JP2014214730A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リッチ制御を開始すべきときに失火が発生するのを抑制しつつ排気ガスの空燃比を速やかにリッチに切り換える。
【解決手段】内燃機関は排気ターボチャージャと、高圧側ＥＧＲ通路２６Ｈ及び高圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｈと、低圧側ＥＧＲ通路２６Ｌ及び低圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｌとを備える。燃焼室２から排出される排気ガスの空燃比を一時的にリッチに保持するリッチ制御を開始すべきときには、低圧側ＥＧＲ制御弁を閉弁し、次いでスロットル開度を小さくし、次いで追加の燃料の噴射を開始する。更に、リッチ制御中において実際の排気ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に一致するように高圧側ＥＧＲ制御弁の開度を制御する。
【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。

機関排気通路とスロットル弁下流の機関吸気通路とを排気再循環（以下、ＥＧＲともいう。）通路により互いに連結すると共にＥＧＲ通路内にＥＧＲ制御弁を配置し、流入排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵還元触媒を機関排気通路内に配置し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘを放出するために、吸入空気量を少なくすると共に排気再循環率を低くした状態のもとで燃焼行程又は排気行程に筒内に追加の燃料を噴射することにより、機関燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を一時的にリッチに保持するリッチ制御を行う、内燃機関が公知である。このようにすると、排気ガスの空燃比をリッチにするために必要な燃料量を低減しつつ、失火を確実に抑制することができる。

ところが、ＥＧＲ制御弁の開度を小さくした直後に、スロットル弁下流の吸気通路内の圧力である吸気管圧力が一時的に大幅に低下し、筒内に吸入される空気量が大幅に低下する。その結果、圧縮端温度が低下し、失火が発生するおそれがある。

そこで、リッチ制御を開始すべきときには、ＥＧＲ制御弁の開度を維持したままスロットル開度をベース開度よりも大きくして保持し、次いでＥＧＲ制御弁を閉弁し、次いでスロットル開度をベース開度よりも小さくし、次いで追加の燃料の噴射を開始する、内燃機関が公知である（例えば特許文献１を参照）。このようにすると、筒内への空気量が確保され、圧縮端温度が低下するのが抑制される。その結果、失火の発生が抑制される。

一方、機関排気通路内に配置された排気タービンによりスロットル弁上流の機関吸気通路内に配置されたコンプレッサを駆動する排気ターボチャージャを備え、排気タービン上流の機関排気通路とスロットル弁下流の機関吸気通路とを高圧側ＥＧＲ通路により連結すると共に高圧側ＥＧＲ通路内に高圧側ＥＧＲ制御弁を配置し、排気タービン下流の機関排気通路とコンプレッサ上流の機関吸気通路とを低圧側ＥＧＲ通路により連結すると共に低圧側ＥＧＲ通路内に低圧側ＥＧＲ制御弁を配置し、高圧側ＥＧＲ通路からのＥＧＲガス及び低圧側ＥＧＲ通路からのＥＧＲガスの一方又は両方が吸気通路を介し機関燃焼室に供給される、内燃機関が公知である。

特開２０１２−１３６９４８号公報

高圧側ＥＧＲ通路及び低圧側ＥＧＲ通路を備えた内燃機関に特許文献１の技術を適用すると、リッチ制御を開始すべきときに、高圧側ＥＧＲ制御弁の開度が維持されたままスロットル開度がベース開度よりも大きくされて保持され、次いで高圧側ＥＧＲ制御弁が閉弁され、次いでスロットル開度がベース開度よりも小さくされ、次いで追加の燃料の噴射が開始されるということになる。しかしながら、当然のことではあるが、特許文献１には低圧側ＥＧＲ制御弁の制御について何ら開示されていない。

