JP2010180803A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】排気A/Fのリッチ化に伴って発生するサージングを回避できる内燃機関の排気浄化装置を提供すること。
【解決手段】タービン81の上流の排気の一部を吸気管2に還流する高圧EGR通路6と、高圧EGR制御部43と、タービン81の下流の排気の一部を吸気管2に還流する低圧EGR通路10と、低圧EGR制御部44と、排気管4内に設けられ、酸化雰囲気下でNOxを捕捉し、捕捉したNOxを還元雰囲気下で浄化するNOx浄化触媒31と、排気空燃比を還元制御するNOx浄化触媒還元制御部41と、過給機8におけるサージングの発生を予測する予測部と、還元制御実行時において、過給機8にサージングが発生しないと予測された場合には、高圧EGR制御部43による排気の還流制御を選択し、サージングが発生すると予測された場合には、低圧EGR制御部44による排気の還流制御を選択するEGR切替部45と、を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。詳しくは、内燃機関から排出される排気中に含まれるNOxをリーン時に捕捉し、捕捉したNOxをリッチ時に還元するNOx浄化触媒を備える排気浄化装置に関する。
なお、本発明において、「リッチ」という用語は、問題とする燃料の空気/燃料比率(以下、空燃比又はA/Fという)が化学量論的な空燃比よりも小さいことを意味し、「リーン」という用語は、問題とする燃料の空燃比が上述の化学量論的な空燃比よりも大きいことを意味する。また、以下の説明において、内燃機関(以下、エンジンという)へ流入する混合気における空気と燃料の重量比をエンジン空燃比と定義し、排気通路内の空気と燃料との重量比を排気空燃比と定義する。
エンジンの排気通路に、三元触媒(以下、TWCという)や、NOx吸蔵還元触媒(以下、LNTという)又はNOx吸着還元触媒(以下、LNCという)といったNOx浄化触媒を設置し、間欠的に排気A/Fをリッチ又はリーンに切替え制御する技術が知られている。NOx浄化触媒は、排気中のNOxをリーン時に捕捉し、捕捉したNOxをリッチ時に還元することにより、排気中のNOxを浄化する。
排気A/Fをリッチに制御する方法としては、スロットル弁を絞る等して吸入空気量を低減させたうえで、トルクに寄与する燃料噴射(以下、主噴射という)量を調整することにより排気A/Fをリッチに制御する方法(以下、燃焼リッチという)と、エンジンの各気筒内が爆発工程から排気工程に移行した付近で、燃料噴射弁よりトルクに寄与しない付加燃料を気筒内に噴射(以下、ポスト噴射という)することにより、未燃の燃料を排気通路内に流通させて排気A/Fをリッチにする方法(以下、ポストリッチという)が挙げられる。
また、エンジンの排気の一部を吸気に戻し、新気と排気を混合させることによりシリンダでの燃焼温度を低下させ、エンジンから排出されるNOxを低減する技術(以下、EGRという)が知られている。このEGR技術によれば、還流する排気量(以下、EGR量という)を増加させることにより、吸入空気量を低減させて排気A/Fをリッチに制御することができ、NOxの排出量を低減することができる。
上記のNOx浄化触媒を用いた排気A/Fの制御技術とEGR技術とを組み合わせ、更なるNOx排出量の低減を目的とした検討が進められている。例えば、NOx浄化触媒の上流側からの排気の還流と、NOx浄化触媒の下流側からの排気の還流との切替えを実行するEGR装置を備えた排気浄化装置が提案されている(特許文献1参照)。この排気浄化装置では、エンジンの低負荷時には、NOx浄化触媒の上流側からの排気を還流させ、エンジンの高負荷時には、NOx浄化触媒の下流側から排気を還流させるような制御が実行される。
また、過給機による過給を実施するエンジンに、上記のNOx浄化触媒を用いた排気A/Fの制御技術とEGR技術を適用した検討も進められている。例えば、過給機による過給を実施するエンジンにおいて、タービンの上流から排気の一部を取り出して吸気通路に戻す高圧EGR(以下、HP−EGRという)導入と、タービンの下流から排気の一部を取り出して吸気通路に戻す低圧EGR(以下、LP−EGRという)導入が知られている(特許文献2〜4参照)。HP−EGR通路とLP−EGR通路の切替えは、エンジン回転数やエンジン負荷等の運転状態に応じて実行される。
特許第2675405号公報 特開2001−140703号公報 特開2004−150319号公報 特開2005−127247号公報
