JP3812240B2 - 圧縮着火エンジンの排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、圧縮着火エンジンの排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気中の有害成分であるＮＯｘの発生を抑制する手段として、吸気系に排気の一部を再循環させる排気還流装置（ＥＧＲ装置）が用いられている。このＥＧＲ装置では、排気の一部を吸気系に導くためのＥＧＲ通路にＥＧＲ弁を装着し、ＥＧＲの必要な領域でＥＧＲ弁を開いて所定量の排気（ＥＧＲガス）を吸入空気に混合させることにより、燃焼時の最高温度を下げてＮＯｘの発生量を抑えることができる。
【０００３】
また、排気中のＮＯｘを除去する排気浄化装置として特許公報第2600492号に開示されたものがある。これによると、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘを吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を排気通路に配置し、エンジンをリーン空燃比で運転しているときの排気中のＮＯｘをＮＯｘ吸収剤に吸収させている。
【０００４】
そして、ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量が増大するとＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力が低下してくるので、リーン空燃比運転が一定時間続きＮＯｘ吸収剤の吸収したＮＯｘ量が増大した場合にはエンジンの運転空燃比を短時間リッチ又は理論空燃比に切り換えて排気中の酸素濃度を低下させ、ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘを放出させている。放出されたＮＯｘは排気中の未燃ＨＣ、ＣＯ等の成分により還元浄化される。
【０００５】
なお、この特許公報第2600492号は火花点火エンジンを対象としたものであるが、圧縮着火エンジン、特にディーゼルエンジンであっても、吸気通路に吸気絞り弁（スロットル弁）を設け、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させる際に吸気絞り弁を閉弁方向に制御し且つ燃料噴射量を一定量増量することにより、あるいは、ＮＯｘ吸収剤上流の排気中に別途炭化水素を供給することにより、ＮＯｘ吸収剤に流入する排気をリッチ化でき、同様のＮＯｘ放出浄化処理が可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、拡散燃焼が主体のディーゼルエンジンにおいて吸気絞り弁を閉弁方向に制御し、燃焼室内の平均空燃比をリッチ化すると、燃焼が大幅に悪化し、ＮＯｘは低減されるものの多量のスモークが発生する。また、この状態で燃料噴射量を増量させるとＮＯｘ吸収剤に供給されるＨＣ、ＣＯは増加するが、スモークはさらに増加する。
【０００７】
さらに、空気過剰率が１以下となると比熱比が小さくなって熱効率が低下し、また、吸入空気量の減少に伴いポンピングロスが増加するのでエンジンが発生するトルクが低下し、運転性が悪化する。
【０００８】
一方、ＮＯｘ吸収剤上流の排気中に別途炭化水素を供給することによってＮＯｘ吸収剤へ流入する排気をリッチ化する場合、その炭化水素を供給する装置を追加する必要があり、構造が複雑になる。供給する炭化水素として軽油以外を用いる場合には、それを貯蔵するタンクを燃料タンクとは別に車両に装着する必要もある。また、軽油を供給する場合であっても、軽油には重質の多環芳香族等が多量に含まれており、供給された軽油の多くは還元に寄与せずそのまま放出されてしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記技術的課題を鑑みてなされたものであり、排気通路にＮＯｘ吸収剤を備えた圧縮着火エンジンにおいて、リーン燃焼運転時にＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘを空気過剰率を低下させて放出浄化する際の排気組成の悪化と運転性の悪化を防止することを目的とする。
【００１０】
【問題点を解決するための手段】
第１の発明は、排気の一部を吸気系に還流することにより燃焼温度を下げるとともに燃料噴射時期の遅角化により着火遅れ期間を長くし、上死点後に熱発生パターンが単段の予混合燃焼の形となる燃焼を行う圧縮着火エンジンの排気浄化装置において、流入する排気の空気過剰率に応じて排気中のＮＯｘを吸収あるいは吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤と、吸収されたＮＯｘ量の増大による前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力の低下を判断する手段と、前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力が低下したと判断された場合に、前記上死点後の熱発生パターンが単段の予混合燃焼の形となる燃焼を維持した状態で空気過剰率を低下させ、前記ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘを放出浄化処理する手段とを備えたこと特徴とするものである。
【００１１】
第２の発明は、排気の一部を吸気系に還流することにより燃焼温度を下げるとともに燃料噴射時期の遅角化により着火遅れ期間を長くし、上死点後に熱発生パターンが単段の予混合燃焼の形となる燃焼を行う圧縮着火エンジンの排気浄化装置において、流入する排気の空気過剰率に応じて排気中のＮＯｘを吸収あるいは吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤と、エンジンの吸入空気量を調整する吸入空気量調整手段と、排気還流量を調整する排気還流量調整手段と、ＮＯｘ吸収量の増大による前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力の低下を判断する手段と、前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力が低下したと判断された場合に、運転条件に応じて前記吸入空気量調整手段により吸入空気量を制御するとともに、そのときの吸入空気量又は吸気管圧力に応じて前記排気還流量調整手段により排気還流量を制御し、前記上死点後に熱発生パターンが単段の予混合燃焼の形となる燃焼を維持した状態で空気過剰率を所定値まで低下させ、前記ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘを放出浄化処理するＮＯｘ放出浄化処理手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
第３の発明は、第２の発明において、吸入空気量制御手段が吸気通路に設けられた吸気絞り弁であることを特徴とするものである。
【００１３】
第４の発明は、第２の発明において、吸入空気量制御手段がエンジンの過給圧を制御することで吸入空気量を制御することを特徴とするものである。
【００１４】
第５の発明は、第２から第４の発明において、前記吸入空気量調整手段によって調整された吸入空気量あるいは吸気管圧力に応じて燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
第６の発明は、第５の発明において、燃料噴射量補正手段が、吸入空気量が所定の基準値以下あるいは吸気管圧力が所定の基準値以下の場合に、燃料噴射量を所定の基準値と吸入空気量又は吸気管圧力の差に応じて増量補正することを特徴とするものである。
【００１６】
第７の発明は、第２から第４の発明において、前記吸入空気量調整手段によって調整された吸入空気量あるいは吸気管圧力に応じて燃料噴射時期を補正する燃料噴射時期補正手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
第８の発明は、第７の発明において、燃料噴射時期補正手段が、吸入空気量が所定の基準値以下あるいは吸気管圧力が所定の基準値以下の場合に、燃料噴射時期を所定の基準値と吸入空気量又は吸気管圧力との差に応じて進角補正することを特徴とするものである。
【００１８】
第９の発明は、第２から第４の発明において、吸入空気量調整手段が、吸入空気量をエンジン負荷及びエンジン回転数に応じて調整することを特徴とするものである。
【００１９】
第１０の発明は、第２から第９の発明において、ＮＯｘ放出浄化処理手段が、前記ＮＯｘ吸収剤にＮＯｘ量が所定値以上吸収されたと判断された後に所定期間前記ＮＯｘ放出浄化処理を行うことを特徴とするものである。
【００２０】
第１１の発明は、第２から第１０の発明において、ＮＯｘ放出浄化処理手段が、前記ＮＯｘ吸収剤にＮＯｘ量が所定値以上吸収されたと判断された後の減速中、前記吸入空気量調整手段により吸入空気量を最小値に調整するとともに、前記排気還流量調整手段により排気還流量を最大値に調整し、定常又は加速運転条件に移行したと判断された後に前記ＮＯｘ放出浄化処理を行うことを特徴とするものである。
【００２１】
第１２の発明は、第２から第１１の発明において、ＮＯｘ吸収剤温度が所定値以下の場合、前記ＮＯｘ放出浄化処理手段が前記ＮＯｘ放出浄化処理を行わないことを特徴とするものである。
【００２２】
【作用及び効果】
第１から第４の発明によると、ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘを放出させるときにも上死点後の熱発生パターンが単段の予混合燃焼の形となる燃焼を維持するようにしたことにより、スモーク、粒子状物質（ＰＭ）を増加させることなくＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させることができる。また、このとき、エンジンからのＣＯ排出量が増大するので、ＮＯｘ吸収剤から放出されたＮＯｘを効果的に還元浄化することができる。
【００２３】
また、第５、第６の発明によると、吸入空気量又は吸気管圧力に応じて燃料噴射量が補正されるので、吸入空気量の減少に伴うトルク低下、具体的にはポンピングロスや熱効率の悪化に伴うトルク低下が補正され、吸入空気量を減少させたことによるトルク段差が無くなり、運転性の悪化を防止できる。
【００２４】
また、第７、第８の発明によると、吸入空気量又は吸気管圧力に応じて、燃料噴射時期が補正される。これにより、吸入空気量減少によって生じる圧縮上死点での圧縮温度低下に伴う着火遅れ期間の増加が補正され、着火遅れ増加による排気組成の悪化を最小限に抑えることができ、熱発生パターンが単段の予混合燃焼の形態を維持できるとともに失火の発生も防止できる。
【００２５】
また、第９の発明によると、吸入空気量がエンジン負荷及び回転数に応じて制御されるので、常に適正な空気過剰率に維持され、空気過剰率が小さすぎることによる燃費悪化が防止されるとともに、空気過剰率がＮＯｘ吸収剤からＮＯｘが効率的に放出される値からずれてしまい、ＮＯｘの放出浄化処理が不完全に行われるのを防止できる。
【００２６】
また、第１０の発明によると、ＮＯｘ吸収剤にＮＯｘが所定量以上吸収されたと判断されたときにＮＯｘの放出浄化処理が行われる。これにより、必要以上にＮＯｘ放出浄化処理が行われることによる燃費の悪化を抑えることができる。
【００２７】
また、第１１の発明によると、減速中、吸入空気量が最小値に制御されるとともに排気還流量が最大値に制御されるので、ＮＯｘ吸収剤への排気の流入が最小限に抑えられ、ＮＯｘ吸収剤の保温及びＨＣ、ＣＯ等との反応による昇温が図られる。これにより、その後定常又は加速運転条件に移行し、吸収されたＮＯｘを放出浄化すべく空気過剰率を所定値まで低下させるときに、ＮＯｘ吸収剤から効果的にＮＯｘを放出できる温度条件とすることができる。
【００２８】
