JP4083478B2 - 内燃機関 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化装置を備えた内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気系に設置される排気浄化触媒は、一般的に所定温度以上において活性化し、効率的な排気浄化能力を発揮する。換言すれば、所定温度に達しない領域では、十分な排気浄化を望むことはできないのが普通である。
【０００３】
また、自動車等に搭載される内燃機関、特にディーゼル機関では、この内燃機関の排気系に排気中に含まれる微粒子（パティキュレートマター、Particulate Matter、以下、「ＰＭ」とする）を酸化して除去し、大気中に微粒子が放出されないようにディーゼルエンジンの排気系に微粒子の捕集を行うパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」とする）を設ける技術が知られている。
【０００４】
このようなフィルタでは、比較的低温でＰＭを連続的に酸化して浄化することが可能なものがあるが、フィルタの温度が所定温度以上でないと有効に機能しない。
【０００５】
一方、内燃機関の減速時（エンジンブレーキ時）には燃料供給カットが行われることが多く、外部からの低温の吸入空気がそのまま排気系に設置した排気浄化触媒に流入する事態が予想される。このような事態となれば、活性温度に達しているフィルタ等を含む種々のタイプの排気浄化触媒を冷却してしまうので、活性温度が確保できずに排気浄化が十分に実施できなくなることが生じ得る。
【０００６】
このような事態を防止するために、例えば特開平９−３２９０６０号公報では、いわゆるハイブリッド型車両において、燃料供給カット制御中等には、排気を還流手段によって還流させ、吸気管側へ低温の排気ガスを還流させることが記載されている。すなわち、燃料カット制御により低温となった排気は、排気浄化触媒の上流側で吸気管に戻され、排気浄化触媒に流入しないため、これを冷却して排気の浄化効率を低下させることを抑制することが公知である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、減速時等の低負荷運転時に上述したような排気の還流を実施していると、状況が変化して内燃機関を駆動源とする車両が加速に移行する際に、吸気系から新気を取り込まない状態で排気を吸気系に還流させていることから、内燃機関が直ぐにこれに対応できない。すなわち、新気が内燃機関に供給されまでの間、適切な燃料噴射がされずに内燃機関の回転が上昇せず、いわゆる応答遅れが生じてしまいドライバビリティが悪化する問題がある。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてされたもので、その課題は、減速時に新気が流入して排気浄化触媒が冷却されることを抑制して、効率的な排気浄化を可能としながら、次動作に移行する際の応答遅れが生じないようにした内燃機関を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。すなわち、排気系に配置された排気浄化触媒と、
前記内燃機関の吸気系に排気を再循環させるＥＧＲ装置と、
吸気系に再循環する排気の量をコントロールするＥＧＲ弁と、
吸入空気量をコントロールする吸気絞り弁と、
を備えた内燃機関において、
前記排気浄化触媒よりも上流の排気通路に排気切替弁を設け、この排気切替弁上流の排気通路と前記吸気絞り弁下流の吸気通路とを前記ＥＧＲ装置のＥＧＲ通路により連通させ、減速時には前記排気切替弁及び吸気絞り弁を全閉にすると共にＥＧＲ弁を全開とした後、所定時間の経過後には前記排気切替弁を全開とし、ＥＧＲ弁及び吸気絞り弁を所定の開度に開弁することを特徴とする。
【００１０】
前記排気浄化触媒は、内燃機関の排気中の微粒子を一時期捕集可能であり、所定温度領域では前記微粒子を連続的に酸化除去することが可能な酸素吸蔵剤がフィルタに担持されているもの、三元触媒、酸化触媒等を担持したフィルタを例示できる。この排気浄化触媒は、排気浄化機能が所定温度領域内で有効に発揮されるものであれば、特に限定されるものではない。
【００１１】
前記減速時とは、例えば内燃機関を搭載した車両ののアクセル開度、燃料噴射量等に基づいて、車両が減速中であると判断できる場合である。また、減速中とは、エンジンブレーキ状態で燃料供給カットが実施されていることが好ましい。
【００１２】
このように構成された内燃機関では、減速時に排気がＥＧＲ通路を介して排気系から吸気系に還流する。このとき、ほとんどの排気は内燃機関の内部を循環し、僅かな量の排気しか排気浄化触媒に流入することがないため、排気浄化触媒が新気によって冷却されることが抑制される。
【００１３】
その後、所定時間が経過した後は、排気切替弁を全開とし、ＥＧＲ弁及び吸気絞り弁を所定の開度に開弁することで、新気が吸気系に取り込まれるが、減速中の所定時間にわたって循環した排気は比較的高温となっているため、その後に新気が流入しても排気の温度が急激に低下することはなく、その結果、排気浄化触媒が冷却されることが抑制される。その上、減速状態から加速状態に移行する際、既に吸気系に新気が取り込まれているため、所定量の燃料噴射がすぐに実行されるので、内燃機関の応答遅れが回避される。
【００１４】
なお、所定時間の間、排気切替弁を全開とし、ＥＧＲ弁及び吸気絞り弁を所定の開度に開弁して新気を取り入れた後、さらに減速状態が継続していれば、排気切替弁及び吸気絞り弁を全閉にすると共にＥＧＲ弁を全開として、再び新気の取り込みを遮断することも可能である。
【００１５】
また、前記減速時には、次のようにして排気浄化触媒の冷却抑制が実施されることが好ましい。すなわち、(1)ＥＧＲ弁を全開にする、(2)排気切替弁を閉じる、(3)吸気絞り弁を閉じる、の順序とする。このようにすれば、通常の排気の流れから排気が循環する流れへの移行が円滑に行える。ただし、上記の各弁の操作の順序はこれに限定されるものではない。
【００１６】
また、本発明は、排気系に配置された排気浄化触媒と、
前記内燃機関の吸気系に排気を再循環させるＥＧＲ装置と、
吸気系に再循環する排気の量をコントロールするＥＧＲ弁と、
吸入空気量をコントロールする吸気絞り弁と、
を備えた内燃機関において、
前記排気浄化触媒よりも上流の排気通路に排気切替弁を設け、この排気切替弁上流の排気通路と前記吸気絞り弁下流の吸気通路とを前記ＥＧＲ装置のＥＧＲ通路により連通させ、減速時には、吸気絞り弁を所定の開度に開弁してＥＧＲ弁を全閉とし、次に前記排気切替弁及び吸気絞り弁を全閉にすると共にＥＧＲ弁を全開とするものであって、減速時に前記排気切替弁及び吸気絞り弁を全閉にすると共にＥＧＲ弁を全開とする場合には、最初にＥＧＲ弁を全開にして、次に排気切替弁を閉じた後、吸気絞り弁を閉じることにより排気の循環通路を形成し、また、減速状態から減速状態ではなくなった時には、前記排気切替弁を全開し、前記ＥＧＲ弁及び前記吸気絞り弁を所定の開度に開弁することを特徴とする。
【００１７】
前記減速時において、ＥＧＲ弁を全開として吸気絞り弁及び排気切替弁を全閉にする場合は、次のような順序で実施されることが好ましい。すなわち、(1)ＥＧＲ弁を全開にする、(2)排気切替弁を閉じる、(3)吸気絞り弁を閉じる、の順序とする。このようにすれば、通常の排気の流れから排気が循環する流れへの移行が円滑に行える。上述のように、上記の各弁の操作の順序はこれに限定されるものではない。
【００１８】
なお、前記減速時に、吸気絞り弁を所定の開度に開弁してＥＧＲ弁を全閉とすることで排気還流を一時なくすことにより、燃焼ガスを排出して気筒内、及び排気管内から燃焼ガスをなくす。この結果、還流させるガスの成分がほとんど新気となる。このような環流時には、ほとんどの排気が内燃機関の内部を循環し、僅かな量の排気しか排気浄化触媒に流入することがないので、排気浄化触媒が新気によって冷却されることが抑制される。
【００１９】
一方、還流ガスのほとんどが新気であるので、減速中に排気浄化触媒が冷却されることを抑制しつつ、減速から加速状態に変化しても、排気中に所定量の酸素が存在しているため燃料噴射がすぐに実行される。したがって、内燃機関の応答遅れが回避される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は、本実施の形態に係る排気浄化装置を適用する内燃機関１とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２１】
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００２２】
