JP4349423B2 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Description

本発明は、排気再循環装置を備えた内燃機関の排気浄化システムに関する。

内燃機関から大気中に排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）の量を低減する技術として、排気再循環装置（以下、「ＥＧＲ装置」という。）や、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」ともいう。）を備えた排気浄化システムが知られている。

ＥＧＲ装置は、排気の一部を内燃機関の吸気系に導き、燃焼室における混合気の燃焼温度を下げることによって、内燃機関におけるＮＯｘの生成量を低減するものである。

また、ＮＯｘ触媒は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵（吸収、吸着）し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを窒素（Ｎ₂）に還元する。ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの量が増加すると浄
化能力が低下するため、ＮＯｘ触媒よりも上流側に設けられる還元剤添加弁から還元剤（例えば、燃料等）を排気中に添加させ、ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を一時的にリッチにすることによりＮＯ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するリッチスパイク制御が行われる。

ここで、ＮＯｘ触媒の温度低下を抑制する観点によりＮＯｘ触媒を内燃機関の近くに配置することが求められる。近年では排気通路におけるＮＯｘ触媒よりも下流側を通過する排気の一部を吸気系に再循環させるＥＧＲ装置を備えた排気浄化システムの開発も行われている（例えば、特許文献１を参照。）。

しかしながら、ＥＧＲが行われているときにＮＯｘ触媒に対するリッチスパイク制御が行われると、ＮＯｘ触媒から流出した還元剤が内燃機関の吸気系に多量に回り込む場合がある。その結果、混合気の燃焼状態が悪化することに起因して急激なトルク低下（所謂トルクショック）が起こり、ドライバビリティが悪化する虞があった。
特開２０００−８８３５号公報 特開２００１−２３４７７２号公報 特開２００５−６９２０７号公報

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気通路の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に供給される還元剤を含む排気の一部を内燃機関に再循環させるＥＧＲ装置を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＥＧＲ装置による排気の再循環及びリッチスパイク制御が実施されるときに、内燃機関に急激なトルク低下が生じることを可及的に抑制することの可能な技術を提供することである。

上記課題を達成するために本発明における内燃機関の排気浄化システムは、以下の手段を採用した。即ち、
内燃機関の排気通路に設けられる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側から該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
前記還元剤を含む排気の一部を前記内燃機関に再循環させるＥＧＲ装置と、
前記還元剤供給手段に還元剤を供給させることにより前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を所定の目標流入空燃比まで一時的に低下させ、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化性能を再生するリッチスパイク制御を実施するリッチスパイク制御手段と、
前記ＥＧＲ装置による排気の再循環及び前記リッチスパイク制御が実施されるときに、内燃機関のベース空燃比を前記リッチスパイク制御が実施されないときに比べて低い所定のスパイク時ベース空燃比まで低下させるベース空燃比制御手段と、
を備えることを特徴とする。

上記構成の排気浄化システムでは、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を所定の目標流入空燃比まで低下させるために必要なだけ還元剤供給手段から還元剤（例えば、燃料等）を供給させる。所定の目標流入空燃比とは、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化性能を再生するときにおける同触媒に流入する排気の空燃比の目標値である。具体的には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘ或いはＳＯｘを還元させるために好適な空燃比であって、例えば略ストイキ或いはリッチ空燃比であっても良い。

ＥＧＲ装置による排気の再循環の実施と同時期にリッチスパイク制御が実施されると、還元剤を含む排気の一部がＥＧＲ装置によって内燃機関にされる。つまり、空燃比が過度に低下したＥＧＲガスが内燃機関に再循環される。その結果、内燃機関の燃焼室における混合気に局部的な酸素不足が生じる。従って、リッチスパイク制御が実施される毎に急激な燃焼変動が生じてしまい、内燃機関の失火や、急激なトルク低下を招来する虞があった。

本発明では、ＥＧＲ装置による排気の再循環及びリッチスパイク制御が実施されるときには、内燃機関のベース空燃比をリッチスパイク制御が実施されないときに比べて低い所定のスパイク時ベース空燃比まで低下させる。本発明における「ベース空燃比」とは内燃機関に吸入される吸入空気量と該内燃機関に供給される燃料との比（つまり、混合気の空燃比）である。

また、「リッチスパイク制御が実施されないとき」のベース空燃比はリッチスパイク制御が実施されないときにおける内燃機関の運転状態に適合するベース空燃比（例えば、要求される機関トルクを発生させるために適するベース空燃比）であっても良い。上記のリッチスパイク制御が実施されないとき（以下、このときを「通常運転時」ともいう。）のベース空燃比を、便宜上「通常運転時ベース空燃比」と称す。また、「スパイク時ベース空燃比」とはリッチスパイク制御が実施されるときにおけるベース空燃比の目標値である。また、スパイク時ベース空燃比は通常運転時ベース空燃比よりも低ければ、目標流入空燃比に比して高い（リーン側の）空燃比であっても良いし、目標流入空燃比と略等しくても良い。

本発明では、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比を目標流入空燃比まで低下させるために要する還元剤の供給量を減ずることができる。予め、内燃機関から排出される排気の空燃比は通常運転時に比して低い（相対的にリッチ側である）からである。従って、ＥＧＲガスに含まれる還元剤が内燃機関に再循環する量を好適に低減することができる。

また、本発明では、還元剤を含むＥＧＲガスが再循環する時のベース空燃比が通常時ベース空燃比よりも低いスパイク時ベース空燃比に低下しているため、空燃比が過度に低下したＥＧＲガスが再循環することによるベース空燃比の変動を好適に低減できる。従って、内燃機関に生じる燃焼変動を低減し、内燃機関の失火や、急激なトルク低下が生じることを抑制することが可能となる。また、ドライバビリティを向上させることができる。また、リッチスパイク制御手段が還元剤供給手段に供給させる還元剤の供給量を減ずること
ができるので、例えば還元剤として燃料が供給される場合には、燃費を向上させることができる。

また、本発明における前記還元剤供給手段は、前記排気通路における前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側に設けられる還元剤添加弁を有し、該還元剤添加弁に還元剤を添加させることによって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給しても良い。また、前記還元剤供給手段は、主噴射とは異なる時期に燃料噴射弁に還元剤としての燃料を副噴射させることによって前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給しても良い。前記内燃機関の膨張行程や排気行程等におけるポスト噴射等を例示できる。

また、本発明におけるＥＧＲ装置は、前記還元剤を含む排気の一部を前記内燃機関に再循環させるのであれば、前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する前の排気を再循環させても良いし、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒から流出した排気を再循環させても良い。

また、本発明におけるベース空燃比制御手段は、ＥＧＲ装置にＥＧＲガス量を増量させることによってベース空燃比をスパイク時ベース空燃比まで低下させても良い。或いは、内燃機関に吸入される新気量を減少させることによってベース空燃比をスパイク時ベース空燃比まで低下させても良い。例えば、内燃機関のスロットルバルブの開度を減少させることにより新気量を減少させても良い。上記制御によれば内燃機関に供給される燃料を増加させないので、燃費の悪化を抑えられ好適である。

また、本発明において、前記リッチスパイク制御手段は、前記スパイク時ベース空燃比と前記目標流入空燃比との差が小さいほど前記還元剤の供給量を少なくしても良い。つまり、各リッチスパイク制御におけるスパイク時ベース空燃比、目標流入空燃比の各々の値が等しい場合には、ベース空燃比の低下度合いが大きいほど還元剤の供給量を少なくすることができる。これにより、還元剤供給手段が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に対して還元剤を過剰に供給することを抑制し、還元剤を節約することができる。

ところで、ベース空燃比制御手段がベース空燃比を低下させ過ぎると、言い換えるとスパイク時ベースが通常時ベース空燃比に比して低すぎるとベース空燃比の変動に起因して燃焼状態が不安定になる虞がある。内燃機関の各燃焼サイクルにおいて燃焼変動が増加するからである。ここで、燃焼変動とは、内燃機関トルク低下、失火、内燃機関から排出されるスモークの増大、燃焼騒音等を含む概念である。

