JP6094553B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関するものである。

従来、車両に搭載される内燃機関では、排気通路に設けられた触媒を使って排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）が浄化されている。
例えば特許文献１に記載の内燃機関は、排気中のＮＯｘを浄化する選択還元型の触媒と、この触媒でのＮＯｘ浄化に利用する尿素水を排気通路内に添加する添加弁とを備えるようにしている。

添加弁から排気通路内に添加された尿素水は、排気熱による加水分解によってアンモニアになる。このアンモニアは触媒に吸着され、その吸着されたアンモニアにより排気中のＮＯｘが還元浄化される。こうした尿素水の添加量を制御するために、特許文献１に記載の装置では、触媒でのＮＯｘ浄化効率に応じて尿素水の添加量を制御するようにしており、ＮＯｘ浄化効率の算出に際しては、触媒入口の排気温度や、触媒の入口温度に影響を与える外気温等を考慮するようにしている。

特開２０１２−２０６５号公報

ところで、触媒の温度が活性化温度以上になっている状態であっても、車両の移動によって外気温が急激に低下すると、排気通路が急冷されて、これにより排気通路内に設けられた触媒の外周温度が低下することがある。なお、こうした現象は、例えば車庫内で機関の暖機を完了させた後に、気温が低くなっている車庫外に車両を移動させた場合などに起きやすい。

このようにして触媒の外周温度が低下すると、触媒の外周付近における化学反応が鈍くなってしまい、同外周付近ではＮＯｘの浄化効率が低下してしまう。従って、触媒の中央付近ではＮＯｘの浄化が十分に行われるものの、触媒の外周付近では浄化されるＮＯｘの量が減少してしまい、その結果、車両から排出されるＮＯｘの量が増えてしまうおそれがある。

ちなみに、上述した触媒入口の排気温度は、通常、触媒の排気上流側の排気通路に設けられた温度センサによって検出されるのであるが、そうした温度センサの温度検出部は、触媒が車両の底面に設けられている場合、搭載上の制約などにより、温度センサが触媒から離れた位置に配置される場合がある。この場合、温度センサの検出する温度と触媒外周の温度とは乖離してしまい、触媒の温度低下を検出することは困難である。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両の周囲の外気温が急激に低下した場合でも、車両から排出されるＮＯｘの量を抑えることのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決する制御装置は、ＮＯｘを浄化する触媒が排気通路に設けられており、
車両に搭載される内燃機関に適用される。そして、この制御装置は、触媒の温度が活性化温度以上である場合において、所定時間内での外気温の低下量が予め定められた閾値以上であるという条件が成立するときには、同条件の非成立時に比べて、内燃機関の燃焼室で発生するＮＯｘの量が少なくなるように混合気の燃焼状態を変化させるＮＯｘ低減処理を実行する。

同構成によれば、触媒の温度が活性化温度以上であったとしても、所定時間内における外気温の低下量が閾値以上である場合には、車両の周囲の外気温が急激に低下している可能性が高いと判断することが可能なため、燃焼室で発生するＮＯｘの量を少なくするＮＯｘ低減処理が実行される。従って、車両の周囲の外気温の急激な低下によって触媒の外周付近におけるＮＯｘ浄化効率が低下している状態であっても、上述したＮＯｘ低減処理の実行によって燃焼室で発生するＮＯｘの量自体が低減されるため、車両から排出されるＮＯｘの量を抑えることができるようになる。

また、上記制御装置において、ＮＯｘ低減処理によるＮＯｘ低減量は、外気温の低下量が大きいほど多くされることが望ましい。
同構成によれば、車両の周囲の外気温の低下量が大きく、触媒外周付近におけるＮＯｘ浄化効率の低下度合が大きくなるときほど、燃焼室で発生するＮＯｘの量はより多く低減されるようになる。従って、車両の周囲の外気温の低下量が異なる場合でも、車両から排出されるＮＯｘの量を適切に抑えることができる。

また、車両の速度が高いほど、走行風による排気通路の冷却効果は高くなるため、触媒外周付近の温度低下量は大きくなる。そこで、上記制御装置において、ＮＯｘ低減処理によるＮＯｘ低減量は、車両の速度が高いほど多くされることが望ましい。

同構成によれば、車両の速度が高く、触媒外周付近の温度低下量が大きくなるときほど、つまり触媒外周付近におけるＮＯｘ浄化効率の低下度合が大きくなるときほど、燃焼室で発生するＮＯｘの量はより多く低減されるようになる。従って、車両速度の相違によるＮＯｘ浄化効率の違いを考慮して、ＮＯｘ低減処理によるＮＯｘ低減量を精度よく設定することができるようになる。

また、上記制御装置において、ＮＯｘ低減処理の実行に伴う機関出力トルクの変化を抑えるように燃料噴射量を補正するとともに、ＮＯｘ低減処理によるＮＯｘ低減量が多いほど、燃料噴射量の補正量は多くされることが望ましい。

ＮＯｘ低減処理が実行されると混合気の燃焼状態が変化するため、機関出力トルクが変化してトルク段差などが発生するおそれがある。この点、同構成では、ＮＯｘ低減処理の実行に伴う機関出力トルクの変化を抑えるように燃料噴射量が補正されるため、そうした機関出力トルクの変化を抑えることができるようになる。また、ＮＯｘ低減処理によるＮＯｘ低減量が多いときほど、混合気の燃焼状態はより大きく変化しているため、機関出力トルクの変化量も大きくなる。この点、同構成では、ＮＯｘ低減処理によるＮＯｘ低減量が多いほど、燃料噴射量の補正量を多くするようにしているため、ＮＯｘ低減処理の実行によって発生する機関出力トルクの変化量に合わせて燃料噴射量を適切に補正することができるようになる。なお、同構成では、ＮＯｘ低減処理の実行に伴って機関出力トルクが減少する場合には、燃料噴射量を増量補正することが好ましい。一方、ＮＯｘ低減処理の実行に伴って機関出力トルクが増大する場合には、燃料噴射量を減量補正することが好ましい。