内燃機関１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。このコモンレール４には、このコモンレール４内の燃料の圧力に対応した電気信号を出力するコモンレール圧センサ４ａが取り付けられている。
【００２３】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、この燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａが内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００２４】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトからこの燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００２５】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００２６】
次に、内燃機関１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００２７】
前記吸気枝管８は吸気管９に接続され、この吸気管９には管内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１１が取り付けられている。
【００２８】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、この吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。この吸気絞り弁１３には、ステップモータ等で構成され、この吸気絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１４が取り付けられている。
【００２９】
前記エアフローメータ１１と前記吸気絞り弁１３との間に位置する吸気管９には、排気のエネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられ、コンプレッサハウジング１５ａより下流の吸気管９には、前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ１６が設けられている。
【００３０】
このように構成された吸気系では、吸気は吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、このコンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ１６にて冷却された後、必要に応じて吸気絞り弁１３によって流量を調節されて吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００３１】
一方、内燃機関１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が排気ポート（図示省略）を介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００３２】
前記排気枝管１８には、排気切替弁３０が設けられ、この排気切替弁３０は、排気切替用アクチュエータ２２の作動によって開閉する。この下流の排気枝管１８は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂの一端に接続されている。前記タービンハウジング１５ｂの他端は、排気管１９と接続され、この排気管１９は、下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。
【００３３】
前記排気管１９の途中には、吸蔵還元型ＮＯx触媒を担持したパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）２０が設けられている。フィルタ２０より上流の排気管１９には、この排気管１９内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ２４が取り付けられている。
【００３４】
さらに、フィルタ２０の下流の排気管１９の途中には、酸化触媒２１が設けられている。
【００３５】
このように構成された排気系では、内燃機関１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポートを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝管１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、この排気が持つエネルギを利用してタービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００３６】
前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、排気管１９を介してフィルタ２０へ流入し、排気中のＰＭが捕集され且つ有害ガス成分が除去又は浄化される。フィルタ２０にてＰＭを捕集され且つ有害ガス成分を除去又は浄化された排気は、酸化触媒２１を通過し、残存する可能性のあるＨＣ、ＣＯが酸化、除去されてマフラーを介して大気中に放出される。
【００３７】
また、排気枝管１８と吸気枝管８とは、排気枝管１８内を流通する排気の一部を吸気枝管８へ再循環させる排気再循環通路（以下、ＥＧＲ通路とする。）２５を介して連通されている。このＥＧＲ通路２５の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路２５内を流通する排気（以下、ＥＧＲガスとする。）の流量を変更する流量調整弁（以下、ＥＧＲ弁とする。）２６が設けられている。
【００３８】
前記ＥＧＲ通路２５の途中でＥＧＲ弁２６より上流には、このＥＧＲ通路２５内を流通するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２７が設けられている。前記ＥＧＲクーラ２７には、冷却水通路（図示省略）が設けられ内燃機関１を冷却するための冷却水の一部が循環する。
【００３９】
このように構成された排気再循環機構では、ＥＧＲ弁２６が開弁されると、ＥＧＲ通路２５が連通状態となり、排気枝管１８内を流通する排気の一部が前記ＥＧＲ通路２５へ流入し、ＥＧＲクーラ２７を経て吸気枝管８へ導かれる。
【００４０】
その際、ＥＧＲクーラ２７では、ＥＧＲ通路２５内を流通するＥＧＲガスと内燃機関１の冷却水との間で熱交換が行われ、ＥＧＲガスが冷却される。
【００４１】
ＥＧＲ通路２５を介して排気枝管１８から吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれる。
【００４２】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、熱容量が高い不活性ガス成分が含まれているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が抑制される。
【００４３】
さらに、ＥＧＲクーラ２７においてＥＧＲガスが冷却されると、ＥＧＲガス自体の温度が低下するとともにＥＧＲガスの体積が縮小されるため、ＥＧＲガスが燃焼室内に供給されたときにこの燃焼室内の雰囲気温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に供給される吸入空気の量（新気の体積）が不要に減少することもない。
【００４４】
次に、本実施の形態に係るフィルタ２０について説明する。
【００４５】
図２は、フィルタ２０の断面図である。図２（Ａ）は、フィルタ２０の横方向断面を示す図である。図２（Ｂ）は、フィルタ２０の縦方向断面を示す図である。
【００４６】
図２（Ａ）及び（Ｂ）に示されるようにフィルタ２０は、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路５０、５１を具備するいわゆるウォールフロー型である。これら排気流通路は下流端が栓５２により閉塞された排気流入通路５０と、上流端が栓５３により閉塞された排気流出通路５１とにより構成される。なお、図２（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓５３を示している。従って、排気流入通路５０および排気流出通路５１は薄肉の隔壁５４を介して交互に配置される。換言すると排気流入通路５０および排気流出通路５１は各排気流入通路５０が４つの排気流出通路５１によって包囲され、各排気流出通路５１が４つの排気流入通路５０によって包囲されるように配置される。