ベース空燃比を低下させることにより生じる燃焼変動は可及的に小さいことが好ましい。そこで、本発明においては、前記ベース空燃比制御手段が前記ベース空燃比を低下させることによる燃焼変動が所定の許容限度を超えない範囲で前記スパイク時ベース空燃比が決定されても良い。従って、ベース空燃比制御手段がベース空燃比を低下させることによる燃焼変動が過度に大きくなることを抑制できる。

なお、「所定の許容限度」とは、内燃機関に許容される燃焼変動の程度または大きさの上限を意味する。内燃機関の運転状態毎に通常時ベース空燃比とスパイク時ベース空燃比と燃焼変動との関係を予め実験的に求めておいても良い。そして、内燃機関の機関負荷と機関回転数をパラメータとするスパイク時ベース空燃比の制御マップを構築しておいても良い。そうすれば、ベース空燃比を低下させることによる燃焼変動が許容限度を超えない範囲においてスパイク時ベース空燃比を好適に決定することができる。

上記制御によれば、燃焼変動度合いが許容限度を超えない範囲であれば、スパイク時ベース空燃比にある程度の自由度を持たせることができる。例えば、還元剤を含む排気がＥＧＲ装置によって内燃機関に再循環されることによるトルク低下を可及的に低減する観点
によれば、スパイク時ベース空燃比を可及的に低くすることが好ましい。その場合、燃焼変動が許容限度近傍になるような値としてスパイク時ベース空燃比を決定することもできる。また、燃焼変動が許容限度に対してある程度の余裕を持つようにスパイク時ベース空燃比を決定することもできる。

また、本発明においては、前記ベース空燃比制御手段が前記ベース空燃比を低下させることによる燃焼変動を測定する燃焼変動測定手段と、前記還元剤を含む排気が前記ＥＧＲ装置によって内燃機関に再循環されることによるトルク低下量を測定するトルク低下量測定手段と、を更に備えていても良い。ここで、「測定」とは推定および検出を含む概念である。

そして、前記燃焼変動が所定の許容限度の範囲内となり且つ前記トルク低下量が所定の許容値以下となるように前記スパイク時ベース空燃比が決定されても良い。トルク低下量に対する「所定の許容値」とは、内燃機関に許容されるトルク低下量の上限値であり、予め実験的に定めておいても良い。また、運転者が所謂トルクショックを感知するか否かの観点から定めても良い。

例えば、前記燃焼変動が前記許容限度の範囲を超え且つ前記トルク低下量が前記許容値以下になるときに前記スパイク時ベース空燃比がリーン側に補正されても良い。これにより、リッチスパイク制御時にベース空燃比制御手段がベース空燃比を低下させるときの空燃比変動を緩和できる。従って、ベース空燃比を低下させることによる燃焼変動をより好適に許容限度の範囲内まで低減することができる。

上記スパイク時ベース空燃比をリーン側に補正する制御は、燃焼変動がほぼ許容限度になるときのスパイク時ベース空燃比までベース空燃比を低下させる場合に適用すると好適である。例えば、内燃機関の運転状態がリッチスパイク制御の実施中に急変する場合等には、燃焼変動が許容限界の範囲を超えてしまうこともあるからである。

また、前記トルク低下量が前記許容値よりも大きく且つ前記燃焼変動が前記許容限度の範囲内になるときに前記スパイク時ベース空燃比がリッチ側に補正されても良い。これにより、リッチスパイク制御手段が還元剤供給手段に供給させる還元剤の供給量をより少なくすることができる。その結果、スパイク時ベース空燃比と目標流入空燃比との差が小さくなり、ベース空燃比の変動を好適に低減できる。従って、還元剤を含む排気がＥＧＲ装置によって内燃機関に再循環されることによるトルク低下量を精度良く許容値以下に低減できる。

ところで、前記燃焼変動が前記許容限度の範囲を超え且つ前記トルク低下量が前記許容値よりも大きくなるときには、単にスパイク時ベース空燃比をリーン側又はリッチ側に補正したのでは、燃焼変動とトルク低下量とを共に低減することができない場合がある。燃焼変動を低減するためにスパイク時ベース空燃比をリーン側に補正するとトルク低下量が増大し、トルク低下量を低減するためにスパイク時ベース空燃比をリッチ側に補正すると燃焼変動が増大する関係があるからである。

そのような場合、本発明における前記リッチスパイク制御手段は一回のリッチスパイク制御において前記還元剤供給手段に一回または複数回の還元剤吐出動作によって前記還元剤を供給させることが可能であっても良い。そして、前記リッチスパイク制御手段が前記還元剤吐出動作の回数を増加するとともに前記スパイク時ベース空燃比がリーン側に補正されても良い。

ここで、還元剤吐出動作の回数を増加する場合、還元剤吐出動作の回数を増加する前に
比べて各々の還元剤吐出動作における還元剤の添加量の平均値が減少する。内燃機関に生じるトルク低下を複数回に分散させ、或いは分散する回数を増加させることによって各々のトルク低下量を低減することができる。そして、還元剤吐出動作の回数を調節することによって、各トルク低下量を精度良く許容値以下まで低減することができる。

また、上記のように各トルク低下量が低減するため、スパイク時ベース空燃比をよりリーン側に補正することが可能となる。これにより、ベース空燃比をスパイク時ベース空燃比に低下させることによる燃焼変動を低減することができる。

本発明によれば、還元剤吐出動作の回数を増加させる増分とスパイク時ベース空燃比をリーン側に補正するときの補正量とを調節することによって、燃焼変動を許容限度の範囲内に抑えると共にトルク低下量を所定の許容値以下にすることが可能となる。

なお、各々の還元剤吐出動作における還元剤の供給量は均等であっても良いし、不均等であっても良い。また、本発明によれば、一回のリッチスパイク制御において吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に供給される還元剤の総量は減らないので、同触媒に対する排気浄化性能の再生効率が過度に悪化することを抑制できる。

また、本発明においては、前記ベース空燃比制御手段が前記ベース空燃比を低下させることによる燃焼変動を低減する燃焼変動抑制手段を、更に備えても良い。これによれば、ベース空燃比制御手段がベース空燃比を低下させても燃焼変動が軽減若しくは抑制される。従って、スパイク時ベース空燃比をよりリッチ側にすることができるので、内燃機関に生じるトルク低下をより好適に低減できる。

例えば、本発明における燃焼変動抑制手段は、前記内燃機関の混合気が渦流を形成し得るように開度が制御されるスワールコントロールバルブと、前記ベース空燃比制御手段が前記ベース空燃比を低下させるときに前記スワールコントロールバルブの開度を減少させて前記渦流の強度を増加させる渦流強度増加手段と、を有しても良い。これにより、混合気の渦流（スワール）の強度を増大させて混合気を好適に撹拌することができる。その結果、混合気の燃焼状態が安定し、燃焼変動を抑制することができる。

また、本発明における燃焼変動抑制手段は、前記ベース空燃比制御手段が前記ベース空燃比を低下させるときに主噴射の噴射時期を進角させる主噴射時期進角手段を有しても良い。主噴射とは圧縮行程上死点近傍の時期における気筒内への燃料噴射であり、要求される機関トルクを得るために噴射される燃料である。主噴射の噴射時期が進角するとベース空燃比を低下させるときの失火限界が大きくなるので、より好適に燃焼変動を抑制することができる。

また、本発明における燃焼変動抑制手段は、主噴射に先立って該主噴射よりも少ない量の燃料を噴射するパイロット噴射手段と、前記ベース空燃比制御手段が前記ベース空燃比を低下させるときに前記パイロット噴射手段が噴射する燃料の噴射量（パイロット噴射量）を増量するパイロット噴射増量手段と、を有していても良い。

