JP5067311B2 - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の排気浄化システムに関する。

内燃機関の排気にはＮＯxなどの有害物質が含まれている。これらの有害物質の排出を
低減するために、内燃機関の排気系に、排気中のＮＯxを浄化するＮＯx触媒を設けることが知られている。この技術において例えば吸蔵還元型ＮＯx触媒を設けた場合には、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、吸蔵還元型ＮＯx触媒を低酸素の状態にし且つ還元剤を供給することで、同触媒に吸蔵されたＮＯxを還元放出することが
行われる（以下、「ＮＯx還元処理」という。）。

また、吸蔵還元型ＮＯx触媒を設けた場合には、吸蔵還元型ＮＯx触媒に排気中のＳＯx
が吸蔵され、浄化能力が低下するＳＯx被毒を解消するために、ＮＯx触媒の床温を上昇させるとともに還元剤を供給するＳＯx被毒回復処理を行う必要もある。このＳＯx被毒回復処理においては、例えば内燃機関において主噴射とは別にアフター噴射を行うことで、排気の空燃比を間欠的にリッチとするとともに排気の温度を上昇させる間欠リッチ制御を行う。これにより、吸蔵還元型ＮＯx触媒の床温を上昇させるとともにリッチ雰囲気とする
。

上述のような間欠リッチ制御を実施した場合には、リッチ期間とリーン期間とが周期的に繰り返されることとなるが、リッチ期間中に排気の温度が過度に上昇して排気通路自体を劣化させてしまう場合があった。また、間欠リッチ制御中の排気の温度変動が過大となり、吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度の制御性が悪化し、吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度をＳＯx
被毒回復処理に適した温度に安定させることが困難となる場合があった。
特開２０００−２６５８２７号公報 特開２００２−３４９２３６号公報

本発明の目的とするところは、排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳＯx被毒回復処理において、内燃機関からの排気の温度上昇及び温度変動を抑制し、排気通路の過昇温や吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度の不安定化を抑制できる技術を提供することである。

上記目的を達成するための本発明は、排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯx触媒（以
下、「ＮＯx触媒」ともいう。）のＳＯx被毒回復処理において間欠リッチ制御を行う際に、少なくともリッチ期間の一部において、ＮＯx触媒の上流側の排気通路における排気の
圧力を低下させることで、排気温度の過剰な上昇と排気の温度変動とを抑制することを最大の特徴とする。

より詳しくは、内燃機関の排気通路に設けられ、該排気通路を通過するＮＯxを浄化す
る吸蔵還元型ＮＯx触媒と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳＯx被毒回復処理において、前記内燃機関における主噴射とは別に燃料噴射を行うことによって前記内燃機関からの排気の空燃比を間欠的にリッチとする間欠リッチ制御を行う間欠リッチ手段と、
前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流側の排気通路における排気の圧力を低下させる圧力低
下手段と、
を備え、
前記間欠リッチ制御におけるリッチ期間中の少なくとも一部の期間において、前記圧力低下手段が前記排気の圧力を低下させることを特徴とする。

本発明においては前述のように、ＮＯx触媒のＳＯx被毒回復処理における間欠リッチ制御において、内燃機関において主噴射とは別にアフター噴射を行ない、間欠的に排気温度を上昇させるとともに排気の空燃比をリッチとすることを前提としている。このような場合、間欠リッチ制御において排気の空燃比がリッチとなるリッチ期間中は、内燃機関の運転状態などの条件によっては排気の温度が過度に高温になり、また、その結果として、ＮＯx触媒に導入される排気の温度変動が過大になる場合があった。

そうすると、リッチ期間中にエキマニなど排気通路を過昇温させて劣化させてしまうおそれがあった。また、ＮＯx触媒の温度を安定してＳＯxの還元放出に必要な温度に維持することが困難となり、ＳＯx被毒回復処理を効率的に行うことが困難となる場合があった
。

これに対し、本発明においては、ＮＯx触媒の上流側の排気通路における排気の圧力を
低下させる圧力低下手段を備えることとし、間欠リッチ制御におけるリッチ期間中の少なくとも一部の期間において、前記排気の圧力（背圧）を低下させることとした。

これによれば、内燃機関におけるポンプ損の減少によって排気の温度を低下させることができるため、リッチ期間中に排気の温度が過剰に高温になることを抑制できる。また、リッチ期間とリーン期間の切替わりによる排気の温度変動を抑制することができる。その結果、排気の温度が過度に高温になることによる排気通路の劣化や、ＮＯx触媒に導入さ
れる排気の温度変動が過大となることによるＮＯx触媒温度の不安定化を抑制することが
できる。

