JP5862438B2

JP5862438B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP5862438B2
Application number: JP2012099885A
Authority: JP
Inventors: 嘉人野木; 野崎　雄介; 雄介野崎
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2016-02-16
Anticipated expiration: 2032-04-25
Also published as: JP2013227899A

Description

本発明は、内燃機関（以下、エンジンともいう）の制御装置に関し、特に排気浄化触媒の浄化性能を回復させるための制御を行うようにしたものに係る。

従来より、例えば自動車等に搭載されるエンジンの排気系には、排気中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害成分を無害化するための排気浄化触媒が備えられており、この排気浄化触媒の浄化能力を回復させるための制御を実行することが知られている（一例として下記の特許文献１を参照）。

例えばディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという場合もある）の排気浄化触媒としては、酸素濃度の高い（空燃比のリーンな）排気中のＮＯｘを処理するためのＮＯｘ吸蔵還元型の触媒（NOx Storage Reduction：ＮＳＲ触媒）が公知である。ＮＳＲ触媒は、排気の空燃比がリーンな状態でＮＯｘを吸蔵し、空燃比のリッチ化に伴ってＮＯｘを放出するとともに、排気中のＨＣ、ＣＯ等の還元剤成分と反応させて無害化するものである。

このようなＮＳＲ触媒では、ＮＯｘ吸蔵量の増大に連れて排気中のＮＯｘを吸蔵する能力が低下するので、吸蔵量が所定の閾値に達すれば意図的に排気の空燃比をリッチ側へ切り替えて、吸蔵されているＮＯｘを放出させかつ還元するためのＮＯｘ還元制御が行われる。具体的には、排気系に燃料添加弁を設けて燃料を供給したり、燃焼室内への主燃料噴射の後に副次的に燃料を噴射（アフター噴射、ポスト噴射）することで、排気の空燃比をリッチ化させてＮＳＲ触媒を還元雰囲気にすることができる。

また、一般にディーゼルエンジンにおいてはその燃焼に伴い、燃料（軽油）や潤滑油に含まれる硫黄成分の酸化物（ＳＯｘ）も生成される。このＳＯｘは硫酸塩などの化学的に安定な物質としてＮＯｘ吸蔵材に蓄積されるので、その蓄積量の増大に連れて徐々にＮＯｘ吸蔵能力が低下することになる（所謂硫黄被毒と呼ばれるもので、以下、Ｓ被毒ともいう）。

そこで、ＮＯｘ吸蔵材のＳＯｘ蓄積量が所定の閾値に達すれば、そのＳＯｘを放出させることによって、ＮＯｘ吸蔵能力を回復させる制御（以下、Ｓ被毒回復制御ともいう）が行われる。これは、まず空燃比のリーンな状態で上記排気系への燃料の供給やポスト噴射を行い、その酸化反応熱によって触媒床温を所定以上に上昇させた上で、空燃比をリッチ化させてＮＳＲ触媒を還元雰囲気にすることにより、ＮＯｘ吸蔵材からＳＯｘを放出させて還元浄化するものである。

特開２００７−２６２９９２号公報

ところで、上記のＮＯｘ還元制御やＳ被毒回復制御を実行するためには触媒が活性化していなくてはならないので、その温度を或る程度、高い状態に維持する必要があり、特にＳ被毒回復制御の場合は触媒床温をかなり高く（例えば６００℃以上に）しなければならない。そして、この状態で空燃比をリッチ化させると、排気の温度がかなり高くなるので、排気マニホールド等、触媒よりも上流側の排気通路（以下、上流側排気通路という）の温度が過度に高くなってしまい、その耐久信頼性が低下するおそれがある。

詳しくは、一例としてＳ被毒回復制御における排気マニホールドの温度の変化を図１３に示すように、上流側排気通路の温度は空燃比のリッチな期間で上昇し、空燃比がリーンになると下降する。これは、空燃比のリーンな期間では未燃燃料が排気浄化触媒を通過しながら酸化されるので、触媒床温は効果的に上昇する一方で、その上流側の排気通路ではむしろ放熱が進むことになるからである。

但し、上記したようにＳ被毒回復制御の間は触媒床温がかなり高い状態に維持されるので、空燃比のリッチな期間とリーンな期間とが繰り返されるに連れて上流側排気通路の温度は上昇、下降を繰り返しながらも徐々に上昇してゆき、図示のように許容上限値を超えてしまう（図１３におけるタイミングＴ１）。こうして許容上限値を越えると大きな熱応力が生じて、耐久信頼性の低下に繋がる。

これに対し、例えば図１４に示すように空燃比のリーンな期間を延長して、上流側排気通路の温度がリッチな期間の開始前の状態に戻るまで放熱させるようにすれば、その温度が許容上限値を超えてしまうことはない。しかしながら、こうするとＳ被毒回復制御の実行期間が徒に長くなってしまい、その間、触媒床温のかなり高い状態に維持しなくてはならないので、燃費の悪化が懸念される。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので、その目的は、排気浄化触媒の浄化性能を回復させるために空燃比をリッチ側に制御するものにおいて、燃費の悪化を抑制しながら、排気系の過熱を防止してその耐久信頼性を確保することにある。

上記目的を達成するために本発明では、排気浄化触媒の上流側から分岐するＥＧＲ通路を利用して、高温の排気の一部を適宜、上流側排気通路からＥＧＲ通路に流出させることにより、当該上流側排気通路の温度上昇を抑制するようにした。

−解決手段−
具体的に本発明は、排気浄化触媒を備えた内燃機関の制御装置を対象として、その内燃機関の気筒の燃焼室内に燃料を噴射供給するインジェクタと、上記排気浄化触媒よりも排気の流れの上流側の排気通路から分岐し、排気の一部を吸気系へ還流させるＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路を開閉可能なＥＧＲ弁と、上記排気浄化触媒の浄化性能を回復させるために、空燃比をリッチ側、リーン側に交互に切り替えてに制御する回復制御を行う制御手段とを備えている。そして、その制御手段は、上記回復制御の際に空燃比をリッチ側に制御するときには、上記インジェクタにより気筒の膨張行程において燃料のアフター噴射を行う一方、空燃比をリーン側に制御するときには燃料のポスト噴射を行うとともに、空燃比がリーン側になる期間を間に挟んで連続する２回のリッチ側期間のうち、一方では上記ＥＧＲ弁を開状態にし、他方では閉状態にする構成としたものである。

かかる構成により、内燃機関の運転中に回復制御が行われ、空燃比がリッチ側、リーン側に交互に切り替わるとき、そのリーン側になる期間を間に挟んで連続する２回のリッチ側期間のうち、一方では上記ＥＧＲ弁が開状態にされ、高温の排気の一部がＥＧＲ通路に流れることにより、上流側排気通路の温度上昇が抑制される。一方、上記２回のリッチ側期間のうちの他方でＥＧＲ弁が閉状態にされれば、高温の排気がＥＧＲ通路に流れることはないので、当該ＥＧＲ通路およびＥＧＲ弁の温度上昇が抑制される。

つまり、空燃比のリッチ側の期間においてエンジンから排出される高温の排気の一部を適宜、上流側排気通路からＥＧＲ通路に流出させることによって、当該上流側排気通路の過度の温度上昇を防止しながら、高温の排気によるＥＧＲ通路等の過熱も阻止することができる。よって、上流側排気通路の放熱のために空燃比のリーン側の期間を延長する必要がなく、Ｓ被毒回復制御の期間が長くなって燃費の悪化することもない。