パイロット噴射として噴射された燃料が圧縮行程中において燃焼することによって、主噴射が行われる前に燃焼室の温度及び筒内圧が高められ、かつ火種となる火炎核が形成される。パイロット噴射手段がパイロット噴射量を増量するため、続いて噴射される主噴射の着火安定性を高めることができる。これにより、混合気の燃焼を促進させて燃焼状態を向上させることができる。

本発明にあっては、排気通路の吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に供給される還元剤を含む排気の一部を内燃機関に再循環させるＥＧＲ装置を備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、ＥＧＲ装置による排気の再循環及びリッチスパイク制御が実施されるときに、内燃機関に急激なトルク低下が生じることを可及的に抑制することができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。尚、本実施の形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は本実施例における内燃機関１と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有するディーゼルエンジンである。図２は本実施例における内燃機関１の縦断面を示す概略図である。

＜吸気系＞
内燃機関１には、吸気マニホールド８が接続されており、吸気マニホールド８の各枝管は吸気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通されている。吸気マニホールド８と吸気通路９との接続部近傍には、吸気通路９内を流通する吸気の流量を調節可能な第１吸気絞り弁２１が設けられている。また、吸気通路９における第１吸気絞り弁２１よりも上流側には、吸気通路９を流れるガスを冷却するインタークーラ１４が設けられている。

さらに、吸気通路９におけるインタークーラ１４よりも上流側には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ２５のコンプレッサハウジング２５ａが設けられている。また、コンプレッサハウジング２５ａよりも上流側には吸気通路９内を流通する吸気量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１５が配置されており、該エアフローメータ１５よりも上流側にはエアクリーナ１６が設けられている。また、吸気通路９におけるエアフローメータ１５とコンプレッサハウジング２５ａとの間の部分には、吸気通路９内を流通する吸気の流量を調節可能な第２吸気絞り弁２２が設けられている。

このように構成された内燃機関１の吸気系では、エアクリーナ１６によって吸気中の塵や埃が除去された後、吸気通路９を介してコンプレッサハウジング２５ａに流入する。コンプレッサハウジング２５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング２５ａに内装されたコンプレッサホイール（図示省略）の回転によって圧縮される。そして、圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ１４にて冷却された後、必要に応じて第１吸気絞り弁２１によって流量を調節されて吸気マニホールド８に流入する。そして、吸気マニホールド８に流入した吸気は、各吸気ポート４を介して各気筒２に分配される。

図２に示すように、内燃機関１の各気筒２内にはピストン３が摺動自在に設けられている。気筒２内上部の燃焼室１１には、吸気ポート４と排気ポート５とが接続されている。また、気筒２には燃焼室内の圧力（燃焼圧）を検出する燃焼圧センサ１２、混合気の空燃比を検出するＡ／Ｆセンサ２９が設けられている。また、吸気ポート４には、燃焼室内１１の混合気が渦流（スワール）を形成し得るように開度が制御されるスワールコントロールバルブ１３が設けられている。このスワールコントロールバルブ１３の開閉によって吸気ポート４から燃焼室１１への空気の流れが制御される。また、吸気ポート４および排気ポート５の燃焼室１１への開口部は、それぞれ吸気弁６及び排気弁７によって開閉される。

吸気ポート４及び排気ポート５は、それぞれ吸気マニホールド８及び排気マニホールド
１８に接続されている。また、各気筒２には燃焼室１１に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１０が設けられている。そして、各気筒２に分配された吸気は各燃料噴射弁１０から噴射された燃料を着火源として燃焼される。

ここで、図１に戻ると、内燃機関１には排気マニホールド１８が接続されており、排気マニホールド１８の各枝管は排気ポート５を介して各気筒２の燃焼室１１と接続されている。排気マニホールド１８にはターボチャージャ２５のタービンハウジング２５ｂが接続されている。このタービンハウジング２５ｂには排気通路１９が接続されており、排気通路１９は下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。

＜排気系＞
排気通路１９の途中には吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」という。）２０が設けられている。また、排気通路１９におけるＮＯｘ触媒２０とタービンハウジング２５ｂとの間には後述するＥＣＵ２６からの指令信号により開弁して還元剤としての燃料を排気中に添加する燃料添加弁２４が設けられている。また、排気通路１９におけるＮＯｘ触媒２０よりも下流側には排気通路１９内を流通する排気の流量を調節可能な排気絞り弁２３が設けられている。

燃料添加弁２４から排気通路１９内の排気に添加された燃料は該排気の酸素濃度を低下させる。このようにして形成された酸素濃度の低い排気はＮＯｘ触媒２０に流入し、該ＮＯｘ触媒２０に吸蔵されていたＮＯｘを放出させつつ窒素（Ｎ_２）に還元する。つまり、燃料添加弁２４から還元剤としての燃料を添加させてＮＯｘ触媒２０に流入する排気の酸素濃度を一時的に低下させるリッチスパイク制御によって、ＮＯｘ触媒２０に対するＮＯｘ還元処理が実施される。本実施例においては還元剤としての燃料を排気中に添加する燃料添加弁２４が本発明における還元剤供給手段に相当する。

このように構成された内燃機関１の排気系では、内燃機関１の各気筒２で燃焼された既燃ガスが排気ポート５を介して排気マニホールド１８に排出され、次いで排気マニホールド１８からターボチャージャ２５のタービンハウジング２５ｂに流入する。タービンハウジング２５ｂに流入した排気は、該排気が持つ熱エネルギを利用してタービンハウジング２５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイール（図示省略）を回転させる。その際、タービンホイール（図示省略）の回転トルクはコンプレッサハウジング２５ａのコンプレッサホイール（図示省略）に伝達される。

そして、タービンハウジング２５ｂから流出した排気は、ＮＯｘ触媒２０においてＮＯｘが吸蔵された後、必要に応じて排気絞り弁２３によって流量を調節され、マフラーを介して大気中に放出される。

＜ＥＧＲ装置＞
また、内燃機関１には、排気通路１９におけるＮＯｘ触媒２０よりも下流側を通過する排気の一部を吸気通路９におけるコンプレッサハウジング２５ａよりも上流側に再循環させるＥＧＲ装置３０が設けられている。このＥＧＲ装置３０は、排気通路１９における排気絞り弁２３よりも下流側の部分と吸気通路９におけるコンプレッサハウジング２５ａよりも上流側であって且つ第２吸気絞り弁２２よりも下流側の部分とを接続するＥＧＲ通路３１と、ＥＧＲ通路３１内を流れる排気（以下、「ＥＧＲガス」という。）の流量を調節可能なＥＧＲ弁３２と、ＥＧＲ通路３１におけるＥＧＲ弁３２よりも上流側を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ３３とを備えている。

このように構成されたＥＧＲ装置３０では、ＥＧＲ弁３２が開弁されると、ＥＧＲ通路３１が導通状態となり、ＮＯｘ触媒２０から流出した排気の一部がＥＧＲ通路３１を経由
して吸気通路９に流入する。吸気通路９に流入したＥＧＲガスはコンプレッサハウジング２５ａ、吸気マニホールド８を経由して内燃機関１の燃焼室１１に再循環される（以下、ＥＧＲ装置３０による排気（ＥＧＲガス）の再循環を単に「ＥＧＲ」といもいう。）。

ここで、ＥＧＲガスの流量（以下、「ＥＧＲガス量」）は第２吸気絞り弁２２の開度を調節して吸気通路９におけるＥＧＲ通路３１との接続部の吸気の圧力を増減することによって調節することができる。例えば、第２吸気絞り弁２２の開度を閉弁側に調節すると、吸気通路９とＥＧＲ通路３１との接続部に負圧が生じるため、ＥＧＲガス量が増大する。

ＥＧＲガスには、水（Ｈ_２Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ_２）等のように、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くなり、内燃機関１におけるＮＯｘの生成量が抑制される。