【００４７】
フィルタ２０は、例えばコージェライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気流入通路５０内に流入した排気は図２（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁５４内を通って隣接する排気流出通路５１内に流出する。
【００４８】
本発明による実施例では各排気流入通路５０および各排気流出通路５１の周壁面、即ち各隔壁５４の両側表面上および隔壁５４内の細孔内壁面上には例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、ここでは、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持し、更にＯ2ストレージ能力のあるセリア（Ｃｅ2Ｏ3）を添加して構成される吸蔵還元型ＮＯx触媒を担持したフィルタ２０とした。
【００４９】
このように構成されたフィルタ２０は、ＰＭを連続的に酸化して除去すると共に、このフィルタ２０に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、ＮＯx触媒は、このＮＯx触媒から放出された窒素酸化物（ＮＯx）を窒素（Ｎ2）に還元することができる。
【００５０】
ところで、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、内燃機関１から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒に吸蔵されることになるが、内燃機関１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒にて除去されずに大気中へ放出されてしまう。
【００５１】
特に、内燃機関１のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和し易い。
【００５２】
従って、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和する前にＮＯx触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、ＮＯx触媒に吸蔵された窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元させる必要がある。
【００５３】
このように酸素濃度を低下させる方法としては、排気中の燃料添加や、気筒２内への膨張行程中の燃料噴射等の方法が考えられるが、本実施の形態では、フィルタ２０より上流の排気管１９を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構は、還元剤供給路２９、及び還元剤噴射弁２８を備える。還元剤噴射弁２８は、排気管１８の上流に配置され、排気中へ還元剤たる燃料を添加することができる。このような還元剤の添加により、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めるようにした。
【００５４】
以上述べたように構成された内燃機関１には、この内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００５５】
ＥＣＵ３５には、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、排気温度センサ２４、クランクポジションセンサ３３、アクセル開度センサ３６等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
【００５６】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気切替用アクチュエータ２２、還元剤噴射弁２８、ＥＧＲ弁２６、遮断弁３１等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ３５が制御することが可能になっている。
【００５７】
ここで、ＥＣＵ３５は、図３に示すように、双方向性バス３５０によって相互に接続された、ＣＰＵ３５１と、ＲＯＭ３５２と、ＲＡＭ３５３と、バックアップＲＡＭ３５４と、入力ポート３５６と、出力ポート３５７とを備えるとともに、前記入力ポート３５６に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）３５５を備えている。
【００５８】
前記入力ポート３５６は、クランクポジションセンサ３３のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００５９】
前記入力ポート３５６は、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、排気温度センサ２４、アクセル開度センサ３６等のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサのＡ／Ｄ３５５を介して入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００６０】
前記出力ポート３５７は、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気切替用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６、還元剤噴射弁２８、遮断弁３１等と電気配線を介して接続され、ＣＰＵ３５１から出力される制御信号を、前記した燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気切替用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６、還元剤噴射弁２８、あるいは遮断弁３１へ送信する。
【００６１】
前記ＲＯＭ３５２は燃料噴射弁３を制御するための燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り弁１３を制御するための吸気絞り制御ルーチン、排気切替弁３０を制御するための排気切替制御ルーチン、ＥＧＲ弁２６を制御するためのＥＧＲ制御ルーチン、フィルタ２０に還元剤を添加して吸蔵されたＮＯxを放出させるＮＯx浄化制御ルーチン、等のアプリケーションプログラムを記憶している。
【００６２】
前記ＲＯＭ３５２は、上記したアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。前記制御マップは、例えば、内燃機関１の運転状態と基本燃料噴射量（基本燃料噴射時間）との関係を示す燃料噴射量制御マップ、内燃機関１の運転状態と基本燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と吸気絞り弁１３の目標開度との関係を示す吸気絞り弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態とＥＧＲ弁２６の目標開度との関係を示すＥＧＲ弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態と還元剤の目標添加量（若しくは排気の目標空燃比）との関係を示す還元剤添加量制御マップ、還元剤の目標添加量と還元剤噴射弁２８の開弁時間との関係を示す還元剤噴射弁制御マップ等である。
【００６３】
前記ＲＡＭ３５３は、各センサからの出力信号やＣＰＵ３５１の演算結果等を格納する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機関回転数である。これらのデータは、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
【００６４】
前記バックアップＲＡＭ３５４は、内燃機関１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリである。
【００６５】
前記ＣＰＵ３５１は、前記ＲＯＭ３５２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、燃料噴射弁制御、吸気絞り制御、排気切替制御、ＥＧＲ制御、ＮＯx浄化制御、等を実行する。
【００６６】
次に、本発明をフィルタ２０を設けた内燃機関について適用する場合を例として、図４に示すフローチャートに従い、排気切替制御による触媒冷却の抑制を説明する。
【００６７】
