内燃機関
【課題】別途加熱手段や昇温手段を設ける必要なく、ある程度以上暖かいガスを、排気系へ供給可能にする。
【解決手段】本発明の内燃機関は、内燃機関１０の気筒より排出された排気系のガスを内燃機関１０の排気系より蓄圧容器７８に回収するガス回収手段と、排気系に可燃物を供給する可燃物供給手段と、該可燃物供給手段によって供給された可燃物の排気系での酸化反応を可能にするように、前記ガス回収手段によって回収された前記蓄圧容器７８内のガスを排気系に供給するガス供給手段とを備える。
【解決手段】本発明の内燃機関は、内燃機関１０の気筒より排出された排気系のガスを内燃機関１０の排気系より蓄圧容器７８に回収するガス回収手段と、排気系に可燃物を供給する可燃物供給手段と、該可燃物供給手段によって供給された可燃物の排気系での酸化反応を可能にするように、前記ガス回収手段によって回収された前記蓄圧容器７８内のガスを排気系に供給するガス供給手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスを内燃機関の排気系から蓄圧容器に回収し、そして排気系の可燃物あるいは該可燃物に由来する可燃成分の反応環境を調整するべく、回収したガスを排気系に供給するように構成された内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ガス浄化用触媒として、還元剤存在下で窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する触媒が知られていて、その種々の利用態様が提案されている。例えば、特許文献１に記載の排気浄化装置は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を排気通路に有し、該触媒でのＮＯｘ還元時に、エアタンク内に貯留された圧縮空気を空気供給管からケーシング内に導き、他方でその空気供給管に軽油を添加し、前記ケーシング内の昇温手段により添加された軽油を昇温してから同様にケーシング内に設けられた改質触媒で昇温された軽油をＨ２とＣＯに分解して、それらを還元剤としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒の入側に供給するように構成されている。そして、その昇温手段は、バッテリから電流コントローラを介して通電が行われるヒータ触媒によって構成されている。
【０００３】
これに対して、内燃機関の電気負荷を低減するように、内燃機関の排気ガスを熱源とする加熱手段により生成される高温下で、空気（エアポンプにより圧縮供給された空気）中に添加された燃料軽油の部分酸化を促進し、それをＮＯｘ触媒に供給することでＮＯｘ触媒でのＮＯｘ浄化を促すようにしたＮＯｘ還元装置が特許文献２に開示されている。このＮＯｘ還元装置の上記加熱手段は、燃料軽油が添加された空気が流れる空気供給通路を区画形成する管部材の内、排気通路に延出配置された下流端部により形成されている。
【０００４】
また、特許文献３には、酸化機能を有する触媒に流入する排気ガスの空燃比を適正値に維持するべく創案された内燃機関の排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置では、排気通路に上流側から順にＮＯｘ吸蔵還元型触媒と酸化触媒とが並べて配置され、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒でのＮＯｘ還元時あるいはそれの硫黄被毒回復時に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に還元剤が添加され、この結果、そのＮＯｘ吸蔵還元型触媒から流出することになるＣＯ、ＨＣ、Ｈ２Ｓ等を下流側の酸化触媒で酸化するように、該酸化触媒へエアポンプを作動させて空気が供給されるようにされている。
【０００５】
他方、蓄圧容器内の高い圧力を有するガスを用いて、種々の部材を作動させる、あるいはその作動を補助することが提案されている。その一例として、リザーバタンク内の圧縮空気を用いて、内燃機関に搭載されたターボ過給機の過渡応答性を向上させるようにしたターボ過給機の加速装置が特許文献４に開示されている。この装置は、機関運転状態に応じて圧縮空気を排気ポートとタービンとの間に供給可能な空気供給機構を備えていて、この空気供給機構は、ポンプから吐出された圧縮空気を蓄圧して保持可能なリザーバタンクと、該リザーバタンク内の圧縮空気を排気ポートとタービンとの間に供給する弁機構とを備えている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２４２０２０号公報
【特許文献２】特開２０００−２４０４４１号公報
【特許文献３】特開２００７−１６２４９９号公報
【特許文献４】特開昭６２−２７６２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように特許文献１から４に記載の全装置は、燃料の添加が伴われる場合もあるが、いずれも、排気系に空気を供給するようにしている。上記したように排気系へ供給される空気は、ポンプにより外部から吸引されたものであるので、そもそも、外気と同じ程度あるいはポンプによる圧縮によりそれよりもわずかに高い程度の温度を有するに過ぎない。したがって、その空気をそのまま排気系に供給することは好ましくない。これは、１つには、上記のように還元剤がＮＯｘ触媒に添加される場合、還元剤等を取り巻くガスの温度が低いと、その還元剤等の反応性が低下することになるからである。それ故、そのような空気が排気通路に供給される場合には、毎回、例えば、上記特許文献１、２に開示されている設備を用いて、それらを昇温することが望まれる。
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１の装置のようにして空気等を昇温する場合には、内燃機関の電気負荷が大きくなり、内燃機関の省エネルギーの点から問題がある。また、上記特許文献２の装置のようにして空気等を昇温する場合には、内燃機関の排気通路に管部材が設けられることになるので、例えば排気ガスの流れに悪影響を与えないようにそれを設計する必要があり、内燃機関の設計の自由度が狭められる虞がある。
【０００９】
そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、別途加熱手段や昇温手段を設ける必要なく、ある程度以上暖かいガスを、排気系へ供給可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関は、内燃機関の気筒より排出されたガスを該内燃機関の排気系より蓄圧容器に回収するガス回収手段と、排気系に可燃物を供給する可燃物供給手段と、該可燃物供給手段によって供給された可燃物の排気系での酸化反応を可能にするように、前記ガス回収手段によって回収された前記蓄圧容器内のガスを排気系に供給するガス供給手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
かかる構成によれば、ガス回収手段が内燃機関の気筒より排出された排気系のガスを内燃機関の排気系より蓄圧容器に回収し、ガス供給手段がガス回収手段によって回収された蓄圧容器内のガスを排気系に供給するので、排気系に供給されるガスは、ある程度以上暖かいあるいは熱いガスであり得る。このように、別途加熱手段や昇温手段を設ける必要なく、ある程度以上暖かいガスを排気系へ供給することが可能になる。
【００１２】
また、前記ガス回収手段により前記蓄圧容器に回収されるガスは、空気を含むことが望ましい。つまり、この場合、蓄圧容器内のガスは空気を含む。好ましくは、上記ガス回収手段は、内燃機関が燃料カット状態か否かを判定する燃料カット状態判定手段と、該燃料カット状態判定手段により肯定判定されたとき排気系のガスを前記蓄圧容器に回収する排気系ガス回収手段とを備えるとよい。この場合、前記蓄圧容器に回収されるガスは、より多くの空気を含むことができる。蓄圧容器内のガスが空気を含むことにより、蓄圧容器内のガスを、可燃物供給手段によって供給された可燃物の排気系での酸化反応を可能にするように、すなわち可燃物供給手段によって排気系へ供給された可燃物の反応環境を調整するように、排気系へ供給することが可能になる。これにより、例えば、排気系の可燃物あるいは該可燃物由来の可燃成分を触媒上で適切に酸化反応させることも、また排気系でのそのような可燃物等の酸化反応を促して排気系のガスの有するエネルギーを高めることも可能になる。
【００１３】
好ましくは、前記排気系ガス回収手段は、内燃機関の排気通路に設けられた排気絞り弁と、前記燃料カット状態判定手段により肯定判定されたとき、前記排気絞り弁上流側の排気通路から前記蓄圧容器へガスを回収するように前記排気絞り弁を閉弁制御する排気絞り弁制御手段とを備えるとよい。こうすることで、排気絞り弁上流側の排気通路のガスの圧力を高めて、該高められた圧力を有するガスを蓄圧容器へ回収することが可能になる。
【００１４】
また、上記可燃物供給手段は、排気系に設けられた供給弁を備えるとよく、これにより該供給弁を用いて燃料を排気系へ直接的に供給することが可能になる。また、上記可燃物供給手段は、燃料のメイン噴射に遅れて内燃機関の気筒内に燃料のポスト噴射を実行するポスト噴射実行手段を備えるとよく、これにより排気系の内の排気通路には気筒を経たガスを介して可燃物である燃料を間接的に供給することが可能になる。
【００１５】
また、排気通路に設けられたタービンホイールを有するタービンを含むターボ過給機と、内燃機関への要求過給量が増加したか否かを判定する要求過給量判定手段とをさらに備え、前記可燃物供給手段による可燃物の排気系への供給位置および前記ガス供給手段による排気系へのガスの供給位置は、前記タービンホイール上流側にあり、前記要求過給量判定手段により肯定判定されたとき、前記可燃物供給手段は可燃物を供給し、他方、前記ガス供給手段はガスを供給するとよい。この場合、内燃機関への要求過給量が増加したとき、タービンホイール上流側の排気系で可燃物の酸化反応を促して、タービンホイールへのガスのエネルギーを高めることが可能になり、これによりタービン回転数の上昇率増加をより積極的に促すことが可能になる。より好ましくは、前記可燃物供給手段および前記ガス供給手段の両供給位置と前記タービンホイールとの間に、酸化機能を有する触媒が配置されているとよく、こうすることで、タービンホイール上流側の排気通路で可燃物の酸化反応をより適切に生じさせることが可能になる。また、前記タービンホイール上流側の排気通路から延出した延出通路が設けられ、該延出通路に、前記可燃物供給手段および前記ガス供給手段の両供給位置が位置付けられているとよく、この場合、延出通路で、蓄圧容器からのガスと可燃物とを適切に混合させることが可能になる。なお、前記延出通路に前記酸化機能を有する触媒が設けられているとよく、こうすることで、この酸化機能を有する触媒により排気通路でのガスの流れが影響を受けることを低減することが可能になる。なお、上記内燃機関において、前記可燃成分供給手段による可燃物の供給量は、内燃機関の気筒を経て排気通路に至るガス中の空気量と、前記ガス供給手段により排気系に供給されるガス中の空気量との合計の空気量中の酸素で酸化反応可能な量以下であるとよく、こうすることで、排気系に供給された可燃物を排気系で適切に酸化させることが可能になる。
【００１６】
さらに、前記可燃物供給手段による可燃物の供給位置下流側かつ前記ガス供給手段によるガスの供給位置下流側の排気通路に酸化機能を有する触媒が設けられ、該酸化機能を有する触媒下流側の排気通路に前記可燃物供給手段により供給された可燃物あるいは該可燃物に由来する可燃成分が流れないように、前記ガス供給手段はガスを供給するとよい。こうすることで、可燃物供給手段により供給された可燃物あるいは該可燃物に由来する可燃成分が排気通路の酸化機能を有する触媒で浄化処理され得るようになり、いわゆるテールパイプエミッションを改善することが可能になる。そして、さらに、前記可燃物供給手段による可燃物の供給位置は、前記ガス供給手段によるガスの供給位置よりも上流側にあり、両供給位置間に、前記可燃物供給手段による可燃物を還元剤として該還元剤の存在下でＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒が配置されているとよい。こうすることで、排気ガス中のＮＯｘを適切に還元浄化することが可能になる。そして、前記蓄圧容器内のガス量が所定量以上か否かを判定するガス量判定手段をさらに備え、前記可燃物供給手段は、前記ガス量判定手段により肯定判定されたとき、該ガス量判定手段により否定判定されたときの可燃物供給量よりも多い量の可燃物を供給するとしてもよい。この場合、ＮＯｘ触媒でより適切にＮＯｘ浄化を行いつつ、ＮＯｘ触媒下流側の触媒で可燃物等を適切に処理することができる。また、前記蓄圧容器内のガスが排気通路の熱を用いて加熱されるように熱交換手段が備えられているとよく、こうすることで排気通路にある程度以上暖かいあるいは熱いガスを供給することがより多くのときに可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
ただし、以下で説明される実施形態は、内燃機関が燃料カット状態のときに内燃機関の排気系から容器（タンク）にガスを回収し、その容器に回収したガスを排気系に供給することを具体化したものである。しかしながら、これは本発明を限定するものではなく、内燃機関が燃料カット状態以外のときに内燃機関の排気系から容器にガスを回収し、その容器に回収したガスを排気系に供給することを具体化したものも、例えば、本発明では許容される。例えば、内燃機関あるいはそれが搭載された車両が、定常状態であるとき、通常運転時の非加速（非過渡）状態であるときに、内燃機関の排気系から容器にガスが回収されてもよい。そして、排気系から容器へのガス回収は、種々の手段や機構等を用いて、例えば、以下に説明される実施形態のように種々の弁を制御することなどにより、実行され得る。ただし、容器に回収されるガスは空気、例えば所定割合以上の空気を含むことが望ましい。排気系から容器へのガス回収実行時期は、例えばそのガス回収実行時期を内燃機関の運転状態に基づいて判断する場合にはその運転状態が排気系のガスが所定割合以上の空気を含み得る運転状態か否かの判定に基づいて判断されることができる。なお、以下では、原則的に、内燃機関の気筒つまり筒内より排出されて排気系に至ったガスを全て排気ガスと称するが、この「排気ガス」の用語には、内燃機関が燃料カット状態であるときに気筒より排出される主として空気より構成されるガスが含まれ得る。
【００１９】
まず、第１実施形態について説明する。第１実施形態が適用された車両の内燃機関システムの概略構成を図１に示す。内燃機関１０は、燃料である軽油を燃料噴射弁１２から圧縮状態にある燃焼室内に直接噴射することにより自然着火させる型式の内燃機関、すなわちディーゼル機関である。なお、内燃機関１０は、燃料噴射システムとして、コモンレール式燃料噴射システムを採用する。したがって、内燃機関１０では、燃料タンク１４内の燃料（軽油）をポンプ１６により高圧にしてレール１８に送って、レール１８に溜めておき、燃料噴射弁１２を電子制御することで、高圧で燃料を気筒２０の燃焼室に噴射可能にされている。
【００２０】
気筒２０の燃焼室に臨むと共に吸気通路２２の一部を区画形成する吸気ポートは、シリンダヘッドに形成されていて、吸気弁によって開閉される。シリンダヘッドには、吸気通路２２の一部を区画形成する吸気マニホールド２４が接続され、さらにその上流側には同じく吸気通路２２の一部を区画形成する吸気管２６が接続されている。吸気管２６の上流端側には、吸気通路２２に導かれる空気中の塵埃などを除去するべくエアクリーナ２８が設けられている。また、スロットルアクチュエータ３０によって開度が調整されるスロットル弁３２が、吸気通路２２の途中に設けられている。
【００２１】
他方、気筒２０の燃焼室に臨むと共に排気通路３４の一部を区画形成する排気ポートは、シリンダヘッドに形成されていて、排気弁によって開閉される。シリンダヘッドには、排気通路３４の一部を区画形成する排気マニホールド３６が接続され、さらにその下流側には同じく排気通路３４の一部を区画形成する排気管３８が接続されている。なお、排気ガス浄化触媒が充填された触媒コンバータ４０が排気通路３４の途中に設けられている。
【００２２】
さらに、排気通路３４を流れる排気ガスの一部を吸気通路２２に導くために排気ガス還流（ＥＧＲ）装置４２が設けられている。ＥＧＲ装置４２は、排気通路３４と吸気通路２２とをつなぐＥＧＲ通路４４を区画形成するＥＧＲ管４６と、ＥＧＲ通路４４の連通状態調節用のＥＧＲ弁４８と、還流される排気ガス（ＥＧＲガス）冷却用のＥＧＲクーラ５０とを有している。ここでは、ＥＧＲ管４６上流側の一端は排気マニホールド３６に接続され、その下流側の他端は吸気マニホールド２４に接続されている。ＥＧＲ弁４８はＥＧＲクーラ５０下流側に設けられていて、その開度はアクチュエータ５２により調節される。ここではＥＧＲ弁４８はポペット式弁である。
【００２３】
さらに、排気通路３４に設けられて排気ガスにより回転駆動されるタービンホイール５４を含むタービン５６が排気管３８の途中に設けられている。これに対応して、タービンホイール５４に回転軸５８を介して同軸で連結され、タービンホイール５４の回転力で回転するようにしたコンプレッサホイール６０を含むコンプレッサ６２が吸気管２６の途中に設けられている。すなわち、内燃機関１０は、排気エネルギーを取り出すタービン５６と、タービン５６により取り出された排気エネルギーによって内燃機関１０に過給するコンプレッサ６２とを有するターボ過給機６４が設けられた、ターボ過給機付き内燃機関である。そして、コンプレッサ６２により圧縮された空気を冷却すべく、インタークーラ６６がコンプレッサ６２下流側の吸気通路に設けられている。
【００２４】