また、このようにして機関出力トルクの変化を抑えるように燃料噴射量を補正する場合に、吸気温が異なると混合気の燃焼温度も異なるようになるため、燃料噴射量の補正量が同一であっても、機関出力トルクの変化量は異なるようになる。すなわち吸気温が低いときほど混合気の燃焼エネルギーは小さくなるため、燃料噴射量を同じ量だけ増量補正した場合でも、吸気温が低いときほど機関出力トルクの増加量は少なくなる。また、燃料噴射量を同じ量だけ減量補正した場合でも、吸気温が低いときほど機関出力トルクの低下量は多くなる。そこで、上述した燃料噴射量の補正量を吸気温で補正する構成を採用することが好ましい。

同構成によれば、燃料噴射量の補正量には、機関出力トルクに影響を与える吸気温が加味されるようになるため、ＮＯｘ低減処理の実行に伴う機関出力トルクの変化をより適切に抑えることができるようになる。なお、同構成では、ＮＯｘ低減処理の実行に伴う機関出力トルクの減少を抑えるために燃料噴射量を増量補正する場合には、吸気温が低いときほど燃料噴射量の増量補正量を大きくすることが好ましい。一方、ＮＯｘ低減処理の実行に伴う機関出力トルクの増大を抑えるために燃料噴射量を減量補正する場合には、吸気温が低いときほど燃料噴射量の減量補正量を少なくすることが好ましい。

また、ＮＯｘ低減処理が実行されると混合気の燃焼状態が変化するため、ＮＯｘ低減処理の実行直後には混合気の燃焼音が変化し、そうした燃焼音の変化が車両運転者に違和感を与えてしまうおそれがある。

そこで、上記制御装置において、ＮＯｘ低減処理は、上述した条件が成立しており、且つ車両の速度が所定速度以上である場合に実行されることが望ましい。
同構成によれば、車両の走行音などによって混合気の燃焼音変化が分かりにくくなるときに、ＮＯｘ低減処理が実行される。従って、ＮＯｘ低減処理の実行に伴う混合気の燃焼音変化が車両運転者に違和感を与えてしまうことを抑えることができる。

また、混合気の燃焼音が連続して発生している最中に燃焼音の音質が変化すると、そうした燃焼音の変化は車両運転者に対して違和感を与え易い。一方、燃料カットの実行前における燃焼音と燃料カットから復帰した後の燃焼音とが異なっていても、この場合には、燃焼音が連続して発生していなかったために、そうした燃焼音の相違は車両運転者に対して違和感を与えにくい。そこで、上記制御装置において、ＮＯｘ低減処理は、上述した条件が成立しており、且つ燃料カットから復帰するときに実行が開始されることが望ましい。

同構成によれば、燃料カットから復帰するときに、つまり燃焼音変化に対して車両運転者が違和感を感じにくいときに、ＮＯｘ低減処理の実行が開始されるため、同構成によっても、ＮＯｘ低減処理の実行に伴う混合気の燃焼音変化が車両運転者に違和感を与えてしまうことを抑えることができる。

また、上記制御装置において、内燃機関は、排気の一部を吸気通路に再循環させる排気再循環装置を備えており、ＮＯｘ低減処理として、排気再循環装置により調整される排気再循環量の増量補正を実行することが好ましい。

同構成によれば、排気再循環量の増量補正によって混合気の燃焼温度が低下するため、燃焼室から発生するＮＯｘの量を低減させることができる。
また、上記制御装置において、内燃機関はディーゼル機関であり、ＮＯｘ低減処理として、燃料噴射タイミングの遅角補正を実行することが好ましい。

同構成によれば、燃料噴射タイミングの遅角補正によって混合気の燃焼温度が低下するため、同構成によっても、燃焼室から発生するＮＯｘの量を低減させることができる。
なお、上記外気温の低下量を把握するための構成としては、外気温を検出する外気温センサを備えており、この外気温センサの検出値に基づいて外気温の低下量を算出する、という構成を採用することができる。

内燃機関の制御装置の第１実施形態について、これが適用される内燃機関及びその周辺構成を示す概略図。 同実施形態においてＮＯｘ低減処理を実行するときの手順を示すフローチャート。 同実施形態でのＥＧＲ増量補正値の設定態様を示す概念図。 同実施形態でのＮＯｘ低減処理の実行時間を示す概念図。 第２実施形態においてＮＯｘ低減処理を実行するときの手順の一部を示すフローチャート。 同実施形態での出力トルク補正量の設定態様を示す概念図。 第３実施形態においてＮＯｘ低減処理を実行するときの手順の一部を示すフローチャート。 第１実施形態の変形例における噴射タイミングの遅角補正量の設定態様を示す概念図。 同変形例における出力トルク補正量の設定態様を示す概念図。

（第１実施形態）
以下、車両に搭載される内燃機関の制御装置を具体化した第１実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。

図１に、内燃機関１や、同内燃機関１の周辺構成を示す。
内燃機関１はディーゼル機関であり、複数の気筒＃１〜＃４が設けられている。シリンダヘッド２には複数の燃料噴射弁４ａ〜４ｄが各気筒＃１〜＃４に対応して取り付けられている。これら燃料噴射弁４ａ〜４ｄは各気筒＃１〜＃４の燃焼室にそれぞれ燃料を噴射する。また、シリンダヘッド２には新気を気筒内に導入するための吸気ポートと、燃焼ガスを気筒外へ排出するための排気ポート６ａ〜６ｄとが各気筒＃１〜＃４に対応して設けられている。

燃料噴射弁４ａ〜４ｄは、高圧燃料を蓄圧するコモンレール９に接続されている。コモンレール９はサプライポンプ１０に接続されている。サプライポンプ１０は燃料タンク内の燃料を吸入するとともにコモンレール９に高圧燃料を供給する。コモンレール９に供給された高圧燃料は、各燃料噴射弁４ａ〜４ｄの開弁時に同燃料噴射弁４ａ〜４ｄから気筒内に噴射される。