この点、リッチ制御を開始すべきときに高圧側ＥＧＲ制御弁の開度と同様に低圧側ＥＧＲ制御弁の開度を維持するようにすると、次の問題を生ずる。即ち、低圧側ＥＧＲ制御弁から燃焼室までのＥＧＲガス流路は比較的長いので、低圧側ＥＧＲ制御弁を閉弁してからしばらくの間は吸気通路内にＥＧＲガスが残存することになる。このため、ＥＧＲ率を低下させるために長時間を要することになる。このことは、排気ガスの空燃比をリッチにするために長時間を要することを意味している。言い換えると、排気ガスの空燃比を速やかにリッチに切り換えることが困難となる。

本発明の目的は、リッチ制御を開始すべきときに失火が発生するのを抑制しつつ排気ガスの空燃比を速やかにリッチに切り換えることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。

本発明によれば、機関排気通路内に配置された排気タービンによりスロットル弁上流の機関吸気通路内に配置されたコンプレッサを駆動する排気ターボチャージャを備え、排気タービン上流の機関排気通路とスロットル弁下流の機関吸気通路とを高圧側排気再循環通路により連結すると共に高圧側排気再循環通路内に高圧側排気再循環制御弁を配置し、排気タービン下流の機関排気通路とコンプレッサ上流の機関吸気通路とを低圧側排気再循環通路により連結すると共に低圧側排気再循環通路内に低圧側排気再循環制御弁を配置し、吸入空気量を少なくすると共に排気再循環率を低くした状態のもとで燃焼行程又は排気行程に筒内に追加の燃料を噴射することにより、機関燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を一時的に理論空燃比よりもリッチに保持するリッチ制御を行う、内燃機関の排気浄化装置であって、リッチ制御を開始すべきときには、低圧側排気再循環制御弁を閉弁し、次いでスロットル開度を小さくし、次いで追加の燃料の噴射を開始し、更に、リッチ制御中において実際の排気再循環率が目標排気再循環率に一致するように高圧側排気再循環制御弁の開度を制御する、内燃機関の排気浄化装置が提供される。

リッチ制御を開始すべきときに失火が発生するのを抑制しつつ排気ガスの空燃比を速やかにリッチに切り換えることができる。

図１は圧縮着火式内燃機関の全体図である。 図２はＮＯｘ放出制御を説明するタイムチャートである。 図３は排出ＮＯｘ量ＮＯＸＡのマップを示す図である。 図４はリッチ制御を概略的に示すタイムチャートである。 図５は燃料噴射時期を示す図である。 図６は燃料供給量ＷＲのマップを示す図である。 図７はスロットル開度ＶＴＨＢのマップを示す図である。 図８はスロットル開度ＶＴＨＲのマップを示す図である。 図９はベースＥＧＲ開度ＥＲＢのマップを示す図である。 図１０は低下されたＥＧＲ開度ＥＲＲのマップを示す図である。 図１１はリッチ制御を開始すべきときの制御を説明するタイムチャートである。 図１２はリッチ制御を開始すべきときの制御を説明するタイムチャートである。 図１３はＮＯｘ浄化制御を実行するためのフローチャートである。 図１４はリッチ制御を実行するためのフローチャートである。

図１を参照すると、１は圧縮着火式内燃機関の本体、２は各気筒の燃焼室、３は各燃焼室２内にそれぞれ燃料を噴射するための電子制御式燃料噴射弁、４は吸気マニホルド、５は排気マニホルドをそれぞれ示す。吸気マニホルド４は吸気ダクト６を介して排気ターボチャージャ７のコンプレッサ７ｃの出口に連結され、コンプレッサ７ｃの入口は吸気導入管８を介してエアクリーナ９に連結される。吸気ダクト６内には電気駆動式のスロットル弁１０が配置され、更に吸気ダクト６周りには吸気ダクト６内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置１１が配置される。また、吸気導入管８内には吸入空気量検出器１２が配置される。