さらに、排気通路３４には、排気絞り弁７０が設けられている。排気絞り弁７０は、ここでは端部に位置する１つの気筒２０にのみ関連する１つの排気枝管３６ｂを他の気筒２０に関連する排気枝管３６ｂと隔てることができるかのように排気マニホールド３６に設けられている。ただし、排気絞り弁７０は、排気通路３４の他の箇所に設けられてもよい。ここでは排気絞り弁７０はバタフライ式弁であり、電動モータであるアクチュエータ７２により駆動される。排気絞り弁７０は、その閉弁時には排気通路３４を流れる１つの気筒２０のみからの排気ガス、すなわち既燃ガス（燃焼ガスを含む。）や空気である流体を効果的にせき止め、そのような流体の排気絞り弁７０下流側への流れを概ね遮断する遮断弁として機能する。なお、排気絞り弁７０は、閉弁時に、その箇所を完全に閉塞するような構成を有する弁であってもよい。
【００２５】
また、排気絞り弁７０上流側の排気通路Ｊには、連通管７４によって区画形成された連通路７６がつなげられている。この連通路７６は、排気通路Ｊから延出した延出通路であり、ここではこの連通路７６も内燃機関１０の排気系に含まれる。この連通路７６によって、排気絞り弁７０上流側の排気通路Ｊと蓄圧容器７８内との連通が可能にされている。蓄圧容器７８は、加圧されたガスを貯留することができる容器である。なお、ここでは、蓄圧容器７８は、相対的に小さな内容積を有する容器である。
【００２６】
蓄圧容器７８内と排気通路３４との連通状態の調節用に、連通路７６に流量制御弁８０が設けられている。なお、アクチュエータ８２によって流量制御弁８０は作動される。流量制御弁８０が開弁することで排気絞り弁７０上流側の排気通路Ｊと蓄圧容器７８内とは連通し、流量制御弁８０が閉弁することで連通路７６は遮断され、蓄圧容器７８内は密閉状態になる。なお、図１から明らかなように、連通路７６はタービンホイール５４上流側の排気通路Ｋにもつなげられているので、流量制御弁８０が開弁することで蓄圧容器７８内はタービンホイール５４上流側の排気通路Ｋに連通する。
【００２７】
さらに、タービンホイール５４上流側の排気通路Ｋに、酸化機能を有する触媒、具体的にはアルミナ製構造体に白金（Ｐｔ）を担持させた酸化触媒８４が設けられている。そして、この酸化触媒８４の設置箇所よりも上流側の排気通路Ｌに可燃物である燃料を噴射供給可能にするべく、該燃料の供給位置に燃料供給弁８６が設けられ、該燃料供給弁８６には燃料通路８８を区画形成する管部材８９が接続されている。なお、燃料供給弁８６は、図示しないが、供給弁と、該供給弁を開閉駆動するべく制御信号により作動されるアクチュエータとを備える。ただし、触媒コンバータ４０の排気ガス浄化触媒がＮＯｘ吸蔵還元型触媒を含む場合、触媒コンバータ４０上流側の排気通路に設けられる還元剤添加弁の機能を燃料供給弁８６は兼ねることができる。管部材８９の上流側端部は、メイン燃料通路９０を区画形成する管部材９１の内のポンプ１６よりも下流側の位置につなげられている。なお、上記連通路７６の排気通路への連通箇所は、この酸化触媒８４上流側の排気通路Ｌでもある。
【００２８】
さらに、内燃機関１０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）９４に、各種値を求める（検出するあるいは推定する）ための信号を電気的に出力する各種センサ類を備えている。ここで、その内のいくつかを具体的に述べる。吸入空気量を検出するためのエアフローメーター９６が吸気管２６に備えられている。また、エアフローメーター９６近傍に吸入空気の温度を検出するための吸気温度センサ９８が、そしてインタークーラ６６下流側にも温度を検出するための吸気温度センサ１００が備えられている。また、吸気圧すなわち過給圧を検出するための圧力センサ１０２が吸気管２６の途中に設けられている。また運転者によって操作されるアクセルペダル１０４の踏み込み量に対応する位置、すなわちアクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ１０６が備えられている。また、スロットル弁３２の開度を検出するためのスロットルポジションセンサ１０８も備えられている。さらに、ＥＧＲ弁４８の開度（ＥＧＲ開度）を検出するため、ここではそのリフト量を検出するためのバルブリフトセンサ１１０も備えられている。また、ピストンが往復動する、シリンダブロック（あるいはその近傍）には、連接棒を介してピストンが連結されているクランクシャフトのクランク回転信号を検出するためのクランクポジションセンサ１１２が取り付けられている。ここでは、このクランクポジションセンサ１１２は機関回転数（機関回転速度）を求めるための機関回転数センサとしても利用される。さらに、排気絞り弁７０上流側の排気通路Ｊの圧力を検出するための圧力センサ１１４が備えられている。また、蓄圧容器７８内の圧力を検出するための圧力センサ１１６および蓄圧容器７８内の温度を検出するための温度センサ１１８も備えられている。さらに、内燃機関１０の冷却水温を検出するための温度センサ１２０が備えられている。また、内燃機関１０が搭載された車両の速度（車速）を検出するための車速センサ１２２も備えられている。
【００２９】
ＥＣＵ９４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、入力インタフェース、出力インタフェース等を含むマイクロコンピュータで構成されている。入力インタフェースには、上記各種センサ類が電気的に接続されている。これら各種センサ類からの出力信号（検出信号）に基づき、予め設定されたプログラム（データを含む。）にしたがって円滑な内燃機関１０等の運転ないし作動がなされるように、ＥＣＵ９４は出力インタフェースから電気的に作動信号（駆動信号）を出力する。こうして、燃料噴射弁１２の作動、ポンプ１６の作動、スロットル弁３２、ＥＧＲ弁４８、排気絞り弁７０および流量制御弁８０の各開度、燃料供給弁８６の作動などが制御される。ただし、ＥＣＵ９４は、スロットル弁３２、ＥＧＲ弁４８、排気絞り弁７０、流量制御弁８０の各開度を制御するため、各アクチュエータ３０、５２、７２、８２に作動信号を出力する。
【００３０】
なお、後の記載から理解できるように、本第１実施形態では、燃料カット状態判定手段はＥＣＵ９４の一部を含んで構成される。また、排気系ガス回収手段は、排気絞り弁７０と、ＥＣＵ９４の一部およびアクチュエータ７２を含む排気絞り弁制御手段とを含んで構成される。なお、ここでは、排気系ガス回収手段は、さらに、流量制御弁８０と、ＥＣＵ９４の一部およびアクチュエータ８２を含む流量制御弁制御手段とを含んで構成される。また、排気系に可燃物を供給する可燃物供給手段は、燃料供給弁８６と、ＥＣＵ９４の一部とを含んで構成される。すなわち、可燃物供給手段は、燃料供給弁８６の供給弁と、ＥＣＵ９４の一部および燃料供給弁８６のアクチュエータを含む供給弁制御手段とを含んで構成される。ガス供給手段は、流量制御弁８０と、ＥＣＵ９４の一部およびアクチュエータ８２を含む流量制御弁制御手段とを含んで構成される。また、要求負荷判定手段は、アクセル開度センサ１０６と、ＥＣＵ９４の一部とを含んで構成される。
【００３１】
内燃機関１０では、エアフローメーター９６からの出力信号に基づいて求められる吸入空気量、クランクポジションセンサ１１２からの出力信号に基づいて求められる機関回転数など、すなわち機関負荷および機関回転数で表される機関運転状態に基づいて、通常は、燃料噴射量（燃料量）、燃料噴射時期が設定される。そして、それら燃料噴射量、燃料噴射時期に基づいて、燃料噴射弁１２からの燃料の噴射が行われる。
【００３２】
ただし、内燃機関１０では、クランクポジションセンサ１１２からの出力信号に基づいて求められる機関回転数が所定回転数（燃料カット回転数）以上であり、且つ、アクセル開度センサ１０６からの出力信号に基づいて求められるアクセル開度が０％、すなわちアクセルペダル１０４が踏まれていないときに、燃料噴射弁１２からの燃料噴射が停止（燃料カット）されるように設定されている。すなわち、車両の走行中に機関回転数が予め設定された所定回転数領域にあり且つアクセル開度全閉状態にあるときに、燃料カットが行われる。ただし、このような燃料カット状態が続いて、機関回転数が低下して別の所定回転数（燃料カット復帰回転数）に達すると、燃料噴射は再開される。また、上記の条件を満たすが故に内燃機関１０が燃料カット状態にあるときに、アクセルペダル１０４が踏まれてアクセル開度が開き側に大きくなって０％を超えるようになった場合にも、燃料噴射は再開される。なお、内燃機関１０が燃料カット状態にあるときは、概ね減速時に対応する。
【００３３】
そして、このように燃料カット状態のとき、上記スロットル弁３２が閉じ側に制御されるように、予め上記プログラムは設定されている。ただし、後述する排気ガス回収のときには、強制的にスロットル弁３２は排気ガス回収用の所定開度（回収開度）になるように制御される。なお、スロットル弁３２は内燃機関１０の始動時は全開に制御され、他方、内燃機関１０の停止時は全閉に制御される。そして、通常走行時には、機関状態および冷却水温などに応じて、スロットル弁３２の開度は適切な開度（通常開度）になるように制御される。
【００３４】
また、上記各種センサ類からの出力信号に基づいて定まる内燃機関１０の機関運転状態に基づいて、ＥＧＲ弁４８の開度は適切な開度（通常開度）になるように制御される。ここでは、機関運転状態の属する領域が高負荷側にあるほどＥＧＲ量が減少するように構築された、予め実験により定められたデータがＲＯＭに記憶されている。また、アクセルペダル１０４が踏まれて内燃機関１０すなわち車両が加速される過渡期には、ＥＧＲ弁４８が一旦閉弁するように、機関運転状態に基づいて導き出されたＥＧＲ開度は補正される。ただし、後述する排気ガス回収のときには、排気ガス回収用の開度（回収開度）になるようにＥＧＲ弁４８は制御される。
【００３５】
ところで、通常走行時、排気絞り弁７０は全開の開状態に保持制御されているので、排気通路３４を流れる排気ガスは全て触媒コンバータ４０を通過して外気に放出される。これに対して、排気ガス回収の所定条件が満たされたとき、排気絞り弁７０は閉状態になるように制御され、排気通路３４を流れる１つの気筒２０からの排気ガスは概ねせき止められる。そして、このようにしてせき止めた排気ガスを有効に活用して排気ガス回収（圧力エネルギー回収）すなわち蓄圧容器７８へのガス充填が行われる。
【００３６】
以下、排気ガス回収について、図２のフローチャートにしたがって詳細に説明する。ただし、図２のフローチャートは、所定時間毎に、例えばおよそ８ｍｓ毎に繰り返されるものである。なお、以下の記載から明らかになるように、蓄圧容器７８内に回収される排気ガスは主に空気から構成される。
【００３７】
ただし、以下で図２に基づいて説明される制御は、燃料カット中に、排気通路３４の排気絞り弁７０を閉弁制御して、排気絞り弁７０上流側の排気通路Ｊの圧力が蓄圧容器７８内の圧力以上になったときに、流量制御弁８０を介して、内燃機関１０の排気系の一部である排気通路Ｊから蓄圧容器７８へ排気ガスすなわちこの排気ガスの有する圧力エネルギーを回収することを具体化した例である。
【００３８】
内燃機関１０が起動されると、まずＥＣＵ９４は、ステップＳ２０１において、回収フラグが「１」、すなわちＯＮであるか否かを判定する。ここで、回収フラグが「１」ということは、排気ガス回収の所定条件が満たされていることを表す。これに対してそれが「０」ということは、排気ガス回収の所定条件が満たされていないことを表す。初期状態では同回収フラグはリセットされているためここでは否定判定される。なお、本第１実施形態において、排気ガス回収の所定条件が満たされるとは、以下の記載から明らかなように、内燃機関１０が燃料カット状態であること（燃料カット中であること）、蓄圧容器７８内の圧力が所定圧以下であること、および、内燃機関１０の燃料カット状態が所定時間継続したことの３つの要件が満たされることである。
【００３９】
ステップＳ２０１で否定判定されると、次ぐステップＳ２０３で、燃料カット中か否かが判定される。ここでは、具体的には、燃料カット中か否かは、燃料噴射量が「０」とされているか否かで判定される。ただし、上記した燃料カット実行条件が満たされているか否かの判定で代替されてもよい。なお、通常走行時には、概して、内燃機関１０により所定出力を生み出すべく、「０」より大きな燃料噴射量が上述の如く導かれて燃料噴射が行われている。それ故、そのようなときには、ステップＳ２０３において否定判定される。
【００４０】
上記ステップＳ２０３で燃料カット中として肯定判定されると、次ぐステップＳ２０５で、蓄圧容器７８内の圧力（図２では容器内圧）が、蓄圧容器７８に許容される圧力であって、所定圧である予め決められてＲＯＭに記憶されている上限圧以下か否かが判定される。これは１つには、蓄圧容器７８内に十分な量の圧力すなわち排気ガスが蓄えられているときに、さらに排気ガス回収が行われることを防ぐためである。蓄圧容器７８内の圧力は圧力センサ１１６からの出力信号に基づいて求められる。ただし、ここでは、上限圧として、ゲージ圧で４００ｋＰａという値が設定されている。
【００４１】
ステップＳ２０５で肯定判定されると、次ぐステップＳ２０７で、内燃機関１０の燃料カット状態の継続時間（燃料カット時間）が所定時間経過したか否かが判定される。判定対象となる時間は、ステップＳ２０７での判定までの継続した燃料カット時間であり、具体的には連続するルーチンにおいてステップＳ２０３で連続して肯定判定された内の、最初のステップＳ２０３で肯定判定されたときからの時間がＥＣＵ９４が内蔵するタイマ手段で計測されて、この時間が燃料カット時間と擬制されて採用される。また、判定基準となる所定時間は、後述するステップでの排気絞り弁７０の閉弁制御により排気絞り弁７０上流側の排気通路Ｊに回収可能にせき止められる排気ガスが所定割合以上の空気を含む排気ガスになるように予め実験により定められて、予めＲＯＭに記憶されている。ただし、この所定割合は任意に定められ得る。なお、燃料カット時間の計測は、ステップＳ２０３で否定判定されたり、あるいはステップＳ２０７で肯定判定されたりすると終了され、その後タイマ手段はリセットされる。なお、本発明は、ステップＳ２０７での所定時間が「０」であること、すなわち排気ガス回収の所定条件から、内燃機関１０の燃料カット状態が所定時間継続したことが除かれることを許容する。
【００４２】
そして、ステップＳ２０７で肯定判定されるようになると、排気ガス回収条件が満たされているとして、ステップＳ２０９で回収フラグが「１」にされる。これにより、上記通常時の制御よりも、排気ガス回収用の制御が優先して行われるようになる。
【００４３】
次ぐステップＳ２１１では、スロットル弁３２が回収開度になるように、ここでは全開にまで開くようにアクチュエータ３０へ作動信号が出力され、ＥＧＲ弁４８が回収開度になるように、ここでは閉弁するようにアクチュエータ５２へ作動信号が出力され、流量制御弁８０が閉弁するようにアクチュエータ８２へ作動信号が出力され、そして排気絞り弁７０が閉弁するようにアクチュエータ７２へ作動信号が出力される。こうして、該ルーチンは終了する。なお、ＥＧＲ弁４８の閉弁速度あるいはその時々の開度は、車両に意図しない減速ショックが生じないように定められてもよい。ただし、スロットル弁３２は、回収フラグが「１」にされてからに限定されず、回収フラグが「１」にされる前から、例えば内燃機関１０が燃料カット状態にある間ずっと全開などの所定開度にまで開かれてもよい。こうすることで排気通路３４へ空気からなる排気ガスをより早くから多く導くことが可能になり、したがって排気通路Ｊの排気ガスにおける空気の割合をより速くに高めることが可能になる。
【００４４】
ステップＳ２０９で回収フラグが「１」にされた後のルーチンのステップＳ２０１では、回収フラグが「１」であるので肯定判定される。ステップＳ２０１で肯定判定されると、次ぐステップＳ２１３で、上記ステップＳ２０３と同様に燃料カット中か否かが判定される。ここで肯定判定されると次ぐステップＳ２１５で、上記ステップＳ２０５と同様に蓄圧容器７８内の圧力が上記上限圧以下か否かが判定される。なお、ステップＳ２１３、Ｓ２１５での判定が行われるのは、ステップＳ２０９で回収フラグが「１」にされた後、排気ガス回収の所定条件が満たされなくなったときに、排気ガス回収を終了するための制御をするためである。
【００４５】
さてステップＳ２１５で肯定判定されると次ぐステップＳ２１７で、蓄圧容器７８内の圧力が、排気絞り弁７０上流側の排気通路Ｊの圧力（図２中の「背圧」）以下か否かが判定される。このとき既に、排気絞り弁７０が閉弁制御されているので、時間の経過につれて、排気絞り弁７０によってせき止められた排気ガスの圧力（圧力エネルギー）は高くなる。そして、その圧力が排気ガス回収が可能な程度にまで高まっているのかを調べるために、ステップＳ２１７での判定が行われる。ステップＳ２１７で否定判定される場合には次ぐステップＳ２１９で、流量制御弁８０が閉弁するようにアクチュエータ８２に作動信号が出力される。これは、既に流量制御弁８０が閉じられている場合には、流量制御弁８０がそのまま閉弁状態に維持されることを意味している。他方、ステップＳ２１７で肯定判定される場合には次ぐステップＳ２２１で、流量制御弁８０が開弁するようにアクチュエータ８２に作動信号が出力される（開弁制御される）。これにより、排気絞り弁７０上流側の排気通路Ｊの高められた圧力を有する排気ガスは、連通路７６を介して、蓄圧容器７８内に回収されるようになる。この排気ガスの回収は、上記ステップＳ２１３あるいはステップＳ２１５で否定判定されない限りは概ね続けて行われる。
【００４６】
この排気ガス回収は燃料カット中に行われるので、このときに蓄圧容器７８内に回収される排気ガスの空気あるいは酸素含有割合は徐々に高くなり得る。また、このような排気ガスの回収は、概して、内燃機関１０が燃料カット状態になってから、わずか数秒の内に遅くても始められ、その後数秒の内に終了される。したがって、排気ガス回収の間は排気絞り弁７０上流側の排気通路Ｊの温度が十分に高いので、蓄圧容器７８へ回収される排気ガスは十分に高い温度を有する。