また、第１２の発明によるとＮＯｘ吸収剤の温度が所定値以下の場合はＮＯｘの放出浄化処理は行われない。これにより、ＮＯｘを放出浄化可能な状況でのみＮＯｘ放出浄化処理が行われるので、ＮＯｘを放出浄化できない状況にもかかわらずＮＯｘ放出浄化処理が行われ、燃費だけが悪化するという状況を回避できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００３０】
図１は、本発明に係る排気浄化装置を備えたディーゼルエンジンの概略構成を示す。図中１は可変容量過給機であり、過給機１はエアフィルタ２を介して吸気通路３に吸入された空気を吸気コンプレッサ１Ａにより圧縮過給し、下流の吸気マニホールド４へ送り込む。
【００３１】
エンジン５はコモンレール式の燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジンであり、燃焼室毎に装着された燃料噴射弁６には燃料ポンプ７によって加圧された燃料が供給され、燃料噴射弁６から各燃焼室に向けて燃料が噴射される。燃料噴射弁６から噴射された燃料は圧縮着火して燃焼する。
【００３２】
また、排気マニホールド８の途中と吸気マニホールド４の途中とを接続する排気還流路（以下、ＥＧＲ通路）１０が設けられ、このＥＧＲ通路１０の途中には排気還流弁（以下、ＥＧＲ弁）９が介装される。デューティ制御される電磁弁１２で大気との希釈割合を変化させるとＥＧＲ弁９の圧力室１３に導かれる圧力が変化し、ＥＧＲ弁９の開度が変化してＥＧＲ率が変化する。
【００３３】
また、吸気コンプレッサ１Ａの上流には吸気を絞る吸気絞り弁２０が介装されている。吸気絞り弁２０の開度は、デューティ制御される電磁弁２２でバキュームポンプ１１からの負圧と大気との希釈割合を変化させ、ダイアフラム装置２１の圧力室２１Ａに導かれる圧力を変化させることにより制御される。
【００３４】
また、エンジン５の各気筒にはタンジェンシャルポートとヘリカルポートが設けられ、タンジェンシャルポートにはスワールコントロール弁が設けられている（図示せず）。スワールコントロール弁は負圧アクチュエータに接続されており、スワールコントロール弁開度の制御は負圧アクチュエータに供給される負圧を制御する電磁弁を制御することにより行われる。
【００３５】
これらＥＧＲ弁９、吸気絞り弁２０、スワールコントロール弁の開度の制御及び燃料の噴射量・噴射時期の制御はコントローラ３０により行われる。
【００３６】
燃焼後の排気は排気マニホールド８を通って過給機１の排気タービン１Ｂを回転駆動した後、ＮＯｘ吸収剤１６で浄化され、マフラー１７で消音されて大気中に放出される。
【００３７】
また、過給機１には可変ノズル１Ｇが設けられている。この可変ノズル１Ｇはダイアフラム装置１Ｈによって開度が制御される。可変ノズル１Ｇの開度に応じて排気タービン１Ｂの回転数が制御されるとエンジン５の吸入空気量が制御される。ダイアフラム装置１Ｈの圧力室１Ｊへ供給される負圧は、デューティ制御される電磁弁１Ｋでバキュームポンプ１１からの負圧と大気との希釈割合を調整することによって制御される。
【００３８】
また、過給機１にはウエストゲートバルブ１Ｆが設けられている。ウエストゲートバルブ１Ｆはダイアフラム装置１Ｄによって開度が制御される。ウエストゲートバルブ１Ｆの開度に応じても排気タービン１Ｂの回転数が制御され、エンジン５の吸入空気量が制御される。ダイアフラム装置１Ｄの圧力室１Ｅへの供給負圧は、デューティ制御される電磁弁１Ｃでバキュームポンプ１１からの負圧と大気との希釈割合を調整することによって制御される。なお、可変ノズル１Ｇとウエストゲートバルブ１Ｆは、どちらか一方が設けられていれば吸入空気量の制御が可能である。これら可変ノズル１Ｇ、ウエストゲートバルブ１Ｆの制御もコントローラ３０により行われる。
【００３９】
一方、過給機１の吸気コンプレッサ１Ａ上流の吸気通路３には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３１が設けられている。また、エンジン回転数Neを検出するエンジン回転数センサ３２、アクセルペダル操作量を検出するアクセル操作量センサ３３、クランク角を検出するクランク角度センサ３４、ＮＯｘ吸収剤上流には温度センサ３５等が設けられる。また、吸気マニホールド４には吸気管圧力センサ３６が設けられ、これらセンサの出力はコントローラ３０に入力される。
【００４０】
図２は燃料噴射装置の概略構成を示す。
【００４１】
エンジン５の気筒毎に設けられた燃料噴射弁６は、噴射管８６を介してコモンレール８５に接続されている。コモンレール８５には供給管８７、チェック弁８８を介して燃料ポンプ７が接続されている。燃料ポンプ７は燃料タンク８９から燃料フィルタ９０を介して、燃料フィードポンプ９１を経て吸入された燃料を昇圧し、所定の高圧に制御する。すなわち、エンジン回転に同期してカムロブを有するドライブシャフト９２が回転し、燃料ポンプ７内のピストンが往復運動し、燃料フィードポンプ９１からの燃料が加圧され、コモンレール８５に供給される。また、燃料ポンプ７には常にコモンレール圧を所望の圧力に制御するための電磁弁９３が設けられる。
【００４２】
コントローラ３０は、エンジン回転数Ne、アクセル操作量、クランク角度から判断されるエンジン状態に応じて決定される最適の噴射量、噴射時期となるよう燃料噴射弁６を駆動する。さらに、コモンレール圧を検出する圧力センサ９４がコモンレール８５に設けられ、コントローラ３０はこの圧力センサ９４の信号が予め負荷やエンジン回転数Neに応じて設定した最適値となるように吐出量を制御する。
【００４３】
次に、図３から図５を参照しながらＮＯｘ吸収剤１６について説明する。
【００４４】
ＮＯｘ吸収剤１６は、例えばアルミナ等の担体を使用し、この担体上に例えばセシウム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のような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されている。
【００４５】
このＮＯｘ吸収剤１６は、空気過剰率が所定値以上で且つ吸収剤１６の温度（吸収剤入口の排温でほぼ代用可能）が所定の範囲内（Ｔ１〜Ｔ２）の場合にＮＯｘを吸収する。そのため、図３に示すように、所定の排温Ｔ１（例えば１００℃）以下ではＮＯｘの吸収量が減少し、所定温度Ｔ２（例えば４５０℃）以上ではＮＯｘの吸収量が減少する。
【００４６】
ＮＯｘの吸収・放出作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もあるが、ＮＯｘの吸収・放出作用は図４、図５に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。
【００４７】
すなわち、リーン燃料運転時はＮＯｘ吸収剤に流入する排気がかなりリーンである為、図４に示されるように排気中の酸素Ｏ2がＯ2 -の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、排気中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でこのＯ2 -と反応し、ＮＯ2となる（２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2）。生成されたＮＯ2の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ吸収剤内に吸収されてランタンＬａと結合しながら硝酸イオンＮＯ3 -の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤１６内に吸収される。なお、この反応は還元剤となるＨＣ、ＣＯが少ない条件で発生するものであり、還元剤が多いと吸収は行われない。
【００４８】
これに対し、図５に示すように、温度が所定範囲内に有り、且つ空気過剰率が所定値以下になると、吸収されていたＮＯｘは、平衡分解によってＮＯ、Ｏ2として放出されるとともに排気中のＨＣ、ＣＯによって還元反応が起こり、Ｎ2となる。図３で所定温度Ｔ２以上でＮＯｘの吸収量が減少しているのは、このようにＮＯｘの平衡分解によって分解されて放出されるＮＯｘの量が増大するためである。
【００４９】
なお、ここでは担体上に白金ＰｔおよびランタンＬａを担持させた場合を例にとって説明したが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムでＮＯｘの吸収・放出が行われる。
【００５０】
次に、コントローラ３０が行う制御について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。
【００５１】
これによると、まず、ステップＳ１でエンジン回転数センサ３２、アクセル操作量センサ３３の出力が読み込まれ、ステップＳ２で図７に示すマップより目標燃料噴射量Qが読み込まれる。
【００５２】
次にステップＳ３で後述する噴射量補正量が読み込まれ、ステップＳ４で最終噴射量が、ステップＳ２で読み込まれた目標燃料噴射量QとステップＳ３で読み込まれた噴射量補正量を加算することによって求められる。
【００５３】
ステップＳ５では図８に示すマップより燃料噴射時期の目標噴射時期（噴射開始時期）が読み込まれ、ステップＳ６で後述する噴射時期補正量が読み込まれ、ステップＳ７で最終噴射時期が、ステップＳ５で読み込まれた目標噴射時期とステップＳ６で読み込まれた噴射時期補正量を加算することによって求められる。
【００５４】
ステップＳ８では図９に示すマップから目標噴射圧が読み込まれる。この目標噴射圧に基づきステップＳ９では燃料ポンプ７の吐出量を制御する電磁弁９３に対して制御値が出力される。
【００５５】
そして、ステップＳ１０ではコモンレール８５内の燃料圧力が圧力センサ９４で読み込まれ、ステップＳ１１では燃料噴射弁６を駆動する圧電素子への通電時期（噴射開始時期）と通電期間が演算される。通電時間は、例えば、燃料圧力毎に設定された所定の通電期間マップ等から補間計算によって求められる。そして、ステップＳ１２では、所定の噴射時期からステップＳ１１で演算した期間だけ燃料噴射弁６を駆動する圧電素子に通電され、燃料が噴射される。
【００５６】
さらにステップＳ１３では、目標ＥＧＲ弁開度が図１０に示すマップより読み込まれる。図１０は便宜上縦軸をトルクで記載しているが、目標噴射量とエンジン回転数からのマップでも良い。ステップＳ１４では後述するＥＧＲ弁開度補正量が読み込まれ、ステップＳ１５では目標ＥＧＲ弁開度とＥＧＲ弁開度補正量を加算することによって最終ＥＧＲ弁開度が演算される。
【００５７】
この最終ＥＧＲ弁開度に応じて、ステップＳ１６では、例えば、ＥＧＲ弁開度に応じたマップから読み出す等によりＥＧＲ弁９を制御する電磁弁１２のデューティ比が演算され、ステップＳ１７でその値が出力される。
【００５８】
さらに、ステップＳ１８で図１１に示すマップから要求スワール比が読み込まれ、ステップＳ１９でスワールコントロール弁を負圧アクチュエータを介して制御する電磁弁に出力するデューティ比が演算され、ステップＳ２０でこれが出力されることによって所望のスワール比が実現される。なお、このフローには示していないが、ＥＧＲ率はエンジン５の冷却水温度が低い場合は減量補正され、また、燃料噴射時期は進角される。
【００５９】
次に、ステップＳ２１では図１２に示す可変ノズル過給機１の目標ノズル開度がマップから読み出され、ステップＳ２２で後述するノズル開度補正量が読み込まれる。そして、ステップＳ２３で目標ノズル開度とノズル開度補正量を加算することによって最終ノズル開度が求められ、ステップＳ２４で電磁弁１Ｋに出力するデューティ比が演算され、ステップＳ２５で出力されることによって所望のノズル開度を得る。
【００６０】
なお、ここでは可変容量過給機１のノズル開度を制御することによって吸入空気量を制御しているが、ウェストゲート１Ｆを制御することによって吸入空気量を制御するようにしてもよく、この場合は、電磁弁１Ｃに出力するデューティ比が演算され出力される。
【００６１】
