JP2009008023A - 内燃機関の排気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲクーラへの還元剤の付着を防止しつつ、多量のＥＧＲ量の要求を満たすことが可能な内燃機関の排気制御装置を提供する。
【解決手段】還元剤の添加要求があり、かつ、軽負荷時には、ＥＧＲ弁４８とバイパス制御弁５４を共に開弁することで、両排気マニホールド３４，３５から排気ガスを取り出すようにする。排気燃料添加弁３６を有する第２排気マニホールド３５から排気ガスを取り出すバイパス通路５２は、ＥＧＲクーラ４６をバイパスするように、ＥＧＲクーラ４６下流のＥＧＲ通路４４に接続される。
【選択図】図４

Description

本発明は、分割型排気マニホールドを有する内燃機関の排気制御装置に関する。

ＥＧＲ吸入口を有する排気マニホールドと、ＨＣ添加用インジェクタを有する排気マニホールドとを備えた装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この装置によれば、ＥＧＲ吸入口とＨＣ添加用インジェクタとが干渉しないため、ＨＣがＥＧＲパイプ内部（特に、ＥＧＲクーラ）に付着することを回避できる。

特許第３２０６６７８号 特開２００４−７６５９５号公報 特開２００３−２８６９０５号公報 特開２００５−１６４９５号公報

しかしながら、上記特許文献１の装置では、低負荷時のよう多量のＥＧＲ量が要求される場合に、ＥＧＲ量の要求を満たすことができない可能性がある。すなわち、多量のＥＧＲ量を確保することができない可能性がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ＥＧＲクーラへの還元剤の付着を防止しつつ、多量のＥＧＲ量の要求を満たすことが可能な内燃機関の排気制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、複数の気筒群と分割型排気マニホールドとを有する内燃機関の排気制御装置であって、
第１気筒群に接続された第１排気マニホールドと、
第２気筒群に接続された第２排気マニホールドと、
前記第１排気マニホールドに設けられたＥＧＲ取出口と、
前記ＥＧＲ取出口と吸気通路を接続するＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路の途中に設けられたＥＧＲクーラと、
前記ＥＧＲクーラよりも下流の前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁と、
前記第１排気マニホールドと前記第２排気マニホールドの合流点よりも下流に配置されたＮＯｘ触媒と、
前記第２排気マニホールドに設けられ、前記ＮＯｘ触媒を還元するための還元剤を添加する排気添加弁と、
吸気弁の開弁特性を変更可能な第１可変動弁機構と、
排気弁の開弁特性を変更可能な第２可変動弁機構と、
軽負荷時かつ還元剤添加時は、前記ＥＧＲ弁を開弁すると共に、前記第１及び第２可変動弁機構を駆動させて吸気弁と排気弁とが共に開弁されるバルブオーバラップ期間を所定値以上形成する制御手段とを備えたことを特徴とする。

また、第２の発明は、複数の気筒群と分割型排気マニホールドとを有する内燃機関の排気制御装置であって、
第１気筒群に接続された第１排気マニホールドと、
第２気筒群に接続された第２排気マニホールドと、
前記第１排気マニホールドに設けられた第１ＥＧＲ取出口と、
前記第２排気マニホールドに設けられた第２ＥＧＲ取出口と、
前記第１ＥＧＲ取出口と吸気通路を接続する第１ＥＧＲ通路と、
前記第１ＥＧＲ通路の途中に設けられたＥＧＲクーラと、
前記ＥＧＲクーラよりも下流の前記第１ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁と、
前記ＥＧＲクーラをバイパスするように前記第２ＥＧＲ取出口と前記第１ＥＧＲ通路を接続する第２ＥＧＲ通路と、
前記第２ＥＧＲ通路を開閉するバイパス制御弁と、
前記第１排気マニホールドと前記第２排気マニホールドの合流点よりも下流に配置されたＮＯｘ触媒と、
前記第２ＥＧＲ取出口よりも上流の前記第２排気マニホールドに設けられ、前記ＮＯｘ触媒を還元するための還元剤を添加する排気添加弁と、
軽負荷時かつ還元剤添加時は、前記ＥＧＲ弁を開弁すると共に前記バイパス制御弁を開弁し、軽負荷時以外は、前記ＥＧＲ弁を開弁すると共に前記バイパス制御弁を閉弁する制御手段とを備えたことを特徴とする。

また、第３の発明は、第２の発明において、
前記バイパス制御弁よりも上流の前記第２ＥＧＲ通路に設けられ、還元剤を酸化可能な還元剤酸化手段を更に備えたことを特徴とする。

また、第４の発明は、第２の発明において、
前記制御手段は、前記第１気筒群のうちの何れかの気筒が排気行程であるときに、前記排気添加弁により還元剤を添加することを特徴とする。

また、第５の発明は、第２から第４の何れか一の発明において、
吸気弁の開弁特性を変更可能な第１可変動弁機構と、
排気弁の開弁特性を変更可能な第２可変動弁機構とを更に備え、
前記制御手段は、前記第１及び第２可変動弁機構を駆動させて前記吸気弁と前記排気弁とが共に開弁されるバルブオーバラップ期間を制御可能であって、軽負荷時かつ還元剤添加時は、該バルブオーバラップ期間に得られる内部ＥＧＲ量の外部ＥＧＲ量に対する比率を軽負荷時かつ還元剤非添加時に比して高くすることを特徴とする。

また、第６の発明は、第５の発明において、
筒内温度を推定する筒内温度推定手段を更に備え、
前記制御手段は、軽負荷時かつ還元剤添加時であって、前記筒内温度推定手段により推定された筒内温度が基準値以上である場合には、前記吸気弁を下死点前もしくは所定時期よりも後で閉弁することを特徴とする。

