内燃機関の排ガス浄化装置
【課題】 ディーゼルエンジンであっても、減速時におけるフューエルカット運転中に、自己着火による運転性の低下を防止するとともに、オイルダイリューションを抑制しながら、ＮＯｘ吸収触媒を再生することができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】 排気系４に設けられ、排ガス中のＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収触媒１７と、クランク角を検出するクランク角検出手段３０と、フューエルカットの実行中に、クランク角が圧縮行程と膨張行程の間の上死点付近に位置しているときに、吸収されたＮＯｘを還元するために、燃料を還元剤として燃焼室２５内に供給する燃料供給手段６と、燃料供給手段６による燃料の供給中に、燃焼室に吸入される吸気量Ｑを低減する吸気量低減手段１２、および燃焼室２５に吸入される吸気を冷却する吸気冷却手段１５と、を備えていることを特徴とする。
【解決手段】 排気系４に設けられ、排ガス中のＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収触媒１７と、クランク角を検出するクランク角検出手段３０と、フューエルカットの実行中に、クランク角が圧縮行程と膨張行程の間の上死点付近に位置しているときに、吸収されたＮＯｘを還元するために、燃料を還元剤として燃焼室２５内に供給する燃料供給手段６と、燃料供給手段６による燃料の供給中に、燃焼室に吸入される吸気量Ｑを低減する吸気量低減手段１２、および燃焼室２５に吸入される吸気を冷却する吸気冷却手段１５と、を備えていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンなどの内燃機関に設けられ、排ガス中のＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収触媒を備えた内燃機関の排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種のＮＯｘ吸収触媒のＮＯｘの吸収量が過大になると、ＮＯｘ吸収触媒のＮＯｘ吸収能力が低下し、大気中に排出されるＮＯｘの量が増加するおそれがある。このため、吸収されたＮＯｘを脱離することによってＮＯｘ吸収触媒の吸収能力を回復させるとともに、脱離したＮＯｘを還元させることが行われており、そのような排ガス浄化装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。以下、このようなＮＯｘの脱離・還元を、ＮＯｘ吸収触媒の再生という。
【０００３】
この排ガス浄化装置では、内燃機関（以下「エンジン」という）の排気系に設けられたＮＯｘ吸収触媒の再生を行うために、以下に述べる処理を実行する。まず、エンジンの運転領域ごとに設定されたＮＯｘ排出量のマップなどに基づいて、この処理の実行周期ごとのＮＯｘ排出量を求め、これを積算した値から、ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘの量を推定する。この推定ＮＯｘ量が、第１所定値よりも大きいときには、運転状態に拘らず、エンジンで燃焼されるガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ側になるように燃料噴射量を制御（以下「リッチスパイク」という）し、それにより、排ガス中に未燃成分を含ませるようにする。これにより、排ガス中の酸素濃度が低下することによってＮＯｘが脱離されるとともに、脱離されたＮＯｘが、排ガス中の未燃成分と反応することによって還元され、ＮＯｘ吸収触媒が再生される。再生の終了後、ＮＯｘ量の積算値をリセットする。
【０００４】
一方、上記推定ＮＯｘ量が、第１所定値以下で、且つ第１所定値よりも小さい第２所定値よりも大きい場合、すなわち、実際のＮＯｘ吸収量が比較的小さい場合には、減速フューエルカット運転が実行されているときにリッチスパイクを実行し、ＮＯｘを還元した後、積算値をリセットする。このときの燃料噴射量は、実際のＮＯｘ吸収量が比較的小さいことと、燃焼を伴わないことから、通常運転時のリッチスパイクに要する噴射量よりも少なくすることができ、ＮＯｘの還元を効率的に行うことができる。
【０００５】
しかし、上述した排ガス浄化装置には、以下のような問題がある。すなわち、この排ガス浄化装置を、ディーゼルエンジンに適用した場合、フューエルカット運転中にリッチスパイクを実行する際、燃料を、例えばピストンが上死点付近にあるときに噴射すると、燃料が自己着火してしまい、トルクが突然、発生することにより、運転性の低下を招くおそれがある。これは、周知のように、ディーゼルエンジンは、気筒内に吸入された吸気を高い圧縮比で圧縮することによって高温にし、この高温状態の吸気に燃料を噴射することによって、自己着火させるものであるためである。このような自己着火を回避しながらリッチスパイクを実行するには、自己着火が生じるおそれがない上死点付近以外のピストンのタイミング、例えば、膨張行程と排気行程の間のタイミングで、燃料を噴射することが考えられる。しかし、その場合には、以下のような問題が発生する。
【０００６】
ピストンが上死点付近にないときには、ピストンがある程度、下降していて、燃焼室に露出するシリンダの壁面の面積が、比較的大きい。このような状態で、リッチスパイクを実行するために、燃焼室内に燃料を噴射すると、壁面の露出面積が大きいため、比較的多量の燃料が壁面に付着する。このように壁面に燃料が付着した状態で、シリンダ内をピストンが摺動すると、付着した燃料の一部が、ピストンリングによって掻き取られることによりクランクシャフト側へ運ばれ、エンジンオイルに混入しやすくなる。このような燃焼を伴わない燃料噴射が繰り返されると、多量の燃料によってエンジンオイルが希釈されてしまい（以下「オイルダイリューション」という）、エンジンオイルの潤滑効果を低下させるおそれがある。また、エンジンオイルに混入した燃料は、ＮＯｘの還元に寄与しないため、その分の燃料が無駄になり、燃費が悪化してしまう。
【０００７】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、ディーゼルエンジンであっても、減速時におけるフューエルカット運転中に、自己着火による運転性の低下を防止するとともに、オイルダイリューションを抑制しながら、ＮＯｘ吸収触媒を再生することができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２０９８２号公報 （第４頁、第２図）
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明は、吸気系（実施形態における（以下、本項において同じ）吸気管４）および排気系（排気管５）を備えるとともに、所定の減速時に燃料の供給を停止するフューエルカットを実行する内燃機関３から排出された排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置１であって、排気系に設けられ、排ガス中のＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収触媒１７と、内燃機関３のクランク角を検出するクランク角検出手段（クランク角センサ３０）と、フューエルカットの実行中に、検出されたクランク角が、圧縮行程と膨張行程の間の上死点付近に位置しているときに、ＮＯｘ吸収触媒１７に吸収されたＮＯｘを還元するために、燃料を還元剤として燃焼室２５内に供給する燃料供給手段（燃料噴射弁６）と、燃料供給手段による燃料の供給中に、燃焼室２５に吸入される吸気量（吸入空気量Ｑ）を低減する吸気量低減手段（スロットル弁１２）と、燃料供給手段による燃料の供給中に、燃焼室２５に吸入される吸気を冷却する吸気冷却手段（ＥＧＲ冷却装置１５）と、を備えていることを特徴とする。
【００１０】