以上のようにして大量ＥＧＲと燃料噴射時期の遅角化を行うことにより、燃焼温度が低下するとともに着火遅れ期間が大幅に長くなり、エンジン５は熱発生パターンが単段の予混合燃焼状態での運転を行うことができる。
【００６２】
このときの熱発生パターンと排気性能の関係を図１３に示す。図示されるように、熱発生パターンがエンジン５の上死点後に予混合燃焼の形となり、比較として示した従来の燃焼に比べ、低ＮＯｘ、低スモークの両立が図られる。また、この燃焼は図１４に示すように、上記着火遅れ期間中に燃料の大部分が噴射される、すなわち、燃料の噴射終了後に燃焼が発生する燃焼であることによって特徴付けられる。
【００６３】
次に、ＮＯｘ吸収剤１６に吸収されたＮＯｘを放出還元するときにコントローラ３０が行う制御について図１５を参照しながら説明する。
【００６４】
これによると、まずステップＳ３１で後述するFlagがチェックされ、セットされていなければステップＳ３２に進み、セットされていればステップＳ３６に進む。
【００６５】
ステップＳ３２ではＮＯｘ吸収剤１６のＮＯｘ吸収量が演算される。ＮＯｘ吸収量は、例えば図１６に示すマップから読み込まれたエンジン５から排出される単位時間当たりのＮＯｘ排出量に、図１７に示すマップから読み込まれたＮＯｘ吸収剤１６の吸収率を積算した値を累積することによって求めることができる。
【００６６】
次に、ステップＳ３３でステップＳ３２で演算したＮＯｘ吸収量と所定値Ａの比較が行われ、ＮＯｘ吸収量が所定値Ａ以上であればステップＳ３４に進んで、ＮＯｘ吸収剤上流の温度センサ３５の検出値が読み込まれ、所定温度Ｂ以上であればステップＳ３６に進む。
【００６７】
なお、ステップＳ３３でＮＯｘの吸収量（演算値）が所定値Ａ未満であれば何もせずに本ルーチンを抜ける。また、ステップＳ３４でＮＯｘ吸収剤１６の上流温度が所定温度Ｂ未満であっても何もせずに本ルーチンを抜ける。
【００６８】
ステップＳ３６ではカウンタと所定値Ｃの比較が行われ、カウンタの値が所定値Ｃ未満であればステップＳ３７に進む。
【００６９】
ステップＳ３７ではFlagがセットされる。したがって、これ以降、ステップＳ３１でFlagがチェックされると、ステップＳ３２からステップＳ３５がバイパスされ、ステップＳ３６でカウンタの値が所定値Ｃ以上となるまでステップＳ３８以降の演算が実行される。
【００７０】
ステップＳ３８からＳ４１では、熱発生パターンが単段の予混合燃焼状態を維持した状態で空気過剰率を所定値（＝１近傍）に制御すべく、後述する吸入空気量制御、燃料噴射量補正制御、燃料噴射時期補正制御及びＥＧＲ弁開度補正制御が実行され、ステップＳ４２でＮＯｘ吸収量をゼロとし、ステップＳ４３でカウンタをインクリメントする。
【００７１】
カウンタの値が所定値Ｃ以上となると、ステップＳ３６からステップＳ４４に進み、ステップＳ４４でFlagがリセットされ、ステップＳ４５でカウンタの値がゼロとされ、ステップＳ４６からＳ４９で噴射量補正量、噴射時期補正量、ＥＧＲ弁開度補正量及びノズル開度補正量がゼロとされ、本ルーチンを終了する。
【００７２】
また、ＮＯｘ吸収剤１６に吸収されたＮＯｘを放出還元するときにコントローラ３０が行う制御の別の例を図１８に示す。
【００７３】
これについて説明すると、まず、ステップＳ５１でFlagがチェックされ、ステップＳ５２ではＮＯｘ吸収剤１６へのＮＯｘ吸収量が演算される。ＮＯｘ吸収量は、例えば、図１６に示したマップからＮＯｘ排出量が読み込まれ、これに図１７に示したマップから読み込まれたＮＯｘ吸収率を積算したものを累積することによって求められる。
【００７４】
次に、ステップＳ５３で、ステップＳ５２で演算されたＮＯｘ吸収量と所定値Ａの比較が行われ、ステップＳ５４では車両が減速中か否かの判断が行われる。減速中か否かは、例えばアクセル操作量の変化率が所定値以下であり、且つ、車速の変化率がマイナスの所定値以下か否かによって判断できる。
【００７５】
ステップＳ５４で減速中と判断されると、ステップＳ５５で後述する吸入空気量最小化制御が行われるとともに、ステップＳ５６で後述するＥＧＲ量最大化制御が行われる。さらにステップＳ５７でＮＯｘ吸収剤１６の上流の温度センサ３５の検出値が読み込まれ、ステップＳ５８で所定温度Ｂ以上であればステップＳ５９に進む。
【００７６】
なお、ステップＳ５３でＮＯｘの吸収量（演算値）が所定値Ａ未満であれば、何もせずに本ルーチンを抜ける。また、ステップＳ５４で減速中と判定されなかった場合やステップＳ５８でＮＯｘ吸収剤１６の上流温度が所定温度Ｂ未満の場合も何もせずに本ルーチンを抜ける。
【００７７】
ステップＳ５９ではカウンタと所定値Ｃの比較がなされ、カウンタの値が所定値Ｃ未満であればステップＳ６０に進む。
【００７８】
ステップＳ６０ではFlagがセットされる。したがって、これ以降、ステップＳ５１でFlagがチェックされるとステップＳ５２からＳ５８がバイパスされ、ステップＳ５９でカウンタの値が所定値Ｃ以上となるまでステップＳ６０以降の演算が実行される。
【００７９】
ステップＳ６１からＳ６４では、熱発生パターンが単段の予混合燃焼状態を維持した状態で空気過剰率を所定値（＝１近傍）に制御すべく、後述する吸入空気量制御、燃料噴射量補正制御、燃料噴射時期補正制御、ＥＧＲ弁開度補正制御が実行され、ステップＳ６５でＮＯｘ吸収量（演算値）をゼロとし、ステップＳ６６でカウンタをインクリメントする。
【００８０】
このカウンタの値が所定値Ｃ以上となると、ステップＳ５９からＳ６７に進み、ステップＳ６７でFlagがリセットされ、ステップＳ６８でカウンタの値がゼロとされ、ステップＳ６９からＳ７２で噴射量補正量、噴射時期補正量、ＥＧＲ弁開度補正量、ノズル開度補正量がゼロとされ、本ルーチンを終了する。
【００８１】
次に、図１５のステップＳ３８（あるいは図１８のステップ６１）で実行される吸入空気量制御について図１９を参照しながら説明する。
【００８２】
これによると、ステップＳ８１で吸気絞り弁２０の開度が演算され、ステップＳ８２でその絞り弁開度を実現するデューティ比が演算され、ステップＳ８３で電磁弁２２に出力されて終了する。
【００８３】
吸気絞り弁開度は、例えば、図２０に示すようなマップから読み出される。また、ステップＳ８２では図示しない変換テーブルによって開度からデューティ比への変換が行われる。
【００８４】
吸入空気量制御の別の例を図２１に示す。図１９に示したフローでは吸気絞り弁開度を制御することにより吸入空気量を制御しているが、このフローでは過給圧を制御することにより吸入空気量を制御する。
【００８５】
これによると、ステップＳ９１で可変ノズルの開度補正量が図２２のマップから読み出し終了する。なお、この補正量は図６のステップＳ２２で利用される。
【００８６】
また、ここでのノズル開度補正量は、低負荷、低回転数側ほど大きな値となっており、基本的には過給機のタービン回転数を落とす、すなわち吸入空気量を減少させる方向に制御される。
【００８７】
次に、図１５のステップＳ３９（あるいは図１８のステップＳ６２）で実行される噴射量補正制御について図２３を参照しながら説明する。
【００８８】
これによると、まず、ステップＳ１０１でエアフローメータ３１の信号が読み込まれ、正規化された後、ステップＳ１０２でエンジン回転数Neで除算されることによって吸入空気量Qaが演算される。この吸入空気量Qaは１シリンダ当たりの吸入空気量相当の値と比例関係にある。
【００８９】
次に、ステップＳ１０３で基準吸入空気量R_Qaがマップより読み込まれ、ステップＳ１０４でR_QaとQaの比較が行われ、R_Qa≧Qaの場合、ステップＳ１０５で燃料噴射量補正量が演算される。
【００９０】
ここで基準吸入空気量R_Qaは、例えば、図２４に示すようなマップで与えられ、吸入空気量Qaがこの基準吸入空気量R_Qa以下ではポンピングロス及び燃焼室内の比熱比の低下に伴う熱効率の悪化が発生する。
【００９１】
したがって、燃料噴射量補正量は、上記ポンピングロス及び燃焼室内の比熱比の低下に伴う熱効率の悪化分を補うように演算される。具体的には、図２５に示すテーブルを参照してR_Qa−Qaに対応する噴射量補正係数が演算され、図６のステップＳ２で読み込まれた目標噴射量にこの噴射量補正係数を乗算して燃料噴射量補正量が演算される。なお、ここで演算された燃料噴射量補正量は図６のステップＳ３で参照される。
【００９２】
また、噴射量補正制御の別の例を図２６に示す。
【００９３】
これによると、ステップＳ１１１で吸気管圧力センサ３６の出力Bstが読み込まれ、ステップＳ１１２で基準吸気管圧力R_Bstがマップより読み込まれる。
【００９４】
そしてステップＳ１１３で基準吸気管圧力R_Bstと吸気管圧力Bstの比較が行われ、吸気管圧力Bstが基準吸気管圧力R_Bstよりも低い場合、ステップＳ１１４で燃料噴射量補正量が演算される。
【００９５】
ここで基準吸気管圧力R_Bstは、例えば、図２７に示すようなマップで与えられており、吸気管圧力Bstがこの基準吸気管圧力R_Bst以下の場合、ポンピングロス及び燃焼室内の比熱比の低下に伴う熱効率の悪化が生じる。そのため、燃料噴射量補正量は、上記吸入空気量の減少に伴うポンピングロス及び燃焼室内の比熱比の低下に伴う熱効率の悪化分を補うように演算される。具体的には、図２５に示したマップを参照してR_Bst−Bstに対応する噴射量補正係数が演算され、図６のステップＳ２で読み込まれた目標噴射量にこの噴射量補正係数を乗算して燃料噴射量補正量が演算される。
【００９６】
なお、基準吸入空気量R_Qaあるいは及び基準吸気管圧力R_Bstをテーブルとして与えず、固定値（例えば：吸気管圧力が大気圧相当の値）としても良い。
【００９７】
次に、図１５のステップＳ４０（あるいは図１８のステップＳ６３）で実行される噴射時期補正制御について図２８を参照しながら説明する。
【００９８】
これによると、まず、ステップＳ１２１でエアフローメータ３１の信号が読み込まれ、正規化された後、ステップＳ１２２でエンジン回転数Neで除算されることによって吸入空気量Qaが演算される。
【００９９】
そして、ステップＳ１２３で基準吸入空気量R_Qaを図２４に示したマップより読み込まれ、ステップＳ１２４で基準吸入空気量R_Qaと吸入空気量Qaの比較が行われ、吸入空気量Qaが基準吸入空気量R_Qaよりも小さい場合、ステップＳ１２５で燃料噴射時期補正量が演算される。
【０１００】
ここで、基準吸入空気量R_Qaは図２４に示したようなマップで与えられ、この吸入空気量以下では、吸入空気量の低下により圧縮上死点での圧縮温度が低下し、燃料の着火時期の遅れが生じる。そのため、燃料噴射時期補正量は、吸入空気量を減少による着火遅れ期間の遅れ過ぎを補うように演算され、例えば、図２９に示すテーブルを参照して演算される。ここで演算された燃料噴射時期補正量は図９のステップＳ６で参照される。
【０１０１】
また、噴射時期補正制御の別の例を図３０を参照しながら説明する。
【０１０２】
これによると、ステップＳ１３１で吸気管圧力センサ３６の信号Bstが読み込まれ、ステップＳ１３２で基準吸気管圧力R_Bstが図２７に示したマップより読み込まれる。
【０１０３】
そして、ステップＳ１３３で基準吸気管圧力R_Bstと吸気管圧力Bstの比較が行われ、吸気管圧力Bstが基準吸気管圧力R_Bstよりも小さい場合、ステップＳ１３４で燃料噴射時期補正量が演算される。
【０１０４】
ここで基準吸気管圧力R_Bstは、図２７に示したマップで与えられており、吸気管圧力Bstがこの以下基準吸気管圧力R_Bstでは、吸入空気量の低下により圧縮上死点での圧縮温度が低下し、燃料の着火時期の遅れが発生する。そのため、燃料噴射時期補正量は、吸入空気量を減少による着火遅れ期間の遅れ過ぎを補うように演算され、例えば、図２９に示すテーブルを参照して設定される。ここで演算された燃料噴射時期補正量は図９のステップＳ６で参照される。
【０１０５】
なお、基準吸入空気量R_Qa、及び基準吸気管圧力R_Bstをテーブルとして与えずに、固定値（例えば：吸気管圧力として大気圧相当の値）としても良い。
【０１０６】
次に、図１５のステップＳ４１（あるいは図１８のステップＳ６４）で実行されるＥＧＲ弁開度補正制御の内容を図３１を参照しながら説明する。