第１の発明では、軽負荷時かつ還元剤添加時は、ＥＧＲ弁が開弁される。吸気圧に比して第１排気マニホールドの排気圧が高いため、その差圧により第１気筒群の排気ガスが外部ＥＧＲとして吸気通路に環流される。さらに、軽負荷時かつ還元剤添加時は、バルブオーバラップ期間が所定値以上形成される。これにより、排気ガスが内部ＥＧＲとして吸気通路に供給される。よって、多量のＥＧＲ量が要求される軽負荷時であっても、外部ＥＧＲと内部ＥＧＲによりＥＧＲ量の要求を満たすことができる。さらに、第２気筒群から排出された排気ガスのＥＧＲクーラへの回り込みを防止することができる。また、内部ＥＧＲによりＥＧＲ量を増量しても、ＥＧＲクーラへの還元剤の回り込みを防止することができる。従って、ＥＧＲクーラへの還元剤の付着を防止しつつ、多量のＥＧＲ量の要求を満たすことができる。

第２の発明では、軽負荷時かつ還元剤添加時は、ＥＧＲ弁が開弁されると共にバイパス制御弁が開弁される。吸気圧に比して第１及び第２排気マニホールドの排気圧が高いため、その差圧により第１及び第２気筒群の排気ガスが外部ＥＧＲガスとして吸気通路に還流される。ここで、第２気筒群の排気ガスは、第２ＥＧＲ通路を介してＥＧＲクーラ下流に供給されるため、還元剤のＥＧＲクーラへの回り込みを防止することができる。従って、ＥＧＲクーラへの還元剤の付着を防止しつつ、多量のＥＧＲ量の要求を満たすことができる。

第３の発明では、バイパス制御弁上流の第２ＥＧＲ通路に還元剤酸化手段が設けられている。よって、第２ＥＧＲ通路に流入した排気ガスに含まれる還元剤を還元剤酸化手段によって酸化することができる。従って、バイパス制御弁やＥＧＲ弁への還元剤の付着を抑制することができる。

第４の発明では、第１気筒群のうちの何れかの気筒が排気行程であるときに、排気添加弁により還元剤が添加される。このように還元剤を添加することで、第２ＥＧＲ通路への還元剤の流入を抑制することができる。従って、バイパス制御弁やＥＧＲ弁への還元剤の付着を抑制することができる。

第５の発明では、軽負荷時かつ還元剤添加時は、内部ＥＧＲ量の外部ＥＧＲ量に対する比率が軽負荷時かつ還元剤非添加時に比して高くされる。これにより、第２ＥＧＲ通路に流入する還元剤の量を低減することができる。従って、バイパス制御弁やＥＧＲ弁への還元剤の付着を抑制することができる。

第６の発明では、軽負荷時かつ還元剤添加時に推定された筒内温度が基準値以上である場合には、吸気弁を下死点前で閉弁するいわゆる吸気弁早閉じ、もしくは所定時期よりも後で閉弁するいわゆる吸気弁遅閉じが行われる。これにより、実圧縮比を低減することができるため、筒内温度の上昇を抑えることができる。従って、外部ＥＧＲ量に対する内部ＥＧＲ量の比率を高めた場合であっても、スモークの悪化を抑制することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１によるシステムの構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、過給機（ダーボチャージャ）を有するディーゼルエンジンシステムである。

図１に示すシステムは、複数の気筒２を有するエンジン１を備えている。図１における符号「＃１」〜「＃４」は、第１気筒〜第４気筒を表している。各気筒２のピストンは、それぞれクランク機構を介して共通のクランク軸４に接続されている。クランク軸４の近傍には、クランク角センサ５が設けられている。クランク角センサ５は、クランク軸４の回転角度（以下「クランク角CA」という。）を検出するように構成されている。

エンジン１は、各気筒２に対応して、インジェクタ６を有している。インジェクタ６は、高圧の燃料を気筒２内に直接噴射するように構成されている。各インジェクタ６は、共通のデリバリーパイプ７に接続されている。デリバリーパイプ７は、燃料ポンプ８を介して燃料タンク９に連通している。

また、エンジン１は、各気筒２に対応して吸気ポート１０を有している。各吸気ポート１０には、複数の吸気弁１２が設けられている。吸気弁１２には、吸気弁１２の開弁特性（開閉時期及びリフト量）を独立して変更可能な可変動弁機構１３が接続されている。可変動弁機構１３としては、公知の電磁駆動弁機構や機械式もしくは油圧式可変動弁機構等を用いることができる。

また、各吸気ポート１０は、共通の吸気マニホールド１４に接続されている。吸気マニホールド１４には、過給圧センサ１５が設けられている。過給圧センサ１５は、後述するコンプレッサ２４ａによって過給された空気（以下「過給空気」という。）の圧力、すなわち、過給圧PIMを検出するように構成されている。

吸気マニホールド１４には吸気通路１６が接続されている。吸気通路１６の途中には、スロットルバルブ１８が設けられている。スロットルバルブ１８は、スロットルモータ１９により駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ１８は、過給圧PIMやアクセル開度AA等に基づいて駆動されるものである。アクセル開度AAは、アクセル開度センサ２１により検出される。スロットルバルブ１８の近傍には、スロットル開度TAを検出するスロットル開度センサ２０が設けられている。スロットルバルブ１８の上流には、過給空気を冷却するインタークーラ２２が設けられている。

インタークーラ２２の上流には、過給機２４のコンプレッサ２４ａが設けられている。コンプレッサ２４ａは、図示しない連結軸を介してタービン２４ｂと連結されている。タービン２４ｂは、後述する排気通路３８に設けられている。このタービン２４ｂが排気動圧（排気エネルギ）により回転駆動されることによって、コンプレッサ２４ａが回転駆動される。

