JP2008163884A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、アイドル時や軽負荷時であっても、排気ガス中に添加された燃料を均一に拡散させることを目的とする。
【解決手段】ディーゼル機関２は、電動機１４ｄによって回転をアシスト可能なターボ過給機１４と、排気ガス中に燃料を添加する燃料添加弁５２とを備える。ディーゼル機関２のアイドル時または軽負荷時に燃料添加弁５２により燃料が添加される場合に、電動機１４ｄを作動させて、ターボ回転数を上昇させる。これにより、タービン１４ｂにおいて、添加燃料を含む排気ガスが十分に攪拌され、添加燃料が排気ガス中に均一に拡散する。燃料添加弁５２からの燃料噴射開始に先立って、電動機１４ｄの作動を開始する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

特開２００１−５５９４６号公報には、排気通路に設けられたＮＯｘ吸収材（ＮＯｘ触媒）をリフレッシュする際、つまりＮＯｘ吸収材に吸収されているＮＯｘを還元浄化して放出する際に、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁からの燃料噴射量を増量するディーゼルエンジンの制御装置が開示されている。この装置では、ＮＯｘ吸収材のリフレッシュ時に、燃料噴射量増量に起因するスモークの増大を防止する方策として、可変ノズル型ターボ過給機のノズル断面積を絞って過給圧を高めることにより、燃焼室の吸気充填量を増大させることとしている。

特開２００１−５５９４６号公報 特開２００４−１７６６７５号公報

上記従来の技術は、ターボ過給機による過給が十分に作用する中負荷運転時あるいは高負荷運転時においてＮＯｘ触媒のＮＯｘを還元浄化することを前提とした技術であると考えられる。ＮＯｘの還元浄化を行うには、排気空燃比を理論空燃比以下のリッチとすることが必要である。したがって、ＮＯｘの還元浄化を行うために必要な燃料量は、排気ガス量が多い場合ほど、多くなる。すなわち、排気ガス量の多い中・高負荷運転時にＮＯｘの還元浄化を行うことは、燃費悪化の原因となる。このため、燃費性能の向上を図る観点からは、排気ガス量の少ない軽負荷運転時やアイドル運転時にＮＯｘの還元浄化を行うことが望ましい。また、ストップ＆ゴーの多い市街地走行時など、車両の走行条件によっては、軽負荷運転時やアイドル運転時にＮＯｘの還元浄化を行わざるを得ない場合もある。

しかしながら、軽負荷運転時やアイドル運転時は、排気ガス温度が低い。また、排気ガス中のＨＣやＣＯが少ないため、それらがＮＯｘ触媒で反応（燃焼）することによる発熱量も少ない。このため、軽負荷運転時やアイドル運転時には、通常、ＮＯｘ触媒の温度が、ＮＯｘを還元浄化可能な活性温度より低くなってしまうという問題がある。

軽負荷運転時やアイドル運転時のＮＯｘ触媒の温度を活性温度以上に上昇させる方法として、排気ガス中に燃料を添加する方法が考えられる。しかしながら、軽負荷運転時やアイドル運転時に、排気ガス中に燃料を添加すると、排気ガス温度が低く、排気ガスの流動も弱いため、添加された燃料が拡散しにくい。このため、添加された燃料が排気ガス中に不均一に分布したままの状態でＮＯｘ触媒に流入してしまう。その結果、ＮＯｘ触媒の端面（ＮＯｘ触媒を構成するセルあるいはフィルターの入口）に燃料が目詰まりするなどの問題が発生し易い。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、アイドル時や軽負荷時であっても、排気ガス中に添加された燃料を均一に拡散させることのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気ガス中に燃料を添加する燃料添加手段と、
アイドル時または軽負荷時に前記燃料添加手段により燃料が添加される場合に、前記燃料添加手段より下流側の排気通路において排気ガスを攪拌する攪拌手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記燃料添加手段による燃料添加量が多いほど、前記攪拌手段による攪拌を強化することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記燃料添加手段が燃料の添加を開始するタイミングに先立って、前記攪拌手段の作動を開始することを特徴とする。