この排ガス浄化装置によれば、ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘの還元を行う場合には、内燃機関の減速時のフューエルカット（以下「減速Ｆ／Ｃ」という）の実行中で、且つ検出されたクランク角が、圧縮行程と膨張行程の間の上死点付近に位置しているときに、燃料が還元剤として燃焼室内に供給される。その際、燃料の供給中に、吸気量低減手段によって吸入される吸気の量が低減させられ、シリンダ内への吸気の充填効率が低下するとともに、吸気冷却手段によって吸気が冷却され、その温度が低下する。このような吸気の充填効率および温度の低下によって、シリンダ内に吸入され、圧縮されたときの吸気の温度が低下する。
【００１１】
このように、上死点付近での圧縮による吸気の温度上昇を抑制することができ、それにより、ディーゼルエンジンであっても、圧縮時の吸気の温度を、自己着火が生じない温度に確実に制御できる。したがって、上死点付近でＮＯｘの還元のための燃料を供給しても、自己着火することがないので、減速Ｆ／Ｃの実行中、トルクが突然、発生するのを防止でき、それに起因する運転性の低下を確実に防止することができる。
【００１２】
また、クランク角が上死点付近に位置するときに燃料を供給するので、ピストンが下降する際、シリンダの壁面に付着した燃料が、ピストンリングによって掻き取られ、クランクシャフト側に運ばれることがほとんどない。それにより、オイルダイリューションを抑制でき、リッチスパイクを実行しても、エンジンオイルの潤滑効果を維持することができるとともに、燃費の悪化を防止することができる。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置１において、排気系と吸気系の間に接続され、排ガスの一部を吸気系に還流するための排ガス還流通路（ＥＧＲ管１４ａ）をさらに備え、吸気冷却手段は、燃料供給手段による燃料の供給中に、排ガス還流通路を通過する排ガスを冷却する排ガス冷却手段（ＥＧＲ冷却装置１５）を有していることを特徴とする。
【００１４】
この排ガス浄化装置によれば、排ガスが、排ガス還流通路を通って排気系から吸気系に還流する際、排ガス冷却手段によって冷却される。この場合の排ガスは、減速Ｆ／Ｃ実行中であって燃焼が行われていないため、通常よりも低温であり、このようなもともと低温の排ガスをさらに冷却する。したがって、吸気の冷却を、確実かつ効果的に行うことができる。また、排ガス冷却手段は、ＥＧＲクーラとして設けられていることが多く、その場合には、既存の装置を利用することができ、格別の機構を付加することなく、還流する排ガスを冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態による排ガス浄化装置について説明する。図１は、本発明の排ガス浄化装置１、およびこれを適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３を示しており、エンジン３は、車両（図示せず）に搭載された、例えば４気筒（１つのみ図示）のディーゼルエンジンである。
【００１６】
エンジン３のエンジン本体２０は、シリンダ２１およびクランク室２２などによって構成されており、また、エンジン３のピストン２３とシリンダヘッド２４の間には、燃焼室２５が形成されている。シリンダヘッド２４には、吸気管４（吸気系）および排気管５（排気系）がそれぞれ接続されるとともに、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）６（燃料供給手段）が、燃焼室２５に臨むように取り付けられている。
【００１７】
インジェクタ６は、燃焼室２５の天壁中央部に配置されており、コモンレールを介して高圧ポンプ（いずれも図示せず）に接続されている。燃料タンク（図示せず）の燃料は、後述するＥＣＵ２による制御により、高圧ポンプによって高圧に昇圧された後、コモンレールを介してインジェクタ６に送られ、インジェクタ６によって燃焼室２５に噴射される。インジェクタ６の開弁時間である燃料噴射量および噴射タイミングは、ＥＣＵ２からの駆動信号によって制御される（図２参照）。
【００１８】
また、エンジン３のクランクシャフト２６には、マグネットロータ３０ａが取り付けられている。このマグネットロータ３０ａとＭＲＥピックアップ３０ｂによって、クランク角センサ３０（クランク角検出手段）が構成されている。クランク角センサ３０は、クランクシャフト２６の回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。
【００１９】
ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。ＴＤＣ信号は、各気筒のピストン３ａが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、４気筒タイプの本例では、クランク角１８０゜ごとに出力される。
【００２０】
クランク室２２の下部は、オイルパン２７になっており、オイルパン２７には、エンジンオイルＥＯが貯留されている。エンジンオイルＥＯは、エンジン３の運転時、それにより駆動されるオイルポンプ（図示せず）によって、エンジン３の各構成部分に送られ、それらの潤滑作用や冷却作用などを行う。また、エンジンオイルＥＯは、エンジン３の各構成部分に送られた後、戻し通路（図示せず）を介して、オイルパン２７に戻され、エンジン３内を循環する。
【００２１】
ピストン２３には、コンプレッションリング（図示せず）およびオイルリング２３ａが取り付けられている。コンプレッションリングは、シリンダの内周面に密着することによって燃焼室２５を密閉する。また、オイルリング２３ａは、コンプレッションリングにエンジンオイルＥＯを適度に供給するとともに、ピストン２３がシリンダ２１内を摺動する際、シリンダ２１の内周面に付着している余分なエンジンオイルＥＯを掻き取って回収するためのものである。
【００２２】
吸気管４には、過給装置７が設けられており、過給装置７は、ターボチャージャで構成された過給機８と、これに連結されたアクチュエータ９と、ベーン開度制御弁１０を備えている。
【００２３】
過給機８は、吸気管４の途中に設けられた回転自在のコンプレッサブレード８ａと、排気管５の途中に設けられた回転自在のタービンブレード８ｂおよび複数の回動自在の可変ベーン８ｃ（２つのみ図示）と、これらのブレード８ａ，８ｂを一体に連結するシャフト８ｄとを有している。過給機８は、排気管５内の排ガスによってタービンブレード８ｂが回転駆動されるのに伴い、これと一体のコンプレッサブレード８ａも回転駆動されることにより、吸気管４内の吸入空気を加圧する過給動作を行う。
【００２４】
各可変ベーン８ｃは、前記アクチュエータ９に機械的に連結されており、その開度（以下「ベーン開度」という）は、アクチュエータ９を介して制御される。アクチュエータ９は、負圧によって作動するダイアフラム式のものであり、負圧ポンプ（図示せず）に接続されており、その途中に、ベーン開度制御弁１０が設けられている。負圧ポンプは、エンジン３を動力源として作動し、発生した負圧をアクチュエータ９に供給する。ベーン開度制御弁１０は、電磁弁で構成されており、その開度がＥＣＵ２からの駆動信号で制御されることにより、アクチュエータ９に供給される負圧が変化し、それに伴い、可変ベーン８ｃのベーン開度が変化することにより、過給圧が制御される。より具体的には、このベーン開度を閉じ側に変化させると、タービンブレード８ｂに流入する排ガスの流速が大きくなることにより、コンプレッサブレード８ａから下流側に流れる吸入空気量が増大することによって、過給圧が上昇する。
【００２５】
