JP6323406B2

JP6323406B2 - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP6323406B2
Application number: JP2015147898A
Authority: JP
Inventors: 嘉人野木
Original assignee: Toyota Motor Corp
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Priority date: 2015-07-27
Filing date: 2015-07-27
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Description

この発明は、ＥＧＲ装置を備える内燃機関の制御装置に関する。

ディーゼルエンジンのようにリーン燃焼を行う内燃機関では、窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）の大気への放出を抑えることが求められている。排気の一部を吸気通路に還流させる排気還流（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）装置は、内燃機関におけるＮＯｘの発生量を低減させる一つの手段である。特許文献１には、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）及びディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）よりも下流の排気通路と、ターボチャージャのタービンより上流の吸気通路とをＥＧＲ通路で接続し、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に戻すＬＰＬ（Low Pressure Loop）−ＥＧＲ装置を備えた内燃機関が開示されている。

ところで、ＥＧＲガスには多くの水分が含まれている。このため、ＥＧＲガスが新気と合流したとき、相対的に低温の新気によりＥＧＲガスが冷やされてＥＧＲガス中の水分が結露し、吸気通路において凝縮水が発生する場合がある。また、排気には硫黄成分や炭化水素成分が含まれているが、これらはディーゼル酸化触媒やＮＯｘ吸蔵還元触媒の浄化能力を低下させる排気成分であると同時に、水に溶けたときに酸性を呈する排気成分である。このため、ＥＧＲガスに硫黄成分や炭化水素成分のような特定排気成分が含まれている場合、それらが凝縮水に溶けることで凝縮水が酸性化し、内燃機関を腐食あるいは劣化させるおそれがある。

特許文献１に開示される内燃機関は、新気を加熱するための吸気ヒータを備えている。この吸気ヒータによって吸気通路に吸入された新気を暖気してその温度を上昇させることで、ＥＧＲガスと新気とが合流した混合ガスの温度を高くして、ＥＧＲガスに含まれる水分が結露することを抑制することができる。この結果、吸気通路における凝縮水の発生を抑制して、内燃機関の腐食や劣化を防止することができる。

特開２００９−１７４４４４号公報特開２０１３−２３１３６３号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、吸気ヒータを常に作動させるものであり、吸気ヒータの作動または不作動を運転状態に応じて制御するようにはなっていない。このため、酸性凝縮水が発生しないような条件下でも吸気ヒータが不必要に作動することで、電力を過剰に消費するおそれがある。電力の過剰な消費は燃費を低下させる。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃費を低下させることなく、酸性凝縮水による内燃機関の腐食や劣化を防止することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、
吸気通路に設けられた暖気装置と、排気通路に設けられた触媒と、前記排気通路の前記触媒よりも下流に設けられて排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、前記排気通路の前記フィルタよりも下流と前記吸気通路とを接続して排気の一部をＥＧＲガスとして前記吸気通路に戻すＥＧＲ装置と、を備えた内燃機関の制御装置において、
水に溶けたときには酸性を呈し、前記触媒への吸蔵或いは堆積により前記触媒の浄化能力を低下させる特定排気成分を前記触媒から排出させる排気成分排出処理を行う排気成分排出制御手段と、
前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼させて前記フィルタを再生するフィルタ再生処理を行うフィルタ再生制御手段と、
前記ＥＧＲガスの導入要求があった場合に、前記排気成分排出制御手段により前記排気成分排出処理が実施された後において前記フィルタ再生制御手段により前記フィルタ再生処理が実施されているか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段によって前記フィルタ再生処理が未実施であると判定された場合、前記暖気装置によって新気を暖める暖気制御手段と、
前記判定手段によって前記フィルタ再生処理が未実施であると判定された場合、前記暖気装置によって新気が暖められてから、前記ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの導入を実施するＥＧＲガス導入制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記触媒は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒であり、
前記特定排気成分は、硫黄成分であり、
前記排気成分排出処理では、前記触媒を昇温させ且つ還元雰囲気にすることが行われることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１の発明において、
前記触媒は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒または酸化触媒であり、
前記特定排気成分は、炭化水素成分であり、
前記排気成分排出処理では、前記触媒を昇温させることが行われることを特徴とする。

特定排気成分を触媒から排出させる排気成分排出処理が実施された場合、触媒から排出された特定排気成分（水に溶けたときには酸性を呈し、触媒への吸蔵或いは堆積により触媒の浄化能力を低下させる排気成分、例えば、硫黄成分や炭化水素成分）が下流のフィルタに付着する場合がある。フィルタに付着した特定排気成分は、フィルタ再生処理が実施されることでフィルタに堆積した粒子状物質とともにフィルタから除去される。フィルタ再生処理が実施されて特定排気成分がフィルタから除去されているのであれば、ＥＧＲガスの導入時の吸気通路への特定排気成分の流入は抑えられる。このため、ＥＧＲガスが新気で冷やされて凝縮水が発生したとしても、その凝縮水が酸性になるおそれは少ない。ところが、排気成分排出処理の実施後にフィルタ再生処理が実施されていない場合、フィルタに付着した特定排気成分がフィルタから流れ出すため、ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの導入を実施したときには、特定排気成分を含むＥＧＲガスが吸気通路へ流入することになる。