コンプレッサ２４ａの上流には、エアフロメータ２６が設けられている。エアフロメータ２６は、吸入空気量Gaを検出するように構成されている。エアフロメータ２６の上流には、エアクリーナ２８が設けられている。エアクリーナ２８の上流は、大気に開放されている。

また、エンジン１は、各気筒２に対応して排気ポート３０を有している。排気ポート３０には、複数の排気弁３２が設けられている。排気弁３２には、排気弁３２の開弁特性（開閉時期及びリフト量）を独立して変更可能な可変動弁機構３３が接続されている。可変動弁機構３３としては、吸気系の可変動弁機構１３と同様に、公知の電磁駆動弁機構や機械式もしくは油圧式可変動弁機構等を用いることができる。

図１に示すシステムは、排気干渉を避けるため、分割型の排気マニホールド３４，３５を有している。第１排気マニホールド３４は、複数の分岐管３４Ａ，３４Ｂを有している。一の分岐管３４Ａは第１気筒＃１の排気ポート３０に、他の分岐管３４Ｂは第４気筒＃４の排気ポート３０にそれぞれ接続されている。すなわち、第１及び第４気筒＃１，＃４からなる第１気筒群が第１排気マニホールド３４に接続されている。

第２排気マニホールド３５は、複数の分岐管３５Ａ，３５Ｂを有している。一の分岐管３５Ａは第２気筒＃２の排気ポート３０に、他の分岐管３５Ｂは第３気筒＃３の排気ポート３０にそれぞれ接続されている。すなわち、第２及び第３気筒＃２，＃３からなる第２気筒群が第２排気マニホールド３５に接続されている。

第１及び第２排気マニホールド３４，３５の下流端は、排気集合部３７に接続されている。排気集合部３７には、排気通路３８が接続されている。排気通路３８には、上述した過給機２４のタービン２４ｂが配置されている。タービン２４ｂは、排気通路３８を流通する排気ガスのエネルギによって回転駆動されるように構成されている。

タービン２４ｂ下流の排気通路３８には、ＮＯｘ触媒４０が設けられている。ＮＯｘ触媒４０は、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒により構成することができる。ＮＯｘ触媒４０は、理論空燃比よりもリーンな排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵する機能を有すると共に、理論空燃比よりもリッチな排気ガスが流入するとき、もしくは、排気燃料添加弁３６から還元剤が添加されたときに、吸蔵されたＮＯｘを還元浄化して放出する機能を有している。このＮＯｘ触媒４０は、ＮＯｘを吸蔵還元する機能のみを有するものでもよく、あるいは、排気ガス中のすすを捕集する機能を併せ持つＤＰＮＲ(Diesel Particulate-NOx-Reduction system)のようなものでもよい。

第２排気マニホールド３５の分岐管３５Ａには、上記還元剤としてのＨＣを添加する排気燃料添加弁３６が設けられている。この排気燃料添加弁３６は、図示しない燃料配管を介して上記燃料タンク９と連通している。なお、排気燃料添加弁３６は、分岐管３５Ｂ側に設けられていてもよい。

一方、第２排気マニホールド３５と分割された第１排気マニホールド３４には、ＥＧＲ取出口４２が設けられている。詳細には、分岐管３４Ａと分岐管３４Ｂの合流点よりも下流側に、ＥＧＲ取出口４２が設けられている。ＥＧＲ取出口４２は、ＥＧＲ通路４４の一端に接続されている。ＥＧＲ通路４４の他端は、吸気通路１６に接続されている。ＥＧＲ通路４４の途中には、ＥＧＲクーラ４６が設けられている。このＥＧＲクーラ４６の下流（吸気通路１６側）のＥＧＲ通路４４には、ＥＧＲ弁４８が設けられている。

本実施の形態１のシステムは、制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。ＥＣＵ６０の入力側には、クランク角センサ５、過給圧センサ１５、スロットル開度センサ２０、アクセル開度センサ２１、エアフロメータ２６等が接続されている。また、ＥＣＵ６０の出力側には、インジェクタ６、燃料ポンプ８、可変動弁機構１３，３３、スロットルモータ１９、排気燃料添加弁３６、ＥＧＲ弁４８等が接続されている。
ＥＣＵ６０は、クランク角CAに基づいて、エンジン回転数NEを算出する。また、ＥＣＵ６０は、アクセル開度AA等に基づいて、エンジン負荷KL[%]を算出する。
ＥＣＵ６０は、運転条件等に基づいて、ＮＯｘ触媒４０のＮＯｘ吸蔵量を推定する。ＥＣＵ６０は、推定されたＮＯｘ吸蔵量が所定値以上になると、ＮＯｘ触媒４０に吸蔵されたＮＯｘを還元・放出させるため、排気燃料添加弁３６から還元剤としてのＨＣを添加する。

［実施の形態１の特徴］
上記システムは、分割型の第１排気マニホールド３４及び第２排気マニホールド３５を有している。これにより、排気干渉を防止することができるため、低速での出力・トルクを向上させることができる。
また、ＮＯｘ触媒４０の還元時（再生時）には、排気燃料添加弁３６から第２排気マニホールド３５に還元剤であるＨＣが添加される。

また、吸気圧よりも第１排気マニホールド３４の排気圧が高い。このため、ＥＧＲ弁４８が開弁されると、その差圧により第１排気マニホールド３４を流れる排気ガス、すなわち、第１及び第４気筒＃１，＃４から排出された排気ガスが、ＥＧＲ通路４４に取り出される。ＥＧＲ通路４４に取り出された排気ガスは、ＥＧＲクーラ４６を通って吸気通路１６に戻される。