一方、排気マニホルド５は排気ターボチャージャ７の排気タービン７ｔの入口に連結され、排気タービン７ｔの出口は排気管１３を介して排気浄化触媒１４の入口に連結される。本発明による実施例では、この排気浄化触媒１４はＮＯｘ吸蔵還元触媒からなる。ＮＯｘ吸蔵還元触媒１４の出口は排気管１５を介してパティキュレートフィルタ１６の入口に連結され、パティキュレートフィルタ１６の出口には排気管１７が連結される。また、排気管１３には圧縮着火式内燃機関の燃料として用いられる軽油その他の燃料からなる炭化水素を供給するための炭化水素供給弁１８が配置される。図１に示される実施例では炭化水素供給弁１８から供給される炭化水素として軽油が用いられている。更に、排気管１７内には電気駆動式の排気絞り弁１９が配置される。

各燃料噴射弁３は燃料供給管２２を介してコモンレール２３に連結される。コモンレール２３は電子制御式の吐出量可変な燃料ポンプ２４を介して燃料が収容された燃料タンク２５に連結される。図１に示される実施例ではこの燃料は軽油から構成される。本発明による別の実施例では、内燃機関はリーン空燃比のもとで燃焼が行われる火花点火式内燃機関から構成される。この場合には燃料はガソリンから構成される。

排気タービン７ｔ上流の排気マニホルド５とスロットル弁１０下流の吸気マニホルド４とは高圧側排気再循環（以下、ＥＧＲと称す）通路２６Ｈを介して互いに連結され、高圧側ＥＧＲ通路２６Ｈ内には電気制御式の高圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｈが配置される。また、高圧側ＥＧＲ通路２６Ｈ周りには高圧側ＥＧＲ通路２６Ｈ内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２８Ｈが配置される。

また、排気絞り弁２１上流の排気管１７と吸入空気量検出器１２下流の吸気導入管８とは低圧側ＥＧＲ通路２６Ｌを介して互いに連結され、低圧側ＥＧＲ通路２６Ｌ内には電気制御式の低圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｌが配置される。また、低圧側ＥＧＲ通路２６Ｌ周りには低圧側ＥＧＲ通路２６Ｌ内を流れるＥＧＲガスを冷却するための冷却装置２８Ｌが配置される。

高圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｈが開弁されると、高圧側ＥＧＲ通路２６Ｈから燃焼室２にＥＧＲガスが供給される。また、低圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｌが開弁されると共に排気絞り弁１９が閉弁されると、低圧側ＥＧＲ通路２６Ｌから燃焼室２にＥＧＲガスが供給される。燃焼室２にＥＧＲガスが供給されると燃焼温度が高くなるのが抑制され、したがってＮＯｘの発生が抑制される。なお、本発明による別の実施例では排気絞り弁が省略される。

電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータから構成され、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。吸気マニホルド４には吸気マニホルド４内の圧力を検出するための圧力センサ４ｐが取り付けられ、排気マニホルド５には排気マニホルド５内の圧力を検出するための圧力センサ５ｐが取り付けられる。更に、吸気導入管８には吸気導入管８内の圧力を検出するための圧力センサ８ｐが取り付けられ、排気管１７には排気管１７内の圧力を検出するための圧力センサ１７ｐが取り付けられる。排気管１５にはＮＯｘ吸蔵還元触媒１４から流出する排気ガスの温度を検出するための温度センサ１４ｔが配置され、排気管１７にはパティキュレートフィルタ１６から流出する排気ガスの温度を検出するための温度センサ１６ｔが配置される。温度センサ１４ｔにより検出される排気ガスの温度はＮＯｘ吸蔵還元触媒１４の温度を表しており、温度センサ１６ｔにより検出される排気ガスの温度はパティキュレートフィルタ１６の温度を表している。更に、パティキュレートフィルタ１６にはパティキュレートフィルタ１６の前後差圧を検出するための差圧センサ１６ｄが取り付けられる。圧力センサ４ｐ，５ｐ，８ｐ，１７ｐ、吸入空気量検出器１２、温度センサ１４ｔ，１６ｔ、差圧センサ１６ｄの出力信号はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル３９にはアクセルペダル３９の踏み込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ４０が接続され、負荷センサ４０の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４１が接続される。ＣＰＵ３４ではクランク角センサ４１からの出力パルスに基づいて機関回転数Ｎｅが算出される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介して燃料噴射弁３、スロットル弁１０、炭化水素供給弁１８、排気絞り弁１９、燃料ポンプ２４、及びＥＧＲ制御弁２７Ｈ，２７Ｌに接続される。