吸気ポートにはインテークマニホールド７が接続されている。インテークマニホールド７は吸気通路３に接続されている。この吸気通路３内には吸入空気量を調整するための吸気絞り弁１６が設けられている。

排気ポート６ａ〜６ｄにはエキゾーストマニホールド８が接続されている。エキゾーストマニホールド８は排気通路２６に接続されている。
排気通路２６の途中には、気筒に導入される吸入空気を排気圧を利用して過給するターボチャージャ１１が設けられている。同ターボチャージャ１１の吸気側コンプレッサと吸気絞り弁１６との間の吸気通路３にはインタークーラ１８が設けられている。このインタークーラ１８によって、ターボチャージャ１１の過給により温度上昇した吸入空気の冷却が図られる。

また、排気通路２６の途中にあって、ターボチャージャ１１の排気側タービンの排気下流には、排気を浄化する第１浄化部材３０が設けられている。この第１浄化部材３０の内部には、排気の流れ方向に対して直列に酸化触媒３１及びフィルタ３２が配設されている。

酸化触媒３１には、排気中のＨＣを酸化処理する触媒が担持されている。また、フィルタ３２は、排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集する部材であって、多孔質のセラミックで構成されている。このフィルタ３２には、ＰＭの酸化を促進させるための触媒が担持されており、排気中のＰＭは、フィルタ３２の多孔質の壁を通過する際に捕集される。

また、エキゾーストマニホールド８の集合部近傍には、酸化触媒３１やフィルタ３２に添加剤として燃料を供給するための燃料添加弁５が設けられている。この燃料添加弁５は、燃料供給管２７を介して前記サプライポンプ１０に接続されている。なお、燃料添加弁５の配設位置は、排気系にあって第１浄化部材３０の上流側であれば適宜変更することも可能である。また、燃料の噴射時期を調整してポスト噴射を行うことにより、酸化触媒３１やフィルタ３２に添加剤として燃料を供給してもよい。

フィルタ３２に捕集されたＰＭの量が所定値を超えると、フィルタ３２の再生処理が開始されて燃料添加弁５からはエキゾーストマニホールド８内に向けて燃料が噴射される。この燃料添加弁５から噴射された燃料は、酸化触媒３１に達すると燃焼され、これにより排気温度の上昇が図られる。そして、酸化触媒３１にて昇温された排気がフィルタ３２に流入することにより、同フィルタ３２は昇温され、これによりフィルタ３２に堆積したＰＭが酸化処理されてフィルタ３２の再生が図られる。

また、排気通路２６の途中にあって、第１浄化部材３０の排気下流には、排気を浄化する第２浄化部材４０が設けられている。第２浄化部材４０の内部には、還元剤を利用して排気中のＮＯｘを還元浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）４１が配設されている。

さらに、排気通路２６の途中にあって、第２浄化部材４０の排気下流には、排気を浄化する第３浄化部材５０が設けられている。第３浄化部材５０の内部には、排気中のアンモニアを浄化するアンモニア酸化触媒５１が配設されている。

内燃機関１には、上記ＳＣＲ触媒４１に還元剤を添加する還元剤供給機構としての尿素水供給機構２００が設けられている。尿素水供給機構２００は、尿素水を貯留するタンク２１０、排気通路２６内に尿素水を噴射供給する尿素添加弁２３０、尿素添加弁２３０とタンク２１０とを接続する供給通路２４０、供給通路２４０の途中に設けられたポンプ２２０にて構成されている。

尿素添加弁２３０は、第１浄化部材３０と第２浄化部材４０との間の排気通路２６に設けられており、その噴射孔はＳＣＲ触媒４１に向かって開口されている。この尿素添加弁２３０が開弁されると、供給通路２４０を介して排気通路２６内に尿素水が噴射供給される。

ポンプ２２０は電動式のポンプであり、正回転時には、タンク２１０から尿素添加弁２３０に向けて尿素水を送液する。一方、逆回転時には、尿素添加弁２３０からタンク２１０に向けて尿素水を送液する。つまり、ポンプ２２０の逆回転時には、尿素添加弁２３０及び供給通路２４０から尿素水が回収されてタンク２１０に戻される。

また、尿素添加弁２３０とＳＣＲ触媒４１との間の排気通路２６内には、尿素添加弁２３０から噴射された尿素水を分散させることにより同尿素水の霧化を促進する分散板６０が設けられている。

尿素添加弁２３０から噴射された尿素水は、排気の熱によって加水分解されてアンモニアとなる。このアンモニアがＮＯｘの還元剤としてＳＣＲ触媒４１に供給される。ＳＣＲ触媒４１に供給されたアンモニアは、同ＳＣＲ触媒４１に吸着されてＮＯｘの還元に利用される。

この他、内燃機関１には排気再循環装置（以下、ＥＧＲ装置という）が備えられている。このＥＧＲ装置によって、排気の一部を吸入空気に再循環させる排気再循環処理（以下、ＥＧＲ処理という）が行われることにより、燃焼室内の燃焼温度が低下して、ＮＯｘの発生量が低減される。このＥＧＲ装置は、吸気通路３とエキゾーストマニホールド８とを連通するＥＧＲ通路１３、同ＥＧＲ通路１３に設けられたＥＧＲ弁１５、及びＥＧＲクーラ１４等により構成されている。ＥＧＲ弁１５の開度が調整されることにより排気通路２６から吸気通路３に導入される排気再循環量（以下、ＥＧＲ量という）が調量される。また、ＥＧＲクーラ１４によってＥＧＲ通路１３内を流れる排気の温度が低下される。