排気燃料添加弁３６が設けられていない第１排気マニホールド３４にＥＧＲ取出口４２を設けることで、還元剤のＥＧＲクーラ４６への回り込みを回避することができる。これにより、ＥＧＲクーラ４６における還元剤の詰まりや固着を防止することができる。

ところで、図２に示すように、多量のＥＧＲ量が要求される運転領域がある。図２は、運転領域と、要求されるＥＧＲ量との関係を示す図である。図２に示すように、高負荷時には、少量のＥＧＲ量が要求される。これは、高負荷時に多量のＥＧＲ量を要求すると、スモークが悪化するためである。

これに対して、軽負荷時には、多量のＥＧＲ量が要求される。これにより、燃焼温度及び筒内温度を下げることができるため、ＮＯｘ排出量を抑制することができる。
しかしながら、かかる軽負荷時には、第１排気マニホールド３４からＥＧＲ通路４４に流入する排気ガス量（以下「外部ＥＧＲ量」という。）だけでは、要求を満たさない可能性がある。

そこで、本実施の形態１では、多量のＥＧＲ量が要求される軽負荷時には、ＥＧＲ弁４８を開弁することで外部ＥＧＲ量を得ると共に、可変動弁機構１３，３３の駆動制御により吸気弁１２と排気弁３２が共に開弁されるオーバラップ期間を制御して、いわゆる内部ＥＧＲ量を得るようにする。外部ＥＧＲ量での不足分を内部ＥＧＲ量により補うことで、軽負荷時の要求ＥＧＲ量を満たすことができる。
従って、本実施の形態１によれば、ＥＧＲクーラ４６への還元剤の付着を防止しつつ、多量のＥＧＲ量の要求を満たすことができる。

［実施の形態１における具体的処理］
図３は、本実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、所定間隔毎に起動される。
図３に示すルーチンによれば、先ず、添加要求フラグが“ＯＮ”であるか否かを判別する（ステップ１００）。この「添加要求フラグ」は、排気燃料添加弁３６から還元剤を添加する必要がある場合、すなわち、ＮＯｘ触媒４０を還元する必要がある場合に“ＯＮ”にセットされるフラグである。ＥＣＵ６０は、本ルーチンとは別のルーチンにより、運転条件等に基づきＮＯｘ触媒４０のＮＯｘ吸蔵量を推定し、この推定されたＮＯｘ吸蔵量が所定値以上である場合に、添加要求フラグを“ＯＮ”にセットする。

上記ステップ１００で添加要求フラグが“ＯＦＦ”であると判別された場合には、本ルーチンを一旦終了する。その後、運転領域に応じたＥＧＲ制御が実行される。

一方、上記ステップ１００で添加要求フラグが“ＯＮ”であると判別された場合には、現在の運転領域（NE,KL）が軽負荷であるか否かを判別する（ステップ１０２）。このステップ１０２では、現在の運転領域が多量のＥＧＲ量が要求される運転領域であるか否かが判断される。

上記ステップ１０２で現在の運転領域が軽負荷であると判別された場合には、現在の運転領域が多量のＥＧＲ量が要求される運転領域、すなわち、外部ＥＧＲ量だけでなく内部ＥＧＲ量を確保する必要がある運転領域であると判断される。この場合、先ず、ＥＧＲ弁４８の開度（以下「ＥＧＲ開度」という。）の制御が行われる（ステップ１０４）。このステップ１０４では、例えば、ＥＧＲ開度を全開かそれに近い開度に設定することで、外部ＥＧＲ量の制御が行われる。

その後、オーバラップ期間を制御する（ステップ１０６）。このステップ１０６では、可変動弁機構１３，３３を駆動制御することで、各気筒＃１〜＃４の吸気弁１２と排気弁３２が共に開弁されるオーバラップ期間が所定値以上形成される。これにより、内部ＥＧＲ量の制御が行われる。

一方、上記ステップ１０２で現在の運転領域が軽負荷ではないと判別された場合には、外部ＥＧＲ量だけで要求ＥＧＲ量を満たし得ると判断される。この場合、ＥＧＲ開度の制御が行われる（ステップ１０８）。このステップ１０８では、例えば、運転領域との関係でＥＧＲ開度が規定されたマップ（図示せず）を参照することで、運転領域に応じたＥＧＲ開度に制御される。

上記ステップ１０６又は１０８の処理の後、排気燃料添加弁３６から還元剤を添加する（ステップ１１０）。その後、本ルーチンを終了する。

以上説明したように、図３に示すルーチンによれば、添加要求フラグが“ＯＮ”であり、かつ、軽負荷時である場合には、外部ＥＧＲ量を得るべくＥＧＲ開度制御が行われると共に、内部ＥＧＲ量を得るべくオーバラップ期間制御が行われる。これにより、要求されるＥＧＲ量のうち外部ＥＧＲ量では不足する分を内部ＥＧＲ量で補うことができる。また、外部ＥＧＲは還元剤が添加されない第１排気マニホールド３４から取り出されるため、ＥＧＲクーラ４６への還元剤の回り込みを防止することができる。また、内部ＥＧＲを確保しても、ＥＧＲクーラ４６への還元剤の回り込みを防止することができる。従って、ＥＧＲクーラ４６への還元剤の付着を防止しつつ、軽負荷時の多量のＥＧＲ量の要求を満たすことができる。