【００４７】
排気ガス回収中に、ステップＳ２１３あるいはステップＳ２１５のいずれかで否定判定されると、排気ガス回収を終了するための制御が行われる。それらのいずれかで否定判定されると次ぐステップＳ２２３で、スロットル弁３２が通常時の開度になるように制御されるようになる。また、ＥＧＲ弁４８も通常時の開度になるように制御されるようになる。また、流量制御弁８０が閉弁するように、アクチュエータ８２へ作動信号が出力される。さらに、排気絞り弁７０が開弁するようにアクチュエータ７２へ作動信号が出力される。そして、次ぐステップＳ２２５で回収フラグが「０」にされて、該ルーチンは終了する。この結果、内燃機関１０は排気ガス回収を行わない通常の制御状態に復帰される。
【００４８】
ところで、一般的なターボ過給機において、機関回転数が低回転域に属するときには、排気ガスの流量が少ないためにターボ過給機の回転が低いので、そのときにアクセルペダル１０４が踏まれると、アクセルペダル１０４が踏み込まれてから吸入空気の過給効果が現れるまでに時間的な遅れすなわちタイムラグが生じる。そこで、アクセルペダル１０４が踏み込まれて車両が加速される過渡期に、速やかに過給圧を高めるべく、ターボ過給機６４の作動アシストが行われる。このターボ過給機６４の作動アシストに関して図３のフローチャートにしたがって詳細に説明する。ただし、図３のフローチャートは、所定時間毎、例えばおよそ８ｍｓ毎に繰り返されるものである。
【００４９】
ただし、以下で図３に基づいて説明される制御は、加速要求があったとき、タービン回転数の上昇率を上げてターボ過給機６４の応答性向上を図るべく、タービン５６のタービンホイール５４へ向けて蓄圧容器７８内から排気ガスを供給すると共に、そこに燃料を供給してその燃焼を酸化触媒８４で生じさせることを具体化した例である。
【００５０】
まず、ＥＣＵ９４は、ステップＳ３０１において、上記回収フラグが「０」、すなわちＯＦＦであるか否かを判定する。初期状態では同フラグはリセットされているためここでは肯定判定される。なお、ステップＳ３０１で否定判定されると、当該ルーチンは終了する。
【００５１】
ステップＳ３０１で肯定判定されると、次ぐステップＳ３０３では、アシストフラグが「１」、すなわちＯＮであるか否かが判定される。ここで、アシストフラグが「１」であるということは、ターボ過給器６４の作動アシスト条件が満たされていることを表し、これに対してそれが「０」であるということは、そのターボ過給機６４の作動アシスト条件が満たされていないことを表す。初期状態では同アシストフラグはリセットされているためここでは否定判定される。
【００５２】
ステップＳ３０３で否定判定されると、次ぐステップＳ３０５では、機関回転数が所定回転数以下か否かが判定される。機関回転数が所定回転数より高いときには、過給器６４の作動に関してアシストの必要がないので、機関回転数が上記所定回転数を越えているときにはステップＳ３０５で否定判定されて、当該ルーチンは終了する。他方、ステップＳ３０５で機関回転数が所定回転数以下であるとして肯定判定されると、ステップＳ３０７へ進む。例えば、ステップＳ３０５の判定での所定回転数は３０００ｒｐｍである。
【００５３】
ステップＳ３０７では、加速か否かすなわち加速要求の有無が判定される。この判定は、内燃機関１０への要求過給量が増加したか否かの判定に含まれる。加速か否かの判定は、加速開始時期を求めることに等しく、アクセル開度に基づいて行われる。アクセル開度が所定値以上であり、且つ、アクセル開度が大きくなる方へ変化したときであって単位所定時間におけるその変化量すなわちその開き速度（アクセル開度開き速度）が所定速度を超えたときに、ＥＣＵ９４は加速、すなわち加速要求有りと判断する。より具体的には、ＥＣＵ９４は、アクセル開度センサ１０６からの出力信号に基づいてアクセル開度を求め、そのアクセル開度が例えば２０％開度以上であり、且つ、それのアクセル開度開き速度が、予め設定されてＲＯＭに記憶されている基準速度である上記所定速度を超えたとき、加速と判断する。ステップＳ３０７で肯定判定されると、次いでステップＳ３０９での判定が行われる。なお、ステップＳ３０７で否定判定されると、当該ルーチンは終了する。
【００５４】
ステップＳ３０９では、蓄圧容器７８内の圧力が所定圧以上か否かが判定される。この所定圧とは、ターボ過給機６４の作動アシストを行うのに最低限必要とされる排気ガス量に相当する圧力のことであり、予め実験により求められてＲＯＭに記憶されている。そして、ステップＳ３０９で否定判定されると、該ルーチンは終了する。
【００５５】
他方、ステップＳ３０９で肯定判定されると、次ぐステップＳ３１１でターボ過給機６４の作動アシスト条件が満たされているとしてアシストフラグが「１」にされる。そして次ぐステップＳ３１３で流量制御弁８０が開弁するように、アクチュエータ８２へ作動信号が出力され（流量制御弁８０が開弁制御され）、さらに燃料供給弁８６が開弁するようにそのアクチュエータに作動信号が出力される。このようにして、ターボ過給機６４の作動アシストが開始される。
【００５６】
なお、本第１実施形態では、アシストフラグが「１」にされている間、基本的に、燃料供給弁８６が開けられて、可燃物である燃料が排気通路Ｋ、Ｌに供給される。しかしながら、このときの燃料供給弁８６からの燃料供給量は、所定量になるように精密に制御されるのがより好ましく、連続的にあるいは間欠的に供給され得るが、この燃料供給弁８６からの燃料供給に関しては後述する。
【００５７】
こうして蓄圧容器７８内から酸化触媒８４上流側の排気通路Ｌに供給された排気ガスは、所定割合以上の空気を含み、他方で、排気通路Ｌには上記の如くして燃料が供給される。こうして供給された排気ガスと燃料とは混ざりつつ、そして気筒２０からの排気ガスとも混ざりつつ、酸化触媒８４に至り、酸化触媒８４の酸化機能を利用して燃料の酸化すなわち燃焼が生じるようになる。特に、こうして蓄圧容器７８から供給される排気ガスは、所定量以上の酸素を含むと共に、概して所定温度（例えば１００℃）以上の温度を有し得る。したがって、酸化触媒８４での燃料の酸化反応性はよく、その燃料の燃焼をより適切に生じさせることが可能になる。こうした燃料の燃焼はタービンホイール５４上流側の排気通路Ｋで生じるので、タービンホイール５４には高い圧力を有すると共に高い膨張エネルギーを有する排気ガスが供給される。したがって、タービンホイール５４の回転数を急激に上昇させることが可能になり、ターボラグを低減することが可能になる。
【００５８】
他方、次回以降のルーチンでは、回収フラグが「０」であり、且つ、アシストフラグが「１」であるので、上記ステップＳ３０１およびステップＳ３０３でそれぞれ肯定判定される。次ぐステップＳ３１５では、上記ステップＳ３０５と同様に、機関回転数が所定回転数以下か否かが判定される。
【００５９】
そして、ステップＳ３１５で肯定判定されると、次ぐステップＳ３１７で、アシスト時間が経過していないか否かが判定される。ここで、判定対象となる時間は、流量制御弁８０が開かれて連通路７６が開通したときからの経過時間であると共に、燃料供給弁８６が開弁したときからの時間でもある。ここではＥＣＵ９４は、内蔵するタイマ手段で、ステップＳ３１１に至ったときからの時間を計測し、この時間を判定対象の時間と擬制して採用する。また、判定基準となるアシスト時間は、予め実験により求められて設定された所定時間であり、ここでは変数ではなく固定値とされて、ＲＯＭに記憶されている。ただし、ステップＳ３１７での判定に用いられるアシスト時間は可変とされてもよく、加速要求があったときの機関運転状態や、タービンホイール５４上流側の排気通路Ｋの圧力などに基づいて定められ得る。
【００６０】
ステップＳ３１７でアシスト時間が経過していないとして肯定判定されると、次ぐステップＳ３１９で、上記ステップＳ３０９と同様に、蓄圧容器７８内の圧力が上記所定圧以上か否かが判定される。そして、ここで肯定判定されると、当該ルーチンは終了する。
【００６１】
上記ステップＳ３１５から上記ステップＳ３１９のいずれかで否定判定されることで、ターボ過給器６４の作動アシストを終了するための制御が行われる。ステップＳ３１５からステップＳ３１９のいずれかで否定判定されると、ステップＳ３２１で流量制御弁８０が閉弁するようにアクチュエータ８２へ作動信号が出力され、他方で燃料供給弁８６が閉弁するようにそのアクチュエータに作動信号が出力される。そして、次ぐステップＳ３２３でアシストフラグが「０」にされる。これにより、該ルーチンは終了する。なお、これにより、タイマ手段はリセットされる。
【００６２】
ただし、一旦、ターボ過給機６４の作動アシストが開始された後、それを終了するか否かの判定には、上記ステップＳ３１５からステップＳ３１９の判定の他、さらに、加速（要求）が継続されているか否かの判定が加えられてもよい。加速が継続されていないときには、もはやターボ過給機６４の作動アシストを行う必要はないからである。具体的には、アクセル開度が加速要求有りと判定されたときのアクセル開度から所定量分閉じ側に変化したり、あるいはアクセル開度開き速度が負になってその大きさが所定量以上になったりしたとき、加速が継続されていないとして、作動アシストを終了するための上記制御（ステップＳ３２１およびステップＳ３２３）が行われ得る。
【００６３】
上記説明では、アシストフラグが「１」にされている間は、基本的に、燃料供給弁８６が開弁され、その間継続して燃料が酸化触媒８４上流側の排気通路Ｌに供給され続けるとしたが、燃料供給弁８６からの燃料の供給量や供給時期は厳密に制御されるのが好ましい。具体的には、燃料供給弁８６からの燃料供給量は、内燃機関１０の気筒２０を経て排気通路３４に至る排気ガス中の空気量と、蓄圧容器７８から供給される排気ガス中の空気量との合計の空気量中の酸素で酸化反応可能な量以下に制限されるのが好ましい。こうすることで、排気系の排気通路Ｋ、Ｌに供給された燃料を適切に酸化触媒８４で酸化すなわち燃焼させることが可能になる。また、こうすることで燃料を適切に酸化触媒８４で酸化させることが可能であるので、燃費を向上させることが可能になる。さらにより好ましくは、それら燃料と排気ガス中の酸素との割合は、いわゆるストイキにされるのがよい。こうすることで、最も効率よく、ターボ過給機６４の作動アシストを達成することが可能になる。
【００６４】
このように燃料供給弁８６から排気通路へ供給された燃料の酸化反応をより適切に生じさせるために、蓄圧容器７８内の排気ガス中の空気割合すなわち酸素割合が、蓄圧容器７８に設けた酸素センサ等のセンサを用いて検出されるか、あるいは排気ガス回収中の機関回転数、排気ガス回収時間等から推定されるとよい。また、気筒２０を経て排気通路３４に至った排気ガス中の空気割合が機関運転状態により推定されるか、あるいは排気通路３４の内の排気通路Ｌに設けられた酸素センサあるいは空燃比センサ等のセンサを用いて検出されるとよい。
【００６５】
なお、このような蓄圧容器７８からの排気ガスの供給時期と、燃料供給弁８６からの燃料の供給時期は、それぞれ、燃料を適切に排気ガスと混合させて反応させるように実験により定められ得る。ただし、このような蓄圧容器７８からの排気ガスの供給と、燃料供給弁８６からの燃料の供給とは、それら各々の供給位置と酸化触媒８４までの距離、それらの間の排気通路の形状等を考慮して制御されるとなおよい。こうすることで、燃料供給弁８６から供給された燃料の反応をより適切に排気通路で生じさせることが可能になる。
【００６６】
また、蓄圧容器７８内の排気ガスの温度を考慮して、蓄圧容器７８からの排気ガスの供給量と、燃料供給弁８６からの燃料の供給量とはそれぞれ調節されるとよい。蓄圧容器７８から供給される排気ガスの温度に応じて、燃料供給弁８６から供給された燃料の反応性が異なるからである。なお、燃料供給弁８６からの燃料の供給量や供給時期は、その反応に伴って上昇するタービン５６入口部での排気ガスの温度がタービン５６の耐熱温度内におさまるように、定められるとよい。
【００６７】
なお、上記第１実施形態では、燃料供給弁８６から燃料が排気通路Ｌへ供給されたが、いわゆるポスト噴射により、排気通路Ｌへの燃料の供給が行われてもよい。ポスト噴射とは、燃料噴射弁１２から、燃料のメイン噴射に遅れて内燃機関１０の気筒２０内に燃料を噴射することであり、ＥＣＵ９４によってポスト噴射実行は制御される。このポスト噴射による燃料は、気筒２０内で燃焼されずに、概ねそのまま排気通路Ｌへ排出されるので、適切に酸化触媒８４に燃料を供給することができる。なお、この場合、ポスト噴射実行手段は、ＥＣＵ９４の一部を含んで構成される。
【００６８】
また、上記第１実施形態では、加速するときに、タービンホイール上流側の排気通路Ｋに蓄圧容器７８内の排気ガスや燃料が供給されるとしたが、加速するときに限らず、要求過給量が増加するときにそのような排気ガス供給および燃料供給がなされてもよい。要求過給量が増加するときには、加速するとき、および、車両が上り坂に面して負荷が上昇した場合などの内燃機関への要求負荷が増加するときが含まれる。
【００６９】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態が適用された車両の内燃機関システムの概略構成を図４に示す。図４と図１とを比較して明らかなように、本第２実施形態では酸化触媒８４が連通路７６に設けられるので、上記第１実施形態と第２実施形態との間にこれに関連して幾つかの相違点が存在するが、それ以外の点では第２実施形態の内燃機関１０ｂは上記第１実施形態の内燃機関１０と概ね同じ構成を有する。それ故、これらの相違点について以下説明して、既に上で説明した構成要素に対応する構成要素には同じ符合を付してそれらの説明を省略する。ただし、本実施形態では、酸化触媒８４上流側の通路を符号「Ｌ´」で指し示す。なお、第２実施形態における排気ガス回収およびターボ過給機６４の作動アシストに関しては、第１実施形態で図２および図３のフローチャートに基づいて説明されたのと同じであるので、これらの説明は省略される。また、本第２実施形態でも、上記第１実施形態に関して述べた変更や修正が許容される。
【００７０】
本第２実施形態では酸化触媒８４は、タービンホイール５４上流側の排気通路Ｋに設けられるのではなく、タービンホイール５４上流側の排気通路Ｋから延出した延出通路である、連通路７６に設けられる。そして、連通路７６の内、この酸化触媒８４上流側（蓄圧容器側）には、燃料供給弁８６が設けられて、それによる燃料の供給位置が位置付けられている。なお、蓄圧容器７８からの排気ガスの供給位置は、酸化触媒８４上流側に位置付けられている。
【００７１】
図４から明らかなように、酸化触媒８４の配置位置は、連通路７６の内、排気通路３４に最も近い位置である。したがって、酸化触媒８４は熱に関しては実質的に排気マニホールド３６によって区画形成された排気通路に設けられていることに等しい。なお、酸化触媒８４の一部が排気マニホールド３６内に突出されて配置されることや、酸化触媒８４が排気通路３４からある程度離れた位置に配置されることを、本発明は排除しない。
【００７２】
そして、これに関連して、上記のように、燃料通路８８は連通路７６の内の酸化触媒８４配置箇所よりも蓄圧容器７８側の位置につなげられる。この結果、ターボ過給機６４の作動アシストを行うとき、蓄圧容器７８内からの排気ガスと、燃料供給弁８６から噴射された燃料とを、共に、酸化触媒８４に供給して、酸化触媒８４でその燃料の酸化反応を生じさせることが可能になる。
【００７３】
このように酸化触媒８４を連通路７６に設けることで、酸化触媒８４により排気ガスの流れが影響を受けることを防ぐことが可能になる。したがって、酸化触媒８４を原因とする内燃機関１０ｂの出力低下が生じることはない。また、上記の如く、酸化触媒８４は排気通路３４に近い位置に設けられるので、気筒２０を経て排気通路３４に至った排気ガスによって酸化触媒８４を十分に加熱することが可能になる。したがって、ターボ過給機６４の作動アシスト時、酸化触媒８４の機能を十分に発揮させることが可能になる。
【００７４】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は、蓄圧容器７８内の排気ガスを、気筒２０を経て排気通路３４に至った排気ガスの浄化処理に利用する点で、上記第１および第２実施形態と相違する。以下、図面に基づいて、上記第１実施形態や上記第２実施形態との異なる点や第３実施形態の特徴的な構成に関して説明するが、以下の説明では上で説明した構成要素に対応する要素には同じ符号を付してその説明を省略する。なお、本第３実施形態でも、上記第１実施形態の如くターボ過給機６４の作動アシストを、蓄圧容器７８内の排気ガスを排気通路に供給する（流量制御弁８０を開弁制御する）と共に同排気通路に燃料を供給して（燃料供給弁８６を制御して）行うことができるが、この点に関するさらなる説明は省略される。
【００７５】
本第３実施形態では、触媒コンバータ４０は２つに分けられていて、直列的に排気通路３４に配列された第１触媒コンバータ４０ａと第２触媒コンバータ４０ｂとで構成されている。相対的に上流側に位置付けられた第１触媒コンバータ４０ａは、還元剤の存在下でＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＮＯｘ触媒）を有し、このＮＯｘ触媒でのＮＯｘの浄化を可能にするように上記燃料供給弁８６から還元剤としての燃料が供給可能にされている。他方、第１触媒コンバータ４０ａ下流側に設けられた第２触媒コンバータ４０ｂは酸化触媒を有し、該酸化触媒での酸化能力を適切に発揮させるように酸素供給機構１５０がさらに設けられている。
【００７６】