内燃機関１には、機関運転状態を検出するための各種センサが取り付けられている。例えば、エアフロメータ１９は吸入空気量ＧＡを検出する。絞り弁開度センサ２０は吸気絞り弁１６の開度を検出する。機関回転速度センサ２１はクランクシャフトの回転速度、すなわち機関回転速度ＮＥを検出する。アクセルセンサ２２はアクセルペダルの踏み込み量、すなわちアクセル操作量ＡＣＣＰを検出する。外気温センサ２３は、車両の周囲の外気温ＴＨｏｕｔを検出する。なお、この外気温センサ２３は、内燃機関１等から放出される熱の影響を受けにくい位置に配置されている。例えば、車両前方に設けられて機関冷却水を冷却するラジエターの車両前方側などに外気温センサ２３は設けられている。車速センサ２４は内燃機関１が搭載された車両の車速ＳＰＤを検出する。水温センサ２５は、内燃機関１の冷却水温ＴＨＷを検出する。吸気温センサ１５０は、エアフロメータ１９近傍の吸気温ＴＨＡを検出する。

また、酸化触媒３１の上流に設けられた第１排気温度センサ１００は、酸化触媒３１に流入する前の排気温度である第１排気温度ＴＨ１を検出する。差圧センサ１１０は、フィルタ３２の上流及び下流の排気圧の圧力差ΔＰを検出する。

第１浄化部材３０と第２浄化部材４０との間の排気通路２６にあって、尿素添加弁２３０の上流には、第２排気温度センサ１２０及び第１ＮＯｘセンサ１３０が設けられている。第２排気温度センサ１２０は、ＳＣＲ触媒４１に流入する前の排気温度である第２排気温度ＴＨ２を検出する。第１ＮＯｘセンサ１３０は、ＳＣＲ触媒４１に流入する前の排気に含まれるＮＯｘの量、より具体的にはＮＯｘの濃度（単位：ｐｐｍ）である第１ＮＯｘ濃度Ｎ１を検出する。

第３浄化部材５０よりも下流の排気通路２６には、ＳＣＲ触媒４１で浄化された排気のＮＯｘ濃度である第２ＮＯｘ濃度Ｎ２を検出する第２ＮＯｘセンサ１４０が設けられている。

これら各種センサ等の出力は、制御部を構成する制御装置８０に入力される。この制御装置８０は、中央処理制御装置（ＣＰＵ）、各種プログラムやマップ等を予め記憶した読出専用メモリ（ＲＯＭ）、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、タイマカウンタ、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えたマイクロコンピュータを中心に構成されている。

そして、この制御装置８０により、例えば燃料噴射弁４ａ〜４ｄや燃料添加弁５の燃料噴射量制御や噴射時期制御、サプライポンプ１０の吐出圧力制御、吸気絞り弁１６を開閉するアクチュエータ１７の駆動量制御等、内燃機関１の各種制御が行われる。

また、上記フィルタ３２に捕集されたＰＭを燃焼させる上記再生処理等といった各種の排気浄化制御も同制御装置８０によって行われる。
制御装置８０は、そうした排気浄化制御の一つとして、上記ＥＧＲ弁１５の開度調整を通じたＥＧＲ処理を行う。このＥＧＲ処理では、機関回転速度ＮＥ、燃料噴射量Ｑ、吸入空気量ＧＡ等に基づいて目標ＥＧＲ量Ｅｐが設定される。そして、この目標ＥＧＲ量Ｅｐに応じてＥＧＲ弁１５の開度が調整されることにより、燃焼室から発生するＮＯｘの量が低減される。なお、目標ＥＧＲ量Ｅｐの値が大きくなるほど、ＥＧＲ弁１５の開度は大きくされることにより、燃焼室に戻されるＥＧＲ量は増大する。

また、制御装置８０は、排気浄化制御の一つとして、上記尿素添加弁２３０による尿素水の添加制御を行う。この添加制御では、内燃機関１の燃焼室で発生するＮＯｘをＳＣＲ触媒４１で還元処理するために必要な尿素水の要求添加量ＱＥが機関運転状態等に基づいて算出される。そして、その算出された要求添加量ＱＥが尿素添加弁２３０から噴射されるように、同尿素添加弁２３０の開弁状態が制御される。

ところで、ＳＣＲ触媒４１の温度が活性化温度以上になっている状態であっても、車両の移動によって、車両の周囲の外気温が急激に低下すると、排気通路２６が急冷されて、これにより排気通路２６内に設けられたＳＣＲ触媒４１の外周温度が低下することがある。なお、こうした現象は、例えば車庫内で内燃機関１の暖機を完了させた後に、気温が低くなっている車庫外に車両を移動させた場合などに起きやすい。ちなみに、上記活性化温度とは、所定量の尿素水の供給によって基準値以上のＮＯｘ還元作用がＳＣＲ触媒４１で起きる温度のことである。

このようにしてＳＣＲ触媒４１の外周温度が低下すると、ＳＣＲ触媒４１の外周付近における化学反応が鈍くなってしまい、同外周付近ではＮＯｘの浄化効率が低下してしまう。従って、ＳＣＲ触媒４１の中央付近ではＮＯｘの浄化が十分に行われるものの、ＳＣＲ触媒４１の外周付近では浄化されるＮＯｘの量が減少してしまい、その結果、車両から排出されるＮＯｘの量が増えてしまうおそれがある。

そこで、本実施形態では、車両の周囲の外気温が急激に低下した場合には、ＮＯｘの発生量を低減させるＮＯｘ低減処理を行うことにより、そうした外気温の急低下時であっても、車両から排出されるＮＯｘの量を抑えることができるようにしている。

図２に、そのＮＯｘ低減処理を行うための一連の処理手順を示す。なお、この処理手順は、制御装置８０によって所定周期毎に繰り返し実行される。
図２に示すように、本処理手順では、まず、ＳＣＲ触媒４１の温度であるＳＣＲ床温ＳＴが活性化温度Ｔ１以上であるか否かが判定される（Ｓ１００）。なお、ＳＣＲ床温ＳＴは排気温度などから推定される。例えば、ＳＣＲ触媒４１に流入する前の排気温度である第２排気温度ＴＨ２や、排気からＳＣＲ触媒４１に移動する単位時間当たりの熱量に影響を与える排気流量や、ＳＣＲ触媒４１から外気に移動する単位時間当たりの熱量に影響を与える外気温などといった、ＳＣＲ触媒４１の熱収支に関する各種パラメータを使ってＳＣＲ床温ＳＴが推定される。ちなみに、ＳＣＲ触媒４１に温度センサを設けて、ＳＣＲ床温ＳＴを直接検出するようにしてもよい。

