥＧＲ通路４０が設けられている。なお、この構成により、低圧ＥＧＲ通路４０は、添加弁３３よりも下流側の排気通路にて開口されることとなる。低圧ＥＧＲ通路４０上には、ＥＧＲバルブ４１が配置され、ＥＣＵ５０からの指令でその開閉が制御されることにより、排気の還流量が調節される。さらに排気マニホールド１４から吸気マニホールド１３へと高圧ＥＧＲ通路１１が設けられている。高圧ＥＧＲ通路１１上にはＥＧＲバルブ１２が装備され、ＥＣＵ５０からの指令で開閉し、排気還流量が決定される。上述のとおり、ターボチャージャー６０の存在により高圧ＥＧＲ通路１１では十分な還流量を確保できない場合がある高負荷状態において、低圧ＥＧＲ通路４０により排気還流を行う。以上が排気浄化装置１の構成である。

次に図４を説明する。図４には、実施例１における処理手順が示されている。実施例１では、エンジン１０に対する排気浄化装置１の実施モードが、排気燃料添加弁３３が機能する排気燃料添加弁機能モードと、低圧ＥＧＲ通路４０による低圧ＥＧＲが機能する低圧ＥＧＲ機能モードとのうちの一方に設定される。運転状態を示す平面上に、それらのモードに対応する領域が設定される。さらにＬＮＴ３２の触媒の劣化度が所定値より大きいか否かに応じて、２つの領域の境界線が変更される。図４のフローチャートは、その実施モードの設定手順を示すものであり、以下で述べる手順がＥＣＵ５０により処理される。

図４の処理手順ではまず、Ｓ１０でマップの設定処理が行われる。本実施例のマップは図６に例示される。このマップは縦軸がトルク値あるいは燃料の噴射量、横軸がエンジン回転数とされ、エンジン１０の運転領域がこの平面上に図示される。図における実線１００がエンジン１０における運転領域の外周を示し、この実線１００の内部のみがそのエンジン１０にとっての運転領域である。実線１００は個々のエンジン１０毎に異なる。

本実施例では図６に示されているとおり、実線１００を外周とする運転領域が、低圧ＥＧＲ領域２００と排気燃料添加弁領域２０１（添加弁領域）とに２分される。本実施例の排気浄化装置１においては上でも述べたとおり、その実施モードとして、低圧ＥＧＲ機能モードと、排気燃料添加弁機能モードとが定められており、そのうちのどちらかが選択される。両モードの詳細は後述する。低圧ＥＧＲ領域２００と添加弁領域２０１とは、それぞれ低圧ＥＧＲ機能モードと、排気燃料添加弁機能モードとに対応する領域である。これら２つの領域の境界線１０１上は、低圧ＥＧＲ領域２００と添加弁領域２０１とのうちどちらに属するかを予め決めておけばよい。

一般にエンジン１０がより高回転、高負荷状態により高温になる程、ＬＮＴ３２におけるＮＯｘ浄化性能は低下する。したがって図６において原点からより遠い高回転、高負荷状態においてはＬＮＴ３２への依存度を減らして、エンジン１０からのＮＯｘの排出を低減させるためにＥＧＲを機能させる。その際に上述の理由から高圧ＥＧＲ通路１１ではなく低圧ＥＧＲ通路４０が用いられる。以上の理由から、図６における添加弁領域２０１と低圧ＥＧＲ領域２００への領域２分が設定される。

本実施例１においては境界線１０１がＬＮＴ３２の触媒の劣化度に応じて変更される。これは図５を用いて後に説明する。

さて図４に戻り、Ｓ１０の次に手順Ｓ２０を処理する。手順Ｓ２０においては、トルク値およびエンジン回転数がＥＣＵ５０へと入力される。トルクの数値は図示しないアクセル開度センサにより運転者によるアクセルペダルの操作量が計測され、これがＥＣＵ５０へ送られて推定されるとすればよい。またエンジン回転数は、図示しないセンサにより計測されＥＣＵ５０へ送られる。なおトルク値の変わりに燃料噴射量でもよい。その場合、燃料噴射量はＥＣＵ５０により決定されるので、その情報を利用すればよい。