本発明によれば、排気成分排出処理が実施された後においてフィルタ再生処理が未実施である場合には、暖気装置によって新気を暖めてからＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの導入を実施するので、ＥＧＲガスに含まれる水分の結露が抑えられ、ひいては、特定排気成分が溶けてできる酸性凝縮水の発生は抑えられる。このように、ＥＧＲガスの導入要求があった場合において、排気成分排出処理の実施後にフィルタ再生処理が未実施であることを条件に暖気装置による新気の暖気を行うことで、燃費を低下させることなく、酸性凝縮水による内燃機関の腐食や劣化を防止することができる。

実施の形態１のシステムの構成を説明するための概略構成図である。硫黄成分排出処理の効果を説明するための図である。実施の形態１において実施されるＬＰＬ−ＥＧＲの導入に係る処理を表したフローチャートである。実施の形態２において実施されるＬＰＬ−ＥＧＲの導入に係る処理を表したフローチャートである。

実施の形態１．
［システムの構成］
図１は、実施の形態１のシステムの構成を説明するための概略構成図である。図１に示すシステムは、エンジン（内燃機関）１０を備える。エンジン１０は、過給機付きディーゼルエンジンである。

実施の形態１では過給機として、排気を利用して吸気を圧縮するターボチャージャが採用されている。ターボチャージャは、吸気通路１８に設けられるコンプレッサ１６と排気通路３０に設けられるタービン２６とが軸を介在して連結される構造をとっている。

エンジン本体２４には、吸気通路１８が接続されている。吸気通路１８は、その入口にエアクリーナ１２を備えている。エアクリーナ１２の下流には、吸気通路１８に吸入された新気を暖める暖気装置である吸気ヒータ５４が設けられる。吸気通路１８には、吸気ヒータ５４をバイパスするバイパス通路５２が接続されている。バイパス通路５２には、バイパスバルブ５０が設けられる。

吸気ヒータ５４の下流には、第１のスロットルバルブ１４が設けられている。第１のスロットルバルブ１４の下流には、コンプレッサ１６が設けられている。コンプレッサ１６の下流には、水冷式のインタークーラ３８が設けられている。インタークーラ３８には、冷却水を冷却するラジエータ４０が接続されている。ラジエータ４０には、冷却水を流すための電動ウォーターポンプ４２が設けられている。インタークーラ３８の下流には、第２のスロットルバルブ２０が設けられている。

エンジン本体２４には、排気通路３０が接続されている。排気通路３０には、タービン２６が設けられている。エンジン本体２４からの排気によりタービン２６が回転する。タービン２６が回転することにより、軸を介してコンプレッサ１６が回転して過給が行われている。

タービン２６の下流の排気通路３０には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＲ：NOx Storage Reduction）４４が設けられる。ＮＳＲ４４の上流には、還元成分としての燃料をＮＳＲ４４に供給するための燃料添加弁２８が取り付けられている。

ＮＳＲ４４の下流には、パティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタという。）４６が設けられている。フィルタ４６は、例えば多孔質セラミック構造体で成り、排気が多孔質の壁を通過する際に、この排気中に含まれる粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集するようになっている。

フィルタ４６よりも下流には、酸素貯蔵能を有し、排気中の硫黄成分を吸着するＨ２Ｓスイーパ４８が設けられている。Ｈ２Ｓスイーパ４８には、酸素貯蔵能を有する例えばセリア（ＣｅＯ_２）等の遷移金属が担持されている。ただし、Ｈ２Ｓスイーパ４８を設けることは必須ではなく、図１に示す構成から省略してもよい。

エンジン１０には、高圧の排気をＥＧＲガスとして吸気通路１８に再循環させるＨＰＬ（High Pressure Loop）−ＥＧＲ装置と、低圧の排気をＥＧＲガスとして吸気通路１８に再循環させるＬＰＬ（Low Pressure Loop）−ＥＧＲ装置とが設けられている。図１において、ＨＰＬ−ＥＧＲ通路２１及びＨＰＬ−ＥＧＲバルブ２２がＨＰＬ−ＥＧＲ装置を構成している。ＨＰＬ−ＥＧＲ通路２１は、エンジン本体２４とタービン２６との間の排気通路３０と、第２のスロットルバルブ２０より下流の吸気通路１８とを接続している。ＬＰＬ−ＥＧＲ装置は、図１において、ＬＰＬ−ＥＧＲ通路３６、ＥＧＲクーラ３４、そしてＬＰＬ−ＥＧＲバルブ３５から構成されている。ＬＰＬ−ＥＧＲ通路３６は、フィルタ４６より下流の排気通路３０と、吸気ヒータ５４より下流であってコンプレッサ１６より上流の吸気通路１８とを接続している。