吸気管４の過給機８よりも下流側には、上流側から順に、水冷式のインタークーラ１１およびスロットル弁１２（吸気量低減手段）が、設けられている。インタークーラ１１は、過給装置７の過給動作により吸入空気の温度が上昇したときなどに、吸入空気を冷却するものである。スロットル弁１２には、例えば直流モータで構成されたアクチェータ１２ａが接続されている。スロットル弁１２の開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨは、アクチェータ１２ａに供給される電流のデューティ比をＥＣＵ２で制御することによって、制御される。
【００２６】
また、吸気管４には、過給機８よりも上流側にエアフローセンサ３１が、インタークーラ１１とスロットル弁１２の間に過給圧センサ３２が、それぞれ設けられている。エアフローセンサ３１は吸入空気量Ｑを検出し、過給圧センサ３２は吸気管４内の過給圧ＰＡＣＴを検出し、それらの検出信号はＥＣＵ２に出力される。
【００２７】
さらに、吸気管４の吸気マニホールド４ａは、その集合部から分岐部にわたって、スワール通路４ｂとバイパス通路４ｃに仕切られており、これらの通路４ｂ，４ｃはそれぞれ、吸気ポートを介して各燃焼室２５に連通している。
【００２８】
バイパス通路４ｃには、燃焼室２５内にスワールを発生させるためのスワール装置１３が設けられている。スワール装置１３は、スワール弁１３ａと、これを開閉するアクチュエータ１３ｂと、スワール制御弁１３ｃを備えている。アクチュエータ１３ｂおよびスワール制御弁１３ｃはそれぞれ、過給装置７のアクチュエータ９およびベーン開度制御弁１０と同様に構成されており、スワール制御弁１３ｃは、前記負圧ポンプに接続されている。以上の構成により、スワール制御弁１３ｃの開度がＥＣＵ２からの駆動信号で制御されることにより、アクチュエータ１３ｂに供給される負圧が変化し、スワール弁１３ａの開度が変化することによって、スワールの強さが制御される。
【００２９】
また、エンジン３には、ＥＧＲ管１４ａ（排ガス還流通路）とＥＧＲ制御弁１４ｂを有するＥＧＲ装置１４が設けられている。ＥＧＲ管１４ａは、吸気管４と排気管５の間に、具体的には、吸気マニホールド４ａの集合部のスワール通路４ｂと排気管５の過給機８よりも上流側とをつなぐように接続されている。このＥＧＲ管１４ａを介して、エンジン３の排ガスの一部が吸気管４にＥＧＲガスとして再循環され、それにより、エンジン３の燃焼室２５内の燃焼温度が低下することで、排ガス中のＮＯｘが減少する。
【００３０】
ＥＧＲ制御弁１４ｂは、ＥＧＲ管１４ａに取り付けられており、リニア電磁弁で構成され、そのバルブリフト量がＥＣＵ２からの駆動信号に応じてリニアに変化する。ＥＣＵ２は、ＥＧＲ制御弁１４ｂのバルブリフト量を制御することにより、ＥＧＲガス量を制御する。
【００３１】
また、ＥＧＲ装置１４にはＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置１５（吸気冷却手段）が設けられており、ＥＧＲ冷却装置１５は、分岐通路１５ａ、ＥＧＲ通路切替弁１５ｂおよびＥＧＲクーラ１５ｃを有している。分岐通路１５ａの一端部は、ＥＧＲ管１４ａのＥＧＲ制御弁１４ｂよりも下流側から分岐するとともに、他端部は、ＥＧＲ管１４ａのさらに下流側に合流している。ＥＧＲ通路切替弁１５ｂは、分岐通路１５ａの分岐部に取り付けられ、ＥＧＲクーラ１５ｃは、分岐通路１５ａに設けられている。また、ＥＧＲ通路切替弁１５ｂは、ＥＣＵ２による制御によって、ＥＧＲ管１４ａのＥＧＲ通路切替弁１５ｂよりも上流側を、その下流側と分岐通路１５ａ側に選択的に切り替えて連通させる。
【００３２】
以上により、ＥＧＲ通路切替弁１５ｂが分岐通路１５ａ側に切り替えられた場合には、ＥＧＲガスは、分岐通路１５ａに通され、ＥＧＲクーラ１５ｃにより冷却された後、吸気管４に還流される。一方、逆側に切り替えられた場合には、ＥＧＲガスは、ＥＧＲ管１４ａのみを介して還流される。
【００３３】
また、排気管５の過給機８よりも下流側には、上流側から順に、酸化触媒１６およびＮＯｘ吸収触媒１７が設けられている。この酸化触媒１６は、排ガス中のＨＣおよびＣＯを酸化し、排ガスを浄化する。ＮＯｘ吸収触媒１７は、排ガス中の酸素濃度が高い場合（酸化雰囲気）には、排ガス中のＮＯｘを吸収し、排ガスを浄化し、また、排ガス中の還元剤により、吸収したＮＯｘを還元するという特性を有する。
【００３４】
さらに、排気管５の過給機８と酸化触媒１６との間には、ＬＡＦセンサ３３が設けられている。ＬＡＦセンサ３３は、リッチ領域からリーン領域までの広範囲な空燃比の領域において排ガス中の酸素濃度ＶＬＡＦをリニアに検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、ＬＡＦセンサ３３で検出された酸素濃度ＶＬＡＦに基づいて、燃焼室２５を通過した排ガスの実際の空燃比を表す実空燃比ＫＡＣＴを算出する。
【００３５】
さらに、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ３４から、アクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が出力される。
【００３６】
ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。前述した各種センサ３０〜３４からの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。ＣＰＵは、これらの入力信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、エンジン３の制御を実行する。
【００３７】
次に、上記のエンジン制御について、図３〜図５を参照しながら説明する。図３は、減速Ｆ／Ｃ実行中のリッチスパイク実行条件の判定処理を示すフローチャートであり、本処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）ごとに実行される。
【００３８】
まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、エンジン３において、減速Ｆ／Ｃが実行されているか否かを判別する。この答がＮＯで、減速Ｆ／Ｃの実行中でなく、通常運転が行われているときには、後述するリッチスパイクの実行条件が成立していないとして、そのことを表すために、実行条件成立フラグＦ＿ＣＡＴＲＥＯＫを「０」にセットし（ステップ８）、本処理を終了する。
【００３９】
一方、上記ステップ１の答がＹＥＳで、減速Ｆ／Ｃの実行中であるときには、ＮＯｘ吸収触媒１７の再生を実行すべきか否かを判別する（ステップ２）。この判別は、例えば、エンジン３の運転状態および運転時間に応じて、ＮＯｘ吸収触媒１７のＮＯｘ吸収量を推定するとともに、推定したＮＯｘ吸収量を、所定値と比較することによって行う。この答がＮＯのときには、再生を実行する必要がないとして、上述したステップ８を実行し、本処理を終了する。
【００４０】
ステップ２の答がＹＥＳで、再生を実行すべきときには、続くステップ３において、ＥＧＲ通路切替弁１５ｂを制御することにより、ＥＧＲガスを、分岐通路１５ａに導入する。それにより、ＥＧＲガスが、分岐通路１５ａに設けたＥＧＲクーラ１５ｃを通過する際、冷却されることにより、その温度が低下する。そして、温度の低下したＥＧＲガスが吸気管４に還流することにより、シリンダ２１内に吸入される吸気が冷却され、その温度が低下する。なお、減速Ｆ／Ｃが実行されていることにより、このときのＥＧＲガスは、燃焼を経たものではないため、通常運転時よりも温度が非常に低いものである。
【００４１】
次いで、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、目標吸入空気量ＲＥＱＣＭＤを求める（ステップ４）。このマップは、再生の実行時に吸入すべき吸入空気量を定めたものであり、目標吸入空気量ＲＥＱＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰの全領域において、通常運転時用の目標吸入空気量ＮＱＣＭＤよりも小さな値に設定されている。
【００４２】