尚、本実施の形態１においては、第１排気マニホールド３４が第１の発明における「第１排気マニホールド」に、第２排気マニホールド３５が第１の発明における「第２排気マニホールド」に、ＥＧＲ取出口４２が第１の発明における「ＥＧＲ取出口」に、吸気通路１６が第１の発明における「吸気通路」に、ＥＧＲ通路４４が第１の発明における「ＥＧＲ通路」に、ＥＧＲクーラ４６が第１の発明における「ＥＧＲクーラ」に、ＥＧＲ弁４８が第１の発明における「ＥＧＲ弁」に、それぞれ相当する。
また、本実施の形態１においては、ＮＯｘ触媒４０が第１の発明における「ＮＯｘ触媒」に、排気添加弁３６が第１の発明における「排気添加弁」に、吸気弁１２が第１の発明における「吸気弁」に、可変動弁機構１３が第１の発明における「第１可変動弁機構」に、排気弁３２が第１の発明における「排気弁」に、可変動弁機構３３が第１の発明における「第２可変動弁機構」に、それぞれ相当する。
また、本実施の形態１においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１０４，１０６の処理を実行することにより第１の発明における「制御手段」が実現されている。

実施の形態２．
次に、図４及び図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
［システム構成の説明］
図４は、本実施の形態２によるシステムの構成を説明するための図である。
図４に示すシステムは、図１に示すシステムに加えて、第２ＥＧＲ通路としてのバイパス通路５２を備えている。バイパス通路５２は、ＥＧＲクーラ４６をバイパスするように、第２ＥＧＲ取出口５０とＥＧＲ通路４４とを接続している。具体的には、バイパス通路５２の一端はＥＧＲクーラ４６の下流側に接続され、バイパス通路５２の他端は第２ＥＧＲ取出口５０に接続されている。

第２ＥＧＲ取出口５０は、第２排気マニホールド３５に設けられている。この第２ＥＧＲ取出口５０よりも上流に、上記の排気燃料添加弁３６が設けられている。バイパス通路５２とＥＧＲ通路４４の接続部近傍には、バイパス通路５２を開閉するバイパス制御弁５４が設けられている。バイパス制御弁５４は、ＥＣＵ６０の出力側に接続されている。

［実施の形態２の特徴］
上記システムによれば、ＥＧＲ弁４８に加えてバイパス制御弁５４が開弁されると、吸気圧と第２排気マニホールド３５の差圧により、第２及び第３気筒＃２，＃３から排出された排気ガスが、バイパス通路４８を介してＥＧＲ通路４４に取り出され、吸気通路１６に戻される。

上記実施の形態１では、多量のＥＧＲ量が要求される軽負荷時に、外部ＥＧＲ量では不足する分を内部ＥＧＲ量で補うようにした。
ところで、内部ＥＧＲ量が多い場合には、筒内温度が上昇してしまい、スモークが発生する可能性がある。

そこで、本実施の形態２では、軽負荷時に、バイパス制御弁５４を開弁することで、第１排気マニホールド３４から外部ＥＧＲ量を得るだけでなく、第２排気マニホールド３５からも外部ＥＧＲ量を得るようにする。これにより、軽負荷時に要求される多量のＥＧＲ量を実現することができる。さらに、バイパス通路５２はＥＧＲクーラ４６下流のＥＧＲ通路４４に接続されているため、バイパス通路５２を介して取り出された排気ガスのＥＧＲクーラ４６への流れ込みを防止することができる。

従って、本実施の形態２によれば、ＥＧＲクーラ４６への還元剤の付着を防止しつつ、多量のＥＧＲ量の要求を満たすことができる。さらに、スモークの発生を防止することができる。

［実施の形態２における具体的処理］
図５は、本実施の形態２において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、所定間隔毎に起動される。
図５に示すルーチンによれば、図３に示すルーチンと同様に、添加要求フラグが“ＯＮ”であるか否かを判別する（ステップ１００）。このステップ１００で添加要求フラグが“ＯＮ”であると判別された場合には、現在の運転領域（NE,KL）が軽負荷であるか否かを判別する（ステップ１０２）。

上記ステップ１０２で現在の運転領域が軽負荷であると判別された場合には、多量のＥＧＲ量が要求されると判断される。この場合、バイパス制御弁５４が開弁される（ステップ１１２）。一方、上記ステップ１０２で現在の運転領域が軽負荷ではないと判別された場合には、比較的少量のＥＧＲ量が要求されると判断される。この場合、バイパス制御弁５４が閉弁される（ステップ１１４）。

上記ステップ１１２又は１１４の処理の後、図３に示すルーチンのステップ１０４、１０８の処理と同様に、ＥＧＲ開度の制御を行う（ステップ１１６）。その後、排気燃料添加弁３６から還元剤を添加する（ステップ１１０）。その後、本ルーチンを終了する。

以上説明したように、図５に示すルーチンによれば、添加要求フラグが“ＯＮ”であり、かつ、軽負荷時である場合には、バイパス制御弁５４とＥＧＲ弁４８が共に開弁される。これにより、軽負荷時には、第１排気マニホールド３４だけでなく第２排気マニホールド３５からも排気ガスが取り出される。よって、軽負荷時に要求される多量のＥＧＲ量を満たすことができる。さらに、第２排気マニホールド３５からバイパス通路５２に取り出された排気ガスは、ＥＧＲクーラ４６下流のＥＧＲ通路４４に供給される。よって、ＥＧＲクーラ４６への還元剤の回り込みを防止することができる。従って、ＥＧＲクーラ４６への還元剤の付着を防止しつつ、軽負荷時に要求される多量のＥＧＲ量を満たすことができる。

ところで、本実施の形態２では、ＥＧＲクーラ４６上流において、ＥＧＲ通路４４とバイパス通路５２が接続されていない。このため、第２排気マニホールド３５から取り出された排気ガスがＥＧＲクーラ４６を通ることはない。
還元剤非添加時かつ軽負荷時には、第２排気マニホールド３５から取り出された排気ガスをＥＧＲクーラ４６に流入させることが好適である。かかる点を考慮して、図６に示すシステムを用いてもよい。図６は、本実施の形態２の変形例によるシステムの構成を説明するための図である。