エンジン１０の運転は、制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００によって制御される。ＥＣＵ１００は、少なくとも入出力インタフェース、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵを備えている。入出力インタフェースは、エンジン１０及び車両に取り付けられた各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、第１のスロットルバルブ１４、第２のスロットルバルブ２０、ＨＰＬ−ＥＧＲバルブ２２、ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ３５、電動ウォーターポンプ４２、バイパスバルブ５０、吸気ヒータ５４等の各種アクチュエータや機器に対して操作信号を与える。ＲＯＭには、エンジン１０の制御に用いる各種のプログラムやマップを含む各種のデータが記憶されている。ＣＰＵがＲＯＭからプログラムを読みだして実行することにより、ＥＣＵ１００には様々な機能が実現される。

［フィルタ再生処理］
ＥＣＵ１００が有する機能の一つに、フィルタ４６のＰＭ捕集能力を再生するためのフィルタ再生処理を実施する「フィルタ再生制御手段」としての機能がある。フィルタ再生処理では、燃料添加弁２８から燃料が噴射される。噴射された燃料はＮＳＲ４４において酸化し、その際の反応熱によって排気温度が上昇する。そして、昇温された排気がフィルタ４６に流れ込むと、フィルタ４６の温度上昇が促進されてＰＭの燃焼温度に達し、これによりフィルタ４６に捕集されたＰＭは燃焼してフィルタ４６から除去されていく。こうした処理を通じてフィルタ４６に捕集されたＰＭが減少していき、所定の時間（ＰＭ堆積量が一定値にまで低下したと推定される時間）が経過したところで、燃料添加弁２８からの燃料噴射が終了されてフィルタ再生処理は終了する。

［硫黄成分排出処理］
また、ＥＣＵ１００は、排気に含まれる硫黄成分（ＳＯｘ）によって低下したＮＳＲ４４のＮＯｘ吸蔵能力を回復させる機能も有している。排気に含まれる硫黄成分は、ＮＳＲ４４に含まれるバリウム（Ｂａ）と結合して硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）や亜硫酸バリウム（ＢａＳＯ_３）などのイオン結晶性の化合物の形態で堆積したり、ＳＯ_３やＳＯ_４などの形態で触媒担体上に吸着されたりする。硫黄成分の堆積（或いは吸着）は、ＮＳＲ４４のＮＯｘ吸蔵能力を低下させる。このため、ＥＣＵ１００は、所定のタイミングで、ＮＳＲ４４から硫黄成分を排出させる硫黄成分排出処理を実施する。

硫黄成分排出処理では、まず、空燃比のリーンな状態で燃料添加弁２８による排気通路３０への燃料供給が行われ、その酸化反応熱によってＮＳＲ４４の床温を所定温度以上に上昇させる。その後、燃料添加弁２８による燃料噴射量を増量させるか空気量を減少させてＮＳＲ４４を還元雰囲気にすることにより、ＮＯｘ吸蔵材から硫黄成分を排出させて還元浄化する。硫黄成分排出処理の実施は、ＥＣＵ１００が有する「排気成分排出制御手段」としての機能である。

図２は、硫黄成分排出処理を実行することによって、ＮＳＲ４４に堆積した硫黄成分（Ｓ）がＮＳＲ４４内をどのように移動して排出されるかを示した図である。図２の（Ａ）には、硫黄成分排出処理が行われる前のＮＳＲ４４の長手方向における硫黄成分の分布が示されている。ＮＳＲ４４の上流側ほど排気に含まれる硫黄成分と接触する確率が高いため、ＮＳＲ４４内での硫黄成分の分布は、ＮＳＲ４４の上流側ほど高く下流側ほど低くなっている。しかし、硫黄成分排出処理が実行されることで、硫黄成分はＮＳＲ４４内をその上流側から下流側へと移動していき、図２の（Ｂ）に示すように、硫黄成分の堆積量のピーク位置（図中にＸで示す）も次第に下流側へと移動していく。そして、ＮＳＲ４４の最下流に到達した硫黄成分は、そこからＮＳＲ４４の外に排出される。

［実施の形態１の特徴的な制御］
ここで、実施の形態１のシステム構成において上記の硫黄成分排出処理が実行されると、ＮＳＲ４４から排出された硫黄成分の一部がＮＳＲ４４の下流に位置するフィルタ４６に付着する。フィルタ４６に付着した硫黄成分は、高負荷運転により排気温度が上昇した場合にフィルタ４６から脱離する。付着した硫黄成分が脱離するような高負荷運転時には、ＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入が行われる。このため、フィルタ４６から脱離した硫黄成分は、ＬＰＬ−ＥＧＲガスとともにＬＰＬ−ＥＧＲ通路３６を経由して吸気通路１８に流入することになる。