第１触媒コンバータ４０ａには、パティキュレートフィルタ（フィルタ）が設けられ、このフィルタに担持されることでＮＯｘ触媒が充填されている。フィルタは、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する。また、ＮＯｘ触媒は、流入する排気ガスの酸素濃度が高いときは排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの酸素濃度が低下しかつ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを還元する機能を有する。具体的には、ＮＯｘ触媒は、プラチナ／ロジウム系触媒であり、そこにＮＯｘ吸蔵機能を高めるためにバリウム（Ｂａ）を含むものであるが、他の構成を有してもよい。
【００７７】
また、第１触媒コンバータ４０ａのＮＯｘ触媒には、燃料に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（ＳＯｘ）もＮＯｘと同じメカニズムで吸蔵される。このように吸蔵されたＳＯｘはＮＯｘよりも放出されにくく、ＮＯｘ触媒内に蓄積される。このことは一般に硫黄被毒と称される。この硫黄被毒によりＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率が低下するため、適宜の時期に硫黄被毒から回復させる硫黄被毒回復処理を施す必要がある。この処理は、ＮＯｘ触媒を高温にし、かつ、酸素濃度を低下させた排気ガスをＮＯｘ触媒に流通させることを必要とする。そして、この処理では、ＥＣＵ９４は、第１触媒コンバータ４０ａに流入する排気ガス中の酸素濃度を比較的短い周期でスパイク的に低くする、いわゆるリッチスパイク制御を実行する。
【００７８】
第１触媒コンバータ４０ａのＮＯｘ触媒でのＮＯｘ還元浄化や硫黄被毒回復を行うか否かの判断は、それぞれ個別に実行され、各々は車両すなわち内燃機関１０ｃの運転履歴に基づいて行われる。この判断方法等としては種々の方法等が既知であり、ここではそれらを利用できるが、この判断方法等の一例を概略的に簡単に述べて、他の説明は省略される。例えば、内燃機関１０ｃの使用開始時あるいは、直近のＮＯｘ還元浄化実行や硫黄被毒回復実行終了後からの内燃機関１０ｃの運転履歴から、ＮＯｘ触媒に吸蔵された総ＮＯｘ量あるいは総ＳＯｘ量を推定し、それらが所定値を超えたか否かで、ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ還元浄化や硫黄被毒回復を行うか否かの判断が行われる。なお、このような総ＳＯｘ量の推定では、用いられた燃料中の硫黄成分量に基づく補正が行われるとよい。
【００７９】
そして、ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ還元浄化実行時やその硫黄被毒回復実行時の燃料供給弁８６からの燃料の供給は、触媒コンバータ４０ａに流入する排気ガスの空燃比が所定のリッチ空燃比となるようにＥＣＵ９４により制御される。
【００８０】
これに対して第２触媒コンバータ４０ｂには、酸化機能を有する触媒として酸化触媒が充填されている。具体的には、第２触媒コンバータ４０ｂ内にはプラチナ（Ｐｔ）が担持されたハニカム構造体が配置されている。
【００８１】
この第２触媒コンバータ４０ｂの酸化触媒での酸化反応を適切に生じさせるために利用される上記酸素供給機構１５０は、蓄圧容器７８と、蓄圧容器７８内の排気ガスを第２触媒コンバータ４０ｂに供給可能にする供給管１５２で区画形成された供給通路１５４と、該供給通路１５４に設けられたガス供給弁１５６とを含んで構成されている。ガス供給弁１５６はＥＣＵ９４からの作動信号により作動されるアクチュエータ１５８によって開閉駆動される。なお、ここではガス供給手段は酸素供給機構１５０を含んで構成される。
【００８２】
上記のように、ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ還元浄化実行時やその硫黄被毒回復実行時に第１触媒コンバータ４０ａのＮＯｘ触媒へ燃料が供給されると、その燃料添加量が過多である場合には、特に、ＨＣ、ＣＯ等の還元成分すなわち可燃成分が第１触媒コンバータ４０ａ下流側に流れることになる。また、硫黄被毒回復実行時には、ＮＯｘ触媒からＳＯｘが放出され得るが、この放出されたＳＯｘはリッチ雰囲気ではＨ２Ｓになり易い。このように第１触媒コンバータ４０ｂから流出し得る成分を、ＮＯｘ還元浄化実行時や硫黄被毒回復実行時の還元雰囲気下でも浄化可能にするため、すなわち下流側の第２触媒コンバータ４０ｂの酸化触媒で酸化させて浄化することを可能にするべく、上記酸素供給機構１５０が用いられる。つまり、第２触媒コンバータ４０ｂの酸化触媒下流側の排気通路に、燃料供給弁８６から供給された燃料やこれに由来する可燃成分が流れないように、蓄圧容器７８内の排気ガスは供給される。
【００８３】
第１触媒コンバータ４０ａのＮＯｘ触媒でのＮＯｘ還元浄化実行時やその硫黄被毒回復実行時、第２触媒コンバータ４０ｂへ流入する排気ガスの空燃比が目標の空燃比になるように、具体的には第２触媒コンバータ４０ｂへ流入するＨＣ、ＣＯ等を酸化して浄化させるのに十分な量の酸素を含み得る空燃比になるように、ガス供給弁１５６は制御される。このガス供給弁１５６は、ここでは、第１触媒コンバータ４０ａと第２触媒コンバータ４０ｂとの間の排気通路に設けられた空燃比センサ１６０からの出力信号に基づいて求められる排気ガスの空燃比が上記目標の空燃比になるようにフィードバック制御される。
【００８４】
そして、本第３実施形態では、第１触媒コンバータ４０ａのＮＯｘ触媒に対するＮＯｘ還元浄化実行時やその硫黄被毒回復実行時、燃料供給弁８６からの燃料供給量は、蓄圧容器７８内の排気ガス量に基づいて制御される。具体的には、ＥＣＵ９４は、圧力センサ１１６からの出力信号に基づいて求められる蓄圧容器７８内の排気ガスの圧力からその排気ガス量を推定し、その排気ガス量が所定量以上あるか否かをまず判定する。そしてその排気ガス量が所定量以上あるとして肯定判定されたとき、燃料供給弁８６からの燃料供給量を第１燃料供給量にし、蓄圧容器７８からの排気ガスの供給量をこれに対応した第１排気ガス供給量に定める。これに対して、ＥＣＵ９４は、蓄圧容器７８内の排気ガス量が所定量未満であるとして否定判定されたとき、燃料供給弁８６からの燃料供給量を第２燃料供給量にし、蓄圧容器７８からの排気ガスの供給量をこれに対応した第２排気ガス供給量に定める。第１燃料供給量は第２燃料供給量よりも多く、また、第１排気ガス供給量は第２排気ガス供給量よりも多い。つまり、蓄圧容器７８内の排気ガス量が所定量以上あるとき、その排気ガス量が所定量未満のときの燃料供給量よりも多い量の燃料を供給するように、燃料供給弁８６は制御される。このようにするのは、燃料供給量が多い方がＮＯｘ触媒でのＮＯｘ浄化を生じさせ易いが、その場合には第１触媒コンバータ下流側にＨＣ、ＣＯ等の流出量が多く、これらの浄化処理のためには、それに相当する量の空気を第２触媒コンバータ４０ｂの酸化触媒で必要とするからである。具体的には、第１燃料供給量は第１触媒コンバータ４０ａ入口側の排気ガスの空燃比が１４未満になるように定められ、第２燃料供給量は第１触媒コンバータ４０ａ入口側の排気ガスの空燃比が１４以上になるように定められる。また、第２排気ガス供給量は「０」であり得る。
【００８５】
なお、第１触媒コンバータ４０ａのＮＯｘ触媒でのＮＯｘ還元浄化実行時やその硫黄被毒回復実行時に、第２触媒コンバータ４０ｂに向けて蓄圧容器７８内の排気ガスが供給されるので、蓄圧容器７８内へ回収される排気ガスはより高い空気割合の排気ガスであるとよい。そのために、上記ステップＳ２０７での燃料カット時間が所定時間経過したか否かの判定での所定時間は、排気絞り弁７０の閉弁中、排気絞り弁７０上流側の排気通路Ｊが概ね空気からなる排気ガスで満たされるように、予め実験により求められて設定されるのがよい。それ故に、本第３実施形態では排気絞り弁７０はタービン５６下流側かつ第１触媒コンバータ４０ａ上流側の排気通路に設けられているが、排気ガス回収時間をより短くするべく、排気絞り弁７０配置箇所は、上記第１実施形態の如き箇所でもよい。
【００８６】
以上、上記したように第２触媒コンバータ４０ｂの酸化触媒には、ＮＯｘ還元浄化実行時や硫黄被毒回復実行時に目標の空燃比の排気ガスが供給されるので、第１触媒コンバータ４０ａ下流側から第２触媒コンバータ４０ｂに至ったＨＣ、ＣＯ等を適切に処理することが可能になる。したがって、それらが第２触媒コンバータ４０ｂを通過して外気に放出されるのを適切に防ぐことが可能になる。
【００８７】
このようにＮＯｘ還元浄化実行時や硫黄被毒回復実行時に酸素供給機構１５０から第２触媒コンバータ４０ｂへ供給される排気ガスは、かなり高い割合の酸素を含むばかりでなく、上記の如くある程度以上の温度を有するので、第２触媒コンバータ４０ｂ内の触媒を冷やし難い。すなわち、そのような蓄圧容器７８からの排気ガスの供給によっても第２触媒コンバータ４０ｂの触媒床温が過度に下がることはなく、その触媒の酸化機能を適切に発揮させ続けることが可能になる。なお、蓄圧容器７８内に回収された排気ガスの温度を所定温度以上に上げるあるいは保つために、蓄圧容器７８と第１あるいは第２触媒コンバータ４０ａ、４０ｂとは隣接してあるいは当接して設けられ得、それらの間に熱交換手段が設けられるとよい。あるいは、蓄圧容器７８内の排気ガスと排気通路３４を流れる排気ガスとの間での熱交換を促すように、それらの間に熱交換手段が設けられるとよい。なお、このような熱交換手段による蓄圧容器７８内の排気ガスの加熱は上記第１および第２実施形態にも適用され得る。
【００８８】
なお、例えば温度センサ１２０からの出力信号に基づいて検出される機関冷却水温が例えば６５℃未満である、および／あるいは、機関始動後６０秒以内である、機関冷間始動時には、蓄圧容器７８内の排気ガスを連通路７６から流量制御弁８０を所定時間開弁させて流すことで、第１および第２触媒コンバータの触媒の暖機が行われてもよい。あるいはそのような機関冷間始動時に、ガス供給弁１５６を開弁して、蓄圧容器７８内の所定割合以上の空気を含む排気ガスを触媒コンバータ４０ｂに流すことで、触媒でのＨＣ、ＣＯといった成分の浄化を促すことも可能である。
【００８９】
ただし、上記第３実施形態では、燃料供給弁８６から燃料を排気通路へ直接的に供給したが、ＮＯｘ還元浄化実行時や硫黄被毒回復実行時に第１触媒コンバータ４０ａのＮＯｘ触媒に還元剤として燃料を添加するように、いわゆるポスト噴射が行われてもよい。このポスト噴射による燃料は、気筒２０内で燃焼されずに、そのまま排気通路へ排出されるので、適切に第１触媒コンバータ４０へ燃料を供給することができる。なお、この場合、ポスト噴射実行手段は、ＥＣＵ９４の一部を含んで構成される。
【００９０】
以上、本発明を３つの実施形態およびそれらの変形例等に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されない。例えば、本発明は、上記第１から第３実施形態およびその変形例等の相互組み合わせやそれらの部分的な他の組み合わせ等を許容する。
【００９１】
また、蓄圧容器７８内には、蓄圧容器７８内への排気ガスの回収量を増やすべく、活性炭、ゼオライト、アルミナ、カーボンモレキュラーシーブの内の少なくとも１つを含んで構成され得る、ガスを吸着可能な吸着材が配置されるとよい。ただし、このような吸着材は耐熱性に劣ることがあるので、採用される吸着材の種類に応じた許容温度を超えないように、蓄圧容器７８内に回収および保持される排気ガスの温度は調節されるとよい。
【００９２】
また、上記３つの実施形態では、排気絞り弁７０はバタフライ式弁であったが、それ以外の形式の弁であってもよい。排気絞り弁７０は、例えば、ポペット式弁、シャッター式弁であり得る。なお、排気絞り弁７０として、排気ブレーキ用に設けられた弁が用いられてもよい。また、他の弁も、上記した形式の弁に限定されず、他の形式の弁であり得る。例えば、流量制御弁（流量調整弁）８０は、蓄圧容器７８内へのガス回収のためだけに設けられる場合、逆止弁であってもよい。なお、上記した種々の弁を駆動するアクチュエータは、上記した形式のものに限定されず、電動モータや負圧式アクチュエータなど種々の形式のアクチュエータであり得る。
【００９３】
また、上記３つの実施形態では、蓄圧容器７８を１つ設けることにしたが、それは複数個設けられてもよい。そして蓄圧容器７８を２つ以上複数個設ける場合には、それら蓄圧容器７は車両に分散して配置され得る。
【００９４】
なお、上記３つの実施形態では、本発明をディーゼル機関に適用して説明したが、これに限定されず、本発明は、ポート噴射型式のガソリン機関、筒内噴射形式のガソリン機関等の各種の内燃機関に適用可能である。また、用いられる燃料は、軽油やガソリンに限らず、アルコール燃料、ＬＰＧ（液化天然ガス）等でもよい。また、本発明が適用される内燃機関の気筒数などはいくつであってもよい。
【００９５】
なお、上記３つの実施形態およびその変形例等では本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】第１実施形態が適用された車両の内燃機関システムの概念図である。
【図２】第１実施形態の排気ガス回収用のフローチャートである。
【図３】第１実施形態のターボ過給機の作動アシスト用のフローチャートである。
【図４】第２実施形態が適用された車両の内燃機関システムの概念図である。
【図５】第３実施形態が適用された車両の内燃機関システムの概念図である。
【符号の説明】
【００９７】
１０ 内燃機関
１４ 燃料タンク
３４ 排気通路
５４ タービンホイール
５６ タービン
６４ ターボ過給機
７０ 排気絞り弁
７８ 蓄圧容器
８４ 酸化触媒
８６ 燃料供給弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスを内燃機関の排気系から蓄圧容器に回収し、そして排気系の可燃物あるいは該可燃物に由来する可燃成分の反応環境を調整するべく、回収したガスを排気系に供給するように構成された内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ガス浄化用触媒として、還元剤存在下で窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する触媒が知られていて、その種々の利用態様が提案されている。例えば、特許文献１に記載の排気浄化装置は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を排気通路に有し、該触媒でのＮＯｘ還元時に、エアタンク内に貯留された圧縮空気を空気供給管からケーシング内に導き、他方でその空気供給管に軽油を添加し、前記ケーシング内の昇温手段により添加された軽油を昇温してから同様にケーシング内に設けられた改質触媒で昇温された軽油をＨ２とＣＯに分解して、それらを還元剤としてＮＯｘ吸蔵還元型触媒の入側に供給するように構成されている。そして、その昇温手段は、バッテリから電流コントローラを介して通電が行われるヒータ触媒によって構成されている。
【０００３】
これに対して、内燃機関の電気負荷を低減するように、内燃機関の排気ガスを熱源とする加熱手段により生成される高温下で、空気（エアポンプにより圧縮供給された空気）中に添加された燃料軽油の部分酸化を促進し、それをＮＯｘ触媒に供給することでＮＯｘ触媒でのＮＯｘ浄化を促すようにしたＮＯｘ還元装置が特許文献２に開示されている。このＮＯｘ還元装置の上記加熱手段は、燃料軽油が添加された空気が流れる空気供給通路を区画形成する管部材の内、排気通路に延出配置された下流端部により形成されている。
【０００４】
また、特許文献３には、酸化機能を有する触媒に流入する排気ガスの空燃比を適正値に維持するべく創案された内燃機関の排気浄化装置が開示されている。この排気浄化装置では、排気通路に上流側から順にＮＯｘ吸蔵還元型触媒と酸化触媒とが並べて配置され、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒でのＮＯｘ還元時あるいはそれの硫黄被毒回復時に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に還元剤が添加され、この結果、そのＮＯｘ吸蔵還元型触媒から流出することになるＣＯ、ＨＣ、Ｈ２Ｓ等を下流側の酸化触媒で酸化するように、該酸化触媒へエアポンプを作動させて空気が供給されるようにされている。
【０００５】
他方、蓄圧容器内の高い圧力を有するガスを用いて、種々の部材を作動させる、あるいはその作動を補助することが提案されている。その一例として、リザーバタンク内の圧縮空気を用いて、内燃機関に搭載されたターボ過給機の過渡応答性を向上させるようにしたターボ過給機の加速装置が特許文献４に開示されている。この装置は、機関運転状態に応じて圧縮空気を排気ポートとタービンとの間に供給可能な空気供給機構を備えていて、この空気供給機構は、ポンプから吐出された圧縮空気を蓄圧して保持可能なリザーバタンクと、該リザーバタンク内の圧縮空気を排気ポートとタービンとの間に供給する弁機構とを備えている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２４２０２０号公報
【特許文献２】特開２０００−２４０４４１号公報
【特許文献３】特開２００７−１６２４９９号公報
【特許文献４】特開昭６２−２７６２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように特許文献１から４に記載の全装置は、燃料の添加が伴われる場合もあるが、いずれも、排気系に空気を供給するようにしている。上記したように排気系へ供給される空気は、ポンプにより外部から吸引されたものであるので、そもそも、外気と同じ程度あるいはポンプによる圧縮によりそれよりもわずかに高い程度の温度を有するに過ぎない。したがって、その空気をそのまま排気系に供給することは好ましくない。これは、１つには、上記のように還元剤がＮＯｘ触媒に添加される場合、還元剤等を取り巻くガスの温度が低いと、その還元剤等の反応性が低下することになるからである。それ故、そのような空気が排気通路に供給される場合には、毎回、例えば、上記特許文献１、２に開示されている設備を用いて、それらを昇温することが望まれる。
