内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法
【課題】内燃機関において、触媒を用いる後処理システムとＥＧＲシステムの両方を含めたＮＯｘ浄化システムの中で、単純なロジックかつ低コストで、触媒のＮＯｘ浄化率とＥＧＲによるＮＯｘ抑制効果を総合的に考慮して、最適なＥＧＲガス量でＥＧＲして、全体として高いＮＯｘ低減性能を発揮する内燃機関及びその制御方法を提供する。
【解決手段】排気通路に配置され、触媒を用いた排気ガス浄化装置と、ＥＧＲを制御する制御装置を備えた内燃機関において、内燃機関の始動直後で触媒温度Ｔｃが、予め設定した第１温度Ｔ１以下の第１温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を減少させ、触媒温度が、第１温度Ｔ１より高い予め設定した第２温度以下の第２温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を維持し、触媒温度Ｔｃが、第２温度Ｔ２より高い第３温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を増加させる。
【解決手段】排気通路に配置され、触媒を用いた排気ガス浄化装置と、ＥＧＲを制御する制御装置を備えた内燃機関において、内燃機関の始動直後で触媒温度Ｔｃが、予め設定した第１温度Ｔ１以下の第１温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を減少させ、触媒温度が、第１温度Ｔ１より高い予め設定した第２温度以下の第２温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を維持し、触媒温度Ｔｃが、第２温度Ｔ２より高い第３温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を増加させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単純なロジックかつ低コストで、後処理システムの触媒のＮＯｘ浄化率とＥＧＲによるＮＯｘ浄化率を総合的に考慮して、最適なＥＧＲガス量でＥＧＲして、全体として高いＮＯｘ低減性能を発揮することができる内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載されるディーゼル機関等の内燃機関においては、ＮＯｘに関する排ガス規制を満足するための処理装置として、選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）に代表されるＮＯｘ浄化触媒（ＤｅＮＯｘ触媒）が一般的に使用されてきている。しかしながら、このＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ低減効果は、触媒の温度の影響を大きく受けるため、内燃機関の始動直後の低温状態においては、ＮＯｘ低減効果が十分に得られないという問題がある。
【０００３】
一方、ＮＯｘを低減する方策として排気ガスを循環させて、筒内の酸素濃度を減少させ燃焼を緩慢にしてＮＯｘを低減させるＥＧＲ（排気再循環：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）が知られている。このＥＧＲでは、ＥＧＲ通路を排気通路から吸気通路に接続して、このＥＧＲ通路に設けたＥＧＲバルブでＥＧＲガス量を調整する外部ＥＧＲが採用されてきたが、この外部ＥＧＲとは別の内部ＥＧＲという方法があり、近年研究が進められ、導入が検討されている。
【０００４】
この内部ＥＧＲのひとつである排気バルブ再開弁（２ＥＶＯ：２ｎｄ Ｅｘｈａｕｓｔ Ｖａｌｖｅ Ｏｐｅｎｉｎｇ）を用いる方法では、可変動弁系を用いて、排気弁自体を再開弁させることで、又は、排気バルブとは別に設けた第２の排気弁である再開弁を吸気バルブ開弁中に再開弁させることで、筒内（シリンダ内）に排気ガスを残留させている。この排気バルブ再開弁のバルブプロファイルの一例を図２に示す。
【０００５】
これに関連して、触媒が不活性状態にあるときに、可変動弁機構の動作を変更して残留ガス量（内部ＥＧＲ量）を増加させて、燃焼室の空燃比をよりリッチ側に設定して排気ガス中の一酸化炭素ガスを増加させて触媒の酸化促進を行うことで、触媒の温度を上昇させる圧縮自着火運転可能なエンジンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、外部ＥＧＲでも内部ＥＧＲでも、ＥＧＲではＮＯｘを低減させるために、筒内の酸素濃度を減少させ燃焼を緩慢にするので、筒内の燃焼温度が低下してしまう。その結果、排気通路に設けた触媒が暖機されていない状態でＥＧＲを用いると触媒の昇温が遅れてしまうという問題がある。そのため、ＥＧＲと触媒を用いた後処理システムを併用する場合には、触媒の暖機が十分でない状態で、多量の排気ガスを再循環させるＥＧＲを行うと、触媒の昇温が遅れ、結果としてＮＯｘ排出量が増加してしまう。
【０００７】
従って、最適なＥＧＲ率は、内燃機関のエンジン回転速度や負荷条件だけでなく、これらに加えて、触媒の温度も考慮して決める必要があり、更なる低エミッションと燃費向上を同時に達成するためには、後処理システムの触媒の温度の状態を含めた制御ロジックを作成する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２５７３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関において、触媒を担持した排気ガス処理装置を用いる後処理システムとＥＧＲシステムの両方を含めたＮＯｘ浄化システムの中で、単純なロジックかつ低コストで、後処理システムの触媒のＮＯｘ浄化率とＥＧＲによるＮＯｘ抑制効果を総合的に考慮して、最適なＥＧＲガス量でＥＧＲして、全体として高いＮＯｘ低減効果を発揮することができる内燃機関及びその制御方法を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の更なる目的は、内燃機関の後処理システムの触媒の温度が低い状態であってもＮＯｘの大量排出を防ぎながら触媒を迅速に昇温でき、しかも、高回転、高負荷の際には触媒の過度の昇温を防ぎながら、ＥＧＲによる高いＮＯｘ抑制効果を維持することができる内燃機関及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、排気通路に配置され、触媒を用いた排気ガス浄化装置と、ＥＧＲを制御する制御装置を備えた内燃機関において、前記制御装置が、内燃機関の始動直後で触媒温度が、予め設定した第１温度以下の第１温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を減少させる補正を行い、前記触媒温度が、前記第１温度より高い予め設定した第２温度以下の第２温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を維持し、前記触媒温度が、前記第２温度より高い第３温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を増加させる補正を行う制御をするように構成される。つまり、後処理システムである排気ガス浄化装置の触媒の温度に着目し、この触媒の温度を考慮して、ＥＧＲ量を制御する。