また、第４の発明は、第３の発明において、
前記燃料添加手段による燃料添加量が多いほど、前記攪拌手段の作動開始タイミングを、前記燃料添加手段の燃料添加開始タイミングに対し、より早くすることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
アイドル時または軽負荷時に、排気絞りを行う排気絞り手段を更に備えることを特徴とする。

また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記内燃機関は、電動機付き過給機を有し、
前記攪拌手段は、前記電動機によって前記過給機の回転数を強制的に上昇させることにより、排気ガスを攪拌することを特徴とする。

また、第７の発明は、第６の発明において、
前記内燃機関の出力と、他の原動機の出力との両方を用いて車両を駆動するハイブリッドシステムと、
車両走行中に、排気ガスを攪拌するために前記電動機が作動されて過給圧が増大することにより前記内燃機関の出力が増加した場合に、車両に伝達される駆動力の変化を抑制するように前記ハイブリッドシステムを制御する駆動力変化抑制手段と、
を更に備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、アイドル時または軽負荷時に排気ガス中に燃料が添加される場合に、添加燃料を含む排気ガスを攪拌手段によって強制的に攪拌することができる。この攪拌により、添加燃料を排気ガス中に均一に拡散させることができる。このため、アイドル時または軽負荷時に排気ガス中に燃料を添加した場合であっても、添加された燃料が排気浄化装置の端面に目詰まりするなどの弊害が生ずることを確実に防止することができる。よって、アイドル時や軽負荷時であっても、排気浄化装置のＮＯｘ還元浄化（リッチスパイク）などを行うことが可能となる。第１の発明によれば、排気ガス量の少ないアイドル時や軽負荷時にＮＯｘ還元浄化などの処理を行うことができるので、その処理に要する燃料を節約することができ、優れた燃費性能を得ることができる。更に、第１の発明によれば、添加燃料が均一に拡散した状態で排気ガスを排気浄化装置に流入させることができるので、燃料を排気浄化装置内でまんべん無く反応させることができ、反応を促進することができる。このため、ＮＯｘ還元浄化などの処理の効果を高めることができる。

第２の発明によれば、排気ガス中への燃料添加量が多い場合ほど、攪拌手段による攪拌を強化することができる。このため、燃料添加量に応じて必要かつ十分な攪拌を行うことができる。よって、燃料添加量が多い場合であっても、添加燃料を排気ガス中に十分に拡散させ、均一化することができ、上記効果を確実に得ることができる。

第３の発明によれば、排気ガス中への燃料添加の開始に先立って、攪拌手段の作動を開始することができる。これにより、攪拌手段の作動遅れによる燃料攪拌不足が生ずることをより確実に防止することができる。このため、添加燃料を排気ガス中により均一に拡散させることができる。

第４の発明によれば、排気ガス中への燃料添加量が多いほど、攪拌手段の作動開始タイミングを、燃料添加手段の燃料添加開始タイミングに対し、より早くすることができる。これにより、燃料添加量が多い場合であっても、攪拌手段の作動遅れによる燃料攪拌不足が生ずることをより確実に防止することができる。このため、添加燃料を排気ガス中により均一に拡散させることができる。

第５の発明によれば、アイドル時または軽負荷時に排気ガス中に燃料が添加される場合に、排気絞りを行うことができる。これにより、排気抵抗の増加によって排気温度をアップすることができるので、添加燃料の蒸発が促進される。よって、添加燃料を排気ガス中により均一に拡散させることができる。また、排気浄化装置の昇温を一層促進することができ、短時間で処理を完了させることができる。

第６の発明によれば、内燃機関が備える電動機付き過給機を用いて、排気ガスを攪拌することができる。つまり、過給機の回転数を電動機によって強制的に上昇させることにより、排気ガスを攪拌することができる。これにより、十分な効果が得られるとともに、排気ガス攪拌用の機構を別個に設ける必要がないので、コスト低減が図れる。

