JP2019105267A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】高負荷運転などによってＮＯｘ還元触媒が高温になった場合でも、特別な構成を用いることなくＮＯｘ排出量を低減できる内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関１０は、エンジン１２と、エンジン１２から排気された排ガスを浄化する三元触媒３８およびＮＯｘ還元触媒４０と、ＮＯｘ還元触媒４０の温度を取得する温度センサ４１と、エンジン回転数Ｎｅを取得する回転数センサ２０と、エンジン１２における燃料噴射量を制御する噴射制御装置１８と、ＮＯｘ還元触媒温度Ｔ、エンジン回転数Ｎｅ、および、噴射制御装置１８から取得された燃料噴射量Ｑに基づいて、エンジン１２の燃焼モードをリーン燃焼モードとストイキ燃焼モードとの間で切り替える燃焼切替制御装置１１とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に係り、特に、排ガス浄化触媒として三元触媒およびＮＯｘ還元触媒を備える内燃機関に関する。

従来、特許文献１には、有害排気ガス低減のため、三元触媒コンバータを備えた圧縮着火エンジンが記載されている。この圧縮着火エンジンにおいて、低エンジン負荷の第１モードでは、エンジンはＮＯｘの排出を減らすために、通常のディーゼル燃焼状態で高い排ガス再循環（ＥＧＲ）率で運転され、中間から高エンジン負荷の第２モードでは、エンジンは、三元触媒コンバータを用いてＮＯｘの排出を低減することができる化学量論的な状態で運転され、非常に高いエンジン負荷および／またはエンジン速度の第３モードでは、エンジンは最大トルクを得るために通常のディーゼル燃焼状態および低ＥＧＲ率で運転されることが記載されている。

また、特許文献２には、冷間時のＨＣとＮＯｘとを低減するために、排気通路に三元触媒とＨＣトラップ触媒とＮＯｘトラップ触媒（ＮＳＲ）とが順に配置され、ＨＣトラップ触媒とＮＯｘトラップ触媒の温度センサと排気空燃比センサとを備えたディーゼル機関が記載されている。このディーゼル機関では、冷間始動後、まず排気空燃比がリッチとなるリッチ運転を行い、ＮＯｘの低減と触媒の早期活性化を図っている。このときのＨＣは、ＨＣトラップ触媒にトラップされる。ＨＣトラップ触媒からＨＣが脱離し、かつこれを浄化できる触媒温度となったら、リッチ運転を終了する。ＮＯｘトラップ触媒がＮＯｘをトラップできる温度に達していなければ、ストイキ運転とし、ＮＯｘをトラップできる温度に達したら、リーン運転とし、ＮＯｘの脱離浄化を促進することが記載されている。

また、特許文献３には、排気浄化触媒を備える内燃機関において、高温の排ガスで触媒が過度に加熱されることで浄化能力が低下することを防止する燃料噴射制御装置が記載されている。この燃料噴射制御装置では、内燃機関の稼動状況に基づいて触媒の温度を算出し、それが所定の温度を上回った場合には燃料噴射量を増加することで、燃料の気化熱によって排気温度を低減させて、触媒を冷却することが記載されている。

また、特許文献４には、内燃機関の回転数および負荷だけでなく、触媒温度も考慮してＥＧＲ率を制御することで、ＮＯｘの排出を抑制する内燃機関が記載されている。この内燃機関では、ＮＯｘ触媒が過度に加熱され、ＮＯｘ浄化性能が低下している状態にある場合は、内燃機関のシリンダ内燃焼でＮＯｘの発生を抑制する。つまり、上記条件においてはＥＧＲガス量を増加させることで燃焼温度を低下させて、ＮＯｘの発生を抑制する。同時に、排ガスの温度が低下することで触媒温度の上昇が抑制されるため、ＮＯｘ触媒の浄化性能の回復を促している。

また、特許文献５には、排気浄化触媒と、排気還流通路と、ＥＧＲクーラとを備えた内燃機関において、排気還流通路の還流排気温度を低下させるようにＥＧＲクーラを制御することが記載されている。

特開２０１２−１９７７９４号公報 特開２００４−２８５８３２号公報 特開２０１１−２２０２１４号公報 特許第５８６６８３３号公報 特開２０１０−１６８９４２号公報

上記特許文献１の技術では、高価なＮＯｘ還元触媒を廃止してストイキ燃焼と三元触媒とでＮＯｘ浄化を図っているが、高負荷時の第三モードで通常のリーン燃焼を行うため、そのリーン燃焼でのＮＯｘ排出量が増加するという課題がある。

また、上記特許文献２の技術では、冷間時にはＮＯｘトラップ触媒が活性化しないため、その間はストイキ燃焼させて三元触媒でＮＯｘを浄化し、ＮＯｘトラップ触媒がある程度昇温すればＮＯｘ吸蔵活性を持つため、それ以降はリーン燃焼させてＮＯｘトラップ触媒によってＮＯｘを吸蔵・還元させている。しかし、この技術では、ディーゼル機関が高負荷運転されてＮＯｘトラップ触媒が高温になったときＮＯｘ浄化特性の低下によってＮＯｘ排出量が増加することは考慮されていない。

さらに、上記特許文献３の技術では、燃料の噴射量を増加させ、その気化熱によって触媒を冷却しているが、余剰に燃料を噴射するため燃費が悪化するという問題がある。さらにまた、上記特許文献４の技術では、ＥＧＲガスの増量により内燃機関の燃焼によるＮＯｘ発生自体を抑制するとともに、排ガス温度の低減による触媒の冷却によってＮＯｘの排出を抑制しているが、ＥＧＲガスは吸気側と排気側の圧力差で導入できるＥＧＲガス量に物理的上限がある。特に、エンジンの排気ポートに近い排気系の部位から吸気ポートに近い吸気系の部位に排ガスを還流させる高圧ループＥＧＲの場合、触媒温度が上がり易い高負荷な運転条件ほどＥＧＲガスの増量が困難である。他方、エンジンの排気ポートから遠い排気系の部位から吸気ポートから遠い吸気系の部位に排ガスを還流させる低圧ループＥＧＲの場合には導入可能なＥＧＲガスの上限量を引き上げられるが、循環通路が長くなる分だけレスポンスの悪化が生じる。

また、上記特許文献５の技術は、触媒の活性度を検出して活性度が低い場合には還流排気温度（ＥＧＲ温度）を下げ、内燃機関の燃焼で生じるＮＯｘを低減させるものである。しかし、ＥＧＲ温度を低下させると排気温度も低下し、場合によっては触媒が活性化する時期が遅れるという課題がある。また、排気温度が高くなる高負荷条件での運転時にはＥＧＲクーラのバイパス弁を閉じる制御（すなわちＥＧＲクーラによりＥＧＲ温度を低下させる制御）を行っているが、これは内燃機関の回転数と負荷に基づく制御であり、触媒の状態（触媒温度）を反映して制御していない。したがって、触媒温度が低い場合にもＥＧＲバイパス弁が閉じられ、ＥＧＲ温度が低下することによって排ガス温度が低下し、その結果、排気触媒の暖機が遅れる可能性がある。

本発明の目的は、高負荷運転によってＮＯｘ還元触媒が高温になった場合でも、特別な構成を用いることなくＮＯｘ排出量を低減できる内燃機関を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、ＮＯｘ排出量を同等程度に維持しながら燃費を向上させることができる内燃機関を提供することである。
また、本発明の更に別の目的は、吸気温度および／または再循環排ガス温度の低下によって排気温度を低下させることでＮＯｘ還元触媒の温度上昇を抑制することができる内燃機関を提供することである。

本発明に係る内燃機関は、エンジンと、前記エンジンから排気された排ガスを浄化する三元触媒およびＮＯｘ還元触媒と、前記ＮＯｘ還元触媒の温度を取得する温度取得手段と、前記エンジンの回転数を取得する回転数取得手段と、前記エンジンにおける燃料噴射量を制御する噴射制御装置と、前記温度取得手段によって取得されたＮＯｘ還元触媒温度、前記回転数取得手段によって取得されたエンジン回転数、および、前記噴射制御装置から取得された燃料噴射量に基づいて、前記エンジンの燃焼モードをリーン燃焼モードとストイキ燃焼モードとの間で切り替える燃焼切替制御装置と、を備える。

本発明に係る内燃機関によれば、温度センサによって検出されたＮＯｘ還元触媒温度が所定値を超える高温になったときに、エンジンの燃焼モードをリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り替えることで、三元触媒によるＮＯｘ浄化が可能になる。したがって、エンジンの高負荷運転によりＮＯｘ還元触媒が高温になってＮＯｘ浄化特性が低下した場合にも、ＮＯｘ排出量を効果的に低減することができる。

本発明に係る第１実施形態の内燃機関の全体構成を概略的に示す図である。 図１に示した内燃機関の燃焼切替制御装置において実行される処理を示すフローチャートである。 ＥＧＲ率を示すマップを例示するグラフである。 （ａ）はＮＯｘ還元触媒（ＳＣＲ）の温度、（ｂ）はＳＣＲ浄化特性、（ｃ）は燃焼モード切替による空燃比の変化、（ｄ）は三元触媒およびＮＯｘ還元触媒のＮＯｘ浄化量をそれぞれ示すグラフである。 第２実施形態の内燃機関の全体構成を概略的に示す図である。 図５に示した内燃機関の燃焼切替制御装置において実行される処理を示すフローチャートである。 図５に示した内燃機関の燃焼切替制御装置において実行される処理を示す、図６に続くフローチャートである。 ストイキ燃焼領域に下限を設けたマップの例を示すグラフである。 （ａ）はＳＣＲ浄化特性の変化を示すグラフであり、（ｂ）は三元触媒およびＳＣＲの各排ガス流通量の調整状態を示すグラフである。 第３実施形態の内燃機関の全体構成を概略的に示す図である。 図９に示した内燃機関の燃焼切替制御装置において実行される処理を示すフローチャートである。 （ａ）はＮＯｘ還元触媒（ＳＣＲ）の温度、（ｂ）はＳＣＲ浄化特性、（ｃ）は空燃比、（ｄ）は電動過給装置の出力、（ｅ）は過給圧をそれぞれ示すグラフである。 図９に示した内燃機関の燃焼切替制御装置において実行される別の処理を示すフローチャートである。 （ａ）はＮＯｘ還元触媒（ＳＣＲ）の温度、（ｂ）は過給圧、ＥＧＲ率および空燃比（Ａ／Ｆ）、（ｃ）はシリンダ内ガス量をそれぞれ示すグラフである。 第４実施形態の内燃機関の全体構成を概略的に示す図である。 図１４中のインタークーラを示す図である。 図１４に示した内燃機関の燃焼切替制御装置において実行される処理を示すフローチャートである。 （ａ）はＮＯｘ還元触媒（ＳＣＲ）の温度、（ｂ）はＳＣＲ浄化特性、（ｃ）は空燃比、（ｄ）はインタークーラ弁の動作、（ｅ）は排気温度をそれぞれ示すグラフである。 第５実施形態の内燃機関の全体構成を概略的に示す図である。 図１８中のＥＧＲクーラを示す図である。 図１８に示した内燃機関の燃焼切替制御装置において実行される処理を示すフローチャートである。 （ａ）はＮＯｘ還元触媒（ＳＣＲ）の温度、（ｂ）はＳＣＲ浄化特性、（ｃ）は空燃比、（ｄ）はインタークーラ弁の動作、（ｅ）はＥＧＲクーラ弁の動作、（ｆ）は排気温度をそれぞれ示すグラフである。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。