また、本発明においては、前記圧力低下手段は、前記排気通路における前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流側から分岐するとともに、前記排気通路における前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流側で前記排気通路に合流し、前記排気通路を通過する排気に前記吸蔵還元型ＮＯx触媒をバイパスさせるバイパス通路と、
前記バイパス通路を通過する排気の流量を制御する流量制御装置と、を有し、
前記流量制御装置によって前記バイパス通路を通過する排気の流量を増加させることで前記排気の圧力を低下させるようにしてもよい。

すなわち、排気通路を通過する排気にＮＯx触媒をバイパスさせるバイパス通路を設け
、バイパス通路を通過する排気の流量を流量制御装置によって増加させることで、排気通路におけるＮＯx触媒の上流側の排気の圧力を低下させるようにしてもよい。これによれ
ば、より簡単に、内燃機関におけるポンプ損を低減させることができ、排気の温度上昇を抑制することができる。

また、本発明においては、前記圧力低下手段は、前記間欠リッチ制御のリッチ期間とリーン期間の切替え時期に同期して、リッチ期間においては前記排気の圧力を低下させるとともに、リーン期間には、前記排気の圧力を低下させないようにしてもよい。

そうすれば、排気の温度が上昇するリッチ期間中は内燃機関におけるポンプ損を低減させて排気の温度上昇を抑制でき、排気の温度が低下するリーン期間中はポンプ損を低減させずに相対的に排気の温度低下を抑制することができる。そうすれば、リッチ期間からリーン期間への切替え時付近でピークを迎える排気の温度上昇を抑制することができるとともに、ＮＯx触媒に導入される排気の温度変動を抑制できる。なおここで、リーン期間に
は排気の圧力を低下させないとは、圧力低下手段が圧力を低下させる前の状態に排気の圧力を戻すこと及び、排気の圧力を、圧力低下手段が圧力を低下させる前の状態より圧力が高い状態とすることを含む意味である。

また、このとき、圧力低下手段は、前記リッチ期間中において前記排気の温度が所定の許容温度以上となった場合に、次のリーン期間においても前記排気の圧力の低下を継続させるようにしてもよい。

ここで所定の許容温度とは、排気の温度がこれ以上となると、エキマニなど排気通路が劣化するおそれがあると判定される閾値としての排気温度であり、予め実験的手法や設計的手法によって定められる。これによれば、排気の温度が排気通路を劣化させるほど高温であると判定された場合には緊急避難的に、排気のリッチ期間とリーン期間の切替え時期と排気の圧力低下との同期関係を崩して、リーン期間中にも排気の圧力を低下させることで、より早急に排気の温度を低下させることができる。

また、本発明においては、前記圧力低下手段は、前記リッチ期間中において排気の温度が所定の閾値温度以上となった場合に、前記排気の圧力を低下させるようにしてもよい。

ここで所定の閾値温度とは、前述の許容温度と同一であってもよいが、マージンを見込んで許容温度より低く設定された温度とするのが望ましい。これによれば、実際に排気の温度が閾値温度以上となり、許容温度に近づいた場合に、圧力低下手段によって排気の圧力を低下させ、ＮＯx触媒の上流側の排気通路における排気の温度を低下させることがで
きる。従って、運転状態によって、間欠リッチ制御のリッチ期間中においても排気の温度がそれ程上昇しないような場合にまで、排気の圧力が低下して排気の温度を低下させてしまい、ＮＯx触媒の温度上昇の効率を低下させてしまうことを抑制できる。

なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。

本発明にあっては、排気通路に設けられた吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳＯx被毒回復処理において、内燃機関からの排気の温度上昇及び温度変動を抑制し、排気通路の過昇温や吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度の不安定化を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。

図１は、本実施例に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示す図である。なお、図１においては、内燃機関１の内部及びその吸気系は省略されている。

図１において、内燃機関１の各気筒にはエギゾーストマニホールド（以下、「エキマニ」ともいう。）４の図示しない枝管が各々接続されている。エキマニ４には排気管６が接続されており、各気筒から排出されエキマニ４を通過した排気が流通するようになっている。この排気管６は下流にて図示しないマフラーに接続されている。また、排気管６には、遠心過給機のタービンハウジング１４が備えられている。また、排気管６におけるタービンハウジング１４の下流側には、排気中のＮＯxを浄化する吸蔵還元型ＮＯx触媒であるＮＳＲ１０が配置されている。そして、排気管６におけるＮＳＲ１０の下流側には、排気中の微粒子物質を捕集するフィルタ１１が配置されている。なお、このフィルタ１１の代
わりに、排気中の微粒子物質を捕集するフィルタに吸蔵還元型ＮＯx触媒が担持されたＤ
ＰＮＲが用いられてもよいことはもちろんである。