しかも、空燃比のリッチ側の期間においてＥＧＲ通路により吸気系に排気を還流させることで、吸気（新気）の量を減らし、空燃比をリッチ化させるための燃料増分も少なくすることができ、このことも燃費の悪化の抑制に寄与する。

さらに、そうして上流側排気通路やＥＧＲ通路等、排気系の過熱を防止できることから、それらが過熱することを懸念して従来は回復制御を実行できなかった運転領域（例えば排気の熱量が多く排気系の過熱する心配がある高回転領域）においても、排気浄化触媒の回復制御を実行可能になる。

また、交互に繰り返される空燃比のリッチ側期間、リーン側期間、リッチ側期間、…のうち、リーン側期間を間に挟んで連続する２回のリッチ側期間のうちの一方でＥＧＲ弁が開状態にされ、他方ではＥＧＲ弁が閉状態にされる。すなわち、リーン側期間を間に挟んで連続するリッチ側期間においてＥＧＲ弁の開状態および閉状態が交互に繰り返されるようになり、上流側排気通路およびＥＧＲ通路の両方の過熱をより確実に防止することができる。

さらに、上記上流側排気通路やＥＧＲ通路等、排気系の温度状態を判定した結果に基づいて、ＥＧＲ弁を開状態および閉状態に制御するようにしてもよい。こうすれば、上流側排気通路の実際の温度状態に基づいてＥＧＲ弁の開閉制御を、より適切なタイミングで実行することができる。

また、上記回復制御において、空燃比をリッチ側に切り替えるときには理論空燃比よりもリッチに制御する一方、空燃比をリーン側に切り替えるときには、上記ＥＧＲ弁を閉状態に制御するようにしてもよい。こうすれば、リーン側の期間においてポスト噴射された未燃燃料がＥＧＲ通路を介して吸気系に還流されることを防止できる。

本発明に係る内燃機関の制御装置によると、排気浄化触媒の浄化性能を回復させるために空燃比をリッチ側に制御する際に、高温の排気の一部を適宜、ＥＧＲ通路に流出させることによって、上流側排気通路の過度の温度上昇を防止しながらＥＧＲ通路等の過熱も阻止することができる。このことから、上流側排気通路の放熱時間を延ばすために制御の期間を延長する必要もなく、燃費の悪化を抑制しながら排気系の耐久信頼性を確保することができる。

実施形態に係るディーゼルエンジンおよびその制御系統の概略構成を示す図である。同エンジンの燃焼室およびその周辺部を示す断面図である。ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。インジェクタの燃料噴射制御について説明する図であって、図４(a)は一例としてＳ被毒回復制御のリーン期間での燃料噴射の態様を、また、図４(b)はリッチ期間での燃料噴射の態様をそれぞれ示す。Ｓ被毒回復制御の基本動作を説明する図であって、排気空燃比、触媒床温、ＮＳＲ触媒からのＳＯｘ放出率、ＮＳＲ触媒のＳＯｘ残量のそれぞれの変化の一例を示すタイミングチャート図である。Ｓ被毒回復制御の基本動作の手順を示すフローチャート図である。Ｓ被毒回復制御の際に実行される排気空燃比切替動作の手順を示すフローチャート図である。排気空燃比切替動作の際にＥＧＲ弁の開閉処理を行った場合の排気系の温度の変化を、処理を行わない場合と対比して示すタイミングチャート図であり、図８(a)は排気マニホールドの、また、図８(b)はＥＧＲ通路の温度をそれぞれ示す。排気空燃比切替動作の参考例１に係る図７相当図である。同参考例１に係る図８(a)相当図である。排気空燃比切替動作の参考例２に係る図７相当図である。排気空燃比切替動作の参考例３に係る図７相当図である。従来のＳ被毒回復制御についての図８(a)相当図である。排気空燃比切替動作においてリーン期間を延長した場合の図１３相当図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒（例えば直列４気筒）ディーゼルエンジン（内燃機関）に本発明を適用した場合について説明する。

−エンジンの構成−
まず、本実施形態に係るディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）の概略構成について説明する。図１は本実施形態に係るエンジン１およびその制御系統の概略構成図である。また、図２は、ディーゼルエンジン１の燃焼室３およびその周辺部を示す断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１は、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、排気系７等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されており、このうち燃料供給系２は、全ての気筒に共通のコモンレール２２と各気筒毎のインジェクタ（燃料噴射弁）２３とを備えた、所謂コモンレールシステムである。

上記コモンレール２２には、図示省略の燃料タンクから汲み上げられてサプライポンプ２１（図３参照）によって昇圧された燃料が供給される。コモンレール２２は、高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３（図１では右端のものにのみ符号を付す）に分配する。インジェクタ２３は、その内部に圧電素子（ピエゾ素子）を備え、適宜開弁して燃焼室３内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。

吸気系６は、シリンダヘッド１５（図２参照）に形成された吸気ポート１５ａに接続される吸気マニホールド６３を備え、この吸気マニホールド６３には吸気管６４が接続されて、吸気通路を構成している。吸気通路には、吸気の流れの上流側から順にエアクリーナ６５、エアフローメータ４３、吸気絞り弁（ディーゼルスロットル）６２が配設されている。上記エアフローメータ４３は、エアクリーナ６５を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力する。

排気系７は、シリンダヘッド１５に形成された排気ポート７１に接続される排気マニホールド７２を備え、この排気マニホールド７２に排気管７３が接続されて排気通路を構成している。この排気通路には一例として酸化触媒７４と、ＮＯｘ吸蔵還元型の排気浄化触媒であるＮＳＲ（NOx Storage Reduction）触媒７５と、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）７６とが備えられている。なお、ＮＳＲ触媒７５およびＤＰＦ７６の代わりにＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx Reduction system）触媒を用いてもよい。

上記ＮＳＲ触媒７５は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、且つ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ₂若しくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ₂やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元されてＮ₂となる。また、ＨＣやＣＯは、ＮＯ₂やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ₂ＯやＣＯ₂となる。即ち、ＮＳＲ触媒７５に導入される排気中の酸素濃度やＨＣ成分を適宜調整することにより、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化することができるようになっている。本実施形態のものでは、この排気中の酸素濃度やＨＣ成分の調整を上記インジェクタ２３からの燃料噴射動作（アフター噴射、ポスト噴射）や吸気絞り弁６２の開度制御によって行うようになっている。

また、ＤＰＦ７６は、例えば多孔質セラミック構造体で成り、排気ガスが多孔質の壁を通過する際に、この排気ガス中に含まれるＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）を捕集するようになっている。このＤＰＦ７６には、ＤＰＦ再生運転時に、上記捕集したＰＭを酸化・燃焼するための触媒（例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒）が担持されている。

ここで、エンジン１の燃焼室３およびその周辺部の構成について、図２を用いて説明する。この図２に示すように、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック１１には、各気筒（図の例では４気筒）毎に円筒状のシリンダボア１２が形成されており、各シリンダボア１２の内部にはピストン１３が上下方向に摺動可能に収容されている。