吸気通路１８とＬＰＬ−ＥＧＲ通路３６との接続部では、ＬＰＬ−ＥＧＲガスは相対的に低温の新気に合流する。ＬＰＬ−ＥＧＲガスには多くの水分が含まれているため、新気との混合により温度が低下すると、結露により凝縮水が発生する場合がある。排気に含まれる硫黄成分は、水に溶けたときに酸性を呈する排気成分（特定排気成分）である。このため、フィルタ４６から脱離した硫黄成分がＬＰＬ−ＥＧＲガスに含まれている場合、結露で生じた凝縮水に硫黄成分が溶解して酸性凝縮水ができる。酸性凝縮水は、エンジン１０の部品の腐食の原因となる。なお、結露による凝縮水の発生はＥＧＲクーラ３４やインタークーラ３８でも起こりうるが、ＥＧＲクーラ３４やインタークーラ３８で発生する凝縮水については、今日までに様々な対策が提案されている。このため、本明細書では、ＬＰＬ−ＥＧＲガスが新気と合流したときに発生する酸性凝縮水への対応について検討する。

吸気通路１８での酸性凝縮水の発生を防止するためには、次の２つの方法が考えられる。一つの方法は、ＬＰＬ−ＥＧＲガスが新気と合流したときに結露させないようにすることである。吸気ヒータ５４によって新気を暖めることで、新気とＬＰＬ−ＥＧＲガスとの合流後のガス温度を露点温度よりも高くすることができる。もう一つの方法は、フィルタ４６に硫黄成分が付着していない状態でＬＰＬ−ＥＧＲガスを導入することである。例えば、硫黄成分排出処理の実行後であっても、さらにその後にフィルタ再生処理が実施されていれば、既にフィルタ４６が高温になって硫黄成分が脱離しているため、ＬＰＬ−ＥＧＲガスを導入するのに良好な状態になっていると言える。ただし、前者の方法には、電力の消費によって燃費を低下させるという不利な点があり、後者の方法にも、ＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入に制約がかかるという不利な点がある。

そこで、実施の形態１では、ＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入要求があったとき、硫黄成分排出処理の実行後であっても、さらにその後にフィルタ再生処理が実施されている場合は、吸気ヒータ５４によって新気を暖めることなく、そのままＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入を実行する。一方、硫黄成分排出処理の実行後にフィルタ再生処理が実施されていない場合は、すぐにはＬＰＬ−ＥＧＲガスを導入せず、吸気ヒータ５４によって新気を暖めてからＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入を実行する。このように、硫黄成分排出処理とフィルタ再生処理の実施状況に応じてＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入に係る処理を切り替えることで、燃費を低下させることなく、酸性凝縮水によるエンジン１０の腐食や劣化を防止することができるようになる。

［具体的処理］
以下、実施の形態１において実施されるＬＰＬ−ＥＧＲの導入に係る具体的な処理について、図３のフローチャートを参照して説明する。このフローチャートに示されるロジックを実現するためのプログラムはＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。そのプログラムがＲＯＭから呼び出されてＣＰＵにより実行されることにより、特許請求の範囲に規定されている「判定手段」、「暖気制御手段」及び「ＥＧＲガス導入制御手段」としての機能がＥＣＵ１００に与えられる。

まず、ＥＣＵ１００は、ＬＰＬ−ＥＧＲ導入要求の有無をエンジン１０の運転条件より判定する（ステップＳ１００）。例えば、アクセルペダル開度やスロットル開度からエンジン１０の負荷を計算し、計算した負荷が所定の高負荷域に入っている場合には、ＬＰＬ−ＥＧＲガスを導入する必要がある、つまり、ＬＰＬ−ＥＧＲ導入要求が有ると判断する。

ＬＰＬ−ＥＧＲ導入要求が有る場合、ＥＣＵ１００は、ＮＳＲ４４の硫黄成分の堆積量が飽和しているか否かを判定する（ステップＳ１０２）。硫黄成分の堆積量は、エンジン本体２４から排出される排気の積算量から推定することができる。ＥＣＵ１００は、排気の積算量に基づいて硫黄成分の堆積量を計算し、上記の硫黄成分排出処理が行なわれた際に堆積量をリセットする。

ＮＳＲ４４の硫黄成分の堆積量が飽和している場合、硫黄成分がＮＳＲ４４から下流へ流れ出していると推定することができる。この状態でＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入を実施した場合、硫黄成分を含んだＬＰＬ−ＥＧＲガスが吸気通路１８へ流れ込むことになる。そこで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０２においてＮＳＲ４４の硫黄成分の堆積量が飽和していると判定した場合、硫黄成分を含んだＬＰＬ−ＥＧＲガスによって酸性凝縮水が発生することを抑えるべく以下の処理を実施する。

まず、ＥＣＵ１００は、ＬＰＬ−ＥＧＲガスを導入した場合の吸気通路１８内の露点温度の予測値と、新気とＬＰＬ−ＥＧＲガスとの合流後のガス温度の予測値とを、新気温度（吸気温度）、大気圧力、湿度、排気温度、排気圧、燃焼空燃比、及び、ＥＧＲ量から計算する（ステップＳ１０４）。そして、ステップＳ１０４で計算した露点温度と合流後ガス温度とを比較し、合流後ガス温度が露点温度より低いか否かを判定する（ステップＳ１０６）。