次いで、求めた目標吸入空気量ＲＥＱＣＭＤに応じ、スロットル弁１２を閉じ側に制御することによって、実際の吸入空気量Ｑを、目標吸入空気量ＲＥＱＣＭＤになるように制御する（ステップ５）。これにより、吸入空気量Ｑが通常運転時よりも低減される。
【００４３】
図４は、圧縮行程から膨張行程までの間における、クランク角と燃焼室２５内のガス温度との関係を示している。同図（ａ）は、通常運転が行われている場合を示しており、これによれば、圧縮行程において燃焼室２５内のガスが圧縮されるのに伴い、ガス温度が上昇し、上死点（ＴＤＣ）付近で最高温になった後、ガスが膨張するのにつれて、ガス温度が低下している。また、同図中のＴは、自己着火が発生する温度を示しており、この場合のガス温度は、上死点の前後において、自己着火温度Ｔを超えている。これに対し、同図（ｂ）は、ステップ３〜５を実行した場合を示しており、これによれば、圧縮行程から膨張行程の全域にわたって、（ａ）のときよりもガス温度が低下しており、それにより、全域にわたって自己着火温度Ｔを上回ることがなく、自己着火は生じない。すなわち、ステップ３の実行により、吸入される吸気の温度が低下するとともに、ステップ４および５の実行により、燃焼室２５に吸入される吸入空気量が減少し、充填効率が低下することによって、上死点付近であっても、ガス温度を、自己着火温度Ｔよりも低い温度に確実に制御できる。
【００４４】
次いで、ステップ６において、エアフローセンサ３１で検出された吸入空気量Ｑが目標吸入空気量ＲＥＱＣＭＤよりも大きいか否かを判別する。この判別は、前記ステップ５において行った制御に対する実際の吸入空気量Ｑの応答遅れを考慮したものである。この答がＹＥＳのときには、実際の吸入空気量Ｑが、目標吸入空気量ＲＥＱＣＭＤまで低下していないとして、前記ステップ８を実行し、本処理を終了する。これにより、吸入空気量Ｑが目標吸入空気量ＲＥＱＣＭＤに達しない状態でリッチスパイクを実行することにより、自己着火が誤って発生するのを防止できる。
【００４５】
ステップ６の答がＮＯで、吸入空気量Ｑが目標吸入空気量ＲＥＱＣＭＤまで減少したときには、自己着火のおそれがなく、リッチスパイクの実行条件が成立したとして、そのことを表すために、実行条件成立フラグＦ＿ＣＡＴＲＥＯＫを、「１」にセットし（ステップ７）、本処理を終了する。
【００４６】
図５は、減速Ｆ／Ｃ実行中の燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。本処理は、ＴＤＣ信号に同期して、割り込み実行される。まず、ステップ１１では、実行条件成立フラグＦ＿ＣＡＴＲＥＯＫが、「１」であるか否かを判別する。この答がＹＥＳで、リッチスパイクの実行条件が成立しているときには、排ガスの実空燃比ＫＡＣＴが目標空燃比になるように、燃料噴射量をフィードバック制御する。また、このときの燃料の噴射タイミングは、圧縮行程と膨張行程の間の上死点付近に設定される。これにより、上死点付近において、燃料が還元剤としてインジェクタ６から噴射される（ステップ１２）。そして、噴射された燃料が燃焼されない状態でＮＯｘ吸収触媒１７に供給されることによって、吸収されているＮＯｘが、排ガス中の燃料と反応することによって還元され、ＮＯｘ吸収触媒１７が再生する。
【００４７】
一方、前記ステップ１１の答がＮＯで、リッチスパイクの実行条件が成立していないときには、そのまま本処理を終了し、減速Ｆ／Ｃが続行される。
【００４８】
以上のように、本実施形態の排ガス浄化装置によれば、減速Ｆ／Ｃの実行中、ＮＯｘ吸収触媒１７の再生を行う際に、ＥＧＲ管１４ａを通って還流するＥＧＲガスを、ＥＧＲ冷却装置１５のＥＧＲクーラ１５ｃによって冷却する（ステップ３）。また、これと併行して、スロットル弁１２の制御により、吸入空気量Ｑを低減し（ステップ５）、吸気の充填効率を低下させる。このように、ＥＧＲガスの冷却、および吸入空気量Ｑの低減による充填効率の低下を組み合わせることにより、圧縮時のガス温度を、自己着火温度Ｔよりも低い温度に確実に制御できる。したがって、ＮＯｘ吸収触媒１７を再生するためのリッチスパイクを、圧縮行程と膨張行程の間の上死点付近で行っても、自己着火を確実に防止でき、減速Ｆ／Ｃの実行中にトルクが突然、発生するのを防止でき、それに起因する運転性の低下を確実に防止することができる。
【００４９】
また、クランク角が圧縮行程と膨張行程の間の上死点付近に位置するときに、燃料を噴射するので、シリンダ２１の壁面に燃料が付着することがほとんどない。したがって、ピストン２３が下降する際、燃料が、オイルリング２３ａによってエンジンオイルＥＯとともに掻き取られ、クランクシャフト２６側に運ばれることがほとんどない。したがって、オイルダイリューションを抑制でき、リッチスパイクを実行しても、エンジンオイルの潤滑効果を維持することができるとともに、燃費の悪化を防止することができる。
【００５０】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、リッチスパイクを実行する際の吸気量の低減手段として、スロットル弁１２を用いているが、これに代えて、あるいはこれとともに他の手段を用いてもよい。例えば、（１）スワール弁１３を閉じ側に制御すること、（２）ベーン開度制御弁１０を開側に制御することにより、過給圧ＰＡＣＴを低下させること、（３）ＥＧＲ制御弁１５を開側に制御することにより、ＥＧＲガス量を増大させることのいずれか、または複数のものを組み合わせて実行してもよい。また、吸気冷却手段として、実施形態では、ＥＧＲクーラ１５ｃを用いているが、これに代えてインタークーラ１１を用いてもよい。
【００５１】
さらに、本発明は、車両に搭載されたディーゼルエンジンに限らず、クランク軸が鉛直方向に配置された船外機などのような船舶推進機用エンジンを含む、様々な産業用の内燃機関に適用できることはもちろんである。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の排ガス浄化装置およびこれを適用した内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】排ガス浄化装置の一部を示す図である。
【図３】リッチスパイクの実行条件判定処理を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）通常時および（ｂ）吸入空気量の低減およびＥＧＲガスの冷却を行ったときのクランク角に対するガス温度の変化を、それぞれ示す図である。
【図５】減速Ｆ／Ｃ実行中の燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５３】
１ 排ガス浄化装置
３ 内燃機関（エンジン）
４ 吸気管（吸気系）
５ 排気管（排気系）
６ 燃料噴射弁（燃料供給手段）
１２ スロットル弁（吸気量低減手段）
１４ａ ＥＧＲ管（排ガス還流通路）
１５ ＥＧＲ冷却装置（吸気冷却手段）
１７ ＮＯｘ吸収触媒
３０ クランク角センサ（クランク角検出手段）
Ｑ 吸入空気量（吸気量）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンなどの内燃機関に設けられ、排ガス中のＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収触媒を備えた内燃機関の排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種のＮＯｘ吸収触媒のＮＯｘの吸収量が過大になると、ＮＯｘ吸収触媒のＮＯｘ吸収能力が低下し、大気中に排出されるＮＯｘの量が増加するおそれがある。このため、吸収されたＮＯｘを脱離することによってＮＯｘ吸収触媒の吸収能力を回復させるとともに、脱離したＮＯｘを還元させることが行われており、そのような排ガス浄化装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。以下、このようなＮＯｘの脱離・還元を、ＮＯｘ吸収触媒の再生という。
【０００３】