ピストン１３の頂面１３ａの上側には上記燃焼室３が形成されている。つまり、この燃焼室３は、シリンダブロック１１の上部に取り付けられたシリンダヘッド１５の下面と、シリンダボア１２の内壁面と、ピストン１３の頂面１３ａとにより区画形成されている。そして、ピストン１３の頂面１３ａの略中央部には、キャビティ（凹陥部）１３ｂが凹設されており、このキャビティ１３ｂも燃焼室３の一部を構成している。

上記ピストン１３は、コネクティングロッド１８によってエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。これにより、シリンダボア１２内でのピストン１３の往復移動がコネクティングロッド１８を介してクランクシャフトに伝達され、このクランクシャフトが回転することでエンジン出力が得られるようになっている。

また、燃焼室３に向けてグロープラグ１９が配設されている。このグロープラグ１９は、エンジン１の始動直前に電流が流されることにより赤熱し、これに燃料噴霧の一部が吹きつけられることで着火・燃焼が促進される始動補助装置として機能する。

上記シリンダヘッド１５には、上記吸気ポート１５ａおよび上記排気ポート７１がそれぞれ形成されているとともに、吸気ポート１５ａを開閉する吸気バルブ１６および排気ポート７１を開閉する排気バルブ１７が配設されている。また、シリンダヘッド１５には、燃焼室３の内部へ直接的に燃料を噴射する上記インジェクタ２３が取り付けられている。このインジェクタ２３は、シリンダ中心線Ｐに沿う起立姿勢で燃焼室３の略中央上部に配設されており、上記コモンレール２２から導入される燃料を燃焼室３に向けて所定のタイミングで噴射する。

さらに、図１に示す如く、このエンジン１には、過給機（ターボチャージャ）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５１によって連結されたタービンホイール５２およびコンプレッサホイール５３を備えている。コンプレッサホイール５３は吸気管６４内部に臨んで配置され、タービンホイール５２は排気管７３内部に臨んで配置されている。そして、ターボチャージャ５は、タービンホイール５２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサホイール５３を回転させ、吸気圧を高めるといった所謂過給動作を行う。

また、ターボチャージャ５（コンプレッサホイール５３）よりも吸気の流れの下流側において吸気管６４には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。なお、本実施形態におけるターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール５２側に可変ノズルベーン機構５４（図３参照）が設けられており、この可変ノズルベーン機構の開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。

さらにまた、このエンジン１には、吸気系６と排気系７とを接続する排気還流通路（ＥＧＲ通路）８が設けられている。このＥＧＲ通路８は、排気マニホールド７２（ＮＳＲ触媒７５よりも排気の流れの上流側の排気通路：上流側排気通路）の集合部付近から分岐して高圧の排気の一部を取り出し、吸気マニホールド６３および吸気管６４の接続部付近（吸気絞り弁６２よりも下流側の吸気通路）へ還流させるもので、以下、高圧ＥＧＲ通路８という。

そうして排気の一部を吸気系６に還流させて、燃焼室３へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ生成量を低減することができるが、高温の排気によって吸気温が上昇するきらいがあり、また、還流させる排気（以下、ＥＧＲガスともいう）の量が多くなると燃焼状態が悪化するおそれもある。そこで、高圧ＥＧＲ通路８には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路８を流れる排気流量を自在に調整することができるＥＧＲバルブ（ＥＧＲ弁）８１と、高圧ＥＧＲ通路８を流通（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ８２とが設けられている。

また、このエンジン１には、上記高圧ＥＧＲ通路８の他に、ＤＰＦ７６よりも下流側の排気通路から分岐して比較的低圧の排気の一部を取り出し、ターボチャージャ５（コンプレッサホイール５３）よりも上流側の吸気通路へ還流させる低圧ＥＧＲ通路８３も設けられている。この低圧ＥＧＲ通路８３により、大量の排気をより低圧で吸気系に還流させることができる。低圧ＥＧＲ通路８３にも高圧ＥＧＲ通路８と同様のＥＧＲ弁８４とＥＧＲクーラ８５とが設けられている。なお、図示の符号８６は、低圧ＥＧＲ通路８３への排気の還流を促すための排気絞り弁である。

−センサ類−
エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。

例えば、上記エアフローメータ４３は、吸気系６内の吸気絞り弁６２上流において吸入空気の流量（吸入空気量）に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ４１はコモンレール２２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ４２は吸気絞り弁６２の開度を検出する。吸気圧センサ４８は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ４９は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。

また、Ａ／Ｆ（空燃比）センサ４４ａ，４４ｂはそれぞれ、酸化触媒７４の上流側およびＮＳＲ触媒７５の下流側に配設され、排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。なお、Ａ／Ｆセンサの配設位置としては、酸化触媒７４の上流側のみとしてもよいし、ＮＳＲ触媒７５の上流側としてもよいし、ＮＳＲ触媒７５の下流側のみとしてもよい。

同様に排気温センサ４５ａ，４５ｂはそれぞれ、酸化触媒７４の上流側およびＮＳＲ触媒７５の下流側に配設され、排気ガスの温度（排気温度）に応じた検出信号を出力する。なお、排気温センサの配設位置も、酸化触媒７４の上流側のみとしてもよいし、ＮＳＲ触媒７５の上流側としてもよいし、ＮＳＲ触媒７５の下流側のみとしてもよい。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ１００は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータと入出力回路とを備えている。図３に示すように、ＥＣＵ１００の入力回路には、上記レール圧センサ４１、スロットル開度センサ４２、エアフローメータ４３、Ａ／Ｆセンサ４４ａ，４４ｂ、排気温センサ４５ａ，４５ｂ、吸気圧センサ４８、吸気温センサ４９が接続されている。さらに、入力回路には、エンジン１の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ４６、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ４７、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力するクランクポジションセンサ４０などが接続されている。

一方、ＥＣＵ１００の出力回路には、上記サプライポンプ２１、インジェクタ２３、吸気絞り弁６２、ＥＧＲバルブ８１，８４、および、上記ターボチャージャ５の可変ノズルベーン機構（可変ノズルベーンの開度を調整するアクチュエータ）５４が接続されている。

そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサからの出力、その出力値を利用する演算式により求められた演算値に基づき、必要に応じて上記ＲＯＭに記憶された各種マップを参照して、エンジン１の各種制御を実行する。一例としてＥＣＵ１００は、インジェクタ２３による燃料噴射制御（噴射量・噴射時期の制御）、吸気絞り弁６２の開度（スロットル開度）の制御、ＥＧＲバルブ８１，８４の開度の制御等を含むエンジン１の各種制御を実行する。

例えばインジェクタ２３の燃料噴射制御としては、図４に模式的に示すようにパイロット噴射やメイン噴射（主としてエンジン１のトルク生成に寄与する燃料噴射）の他、必要に応じてアフター噴射やポスト噴射を実行する。公知のようにパイロット噴射は、メイン噴射に先立って噴射した少量の燃料を燃焼させることにより、引き続いてメイン噴射される燃料の着火遅れを抑制して、安定した拡散燃焼に導くためのものである。

また、メイン噴射は一般的にエンジン１のトルク発生のための噴射動作であり、その噴射量は基本的には、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じ、要求トルクが得られるように決定される。例えばエンジン回転数（クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数；エンジン回転速度）が高いほど、また、アクセル開度（アクセル開度センサ４７により検出されるアクセルペダルの踏み込み量）が大きいほどエンジン１への要求トルクは高くなり、それに応じてメイン噴射量が多く設定される。