また、以下においては、エンジンが圧縮点火型のディーゼルエンジンである場合について説明するが、これに限定されず、本発明は火花点火型のガソリンエンジンを含む内燃機関に適用されてもよい。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係る第１実施形態の内燃機関１０の全体構成を概略的に示す図である。内燃機関１０は、エンジン１２を備える。本実施形態では、エンジン１２は、圧縮点火型のディーゼルエンジンであり、例えば４つのシリンダ１４を含む。各シリンダ１４には、燃料噴射装置１６がそれぞれ設置されている。各燃料噴射装置１６は、燃焼切替制御装置１１からの信号を受けた噴射制御装置１８によって、燃料噴射量および噴射時期が制御される。

また、エンジン１２には、回転数センサ（回転数取得手段）２０が設けられている。回転数センサ２０は、エンジン１２の各シリンダ内のピストンに連結されているクランク軸の回転数をエンジン回転数Ｎｅとして取得する機能を有する。回転数センサ２０によって取得されたエンジン回転数Ｎｅは、エンジン１２における燃焼モード切替等のために燃焼切替制御装置１１に送信される。

内燃機関１０は、吸気系２１、排気系３０、排気還流装置５０、および、ターボチャージャ（過給装置）６０を更に備える。

吸気系２１は、エンジン１２に空気を供給するための空気通路である。吸気系２１における空気の吸気方向が矢印Ａで示される。吸気系２１は、第１吸気通路２２および第２吸気通路２４を含む。第１吸気通路２２は、一端が図示しないフィルタ等を介して大気開放され、他端がターボチャージャ６０のコンプレッサ室６２に接続されている。第２吸気通路２４は、一端が上記コンプレッサ室６２に接続され、他端がエンジン１２の吸気ポートに接続されている。第２吸気通路２４には、吸気絞り弁２６が設けられている。吸気絞り弁２６は、例えば、電磁開閉弁によって好適に構成される。本実施形態では、吸気絞り弁２６は、ターボチャージャ６０のコンプレッサ室６２近傍に設置されている。

吸気絞り弁２６は、エンジン１２に吸気される空気量を調整する空気量調整装置である。吸気絞り弁２６は、吸排気制御装置２８からの信号を受けて開度調整される。吸排気制御装置２８は、燃焼切替制御装置１１との間で信号を送受信する。吸排気制御装置２８は、燃焼切替制御装置１１からの指令信号を受けて、吸気絞り弁２６に開度信号を送信する。また、吸排気制御装置２８は、吸気絞り弁２６の開度状態を示す信号を燃焼切替制御装置１１へ送信する。なお、吸気絞り弁２６は、ターボチャージャ６０による過給圧を調整する過給圧調整装置の一部を構成してもよい。

排気系３０は、エンジン１２から排気される排ガスを外部に放出するための排ガス通路であり、第１排気通路３２、第２排気通路３４およびタービンバイパス流路３６を含む。第１排気通路３２は、一端がエンジン１２の排気ポートに接続され、他端がターボチャージャ６０のタービン室６４に接続されている。第２排気通路３４は、一端が上記タービン室６４に接続され、他端が図示しないマフラ（または消音器）を介して大気開放されている。

第２排気通路３４には、三元触媒３８およびＮＯｘ還元触媒４０が設けられている。排ガスは、これらの三元触媒３８およびＮＯｘ還元触媒４０を通過する間に、ＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）等が排ガス中から除去・浄化されて大気放出される。なお、本実施形態では、三元触媒３８およびＮＯｘ還元触媒４０の他には触媒（例えば、ＨＣトラップ触媒や微粒子フィルタ（ＤＰＦ））は設けられていないが、設けてもよい。

三元触媒３８は、排ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを酸化・還元作用によって除去・浄化する機能を有し、その浄化効率は空燃比が化学量論比のときに高くなり、高温でも比較的高く維持できる。これに対し、ＮＯｘ還元触媒４０は、主として排ガス中のＮＯｘを還元作用によって除去・浄化する機能を有し、その浄化効率はリーン運転時においても非常に高いが、高温になると若干低くなる傾向にある。

本実施形態では、ＮＯｘ還元触媒４０として、選択還元型触媒（ＳＣＲ）が好適に用いられる。ただし、これに限定されるものではなく、ＮＯｘ還元触媒４０は、吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ）によって構成されてもよいし、あるいは、ＳＣＲとＮＳＲとの組合せにより構成されてもよい。なお、これらの三元触媒、ＳＣＲおよびＮＳＲには、公知または今後開発される如何なる触媒が用いられてもよい。

ＮＯｘ還元触媒４０には、温度センサ４１が配置されている。温度センサ４１は、ＮＯｘ還元触媒４０の温度Ｔを取得する温度取得手段を構成する。温度センサ４１は、ＮＯｘ還元触媒４０の内部温度を検出するように配置されるのが好ましい。温度センサ４１によって取得されたＮＯｘ還元触媒４０の温度Ｔは、燃焼切替制御装置１１に送信される。なお、本実施形態では、ＮＯｘ還元触媒４０の温度Ｔを温度センサ４１で検出する例について説明するが、これに限定されるものではなく、第１または第２排気通路３２，３４を流れる排ガスの温度に基づいて燃焼切替制御装置１１がＮＯｘ触媒温度Ｔを予測してもよい。

本実施形態では、ＮＯｘ還元触媒４０が、排ガス排出方向（矢印Ｅ方向）に関して、三元触媒３８の下流側に配置されている。換言すれば、三元触媒３８が排ガス排出方向Ｅに関してＮＯｘ還元触媒４０の上流側に配置されている。三元触媒３８は、ＮＯｘ還元触媒４０に比べて、高温耐性が高く、かつ、高温でもＮＯｘ等の汚染物質の浄化特性が維持されるため、より高温の排ガスに晒される上流側に配置するのが好ましい。ただし、これに限定されるものではなく、ＮＯｘ還元触媒４０が三元触媒３８の上流側に配置されてもよい。

タービンバイパス流路３６は、ターボチャージャ６０のタービン室６４の上流側で第１排気通路３２に接続され、他端が三元触媒３８の排ガス排出方向Ｅの上流側で第２排気通路３４に接続されている。タービンバイパス流路３６には、ウエストゲートバルブ４２が設けられている。ウエストゲートバルブ４２は、ターボチャージャ６０による吸気の過給圧を調整する機能を有する。また、ウエストゲートバルブ４２は、上記過給圧が規定値以上になることを防止して、エンジン１２およびターボチャージャ６０が損壊しないように保護する機能を有する。

ウエストゲートバルブ４２は、例えば、電磁開閉弁によって好適に構成される。ウエストゲートバルブ４２は、燃焼切替制御装置１１からの信号を受けて開度調整される。ウエストゲートバルブ４２の開度が大きくなると、タービン室６４内に流入することなくタービンバイパス流路３６を通って第２排気通路３４にバイパスされる排ガスが増加する。これにより、エンジン１２およびターボチャージャ６０が損壊しないように保護される。なお、本実施形態におけるタービンバイパス流路３６およびウエストゲートバルブ４２が、本発明における「過給圧調整装置」に相当する。

第２吸気通路２４と第１排気通路３２との間には、排気還流装置５０が設けられている。排気還流装置５０は、第１排気通路３２と第２排気通路３４とを接続する排気還流通路５２と、この排気還流通路５２の途中に設置された排ガス還流量調整弁（排気還流量調整装置）５４とを含む。排ガス還流量調整弁５４は、吸排気制御装置２８からの信号を受けて開度調整される。吸排気制御装置２８は、燃焼切替制御装置１１からの指令を受けて、排ガス還流量調整弁５４へ開度調整信号を送信する。このようにして排ガス還流量調整弁５４が開度調整されることで、第１排気通路３２から排気還流通路５２を介して第２吸気通路２４に還流または再循環する排ガス量が調整される。

ターボチャージャ６０は、コンプレッサ室６２に収容されたコンプレッサホイール６３と、タービン室６４に収容されたタービン６５と、コンプレッサホイール６３とタービン６５とを連結するシャフト６６とを備える。第１排気通路３２からタービン室６４内のタービン６５に排ガスが噴き付けることによってタービン６５が回転し、この回転動力がシャフト６６を介してコンプレッサホイール６３に伝達される。これにより、コンプレッサホイール６３が回転駆動され、第２吸気通路２４を介してエンジン１２に供給される空気が加圧（すなわち過給）される構成となっている。

燃焼切替制御装置１１は、例えば、処理装置、記憶部、および、Ｉ／Ｏインターフェースなどを備えるマイクロコンピュータによって好適に構成される。処理装置は、記憶部に記憶されたプログラムやデータ等を読み出して実行する。記憶部は、プログラムを記憶するとともに、回転数センサ２０で取得されて送信されるエンジン回転数Ｎｅ、温度センサ４１によって取得されて送信されたＮＯｘ還元触媒温度Ｔ、マップ、所定値等を記憶する。

また、燃焼切替制御装置１１は、エンジン１２の各シリンダ１４への燃料噴射量や噴射時期を制御するための指令信号を噴射制御装置１８に送信する。また、燃焼切替制御装置１１は、吸気絞り弁２６および排ガス還流量調整弁５４の開度調整を行うための指令信号を吸排気制御装置２８に送信する。さらに、燃焼切替制御装置１１は、ウエストゲートバルブ４２に対して開度調整信号を送信する。

なお、燃焼切替制御装置１１は、噴射制御装置１８および吸排気制御装置２８の少なくとも一方と一体のチップとして構成されてもよいし、あるいは、別体のチップとして構成されてもよい。

次に、図２を参照して、本実施形態の内燃機関１０の制御について説明する。図２は、図１に示した内燃機関１０の燃焼切替制御装置において実行される処理を示すフローチャートである。図３は、ＥＧＲ率を示すマップを例示するグラフである。図２に示す処理は、燃焼切替制御装置１１において、所定の制御周期（例えば、１秒）毎に繰り返し実行される。

図２に示すように、燃焼切替制御装置１１は、まず、ステップＳ１において、ＮＯｘ還元触媒温度Ｔを取得する。このＮＯｘ還元触媒温度Ｔは、温度センサ４１によって取得されて記憶部に記憶された値を用いることができる。

次に、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ２において、エンジン回転数Ｎｅを取得する。このエンジン回転数Ｎｅは、回転数センサ２０によって取得されて記憶部に記憶されている値を用いることができる。

