JP4415760B2

JP4415760B2 - 内燃機関のｅｇｒ制御装置

Info

Publication number: JP4415760B2
Application number: JP2004156600A
Authority: JP
Inventors: 淳田原; 辰優杉山; 暢樹小林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-05-26
Filing date: 2004-05-26
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2024-05-26
Also published as: JP2005337103A

Description

本発明は、内燃機関のＥＧＲ制御装置に関するものである。

ディーゼルエンジン等の希薄燃焼を行う内燃機関においては、排気通路に設けられた触媒の排気浄化能力を維持するための各種制御が実行され、これらの制御を通じて排気通路への燃料添加が行われる。

例えば、特許文献１では、上記制御としてＮＯｘ還元制御が実行され、このＮＯｘ還元制御を通じて排気の空燃比を理論空燃比或いはリッチ空燃比とするための排気通路への燃料添加が行われる。このように、排気の空燃比を理論空燃比或いはリッチ空燃比とすることで、触媒に吸蔵されたＮＯｘが還元され、同触媒におけるＮＯｘに関する浄化能力が維持されるようになる。
特開平２００２−１１５５３２公報

ところで、排気通路の排気がＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路を介して吸気通路に流される内燃機関においては、ＥＧＲの実行中に排気通路への燃料添加が行われると、その燃料がＥＧＲ通路に入り込んで同通路に付着する場合がある。

通常、こうした燃料はＥＧＲガスの熱によって蒸発して吸気通路に流されるが、排気通路への燃料添加が頻繁に行われるなどして、ＥＧＲ通路に入り込んで同通路に付着する燃料の量が多くなると、その付着した燃料が蒸発しきらなくなってＥＧＲ通路に堆積する。そして、ＥＧＲ通路に燃料が堆積すると、同燃料がデポジットとなってＥＧＲ通路の詰まりを招くおそれがある。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、排気通路への燃料添加に伴うＥＧＲ通路の詰まりを抑制することのできる内燃機関のＥＧＲ制御装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、排気通路に対し燃料添加が行われる内燃機関に適用され、同機関のＥＧＲ率が機関運転状態に基づき求められた目標ＥＧＲ率となるよう、前記排気通路からＥＧＲ通路を介して吸気通路に流されるＥＧＲガスの量を制御する内燃機関のＥＧＲ制御装置において、前記ＥＧＲ通路での燃料堆積量を算出する算出手段と、前記燃料堆積量が許容値以上であるときには、そうでないときに比べて目標ＥＧＲ率を増大傾向となるように設定する設定手段とを備えた。

ＥＧＲ通路での燃料堆積量が許容値以上になると、ＥＧＲ率が高められてＥＧＲ通路を通過するＥＧＲガスの量が増やされ、ＥＧＲ通路に堆積した燃料の蒸発の促進が図られる。これにより、ＥＧＲ通路に堆積した燃料が多くなり、その燃料がデポジットとなってＥＧＲ通路の詰まりを招くのを抑制することができる。

請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記設定手段は、前記燃料堆積量が許容値以上であるとき、前記ＥＧＲ通路に堆積した燃料の蒸発量が所定値以上になるＥＧＲガス温度が得られる状況であるときに限り、前記目標ＥＧＲ率を増大傾向となるように設定するものとした。

上記構成によれば、ＥＧＲ通路に堆積した燃料を効果的に蒸発させることのできないような状況下で、ＥＧＲ率が無駄に高められるのを抑制することができる。従って、ＥＧＲ率を高めたとき、ＥＧＲ通路に堆積した燃料の効果的な蒸発を確実に実現することができるようになる。

請求項３記載の発明では、請求項１又は２記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置において、前記設定手段によって目標ＥＧＲ率が増大傾向となるように設定されているとき、前記排気通路への燃料添加を禁止する禁止手段を更に備た。

ＥＧＲ通路に堆積した燃料の蒸発を意図してＥＧＲ率を高めているとき、排気通路に燃料添加がなされることにより、ＥＧＲ通路での燃料堆積量の低減が妨げられるのを防止することができる。

請求項４記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記算出手段は、所定タイミング毎に前記燃料堆積量を算出するものであって、前記所定タイミング間において前記排気通路に添加された燃料のうち前記ＥＧＲ通路に流入して同通路に付着する分の燃料量を付着量として前回の燃料堆積量に加算するとともに、前記所定タイミング間において前記ＥＧＲ通路に付着した燃料のうち蒸発した分の燃料量を蒸発量として前回の燃料堆積量から減算することで、今回の燃料堆積量を算出するものとした。