ステップＳ１０６の判定は、ＬＰＬ−ＥＧＲガスと新気とが合流したときに凝縮水が発生するかどうかを判定していることに等しい。合流後ガス温度が露点温度以上であれば、ＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入を実施しても凝縮水は発生しないため、酸性凝縮水による腐食や劣化のおそれはない。よって、ステップＳ１０６において合流後ガス温度が露点温度以上と判定した場合、ＥＣＵ１００は、吸気ヒータ５４による暖気を行うことなく、ＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入を実施する（ステップＳ１１０）。

一方、合流後ガス温度が露点温度より低い場合、ＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入を実施すると凝縮水が発生する。このため、ステップＳ１０６において合流後ガス温度が露点温度より低いと判定した場合、ＥＣＵ１００は、吸気ヒータ５４によって新気を暖気する（ステップＳ１０８）。吸気ヒータ５４が電気式である場合には電源をオフからオンに切り替え、吸気ヒータ５４が温水式である場合には吸気ヒータ５４への温水の通水をオフからオンに切り替える。また、このとき、ＥＣＵ１００は、インタークーラ３８内での凝縮水の発生を抑制するため、電動ウォーターポンプ４２を停止させてインタークーラ３８の温度を上昇させることも同時に実施する。

ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０６における判定結果が否定になるまで、ステップＳ１０８における吸気ヒータ５４による新気の暖気を継続しながら、ステップＳ１０４における露点温度及び合流後ガス温度の計算とステップＳ１０６の判定とを繰り返し実施する。そして、ステップＳ１０６において合流後ガス温度が露点温度以上になったと判定できたとき、ＥＣＵ１００は、ＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入を実施する（ステップＳ１１０）。

ＮＳＲ４４の硫黄成分の堆積量が飽和していない場合、ＮＳＲ４４から硫黄成分が流れ出ている可能性は低い。しかし、ＮＳＲ４４から硫黄成分を除去するための硫黄成分排出処理が実施されている場合には、ＮＳＲ４４から排出された硫黄成分がＮＳＲ４４の下流に位置するフィルタ４６に付着している可能性がある。フィルタ４６に硫黄成分が付着している状態でＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入を実施した場合、フィルタ４６から脱離した硫黄成分がＬＰＬ−ＥＧＲガスとともに吸気通路１８へ流れ込むおそれがある。ただし、硫黄成分排出処理の実施後にフィルタ４６の再生処理が実施されていれば、その際に硫黄成分はフィルタ４６から除去されているので、硫黄成分がＬＰＬ−ＥＧＲガスとともに吸気通路１８へ流れ込むおそれは少ない。

ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０２においてＮＳＲ４４の硫黄成分の堆積量が飽和していないと判定した場合、硫黄成分排出処理（Ｓ再生）の実施から現在までにフィルタ再生処理（ＤＰＦ再生）が実施されているか否かを判定する（ステップＳ１１２）。フィルタ４６の床温が所定温度（例えば６５０℃）以上の状態が所定時間（例えば１０ｓｅｃ）以上継続したことをもって、フィルタ再生処理は実施済みであると判定してよい。また、本フローチャートで示されるロジックとは別のロジックにおいて計算されているＰＭの堆積量からフィルタ再生処理が実施済みか否か判定してもよい。

ステップＳ１１２の判定結果が肯定である場合には、フィルタ４６の下流に硫黄成分が流れ出ているおそれは少ない。この場合、ＥＣＵ１００は、吸気ヒータ５４のＯＦＦを維持し（ステップＳ１１４）、ＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入を実施する（ステップＳ１１６）。このとき、バイパスバルブ５０を開いて新気をバイパス通路５２に通すようにしてもよい。

硫黄成分排出処理の実施から現在までにフィルタ再生処理が実施されていない場合、排気温度が高温になる高負荷運転時には、フィルタ４６に付着した硫黄成分がフィルタ４６から下流へ流れ出していると推定することができる。この状態でＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入を実施した場合、硫黄成分を含んだＬＰＬ−ＥＧＲガスが吸気通路１８へ流れることになる。そこで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１１２において硫黄成分排出処理の実施後にフィルタ再生処理が実施されていないと判定した場合、硫黄成分を含んだＬＰＬ−ＥＧＲガスによって酸性凝縮水が発生することを抑えるべく以下の処理を実施する。

まず、ＥＣＵ１００は、ＬＰＬ−ＥＧＲガスを導入した場合の吸気通路１８内の露点温度の予測値と、新気とＬＰＬ−ＥＧＲガスとの合流後のガス温度の予測値とを、新気温度（吸気温度）、大気圧力、湿度、排気温度、排気圧、燃焼空燃比、及び、ＥＧＲ量から計算する（ステップＳ１１８）。そして、ステップＳ１１８で計算した露点温度と合流後ガス温度とを比較し、合流後ガス温度が露点温度より低いか否かを判定する（ステップＳ１２０）。