この排ガス浄化装置では、内燃機関（以下「エンジン」という）の排気系に設けられたＮＯｘ吸収触媒の再生を行うために、以下に述べる処理を実行する。まず、エンジンの運転領域ごとに設定されたＮＯｘ排出量のマップなどに基づいて、この処理の実行周期ごとのＮＯｘ排出量を求め、これを積算した値から、ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘの量を推定する。この推定ＮＯｘ量が、第１所定値よりも大きいときには、運転状態に拘らず、エンジンで燃焼されるガスの空燃比が理論空燃比よりもリッチ側になるように燃料噴射量を制御（以下「リッチスパイク」という）し、それにより、排ガス中に未燃成分を含ませるようにする。これにより、排ガス中の酸素濃度が低下することによってＮＯｘが脱離されるとともに、脱離されたＮＯｘが、排ガス中の未燃成分と反応することによって還元され、ＮＯｘ吸収触媒が再生される。再生の終了後、ＮＯｘ量の積算値をリセットする。
【０００４】
一方、上記推定ＮＯｘ量が、第１所定値以下で、且つ第１所定値よりも小さい第２所定値よりも大きい場合、すなわち、実際のＮＯｘ吸収量が比較的小さい場合には、減速フューエルカット運転が実行されているときにリッチスパイクを実行し、ＮＯｘを還元した後、積算値をリセットする。このときの燃料噴射量は、実際のＮＯｘ吸収量が比較的小さいことと、燃焼を伴わないことから、通常運転時のリッチスパイクに要する噴射量よりも少なくすることができ、ＮＯｘの還元を効率的に行うことができる。
【０００５】
しかし、上述した排ガス浄化装置には、以下のような問題がある。すなわち、この排ガス浄化装置を、ディーゼルエンジンに適用した場合、フューエルカット運転中にリッチスパイクを実行する際、燃料を、例えばピストンが上死点付近にあるときに噴射すると、燃料が自己着火してしまい、トルクが突然、発生することにより、運転性の低下を招くおそれがある。これは、周知のように、ディーゼルエンジンは、気筒内に吸入された吸気を高い圧縮比で圧縮することによって高温にし、この高温状態の吸気に燃料を噴射することによって、自己着火させるものであるためである。このような自己着火を回避しながらリッチスパイクを実行するには、自己着火が生じるおそれがない上死点付近以外のピストンのタイミング、例えば、膨張行程と排気行程の間のタイミングで、燃料を噴射することが考えられる。しかし、その場合には、以下のような問題が発生する。
【０００６】
ピストンが上死点付近にないときには、ピストンがある程度、下降していて、燃焼室に露出するシリンダの壁面の面積が、比較的大きい。このような状態で、リッチスパイクを実行するために、燃焼室内に燃料を噴射すると、壁面の露出面積が大きいため、比較的多量の燃料が壁面に付着する。このように壁面に燃料が付着した状態で、シリンダ内をピストンが摺動すると、付着した燃料の一部が、ピストンリングによって掻き取られることによりクランクシャフト側へ運ばれ、エンジンオイルに混入しやすくなる。このような燃焼を伴わない燃料噴射が繰り返されると、多量の燃料によってエンジンオイルが希釈されてしまい（以下「オイルダイリューション」という）、エンジンオイルの潤滑効果を低下させるおそれがある。また、エンジンオイルに混入した燃料は、ＮＯｘの還元に寄与しないため、その分の燃料が無駄になり、燃費が悪化してしまう。
【０００７】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、ディーゼルエンジンであっても、減速時におけるフューエルカット運転中に、自己着火による運転性の低下を防止するとともに、オイルダイリューションを抑制しながら、ＮＯｘ吸収触媒を再生することができる内燃機関の排ガス浄化装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２０９８２号公報 （第４頁、第２図）
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明は、吸気系（実施形態における（以下、本項において同じ）吸気管４）および排気系（排気管５）を備えるとともに、所定の減速時に燃料の供給を停止するフューエルカットを実行する内燃機関３から排出された排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置１であって、排気系に設けられ、排ガス中のＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収触媒１７と、内燃機関３のクランク角を検出するクランク角検出手段（クランク角センサ３０）と、フューエルカットの実行中に、検出されたクランク角が、圧縮行程と膨張行程の間の上死点付近に位置しているときに、ＮＯｘ吸収触媒１７に吸収されたＮＯｘを還元するために、燃料を還元剤として燃焼室２５内に供給する燃料供給手段（燃料噴射弁６）と、燃料供給手段による燃料の供給中に、燃焼室２５に吸入される吸気量（吸入空気量Ｑ）を低減する吸気量低減手段（スロットル弁１２）と、燃料供給手段による燃料の供給中に、燃焼室２５に吸入される吸気を冷却する吸気冷却手段（ＥＧＲ冷却装置１５）と、を備えていることを特徴とする。
【００１０】
この排ガス浄化装置によれば、ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘの還元を行う場合には、内燃機関の減速時のフューエルカット（以下「減速Ｆ／Ｃ」という）の実行中で、且つ検出されたクランク角が、圧縮行程と膨張行程の間の上死点付近に位置しているときに、燃料が還元剤として燃焼室内に供給される。その際、燃料の供給中に、吸気量低減手段によって吸入される吸気の量が低減させられ、シリンダ内への吸気の充填効率が低下するとともに、吸気冷却手段によって吸気が冷却され、その温度が低下する。このような吸気の充填効率および温度の低下によって、シリンダ内に吸入され、圧縮されたときの吸気の温度が低下する。
【００１１】
このように、上死点付近での圧縮による吸気の温度上昇を抑制することができ、それにより、ディーゼルエンジンであっても、圧縮時の吸気の温度を、自己着火が生じない温度に確実に制御できる。したがって、上死点付近でＮＯｘの還元のための燃料を供給しても、自己着火することがないので、減速Ｆ／Ｃの実行中、トルクが突然、発生するのを防止でき、それに起因する運転性の低下を確実に防止することができる。
【００１２】
また、クランク角が上死点付近に位置するときに燃料を供給するので、ピストンが下降する際、シリンダの壁面に付着した燃料が、ピストンリングによって掻き取られ、クランクシャフト側に運ばれることがほとんどない。それにより、オイルダイリューションを抑制でき、リッチスパイクを実行しても、エンジンオイルの潤滑効果を維持することができるとともに、燃費の悪化を防止することができる。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置１において、排気系と吸気系の間に接続され、排ガスの一部を吸気系に還流するための排ガス還流通路（ＥＧＲ管１４ａ）をさらに備え、吸気冷却手段は、燃料供給手段による燃料の供給中に、排ガス還流通路を通過する排ガスを冷却する排ガス冷却手段（ＥＧＲ冷却装置１５）を有していることを特徴とする。
【００１４】
この排ガス浄化装置によれば、排ガスが、排ガス還流通路を通って排気系から吸気系に還流する際、排ガス冷却手段によって冷却される。この場合の排ガスは、減速Ｆ／Ｃ実行中であって燃焼が行われていないため、通常よりも低温であり、このようなもともと低温の排ガスをさらに冷却する。したがって、吸気の冷却を、確実かつ効果的に行うことができる。また、排ガス冷却手段は、ＥＧＲクーラとして設けられていることが多く、その場合には、既存の装置を利用することができ、格別の機構を付加することなく、還流する排ガスを冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態による排ガス浄化装置について説明する。図１は、本発明の排ガス浄化装置１、およびこれを適用した内燃機関（以下「エンジン」という）３を示しており、エンジン３は、車両（図示せず）に搭載された、例えば４気筒（１つのみ図示）のディーゼルエンジンである。