ＥＧＲクーラ３３においてＥＧＲガスが冷却されると、ＥＧＲガスの温度が低下するとともにガスの体積が縮小されるため、ＥＧＲガスが燃焼室１１内に再循環されたときに該燃焼室１１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１１内に供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少する虞もない。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１及び吸排気系を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２６が併設されている。こ
のＥＣＵ２６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の運転状態等を制御する。

また、ＥＣＵ２６には、エアフローメータ１５や、機関回転数を検出するクランクポジションセンサ２７、アクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ２８、Ａ／Ｆセンサ２９、燃焼圧センサ１２などの内燃機関１の運転状態の制御に係るセンサ類が電気配線を介して接続され、それらの出力信号がＥＣＵ２６に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２６には、燃料噴射弁１０、スワールコントロールバルブ１３、第１吸気絞り弁２１、第２吸気絞り弁２２、排気絞り弁２３、燃料添加弁２４、ＥＧＲ弁３２等が電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ２６によって制御されるようになっている。

例えば、ＥＣＵ２６がスワールコントロールバルブ１３の開度を変更させると燃焼室内１１の混合気の渦流（スワール）強度が増減する。また、ＥＣＵ２６が燃料噴射１０から行われる主噴射とパイロット噴射に関する制御を行う。主噴射とは、内燃機関１の圧縮上死点（ＴＤＣ）近傍に行われ、機関トルクを得るための燃料の噴射である。パイロット噴射とは、主噴射に先立って行われ、主噴射よりも少ない量の燃料が噴射される。本実施例では、ＥＣＵ２６によってパイロット噴射の量（以下、「パイロット噴射量」という。）、主噴射の噴射タイミングが制御される。以上、ＥＣＵ２６によって実行される上記の詳しい内容については後述する。

また、ＥＣＵ２６には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、内燃機関１の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。また、後述する各種ルーチンはＥＣＵ２６のＲＯＭに記憶されているプログラムの一つである。

＜トルク低下抑制制御＞
ＥＣＵ２６は、リッチスパイク制御やＥＧＲ装置３０に関する制御に加え、本発明の本旨となるところのトルク低下抑制制御を実行する。以下、これらの制御について詳細に説明する。

ＮＯｘ触媒２０に吸蔵可能なＮＯｘの量には上限があるため、本実施例ではＮＯｘ触媒２０にある程度の量のＮＯｘが吸蔵された段階で、リッチスパイク制御を実施することによりＮＯｘ還元処理が行われる。具体的には、燃料添加弁２４から排気中に燃料を添加してＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比をリッチ空燃比まで一時的に低下させ、ＮＯｘ触媒２０に吸蔵されたＮＯｘを適宜放出させるようにしている。ここで、上記のＮＯｘ還元処理は本発明における吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化性能の再生に相当する。

ＥＧＲ装置３０によってＥＧＲが実施されているとき、或いは実施するときに上記リッチスパイク制御が行われると、燃料添加弁２４から多量の燃料が添加されるためＥＧＲガスの空燃比が過度に低くなる。また、燃料添加弁２４から添加された燃料（以下、「添加燃料」という。）の一部はＮＯｘ触媒２０をすり抜けた後、ＥＧＲガスとともに内燃機関１に再循環される。その結果、リッチスパイク制御が実施される度に、燃焼室１１内において局部的に酸素濃度が低下することに起因した失火や急激なトルク低下（所謂、トルクショック）が生じる虞があった。

これに対し本実施例では、ＥＧＲとリッチスパイク制御が同時期に行われる場合、空燃比の過度に低いＥＧＲガスが内燃機関１に再循環されることによる急激なトルク低下を低減するためのトルク低下抑制制御を実施することとした。具体的には、リッチスパイク制御が実施される際に、予め内燃機関１のベース空燃比ＡＦｂを通常運転時ベース空燃比ＡＦｂｎよりもリッチ側のスパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓに低下させる。

通常運転時ベース空燃比ＡＦｂｎは燃料添加弁２４から燃料が排気中に添加される前において燃料噴射弁１０から各燃焼室１１内に噴射された燃料により生じた空燃比である。通常運転時ベース空燃比ＡＦｂｎは、内燃機関１に要求される機関トルクを発生させるべく内燃機関１の運転状態に応じて変更される。一方、スパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓはリッチスパイク制御が実施されるときにおけるベース空燃比ＡＦｂの目標値である。本実施例においてはスパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓが、本発明における「リッチスパイク制御が実施されないときに比べて低い所定のスパイク時ベース空燃比」に相当する。

上記のようにベース空燃比ＡＦｂをスパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓに低下させる際の空燃比の変動が大き過ぎると内燃機関１の燃焼状態が不安定になる虞がある。内燃機関１の各燃焼サイクルにおいて燃焼変動が過大になるからである。その結果、トルク低下、失火、スモークの増大、燃焼騒音の増大等の不具合が生じる場合がある。そこで、本実施例においては、燃焼変動ΔＣＣが許容限度ΔＣＣＬを超えない範囲内でベース空燃比ＡＦｂを低下させることとした。許容限度ΔＣＣＬは内燃機関１に許容される燃焼変動の上限を意味する。また、燃焼変動ΔＣＣを表すパラメータとして、機関回転数の変動、燃焼圧変動等が例示できる。本実施例においては許容限度ΔＣＣＬが、本発明における所定の許容限度に相当する。

本実施例ではベース空燃比ＡＦｂを低下させることによる燃焼変動ΔＣＣを抑制すべく混合気の燃焼を安定させる制御を実施する。この制御を燃焼変動抑制処理と称す。本実施例における燃焼変動抑制処理は、具体的にはスワールコントロールバルブ１３の開度を減少させ、混合気の渦流（スワール）の強度を増大させる。これにより、ベース空燃比ＡＦｂを低下させることによる燃焼変動ΔＣＣを抑制しつつ、過度に空燃比の低いＥＧＲガスが再循環されることによる急激なトルク低下を抑制する。

＜トルク低下抑制基本ルーチン＞
以下、ＥＣＵ２６により行われるトルク低下抑制制御について、図３のフローチャートを参照して説明する。図３は本実施例におけるトルク低下抑制基本ルーチンを示すフロー
チャートであり、このルーチンはＥＣＵ２６によって所定期間毎に繰り返し実行される。なお、本ルーチンでは、ＥＧＲ３０によって排気の再循環が行われていることを前提に説明する。本実施例においては、リッチスパイク制御を実施するＥＣＵ２６が本発明におけるリッチスパイク制御手段に相当する。また、ベース空燃比ＡＦｂを通常運転時ベース空燃比ＡＦｂｎからスパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓに低下させるＥＣＵ２６が、本発明におけるベース空燃比制御手段に相当する。

まず、ステップＳ１０１では、ＮＯｘ触媒２０に対するＮＯｘ還元要求が出されているか否か判定される。ＮＯｘ還元要求は、例えば前回のＮＯｘ触媒２０に対するＮＯｘ還元処理が終了してからの吸入空気量の積算値に基づいて出されるようにしてもよい。また、排気通路１９にＮＯｘセンサ（図示省略）を設け、該ＮＯｘセンサの出力に基づいて出されるようにしてもよい。ステップＳ１０１で肯定判定された場合には、ステップＳ１０２に進む。一方、否定判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ２６が内燃機関１の運転状態を検出する。具体的には、クランクポジションセンサ１５によるクランク角度の検出値と、アクセルポジションセンサ１６によるアクセル開度の検出値とから内燃機関１の機関回転数ＮＥと燃料噴射量（負荷）ＱＦが演算される。