高圧側ＥＧＲ通路２６Ｈから燃焼室２に供給されるＥＧＲガス量をＧｅＨ、低圧側ＥＧＲ通路２６Ｌから燃焼室２に供給されるＥＧＲガス量をＧｅＬでそれぞれ表すと、燃焼室２内に供給される総ＥＧＲガス量ＧｅはＧｅＨ＋ＧｅＬで表される。また、吸入空気量、即ち燃焼室２内に供給される空気量をＧａで表すと、燃焼室２内に供給される総ガス量ＧはＧａ＋Ｇｅで表される。本発明による実施例ではＥＧＲ率はＧｅ／Ｇで表される。また、高圧側ＥＧＲ通路２６ＨからのＥＧＲガスについてのＥＧＲ率ＥＲＨはＧｅＨ／Ｇで表され、低圧側ＥＧＲ通路２６ＬからのＥＧＲガスについてのＥＧＲ率ＥＲＬはＧｅＬ／Ｇで表される。

燃焼室２内に供給される総ガス量Ｇは圧力センサ４ｐにより検出される吸気圧に基づいて算出される。高圧側ＥＧＲ通路２６ＨからのＥＧＲガス量ＧｅＨは圧力センサ４ｐにより検出される吸気圧、圧力センサ５ｐにより検出される排気圧、及び高圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｈの開度に基づいて算出される。低圧側ＥＧＲ制御弁２６ＬからのＥＧＲガス量ＧｅＬは圧力センサ８ｐにより検出される吸気圧、圧力センサ１７ｐにより検出される排気圧、及び低圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｌの開度に基づいて算出される。吸入空気量Ｇａは総ガス量ＧからＥＧＲガス量Ｇｅ（＝ＧｅＨ＋ＧｅＬ）を減算することにより算出される。したがって、実際のＥＧＲ率ＡＥＲを算出することができる。本発明による実施例では、実際のＥＧＲ率が上述したような機関状態に基づいて算出され、実際のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率になるように高圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｈ、低圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｌ、及び排気絞り弁１９の開度が制御される。

この場合、低圧側ＥＧＲ通路２６ＬからのＥＧＲガス供給が高圧側ＥＧＲ通路２６ＨからのＥＧＲガス供給よりも優先的に行われる。即ち、ＥＧＲガスを供給すべきときには、高圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｈを全閉に保持しつつ低圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｌが開弁される。ＥＧＲ率を増大すべきときには低圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｌの開度が増大される。低圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｌが全開となってもなおＥＧＲ率を増大すべきときには、高圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｈが開弁される。次いで、ＥＧＲ率を低下すべきときには、低圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｌを全開に保持しつつ高圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｈの開度が減少される。高圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｈが全閉となってもなおＥＧＲ率を低下すべきときには、低圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｌの開度が減少される。このようにすると、排気タービン７ｔに送り込まれる排気ガスの量を確保しながら、機関にＥＧＲガスを供給することができる。また、機関に供給されるＥＧＲガスの温度を低く維持することができる。

一方、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１４はハニカム構造をなしており、薄肉の隔壁により互いに分離された複数個の排気流通路を具備する。これら排気流通路は上流端及び下流端が互いに開放されている。各隔壁の両側表面上には例えばアルミナＡｌ_２Ｏ_３からなる触媒担体が担持されており、触媒担体の表面上には貴金属触媒及びＮＯｘ吸収剤が形成されている。本発明による実施例では貴金属触媒として白金Ｐｔが用いられており、ＮＯｘ吸収剤を構成する成分としては例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、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、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つが用いられている。