【００１６】
エンジン３のエンジン本体２０は、シリンダ２１およびクランク室２２などによって構成されており、また、エンジン３のピストン２３とシリンダヘッド２４の間には、燃焼室２５が形成されている。シリンダヘッド２４には、吸気管４（吸気系）および排気管５（排気系）がそれぞれ接続されるとともに、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）６（燃料供給手段）が、燃焼室２５に臨むように取り付けられている。
【００１７】
インジェクタ６は、燃焼室２５の天壁中央部に配置されており、コモンレールを介して高圧ポンプ（いずれも図示せず）に接続されている。燃料タンク（図示せず）の燃料は、後述するＥＣＵ２による制御により、高圧ポンプによって高圧に昇圧された後、コモンレールを介してインジェクタ６に送られ、インジェクタ６によって燃焼室２５に噴射される。インジェクタ６の開弁時間である燃料噴射量および噴射タイミングは、ＥＣＵ２からの駆動信号によって制御される（図２参照）。
【００１８】
また、エンジン３のクランクシャフト２６には、マグネットロータ３０ａが取り付けられている。このマグネットロータ３０ａとＭＲＥピックアップ３０ｂによって、クランク角センサ３０（クランク角検出手段）が構成されている。クランク角センサ３０は、クランクシャフト２６の回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号をＥＣＵ２に出力する。
【００１９】
ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを求める。ＴＤＣ信号は、各気筒のピストン３ａが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、４気筒タイプの本例では、クランク角１８０゜ごとに出力される。
【００２０】
クランク室２２の下部は、オイルパン２７になっており、オイルパン２７には、エンジンオイルＥＯが貯留されている。エンジンオイルＥＯは、エンジン３の運転時、それにより駆動されるオイルポンプ（図示せず）によって、エンジン３の各構成部分に送られ、それらの潤滑作用や冷却作用などを行う。また、エンジンオイルＥＯは、エンジン３の各構成部分に送られた後、戻し通路（図示せず）を介して、オイルパン２７に戻され、エンジン３内を循環する。
【００２１】
ピストン２３には、コンプレッションリング（図示せず）およびオイルリング２３ａが取り付けられている。コンプレッションリングは、シリンダの内周面に密着することによって燃焼室２５を密閉する。また、オイルリング２３ａは、コンプレッションリングにエンジンオイルＥＯを適度に供給するとともに、ピストン２３がシリンダ２１内を摺動する際、シリンダ２１の内周面に付着している余分なエンジンオイルＥＯを掻き取って回収するためのものである。
【００２２】
吸気管４には、過給装置７が設けられており、過給装置７は、ターボチャージャで構成された過給機８と、これに連結されたアクチュエータ９と、ベーン開度制御弁１０を備えている。
【００２３】
過給機８は、吸気管４の途中に設けられた回転自在のコンプレッサブレード８ａと、排気管５の途中に設けられた回転自在のタービンブレード８ｂおよび複数の回動自在の可変ベーン８ｃ（２つのみ図示）と、これらのブレード８ａ，８ｂを一体に連結するシャフト８ｄとを有している。過給機８は、排気管５内の排ガスによってタービンブレード８ｂが回転駆動されるのに伴い、これと一体のコンプレッサブレード８ａも回転駆動されることにより、吸気管４内の吸入空気を加圧する過給動作を行う。
【００２４】
各可変ベーン８ｃは、前記アクチュエータ９に機械的に連結されており、その開度（以下「ベーン開度」という）は、アクチュエータ９を介して制御される。アクチュエータ９は、負圧によって作動するダイアフラム式のものであり、負圧ポンプ（図示せず）に接続されており、その途中に、ベーン開度制御弁１０が設けられている。負圧ポンプは、エンジン３を動力源として作動し、発生した負圧をアクチュエータ９に供給する。ベーン開度制御弁１０は、電磁弁で構成されており、その開度がＥＣＵ２からの駆動信号で制御されることにより、アクチュエータ９に供給される負圧が変化し、それに伴い、可変ベーン８ｃのベーン開度が変化することにより、過給圧が制御される。より具体的には、このベーン開度を閉じ側に変化させると、タービンブレード８ｂに流入する排ガスの流速が大きくなることにより、コンプレッサブレード８ａから下流側に流れる吸入空気量が増大することによって、過給圧が上昇する。
【００２５】
吸気管４の過給機８よりも下流側には、上流側から順に、水冷式のインタークーラ１１およびスロットル弁１２（吸気量低減手段）が、設けられている。インタークーラ１１は、過給装置７の過給動作により吸入空気の温度が上昇したときなどに、吸入空気を冷却するものである。スロットル弁１２には、例えば直流モータで構成されたアクチェータ１２ａが接続されている。スロットル弁１２の開度（以下「スロットル弁開度」という）ＴＨは、アクチェータ１２ａに供給される電流のデューティ比をＥＣＵ２で制御することによって、制御される。
【００２６】
また、吸気管４には、過給機８よりも上流側にエアフローセンサ３１が、インタークーラ１１とスロットル弁１２の間に過給圧センサ３２が、それぞれ設けられている。エアフローセンサ３１は吸入空気量Ｑを検出し、過給圧センサ３２は吸気管４内の過給圧ＰＡＣＴを検出し、それらの検出信号はＥＣＵ２に出力される。
【００２７】
さらに、吸気管４の吸気マニホールド４ａは、その集合部から分岐部にわたって、スワール通路４ｂとバイパス通路４ｃに仕切られており、これらの通路４ｂ，４ｃはそれぞれ、吸気ポートを介して各燃焼室２５に連通している。
【００２８】
バイパス通路４ｃには、燃焼室２５内にスワールを発生させるためのスワール装置１３が設けられている。スワール装置１３は、スワール弁１３ａと、これを開閉するアクチュエータ１３ｂと、スワール制御弁１３ｃを備えている。アクチュエータ１３ｂおよびスワール制御弁１３ｃはそれぞれ、過給装置７のアクチュエータ９およびベーン開度制御弁１０と同様に構成されており、スワール制御弁１３ｃは、前記負圧ポンプに接続されている。以上の構成により、スワール制御弁１３ｃの開度がＥＣＵ２からの駆動信号で制御されることにより、アクチュエータ１３ｂに供給される負圧が変化し、スワール弁１３ａの開度が変化することによって、スワールの強さが制御される。
【００２９】
また、エンジン３には、ＥＧＲ管１４ａ（排ガス還流通路）とＥＧＲ制御弁１４ｂを有するＥＧＲ装置１４が設けられている。ＥＧＲ管１４ａは、吸気管４と排気管５の間に、具体的には、吸気マニホールド４ａの集合部のスワール通路４ｂと排気管５の過給機８よりも上流側とをつなぐように接続されている。このＥＧＲ管１４ａを介して、エンジン３の排ガスの一部が吸気管４にＥＧＲガスとして再循環され、それにより、エンジン３の燃焼室２５内の燃焼温度が低下することで、排ガス中のＮＯｘが減少する。
【００３０】
ＥＧＲ制御弁１４ｂは、ＥＧＲ管１４ａに取り付けられており、リニア電磁弁で構成され、そのバルブリフト量がＥＣＵ２からの駆動信号に応じてリニアに変化する。ＥＣＵ２は、ＥＧＲ制御弁１４ｂのバルブリフト量を制御することにより、ＥＧＲガス量を制御する。
【００３１】