所定タイミング毎にＥＧＲ通路での現在の燃料堆積量を算出するに当たり、そのタイミング間での排気通路への燃料添加に伴うＥＧＲ通路への燃料の付着量、及び同タイミング間でのＥＧＲ通路に堆積した燃料の蒸発量が考慮されるため、算出された燃料堆積量を常に正確なものとすることができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図７に従って説明する。
図１は、本実施形態のＥＧＲ制御装置が適用される内燃機関１０の構成を示している。この内燃機関１０は、コモンレール方式の燃料噴射装置、及びターボチャージャ１１を備えるディーゼル機関となっており、大きくは吸気通路１２、燃焼室１３、及び排気通路１４を備えて構成されている。

内燃機関１０の吸気系を構成する吸気通路１２には、その最上流部に配設されたエアクリーナ１５から下流側に向けて順に、エアフローメータ１６、上記ターボチャージャ１１のコンプレッサ１７、インタークーラ１８、及び吸気絞り弁１９が配設されている。また吸気通路１２は、吸気絞り弁１９の下流側に設けられた吸気マニホールド２０において分岐され、吸気ポート２１を介して内燃機関１０の各気筒の燃焼室１３に接続されている。

一方、内燃機関１０の排気系を構成する排気通路１４では、各気筒の燃焼室１３にそれぞれ接続された排気ポート２２は、排気マニホールド２３を介して上記ターボチャージャ１１の排気タービン２４に接続されている。また排気通路１４の排気タービン２４下流には、上流側から順に、ＮＯｘ触媒コンバータ２５、ＰＭフィルタ２６、酸化触媒コンバータ２７が配設されている。

ＮＯｘ触媒コンバータ２５には、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が担持されている。このＮＯｘ触媒は、排気の酸素濃度が高いときに排気中のＮＯｘを吸蔵し、排気の酸素濃度が低いときにその吸蔵したＮＯｘを放出する。またＮＯｘ触媒は、上記ＮＯｘ放出時に、還元剤となる未燃燃料成分がその周囲に十分存在していれば、その放出されたＮＯｘを還元して浄化する。

ＰＭフィルタ２６は、多孔質材料によって形成されており、排気中の煤を主成分とする微粒子（ＰＭ）が捕集されるようになっている。このＰＭフィルタ２６にも、上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５と同様に、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒が担持されており、排気中のＮＯｘの浄化が行われるようになっている。またこのＮＯｘ触媒によって触発される反応により、上記捕集されたＰＭが燃焼（酸化）されて除去されるようにもなっている。

酸化触媒コンバータ２７には、酸化触媒が担持されている。この酸化触媒は、排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化して浄化する。
なお排気通路１４の上記ＰＭフィルタ２６の上流側及び下流側には、ＰＭフィルタ２６に流入する排気の温度である入ガス温度を検出する入ガス温度センサ２８、及びＰＭフィルタ２６通過後の排気の温度である出ガス温度を検出する出ガス温度センサ２９がそれぞれ配設されている。また排気通路１４には、上記ＰＭフィルタ２６の排気上流側とその排気下流側との差圧を検出する差圧センサ３０が配設されている。更に排気通路１４の上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５の排気上流側、及び上記ＰＭフィルタ２６と上記酸化触媒コンバータ２７との間には、排気中の酸素濃度を検出する２つの酸素センサ３１、３２がそれぞれ配設されている。

更にこの内燃機関１０には、排気の一部を吸気通路１２内の空気に再循環させる排気再循環（以下、ＥＧＲと記載する）装置が設けられている。ＥＧＲ装置は、排気通路１４と吸気通路１２とを連通するＥＧＲ通路３３を備えて構成されている。ＥＧＲ通路３３の最上流部は、排気通路１４の上記排気タービン２４の排気上流側に接続されている。ＥＧＲ通路３３には、その上流側から、再循環される排気を改質するＥＧＲ触媒３４、その排気を冷却するＥＧＲクーラ３５、その排気の流量を調整するＥＧＲ弁３６が配設されている。そしてＥＧＲ通路３３の最下流部は、吸気通路１２の上記吸気絞り弁１９の下流側に接続されている。