次に手順Ｓ３０で、その時点におけるトルク値（あるいは燃料噴射量）、エンジン回転数で示される運転状態が、図６における添加弁領域２０１と、低圧ＥＧＲ領域２００とのどちらに属するかが判断される。添加弁領域２０１に属する場合（Ｓ３０：Ｙｅｓ）は、Ｓ４０へ進む。低圧ＥＧＲ領域２００に属する場合（Ｓ３０：Ｎｏ）は、Ｓ５０へ進む。

Ｓ４０では、排気浄化装置１の実施モードが、排気燃料添加弁機能モードと設定される。排気燃料添加弁機能モードにおいては、排気燃料添加弁３３が機能し、低圧ＥＧＲ通路４０が機能しない。つまり、低圧ＥＧＲ通路４０上のＥＧＲバルブ４１は閉じたままとなり、一方ＥＣＵ５０からの指令により排気燃料添加弁３３から燃料を噴射することができる。

Ｓ５０では、排気浄化装置１のモードが、低圧ＥＧＲ機能モードと設定される。低圧ＥＧＲ機能モードにおいては、低圧ＥＧＲ通路４０が機能し、排気燃料添加弁３３が機能しない。つまり、排気燃料添加弁３３から燃料添加ができず、一方低圧ＥＧＲ通路４０上のＥＧＲバルブ４１はＥＣＵからの指令により開閉できる。

Ｓ４０，あるいはＳ５０の手順が終了すると、このモード設定処理は終了となる。こうしたモード設定処理を、例えば所定周期毎におこなうとすればよい。

次に図５を説明する。図５には、図４の手順Ｓ１０マップ設定処理のより詳細な処理手順が示されている。この手順ではまずＳ１１においてマップの初期値が設定される。ここでは図６のマップが設定されるとすればよい。なおＳ１１の手順はエンジンをスタートさせる時点のみ行って、それ以後は省略してもよい。

次にＳ１２において、ＬＮＴ３２における触媒の劣化度が検出される。ここでの劣化度の検出は、既に知られた従来技術を用いて行えばよい。例えば上記特許文献１等においては、ＬＮＴ前後のＡ／Ｆセンサの計測値、熱履歴、走行距離、消費燃料量などからＬＮＴのその時点での性能を定量化する技術が開示されている。したがって、本実施例においても、例えばこうした技術を用い、Ａ／Ｆセンサ３４，３５の計測値をＥＣＵ５０に取り込んでＬＮＴ３２の性能を数値化する。そして数値化された新触媒時におけるＬＮＴ３２の性能と、その時点でのＬＮＴ３２の性能との比を、ＬＮＴ３２の触媒の劣化度とすればよい。

次にＳ１３で、Ｓ１２で求めた触媒の劣化度が所定の閾値より大きいかどうかが判断される。ここで用いられる所定の閾値は、予め定めておけばよい。

触媒劣化度が所定の閾値よりも大きい場合（Ｓ１３：Ｙｅｓ）は、Ｓ１４へ進む。Ｓ１４に進むことは、触媒の劣化が進行している場合であることに対応する。既に述べたように、触媒の劣化度が大きい場合にはＬＮＴ３２によるＮＯｘ浄化性能は低下する。そこでＳ１４では、図６において添加弁領域を縮小し、低圧ＥＧＲ領域を拡大することにより、ＬＮＴによるＮＯｘ浄化に対する依存を減らし、ＥＧＲの使用によりエンジン１０から排出されるＮＯｘを減らす方策へと変更する。これにより図６のマップは例えば図７に示されるマップへと変更される。

図７には境界線１０１が原点により近い境界線１０２へと変更されていることが示されている。これにより、図６と比較して相対的により低回転、低負荷の領域も低圧ＥＧＲ領域２００にはいることとなる。

Ｓ１３において、触媒劣化度が所定の閾値以下の場合（Ｓ１３：Ｎｏ）は、触媒の劣化が比較的進行していないとみなされる場合に対応する。そこで、ＬＮＴ３２を用いてのＮＯｘ浄化を通常どおり行ってもよいと判断して、Ｓ１４において行われるような境界線の変更を行わず、このマップ設定処理を終える。以上が図５の説明である。なお図５のフローチャートにおいてＳ１２，Ｓ１３，Ｓ１４の手順を削除してもよい。これは触媒の劣化度に応じて低圧ＥＧＲ領域２００と添加弁領域２０１との境界を変更しない場合である。