【０１０７】
これによると、ステップＳ１５１でエアフローメータ３１の信号が読み込まれ、正規化された後、ステップＳ１５２でエンジン回転数Neで除算されることによって吸入空気量Qaが演算される。
【０１０８】
そして、ステップＳ１５３で空気過剰率が目標値となる目標吸入空気量T_Qaが図３２に示すマップより読み込まれ、ステップＳ１５４でT_Qa−Qaの関数としてＥＧＲ弁開度の補正量が演算される。
【０１０９】
具体的には、本来吸入されなければならない吸入空気量T_Qaに対して実際の空気量が少ない場合は、ＥＧＲ量が多く入りすぎているため、ＥＧＲ弁開度を小さくする補正量が演算される。また、逆の場合はＥＧＲ弁開度を大きくする補正量が演算される。
【０１１０】
この結果、ＥＧＲ量、空気量が適正となり、目標とする空気過剰率を得ながら、ＥＧＲによって燃焼温度を低下させることが可能となる。なお、ここでは目標吸入空気量T_Qaと吸入空気量Qaとの差に基づきＥＧＲ弁開度の補正量を演算したが、図３３に示すマップより目標吸気管負圧T_Bstを読み込み、これと吸気管負圧Bstとの差に基づきＥＧＲ弁開度の補正量を演算するようにしても良い。
【０１１１】
次に、図１８のステップＳ５５、Ｓ５６で実行される吸入空気量最小化制御とＥＧＲ量最大化制御について図３４、図３５のフローを参照しながら説明する。
【０１１２】
図３４は吸入空気量最小化制御の内容を示し、これによると、ステップＳ１６１で吸気絞り弁２０の開度を最小とするデューティ比が電磁弁２２に出力される。
【０１１３】
また、図３５はＥＧＲ量最大化制御の内容を示し、これによると、ステップＳ１７１でＥＧＲ弁９の開度を最大とするデューティ比が電磁弁１２に出力され、ステップＳ１７２で可変ノズル１Ｇの開度を最小とするデューティ比が電磁弁１Ｋに出力される。
【０１１４】
これら吸入空気量最小化制御とＥＧＲ量最大化制御はセットで行うものであり、また、吸気絞り弁を持たない場合は吸気絞り弁開度の最小化は行わない。また、可変容量過給機１の可変ノズル最小開度とするのは、吸気管と排気管の圧力差を増大させ、ＥＧＲガス量を確保するためである。
【０１１５】
この制御を減速時に行うことによる効果を図３６に示す。
【０１１６】
この図に示すように、減速時にこの制御を行う場合と行わない場合とでは吸収剤１６の上流の排気温度に大きな差が生じ、この制御を行うことによって吸収剤１６からＮＯｘを効果的に離脱させることが可能な温度に直ちに昇温できることがわかる。
【０１１７】
次に、全体的な作用について説明する。
【０１１８】
上述した通り、エンジン５は上死点以降に熱発生パターンが単段の予混合燃焼を行い、エンジン５から放出されるＮＯｘは排気通路に設けられたＮＯｘ吸収剤１６に吸収されるが、ＮＯｘの吸収量が増大してくるとＮＯｘ吸収剤１６のＮＯｘ吸収能力は低下してくる。
【０１１９】
そのため、コントローラ３０は演算推定したＮＯｘ吸収量に基づきＮＯｘ吸収剤１６のＮＯｘ吸収能力の低下を判断し、ＮＯｘ吸収剤１６の吸収能力が低下してきたら空気過剰率を所定値（＝１近傍）まで低下させ、吸収されたＮＯｘの放出浄化処理を行う。このとき、本発明によると、運転条件に応じて吸入空気量を制御するとともに、吸入空気量又は吸気管圧力に応じて排気還流量を制御することにより、熱発生パターンが単段の予混合燃焼状態を維持した状態で空気過剰率を所定値まで低下させる。
【０１２０】
したがって、ＮＯｘ放出浄化処理中も熱発生パターンが単段の予混合燃焼状態が維持されることになり、スモーク、ＰＭを増加させることなくＮＯｘ吸収剤１６からＮＯｘを放出させることができる。この状況を図３７に示す。この図に示されるように、スモーク量を増大させることなく空気過剰率を低下させることができＮＯｘの増加も無い。また、ＣＯが増加するので、ＮＯｘ吸収剤１６から放出されらＮＯｘと反応し、ＮＯｘを効果的に還元することができる。
【０１２１】
さらに、吸入空気量又は吸気管圧力に応じて燃料噴射量を増量補正することにより、吸入空気量減少に伴うトルク低下、具体的にはポンピングロスや熱効率の悪化に伴うトルク低下が補正される。これにより、ＮＯｘ放出浄化処理で吸入空気量が減少することによるトルク段差が解消され、運転性が悪化するのを防止できる。
【０１２２】
また、吸入空気量又は吸気管圧力に応じて燃料噴射時期を補正することによって、吸入空気量減少によって生起される圧縮上死点での圧縮温度低下に伴う着火遅れ期間の増加が補正される。これにより、着火遅れ増加による排気組成の悪化を最小限にとどめ、ＮＯｘ放出浄化処理中も熱発生パターンが単段の予混合燃焼の形態を維持できるとともに、失火の発生も防止できる。
【０１２３】
さらに吸入空気量がエンジン負荷と回転数に応じて制御されるので、常に適正な空気過剰率を維持でき、空気過剰率が小さすぎることによる燃費悪化の増大が防止されるとともに、空気過剰率がＮＯｘ吸収剤１６からＮＯｘが効率的に放出される値となり、ＮＯｘの放出が不完全に行われるのを防止できる。
【０１２４】
しかも、ＮＯｘ吸収剤１６にＮＯｘ量が所定値以上吸収されたと判断されたときに所定期間実行されるので、吸入空気量を減少させることによる空気過剰率低下に起因する燃費の悪化を最小限に抑えることができる。また、ＮＯｘ吸収剤温度が所定値以下の場合、ＮＯｘ放出浄化制御は行われないので、燃費を犠牲にするだけでＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力を回復できないという状況を回避できる。
【０１２５】
さらに、減速中、吸入空気量制御手段によって、吸入空気量を最小、排気還流量を最大にすべく制御されるので、ＮＯｘ吸収剤への排気の流入を最小限に抑えることができ、ＮＯｘ吸収剤の保温及びＨＣ、ＣＯ等との反応による昇温が図られる。この結果、定常又は加速運転条件に移行してから空気過剰率を所定値に制御するときに、ＮＯｘ吸収剤から効果的にＮＯｘを放出できる温度条件にすることができる。
【０１２６】
しかも、減速中でＮＯｘ吸収剤温度が所定値以下の場合、ＮＯｘ放出浄化処理は行われないので、燃費を犠牲にするだけでＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力を回復できないという状況を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排気浄化装置を備えたディーゼルエンジンの概略構成図である。
【図２】燃料噴射装置の概略構成図である。
【図３】ＮＯｘ吸収剤温度とＮＯｘ吸収量の関係を示した図である。
【図４】ＮＯｘ吸収反応のメカニズムを説明するための図である。
【図５】ＮＯｘ放出浄化反応のメカニズムを説明するための図である。
【図６】コントローラが行う制御を説明するためのフローチャートである。
【図７】目標燃料噴射量を設定するためのマップである。
【図８】目標噴射時期を設定するためのマップである。
【図９】目標噴射圧を設定するためのマップである。
【図１０】目標ＥＧＲ弁開度を設定するためのマップである。
【図１１】要求スワール比を設定するためのマップである。
【図１２】目標ノズル開度を設定するためのマップである。
【図１３】熱発生パターンと排気性能との関係を示した図である。
【図１４】エンジンの燃焼状態を説明するための図である。
【図１５】ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘを放出還元するときにコントローラが行う制御を説明するためのフローチャートである。
【図１６】単位時間あたりのＮＯｘ排出量を演算するためのマップである。
【図１７】ＮＯｘ吸収率を演算するためのマップである。
【図１８】ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘを放出還元するときにコントローラが行う制御の別の例を説明するためのフローチャートである。
【図１９】吸入空気量制御を説明するためのフローチャートである。
【図２０】吸気絞り弁開度を演算するためのマップである。
【図２１】吸入空気量制御の別の例を説明するためのフローチャートである。
【図２２】ノズル開度補正量を演算するためのマップである。
【図２３】噴射量補正制御を説明するためのフローチャートである。
【図２４】基準吸入空気量を設定するためのマップである。
【図２５】噴射量補正係数を演算するためのテーブルである。
【図２６】噴射量補正制御の別の例を説明するためのフローチャートである。
【図２７】基準吸気管圧力を設定するためのマップである。
【図２８】噴射時期補正制御を説明するためのフローチャートである。
【図２９】噴射時期補正量を演算するためのテーブルである。
【図３０】噴射時期補正制御の別の例を説明するためのフローチャートである。
【図３１】ＥＧＲ弁開度補正制御（目標空気過剰率が１以下）を説明するためのフローチャートである。
【図３２】目標吸入空気量を設定するためのマップである。
【図３３】目標吸気管圧力を設定するためのマップである。
【図３４】吸入空気量最小化制御を説明するためのフローチャートである。
【図３５】ＥＧＲ量最大化制御を説明するためのフローチャートである。
【図３６】減速時に吸入空気量最小化制御とＥＧＲ量最大化制御を行うことによる効果を説明するための図である。
【図３７】本発明の効果を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 可変容量過給機
１Ｆ ウエストゲートバルブ
１Ｇ 可変ノズル
５ ディーゼルエンジン
６ 燃料噴射弁
９ ＥＧＲ弁
１０ ＥＧＲ通路
１６ ＮＯｘ吸収剤
２０ 吸気絞り弁
３０ コントローラ
３１ エアフローメータ
８５ コモンレール
【産業上の利用分野】
本発明は、圧縮着火エンジンの排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気中の有害成分であるＮＯｘの発生を抑制する手段として、吸気系に排気の一部を再循環させる排気還流装置（ＥＧＲ装置）が用いられている。このＥＧＲ装置では、排気の一部を吸気系に導くためのＥＧＲ通路にＥＧＲ弁を装着し、ＥＧＲの必要な領域でＥＧＲ弁を開いて所定量の排気（ＥＧＲガス）を吸入空気に混合させることにより、燃焼時の最高温度を下げてＮＯｘの発生量を抑えることができる。
【０００３】
また、排気中のＮＯｘを除去する排気浄化装置として特許公報第2600492号に開示されたものがある。これによると、流入する排気の空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘを吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤を排気通路に配置し、エンジンをリーン空燃比で運転しているときの排気中のＮＯｘをＮＯｘ吸収剤に吸収させている。
【０００４】
そして、ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収量が増大するとＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力が低下してくるので、リーン空燃比運転が一定時間続きＮＯｘ吸収剤の吸収したＮＯｘ量が増大した場合にはエンジンの運転空燃比を短時間リッチ又は理論空燃比に切り換えて排気中の酸素濃度を低下させ、ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘを放出させている。放出されたＮＯｘは排気中の未燃ＨＣ、ＣＯ等の成分により還元浄化される。
【０００５】
なお、この特許公報第2600492号は火花点火エンジンを対象としたものであるが、圧縮着火エンジン、特にディーゼルエンジンであっても、吸気通路に吸気絞り弁（スロットル弁）を設け、ＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させる際に吸気絞り弁を閉弁方向に制御し且つ燃料噴射量を一定量増量することにより、あるいは、ＮＯｘ吸収剤上流の排気中に別途炭化水素を供給することにより、ＮＯｘ吸収剤に流入する排気をリッチ化でき、同様のＮＯｘ放出浄化処理が可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとしている問題点】