第７の発明によれば、内燃機関の出力と、他の原動機の出力との両方を用いて車両を駆動するハイブリッドシステムにおいて、車両走行中に、排気ガスを攪拌するために電動機付き過給機の電動機が作動されて過給圧が増大することにより内燃機関の出力が増加した場合に、車両に伝達される駆動力が変化しないように、他の原動機の出力を低下させることができる。このため、排気ガスを攪拌するために電動機付き過給機を強制駆動した場合に、車両の駆動力が変化することを確実に抑制することができるので、良好なドライバビリティが得られる。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、ディーゼル機関２を備えている。このディーゼル機関２は、車両（自動車）に搭載されているものとする。図示のディーゼル機関２は、直列４気筒型であるが、本発明では、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。

ディーゼル機関２の各気筒には、燃料を燃焼室内に直接噴射するための筒内インジェクタ３２が備えられている。各気筒の筒内インジェクタ３２は、共通のコモンレール３４に接続されている。つまり、ディーゼル機関２は、コモンレール式のディーゼル機関である。図示しない燃料タンクに貯留された燃料は、サプライポンプ３６によって汲み上げられ、所定の燃圧まで圧縮されてコモンレール３４へ供給される。サプライポンプ３６は、図では省略するが、低圧ポンプと高圧ポンプとからなっている。

ディーゼル機関２には、排気マニホールド６と、排気マニホールド６に接続される排気通路１０とが備えられている。ディーゼル機関２の各気筒から排出される排気ガスは排気マニホールド６に集められ、排気マニホールド６を介して排気通路１０へ排出される。排気通路１０の途中には、排気浄化装置３０が設けられている。排気浄化装置３０内には、例えば、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒、ＰＭ(Particulate Matter)を捕集するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）、あるいは、それらの両方の機能を兼ね備えるＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx-Reduction system）などが設置されている。

また、ディーゼル機関２には、吸気マニホールド４と、吸気マニホールド４に接続される吸気通路８とが備えられている。空気は大気中から吸気通路８に取り込まれ、吸気マニホールド４を介して各気筒内に分配される。吸気通路８の入口には、エアクリーナ１２が取り付けられている。エアクリーナ１２の下流近傍には、吸気通路８に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ７６が設けられている。また、吸気マニホールド４の上流には、吸気絞り弁２２が設けられている。

更に、ディーゼル機関２には、ターボ過給機（ＭＡＴ：Motor Assist Turbocharger）１４が備えられている。このターボ過給機１４は、可変ノズル型のものであり、かつ、電動アシスト機構付きのものである。すなわち、ターボ過給機１４は、コンプレッサ１４ａと、タービン１４ｂと、可変ノズル１４ｃと、強制駆動用の電動機１４ｄとを有している。

コンプレッサ１４ａは、エアフローメータ７６から吸気絞り弁２２に至る吸気通路８の途中に配置されている。タービン１４ｂは、排気マニホールド６から排気浄化装置３０に至る排気通路１０の途中に設けられている。コンプレッサ１４ａとタービン１４ｂとは、連結軸によって連結され、一体となって回転する。

可変ノズル１４ｃは、開閉動作可能になっている。可変ノズル１４ｃの開度を小さくすると、タービン１４ｂの入口面積が小さくなるので、タービン１４ｂに吹き付けられる排気ガスの流速が速くなる。その結果、ターボ過給機１４の回転数（以下、「ＭＡＴ回転数」と称する）は上昇し、過給圧が増大する。逆に、可変ノズル１４ｃの開度を大きくすると、タービン１４ｂの入口面積が大きくなるので、タービン１４ｂに吹き付けられる排気ガスの流速が遅くなる。その結果、ＭＡＴ回転数は降下し、過給圧が低下する。

コンプレッサ１４ａとタービン１４ｂとの間には、電動機１４ｄが配置されている。コンプレッサ１４ａとタービン１４ｂとの連結軸は、電動機１４ｄのロータにもなっている。すなわち、コンプレッサ１４ａおよびタービン１４ｂと、電動機１４ｄのロータとは、一体となって回転する。このような構成により、電動機１４ｄを作動させた場合には、タービン１４ｂで回収される排気エネルギによらずに、コンプレッサ１４ａおよびタービン１４ｂを強制的に駆動することができる。