続いて、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ３において、燃料噴射量Ｑを取得する。燃料噴射量Ｑは、噴射制御装置１８から送信されて記憶部に記憶されている値を用いることができる。また、燃焼切替制御装置１１は、図示しない上位制御装置から入力されるエンジン１２の運転条件（目標トルクＴｑ＿ｔａｇおよび目標エンジン回転数Ｎｅ＿ｔａｇ）が実現されるように、同ステップＳ３において、通常時のリーン燃焼条件としての、燃料噴射回数、噴射時期、目標ＥＧＲ率、過給圧、吸気絞り弁２６の開度等を決定する。この決定の際には、例えば、記憶部に記憶された各種マップが参照される。例えば、図３にエンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ｑとから、目標ＥＧＲ率を導出するためのマップが例示されている。なお、図３に示される実線ＵＬは、エンジン１２における運転限界を示す上限ラインである。

再び図２を参照すると、続いて、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ４において、ＮＯｘ還元触媒温度Ｔが所定値以上か否かを判定する。ここでの所定値には、予め実験やシミュレーション等から求めて記憶部に記憶された値を用いることができる。上記ステップＳ４において、肯定判定（ＹＥＳ）されると、続くステップＳ５に進み、他方、否定判定（ＮＯ）されると、ステップＳ７に進む。

ステップＳ４において肯定判定されたとき、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ５において、上記ステップＳ２で取得されたエンジン回転数Ｎｅと上記ステップＳ３で取得された燃料噴射量Ｑとから、所定のマップに基づいて、エンジン１２での燃焼モードがストイキ燃焼モードとなるように、目標ＥＧＲ率、目標過給圧、目標吸気絞り弁開度等を決定する。ここでは、空気と燃料との比である空燃比が化学量論比（約１４．７：１）となるように、目標ＥＧＲ率、過給圧、吸気絞り弁開度が決定され、所定の吸気酸素濃度でのストイキ燃焼が行われるように設定される。そして、燃焼切替制御装置１１は、続くステップＳ６において、エンジン回転数Ｎｅおよび燃料噴射量Ｑから所定のマップに基づいて噴射回数および噴射時期を決定する。

他方、上記ステップＳ４で否定判定されたとき、燃焼切替制御装置１１は、続くステップＳ７において、上記ステップＳ３で取得した燃料噴射量Ｑ、および、同ステップＳ３で決定した燃料噴射回数、噴射時期、目標ＥＧＲ率、過給圧、吸気絞り弁開度をリーン燃焼条件としてそのまま利用する。すなわち、燃焼切替制御装置１１は、上記ステップＳ３における決定を変更することなく、そのまま維持する。

そして、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ８において、ステップＳ５およびＳ６、又は、ステップＳ７で決定された条件で燃焼を実行する。すなわち、ステップＳ５およびＳ６で決定された条件でエンジン１２の燃焼が実行される場合、燃焼モードがリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り替えられるか、もしくは、ストイキ燃焼モードを維持する。他方、ステップＳ７で決定された条件でエンジン１２での燃焼が実行される場合、燃焼モードはリーン燃焼モードとなる。

図４（ａ）はＮＯｘ還元触媒４０の温度、同（ｂ）はＳＣＲ浄化特性、同（ｃ）は燃焼モード切替による空燃比の変化、同（ｄ）は三元触媒およびＮＯｘ還元触媒４０のＮＯｘ浄化量をそれぞれ示すグラフである。図４（ａ）〜（ｄ）の各グラフでは、それぞれ、横軸は時間を示している。

図４（ａ）に示すように、エンジン１２で通常燃焼モードとしてリーン燃焼モードが実行された状態で時間が経過すると、ＮＯｘ還元触媒温度Ｔが次第に上昇する。そして、時間ｔ１の時点で、ＮＯｘ還元触媒温度Ｔが所定値Ｔ１以上になる。このようにＮＯｘ還元触媒４０の温度Ｔが所定値Ｔ１以上の高温になると、図４（ｂ），（ｄ）に示すように、ＮＯｘ浄化特性が低下して、ＮＯｘ浄化量が減少する特性を有する。これに対し、図４（ｄ）に示すように、三元触媒３８は、空燃比が化学量論比に近い条件でＮＯｘ浄化量が増加し、それ以外の条件でＮＯｘ浄化量が少なくなる特性を有する。また、この特性は高温になっても維持される。

このような三元触媒３８およびＮＯｘ還元触媒４０のＮＯｘ浄化特性から、本実施形態の内燃機関１０では、図４（ａ），（ｃ）に示すように、温度センサ４１によって取得されたＮＯｘ還元触媒温度Ｔが所定値Ｔ１以上の高温になったとき、エンジン１２の燃焼モードをリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り替える。これにより、排ガス中に含まれるＮＯｘは、浄化効率が低下したＮＯｘ還元触媒４０ではなく、空燃比が化学量論比になることでＮＯｘ浄化効率が高くなった三元触媒３８で浄化可能になる。したがって、本実施形態の内燃機関１０によれば、エンジン１２の高負荷運転などによりＮＯｘ還元触媒４０が高温になってＮＯｘ浄化特性が低下した場合にも、三元触媒３８でＮＯｘを十分に浄化できるため、内燃機関１０のＮＯｘ排出量を低減できる。

＜第２実施形態＞
次に、図５〜図７を参照して、第２実施形態の内燃機関１０Ａについて説明する。図５は、第２実施形態の内燃機関１０Ａの全体構成を概略的に示す図である。以下では、上述した第１実施形態の内燃機関１０と同一の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。

図５に示すように、内燃機関１０Ａは、電動圧縮機７０を更に備える。電動圧縮機７０は、第２吸気通路２４において、吸気絞り弁２６の吸気方向下流側で、かつ、排気還流通路５２との合流点よりも吸気方向下流側に設置されている。本実施形態では、ターボチャージャ６０および電動圧縮機７０が本発明における「過給装置」を構成する。

電動圧縮機７０は、コンプレッサホイール７２およびモータ７４を有する。コンプレッサホイール７２は、モータ７４によって回転駆動される。モータ７４の駆動は、電動過給装置制御装置７６によって制御される。電動過給装置制御装置７６は、燃焼切替制御装置１１からの指令を受けてモータ７４を回転駆動する。モータ７４によってコンプレッサホイール７２が回転駆動されることで、エンジン１２に供給される空気が加圧（すなわち過給）される。したがって、本実施形態では、ターボチャージャ６０による過給圧に加えて、電動圧縮機７０によっても吸気の過給圧が制御される。このような電動圧縮機７０を設けることで、内燃機関の運転状態が変化した際に素早く十分な過給圧を得ることができ、ＮＯｘ発生を低減することができる。なお、本実施形態における電動圧縮機７０のモータ７４が、本発明における「過給圧調整装置」の一部を構成する。

また、本実施形態の内燃機関１０Ａのターボチャージャ６０は、排ガス流速を可変する可変ノズルベーン付きタービン６５ａを有している。可変ノズルベーンでタービン６５ａに当たる排ガス流速を可変することで、ターボチャージャ６０による過給圧を調整できる。可変ノズルベーンの開度調整は、燃焼切替制御装置１１からの指令を受けて行われる。本実施形態のターボチャージャ６０では、可変ノズルベーンによって過給圧が規定値以上になるのを防止できるので、第１実施形態の内燃機関１０に設けられていた排ガスバイパス流路およびウエストゲートバルブが省略されている。なお、本実施形態における可変ノズルベーンが、本発明における「過給圧調整装置」の一部に相当する。

さらに、本実施形態の内燃機関１０Ａにおいて、第２排気通路３４は、三元触媒３８とＮＯｘ還元触媒４０との間で、主排気流路３４ａと、排気バイパス流路３４ｂとに分岐している。主排気流路３４ａは、ＮＯｘ還元触媒４０に排ガスを通す通路である。主排気流路３４ａには、第１開閉弁Ｖ１が設けられている。他方、三元触媒３８とＮＯｘ還元触媒４０との間で分岐した排気バイパス流路３４ｂは、ＮＯｘ還元触媒４０を迂回した経路で排ガスを通す通路であり、上記第１開閉弁Ｖ１の下流側で主排気流路３４ａに合流している。また、排気バイパス流路３４ｂには、第２開閉弁Ｖ２が設けられている。上記第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２は、燃焼切替制御装置１１からの指令に応じて開度調整される。したがって、本実施形態の内燃機関１０Ａでは、第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２によって、排ガスがＮＯｘ還元触媒４０を通過する主排気流路３４ａと排気バイパス流路３４ｂとを選択的に切替可能に構成されている。なお、上記第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２が、本発明における「流路切替装置」を構成する。

本実施形態の内燃機関１０Ａの他の構成は、上述した第１実施形態と同様であるため、ここでの説明を省略する。

次に、図６Ａ，図６Ｂおよび図７を参照して、本実施形態の内燃機関１０Ａの制御について説明する。図６Ａおよび図６Ｂは、内燃機関１０Ａの燃焼切替制御装置１１において実行される処理を示すフローチャートである。図７は、ストイキ燃焼領域に下限を設けたマップの例を示すグラフである。

図６Ａおよび図６Ｂに示す処理のうち、ステップＳ１〜Ｓ６およびＳ８は上述した第１実施形態とほぼ同様である。したがって、以下では、第１実施形態と相違する処理（ステップＳ１０〜Ｓ１４）について主として説明する。

図６Ａおよび図６Ｂに示すように、燃焼切替制御装置１１は、まずステップＳ１〜Ｓ４を実行し、ステップＳ４で肯定判定（ＹＥＳ）されたときはステップＳ１０に進み、否定判定（ＮＯ）されたときはステップＳ１４に進む。

上記ステップＳ４で肯定判定されたとき、すなわち、ＮＯｘ還元触媒温度Ｔが所定値以上であるとき、続くステップＳ１０において、エンジン回転数Ｎｅおよび燃料噴射量Ｑが所定領域内にあるか否かを判定する。ここで、燃焼切替制御装置１１は、図７に示すマップを参照して、ステップＳ１０の判定を行う。

具体的には、図７に示すように、マップにおいてストイキ燃焼領域に下限ラインＬＬを設定し、上限ラインＵＬと下限ラインＬＬとに囲まれたハッチング領域内に、ステップＳ２およびＳ３で取得されたエンジン回転数Ｎｅおよび燃料噴射量Ｑが存在するか否かを判定する。このようにストイキ燃焼領域に下限ラインＬＬを設定するのは、下限ラインＬＬより下方の領域ではスモーク（煤煙）が発生しやすくなり、図示していないディーゼル微粒子フィルタ（ＤＰＦ）等の後処理装置による処理限界を考慮したものである。

再び図６Ａを参照すると、上記ステップＳ１０において肯定判定（ＹＥＳ）、すなわち、所定のストイキ燃焼領域内にあると判定されると、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ５およびＳ６の処理を行い、エンジン１２での燃焼モードがストイキ燃焼モードとなるか若しくはストイキ燃焼モードが維持されるように、目標ＥＧＲ率、目標過給圧、目標吸気絞り弁開度、および、可変ノズルベーン開度等を決定する。ここでは、空気と燃料との比である空燃比が化学量論比（約１４．７：１）となるように、吸引空気量が決定される。そして、燃焼切替制御装置１１は、続くステップＳ６において、エンジン回転数Ｎｅおよび燃料噴射量Ｑから所定のマップに基づいて噴射回数および噴射時期を決定する。