しかしながら、拡散燃焼が主体のディーゼルエンジンにおいて吸気絞り弁を閉弁方向に制御し、燃焼室内の平均空燃比をリッチ化すると、燃焼が大幅に悪化し、ＮＯｘは低減されるものの多量のスモークが発生する。また、この状態で燃料噴射量を増量させるとＮＯｘ吸収剤に供給されるＨＣ、ＣＯは増加するが、スモークはさらに増加する。
【０００７】
さらに、空気過剰率が１以下となると比熱比が小さくなって熱効率が低下し、また、吸入空気量の減少に伴いポンピングロスが増加するのでエンジンが発生するトルクが低下し、運転性が悪化する。
【０００８】
一方、ＮＯｘ吸収剤上流の排気中に別途炭化水素を供給することによってＮＯｘ吸収剤へ流入する排気をリッチ化する場合、その炭化水素を供給する装置を追加する必要があり、構造が複雑になる。供給する炭化水素として軽油以外を用いる場合には、それを貯蔵するタンクを燃料タンクとは別に車両に装着する必要もある。また、軽油を供給する場合であっても、軽油には重質の多環芳香族等が多量に含まれており、供給された軽油の多くは還元に寄与せずそのまま放出されてしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記技術的課題を鑑みてなされたものであり、排気通路にＮＯｘ吸収剤を備えた圧縮着火エンジンにおいて、リーン燃焼運転時にＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘを空気過剰率を低下させて放出浄化する際の排気組成の悪化と運転性の悪化を防止することを目的とする。
【００１０】
【問題点を解決するための手段】
第１の発明は、排気の一部を吸気系に還流することにより燃焼温度を下げるとともに燃料噴射時期の遅角化により着火遅れ期間を長くし、上死点後に熱発生パターンが単段の予混合燃焼の形となる燃焼を行う圧縮着火エンジンの排気浄化装置において、流入する排気の空気過剰率に応じて排気中のＮＯｘを吸収あるいは吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤と、吸収されたＮＯｘ量の増大による前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力の低下を判断する手段と、前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力が低下したと判断された場合に、前記上死点後の熱発生パターンが単段の予混合燃焼の形となる燃焼を維持した状態で空気過剰率を低下させ、前記ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘを放出浄化処理する手段とを備えたこと特徴とするものである。
【００１１】
第２の発明は、排気の一部を吸気系に還流することにより燃焼温度を下げるとともに燃料噴射時期の遅角化により着火遅れ期間を長くし、上死点後に熱発生パターンが単段の予混合燃焼の形となる燃焼を行う圧縮着火エンジンの排気浄化装置において、流入する排気の空気過剰率に応じて排気中のＮＯｘを吸収あるいは吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤と、エンジンの吸入空気量を調整する吸入空気量調整手段と、排気還流量を調整する排気還流量調整手段と、ＮＯｘ吸収量の増大による前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力の低下を判断する手段と、前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力が低下したと判断された場合に、運転条件に応じて前記吸入空気量調整手段により吸入空気量を制御するとともに、そのときの吸入空気量又は吸気管圧力に応じて前記排気還流量調整手段により排気還流量を制御し、前記上死点後に熱発生パターンが単段の予混合燃焼の形となる燃焼を維持した状態で空気過剰率を所定値まで低下させ、前記ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘを放出浄化処理するＮＯｘ放出浄化処理手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
第３の発明は、第２の発明において、吸入空気量制御手段が吸気通路に設けられた吸気絞り弁であることを特徴とするものである。
【００１３】
第４の発明は、第２の発明において、吸入空気量制御手段がエンジンの過給圧を制御することで吸入空気量を制御することを特徴とするものである。
【００１４】
第５の発明は、第２から第４の発明において、前記吸入空気量調整手段によって調整された吸入空気量あるいは吸気管圧力に応じて燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
第６の発明は、第５の発明において、燃料噴射量補正手段が、吸入空気量が所定の基準値以下あるいは吸気管圧力が所定の基準値以下の場合に、燃料噴射量を所定の基準値と吸入空気量又は吸気管圧力の差に応じて増量補正することを特徴とするものである。
【００１６】
第７の発明は、第２から第４の発明において、前記吸入空気量調整手段によって調整された吸入空気量あるいは吸気管圧力に応じて燃料噴射時期を補正する燃料噴射時期補正手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１７】
第８の発明は、第７の発明において、燃料噴射時期補正手段が、吸入空気量が所定の基準値以下あるいは吸気管圧力が所定の基準値以下の場合に、燃料噴射時期を所定の基準値と吸入空気量又は吸気管圧力との差に応じて進角補正することを特徴とするものである。
【００１８】
第９の発明は、第２から第４の発明において、吸入空気量調整手段が、吸入空気量をエンジン負荷及びエンジン回転数に応じて調整することを特徴とするものである。
【００１９】
第１０の発明は、第２から第９の発明において、ＮＯｘ放出浄化処理手段が、前記ＮＯｘ吸収剤にＮＯｘ量が所定値以上吸収されたと判断された後に所定期間前記ＮＯｘ放出浄化処理を行うことを特徴とするものである。
【００２０】
第１１の発明は、第２から第１０の発明において、ＮＯｘ放出浄化処理手段が、前記ＮＯｘ吸収剤にＮＯｘ量が所定値以上吸収されたと判断された後の減速中、前記吸入空気量調整手段により吸入空気量を最小値に調整するとともに、前記排気還流量調整手段により排気還流量を最大値に調整し、定常又は加速運転条件に移行したと判断された後に前記ＮＯｘ放出浄化処理を行うことを特徴とするものである。
【００２１】
第１２の発明は、第２から第１１の発明において、ＮＯｘ吸収剤温度が所定値以下の場合、前記ＮＯｘ放出浄化処理手段が前記ＮＯｘ放出浄化処理を行わないことを特徴とするものである。
【００２２】
【作用及び効果】
第１から第４の発明によると、ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘを放出させるときにも上死点後の熱発生パターンが単段の予混合燃焼の形となる燃焼を維持するようにしたことにより、スモーク、粒子状物質（ＰＭ）を増加させることなくＮＯｘ吸収剤からＮＯｘを放出させることができる。また、このとき、エンジンからのＣＯ排出量が増大するので、ＮＯｘ吸収剤から放出されたＮＯｘを効果的に還元浄化することができる。
【００２３】
また、第５、第６の発明によると、吸入空気量又は吸気管圧力に応じて燃料噴射量が補正されるので、吸入空気量の減少に伴うトルク低下、具体的にはポンピングロスや熱効率の悪化に伴うトルク低下が補正され、吸入空気量を減少させたことによるトルク段差が無くなり、運転性の悪化を防止できる。
【００２４】
また、第７、第８の発明によると、吸入空気量又は吸気管圧力に応じて、燃料噴射時期が補正される。これにより、吸入空気量減少によって生じる圧縮上死点での圧縮温度低下に伴う着火遅れ期間の増加が補正され、着火遅れ増加による排気組成の悪化を最小限に抑えることができ、熱発生パターンが単段の予混合燃焼の形態を維持できるとともに失火の発生も防止できる。
【００２５】
また、第９の発明によると、吸入空気量がエンジン負荷及び回転数に応じて制御されるので、常に適正な空気過剰率に維持され、空気過剰率が小さすぎることによる燃費悪化が防止されるとともに、空気過剰率がＮＯｘ吸収剤からＮＯｘが効率的に放出される値からずれてしまい、ＮＯｘの放出浄化処理が不完全に行われるのを防止できる。
【００２６】
また、第１０の発明によると、ＮＯｘ吸収剤にＮＯｘが所定量以上吸収されたと判断されたときにＮＯｘの放出浄化処理が行われる。これにより、必要以上にＮＯｘ放出浄化処理が行われることによる燃費の悪化を抑えることができる。
【００２７】
また、第１１の発明によると、減速中、吸入空気量が最小値に制御されるとともに排気還流量が最大値に制御されるので、ＮＯｘ吸収剤への排気の流入が最小限に抑えられ、ＮＯｘ吸収剤の保温及びＨＣ、ＣＯ等との反応による昇温が図られる。これにより、その後定常又は加速運転条件に移行し、吸収されたＮＯｘを放出浄化すべく空気過剰率を所定値まで低下させるときに、ＮＯｘ吸収剤から効果的にＮＯｘを放出できる温度条件とすることができる。
【００２８】
また、第１２の発明によるとＮＯｘ吸収剤の温度が所定値以下の場合はＮＯｘの放出浄化処理は行われない。これにより、ＮＯｘを放出浄化可能な状況でのみＮＯｘ放出浄化処理が行われるので、ＮＯｘを放出浄化できない状況にもかかわらずＮＯｘ放出浄化処理が行われ、燃費だけが悪化するという状況を回避できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００３０】
図１は、本発明に係る排気浄化装置を備えたディーゼルエンジンの概略構成を示す。図中１は可変容量過給機であり、過給機１はエアフィルタ２を介して吸気通路３に吸入された空気を吸気コンプレッサ１Ａにより圧縮過給し、下流の吸気マニホールド４へ送り込む。
【００３１】
エンジン５はコモンレール式の燃料噴射装置を備えたディーゼルエンジンであり、燃焼室毎に装着された燃料噴射弁６には燃料ポンプ７によって加圧された燃料が供給され、燃料噴射弁６から各燃焼室に向けて燃料が噴射される。燃料噴射弁６から噴射された燃料は圧縮着火して燃焼する。
【００３２】
また、排気マニホールド８の途中と吸気マニホールド４の途中とを接続する排気還流路（以下、ＥＧＲ通路）１０が設けられ、このＥＧＲ通路１０の途中には排気還流弁（以下、ＥＧＲ弁）９が介装される。デューティ制御される電磁弁１２で大気との希釈割合を変化させるとＥＧＲ弁９の圧力室１３に導かれる圧力が変化し、ＥＧＲ弁９の開度が変化してＥＧＲ率が変化する。
【００３３】
また、吸気コンプレッサ１Ａの上流には吸気を絞る吸気絞り弁２０が介装されている。吸気絞り弁２０の開度は、デューティ制御される電磁弁２２でバキュームポンプ１１からの負圧と大気との希釈割合を変化させ、ダイアフラム装置２１の圧力室２１Ａに導かれる圧力を変化させることにより制御される。
【００３４】
また、エンジン５の各気筒にはタンジェンシャルポートとヘリカルポートが設けられ、タンジェンシャルポートにはスワールコントロール弁が設けられている（図示せず）。スワールコントロール弁は負圧アクチュエータに接続されており、スワールコントロール弁開度の制御は負圧アクチュエータに供給される負圧を制御する電磁弁を制御することにより行われる。
【００３５】
これらＥＧＲ弁９、吸気絞り弁２０、スワールコントロール弁の開度の制御及び燃料の噴射量・噴射時期の制御はコントローラ３０により行われる。
【００３６】
燃焼後の排気は排気マニホールド８を通って過給機１の排気タービン１Ｂを回転駆動した後、ＮＯｘ吸収剤１６で浄化され、マフラー１７で消音されて大気中に放出される。
【００３７】