また、排気管６におけるＮＳＲ１０の上流側において、排気管６からバイパス管７が分岐されている。そして、バイパス管７には、バイパス管７における流路断面積を制御することにより、内燃機関１からの排気のうち、バイパス管７を通過する排気の流量を制御するバイパス制御弁１５が備えられている。また、バイパス管７は、ＮＳＲ１０とフィルタ１１の間の部分で排気管６に合流している。

ここで、バイパス制御弁１５を閉弁させて、内燃機関１からの排気にそのまま排気管６を通過させることにより、排気にＮＳＲ１０及びフィルタ１１の両方を通過させることができる。同様に、バイパス制御弁１５を開弁させて、内燃機関１からの排気にバイパス管７を通過させることにより、排気にＮＳＲ１０をバイパスさせてフィルタ１１のみを通過させることができる。

なお、以後、図１に示すようにエキマニ４における排気の温度（タービンハウジング１４の上流側の排気の温度）をＴ４で示し、ＮＳＲ１０の直上流における排気の温度（タービンハウジング１４の下流側の排気の温度）をＴ６で示す。上記においてバイパス制御弁１５は流量制御装置に相当する。

以上述べたように構成された内燃機関１及びその排気系には、該内燃機関１及び排気系を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２０が併設さ
れている。このＥＣＵ２０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他、内燃機関１のＮＳＲ１０、フィルタ１１を含めた排気浄化システムに係る制御を行うユニットである。

ＥＣＵ２０には、図示しないエアフローメータ、クランクポジションセンサや、アクセルポジションセンサなどの内燃機関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、出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ２０には、内燃機関１内の図示しない燃料噴射弁等が電気配線を介して接続される他、本実施例におけるバイパス制御弁１５などが電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０によって制御されるようになっている。

また、ＥＣＵ２０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。以下で説明する本実施例におけるＳＯx被毒回復時バイパス制御ルーチンも、ＥＣ
Ｕ２０内のＲＯＭに記憶されたプログラムの一つである。

ここで、上記の構成においてＮＳＲ１０のＳＯx被毒回復処理を行う場合について考え
る。本実施例においてはこのような場合に、内燃機関１において主噴射の後に再度燃料噴射を行ない（以下「アフター噴射」という。）、その一部を燃焼行程で燃焼させて排気の温度を上昇させつつ排気の空燃比をリッチとするリッチ期間と、アフター噴射の燃料量をＮＳＲ１０の温度維持が可能な程度に抑えるリーン期間とを、交互に切替える間欠リッチ制御が行なわれる。これにより、ＮＳＲ１０の温度を上昇させ且つリッチ雰囲気に曝すことで、ＮＳＲ１０に吸蔵(吸収、吸着)されたＳＯxを還元放出することが可能となる。

次に、上記のような間欠リッチ制御を行なった際に生じ得る不都合について説明する。上記のようなアフター噴射による間欠リッチ制御を行なった場合、リッチ期間中には排気の温度が上昇し、リーン期間には排気の温度が低下することで排気の温度が周期的に変動する。そして、運転状態などの条件によっては、リッチ期間中にＴ４が過度に上昇し、エ
キマニ４を劣化させてしまう場合があった。また、排気の温度変動の振幅が大きくなり過ぎ、ＮＳＲ１０の温度をＳＯxの還元放出に充分な温度に安定させることが困難となる場
合があった。

これに対し、本実施例においては、間欠リッチ制御におけるリッチ期間中にはバイパス制御弁１５を開弁してエキマニ４及び、ＮＳＲ１０の上流側の排気管６における排気の圧力（背圧）を低下させ、内燃機関１のポンプ損を低減する。このことにより、リッチ期間中におけるＴ４の上昇を抑制する。また、リーン期間中においてはバイパス制御弁１５を閉弁して内燃機関１におけるポンプ損の低減処理を停止する。

これによれば、間欠リッチ制御におけるリッチ期間中のＴ４の上昇を抑制でき、エキマニ４や排気管６が過度に高温になることを回避できる。また、Ｔ６の変動を抑制でき、ＮＳＲ１０の温度を安定化することができる。

図２は、本実施例における制御を行なった場合の、排気に関する各パラメータまたは部材の状態の変化を示すタイムチャートである。ここで図２の最上段のグラフに示すように、時点ｔ１においてＳＯx被毒回復処理が要求されたとする。そうすると、間欠リッチ制
御が実行されるために、最下段のグラフに示すように燃焼モードが周期的に切替えられる。