ＳＣＲ床温ＳＴが活性化温度Ｔ１未満であるときには（Ｓ１００：ＮＯ）、ＳＣＲ触媒４１でのＮＯｘ還元作用が十分に得られないため、尿素水添加が禁止されて（Ｓ１４０）、本処理は一旦終了される。

一方、ＳＣＲ床温ＳＴが活性化温度Ｔ１以上であるときには（Ｓ１００：ＹＥＳ）、ＳＣＲ触媒４１でのＮＯｘ還元作用が得られるため、尿素水添加が許可されて（Ｓ１１０）、ステップＳ１２０以降の処理が行われる。

ステップＳ１２０では、外気温低下量ΔＴＨｏｕｔが閾値α以上であるか否かが判定される（Ｓ１２０）。外気温低下量ΔＴＨｏｕｔは、前回の本処理実行時における外気温ＴＨｏｕｔと今回の本処理実行時における外気温ＴＨｏｕｔとの差であり、所定時間内における車両の周囲の外気温の低下量を示す値である。そして、車両の周囲の外気温の低下量が多いときほど、外気温低下量ΔＴＨｏｕｔの値は大きくなる。また、閾値αは、車両の周囲の外気温が急激に低下しているか否かを判定するための値であって、より具体的にはＳＣＲ触媒４１の外周付近におけるＮＯｘ浄化効率の低下が懸念される程度の外気温の急激な低下を判定することのできる値が設定されている。

そして、外気温低下量ΔＴＨｏｕｔが閾値α未満であるときには（Ｓ１２０：ＮＯ）、本処理は一旦終了される。
一方、外気温低下量ΔＴＨｏｕｔが閾値α以上であるときには（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、ＮＯｘ低減処理が実行されて（Ｓ１３０）、本処理は一旦終了される。

ステップＳ１３０のＮＯｘ低減処理では、ＥＧＲ量の増量補正処理が実行される。このＥＧＲ量の増量補正処理では、上記目標ＥＧＲ量Ｅｐを増量補正するためのＥＧＲ増量補正値ＥＨが外気温低下量ΔＴＨｏｕｔ及び車速ＳＰＤに基づいて算出される。このＥＧＲ増量補正値ＥＨが大きいときほど、実際のＥＧＲ量は多くなるため、ＮＯｘ低減処理によるＮＯｘ低減量は多くなる。

図３に示すように、外気温低下量ΔＴＨｏｕｔが大きいときほど、ＥＧＲ増量補正値ＥＨは大きい値に設定される。また、車速ＳＰＤが高いときほど、ＥＧＲ増量補正値ＥＨは大きい値に設定される。

このようにしてＥＧＲ増量補正値ＥＨが設定されると、同ＥＧＲ増量補正値ＥＨによって目標ＥＧＲ量Ｅｐが増量補正されて、実際のＥＧＲ量は増量される。これにより混合気の燃焼状態が変化して混合気の燃焼温度は低くなるため、燃焼室で発生するＮＯｘの量は、ＥＧＲ量の増量補正処理を実行しない場合と比較して低減される。

なお、ステップＳ１３０にて開始されるＮＯｘ低減処理は、所定の実行時間が経過するまで実施される。ここで、外気温の低下によってＳＣＲ触媒４１の外周温度は低下するのであるが、こうした外周温度の低下は一時的なものであり、低下した外周温度は排気の熱量によっていずれ上昇するようになる。従って、ＮＯｘ低減処理の実行時間は、一旦低下したＳＣＲ触媒４１の外周温度が排気の熱量によって十分に上昇するまでに要する時間を設定することが望ましく、こうした時間は予めの実験等により求めることができる。また、ＮＯｘ低減処理の実行時間は予め定められた固定値としてもよいが、一旦低下したＳＣＲ触媒４１の外周温度が排気の熱量によって十分に上昇するまでに要する時間は、排気温度が高いときほど、あるいは排気流量が多いときほど短くなる。

従って、図４に示すように、排気温度が高いときほど、ＮＯｘ低減処理の実行時間が短くなるように同実行時間を可変設定してもよい。なお、このときに参照する排気温度としては、ＳＣＲ触媒４１の温度と強い相関関係にある第２排気温度ＴＨ２を参照することが好ましい。また、吸入空気量ＧＡ等から推定される排気流量ＥＧが多いときほど、ＮＯｘ低減処理の実行時間が短くなるように同実行時間を可変設定してもよい。

以上説明した本実施形態によれば、次の作用効果を得ることができる。
（１）ＳＣＲ床温ＳＴが活性化温度Ｔ１以上である場合に（図２のＳ１００：ＹＥＳ）、外気温低下量ΔＴＨｏｕｔが閾値α以上であるという条件が成立するときには（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、同条件の非成立時（Ｓ１２０：ＮＯ）に比べてＮＯｘの発生量が少なくなるように混合気の燃焼状態を変化させるＮＯｘ低減処理が実行される（Ｓ１３０）。

このようにＳＣＲ床温ＳＴが活性化温度Ｔ１以上であったとしても、外気温低下量ΔＴＨｏｕｔが閾値α以上である場合には、車両の周囲の外気温が急激に低下している可能性が高いと判断することが可能なため、燃焼室で発生するＮＯｘの量を少なくするＮＯｘ低減処理が実行される。従って、車両の周囲の外気温の急激な低下によってＳＣＲ触媒４１の外周付近におけるＮＯｘ浄化効率が低下している状態であっても、上述したＮＯｘ低減処理の実行によって燃焼室で発生するＮＯｘの量自体が低減されるため、車両から排出されるＮＯｘの量を抑えることができるようになる。

（２）先の図３に示したように、外気温低下量ΔＴＨｏｕｔが大きいほどＥＧＲ増量補正値ＥＨは大きくされることにより、外気温低下量ΔＴＨｏｕｔが大きいほどＮＯｘ低減処理によるＮＯｘ低減量は多くされる。