具体的な燃料噴射形態の一例としては、各気筒毎の圧縮上死点前に上記パイロット噴射（インジェクタ２３に形成された複数の噴孔からの燃料噴射）が実行され、燃料噴射が一旦停止された後、所定のインターバルを経て圧縮上死点近傍にて上記メイン噴射が実行される。これにより燃料が自己着火によって燃焼し、この燃焼により発生したエネルギは、ピストン１３を下死点に向かって押し下げる運動エネルギ（エンジン出力となるエネルギ）、燃焼室３内を温度上昇させる熱エネルギ、シリンダブロック１１やシリンダヘッド１５を経て外部（例えば冷却水）に放熱される熱エネルギとなる。

なお、燃料噴射を実行する際の噴射圧は、コモンレール２２の内圧により決定される。このコモンレール内圧として一般に、コモンレール２２からインジェクタ２３へ供給される燃料圧力の目標値、即ち目標レール圧は、エンジン負荷（機関負荷）が高くなるほど、および、エンジン回転数（機関回転数）が高くなるほど高いものとされる。この目標レール圧は例えば上記ＲＯＭに記憶された燃圧設定マップに従って設定される。

なお、アフター噴射やポスト噴射は、後述するようにＮＯｘ還元制御やＳ被毒回復制御において、排気の空燃比（排気Ａ／Ｆ）を調整したり、ＮＳＲ触媒７５やＤＰＦ７６の温度を上昇させたりするのに利用される。

さらに、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転状態に応じて吸気絞り弁６２やＥＧＲバルブ８１，８４の開度を制御し、吸気（新気）の量や排気の還流量（ＥＧＲガス量）を調整する。この制御は、予め実験やシミュレーション等によって作成されてＲＯＭに記憶されている吸気量マップやＥＧＲマップに基づいて行われる。一例としてエンジン１への要求トルクやエンジン回転数の上昇に伴い、吸気絞り弁６２の開度は大きくなりＥＧＲバルブ８１，８４の開度は小さくなる。

また、以下に説明するように本実施形態では、Ｓ被毒回復制御において排気の空燃比（排気Ａ／Ｆ）をリッチ側、リーン側に切り替える際に、リッチ側では吸気絞り弁６２の開度を小さくするとともに適宜、ＥＧＲガスを還流させて吸気（新気）量を減少させる一方、リーンにする場合は吸気絞り弁６２の開度を大きくして吸量を増大させ、ＥＧＲガスは還流させない。

−内燃機関の制御装置の制御動作−
以下に、本実施形態の内燃機関の制御装置によるＮＯｘ還元制御およびＳ被毒回復制御についてそれぞれ説明する。まず、ＮＯｘ還元制御について簡単に説明した後に、本実施形態の特徴とするＳ被毒回復制御について詳細に説明する。

（ＮＯｘ還元制御）
一般的にディーゼルエンジン１においては、大部分の運転領域で排気の空燃比はリーン空燃比となり、通常の運転状態ではＮＳＲ触媒７５の周囲雰囲気は酸素濃度の高い状態になって、排気中のＮＯｘがＮＳＲ触媒７５に吸蔵される。そして、ＮＳＲ触媒７５の周囲雰囲気が低酸素濃度となる状況は非常に少ないため、ＮＯｘの吸蔵量は徐々に増大し、これに連れてＮＳＲ触媒７５のＮＯｘ吸蔵能力が低下してゆく。

そこで、エンジン運転状態などに基づいて推定されるＮＯｘ吸蔵量が所定の閾値（（ＮＳＲ触媒７５のＮＯｘ吸蔵能力が飽和する前の適値））に達した場合に、インジェクタ２３からのポスト噴射によって排気中に燃料を供給することにより、その空燃比（Ａ／Ｆ）を一時的にリッチ化させて、還元剤成分（ＨＣ等）の量を増大させる。これにより、ＮＳＲ触媒７５の周囲が還元雰囲気になって吸蔵されているＮＯｘが放出され、還元浄化されることで、ＮＳＲ触媒７５のＮＯｘ吸蔵能が回復する。

なお、上記ＮＯｘ吸蔵量の推定手法としては、エンジン回転数とインジェクタ２３からの燃料噴射量とに応じたＮＯｘ吸蔵量を予め実験やシミュレーションにより求めてマップ化しておき、このマップにより求められるＮＯｘ吸蔵量を積算するという方法が挙げられる。

（Ｓ被毒回復制御）
次に、本実施形態の特徴とするＳ被毒回復制御について説明する。上記したＮＯｘ還元制御ではＮＳＲ触媒７５に流入する排気の空燃比を瞬間的にリッチ化することで、吸蔵されているＮＯｘを放出させることはできるが、ＮＳＲ触媒７５では、ＮＯｘを吸蔵するのと同様のメカニズムで硫黄成分（ＳＯｘ）の吸着が生じている。一旦、吸着されたＳＯｘはＮＯｘよりも離脱し難いので、上記のＮＯｘ還元制御が行われてもＳＯｘは離脱せずに、次第にＮＳＲ触媒７５内に蓄積されていく。

より詳しくは、Ｓ被毒のメカニズムはおよそ以下のとおりである。まず、エンジン１の燃焼室３内で燃料や潤滑油が燃焼するときには、二酸化硫黄（ＳＯ₂）や三酸化硫黄（ＳＯ₃）などのＳＯｘが生成される。そして、ＮＳＲ触媒７５に流入する排気の酸素濃度が高いときには、流入排気中のＳＯ₂やＳＯ₃等のＳＯｘが白金（Ｐｔ）の表面上で酸化され、例えば硫酸イオン）の形態でＮＳＲ触媒７５に吸着される。

こうしてＮＳＲ触媒７５に吸着された硫酸イオンは、酸化バリウム（ＢａＯ）と結合して硫酸塩（ＢａＳＯ₄）を形成するが、これは硝酸バリウム（Ｂａ（ＮＯ₃）₂）に比して安定していて分解され難い。このため、上記ＮＯｘ還元制御などによってＮＳＲ触媒７５に流入する排気の酸素濃度が低くなっても、硫酸塩は分解されずにＮＳＲ触媒７５内に残留し、時間とともに蓄積されてゆく。

そうしてＮＳＲ触媒７５における硫酸塩（ＢａＳＯ₄）の蓄積量が増加するほど、ＮＯｘの吸蔵に関与することができる酸化バリウム（ＢａＯ）の量が減少することになるので、ＮＳＲ触媒７５のＮＯｘ吸蔵能力が低下して、ＮＯｘ浄化率を低下させる原因となる（Ｓ被毒）。なお、ＮＳＲ触媒７５内におけるＳＯｘの蓄積量の計測は、前回のＳ被毒回復制御の終了時点からのインジェクタ２の総燃料噴射量と燃料中における硫黄濃度とに基づいて行われる。

上記のようなＳ被毒を解消する方法として、ＮＳＲ触媒７５の雰囲気温度をおよそ６００〜７００℃の高温域まで昇温させるとともに、ＮＳＲ触媒７５に流入する排気の酸素濃度を低くする（排気空燃比をリッチにする）ことにより、ＮＳＲ触媒７５に吸着されている硫酸バリウム（ＢａＳＯ₄）を熱分解して、排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応させ、気体状のＳＯ₂に還元する方法が挙げられる。