このフローチャートを実行するルーチンは、予めＲＯＭ３５２に記憶されており、ＣＰＵ３５１によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンである。
【００６８】
先ず、Ｓ１０１では、内燃機関１を搭載した車両が減速中であるか否かを判断する。内燃機関１の運転中、減速中であるか否かは、機関回転数、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）、及びエアフローメータ１１の出力信号値（吸入空気量）等に基づいてＲＡＭ３５３から読み出された燃料噴射量により判断することができる。Ｓ１０１において減速中でないと判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、本ルーチンの実行を一旦終了する。他方、減速中であると判断された場合には、Ｓ１０２に進む。
【００６９】
ステップＳ１０２では、ＣＰＵ３５１の指令により、ＥＧＲ弁２６が開かれる。排気の還流する通路を確保して円滑な排気の還流を確保するためには、最初にＥＧＲ弁２６を開くことが望ましい。
【００７０】
Ｓ１０３では排気切替弁３０を閉じ、続いてＳ１０４では、吸気絞り弁１３を閉じる。この状態では、排気の還流が開始される。この場合、図５に示すように、排気の流れる経路は、ＥＧＲ通路２５を通り、吸気枝管８に戻され、各気筒２内を通過して排気枝管１８に至り、再度、ＥＧＲ通路２５を通ることになる。この循環路における排気の流れを矢印Ａにより示す。
【００７１】
このような循環路が形成され、新気が内燃機関１に取り込まれることがなく、ほとんどの排気が上記循環路を還流することになる。このとき、フィルタ２０には僅かな排気が流入するのみであり、新気による冷却はほとんど生じない。
【００７２】
次に、Ｓ１０５では、上記の排気還流状態が継続している時間ｔ2が、予め設定された所定時間ｔ1よりも大きくなったか否かを判断する。排気環流の時間ｔ2が所定時間ｔ1より小さい場合、すなわち所定時間が未経過であれば排気の還流状態が保持される。反対に、排気環流の時間ｔ2が所定時間ｔ1より大きくなり、所定時間以上が経過したらＳ１０６に進む。
【００７３】
Ｓ１０６では、吸気切替弁３０が所定の開度に開かれ、Ｓ１０７では、ＥＧＲ弁２６が所定の開度に開かれる。
【００７４】
次に、Ｓ１０８では、吸気絞り弁１３が所定開度に開かれる。このようにして、所定時間ｔ1の経過後は、図５における矢印Ｂで示すように、通常の排気の流れに戻されるので、新気の吸入が開始される。しかし、ＥＧＲガスはある程度の高温に達しているので、通常は、急激に排気温度が低下して、フィルタ２０を活性温度領域以下になるまで冷却することが回避される。
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態と比較して以下の点で相違する。
【００７５】
減速時には、吸気絞り弁１３を所定の開度に開弁してＥＧＲ弁２６を全閉として新気を吸気管９内に取り込む。次に、排気切替弁３０及び吸気絞り弁１３を全閉にすることで、新気、すなわち所定濃度の酸素を含んだ排気を、第１の実施の形態で述べたような循環路内を還流させる。
【００７６】
このようにすることで、フィルタ２０の新気流入による冷却を抑制すると共に、車両が減速状態から加速状態に移行した際、内燃機関１において循環している排気中の酸素量に基づく燃料噴射が最初に実行されることで、外部からの新気が内燃機関に到達するまで燃料噴射がされないことによる応答遅れが防止される。
【００７７】
次に、図６に示すフローチャートに従って本発明の排気切替制御を説明する。
【００７８】
このフローチャートを実行するルーチンは、予めＲＯＭ３５２に記憶されており、ＣＰＵ３５１によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンである。
【００７９】
先ず、Ｓ２０１では、内燃機関を搭載した車両が減速中であるか否かを判断する。内燃機関１の運転中、減速中であるか否かは、機関回転数、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）、及びエアフローメータ１１の出力信号値（吸入空気量）等に基づいてＲＡＭ３５３から読み出された燃料噴射量により判断する。
【００８０】
Ｓ２０１において減速中でないと判断された場合は、ＣＰＵ３５１は、本ルーチンを一旦終了する。他方、減速中でないと判断した場合には、Ｓ２０２に進む。
【００８１】
次に、Ｓ２０２では、吸気絞り弁１３を開き新気を吸入する。
【００８２】
Ｓ２０３では、ＥＧＲ弁２６を閉じる。これにより相当量の新気が吸入される。
【００８３】
その後、Ｓ２０４でＥＧＲ弁２６を開いて排気循環路の形成を準備し、Ｓ２０５で排気切替弁３０を閉じ、続いてＳ２０６で吸気絞り弁１３を閉じることで、図５に示す排気循環路を形成する。この状態では、新気の吸入はされず、ほとんどの排気が還流するが、最初に取り込んだ新気（酸素）が排気中に含まれている。
【００８４】
次に、Ｓ２０７で減速中であるか否かを再び判断し、減速中であればＳ２０４に戻り、排気の還流を継続する。
【００８５】
また、減速中でないと判断されたら、Ｓ２０８に進み排気切替弁３０を全開とし、Ｓ２０９でＥＧＲ弁２６の開度を適切な位置に調節する。次に、Ｓ２１０で吸気絞り弁１３を開くことで、排気の還流は終了し、通常の排気の流れに復帰する。
【００８６】
以上のようにして、排気還流中はフィルタ２０に低温の新気が流入することが防止され、かつ、排気還流中に車両が加速状態に移行しても排気中の酸素量に応じた燃料噴射がされ、応答遅れを生じることなく内燃機関１の回転が上昇し、次動作に移行することができる。よってドライバビリティを大きく損なうことはない。
【００８７】
上述した第１の実施の形態と第２の実施の形態において述べた制御は、可能な限り組み合わせて実施してもよい。
【００８８】
【発明の効果】
本発明によれば、減速時に新気が流入して排気浄化触媒が冷却されることを抑制するので、効率的な排気浄化が可能となる。しかも、減速状態から加速状態に移行する際、既に吸気系に新気が取り込まれているため、所定量の燃料噴射がすぐに実行されるので、内燃機関の応答遅れを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の内燃機関とその吸排気系とを併せ示す概略構成図である。
【図２】（Ａ）は、パティキュレートフィルタの横方向断面を示す図である。（Ｂ）は、パティキュレートフィルタの縦方向断面を示す図である。
【図３】ＥＣＵの内部構成を示すブロック図である。
【図４】第１の実施の形態における制御のフローチャート図である。
【図５】排気循環路を示す図である。
【図６】第２の実施の形態における制御のフローチャート図である。
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
１ａ・・・クランクプーリ
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
４ａ・・・コモンレール圧センサ
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
６ａ・・・ポンププーリ
８・・・・吸気枝管
９・・・・吸気管
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０・・・パティキュレートフィルタ
２１・・・酸化触媒
２５・・・ＥＧＲ通路
２６・・・ＥＧＲ弁
２７・・・ＥＧＲクーラ
３０・・・排気切替弁
３１・・・遮断弁
３３・・・クランクポジションセンサ
３５・・・ＥＣＵ
３６・・・アクセル開度センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化装置を備えた内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気系に設置される排気浄化触媒は、一般的に所定温度以上において活性化し、効率的な排気浄化能力を発揮する。換言すれば、所定温度に達しない領域では、十分な排気浄化を望むことはできないのが普通である。
【０００３】
また、自動車等に搭載される内燃機関、特にディーゼル機関では、この内燃機関の排気系に排気中に含まれる微粒子（パティキュレートマター、Particulate Matter、以下、「ＰＭ」とする）を酸化して除去し、大気中に微粒子が放出されないようにディーゼルエンジンの排気系に微粒子の捕集を行うパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」とする）を設ける技術が知られている。
【０００４】