上記のHP−EGRは、EGR通路内を流通する排気が比較的高温であるため、炭化水素(以下、HCという)がEGR通路内に付着する不具合は生じ難いものの、EGR量を増加させるとタービンに流入する排気量が減少して過給効率が低下するという問題がある。これに対して、LP−EGRは、大量の排気を還流できるとともに高い過給効率を実現できるものの、EGR通路内を流通する排気が比較的低温であるため、HC等がEGR通路内に付着し易いうえ、より低温の排気が還流されて燃焼に供される結果、エンジンから排出される排気の温度が低下し、下流のNOx浄化触媒の活性が低下するという問題がある。このため、エンジンの回転数や負荷等の運転状態に応じて、排気温度が低下する低負荷領域ではHP−EGR通路への切り替えを実行し、排気温度が高い中高負荷領域ではLP−EGR通路への切り替えを実行する等の工夫が必要である。
ところで、燃焼リッチにより排気A/Fをリッチにする場合、噴射した燃料は全てトルクに寄与する。このため、リーン時と同等のトルクのまま排気A/Fをリッチにするためには、リーン時よりも吸入空気量を低減する必要がある。
また、ポストリッチにより排気A/Fをリッチにする場合、ポスト噴射量を増加させると、燃費の悪化が生じるとともにポスト噴射した燃料の一部がエンジンオイルに混入し、所謂オイルダイリューションが生じる。このため、ポストリッチにより排気A/Fをリッチにする場合も、燃焼リッチと同様にリーン時より吸入空気量を低減する必要がある。
吸入空気量を低減する方法としては、吸気通路に設けられたスロットル弁を絞る、所謂スロットリング等が挙げられる。しかしながら、HP−EGR導入時においてスロットリング等により吸入空気量を低減させると、コンプレッサより上流側の吸気通路内の圧力とコンプレッサより下流側の吸気通路内の圧力との間に大きな差が生じ、過給機にサージングが発生するおそれがある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気A/Fのリッチ化に伴って発生するサージングを回避することにある。
上記目的を達成するため、請求項1記載の発明は、内燃機関(1)の排気通路(4)に設けられたタービン(81)の回転により前記内燃機関の吸気通路(2)に設けられたコンプレッサ(82)を作動する過給機(8)を備える内燃機関の排気浄化装置であって、前記タービンの上流の排気の一部を前記吸気通路内に還流する第1EGR通路(6)と、当該第1EGR通路を介して還流される排気の流量を制御する第1EGR制御手段(11,43)と、前記タービンの下流の排気の一部を前記吸気通路内に還流する第2EGR通路(10)と、当該第2EGR通路を介して還流される排気の流量を制御する第2EGR制御手段(12,44)と、前記排気通路内に設けられ、酸化雰囲気下でNOxを捕捉し、捕捉したNOxを還元雰囲気下で浄化するNOx浄化触媒(31)と、前記NOx浄化触媒に流入する排気を還元雰囲気にする還元制御を所定の時期に実行する還元制御手段(41)と、前記過給機におけるサージングの発生を予測する予測手段(45)と、前記還元制御の実行時において、前記予測手段により前記過給機にサージングが発生しないと予測された場合には、前記第1EGR制御手段による排気の還流制御を選択し、前記予測手段により前記過給機にサージングが発生すると予測された場合には、前記第2EGR制御手段による排気の還流制御を選択するEGR切替手段(45)と、を備えることを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の排気浄化装置において、前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段(21)と、前記コンプレッサより上流側の吸気通路内の圧力を検出する上流側圧力検出手段(23)と、前記コンプレッサより下流側の吸気通路内の圧力を検出する下流側圧力検出手段(24)と、を備え、前記予測手段は、前記吸入空気量検出手段により検出された吸入空気量、及び前記下流側圧力検出手段により検出された下流側圧力に対する前記上流側圧力検出手段により検出された上流側圧力の比に基づいて、前記過給機のサージングの発生を予測することを特徴とする。
請求項1記載の発明によれば、NOx浄化触媒に流入する排気を還元雰囲気に制御する(即ち、排気空燃比をリッチ化する)還元制御実行時において、HP−EGRに相当する第1EGR制御手段による排気の還流制御と、LP−EGRに相当する第2EGR制御手段による排気の還流制御との切替えを、過給機のサージング発生予測結果に基づいて実行する。具体的には、還元制御実行時において、過給機にサージングが発生すると予測された場合には、第2EGR制御手段による排気の還流制御を選択し、過給機にサージングが発生しないと予測された場合には、第1EGR制御手段による排気の還流制御を選択する。