従って、外気温低下量ΔＴＨｏｕｔが大きく、ＳＣＲ触媒４１の外周付近におけるＮＯｘ浄化効率の低下度合が大きくなるときほど、つまり車両から排出されるＮＯｘの量が多くなりやすいときほど、燃焼室で発生するＮＯｘの量はより多く低減されるようになる。そのため、外気温の低下量が異なる場合でも、車両から排出されるＮＯｘの量を適切に抑えることができる。

（３）車速ＳＰＤが高いほど、走行風による排気通路２６の冷却効果は高くなるため、ＳＣＲ触媒４１の外周付近における温度低下量は大きくなり、ＮＯｘ浄化効率はより低下してしまう。そこで、先の図３に示したように、車速ＳＰＤが高いほどＥＧＲ増量補正値ＥＨは大きくされることにより、車速ＳＰＤが高いほどＮＯｘ低減処理によるＮＯｘ低減量は多くされる。

従って、車速ＳＰＤが高く、ＳＣＲ触媒４１の外周付近における温度低下量が大きくなるときほど、つまりＳＣＲ触媒４１の外周付近におけるＮＯｘ浄化効率の低下度合が大きくなるときほど、燃焼室で発生するＮＯｘの量はより多く低減されるようになる。従って、車速ＳＰＤの相違に起因するＳＣＲ触媒４１の外周付近におけるＮＯｘ浄化効率の違いを考慮して、ＮＯｘ低減処理によるＮＯｘ低減量を精度よく設定することができるようになる。

（４）ＮＯｘ低減処理として、ＥＧＲ装置により調整されるＥＧＲ量の増量補正を実行するようにしている。こうしたＥＧＲ量の増量補正によって混合気の燃焼温度が低下するため、燃焼室から発生するＮＯｘの量を低減させることができる。

(第２実施形態）
次に、内燃機関の制御装置の第２実施形態について、図５及び図６を参照して説明する。

上述したＮＯｘ低減処理が実行されると、混合気の燃焼状態が変化するため、内燃機関１の出力トルクが変化する。より詳細には、ＮＯｘ低減処理の実行によってＥＧＲ量が増量されることにより混合気の燃焼温度が低下すると、内燃機関１の出力トルクが減少するため、例えばトルク段差などが発生するおそれがある。

そこで、本実施形態では、第１実施形態で説明したＮＯｘ低減処理に関する一連の処理手順に対して、上述した出力トルクの変化を抑える処理を追加するようにしており、この点が第１実施形態と異なっている。そこで、以下では、第１実施形態との相異点を中心にして、本実施形態を説明する。

図５に示すように、本実施形態の処理手順では、先の図２に示したステップＳ１３０の処理、つまりＮＯｘ低減処理が実行されると、次に、出力トルク補正量ＤＨが算出される（Ｓ２００）。この出力トルク補正量ＤＨは、機関運転状態に基づいて設定される内燃機関１の目標燃料噴射量Ｑｐを増量補正する値であり、上述したＥＧＲ増量補正値ＥＨ及び吸気温ＴＨＡに基づいて可変設定される。

図６に示すように、ＥＧＲ増量補正値ＥＨが大きいときほど、出力トルク補正量ＤＨは大きい値に設定される。また、吸気温ＴＨＡが低いときほど、出力トルク補正量ＤＨは大きい値に設定される。

こうして出力トルク補正量ＤＨが算出されると、その出力トルク補正量ＤＨによる目標燃料噴射量Ｑｐの増量補正が実行されて（Ｓ２１０）、本処理は一旦終了される。
以上説明した本実施形態によれば、上述した第１実施形態の作用効果に加えて、次の作用効果を得ることができる。

（５）ＮＯｘ低減処理の実行に伴う内燃機関１の出力トルクの低下を抑えるように、目標燃料噴射量Ｑｐが出力トルク補正量ＤＨで増量補正されるため、そうした出力トルクの低下を抑えることができるようになる。

（６）ＥＧＲ増量補正値ＥＨが大きいときほど、つまりＮＯｘ低減処理によるＮＯｘ低減量が多いときほど、混合気の燃焼状態はより大きく変化しているため、内燃機関１の出力トルクの低下量も大きくなる。そこで、本実施形態では、先の図６に示したように、ＥＧＲ増量補正値ＥＨが大きく、ＮＯｘ低減処理によるＮＯｘ低減量が多いときほど、目標燃料噴射量Ｑｐを補正する出力トルク補正量ＤＨを大きい値にしている。そのため、ＮＯｘ低減処理の実行によって発生する出力トルクの低下量に合わせて、内燃機関１の燃料噴射量を適切に増量補正することができるようになる。

（７）内燃機関１の出力トルクの低下を抑えるように、目標燃料噴射量Ｑｐを増量補正する場合に、吸気温が異なると混合気の燃焼温度も異なるようになるため、燃料噴射量の補正量が同一であったとしても、内燃機関１の出力トルクの変化量は異なるようになる。すなわち吸気温が低いときほど混合気の燃焼エネルギーは小さくなるため、燃料噴射量を同じ量だけ増量補正した場合でも、吸気温が低いときほど出力トルクの増加量は少なくなる。そこで、本実施形態では、先の図６に示したように、吸気温ＴＨＡが低いときほど、上記出力トルク補正量ＤＨを大きい値にしている。従って、出力トルク補正量ＤＨには、内燃機関１の出力トルクに影響を与える吸気温ＴＨＡが加味されるようになるため、ＮＯｘ低減処理の実行に伴う内燃機関１の出力トルクの低下をより適切に抑えることができるようになる。

(第３実施形態）
次に、内燃機関の制御装置の第３実施形態について、図７を参照して説明する。
上述したＮＯｘ低減処理が実行されると、混合気の燃焼状態が変化するため、ＮＯｘ低減処理の実行直後には混合気の燃焼音が変化し、そうした燃焼音の変化が車両運転者に違和感を与えてしまうおそれがある。