一方、内燃機関１０の各気筒の燃焼室１３には、同燃焼室１３内での燃焼に供される燃料を噴射するインジェクタ４０がそれぞれ配設されている。各気筒のインジェクタ４０は、高圧燃料供給管４１を介してコモンレール４２に接続されている。コモンレール４２には、燃料ポンプ４３を通じて高圧燃料が供給される。コモンレール４２内の高圧燃料の圧力は、同コモンレール４２に取り付けられたレール圧センサ４４によって検出されるようになっている。更に燃料ポンプ４３からは、低圧燃料供給管４５を通じて、低圧燃料が排気通路１４におけるＥＧＲ通路３３との接続部分よりも上流に設けられた添加弁４６に供給されるようになっている。

こうした内燃機関１０の各種制御は、電子制御装置５０により実施されている。電子制御装置５０は、機関制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成されている。

電子制御装置５０の入力ポートには、上述した各センサに加え、機関回転速度を検出するＮＥセンサ５１やアクセル操作量を検出するアクセルセンサ５２、吸気絞り弁１９の開度を検出する絞り弁センサ５３等が接続されている。また電子制御装置５０の出力ポートには、上記吸気絞り弁１９やＥＧＲ弁３６、インジェクタ４０、燃料ポンプ４３、添加弁４６等の駆動回路が接続されている。

電子制御装置５０は、上記各センサから入力される検出信号より把握される機関運転状態に応じて、上記出力ポートに接続された各機器類の駆動回路に指令信号を出力する。こうして上記吸気絞り弁１９の開度制御、上記ＥＧＲ弁３６及び吸気絞り弁１９の開度制御に基づくＥＧＲ制御、上記インジェクタ４０からの燃料噴射量、燃料噴射時期、及び燃料噴射圧の制御、上記添加弁４６からの燃料添加の制御等の各種制御が電子制御装置５０により実施されている。

なお内燃機関１０において上記ＥＧＲ制御は、酸素センサ３１、３２により検出される排気中の酸素濃度に基づく上記ＥＧＲ弁３６及び吸気絞り弁１９の開度のフィードバック制御によって行われている。このフィードバック制御に際しては、まず上記酸素濃度の検出結果に基づき燃焼室１３内で燃焼された混合気の空燃比が求められ、この求められた空燃比と上記エアフローメータ１６により検出された吸入空気量とから現状のＥＧＲ率（ＥＧＲガス量と吸入空気量との比）Ｅｒが算出される。そして、そのＥＧＲ率Ｅｒが機関運転条件（機関回転速度、機関負荷等）に応じて算出される目標ＥＧＲ率Ｅｔとなるように、即ち当該目標ＥＧＲ率ＥｔとなるＥＧＲガス量及び吸入空気量が得られるように、上記ＥＧＲ弁３６及び吸気絞り弁１９の目標開度（目標ＥＧＲ開度、目標絞り弁開度）が算出され、その目標開度に従いそれらの開度が調整される。

以上の如く構成された本実施形態では、内燃機関１０の排気浄化性能を維持すべく、以下に示されるＰＭ再生制御、Ｓ被毒回復制御、及びＮＯx 還元制御が必要に応じて実施されている。

［ＰＭ再生制御］
ＰＭ再生制御は、上記ＰＭフィルタ２６に捕集されたＰＭを燃焼させて浄化することで、同ＰＭフィルタ２６の目詰まりを防止するために実施される。具体的には、添加弁４６からの排気に対する所定量の燃料添加等より、ＰＭフィルタ２６のＮＯｘ触媒に未燃燃料成分を供給することで、その未燃燃料成分の排気中や触媒上での酸化に伴う発熱により触媒を例えば６００〜７００℃程度まで昇温させるとともに触媒周りのＰＭを燃焼させるようにしている。

［Ｓ被毒回復制御］
Ｓ被毒回復制御は、上記ＮＯｘ触媒コンバータ２５及びＰＭフィルタ２６に担持されたＮＯｘ触媒の硫黄酸化物（ＳＯｘ）の吸蔵によるＮＯｘ吸蔵能力の低下を解消すべく実施される。具体的には、添加弁４６からの排気に対する所定量の燃料添加等により、ＮＯｘ触媒コンバータ２５及びＰＭフィルタ２６のＮＯｘ触媒に未燃燃料成分を供給することで、触媒を例えば６００〜７００℃程度まで昇温させる。更に、その状態で添加弁４６からの集中的な間欠燃料添加及び同燃料添加の停止を繰り返し行って空燃比のリッチとリーンとの間での反転を繰り返すことで、触媒に吸蔵されたＳＯx を放出させて同触媒をＳ被毒から回復させるようにしている。