上述した通り、NOx浄化のために還元制御を実行するにあたり、燃焼リッチとポストリッチいずれの方法による場合であっても、スロットリング等による吸入空気量の低減が必要である。また、スロットリング等を伴う還元制御実行時において、HP−EGRに相当する第1EGR制御手段による排気の還流制御を選択すると、コンプレッサより上流側の吸気通路内の圧力と、コンプレッサより下流側の吸気通路内の圧力との間に大きな差が生じ、過給機にサージングが発生する。この点、本発明によれば、還元制御の実行時において、サージングの発生が予測された場合には第2EGR制御手段による排気の還流制御を選択することにより、過給機におけるサージングの発生を回避できる。
また、LP−EGRに相当する第2EGRでは、EGR通路内を流通する排気が比較的低温であるため、HCがEGR通路内に付着し易いという問題があったところ、本発明によれば、サージングの発生が予測される場合に限定して第2EGR制御手段による排気の還流制御を選択するため、第2EGR通路内におけるHCの付着を抑制できる。
さらには、LP−EGRに相当する第2EGRでは、より低温の排気が還流されて燃焼に供される結果、エンジンから排出される排気の温度が低下し、下流のNOx浄化触媒の活性が低下するという問題があったところ、本発明によれば、サージングの発生が予測される場合に限定して第2EGR制御手段による排気の還流制御を選択するため、排気温度の低下によるNOx浄化触媒活性の低下を抑制できる。
請求項2記載の発明によれば、吸入空気量、及びコンプレッサより下流側の吸気通路内圧力(以下、コンプレッサ下流圧力という)に対するコンプレッサより上流側の吸気通路内圧力(以下、コンプレッサ上流圧力という)の比、即ちコンプレッサ上流圧力/コンプレッサ下流圧力(以下、コンプレッサ圧力比という)に基づいて、サージングの発生を予測する。
サージングの発生原因は、所定の吸入空気量以上の条件下における、コンプレッサ上流圧力とコンプレッサ下流圧力との間に生ずる大きな圧力差であるところ、本発明によれば、これら吸入空気量、及びコンプレッサ圧力比に基づいてサージングを予測するため、精度良くサージングを予測できる。
このため、本発明によれば、還元制御の実行時において、より適切な時期に第2EGR制御手段による排気の還流制御を選択でき、過給機におけるサージングの発生をより確実に回避できる。また、第2EGR通路内におけるHCの付着をより抑制できるとともに、排気温度の低下によるNOx浄化触媒活性の低下をより抑制できる。
本発明の一実施形態に係る内燃機関及びその排気浄化装置の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係るECUによるEGR切替処理の手順を示すフローチャートである。 EGR領域判定マップを示す図である。 サージング領域判定マップを示す図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る内燃機関及びその排気浄化装置の構成を示す図である。内燃機関(以下、エンジンという)1は、各気筒7の燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒7には図示しない燃料噴射弁が設けられている。これら燃料噴射弁は、電子制御ユニット(以下、ECUという)40により電気的に接続されており、燃料噴射弁の開弁時間及び閉弁時間は、ECU40により制御される。
エンジン1には、吸気が流通する吸気管2と、排気が流通する排気管4と、吸気管2に吸気を圧送する過給機8と、過給機8のタービン81の上流の排気の一部を吸気マニホールド3内に還流する高圧EGR通路6と、過給機8のタービン81の下流の排気の一部を、吸気管2のうち過給機8の上流側に還流する低圧EGR通路10と、が設けられている。
吸気管2は、吸気マニホールド3の複数の分岐部を介してエンジン1の各気筒7の吸気ポートに接続されている。排気管4は、排気マニホールド5の複数の分岐部を介してエンジン1の各気筒7の排気ポートに接続されている。高圧EGR通路6は、排気マニホールド5から分岐し吸気マニホールド3に至る。