ステップＳ１２０の判定は、ＬＰＬ−ＥＧＲガスと新気とが合流したときに凝縮水が発生するかどうかを判定していることに等しい。合流後ガス温度が露点温度以上であれば、ＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入を実施しても凝縮水は発生しないため、酸性凝縮水による腐食や劣化のおそれはない。よって、ステップＳ１２０において合流後ガス温度が露点温度以上と判定した場合、ＥＣＵ１００は、吸気ヒータ５４による暖気を行うことなく、ＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入を実施する（ステップＳ１２４）。

一方、合流後ガス温度が露点温度より低い場合、ＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入を実施すると凝縮水が発生する。このため、ステップＳ１２０において合流後ガス温度が露点温度より低いと判定した場合、ＥＣＵ１００は、吸気ヒータ５４によって新気を暖気する（ステップＳ１２２）。このとき、ＥＣＵ１００は、インタークーラ３８内での凝縮水の発生を抑制するため、電動ウォーターポンプ４２を停止させてインタークーラ３８の温度を上昇させることも同時に実施する。

ＥＣＵ１００は、ステップＳ１２０における判定結果が否定になるまで、ステップＳ１２２における吸気ヒータ５４による新気の暖気を継続しながら、ステップＳ１１８における露点温度及び合流後ガス温度の計算とステップＳ１２０の判定とを繰り返し実施する。そして、ステップＳ１２０において合流後ガス温度が露点温度以上になったと判定できたとき、ＥＣＵ１００は、ＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入を実施する（ステップＳ１２４）。

以上説明したとおり、実施の形態１によれば、硫黄成分排出処理が実施された後においてフィルタ再生処理が未実施である場合には、吸気ヒータ５４によって新気を暖めてからＬＰＬ−ＥＧＲ装置によるＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入を実施するので、ＬＰＬ−ＥＧＲガスに含まれる水分の結露が抑えられ、ひいては、硫黄成分が溶けてできる酸性凝縮水の発生は抑えられる。このように、ＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入要求があった場合において、硫黄成分排出処理の実施後にフィルタ再生処理が未実施であることを条件に吸気ヒータ５４による新気の暖気を行うことで、燃費を低下させることなく、酸性凝縮水によるエンジン１０の部品の腐食や劣化を防止することができる。

なお、上記の具体的処理において、ステップＳ１１２の判定は特許請求の範囲に規定されている「判定手段」としての機能であり、ステップＳ１２２の処理は特許請求の範囲に規定されている「暖気制御手段」としての機能であり、ステップＳ１２４の処理は特許請求の範囲に規定されている「ＥＧＲガス導入制御手段」としての機能である。上記の具体的処理の変形例として、ステップＳ１１８の処理とステップＳ１２０の判定とを省略し、ステップＳ１１２の判定結果が否定であれば、所定時間、吸気ヒータ５４によって新気を暖めてから、ＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入を実施するようにしてもよい。

実施の形態２．
［炭化水素成分排出処理］
実施の形態２では、排気に含まれる炭化水素成分（ＨＣ）に着目する。排気に含まれる炭化水素成分がＮＳＲ４４の端面に堆積すると、炭化水素成分は粘着性を有するため、炭化水素成分が粒子状物質を吸着してＮＳＲ４４の端面の詰まりを発生させる。ＮＳＲ４４の端面の詰まりは、ＮＳＲ４４のＮＯｘ吸蔵能力を低下させる。このため、ＥＣＵ１００は、所定のタイミングで、ＮＳＲ４４から炭化水素成分を排出させる炭化水素成分排出処理を実施する。

炭化水素成分排出処理では、空燃比のリーンな状態で燃料添加弁２８による排気通路３０への燃料供給が行われ、その酸化反応熱によってＮＳＲ４４の床温を所定温度以上に上昇させ、堆積した炭化水素成分を粒子状物質とともに燃焼させることが行われる。炭化水素成分を粒子状物質とともに燃焼除去することによって、ＮＳＲ４４の詰まりは解消される。炭化水素成分排出処理の実施は、ＥＣＵ１００が有する「排気成分排出制御手段」としての機能である。

［実施の形態２の特徴的な制御］
図１に示すシステム構成において上記の炭化水素成分排出処理が実行されると、燃焼中にＮＳＲ４４をすり抜けた炭化水素成分がＮＳＲ４４の下流に位置するフィルタ４６に再付着する。フィルタ４６に付着した炭化水素成分は、高負荷運転により排気温度が上昇した場合にフィルタ４６から脱離する。高負荷運転時にはＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入が行われるため、フィルタ４６から脱離した炭化水素成分は、ＬＰＬ−ＥＧＲガスとともにＬＰＬ−ＥＧＲ通路３６を経由して吸気通路１８に流入することになる。炭化水素成分は水に溶けたときに酸性を呈する排気成分（特定排気成分）である。ＬＰＬ−ＥＧＲガスに含まれる炭化水素成分が吸気通路１８の凝縮水に溶けて酸性凝縮水（ＨＣＯＯＨやＣＨ３ＣＯＯＨ）ができることで、エンジン１０の部品の腐食や劣化の原因となる。