【００１２】
この構成によれば、内燃機関と後処理システムの両方を含めた系の中で、単純なロジックかつ低コストで、内燃機関の後処理システムの触媒のＮＯｘ浄化率とＥＧＲによるＮＯｘ抑制効果を総合的に考慮して、最適なＥＧＲガス量でＥＧＲできて、全体として高いＮＯｘ低減効果を発揮することができる。
【００１３】
また、この構成によれば、触媒温度が第１温度域で、触媒が冷間状態にある場合は、目標ＥＧＲガス量を減少させて筒内の燃焼温度の低下を回避することができ、触媒温度を触媒によるＮＯｘ浄化性能が低い温度からＮＯｘ浄化性能が高くＮＯｘ浄化が効率良く行える活性化温度以上に、迅速に昇温させることができる。
【００１４】
また、触媒温度が第２温度域で、触媒が最高浄化率を得ることができる状態にある場合は、目標ＥＧＲガス量を維持して最適なＥＧＲ率とし、筒内の燃焼温度を最適に維持しながら、ＥＧＲによるＮＯｘ抑制効果と触媒の高いＮＯｘ浄化性能により、高いＮＯｘ低減効果を発揮することができる。
【００１５】
更に、触媒温度が第３温度域で、触媒が過度に暖機されている状態にある場合は、触媒温度が上昇し過ぎてＮＯｘ浄化性能は低下しているので、内燃機関の筒内燃焼でＮＯｘの発生を抑制する。つまり、多量のＥＧＲガス量でＥＧＲを行えるように制御することで、ＮＯｘを低減することができる。更に、多量のＥＧＲガス量によるＥＧＲで、筒内燃焼の温度を低下することができ、触媒を通過する排気ガスの温度を低下させることができるので、触媒温度の過度な上昇を抑制することができる。
【００１６】
また、上記の内燃機関において、前記制御装置が、前記触媒温度が前記第１温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量の補正によるＥＧＲガス量の減少を外部ＥＧＲのＥＧＲガス量の減少で行うように制御すると、内部ＥＧＲに影響を及ぼさないので、ＥＧＲ制御を単純化できる。
【００１７】
通常、ＥＧＲは、目標ＥＧＲガス量に対して外部ＥＧＲと内部ＥＧＲを同時に制御して行うので、言い換えれば、外部ＥＧＲのＥＧＲ弁のバルブ開度は、内部ＥＧＲ率を加味した協調制御とするので、内燃機関の各運転条件、並びに触媒温度条件で外部ＥＧＲと内部ＥＧＲによって細かくＥＧＲ率を制御することになる。そのため、一般的にはＥＧＲ制御は複雑化する。
【００１８】
しかし、前記目標ＥＧＲガス量の補正によるＥＧＲガス量の減少を外部ＥＧＲのＥＧＲガス量の減少で行うことにより、触媒昇温時間短縮のため触媒低温時にはＥＧＲ率を減少させる際に、内部ＥＧＲ量はそのままにして外部ＥＧＲ量を減少させて、制御の複雑化を抑制することができる。但し、ＥＧＲ率の減少率はＮＯｘが大量に排出されない程度とする。
【００１９】
また、上記の内燃機関において、前記制御装置が、前記触媒温度が前記第２温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量を外部ＥＧＲと内部ＥＧＲに振り分けてＥＧＲ制御すると、よりきめ細かいＥＧＲ制御を行うことができる。
【００２０】
この内部ＥＧＲのメリットとしては、排気バルブ直下の排気ポートのガスを直接筒内に戻すため、外部ＥＧＲのようなＥＧＲ流路の長さ分による応答遅れがないというメリットがある。そのため、内部ＥＧＲと外部ＥＧＲを用いるとより細かい制御が可能になる。一方、内部ＥＧＲは、吸気と排気のバルブの開弁時期をオーバーラップさせる、あるいは、吸気中に排気バルブを際開弁させることで行うため、大量のＥＧＲガスを筒内に戻すことは不可能である。そのため、多量のＥＧＲガスを還流することができる外部ＥＧＲとの組み合わせでＥＧＲする。
【００２１】
また、上記の内燃機関において、前記制御装置が、前記触媒温度が前記第３温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量を増加させる際に、排気ガス中の空気過剰率がスモーク発生防止のための予め設定した判定用空気過剰率よりも小さくなった時には、前記目標ＥＧＲガス量の増加量の減少又は前記目標ＥＧＲガス量の増加の停止を行うように制御すると、スモークの発生を防止することができる。
【００２２】
つまり、空気過剰率が減少すると筒内（シリンダ内）の酸素量が不足し、不完全燃焼が起こり、スモークが生成される。特に触媒温度が高温との条件で、多量のＥＧＲを行う場合には、不活性ガスである排気ガスを還流させることにより、筒内の酸素濃度が低下し、ＥＧＲの量によってはスモークが急激に発生する可能性がある。空気過剰率をモニターしてＥＧＲガス量の増加に歯止めを掛けることにより、このスモークの発生を回避することができる。
【００２３】
そして、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関のＥＧＲ方法は、排気通路に配置された排気ガス浄化装置で、触媒を用いて排気ガス中のＮＯｘを低減すると共に、ＥＧＲを行ってＮＯｘを低減する内燃機関のＥＧＲ制御方法において、内燃機関の始動直後で触媒温度が予め設定した第１温度以下の第１温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を減少させる補正を行い、前記触媒温度が、前記第１温度より高い予め設定した第２温度以下の第２温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量を維持し、前記触媒温度が、前記第２温度より高い第３温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量を増加させる補正を行うことを特徴とする方法である。
【００２４】
また、上記の内燃機関のＥＧＲ方法において、前記触媒温度が前記第１温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量の補正によるＥＧＲガス量の減少を外部ＥＧＲのＥＧＲガス量の減少で行う。
【００２５】
また、上記の内燃機関のＥＧＲ方法において、前記触媒温度が前記第２温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量を外部ＥＧＲと内部ＥＧＲに振り分けてＥＧＲする。
【００２６】
また、上記の内燃機関のＥＧＲ方法において、前記触媒温度が前記第３温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量を増加させる際に、排気ガス中の空気過剰率がスモーク発生防止のための予め設定した判定用空気過剰率よりも小さくなった時には、前記目標ＥＧＲガス量の増加量の減少又は前記目標ＥＧＲガス量の増加の停止を行う。
【００２７】
これらの方法によれば、上記の内燃機関の作用効果と同様の効果を発揮することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法によれば、内燃機関において、触媒を担持した排気ガス処理装置を用いる後処理システムとＥＧＲシステムの両方を含めたＮＯｘ浄化システムの中で、単純なロジックかつ低コストで、後処理システムの触媒のＮＯｘ浄化率とＥＧＲによるＮＯｘ抑制効果を総合的に考慮して、最適なＥＧＲガス量でＥＧＲして、全体として高いＮＯｘ低減効果を発揮することができる。
【００２９】