過給機8は、排気管4に設けられたタービン81と、吸気管2に設けられたコンプレッサ82と、を備える。タービン81は、排気管4を流通する排気の運動エネルギにより駆動される。コンプレッサ82は、タービン81により回転駆動され、吸気を加圧し吸気管2内へ圧送する。また、タービン81は、図示しない複数の可変ベーンを備えており、可変ベーンの開度を変化させることにより、タービン回転数(回転速度)を変更できるように構成されている。タービン81のベーン開度は、ECU40により電磁的に制御される。
吸気管2のうち過給機8の上流側には、エンジン1の吸入空気量を制御するスロットル弁9が設けられている。このスロットル弁9は、アクチュエータを介してECU40に接続されており、その開度はECU40により電磁的に制御される。スロットル弁9により制御された吸入空気量は、エアフローメータ21により検出される。
吸気管2のうちコンプレッサ82の上流側で且つスロットル弁9の下流側には、コンプレッサ上流圧力を検出する上流圧力センサ23が設けられている。また、吸気管2のうちコンプレッサ82の下流側には、コンプレッサ下流圧力を検出する下流圧力センサ24が設けられている。これら上流圧力センサ23及び下流圧力センサ24は、後述するECU40に接続されている。
高圧EGR通路6は、排気マニホールド5と吸気マニホールド3とを接続し、エンジン1から排出された排気の一部を還流する。高圧EGR通路6には、還流する排気の流量を制御する高圧EGR弁11が設けられている。高圧EGR弁11は、図示しないアクチュエータを介してECU40に接続されており、その弁開度はECU40により電磁的に制御される。
低圧EGR通路10は、排気管4と吸気管2とを接続し、排気管4のうち過給機8の下流側から、吸気管2のうち過給機8の上流側に排気の一部を還流する。低圧EGR通路10には、還流する排気の流量を制御する低圧EGR弁12が設けられている。低圧EGR弁12は、図示しないアクチュエータを介してECU40に接続されており、その弁開度はECU40により電磁的に制御される。
排気管4のうち過給機8の下流側には、排気を浄化するNOx浄化触媒31が設けられている。NOx浄化触媒31は、NOxを捕捉する能力を有する。以下に、NOx浄化触媒31におけるNOxの浄化について説明する。
先ず、エンジン空燃比が理論空燃比よりリーン側である、所謂リーンバーン運転を行うと、NOx浄化触媒31へ流入する排気が酸化雰囲気となる。その結果、排気中のNOxがNOx浄化触媒31に捕捉される。
次に、エンジン空燃比が理論空燃比よりリッチ側となるリッチ運転を行うと、排気が還元雰囲気となる。その結果、NOx浄化触媒31に捕捉されているNOxが還元されて浄化される。
ECU40には、エンジン1のクランク軸の回転角度を検出するクランク角度位置センサ(図示せず)、エンジン1により駆動される車両のアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルセンサ(図示せず)、エンジン1の吸入空気量(単位時間当りにエンジン1に新規に吸入される空気量)を検出するエアフローメータ21、コンプレッサ上流圧力を検出する上流圧力センサ23、コンプレッサ下流圧力を検出する下流圧力センサ24、NOx浄化触媒31に流入する排気の排気温度を検出する排気温度センサ(図示せず)、及びNOx浄化触媒31に流入する排気の酸素濃度、即ち排気空燃比を検出するUEGOセンサ(全領域空燃比センサ)22が接続されており、これらセンサの検出信号は、ECU40に供給される。
ここで、エンジン1の回転数は、クランク角度位置センサの出力に基づいてECU40により算出される。エンジン1の発生トルク、即ちエンジン1の負荷は、エンジン1の燃料噴射量に基づいてECU40により算出される。また、この燃料噴射量はアクセルセンサの出力に基づいてECU40により算出される。
ECU40は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット(以下、CPUという)とを備える。この他、ECU40は、CPUで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路と、スロットル弁9、高圧EGR弁11、低圧EGR弁12、過給機8、及びエンジン1の燃料噴射弁等に制御信号を出力する出力回路と、を備える。
以上のようなハードウェア構成により、ECU40には、NOx浄化触媒還元制御部41と、EGR制御部42とのモジュールが構成される。以下、各モジュールの機能について説明する。