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１の装置のようにして空気等を昇温する場合には、内燃機関の電気負荷が大きくなり、内燃機関の省エネルギーの点から問題がある。また、上記特許文献２の装置のようにして空気等を昇温する場合には、内燃機関の排気通路に管部材が設けられることになるので、例えば排気ガスの流れに悪影響を与えないようにそれを設計する必要があり、内燃機関の設計の自由度が狭められる虞がある。
【０００９】
そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、別途加熱手段や昇温手段を設ける必要なく、ある程度以上暖かいガスを、排気系へ供給可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関は、内燃機関の気筒より排出されたガスを該内燃機関の排気系より蓄圧容器に回収するガス回収手段と、排気系に可燃物を供給する可燃物供給手段と、該可燃物供給手段によって供給された可燃物の排気系での酸化反応を可能にするように、前記ガス回収手段によって回収された前記蓄圧容器内のガスを排気系に供給するガス供給手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
かかる構成によれば、ガス回収手段が内燃機関の気筒より排出された排気系のガスを内燃機関の排気系より蓄圧容器に回収し、ガス供給手段がガス回収手段によって回収された蓄圧容器内のガスを排気系に供給するので、排気系に供給されるガスは、ある程度以上暖かいあるいは熱いガスであり得る。このように、別途加熱手段や昇温手段を設ける必要なく、ある程度以上暖かいガスを排気系へ供給することが可能になる。
【００１２】
また、前記ガス回収手段により前記蓄圧容器に回収されるガスは、空気を含むことが望ましい。つまり、この場合、蓄圧容器内のガスは空気を含む。好ましくは、上記ガス回収手段は、内燃機関が燃料カット状態か否かを判定する燃料カット状態判定手段と、該燃料カット状態判定手段により肯定判定されたとき排気系のガスを前記蓄圧容器に回収する排気系ガス回収手段とを備えるとよい。この場合、前記蓄圧容器に回収されるガスは、より多くの空気を含むことができる。蓄圧容器内のガスが空気を含むことにより、蓄圧容器内のガスを、可燃物供給手段によって供給された可燃物の排気系での酸化反応を可能にするように、すなわち可燃物供給手段によって排気系へ供給された可燃物の反応環境を調整するように、排気系へ供給することが可能になる。これにより、例えば、排気系の可燃物あるいは該可燃物由来の可燃成分を触媒上で適切に酸化反応させることも、また排気系でのそのような可燃物等の酸化反応を促して排気系のガスの有するエネルギーを高めることも可能になる。
【００１３】
好ましくは、前記排気系ガス回収手段は、内燃機関の排気通路に設けられた排気絞り弁と、前記燃料カット状態判定手段により肯定判定されたとき、前記排気絞り弁上流側の排気通路から前記蓄圧容器へガスを回収するように前記排気絞り弁を閉弁制御する排気絞り弁制御手段とを備えるとよい。こうすることで、排気絞り弁上流側の排気通路のガスの圧力を高めて、該高められた圧力を有するガスを蓄圧容器へ回収することが可能になる。
【００１４】
また、上記可燃物供給手段は、排気系に設けられた供給弁を備えるとよく、これにより該供給弁を用いて燃料を排気系へ直接的に供給することが可能になる。また、上記可燃物供給手段は、燃料のメイン噴射に遅れて内燃機関の気筒内に燃料のポスト噴射を実行するポスト噴射実行手段を備えるとよく、これにより排気系の内の排気通路には気筒を経たガスを介して可燃物である燃料を間接的に供給することが可能になる。
【００１５】
また、排気通路に設けられたタービンホイールを有するタービンを含むターボ過給機と、内燃機関への要求過給量が増加したか否かを判定する要求過給量判定手段とをさらに備え、前記可燃物供給手段による可燃物の排気系への供給位置および前記ガス供給手段による排気系へのガスの供給位置は、前記タービンホイール上流側にあり、前記要求過給量判定手段により肯定判定されたとき、前記可燃物供給手段は可燃物を供給し、他方、前記ガス供給手段はガスを供給するとよい。この場合、内燃機関への要求過給量が増加したとき、タービンホイール上流側の排気系で可燃物の酸化反応を促して、タービンホイールへのガスのエネルギーを高めることが可能になり、これによりタービン回転数の上昇率増加をより積極的に促すことが可能になる。より好ましくは、前記可燃物供給手段および前記ガス供給手段の両供給位置と前記タービンホイールとの間に、酸化機能を有する触媒が配置されているとよく、こうすることで、タービンホイール上流側の排気通路で可燃物の酸化反応をより適切に生じさせることが可能になる。また、前記タービンホイール上流側の排気通路から延出した延出通路が設けられ、該延出通路に、前記可燃物供給手段および前記ガス供給手段の両供給位置が位置付けられているとよく、この場合、延出通路で、蓄圧容器からのガスと可燃物とを適切に混合させることが可能になる。なお、前記延出通路に前記酸化機能を有する触媒が設けられているとよく、こうすることで、この酸化機能を有する触媒により排気通路でのガスの流れが影響を受けることを低減することが可能になる。なお、上記内燃機関において、前記可燃成分供給手段による可燃物の供給量は、内燃機関の気筒を経て排気通路に至るガス中の空気量と、前記ガス供給手段により排気系に供給されるガス中の空気量との合計の空気量中の酸素で酸化反応可能な量以下であるとよく、こうすることで、排気系に供給された可燃物を排気系で適切に酸化させることが可能になる。
【００１６】
さらに、前記可燃物供給手段による可燃物の供給位置下流側かつ前記ガス供給手段によるガスの供給位置下流側の排気通路に酸化機能を有する触媒が設けられ、該酸化機能を有する触媒下流側の排気通路に前記可燃物供給手段により供給された可燃物あるいは該可燃物に由来する可燃成分が流れないように、前記ガス供給手段はガスを供給するとよい。こうすることで、可燃物供給手段により供給された可燃物あるいは該可燃物に由来する可燃成分が排気通路の酸化機能を有する触媒で浄化処理され得るようになり、いわゆるテールパイプエミッションを改善することが可能になる。そして、さらに、前記可燃物供給手段による可燃物の供給位置は、前記ガス供給手段によるガスの供給位置よりも上流側にあり、両供給位置間に、前記可燃物供給手段による可燃物を還元剤として該還元剤の存在下でＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒が配置されているとよい。こうすることで、排気ガス中のＮＯｘを適切に還元浄化することが可能になる。そして、前記蓄圧容器内のガス量が所定量以上か否かを判定するガス量判定手段をさらに備え、前記可燃物供給手段は、前記ガス量判定手段により肯定判定されたとき、該ガス量判定手段により否定判定されたときの可燃物供給量よりも多い量の可燃物を供給するとしてもよい。この場合、ＮＯｘ触媒でより適切にＮＯｘ浄化を行いつつ、ＮＯｘ触媒下流側の触媒で可燃物等を適切に処理することができる。また、前記蓄圧容器内のガスが排気通路の熱を用いて加熱されるように熱交換手段が備えられているとよく、こうすることで排気通路にある程度以上暖かいあるいは熱いガスを供給することがより多くのときに可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
ただし、以下で説明される実施形態は、内燃機関が燃料カット状態のときに内燃機関の排気系から容器（タンク）にガスを回収し、その容器に回収したガスを排気系に供給することを具体化したものである。しかしながら、これは本発明を限定するものではなく、内燃機関が燃料カット状態以外のときに内燃機関の排気系から容器にガスを回収し、その容器に回収したガスを排気系に供給することを具体化したものも、例えば、本発明では許容される。例えば、内燃機関あるいはそれが搭載された車両が、定常状態であるとき、通常運転時の非加速（非過渡）状態であるときに、内燃機関の排気系から容器にガスが回収されてもよい。そして、排気系から容器へのガス回収は、種々の手段や機構等を用いて、例えば、以下に説明される実施形態のように種々の弁を制御することなどにより、実行され得る。ただし、容器に回収されるガスは空気、例えば所定割合以上の空気を含むことが望ましい。排気系から容器へのガス回収実行時期は、例えばそのガス回収実行時期を内燃機関の運転状態に基づいて判断する場合にはその運転状態が排気系のガスが所定割合以上の空気を含み得る運転状態か否かの判定に基づいて判断されることができる。なお、以下では、原則的に、内燃機関の気筒つまり筒内より排出されて排気系に至ったガスを全て排気ガスと称するが、この「排気ガス」の用語には、内燃機関が燃料カット状態であるときに気筒より排出される主として空気より構成されるガスが含まれ得る。
【００１９】
まず、第１実施形態について説明する。第１実施形態が適用された車両の内燃機関システムの概略構成を図１に示す。内燃機関１０は、燃料である軽油を燃料噴射弁１２から圧縮状態にある燃焼室内に直接噴射することにより自然着火させる型式の内燃機関、すなわちディーゼル機関である。なお、内燃機関１０は、燃料噴射システムとして、コモンレール式燃料噴射システムを採用する。したがって、内燃機関１０では、燃料タンク１４内の燃料（軽油）をポンプ１６により高圧にしてレール１８に送って、レール１８に溜めておき、燃料噴射弁１２を電子制御することで、高圧で燃料を気筒２０の燃焼室に噴射可能にされている。
【００２０】
気筒２０の燃焼室に臨むと共に吸気通路２２の一部を区画形成する吸気ポートは、シリンダヘッドに形成されていて、吸気弁によって開閉される。シリンダヘッドには、吸気通路２２の一部を区画形成する吸気マニホールド２４が接続され、さらにその上流側には同じく吸気通路２２の一部を区画形成する吸気管２６が接続されている。吸気管２６の上流端側には、吸気通路２２に導かれる空気中の塵埃などを除去するべくエアクリーナ２８が設けられている。また、スロットルアクチュエータ３０によって開度が調整されるスロットル弁３２が、吸気通路２２の途中に設けられている。
【００２１】
他方、気筒２０の燃焼室に臨むと共に排気通路３４の一部を区画形成する排気ポートは、シリンダヘッドに形成されていて、排気弁によって開閉される。シリンダヘッドには、排気通路３４の一部を区画形成する排気マニホールド３６が接続され、さらにその下流側には同じく排気通路３４の一部を区画形成する排気管３８が接続されている。なお、排気ガス浄化触媒が充填された触媒コンバータ４０が排気通路３４の途中に設けられている。
【００２２】
さらに、排気通路３４を流れる排気ガスの一部を吸気通路２２に導くために排気ガス還流（ＥＧＲ）装置４２が設けられている。ＥＧＲ装置４２は、排気通路３４と吸気通路２２とをつなぐＥＧＲ通路４４を区画形成するＥＧＲ管４６と、ＥＧＲ通路４４の連通状態調節用のＥＧＲ弁４８と、還流される排気ガス（ＥＧＲガス）冷却用のＥＧＲクーラ５０とを有している。ここでは、ＥＧＲ管４６上流側の一端は排気マニホールド３６に接続され、その下流側の他端は吸気マニホールド２４に接続されている。ＥＧＲ弁４８はＥＧＲクーラ５０下流側に設けられていて、その開度はアクチュエータ５２により調節される。ここではＥＧＲ弁４８はポペット式弁である。
【００２３】
さらに、排気通路３４に設けられて排気ガスにより回転駆動されるタービンホイール５４を含むタービン５６が排気管３８の途中に設けられている。これに対応して、タービンホイール５４に回転軸５８を介して同軸で連結され、タービンホイール５４の回転力で回転するようにしたコンプレッサホイール６０を含むコンプレッサ６２が吸気管２６の途中に設けられている。すなわち、内燃機関１０は、排気エネルギーを取り出すタービン５６と、タービン５６により取り出された排気エネルギーによって内燃機関１０に過給するコンプレッサ６２とを有するターボ過給機６４が設けられた、ターボ過給機付き内燃機関である。そして、コンプレッサ６２により圧縮された空気を冷却すべく、インタークーラ６６がコンプレッサ６２下流側の吸気通路に設けられている。
【００２４】
さらに、排気通路３４には、排気絞り弁７０が設けられている。排気絞り弁７０は、ここでは端部に位置する１つの気筒２０にのみ関連する１つの排気枝管３６ｂを他の気筒２０に関連する排気枝管３６ｂと隔てることができるかのように排気マニホールド３６に設けられている。ただし、排気絞り弁７０は、排気通路３４の他の箇所に設けられてもよい。ここでは排気絞り弁７０はバタフライ式弁であり、電動モータであるアクチュエータ７２により駆動される。排気絞り弁７０は、その閉弁時には排気通路３４を流れる１つの気筒２０のみからの排気ガス、すなわち既燃ガス（燃焼ガスを含む。）や空気である流体を効果的にせき止め、そのような流体の排気絞り弁７０下流側への流れを概ね遮断する遮断弁として機能する。なお、排気絞り弁７０は、閉弁時に、その箇所を完全に閉塞するような構成を有する弁であってもよい。
【００２５】
また、排気絞り弁７０上流側の排気通路Ｊには、連通管７４によって区画形成された連通路７６がつなげられている。この連通路７６は、排気通路Ｊから延出した延出通路であり、ここではこの連通路７６も内燃機関１０の排気系に含まれる。この連通路７６によって、排気絞り弁７０上流側の排気通路Ｊと蓄圧容器７８内との連通が可能にされている。蓄圧容器７８は、加圧されたガスを貯留することができる容器である。なお、ここでは、蓄圧容器７８は、相対的に小さな内容積を有する容器である。
【００２６】
蓄圧容器７８内と排気通路３４との連通状態の調節用に、連通路７６に流量制御弁８０が設けられている。なお、アクチュエータ８２によって流量制御弁８０は作動される。流量制御弁８０が開弁することで排気絞り弁７０上流側の排気通路Ｊと蓄圧容器７８内とは連通し、流量制御弁８０が閉弁することで連通路７６は遮断され、蓄圧容器７８内は密閉状態になる。なお、図１から明らかなように、連通路７６はタービンホイール５４上流側の排気通路Ｋにもつなげられているので、流量制御弁８０が開弁することで蓄圧容器７８内はタービンホイール５４上流側の排気通路Ｋに連通する。
【００２７】
さらに、タービンホイール５４上流側の排気通路Ｋに、酸化機能を有する触媒、具体的にはアルミナ製構造体に白金（Ｐｔ）を担持させた酸化触媒８４が設けられている。そして、この酸化触媒８４の設置箇所よりも上流側の排気通路Ｌに可燃物である燃料を噴射供給可能にするべく、該燃料の供給位置に燃料供給弁８６が設けられ、該燃料供給弁８６には燃料通路８８を区画形成する管部材８９が接続されている。なお、燃料供給弁８６は、図示しないが、供給弁と、該供給弁を開閉駆動するべく制御信号により作動されるアクチュエータとを備える。ただし、触媒コンバータ４０の排気ガス浄化触媒がＮＯｘ吸蔵還元型触媒を含む場合、触媒コンバータ４０上流側の排気通路に設けられる還元剤添加弁の機能を燃料供給弁８６は兼ねることができる。管部材８９の上流側端部は、メイン燃料通路９０を区画形成する管部材９１の内のポンプ１６よりも下流側の位置につなげられている。なお、上記連通路７６の排気通路への連通箇所は、この酸化触媒８４上流側の排気通路Ｌでもある。
【００２８】
さらに、内燃機関１０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）９４に、各種値を求める（検出するあるいは推定する）ための信号を電気的に出力する各種センサ類を備えている。ここで、その内のいくつかを具体的に述べる。吸入空気量を検出するためのエアフローメーター９６が吸気管２６に備えられている。また、エアフローメーター９６近傍に吸入空気の温度を検出するための吸気温度センサ９８が、そしてインタークーラ６６下流側にも温度を検出するための吸気温度センサ１００が備えられている。また、吸気圧すなわち過給圧を検出するための圧力センサ１０２が吸気管２６の途中に設けられている。また運転者によって操作されるアクセルペダル１０４の踏み込み量に対応する位置、すなわちアクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ１０６が備えられている。また、スロットル弁３２の開度を検出するためのスロットルポジションセンサ１０８も備えられている。さらに、ＥＧＲ弁４８の開度（ＥＧＲ開度）を検出するため、ここではそのリフト量を検出するためのバルブリフトセンサ１１０も備えられている。また、ピストンが往復動する、シリンダブロック（あるいはその近傍）には、連接棒を介してピストンが連結されているクランクシャフトのクランク回転信号を検出するためのクランクポジションセンサ１１２が取り付けられている。ここでは、このクランクポジションセンサ１１２は機関回転数（機関回転速度）を求めるための機関回転数センサとしても利用される。さらに、排気絞り弁７０上流側の排気通路Ｊの圧力を検出するための圧力センサ１１４が備えられている。また、蓄圧容器７８内の圧力を検出するための圧力センサ１１６および蓄圧容器７８内の温度を検出するための温度センサ１１８も備えられている。さらに、内燃機関１０の冷却水温を検出するための温度センサ１２０が備えられている。また、内燃機関１０が搭載された車両の速度（車速）を検出するための車速センサ１２２も備えられている。
【００２９】