続いて、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ１１において、ＮＯｘ還元触媒温度Ｔに応じて、主排気流路３４ａを介してＮＯｘ還元触媒４０を通過する排ガス通過量を減らし、排気バイパス流路３４ｂを通過する排ガス量を増加させるように第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２を操作する。このときの第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２の操作について、図８を参照して説明する。

図８（ａ）はＮＯｘ還元触媒（ＳＣＲ）４０の浄化特性の変化を示すグラフであり、図８（ｂ）は三元触媒３８およびＮＯｘ還元触媒４０の各排ガス流通量の調整状態を示すグラフである。図８（ａ）に示すように、ＮＯｘ還元触媒４０の浄化特性は、ＮＯｘ還元触媒温度Ｔが所定値Ｔ１を超えると低下するが、この場合には排ガス中に含まれるＮＯｘは空燃比が化学量論比になることによってＮＯｘ浄化特性が高くなった三元触媒３８によって除去・浄化されることは第１実施形態において説明した通りである。

このようにエンジン１２の燃焼状態がストイキ燃焼モードに移行した後、ＮＯｘ還元触媒４０が所定値Ｔ１以上の高温状態が続くと、ストイキ燃焼モードが継続されることになり、その結果、燃費悪化が懸念される。そこで、本実施形態では、ＮＯｘ還元触媒温度Ｔを所定値Ｔ１未満に低下させるべく、ＮＯｘ還元触媒４０を通過する排ガス量を減らす制御を上記ステップＳ１１で行っている。

より詳しくは、図８（ａ），（ｂ）に示すように、ＮＯｘ還元触媒温度Ｔが所定値Ｔ１未満のときは、第１開閉弁Ｖ１が全開で、第２開閉弁Ｖ２が全閉の状態にあり、排ガス全量が主排気流路３４ａを介してＮＯｘ還元触媒４０を通過するが、ＮＯｘ還元触媒温度Ｔが所定値Ｔ１以上になると、第１開閉弁Ｖ１の開度を小さくする一方、第２開閉弁Ｖ２の開度を大きくする。これにより、主排気流路３４ａを介してＮＯｘ還元触媒を通過する排ガス量が減少する一方、排気バイパス流路３４ｂを通過する排ガス量が増加する。そして、ＮＯｘ還元触媒温度Ｔが所定値Ｔ１よりも高い温度Ｔ２以上では、第１開閉弁Ｖ１を全閉とし、第２開閉弁Ｖ２を全開とする。これにより、排ガス全量が排気バイパス流路３４ｂを通過し、ＮＯｘ還元触媒４０には排ガスが通過しない状態になる。その結果、ＮＯｘ触媒温度Ｔを所定値Ｔ１未満に低下させることができ、エンジン１２の燃焼モードをストイキ燃焼モードから通常時のリーン燃焼モードに移行することができる。

なお、図８（ｂ）に示す例では、温度Ｔ１〜Ｔ２では、第１および第２開閉弁Ｖ１，Ｖ２の両方が開いた状態にある場合を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ＮＯｘ還元触媒温度Ｔが所定値Ｔ１に上昇した時点で、第１開閉弁Ｖ１を全閉にする一方、第２開閉弁Ｖ２を全開としてもよい。

再び図６Ａおよび図６Ｂを参照すると、ステップＳ４で否定判定（ＮＯ）されたとき、すなわち、ＮＯｘ還元触媒温度Ｔが所定値Ｔ１未満であるとき、燃焼切替制御装置１１は、続くステップＳ１４において、上記ステップＳ３で決定した燃料噴射回数、噴射時期、目標ＥＧＲ率、過給圧、および、吸気絞り弁開度をリーン燃焼条件としてそのまま利用する。また、このとき燃焼切替制御装置１１は、第１開閉弁Ｖ１を全開に、第２開閉弁Ｖ２を全閉に操作し、排ガス全量をＮＯｘ還元触媒４０に通過させる。これにより、排ガス中に含まれるＮＯｘはＮＯｘ還元触媒４０によって効果的に浄化される。その結果、ＮＯｘ排出量を低減できる。

図６Ａに示すように、上記ステップＳ１０で否定判定（ＮＯ）されたとき、燃焼切替制御装置１１は、図６Ｂに示すように、続くステップＳ１２において、エンジン１２の燃焼モードが高過給リーン燃焼モードとなるように、エンジン回転数Ｎｅおよび燃料噴射量Ｑから所定のマップに基づいて目標ＥＧＲ率、目標吸気絞り弁開度、可変ノズルベーン開度、および電動圧縮機７０のモータ出力を決定する。また、このとき、燃焼切替制御装置１１は、第１開閉弁Ｖ１を全開に、第２開閉弁Ｖ２を全閉に操作する。これにより、排ガス全量がＮＯｘ還元触媒４０を通過する状態に設定される。そして、燃焼切替制御装置１１は、続くステップＳ１３において、同じくエンジン回転数Ｎｅおよび燃料噴射量Ｑから所定のマップに基づいて燃料噴射回数および噴射時期を決定する。

このように決定された条件によってリーン燃焼モードが実行されることで、通常燃焼時よりも空気量が多い状態でリーン燃焼を行うことができる。その結果、燃焼温度が低下し、ＮＯｘ発生量を抑制することができる。また、このようにＮＯｘ発生量が抑制されることで、ＮＯｘ還元触媒４０が所定値Ｔ１以上の高温になってＮＯｘ浄化特性が低下しているにもかかわらず、エンジン１２から排出されるＮＯｘ量が低減したことで、この場合でも内燃機関１０Ａの外部へのＮＯｘ排出量を低減できる。

そして、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ８において、ステップＳ５およびＳ６、ステップＳ１２およびＳ１３、または、ステップＳ１４で決定された条件で燃焼を実行する。すなわち、ステップＳ５およびＳ６で決定された条件でエンジン１２の燃焼が実行される場合、燃焼モードがリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り替えられるか、若しくは、ストイキ燃焼モードが維持される。他方、ステップＳ１４で決定された条件でエンジン１２での燃焼が実行される場合、通常時のリーン燃焼モードとなり、ステップＳ１２およびＳ１３で決定された条件でエンジン１２での燃焼が実行される場合には通常時よりも過給圧が高い高過給リーン燃焼モードとなる。

上述したように、本実施形態の内燃機関１０Ａによっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、ＮＯｘ還元触媒４０が高温になってＮＯｘ浄化特性が低下した場合にも、リーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り替えることで、高温になって活性が向上した三元触媒３８によってＮＯｘを十分に浄化することができ、その結果、内燃機関１０のＮＯｘ排出量を低減できる。

＜第３実施形態＞
次に、図９〜図１１を参照して、第３実施形態の内燃機関１０Ｂについて説明する。図９は、第３実施形態の内燃機関１０Ｂの全体構成を概略的に示す図である。以下では、内燃機関１０Ｂにおいて上述した第１及び第２実施形態の内燃機関１０，１０Ａと相違する点を主に説明することとし、同一構成には同一符号を付して説明を省略する。

図９に示すように、本実施形態の内燃機関１０Ｂは、主過給装置であるターボチャージャ６０と、副過給装置である電動圧縮機７０とを備える。ターボチャージャ６０は、排ガス流速を可変する可変ノズルベーン付きタービン６５ａを有している。可変ノズルベーンでタービン６５ａに当たる排ガス流速を可変することで、ターボチャージャ６０による過給圧を調整できる。可変ノズルベーンの開度調整は、吸排気制御装置２８を介して燃焼切替制御装置１１からの指令を受けて行われる。なお、この点は第２実施形態の内燃機関１０Ａと同じである。

内燃機関１０Ｂにおいて、電動圧縮機７０のコンプレッサホイール７２は、ターボチャージャ６０のコンプレッサ室６２と吸気絞り弁２６との間に配置されている。つまり、内燃機関１０Ｂでは、第２吸気通路２４に対する排気還流通路５２の接続箇所よりも吸気方向Ａの上流側に電動圧縮機７０が設けられている。

内燃機関１０Ｂは、バッテリＢを備える。電動圧縮機７０のモータ７４は、バッテリＢから電力線７８を介して電力供給されて駆動される。バッテリＢの残量は、吸排気制御装置２８を介して燃焼切替制御装置１１に送信される。なお、本実施形態では、吸排気制御装置２８が電動圧縮機７０の制御装置を兼ねているため、第２実施形態における電動過給装置制御装置７６が省略されている。また、電動圧縮機７０のモータ７４は、副過給装置の過給圧調整装置に相当する。

内燃機関１０Ｂが搭載される車両にはアクセルペダル８０が設置されている。アクセルペダル８０には開度センサ８２が設けられている。開度センサ８２によって検出されたアクセルペダル８０の開度（以下、アクセル開度という）αは、噴射制御装置１８を介して燃焼切替制御装置１１に送信される。

本実施形態の内燃機関１０Ｂの第２排気通路３４は、第１実施形態の内燃機関１０と同じであり、排気バイパス通路や流路切替用の開閉弁は設けられていない。内燃機関１０Ｂの他の構成は、第１及び第２実施形態の内燃機関１０，１０Ａと同じである。

続いて、図１０を参照して、本実施形態の内燃機関の制御について説明する。図１０は、図９に示した内燃機関１０Ｂの燃焼切替制御装置１１において実行される処理を示すフローチャートである。

図１０に示すように、燃焼切替制御装置１１は、まず、ステップＳ２１において、ＮＯｘ還元触媒４０の現在温度Ｔと、前回温度Ｔ０を取得する。現在温度Ｔは、今回の処理で温度センサ４１によって取得されて記憶部に記憶されている値を用いることができる。また、前回温度Ｔ０は、所定時間（例えば、１秒）前の過去の処理で温度センサ４１によって取得されて記憶部に記憶されている値を用いることができる。

次に、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ２２において、エンジン回転数Ｎｅと、アクセル開度αを取得する。このエンジン回転数は、回転数センサ２０によって取得されて記憶部に記憶されている値を用いることができる。また、アクセル開度αは、開度センサ８２によって取得されて記憶部に記憶されている値を用いることができる。

続いて、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ２３において、上記ステップＳ２１およびＳ２２で取得したエンジン回転数Ｎｅおよびアクセル開度αに基づいて、燃料噴射量Ｑを決定する。この燃料噴射量Ｑは、例えば、記憶部に予め記憶されているマップを、エンジン回転数Ｎｅおよびアクセル開度αを引数として参照することによって決定することができる。

次に、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ２４において、ＮＯｘ還元触媒４０の現在温度Ｔが所定値Ｔ１以上か否かを判定する。このステップＳ２４において、肯定判定（ＹＥＳ）されるとステップＳ２５に進み、否定判定（ＮＯ）されるとステップＳ３０に進む。