具体的には、ｔ１からｔ２の間はアフター噴射における燃料噴射量を増加させて筒内リッチ燃焼を実行する（筒内リッチ燃焼モード）。この際の空燃比の目標値は１４．３である。この期間をリッチ期間と称する。一方、ｔ２からｔ３の間は、アフター噴射における燃料噴射量を抑えて筒内リーン燃焼を実行する（触媒昇温燃焼モード）。この際には、図示しないＥＧＲ装置によって再循環されるＥＧＲガスの量をカットするとともに図示しないスロットル弁の開度を絞る制御を併せて行ってもよい。この期間をリーン期間と称する。なお、このリーン期間においてもＮＳＲ１０の温度をＳＯxの還元放出に必要な高温に
維持するための還元剤がＮＳＲ１０に供給できるよう、アフター噴射における燃料噴射量が決定される。同様にｔ３とｔ４の間はリッチ期間とされ、ｔ４以降はリーン期間とされ、以後、同様の制御が繰り返される。

このような間欠リッチ制御においては、排気の空燃比は上から２段目のグラフに示すようにリッチの状態とリーンの状態とが交互に現れることとなる。また、上から３段目と４段目の破線のグラフは、間欠リッチ制御におけるＴ４とＴ６の値の変化を示すグラフである。リッチ期間中には、Ｔ４及びＴ６は上昇を続け、リッチ期間からリーン期間に切替った後、リーン期間においてはＴ４及びＴ６は下降を続ける。

ここで、内燃機関１の運転状態などの条件によっては、間欠リッチ制御のリッチ期間中にＴ４が破線のグラフのように過度に高温となり、Ｔ４限界温度以上となってしまうおそれがあった。このＴ４限界温度は、エキマニ４自体に悪影響が及ばない上限としての排気温度であり、予め実験などの手法によって求められるものである。このＴ４限界温度は本実施例において所定の許容温度に相当する。また、Ｔ６の温度変動の振幅が破線のグラフのように大きくなり過ぎて（振幅２）、ＮＳＲ１０の温度をＳＯxの還元放出に必要な温
度に安定させることが困難となる場合があった。

これに対し、本実施例においては、図２の下から２番目のグラフに示すように、リッチ期間にはバイパス制御弁１５を開弁してエキマニ４及び、ＮＳＲ１０の上流側の排気通路６における排気の圧力（背圧）を低下させて内燃機関１におけるポンプ損失を低下させ、排気の温度を低下させることとした。

また、リーン期間中にはバイパス制御弁１５を閉弁してエキマニ４及び、排気通路６における排気の圧力（背圧）の低下を停止して内燃機関１におけるポンプ損失を相対的に増大させ、排気の温度を相対的に上昇させることとした。

この制御により、上から３段目と４段目の実線のグラフに示すように、間欠リッチ制御におけるＴ４とＴ６の最高温度を低下させることができる。そうすると、リッチ期間中にＴ４がＴ４限界温度を超えることを回避でき、エキマニ４自体に悪影響を及ぼす事態を回避できる。Ｔ６の温度変動の振幅が過大になることを回避でき（振幅１）、ＮＳＲ１０の温度をＳＯxの還元放出に必要な温度に安定させることが可能となる。

次に図３には、本実施例におけるＳＯx被毒回復時バイパス制御ルーチンについてのフ
ローチャートを示す。本ルーチンはＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、内燃期間１の稼動中は所定期間毎に繰り返し実行されるルーチンである。

本ルーチンが実行されると、Ｓ１０１においてＳＯx被毒回復処理が要求中か否かが判
定される。具体的には、ＳＯx被毒回復処理が要求されている場合にＯＮされるＳＯx被毒回復フラグの値を読み込むことによって判定してもよい。ここで肯定判定された場合にはＳ１０２に進む。一方、否定判定された場合にはＳ１０４に進む。

Ｓ１０２においては、リッチ期間中か否かが判定される。具体的にはリッチ期間中はＯＮされ、リーン期間中はＯＦＦされる間欠リッチ制御フラグの値を読み込むことによって判定してもよい。ここで肯定判定された場合にはＳ１０３に進み、否定判定された場合にはＳ１０４に進む。

Ｓ１０３においては、バイパス制御弁１５を開弁する。Ｓ１０３の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。Ｓ１０４においては、バイパス制御弁１５を閉弁する。Ｓ１０４の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。

以上、説明したように、本実施例に係る制御を行うことによって、ＳＯx被毒回復処理
のための間欠リッチ制御において、Ｔ４が過度に高温となることを抑制でき、また、Ｔ６の温度変動が過大となることを抑制できる。その結果、エキマニ４や排気通路６が高温で劣化することや、ＮＳＲ１０の温度が不安定化することを回避できる。