図６に示すシステムは、図４に示すシステムに加えて、第２バイパス通路５５を備えている。第２バイパス通路５５は、バイパス通路５２と、ＥＧＲクーラ４６上流のＥＧＲ通路４４とを接続している。ＥＧＲ通路４４には切替弁５６が、バイパス通路５２には切替弁５７がそれぞれ設けられている。切替弁５６は、第２バイパス通路５５との接続点と、ＥＧＲクーラ４６との間に設けられている。切替弁５７は、第２バイパス通路５５との接続点よりも上流に設けられている。

還元剤非添加時かつ軽負荷時には、バイパス制御弁５４を閉弁すると共に切替弁５６，５７を開弁することで、外部ＥＧＲを全てＥＧＲクーラ４６に流入させることができる。

尚、本実施の形態２及び変形例においては、第１排気マニホールド３４が第２の発明における「第１排気マニホールド」に、第２排気マニホールド３５が第２の発明における「第２排気マニホールド」に、ＥＧＲ取出口４２が第２の発明における「第１ＥＧＲ取出口」に、第２ＥＧＲ取出口５０が第２の発明における「第２ＥＧＲ取出口」に、吸気通路１６が第２の発明における「吸気通路」に、ＥＧＲ通路４４が第２の発明における「第１ＥＧＲ通路」に、ＥＧＲクーラ４６が第２の発明における「ＥＧＲクーラ」に、ＥＧＲ弁４８が第２の発明における「ＥＧＲ弁」に、それぞれ相当する。
また、本実施の形態２及び変形例においては、バイパス通路５２が第２の発明における「第２ＥＧＲ通路」に、バイパス制御弁５４が第２の発明における「バイパス制御弁」に、ＮＯｘ触媒４０が第２の発明における「ＮＯｘ触媒」に、排気燃料添加弁３６が第２の発明における「排気添加弁」に、それぞれ相当する。
また、本実施の形態２においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１１２，１１６の処理を実行することにより第２の発明における「制御手段」が実現されている。

実施の形態３．
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
［システム構成の説明］
図７は、本実施の形態３によるシステムの構成を説明するための図である。
図７に示すシステムは、図４に示すシステムに加えて、触媒５８を備えている。触媒５８は、バイパス制御弁５４よりも上流のバイパス通路５２に設けられている。触媒５８は、例えば、還元剤であるＨＣを酸化可能な酸化触媒である。

［実施の形態３の特徴］
上記実施の形態２では、低負荷時にバイパス制御弁５４が開弁される。これにより、バイパス制御弁５４の閉弁時に比して外部ＥＧＲ量を増やすことができるものの、還元剤を含む排気ガスがバイパス制御弁５４やＥＧＲ弁４８や吸気系に回り込む可能性がある。既述したＥＧＲクーラ４６への還元剤の付着だけでなく、バイパス制御弁５４やＥＧＲ弁４８や吸気弁１２への還元剤の付着が発生する可能性がある。

本実施の形態３では、バイパス通路５２に設けられた触媒５８により、バイパス通路５２を流れる排気ガスに含まれる還元剤が酸化される。従って、バイパス制御弁５４やＥＧＲ弁４８や吸気系への還元剤の回り込みを防止することができる。よって、バイパス制御弁５４やＥＧＲ弁４８や吸気弁１２への還元剤の付着を防止することができる。

さらに、触媒５８はバイパス通路５２にのみ設置されればよく、ＥＧＲ通路４４に設置する必要はない。すなわち、バイパス通路５２を流れる還元剤を酸化可能な触媒５８で足りるため、触媒５８は小型で簡易なものを用いることができる。よって、触媒５８を設置するためのコスト面及び搭載性で有利である。

ところで、本実施の形態３では、バイパス通路５２に還元剤を酸化可能な酸化触媒５８を配置しているが、この酸化触媒５８に代えて、還元剤であるＨＣを吸着する吸着材を配置してもよい。詳細には、吸着したＨＣを高温で酸化可能な吸着材を用いることができる。この場合も、上記実施の形態３と同様の効果を得ることができる。

尚、本実施の形態３においては、触媒５８が第３の発明における「還元剤酸化手段」に、相当する。

実施の形態４．
次に、図８及び図９を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。
本実施の形態４のシステムは、図４に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ６０に、後述する図９に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

［実施の形態４の特徴］
上記実施の形態３では、バイパス通路５２に触媒５８が設けられている。この触媒５８により還元剤を酸化することで、バイパス制御弁５４等への還元剤の付着が防止されている。

本実施の形態４では、バイパス制御弁５４等への還元剤の付着を防止するため、以下に説明するタイミングで還元剤を添加するようにする。
図８は、本実施の形態４において、還元剤の添加タイミングを説明するための図である。詳細には、図８（Ａ）は排気行程である気筒を示す図であり、図８（Ｂ）は添加可能フラグの状態を示す図である。この「添加可能フラグ」は、排気添加弁３６により還元剤が添加可能である場合に“ＯＮ”にセットされるフラグである。

図８に示すように、排気添加弁３６が設けられていない気筒群、すなわち、第１又は第４気筒＃１，＃４が排気行程である場合には、添加可能フラグが“ＯＮ”にされる。第１及び第４気筒＃１，＃４が排気行程である場合には、バイパス通路５２を流れる排気ガス量は少ない。よって、このタイミングで還元剤を添加しても、添加された還元剤がバイパス通路５２を介してバイパス制御弁５４やＥＧＲ弁４８等に回り込むことが抑制される。