更には、触媒温度の温度域別に、ＥＧＲガス量を最適化することで、内燃機関の後処理システムの触媒の温度が低い状態であってもＮＯｘの大量排出を防ぎながら触媒を迅速に昇温でき、しかも、高回転、高負荷の際には触媒の過度の昇温を防ぎながら、高いＮＯｘ低減効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る実施の形態の内燃機関のＥＧＲ方法を実施するための制御フローの一例を示す図である。
【図２】内部ＥＧＲにおける排気バルブ再開弁のバルブプロファイルを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明に係る内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法について説明する。本発明に係る内燃機関は、排気通路に配置され、触媒を用いた排気ガス浄化装置と、ＥＧＲを制御する制御装置を備えて構成される。この排気ガス浄化装置に温度センサを設置して触媒温度Ｔｃを計測し、あるいは、排気ガス浄化装置の前後等に設けた排気ガスの温度センサで計測した排気ガスの温度から触媒温度Ｔｃを推定し、触媒の温度状態を監視する。
【００３２】
本発明に係る実施の形態の内燃機関におけるＥＧＲシステムは、ＥＧＲ通路を排気通路から吸気通路に接続して、このＥＧＲ通路に設けたＥＧＲバルブでＥＧＲガス量を調整する外部ＥＧＲと、内燃機関の可変動弁系を用いて、排気弁自体を再開弁させることで、又は、排気バルブとは別に設けた第２の排気弁である再開弁を吸気バルブ開弁中に再開弁させることで、筒内（シリンダ内）に排気ガスを残留させる内部ＥＧＲとを備えて構成される。
【００３３】
この制御装置は、内燃機関のＥＧＲ方法において、内燃機関の運転状態に基づいて設定される目標ＥＧＲガス量を、触媒の温度に応じて補正する制御をする。この制御は、図１に例示されるような制御フローに従って行うことができる。
【００３４】
この図１の制御フローは、ＥＧＲを行う場合に、内燃機関のエンジン回転速度や負荷条件によって検出される内燃機関の運転状態に基づいて目標ＥＧＲガス量を設定した後に呼ばれて、触媒の温度に応じて補正する制御を実施する制御フローであり、この図１の制御フローが終了すると、リターンして上位の制御フローに戻り、制御装置は、この補正された目標ＥＧＲガス量に基づいて、ＥＧＲバルブの弁開度と排気バルブ再開弁のリフト量を設定して、これらを制御してＥＧＲを行う。
【００３５】
なお、このＥＧＲバルブの弁開度と排気バルブ再開弁のリフト量に関係する目標ＥＧＲガス量の補正量の設定方法は、実験等で予め設定した値をマップデータとして制御装置に記憶させておいて、このマップデータを参照して設定する方法でも、筒内の状態量から物理式を用いて、目標ＥＧＲ率となるリフト量を算出して設定する方法でもよい。
【００３６】
図１の制御フローが上位の制御フローから呼ばれてスタートすると、ステップＳ１１で、触媒温度Ｔｃをチェックして、触媒温度Ｔｃが、第１温度Ｔ１より低いか、否かを判定する。また、第１温度Ｔ１は実験などにより予め設定される値であり、触媒の種類にもよるが、例えば、１５０℃程度に設定される。
【００３７】
このステップＳ１１の触媒温度Ｔｃのチェックで、触媒温度Ｔｃが、第１温度Ｔ１より低い場合には（ＹＥＳ）、内燃機関の始動直後で触媒温度Ｔｃが、予め設定した第１温度Ｔ１以下の第１温度域にあるとして、ステップＳ１４に行き、目標ＥＧＲガス量を減少させる補正を行う。この場合に内部ＥＧＲは、従来の目標リフト量よりも小さいリフト量で排気バルブ再開弁が行われる。
【００３８】
つまり、この触媒温度Ｔｃが第１温度域で、触媒が冷間状態にある場合は、排気バルブ再開弁のリフト量に関して、燃焼温度を上昇させるリフト量を選択する等して、ＥＧＲガス量を少なくして筒内の燃焼温度の低下を回避する。これにより、触媒温度Ｔｃを触媒によるＮＯｘ浄化性能が低い温度からＮＯｘ浄化性能が高くＮＯｘ浄化が効率良く行える活性化温度以上に、迅速に昇温させる。
【００３９】
また、ステップＳ１１の触媒温度Ｔｃのチェックで、触媒温度Ｔｃが、第１温度Ｔ１以上の場合には（ＮＯ）には、ステップＳ１２に行き、触媒温度Ｔｃをチェックして、触媒温度Ｔｃが、第２温度Ｔｃより低いか、否かを判定する。この第２温度Ｔ２は、第１温度Ｔ１より高い値で、予め設定した値であり、触媒の種類にもよるが、例えば、２５０℃程度に設定される。
【００４０】
このステップＳ１２の触媒温度Ｔｃのチェックで触媒温度Ｔｃが第２温度以下で、第１温度域より高い第２温度域にある場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１５に行き、目標ＥＧＲガス量を補正せずに、そのまま維持する。この場合には、目標ＥＧＲガス量を外部ＥＧＲガス量と内部ＥＧＲガス量に振り分けてＥＧＲを行う。この場合に内部ＥＧＲは、従来のリフト量と同じリフト量で排気バルブ再開弁が行われる。
【００４１】
つまり、触媒温度Ｔｃが第２温度域で、触媒が最高浄化率が得られる状態にある場合は、ＥＧＲガス量を外部ＥＧＲにおけるＥＧＲガス量と内部ＥＧＲによるＥＧＲガス量とに振り分けて、外部ＥＧＲのＥＧＲバルブの弁開度と内部ＥＧＲの排気バルブ再開弁のリフト量を制御することで、最適なＥＧＲ率とし、筒内の燃焼温度を最適に維持しながら、ＥＧＲによるＮＯｘ抑制効果と触媒の高いＮＯｘ浄化性能により、高いＮＯｘ低減性能を維持する。
【００４２】
このステップＳ１２の触媒温度Ｔｃのチェックで触媒温度Ｔｃが第２温度よりも高く、第２温度域より高い第３温度域にある場合には（ＮＯ）、ステップＳ１３に行き、排気ガス中の空燃比λをチェックし、空燃比λがスモーク発生防止のための予め設定した判定用空気過剰率λｃよりも小さくなった場合には、ステップＳ１６、目標ＥＧＲガス量を減少させる補正を行う。この場合に内部ＥＧＲは、従来の目標リフト量よりも小さいリフト量で排気バルブ再開弁が行われる。
【００４３】
ステップＳ１３の排気ガス中の空燃比λのチェックで、空燃比λが判定用空気過剰率λｃより大きい場合には、ステップＳ１７で、目標ＥＧＲガス量を増加させる補正を行う。この場合に内部ＥＧＲは、従来の目標リフト量よりも大きなリフト量で排気バルブ再開弁が行われる。この判定用空気過剰率λｃは、予め実験などによって設定される値であり、例えば、１．２等であるが、エンジンに運転状態によって変化する値であり、ステップＳ１３の判定の前に、エンジンの運転状態とマップデータを比較して算出される。
【００４４】
つまり、触媒温度Ｔｃが第３温度域で、触媒が過度に暖機されている状態にある場合は、触媒温度Ｔｃが上昇し過ぎてＮＯｘ浄化性能は低下しているので、多量のＥＧＲガス量でＥＧＲを行えるように外部ＥＧＲのＥＧＲバルブの弁開度と内部ＥＧＲの排気バルブ再開弁のリフト量を制御することで、内燃機関の筒内燃焼でＮＯｘの発生を抑制して、ＮＯｘを低減する。更に、多量のＥＧＲガス量によるＥＧＲで、筒内燃焼の温度を低下させて、触媒を通過する排気ガスの温度を低下させる。これにより、触媒温度Ｔｃの上昇を抑制する。
【００４５】