NOx浄化触媒還元制御部41は、NOx浄化触媒31に流入する排気を還元雰囲気にする還元制御を、所定の時期に実行する。具体的には、NOx浄化触媒31に捕捉されたNOx捕捉量を、吸入空気量、及び燃料噴射量等に基づいて推定し、推定されたNOx捕捉量が所定の判定値以上である場合に還元制御を実行する。
還元制御においては、排気温度、上述のようにして推定されたNOx捕捉量、還元制御を実行する時間、エンジン1の回転数、及びエンジン1の発生トルクのうち少なくとも1つに基づいて、NOx浄化触媒31に流入する排気の排気空燃比目標値を決定する。決定した排気空燃比目標値に排気空燃比が一致するように、エンジン1の吸入空気量、主噴射量、ポスト噴射量、高圧EGR通路6又は低圧EGR通路10により還流される排気流量のうち少なくとも1つを調整する。
また、NOx浄化触媒還元制御部41は、主噴射量を増加することでNOx浄化触媒31に流入する排気を還元雰囲気にする燃焼リッチによる還元制御と、ポスト噴射することでNOx浄化触媒に流入する排気を還元雰囲気にするポストリッチによる還元制御とを、エンジン1の運転状態に応じて選択的に実行する。具体的には、所定の実験に基づいて設定され、予めECU40に格納されたエンジン1の回転数と燃料噴射量をパラメータとした運転状態判定マップを参照して、エンジン1の回転数、及び燃料噴射量に基づいて高負荷運転状態であるか低負荷運転状態であるかを判定し、判定された運転状態に応じて選択的に実行する。
EGR制御部42は、高圧EGR通路6を介して還流される排気の流量を制御する高圧EGR制御部43と、低圧EGR通路10を介して還流される排気の流量を制御する低圧EGR制御部44と、を含んで構成され、エンジン1の還流制御を行う。
高圧EGR制御部43は、高圧EGR弁11の開度を制御し、高圧EGR通路6を介して還流される排気の流量を制御する。また、この高圧EGR制御部43により排気の還流制御を行っている間は、基本的には低圧EGR弁12を閉じておく。
低圧EGR制御部44は、低圧EGR弁12の開度を制御し、低圧EGR通路10を介して還流される排気の流量を制御する。また、この低圧EGR制御部44により排気の還流制御を行っている間は、基本的には高圧EGR弁11を閉じておく。
この他、EGR制御部42は、これら高圧EGR制御部43による排気の還流制御と低圧EGR制御部44による排気の還流制御とを選択的に切り替えるEGR切替処理を実行するEGR切替部45を備える。
EGR切替部45は、NOx浄化触媒還元制御部41による還元制御実行時において、過給機8におけるサージングの発生を予測し、その予測結果に応じて高圧EGR制御部43による排気の還流制御と低圧EGR制御部44による排気の還流制御との切替えを実行する。これにより、過給機8にサージングが発生しないと予測された場合には、高圧EGR弁11を閉じられて低圧EGR弁12が開かれることにより、低圧EGR通路10への切替えが実行される。また、過給機8にサージングが発生すると予測された場合には、低圧EGR弁12が閉じられて高圧EGR弁11が開かれることにより、高圧EGR通路6への切替えが実行される。
過給機8におけるサージングの発生は、所定の実験により設定され、予めECU40に格納された吸入空気量とコンプレッサ圧力比をパラメータとしたサージング領域判定マップを参照して、エアフローメータ21により検出された吸入空気量、及び上流圧力センサ23及び下流圧力センサ24の出力から算出したコンプレッサ圧力比に基づいて予測する。
図2は、ECU40によるEGR切替処理の手順を示すフローチャートである。図2に示すように、ECU40によるEGR切替処理は、スロットリング等を伴うリッチ化実行時(即ち、還元制御実行時)において、過給機8のサージング発生予測の判定結果に応じて、高圧EGR制御と低圧EGR制御の選択が可能となっている。このEGR切替処理は、上述のEGR切替部45により所定の周期で繰り返し実行される。
ステップS1では、リッチ化を実行するか否かを判断し、この判断がNOの場合にはステップS2に移り、YESの場合にはステップS3に移る。具体的には、NOx浄化触媒31のNOx捕捉量を、吸入空気量及び燃料噴射量等に基づいて推定し、推定したNOx捕捉量が所定の判定値以上である場合にはリッチ化を実行する。
ステップS2では、リッチ化非実行時において、現在の運転状態が高圧EGR領域であるか否かを判別する。より具体的には、この運転状態が高圧EGR領域であるか否かは、図3に示すような制御マップに基づいて判別される。この判別がYESの場合にはステップS5に移り、高圧EGR制御、即ち高圧EGR通路6を介した排気の還流制御を選択する。また、この判別がNOの場合にはステップS6に移り、低圧EGR制御、即ち低圧EGR通路10を介した排気の還流制御を選択する。