ＮＯｘ吸収剤はＮＯｘ吸蔵還元触媒１４への流入排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘの吸放出作用を行う。

すなわち、ＮＯｘ吸収剤を構成する成分としてバリウムＢａを用いた場合を例にとって説明すると、流入排気ガスの空燃比がリーンのとき、すなわち排気ガス中の酸素濃度が高いときには排気ガス中に含まれるＮＯは白金Ｐｔ上において酸化されてＮＯ_２となり、次いでＮＯｘ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸イオンＮＯ_３ ⁻の形でＮＯｘ吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤内に吸収される。流入排気ガス中の酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ_２が生成され、ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力が飽和しない限りＮＯ_２がＮＯｘ吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ_３ ⁻が生成される。

これに対し、流入排気ガスの空燃比がリッチ又は理論空燃比にされると排気ガス中の酸化濃度が低下するために反応が逆方向（ＮＯ_３ ⁻→ＮＯ_２）に進み、ＮＯｘ吸収剤内の硝酸イオンＮＯ_３ ⁻がＮＯ_２の形でＮＯｘ吸収剤から放出される。次いで放出されたＮＯｘは流入排気ガス中に含まれるＨＣ，ＣＯによって還元される。

内燃機関では酸素過剰のもとで燃焼が行われている。したがって、燃料噴射弁３及び炭化水素供給弁１８から燃料が２次的に供給されない限り、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１４への流入排気ガスの空燃比はリーンに維持され、このとき流入排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元触媒１４内に吸蔵される。しかしながら、機関運転時間が長くなると、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１４内に吸蔵されているＮＯｘ量が多くなり、ついにはＮＯｘ吸蔵還元触媒１４がＮＯｘを吸蔵できなくなってしまう。

そこで本発明による実施例では、図２に示されるように、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１４に吸蔵されたＮＯｘ量ΣＮＯＸが許容量ＭＡＸＮを越えたときにＮＯｘ吸蔵還元触媒１４への流入排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎを一時的に理論空燃比よりもリッチに切り換えるリッチ制御を行い、それによりＮＯｘ吸蔵還元触媒１４からＮＯｘを放出させて還元するようにしている。その結果、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１４内に吸蔵されているＮＯｘ量が減少する。なお、図２においてＡＦＳは理論空燃比を示している。

ＮＯｘ吸蔵還元触媒１４の吸蔵ＮＯｘ量ΣＮＯＸは例えば機関から排出されるＮＯｘ量から算出される。本発明による実施例では機関から単位時間当たり排出される排出ＮＯｘ量ＮＯＸＡがアクセルペダル３９の踏み込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図３に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されており、この排出ＮＯｘ量ＮＯＸＡを積算することにより吸蔵ＮＯｘ量ΣＮＯＸが算出される。

次に、図４を参照して本発明による実施例のリッチ制御を概略的に説明する。
図４を参照すると、時間ｔａ１においてリッチ制御を開始すべき信号が発せられると、吸入空気量がベース吸入空気量ＧａＢからＧａＲまで少なくされる。また、目標ＥＧＲ率ＴＥＲがベースＥＧＲ率ＴＲＢからリッチ制御のために低下されたＥＧＲ率ＥＲＲまで低くされる。したがって、実際のＥＧＲ率もリッチ制御のために低下されたＥＧＲ率ＥＲＲまで低下される。その上で、図５に示されるように、燃焼室２内に燃料噴射弁３から燃焼用燃料Ｑに加え、追加の燃料ＷＲが噴射される。なお、図５の横軸はクランク角を示している。この追加の燃料ＷＲは燃焼はするが機関出力となって現われない時期に、即ち圧縮上死点後ＡＴＤＣ９０°の少し手前で噴射される。この燃料量ＷＲは機関運転状態、例えば機関負荷を表すアクセルペダル３９の踏み込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図６に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。その結果、図４に示されるようにＮＯｘ吸蔵還元触媒１４に流入する排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがリーン空燃比であるベース空燃比ＡＦＢからリッチ空燃比ＡＦＲに切り換えられる。