一方、排気添加弁３６が設けられている気筒群、すなわち、第２及び第３気筒＃２，＃３が排気行程である場合には、添加可能フラグが“ＯＦＦ”にされる。第２及び第３気筒＃２，＃３が排気行程である場合には、バイパス通路５２を流れる排気ガス量が多い。よって、このタイミングで還元剤を添加すると、添加された還元剤がバイパス通路５２を介してバイパス制御弁５４やＥＧＲ弁４８等に回り込んでしまう。そこで、このタイミングでの還元剤の添加を禁止することで、還元剤のバイパス制御弁５４等への付着を抑制することができる。
従って、本実施の形態４によれば、上記実施の形態３のように触媒５８を設置することなく、還元剤のバイパス制御弁５４やＥＧＲ弁４８や吸気弁１２への付着を抑制することができる。

［実施の形態４における具体的処理］
図９は、本実施の形態４において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、所定間隔毎に起動される。
図９に示すルーチンによれば、図５に示すルーチンと同様に、ステップ１１６の処理まで実行する。

その後、添加可能フラグが“ＯＮ”であるか否かを判別する（ステップ１１８）。ここで、ＥＣＵ６０は、本ルーチンとは別のルーチンにより、第１気筒＃１又は第４気筒＃４が排気行程であるとき、添加可能フラグを“ＯＮ”にセットする（図８参照）。よって、このステップ１１８では、実質的には、第１気筒＃１又は第４気筒＃４が排気行程であるか否かが判別されることとなる。

上記ステップ１１８で添加可能フラグが“ＯＦＦ”であると判別された場合には、還元剤を添加することなく、ステップ１１８の処理に戻る。これにより、第１気筒＃１又は第４気筒＃４が排気行程であるとき以外は、還元剤の添加が禁止されることとなる。上記ステップ１１８で添加可能フラグが“ＯＮ”であると判別された場合には、還元剤を添加する（ステップ１１０）。その後、本ルーチンを終了する。

以上説明したように、図９に示すルーチンによれば、添加可能フラグが“ＯＮ”である場合、すなわち、第１気筒＃１又は第４気筒＃４が排気行程である場合に、還元剤が添加される。これにより、還元剤がバイパス通路５２を介してバイパス制御弁５４やＥＧＲ弁４８に回り込むことを抑制することができる。

尚、本実施の形態４においては、第１気筒＃１及び第４気筒＃４が第４の発明における「何れかの気筒」に、相当する。また、本実施の形態４においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１１８，１１０の処理を実行することにより第４の発明における「制御手段」が実現されている。

実施の形態５．
次に、図１０を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。
本実施の形態５のシステムは、図４に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ６０に、後述する図１０に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

［実施の形態５の特徴］
本実施の形態５では、軽負荷時に、ＥＧＲ弁４８とバイパス弁５４を共に開弁することにより外部ＥＧＲ量を得る。さらに、軽負荷時に、可変動弁機構１３，３３を駆動制御することで、吸気弁１２と排気弁３２が共に開弁されるオーバラップ期間を形成することにより、内部ＥＧＲ量を得る。すなわち、軽負荷時に要求される多量のＥＧＲ量を満たすべく、両方の排気マニホールド３４，３５から外部ＥＧＲ量を得ると共に、内部ＥＧＲ量を得る。

さらに、本実施の形態５では、かかる軽負荷時に還元剤の添加要求がある場合には、添加要求がない場合に比して外部ＥＧＲ量に対する内部ＥＧＲ量の比率が高められる。これにより、バイパス通路５２に流入する還元剤量を抑制することができ、バイパス制御弁５４等への還元剤の付着を抑制することができる。

しかし、所望のオーバラップ期間を得るべく設定された吸気弁開閉弁時期によっては、圧縮端温度の上昇に伴って筒内温度が上昇する可能性がある。その結果、スモークが悪化する可能性がある。

そこで、本実施の形態５では、予め作成されたマップを参照して、吸気弁開閉弁時期に基づいて筒内温度を推定する。そして、推定された筒内温度が基準値以上である場合には、スモークが悪化すると判断して、実圧縮比を低減するようにする。具体的には、吸気弁閉弁時期を下死点よりも前にするか、もしくは、所定時期よりも遅くする。この所定時期は、運転条件によって異なるため、例えば、予めマップに規定しておき、それを読み込むようにする。すなわち、吸気弁１２の早閉じもしくは遅閉じを実行する。ポンピングロスによる燃費悪化を防止する観点からは、吸気弁１２の早閉じよりも、吸気弁１２の遅閉じを実行することが好適である。

［実施の形態５における具体的処理］
図１０は、本実施の形態５において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、所定間隔毎に起動される。
図１０に示すルーチンによれば、図５に示すルーチンと同様に、ステップ１１２の処理まで実行する。

その後、外部ＥＧＲ量に対する内部ＥＧＲ量の比率を増大させる（ステップ１２０）。このステップ１２０では、軽負荷時かつ還元剤を添加しない場合に比して内部ＥＧＲ量の比率が高くなるように、ＥＧＲ開度とオーバラップ期間が制御される。

次に、図示しないマップを参照して、吸気弁開閉弁時期から筒内温度を推定する（ステップ１２２）。その後、上記ステップ１２２で推定された筒内温度が基準温度以上であるか否かを判別する（ステップ１２４）。このステップ１２４では、スモークが悪化するか否かが判断される。

上記ステップ１２４で筒内温度が基準温度以上であると判別された場合には、スモークが悪化すると判断される。この場合、吸気弁１２の早閉じ又は遅閉じにより、実圧縮比を低減する（ステップ１２６）。その後、還元剤を添加し（ステップ１１０）、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ１２４で筒内温度が基準温度未満であると判別された場合には、スモークが悪化しないと判断される。この場合、吸気弁閉弁時期を変更することなく、還元剤を添加する（ステップ１１０）。その後、本ルーチンを終了する。