電動機１４ｄには、電動機１４ｄの回転数を検出する回転数センサ１６が組み込まれている。前述したように、電動機１４ｄは、コンプレッサ１４ａおよびタービン１４ｂと一体となって回転する。このため、回転数センサ１６により検出される回転数は、ＭＡＴ回転数に等しい。

コンプレッサ１４ａと吸気マニホールド４との間には、コンプレッサ１４ａでの圧縮により温度上昇した吸入空気を冷却するインタークーラ１７が設けられている。インタークーラ１７の下流には、過給圧（吸気圧）を検出する過給圧センサ（吸気圧センサ）７４が配置されている。

コンプレッサ１４ａからインタークーラ１７に至る吸気通路８の途中には、バイパス管５０の一端が接続されている。この接続部には、空気の流路を切替える切替弁１８が配置されている。バイパス管５０の他端は、吸気通路８におけるコンプレッサ１４ａの上流側に接続されている。切替弁１８を操作してバイパス管５０の入口を開くことで、コンプレッサ１４ａにより圧縮された空気の一部は再びコンプレッサ１４ａの入口側に戻される。ターボ過給機１４のサージが生じ易い運転状態のとき、コンプレッサ１４ａを出た空気の一部を、バイパス管５０を通してコンプレッサ１４ａの入口側に戻すことにより、サージを防止することができる。

また、吸気絞り弁２２から吸気マニホールド４に至る吸気通路８の途中には、ＥＧＲ管２４の一端が接続されている。ＥＧＲ管２４の他端は、排気マニホールド６に接続されている。本システムでは、排気ガスの一部を、ＥＧＲ管２４を通して吸気通路８に導入することができる。ＥＧＲ管２４を通って吸気通路８に導入される排気ガスのことを、以下、「ＥＧＲガス」と称する。ＥＧＲ管２４の途中には、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２６が設けられている。ＥＧＲ管２４におけるＥＧＲクーラ２６の下流には、ＥＧＲガスの量（ＥＧＲ量）を制御するためのＥＧＲ弁２８が設けられている。空気に比較して比熱が高く酸素量の少ないＥＧＲガスを吸気通路８に導入することで、筒内の燃焼温度を低下させ、ＮＯｘの生成量を低減することができる。

排気マニホールド６には、燃料添加弁（燃料添加インジェクタ）５２が設置されている。この燃料添加弁５２から燃料を噴射することにより、排気ガス中に燃料を添加することができる。なお、燃料添加弁５２の設置位置は、排気マニホールド６に限定されるものではなく、何れかの気筒の排気ポート、あるいは、排気マニホールド６とタービン１４ｂとの間の排気通路１０の途中に燃料添加弁５２を設置してもよい。

また、タービン１４ｂと排気浄化装置３０との間の排気通路１０の途中には、排気絞り弁５４が設置されている。

本実施形態のシステムは、更に、モータコントローラ６０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０とを有している。モータコントローラ６０は、ＥＣＵ７０からの指令に基づいて、電動機１４ｄへの通電状態を制御する。ＥＣＵ７０は、本システム全体を総合制御する制御装置である。ＥＣＵ７０の出力側には、モータコントローラ６０の他、筒内インジェクタ３２，吸気絞り弁２２，ＥＧＲ弁２８，可変ノズル１４ｃ，切替弁１８、排気絞り弁５４等の各種のアクチュエータが接続され、ＥＣＵ７０の入力側には、上述したｓ回転数センサ１６，エアフローメータ７６，過給圧センサ７４の他、車速センサ５６、アクセルポジションセンサ７２、クランク角センサ７８等の各種のセンサ類が接続されている。アクセルポジションセンサ７２は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するセンサである。クランク角センサ７８は、クランクシャフトの回転角度に応じた信号を出力するセンサである。クランク角センサ７８の出力によれば、エンジン回転数NE［rpm］などを検出することができる。ＥＣＵ７０には、これらの機器やセンサ以外にも複数の機器やセンサが接続されているが、ここではその説明は省略する。ＥＣＵ７０は、各センサの出力に基づき、所定の制御プログラムにしたがって各機器を駆動するようになっている。