また、ＥＧＲ装置１４にはＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置１５（吸気冷却手段）が設けられており、ＥＧＲ冷却装置１５は、分岐通路１５ａ、ＥＧＲ通路切替弁１５ｂおよびＥＧＲクーラ１５ｃを有している。分岐通路１５ａの一端部は、ＥＧＲ管１４ａのＥＧＲ制御弁１４ｂよりも下流側から分岐するとともに、他端部は、ＥＧＲ管１４ａのさらに下流側に合流している。ＥＧＲ通路切替弁１５ｂは、分岐通路１５ａの分岐部に取り付けられ、ＥＧＲクーラ１５ｃは、分岐通路１５ａに設けられている。また、ＥＧＲ通路切替弁１５ｂは、ＥＣＵ２による制御によって、ＥＧＲ管１４ａのＥＧＲ通路切替弁１５ｂよりも上流側を、その下流側と分岐通路１５ａ側に選択的に切り替えて連通させる。
【００３２】
以上により、ＥＧＲ通路切替弁１５ｂが分岐通路１５ａ側に切り替えられた場合には、ＥＧＲガスは、分岐通路１５ａに通され、ＥＧＲクーラ１５ｃにより冷却された後、吸気管４に還流される。一方、逆側に切り替えられた場合には、ＥＧＲガスは、ＥＧＲ管１４ａのみを介して還流される。
【００３３】
また、排気管５の過給機８よりも下流側には、上流側から順に、酸化触媒１６およびＮＯｘ吸収触媒１７が設けられている。この酸化触媒１６は、排ガス中のＨＣおよびＣＯを酸化し、排ガスを浄化する。ＮＯｘ吸収触媒１７は、排ガス中の酸素濃度が高い場合（酸化雰囲気）には、排ガス中のＮＯｘを吸収し、排ガスを浄化し、また、排ガス中の還元剤により、吸収したＮＯｘを還元するという特性を有する。
【００３４】
さらに、排気管５の過給機８と酸化触媒１６との間には、ＬＡＦセンサ３３が設けられている。ＬＡＦセンサ３３は、リッチ領域からリーン領域までの広範囲な空燃比の領域において排ガス中の酸素濃度ＶＬＡＦをリニアに検出し、その検出信号をＥＣＵ２に出力する。ＥＣＵ２は、ＬＡＦセンサ３３で検出された酸素濃度ＶＬＡＦに基づいて、燃焼室２５を通過した排ガスの実際の空燃比を表す実空燃比ＫＡＣＴを算出する。
【００３５】
さらに、ＥＣＵ２には、アクセル開度センサ３４から、アクセルペダル（図示せず）の操作量（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が出力される。
【００３６】
ＥＣＵ２は、Ｉ／Ｏインターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。前述した各種センサ３０〜３４からの検出信号はそれぞれ、Ｉ／ＯインターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。ＣＰＵは、これらの入力信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに従って、エンジン３の制御を実行する。
【００３７】
次に、上記のエンジン制御について、図３〜図５を参照しながら説明する。図３は、減速Ｆ／Ｃ実行中のリッチスパイク実行条件の判定処理を示すフローチャートであり、本処理は、所定時間（例えば１０ｍｓｅｃ）ごとに実行される。
【００３８】
まず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）では、エンジン３において、減速Ｆ／Ｃが実行されているか否かを判別する。この答がＮＯで、減速Ｆ／Ｃの実行中でなく、通常運転が行われているときには、後述するリッチスパイクの実行条件が成立していないとして、そのことを表すために、実行条件成立フラグＦ＿ＣＡＴＲＥＯＫを「０」にセットし（ステップ８）、本処理を終了する。
【００３９】
一方、上記ステップ１の答がＹＥＳで、減速Ｆ／Ｃの実行中であるときには、ＮＯｘ吸収触媒１７の再生を実行すべきか否かを判別する（ステップ２）。この判別は、例えば、エンジン３の運転状態および運転時間に応じて、ＮＯｘ吸収触媒１７のＮＯｘ吸収量を推定するとともに、推定したＮＯｘ吸収量を、所定値と比較することによって行う。この答がＮＯのときには、再生を実行する必要がないとして、上述したステップ８を実行し、本処理を終了する。
【００４０】
ステップ２の答がＹＥＳで、再生を実行すべきときには、続くステップ３において、ＥＧＲ通路切替弁１５ｂを制御することにより、ＥＧＲガスを、分岐通路１５ａに導入する。それにより、ＥＧＲガスが、分岐通路１５ａに設けたＥＧＲクーラ１５ｃを通過する際、冷却されることにより、その温度が低下する。そして、温度の低下したＥＧＲガスが吸気管４に還流することにより、シリンダ２１内に吸入される吸気が冷却され、その温度が低下する。なお、減速Ｆ／Ｃが実行されていることにより、このときのＥＧＲガスは、燃焼を経たものではないため、通常運転時よりも温度が非常に低いものである。
【００４１】
次いで、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、マップ（図示せず）を検索することによって、目標吸入空気量ＲＥＱＣＭＤを求める（ステップ４）。このマップは、再生の実行時に吸入すべき吸入空気量を定めたものであり、目標吸入空気量ＲＥＱＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰの全領域において、通常運転時用の目標吸入空気量ＮＱＣＭＤよりも小さな値に設定されている。
【００４２】
次いで、求めた目標吸入空気量ＲＥＱＣＭＤに応じ、スロットル弁１２を閉じ側に制御することによって、実際の吸入空気量Ｑを、目標吸入空気量ＲＥＱＣＭＤになるように制御する（ステップ５）。これにより、吸入空気量Ｑが通常運転時よりも低減される。
【００４３】
図４は、圧縮行程から膨張行程までの間における、クランク角と燃焼室２５内のガス温度との関係を示している。同図（ａ）は、通常運転が行われている場合を示しており、これによれば、圧縮行程において燃焼室２５内のガスが圧縮されるのに伴い、ガス温度が上昇し、上死点（ＴＤＣ）付近で最高温になった後、ガスが膨張するのにつれて、ガス温度が低下している。また、同図中のＴは、自己着火が発生する温度を示しており、この場合のガス温度は、上死点の前後において、自己着火温度Ｔを超えている。これに対し、同図（ｂ）は、ステップ３〜５を実行した場合を示しており、これによれば、圧縮行程から膨張行程の全域にわたって、（ａ）のときよりもガス温度が低下しており、それにより、全域にわたって自己着火温度Ｔを上回ることがなく、自己着火は生じない。すなわち、ステップ３の実行により、吸入される吸気の温度が低下するとともに、ステップ４および５の実行により、燃焼室２５に吸入される吸入空気量が減少し、充填効率が低下することによって、上死点付近であっても、ガス温度を、自己着火温度Ｔよりも低い温度に確実に制御できる。
【００４４】
次いで、ステップ６において、エアフローセンサ３１で検出された吸入空気量Ｑが目標吸入空気量ＲＥＱＣＭＤよりも大きいか否かを判別する。この判別は、前記ステップ５において行った制御に対する実際の吸入空気量Ｑの応答遅れを考慮したものである。この答がＹＥＳのときには、実際の吸入空気量Ｑが、目標吸入空気量ＲＥＱＣＭＤまで低下していないとして、前記ステップ８を実行し、本処理を終了する。これにより、吸入空気量Ｑが目標吸入空気量ＲＥＱＣＭＤに達しない状態でリッチスパイクを実行することにより、自己着火が誤って発生するのを防止できる。
【００４５】
ステップ６の答がＮＯで、吸入空気量Ｑが目標吸入空気量ＲＥＱＣＭＤまで減少したときには、自己着火のおそれがなく、リッチスパイクの実行条件が成立したとして、そのことを表すために、実行条件成立フラグＦ＿ＣＡＴＲＥＯＫを、「１」にセットし（ステップ７）、本処理を終了する。
【００４６】
図５は、減速Ｆ／Ｃ実行中の燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。本処理は、ＴＤＣ信号に同期して、割り込み実行される。まず、ステップ１１では、実行条件成立フラグＦ＿ＣＡＴＲＥＯＫが、「１」であるか否かを判別する。この答がＹＥＳで、リッチスパイクの実行条件が成立しているときには、排ガスの実空燃比ＫＡＣＴが目標空燃比になるように、燃料噴射量をフィードバック制御する。また、このときの燃料の噴射タイミングは、圧縮行程と膨張行程の間の上死点付近に設定される。これにより、上死点付近において、燃料が還元剤としてインジェクタ６から噴射される（ステップ１２）。そして、噴射された燃料が燃焼されない状態でＮＯｘ吸収触媒１７に供給されることによって、吸収されているＮＯｘが、排ガス中の燃料と反応することによって還元され、ＮＯｘ吸収触媒１７が再生する。