また、過給機１には可変ノズル１Ｇが設けられている。この可変ノズル１Ｇはダイアフラム装置１Ｈによって開度が制御される。可変ノズル１Ｇの開度に応じて排気タービン１Ｂの回転数が制御されるとエンジン５の吸入空気量が制御される。ダイアフラム装置１Ｈの圧力室１Ｊへ供給される負圧は、デューティ制御される電磁弁１Ｋでバキュームポンプ１１からの負圧と大気との希釈割合を調整することによって制御される。
【００３８】
また、過給機１にはウエストゲートバルブ１Ｆが設けられている。ウエストゲートバルブ１Ｆはダイアフラム装置１Ｄによって開度が制御される。ウエストゲートバルブ１Ｆの開度に応じても排気タービン１Ｂの回転数が制御され、エンジン５の吸入空気量が制御される。ダイアフラム装置１Ｄの圧力室１Ｅへの供給負圧は、デューティ制御される電磁弁１Ｃでバキュームポンプ１１からの負圧と大気との希釈割合を調整することによって制御される。なお、可変ノズル１Ｇとウエストゲートバルブ１Ｆは、どちらか一方が設けられていれば吸入空気量の制御が可能である。これら可変ノズル１Ｇ、ウエストゲートバルブ１Ｆの制御もコントローラ３０により行われる。
【００３９】
一方、過給機１の吸気コンプレッサ１Ａ上流の吸気通路３には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３１が設けられている。また、エンジン回転数Neを検出するエンジン回転数センサ３２、アクセルペダル操作量を検出するアクセル操作量センサ３３、クランク角を検出するクランク角度センサ３４、ＮＯｘ吸収剤上流には温度センサ３５等が設けられる。また、吸気マニホールド４には吸気管圧力センサ３６が設けられ、これらセンサの出力はコントローラ３０に入力される。
【００４０】
図２は燃料噴射装置の概略構成を示す。
【００４１】
エンジン５の気筒毎に設けられた燃料噴射弁６は、噴射管８６を介してコモンレール８５に接続されている。コモンレール８５には供給管８７、チェック弁８８を介して燃料ポンプ７が接続されている。燃料ポンプ７は燃料タンク８９から燃料フィルタ９０を介して、燃料フィードポンプ９１を経て吸入された燃料を昇圧し、所定の高圧に制御する。すなわち、エンジン回転に同期してカムロブを有するドライブシャフト９２が回転し、燃料ポンプ７内のピストンが往復運動し、燃料フィードポンプ９１からの燃料が加圧され、コモンレール８５に供給される。また、燃料ポンプ７には常にコモンレール圧を所望の圧力に制御するための電磁弁９３が設けられる。
【００４２】
コントローラ３０は、エンジン回転数Ne、アクセル操作量、クランク角度から判断されるエンジン状態に応じて決定される最適の噴射量、噴射時期となるよう燃料噴射弁６を駆動する。さらに、コモンレール圧を検出する圧力センサ９４がコモンレール８５に設けられ、コントローラ３０はこの圧力センサ９４の信号が予め負荷やエンジン回転数Neに応じて設定した最適値となるように吐出量を制御する。
【００４３】
次に、図３から図５を参照しながらＮＯｘ吸収剤１６について説明する。
【００４４】
ＮＯｘ吸収剤１６は、例えばアルミナ等の担体を使用し、この担体上に例えばセシウム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のような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とが担持されている。
【００４５】
このＮＯｘ吸収剤１６は、空気過剰率が所定値以上で且つ吸収剤１６の温度（吸収剤入口の排温でほぼ代用可能）が所定の範囲内（Ｔ１〜Ｔ２）の場合にＮＯｘを吸収する。そのため、図３に示すように、所定の排温Ｔ１（例えば１００℃）以下ではＮＯｘの吸収量が減少し、所定温度Ｔ２（例えば４５０℃）以上ではＮＯｘの吸収量が減少する。
【００４６】
ＮＯｘの吸収・放出作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もあるが、ＮＯｘの吸収・放出作用は図４、図５に示すようなメカニズムで行われているものと考えられる。
【００４７】
すなわち、リーン燃料運転時はＮＯｘ吸収剤に流入する排気がかなりリーンである為、図４に示されるように排気中の酸素Ｏ2がＯ2 -の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、排気中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でこのＯ2 -と反応し、ＮＯ2となる（２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2）。生成されたＮＯ2の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ吸収剤内に吸収されてランタンＬａと結合しながら硝酸イオンＮＯ3 -の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ吸収剤１６内に吸収される。なお、この反応は還元剤となるＨＣ、ＣＯが少ない条件で発生するものであり、還元剤が多いと吸収は行われない。
【００４８】
これに対し、図５に示すように、温度が所定範囲内に有り、且つ空気過剰率が所定値以下になると、吸収されていたＮＯｘは、平衡分解によってＮＯ、Ｏ2として放出されるとともに排気中のＨＣ、ＣＯによって還元反応が起こり、Ｎ2となる。図３で所定温度Ｔ２以上でＮＯｘの吸収量が減少しているのは、このようにＮＯｘの平衡分解によって分解されて放出されるＮＯｘの量が増大するためである。
【００４９】
なお、ここでは担体上に白金ＰｔおよびランタンＬａを担持させた場合を例にとって説明したが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムでＮＯｘの吸収・放出が行われる。
【００５０】
次に、コントローラ３０が行う制御について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。
【００５１】
これによると、まず、ステップＳ１でエンジン回転数センサ３２、アクセル操作量センサ３３の出力が読み込まれ、ステップＳ２で図７に示すマップより目標燃料噴射量Qが読み込まれる。
【００５２】
次にステップＳ３で後述する噴射量補正量が読み込まれ、ステップＳ４で最終噴射量が、ステップＳ２で読み込まれた目標燃料噴射量QとステップＳ３で読み込まれた噴射量補正量を加算することによって求められる。
【００５３】
ステップＳ５では図８に示すマップより燃料噴射時期の目標噴射時期（噴射開始時期）が読み込まれ、ステップＳ６で後述する噴射時期補正量が読み込まれ、ステップＳ７で最終噴射時期が、ステップＳ５で読み込まれた目標噴射時期とステップＳ６で読み込まれた噴射時期補正量を加算することによって求められる。
【００５４】
ステップＳ８では図９に示すマップから目標噴射圧が読み込まれる。この目標噴射圧に基づきステップＳ９では燃料ポンプ７の吐出量を制御する電磁弁９３に対して制御値が出力される。
【００５５】
そして、ステップＳ１０ではコモンレール８５内の燃料圧力が圧力センサ９４で読み込まれ、ステップＳ１１では燃料噴射弁６を駆動する圧電素子への通電時期（噴射開始時期）と通電期間が演算される。通電時間は、例えば、燃料圧力毎に設定された所定の通電期間マップ等から補間計算によって求められる。そして、ステップＳ１２では、所定の噴射時期からステップＳ１１で演算した期間だけ燃料噴射弁６を駆動する圧電素子に通電され、燃料が噴射される。
【００５６】
さらにステップＳ１３では、目標ＥＧＲ弁開度が図１０に示すマップより読み込まれる。図１０は便宜上縦軸をトルクで記載しているが、目標噴射量とエンジン回転数からのマップでも良い。ステップＳ１４では後述するＥＧＲ弁開度補正量が読み込まれ、ステップＳ１５では目標ＥＧＲ弁開度とＥＧＲ弁開度補正量を加算することによって最終ＥＧＲ弁開度が演算される。
【００５７】
この最終ＥＧＲ弁開度に応じて、ステップＳ１６では、例えば、ＥＧＲ弁開度に応じたマップから読み出す等によりＥＧＲ弁９を制御する電磁弁１２のデューティ比が演算され、ステップＳ１７でその値が出力される。
【００５８】
さらに、ステップＳ１８で図１１に示すマップから要求スワール比が読み込まれ、ステップＳ１９でスワールコントロール弁を負圧アクチュエータを介して制御する電磁弁に出力するデューティ比が演算され、ステップＳ２０でこれが出力されることによって所望のスワール比が実現される。なお、このフローには示していないが、ＥＧＲ率はエンジン５の冷却水温度が低い場合は減量補正され、また、燃料噴射時期は進角される。
【００５９】
次に、ステップＳ２１では図１２に示す可変ノズル過給機１の目標ノズル開度がマップから読み出され、ステップＳ２２で後述するノズル開度補正量が読み込まれる。そして、ステップＳ２３で目標ノズル開度とノズル開度補正量を加算することによって最終ノズル開度が求められ、ステップＳ２４で電磁弁１Ｋに出力するデューティ比が演算され、ステップＳ２５で出力されることによって所望のノズル開度を得る。
【００６０】
なお、ここでは可変容量過給機１のノズル開度を制御することによって吸入空気量を制御しているが、ウェストゲート１Ｆを制御することによって吸入空気量を制御するようにしてもよく、この場合は、電磁弁１Ｃに出力するデューティ比が演算され出力される。
【００６１】
以上のようにして大量ＥＧＲと燃料噴射時期の遅角化を行うことにより、燃焼温度が低下するとともに着火遅れ期間が大幅に長くなり、エンジン５は熱発生パターンが単段の予混合燃焼状態での運転を行うことができる。
【００６２】
このときの熱発生パターンと排気性能の関係を図１３に示す。図示されるように、熱発生パターンがエンジン５の上死点後に予混合燃焼の形となり、比較として示した従来の燃焼に比べ、低ＮＯｘ、低スモークの両立が図られる。また、この燃焼は図１４に示すように、上記着火遅れ期間中に燃料の大部分が噴射される、すなわち、燃料の噴射終了後に燃焼が発生する燃焼であることによって特徴付けられる。
【００６３】
次に、ＮＯｘ吸収剤１６に吸収されたＮＯｘを放出還元するときにコントローラ３０が行う制御について図１５を参照しながら説明する。
【００６４】
これによると、まずステップＳ３１で後述するFlagがチェックされ、セットされていなければステップＳ３２に進み、セットされていればステップＳ３６に進む。
【００６５】
ステップＳ３２ではＮＯｘ吸収剤１６のＮＯｘ吸収量が演算される。ＮＯｘ吸収量は、例えば図１６に示すマップから読み込まれたエンジン５から排出される単位時間当たりのＮＯｘ排出量に、図１７に示すマップから読み込まれたＮＯｘ吸収剤１６の吸収率を積算した値を累積することによって求めることができる。
【００６６】
次に、ステップＳ３３でステップＳ３２で演算したＮＯｘ吸収量と所定値Ａの比較が行われ、ＮＯｘ吸収量が所定値Ａ以上であればステップＳ３４に進んで、ＮＯｘ吸収剤上流の温度センサ３５の検出値が読み込まれ、所定温度Ｂ以上であればステップＳ３６に進む。
【００６７】
なお、ステップＳ３３でＮＯｘの吸収量（演算値）が所定値Ａ未満であれば何もせずに本ルーチンを抜ける。また、ステップＳ３４でＮＯｘ吸収剤１６の上流温度が所定温度Ｂ未満であっても何もせずに本ルーチンを抜ける。
【００６８】
ステップＳ３６ではカウンタと所定値Ｃの比較が行われ、カウンタの値が所定値Ｃ未満であればステップＳ３７に進む。
【００６９】
ステップＳ３７ではFlagがセットされる。したがって、これ以降、ステップＳ３１でFlagがチェックされると、ステップＳ３２からステップＳ３５がバイパスされ、ステップＳ３６でカウンタの値が所定値Ｃ以上となるまでステップＳ３８以降の演算が実行される。
【００７０】
ステップＳ３８からＳ４１では、熱発生パターンが単段の予混合燃焼状態を維持した状態で空気過剰率を所定値（＝１近傍）に制御すべく、後述する吸入空気量制御、燃料噴射量補正制御、燃料噴射時期補正制御及びＥＧＲ弁開度補正制御が実行され、ステップＳ４２でＮＯｘ吸収量をゼロとし、ステップＳ４３でカウンタをインクリメントする。
【００７１】