そこで、本実施形態では、第１実施形態で説明したＮＯｘ低減処理に関する一連の処理手順に対して新たな処理を追加することにより、上記違和感を抑えるようにしており、この点が第１実施形態と異なっている。そこで、以下では、第１実施形態との相異点を中心にして、本実施形態を説明する。

図７に示すように、本実施形態の処理手順では、先の図２に示したステップＳ１２０の処理において肯定判定された場合、車速ＳＰＤが車速閾値β以上であるか否かが判定される（Ｓ３００）。車速閾値βには、ＮＯｘ低減処理の実行による混合気の燃焼音変化が、車両の走行音などによって分かりにくくなる程度の車速ＳＰＤが設定されている。

そして、車速ＳＰＤが車速閾値β以上であるときには（Ｓ３００：ＹＥＳ）、先の図２に示したステップＳ１３０の処理、つまりＮＯｘ低減処理が実行されて、本処理は一旦終了される。

一方、車速ＳＰＤが車速閾値β未満であるときには（Ｓ３００：ＮＯ）、燃料カットからの復帰時であるか否かが判定される（Ｓ３１０）。この燃料カットは周知の機関制御であり、車両の減速時等に実行されるものである。そして、燃料カットからの復帰時であるときには（Ｓ３１０：ＹＥＳ）、先の図２に示したステップＳ１３０の処理、つまりＮＯｘ低減処理が実行されて、本処理は一旦終了される。

一方、燃料カットからの復帰時でないときには（Ｓ３１０：ＮＯ）、ＮＯｘ低減処理を実行することなく、本処理は一旦終了される。
以上説明した本実施形態によれば、上述した第１実施形態の作用効果に加えて、以下の作用効果を得ることができる。

（８）車速ＳＰＤが車速閾値β以上であるときに（Ｓ３００：ＹＥＳ）、ＮＯｘ低減処理を実行するようにしている（Ｓ１３０）。従って、車両の走行音などによって混合気の燃焼音変化が聞こえにくくなるときに、ＮＯｘ低減処理は実行される。そのため、ＮＯｘ低減処理の実行に伴う混合気の燃焼音変化が車両運転者に違和感を与えてしまうことを抑えることができる。

（９）また、混合気の燃焼音が連続して発生している最中に燃焼音の音質が変化すると、そうした燃焼音の変化は車両運転者に対して違和感を与え易い。一方、燃料カットの実行前における燃焼音と燃料カットから復帰した後の燃焼音とが異なっていても、この場合には、燃焼音が連続して発生していなかったために、そうした燃焼音の相違は車両運転者に対して違和感を与えにくい。そこで、燃料カットから復帰するときに（Ｓ３１０：ＹＥＳ）、ＮＯｘ低減処理の実行を開始するようにしている（Ｓ１３０）。従って、燃料カットから復帰するときに、つまり燃焼音変化に対して車両運転者が違和感を感じにくいときに、ＮＯｘ低減処理の実行が開始されるため、これによっても、ＮＯｘ低減処理の実行に伴う混合気の燃焼音変化が車両運転者に違和感を与えてしまうことを抑えることができる。

なお、上記各実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・ＮＯｘ低減処理として、ＥＧＲ量を増量する処理を行うようにしたが、他の態様にて燃焼室で発生するＮＯｘの量が少なくなるように混合気の燃焼状態を変化させるようにしてもよい。

例えばディーゼル機関の場合には、燃料の噴射タイミングを遅角するほど、混合気の燃焼状態が変化して、混合気の燃焼温度は低下するようになる。そこで、ＮＯｘ低減処理として、燃料噴射タイミングの遅角補正を行うことで燃焼室から発生するＮＯｘの量を低減させるようにしてもよい。

図８に示すように、この変形例の場合には、外気温低下量ΔＴＨｏｕｔが大きいときほど、燃料噴射タイミングを遅角補正する遅角補正量ＲＨを大きい値に設定することにより、外気温低下量ΔＴＨｏｕｔが大きいほどＮＯｘ低減処理によるＮＯｘ低減量は多くされることが好ましい。この場合にも、外気温低下量ΔＴＨｏｕｔが大きく、ＳＣＲ触媒４１の外周付近におけるＮＯｘ浄化効率の低下度合が大きくなるときほど、つまり車両から排出されるＮＯｘの量が多くなりやすいときほど、燃焼室で発生するＮＯｘの量はより多く低減されるようになる。そのため、第１実施形態の（２）に記載した効果と同様の効果、つまり車両の周囲の外気温の低下量が異なる場合でも、車両から排出されるＮＯｘの量を適切に抑えることができる。

また、同図８に示すように、車速ＳＰＤが高いときほど、遅角補正量ＲＨは大きい値に設定することにより、車速ＳＰＤが高いほどＮＯｘ低減処理によるＮＯｘ低減量は多くされることが好ましい。この場合にも、車速ＳＰＤが高く、ＳＣＲ触媒４１の外周付近における温度低下量が大きくなるときほど、つまりＳＣＲ触媒４１の外周付近におけるＮＯｘ浄化効率の低下度合が大きくなるときほど、燃焼室で発生するＮＯｘの量はより多く低減されるようになる。そのため、第１実施形態の（３）に記載した効果と同様の効果、つまり車速ＳＰＤの相違に起因するＳＣＲ触媒４１の外周付近におけるＮＯｘ浄化効率の違いを考慮して、ＮＯｘ低減処理によるＮＯｘ低減量を精度よく設定することができるようになる。