［ＮＯx 還元制御］
ＮＯx 還元制御は、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘの飽和を防止すべく、同ＮＯｘをＮ2、ＣＯ2 及びＨ2 Ｏに還元して放出するために実施される。具体的には、添加弁４６からの比較的時間をおいた間欠的な燃料添加等により、ＮＯｘ触媒に未燃燃料成分を供給することで、触媒を例えば２５０〜５００℃程度まで昇温させるとともに、空燃比を理論空燃比又は理論空燃比よりもリッチとして、触媒に吸蔵されたＮＯｘの還元を行うようにしている。

ところで、ＥＧＲ制御を通じて排気通路１４から吸気通路１２へとＥＧＲガスが流されているとき、上述したＰＭ再生制御、Ｓ被毒回復制御、及びＮＯx 還元制御に基づく添加弁４６から排気通路１４への燃料添加が行われると、その燃料がＥＧＲ通路３３に入り込んで同通路３３に付着することとなる。特に、ＥＧＲ通路３３における吸気通路１２との接続部分では、ＥＧＲ通路３３を流れる燃料が吸気通路１２と合流するとき、比較的冷たい吸入空気により冷やされることから同通路３３に付着し易くなる。そして、ＥＧＲ通路３３に付着した燃料が堆積すると、同燃料がデポジットとなってＥＧＲ通路３３の詰まりを招くおそれがある。

このため、本実施形態では、ＥＧＲ通路３３での燃料堆積量が予め定められた許容値以上であるとき、そうでないときよりもＥＧＲ率を高めてＥＧＲガス量を増やし、ＥＧＲ通路３３に堆積した燃料の蒸発を促進することで、同通路３３の詰まりを抑制するようにしている。

次に、上記のようにＥＧＲ率を高めるべきか否かの判断に用いられるＥＧＲ通路３３での燃料堆積量の算出手順について、燃料堆積量算出ルーチンを示す図２のフローチャートを参照して説明する。なお、この燃料堆積量算出ルーチンは、電子制御装置５０を通じて、所定時間（本実施形態では３２ｍｓ）毎の時間割り込みにて実行される。

燃料堆積量算出ルーチンにおいては、まず添加弁４６からの燃料添加が行われているか否かが判断される（Ｓ１０１）。ここで肯定判定であれば、燃料堆積量算出ルーチンの前回実行時から今回実行時までの間に、ＥＧＲ通路３３に付着する燃料の量である付着量Ｆが以下の式（１）に基づき算出される（Ｓ１０２）。

Ｆ＝ｑ・（ｘ／１００） …（１）
Ｆ：付着量
ｑ：添加量
ｘ：回り込み割合
添加量ｑは、燃料堆積量算出ルーチンの前回実行時から今回実行時までの間に添加弁４６から排気通路１４に添加された燃料の量であって、その添加がＰＭ再生制御、Ｓ被毒回復制御、及びＮＯx 還元制御のうちのいずれに基づき行われたものかによって異なる。

回り込み割合ｘは、添加弁４６から排気通路１４に添加された燃料のうちのＥＧＲ通路３３に流れ込む分の割合であって、ＥＧＲ率に基づき求められる値である。このときのＥＧＲ率としては例えばＥＧＲ制御での目標ＥＧＲ率Ｅｔが用いられ、ＥＧＲ率（目標ＥＧＲ率Ｅｔ）の変化に対する回り込み割合ｘの推移傾向は例えば図３に示されるようなものになる。なお、上記回り込み割合ｘの算出には、目標ＥＧＲ率Ｅｔに代えて実際のＥＧＲ率Ｅｒを用いることもできる。

続いて、ステップＳ１０３では、ＥＧＲ通路３３に堆積した燃料のうちの燃料堆積量算出ルーチンの前回実行時から今回実行時までの間に蒸発した分である蒸発量Ｊが以下の式（２）に基づき算出される。

Ｊ＝Ｔi-1 ・（ｚ／１００） …（２）
Ｊ：蒸発量
Ｔi-1 ：前回の燃料堆積量
ｚ：蒸発割合
前回の燃料堆積量Ｔi-1 は、燃料堆積量実行ルーチンの前回実行時に算出された燃料堆積量である。