上記ステップＳ２４において肯定判定されると、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ２５において、ストイキ燃焼用のマップの使用を決定する。そして、燃焼切替制御装置１１は、続くステップＳ２６において、決定されたマップに基づいてエンジン回転数Ｎｅおよび燃料噴射量Ｑからストイキ燃焼モードのための制御パラメータを決定する。ここで、「制御パラメータ」には、目標ＥＧＲ率、目標過給圧、吸気絞り弁の開度、電動圧縮機の出力、燃料噴射回数、燃料噴射時期が含まれる。

次に、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ２７において、決定された制御パラメータを用いて制御を実行する。すなわち、燃焼切替制御装置１１は、エンジン１２をストイキ燃焼モードで運転するように制御する。なお、この制御は、図２を参照して説明した第１実施形態の内燃機関１０におけるステップＳ１〜Ｓ６およびＳ８と同様である。

他方、上記ステップＳ２４において否定判定された場合、すなわち、ＮＯｘ還元触媒４０の現在温度Ｔが所定値Ｔ１より低い場合、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ３０において、ＮＯｘ還元触媒４０の現在温度Ｔが所定値Ｔ２（ここで、Ｔ２＜Ｔ１）以上か否かを判定する。このステップＳ３０で肯定判定（ＹＥＳ）された場合にはステップＳ３１に進み、否定判定（ＮＯ）された場合にはステップＳ３５に進む。

上記ステップＳ３０で否定判定された場合、すなわち、ＮＯｘ還元触媒４０の現在温度Ｔが所定値Ｔ２より低い場合、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ３５において、通常リーン燃焼用のマップの使用を決定する。そして、燃焼切替制御装置１１は、上述したステップＳ２６およびＳ２７において、決定されたマップに基づきエンジン回転数Ｎｅおよび燃料噴射量Ｑから制御パラメータを決定し、この制御パラメータを用いて制御を実行する。すなわち、燃焼切替制御装置１１は、エンジン１２を通常リーン燃焼モードで運転するように制御する。なお、この制御は、図２を参照して説明した第１実施形態の内燃機関１０におけるステップＳ１〜Ｓ４，Ｓ７およびＳ８と同様である。

他方、上記ステップＳ３０において肯定判定された場合、すなわち、ＮＯｘ還元触媒４０の現在温度Ｔが所定値Ｔ２以上である場合、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ３１において、ＮＯｘ還元触媒４０の現在温度Ｔから前回温度Ｔ０を減算した値が０以上か否かを判定する。このステップＳ３１で否定判定（ＮＯ）された場合、すなわち、ＮＯｘ還元触媒４０の温度が低下傾向にある場合には、ＮＯｘ還元触媒４０の温度を低減するための燃焼モード切替を行なう必要がないため、ステップＳ３５に進んで通常リーン燃焼モードでの運転を実行する。

これに対し、上記ステップＳ３１で肯定判定（ＹＥＳ）された場合、すなわち、ＮＯｘ還元触媒４０の温度が上昇傾向にある場合、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ３２においてバッテリ残量Ｓを取得し、続くステップＳ３３においてバッテリ残量Ｓが所定値Ｓ１以上か否かを判定する。この判定は、バッテリ残量Ｓが電動圧縮機７０のモータ７４を駆動するのに十分であるかを確認するためのものである。

上記ステップＳ３３で否定判定（ＮＯ）された場合、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ３５に進んで通常リーン燃焼モードでの運転を実行する。他方、上記ステップＳ３３で肯定判定された場合、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ３４において、排気温低減モード用マップの使用を決定する。この排気温低減モード用マップは、通常リーン燃焼用マップに比べて、目標過給圧と電動圧縮機７０の出力が高く設定されているリーン燃焼用マップである。すなわち、排気温低減モードは、電動圧縮機７０を用いて過給圧を上昇させて排気温度を低減する制御モードである。

そして、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ２６およびＳ２７において、ステップＳ３４で決定されたマップに基づいてエンジン回転数Ｎｅおよび燃料噴射量Ｑから制御パラメータを決定し、この制御パラメータを用いて制御を実行する。すなわち、燃焼切替制御装置１１は、エンジン１２を排気温低減リーン燃焼モードで運転するように制御する。

図１１（ａ）はＮＯｘ還元触媒（ＳＣＲ）の温度、同（ｂ）はＳＣＲ浄化特性、同（ｃ）は空燃比、同（ｄ）は電動過給装置の出力、同（ｅ）は過給圧をそれぞれ示すグラフである。ここで、（ａ）〜（ｅ）の各グラフにおいて、横軸は時間を表し、時間ｔ１はＳＣＲ温度が所定値Ｔ２を超えた時点であり、時間ｔ２は排気温低減モードを使わない場合のストイキ燃焼モードへの切替時点であり、時間ｔ３は排気温低減モードを使う場合のストイキ燃焼モードへの切替時点である。また、図１１（ａ）〜（ｅ）の各グラフにおいて、破線は排気温低減モードを使わない場合を表し、実線は排気温低減モードを使う場合を表している。

図１１（ａ）〜（ｅ）に示すように、本実施形態の内燃機関１０Ｂでは、ＮＯｘ還元触媒４０の温度が所定値Ｔ２以上になったとき、バッテリ残量Ｓが十分にあることを条件に電動過給装置を駆動して過給圧を増加させて、エンジン１２の燃焼モードを通常リーン燃焼モードから排気温低減モードに移行する。これにより、エンジン１２に供給される吸気量が増加することによって排ガス温度が低下し、その結果、ＮＯｘ還元触媒４０の温度上昇を抑制することができる。より詳しくは、排気温低減モードを使わない場合には、ＮＯｘ還元触媒４０の温度が時間ｔ２で所定値Ｔ１以上となって通常リーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り替えられることになる。これに対し、本実施形態の内燃機関１０Ｂでは、排気温低減モードを使うことでＮＯｘ還元触媒４０の温度上昇が緩やかになって所定値Ｔ１以上になる時点を時間ｔ３まで延ばすことができる。その結果、ストイキ燃焼モードへの移行タイミングを遅らせることができ、ＮＯｘ排出量を同等程度に維持しながら燃費を向上させることができる。

このように本実施形態の内燃機関１０Ｂによれば、副過給装置である電動圧縮機７０の余剰能力を用いて過給圧を上げることで、エンジン１２のシリンダ１４内にトラップされるガス量を増加させ、排気温度を低減する。その際、排気温低減モードの使用の前後で燃料噴射量は不変であるため、上記特許文献３に記載される技術のように燃費の悪化は生じない。また、本実施形態の内燃機関１０Ｂによれば、特許文献４に記載される技術においてＥＧＲガスの増量が困難な条件でも、排気温度を低減可能であり、レスポンスも良好である。

なお、上記では、排気温低減モードにおいて電動圧縮機７０を用いて過給圧を増加させる例について説明したが、これに限定されるものではない。排気温低減モードでは、電動圧縮機７０だけでなく、排ガス還流量調整弁５４、吸気絞り弁２６、および、ターボチャージャ６０の可変ノズルベーンと同時に制御することで、過給圧の上昇と同時に空燃比およびＥＧＲ率を制御してもよい。

次に、図１２および図１３を参照して、本実施形態の内燃機関１０Ｂにおける別の制御について説明する。図１２は、図９に示した内燃機関１０Ｂの燃焼切替制御装置１１において実行される別の処理を示すフローチャートである。図１３（ａ）はＮＯｘ還元触媒（ＳＣＲ）の温度、同（ｂ）は過給圧、ＥＧＲ率および空燃比（Ａ／Ｆ）、同（ｃ）はシリンダ内ガス量をそれぞれ示すグラフである。

以下では、図１０を参照して上述した処理と異なる内容のステップについて主として説明し、同じ内容のステップには同じステップ番号を付して説明を省略する。図１２に示す別の処理は、ステップＳ２１〜Ｓ２７およびＳ３０〜Ｓ３５が図１２を参照して上述した処理と同様であり、ステップＳ３６，Ｓ３７，Ｓ３８が相違している。

ステップＳ２４においてＮＯｘ還元触媒４０の現在温度Ｔが所定値Ｔ１以上であると判定された場合（ステップＳ２４でＹＥＳ）、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ３６において、ＥＧＲストイキ燃焼モードを実行した場合におけるＮＯｘ還元触媒４０の推定温度Ｔ´を導出する。この推定温度Ｔ´は、例えば、記憶部に予め記憶されているマップから、エンジン回転数およびトルクから引数として導出することができる。ここで、「ＥＧＲストイキ燃焼モード」とは、電動圧縮機７０のモータ７４、および、排ガス還流量調整弁５４を用いて、吸気の導入量を変化させることなく排ガス還流量を増加させることにより排気温度を低減するストイキ燃焼モードである。

次に、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ３７において、ステップＳ３６で導出した推定温度Ｔ´が所定値Ｔ１以下か否かを判定する。このステップＳ３７において肯定判定（ＹＥＳ）されるとステップＳ３８に進み、否定判定（ＮＯ）されるとステップＳ２５に進む。否定判定された場合、すなわち、ＥＧＲストイキ燃焼モードに移行してもＮＯｘ還元触媒４０の推定温度Ｔ´が所定値Ｔ１以下に低下しないと予想される場合には、ステップＳ２５，Ｓ２６およびＳ２７によって通常のストイキ燃焼モードが実行される。

これに対し、ステップＳ３７で肯定判定された場合、すなわち、ＥＧＲストイキ燃焼モードに移行したときＮＯｘ還元触媒４０の推定温度Ｔ´が所定値Ｔ１以下に低下すると予想される場合には、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ３８において、ＥＧＲストイキ燃焼用マップの使用を決定する。このＥＧＲストイキ燃焼用マップは、通常のストイキ燃焼用マップに比べて、目標ＥＧＲ率および目標過給圧が高く設定されている。

そして、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ２６において、ステップＳ３８で決定されたマップに基づきエンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑから制御パラメータを決定し、ステップＳ２７において、決定された制御パラメータを用いて制御を実行する。これにより、エンジン１２の燃焼モードがＥＧＲストイキ燃焼モードに切り替えられる。

図１３（ａ）はＮＯｘ還元触媒（ＳＣＲ）の温度、同（ｂ）は過給圧、ＥＧＲ率および空燃比（Ａ／Ｆ）、同（ｃ）はシリンダ内ガス量をそれぞれ示すグラフである。図１３（ａ）〜（ｃ）の各グラフにおいて、横軸は時間を表し、時間ｔ１はＥＧＲストイキ燃焼モードに移行すればＮＯｘ還元触媒４０の推定温度Ｔ´が所定値Ｔ１以下になると予想される時点であり、時間ｔ２はＮＯｘ還元触媒４０の温度Ｔが所定値Ｔ１以下になる時点である。