ＥＣＵ９４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、入力インタフェース、出力インタフェース等を含むマイクロコンピュータで構成されている。入力インタフェースには、上記各種センサ類が電気的に接続されている。これら各種センサ類からの出力信号（検出信号）に基づき、予め設定されたプログラム（データを含む。）にしたがって円滑な内燃機関１０等の運転ないし作動がなされるように、ＥＣＵ９４は出力インタフェースから電気的に作動信号（駆動信号）を出力する。こうして、燃料噴射弁１２の作動、ポンプ１６の作動、スロットル弁３２、ＥＧＲ弁４８、排気絞り弁７０および流量制御弁８０の各開度、燃料供給弁８６の作動などが制御される。ただし、ＥＣＵ９４は、スロットル弁３２、ＥＧＲ弁４８、排気絞り弁７０、流量制御弁８０の各開度を制御するため、各アクチュエータ３０、５２、７２、８２に作動信号を出力する。
【００３０】
なお、後の記載から理解できるように、本第１実施形態では、燃料カット状態判定手段はＥＣＵ９４の一部を含んで構成される。また、排気系ガス回収手段は、排気絞り弁７０と、ＥＣＵ９４の一部およびアクチュエータ７２を含む排気絞り弁制御手段とを含んで構成される。なお、ここでは、排気系ガス回収手段は、さらに、流量制御弁８０と、ＥＣＵ９４の一部およびアクチュエータ８２を含む流量制御弁制御手段とを含んで構成される。また、排気系に可燃物を供給する可燃物供給手段は、燃料供給弁８６と、ＥＣＵ９４の一部とを含んで構成される。すなわち、可燃物供給手段は、燃料供給弁８６の供給弁と、ＥＣＵ９４の一部および燃料供給弁８６のアクチュエータを含む供給弁制御手段とを含んで構成される。ガス供給手段は、流量制御弁８０と、ＥＣＵ９４の一部およびアクチュエータ８２を含む流量制御弁制御手段とを含んで構成される。また、要求負荷判定手段は、アクセル開度センサ１０６と、ＥＣＵ９４の一部とを含んで構成される。
【００３１】
内燃機関１０では、エアフローメーター９６からの出力信号に基づいて求められる吸入空気量、クランクポジションセンサ１１２からの出力信号に基づいて求められる機関回転数など、すなわち機関負荷および機関回転数で表される機関運転状態に基づいて、通常は、燃料噴射量（燃料量）、燃料噴射時期が設定される。そして、それら燃料噴射量、燃料噴射時期に基づいて、燃料噴射弁１２からの燃料の噴射が行われる。
【００３２】
ただし、内燃機関１０では、クランクポジションセンサ１１２からの出力信号に基づいて求められる機関回転数が所定回転数（燃料カット回転数）以上であり、且つ、アクセル開度センサ１０６からの出力信号に基づいて求められるアクセル開度が０％、すなわちアクセルペダル１０４が踏まれていないときに、燃料噴射弁１２からの燃料噴射が停止（燃料カット）されるように設定されている。すなわち、車両の走行中に機関回転数が予め設定された所定回転数領域にあり且つアクセル開度全閉状態にあるときに、燃料カットが行われる。ただし、このような燃料カット状態が続いて、機関回転数が低下して別の所定回転数（燃料カット復帰回転数）に達すると、燃料噴射は再開される。また、上記の条件を満たすが故に内燃機関１０が燃料カット状態にあるときに、アクセルペダル１０４が踏まれてアクセル開度が開き側に大きくなって０％を超えるようになった場合にも、燃料噴射は再開される。なお、内燃機関１０が燃料カット状態にあるときは、概ね減速時に対応する。
【００３３】
そして、このように燃料カット状態のとき、上記スロットル弁３２が閉じ側に制御されるように、予め上記プログラムは設定されている。ただし、後述する排気ガス回収のときには、強制的にスロットル弁３２は排気ガス回収用の所定開度（回収開度）になるように制御される。なお、スロットル弁３２は内燃機関１０の始動時は全開に制御され、他方、内燃機関１０の停止時は全閉に制御される。そして、通常走行時には、機関状態および冷却水温などに応じて、スロットル弁３２の開度は適切な開度（通常開度）になるように制御される。
【００３４】
また、上記各種センサ類からの出力信号に基づいて定まる内燃機関１０の機関運転状態に基づいて、ＥＧＲ弁４８の開度は適切な開度（通常開度）になるように制御される。ここでは、機関運転状態の属する領域が高負荷側にあるほどＥＧＲ量が減少するように構築された、予め実験により定められたデータがＲＯＭに記憶されている。また、アクセルペダル１０４が踏まれて内燃機関１０すなわち車両が加速される過渡期には、ＥＧＲ弁４８が一旦閉弁するように、機関運転状態に基づいて導き出されたＥＧＲ開度は補正される。ただし、後述する排気ガス回収のときには、排気ガス回収用の開度（回収開度）になるようにＥＧＲ弁４８は制御される。
【００３５】
ところで、通常走行時、排気絞り弁７０は全開の開状態に保持制御されているので、排気通路３４を流れる排気ガスは全て触媒コンバータ４０を通過して外気に放出される。これに対して、排気ガス回収の所定条件が満たされたとき、排気絞り弁７０は閉状態になるように制御され、排気通路３４を流れる１つの気筒２０からの排気ガスは概ねせき止められる。そして、このようにしてせき止めた排気ガスを有効に活用して排気ガス回収（圧力エネルギー回収）すなわち蓄圧容器７８へのガス充填が行われる。
【００３６】
以下、排気ガス回収について、図２のフローチャートにしたがって詳細に説明する。ただし、図２のフローチャートは、所定時間毎に、例えばおよそ８ｍｓ毎に繰り返されるものである。なお、以下の記載から明らかになるように、蓄圧容器７８内に回収される排気ガスは主に空気から構成される。
【００３７】
ただし、以下で図２に基づいて説明される制御は、燃料カット中に、排気通路３４の排気絞り弁７０を閉弁制御して、排気絞り弁７０上流側の排気通路Ｊの圧力が蓄圧容器７８内の圧力以上になったときに、流量制御弁８０を介して、内燃機関１０の排気系の一部である排気通路Ｊから蓄圧容器７８へ排気ガスすなわちこの排気ガスの有する圧力エネルギーを回収することを具体化した例である。
【００３８】
内燃機関１０が起動されると、まずＥＣＵ９４は、ステップＳ２０１において、回収フラグが「１」、すなわちＯＮであるか否かを判定する。ここで、回収フラグが「１」ということは、排気ガス回収の所定条件が満たされていることを表す。これに対してそれが「０」ということは、排気ガス回収の所定条件が満たされていないことを表す。初期状態では同回収フラグはリセットされているためここでは否定判定される。なお、本第１実施形態において、排気ガス回収の所定条件が満たされるとは、以下の記載から明らかなように、内燃機関１０が燃料カット状態であること（燃料カット中であること）、蓄圧容器７８内の圧力が所定圧以下であること、および、内燃機関１０の燃料カット状態が所定時間継続したことの３つの要件が満たされることである。
【００３９】
ステップＳ２０１で否定判定されると、次ぐステップＳ２０３で、燃料カット中か否かが判定される。ここでは、具体的には、燃料カット中か否かは、燃料噴射量が「０」とされているか否かで判定される。ただし、上記した燃料カット実行条件が満たされているか否かの判定で代替されてもよい。なお、通常走行時には、概して、内燃機関１０により所定出力を生み出すべく、「０」より大きな燃料噴射量が上述の如く導かれて燃料噴射が行われている。それ故、そのようなときには、ステップＳ２０３において否定判定される。
【００４０】
上記ステップＳ２０３で燃料カット中として肯定判定されると、次ぐステップＳ２０５で、蓄圧容器７８内の圧力（図２では容器内圧）が、蓄圧容器７８に許容される圧力であって、所定圧である予め決められてＲＯＭに記憶されている上限圧以下か否かが判定される。これは１つには、蓄圧容器７８内に十分な量の圧力すなわち排気ガスが蓄えられているときに、さらに排気ガス回収が行われることを防ぐためである。蓄圧容器７８内の圧力は圧力センサ１１６からの出力信号に基づいて求められる。ただし、ここでは、上限圧として、ゲージ圧で４００ｋＰａという値が設定されている。
【００４１】
ステップＳ２０５で肯定判定されると、次ぐステップＳ２０７で、内燃機関１０の燃料カット状態の継続時間（燃料カット時間）が所定時間経過したか否かが判定される。判定対象となる時間は、ステップＳ２０７での判定までの継続した燃料カット時間であり、具体的には連続するルーチンにおいてステップＳ２０３で連続して肯定判定された内の、最初のステップＳ２０３で肯定判定されたときからの時間がＥＣＵ９４が内蔵するタイマ手段で計測されて、この時間が燃料カット時間と擬制されて採用される。また、判定基準となる所定時間は、後述するステップでの排気絞り弁７０の閉弁制御により排気絞り弁７０上流側の排気通路Ｊに回収可能にせき止められる排気ガスが所定割合以上の空気を含む排気ガスになるように予め実験により定められて、予めＲＯＭに記憶されている。ただし、この所定割合は任意に定められ得る。なお、燃料カット時間の計測は、ステップＳ２０３で否定判定されたり、あるいはステップＳ２０７で肯定判定されたりすると終了され、その後タイマ手段はリセットされる。なお、本発明は、ステップＳ２０７での所定時間が「０」であること、すなわち排気ガス回収の所定条件から、内燃機関１０の燃料カット状態が所定時間継続したことが除かれることを許容する。
【００４２】
そして、ステップＳ２０７で肯定判定されるようになると、排気ガス回収条件が満たされているとして、ステップＳ２０９で回収フラグが「１」にされる。これにより、上記通常時の制御よりも、排気ガス回収用の制御が優先して行われるようになる。
【００４３】
次ぐステップＳ２１１では、スロットル弁３２が回収開度になるように、ここでは全開にまで開くようにアクチュエータ３０へ作動信号が出力され、ＥＧＲ弁４８が回収開度になるように、ここでは閉弁するようにアクチュエータ５２へ作動信号が出力され、流量制御弁８０が閉弁するようにアクチュエータ８２へ作動信号が出力され、そして排気絞り弁７０が閉弁するようにアクチュエータ７２へ作動信号が出力される。こうして、該ルーチンは終了する。なお、ＥＧＲ弁４８の閉弁速度あるいはその時々の開度は、車両に意図しない減速ショックが生じないように定められてもよい。ただし、スロットル弁３２は、回収フラグが「１」にされてからに限定されず、回収フラグが「１」にされる前から、例えば内燃機関１０が燃料カット状態にある間ずっと全開などの所定開度にまで開かれてもよい。こうすることで排気通路３４へ空気からなる排気ガスをより早くから多く導くことが可能になり、したがって排気通路Ｊの排気ガスにおける空気の割合をより速くに高めることが可能になる。
【００４４】
ステップＳ２０９で回収フラグが「１」にされた後のルーチンのステップＳ２０１では、回収フラグが「１」であるので肯定判定される。ステップＳ２０１で肯定判定されると、次ぐステップＳ２１３で、上記ステップＳ２０３と同様に燃料カット中か否かが判定される。ここで肯定判定されると次ぐステップＳ２１５で、上記ステップＳ２０５と同様に蓄圧容器７８内の圧力が上記上限圧以下か否かが判定される。なお、ステップＳ２１３、Ｓ２１５での判定が行われるのは、ステップＳ２０９で回収フラグが「１」にされた後、排気ガス回収の所定条件が満たされなくなったときに、排気ガス回収を終了するための制御をするためである。
【００４５】
さてステップＳ２１５で肯定判定されると次ぐステップＳ２１７で、蓄圧容器７８内の圧力が、排気絞り弁７０上流側の排気通路Ｊの圧力（図２中の「背圧」）以下か否かが判定される。このとき既に、排気絞り弁７０が閉弁制御されているので、時間の経過につれて、排気絞り弁７０によってせき止められた排気ガスの圧力（圧力エネルギー）は高くなる。そして、その圧力が排気ガス回収が可能な程度にまで高まっているのかを調べるために、ステップＳ２１７での判定が行われる。ステップＳ２１７で否定判定される場合には次ぐステップＳ２１９で、流量制御弁８０が閉弁するようにアクチュエータ８２に作動信号が出力される。これは、既に流量制御弁８０が閉じられている場合には、流量制御弁８０がそのまま閉弁状態に維持されることを意味している。他方、ステップＳ２１７で肯定判定される場合には次ぐステップＳ２２１で、流量制御弁８０が開弁するようにアクチュエータ８２に作動信号が出力される（開弁制御される）。これにより、排気絞り弁７０上流側の排気通路Ｊの高められた圧力を有する排気ガスは、連通路７６を介して、蓄圧容器７８内に回収されるようになる。この排気ガスの回収は、上記ステップＳ２１３あるいはステップＳ２１５で否定判定されない限りは概ね続けて行われる。
【００４６】
この排気ガス回収は燃料カット中に行われるので、このときに蓄圧容器７８内に回収される排気ガスの空気あるいは酸素含有割合は徐々に高くなり得る。また、このような排気ガスの回収は、概して、内燃機関１０が燃料カット状態になってから、わずか数秒の内に遅くても始められ、その後数秒の内に終了される。したがって、排気ガス回収の間は排気絞り弁７０上流側の排気通路Ｊの温度が十分に高いので、蓄圧容器７８へ回収される排気ガスは十分に高い温度を有する。
【００４７】
排気ガス回収中に、ステップＳ２１３あるいはステップＳ２１５のいずれかで否定判定されると、排気ガス回収を終了するための制御が行われる。それらのいずれかで否定判定されると次ぐステップＳ２２３で、スロットル弁３２が通常時の開度になるように制御されるようになる。また、ＥＧＲ弁４８も通常時の開度になるように制御されるようになる。また、流量制御弁８０が閉弁するように、アクチュエータ８２へ作動信号が出力される。さらに、排気絞り弁７０が開弁するようにアクチュエータ７２へ作動信号が出力される。そして、次ぐステップＳ２２５で回収フラグが「０」にされて、該ルーチンは終了する。この結果、内燃機関１０は排気ガス回収を行わない通常の制御状態に復帰される。
【００４８】
ところで、一般的なターボ過給機において、機関回転数が低回転域に属するときには、排気ガスの流量が少ないためにターボ過給機の回転が低いので、そのときにアクセルペダル１０４が踏まれると、アクセルペダル１０４が踏み込まれてから吸入空気の過給効果が現れるまでに時間的な遅れすなわちタイムラグが生じる。そこで、アクセルペダル１０４が踏み込まれて車両が加速される過渡期に、速やかに過給圧を高めるべく、ターボ過給機６４の作動アシストが行われる。このターボ過給機６４の作動アシストに関して図３のフローチャートにしたがって詳細に説明する。ただし、図３のフローチャートは、所定時間毎、例えばおよそ８ｍｓ毎に繰り返されるものである。
【００４９】
ただし、以下で図３に基づいて説明される制御は、加速要求があったとき、タービン回転数の上昇率を上げてターボ過給機６４の応答性向上を図るべく、タービン５６のタービンホイール５４へ向けて蓄圧容器７８内から排気ガスを供給すると共に、そこに燃料を供給してその燃焼を酸化触媒８４で生じさせることを具体化した例である。
【００５０】
まず、ＥＣＵ９４は、ステップＳ３０１において、上記回収フラグが「０」、すなわちＯＦＦであるか否かを判定する。初期状態では同フラグはリセットされているためここでは肯定判定される。なお、ステップＳ３０１で否定判定されると、当該ルーチンは終了する。
【００５１】
ステップＳ３０１で肯定判定されると、次ぐステップＳ３０３では、アシストフラグが「１」、すなわちＯＮであるか否かが判定される。ここで、アシストフラグが「１」であるということは、ターボ過給器６４の作動アシスト条件が満たされていることを表し、これに対してそれが「０」であるということは、そのターボ過給機６４の作動アシスト条件が満たされていないことを表す。初期状態では同アシストフラグはリセットされているためここでは否定判定される。
【００５２】
ステップＳ３０３で否定判定されると、次ぐステップＳ３０５では、機関回転数が所定回転数以下か否かが判定される。機関回転数が所定回転数より高いときには、過給器６４の作動に関してアシストの必要がないので、機関回転数が上記所定回転数を越えているときにはステップＳ３０５で否定判定されて、当該ルーチンは終了する。他方、ステップＳ３０５で機関回転数が所定回転数以下であるとして肯定判定されると、ステップＳ３０７へ進む。例えば、ステップＳ３０５の判定での所定回転数は３０００ｒｐｍである。
【００５３】
ステップＳ３０７では、加速か否かすなわち加速要求の有無が判定される。この判定は、内燃機関１０への要求過給量が増加したか否かの判定に含まれる。加速か否かの判定は、加速開始時期を求めることに等しく、アクセル開度に基づいて行われる。アクセル開度が所定値以上であり、且つ、アクセル開度が大きくなる方へ変化したときであって単位所定時間におけるその変化量すなわちその開き速度（アクセル開度開き速度）が所定速度を超えたときに、ＥＣＵ９４は加速、すなわち加速要求有りと判断する。より具体的には、ＥＣＵ９４は、アクセル開度センサ１０６からの出力信号に基づいてアクセル開度を求め、そのアクセル開度が例えば２０％開度以上であり、且つ、それのアクセル開度開き速度が、予め設定されてＲＯＭに記憶されている基準速度である上記所定速度を超えたとき、加速と判断する。ステップＳ３０７で肯定判定されると、次いでステップＳ３０９での判定が行われる。なお、ステップＳ３０７で否定判定されると、当該ルーチンは終了する。
【００５４】
ステップＳ３０９では、蓄圧容器７８内の圧力が所定圧以上か否かが判定される。この所定圧とは、ターボ過給機６４の作動アシストを行うのに最低限必要とされる排気ガス量に相当する圧力のことであり、予め実験により求められてＲＯＭに記憶されている。そして、ステップＳ３０９で否定判定されると、該ルーチンは終了する。
【００５５】
他方、ステップＳ３０９で肯定判定されると、次ぐステップＳ３１１でターボ過給機６４の作動アシスト条件が満たされているとしてアシストフラグが「１」にされる。そして次ぐステップＳ３１３で流量制御弁８０が開弁するように、アクチュエータ８２へ作動信号が出力され（流量制御弁８０が開弁制御され）、さらに燃料供給弁８６が開弁するようにそのアクチュエータに作動信号が出力される。このようにして、ターボ過給機６４の作動アシストが開始される。
【００５６】
なお、本第１実施形態では、アシストフラグが「１」にされている間、基本的に、燃料供給弁８６が開けられて、可燃物である燃料が排気通路Ｋ、Ｌに供給される。しかしながら、このときの燃料供給弁８６からの燃料供給量は、所定量になるように精密に制御されるのがより好ましく、連続的にあるいは間欠的に供給され得るが、この燃料供給弁８６からの燃料供給に関しては後述する。