なお、本実施例においてバイパス制御弁１５を開弁し、閉弁するとは、必ずしも全開、全閉を意味しない。エキマニ４及び、排気通路６における排気の圧力（背圧）を、Ｔ４及びＴ６を充分に低下、上昇させる程度まで変化できる開度に制御されればよい。また、バイパス制御弁１５が開弁した際に、内燃機関１から供給された還元剤としての燃料の多くがバイパス管７を通過してＮＳＲ１０に導入されないようなバイパス制御弁１５の開度は想定されていない。このことは以下の実施例においても同様である。

また、本実施例の間欠リッチ制御において実際に図示しない燃料噴射弁に燃料噴射指令を出力するＥＣＵ２０は、本実施例において間欠リッチ手段を構成する。また、バイパス管７及びバイパス制御弁１５は、本実施例において圧力低下手段に相当する。

次に、本発明における実施例２について説明する。実施例１では、間欠リッチ制御におけるリッチ期間中にはバイパス制御弁１５を開弁し、リーン期間中にはバイパス制御弁１５を閉弁する制御について説明した。本実施例では、リッチ期間中にバイパス制御弁１５を開弁したにも拘らず、Ｔ４がＴ４限界温度以上となった場合には、燃焼モードが触媒昇温燃焼モードに切換わりリーン期間となった後も即座にバイパス制御弁１５を閉弁させず
に、Ｔ４がＴ４限界温度を下回るまではバイパス制御弁１５の開弁を継続させる制御について説明する。なお、本実施例における内燃機関の制御系、排気系の構成は図１に示すものと同様である。

図４は、本実施例における制御を行なった場合の、排気に関する各パラメータまたは部材の状態の変化を示すタイムチャートである。本実施例においては実施例１と同様、リッチ期間中にはバイパス制御弁１５は開弁している。しかし、本実施例においては、バイパス制御弁１５を開弁しているにも拘らず、リッチ期間中にＴ４がＴ４限界温度以上となってしまった場合には、緊急避難的な措置として、燃焼モードが触媒昇温燃焼モードに切換わりリーン期間になってからもバイパス制御弁１５の開弁を継続する。

そして、Ｔ４がＴ４限界温度より低くなったことが確認されたｔ１２及びｔ１４においてバイパス制御弁１５を閉弁することとした。これにより、図４の下から２段目のグラフにおける斜線の部分に相当する時間だけ、バイパス制御弁１５の開弁時期が延長されることとなる。

図５には、本実施例におけるＳＯx被毒回復時バイパス制御ルーチン２についてのフロ
ーチャートを示す。本ルーチンと、実施例１で説明したＳＯx被毒回復時バイパス制御ル
ーチンとの相違点は、Ｓ１０２で否定判定された場合に直接Ｓ１０４に進むのではなく、Ｓ２０１の処理が実行される点である。以下、本ルーチンと、ＳＯx被毒回復時バイパス
弁制御ルーチンとの相違点についてのみ説明する。

Ｓ１０２の処理において否定判定されると、本ルーチンにおいてはＳ２０１に進む。Ｓ２０１においては、Ｔ４がＴ４限界温度以上か否かが判定される。具体的には、エキマニ４に図示しない温度センサを備えるようにし、当該温度センサの出力によって判定してもよい。また、内燃機関１の運転状態、吸入空気量、燃料噴射量及びタイミングなどからＴ４を推測することによって判定してもよい。ここでＴ４がＴ４限界温度以上と判定された場合にはＳ１０３に進み、バイパス制御弁１５の開弁状態を維持する。一方、Ｔ４がＴ４限界温度より低いと判定された場合にはＳ１０４に進み、バイパス制御弁１５を閉弁する。

この制御により、内燃機関１の運転状態などの条件によって、バイパス制御弁１５をリッチ期間中に開弁しているにも拘らずＴ４がＴ４限界温度以上となった場合には、リーン期間となった後にもバイパス制御弁１５の開弁時期を延長することが可能となる。これにより、より確実に、ＳＯx被毒回復処理中のエキマニ４の過昇温とＮＳＲ１０の温度の不
安定化を抑制することが可能となる。

次に、本発明の実施例３について説明する。本実施例においては、実施例１で説明したように、筒内リッチ燃焼モードと触媒昇温燃焼モード（リッチ期間とリーン期間）の切替えと同期してリッチ期間中にはバイパス制御弁１５を開弁し、リーン期間中にはバイパス制御弁１５を閉弁するのではなく、リッチ期間の後半とリーン期間の前半の時期においてバイパス制御弁１５を開弁する制御について説明する。本実施例における内燃機関の排気系、制御系についても図１に示したものと同様である。