このようなフィルタでは、比較的低温でＰＭを連続的に酸化して浄化することが可能なものがあるが、フィルタの温度が所定温度以上でないと有効に機能しない。
【０００５】
一方、内燃機関の減速時（エンジンブレーキ時）には燃料供給カットが行われることが多く、外部からの低温の吸入空気がそのまま排気系に設置した排気浄化触媒に流入する事態が予想される。このような事態となれば、活性温度に達しているフィルタ等を含む種々のタイプの排気浄化触媒を冷却してしまうので、活性温度が確保できずに排気浄化が十分に実施できなくなることが生じ得る。
【０００６】
このような事態を防止するために、例えば特開平９−３２９０６０号公報では、いわゆるハイブリッド型車両において、燃料供給カット制御中等には、排気を還流手段によって還流させ、吸気管側へ低温の排気ガスを還流させることが記載されている。すなわち、燃料カット制御により低温となった排気は、排気浄化触媒の上流側で吸気管に戻され、排気浄化触媒に流入しないため、これを冷却して排気の浄化効率を低下させることを抑制することが公知である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、減速時等の低負荷運転時に上述したような排気の還流を実施していると、状況が変化して内燃機関を駆動源とする車両が加速に移行する際に、吸気系から新気を取り込まない状態で排気を吸気系に還流させていることから、内燃機関が直ぐにこれに対応できない。すなわち、新気が内燃機関に供給されまでの間、適切な燃料噴射がされずに内燃機関の回転が上昇せず、いわゆる応答遅れが生じてしまいドライバビリティが悪化する問題がある。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてされたもので、その課題は、減速時に新気が流入して排気浄化触媒が冷却されることを抑制して、効率的な排気浄化を可能としながら、次動作に移行する際の応答遅れが生じないようにした内燃機関を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以下の手段を採用した。すなわち、排気系に配置された排気浄化触媒と、
前記内燃機関の吸気系に排気を再循環させるＥＧＲ装置と、
吸気系に再循環する排気の量をコントロールするＥＧＲ弁と、
吸入空気量をコントロールする吸気絞り弁と、
を備えた内燃機関において、
前記排気浄化触媒よりも上流の排気通路に排気切替弁を設け、この排気切替弁上流の排気通路と前記吸気絞り弁下流の吸気通路とを前記ＥＧＲ装置のＥＧＲ通路により連通させ、減速時には前記排気切替弁及び吸気絞り弁を全閉にすると共にＥＧＲ弁を全開とした後、所定時間の経過後には前記排気切替弁を全開とし、ＥＧＲ弁及び吸気絞り弁を所定の開度に開弁することを特徴とする。
【００１０】
前記排気浄化触媒は、内燃機関の排気中の微粒子を一時期捕集可能であり、所定温度領域では前記微粒子を連続的に酸化除去することが可能な酸素吸蔵剤がフィルタに担持されているもの、三元触媒、酸化触媒等を担持したフィルタを例示できる。この排気浄化触媒は、排気浄化機能が所定温度領域内で有効に発揮されるものであれば、特に限定されるものではない。
【００１１】
前記減速時とは、例えば内燃機関を搭載した車両ののアクセル開度、燃料噴射量等に基づいて、車両が減速中であると判断できる場合である。また、減速中とは、エンジンブレーキ状態で燃料供給カットが実施されていることが好ましい。
【００１２】
このように構成された内燃機関では、減速時に排気がＥＧＲ通路を介して排気系から吸気系に還流する。このとき、ほとんどの排気は内燃機関の内部を循環し、僅かな量の排気しか排気浄化触媒に流入することがないため、排気浄化触媒が新気によって冷却されることが抑制される。
【００１３】
その後、所定時間が経過した後は、排気切替弁を全開とし、ＥＧＲ弁及び吸気絞り弁を所定の開度に開弁することで、新気が吸気系に取り込まれるが、減速中の所定時間にわたって循環した排気は比較的高温となっているため、その後に新気が流入しても排気の温度が急激に低下することはなく、その結果、排気浄化触媒が冷却されることが抑制される。その上、減速状態から加速状態に移行する際、既に吸気系に新気が取り込まれているため、所定量の燃料噴射がすぐに実行されるので、内燃機関の応答遅れが回避される。
【００１４】
なお、所定時間の間、排気切替弁を全開とし、ＥＧＲ弁及び吸気絞り弁を所定の開度に開弁して新気を取り入れた後、さらに減速状態が継続していれば、排気切替弁及び吸気絞り弁を全閉にすると共にＥＧＲ弁を全開として、再び新気の取り込みを遮断することも可能である。
【００１５】
また、前記減速時には、次のようにして排気浄化触媒の冷却抑制が実施されることが好ましい。すなわち、(1)ＥＧＲ弁を全開にする、(2)排気切替弁を閉じる、(3)吸気絞り弁を閉じる、の順序とする。このようにすれば、通常の排気の流れから排気が循環する流れへの移行が円滑に行える。ただし、上記の各弁の操作の順序はこれに限定されるものではない。
【００１６】
また、本発明は、排気系に配置された排気浄化触媒と、
前記内燃機関の吸気系に排気を再循環させるＥＧＲ装置と、
吸気系に再循環する排気の量をコントロールするＥＧＲ弁と、
吸入空気量をコントロールする吸気絞り弁と、
を備えた内燃機関において、
前記排気浄化触媒よりも上流の排気通路に排気切替弁を設け、この排気切替弁上流の排気通路と前記吸気絞り弁下流の吸気通路とを前記ＥＧＲ装置のＥＧＲ通路により連通させ、減速時には、吸気絞り弁を所定の開度に開弁してＥＧＲ弁を全閉とし、次に前記排気切替弁及び吸気絞り弁を全閉にすると共にＥＧＲ弁を全開とするものであって、減速時に前記排気切替弁及び吸気絞り弁を全閉にすると共にＥＧＲ弁を全開とする場合には、最初にＥＧＲ弁を全開にして、次に排気切替弁を閉じた後、吸気絞り弁を閉じることにより排気の循環通路を形成し、また、減速状態から減速状態ではなくなった時には、前記排気切替弁を全開し、前記ＥＧＲ弁及び前記吸気絞り弁を所定の開度に開弁することを特徴とする。
【００１７】
前記減速時において、ＥＧＲ弁を全開として吸気絞り弁及び排気切替弁を全閉にする場合は、次のような順序で実施されることが好ましい。すなわち、(1)ＥＧＲ弁を全開にする、(2)排気切替弁を閉じる、(3)吸気絞り弁を閉じる、の順序とする。このようにすれば、通常の排気の流れから排気が循環する流れへの移行が円滑に行える。上述のように、上記の各弁の操作の順序はこれに限定されるものではない。
【００１８】
なお、前記減速時に、吸気絞り弁を所定の開度に開弁してＥＧＲ弁を全閉とすることで排気還流を一時なくすことにより、燃焼ガスを排出して気筒内、及び排気管内から燃焼ガスをなくす。この結果、還流させるガスの成分がほとんど新気となる。このような環流時には、ほとんどの排気が内燃機関の内部を循環し、僅かな量の排気しか排気浄化触媒に流入することがないので、排気浄化触媒が新気によって冷却されることが抑制される。
【００１９】
一方、還流ガスのほとんどが新気であるので、減速中に排気浄化触媒が冷却されることを抑制しつつ、減速から加速状態に変化しても、排気中に所定量の酸素が存在しているため燃料噴射がすぐに実行される。したがって、内燃機関の応答遅れが回避される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置を車両駆動用のディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。
＜第１の実施の形態＞
図１は、本実施の形態に係る排気浄化装置を適用する内燃機関１とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【００２１】
図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。
【００２２】
内燃機関１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。各燃料噴射弁３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）４と接続されている。このコモンレール４には、このコモンレール４内の燃料の圧力に対応した電気信号を出力するコモンレール圧センサ４ａが取り付けられている。
【００２３】
前記コモンレール４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転トルクを駆動源として作動するポンプであり、この燃料ポンプ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａが内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられたクランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されている。