続くステップＳ１０３では、現在のベース空燃比ＡＦｂ（通常運転時ベース空燃比ＡＦｂｎ）がＡ／Ｆセンサ２９の検出値に基づいて推定される。また、ベース空燃比ＡＦｂは燃料噴射量ＱＦとエアフローメータ１５の検出値（吸入空気量Ｇａ）とに基づいて算出しても良い。そして、ステップＳ１０３の処理が終わるとステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、機関回転数ＮＥと燃料噴射量ＱＦとに応じたスパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓが演算される。内燃機関１の機関回転数ＮＥ、燃料噴射量ＱＦ、燃焼変動ΔＣＣ、スパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓの関係を予め実験等で求めておき、該関係を制御マップの形でＥＣＵ２６内に格納しておく。そして、該制御マップに機関回転数ＮＥおよび燃料噴射量ＱＦをパラメータとしてアクセスし、燃焼変動ΔＣＣが許容限度ΔＣＣＬを超えない範囲内でスパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓが演算される。

ステップＳ１０５では、ＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比（以下、「流入排気空燃比」という。）ＡＦｃを目標流入排気空燃比ＡＦｃｔに低下させるために必要な添加燃料の量（以下、「リッチスパイク添加量」という。）Ｑａｄが算出される。内燃機関１から排出される排気の空燃比はスパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓである。燃料添加弁２４から添加されるリッチスパイク添加量Ｑａｄは、ベース空燃比ＡＦｂを予め低下させない場合に比して減量される。本ルーチンにおいては、スパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓと目標流入排気空燃比ＡＦｃｔとの差が小さいほどリッチスパイク添加量Ｑａｄが少なくなるように算出される。

また、目標流入排気空燃比ＡＦｃｔはＮＯｘ触媒２０に吸蔵されたＮＯｘを効率的に還元させることの可能な空燃比であり、本実施例ではストイキよりもリッチ側の空燃比に設定される。また、本実施例においては目標流入排気空燃比ＡＦｃｔが本発明における目標流入空燃比に相当する。

ステップＳ１０６では、ベース空燃比ＡＦｂを通常運転時ベース空燃比ＡＦｂｎからスパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓまで低下させるための目標ＥＧＲ率Ｒｔが演算される。本実施例では、ＥＧＲガス量を増量することにより（ＥＧＲ率（ＥＧＲガス量／（ＥＧＲガス量＋吸入空気量））を高くすることにより）ベース空燃比ＡＦｂを低下させる。ＥＧＲ率が高いほど混合気に占める吸入空気量（新気量）の割合が低下してベース空燃比ＡＦｂ
を低下させることができる。目標ＥＧＲ率ＲｔはＥＧＲ率の目標値である。

続くステップＳ１０７では、ＥＣＵ２６がスワールコントロールバルブ１３に指令を出し、スワールコントロールバルブ１３の開度（以下、「スワール開度」という。）ＳＣＶをスパイク時スワール開度ＳＣＶｓに変更する。スパイク時スワール開度ＳＣＶｓは、リッチスパイク制御が実行されるときのスワール開度の目標値であり、通常運転時よりも閉じ側の開度である。スパイク時スワール開度ＳＣＶｓは予め実験的に求めておく。そして、ステップＳ１０７の処理が終わるとステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０８では、ＥＣＵ２６がＥＧＲ弁３２に指令を出し、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率ＲｔになるようにＥＧＲ弁３２の開度（以下、「ＥＧＲ開度」）Ｄｅｇｒを目標開度Ｄｅｇｒｔまで増加させる。目標開度ＤｅｇｒｔはＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率Ｒｔに変更するときのＥＧＲ開度の目標値であり、予め実験的に求められる。また、本ステップでは、第２吸気絞り弁２２の開度も必要に応じて調節しても良い。

続くステップＳ１０９では、ＥＣＵ２６が燃料添加弁２４に指令を出し、ステップＳ１０５で算出されたリッチスパイク添加量Ｑａｄの燃料を添加させ、流入排気空燃比ＡＦｃを目標流入排気空燃比ＡＦｃｔまで低下させる。これにより、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒２０に吸蔵されたＮＯｘが還元される。ステップＳ１０９が終了すると、本ルーチンを一旦終了する。

本ルーチンによれば、燃料添加弁２４が燃料を添加した後のＥＧＲガスが内燃機関１に再循環する時点において、予めベース空燃比ＡＦｂがスパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓまで低下している。従って、目標流入排気空燃比ＡＦｃｔまで低下した（過度にリッチな）ＥＧＲガスが内燃機関１に再循環されるときの空燃比変動を低減できる。その結果、上述した急激なトルク低下をより小さくすることができる。

また、本ルーチンにおけるスパイク時スワール開度ＳＣＶｓは、可及的に混合気の燃焼を促進させることの可能な開度として、内燃機関１の運転状態に応じて変更しても良い。また、例えば通常運転時ベース空燃比ＡＦｂｎとスパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓとの差に基づいてスパイク時スワール開度ＳＣＶｓが定められても良い。上記の差が大きいほどベース空燃比ＡＦｂの低下度合いが大きくなるので、燃焼変動ΔＣＣも大きくなる傾向がある。そこで、ベース空燃比ＡＦｂの低下度合いが大きいときほどスパイク時スワール開度ＳＣＶｓを閉じ側の開度とすると好適である。その結果、燃焼変動ΔＣＣをより好適に抑制することができる。

また、スパイク時スワール開度ＳＣＶｓに応じてスパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓを決定するようにしても良い。例えば、スパイク時スワール開度ＳＣＶｓが閉じ側の開度であるときほど燃焼変動を小さくすることができるので、スパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓをよりリッチ側の値とするようにしても良い。

また、本ルーチンでは燃焼変動ΔＣＣを抑制するためにスワール開度ＳＣＶを減少させる制御（燃焼変動抑制処理）を行っているが、この燃焼変動抑制処理は本発明の適用に必須ではない。その場合、スパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓを低くするほど燃焼変動ΔＣＣが増大する傾向があるが、その場合においても該燃焼変動ΔＣＣが許容限度ΔＣＣＬを超えない範囲内でスパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓを決定すれば良い。

＜フィードバック制御＞
次に、本実施例において上記のトルク低下抑制基本ルーチンとは異なる制御について説明する。以下に説明するトルク低下抑制制御では、ベース空燃比ＡＦｂがスパイク時ベー
ス空燃比ＡＦｂｓまで低下させることによる燃焼変動ΔＣＣと添加燃料が添加された排気がＥＧＲ装置３０によって内燃機関１に再循環されることによるトルク低下量ΔＴＤとに基づいたスパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓのフィードバック制御を実施する。

具体的には、上記燃焼変動ΔＣＣが許容限度ΔＣＣＬの範囲を超えた場合には、ＥＣＵ２６がスパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓをリーン側に補正する。ベース空燃比ＡＦｂを低下させるときの空燃比の変動が小さくなるため、燃焼変動ΔＣＣを抑制できる。本制御において、燃焼変動ΔＣＣを表すパラメータとして機関回転数ＮＥの変動（例えば、クランク角の回転パルスの位相ずれ）ΔＮＥを用いる。このクランク角の回転パルスの位相ずれ（以下、単に「回転位相ずれ」という。）ΔＮＥは燃焼変動を反映している。回転位相ずれΔＮＥが予め実験的に求められる許容値ΔＮＥＬよりも大きくなる場合に、「燃焼変動ΔＣＣが許容限度ΔＣＣＬの範囲を超える」と判断する。

また、本フィードバック制御では、トルク低下量ΔＴＤが許容値ΔＴＤＬより大きい場合には、ＥＣＵ２６がスパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓをリッチ側に補正する。「許容値ΔＴＤＬ」とは、内燃機関１に許容されるトルク低下量の上限値であり、運転者がトルクショックを感知しないトルク低下量の上限の閾値である。この許容値ΔＴＤＬは予め実験的に定めておく。本実施例においては許容値ΔＴＤＬが本発明における所定の許容値に相当する。