本実施形態では、上述したアフター噴射やポスト噴射と吸気絞り弁６２およびＥＧＲバルブ８１，８４の開度の制御とによって、排気の空燃比をリッチ、リーンに切り替えて、Ｓ被毒の解消を図るようにしている。具体的には、リーンな排気中ではポスト噴射された燃料がＮＳＲ触媒７５において酸化し、その反応熱によってＮＳＲ触媒７５の床温度が効果的に上昇する。その後、空燃比をリッチ側に切り替えてＮＳＲ触媒７５に還元剤成分を供給する。

以下、上記した図４の他に図５も参照して、Ｓ被毒回復制御の動作についてより詳細に説明する。図５は、Ｓ被毒回復制御実行時における排気空燃比、触媒床温、ＮＳＲ触媒７５からのＳＯｘ放出率（クランクシャフトの単位回転角度当たりのＳＯｘ放出量）、ＮＳＲ触媒７５のＳＯｘ残量それぞれの変化の一例を示すタイミングチャート図である。

Ｓ被毒回復制御では、排気空燃比をリーンに設定するリーン期間と、排気空燃比をリッチに設定するリッチ期間とが交互に現れ、そのリーン期間においてＮＳＲ触媒７５の床温を、ＳＯｘの離脱が可能になる温度（硫酸バリウム（ＢａＳＯ₄）を熱分解できる温度）まで上昇させる。一方、リッチ期間では、排気空燃比をリッチにすることで、ＮＳＲ触媒７５からＳＯｘを離脱させ、排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）と反応させて還元浄化する。

一例として、上記リーン期間からリッチ期間への切り替えタイミングは、ＮＳＲ触媒７５の床温度が、ＳＯｘを離脱させるのに十分な温度（例えば６８０℃）に達した時点としている。一方、リッチ期間からリーン期間への切り替えタイミングは、ＮＳＲ触媒７５の床温度が所定温度（例えば６３０℃）まで低下した時点としている。このようにリーン期間とリッチ期間とが切り替えられて、交互に繰り返されることにより、ＮＳＲ触媒７５からＳＯｘが離脱されていく。

より具体的には上記図４も参照すると、Ｓ被毒量（ＳＯｘの蓄積量）が所定値に達してＳ被毒回復制御が開始された場合、まず、図４(a)に示すように空燃比のリーン期間において、メイン噴射の実行後、気筒の膨張行程の後半（例えばＡＴＤＣ１００〜１３０°ＣＡ）でポスト噴射が実行され、触媒床温が上昇する。このポスト噴射では燃料が燃焼室３内では燃焼せず、高温下で熱分解されて排気通路に流れ、ＮＳＲ触媒７５を通過しながら酸化されることで、触媒床温を効果的に上昇させる。

こうしてＮＳＲ触媒７５の床温度が上昇して所定温度（例えば６８０℃）に達すると、リーン期間からリッチ期間に切り替えられる（図５におけるタイミングＴ１）。このリッチ期間では、図４(b)に示すように、メイン噴射の後に燃料の燃焼するようなタイミング（例えばＡＴＤＣ３０〜６０°ＣＡ）で燃料をアフター噴射し、パイロット噴射およびメイン噴射と合わせた総噴射量を増量する。

同時に吸気絞り弁６２の開度が所定開度まで小さくされて、吸気（新気）の量が減少するので、上記燃料の総噴射量の増量と併せて空燃比を理論空燃比よりもリッチ（例えばＡ／Ｆで１４以下）にすることができ、これにより排気の空燃比も理論空燃比よりもリッチになる。なお、アフター噴射された燃料の燃焼によるトルクの増分は、吸気絞り弁６２の開度の減少によって相殺される。言い換えると、トルク変動が生じないようにアフター噴射の量およびタイミング、並びに吸気絞り弁６２の開度が互いに対応づけて予め実験やシミュレーションにより適合され、マップとしてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。

そうしてリッチ期間においては、ＮＳＲ触媒７５の床温度が十分に上昇（ＳＯｘの離脱を可能にする温度まで上昇）されている状態で排気空燃比がリッチになり、ＮＳＲ触媒７５からＳＯｘが離脱される。すなわち、図５のＳＯｘ放出率のグラフに示すようにＮＳＲ触媒７５からＳＯｘが放出され、ＮＳＲ触媒７５におけるＳＯｘ残量は次第に減少していく。同時にリッチ期間においてはＮＳＲ触媒７５の床温度が次第に低下していき、その床温度が所定温度（例えば６３０℃）に達すると、リッチ期間からリーン期間に切り替えられる（タイミングＴ２）。

このようにして、ＮＳＲ触媒７５の床温度が６００〜７００℃の高温域に維持されたまま、その床温度の変化に応じて排気の空燃比がリッチ、リーンに切り替えられることで、ＮＳＲ触媒７５からＳＯｘが次第に放出されていき、このＮＳＲ触媒７５におけるＳＯｘの蓄積量（ＳＯｘ残量）が減少していく。そして、ＳＯｘ蓄積量が所定量未満になると、Ｓ被毒回復制御は終了する。

なお、ＮＳＲ触媒７５からのＳＯｘ放出量の計測は、ＮＳＲ触媒７５の床温度と上記リッチ期間とに基づいて行われる。つまり、ＮＳＲ触媒７５の床温度が高いほど、また、上記リッチ期間が長いほどＳＯｘ放出量は多くなっていくので、これらＮＳＲ触媒７５の床温度とリッチ期間とを計測していくことにより、ＳＯｘ放出量が求められることになる。そして、このＳＯｘ放出量が、Ｓ被毒回復制御開始時におけるＳＯｘ吸着量（インジェクタ２３の総燃料噴射量と燃料中における硫黄濃度とに基づいて計測されたＳＯｘの吸着量）に一致すると、ＮＳＲ触媒７５内のＳＯｘの略全量が放出されたとしてＳ被毒回復制御が終了することになる。

以上が、Ｓ被毒回復制御の基本動作である。

ところで、上記のようにＳ被毒回復制御においてはＮＳＲ触媒７５をかなり高い温度域に維持しながら空燃比をリッチ、リーンに切り替えているが、ポスト噴射された燃料がＮＳＲ触媒７５を通過しながら酸化されるリーン期間とは異なり、リッチ期間でアフター噴射された燃料は各気筒の燃焼室３で燃焼する。よって、排気ポート７１から噴き出す排気の温度はリッチ期間の方が高くなり、既に高温になっている排気マニホールド７２の温度がさらに上昇して、その耐久信頼性が損なわれるおそれがあった。

すなわち、上述したＳ被毒回復制御によって排気マニホールド７２の温度は、一例として図１３に示すように、空燃比のリッチ期間では上昇し、リーン期間では下降することになるが、そのリーン期間の終了時点でもリッチ期間の開始時点よりも高くなっている。このため、空燃比のリッチ、リーンの切り替えによって排気マニホールド７２の温度は上昇および下降を繰り返しながらも徐々に上昇していき、許容上限値を超えてしまう（図１３のタイミングＴ１）。

これに対し、例えば図１４に示すようにリーン期間を延長して、排気マニホールド７２の温度がリッチ期間の開始前の温度に低下するまでは、空燃比をリッチ側へ切り替えないようにすれば、その温度が許容上限値を超えてしまうことはない。しかしながら、こうして排気マニホールド７２の温度が下がるのを待っている間（リーン期間）もＮＳＲ触媒７５は高温域に保つ必要があるので、Ｓ被毒回復制御の期間が長くなった分は、燃費が悪化することになる。