次に実施例２を説明する。実施例１においては、ひとつの閾値を予め決めておき、触媒劣化度がそれより大きいか小さいかで添加弁領域と低圧ＥＧＲ領域の境界線を２つのうちから選択していた。それに対し実施例２においては、２つ以上の閾値を予め決めておいて、それらの閾値によって作られる区間のうちで、触媒劣化度がどの区間に属するかに応じて境界線を選択する。

実施例２でも全体の処理の流れは、図４のフローチャートで示される。ただしＳ１０マップ設定処理を、図５ではなく図８により行う。それ以外は実施例１と同じである。以下で図８を説明する。

図８のフローにおける最初の手順Ｓ１１はマップ初期値設定であり、次のＳ１２は触媒劣化度検出の手順である。これらでは図５のＳ１１，Ｓ１２と同じ処理が行われる。

次にＳ１５では、Ｓ１２で求めた触媒劣化度が属する区間を求める。この手順では、予め複数の閾値を定めておく。その閾値により区間が決定される。例えば３つの閾値を定めた場合、それにより４つの区間が決定される。Ｓ１５では、そのうちの何番目の区間に、Ｓ１２で求めた触媒劣化度が属するのかが求められる。図８のフローでは、例えば変数ｎを設けておいて、何番目の区間に属するかが変数ｎに記憶されるとしている。

次にＳ１６では、Ｓ１５で求められた区間に応じて、添加弁領域と定圧ＥＧＲ領域との境界線が設定される。この手順では予め、上述の区間の数と同数の（したがって閾値の数より１つ多い）境界線を定めておく。そして、Ｓ１５で求められた区間に対応する境界線を選択する。図８では、Ｓ１５で触媒劣化度が属する区間がｎ番目とされたことに対応して、Ｓ１６ではｎ番目の境界線が選択されている。

上述の実施例１における図７では、２つの境界線１０１、１０２のうち、より触媒の劣化度が大きい場合に対応する境界線１０２が境界線１０１より原点に近い位置に存在していた。実施例２においても同様に、触媒の劣化度が大きいほど、境界線を原点に近づくこととすればよい。例えば図９には４つの境界線１１０，１１１，１１２，１１３が定められた場合が例示されている。この場合、閾値の数は３、区間数は４である。ここでは、境界線１１３、１１２，１１１、１１０の順で触媒の劣化度が大きい場合に対応する。触媒の劣化度が大きいほど、境界線が原点の近くに設定されている。

触媒劣化度から低圧ＥＧＲ領域２００の拡大率への関数関係は、例えば１次関数の関係としてもよい。しかし図２で説明したとおり、触媒の劣化度が進行するにつれて、ＮＯｘの浄化性能が急激に低下することを考慮して、触媒劣化度から低圧ＥＧＲ領域の拡大率への関数関係を、２次関数や指数関数など、１次関数よりも増加率が速い関数関係としてもよい。こうした場合の一例が図１０に示されている。

図９で示された境界線１１０，１１１，１１２，１１３相互の間隔も、これに対応しており、境界線１１０と境界線１１１との間隔、境界線１１１と１１２との間隔、境界線１１２と境界線１１３との間隔の順に大きくなっている。図９に対応する閾値の間の間隔は等間隔であるとすればよい。これにより、触媒の劣化によるＮＯｘ浄化性能の急激な悪化に対応することができる。なお、境界線間の間隔を（図９のように変化させるのではなく）等間隔にして、一方閾値の間の間隔を（等間隔でなく）変化させるとすることにより、図１０に示された触媒劣化度と低圧ＥＧＲ領域拡大率の関係を満足するとしてもよい。

実施例１と実施例２を比較すると、実施例１では閾値をひとつのみとして、より簡素な構成により、触媒劣化に対応して添加弁３３の使用よりも低圧ＥＧＲ通路４０の使用を多くする排気浄化装置１を実現する。一方実施例２では触媒劣化度に対する閾値を増やして、それに対応して触媒が劣化したほど添加弁３３の使用よりも低圧ＥＧＲ通路４０の使用を多くするとしたことにより、触媒の劣化によりきめ細かく対応した排気浄化装置１を構成できる。

なお上述の実施例において、排気管３０が排気通路を構成する。吸気管２０が吸気通路を構成する。低圧ＥＧＲ通路４０が排気還流通路を構成する。ＥＣＵ５０及びＳ２０の手順が取得手段として機能する。ＥＣＵ５０及びＳ４０、Ｓ５０の手順が制御手段として機能する。ＥＣＵ５０及びＳ１２の手順が検出手段として機能する。ＥＣＵ５０及びＳ１４、Ｓ１６の手順が制御ルーチン変更手段として機能する。