蒸発割合ｚは、ＥＧＲ通路３３に堆積している燃料のうちの燃料堆積量実行ルーチンの前回実行時から今回実行時までの間に蒸発する分の割合であって、ＥＧＲガス温及びＥＧＲガス量に基づき求められる値である。なお、このときのＥＧＲガス温は、例えば、機関回転速度及びインジェクタ４０からの燃料噴射量に基づきＥＧＲガス温のベース値を求め、同ベース値に対し機関冷却水温や吸入空気温に基づく補正が加えられることによって算出される。また、ＥＧＲガス量は、吸入空気量及び現状のＥＧＲ率Ｅｒに基づき算出される。そして、上記のように求められた蒸発割合ｚは、ＥＧＲガス量の変化及びＥＧＲガス温の変化に対し、例えば図４に示されるような推移傾向を示すようになる。

続いて、ステップＳ１０４では、今回の燃料堆積量Ｔi が、前回の燃料堆積量Ｔi-1 に対し付着量Ｆを加算するとともに蒸発量Ｊを減算した値として、以下の式（３）に基づき算出される。

Ｔi ＝Ｔi-1 ＋Ｆ−Ｊ …（３）
Ｔi ：今回の燃料堆積量
Ｔi-1 ：前回の燃料堆積量
Ｆ：付着量
Ｊ：蒸発量
次に、ＥＧＲ通路３３に堆積した燃料の蒸発を促進し同燃料を除去する手順について、堆積燃料除去ルーチンを示す図５のフローチャートを参照して説明する。なお、堆積燃料除去ルーチンは、電子制御装置５０を通じて、例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。

堆積燃料除去ルーチンにおいては、燃料堆積量Ｔi が予め定められた許容値以上であるか否かが判断される（Ｓ２０１）。続いて、ＥＧＲガス温がＥＧＲ通路３３に堆積した燃料の蒸発量を所定量以上とすることの可能な温度である除去可能温度（例えば３００℃）以上であるか否か（Ｓ２０２）が判断される。

ステップＳ２０１とステップＳ２０２とのいずれかで否定判定であれば、通常どおりの目標ＥＧＲ率Ｅｔの設定が行われる（Ｓ２０４）。そして、当該目標ＥＧＲ率Ｅｔに基づくＥＧＲ制御を通じて、排気通路１４の排気がＥＧＲガスとして吸気通路１２に流される。

このときの目標ＥＧＲ率Ｅｔは、吸気通路１２へのＥＧＲガスの常時の導入が可能な範囲内での最大値、即ちＥＧＲガスの常時の導入に起因した燃焼状態の悪化及びＥＧＲ弁３６等の温度上昇を許容することの可能な範囲内での最大値となるよう算出される。こうした目標ＥＧＲ率Ｅｔの算出は、例えば、インジェクタ４０からの燃料噴射量等によって表される機関負荷、及び機関回転速度に基づき、図６のマップを参照して行われることとなる。そして、このように算出された目標ＥＧＲ率Ｅｔについては、機関回転速度が大となるにつれて例えば「ＬＥt11〜ＬＥt1n」、・・・、「ＬＥtm1〜ＬＥtmn」といった変化態様を示し、機関負荷が大となるにつれて例えば「ＬＥt11〜ＬＥtm1」、・・・、「ＬＥt1n〜ＬＥtmn」といった変化態様を示すようになる。

一方、上記ステップＳ２０１とステップＳ２０２とで共に肯定判定がなされると、目標ＥＧＲ率Ｅｔを通常時と比較して増大傾向となるよう設定するための増大設定が実行される（Ｓ２０３）。そして、当該目標ＥＧＲ率Ｅｔに基づくＥＧＲ制御を通じて、排気通路１４の排気がＥＧＲガスとして吸気通路１２に流される。

このときの目標ＥＧＲ率Ｅｔは、機関負荷及び機関回転速度に基づき、例えば図７のマップを参照して算出される。そして、算出された目標ＥＧＲ率Ｅｔについては、以下のような傾向を有する。言い換えれば、目標ＥＧＲ率Ｅｔが以下のような傾向を有するよう上記マップが予め設定されている。