以上説明したように、図１０に示すルーチンによれば、添加要求フラグが“ＯＮ”であり、かつ、軽負荷時である場合には、添加要求フラグが“ＯＦＦ”である場合に比して、外部ＥＧＲ量に対する内部ＥＧＲ量の比率が高められる。これにより、バイパス通路５２に流入する還元剤量を抑制することができ、バイパス制御弁５４等への還元剤の付着を抑制することができる。
さらに、吸気弁開閉時期から推定された筒内温度が基準温度以上である場合には、吸気弁１２が早閉じ又は遅閉じにされる。これにより、実圧縮比を低減することができ、筒内温度の上昇を抑制することができるため、スモークの悪化を抑制することができる。

尚、本実施の形態５においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１２０の処理を実行することにより第５の発明における「制御手段」が、ステップ１２２の処理を実行することにより第６の発明における「筒内温度推定手段」が、ステップ１２６の処理を実行することにより第６の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。

本発明の実施の形態１によるシステムの構成を説明するための図である。 運転領域と、要求されるＥＧＲ量との関係を示す図である。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２によるシステムの構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２の変形例によるシステムの構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態３によるシステムの構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態４において、還元剤の添加タイミングを説明するための図である。 本発明の実施の形態４において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態５において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
１２ 吸気弁
１３ 可変動弁機構
１６ 吸気通路
３２ 排気弁
３３ 可変動弁機構
３４ 第１排気マニホールド
３５ 第２排気マニホールド
４０ ＮＯｘ触媒
４２ ＥＧＲ取出口
４４ ＥＧＲ通路
４６ ＥＧＲクーラ
４８ ＥＧＲ弁
５０ 第２ＥＧＲ取出口
５２ バイパス通路
５４ バイパス制御弁
５８ 触媒
６０ ＥＣＵ

Claims (6)

1. 複数の気筒群と分割型排気マニホールドとを有する内燃機関の排気制御装置であって、
   第１気筒群に接続された第１排気マニホールドと、
   第２気筒群に接続された第２排気マニホールドと、
   前記第１排気マニホールドに設けられたＥＧＲ取出口と、
   前記ＥＧＲ取出口と吸気通路を接続するＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路の途中に設けられたＥＧＲクーラと、
   前記ＥＧＲクーラよりも下流の前記ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁と、
   前記第１排気マニホールドと前記第２排気マニホールドの合流点よりも下流に配置されたＮＯｘ触媒と、
   前記第２排気マニホールドに設けられ、前記ＮＯｘ触媒を還元するための還元剤を添加する排気添加弁と、
   吸気弁の開弁特性を変更可能な第１可変動弁機構と、
   排気弁の開弁特性を変更可能な第２可変動弁機構と、
   軽負荷時かつ還元剤添加時は、前記ＥＧＲ弁を開弁すると共に、前記第１及び第２可変動弁機構を駆動させて吸気弁と排気弁とが共に開弁されるバルブオーバラップ期間を所定値以上形成す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制御装置。
2. 複数の気筒群と分割型排気マニホールドとを有する内燃機関の排気制御装置であって、
   第１気筒群に接続された第１排気マニホールドと、
   第２気筒群に接続された第２排気マニホールドと、
   前記第１排気マニホールドに設けられた第１ＥＧＲ取出口と、
   前記第２排気マニホールドに設けられた第２ＥＧＲ取出口と、
   前記第１ＥＧＲ取出口と吸気通路を接続する第１ＥＧＲ通路と、
   前記第１ＥＧＲ通路の途中に設けられたＥＧＲクーラと、
   前記ＥＧＲクーラよりも下流の前記第１ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲ弁と、
   前記ＥＧＲクーラをバイパスするように前記第２ＥＧＲ取出口と前記第１ＥＧＲ通路を接続する第２ＥＧＲ通路と、
   前記第２ＥＧＲ通路を開閉するバイパス制御弁と、
   前記第１排気マニホールドと前記第２排気マニホールドの合流点よりも下流に配置されたＮＯｘ触媒と、
   前記第２ＥＧＲ取出口よりも上流の前記第２排気マニホールドに設けられ、前記ＮＯｘ触媒を還元するための還元剤を添加する排気添加弁と、
   軽負荷時かつ還元剤添加時は、前記ＥＧＲ弁を開弁すると共に前記バイパス制御弁を開弁し、軽負荷時以外は、前記ＥＧＲ弁を開弁すると共に前記バイパス制御弁を閉弁す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制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の排気制御装置において、
   前記バイパス制御弁よりも上流の前記第２ＥＧＲ通路に設けられ、還元剤を酸化可能な還元剤酸化手段を更に備えたことを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
4. 請求項２に記載の内燃機関の排気制御装置において、
   前記制御手段は、前記第１気筒群のうちの何れかの気筒が排気行程であるときに、前記排気添加弁により還元剤を添加することを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
5. 請求項２から４の何れか１項に記載の内燃機関の排気制御装置において、
   吸気弁の開弁特性を変更可能な第１可変動弁機構と、
   排気弁の開弁特性を変更可能な第２可変動弁機構とを更に備え、
   前記制御手段は、前記第１及び第２可変動弁機構を駆動させて前記吸気弁と前記排気弁とが共に開弁されるバルブオーバラップ期間を制御可能であって、軽負荷時かつ還元剤添加時は、該バルブオーバラップ期間に得られる内部ＥＧＲ量の外部ＥＧＲ量に対する比率を軽負荷時かつ還元剤非添加時に比して高くすることを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
6. 請求項５に記載の内燃機関の排気制御装置において、
   筒内温度を推定する筒内温度推定手段を更に備え、
   前記制御手段は、軽負荷時かつ還元剤添加時であって、前記筒内温度推定手段により推定された筒内温度が基準値以上である場合には、前記吸気弁を下死点前もしくは所定時期よりも後で閉弁することを特徴とする内燃機関の排気制御装置。

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