【００２４】
このように構成された燃料噴射系では、クランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトからこの燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じた圧力で燃料を吐出する。
【００２５】
前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。
【００２６】
次に、内燃機関１には、吸気枝管８が接続されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。
【００２７】
前記吸気枝管８は吸気管９に接続され、この吸気管９には管内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１１が取り付けられている。
【００２８】
前記吸気管９における吸気枝管８の直上流に位置する部位には、この吸気管９内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。この吸気絞り弁１３には、ステップモータ等で構成され、この吸気絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１４が取り付けられている。
【００２９】
前記エアフローメータ１１と前記吸気絞り弁１３との間に位置する吸気管９には、排気のエネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられ、コンプレッサハウジング１５ａより下流の吸気管９には、前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ１６が設けられている。
【００３０】
このように構成された吸気系では、吸気は吸気管９を介してコンプレッサハウジング１５ａに流入する。コンプレッサハウジング１５ａに流入した吸気は、このコンプレッサハウジング１５ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ１６にて冷却された後、必要に応じて吸気絞り弁１３によって流量を調節されて吸気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。
【００３１】
一方、内燃機関１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が排気ポート（図示省略）を介して各気筒２の燃焼室と連通している。
【００３２】
前記排気枝管１８には、排気切替弁３０が設けられ、この排気切替弁３０は、排気切替用アクチュエータ２２の作動によって開閉する。この下流の排気枝管１８は、前記遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂの一端に接続されている。前記タービンハウジング１５ｂの他端は、排気管１９と接続され、この排気管１９は、下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。
【００３３】
前記排気管１９の途中には、吸蔵還元型ＮＯx触媒を担持したパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）２０が設けられている。フィルタ２０より上流の排気管１９には、この排気管１９内を流通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温度センサ２４が取り付けられている。
【００３４】
さらに、フィルタ２０の下流の排気管１９の途中には、酸化触媒２１が設けられている。
【００３５】
このように構成された排気系では、内燃機関１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポートを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝管１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂへ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気は、この排気が持つエネルギを利用してタービンハウジング１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００３６】
前記タービンハウジング１５ｂから排出された排気は、排気管１９を介してフィルタ２０へ流入し、排気中のＰＭが捕集され且つ有害ガス成分が除去又は浄化される。フィルタ２０にてＰＭを捕集され且つ有害ガス成分を除去又は浄化された排気は、酸化触媒２１を通過し、残存する可能性のあるＨＣ、ＣＯが酸化、除去されてマフラーを介して大気中に放出される。
【００３７】
また、排気枝管１８と吸気枝管８とは、排気枝管１８内を流通する排気の一部を吸気枝管８へ再循環させる排気再循環通路（以下、ＥＧＲ通路とする。）２５を介して連通されている。このＥＧＲ通路２５の途中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路２５内を流通する排気（以下、ＥＧＲガスとする。）の流量を変更する流量調整弁（以下、ＥＧＲ弁とする。）２６が設けられている。
【００３８】
前記ＥＧＲ通路２５の途中でＥＧＲ弁２６より上流には、このＥＧＲ通路２５内を流通するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ２７が設けられている。前記ＥＧＲクーラ２７には、冷却水通路（図示省略）が設けられ内燃機関１を冷却するための冷却水の一部が循環する。
【００３９】
このように構成された排気再循環機構では、ＥＧＲ弁２６が開弁されると、ＥＧＲ通路２５が連通状態となり、排気枝管１８内を流通する排気の一部が前記ＥＧＲ通路２５へ流入し、ＥＧＲクーラ２７を経て吸気枝管８へ導かれる。
【００４０】
その際、ＥＧＲクーラ２７では、ＥＧＲ通路２５内を流通するＥＧＲガスと内燃機関１の冷却水との間で熱交換が行われ、ＥＧＲガスが冷却される。
【００４１】
ＥＧＲ通路２５を介して排気枝管１８から吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼室へ導かれる。
【００４２】
ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）などのように、自らが燃焼することがなく、且つ、熱容量が高い不活性ガス成分が含まれているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）の発生量が抑制される。
【００４３】
さらに、ＥＧＲクーラ２７においてＥＧＲガスが冷却されると、ＥＧＲガス自体の温度が低下するとともにＥＧＲガスの体積が縮小されるため、ＥＧＲガスが燃焼室内に供給されたときにこの燃焼室内の雰囲気温度が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に供給される吸入空気の量（新気の体積）が不要に減少することもない。
【００４４】
次に、本実施の形態に係るフィルタ２０について説明する。
【００４５】
図２は、フィルタ２０の断面図である。図２（Ａ）は、フィルタ２０の横方向断面を示す図である。図２（Ｂ）は、フィルタ２０の縦方向断面を示す図である。
【００４６】
図２（Ａ）及び（Ｂ）に示されるようにフィルタ２０は、互いに平行をなして延びる複数個の排気流通路５０、５１を具備するいわゆるウォールフロー型である。これら排気流通路は下流端が栓５２により閉塞された排気流入通路５０と、上流端が栓５３により閉塞された排気流出通路５１とにより構成される。なお、図２（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓５３を示している。従って、排気流入通路５０および排気流出通路５１は薄肉の隔壁５４を介して交互に配置される。換言すると排気流入通路５０および排気流出通路５１は各排気流入通路５０が４つの排気流出通路５１によって包囲され、各排気流出通路５１が４つの排気流入通路５０によって包囲されるように配置される。
【００４７】
フィルタ２０は、例えばコージェライトのような多孔質材料から形成されており、従って排気流入通路５０内に流入した排気は図２（Ｂ）において矢印で示されるように周囲の隔壁５４内を通って隣接する排気流出通路５１内に流出する。