同マップを参照して算出された目標ＥＧＲ率Ｅｔは、機関回転速度が大となるにつれて例えば「ＨＥt11〜ＨＥt1n」、・・・、「ＨＥtm1〜ＨＥtmn」といった変化態様を示し、機関負荷が大となるにつれて例えば「ＨＥt11〜ＨＥtm1」、・・・、「ＬＥt1n〜ＬＥtmn」といった変化態様を示すようになる。そして、当該目標ＥＧＲ率Ｅｔは、通常時（図６）に対し限定的にでもＥＧＲガスを増量することの可能な機関運転状態にあるとき、例えば機関高負荷状態にあるとき（「ＨＥt11〜ＨＥtm1」、・・・、「ＨＥt1n〜ＨＥtmn」の近傍の値をとるとき）には、通常時の値（「ＬＥt11〜ＬＥtm1」、・・・、「ＬＥt1n〜ＬＥtmn」）よりも大きくなる。また、当該目標ＥＧＲ率Ｅｔは、上記のような機関状態にあるとき以外は、通常時（図６）と等しい値になる。

なお、限定的にでもＥＧＲガスを増量することの可能な機関運転状態として機関高負荷時に、目標ＥＧＲ率Ｅｔを通常よりも高くしているのは、以下の（ｉ）及び（ii）に示される理由による。（ｉ）機関高負荷時以外では燃焼状態を悪化させないようにすることが重視されており、限定的にでも目標ＥＧＲ率Ｅｔを通常よりも高くしないことが好ましい。（ii）機関高負荷時にはＥＧＲガスの温度が高いため、ＥＧＲ通路３３に堆積している燃料を効率よく蒸発させる上で目標ＥＧＲ率Ｅｔを通常より高くすることが好ましい。

目標ＥＧＲ率Ｅｔの増大設定（Ｓ２０３）がなされているときには、ＥＧＲ制御を通じてＥＧＲ率が高められることから、排気通路１４からＥＧＲ通路３３に流されるＥＧＲガスの量が多くなり、ＥＧＲ通路３３に堆積した燃料の蒸発促進が図られる。更に、目標ＥＧＲ率Ｅｔの増大設定は、ＥＧＲガス温が除去可能温度以上であるときに行われるため、ＥＧＲ通路３３に堆積した燃料は上記ＥＧＲガスによって一層効果的に蒸発するようになる。

目標ＥＧＲ率Ｅｔの増大設定において、機関高負荷時に目標ＥＧＲ率Ｅｔが通常よりも大きくされるときの増大幅としては、その際のＥＧＲ通路３３に堆積した燃料の蒸発促進を意図したＥＧＲ率の更なる上昇が、燃焼状態の過度の悪化及びＥＧＲ弁３６等のＥＧＲ経路上での温度過上昇に繋がることのない幅とすることが好ましい。この場合、目標ＥＧＲ率Ｅｔの増大設定により、ＥＧＲ率を通常時よりも上昇させたとしても、上記増大幅の設定の関係、及び、そのＥＧＲ率の上昇が燃料堆積量Ｔi を許容値未満とするまでの限定的なものであるという関係から、ＥＧＲ率の上昇に伴う燃焼状態の悪化やＥＧＲ弁３６等のＥＧＲ経路上での温度上昇が問題になることはない。

また、目標ＥＧＲ率Ｅｔの増大設定がなされているときには、ＰＭ再生制御、Ｓ被毒回復制御、及びＮＯx 還元制御に基づき添加弁４６からの燃料添加要求があったとしても（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、同添加弁４６からの燃料添加は禁止される（Ｓ２０６）。このため、添加弁４６からの燃料添加に起因してＥＧＲ通路３３に更に燃料が付着し、目標ＥＧＲ率Ｅｔの増大設定によるＥＧＲ通路３３に付着した燃料の蒸発促進が妨げられることは抑制される。