上記のように、触媒温度Ｔｃの場合分けにより、ステップＳ１４〜Ｓ１７のいずれかのステップを実施したのち、リターンして、上位の制御フローに戻り、この図１の制御フローで補正された目標ＥＧＲガス量で、ＥＧＲを行う。そして、上位の制御フローと図１の制御フローを繰り返しながら、内燃機関の運転状態に基づく目標ＥＧＲガス量の設定、この設定された目標ＥＧＲガス量の触媒の温度に応じた補正、補正された目標ＥＧＲガス量でのＥＧＲの実施を繰り返して、内燃機関の運転停止と共に、図１の制御フローは上位の制御フローと共に停止する。
【００４６】
この制御により、排気通路に配置された排気ガス浄化装置で、触媒を用いて排気ガス中のＮＯｘを低減すると共に、ＥＧＲを行ってＮＯｘを低減する内燃機関のＥＧＲ制御方法において、前記触媒の温度に応じて、内燃機関の運転状態に基づいて設定される目標ＥＧＲガス量を補正して、ＥＧＲを行うことができ、更に、内燃機関の始動直後で触媒温度Ｔｃが予め設定した第１温度Ｔ１以下の第１温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を減少させる補正を行い、触媒温度Ｔｃが、第１温度Ｔ１より高い予め設定した第２温度Ｔ２以下の第２温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を維持し、外部ＥＧＲガス量と内部ＥＧＲガス量に振り分けてＥＧＲを行い、触媒温度Ｔｃが、第２温度Ｔ２より高い第３温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を増加させる補正を行うことができる。
【００４７】
なお、実際の現象を考えるとＮＯｘ浄化触媒を用いた排気ガス浄化装置には熱容量が存在するため、一度昇温されると、触媒温度が低下することは少なく、触媒温度が第１温度域〜第３温度域の間で頻繁に移動を繰り返すことは考え難いので、制御が煩雑に変化することはない。
【００４８】
以上のように、本発明では、後処理システムの排気ガス浄化装置の触媒温度Ｔｃに着目し、この触媒の温度を考慮して、制御装置では、触媒の温度に応じて目標ＥＧＲ量を補正して、外部ＥＧＲのＥＧＲバルブの弁開度と、内部ＥＧＲの排気バルブ再開弁のリフト量を制御する。また、触媒温度Ｔｃに応じてＥＧＲ制御することで、エンジン始動直後の触媒が冷間状態であれば、ＮＯｘが大量に排出されてしまわない程度に目標ＥＧＲ率を低下させて、触媒温度Ｔｃの昇温に適したＥＧＲを行うことができる。
【００４９】
上記の内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法によれば、ＥＧＲシステムと後処理システムの両方を含めた系の中で、単純なロジックかつ低コストで、冷間始動時の触媒の昇温期間を短縮させることができると共に、後処理システムの触媒のＮＯｘ浄化性能とＥＧＲによるＮＯｘ抑制効果を総合的に考慮して、最適なＥＧＲガス量でＥＧＲできて、全体として高いＮＯｘ低減性能を発揮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法によれば、触媒を担持した排気ガス処理装置を用いる後処理システムとＥＧＲシステムの両方を含めたＮＯｘ浄化システムの中で、単純なロジックかつ低コストで、後処理システムの触媒のＮＯｘ浄化率とＥＧＲによるＮＯｘ抑制効果を総合的に考慮して、最適なＥＧＲガス量でＥＧＲして、全体として高いＮＯｘ低減性能を発揮することができるので、車両搭載のディーゼル機関等の内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法として利用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
Ｔ１ 第１温度
Ｔ２ 第２温度
Ｔｃ 触媒温度
λ 空気過剰率
λｃ 判定用空気過剰率
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単純なロジックかつ低コストで、後処理システムの触媒のＮＯｘ浄化率とＥＧＲによるＮＯｘ浄化率を総合的に考慮して、最適なＥＧＲガス量でＥＧＲして、全体として高いＮＯｘ低減性能を発揮することができる内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載されるディーゼル機関等の内燃機関においては、ＮＯｘに関する排ガス規制を満足するための処理装置として、選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）に代表されるＮＯｘ浄化触媒（ＤｅＮＯｘ触媒）が一般的に使用されてきている。しかしながら、このＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ低減効果は、触媒の温度の影響を大きく受けるため、内燃機関の始動直後の低温状態においては、ＮＯｘ低減効果が十分に得られないという問題がある。
【０００３】
一方、ＮＯｘを低減する方策として排気ガスを循環させて、筒内の酸素濃度を減少させ燃焼を緩慢にしてＮＯｘを低減させるＥＧＲ（排気再循環：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）が知られている。このＥＧＲでは、ＥＧＲ通路を排気通路から吸気通路に接続して、このＥＧＲ通路に設けたＥＧＲバルブでＥＧＲガス量を調整する外部ＥＧＲが採用されてきたが、この外部ＥＧＲとは別の内部ＥＧＲという方法があり、近年研究が進められ、導入が検討されている。
【０００４】
この内部ＥＧＲのひとつである排気バルブ再開弁（２ＥＶＯ：２ｎｄ Ｅｘｈａｕｓｔ Ｖａｌｖｅ Ｏｐｅｎｉｎｇ）を用いる方法では、可変動弁系を用いて、排気弁自体を再開弁させることで、又は、排気バルブとは別に設けた第２の排気弁である再開弁を吸気バルブ開弁中に再開弁させることで、筒内（シリンダ内）に排気ガスを残留させている。この排気バルブ再開弁のバルブプロファイルの一例を図２に示す。
【０００５】
これに関連して、触媒が不活性状態にあるときに、可変動弁機構の動作を変更して残留ガス量（内部ＥＧＲ量）を増加させて、燃焼室の空燃比をよりリッチ側に設定して排気ガス中の一酸化炭素ガスを増加させて触媒の酸化促進を行うことで、触媒の温度を上昇させる圧縮自着火運転可能なエンジンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
しかしながら、外部ＥＧＲでも内部ＥＧＲでも、ＥＧＲではＮＯｘを低減させるために、筒内の酸素濃度を減少させ燃焼を緩慢にするので、筒内の燃焼温度が低下してしまう。その結果、排気通路に設けた触媒が暖機されていない状態でＥＧＲを用いると触媒の昇温が遅れてしまうという問題がある。そのため、ＥＧＲと触媒を用いた後処理システムを併用する場合には、触媒の暖機が十分でない状態で、多量の排気ガスを再循環させるＥＧＲを行うと、触媒の昇温が遅れ、結果としてＮＯｘ排出量が増加してしまう。
【０００７】