そこで本実施形態では、上記のように排気マニホールド７２の過熱が懸念されるＳ被毒回復制御のリッチ期間において、高温の排気を適宜、高圧ＥＧＲ通路８へと流出させて、排気マニホールド７２の温度上昇を抑制するようにした。こうすることで、排気マニホールド７２の過度の温度上昇を防止しながらも、Ｓ被毒回復制御の期間が徒に長くなることはなく、燃費の悪化を抑制することができる。

−具体的な制御手順−
以下、本実施形態のＳ被毒回復制御の具体的な動作手順について図６および図７のフローチャートに沿って説明する。図６は、上記したＳ被毒回復制御の基本的な動作手順を示しており、図７は、Ｓ被毒回復制御において実行される排気空燃比切替動作の手順を示している。これらのフローチャートはエンジン１の始動後、所定期間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎、または、クランクシャフトの所定回転角度毎）に実行される。

（Ｓ被毒回復制御の基本動作）
まず、図６のステップＳＴ１において、予めＥＣＵ１００に記憶されているＳ被毒回復制御実行フラグがＯＮとなっているか否かを判定する。このＳ被毒回復制御実行フラグは、Ｓ被毒回復制御の開始に伴ってＯＮされ、このＳ被毒回復制御が終了すると（ＮＳＲ触媒７５内のＳＯｘの略全量が放出されたとしてＳ被毒回復制御が終了すると）ＯＦＦされる。車両の走行開始時や、前回のＳ被毒回復制御が終了した直後である場合には、ＮＳＲ触媒７５における硫黄成分の蓄積量（Ｓ被毒量）が少ないため、Ｓ被毒回復制御は開始されておらず、Ｓ被毒回復制御実行フラグはＯＦＦとなっている。

Ｓ被毒回復制御実行フラグがＯＦＦであり、ステップＳＴ１でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ２に進み、Ｓ被毒量が回復制御開始量以上となっているか否か判定する。この回復制御開始量は、上記Ｓ被毒量がこの回復制御開始量に達した場合にＳ被毒回復制御が必要となる値として、予め実験やシミュレーションによって設定されている。車両の走行開始時や、前回のＳ被毒回復制御が終了した直後である場合には、このＳ被毒量が回復制御開始量以上となっていないため、ステップＳＴ２ではＮＯと判定し、そのままリターンする。

そして、エンジン１の運転が継続されるとＮＳＲ触媒７５のＳ被毒量が多くなっていき、回復制御開始量以上となった場合には、ステップＳＴ２でＹＥＳ判定してステップＳＴ３に進む。このステップＳＴ３では、上述したＳ被毒回復制御を開始するとともに、Ｓ被毒回復制御実行フラグをＯＦＦからＯＮに切り替える。そして、ステップＳＴ４に進んで、上述したようにＮＳＲ触媒７５の床温度に応じて空燃比をリッチ、リーンに交互に切り替える排気空燃比切替動作を実行する。

こうしてＳ被毒回復のための排気空燃比の切り替え動作が始まった後、ステップＳＴ５において、ＮＳＲ触媒７５からのＳ排出量（離脱量）が所定量に達したか否かを判定する。この所定量は、Ｓ被毒回復制御を終了させるためのＳ排出量であって、例えば、Ｓ被毒回復制御の開始時におけるＳＯｘ吸着量に相当する値、または、このＳ被毒回復制御の開始時におけるＳＯｘの蓄積量よりも僅かに小さい値に設定されている。なお、このＮＳＲ触媒７５からのＳ排出量は、上述したようにその床温度と排気空燃比とから求められる。

そして、ＮＳＲ触媒７５からのＳ排出量が所定量に達していない場合は、ステップＳＴ５でＮＯと判定しリターンする。この場合、次回のルーチンではステップＳＴ１でＹＥＳ判定され、ステップＳＴ１、ＳＴ４、ＳＴ５の動作が繰り返されて、ＮＳＲ触媒７５からのＳ排出量が所定量に達するまでＳ被毒回復制御が継続されることになる。

その結果、ＮＳＲ触媒７５からのＳ排出量が所定量に達し、ステップＳＴ５でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ６に進んでＳ被毒回復制御の終了処理を行う。すなわち、空燃比のリッチ、リーンの切り替えおよびポスト噴射を停止するとともに、Ｓ被毒回復制御実行フラグをＯＦＦにする。これによりＳ被毒回復制御は終了し、ＮＳＲ触媒７５のＮＯｘ吸蔵能力が回復された状態で、通常のエンジン制御に移行する。

（排気空燃比切替動作）
次に、上記ステップＳＴ４で実行される排気空燃比切替動作について、図７のフローチャートに沿って説明する。この排気空燃比切替動作においては、上記したようにＳ被毒の回復のために排気の空燃比をリッチ期間、リーン期間、リッチ期間、…というように交互に繰り返すとともに、リーン期間を間に挟んで連続する２回のリッチ期間のうち、一方ではＥＧＲバルブ８１を開状態に制御し、他方では閉状態に制御するようにしている。

図７に示すステップＳＴ１１では、まず、空燃比のリッチ期間か否かをフラグのＯＮ・ＯＦＦによって判定する。このフラグは、ＮＳＲ触媒７５の床温度に応じてＯＮ・ＯＦＦされ、ＳＯｘを離脱させるのに十分な触媒床温（例えば６８０℃）になればＯＮになり、その後、触媒床温が所定温度（例えば６３０℃）まで低下すればＯＦＦになる。以下、リッチ化フラグという。

図５を参照して上述したように排気空燃比切替動作はリーン期間から始まり、リッチ化フラグはＯＦＦであるから、ステップＳＴ１１ではＮＯと判定して空燃比リーン制御を実行する（ステップＳＴ１２）。すなわち、吸気絞り弁６２は比較的大きく開き、インジェクタ２３によりメイン噴射の後にポスト噴射を実行する。そして、ステップＳＴ１３に進んでＥＧＲバルブ８１を閉状態に制御して、リターンする。

一方、上記ステップＳＴ１２でＹＥＳと判定すれば空燃比リッチ制御を実行する（ステップＳＴ１４）。すなわち、吸気絞り弁６２の開度を小さくし、インジェクタ２３によりメイン噴射の後にアフター噴射を実行して、空燃比を理論空燃比よりもリッチになるように制御する。続くステップＳＴ１５では排気空燃比切替動作における１回目のリッチ期間か否か判定し、ＹＥＳであれば上記ステップＳＴ１３に進んでＥＧＲバルブ８１を閉状態に制御して、リターンする。

つまり、排気空燃比切替動作の１回目のリッチ期間では、空燃比を理論空燃比よりもリッチに制御するとともに、ＥＧＲバルブ８１を閉状態にする（第２の制御動作）。このとき、排気ポート７１から噴き出す高温の排気は全て排気マニホールド７２から酸化触媒７４、ＮＳＲ触媒７５へと流れるようになる。

これに対し、上記ステップＳＴ１５で１回目のリッチ期間ではない（ＮＯ）と判定されれば、即ち排気空燃比切替動作の２回目以降のリッチ期間であればステップＳＴ１６に進み、今度は前回のリッチ期間ではＥＧＲバルブ８１が閉状態であったか否か判定する。この前回のリッチ期間でのＥＧＲバルブ８１の状態については、それぞれのリッチ期間においてＥＧＲバルブ８１が開状態および閉状態のいずれであるかＥＣＵ１００のＲＡＭに記憶するようにすればよい。