上記目標ＥＧＲ率Ｅｔの増大設定により、ＥＧＲガス温が除去可能温度（３００℃）以上といった高い状態でＥＧＲガス量が多くされると、式（３）での燃料堆積量Ｔi の算出に用いられる蒸発量Ｊが大きい値になり、その燃料堆積量Ｔi が速やかに減少するようになる。そして、燃料堆積量Ｔi が許容値未満になることで（Ｓ２０１：ＮＯ）、目標ＥＧＲ率Ｅｔの増大設定が停止され、通常どおりの目標ＥＧＲ率Ｅｔの設定が行われることとなる（Ｓ２０４）。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）ＥＧＲ通路３３での燃料堆積量Ｔi が許容値未満であるときには、通常どおりの目標ＥＧＲ率Ｅｔの設定、即ち吸気通路１２へのＥＧＲガスの常時の導入が可能な範囲内で最大となるよう目標ＥＧＲ率Ｅｔの設定が行われる。このときには、当該目標ＥＧＲ率Ｅｔに基づくＥＧＲ制御により、ＥＧＲ率を可能な限り高めて最大限の排気エミッションの改善を図ることができる。一方、上記燃料堆積量Ｔi が許容値以上になったときには、目標ＥＧＲ率Ｅｔを通常よりも増大傾向とする目標ＥＧＲ率Ｅｔの増大設定が行われる。この増大設定により、限定的なＥＧＲガスの増量が可能な機関運転状態である機関高負荷時であることを条件に、目標ＥＧＲ率Ｅｔが通常よりも大きい値に設定され、内燃機関１０のＥＧＲ率が通常時よりも更に高められる。その結果、吸気通路１２に流されるＥＧＲガスの量が多くされ、ＥＧＲ通路３３に堆積した燃料の蒸発が促進されることから、ＥＧＲ通路３３での燃料堆積量は減少して許容値未満に抑えられるようになる。従って、ＥＧＲ通路３３に体積した燃料がデポジットとなり、同通路３３が詰まるのを抑制することができる。

（２）上述した目標ＥＧＲ率Ｅｔの増大設定は、ＥＧＲガスの温度が除去可能温度以上、即ちＥＧＲ通路３３に堆積した燃料の蒸発量を所定量以上とすることの可能な温度以上であるときに限って行われる。従って、ＥＧＲ通路３３に堆積した燃料を効果的に蒸発させることのできないような状況下で、目標ＥＧＲ率Ｅｔが通常よりも大きくされ、ＥＧＲ率が無駄に高められるのを抑制することができる。従って、上記目標ＥＧＲ率Ｅｔの増大設定によりＥＧＲ率を高めたときには、ＥＧＲ通路３３に堆積した燃料の効果的な蒸発を確実に実現することができるようになる。

（３）上記目標ＥＧＲ率Ｅｔの増大設定が行われてＥＧＲ通路３３に堆積した燃料の蒸発促進が図られているときには、ＰＭ再生制御、Ｓ被毒回復制御、及びＮＯx 還元制御に基づく添加弁４６からの燃料添加が禁止される。このため、添加弁４６からの燃料添加に起因して、上記目標ＥＧＲ率Ｅｔの増大設定によるＥＧＲ通路３３での燃料堆積量の低減が妨げられるのを抑制することができる。

（４）ＥＧＲ通路３３における燃料堆積量Ｔi の算出を式（３）を用いて行うようにした。即ち、前回の燃料堆積量Ｔi-1 に対し、添加弁４６から排気通路１４に添加された燃料のうちＥＧＲ通路３３に流れ込んで付着する分の燃料量である付着量Ｆを加算するとともに、ＥＧＲ通路３３に付着した燃料のうち蒸発する分の燃料量である蒸発量Ｊを減算することで、燃料堆積量Ｔi を求めるようにした。このように、付着量Ｆ及び蒸発量Ｊを考慮して燃料堆積量Ｔi を算出することで、その算出された燃料堆積量Ｔi を常に正確なものとすることができる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・ＥＧＲ通路３３における燃料堆積量Ｔi を算出するに当たり、燃焼室１３から排気通路１４に流される未燃燃料成分（ＨＣ）のうち、ＥＧＲ通路３３に入り込む分を考慮して上記燃料堆積量Ｔi を算出してもよい。この場合、排気通路１４に排出される未燃燃料成分の排出量を機関回転速度や燃料噴射量といった機関運転状態から推定し、その未燃燃料成分のうちＥＧＲ通路３３に入り込んで付着する分の付着量を上記排出量に回り込み割合ｘを乗算することによって求める。そして、その付着量を燃料堆積量Ｔi の算出時に前回の燃料堆積量Ｔi-1 に加算することで、燃料堆積量Ｔi が未燃燃料成分のＥＧＲ通路３３に入り込む分を加味した値になる。

・目標ＥＧＲ率Ｅｔの増大設定（Ｓ２０３）については、通常の目標ＥＧＲ率Ｅｔの設定に用いるマップとは別のマップを用いることで行う代わりに、通常設定用のマップから求められた目標ＥＧＲ率Ｅｔを補正することによって行ってもよい。この場合、当該補正に用いる補正値を、機関負荷や機関回転速度といった機関運転状態に応じて算出することとなる。