フィルタ４６に付着した炭化水素成分は、フィルタ再生処理が実施されたときに、フィルタ４６に堆積した粒子状物質とともに燃焼除去される。よって、炭化水素成分排出処理の実施後にフィルタ再生処理が実施されているのであれば、フィルタ４６に付着した炭化水素成分は既に燃焼除去されているため、ＬＰＬ−ＥＧＲガスを導入するのに良好な状態になっていると言える。

そこで、実施の形態２では、ＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入要求があったとき、炭化水素成分排出処理の実行後であっても、さらにその後にフィルタ再生処理が実施されている場合は、そのままＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入を実行する。一方、炭化水素成分排出処理の実行後にフィルタ再生処理が実施されていない場合は、すぐにはＬＰＬ−ＥＧＲガスを導入せず、吸気ヒータ５４によって新気を暖めてからＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入を実行する。ＬＰＬ−ＥＧＲガスが新気と合流したときに凝縮水が発生することを抑えるためである。このように、実施の形態２では、炭化水素成分排出処理とフィルタ再生処理の実施状況に応じてＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入に係る処理を切り替える。

［具体的処理］
以下、実施の形態２において実施されるＬＰＬ−ＥＧＲの導入に係る具体的な処理について、図４のフローチャートを参照して説明する。このフローチャートに示されるロジックを実現するためのプログラムはＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。そのプログラムがＲＯＭから呼び出されてＣＰＵにより実行されることにより、特許請求の範囲に規定されている「判定手段」、「暖気制御手段」及び「ＥＧＲガス導入制御手段」としての機能がＥＣＵ１００に与えられる。なお、図４において、実施の形態１と同一の処理を行うステップについては同一のステップ番号を付している。

実施の形態２では、ステップＳ１０２の判定に代えてステップＳ２０２の判定を行い、ステップＳ１１２の判定に代えてステップＳ２１２の判定を行う。ＬＰＬ−ＥＧＲ導入要求が有る場合、ＥＣＵ１００は、炭化水素成分排出処理の実施直後か否かを判定する（ステップＳ２０２）。実施直後か否かは、炭化水素成分排出処理を実施してからの経過時間が所定時間を越えているか否かによって判定することができる。

炭化水素成分排出処理の実施直後は、フィルタ４６に多量の炭化水素成分が付着していると推定することができる。この状態でＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入を実施した場合、炭化水素成分を含んだＬＰＬ−ＥＧＲガスが吸気通路１８へ流れることになる。そこで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０２において炭化水素成分排出処理の実施直後であると判定した場合、炭化水素成分を含んだＬＰＬ−ＥＧＲガスによって酸性凝縮水が発生することを抑えるべく、ステップＳ１０４からステップＳ１１０までの処理を実施する。

すなわち、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０２の判定結果が肯定であった場合、ＬＰＬ−ＥＧＲガスを導入した場合の吸気通路１８内の露点温度と合流後ガス温度とを計算し（ステップＳ１０４）、合流後ガス温度が露点温度より低いか否かを判定する（ステップＳ１０６）。そして、合流後ガス温度が露点温度以上であれば、吸気ヒータ５４による暖気を行うことなく、ＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入を実施する（ステップＳ１１０）。しかし、合流後ガス温度が露点温度より低い場合は、吸気ヒータ５４によって新気を暖気する（ステップＳ１０８）。そして、合流後ガス温度が露点温度以上になるのを待って、ＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入を実施する（ステップＳ１１０）。

炭化水素成分排出処理の実施直後でない場合、フィルタ４６の炭化水素成分の付着量は炭化水素成分排出処理の実施直後よりも減少していることが予想される。しかし、高負荷運転時には、やはり、フィルタ４６に残っている炭化水素成分がフィルタ４６から流れ出し、ＬＰＬ−ＥＧＲガスとともに吸気通路１８へ流れ込むおそれがある。ただし、炭化水素成分排出処理の実施後にフィルタ４６の再生処理が実施されていれば、その際に炭化水素成分は粒子状物質とともにフィルタ４６から除去されているので、炭化水素成分がＬＰＬ−ＥＧＲガスとともに吸気通路１８へ流れ込むおそれは少ない。

ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０２において炭化水素成分排出処理の実施直後でないと判定した場合、炭化水素成分排出処理の実施から現在までにフィルタ再生処理（ＤＰＦ再生）が実施されているか否かを判定する（ステップＳ２１２）。そして、フィルタ再生処理が実施済みである場合には、ＥＣＵ１００は、吸気ヒータ５４のＯＦＦを維持し（ステップＳ１１４）、ＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入を実施する（ステップＳ１１６）。