【００４７】
一方、前記ステップ１１の答がＮＯで、リッチスパイクの実行条件が成立していないときには、そのまま本処理を終了し、減速Ｆ／Ｃが続行される。
【００４８】
以上のように、本実施形態の排ガス浄化装置によれば、減速Ｆ／Ｃの実行中、ＮＯｘ吸収触媒１７の再生を行う際に、ＥＧＲ管１４ａを通って還流するＥＧＲガスを、ＥＧＲ冷却装置１５のＥＧＲクーラ１５ｃによって冷却する（ステップ３）。また、これと併行して、スロットル弁１２の制御により、吸入空気量Ｑを低減し（ステップ５）、吸気の充填効率を低下させる。このように、ＥＧＲガスの冷却、および吸入空気量Ｑの低減による充填効率の低下を組み合わせることにより、圧縮時のガス温度を、自己着火温度Ｔよりも低い温度に確実に制御できる。したがって、ＮＯｘ吸収触媒１７を再生するためのリッチスパイクを、圧縮行程と膨張行程の間の上死点付近で行っても、自己着火を確実に防止でき、減速Ｆ／Ｃの実行中にトルクが突然、発生するのを防止でき、それに起因する運転性の低下を確実に防止することができる。
【００４９】
また、クランク角が圧縮行程と膨張行程の間の上死点付近に位置するときに、燃料を噴射するので、シリンダ２１の壁面に燃料が付着することがほとんどない。したがって、ピストン２３が下降する際、燃料が、オイルリング２３ａによってエンジンオイルＥＯとともに掻き取られ、クランクシャフト２６側に運ばれることがほとんどない。したがって、オイルダイリューションを抑制でき、リッチスパイクを実行しても、エンジンオイルの潤滑効果を維持することができるとともに、燃費の悪化を防止することができる。
【００５０】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、リッチスパイクを実行する際の吸気量の低減手段として、スロットル弁１２を用いているが、これに代えて、あるいはこれとともに他の手段を用いてもよい。例えば、（１）スワール弁１３を閉じ側に制御すること、（２）ベーン開度制御弁１０を開側に制御することにより、過給圧ＰＡＣＴを低下させること、（３）ＥＧＲ制御弁１５を開側に制御することにより、ＥＧＲガス量を増大させることのいずれか、または複数のものを組み合わせて実行してもよい。また、吸気冷却手段として、実施形態では、ＥＧＲクーラ１５ｃを用いているが、これに代えてインタークーラ１１を用いてもよい。
【００５１】
さらに、本発明は、車両に搭載されたディーゼルエンジンに限らず、クランク軸が鉛直方向に配置された船外機などのような船舶推進機用エンジンを含む、様々な産業用の内燃機関に適用できることはもちろんである。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の排ガス浄化装置およびこれを適用した内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】排ガス浄化装置の一部を示す図である。
【図３】リッチスパイクの実行条件判定処理を示すフローチャートである。
【図４】（ａ）通常時および（ｂ）吸入空気量の低減およびＥＧＲガスの冷却を行ったときのクランク角に対するガス温度の変化を、それぞれ示す図である。
【図５】減速Ｆ／Ｃ実行中の燃料噴射制御処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５３】
１ 排ガス浄化装置
３ 内燃機関（エンジン）
４ 吸気管（吸気系）
５ 排気管（排気系）
６ 燃料噴射弁（燃料供給手段）
１２ スロットル弁（吸気量低減手段）
１４ａ ＥＧＲ管（排ガス還流通路）
１５ ＥＧＲ冷却装置（吸気冷却手段）
１７ ＮＯｘ吸収触媒
３０ クランク角センサ（クランク角検出手段）
Ｑ 吸入空気量（吸気量）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気系および排気系を備えるとともに、所定の減速時に燃料の供給を停止するフューエルカットを実行する内燃機関から排出された排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置であって、
前記排気系に設けられ、排ガス中のＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収触媒と、
前記内燃機関のクランク角を検出するクランク角検出手段と、
前記フューエルカットの実行中に、前記検出されたクランク角が、圧縮行程と膨張行程の間の上死点付近に位置しているときに、前記ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘを還元するために、燃料を還元剤として燃焼室内に供給する燃料供給手段と、
当該燃料供給手段による燃料の供給中に、前記燃焼室に吸入される吸気量を低減する吸気量低減手段と、
前記燃料供給手段による燃料の供給中に、前記燃焼室に吸入される吸気を冷却する吸気冷却手段と、
を備えていることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記排気系と前記吸気系の間に接続され、排ガスの一部を前記吸気系に還流するための排ガス還流通路をさらに備え、
前記吸気冷却手段は、前記燃料供給手段による燃料の供給中に、前記排ガス還流通路を通過する排ガスを冷却するための排ガス冷却手段を有していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項１】
吸気系および排気系を備えるとともに、所定の減速時に燃料の供給を停止するフューエルカットを実行する内燃機関から排出された排ガスを浄化する内燃機関の排ガス浄化装置であって、
前記排気系に設けられ、排ガス中のＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収触媒と、
前記内燃機関のクランク角を検出するクランク角検出手段と、
前記フューエルカットの実行中に、前記検出されたクランク角が、圧縮行程と膨張行程の間の上死点付近に位置しているときに、前記ＮＯｘ吸収触媒に吸収されたＮＯｘを還元するために、燃料を還元剤として燃焼室内に供給する燃料供給手段と、
当該燃料供給手段による燃料の供給中に、前記燃焼室に吸入される吸気量を低減する吸気量低減手段と、
前記燃料供給手段による燃料の供給中に、前記燃焼室に吸入される吸気を冷却する吸気冷却手段と、
を備えていることを特徴とする内燃機関の排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記排気系と前記吸気系の間に接続され、排ガスの一部を前記吸気系に還流するための排ガス還流通路をさらに備え、
前記吸気冷却手段は、前記燃料供給手段による燃料の供給中に、前記排ガス還流通路を通過する排ガスを冷却するための排ガス冷却手段を有していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排ガス浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−９６３８（Ｐ２００６−９６３８Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１８６０２４（Ｐ２００４−１８６０２４）
【出願日】平成１６年６月２４日（２００４．６．２４）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２４日（２００４．６．２４）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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