図3は、EGR領域判定マップを示す図であり、上述のステップS2において参照される制御マップの一例を示す図である。このEGR領域判定マップは、所定の実験に基づいて設定され、ECU40に格納される。
図3に示すように、エンジン回転数及び負荷を、運転状態を表すパラメータとして、運転状態は、低圧EGR制御が適した低圧EGR領域と、高圧EGR制御が適した高圧EGR領域とに分けられる。この制御マップによれば、基本的には、負荷が小さい場合には高圧EGR制御が選択され、負荷が大きい場合には低圧EGR制御が選択される。また、高圧EGR領域と低圧EGR領域とを分ける判定ラインは、エンジン回転数が大きくなるに従い小さくなる。即ち、エンジン回転数が大きくなると、小さな負荷でも低圧EGR制御が選択される。
ステップS3では、吸入空気量、及びコンプレッサ下流側圧力に対するコンプレッサ上流側圧力の比(以下、コンプレッサ圧力比という)に基づいて、過給機8におけるサージングの発生を予測し、ステップS4に移る。具体的には、サージング発生領域にあるか否かは、図4に示すような制御マップに基づいて判別される。この判別がYESの場合にはステップS6に移り、低圧EGR制御、即ち低圧EGR通路10を介した排気の還流制御を選択する。また、この判別がNOの場合にはステップS5に移り、高圧EGR制御、即ち高圧EGR通路6を介した排気の還流制御を選択する。
図4は、サージング領域判定マップを示す図であり、上述のステップS3において参照される制御マップを示す図である。このサージング領域判定マップは、所定の実験に基づいて設定され、ECU40に格納される。
図4に示すように、サージング領域判定マップは、吸入空気量及びコンプレッサ圧力比をパラメータとして、サージング発生領域と非発生領域とに分けられる。
ステップS5では、高圧EGR制御、即ち高圧EGR通路6を介した排気の還流制御が選択され、ECU40によるEGR切替処理を終了する。
ステップS6では、低圧EGR制御、即ち低圧EGR通路10を介した排気の還流制御が選択され、ECU40によるEGR切替処理を終了する。
以上詳述したように、本実施形態によれば、NOx浄化触媒31に流入する排気を還元雰囲気に制御する(即ち、排気空燃比をリッチ化する)還元制御実行時において、高圧EGR制御部43による排気の還流制御と、低圧EGR制御部44による排気の還流制御との切替えを、過給機8のサージング発生予測結果に基づいて実行する。具体的には、還元制御実行時において、過給機8にサージングが発生すると予測された場合には、低圧EGR制御部44による排気の還流制御を選択し、過給機8にサージングが発生しないと予測された場合には、高圧EGR制御部43による排気の還流制御を選択する。
上述した通り、NOx浄化のために還元制御を実行するにあたり、燃焼リッチとポストリッチいずれの方法による場合であっても、スロットリング等による吸入空気量の低減が必要である。また、スロットリング等を伴う還元制御実行時において、高圧EGR制御部43による排気の還流制御を選択すると、コンプレッサ82より上流側の吸気管2内の圧力と、コンプレッサ82より下流側の吸気管2内の圧力との間に大きな差が生じ、過給機8にサージングが発生する。この点、本発明によれば、還元制御の実行時において、サージングの発生が予測された場合には低圧EGR制御部44による排気の還流制御を選択することにより、過給機8におけるサージングの発生を回避できる。
また、低圧EGRでは、EGR通路内を流通する排気が比較的低温であるため、HCがEGR通路内に付着し易いという問題があったところ、本発明によれば、サージングの発生が予測される場合に限定して低圧EGR制御部44による排気の還流制御を選択するため、低圧EGR通路10内におけるHCの付着を抑制できる。
さらには、低圧EGRでは、より低温の排気が還流されて燃焼に供される結果、エンジン1から排出される排気の温度が低下し、下流のNOx浄化触媒31の活性が低下するという問題があったところ、本発明によれば、サージングの発生が予測される場合に限定して低圧EGR制御部44による排気の還流制御を選択するため、排気温度の低下によるNOx浄化触媒31の活性の低下を抑制できる。
また、本実施形態によれば、吸入空気量、及びコンプレッサ圧力比に基づいて、サージングの発生を予測する。