上記のように、スパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓをリッチ側に補正すると、目標流入排気空燃比ＡＦｃｔまで低下したＥＧＲガスが再循環するときの空燃比の変動が小さくなるため、トルク低下量ΔＴＤを低減できる。本制御において、トルク低下量ΔＴＤを表すパラメータとして内燃機関１における燃焼圧の低下量ΔＰＣを用いる。燃焼圧の低下量ΔＰＣが予め実験的に求められる許容値ΔＰＣＬよりも大きくなる場合に、「トルク低下量ΔＴＤが許容値ΔＴＤＬより大きい」と判断する。

また、燃焼変動ΔＣＣが許容限度ΔＣＣＬを超え、且つトルク低下量ΔＴＤが許容値ΔＴＤＬより大きい場合には、ＥＣＵ２６が燃料添加弁２４にリッチスパイク添加量Ｑａｄの燃料を添加させるときの燃料吐出回数ＥＮを増加させるとともにスパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓをリーン側に補正する。燃料吐出回数ＥＮとは燃料の添加を複数回に分割して燃料添加弁２４から燃料を吐出させるときの回数である。燃料吐出回数ＥＮを増加することにより、添加燃料が添加された排気が再循環されることによるトルク低下が分散する。また、燃料吐出回数ＥＮが増加するほど一回の吐出動作において添加される添加燃料の量が減少するため、トルクの低下を分散させ、各々のトルク低下量ΔＴＤＬを低減できる。更に、スパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓがリーン側に補正されるので燃焼変動ΔＣＣを抑制できる。つまり、燃焼変動ΔＣＣの低減とトルク低下量ΔＴＤの低減とを両立できる。

また、本フィードバック制御において実施される燃焼変動抑制処理は、ＥＣＵ２６が燃料噴射弁１０からのパイロット噴射に供するパイロット噴射量ＱＦｐを増量させる。そうすると、主噴射の前に燃焼室１１の筒内温度及び筒内圧が高くなって主噴射の着火安定性が向上する。これにより、混合気の燃焼を促進させて燃焼変動ΔＣＣを好適に抑制できる。

＜ベース空燃比ＦＢ制御ルーチン＞
以下、ＥＣＵ２６により行われるスパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓのフィードバック制御について、図４のフローチャートを参照して説明する。図４は本実施例におけるベース空燃比ＦＢ制御ルーチンを示すフローチャートであり、このルーチンはＥＣＵ２６によって所定期間毎に繰り返し実行される。なお、本ルーチンにおいても、ＥＧＲ３０によって排気の再循環が行われていることを前提に説明する。また、本ルーチンと上述したトルク
低下抑制基本ルーチンとにおいて処理内容が同一のステップは、同じ数字を用いることで詳しい説明を省略する。

まず、ステップＳ１０１からステップＳ１０３における処理内容はトルク低下抑制基本ルーチンと同様である。ステップＳ１０３の処理が終了すると、ステップＳ２０１に進む。ステップＳ２０１では、機関回転数ＮＥと燃料噴射量ＱＦとに応じた補正前スパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓｂが演算される。この補正前スパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓｂとは、後述する補正係数Ｋｆｂを考慮しないときのベース空燃比ＡＦｂの目標値である。

続くステップＳ２０２では、ＥＣＵ２６が前回の本ルーチンの実行時に記憶した補正係数Ｋｆｂを読み出す。この補正係数Ｋｆｂは基本スパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓｂを補正するための補正係数である。具体的には燃焼変動ΔＣＣとトルク低下量ΔＴＤとによって決定される値であり、詳細は後述する。

続くステップＳ２０３では、ＥＣＵ２６が、補正前スパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓｂに補正係数Ｋｆｂを乗じてスパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓを算出する。ステップＳ２０３の処理が終わるとステップＳ２０４に進む。

ステップＳ２０４では、ＥＣＵ２６が燃料噴射量ＱＦとスパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓに基づいてスパイク時パイロット噴射量ＱＦｐｓを演算する。スパイク時パイロット噴射量ＱＦｐｓはリッチスパイク制御が実行されるときのパイロット噴射量ＱＦｐの目標値であり、通常運転時におけるパイロット噴射量ＱＦｐｂよりも増量される。本ルーチンにおいては、スパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓが低いほど（リッチ側の空燃比であるほど）燃焼変動ΔＣＣが大きくなる傾向があるため、スパイク時パイロット噴射量ＱＦｐｓを多くする。ステップＳ２０４の処理が終わるとステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０５では、ＥＣＵ２６がリッチスパイク（ＲＳ）実行条件を決定する。具体的には、トルク低下抑制基本ルーチンのステップＳ１０５と同様、先ず、スパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓと目標流入排気空燃比ＡＦｃｔとに基づいてリッチスパイク添加量Ｑａｄを算出する。更に、本ステップでは、ＥＣＵ２６が本ルーチンを前回実行した時に記憶した燃料吐出回数ＥＮを読み出す。燃料吐出回数ＥＮについての詳細は後述する。ステップＳ２０５の処理が終わるとステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６では目標ＥＧＲ率Ｒｔが演算される。そして、ステップＳ１０６の処理が終わるとステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６では、ＥＣＵ２６が燃料噴射弁１０に指令を出し、パイロット噴射量ＱＦｐをステップ２０４で求めておいたスパイク時パイロット噴射量ＱＦｐｓに増量する。ステップＳ２０６の処理が終わるとステップＳ１０８に進む。ＥＣＵ２６がＥＧＲ弁３２に指令を出し、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率ＲｔになるようにＥＧＲ開度Ｄｅｇｒを目標開度Ｄｅｇｒｔまで増加させる。その結果、ベース空燃比ＡＦｂがスパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓまで低下する。その際、ステップＳ２０６においてパイロット噴射量ＱＦｂの増量（燃焼変動抑制処理）を行っているので、燃焼変動ΔＣＣを低減できる。そして、ステップＳ１０８の処理が終わるとステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０７では、ＥＣＵ２６が燃焼変動ΔＣＣを測定する。具体的には、ＥＣＵ２６がＥＧＲ開度Ｄｅｇｒを目標開度Ｄｅｇｒｔまで増加させた後の一定期間における回転位相ずれΔＮＥをクランクポジションセンサ２７の検出値に基づいて検出する。一定期間とは、燃焼変動を検知するためのサンプリング期間であり、予め実験的に求めておく。本ルーチンにおいては燃焼変動ΔＣＣを測定するＥＣＵ２６が本発明における燃焼変動測定手段に相当する。

続くステップＳ２０８では、ＥＣＵ２６が燃料添加弁２４に指令を出し、ステップＳ２０５で決定されたリッチスパイク（ＲＳ）実行条件に従い、添加燃料を排気中に添加させる。つまり、リッチスパイク添加量Ｑａｄの燃料を燃料吐出回数ＥＮに分割して排気中に添加させる。その結果、流入排気空燃比ＡＦｃが目標流入排気空燃比ＡＦｃｔまで低下して、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒２０に吸蔵されたＮＯｘが還元される。

続くステップＳ２０９では、ＥＣＵ２６が、ステップＳ２０８において燃料が添加されたＥＧＲガスが再循環されることによるトルク低下量ΔＴＤを測定する。具体的には、燃焼圧センサ１２の検出値に基づいて燃焼圧の低下量ΔＰＣが検出される。本ルーチンにおいては燃焼変動トルク低下量ΔＴＤを測定するＥＣＵ２６が本発明におけるトルク低下量測定手段に相当する。

続くステップＳ２１０では、ステップＳ２０７で測定された燃焼変動ΔＣＣが上述した許容限度ΔＣＣＬの範囲内であるか否か判定される。具体的には、回転パルスの回転位相ずれΔＮＥが許容値ΔＮＥＬ以下であるか否か判定される。そして、肯定判定された場合にはステップＳ２１１に進む。一方、否定判定された場合にはステップＳ２１４に進む。