次いで、図３に示される時間ｔａ２においてリッチ制御を停止すべき信号が発せられると、吸入空気量がベース吸入空気量ＧａＢに戻され、目標ＥＧＲ率がベースＥＧＲ率ＥＲＢに戻され、追加の燃料噴射が停止される。したがって、排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎがベース空燃比ＡＦＢに戻される。

吸入空気量をベース吸入空気量ＧａＢにするのに必要なスロットル開度ＶＴＨＢはアクセルペダル３９の踏み込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図７に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。また、吸入空気量をリッチ制御のために減少された量ＧａＲにするのに必要なスロットル開度ＶＴＨＲはアクセルペダル３９の踏み込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図８に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。

図４を参照して説明したように、リッチ制御が行われていないときには、目標ＥＧＲ率ＴＥＲはベースＥＧＲ率ＥＲＢに設定される。このベースＥＧＲ率ＥＲＢはアクセルペダル３９の踏み込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図９に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。一方、リッチ制御が行われているときには、目標ＥＧＲ率ＴＥＲはリッチ制御のために低下されたＥＧＲ率ＥＲＲに設定される。低下されたＥＧＲ率ＥＲＲはアクセルペダル３９の踏み込み量Ｌおよび機関回転数Ｎの関数として図１０に示すようなマップの形で予めＲＯＭ３２内に記憶されている。

次に、図１１を参照してリッチ制御を開始すべきときの制御を詳しく説明する。なお、図１１はリッチ制御を開始すべきときに高圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｈが閉弁している場合を示している。
図１１を参照すると、時間ｔｂ１においてリッチ制御を開始すべき信号が発せられると、低圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｌの開度ＶＥＧＲＬが全閉を表すＣＬにされると共に排気絞り弁１９の開度ＶＥＸが全開を表すＦＬにされる。その結果、低圧側ＥＧＲ通路２６ＬからのＥＧＲガス供給が停止される。このとき、スロットル開度ＶＴＨは減少されず、維持される。また、高圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｈの開度ＶＥＧＲＨは全閉ＣＬに維持される。その結果、低圧側ＥＧＲ通路２６ＬからのＥＧＲガスについての実際のＥＧＲ率ＡＥＲＬが次第に低下し、実際のＥＧＲ率ＡＥＲが次第に低下する。一方、ＥＧＲ量が減少するにつれて、燃焼室２内に吸入されるガス中の酸素濃度ＣＯＸが増加する。

次いで、時間ｔｂ２において吸気通路内に残存しているＥＧＲガス量が許容量まで少なくなると、スロットル開度ＶＴＨがＶＴＨＲまで低下される。その結果、酸素濃度ＣＯＸが次第に低下する。本発明による実施例では、実際のＥＧＲ率ＡＥＲが許容値まで低下したときに残存ＥＧＲガス量が許容量まで少なくなったと判断される。別の実施例では、低圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｌから燃焼室２までの吸気通路の容積と、エアフローメータにより検出された空気量とに基づいて残存ＥＧＲガス量が許容量まで少なくなったか否かが判別される。

一方、リッチ制御中においては、実際のＥＧＲ率ＡＥＲが目標ＥＧＲ率ＴＥＲであるＥＲＲになるように、高圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｈの開度ＶＥＧＲＨが制御される。即ち、図１１に示される例では高圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｈの開度ＶＥＧＲＨが次第に増大される。その結果、高圧側ＥＧＲ通路２６ＨからのＥＧＲガスについての実際のＥＧＲ率ＡＥＲＨが次第に増大する。