【００５７】
こうして蓄圧容器７８内から酸化触媒８４上流側の排気通路Ｌに供給された排気ガスは、所定割合以上の空気を含み、他方で、排気通路Ｌには上記の如くして燃料が供給される。こうして供給された排気ガスと燃料とは混ざりつつ、そして気筒２０からの排気ガスとも混ざりつつ、酸化触媒８４に至り、酸化触媒８４の酸化機能を利用して燃料の酸化すなわち燃焼が生じるようになる。特に、こうして蓄圧容器７８から供給される排気ガスは、所定量以上の酸素を含むと共に、概して所定温度（例えば１００℃）以上の温度を有し得る。したがって、酸化触媒８４での燃料の酸化反応性はよく、その燃料の燃焼をより適切に生じさせることが可能になる。こうした燃料の燃焼はタービンホイール５４上流側の排気通路Ｋで生じるので、タービンホイール５４には高い圧力を有すると共に高い膨張エネルギーを有する排気ガスが供給される。したがって、タービンホイール５４の回転数を急激に上昇させることが可能になり、ターボラグを低減することが可能になる。
【００５８】
他方、次回以降のルーチンでは、回収フラグが「０」であり、且つ、アシストフラグが「１」であるので、上記ステップＳ３０１およびステップＳ３０３でそれぞれ肯定判定される。次ぐステップＳ３１５では、上記ステップＳ３０５と同様に、機関回転数が所定回転数以下か否かが判定される。
【００５９】
そして、ステップＳ３１５で肯定判定されると、次ぐステップＳ３１７で、アシスト時間が経過していないか否かが判定される。ここで、判定対象となる時間は、流量制御弁８０が開かれて連通路７６が開通したときからの経過時間であると共に、燃料供給弁８６が開弁したときからの時間でもある。ここではＥＣＵ９４は、内蔵するタイマ手段で、ステップＳ３１１に至ったときからの時間を計測し、この時間を判定対象の時間と擬制して採用する。また、判定基準となるアシスト時間は、予め実験により求められて設定された所定時間であり、ここでは変数ではなく固定値とされて、ＲＯＭに記憶されている。ただし、ステップＳ３１７での判定に用いられるアシスト時間は可変とされてもよく、加速要求があったときの機関運転状態や、タービンホイール５４上流側の排気通路Ｋの圧力などに基づいて定められ得る。
【００６０】
ステップＳ３１７でアシスト時間が経過していないとして肯定判定されると、次ぐステップＳ３１９で、上記ステップＳ３０９と同様に、蓄圧容器７８内の圧力が上記所定圧以上か否かが判定される。そして、ここで肯定判定されると、当該ルーチンは終了する。
【００６１】
上記ステップＳ３１５から上記ステップＳ３１９のいずれかで否定判定されることで、ターボ過給器６４の作動アシストを終了するための制御が行われる。ステップＳ３１５からステップＳ３１９のいずれかで否定判定されると、ステップＳ３２１で流量制御弁８０が閉弁するようにアクチュエータ８２へ作動信号が出力され、他方で燃料供給弁８６が閉弁するようにそのアクチュエータに作動信号が出力される。そして、次ぐステップＳ３２３でアシストフラグが「０」にされる。これにより、該ルーチンは終了する。なお、これにより、タイマ手段はリセットされる。
【００６２】
ただし、一旦、ターボ過給機６４の作動アシストが開始された後、それを終了するか否かの判定には、上記ステップＳ３１５からステップＳ３１９の判定の他、さらに、加速（要求）が継続されているか否かの判定が加えられてもよい。加速が継続されていないときには、もはやターボ過給機６４の作動アシストを行う必要はないからである。具体的には、アクセル開度が加速要求有りと判定されたときのアクセル開度から所定量分閉じ側に変化したり、あるいはアクセル開度開き速度が負になってその大きさが所定量以上になったりしたとき、加速が継続されていないとして、作動アシストを終了するための上記制御（ステップＳ３２１およびステップＳ３２３）が行われ得る。
【００６３】
上記説明では、アシストフラグが「１」にされている間は、基本的に、燃料供給弁８６が開弁され、その間継続して燃料が酸化触媒８４上流側の排気通路Ｌに供給され続けるとしたが、燃料供給弁８６からの燃料の供給量や供給時期は厳密に制御されるのが好ましい。具体的には、燃料供給弁８６からの燃料供給量は、内燃機関１０の気筒２０を経て排気通路３４に至る排気ガス中の空気量と、蓄圧容器７８から供給される排気ガス中の空気量との合計の空気量中の酸素で酸化反応可能な量以下に制限されるのが好ましい。こうすることで、排気系の排気通路Ｋ、Ｌに供給された燃料を適切に酸化触媒８４で酸化すなわち燃焼させることが可能になる。また、こうすることで燃料を適切に酸化触媒８４で酸化させることが可能であるので、燃費を向上させることが可能になる。さらにより好ましくは、それら燃料と排気ガス中の酸素との割合は、いわゆるストイキにされるのがよい。こうすることで、最も効率よく、ターボ過給機６４の作動アシストを達成することが可能になる。
【００６４】
このように燃料供給弁８６から排気通路へ供給された燃料の酸化反応をより適切に生じさせるために、蓄圧容器７８内の排気ガス中の空気割合すなわち酸素割合が、蓄圧容器７８に設けた酸素センサ等のセンサを用いて検出されるか、あるいは排気ガス回収中の機関回転数、排気ガス回収時間等から推定されるとよい。また、気筒２０を経て排気通路３４に至った排気ガス中の空気割合が機関運転状態により推定されるか、あるいは排気通路３４の内の排気通路Ｌに設けられた酸素センサあるいは空燃比センサ等のセンサを用いて検出されるとよい。
【００６５】
なお、このような蓄圧容器７８からの排気ガスの供給時期と、燃料供給弁８６からの燃料の供給時期は、それぞれ、燃料を適切に排気ガスと混合させて反応させるように実験により定められ得る。ただし、このような蓄圧容器７８からの排気ガスの供給と、燃料供給弁８６からの燃料の供給とは、それら各々の供給位置と酸化触媒８４までの距離、それらの間の排気通路の形状等を考慮して制御されるとなおよい。こうすることで、燃料供給弁８６から供給された燃料の反応をより適切に排気通路で生じさせることが可能になる。
【００６６】
また、蓄圧容器７８内の排気ガスの温度を考慮して、蓄圧容器７８からの排気ガスの供給量と、燃料供給弁８６からの燃料の供給量とはそれぞれ調節されるとよい。蓄圧容器７８から供給される排気ガスの温度に応じて、燃料供給弁８６から供給された燃料の反応性が異なるからである。なお、燃料供給弁８６からの燃料の供給量や供給時期は、その反応に伴って上昇するタービン５６入口部での排気ガスの温度がタービン５６の耐熱温度内におさまるように、定められるとよい。
【００６７】
なお、上記第１実施形態では、燃料供給弁８６から燃料が排気通路Ｌへ供給されたが、いわゆるポスト噴射により、排気通路Ｌへの燃料の供給が行われてもよい。ポスト噴射とは、燃料噴射弁１２から、燃料のメイン噴射に遅れて内燃機関１０の気筒２０内に燃料を噴射することであり、ＥＣＵ９４によってポスト噴射実行は制御される。このポスト噴射による燃料は、気筒２０内で燃焼されずに、概ねそのまま排気通路Ｌへ排出されるので、適切に酸化触媒８４に燃料を供給することができる。なお、この場合、ポスト噴射実行手段は、ＥＣＵ９４の一部を含んで構成される。
【００６８】
また、上記第１実施形態では、加速するときに、タービンホイール上流側の排気通路Ｋに蓄圧容器７８内の排気ガスや燃料が供給されるとしたが、加速するときに限らず、要求過給量が増加するときにそのような排気ガス供給および燃料供給がなされてもよい。要求過給量が増加するときには、加速するとき、および、車両が上り坂に面して負荷が上昇した場合などの内燃機関への要求負荷が増加するときが含まれる。
【００６９】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態が適用された車両の内燃機関システムの概略構成を図４に示す。図４と図１とを比較して明らかなように、本第２実施形態では酸化触媒８４が連通路７６に設けられるので、上記第１実施形態と第２実施形態との間にこれに関連して幾つかの相違点が存在するが、それ以外の点では第２実施形態の内燃機関１０ｂは上記第１実施形態の内燃機関１０と概ね同じ構成を有する。それ故、これらの相違点について以下説明して、既に上で説明した構成要素に対応する構成要素には同じ符合を付してそれらの説明を省略する。ただし、本実施形態では、酸化触媒８４上流側の通路を符号「Ｌ´」で指し示す。なお、第２実施形態における排気ガス回収およびターボ過給機６４の作動アシストに関しては、第１実施形態で図２および図３のフローチャートに基づいて説明されたのと同じであるので、これらの説明は省略される。また、本第２実施形態でも、上記第１実施形態に関して述べた変更や修正が許容される。
【００７０】
本第２実施形態では酸化触媒８４は、タービンホイール５４上流側の排気通路Ｋに設けられるのではなく、タービンホイール５４上流側の排気通路Ｋから延出した延出通路である、連通路７６に設けられる。そして、連通路７６の内、この酸化触媒８４上流側（蓄圧容器側）には、燃料供給弁８６が設けられて、それによる燃料の供給位置が位置付けられている。なお、蓄圧容器７８からの排気ガスの供給位置は、酸化触媒８４上流側に位置付けられている。
【００７１】
図４から明らかなように、酸化触媒８４の配置位置は、連通路７６の内、排気通路３４に最も近い位置である。したがって、酸化触媒８４は熱に関しては実質的に排気マニホールド３６によって区画形成された排気通路に設けられていることに等しい。なお、酸化触媒８４の一部が排気マニホールド３６内に突出されて配置されることや、酸化触媒８４が排気通路３４からある程度離れた位置に配置されることを、本発明は排除しない。
【００７２】
そして、これに関連して、上記のように、燃料通路８８は連通路７６の内の酸化触媒８４配置箇所よりも蓄圧容器７８側の位置につなげられる。この結果、ターボ過給機６４の作動アシストを行うとき、蓄圧容器７８内からの排気ガスと、燃料供給弁８６から噴射された燃料とを、共に、酸化触媒８４に供給して、酸化触媒８４でその燃料の酸化反応を生じさせることが可能になる。
【００７３】
このように酸化触媒８４を連通路７６に設けることで、酸化触媒８４により排気ガスの流れが影響を受けることを防ぐことが可能になる。したがって、酸化触媒８４を原因とする内燃機関１０ｂの出力低下が生じることはない。また、上記の如く、酸化触媒８４は排気通路３４に近い位置に設けられるので、気筒２０を経て排気通路３４に至った排気ガスによって酸化触媒８４を十分に加熱することが可能になる。したがって、ターボ過給機６４の作動アシスト時、酸化触媒８４の機能を十分に発揮させることが可能になる。
【００７４】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は、蓄圧容器７８内の排気ガスを、気筒２０を経て排気通路３４に至った排気ガスの浄化処理に利用する点で、上記第１および第２実施形態と相違する。以下、図面に基づいて、上記第１実施形態や上記第２実施形態との異なる点や第３実施形態の特徴的な構成に関して説明するが、以下の説明では上で説明した構成要素に対応する要素には同じ符号を付してその説明を省略する。なお、本第３実施形態でも、上記第１実施形態の如くターボ過給機６４の作動アシストを、蓄圧容器７８内の排気ガスを排気通路に供給する（流量制御弁８０を開弁制御する）と共に同排気通路に燃料を供給して（燃料供給弁８６を制御して）行うことができるが、この点に関するさらなる説明は省略される。
【００７５】
本第３実施形態では、触媒コンバータ４０は２つに分けられていて、直列的に排気通路３４に配列された第１触媒コンバータ４０ａと第２触媒コンバータ４０ｂとで構成されている。相対的に上流側に位置付けられた第１触媒コンバータ４０ａは、還元剤の存在下でＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＮＯｘ触媒）を有し、このＮＯｘ触媒でのＮＯｘの浄化を可能にするように上記燃料供給弁８６から還元剤としての燃料が供給可能にされている。他方、第１触媒コンバータ４０ａ下流側に設けられた第２触媒コンバータ４０ｂは酸化触媒を有し、該酸化触媒での酸化能力を適切に発揮させるように酸素供給機構１５０がさらに設けられている。
【００７６】
第１触媒コンバータ４０ａには、パティキュレートフィルタ（フィルタ）が設けられ、このフィルタに担持されることでＮＯｘ触媒が充填されている。フィルタは、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する。また、ＮＯｘ触媒は、流入する排気ガスの酸素濃度が高いときは排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気ガスの酸素濃度が低下しかつ還元剤が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを還元する機能を有する。具体的には、ＮＯｘ触媒は、プラチナ／ロジウム系触媒であり、そこにＮＯｘ吸蔵機能を高めるためにバリウム（Ｂａ）を含むものであるが、他の構成を有してもよい。
【００７７】
また、第１触媒コンバータ４０ａのＮＯｘ触媒には、燃料に含まれる硫黄分が燃焼して生成される硫黄酸化物（ＳＯｘ）もＮＯｘと同じメカニズムで吸蔵される。このように吸蔵されたＳＯｘはＮＯｘよりも放出されにくく、ＮＯｘ触媒内に蓄積される。このことは一般に硫黄被毒と称される。この硫黄被毒によりＮＯｘ触媒におけるＮＯｘ浄化率が低下するため、適宜の時期に硫黄被毒から回復させる硫黄被毒回復処理を施す必要がある。この処理は、ＮＯｘ触媒を高温にし、かつ、酸素濃度を低下させた排気ガスをＮＯｘ触媒に流通させることを必要とする。そして、この処理では、ＥＣＵ９４は、第１触媒コンバータ４０ａに流入する排気ガス中の酸素濃度を比較的短い周期でスパイク的に低くする、いわゆるリッチスパイク制御を実行する。
【００７８】
第１触媒コンバータ４０ａのＮＯｘ触媒でのＮＯｘ還元浄化や硫黄被毒回復を行うか否かの判断は、それぞれ個別に実行され、各々は車両すなわち内燃機関１０ｃの運転履歴に基づいて行われる。この判断方法等としては種々の方法等が既知であり、ここではそれらを利用できるが、この判断方法等の一例を概略的に簡単に述べて、他の説明は省略される。例えば、内燃機関１０ｃの使用開始時あるいは、直近のＮＯｘ還元浄化実行や硫黄被毒回復実行終了後からの内燃機関１０ｃの運転履歴から、ＮＯｘ触媒に吸蔵された総ＮＯｘ量あるいは総ＳＯｘ量を推定し、それらが所定値を超えたか否かで、ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ還元浄化や硫黄被毒回復を行うか否かの判断が行われる。なお、このような総ＳＯｘ量の推定では、用いられた燃料中の硫黄成分量に基づく補正が行われるとよい。
【００７９】
そして、ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ還元浄化実行時やその硫黄被毒回復実行時の燃料供給弁８６からの燃料の供給は、触媒コンバータ４０ａに流入する排気ガスの空燃比が所定のリッチ空燃比となるようにＥＣＵ９４により制御される。
【００８０】
これに対して第２触媒コンバータ４０ｂには、酸化機能を有する触媒として酸化触媒が充填されている。具体的には、第２触媒コンバータ４０ｂ内にはプラチナ（Ｐｔ）が担持されたハニカム構造体が配置されている。
【００８１】
この第２触媒コンバータ４０ｂの酸化触媒での酸化反応を適切に生じさせるために利用される上記酸素供給機構１５０は、蓄圧容器７８と、蓄圧容器７８内の排気ガスを第２触媒コンバータ４０ｂに供給可能にする供給管１５２で区画形成された供給通路１５４と、該供給通路１５４に設けられたガス供給弁１５６とを含んで構成されている。ガス供給弁１５６はＥＣＵ９４からの作動信号により作動されるアクチュエータ１５８によって開閉駆動される。なお、ここではガス供給手段は酸素供給機構１５０を含んで構成される。
【００８２】
上記のように、ＮＯｘ触媒でのＮＯｘ還元浄化実行時やその硫黄被毒回復実行時に第１触媒コンバータ４０ａのＮＯｘ触媒へ燃料が供給されると、その燃料添加量が過多である場合には、特に、ＨＣ、ＣＯ等の還元成分すなわち可燃成分が第１触媒コンバータ４０ａ下流側に流れることになる。また、硫黄被毒回復実行時には、ＮＯｘ触媒からＳＯｘが放出され得るが、この放出されたＳＯｘはリッチ雰囲気ではＨ２Ｓになり易い。このように第１触媒コンバータ４０ｂから流出し得る成分を、ＮＯｘ還元浄化実行時や硫黄被毒回復実行時の還元雰囲気下でも浄化可能にするため、すなわち下流側の第２触媒コンバータ４０ｂの酸化触媒で酸化させて浄化することを可能にするべく、上記酸素供給機構１５０が用いられる。つまり、第２触媒コンバータ４０ｂの酸化触媒下流側の排気通路に、燃料供給弁８６から供給された燃料やこれに由来する可燃成分が流れないように、蓄圧容器７８内の排気ガスは供給される。
【００８３】
第１触媒コンバータ４０ａのＮＯｘ触媒でのＮＯｘ還元浄化実行時やその硫黄被毒回復実行時、第２触媒コンバータ４０ｂへ流入する排気ガスの空燃比が目標の空燃比になるように、具体的には第２触媒コンバータ４０ｂへ流入するＨＣ、ＣＯ等を酸化して浄化させるのに十分な量の酸素を含み得る空燃比になるように、ガス供給弁１５６は制御される。このガス供給弁１５６は、ここでは、第１触媒コンバータ４０ａと第２触媒コンバータ４０ｂとの間の排気通路に設けられた空燃比センサ１６０からの出力信号に基づいて求められる排気ガスの空燃比が上記目標の空燃比になるようにフィードバック制御される。
【００８４】