図１３（ｂ）に示すように、時間ｔ１で、ＥＧＲ率および過給圧がそれぞれ増加されるが、空燃比は化学量論比（約１４．７：１）のままでストイキ燃焼が行われる。このとき、図１３（ｃ）に示すように、シリンダ内ガス量は、吸気量（空気）は変化しないがＥＧＲガス量が増加していることで、総量が増加している。このようにＥＧＲ率および過給圧をそれぞれ増加させてＥＧＲストイキ燃焼モードを実行することで、排ガス温度が低下する。その結果、図１３（ａ）に示すように、ＮＯｘ還元触媒４０の温度低下が促進されて所定値Ｔ１以下に速やかに低下し、リーン燃焼モードに切り替えることができる。したがって、ストイキ燃焼モードでの運転時間が短縮され、燃費を向上させることができる。

＜第４実施形態＞
次に、図１４〜図１７を参照して第４実施形態の内燃機関について説明する。図１４は、第４実施形態の内燃機関１０Ｃの全体構成を概略的に示す図である。図１５は、図１４中のインタークーラ８４を示す図である。以下では、本実施形態の内燃機関１０Ｃについて第１実施形態と相違する構成を主として説明し、上述した第１〜第３実施形態の内燃機関１０，１０Ａ、１０Ｂと同一の構成には同一の参照符号を付して説明を適宜に省略する。

図１４に示すように、内燃機関１０Ｃは、インタークーラ８４を備える。インタークーラ８４は、吸気系２１によってエンジン１２に吸気される空気を冷却する機能を有する。インタークーラ８４は、吸気方向（矢印Ａ方向）に関してターボチャージャ６０の下流側に設けられている。より詳しくは、インタークーラ８４は、第２吸気通路２４において、コンプレッサ室６２と吸気絞り弁２６との間に設けられている。

図１５に示すように、インタークーラ８４は、水冷式の冷却装置が好適に用いられる。インタークーラ８４は、冷却水の供給管８２ａおよび排出管８２ｂを有し、供給管８２ａには冷却水量を調整するインタークーラ弁８３が設けられている。インタークーラ弁８３は、インタークーラ制御装置８６から指令を受けて開度調整される。これにより、インタークーラ８４は、冷却水の供給量が調整されることで吸気の冷却能力が可変になっている。

再び図１４を参照すると、インタークーラ制御装置８６は、燃焼切替制御装置１１に電気的に接続されている。燃焼切替制御装置１１は、インタークーラ制御装置８６を介してインタークーラ弁８３の開度を調整することができ、インタークーラ８４の冷却能力を制御することができる。

なお、インタークーラ８４の冷却能力は、冷却水温度を変更することによって可変としてもよい。また、インタークーラ８４は、水冷式のものに限定されず、空冷式のものであってもよい。この場合、冷却風量を変更することで、冷却能力を可変とすることができる。

本実施形態の内燃機関１０Ｃにおいて、ターボチャージャ６０は、排ガス流速を可変する可変ノズルベーン付きタービン６５ａを有している。可変ノズルベーンでタービン６５ａに吹き付ける排ガス流速を可変することで、ターボチャージャ６０による過給圧を調整できる。可変ノズルベーンの開度調整は、燃焼切替制御装置１１からの指令を受けて行われる。なお、この点は、第２実施形態の内燃機関１０Ａと同様である。

なお、アクセルペダル８０およびアクセル開度センサ８２が設けられており、アクセル開度信号αが噴射制御装置１８を介して燃焼切替制御装置１１に送信されることは第３実施形態と同様である。また、本実施形態の内燃機関１０Ｃの他の構成は、第１実施形態の内燃機関１０と同様である。

図１６は、図１４に示した内燃機関１０Ｃの燃焼切替制御装置１１において実行される処理を示すフローチャートである。この処理において、上述した第３実施形態の内燃機関１０Ｂの処理（図１０参照）と同じ処理内容については同一の参照符号を付して説明を適宜に省略する。

図１６に示すように、燃焼切替制御装置１１は、まずステップＳ２０において、ＮＯｘ還元触媒温度Ｔを取得する。このＮＯｘ還元触媒温度Ｔは、温度センサ４１によって取得されて記憶部に記憶された値を用いることができる。なお、このステップＳ２０は、第１および第２実施形態の内燃機関１０，１０Ａの場合と同様である。

続いて、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ２２〜Ｓ２７を実行する。これらの処理によって、ＮＯｘ還元触媒４０の温度Ｔが所定値Ｔ１以上である場合に、エンジン１２における運転状態が通常リーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り替えられる。このことは、第１実施形態における図２に示した処理、および、第３実施形態における図１０に示した処理と同様である。これにより、第１および第３実施形態の場合と同様の効果を奏する。

これに対し、ステップＳ２４において否定判定された場合、すなわち、ＮＯｘ還元触媒４０の温度Ｔが所定値Ｔ１より低い場合、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ３０において、ＮＯｘ還元触媒４０の温度Ｔが所定値Ｔ２（ここで、Ｔ２＜Ｔ１）以上か否かを判定する。このステップＳ３０で肯定判定（ＹＥＳ）された場合にはステップＳ４１に進み、否定判定（ＮＯ）された場合にはステップＳ４０に進む。

上記ステップＳ３０で否定判定された場合、すなわち、ＮＯｘ還元触媒４０の温度Ｔが所定値Ｔ２より低い場合、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ４０において、インタークーラ弁８３の開度をエンジン回転数Ｎｅおよび燃料噴射量Ｑを２軸の座標とするマップで制御する。すなわち、この場合はエンジン１２の負荷状態に基づいてインタークーラ弁８３の開度が決定される。そして、燃焼切替制御装置１１は、続くステップＳ３５において、通常リーン燃焼用のマップの使用を決定する。その後、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ２６およびＳ２７において、決定されたマップに基づきエンジン回転数Ｎｅおよび燃料噴射量Ｑから制御パラメータを決定し、この制御パラメータを用いて制御を実行する。すなわち、燃焼切替制御装置１１は、エンジン１２を通常リーン燃焼モードで運転するように制御する。なお、これらのステップＳ３５，Ｓ２６およびＳ２７の処理は、図１０を参照して説明した第３実施形態の内燃機関１０Ｃの場合と同様である。

他方、上記ステップＳ３０において肯定判定された場合、すなわち、ＮＯｘ還元触媒４０の温度Ｔが所定値Ｔ２以上である場合、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ４１において、インタークーラ弁８３が全開であるか否かを判定する。ここで、インタークーラ弁８３が全開であると判定された場合（ステップＳ４１でＹＥＳ）、インタークーラ弁８３の更なる開度増大（すなわち冷却能力アップ）ができないため、燃焼切替制御装置１１はステップＳ３５，Ｓ２６およびＳ２７の処理を実行して、通常リーン燃料モードを実行する。

これに対し、全開でないと判定された場合（ステップＳ４１でＮＯ）、インタークーラ弁８３を開く処理を実行し、続いて上記ステップＳ３５，Ｓ２６およびＳ２７の処理を実行する。これにより、インタークーラ８４の冷却能力が上がり、エンジン１２に吸気される空気の温度が低下する。その結果、ステップＳ３５，Ｓ２６およびＳ２７の処理によって通常リーン燃料モードが実行された場合の排気温度が低減され、排ガス中に含まれるＮＯｘ発生量を低減することができる。このようにインタークーラ８４を用いて排気温度を低減する制御モード実行することで、ＮＯｘの発生を抑制することができる。

図１７において、（ａ）はＮＯｘ還元触媒（ＳＣＲ）の温度、（ｂ）はＳＣＲ浄化特性、（ｃ）は空燃比、（ｄ）はインタークーラ弁の動作、（ｅ）は排気温度をそれぞれ示すグラフである。ここで、（ａ）〜（ｅ）の各グラフにおいて、横軸は時間を表し、時間ｔ１はＳＣＲ温度が所定値Ｔ２を超えた時点であり、時間ｔ２は排気温低減モードを使わない場合のストイキ燃焼モードへの切替時点であり、時間ｔ３は排気温低減モードを使う場合のストイキ燃焼モードへの切替時点である。また、図１７（ａ）〜（ｅ）の各グラフにおいて、破線はインタークーラ８４がない場合を表し、実線はインタークーラ８４を用いた排気温低減モードを行った場合を表している。

図１７（ａ）〜（ｅ）に示すように、本実施形態の内燃機関１０Ｃでは、ＮＯｘ還元触媒４０の温度が所定値Ｔ２以上になったとき、インタークーラ弁８３が全開でない場合にインタークーラ弁８３の開度を増大させて排気温低減モードを実行する。これにより、エンジン１２に供給される吸気温度が低下することによって排ガス温度も低下し、その結果、ＮＯｘ還元触媒４０の温度上昇を抑制することができる。より詳しくは、排気温低減モードを使わない場合には、ＮＯｘ還元触媒４０の温度が時間ｔ２で所定値Ｔ１以上となって通常リーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り替えられることになる。これに対し、本実施形態の内燃機関１０Ｃでは、排気温低減モードを使うことでＮＯｘ還元触媒４０の温度上昇が緩やかになって所定値Ｔ１以上になる時点を時間ｔ３まで延ばすことができる。その結果、ストイキ燃焼モードへの移行タイミングを遅らせることができ、ＮＯｘ排出量が増加しないようにしながら燃費を向上させることができる。

なお、本実施形態ではインタークーラ８４を用いて排気温度を低減する制御モードを行う場合について説明したが、インタークーラ８４の冷却能力を制御するだけでなく、排ガス還流量調整弁５４（排気還流量調整装置）、ターボチャージャ６０の可燃ノズルベーン（過給圧調整装置）および吸気絞り弁２６（空気量調整装置）を同時に制御することで、過給圧を上昇させると共に空燃比およびＥＧＲ率を制御してもよい。

＜第５実施形態＞
次に、図１８〜図２１を参照して第５実施形態の内燃機関１０Ｄについて説明する。図１８は、第５実施形態の内燃機関１０Ｄの全体構成を概略的に示す図である。図１９は、図１８中のＥＧＲクーラ５３を示す図である。以下では、本実施形態の内燃機関１０Ｄについて第４実施形態と相違する構成を主として説明し、上述した第１〜第４実施形態の内燃機関１０，１０Ａ、１０Ｂ，１０Ｃと同一の構成には同一の参照符号を付して説明を適宜に省略する。

本実施形態の内燃機関１０Ｄは、ＥＧＲクーラ（再循環排ガスクーラ）５３を備える。ＥＧＲクーラ５３は、排気還流装置５０によってエンジン１２に再循環される排ガスを冷却する機能を有する。ＥＧＲクーラ５３は、排気還流通路５２において、排ガス流れ方向に関して排ガス還流量調整弁５４の上流側に設けられている。

図１９に示すように、ＥＧＲクーラ５３は、水冷式の冷却装置が好適に用いられる。ＥＧＲクーラ５３は、冷却水の供給管５３ａおよび排出管５３ｂを有し、供給管５３ａには冷却水量を調整するＥＧＲクーラ弁５７が設けられている。ＥＧＲクーラ弁５７は、ＥＧＲクーラ制御装置５５から指令を受けて開度調整される。これにより、ＥＧＲクーラ５３は、冷却水の供給量が調整されることでＥＧＲガスの冷却能力が可変になっている。