次いで、時間ｔｂ３において酸素濃度ＣＯＸが安定すると、追加の燃料ＷＲの噴射が開始される。本発明による実施例では、酸素濃度ＣＯＸの変化率の絶対値が許容値よりも小さくなったときに酸素濃度ＣＯＸが安定したと判断される。別の実施例では、吸入空気量検出器１２により検出される吸入空気量の変化率の絶対値が許容値よりも小さくなったときに酸素濃度ＣＯＸが安定したと判断される。

図１２はリッチ制御を開始すべきときに高圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｈが開弁している場合を示している。
図１２を参照すると、時間ｔｃ１においてリッチ制御を開始すべき信号が発せられると、低圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｌの開度ＶＥＧＲＬが全閉ＣＬにされると共に排気絞り弁１９の開度ＶＥＸが全開ＦＬにされる。一方、スロットル開度ＶＴＨは減少されず、維持される。また、高圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｈの開度ＶＥＧＲＨは全閉ＣＬにされる。その結果、低圧側ＥＧＲ通路２６ＬからのＥＧＲガスについての実際のＥＧＲ率ＡＥＲＬ及び高圧側ＥＧＲ通路２６ＨからのＥＧＲガスについての実際のＥＧＲ率ＡＥＲＨが次第に低下し、実際のＥＧＲ率ＡＥＲが次第に低下する。次いで、時間ｔｃ２において実際のＥＧＲ率ＡＥＲが許容値まで低下すると、スロットル開度ＶＴＨがＶＴＨＲまで低下される。一方、リッチ制御中においては、実際のＥＧＲ率ＡＥＲが目標ＥＧＲ率ＴＥＲであるＥＲＲになるように、高圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｈの開度ＶＥＧＲＨが制御される。次いで、時間ｔｃ３において酸素濃度ＣＯＸが安定すると、追加の燃料ＷＲの噴射が開始される。

このようにすると、失火の発生を抑制しつつ実際のＥＧＲ率ＡＥＲを速やかに低下させることができる。したがって、失火の発生を抑制しつつ排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）ｉｎを速やかにリッチに切り換えることができる。なお、図１１及び図１２に示される例では高圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｈの開度ＶＥＧＲＨの増大が追加の燃料ＷＲの噴射よりも先に開始されている。別の例では、高圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｈの開度ＶＥＧＲＨの増大が追加の燃料ＷＲの噴射と同時又はこれよりも後に開始される。

図１３はＮＯｘ浄化制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
図１３を参照すると、ステップ１００では図３に示すマップから単位時間当りの排出ＮＯｘ量ＮＯＸＡが算出される。次いでステップ１０１ではΣＮＯＸに排出ＮＯｘ量ＮＯＸＡを加算することによって吸蔵ＮＯｘ量ΣＮＯＸが算出される。次いでステップ１０２では吸蔵ＮＯｘ量ΣＮＯＸが許容値ＭＡＸＮを越えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ＞ＭＡＸＮになるとステップ１０３に進んでリッチ制御ルーチンが実行される。このリッチ制御ルーチンは図１４に示されている。次いでステップ１０４ではΣＮＯＸがクリアされる。