［実施の形態１の動作］
ディーゼル機関２の排気ガスの空燃比は、通常、理論空燃比よりも大幅にリーンになっている。この状態のとき、本実施形態のシステムによれば、排気ガス中のＮＯｘを排気浄化装置３０に吸蔵することにより、大気中へのＮＯｘの放出を抑制することができる。そして、本実施形態のシステムでは、排気浄化装置３０に吸蔵されているＮＯｘを還元浄化して放出させるための制御（以下「リッチスパイク制御」という）を、周期的（間欠的）に行う。

リッチスパイク制御においては、燃料添加弁５２から燃料を噴射することにより、排気浄化装置３０に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比以下にする。これにより、排気ガス中の未燃燃料が還元剤となって、排気浄化装置３０に吸蔵されているＮＯｘをＮ_２に還元浄化することができる。排気浄化装置３０がＮＯｘを効率良く還元浄化するには、ある程度高い温度が必要がある。この温度を以下「触媒活性温度」という。

市街地走行時などにおいて、車両が停止する場合を考える。車両を減速させるために運転者がアクセルをオフすると、筒内インジェクタ３２からの燃料噴射は停止される。このため、排気通路１０には、空気が流通するので、排気浄化装置３０は急激に冷却される。そして、車両が停止すると、ディーゼル機関２はアイドル運転状態となる。アイドル運転状態では、筒内インジェクタ３２からの燃料噴射量は僅かであるので、排気ガス温度は低い。また、排気ガス中のＨＣ、ＣＯも少ないので、それらが排気浄化装置３０で反応（燃焼）することによる発熱量も少ない。これらの影響により、アイドル運転時には、通常、排気浄化装置３０の温度が触媒活性温度より低くなるため、リッチスパイク制御を行うことができないという問題がある。

アイドル運転時に排気浄化装置３０の温度を触媒活性温度以上にする方法として、燃料添加弁５２によって排気ガス中に燃料を添加し、その添加された燃料を排気浄化装置３０で燃焼させる方法が考えられる。

しかしながら、アイドル運転状態では、ターボ回転数が低いので、燃料が添加された排気ガスがタービン１４ｂで十分に攪拌されない。このため、アイドル運転状態で排気ガス中に燃料を添加すると、添加された燃料が排気ガス中に均一に拡散せず、不均一なままの状態で排気浄化装置３０に流入することとなる。その結果、排気浄化装置３０の端面（排気浄化装置３０を構成するセルあるいはフィルターの入口）に、燃料が目詰まりするという問題が生ずる。

そこで、本実施形態では、アイドル運転時に燃料添加弁５２から燃料を噴射する場合には、電動機１４ｄを作動させることにより、ＭＡＴ回転数を強制的に上昇させることとした。これにより、燃料が添加された排気ガスをタービン１４ｂにて十分に攪拌することができ、燃料を排気ガス中に均一に拡散させることができる。その結果、排気浄化装置３０の端面への燃料詰まりを確実に防止することができる。

更に、本実施形態では、アイドル運転時に燃料添加弁５２から燃料を噴射する場合に、排気絞り弁５４の開度を小さくすることによって排気ガスの流れを絞ることとした。これにより、排気ガス温度を高めることができる。このため、排気ガス中に添加された燃料が蒸発し易くなるので、排気浄化装置３０の端面への燃料詰まりをより確実に防止することもできる。また、排気浄化装置３０の温度を更に高くすることができるので、リッチスパイク時の浄化効率を高めることもできる。

［実施の形態１における具体的処理］
図２は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ７０が実行するルーチンのフローチャートである。図２に示すルーチンによれば、まず、クランク角センサ７８により検出されるエンジン回転数NEと、アクセルポジションセンサ７２により検出されるアクセル開度ACCPと、車速センサ５６により検出される車速SPDとの各値が取得される（ステップ１００）。

次いで、エンジン回転数NEとアクセル開度ACCPとに基いて、筒内インジェクタ３２から噴射すべき燃料噴射量QFINが算出される（ステップ１０２）。続いて、エンジン回転数NEと燃料噴射量QFINとに基いて、排気絞り弁５４の開度（以下「排気絞り開度」という）PLUEXの要求値αが算出される（ステップ１０４）。ここでは、燃料噴射量QFIN（負荷）が小さく、エンジン回転数NEが低いほど、排気絞り開度PLUEXの要求値αが小さく算出される。