サージングの発生原因は、所定の吸入空気量以上の条件下における、コンプレッサ上流圧力とコンプレッサ下流圧力との間に生ずる大きな圧力差であるところ、本実施形態によれば、これら吸入空気量、及びコンプレッサ圧力比に基づいてサージングを予測するため、精度良くサージングを予測できる。
このため、本実施形態によれば、還元制御の実行時において、より適切な時期に低圧EGR制御部44による排気の還流制御を選択でき、過給機8におけるサージングの発生をより確実に回避できる。また、低圧EGR通路10内におけるHCの付着をより抑制できるとともに、排気温度の低下によるNOx浄化触媒31の活性の低下をより抑制できる。
本実施形態では、ECU40が、第1EGR制御手段の一部、第2EGR制御手段の一部、EGR切替手段、還元制御手段、及び予測手段を構成する。具体的には、ECU40の高圧EGR制御部43及び高圧EGR弁11が第1EGR制御手段に相当し、ECU40の低圧EGR制御部44及び低圧EGR弁12が第2EGR制御手段に相当し、ECU40のEGR切替部45がEGR切替手段に相当し、ECU40のNOx浄化触媒還元制御部41が還元制御手段に相当する。また、図2のステップS3の実行に係る手段が予測手段に相当する。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。例えば、本発明に係るEGR切替処理は、NOx浄化触媒に捕捉されたNOxを除去する場合のみならず、NOx浄化触媒に捕捉されたサルファを除去する場合にも適用できる。
1…エンジン(内燃機関)
2…吸気管(吸気通路)
3…吸気マニホールド(吸気通路)
4…排気管(排気通路)
5…排気マニホールド(排気通路)
6…高圧EGR通路(第1EGR通路)
11…高圧EGR弁(第1EGR制御手段)
10…低圧EGR通路(第2EGR通路)
12…低圧EGR弁(第2EGR制御手段)
8…過給機
81…タービン
82…コンプレッサ
9…スロットル弁
21…エアフローメータ(吸入空気量検出手段)
22…UEGOセンサ
23…上流圧力センサ(上流側圧力検出手段)
24…下流圧力センサ(下流側圧力検出手段)
31…NOx浄化触媒
40…ECU(還元制御手段、第1EGR制御手段、第2EGR制御手段、EGR切替手段、予測手段)









Claims (2)

  1. 内燃機関の排気通路に設けられたタービンの回転により前記内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサを作動する過給機を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
    前記タービンの上流の排気の一部を前記吸気通路内に還流する第1EGR通路と、
    当該第1EGR通路を介して還流される排気の流量を制御する第1EGR制御手段と、
    前記タービンの下流の排気の一部を前記吸気通路内に還流する第2EGR通路と、
    当該第2EGR通路を介して還流される排気の流量を制御する第2EGR制御手段と、
    前記排気通路内に設けられ、酸化雰囲気下でNOxを捕捉し、捕捉したNOxを還元雰囲気下で浄化するNOx浄化触媒と、
    前記NOx浄化触媒に流入する排気を還元雰囲気にする還元制御を所定の時期に実行する還元制御手段と、
    前記過給機におけるサージングの発生を予測する予測手段と、
    前記還元制御の実行時において、前記予測手段により前記過給機にサージングが発生しないと予測された場合には、前記第1EGR制御手段による排気の還流制御を選択し、前記予測手段により前記過給機にサージングが発生すると予測された場合には、前記第2EGR制御手段による排気の還流制御を選択するEGR切替手段と、を備えることを特徴とする排気浄化装置。
  2. 前記内燃機関の吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段と、
    前記コンプレッサより上流側の吸気通路内の圧力を検出する上流側圧力検出手段と、
    前記コンプレッサより下流側の吸気通路内の圧力を検出する下流側圧力検出手段と、を備え、
    前記予測手段は、前記吸入空気量検出手段により検出された吸入空気量、及び前記下流側圧力検出手段により検出された下流側圧力に対する前記上流側圧力検出手段により検出された上流側圧力の比に基づいて、前記過給機のサージングの発生を予測することを特徴とする請求項1記載の排気浄化装置。
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