従って、最適なＥＧＲ率は、内燃機関のエンジン回転速度や負荷条件だけでなく、これらに加えて、触媒の温度も考慮して決める必要があり、更なる低エミッションと燃費向上を同時に達成するためには、後処理システムの触媒の温度の状態を含めた制御ロジックを作成する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２５７３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関において、触媒を担持した排気ガス処理装置を用いる後処理システムとＥＧＲシステムの両方を含めたＮＯｘ浄化システムの中で、単純なロジックかつ低コストで、後処理システムの触媒のＮＯｘ浄化率とＥＧＲによるＮＯｘ抑制効果を総合的に考慮して、最適なＥＧＲガス量でＥＧＲして、全体として高いＮＯｘ低減効果を発揮することができる内燃機関及びその制御方法を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の更なる目的は、内燃機関の後処理システムの触媒の温度が低い状態であってもＮＯｘの大量排出を防ぎながら触媒を迅速に昇温でき、しかも、高回転、高負荷の際には触媒の過度の昇温を防ぎながら、ＥＧＲによる高いＮＯｘ抑制効果を維持することができる内燃機関及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、排気通路に配置され、触媒を用いた排気ガス浄化装置と、ＥＧＲを制御する制御装置を備えた内燃機関において、前記制御装置が、内燃機関の始動直後で触媒温度が、予め設定した第１温度以下の第１温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を減少させる補正を行い、前記触媒温度が、前記第１温度より高い予め設定した第２温度以下の第２温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を維持し、前記触媒温度が、前記第２温度より高い第３温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を増加させる補正を行う制御をするように構成される。つまり、後処理システムである排気ガス浄化装置の触媒の温度に着目し、この触媒の温度を考慮して、ＥＧＲ量を制御する。
【００１２】
この構成によれば、内燃機関と後処理システムの両方を含めた系の中で、単純なロジックかつ低コストで、内燃機関の後処理システムの触媒のＮＯｘ浄化率とＥＧＲによるＮＯｘ抑制効果を総合的に考慮して、最適なＥＧＲガス量でＥＧＲできて、全体として高いＮＯｘ低減効果を発揮することができる。
【００１３】
また、この構成によれば、触媒温度が第１温度域で、触媒が冷間状態にある場合は、目標ＥＧＲガス量を減少させて筒内の燃焼温度の低下を回避することができ、触媒温度を触媒によるＮＯｘ浄化性能が低い温度からＮＯｘ浄化性能が高くＮＯｘ浄化が効率良く行える活性化温度以上に、迅速に昇温させることができる。
【００１４】
また、触媒温度が第２温度域で、触媒が最高浄化率を得ることができる状態にある場合は、目標ＥＧＲガス量を維持して最適なＥＧＲ率とし、筒内の燃焼温度を最適に維持しながら、ＥＧＲによるＮＯｘ抑制効果と触媒の高いＮＯｘ浄化性能により、高いＮＯｘ低減効果を発揮することができる。
【００１５】
更に、触媒温度が第３温度域で、触媒が過度に暖機されている状態にある場合は、触媒温度が上昇し過ぎてＮＯｘ浄化性能は低下しているので、内燃機関の筒内燃焼でＮＯｘの発生を抑制する。つまり、多量のＥＧＲガス量でＥＧＲを行えるように制御することで、ＮＯｘを低減することができる。更に、多量のＥＧＲガス量によるＥＧＲで、筒内燃焼の温度を低下することができ、触媒を通過する排気ガスの温度を低下させることができるので、触媒温度の過度な上昇を抑制することができる。
【００１６】
また、上記の内燃機関において、前記制御装置が、前記触媒温度が前記第１温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量の補正によるＥＧＲガス量の減少を外部ＥＧＲのＥＧＲガス量の減少で行うように制御すると、内部ＥＧＲに影響を及ぼさないので、ＥＧＲ制御を単純化できる。
【００１７】
通常、ＥＧＲは、目標ＥＧＲガス量に対して外部ＥＧＲと内部ＥＧＲを同時に制御して行うので、言い換えれば、外部ＥＧＲのＥＧＲ弁のバルブ開度は、内部ＥＧＲ率を加味した協調制御とするので、内燃機関の各運転条件、並びに触媒温度条件で外部ＥＧＲと内部ＥＧＲによって細かくＥＧＲ率を制御することになる。そのため、一般的にはＥＧＲ制御は複雑化する。
【００１８】
しかし、前記目標ＥＧＲガス量の補正によるＥＧＲガス量の減少を外部ＥＧＲのＥＧＲガス量の減少で行うことにより、触媒昇温時間短縮のため触媒低温時にはＥＧＲ率を減少させる際に、内部ＥＧＲ量はそのままにして外部ＥＧＲ量を減少させて、制御の複雑化を抑制することができる。但し、ＥＧＲ率の減少率はＮＯｘが大量に排出されない程度とする。
【００１９】
また、上記の内燃機関において、前記制御装置が、前記触媒温度が前記第２温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量を外部ＥＧＲと内部ＥＧＲに振り分けてＥＧＲ制御すると、よりきめ細かいＥＧＲ制御を行うことができる。
【００２０】
この内部ＥＧＲのメリットとしては、排気バルブ直下の排気ポートのガスを直接筒内に戻すため、外部ＥＧＲのようなＥＧＲ流路の長さ分による応答遅れがないというメリットがある。そのため、内部ＥＧＲと外部ＥＧＲを用いるとより細かい制御が可能になる。一方、内部ＥＧＲは、吸気と排気のバルブの開弁時期をオーバーラップさせる、あるいは、吸気中に排気バルブを際開弁させることで行うため、大量のＥＧＲガスを筒内に戻すことは不可能である。そのため、多量のＥＧＲガスを還流することができる外部ＥＧＲとの組み合わせでＥＧＲする。
【００２１】
また、上記の内燃機関において、前記制御装置が、前記触媒温度が前記第３温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量を増加させる際に、排気ガス中の空気過剰率がスモーク発生防止のための予め設定した判定用空気過剰率よりも小さくなった時には、前記目標ＥＧＲガス量の増加量の減少又は前記目標ＥＧＲガス量の増加の停止を行うように制御すると、スモークの発生を防止することができる。
【００２２】
つまり、空気過剰率が減少すると筒内（シリンダ内）の酸素量が不足し、不完全燃焼が起こり、スモークが生成される。特に触媒温度が高温との条件で、多量のＥＧＲを行う場合には、不活性ガスである排気ガスを還流させることにより、筒内の酸素濃度が低下し、ＥＧＲの量によってはスモークが急激に発生する可能性がある。空気過剰率をモニターしてＥＧＲガス量の増加に歯止めを掛けることにより、このスモークの発生を回避することができる。
【００２３】
そして、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関のＥＧＲ方法は、排気通路に配置された排気ガス浄化装置で、触媒を用いて排気ガス中のＮＯｘを低減すると共に、ＥＧＲを行ってＮＯｘを低減する内燃機関のＥＧＲ制御方法において、内燃機関の始動直後で触媒温度が予め設定した第１温度以下の第１温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を減少させる補正を行い、前記触媒温度が、前記第１温度より高い予め設定した第２温度以下の第２温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量を維持し、前記触媒温度が、前記第２温度より高い第３温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量を増加させる補正を行うことを特徴とする方法である。