再び図１８を参照すると、ＥＧＲクーラ制御装置５５は、燃焼切替制御装置１１に電気的に接続されている。燃焼切替制御装置１１は、ＥＧＲクーラ制御装置５５を介してＥＧＲクーラ弁５７の開度を調整することができ、ＥＧＲクーラ５３の冷却能力を制御することができる。

なお、ＥＧＲクーラ５３の冷却能力は、冷却水温度を変更することによって可変としてもよい。また、ＥＧＲクーラ５３は、水冷式のものに限定されず、空冷式のものであってもよい。この場合、冷却風量を変更することで、ＥＧＲクーラ５３の冷却能力を可変とすることができる。

本実施形態の内燃機関１０Ｄの他の構成は、第４実施形態の内燃機関１０Ｃと同様である。

図２０は、図１８に示した内燃機関１０Ｄの燃焼切替制御装置１１において実行される処理を示すフローチャートである。この処理において、上述した第４実施形態の内燃機関１０Ｃの処理（図１６参照）と同じ処理内容については同一の参照符号を付して説明を適宜に省略する。図２０に示す処理は、ＥＧＲクーラ５３に関連する処理であるステップＳ４３〜Ｓ４６が図１６に示す処理と相違し、他の処理は同じである。

図２０に示すように、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ３０において、ＮＯｘ還元触媒４０の温度Ｔが所定値Ｔ２（ここで、Ｔ２＜Ｔ１）以上か否かを判定する。このステップＳ３０で肯定判定（ＹＥＳ）された場合にはステップＳ４１に進み、否定判定（ＮＯ）された場合にはステップＳ４３に進む。

上記ステップＳ３０で否定判定された場合、すなわち、ＮＯｘ還元触媒４０の温度Ｔが所定値Ｔ２より低い場合、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ４３において、ＥＧＲクーラ弁５７の開度及びインタークーラ弁８３の開度をエンジン回転数Ｎｅおよび燃料噴射量Ｑを２軸の座標とするＥＧＲクーラ用マップおよびインタークーラ用マップでそれぞれ制御する。すなわち、この場合はエンジン１２の負荷状態に基づいてＥＧＲクーラ弁５７およびインタークーラ弁８３の各開度が決定される。そして、燃焼切替制御装置１１は、続くステップＳ３５において、通常リーン燃焼用のマップの使用を決定する。その後、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ２６およびＳ２７において、決定されたマップに基づきエンジン回転数Ｎｅおよび燃料噴射量Ｑから制御パラメータを決定し、この制御パラメータを用いて制御を実行する。すなわち、燃焼切替制御装置１１は、エンジン１２を通常リーン燃焼モードで運転するように制御する。

他方、上記ステップＳ３０において肯定判定された場合、すなわち、ＮＯｘ還元触媒４０の温度Ｔが所定値Ｔ２以上である場合、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ４１およびＳ４２において、インタークーラ弁８３の開度を制御する。この制御は、第４実施形態における図１６の処理と同様である。

燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ４２の処理に続くステップＳ４４において、ＥＧＲクーラ弁５７が開いているか否かを判定する。ここで否定判定（ＮＯ）された場合、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ３５，Ｓ２６およびＳ２７の処理を実行して、通常リーン燃料モードを実行する。他方、ＥＧＲクーラ弁５７が開いていると判定された場合（ステップＳ４４でＹＥＳ）、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ４５において、ＥＧＲクーラ弁５７が全開であるか否かを判定する。ここで、ＥＧＲクーラ弁５７が全開であると判定された場合（ステップＳ４５でＹＥＳ）、ＥＧＲクーラ弁５７の更なる開度増大（すなわち冷却能力アップ）ができないため、燃焼切替制御装置１１はステップＳ３５，Ｓ２６およびＳ２７の処理を実行して、通常リーン燃料モードを実行する。

これに対し、ＥＧＲクーラ弁５７が全開でないと判定された場合（ステップＳ４５でＮＯ）、燃焼切替制御装置１１は、ステップＳ４６においてＥＧＲクーラ弁５７を開く処理を実行し、続いて上記ステップＳ３５，Ｓ２６およびＳ２７の処理を実行する。これにより、ＥＧＲクーラ５３の冷却能力が上がり、エンジン１２に再循環される排ガスの温度が低下し、これに伴って吸気温度が低下する。その結果、ステップＳ３５，Ｓ２６およびＳ２７の処理によって通常リーン燃料モードが実行された場合の排気温度が低減され、排ガス中に含まれるＮＯｘ発生量を低減することができる。このようにＥＧＲクーラ５３を用いて排気温度を低減する制御モード実行することで、ＮＯｘの発生をさらに抑制することができる。

図２１において、（ａ）はＮＯｘ還元触媒（ＳＣＲ）の温度、（ｂ）はＳＣＲ浄化特性、（ｃ）は空燃比、（ｄ）はインタークーラ弁の動作、（ｅ）はＥＧＲクーラ弁の動作、（ｆ）は排気温度をそれぞれ示すグラフである。ここで、（ａ）〜（ｆ）の各グラフにおいて、横軸は時間を表し、時間ｔ１はＳＣＲ温度が所定値Ｔ２を超えた時点であり、時間ｔ２はＥＧＲクーラ５３およびインタークーラ８４による排気温低減モードを使わない場合のストイキ燃焼モードへの切替時点であり、時間ｔ３はインタークーラ８４による排気温低減モードを使った場合のストイキ燃焼モードへの切替時点であり、時間ｔ４はＥＧＲクーラ５３およびインタークーラ８４による排気温度低減モードを使った場合のストイキ燃焼モードへの切替時点である。

また、図２１（ａ）〜（ｆ）の各グラフにおいて、破線はＥＧＲクーラ５３およびインタークーラ８４がないか又は各クーラ５３，８４による排気温度低減モードを実行しない場合を表し、実線はインタークーラ８４を用いた排気温低減モードを行った場合を表し、一点鎖線はＥＧＲクーラ５３およびインタークーラ８４を用いた排気温低減モードを行った場合を表している。

図２１（ａ）〜（ｄ），（ｆ）の各グラフにおいて、破線および実線は、図１７（ａ）〜（ｅ）に示すものと同様である。すなわち、本実施形態の内燃機関１０Ｄでは、ＮＯｘ還元触媒４０の温度が所定値Ｔ２以上になったとき、インタークーラ弁８３が全開でない場合にインタークーラ弁８３の開度を増大させて排気温低減モードを実行する。これにより、エンジン１２に供給される吸気温度が低下することによって排気温度も低下し、その結果、ＮＯｘ還元触媒４０の温度上昇を抑制することができる。

さらに、本実施形態の内燃機関１０Ｄでは、ＥＧＲクーラ５３を用いて、エンジン１２に再循環される排ガスを冷却することによる排気温度低減モードを併せて実行する。具体的には、図２１（ｄ），（ｅ）に示すように、インタークーラ弁８３およびＥＧＲクーラ弁５７の両方が開かれて、吸気温度および再循環排ガス温度が低減される。これにより、図２１（ｆ）に示すように、インタークーラ８４だけを用いた場合よりも排気温度の上昇をより一層緩やかにすることができる。その結果、図２１（ａ）に示すように、ＮＯｘ還元触媒４０の温度Ｔが所定値Ｔ１以上になる時点を時間ｔ４までさらに延ばすことができる。したがって、本実施形態の内燃機関１０Ｄによれば、第４実施形態の内燃機関１０Ｃよりもストイキ燃焼モードへの移行タイミングをさらに遅らせることができ、ＮＯｘ排出量が増加しないようにしながら燃費を向上させることができる。

なお、本実施形態ではＥＧＲクーラ５３とインタークーラ８４の両方を用いて排気温度を低減する制御モードを行う場合について説明したが、ＥＧＲクーラ５３だけを用いて排気温度を低減する制御モードを行ってもよい。この場合、ＥＧＲクーラ５３の冷却能力を制御するだけでなく、排ガス還流量調整弁５４（排気還流量調整装置）、ターボチャージャ６０の可燃ノズルベーン（過給圧調整装置）および吸気絞り弁２６（空気量調整装置）を同時に制御することで、過給圧を上昇させると共に空燃比およびＥＧＲ率を制御してもよい。

なお、本発明に係る内燃機関は、上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲内において種々の変更や改良が可能である。

例えば、上記においては、過給装置としてターボチャージャ６０を用いる例について説明したが、これに限定されるものではない。第１ないし第５実施形態におけるターボチャージャ６０に代えて、エンジン動力によって過給動作する機械式スーパーチャージャを用いてもよい。また、ターボチャージャまたは機械式スーパーチャージャまたはそれらの組合せによって、過給装置を複数段に設けてもよい。さらに、ターボチャージャ、機械式スーパーチャージャ、電動圧縮機に加えて、圧縮空気を貯留する蓄圧タンクを設け、蓄圧タンクから供給された圧縮空気を過給に用いてもよい。第３実施形態において蓄圧タンクを用いて過給する場合、蓄圧タンクの圧縮空気の残量が所定値以下であるときは、上記ステップＳ３３において排気温低減モードに移行しない判定（ＮＯ）を行ってもよい。

また、上記第２ないし第５実施形態においては過給調整装置として可変ノズルベーンを用いた例を説明したが、これに代えて、第１実施形態と同様に制御されるウエストゲートバルブを用いてもよい。

また、第２及び第３実施実施形態では電動圧縮機７０でターボチャージャ６０による過給をアシストする構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、蓄圧タンクを設け、蓄圧タンクから供給される圧縮空気を吸気絞り弁２６の吸気方向下流側、または、タービン６５ａの排気方向上流側に導入して、過給をアシストする構成としてもよい。

さらに、第２実施形態では、排気バイパス流路３４ｂを用いてＮＯｘ還元触媒４０の温度Ｔを低下させる例について説明したが、これに限定されるものではなく、三元触媒とＮＯｘ還元触媒との間に排ガス温度を調整する温調機を設けてもよいし、外部空気を排気系に直接供給してＮＯｘ還元触媒の温度の上昇抑制または低下を図ってもよいし、あるいは、ＮＯｘ還元触媒を冷却する冷却装置を設けてもよい。

さらにまた、上記第１ないし第５実施形態において、ＮＯｘ還元触媒がＳＣＲの場合は、その上流側に還元剤（例えば、尿素）を添加する装置を排気系３０に設けることが望ましい。