図６は、本実施例に係る制御を行なった場合の、排気に関する各パラメータまたは部材の状態の変化を示すタイムチャートである。本実施例においてはＳＯx被毒回復処理が要
求されリッチ期間が開始された時点ｔ１においては、バイパス制御弁１５は閉弁している。そして、リッチ期間の中間時点ｔ２１においてバイパス制御弁１５を開弁させる。これにより、図２中のＴ４、Ｔ５の変化のグラフで実線で示すように、既にある程度の温度ま
で上昇しているＴ４の上昇速度を減少させることが可能となる。そして、バイパス制御弁１５の開弁状態は、リーン期間に切換わった後、リーン期間の中間時点であるｔ２２まで継続し、ｔ２２においてバイパス制御弁１５が閉弁される。その後、これと同様に、次のリッチ期間の中間時点であるｔ２３において再度バイパス制御弁１５を開弁し、さらに次のリーン期間の中間時点であるｔ２４においてバイパス制御弁１５を閉弁させる。

この制御によれば、Ｔ４が既にある程度上昇しＴ４限界温度を超えるおそれのあるタイミングにおいてバイパス制御弁１５を開弁することができ、より確実にＴ４が過度に高温となることと、Ｔ６の温度変動の振幅が過大となることを抑制できる。その結果、より確実に、エキマニ４や排気管６の過昇温とＮＳＲ１０の温度の不安定化を抑制することができる。

次に、本発明における実施例４について説明する。本実施例においては、Ｔ４を継続的にモニターしておき、Ｔ４の値がＴ４限界温度より低く設定された所定のＴ４閾値温度以上となった場合に、バイパス制御弁１５を開弁する制御について説明する。本実施例における内燃機関の排気系、制御系の構成も図１に示したものと同様である。

図７は、本実施例における制御を行なった場合の、排気に関する各パラメータまたは部材の状態の変化を示すタイムチャートである。本実施例においてはＳＯx被毒回復処理が
要求されリッチ期間が開始された時点ｔ１においては、バイパス制御弁１５は閉弁している。そして、Ｔ４が予め設定されたＴ４閾値温度以上となった時点ｔ３１において、バイパス制御弁１５を開弁させる。これにより、既にＴ４限界温度付近の温度まで上昇しているＴ４の上昇速度を減少させることが可能となる。そして、バイパス制御弁１５の開弁状態は、リーン期間に切換わった後、Ｔ４がＴ４閾値温度より低くなった時点であるｔ３２まで継続し、ｔ３２においてバイパス制御弁１５が閉弁される。その後、これと同様に、次のリッチ期間において、Ｔ４が予め設定されたＴ４閾値温度以上となった時点ｔ３３において、再度バイパス制御弁１５を開弁し、さらに次のリーン期間に切換わった後、Ｔ４がＴ４閾値温度より低くなった時点であるｔ３４まで継続し、ｔ３４においてバイパス制御弁１５が閉弁される。

この制御によれば、Ｔ４が上昇しＴ４限界温度に対してマージンを見込んだＴ４閾値温度以上となったタイミングにおいてバイパス制御弁１５を開弁することができ、より確実にＴ４の過昇温と、Ｔ６の温度変動の振幅が過大となることを抑制できる。その結果、より確実に、エキマニ４の過昇温とＮＳＲ１０の温度の不安定化を抑制することができる。

また、運転状態によって、リッチ期間中においても排気の温度がそれ程上昇しないような場合にまでバイパス制御弁１５を開弁することで、排気の温度を無駄に低下させてしまい、ＮＳＲ１０の温度上昇の効率を低下させてしまうことを抑制できる。

図８には、本実施例におけるＳＯx被毒回復時バイパス制御ルーチン３についてのフロ
ーチャートを示す。本ルーチンと、実施例１で説明したＳＯx被毒回復時バイパス制御ル
ーチンとの相違点は、Ｓ１０２の処理の代りに、Ｓ３０１及びＳ３０２の処理が実行される点である。以下、本ルーチンと、ＳＯx被毒回復時バイパス制御ルーチンとの相違点に
ついてのみ説明する。