【００２４】
また、上記の内燃機関のＥＧＲ方法において、前記触媒温度が前記第１温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量の補正によるＥＧＲガス量の減少を外部ＥＧＲのＥＧＲガス量の減少で行う。
【００２５】
また、上記の内燃機関のＥＧＲ方法において、前記触媒温度が前記第２温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量を外部ＥＧＲと内部ＥＧＲに振り分けてＥＧＲする。
【００２６】
また、上記の内燃機関のＥＧＲ方法において、前記触媒温度が前記第３温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量を増加させる際に、排気ガス中の空気過剰率がスモーク発生防止のための予め設定した判定用空気過剰率よりも小さくなった時には、前記目標ＥＧＲガス量の増加量の減少又は前記目標ＥＧＲガス量の増加の停止を行う。
【００２７】
これらの方法によれば、上記の内燃機関の作用効果と同様の効果を発揮することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法によれば、内燃機関において、触媒を担持した排気ガス処理装置を用いる後処理システムとＥＧＲシステムの両方を含めたＮＯｘ浄化システムの中で、単純なロジックかつ低コストで、後処理システムの触媒のＮＯｘ浄化率とＥＧＲによるＮＯｘ抑制効果を総合的に考慮して、最適なＥＧＲガス量でＥＧＲして、全体として高いＮＯｘ低減効果を発揮することができる。
【００２９】
更には、触媒温度の温度域別に、ＥＧＲガス量を最適化することで、内燃機関の後処理システムの触媒の温度が低い状態であってもＮＯｘの大量排出を防ぎながら触媒を迅速に昇温でき、しかも、高回転、高負荷の際には触媒の過度の昇温を防ぎながら、高いＮＯｘ低減効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る実施の形態の内燃機関のＥＧＲ方法を実施するための制御フローの一例を示す図である。
【図２】内部ＥＧＲにおける排気バルブ再開弁のバルブプロファイルを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照して本発明に係る内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法について説明する。本発明に係る内燃機関は、排気通路に配置され、触媒を用いた排気ガス浄化装置と、ＥＧＲを制御する制御装置を備えて構成される。この排気ガス浄化装置に温度センサを設置して触媒温度Ｔｃを計測し、あるいは、排気ガス浄化装置の前後等に設けた排気ガスの温度センサで計測した排気ガスの温度から触媒温度Ｔｃを推定し、触媒の温度状態を監視する。
【００３２】
本発明に係る実施の形態の内燃機関におけるＥＧＲシステムは、ＥＧＲ通路を排気通路から吸気通路に接続して、このＥＧＲ通路に設けたＥＧＲバルブでＥＧＲガス量を調整する外部ＥＧＲと、内燃機関の可変動弁系を用いて、排気弁自体を再開弁させることで、又は、排気バルブとは別に設けた第２の排気弁である再開弁を吸気バルブ開弁中に再開弁させることで、筒内（シリンダ内）に排気ガスを残留させる内部ＥＧＲとを備えて構成される。
【００３３】
この制御装置は、内燃機関のＥＧＲ方法において、内燃機関の運転状態に基づいて設定される目標ＥＧＲガス量を、触媒の温度に応じて補正する制御をする。この制御は、図１に例示されるような制御フローに従って行うことができる。
【００３４】
この図１の制御フローは、ＥＧＲを行う場合に、内燃機関のエンジン回転速度や負荷条件によって検出される内燃機関の運転状態に基づいて目標ＥＧＲガス量を設定した後に呼ばれて、触媒の温度に応じて補正する制御を実施する制御フローであり、この図１の制御フローが終了すると、リターンして上位の制御フローに戻り、制御装置は、この補正された目標ＥＧＲガス量に基づいて、ＥＧＲバルブの弁開度と排気バルブ再開弁のリフト量を設定して、これらを制御してＥＧＲを行う。
【００３５】
なお、このＥＧＲバルブの弁開度と排気バルブ再開弁のリフト量に関係する目標ＥＧＲガス量の補正量の設定方法は、実験等で予め設定した値をマップデータとして制御装置に記憶させておいて、このマップデータを参照して設定する方法でも、筒内の状態量から物理式を用いて、目標ＥＧＲ率となるリフト量を算出して設定する方法でもよい。
【００３６】
図１の制御フローが上位の制御フローから呼ばれてスタートすると、ステップＳ１１で、触媒温度Ｔｃをチェックして、触媒温度Ｔｃが、第１温度Ｔ１より低いか、否かを判定する。また、第１温度Ｔ１は実験などにより予め設定される値であり、触媒の種類にもよるが、例えば、１５０℃程度に設定される。
【００３７】
このステップＳ１１の触媒温度Ｔｃのチェックで、触媒温度Ｔｃが、第１温度Ｔ１より低い場合には（ＹＥＳ）、内燃機関の始動直後で触媒温度Ｔｃが、予め設定した第１温度Ｔ１以下の第１温度域にあるとして、ステップＳ１４に行き、目標ＥＧＲガス量を減少させる補正を行う。この場合に内部ＥＧＲは、従来の目標リフト量よりも小さいリフト量で排気バルブ再開弁が行われる。
【００３８】
つまり、この触媒温度Ｔｃが第１温度域で、触媒が冷間状態にある場合は、排気バルブ再開弁のリフト量に関して、燃焼温度を上昇させるリフト量を選択する等して、ＥＧＲガス量を少なくして筒内の燃焼温度の低下を回避する。これにより、触媒温度Ｔｃを触媒によるＮＯｘ浄化性能が低い温度からＮＯｘ浄化性能が高くＮＯｘ浄化が効率良く行える活性化温度以上に、迅速に昇温させる。
【００３９】
また、ステップＳ１１の触媒温度Ｔｃのチェックで、触媒温度Ｔｃが、第１温度Ｔ１以上の場合には（ＮＯ）には、ステップＳ１２に行き、触媒温度Ｔｃをチェックして、触媒温度Ｔｃが、第２温度Ｔｃより低いか、否かを判定する。この第２温度Ｔ２は、第１温度Ｔ１より高い値で、予め設定した値であり、触媒の種類にもよるが、例えば、２５０℃程度に設定される。
【００４０】
このステップＳ１２の触媒温度Ｔｃのチェックで触媒温度Ｔｃが第２温度以下で、第１温度域より高い第２温度域にある場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１５に行き、目標ＥＧＲガス量を補正せずに、そのまま維持する。この場合には、目標ＥＧＲガス量を外部ＥＧＲガス量と内部ＥＧＲガス量に振り分けてＥＧＲを行う。この場合に内部ＥＧＲは、従来のリフト量と同じリフト量で排気バルブ再開弁が行われる。
【００４１】
つまり、触媒温度Ｔｃが第２温度域で、触媒が最高浄化率が得られる状態にある場合は、ＥＧＲガス量を外部ＥＧＲにおけるＥＧＲガス量と内部ＥＧＲによるＥＧＲガス量とに振り分けて、外部ＥＧＲのＥＧＲバルブの弁開度と内部ＥＧＲの排気バルブ再開弁のリフト量を制御することで、最適なＥＧＲ率とし、筒内の燃焼温度を最適に維持しながら、ＥＧＲによるＮＯｘ抑制効果と触媒の高いＮＯｘ浄化性能により、高いＮＯｘ低減性能を維持する。
【００４２】
このステップＳ１２の触媒温度Ｔｃのチェックで触媒温度Ｔｃが第２温度よりも高く、第２温度域より高い第３温度域にある場合には（ＮＯ）、ステップＳ１３に行き、排気ガス中の空燃比λをチェックし、空燃比λがスモーク発生防止のための予め設定した判定用空気過剰率λｃよりも小さくなった場合には、ステップＳ１６、目標ＥＧＲガス量を減少させる補正を行う。この場合に内部ＥＧＲは、従来の目標リフト量よりも小さいリフト量で排気バルブ再開弁が行われる。