１０，１０Ａ 内燃機関、１１ 燃焼切替制御装置、１２ エンジン、１４ シリンダ、１６ 燃料噴射装置、１８ 噴射制御装置、２０ 回転数センサ（回転数取得手段）、２１ 吸気系、２２ 第１吸気通路、２４ 第２吸気通路、２６ 吸気絞り弁、２８ 吸排気制御装置、３０ 排気系、３２ 第１排気通路、３４ 第２排気通路、３４ａ 主排気流路、３４ｂ 排気バイパス流路、３６ タービンバイパス流路、３８ 三元触媒、４０ ＮＯｘ還元触媒、４１ 温度センサ（温度取得手段）、４２ ウエストゲートバルブ（過給圧調整装置）、５０ 排気還流装置、５２ 排気還流通路、５３ ＥＧＲクーラ（再循環排ガスクーラ）、５４ 排ガス還流量調整弁（排気還流量調整装置）、５５ ＥＧＲクーラ制御装置、５７ ＥＧＲクーラ弁、６０ ターボチャージャ（過給装置）、６２ コンプレッサ室、６３，７２ コンプレッサホイール、６４ タービン室、６５ タービン、６５ａ 可変ノズルベーン付きタービン、６６ シャフト、７０ 電動圧縮機（過給装置）、７４ モータ（過給圧調整装置）、７６ 電動過給装置制御装置、７８ 電力線、８０ アクセルペダル、８２ 開度センサ、８３ インタークーラ弁、８４ インタークーラ、８６ インタークーラ制御装置、Ａ 吸気方向、Ｂ バッテリ、Ｅ 排ガス排出方向、Ｎｅ エンジン回転数、Ｑ 燃料噴射量、Ｔ 温度またはＮＯｘ還元触媒温度、Ｖ１ 第１開閉弁（流路切替装置）、Ｖ２ 第２開閉弁（流路切替装置）。

Claims (30)

1. エンジンと、
   前記エンジンから排気された排ガスを浄化する三元触媒およびＮＯｘ還元触媒と、
   前記ＮＯｘ還元触媒の温度を取得する温度取得手段と、
   前記エンジンの回転数を取得する回転数取得手段と、
   前記エンジンにおける燃料噴射量を制御する噴射制御装置と、
   前記温度取得手段によって取得されたＮＯｘ還元触媒温度、前記回転数取得手段によって取得されたエンジン回転数、および、前記噴射制御装置から取得された燃料噴射量に基づいて、前記エンジンの燃焼モードをリーン燃焼モードとストイキ燃焼モードとの間で切り替える燃焼切替制御装置と、を備える、
   内燃機関。
2. 前記燃焼切替制御装置は、リーン燃焼モードにおいてＮＯｘ還元触媒温度が所定値以上であるとき、ストイキ燃焼モードに切り替えることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記燃焼切替制御装置は、ストイキ燃焼モードにおいてＮＯｘ還元触媒温度が所定値以上であるとき、ストイキ燃焼モードを維持することを特徴とする、請求項１または２に記載の内燃機関。
4. 前記燃焼切替制御装置は、ストイキ燃焼モードでは空燃比が化学量論比となるように前記エンジンの吸気状態を制御する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関。
5. 前記温度取得手段は、前記ＮＯｘ還元触媒の温度を検出または予測する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関。
6. 前記ＮＯｘ還元触媒は、選択還元型触媒（ＳＣＲ）および／または吸蔵還元型触媒（ＮＳＲ）である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関。
7. 前記ＮＯｘ還元触媒は、排ガス排出方向に関して前記三元触媒の下流側に配置される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関。
8. 前記エンジンの排ガスの一部を再循環する排気還流装置と、
   前記エンジンに再循環する排ガス量を調整する排気還流量調整装置と、
   前記エンジンに吸気される空気を過給する過給装置と、
   前記過給装置による過給圧を調整する過給圧調整装置と、
   吸気される空気量を調整する空気量調整装置と、を更に備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関。
9. 前記過給装置は、ターボチャージャ、機械式スーパーチャージャ、および、電動圧縮機の少なくとも１つで構成される、請求項８に記載の内燃機関。
10. 前記過給圧調整装置は、タービンバイパス流路に設けられたウエストゲートバルブ、タービンに当たる排ガス流速を可変する可変ノズルベーン、または、電動圧縮機のモータで構成される、請求項８または９に記載の内燃機関。
11. 前記燃焼切替制御装置は、ストイキ燃焼モードにおいてはエンジン運転条件に応じた所定の吸気酸素濃度および過給圧となるように前記排気還流量調整装置および前記空気量調整装置を制御し、エンジン運転条件に応じた所定の燃料噴射制御を行う、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の内燃機関。
12. 前記燃焼切替制御装置は、ストイキ燃焼モードにおいてはエンジン運転条件に応じて所定の吸気酸素濃度および過給圧となるように前記排気還流量調整装置、前記空気量調整装置、および、前記過給圧調整装置を制御し、エンジン運転条件に応じた所定の燃料噴射制御を行う、請求項８〜１１のいずれか一項に記載の内燃機関。
13. 前記燃焼切替制御装置は、エンジン回転数および燃料噴射量からストイキ燃焼領域か否かを判定し、ＮＯｘ還元触媒の温度が所定値以上であるが、ストイキ燃焼領域外であるとき、前記過給圧調整装置によって過給圧を上昇させた高過給リーン燃焼を行うように制御する、請求項８〜１２のいずれか一項に記載の内燃機関。
14. 前記三元触媒と前記ＮＯｘ還元触媒との間から分岐してＮＯｘ還元触媒の排気方向下流側で合流する排気バイパス流路、および、排ガスが前記ＮＯｘ還元触媒を通過する流路と前記排気バイパス流路とを選択的に切替可能にする流路切替装置を備える、請求項８〜１３のいずれか一項に記載の内燃機関。
15. 前記流路切替装置は、通常時であるリーン燃焼モードにおいては排ガスが前記三元触媒および前記ＮＯｘ還元触媒を通過するように前記燃焼切替制御装置によって操作される、請求項１４に記載の内燃機関。
16. 前記流路切替装置は、ストイキ燃焼モードにおいて、前記ＮＯｘ還元触媒を通過する排ガス量を減少させ、前記排気バイパス流路を通過する排ガス量を増加させるように前記燃焼切替制御装置によって操作される、請求項１５に記載の内燃機関。
17. 前記流路切替装置は、前記ＮＯｘ還元触媒の温度に応じて、前記ＮＯｘ還元触媒と前記排気バイパス流路を通過する排ガス量を調整するように前記燃焼切替制御装置によって操作される、請求項１６に記載の内燃機関。
18. 前記過給装置は主過給装置および副過給装置を含み、前記主過給装置はターボチャージャおよび／または機械式スーパーチャージャであり、前記副過給装置は電動圧縮機および／または蓄圧タンクであり、前記副過給装置の過給圧調整装置として電動圧縮機のモータおよび蓄圧タンクのバルブを備えており、
    前記燃焼切替制御装置は、前記ＮＯｘ還元触媒の温度が所定値Ｔ１未満でかつ所定値Ｔ２以上である（ただし、Ｔ２＜Ｔ１）場合、前記副過給装置の過給圧調整装置を用いて過給圧を上昇させて排気温度を低減する制御モードに移行する、請求項８に記載の内燃機関。
19. 前記燃焼切替制御装置は、排気温度を低減する制御モードにおいて、運転条件に応じて前記副過給装置の過給圧調整装置だけでなく、前記排気還流量調整装置、前記空気量調整装置、前記主過給装置の過給圧調整装置と同時に制御することで、過給圧の上昇と同時に空燃比およびＥＧＲ率を制御する、請求項１８に記載の内燃機関。
20. 前記燃焼切替制御装置は、前記ＮＯｘ還元触媒の温度が所定値Ｔ１未満でかつ所定値Ｔ２以上である場合であっても、前記電動圧縮機のモータを駆動するバッテリの残量および／または前記蓄圧タンクの圧縮空気の残量が所定値以下であれば排気温度を低減する制御モードに移行しない、請求項１８または１９に記載の内燃機関。
21. 前記燃焼切替制御装置は、前記エンジンがストイキ燃焼モードで運転されている状態において所定の条件を満たす場合、前記副過給装置の過給圧調整装置、および、前記排気還流量調整装置を用いて、吸気の導入量を変化させることなく排気還流量を増加させることにより排気温度を低減するＥＧＲストイキ燃焼モードに切り替える、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の内燃機関。
22. 前記燃焼切替制御装置は、前記エンジンがストイキ燃焼モードで運転されている状態において、エンジン回転数とトルクからＥＧＲストイキ燃焼モードに切り替えた場合における前記ＮＯｘ還元触媒の温度を推定し、この推定温度が所定値Ｔ１未満になるときＥＧＲストイキ燃焼モードに切り替える、請求項２１に記載の内燃機関。
23. 吸気方向に関して前記過給装置の下流側に吸気を冷却するインタークーラが設けられ、前記インタークーラは吸気冷却能力が可変になっている、請求項８に記載の内燃機関。
24. 前記燃焼切替制御装置は、前記ＮＯｘ還元触媒の温度が所定値Ｔ１未満でかつ所定値Ｔ２以上である（ただし、Ｔ２＜Ｔ１）場合、前記インタークーラの冷却能力を上げて吸気温度を低下させることで、排気温度を低減する制御モードを実行する、請求項２３に記載の内燃機関。
25. 前記燃焼切替制御装置は、前記インタークーラの冷却能力を制御するだけでなく、前記排気還流量調整装置、前記過給圧調整装置および前記空気量調整装置を同時に制御することで、過給圧を上昇させると共に空燃比およびＥＧＲ率を制御する、請求項２３または２４に記載の内燃機関。
26. 前記排気還流装置は再循環される排ガスを冷却する再循環排ガスクーラを有し、前記再循環排ガスクーラは排ガス冷却能力が可変になっている、請求項８に記載の内燃機関。
27. 前記燃焼切替制御装置は、前記ＮＯｘ還元触媒の温度が所定値Ｔ１未満でかつ所定値Ｔ２以上である（ただし、Ｔ２＜Ｔ１）場合、前記再循環排ガスクーラの冷却能力を上げて吸気温度を低下させることで、排気温度を低減する制御モードを実行する、請求項２６に記載の内燃機関。
28. 前記燃焼切替制御装置は、前記再循環排ガスクーラの冷却能力を制御するだけでなく、前記排気還流量調整装置、前記過給圧調整装置および前記空気量調整装置を同時に制御することで、過給圧を上昇させると共に空燃比およびＥＧＲ率を制御する、請求項２６または２７に記載の内燃機関。
29. 吸気方向に関して前記過給装置の下流側に吸気を冷却するインタークーラが設けられ、前記インタークーラは吸気冷却能力が可変になっており、
    前記排気還流装置は再循環される排ガスを冷却する再循環排ガスクーラを有し、前記再循環排ガスクーラは排ガス冷却能力が可変になっており、
    前記燃焼切替制御装置は、前記インタークーラおよび前記再循環排ガスクーラの各冷却能力を制御することで、排気温度を低減する制御モードを実行する、請求項８に記載の内燃機関。
30. 前記燃焼切替制御装置は、前記インタークーラおよび前記再循環排ガスクーラの各冷却能力を制御するだけでなく、前記排気還流量調整装置、前記過給圧調整装置および前記空気量調整装置を同時に制御することで、過給圧を上昇させると共に空燃比およびＥＧＲ率を制御する、請求項２９に記載の内燃機関。

Images