そして、本第３実施形態では、第１触媒コンバータ４０ａのＮＯｘ触媒に対するＮＯｘ還元浄化実行時やその硫黄被毒回復実行時、燃料供給弁８６からの燃料供給量は、蓄圧容器７８内の排気ガス量に基づいて制御される。具体的には、ＥＣＵ９４は、圧力センサ１１６からの出力信号に基づいて求められる蓄圧容器７８内の排気ガスの圧力からその排気ガス量を推定し、その排気ガス量が所定量以上あるか否かをまず判定する。そしてその排気ガス量が所定量以上あるとして肯定判定されたとき、燃料供給弁８６からの燃料供給量を第１燃料供給量にし、蓄圧容器７８からの排気ガスの供給量をこれに対応した第１排気ガス供給量に定める。これに対して、ＥＣＵ９４は、蓄圧容器７８内の排気ガス量が所定量未満であるとして否定判定されたとき、燃料供給弁８６からの燃料供給量を第２燃料供給量にし、蓄圧容器７８からの排気ガスの供給量をこれに対応した第２排気ガス供給量に定める。第１燃料供給量は第２燃料供給量よりも多く、また、第１排気ガス供給量は第２排気ガス供給量よりも多い。つまり、蓄圧容器７８内の排気ガス量が所定量以上あるとき、その排気ガス量が所定量未満のときの燃料供給量よりも多い量の燃料を供給するように、燃料供給弁８６は制御される。このようにするのは、燃料供給量が多い方がＮＯｘ触媒でのＮＯｘ浄化を生じさせ易いが、その場合には第１触媒コンバータ下流側にＨＣ、ＣＯ等の流出量が多く、これらの浄化処理のためには、それに相当する量の空気を第２触媒コンバータ４０ｂの酸化触媒で必要とするからである。具体的には、第１燃料供給量は第１触媒コンバータ４０ａ入口側の排気ガスの空燃比が１４未満になるように定められ、第２燃料供給量は第１触媒コンバータ４０ａ入口側の排気ガスの空燃比が１４以上になるように定められる。また、第２排気ガス供給量は「０」であり得る。
【００８５】
なお、第１触媒コンバータ４０ａのＮＯｘ触媒でのＮＯｘ還元浄化実行時やその硫黄被毒回復実行時に、第２触媒コンバータ４０ｂに向けて蓄圧容器７８内の排気ガスが供給されるので、蓄圧容器７８内へ回収される排気ガスはより高い空気割合の排気ガスであるとよい。そのために、上記ステップＳ２０７での燃料カット時間が所定時間経過したか否かの判定での所定時間は、排気絞り弁７０の閉弁中、排気絞り弁７０上流側の排気通路Ｊが概ね空気からなる排気ガスで満たされるように、予め実験により求められて設定されるのがよい。それ故に、本第３実施形態では排気絞り弁７０はタービン５６下流側かつ第１触媒コンバータ４０ａ上流側の排気通路に設けられているが、排気ガス回収時間をより短くするべく、排気絞り弁７０配置箇所は、上記第１実施形態の如き箇所でもよい。
【００８６】
以上、上記したように第２触媒コンバータ４０ｂの酸化触媒には、ＮＯｘ還元浄化実行時や硫黄被毒回復実行時に目標の空燃比の排気ガスが供給されるので、第１触媒コンバータ４０ａ下流側から第２触媒コンバータ４０ｂに至ったＨＣ、ＣＯ等を適切に処理することが可能になる。したがって、それらが第２触媒コンバータ４０ｂを通過して外気に放出されるのを適切に防ぐことが可能になる。
【００８７】
このようにＮＯｘ還元浄化実行時や硫黄被毒回復実行時に酸素供給機構１５０から第２触媒コンバータ４０ｂへ供給される排気ガスは、かなり高い割合の酸素を含むばかりでなく、上記の如くある程度以上の温度を有するので、第２触媒コンバータ４０ｂ内の触媒を冷やし難い。すなわち、そのような蓄圧容器７８からの排気ガスの供給によっても第２触媒コンバータ４０ｂの触媒床温が過度に下がることはなく、その触媒の酸化機能を適切に発揮させ続けることが可能になる。なお、蓄圧容器７８内に回収された排気ガスの温度を所定温度以上に上げるあるいは保つために、蓄圧容器７８と第１あるいは第２触媒コンバータ４０ａ、４０ｂとは隣接してあるいは当接して設けられ得、それらの間に熱交換手段が設けられるとよい。あるいは、蓄圧容器７８内の排気ガスと排気通路３４を流れる排気ガスとの間での熱交換を促すように、それらの間に熱交換手段が設けられるとよい。なお、このような熱交換手段による蓄圧容器７８内の排気ガスの加熱は上記第１および第２実施形態にも適用され得る。
【００８８】
なお、例えば温度センサ１２０からの出力信号に基づいて検出される機関冷却水温が例えば６５℃未満である、および／あるいは、機関始動後６０秒以内である、機関冷間始動時には、蓄圧容器７８内の排気ガスを連通路７６から流量制御弁８０を所定時間開弁させて流すことで、第１および第２触媒コンバータの触媒の暖機が行われてもよい。あるいはそのような機関冷間始動時に、ガス供給弁１５６を開弁して、蓄圧容器７８内の所定割合以上の空気を含む排気ガスを触媒コンバータ４０ｂに流すことで、触媒でのＨＣ、ＣＯといった成分の浄化を促すことも可能である。
【００８９】
ただし、上記第３実施形態では、燃料供給弁８６から燃料を排気通路へ直接的に供給したが、ＮＯｘ還元浄化実行時や硫黄被毒回復実行時に第１触媒コンバータ４０ａのＮＯｘ触媒に還元剤として燃料を添加するように、いわゆるポスト噴射が行われてもよい。このポスト噴射による燃料は、気筒２０内で燃焼されずに、そのまま排気通路へ排出されるので、適切に第１触媒コンバータ４０へ燃料を供給することができる。なお、この場合、ポスト噴射実行手段は、ＥＣＵ９４の一部を含んで構成される。
【００９０】
以上、本発明を３つの実施形態およびそれらの変形例等に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されない。例えば、本発明は、上記第１から第３実施形態およびその変形例等の相互組み合わせやそれらの部分的な他の組み合わせ等を許容する。
【００９１】
また、蓄圧容器７８内には、蓄圧容器７８内への排気ガスの回収量を増やすべく、活性炭、ゼオライト、アルミナ、カーボンモレキュラーシーブの内の少なくとも１つを含んで構成され得る、ガスを吸着可能な吸着材が配置されるとよい。ただし、このような吸着材は耐熱性に劣ることがあるので、採用される吸着材の種類に応じた許容温度を超えないように、蓄圧容器７８内に回収および保持される排気ガスの温度は調節されるとよい。
【００９２】
また、上記３つの実施形態では、排気絞り弁７０はバタフライ式弁であったが、それ以外の形式の弁であってもよい。排気絞り弁７０は、例えば、ポペット式弁、シャッター式弁であり得る。なお、排気絞り弁７０として、排気ブレーキ用に設けられた弁が用いられてもよい。また、他の弁も、上記した形式の弁に限定されず、他の形式の弁であり得る。例えば、流量制御弁（流量調整弁）８０は、蓄圧容器７８内へのガス回収のためだけに設けられる場合、逆止弁であってもよい。なお、上記した種々の弁を駆動するアクチュエータは、上記した形式のものに限定されず、電動モータや負圧式アクチュエータなど種々の形式のアクチュエータであり得る。
【００９３】
また、上記３つの実施形態では、蓄圧容器７８を１つ設けることにしたが、それは複数個設けられてもよい。そして蓄圧容器７８を２つ以上複数個設ける場合には、それら蓄圧容器７は車両に分散して配置され得る。
【００９４】
なお、上記３つの実施形態では、本発明をディーゼル機関に適用して説明したが、これに限定されず、本発明は、ポート噴射型式のガソリン機関、筒内噴射形式のガソリン機関等の各種の内燃機関に適用可能である。また、用いられる燃料は、軽油やガソリンに限らず、アルコール燃料、ＬＰＧ（液化天然ガス）等でもよい。また、本発明が適用される内燃機関の気筒数などはいくつであってもよい。
【００９５】
なお、上記３つの実施形態およびその変形例等では本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】第１実施形態が適用された車両の内燃機関システムの概念図である。
【図２】第１実施形態の排気ガス回収用のフローチャートである。
【図３】第１実施形態のターボ過給機の作動アシスト用のフローチャートである。
【図４】第２実施形態が適用された車両の内燃機関システムの概念図である。
【図５】第３実施形態が適用された車両の内燃機関システムの概念図である。
【符号の説明】
【００９７】
１０ 内燃機関
１４ 燃料タンク
３４ 排気通路
５４ タービンホイール
５６ タービン
６４ ターボ過給機
７０ 排気絞り弁
７８ 蓄圧容器
８４ 酸化触媒
８６ 燃料供給弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒より排出されたガスを該内燃機関の排気系より蓄圧容器に回収するガス回収手段と、
排気系に可燃物を供給する可燃物供給手段と、
該可燃物供給手段によって供給された可燃物の排気系での酸化反応を可能にするように、前記ガス回収手段によって回収された前記蓄圧容器内のガスを排気系に供給するガス供給手段と
を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記ガス回収手段は、
内燃機関が燃料カット状態か否かを判定する燃料カット状態判定手段と、
該燃料カット状態判定手段により肯定判定されたとき排気系のガスを前記蓄圧容器に回収する排気系ガス回収手段と
を備え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】
前記排気系ガス回収手段は、
内燃機関の排気通路に設けられた排気絞り弁と、
前記燃料カット状態判定手段により肯定判定されたとき、前記排気絞り弁上流側の排気通路から前記蓄圧容器へガスを回収するように前記排気絞り弁を閉弁制御する排気絞り弁制御手段と
を備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記可燃物供給手段は、排気系に設けられた供給弁を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項５】
前記可燃物供給手段は、燃料のメイン噴射に遅れて内燃機関の気筒内に燃料のポスト噴射を実行するポスト噴射実行手段を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項６】
排気通路に設けられたタービンホイールを有するタービンを含むターボ過給機と、
内燃機関への要求過給量が増加したか否かを判定する要求過給量判定手段と
をさらに備え、
前記可燃物供給手段による可燃物の排気系への供給位置および前記ガス供給手段による排気系へのガスの供給位置は、前記タービンホイール上流側にあり、
前記要求過給量判定手段により肯定判定されたとき、前記可燃物供給手段は可燃物を供給し、他方、前記ガス供給手段はガスを供給することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項７】
前記可燃物供給手段および前記ガス供給手段の両供給位置と前記タービンホイールとの間に、酸化機能を有する触媒が配置されていることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記タービンホイール上流側の排気通路から延出した延出通路が設けられ、
該延出通路に、前記可燃物供給手段および前記ガス供給手段の両供給位置が位置付けられていることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記延出通路に前記酸化機能を有する触媒が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記可燃物供給手段による可燃物の供給位置下流側かつ前記ガス供給手段によるガスの供給位置下流側の排気通路に酸化機能を有する触媒が設けられ、
該酸化機能を有する触媒下流側の排気通路に前記可燃物供給手段により供給された可燃物あるいは該可燃物に由来する可燃成分が流れないように、前記ガス供給手段はガスを供給することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１１】
前記可燃物供給手段による可燃物の供給位置は、前記ガス供給手段によるガスの供給位置よりも上流側にあり、両供給位置間に、前記可燃物供給手段による可燃物を還元剤として該還元剤の存在下でＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒が配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関。
【請求項１２】
前記蓄圧容器内のガス量が所定量以上か否かを判定するガス量判定手段をさらに備え、
前記可燃物供給手段は、前記ガス量判定手段により肯定判定されたとき、該ガス量判定手段により否定判定されたときの可燃物供給量よりも多い量の可燃物を供給することを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関。
【請求項１３】
前記蓄圧容器内のガスが排気通路の熱を用いて加熱されるように熱交換手段が備えられていることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１】
内燃機関の気筒より排出されたガスを該内燃機関の排気系より蓄圧容器に回収するガス回収手段と、
排気系に可燃物を供給する可燃物供給手段と、
該可燃物供給手段によって供給された可燃物の排気系での酸化反応を可能にするように、前記ガス回収手段によって回収された前記蓄圧容器内のガスを排気系に供給するガス供給手段と
を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記ガス回収手段は、
内燃機関が燃料カット状態か否かを判定する燃料カット状態判定手段と、
該燃料カット状態判定手段により肯定判定されたとき排気系のガスを前記蓄圧容器に回収する排気系ガス回収手段と
を備え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】
前記排気系ガス回収手段は、
内燃機関の排気通路に設けられた排気絞り弁と、
前記燃料カット状態判定手段により肯定判定されたとき、前記排気絞り弁上流側の排気通路から前記蓄圧容器へガスを回収するように前記排気絞り弁を閉弁制御する排気絞り弁制御手段と
を備えることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記可燃物供給手段は、排気系に設けられた供給弁を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項５】
前記可燃物供給手段は、燃料のメイン噴射に遅れて内燃機関の気筒内に燃料のポスト噴射を実行するポスト噴射実行手段を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項６】
排気通路に設けられたタービンホイールを有するタービンを含むターボ過給機と、
内燃機関への要求過給量が増加したか否かを判定する要求過給量判定手段と
をさらに備え、
前記可燃物供給手段による可燃物の排気系への供給位置および前記ガス供給手段による排気系へのガスの供給位置は、前記タービンホイール上流側にあり、
前記要求過給量判定手段により肯定判定されたとき、前記可燃物供給手段は可燃物を供給し、他方、前記ガス供給手段はガスを供給することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項７】
前記可燃物供給手段および前記ガス供給手段の両供給位置と前記タービンホイールとの間に、酸化機能を有する触媒が配置されていることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記タービンホイール上流側の排気通路から延出した延出通路が設けられ、
該延出通路に、前記可燃物供給手段および前記ガス供給手段の両供給位置が位置付けられていることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記延出通路に前記酸化機能を有する触媒が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記可燃物供給手段による可燃物の供給位置下流側かつ前記ガス供給手段によるガスの供給位置下流側の排気通路に酸化機能を有する触媒が設けられ、
該酸化機能を有する触媒下流側の排気通路に前記可燃物供給手段により供給された可燃物あるいは該可燃物に由来する可燃成分が流れないように、前記ガス供給手段はガスを供給することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項１１】
前記可燃物供給手段による可燃物の供給位置は、前記ガス供給手段によるガスの供給位置よりも上流側にあり、両供給位置間に、前記可燃物供給手段による可燃物を還元剤として該還元剤の存在下でＮＯｘを還元するＮＯｘ触媒が配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関。
【請求項１２】
前記蓄圧容器内のガス量が所定量以上か否かを判定するガス量判定手段をさらに備え、
前記可燃物供給手段は、前記ガス量判定手段により肯定判定されたとき、該ガス量判定手段により否定判定されたときの可燃物供給量よりも多い量の可燃物を供給することを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関。
【請求項１３】
前記蓄圧容器内のガスが排気通路の熱を用いて加熱されるように熱交換手段が備えられていることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の内燃機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２４８９０（Ｐ２０１０−２４８９０Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８５１８０（Ｐ２００８−１８５１８０）
【出願日】平成２０年７月１６日（２００８．７．１６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１６日（２００８．７．１６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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