また、第２実施形態では、出力トルク補正量ＤＨを設定するに際して、先の図６に示したように、ＥＧＲ増量補正値ＥＨが大きいときほど、出力トルク補正量ＤＨは大きい値に設定されるようにした。同様に、ＮＯｘ低減処理として、燃料噴射タイミングの遅角補正を行う場合には、図９に示すように、燃料噴射タイミングの遅角補正量ＲＨが大きいときほど、出力トルク補正量ＤＨは大きい値に設定されるようにすることが好ましい。この場合にも、遅角補正量ＲＨが大きく、ＮＯｘ低減処理によるＮＯｘ低減量が多いときほど、目標燃料噴射量Ｑｐを補正する出力トルク補正量ＤＨが大きい値に設定されるため、第２実施形態の（６）に記載した効果と同様の効果が得られる。つまり、ＮＯｘ低減処理の実行によって発生する出力トルクの低下量に合わせて、内燃機関１の燃料噴射量を適切に増量補正することができるようになる。

・ＮＯｘ低減処理として、ＥＧＲ量を増量する処理と燃料の噴射タイミングを遅角させる処理とを併せて行うようにしてもよい。
・ＥＧＲ増量補正値ＥＨの設定に際して、車速ＳＰＤによる可変設定を省略してもよい。この場合でも、上記（３）以外の作用効果を得ることができる。

・出力トルク補正量ＤＨの設定に際して、吸気温ＴＨＡによる可変設定を省略してもよい。この場合でも、上記（７）以外の作用効果を得ることができる。
・第２実施形態では、ＮＯｘ低減処理の実行に伴って内燃機関１の出力トルクが減少するため、燃料噴射量を増量補正するようにした。一方、ＮＯｘ低減処理の実行に伴って内燃機関１の出力トルクが増大する場合には、燃料噴射量を減量補正されるように目標燃料噴射量Ｑｐの補正量を設定することが好ましい。

また、上述したように、吸気温が低いときほど混合気の燃焼エネルギーは小さくなる。そのため、燃料噴射量を同じ量だけ減量補正した場合でも、吸気温が低いときほど機関出力トルクの低下量は多くなる。そこで、ＮＯｘ低減処理の実行に伴う機関出力トルクの増大を抑えるために、上記のごとく燃料噴射量を減量補正する場合には、吸気温が低いときほど燃料噴射量の減量補正量を少なくすることが好ましい。この場合にも、燃料噴射量の減量補正量には、内燃機関１の出力トルクに影響を与える吸気温ＴＨＡが加味されるようになるため、ＮＯｘ低減処理の実行に伴って内燃機関１の出力トルクが増大する場合でも、そうした出力トルクの増大をより適切に抑えることができるようになる。

・先の図７に示した第３実施形態での処理手順において、ステップＳ３００の処理を省略してもよい。この場合でも、上記（９）の作用効果を得ることができる。また、同処理手順において、ステップＳ３１０の処理を省略するとともに、ステップＳ３００で否定判定される場合には、ステップＳ１３０のＮＯｘ低減処理を実行することなく、同処理手順を終了するようにしてもよい。この場合でも、上記（８）の作用効果を得ることができる。

・ＮＯｘを浄化する触媒は、ＮＯｘの還元剤として尿素水を使用するＳＣＲ触媒４１であったが、そうした還元剤を使用しない触媒でもよい。例えばＮＯｘ吸蔵触媒や、三元触媒などでもよい。

１…内燃機関、２…シリンダヘッド、３…吸気通路、４ａ〜４ｄ…燃料噴射弁、５…燃料添加弁、６ａ〜６ｄ…排気ポート、７…インテークマニホールド、８…エキゾーストマニホール、９…コモンレール、１０…サプライポンプ、１１…ターボチャージャ、１３…ＥＧＲ通路、１４…ＥＧＲクーラ、１５…ＥＧＲ弁、１６…吸気絞り弁、１７…アクチュエータ、１８…インタークーラ、１９…エアフロメータ、２０…絞り弁開度センサ、２１…機関回転速度センサ、２２…アクセルセンサ、２３…外気温センサ、２４…車速センサ、２５…水温センサ、２６…排気通路、２７…燃料供給管、３０…第１浄化部材、３１…酸化触媒、３２…フィルタ、４０…第２浄化部材、４１…選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）、５０…第３浄化部材、５１…アンモニア酸化触媒、６０…分散板、８０…制御装置、１００…第１排気温度センサ、１１０…差圧センサ、１２０…第２排気温度センサ、１３０…第１ＮＯｘセンサ、１４０…第２ＮＯｘセンサ、１５０…吸気温センサ、２００…尿素水供給機構、２１０…タンク、２２０…ポンプ、２３０…尿素添加弁、２４０…供給通路。

Claims (10)

1. ＮＯｘを浄化する触媒が排気通路に設けられており、車両に搭載される内燃機関の制御装置であって、
   前記触媒の温度が活性化温度以上である場合において、所定時間内における外気温の低下量が予め定められた閾値以上であるという条件が成立するときには、同条件の非成立時に比べて前記内燃機関の燃焼室で発生するＮＯｘの量が少なくなるように混合気の燃焼状態を変化させるＮＯｘ低減処理を実行する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記ＮＯｘ低減処理によるＮＯｘ低減量は、前記外気温の低下量が大きいほど多くされる
   請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記ＮＯｘ低減処理によるＮＯｘ低減量は、車両の速度が高いほど多くされる
   請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記ＮＯｘ低減処理の実行に伴う機関出力トルクの変化を抑えるように燃料噴射量を補正するとともに、前記ＮＯｘ低減処理によるＮＯｘ低減量が多いほど、前記燃料噴射量の補正量は多くされる
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記燃料噴射量の補正量を吸気温で補正する
   請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記ＮＯｘ低減処理は、前記条件が成立しており、かつ車両の速度が所定速度以上である場合に実行される
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記ＮＯｘ低減処理は、前記条件が成立しており、かつ燃料カットから復帰するときに実行が開始される
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記内燃機関は、排気の一部を吸気通路に再循環させる排気再循環装置を備えており、
   前記ＮＯｘ低減処理として、前記排気再循環装置により調整される排気再循環量の増量補正を実行する
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記内燃機関はディーゼル機関であり、
   前記ＮＯｘ低減処理として、燃料噴射タイミングの遅角補正を実行する
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。
10. 外気温を検出する外気温センサを備えており、前記外気温センサの検出値に基づいて前記外気温の低下量を算出する
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置。