ＥＣＵ５０及びＳ１３の手順が判定手段として機能する。ＥＣＵ５０及びＳ１４、Ｓ１６の手順が選択手段として機能する。低圧ＥＧＲ領域２００が第１の領域を構成する。添加弁領域２０１が第２の領域を構成する。また上の実施例で内燃機関はディーゼルエンジンでなく、リ−ンバーンガソリンエンジン等、リーン燃焼を行う他のエンジンでもよい。

本発明の実施例としてのディーゼルエンジン及びその排気浄化装置の概要図。新触時と劣触時とにおけるＮＯｘ吸蔵量とＮＯｘ浄化率との関係を示す図。新触時と劣触時とにおける添加燃料のＮＯｘ還元利用分とすり抜け分とを示す図。実施例１及び２のモード設定処理を示すフローチャート。実施例１におけるマップ設定処理を示すフローチャート。添加弁領域と低圧ＥＧＲ領域とに２分された運転領域を示す図。触媒劣化時の添加弁領域と低圧ＥＧＲ領域とを示す図。実施例２におけるマップ設定処理を示すフローチャート。添加弁領域と低圧ＥＧＲ領域との境界線を示す図。触媒劣化度と低圧ＥＧＲ領域拡大率との関係を示す図。

符号の説明

１排気浄化装置
１０ディーゼルエンジン（内燃機関）
１１高圧ＥＧＲ通路
１２ＥＧＲバルブ
１３吸気マニホールド
１４排気マニホールド
２０吸気管
３０排気管
３１ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
３２吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＬＮＴ）
３３排気燃料添加弁（添加弁）
３４、３５Ａ／Ｆセンサ
４０低圧ＥＧＲ通路
４１ＥＧＲバルブ
５０ＥＣＵ
６０ターボチャージャー

Claims

リーン雰囲気時にＮＯｘを吸蔵しリッチ雰囲気時にＮＯｘを還元する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を排気通路に備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
前記排気通路の前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒より上流側に燃料を添加する排気燃料添加弁と、
前記排気燃料添加弁よりも下流側の前記排気通路に設けられ、前記排気通路の排気を吸気通路へと還流する排気還流通路と、
前記内燃機関の回転数と負荷とを含む運転状態の情報を取得する取得手段と、
その取得手段により取得された運転状態の情報に応じて前記排気還流通路と前記排気燃料添加弁とのうち一方を機能させ他方を機能させず、前記排気還流通路を機能させる運転状態は前記排気燃料添加弁を機能させる運転状態よりも高回転あるいは高負荷の運転状態とする制御ルーチンに従い、前記排気還流通路と前記排気燃料添加弁とを機能させる制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化の程度を検出する検出手段と、
その検出手段により検出された前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化の程度がより大きくなると、前記制御ルーチンにおける前記排気還流通路を機能させる運転状態と前記排気燃料添加弁を機能させる運転状態との境界を、より低回転あるいは低負荷の側へと移行させる制御ルーチン変更手段とを備えた請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記検出手段により検出された前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化の程度が所定の閾値よりも大きいか否かを判定する判定手段を備え、
前記制御ルーチン変更手段は、第１の境界と、その第１の境界より低回転あるいは低負荷状態の側にある第２の境界とのうちで、前記判定手段により前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化の程度が所定の閾値よりも小さいと判定された場合は第１の境界を、前記判定手段により前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化の程度が所定の閾値よりも大きいと判定された場合は第２の境界を、前記排気還流通路を機能させる運転状態と前記排気燃料添加弁を機能させる運転状態との境界として選択する選択手段を有する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記回転数と前記負荷とを示す２つの座標軸を有する平面上に、前記排気還流通路を機能させる運転状態に対応する第１の領域と、前記排気燃料添加弁を機能させる運転状態に対応する第２の領域とが形成され、
前記制御ルーチン変更手段は、前記検出手段により検出された前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の劣化の程度から前記第１の領域の拡大率への関数関係が、１次関数よりも速く増大する性質を有する請求項２又は３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記内燃機関はディーゼルエンジンである請求項１乃至４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。