本ルーチンにおいてはＳ１０１の処理で肯定判定されるとＳ３０１に進む。Ｓ３０１においては、エキマニ４における排気温度Ｔ４が取得される。具体的には、エキマニ４に設けられた図示しない温度センサの出力信号から取得してもよい。また、内燃機関１の運転状態、吸入空気量、燃料噴射量及びタイミングなどからＴ４を推測してもよい。Ｓ３０１
の処理が終了するとＳ３０２に進む。Ｓ３０２においては、Ｔ４がＴ４閾値温度以上か否かが判定される。ここでＴ４がＴ４閾値温度以上と判定された場合にはＳ１０３に進み、バイパス制御弁１５の開弁状態を維持する。一方、Ｔ４がＴ４閾値温度より低いと判定された場合にはＳ１０４バイパス制御弁１５を閉弁する。

以上説明したように、本実施例では、Ｔ４がＴ４閾値温度以上となった場合にバイパス制御弁１５を開弁するので、より確実にＴ４の過昇温と、Ｔ６の温度変動の振幅が過大となることを抑制できる。また、運転状態によって、リッチ期間中においても排気の温度がそれ程上昇しないような場合にまでバイパス制御弁１５を開弁することで、排気の温度を無駄に低下させてしまうことを抑制できる。なお、本実施例においてＴ４閾値温度は閾値温度に相当する。

次に、実施例５について説明する。本実施例においては、本発明が図１に示した排気系とは異なる構成の排気系に適用された場合について説明する。図９には、本実施例における内燃機関の排気系及び制御系の概略構成を示す。

図９に示す内燃機関の排気系において排気管６は途中で一旦分岐し、フィルタ１１の上流側で合流している。そして、排気管６が分岐して形成された一方の分岐管８には分岐ガス制御弁１６が設けられている。また、他方の分岐管９にはＮＳＲ１０が備えられている。また、分岐管８における分岐ガス制御弁１６の上流側と、分岐管９におけるＮＳＲ１０の上流側にはそれぞれ遠心過給機のタービンハウジング１４ａ、１４ｂが配置されている。

ここで、内燃機関１の通常の運転状態においては、分岐ガス制御弁１６が閉弁している。このため、内燃機関１からの排気の全てが分岐管９を通過し、ＮＳＲ１０において浄化され、合流後の排気管６及びフィルタ１１を通過した後に車外に放散される。また、その際には２つのタービンハウジングのうち、タービンハウジング１４ｂ内のタービンのみが排気によって回転する。そして、内燃機関１の高負荷運転時などには分岐ガス制御弁９が開弁される。そうすると、分岐管８にも排気が流入するようになり、タービンハウジング１４ａにも排気が流入する。この場合には、２つのタービンが回転して遠心過給機の過給効率を上昇させるようになっている。

次に、このようなパラレルターボを備えた排気系のＮＳＲ１０のＳＯx被毒回復処理を
行う場合について考える。本実施例に係るＳＯx被毒回復処理においても、アフター噴射
による間欠リッチ制御を行い、ＮＳＲ１０の温度を上昇させ且つリッチ雰囲気に曝すことで、ＮＳＲ１０に吸蔵(吸収、吸着)されたＳＯxを還元放出する。

このような構成においても実施例１と同様、リッチ期間中には排気の温度が上昇し、リーン期間には排気の温度が低下することで排気の温度が周期的に変動する。そして、運転状態などの条件によっては、リッチ期間中にＴ４が過度に上昇し、エキマニ４を劣化させてしまう場合がある。また、排気の温度変動の振幅が大きくなり過ぎ、ＮＳＲ１０の温度をＳＯxの還元放出に充分な温度に安定させることが困難な場合がある。

これに対し、本実施例においては、間欠リッチ制御におけるリッチ期間中には分岐ガス制御弁１６を開弁する。そうすると、特に高負荷運転時においては排気が分岐管８に流入し、タービンハウジング１４ａ内のタービンを回転させる。これにより、エキマニ４及び、ＮＳＲ１０の上流側の排気管６における排気の圧力（背圧）が低下し、内燃機関１のポンプ損を低減する。このことにより、リッチ期間中におけるＴ４の上昇を抑制でき、Ｔ６の温度変動の振幅を低減することができる。

また、リーン期間中においては分岐ガス制御弁１６を閉弁して内燃機関１におけるポンプ損の低減処理を停止する。そうすると、内燃機関１からの排気の全てが再び分岐管９を通過し、ＮＳＲ１０において浄化されるようになる。これにより、エキマニ４及び、ＮＳＲ１０の上流側の排気管６における排気の圧力（背圧）を相対的に上昇させることができ、Ｔ４及びＴ６の温度低下を抑制することができる。

これによれば、パラレルターボを備えた排気系においても実施例１と同様、間欠リッチ制御におけるＴ４の上昇を抑制でき、エキマニ４や排気管６が高温に曝されて劣化することを回避できる。また、Ｔ６の変動を抑制でき、ＮＳＲ１０の温度を安定化することができる。