炭化水素成分排出処理の実施から現在までにフィルタ再生処理が実施されていない場合、排気温度が高温になる高負荷運転時には、フィルタ４６に付着した炭化水素成分がフィルタ４６から下流へ流れ出す可能性が高い。この状態でＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入を実施した場合、炭化水素成分を含んだＬＰＬ−ＥＧＲガスが吸気通路１８へ流れることになる。そこで、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２１２において炭化水素成分排出処理の実施後にフィルタ再生処理が実施されていないと判定した場合、炭化水素成分を含んだＬＰＬ−ＥＧＲガスによって酸性凝縮水が発生することを抑えるべく、ステップＳ１１８からステップＳ１２４までの処理を実施する。

すなわち、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２１２の判定結果が否定であった場合、ＬＰＬ−ＥＧＲガスを導入した場合の吸気通路１８内の露点温度と合流後ガス温度とを計算し（ステップＳ１１８）、合流後ガス温度が露点温度より低いか否かを判定する（ステップＳ１２０）。そして、合流後ガス温度が露点温度以上であれば、吸気ヒータ５４による暖気を行うことなく、ＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入を実施する（ステップＳ１２４）。しかし、合流後ガス温度が露点温度より低い場合は、吸気ヒータ５４によって新気を暖気する（ステップＳ１２２）。そして、合流後ガス温度が露点温度以上になるのを待って、ＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入を実施する（ステップＳ１２４）。

以上説明したとおり、実施の形態２によれば、炭化水素成分排出処理が実施された後においてフィルタ再生処理が未実施である場合には、吸気ヒータ５４によって新気を暖めてからＬＰＬ−ＥＧＲ装置によるＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入を実施するので、ＬＰＬ−ＥＧＲガスに含まれる水分の結露が抑えられ、ひいては、炭化水素成分が溶けてできる酸性凝縮水の発生は抑えられる。このように、ＬＰＬ−ＥＧＲガスの導入要求があった場合において、炭化水素成分排出処理の実施後にフィルタ再生処理が未実施であることを条件に吸気ヒータ５４による新気の暖気を行うことで、燃費を低下させることなく、酸性凝縮水によるエンジン１０の部品の腐食や劣化を防止することができる。

なお、実施の形態２に係る上記の処理は、パティキュレートフィルタの上流にディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）を備えるシステムにも適用してよい。炭化水素成分はＤＯＣにも堆積するので、ＤＯＣに対しても炭化水素成分排出処理を実施することが好ましい。このとき燃焼せずにＤＯＣをすり抜けた炭化水素成分は、ＤＯＣの下流に位置するフィルタに付着し、高負荷運転時にフィルタから下流へ流れ出す。この炭化水素成分がＬＰＬ−ＥＧＲガスにのって吸気通路に流入したときに酸性凝縮水が発生しないようにするには、吸気ヒータによって新気を暖めてからＬＰＬ−ＥＧＲガスを導入するようにすればよい。

１０エンジン
１８吸気通路
２８燃料添加弁
３０排気通路
３４ＥＧＲクーラ
３５ＬＰＬ−ＥＧＲバルブ
３６ＬＰＬ−ＥＧＲ通路
３８インタークーラ
４４ＮＳＲ
４６フィルタ
５４吸気ヒータ
１００ＥＣＵ

Claims

吸気通路に設けられた暖気装置と、排気通路に設けられた触媒と、前記排気通路の前記触媒よりも下流に設けられて排気に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、前記排気通路の前記フィルタよりも下流と前記吸気通路とを接続して排気の一部をＥＧＲガスとして前記吸気通路に戻すＥＧＲ装置と、を備えた内燃機関の制御装置において、
水に溶けたときには酸性を呈し、前記触媒への吸蔵或いは堆積により前記触媒の浄化能力を低下させる特定排気成分を前記触媒から排出させる排気成分排出処理を行う排気成分排出制御手段と、
前記フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼させて前記フィルタを再生するフィルタ再生処理を行うフィルタ再生制御手段と、
前記ＥＧＲガスの導入要求があった場合に、前記排気成分排出制御手段により前記排気成分排出処理が実施された後において前記フィルタ再生制御手段により前記フィルタ再生処理が実施されているか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段によって前記フィルタ再生処理が未実施であると判定された場合、前記暖気装置によって新気を暖める暖気制御手段と、
前記判定手段によって前記フィルタ再生処理が未実施であると判定された場合、前記暖気装置によって新気が暖められてから、前記ＥＧＲ装置によるＥＧＲガスの導入を実施するＥＧＲガス導入制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記触媒は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒であり、
前記特定排気成分は、硫黄成分であり、
前記排気成分排出処理では、前記触媒を昇温させ且つ還元雰囲気にすることが行われることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記触媒は、ＮＯｘ吸蔵還元触媒または酸化触媒であり、
前記特定排気成分は、炭化水素成分であり、
前記排気成分排出処理では、前記触媒を昇温させることが行われることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。