カウンタの値が所定値Ｃ以上となると、ステップＳ３６からステップＳ４４に進み、ステップＳ４４でFlagがリセットされ、ステップＳ４５でカウンタの値がゼロとされ、ステップＳ４６からＳ４９で噴射量補正量、噴射時期補正量、ＥＧＲ弁開度補正量及びノズル開度補正量がゼロとされ、本ルーチンを終了する。
【００７２】
また、ＮＯｘ吸収剤１６に吸収されたＮＯｘを放出還元するときにコントローラ３０が行う制御の別の例を図１８に示す。
【００７３】
これについて説明すると、まず、ステップＳ５１でFlagがチェックされ、ステップＳ５２ではＮＯｘ吸収剤１６へのＮＯｘ吸収量が演算される。ＮＯｘ吸収量は、例えば、図１６に示したマップからＮＯｘ排出量が読み込まれ、これに図１７に示したマップから読み込まれたＮＯｘ吸収率を積算したものを累積することによって求められる。
【００７４】
次に、ステップＳ５３で、ステップＳ５２で演算されたＮＯｘ吸収量と所定値Ａの比較が行われ、ステップＳ５４では車両が減速中か否かの判断が行われる。減速中か否かは、例えばアクセル操作量の変化率が所定値以下であり、且つ、車速の変化率がマイナスの所定値以下か否かによって判断できる。
【００７５】
ステップＳ５４で減速中と判断されると、ステップＳ５５で後述する吸入空気量最小化制御が行われるとともに、ステップＳ５６で後述するＥＧＲ量最大化制御が行われる。さらにステップＳ５７でＮＯｘ吸収剤１６の上流の温度センサ３５の検出値が読み込まれ、ステップＳ５８で所定温度Ｂ以上であればステップＳ５９に進む。
【００７６】
なお、ステップＳ５３でＮＯｘの吸収量（演算値）が所定値Ａ未満であれば、何もせずに本ルーチンを抜ける。また、ステップＳ５４で減速中と判定されなかった場合やステップＳ５８でＮＯｘ吸収剤１６の上流温度が所定温度Ｂ未満の場合も何もせずに本ルーチンを抜ける。
【００７７】
ステップＳ５９ではカウンタと所定値Ｃの比較がなされ、カウンタの値が所定値Ｃ未満であればステップＳ６０に進む。
【００７８】
ステップＳ６０ではFlagがセットされる。したがって、これ以降、ステップＳ５１でFlagがチェックされるとステップＳ５２からＳ５８がバイパスされ、ステップＳ５９でカウンタの値が所定値Ｃ以上となるまでステップＳ６０以降の演算が実行される。
【００７９】
ステップＳ６１からＳ６４では、熱発生パターンが単段の予混合燃焼状態を維持した状態で空気過剰率を所定値（＝１近傍）に制御すべく、後述する吸入空気量制御、燃料噴射量補正制御、燃料噴射時期補正制御、ＥＧＲ弁開度補正制御が実行され、ステップＳ６５でＮＯｘ吸収量（演算値）をゼロとし、ステップＳ６６でカウンタをインクリメントする。
【００８０】
このカウンタの値が所定値Ｃ以上となると、ステップＳ５９からＳ６７に進み、ステップＳ６７でFlagがリセットされ、ステップＳ６８でカウンタの値がゼロとされ、ステップＳ６９からＳ７２で噴射量補正量、噴射時期補正量、ＥＧＲ弁開度補正量、ノズル開度補正量がゼロとされ、本ルーチンを終了する。
【００８１】
次に、図１５のステップＳ３８（あるいは図１８のステップ６１）で実行される吸入空気量制御について図１９を参照しながら説明する。
【００８２】
これによると、ステップＳ８１で吸気絞り弁２０の開度が演算され、ステップＳ８２でその絞り弁開度を実現するデューティ比が演算され、ステップＳ８３で電磁弁２２に出力されて終了する。
【００８３】
吸気絞り弁開度は、例えば、図２０に示すようなマップから読み出される。また、ステップＳ８２では図示しない変換テーブルによって開度からデューティ比への変換が行われる。
【００８４】
吸入空気量制御の別の例を図２１に示す。図１９に示したフローでは吸気絞り弁開度を制御することにより吸入空気量を制御しているが、このフローでは過給圧を制御することにより吸入空気量を制御する。
【００８５】
これによると、ステップＳ９１で可変ノズルの開度補正量が図２２のマップから読み出し終了する。なお、この補正量は図６のステップＳ２２で利用される。
【００８６】
また、ここでのノズル開度補正量は、低負荷、低回転数側ほど大きな値となっており、基本的には過給機のタービン回転数を落とす、すなわち吸入空気量を減少させる方向に制御される。
【００８７】
次に、図１５のステップＳ３９（あるいは図１８のステップＳ６２）で実行される噴射量補正制御について図２３を参照しながら説明する。
【００８８】
これによると、まず、ステップＳ１０１でエアフローメータ３１の信号が読み込まれ、正規化された後、ステップＳ１０２でエンジン回転数Neで除算されることによって吸入空気量Qaが演算される。この吸入空気量Qaは１シリンダ当たりの吸入空気量相当の値と比例関係にある。
【００８９】
次に、ステップＳ１０３で基準吸入空気量R_Qaがマップより読み込まれ、ステップＳ１０４でR_QaとQaの比較が行われ、R_Qa≧Qaの場合、ステップＳ１０５で燃料噴射量補正量が演算される。
【００９０】
ここで基準吸入空気量R_Qaは、例えば、図２４に示すようなマップで与えられ、吸入空気量Qaがこの基準吸入空気量R_Qa以下ではポンピングロス及び燃焼室内の比熱比の低下に伴う熱効率の悪化が発生する。
【００９１】
したがって、燃料噴射量補正量は、上記ポンピングロス及び燃焼室内の比熱比の低下に伴う熱効率の悪化分を補うように演算される。具体的には、図２５に示すテーブルを参照してR_Qa−Qaに対応する噴射量補正係数が演算され、図６のステップＳ２で読み込まれた目標噴射量にこの噴射量補正係数を乗算して燃料噴射量補正量が演算される。なお、ここで演算された燃料噴射量補正量は図６のステップＳ３で参照される。
【００９２】
また、噴射量補正制御の別の例を図２６に示す。
【００９３】
これによると、ステップＳ１１１で吸気管圧力センサ３６の出力Bstが読み込まれ、ステップＳ１１２で基準吸気管圧力R_Bstがマップより読み込まれる。
【００９４】
そしてステップＳ１１３で基準吸気管圧力R_Bstと吸気管圧力Bstの比較が行われ、吸気管圧力Bstが基準吸気管圧力R_Bstよりも低い場合、ステップＳ１１４で燃料噴射量補正量が演算される。
【００９５】
ここで基準吸気管圧力R_Bstは、例えば、図２７に示すようなマップで与えられており、吸気管圧力Bstがこの基準吸気管圧力R_Bst以下の場合、ポンピングロス及び燃焼室内の比熱比の低下に伴う熱効率の悪化が生じる。そのため、燃料噴射量補正量は、上記吸入空気量の減少に伴うポンピングロス及び燃焼室内の比熱比の低下に伴う熱効率の悪化分を補うように演算される。具体的には、図２５に示したマップを参照してR_Bst−Bstに対応する噴射量補正係数が演算され、図６のステップＳ２で読み込まれた目標噴射量にこの噴射量補正係数を乗算して燃料噴射量補正量が演算される。
【００９６】
なお、基準吸入空気量R_Qaあるいは及び基準吸気管圧力R_Bstをテーブルとして与えず、固定値（例えば：吸気管圧力が大気圧相当の値）としても良い。
【００９７】
次に、図１５のステップＳ４０（あるいは図１８のステップＳ６３）で実行される噴射時期補正制御について図２８を参照しながら説明する。
【００９８】
これによると、まず、ステップＳ１２１でエアフローメータ３１の信号が読み込まれ、正規化された後、ステップＳ１２２でエンジン回転数Neで除算されることによって吸入空気量Qaが演算される。
【００９９】
そして、ステップＳ１２３で基準吸入空気量R_Qaを図２４に示したマップより読み込まれ、ステップＳ１２４で基準吸入空気量R_Qaと吸入空気量Qaの比較が行われ、吸入空気量Qaが基準吸入空気量R_Qaよりも小さい場合、ステップＳ１２５で燃料噴射時期補正量が演算される。
【０１００】
ここで、基準吸入空気量R_Qaは図２４に示したようなマップで与えられ、この吸入空気量以下では、吸入空気量の低下により圧縮上死点での圧縮温度が低下し、燃料の着火時期の遅れが生じる。そのため、燃料噴射時期補正量は、吸入空気量を減少による着火遅れ期間の遅れ過ぎを補うように演算され、例えば、図２９に示すテーブルを参照して演算される。ここで演算された燃料噴射時期補正量は図９のステップＳ６で参照される。
【０１０１】
また、噴射時期補正制御の別の例を図３０を参照しながら説明する。
【０１０２】
これによると、ステップＳ１３１で吸気管圧力センサ３６の信号Bstが読み込まれ、ステップＳ１３２で基準吸気管圧力R_Bstが図２７に示したマップより読み込まれる。
【０１０３】
そして、ステップＳ１３３で基準吸気管圧力R_Bstと吸気管圧力Bstの比較が行われ、吸気管圧力Bstが基準吸気管圧力R_Bstよりも小さい場合、ステップＳ１３４で燃料噴射時期補正量が演算される。
【０１０４】
ここで基準吸気管圧力R_Bstは、図２７に示したマップで与えられており、吸気管圧力Bstがこの以下基準吸気管圧力R_Bstでは、吸入空気量の低下により圧縮上死点での圧縮温度が低下し、燃料の着火時期の遅れが発生する。そのため、燃料噴射時期補正量は、吸入空気量を減少による着火遅れ期間の遅れ過ぎを補うように演算され、例えば、図２９に示すテーブルを参照して設定される。ここで演算された燃料噴射時期補正量は図９のステップＳ６で参照される。
【０１０５】
なお、基準吸入空気量R_Qa、及び基準吸気管圧力R_Bstをテーブルとして与えずに、固定値（例えば：吸気管圧力として大気圧相当の値）としても良い。
【０１０６】
次に、図１５のステップＳ４１（あるいは図１８のステップＳ６４）で実行されるＥＧＲ弁開度補正制御の内容を図３１を参照しながら説明する。
【０１０７】
これによると、ステップＳ１５１でエアフローメータ３１の信号が読み込まれ、正規化された後、ステップＳ１５２でエンジン回転数Neで除算されることによって吸入空気量Qaが演算される。
【０１０８】
そして、ステップＳ１５３で空気過剰率が目標値となる目標吸入空気量T_Qaが図３２に示すマップより読み込まれ、ステップＳ１５４でT_Qa−Qaの関数としてＥＧＲ弁開度の補正量が演算される。
【０１０９】
具体的には、本来吸入されなければならない吸入空気量T_Qaに対して実際の空気量が少ない場合は、ＥＧＲ量が多く入りすぎているため、ＥＧＲ弁開度を小さくする補正量が演算される。また、逆の場合はＥＧＲ弁開度を大きくする補正量が演算される。
【０１１０】
この結果、ＥＧＲ量、空気量が適正となり、目標とする空気過剰率を得ながら、ＥＧＲによって燃焼温度を低下させることが可能となる。なお、ここでは目標吸入空気量T_Qaと吸入空気量Qaとの差に基づきＥＧＲ弁開度の補正量を演算したが、図３３に示すマップより目標吸気管負圧T_Bstを読み込み、これと吸気管負圧Bstとの差に基づきＥＧＲ弁開度の補正量を演算するようにしても良い。
【０１１１】
次に、図１８のステップＳ５５、Ｓ５６で実行される吸入空気量最小化制御とＥＧＲ量最大化制御について図３４、図３５のフローを参照しながら説明する。
【０１１２】
図３４は吸入空気量最小化制御の内容を示し、これによると、ステップＳ１６１で吸気絞り弁２０の開度を最小とするデューティ比が電磁弁２２に出力される。
【０１１３】
また、図３５はＥＧＲ量最大化制御の内容を示し、これによると、ステップＳ１７１でＥＧＲ弁９の開度を最大とするデューティ比が電磁弁１２に出力され、ステップＳ１７２で可変ノズル１Ｇの開度を最小とするデューティ比が電磁弁１Ｋに出力される。
【０１１４】
これら吸入空気量最小化制御とＥＧＲ量最大化制御はセットで行うものであり、また、吸気絞り弁を持たない場合は吸気絞り弁開度の最小化は行わない。また、可変容量過給機１の可変ノズル最小開度とするのは、吸気管と排気管の圧力差を増大させ、ＥＧＲガス量を確保するためである。
【０１１５】
この制御を減速時に行うことによる効果を図３６に示す。
【０１１６】
この図に示すように、減速時にこの制御を行う場合と行わない場合とでは吸収剤１６の上流の排気温度に大きな差が生じ、この制御を行うことによって吸収剤１６からＮＯｘを効果的に離脱させることが可能な温度に直ちに昇温できることがわかる。
【０１１７】
次に、全体的な作用について説明する。
【０１１８】