ステップＳ２１１では、ステップＳ２０９で測定されたトルク低下量ΔＴＤが許容値ΔＴＤＬ以下であるか否か判定される。具体的には、燃焼圧の低下量ΔＰＣが許容値ΔＰＣＬ以下であるか否か判定される。そして、肯定判定された場合にはステップＳ２１２に進む。一方、否定判定された場合にはステップＳ２１３に進む。

ステップＳ２１２では、燃焼変動ΔＣＣが許容限度ΔＣＣＬの範囲内であって且つトルク低下量ΔＴＤが許容値ΔＴＤＬ以下であると判定されているため、スパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓを補正する必要がないと考えられる。従って、ＥＣＵ２６が補正係数Ｋｆｂの値をそのまま記憶した後、本ルーチンを一旦終了する。

ステップＳ２１３では、燃焼変動ΔＣＣが許容限度ΔＣＣＬの範囲内であるが、トルク低下量ΔＴＤが許容値ΔＴＤＬよりも大きいと判定されているため、燃焼変動ΔＣＣを低減する必要がある。そこで、ＥＣＵ２６は、スパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓがリッチ側になるように補正係数Ｋｆｂの値を減少させ、ＥＣＵ２６内に記憶しておく。そして、本ステップの処理が終わると、本ルーチンを一旦終了する。

また、ステップＳ２１４では、ステップＳ２１１と同様にトルク低下量ΔＴＤが許容値ΔＴＤＬ以下であるか否か判定される。肯定判定された場合にはステップＳ２１５に進み、否定判定された場合にはステップＳ２１６に進む。

ステップＳ２１５では、トルク低下量ΔＴＤが許容値ΔＴＤＬ以下であるが、燃焼変動ΔＣＣが許容限度ΔＣＣＬの範囲を超えていると判定されているため、燃焼変動ΔＣＣを低減する必要がある。そこで、ＥＣＵ２６は、スパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓがリーン側になるように補正係数Ｋｆｂの値を増加させ、ＥＣＵ２６内に記憶しておく。そして、本ステップの処理が終わると、本ルーチンを一旦終了する。

ステップＳ２１６では、燃焼変動ΔＣＣが許容限度ΔＣＣＬの範囲を超え、且つトルク低下量ΔＴＤが許容値ΔＴＤＬよりも大きいと判定されている。従って、燃焼変動ΔＣＣ及びトルク低下量ΔＴＤを低減する必要がある。そこで、ＥＣＵ２６は、燃料吐出回数ＥＮを増加補正するとともにスパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓがリーン側になるように補正係数Ｋｆｂの値を増加させ、ＥＣＵ２６内に記憶しておく。そして、本ステップの処理が終わると、本ルーチンを一旦終了する。

以上のように、本ルーチンによれば、燃焼変動ΔＣＣとトルク低下量ΔＴＤとに基づいて好適にスパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓをフィードバック制御することができる。これにより、燃焼変動ΔＣＣが許容限度ΔＣＣＬの範囲内であって且つトルク低下量ΔＴＤが許容値ΔＴＤＬ以下となるように、精度良くスパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓを制御することができる。

また、本ルーチンにおいて、燃焼変動ΔＣＣを表すパラメータとしてクランク角の回転パルスの位相ずれΔＮＥを用いたが、燃焼圧の変動を用いるようにしても良い。また、トルク低下量ΔＴＤを表すパラメータとして燃焼圧の低下量ΔＰＣを用いたが、クランク角の回転パルスの位相ずれΔＮＥを用いるようにしても良い。

＜トルク低下抑制制御の変形例＞
次に、上記したトルク低下抑制制御とは異なる変形例について説明する。本変形例においては、燃焼変動抑制処理として、リッチスパイク制御における燃料噴射弁１０から噴射される主噴射の噴射タイミングＴＭを通常運転時よりも進角側に変更することとした。主噴射の噴射タイミングＴＭを進角させると、ベース空燃比ＡＦｂを低下させるときの失火限界が大きくなるので、燃焼変動ΔＣＣを好適に抑制できる。

＜トルク低下抑制変形ルーチン＞
図５は本実施例におけるトルク低下抑制変形ルーチンを示すフローチャートであり、このルーチンはＥＣＵ２６によって所定期間毎に繰り返し実行される。なお、本ルーチンにおいても、ＥＧＲ３０によって排気の再循環が行われていることを前提に説明する。また、本ルーチンと上述したトルク低下抑制基本ルーチンおよびベース空燃比ＦＢ制御ルーチンとにおいて処理内容が同一のステップは、同じ数字を用いることで詳しい説明を省略する。

ステップＳ１０１からステップＳ１０６における処理内容はトルク低下抑制基本ルーチンと同様である。ステップＳ１０６の処理が終わると、ステップＳ３０１に進む。ステップＳ３０１では、ＥＣＵ２６が燃料噴射弁１０に指令を出し、主噴射の噴射タイミングＴＭをスパイク時主噴射タイミングＴＭｓに変更させる。スパイク時主噴射タイミングＴＭｓは、リッチスパイク制御が実行されるときの主噴射の噴射タイミングの目標タイミングであり、通常運転時よりも進角側に設定される。

ステップＳ３０１の処理が終わるとステップＳ１０８に進む。つまり、ＥＣＵ２６がＥＧＲ弁３２に指令を出し、ＥＧＲ開度Ｄｅｇｒを目標開度Ｄｅｇｒｔまで増加させる。ステップＳ１０８の処理が終わるとステップＳ２０７に進む。つまり、ＥＣＵ２６が燃焼変動ΔＣＣを測定する。そして、ステップＳ２０７の処理が終わるとステップＳ２１０に進む。

ステップＳ２１０では、ステップＳ２０７で測定された燃焼変動ΔＣＣが許容限度ΔＣＣＬの範囲内であるか否か判定される。本ステップで否定判定された場合にはステップＳ３０２に進む。一方、肯定判定された場合にはステップＳ３０３に進む。

ステップＳ３０２では、スパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓがリーン側になるようにＥＧＲ開度Ｄｅｇｒを予め実験的に定められる一定開度だけ減少させる。そして、ステップＳ３０２の処理が終わるとステップＳ２０７の処理に戻る。つまり、燃焼変動ΔＣＣが許容限度ΔＣＣＬの範囲内になるまでＥＧＲ率が減少し、スパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓがリーン側に変更される。

ステップＳ３０３では、ＥＣＵ２６がリッチスパイク添加量Ｑａｄを算出する。本ステップでは、現在の機関回転数ＮＥ、燃料噴射量ＱＦ、ＥＧＲ開度Ｄｅｇｒから現在の流入排気空燃比ＡＦｃを推定し、流入排気空燃比ＡＦｃを目標流入排気空燃比ＡＦｃｔに低下させるために必要なリッチスパイク添加量Ｑａｄを算出する。

続くステップＳ３０４では、ＥＣＵ２６がトルク低下量ΔＴＤを推定する。例えば機関回転数ＮＥ、燃料噴射量ＱＦ、ＥＧＲ開度Ｄｅｇｒ、リッチスパイク添加量Ｑａｄに基づいてトルク低下量ΔＴＤを推定しても良い。

続くステップＳ３０５では、ステップＳ３０４で推定されたトルク低下量ΔＴＤが許容値ΔＴＤＬ以下であるか否か判定される。本ステップにおいて、肯定判定された場合にはステップＳ３０６に進む。ステップＳ３０６では、ＥＣＵ２６が燃料添加弁２４に指令を出し、排気中にリッチスパイク添加量Ｑａｄの添加燃料を添加させる。その結果、流入排気空燃比ＡＦｃが目標流入排気空燃比ＡＦｃｔまで低下して、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒２０に吸蔵されたＮＯｘが還元される。そして、ステップＳ３０６の処理が終わると、本ルーチンを一旦終了する。