【００４３】
ステップＳ１３の排気ガス中の空燃比λのチェックで、空燃比λが判定用空気過剰率λｃより大きい場合には、ステップＳ１７で、目標ＥＧＲガス量を増加させる補正を行う。この場合に内部ＥＧＲは、従来の目標リフト量よりも大きなリフト量で排気バルブ再開弁が行われる。この判定用空気過剰率λｃは、予め実験などによって設定される値であり、例えば、１．２等であるが、エンジンに運転状態によって変化する値であり、ステップＳ１３の判定の前に、エンジンの運転状態とマップデータを比較して算出される。
【００４４】
つまり、触媒温度Ｔｃが第３温度域で、触媒が過度に暖機されている状態にある場合は、触媒温度Ｔｃが上昇し過ぎてＮＯｘ浄化性能は低下しているので、多量のＥＧＲガス量でＥＧＲを行えるように外部ＥＧＲのＥＧＲバルブの弁開度と内部ＥＧＲの排気バルブ再開弁のリフト量を制御することで、内燃機関の筒内燃焼でＮＯｘの発生を抑制して、ＮＯｘを低減する。更に、多量のＥＧＲガス量によるＥＧＲで、筒内燃焼の温度を低下させて、触媒を通過する排気ガスの温度を低下させる。これにより、触媒温度Ｔｃの上昇を抑制する。
【００４５】
上記のように、触媒温度Ｔｃの場合分けにより、ステップＳ１４〜Ｓ１７のいずれかのステップを実施したのち、リターンして、上位の制御フローに戻り、この図１の制御フローで補正された目標ＥＧＲガス量で、ＥＧＲを行う。そして、上位の制御フローと図１の制御フローを繰り返しながら、内燃機関の運転状態に基づく目標ＥＧＲガス量の設定、この設定された目標ＥＧＲガス量の触媒の温度に応じた補正、補正された目標ＥＧＲガス量でのＥＧＲの実施を繰り返して、内燃機関の運転停止と共に、図１の制御フローは上位の制御フローと共に停止する。
【００４６】
この制御により、排気通路に配置された排気ガス浄化装置で、触媒を用いて排気ガス中のＮＯｘを低減すると共に、ＥＧＲを行ってＮＯｘを低減する内燃機関のＥＧＲ制御方法において、前記触媒の温度に応じて、内燃機関の運転状態に基づいて設定される目標ＥＧＲガス量を補正して、ＥＧＲを行うことができ、更に、内燃機関の始動直後で触媒温度Ｔｃが予め設定した第１温度Ｔ１以下の第１温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を減少させる補正を行い、触媒温度Ｔｃが、第１温度Ｔ１より高い予め設定した第２温度Ｔ２以下の第２温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を維持し、外部ＥＧＲガス量と内部ＥＧＲガス量に振り分けてＥＧＲを行い、触媒温度Ｔｃが、第２温度Ｔ２より高い第３温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を増加させる補正を行うことができる。
【００４７】
なお、実際の現象を考えるとＮＯｘ浄化触媒を用いた排気ガス浄化装置には熱容量が存在するため、一度昇温されると、触媒温度が低下することは少なく、触媒温度が第１温度域〜第３温度域の間で頻繁に移動を繰り返すことは考え難いので、制御が煩雑に変化することはない。
【００４８】
以上のように、本発明では、後処理システムの排気ガス浄化装置の触媒温度Ｔｃに着目し、この触媒の温度を考慮して、制御装置では、触媒の温度に応じて目標ＥＧＲ量を補正して、外部ＥＧＲのＥＧＲバルブの弁開度と、内部ＥＧＲの排気バルブ再開弁のリフト量を制御する。また、触媒温度Ｔｃに応じてＥＧＲ制御することで、エンジン始動直後の触媒が冷間状態であれば、ＮＯｘが大量に排出されてしまわない程度に目標ＥＧＲ率を低下させて、触媒温度Ｔｃの昇温に適したＥＧＲを行うことができる。
【００４９】
上記の内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法によれば、ＥＧＲシステムと後処理システムの両方を含めた系の中で、単純なロジックかつ低コストで、冷間始動時の触媒の昇温期間を短縮させることができると共に、後処理システムの触媒のＮＯｘ浄化性能とＥＧＲによるＮＯｘ抑制効果を総合的に考慮して、最適なＥＧＲガス量でＥＧＲできて、全体として高いＮＯｘ低減性能を発揮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法によれば、触媒を担持した排気ガス処理装置を用いる後処理システムとＥＧＲシステムの両方を含めたＮＯｘ浄化システムの中で、単純なロジックかつ低コストで、後処理システムの触媒のＮＯｘ浄化率とＥＧＲによるＮＯｘ抑制効果を総合的に考慮して、最適なＥＧＲガス量でＥＧＲして、全体として高いＮＯｘ低減性能を発揮することができるので、車両搭載のディーゼル機関等の内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法として利用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
Ｔ１ 第１温度
Ｔ２ 第２温度
Ｔｃ 触媒温度
λ 空気過剰率
λｃ 判定用空気過剰率
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に配置され、触媒を用いた排気ガス浄化装置と、ＥＧＲを制御する制御装置を備えた内燃機関において、
前記制御装置が、内燃機関の始動直後で触媒温度が、予め設定した第１温度以下の第１温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を減少させる補正を行い、
前記触媒温度が、前記第１温度より高い予め設定した第２温度以下の第２温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を維持し、
前記触媒温度が、前記第２温度より高い第３温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を増加させる補正を行う制御をすることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記制御装置が、前記触媒温度が前記第１温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量の補正によるＥＧＲガス量の減少を外部ＥＧＲのＥＧＲガス量の減少で行うように制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記制御装置が、前記触媒温度が前記第２温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量を外部ＥＧＲと内部ＥＧＲに振り分けてＥＧＲ制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記制御装置が、前記触媒温度が前記第３温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量を増加させる際に、排気ガス中の空気過剰率がスモーク発生防止のための予め設定した判定用空気過剰率よりも小さくなった時には、前記目標ＥＧＲガス量の増加量の減少又は前記目標ＥＧＲガス量の増加の停止を行うように制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項５】