ところで、ＥＣＵ７０では、別のサブルーチン（説明省略）によって実施される公知の処理により、排気浄化装置３０のＮＯｘ吸蔵量を推定している。ステップ１０６では、そのＮＯｘ吸蔵量推定値GNOXRDに基いて、燃料添加弁５２から噴射すべき燃料の量、すなわち燃料添加量QADNOXの要求値βが算出される。

上記ステップ１０６の処理に続いて、燃料添加量QADNOXの要求値βに基いて、電動機１４ｄの回転数、つまりＭＡＴ回転数EMATREVの要求値γが算出される（ステップ１０８）。図３は、燃料添加量QADNOXと、ＭＡＴ回転数EMATREVとの関係を示す図である。同図に示すように、ステップ１０８においては、燃料添加量QADNOXの要求値βが多量であるほど、ＭＡＴ回転数EMATREVの要求値γが高く設定される。

次いで、ディーゼル機関２がアイドル運転状態にあるか否かを示すアイドル判定フラグexistblがＯＮになっているか否かが判別される（ステップ１１０）。ディーゼル機関２がアイドル運転状態であるか否かは、アクセル開度ACCP、車速SPDなどに基いて、別ルーチンにより判別されている。上記ステップ１１０において、アイドル判定フラグexistblがＯＦＦである場合、つまりディーゼル機関２がアイドル運転状態でない場合には、上記ステップ１００以下の処理が再度実行される。

一方、上記ステップ１１０において、アイドル判定フラグexistblがＯＮである場合、つまりディーゼル機関２がアイドル運転状態にある場合には、まず、排気絞り開度PLUEXのＥＣＵ指令値が、上記ステップ１０４で算出された要求値αに設定される（ステップ１１２）。これにより、排気絞り弁５４は、ＥＣＵ７０からの指令に従い、その開度を小さくするように作動する。その結果、排気ガスの流れが絞られ、排気ガス温度を上昇させることができる。

続いて、電動機１４ｄの作動が許可されているか否かを示すＭＡＴ作動フラグexmatがＯＮであるか否かが判別される（ステップ１１４）。そして、ＭＡＴ作動フラグexmatがＯＮである場合には、ＭＡＴ回転数EMATREVのＥＣＵ指令値が、上記ステップ１０８で算出された要求値γに設定される（ステップ１１６）。これにより、電動機１４ｄの駆動が開始され、ＭＡＴ回転数が要求値γとなるように制御される。

次いで、燃料添加許可フラグexnoxrdがＯＮであるか否かが判別される（ステップ１１８）。そして、燃料添加許可フラグexnoxrdがＯＮである場合には、燃料添加量QADNOXのＥＣＵ指令値が、上記ステップ１０６で算出された要求値βに設定される（ステップ１２０）。これにより、燃料添加弁５２からの燃料噴射が開始され、要求値βに相当する量の燃料が排気ガス中に添加される。

以上説明したように、本実施形態によれば、アイドル運転時に燃料添加弁５２から排気ガス中に燃料を添加する場合に、電動機１４ｄを作動させることによって、ＭＡＴ回転数を強制的に上昇させることができる。その結果、添加燃料を含む排気ガスをタービン１４ｂにおいて十分に攪拌することができ、添加燃料を排気ガス中に均一に拡散させることができる。よって、排気ガス中の添加燃料が排気浄化装置３０の端面に目詰まりすることを確実に防止することができる。

このようなことから、本実施形態では、アイドル運転時であっても、排気浄化装置３０を触媒活性温度に昇温させるための燃料や、排気浄化装置３０に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化するための燃料を、排気ガス中に添加することができる。つまり、アイドル運転時であっても、リッチスパイク制御を実行することが可能となる。アイドル運転時にリッチスパイク制御を実行することにより、市街地走行時、道路渋滞時などにおいても、リッチスパイク制御の実行機会を確実に確保することができる。更に、排気ガス量の少ないアイドル運転時にリッチスパイク制御を実行するので、排気空燃比をリッチにするのに要する燃料量が少なくて済む。よって、リッチスパイクの実行に伴う燃費の悪化が抑制され、燃費を改善することができる。