上述した通り、エンジン５は上死点以降に熱発生パターンが単段の予混合燃焼を行い、エンジン５から放出されるＮＯｘは排気通路に設けられたＮＯｘ吸収剤１６に吸収されるが、ＮＯｘの吸収量が増大してくるとＮＯｘ吸収剤１６のＮＯｘ吸収能力は低下してくる。
【０１１９】
そのため、コントローラ３０は演算推定したＮＯｘ吸収量に基づきＮＯｘ吸収剤１６のＮＯｘ吸収能力の低下を判断し、ＮＯｘ吸収剤１６の吸収能力が低下してきたら空気過剰率を所定値（＝１近傍）まで低下させ、吸収されたＮＯｘの放出浄化処理を行う。このとき、本発明によると、運転条件に応じて吸入空気量を制御するとともに、吸入空気量又は吸気管圧力に応じて排気還流量を制御することにより、熱発生パターンが単段の予混合燃焼状態を維持した状態で空気過剰率を所定値まで低下させる。
【０１２０】
したがって、ＮＯｘ放出浄化処理中も熱発生パターンが単段の予混合燃焼状態が維持されることになり、スモーク、ＰＭを増加させることなくＮＯｘ吸収剤１６からＮＯｘを放出させることができる。この状況を図３７に示す。この図に示されるように、スモーク量を増大させることなく空気過剰率を低下させることができＮＯｘの増加も無い。また、ＣＯが増加するので、ＮＯｘ吸収剤１６から放出されらＮＯｘと反応し、ＮＯｘを効果的に還元することができる。
【０１２１】
さらに、吸入空気量又は吸気管圧力に応じて燃料噴射量を増量補正することにより、吸入空気量減少に伴うトルク低下、具体的にはポンピングロスや熱効率の悪化に伴うトルク低下が補正される。これにより、ＮＯｘ放出浄化処理で吸入空気量が減少することによるトルク段差が解消され、運転性が悪化するのを防止できる。
【０１２２】
また、吸入空気量又は吸気管圧力に応じて燃料噴射時期を補正することによって、吸入空気量減少によって生起される圧縮上死点での圧縮温度低下に伴う着火遅れ期間の増加が補正される。これにより、着火遅れ増加による排気組成の悪化を最小限にとどめ、ＮＯｘ放出浄化処理中も熱発生パターンが単段の予混合燃焼の形態を維持できるとともに、失火の発生も防止できる。
【０１２３】
さらに吸入空気量がエンジン負荷と回転数に応じて制御されるので、常に適正な空気過剰率を維持でき、空気過剰率が小さすぎることによる燃費悪化の増大が防止されるとともに、空気過剰率がＮＯｘ吸収剤１６からＮＯｘが効率的に放出される値となり、ＮＯｘの放出が不完全に行われるのを防止できる。
【０１２４】
しかも、ＮＯｘ吸収剤１６にＮＯｘ量が所定値以上吸収されたと判断されたときに所定期間実行されるので、吸入空気量を減少させることによる空気過剰率低下に起因する燃費の悪化を最小限に抑えることができる。また、ＮＯｘ吸収剤温度が所定値以下の場合、ＮＯｘ放出浄化制御は行われないので、燃費を犠牲にするだけでＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力を回復できないという状況を回避できる。
【０１２５】
さらに、減速中、吸入空気量制御手段によって、吸入空気量を最小、排気還流量を最大にすべく制御されるので、ＮＯｘ吸収剤への排気の流入を最小限に抑えることができ、ＮＯｘ吸収剤の保温及びＨＣ、ＣＯ等との反応による昇温が図られる。この結果、定常又は加速運転条件に移行してから空気過剰率を所定値に制御するときに、ＮＯｘ吸収剤から効果的にＮＯｘを放出できる温度条件にすることができる。
【０１２６】
しかも、減速中でＮＯｘ吸収剤温度が所定値以下の場合、ＮＯｘ放出浄化処理は行われないので、燃費を犠牲にするだけでＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力を回復できないという状況を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排気浄化装置を備えたディーゼルエンジンの概略構成図である。
【図２】燃料噴射装置の概略構成図である。
【図３】ＮＯｘ吸収剤温度とＮＯｘ吸収量の関係を示した図である。
【図４】ＮＯｘ吸収反応のメカニズムを説明するための図である。
【図５】ＮＯｘ放出浄化反応のメカニズムを説明するための図である。
【図６】コントローラが行う制御を説明するためのフローチャートである。
【図７】目標燃料噴射量を設定するためのマップである。
【図８】目標噴射時期を設定するためのマップである。
【図９】目標噴射圧を設定するためのマップである。
【図１０】目標ＥＧＲ弁開度を設定するためのマップである。
【図１１】要求スワール比を設定するためのマップである。
【図１２】目標ノズル開度を設定するためのマップである。
【図１３】熱発生パターンと排気性能との関係を示した図である。
【図１４】エンジンの燃焼状態を説明するための図である。
【図１５】ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘを放出還元するときにコントローラが行う制御を説明するためのフローチャートである。
【図１６】単位時間あたりのＮＯｘ排出量を演算するためのマップである。
【図１７】ＮＯｘ吸収率を演算するためのマップである。
【図１８】ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘを放出還元するときにコントローラが行う制御の別の例を説明するためのフローチャートである。
【図１９】吸入空気量制御を説明するためのフローチャートである。
【図２０】吸気絞り弁開度を演算するためのマップである。
【図２１】吸入空気量制御の別の例を説明するためのフローチャートである。
【図２２】ノズル開度補正量を演算するためのマップである。
【図２３】噴射量補正制御を説明するためのフローチャートである。
【図２４】基準吸入空気量を設定するためのマップである。
【図２５】噴射量補正係数を演算するためのテーブルである。
【図２６】噴射量補正制御の別の例を説明するためのフローチャートである。
【図２７】基準吸気管圧力を設定するためのマップである。
【図２８】噴射時期補正制御を説明するためのフローチャートである。
【図２９】噴射時期補正量を演算するためのテーブルである。
【図３０】噴射時期補正制御の別の例を説明するためのフローチャートである。
【図３１】ＥＧＲ弁開度補正制御（目標空気過剰率が１以下）を説明するためのフローチャートである。
【図３２】目標吸入空気量を設定するためのマップである。
【図３３】目標吸気管圧力を設定するためのマップである。
【図３４】吸入空気量最小化制御を説明するためのフローチャートである。
【図３５】ＥＧＲ量最大化制御を説明するためのフローチャートである。
【図３６】減速時に吸入空気量最小化制御とＥＧＲ量最大化制御を行うことによる効果を説明するための図である。
【図３７】本発明の効果を説明するための図である。
【符号の説明】
１ 可変容量過給機
１Ｆ ウエストゲートバルブ
１Ｇ 可変ノズル
５ ディーゼルエンジン
６ 燃料噴射弁
９ ＥＧＲ弁
１０ ＥＧＲ通路
１６ ＮＯｘ吸収剤
２０ 吸気絞り弁
３０ コントローラ
３１ エアフローメータ
８５ コモンレール
Claims (12)
- 排気の一部を吸気系に還流することにより燃焼温度を下げるとともに燃料噴射時期の遅角化により着火遅れ期間を長くし、上死点後に熱発生パターンが単段の予混合燃焼の形となる燃焼を行う圧縮着火エンジンの排気浄化装置において、
流入する排気の空気過剰率に応じて排気中のＮＯｘを吸収あるいは吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤と、
吸収されたＮＯｘ量の増大による前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力の低下を判断する手段と、
前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力が低下したと判断された場合に、前記上死点後に熱発生パターンが単段の予混合燃焼の形となる燃焼を維持した状態で空気過剰率を低下させ、前記ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘを放出浄化処理する手段と、
を備えたこと特徴とする圧縮着火エンジンの排気浄化装置。 - 排気の一部を吸気系に還流することにより燃焼温度を下げるとともに燃料噴射時期の遅角化により着火遅れ期間を長くし、上死点後に熱発生パターンが単段の予混合燃焼の形となる燃焼を行う圧縮着火エンジンの排気浄化装置において、
流入する排気の空気過剰率に応じて排気中のＮＯｘを吸収あるいは吸収したＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収剤と、
エンジンの吸入空気量を調整する吸入空気量調整手段と、
排気還流量を調整する排気還流量調整手段と
ＮＯｘ吸収量の増大による前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力の低下を判断する手段と、
前記ＮＯｘ吸収剤のＮＯｘ吸収能力が低下したと判断された場合に、運転条件に応じて前記吸入空気量調整手段により吸入空気量を制御するとともに、そのときの吸入空気量又は吸気管圧力に応じて前記排気還流量調整手段により排気還流量を制御し、前記上死点後に熱発生パターンが単段の予混合燃焼の形となる燃焼を維持した状態で空気過剰率を所定値まで低下させ、前記ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘを放出浄化処理するＮＯｘ放出浄化処理手段と、
を備えたことを特徴とする圧縮着火エンジンの排気浄化装置。 - 前記吸入空気量制御手段は吸気通路に設けられた吸気絞り弁であることを特徴とする請求項２に記載の圧縮着火エンジンの排気浄化装置。
- 前記吸入空気量制御手段はエンジンの過給圧を制御することで吸入空気量を制御することを特徴とする請求項２に記載の圧縮着火エンジンの排気浄化装置。
- 前記吸入空気量調整手段によって調整された吸入空気量あるいは吸気管圧力に応じて燃料噴射量を補正する燃料噴射量補正手段を備えたことを特徴とする請求項２から４のいずれか一つに記載の圧縮着火エンジンの排気浄化装置。
- 前記燃料噴射量補正手段は、吸入空気量が所定の基準値以下あるいは吸気管圧力が所定の基準値以下の場合に、燃料噴射量を所定の基準値と吸入空気量又は吸気管圧力の差に応じて増量補正することを特徴とする請求項５に記載の圧縮着火エンジンの排気浄化装置。
- 前記吸入空気量調整手段によって調整された吸入空気量あるいは吸気管圧力に応じて燃料噴射時期を補正する燃料噴射時期補正手段を備えたことを特徴とする請求項２から４のいずれか一つに記載の圧縮着火エンジンの排気浄化装置。
- 前記燃料噴射時期補正手段は、吸入空気量が所定の基準値以下あるいは吸気管圧力が所定の基準値以下の場合に、燃料噴射時期を所定の基準値と吸入空気量又は吸気管圧力との差に応じて進角補正することを特徴とする請求項７に記載の圧縮着火エンジンの排気浄化装置。
- 前記吸入空気量調整手段は、吸入空気量をエンジン負荷及びエンジン回転数に応じて調整することを特徴とする請求項２から４のいずれか一つに記載の圧縮着火エンジンの排気浄化装置。
- 前記ＮＯｘ放出浄化処理手段は、前記ＮＯｘ吸収剤にＮＯｘ量が所定値以上吸収されたと判断された後に所定期間前記ＮＯｘ放出浄化処理を行うことを特徴とする請求項２から９のいずれか一つに記載の圧縮着火エンジンの排気浄化装置。
- 前記ＮＯｘ放出浄化処理手段は、前記ＮＯｘ吸収剤にＮＯｘ量が所定値以上吸収されたと判断された後の減速中、前記吸入空気量調整手段により吸入空気量を最小値に調整するとともに、前記排気還流量調整手段により排気還流量を最大値に調整し、定常又は加速運転条件に移行したと判断された後に前記ＮＯｘ放出浄化処理を行うことを特徴とする請求項２から１０のいずれか一つに記載の圧縮着火エンジンの排気浄化装置。
- ＮＯｘ吸収剤温度が所定値以下の場合、前記ＮＯｘ放出浄化処理手段は前記ＮＯｘ放出浄化処理を行わないことを特徴とする請求項２から１１のいずれか一つに記載の圧縮着火エンジンの排気浄化装置。
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