そして、例えば２回目のリッチ期間であれば、前回１回目のリッチ期間においてＥＧＲバルブ８１が閉状態になっていたので、ＹＥＳと判定してステップＳＴ１７に進み、ＥＧＲバルブ８１を開状態に制御してリターンする。つまり、空燃比を理論空燃比よりもリッチに制御するとともに、ＥＧＲバルブ８１を開状態にする（第１の制御動作）。また、例えば３回目のリッチ期間であれば、前回２回目のリッチ期間においてＥＧＲバルブ８１が開状態になっていたので、ＮＯと判定して上記ステップＳＴ１３に進み、ＥＧＲバルブ８１を閉状態に制御してリターンする。

こうして排気空燃比切替動作において交互に繰り返される空燃比のリッチ期間、リーン期間、リッチ期間、…のうち、リーン期間を間に挟んで連続する２回のリッチ期間について見れば、ＥＧＲバルブ８１の開状態および閉状態が交互に繰り返されるようになる（１回目は閉状態、２回目は開状態、…）。ＥＧＲバルブ８１の閉状態では高温の排気によって排気マニホールド７２の温度が急上昇する一方、ＥＧＲバルブ８１の開状態では高温の排気の一部が高圧ＥＧＲ通路８に流出するので、排気マニホールド７２の温度上昇が緩和される。

詳しくは図８に、上記の排気空燃比切替動作における排気マニホールド７２および高圧ＥＧＲ通路８の温度の変化を示す。同図(a)に示すように排気マニホールド７２の温度は、ＥＧＲバルブ８１が閉状態の１回目のリッチ期間において急上昇し、その後、リーン期間への切り替えに伴い下降するものの、リッチ期間の開始時点の温度にまでは低下せず、それよりもやや高くなってしまう。このため、２回目のリッチ期間でもＥＧＲバルブ８１が閉じていると、図１３を参照して上述したように徐々に排気マニホールド７２の温度が上昇していき、図８(a)にも破線で示すように許容上限値を超えてしまう。

これに対し本実施形態では、上記の如く２回目のリッチ期間ではＥＧＲバルブ８１が開状態とされ、高温の排気の一部が高圧ＥＧＲ通路８に流出するので、この２回目のリッチ期間では排気マニホールド７２の温度上昇が緩和され、その後のリーン期間において排気マニホールド７２の温度は、１回目のリッチ期間の開始時点の温度にまで低下するようになる。よって、排気空燃比切替動作において空燃比のリッチ期間、リーン期間が交互に繰り返される間に排気マニホールド７２の温度が許容上限値に達することはない。

一方で高圧ＥＧＲ通路８の温度は図８(d)に示すようになり、ＥＧＲバルブ８１が閉状態の１回目のリッチ期間においては高温の排気が流入して来ないので、高圧ＥＧＲ通路８の温度は上昇しない。また、２回目のリッチ期間においてＥＧＲバルブ８１が開かれると、高温の排気の流入によって高圧ＥＧＲ通路８の温度は急上昇するが、３回目のリッチ期間では再びＥＧＲバルブ８１が閉状態になり、その前後のリーン期間と併せて十分な放熱期間が得られるので、高圧ＥＧＲ通路８の温度は２回目のリッチ期間の開始時点の温度にまで低下する。

すなわち、仮にリッチ期間において常にＥＧＲバルブ８１を開状態にした場合は、図８(d)に破線で示すように高圧ＥＧＲ通路８やＥＧＲバルブ８１の温度が過度に高くなってしまい、その許容上限値にまで達するおそれがあるが、本実施形態のようにＥＧＲバルブ８１をリッチ期間において交互に開閉させるようにすれば、同図に実線で示すようにＥＧＲ系の過熱も防止することができる。

したがって、本実施形態に係る内燃機関の制御装置によると、排気の空燃比をリッチ、リーンに切り替えてＮＳＲ触媒７５からＳＯｘを放出させるＳ被毒回復制御の際に、排気温度の高い空燃比リッチ期間においてＥＧＲバルブ８１の開状態および閉状態を交互に繰り返すことで、排気マニホールド７２および高圧ＥＧＲ通路８の両方の過熱を防止することができる。

このため、排気マニホールド７２の放熱のためにリーン期間を延長する必要がなく、ＮＳＲ触媒７５を高温域に維持するＳ被毒回復制御の期間が徒に長くなることもないので、燃費の悪化を抑制できる。しかも、リッチ期間においてＥＧＲが行われると、吸気絞り弁６２はあまり閉じなくても吸気（新気）量が減り、空燃比のリッチ化のための燃料増分が少なくて済むので、このことも燃費悪化の抑制に寄与する。

さらに、そうして排気系の過熱を防止できることから、それが過熱することを懸念して従来はＳ被毒回復制御を実行できなかった運転領域（例えば排気の熱量が多く排気系の過熱する心配がある高回転領域）においても、Ｓ被毒回復制御を実行可能になって、ＮＳＲ触媒７５の浄化性能を安定的に確保しやすい、という効果も得られる。

（参考例１）
次に、参考例１について説明する。この参考例１は、上記図７、８を参照して説明した排気空燃比切替動作の参考例であって、その他の構成および動作は上述した実施形態のものと同じなので、ここでは排気空燃比切替動作についてのみ説明する。

この参考例１の排気空燃比切替動作においては、空燃比のリーン期間を挟んで連続する２回のリッチ期間において交互にＥＧＲバルブ８１を開状態および閉状態とするのではなく、１回のリッチ期間内においてＥＧＲバルブ８１を開状態および閉状態に切り替えるようにしている。

一例として図９のフローチャートに示すように、ステップＳＴ２１〜ＳＴ２４ではそれぞれ上記実施形態の排気空燃比切替動作（図７のフローのステップＳＴ１１〜ＳＴ１４）と同じ手順で処理を行い、ステップＳＴ２４にて空燃比リッチ制御を開始した後に、ステップＳＴ２５ではリッチに切り替えた後の所定時間（例えば２〜３秒間）内であるか否か判定する。

この判定がＹＥＳで所定時間内であればステップＳＴ２３に進んで、ＥＧＲバルブ８１を閉状態に制御してリターンする一方、既に所定時間が経過していて判定がＮＯであれば、ステップＳＴ２６に進んでＥＧＲバルブ８１を開状態に制御し、リターンする。

その他の動作は上述した実施形態と同様であるが、この参考例１によると、リッチ期間の途中でＥＧＲバルブ８１を開き、高温の排気の一部を高圧ＥＧＲ通路８へと流出させることで、排気マニホールド７２の過度の温度上昇を抑制することができる。

すなわち、例えばエンジン１の高回転領域のように排気の熱量が多くて、元々排気系全体の温度が高い状況下では、Ｓ被毒回復制御の１回のリッチ期間内で、図１０に破線で示すように排気マニホールド７２の温度が許容上限値を越えてしまうおそれがあった。このため、従来はリッチ期間の時間を短く（例えば２〜３秒程度に）したり、或いはＳ被毒回復制御の実行を制限したりする必要があった。