【００４８】
本発明による実施例では各排気流入通路５０および各排気流出通路５１の周壁面、即ち各隔壁５４の両側表面上および隔壁５４内の細孔内壁面上には例えばアルミナからなる担体の層が形成されており、ここでは、アルミナからなる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持し、更にＯ2ストレージ能力のあるセリア（Ｃｅ2Ｏ3）を添加して構成される吸蔵還元型ＮＯx触媒を担持したフィルタ２０とした。
【００４９】
このように構成されたフィルタ２０は、ＰＭを連続的に酸化して除去すると共に、このフィルタ２０に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯx）を放出する。その際、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在していれば、ＮＯx触媒は、このＮＯx触媒から放出された窒素酸化物（ＮＯx）を窒素（Ｎ2）に還元することができる。
【００５０】
ところで、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、内燃機関１から排出される排気の空燃比がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒に吸蔵されることになるが、内燃機関１の希薄燃焼運転が長期間継続されると、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒にて除去されずに大気中へ放出されてしまう。
【００５１】
特に、内燃機関１のようなディーゼル機関では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排気の空燃比がリーン空燃比となるため、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和し易い。
【００５２】
従って、内燃機関１が希薄燃焼運転されている場合は、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和する前にＮＯx触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高め、ＮＯx触媒に吸蔵された窒素酸化物（ＮＯx）を放出及び還元させる必要がある。
【００５３】
このように酸素濃度を低下させる方法としては、排気中の燃料添加や、気筒２内への膨張行程中の燃料噴射等の方法が考えられるが、本実施の形態では、フィルタ２０より上流の排気管１９を流通する排気中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤供給機構を備え、この還元剤供給機構は、還元剤供給路２９、及び還元剤噴射弁２８を備える。還元剤噴射弁２８は、排気管１８の上流に配置され、排気中へ還元剤たる燃料を添加することができる。このような還元剤の添加により、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度を低下させるとともに還元剤の濃度を高めるようにした。
【００５４】
以上述べたように構成された内燃機関１には、この内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設されている。このＥＣＵ３５は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００５５】
ＥＣＵ３５には、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、排気温度センサ２４、クランクポジションセンサ３３、アクセル開度センサ３６等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ３５に入力されるようになっている。
【００５６】
一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気切替用アクチュエータ２２、還元剤噴射弁２８、ＥＧＲ弁２６、遮断弁３１等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ３５が制御することが可能になっている。
【００５７】
ここで、ＥＣＵ３５は、図３に示すように、双方向性バス３５０によって相互に接続された、ＣＰＵ３５１と、ＲＯＭ３５２と、ＲＡＭ３５３と、バックアップＲＡＭ３５４と、入力ポート３５６と、出力ポート３５７とを備えるとともに、前記入力ポート３５６に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）３５５を備えている。
【００５８】
前記入力ポート３５６は、クランクポジションセンサ３３のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００５９】
前記入力ポート３５６は、コモンレール圧センサ４ａ、エアフローメータ１１、排気温度センサ２４、アクセル開度センサ３６等のように、アナログ信号形式の信号を出力するセンサのＡ／Ｄ３５５を介して入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。
【００６０】
前記出力ポート３５７は、燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気切替用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６、還元剤噴射弁２８、遮断弁３１等と電気配線を介して接続され、ＣＰＵ３５１から出力される制御信号を、前記した燃料噴射弁３、吸気絞り用アクチュエータ１４、排気切替用アクチュエータ２２、ＥＧＲ弁２６、還元剤噴射弁２８、あるいは遮断弁３１へ送信する。
【００６１】
前記ＲＯＭ３５２は燃料噴射弁３を制御するための燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り弁１３を制御するための吸気絞り制御ルーチン、排気切替弁３０を制御するための排気切替制御ルーチン、ＥＧＲ弁２６を制御するためのＥＧＲ制御ルーチン、フィルタ２０に還元剤を添加して吸蔵されたＮＯxを放出させるＮＯx浄化制御ルーチン、等のアプリケーションプログラムを記憶している。
【００６２】
前記ＲＯＭ３５２は、上記したアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。前記制御マップは、例えば、内燃機関１の運転状態と基本燃料噴射量（基本燃料噴射時間）との関係を示す燃料噴射量制御マップ、内燃機関１の運転状態と基本燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と吸気絞り弁１３の目標開度との関係を示す吸気絞り弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態とＥＧＲ弁２６の目標開度との関係を示すＥＧＲ弁開度制御マップ、内燃機関１の運転状態と還元剤の目標添加量（若しくは排気の目標空燃比）との関係を示す還元剤添加量制御マップ、還元剤の目標添加量と還元剤噴射弁２８の開弁時間との関係を示す還元剤噴射弁制御マップ等である。
【００６３】
前記ＲＡＭ３５３は、各センサからの出力信号やＣＰＵ３５１の演算結果等を格納する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機関回転数である。これらのデータは、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する都度、最新のデータに書き換えられる。
【００６４】
前記バックアップＲＡＭ３５４は、内燃機関１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモリである。
【００６５】
前記ＣＰＵ３５１は、前記ＲＯＭ３５２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、燃料噴射弁制御、吸気絞り制御、排気切替制御、ＥＧＲ制御、ＮＯx浄化制御、等を実行する。
【００６６】
次に、本発明をフィルタ２０を設けた内燃機関について適用する場合を例として、図４に示すフローチャートに従い、排気切替制御による触媒冷却の抑制を説明する。
【００６７】
このフローチャートを実行するルーチンは、予めＲＯＭ３５２に記憶されており、ＣＰＵ３５１によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンである。
【００６８】