・目標ＥＧＲ率Ｅｔを上記通常設定用のマップや増大設定用のマップから求める代わりに、予め実験等によって求められた計算式を用いて算出するようにしてもよい。
・目標ＥＧＲ率Ｅｔの増大設定を行うに当たり、限定的にでもＥＧＲガスを通常時よりも増量することの可能な機関運転状態として機関高負荷時に、目標ＥＧＲ率Ｅｔを通常時よりも大きくしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、機関高負荷時以外のときに目標ＥＧＲ率Ｅｔを大きくすることもできる。例えば、機関高負荷時に限らず機関高負荷領域から中負荷領域に亘って目標ＥＧＲ率Ｅｔを通常よりも大きくしたり、機関運転領域全域に亘って目標ＥＧＲ率Ｅｔを通常よりも大きくしたりしてもよい。

本実施形態のＥＧＲ制御装置が適用される内燃機関全体を示す略図。ＥＧＲ通路における燃料堆積量の算出手順を示すフローチャート。ＥＧＲ率の変化に対する回り込み割合の推移傾向を示すグラフ。ＥＧＲガス量及びＥＧＲガス温の変化に対する蒸発割合の推移傾向を示すグラフ。ＥＧＲ通路に堆積した燃料の除去手順を示すフローチャート。通常時における目標ＥＧＲ率の設定に用いられるマップ目標ＥＧＲ率の増大設定に用いられるマップ

符号の説明

１０…内燃機関、１１…ターボチャージャ、１２…吸気通路、１３…燃焼室、１４…排気通路、１５…エアクリーナ、１６…エアフローメータ、１７…コンプレッサ、１８…インタークーラ、１９…吸気絞り弁、２０…吸気マニホールド、２１…吸気ポート、２２…排気ポート、２３…排気マニホールド、２４…排気タービン、２５…ＮＯｘ触媒コンバータ、２６…ＰＭフィルタ、２７…酸化触媒コンバータ、２８…入ガス温度センサ、２９…出ガス温度センサ、３０…差圧センサ、３１…酸素センサ、３２…酸素センサ、３３…ＥＧＲ通路、３４…ＥＧＲ触媒、３５…ＥＧＲクーラ、３６…ＥＧＲ弁、４０…インジェクタ、４１…高圧燃料供給管、４２…コモンレール、４３…燃料ポンプ、４４…レール圧センサ、４５…低圧燃料供給管、４６…添加弁、５０…電子制御装置（算出手段、設定手段、禁止手段）、５１…ＮＥセンサ、５２…アクセルセンサ、５３…絞り弁センサ。

Claims

排気通路に対し燃料添加が行われる内燃機関に適用され、同機関のＥＧＲ率が機関運転状態に基づき求められた目標ＥＧＲ率となるよう、前記排気通路からＥＧＲ通路を介して吸気通路に流されるＥＧＲガスの量を制御する内燃機関のＥＧＲ制御装置において、
前記ＥＧＲ通路での燃料堆積量を算出する算出手段と、
前記燃料堆積量が許容値以上であるときには、そうでないときに比べて目標ＥＧＲ率を増大傾向となるように設定する設定手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御装置。
前記設定手段は、前記燃料堆積量が許容値以上であるとき、前記ＥＧＲ通路に堆積した燃料の蒸発量が所定値以上になるＥＧＲガス温度が得られる状況であるときに限り、前記目標ＥＧＲ率を増大傾向となるように設定する
請求項１記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。
請求項１又は２記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置において、
前記設定手段によって目標ＥＧＲ率が増大傾向となるように設定されているとき、前記排気通路への燃料添加を禁止する禁止手段を更に備える
ことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ制御装置。
前記算出手段は、所定タイミング毎に前記燃料堆積量を算出するものであって、前記所定タイミング間において前記排気通路に添加された燃料のうち前記ＥＧＲ通路に流入して同通路に付着する分の燃料量を付着量として前回の燃料堆積量に加算するとともに、前記所定タイミング間において前記ＥＧＲ通路に付着した燃料のうち蒸発した分の燃料量を蒸発量として前回の燃料堆積量から減算することで、今回の燃料堆積量を算出する
請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関のＥＧＲ制御装置。