排気通路に配置された排気ガス浄化装置で、触媒を用いて排気ガス中のＮＯｘを低減すると共に、ＥＧＲを行ってＮＯｘを低減する内燃機関のＥＧＲ制御方法において、
内燃機関の始動直後で触媒温度が予め設定した第１温度以下の第１温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を減少させる補正を行い、
前記触媒温度が、前記第１温度より高い予め設定した第２温度以下の第２温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量を維持し、
前記触媒温度が、前記第２温度より高い第３温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量を増加させる補正を行うことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ方法。
【請求項６】
前記触媒温度が前記第１温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量の補正によるＥＧＲガス量の減少を外部ＥＧＲのＥＧＲガス量の減少で行うことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関のＥＧＲ方法。
【請求項７】
前記触媒温度が前記第２温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量を外部ＥＧＲと内部ＥＧＲに振り分けてＥＧＲすることを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関のＥＧＲ方法。
【請求項８】
前記触媒温度が前記第３温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量を増加させる際に、排気ガス中の空気過剰率がスモーク発生防止のための予め設定した判定用空気過剰率よりも小さくなった時には、前記目標ＥＧＲガス量の増加量の減少又は前記目標ＥＧＲガス量の増加の停止を行うことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の内燃機関のＥＧＲ方法。
【請求項１】
排気通路に配置され、触媒を用いた排気ガス浄化装置と、ＥＧＲを制御する制御装置を備えた内燃機関において、
前記制御装置が、内燃機関の始動直後で触媒温度が、予め設定した第１温度以下の第１温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を減少させる補正を行い、
前記触媒温度が、前記第１温度より高い予め設定した第２温度以下の第２温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を維持し、
前記触媒温度が、前記第２温度より高い第３温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を増加させる補正を行う制御をすることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記制御装置が、前記触媒温度が前記第１温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量の補正によるＥＧＲガス量の減少を外部ＥＧＲのＥＧＲガス量の減少で行うように制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記制御装置が、前記触媒温度が前記第２温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量を外部ＥＧＲと内部ＥＧＲに振り分けてＥＧＲ制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記制御装置が、前記触媒温度が前記第３温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量を増加させる際に、排気ガス中の空気過剰率がスモーク発生防止のための予め設定した判定用空気過剰率よりも小さくなった時には、前記目標ＥＧＲガス量の増加量の減少又は前記目標ＥＧＲガス量の増加の停止を行うように制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項５】
排気通路に配置された排気ガス浄化装置で、触媒を用いて排気ガス中のＮＯｘを低減すると共に、ＥＧＲを行ってＮＯｘを低減する内燃機関のＥＧＲ制御方法において、
内燃機関の始動直後で触媒温度が予め設定した第１温度以下の第１温度域にある場合に、目標ＥＧＲガス量を減少させる補正を行い、
前記触媒温度が、前記第１温度より高い予め設定した第２温度以下の第２温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量を維持し、
前記触媒温度が、前記第２温度より高い第３温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量を増加させる補正を行うことを特徴とする内燃機関のＥＧＲ方法。
【請求項６】
前記触媒温度が前記第１温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量の補正によるＥＧＲガス量の減少を外部ＥＧＲのＥＧＲガス量の減少で行うことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関のＥＧＲ方法。
【請求項７】
前記触媒温度が前記第２温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量を外部ＥＧＲと内部ＥＧＲに振り分けてＥＧＲすることを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関のＥＧＲ方法。
【請求項８】
前記触媒温度が前記第３温度域にある場合に、前記目標ＥＧＲガス量を増加させる際に、排気ガス中の空気過剰率がスモーク発生防止のための予め設定した判定用空気過剰率よりも小さくなった時には、前記目標ＥＧＲガス量の増加量の減少又は前記目標ＥＧＲガス量の増加の停止を行うことを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の内燃機関のＥＧＲ方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−１９３２１（Ｐ２０１３−１９３２１Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５３２６８（Ｐ２０１１−１５３２６８）
【出願日】平成２３年７月１１日（２０１１．７．１１）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１１日（２０１１．７．１１）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
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