また、ステップＳ３０５において否定判定された場合には、トルク低下量ΔＴＤを低減する必要があると判断され、ステップＳ３０７に進む。ステップＳ３０７では、ＥＣＵ２６が燃料噴射弁２４の燃料吐出回数ＥＮを増加させ、リッチスパイク添加量Ｑａｄの添加燃料を添加させる。これにより、好適にトルク低下量ΔＴＤを低減しつつ、流入排気空燃比ＡＦｃを目標流入排気空燃比ＡＦｃｔまで低下させることができる。また、燃料吐出回数ＥＮの増加させるときの目標回数は、例えばトルク低下量ΔＴＤと許容値ΔＴＤＬとの差に応じて決定しても良く、予め実験的に求めておく。そして、ステップＳ３０７の処理が終わると、本ルーチンを一旦終了する。

以上より、本ルーチンによれば、主噴射の噴射タイミングＴＭとＥＧＲ開度Ｄｅｇｒとを制御することによって好適に燃焼変動ΔＣＣを許容限度ΔＣＣＬの範囲内に収めることができる。そして、添加燃料が添加された後にＥＧＲガスが再循環されることによるトルク低下量ΔＴＤを精度良く推定し、必要に応じて燃料吐出回数ＥＮを増加させることによって、精度良くトルク低下量ΔＴＤを許容値ΔＴＤＬ以下にすることができる。

また、本ルーチンにおける。スパイク時主噴射タイミングＴＭｓは、通常運転時ベース空燃比ＡＦｂｎとスパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓとの差に基づいて定められても良い。例えば、通常運転時ベース空燃比ＡＦｂｎに比べてスパイク時ベース空燃比ＡＦｂｓが低いほど、スパイク時主噴射タイミングＴＭｓを進角させても良い。これにより、好適に燃焼変動ΔＣＣを抑制することができる。

また、本実施例における燃焼変動抑制処理として、スワール開度ＳＣＶ、パイロット噴射量ＱＦｐ、主噴射の噴射タイミングＴＭに関する制御について例示したが、上記制御を併用することによって燃焼変動をより好適に抑制することが可能となる。

また、本実施例においては、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒２０に対するＮＯｘ還元処理を例示的に説明したが、これに限定されない。例えば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒２０に対するＳＯｘ被毒回復処理について本発明を適用しても良い。

また、本実施例におけるリッチスパイク制御では、燃料噴射弁２４から燃料を添加させてＮＯｘ触媒２０に流入する排気の空燃比を低下させているが、例えば主噴射後の膨張行程あるいは排気行程において燃料噴射弁１０から燃料を噴射するポスト噴射を行い、上記排気の空燃比を低下させるようにしても良い。

また、本実施例における排気浄化システムは、ターボチャージャ２５を備え、排気の一部を吸気通路９におけるコンプレッサハウジング２５ａよりも上流側の部分に再循環させているが、コンプレッサハウジング２５ａよりも下流側の吸気系に再循環させても良い。そして、本発明はターボチャージャを備えていない排気浄化システムにおいても当然に適用することができる。また、ＥＧＲ通路３１は燃料添加弁２４とＮＯｘ触媒２０との間における排気通路１９内の排気を吸気系に再循環させても良い。また、本実施例におけるＥＧＲ装置３０に加え、排気マニホールド１８を通過する排気の一部を吸気マニホールド８に再循環させる所謂高圧ＥＧＲ装置を備える排気浄化システムに適用しても良い。

実施例１における内燃機関と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。 実施例１における内燃機関の縦断面を示す概略図である。 実施例１におけるトルク低下抑制基本ルーチンを示すフローチャートである。 実施例１におけるベース空燃比ＦＢ制御ルーチンを示すフローチャートである。 実施例１におけるトルク低下抑制変形ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・ピストン
４・・・吸気ポート
５・・・排気ポート
６・・・吸気弁
７・・・排気弁
８・・・吸気マニホールド
９・・・吸気通路
１０・・燃料噴射弁
１１・・燃焼室
１２・・燃焼圧センサ
１３・・スワールコントロールバルブ
１４・・インタークーラ
１５・・エアフローメータ
１６・・エアクリーナ
１８・・排気マニホールド
１９・・排気通路
２０・・吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
２１・・第１吸気絞り弁
２２・・第２吸気絞り弁
２３・・排気絞り弁
２４・・燃料添加弁
２５・・ターボチャージャ
２６・・ＥＣＵ
２７・・クランクポジションセンサ
２８・・アクセルポジションセンサ
２９・・Ａ／Ｆセンサ
３０・・ＥＧＲ装置
３１・・ＥＧＲ通路
３２・・ＥＧＲ弁
３３・・ＥＧＲクーラ

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路に設けられる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒と、
   前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒よりも上流側から該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に還元剤を供給する還元剤供給手段と、
   前記還元剤供給手段が供給する還元剤を含む排気の一部を前記内燃機関に再循環させるＥＧＲ装置と、
   前記還元剤供給手段に還元剤を供給させることにより前記吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の空燃比をストイキよりもリッチ側のリッチ空燃比に設定される所定の目標流入空燃比まで一時的に低下させ、該吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化性能を再生するリッチスパイク制御を実施するリッチスパイク制御手段と、
   前記ＥＧＲ装置による排気の再循環を行いつつ前記リッチスパイク制御が実施される場合に、該リッチスパイク制御に係る還元剤を含むリッチ空燃比の排気が前記ＥＧＲ装置によって前記内燃機関に再循環される時点より前に、予め、内燃機関のベース空燃比を前記リッチスパイク制御が実施されないときに比べて低い所定のスパイク時ベース空燃比まで低下させておくことによって、その後に該リッチ空燃比の排気が該内燃機関に再循環された時の空燃比変動を低減させるベース空燃比制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記リッチスパイク制御手段は、前記スパイク時ベース空燃比と前記目標流入空燃比との差が小さいほど前記還元剤の供給量を少なくすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
3. 前記ベース空燃比制御手段が前記ベース空燃比を低下させることによる燃焼変動が所定の許容限度を超えない範囲で前記スパイク時ベース空燃比が決定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
4. 前記ベース空燃比制御手段が前記ベース空燃比を低下させることによる燃焼変動を測定する燃焼変動測定手段と、
   前記還元剤を含む排気が前記ＥＧＲ装置によって内燃機関に再循環されることによるトルク低下量を測定するトルク低下量測定手段と、
   を更に備え、
   前記燃焼変動が所定の許容限度の範囲内となり且つ前記トルク低下量が所定の許容値以下となるように前記スパイク時ベース空燃比が決定されることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の排気浄化システム。
5. 前記燃焼変動が前記許容限度の範囲を超え且つ前記トルク低下量が前記許容値以下になるときに前記スパイク時ベース空燃比がリーン側に補正されることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化システム。
6. 前記トルク低下量が前記許容値よりも大きく且つ前記燃焼変動が前記許容限度の範囲内になるときに前記スパイク時ベース空燃比がリッチ側に補正されることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化システム。
7. 前記リッチスパイク制御手段は一回のリッチスパイク制御において前記還元剤供給手段に一回または複数回の還元剤吐出動作によって前記還元剤を供給させることが可能であって、
   前記燃焼変動が前記許容限度の範囲を超え且つ前記トルク低下量が前記許容値よりも大きくなるときに、前記リッチスパイク制御手段が前記還元剤吐出動作の回数を増加するとともに前記スパイク時ベース空燃比がリーン側に補正されることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化システム。
8. 前記スパイク時ベース空燃比がリッチ側に補正される場合に、前記リッチスパイク制御手段は、当該補正によって該スパイク時ベース空燃比と前記目標流入空燃比との差が小さくなる分だけリッチスパイク制御に係る還元剤の供給量を少なくすることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化システム。

Images