先ず、Ｓ１０１では、内燃機関１を搭載した車両が減速中であるか否かを判断する。内燃機関１の運転中、減速中であるか否かは、機関回転数、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）、及びエアフローメータ１１の出力信号値（吸入空気量）等に基づいてＲＡＭ３５３から読み出された燃料噴射量により判断することができる。Ｓ１０１において減速中でないと判定された場合は、ＣＰＵ３５１は、本ルーチンの実行を一旦終了する。他方、減速中であると判断された場合には、Ｓ１０２に進む。
【００６９】
ステップＳ１０２では、ＣＰＵ３５１の指令により、ＥＧＲ弁２６が開かれる。排気の還流する通路を確保して円滑な排気の還流を確保するためには、最初にＥＧＲ弁２６を開くことが望ましい。
【００７０】
Ｓ１０３では排気切替弁３０を閉じ、続いてＳ１０４では、吸気絞り弁１３を閉じる。この状態では、排気の還流が開始される。この場合、図５に示すように、排気の流れる経路は、ＥＧＲ通路２５を通り、吸気枝管８に戻され、各気筒２内を通過して排気枝管１８に至り、再度、ＥＧＲ通路２５を通ることになる。この循環路における排気の流れを矢印Ａにより示す。
【００７１】
このような循環路が形成され、新気が内燃機関１に取り込まれることがなく、ほとんどの排気が上記循環路を還流することになる。このとき、フィルタ２０には僅かな排気が流入するのみであり、新気による冷却はほとんど生じない。
【００７２】
次に、Ｓ１０５では、上記の排気還流状態が継続している時間ｔ2が、予め設定された所定時間ｔ1よりも大きくなったか否かを判断する。排気環流の時間ｔ2が所定時間ｔ1より小さい場合、すなわち所定時間が未経過であれば排気の還流状態が保持される。反対に、排気環流の時間ｔ2が所定時間ｔ1より大きくなり、所定時間以上が経過したらＳ１０６に進む。
【００７３】
Ｓ１０６では、吸気切替弁３０が所定の開度に開かれ、Ｓ１０７では、ＥＧＲ弁２６が所定の開度に開かれる。
【００７４】
次に、Ｓ１０８では、吸気絞り弁１３が所定開度に開かれる。このようにして、所定時間ｔ1の経過後は、図５における矢印Ｂで示すように、通常の排気の流れに戻されるので、新気の吸入が開始される。しかし、ＥＧＲガスはある程度の高温に達しているので、通常は、急激に排気温度が低下して、フィルタ２０を活性温度領域以下になるまで冷却することが回避される。
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態と比較して以下の点で相違する。
【００７５】
減速時には、吸気絞り弁１３を所定の開度に開弁してＥＧＲ弁２６を全閉として新気を吸気管９内に取り込む。次に、排気切替弁３０及び吸気絞り弁１３を全閉にすることで、新気、すなわち所定濃度の酸素を含んだ排気を、第１の実施の形態で述べたような循環路内を還流させる。
【００７６】
このようにすることで、フィルタ２０の新気流入による冷却を抑制すると共に、車両が減速状態から加速状態に移行した際、内燃機関１において循環している排気中の酸素量に基づく燃料噴射が最初に実行されることで、外部からの新気が内燃機関に到達するまで燃料噴射がされないことによる応答遅れが防止される。
【００７７】
次に、図６に示すフローチャートに従って本発明の排気切替制御を説明する。
【００７８】
このフローチャートを実行するルーチンは、予めＲＯＭ３５２に記憶されており、ＣＰＵ３５１によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ３３がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンである。
【００７９】
先ず、Ｓ２０１では、内燃機関を搭載した車両が減速中であるか否かを判断する。内燃機関１の運転中、減速中であるか否かは、機関回転数、アクセル開度センサ３６の出力信号（アクセル開度）、及びエアフローメータ１１の出力信号値（吸入空気量）等に基づいてＲＡＭ３５３から読み出された燃料噴射量により判断する。
【００８０】
Ｓ２０１において減速中でないと判断された場合は、ＣＰＵ３５１は、本ルーチンを一旦終了する。他方、減速中でないと判断した場合には、Ｓ２０２に進む。
【００８１】
次に、Ｓ２０２では、吸気絞り弁１３を開き新気を吸入する。
【００８２】
Ｓ２０３では、ＥＧＲ弁２６を閉じる。これにより相当量の新気が吸入される。
【００８３】
その後、Ｓ２０４でＥＧＲ弁２６を開いて排気循環路の形成を準備し、Ｓ２０５で排気切替弁３０を閉じ、続いてＳ２０６で吸気絞り弁１３を閉じることで、図５に示す排気循環路を形成する。この状態では、新気の吸入はされず、ほとんどの排気が還流するが、最初に取り込んだ新気（酸素）が排気中に含まれている。
【００８４】
次に、Ｓ２０７で減速中であるか否かを再び判断し、減速中であればＳ２０４に戻り、排気の還流を継続する。
【００８５】
また、減速中でないと判断されたら、Ｓ２０８に進み排気切替弁３０を全開とし、Ｓ２０９でＥＧＲ弁２６の開度を適切な位置に調節する。次に、Ｓ２１０で吸気絞り弁１３を開くことで、排気の還流は終了し、通常の排気の流れに復帰する。
【００８６】
以上のようにして、排気還流中はフィルタ２０に低温の新気が流入することが防止され、かつ、排気還流中に車両が加速状態に移行しても排気中の酸素量に応じた燃料噴射がされ、応答遅れを生じることなく内燃機関１の回転が上昇し、次動作に移行することができる。よってドライバビリティを大きく損なうことはない。
【００８７】
上述した第１の実施の形態と第２の実施の形態において述べた制御は、可能な限り組み合わせて実施してもよい。
【００８８】
【発明の効果】
本発明によれば、減速時に新気が流入して排気浄化触媒が冷却されることを抑制するので、効率的な排気浄化が可能となる。しかも、減速状態から加速状態に移行する際、既に吸気系に新気が取り込まれているため、所定量の燃料噴射がすぐに実行されるので、内燃機関の応答遅れを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の内燃機関とその吸排気系とを併せ示す概略構成図である。
【図２】（Ａ）は、パティキュレートフィルタの横方向断面を示す図である。（Ｂ）は、パティキュレートフィルタの縦方向断面を示す図である。
【図３】ＥＣＵの内部構成を示すブロック図である。
【図４】第１の実施の形態における制御のフローチャート図である。
【図５】排気循環路を示す図である。
【図６】第２の実施の形態における制御のフローチャート図である。
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
１ａ・・・クランクプーリ
２・・・・気筒
３・・・・燃料噴射弁
４・・・・コモンレール
４ａ・・・コモンレール圧センサ
５・・・・燃料供給管
６・・・・燃料ポンプ
６ａ・・・ポンププーリ
８・・・・吸気枝管
９・・・・吸気管
１８・・・排気枝管
１９・・・排気管
２０・・・パティキュレートフィルタ
２１・・・酸化触媒
２５・・・ＥＧＲ通路
２６・・・ＥＧＲ弁
２７・・・ＥＧＲクーラ
３０・・・排気切替弁
３１・・・遮断弁
３３・・・クランクポジションセンサ
３５・・・ＥＣＵ
３６・・・アクセル開度センサ
Claims (3)
- 排気系に配置された排気浄化触媒と、
前記内燃機関の吸気系に排気を再循環させるＥＧＲ装置と、
吸気系に再循環する排気の量をコントロールするＥＧＲ弁と、
吸入空気量をコントロールする吸気絞り弁と、
を備えた内燃機関において、
前記排気浄化触媒よりも上流の排気通路に排気切替弁を設け、この排気切替弁上流の排気通路と前記吸気絞り弁下流の吸気通路とを前記ＥＧＲ装置のＥＧＲ通路により連通させ、減速時には、吸気絞り弁を所定の開度に開弁してＥＧＲ弁を全閉とし、次に前記排気切替弁及び吸気絞り弁を全閉にすると共にＥＧＲ弁を全開とするものであって、減速時に前記排気切替弁及び吸気絞り弁を全閉にすると共にＥＧＲ弁を全開とする場合には、最初にＥＧＲ弁を全開にして、次に排気切替弁を閉じた後、吸気絞り弁を閉じることにより排気の循環通路を形成し、また、減速状態から減速状態ではなくなった時には、前記排気切替弁を全開し、前記ＥＧＲ弁及び前記吸気絞り弁を所定の開度に開弁することを特徴とする内燃機関。 - 減速中は、燃料供給カットが実施されている請求項１に記載の内燃機関。
- 前記排気浄化触媒は、内燃機関の排気中の微粒子を一時期捕集可能であり、所定温度領域では前記微粒子を連続的に酸化除去することが可能な酸素吸蔵剤がフィルタに担持されているものである請求項１又は２に記載の内燃機関。
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