本実施例においては、排気圧力低下手段は分岐ガス制御弁１６、分岐管８、タービンハウジング１４ａ（内のタービン）を含んで構成される。なお、本実施例で示した排気系の構成に対し、実施例２〜４で示した制御を実行しても本発明の目的を達成できることは当然である。

なお、上記の実施例においては、本発明が適用されるべき排気系として、バイパス通路あるいは分岐管を備えるものについて説明した。しかし、バイパス通路あるいは分岐管を備えない排気系においては、排気圧力低下手段として、排気管に備えられた排気絞り弁（不図示）を用いてもよい。すなわち、排気絞り弁を開弁することで、排気管における排気の圧力（背圧）を低減することができ、排気絞り弁の閉弁により排気管における排気の圧力（背圧）を相対的に上昇させることができる。この排気絞り弁の制御によっても、間欠リッチ制御におけるＴ４の温度上昇を抑制することができ、Ｔ６の温度変動の振幅を抑制することが可能となる。

また、上記の実施例においては、間欠リッチ制御のリーン期間においてもアフター噴射を継続し、燃料噴射量を低減する制御を行う例について説明した。しかしながら、本発明における間欠リッチ制御はこの制御に限られない。例えばリッチ期間においてはアフター噴射を行ない、リーン期間中にはポスト噴射を実行しあるいは、吸蔵還元型ＮＯx触媒の
直上流に設けた排気添加弁から還元剤を添加するような制御としてもよい。

本発明の実施例１に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示した図である。 本発明の実施例１に係る制御を実行した場合の、排気に関する各パラメータまたは各部材の状態の変化を示すタイムチャートである。 本発明の実施例１に係るＳＯx被毒回復時バイパス制御ルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施例２に係る制御を実行した場合の、排気に関する各パラメータまたは各部材の状態の変化を示すタイムチャートである。 本発明の実施例２に係るＳＯx被毒回復時バイパス制御ルーチン２を示すフローチャートである。 本発明の実施例３に係る制御を行なった場合の、排気に関する各パラメータまたは各部材の状態の変化を示すタイムチャートである。 本発明の実施例４に係る制御を行なった場合の、排気に関する各パラメータまたは各部材の状態の変化を示すタイムチャートである。 本発明の実施例４に係るＳＯx被毒回復時バイパス制御ルーチン３を示すフローチャートである。 本発明の実施例５に係る内燃機関と、その排気系及び制御系の概略構成を示した図である。

符号の説明

１・・・内燃機関
４・・・エギゾーストマニホールド（エキマニ）
６・・・排気管
７・・・バイパス管
８、９・・・分岐管
１０・・・ＮＳＲ
１１・・・フィルタ
１４、１４ａ、１４ｂ・・・タービンハウジング
１５・・・バイパス制御弁
１６・・・分岐ガス制御弁
２０・・・ＥＣＵ

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に設けられ、該排気通路を通過するＮＯxを浄化する吸蔵還元型Ｎ
   Ｏx触媒と、
   前記吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳＯx被毒回復処理において、前記内燃機関における主噴射とは別に燃料噴射を行うことによって前記内燃機関からの排気の空燃比を間欠的にリッチとする間欠リッチ制御を行う間欠リッチ手段と、
   前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流側の排気通路における排気の圧力を間欠的に低下させ
   る圧力低下手段と、
   を備え、
   前記間欠リッチ制御におけるリッチ期間中の少なくとも一部の期間において、前記圧力低下手段が前記排気の圧力を低下させることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記圧力低下手段は、
   前記排気通路における前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の上流側から分岐するとともに、前記
   排気通路における前記吸蔵還元型ＮＯx触媒の下流側で前記排気通路に合流し、前記排気
   通路を通過する排気に前記吸蔵還元型ＮＯx触媒をバイパスさせるバイパス通路と、
   前記バイパス通路を通過する排気の流量を制御する流量制御装置と、を有し、
   前記流量制御装置によって前記バイパス通路を通過する排気の流量を増加させることで前記排気の圧力を低下させ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. 前記圧力低下手段は、前記間欠リッチ制御のリッチ期間とリーン期間の切替え時期に同期して、リッチ期間においては前記排気の圧力を低下させるとともに、リーン期間には、前記排気の圧力を低下させないことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
4. 前記圧力低下手段は、前記リッチ期間中において前記排気の温度が所定の許容温度以上となった場合に、次のリーン期間においても前記排気の圧力の低下を継続させることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化システム。
5. 前記圧力低下手段は、前記リッチ期間中において排気の温度が所定の閾値温度以上とな
   った場合に、前記排気の圧力を低下させることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化システム。

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