これに対し、この参考例のようにリッチ期間の途中でＥＧＲバルブ８１を開き、高温の排気の一部を高圧ＥＧＲ通路８へ流出させるようにすれば、同図に実線で示すように所要の時間（例えば５〜７秒程度）、排気マニホールド７２の温度を許容上限値未満に維持することができる。よって、排気熱量の大きな運転状態においても十分なリッチ期間を確保して、Ｓ被毒回復制御の実効を担保することができる。

さらに、この参考例は、Ｓ被毒回復制御のように排気の空燃比をリッチ、リーンに切り替えるような回復制御だけでなく、例えばＮＯｘ還元制御のように短時間、空燃比をリッチ側に制御する（リッチスパイク）ような回復制御にも適用できる。

（参考例２）
次に、参考例２について説明する。この参考例２も上記の参考例１と同じく排気空燃比切替動作の参考例であって、その他の構成および動作は上述した実施形態のものと同じである。そして、この参考例２の排気空燃比切替動作では、図１１のフローチャートに示すように、ステップＳＴ３１〜ＳＴ３４ではそれぞれ上記参考例１の排気空燃比切替動作（図９のフローのステップＳＴ２１〜ＳＴ２４）と同じ手順で処理を行う。

そして、ステップＳＴ３４にて空燃比リッチ制御を開始した後に、ステップＳＴ３５で例えば排気温センサ４５ａの出力信号から、排気マニホールド７１の温度が所定値以下か否か判定する。リッチ期間の開始時点では排気マニホールド７１の温度は低いので、判定はＹＥＳとなりステップＳＴ３３に進んでＥＧＲバルブ８１を閉状態に制御する。なお、リッチ期間の開始時点ではリーン期間から継続してＥＧＲバルブ８１は閉じられている。

そのため、高温の排気が全て排気マニホールド７２を流れるようになり、その温度が急上昇して所定値を越えると上記ステップＳＴ３５でＮＯと判定し、ステップＳＴ３６に進んでＥＧＲバルブ８１を開状態に制御する。これにより高温の排気の一部が高圧ＥＧＲ通路８へと流出するようになり、排気マニホールド７２の温度上昇が緩和される。

その他の動作は上述した参考例１と同様であるが、この参考例２によると、排気マニホールド７２の実際の温度状態に基づいて、ＥＧＲバルブ８１をより適切なタイミングで開閉制御することができる。

（参考例３）
次に参考例３について説明すると、これは上記参考例２とは逆に空燃比のリッチ期間の初期にはＥＧＲバルブ８１を開状態にし、その後、必要に応じて閉じるようにしたものであって、参考例２と同様の効果が得られる。すなわち、この参考例３では、図１２のフローチャートに示すようにステップＳＴ４１〜ＳＴ４４においてそれぞれ上記図１１のフローのステップＳＴ３１〜ＳＴ３４と同じ手順で処理を行う。

そして、ステップＳＴ４４にて空燃比リッチ制御を開始した後に、ステップＳＴ４５で例えば高圧ＥＧＲ通路８に設けた温度センサ（図示せず）の出力信号から、高圧ＥＧＲ通路８の温度が所定値以上か否か判定する。リッチ期間の開始時点ではリーン期間から継続してＥＧＲバルブ８１は閉じられており、高圧ＥＧＲ通路８の温度は低いので、判定はＮＯとなりステップＳＴ４６に進んでＥＧＲバルブ８１を開状態に制御する。

つまり、リーン期間では閉じられていたＥＧＲバルブ８１が、リッチ期間の開始時点で開かれ、高温の排気の一部が排気マニホールド７２から高圧ＥＧＲ通路８へと流入するようになる。これにより高圧ＥＧＲ通路８の温度が急上昇して所定値を越えると上記ステップＳＴ４５でＹＥＳと判定し、ステップＳＴ４３に進んでＥＧＲバルブ８１を閉状態に制御する。こうすると、高温の排気は全て排気マニホールド７２を流れるようになり、高圧ＥＧＲ通路８の温度は下降に転じる。

−他の実施形態−
以上、説明した実施形態および参考例では、自動車に搭載されたコモンレール式の筒内直噴型多気筒ディーゼルエンジン１に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式（直列型エンジン、Ｖ型エンジン、水平対向型エンジン等の別）についても特に限定されることはなく、排気浄化触媒を備えた例えば筒内噴射式のガソリンエンジンに対して適用することも可能である。

また、上記実施形態および参考例では、Ｓ被毒回復制御などにおいて空燃比を理論空燃比よりもリッチ側、リーン側に切り替える場合について説明したが、空燃比をリッチ側に制御する場合は必ずしも理論空燃比よりもリッチにする必要はなく、略理論空燃比またはそれよりも少しリーン側であってもよい。

また、上記実施形態では、Ｓ被毒回復制御の最初のリーン期間に続く１回目のリッチ期間ではＥＧＲバルブ８１を閉状態にし、２回目のリッチ期間でＥＧＲバルブ８１を開くようにしているが、反対に１回目のリッチ期間でＥＧＲバルブ８１を開状態にし、２回目のリッチ期間でＥＧＲバルブ８１を閉じるようにしてもよい。

また、上記実施形態のように空燃比をリッチ、リーンに交互に切り替える場合に、リーン期間を間に挟んで連続する２回のリッチ期間で、ＥＧＲバルブ８１を交互に開状態および閉状態に制御するようにしておいて、さらに参考例２、３のように排気マニホールド７２や高圧ＥＧＲ通路８の温度の判定結果に応じて、ＥＧＲバルブ８１を開閉制御するようにしてもよい。

本発明は、排気浄化触媒の浄化性能を回復させるための制御において、燃費の悪化を抑制しながら排気系の過熱を防止して、その耐久信頼性を確保できるものなので、特に自動車に搭載されるエンジンに適用して極めて有益である。

１ディーゼルエンジン（内燃機関）
３燃焼室
８高圧ＥＧＲ通路（ＥＧＲ通路）
２３インジェクタ（燃料噴射弁）
７３排気管（排気通路）
７５ＮＳＲ触媒（排気浄化触媒）
８１ＥＧＲバルブ（ＥＧＲ弁）
１００ＥＣＵ（制御手段）

Claims

排気浄化触媒を備えた内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の気筒の燃焼室内に燃料を噴射供給するインジェクタと、
上記排気浄化触媒よりも排気の流れの上流側の排気通路から分岐して、排気の一部を吸気系へ還流させるＥＧＲ通路と、
上記ＥＧＲ通路を開閉可能なＥＧＲ弁と、
上記排気浄化触媒の浄化性能を回復させるために、空燃比をリッチ側、リーン側に交互に切り替えて制御する回復制御を行う制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記回復制御の際に空燃比をリッチ側に制御するときには、上記インジェクタにより気筒の膨張行程において燃料のアフター噴射を行う一方、空燃比をリーン側に制御するときには燃料のポスト噴射を行うとともに、空燃比がリーン側になる期間を間に挟んで連続する２回のリッチ側期間のうち、一方では上記ＥＧＲ弁を開状態にし、他方では閉状態にする構成としたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
上記制御手段は、上記上流側の排気通路の温度状態を判定し、この判定結果に基づいて上記ＥＧＲ弁を開状態および閉状態に制御する構成である、内燃機関の制御装置。
請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
上記制御手段は、空燃比をリッチ側に切り替えるときには理論空燃比よりもリッチに制御する一方、空燃比をリーン側に切り替えるときには、上記ＥＧＲ弁を閉状態に制御する構成である、内燃機関の制御装置。