図１４はリッチ制御ルーチンを示している。
図１４を参照すると、ステップ２００では低圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｌの開度ＶＥＧＲＬが全閉ＣＬにされる。続くステップ２０１では排気絞り弁１９の開度ＶＥＸが全開ＦＬにされる。続くステップ２０２では吸気通路内の残存ＥＧＲガス量が許容量まで少なくなったか否かが判別される。残存ＥＧＲガス量が許容量まで少なくなったと判別されたときには、次いでステップ２０３に進み、リッチ制御のためのスロットル開度ＶＴＨＲが算出される。続くステップ２０４ではスロットル開度ＶＴＨがリッチ制御のためのスロットル開度ＶＴＨＲにされる。続くステップ２０５ではリッチ制御のために低下されたＥＧＲ率ＥＲＲが図１０のマップから算出され、目標ＥＧＲ率ＴＥＲがＥＲＲに設定される。続くステップ２０６では実際のＥＧＲ率ＡＥＲが目標ＥＧＲ率ＴＥＲになるように高圧側ＥＧＲ制御弁２７Ｈの開度が制御される。続くステップ２０７では燃焼室２内に吸入されるガス中の酸素濃度ＣＯＸが安定したか否かが判別される。酸素濃度ＣＯＸが安定したと判別されるまではステップ２０３に戻り、酸素濃度ＣＯＸが安定したと判別されたときには次いでステップ２０８に進んで追加の燃料量ＷＲが図６のマップから算出される。続くステップ２０９では追加の燃料ＷＲが噴射される。

なお、排気ガス中にはイオウ分がＳＯｘの形で含まれており、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１４内にはＮＯｘばかりでなくＳＯｘも吸収される。一方、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１４の温度がＳＯｘ放出温度（例えば６００℃）以上に維持されるようにリッチ制御を行うと、ＮＯｘ吸蔵還元触媒１４内の硫酸塩ＢａＳＯ_４が分解してＮＯｘ吸蔵還元触媒１４から放出される。このようなリッチ制御にも本発明を適用することができる。

４ 吸気マニホルド
５ 排気マニホルド
７ 排気ターボチャージャ
７ｃ コンプレッサ
７ｔ 排気タービン
１４ ＮＯｘ吸蔵還元触媒
２６Ｈ 高圧側ＥＧＲ通路
２６Ｌ 低圧側ＥＧＲ通路
２７Ｈ 高圧側ＥＧＲ制御弁
２７Ｌ 低圧側ＥＧＲ制御弁

Claims (5)

1. 機関排気通路内に配置された排気タービンによりスロットル弁上流の機関吸気通路内に配置されたコンプレッサを駆動する排気ターボチャージャを備え、排気タービン上流の機関排気通路とスロットル弁下流の機関吸気通路とを高圧側排気再循環通路により連結すると共に高圧側排気再循環通路内に高圧側排気再循環制御弁を配置し、排気タービン下流の機関排気通路とコンプレッサ上流の機関吸気通路とを低圧側排気再循環通路により連結すると共に低圧側排気再循環通路内に低圧側排気再循環制御弁を配置し、吸入空気量を少なくすると共に排気再循環率を低くした状態のもとで燃焼行程又は排気行程に筒内に追加の燃料を噴射することにより、機関燃焼室から排出される排気ガスの空燃比を一時的に理論空燃比よりもリッチに保持するリッチ制御を行う、内燃機関の排気浄化装置であって、リッチ制御を開始すべきときには、低圧側排気再循環制御弁を閉弁し、次いでスロットル開度を小さくし、次いで追加の燃料の噴射を開始し、更に、リッチ制御中において実際の排気再循環率が目標排気再循環率に一致するように高圧側排気再循環制御弁の開度を制御する、内燃機関の排気浄化装置。
2. 低圧側排気再循環制御弁が閉弁された後、吸気通路内に残存している排気再循環ガス量が許容量まで少なくなったときにスロットル開度が小さくされる、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. スロットル開度が小さくされた後、燃焼室内に供給されるガス中の酸素濃度が安定したときに追加の燃料の噴射が開始される、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 機関排気通路内に、流入排気ガスの空燃比がリーンのときに排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸蔵したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸蔵還元触媒が配置され、ＮＯｘ吸蔵還元触媒からＮＯｘ又はＳＯｘを放出するためにリッチ制御が行われる、請求項１から３までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 排気タービン下流の機関排気通路内に排気浄化触媒が配置され、低圧側排気再循環通路が排気浄化触媒下流の機関排気通路とコンプレッサ上流の機関吸気通路とを互いに連結する、請求項１から４までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

Images