また、添加燃料が均一に拡散した状態で排気ガスを排気浄化装置３０に流入させることができるので、燃料を排気浄化装置３０内でまんべん無く反応させることができ、反応を促進することができる。このため、排気浄化装置３０を効率良く昇温させることができ、また、吸蔵されたＮＯｘを高い効率で浄化することができる。

また、本実施形態では、燃料添加量QADNOXが多量であるほど、ＭＡＴ回転数EMATREVが高くなるように制御している。よって、燃料添加量QADNOXが多量である場合には、タービン１４ｂにおける排気ガスの攪拌を強化することができる。このため、燃料添加量QADNOXが多い場合であっても、添加燃料を排気ガス中に十分に拡散させ、均一化することができ、上記効果を確実に得ることができる。

なお、本実施形態では、アイドル運転時に排気ガス中に燃料を添加するものとして説明したが、本発明は、軽負荷時に排気ガス中に燃料を添加する場合にも適用可能である。

また、本実施形態では、排気浄化装置３０に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化することを目的として排気ガス中に燃料を添加する場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、排気浄化装置３０の硫黄被毒を回復させる目的（Ｓ再生）、あるいは、排気浄化装置３０に捕集されたＰＭを焼却除去する目的（ＰＭ再生）で、排気ガス中に燃料を添加する場合などにも適用可能である。

また、本実施形態では、燃料添加弁５２を用いて排気ガス中に燃料を添加するものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明は、気筒内での燃焼が終了した後に筒内インジェクタ３２から追加的に燃料を噴射する、いわゆるポスト噴射を実施することによって排気ガス中に燃料を添加する場合にも適用可能である。

また、本実施形態では、電動機１４ｄを駆動してターボ過給機１４の回転数を上昇させることにより、タービン１４ｂにおいて排気ガスを攪拌するものとして説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明では、排気ガスを攪拌するための攪拌機構を過給機とは別個に設け、その攪拌機構を用いて排気ガスを攪拌するようにしてもよい。

また、本実施形態では、アイドル運転時に排気絞り弁５４の開度を小さくすることによって排気絞りを行うものとして説明したが、本発明では、ターボ過給機１４の可変ノズル１４ｃの開度を小さくすることによって排気絞りを行うようにしてもよい。また、本発明では、アイドル運転時の排気絞りを行わなくてもよい。

また、本実施形態では、ディーゼル機関２の制御装置に本発明を適用した場合について説明したが、本発明は、ガソリン機関等の火花点火内燃機関の制御装置にも適用可能である。

また、上述した実施の形態１においては、燃料添加弁５２が前記第１の発明における「燃料添加手段」に、排気絞り弁５４が前記第５の発明における「排気絞り手段」に、ターボ過給機１４が前記第６の発明における「電動機付き過給機」に、電動機１４ｄが前記第６の発明における「電動機」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ７０が、電動機１４ｄによってターボ過給機１４の回転数を強制的に上昇させることにより前記第１および第６の発明における「攪拌手段」が実現されている。

実施の形態２．
次に、図４および図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。

［実施の形態２の特徴］
図４は、本実施形態において、アイドル運転時に燃料添加弁５２から燃料を噴射する場合の燃料添加弁５２の作動信号と、電動機１４ｄ（ＭＡＴ）の作動信号とを表すタイミングチャートである。図４に示すように、本実施形態では、燃料添加弁５２の作動信号がＯＮされるタイミングに先立って、電動機１４ｄの作動信号をＯＮすることとしている。これにより、燃料添加弁５２からの燃料噴射が開始されるのに先立って、電動機１４ｄの回転数、つまりタービン１４ｂの回転数を予め十分に高くしておくことができる。よって、燃料添加弁５２からの燃料噴射の開始直後から、排気ガスを十分に攪拌することができる。このため、排気ガス中に添加された燃料をより確実に均一化させることができる。

［実施の形態２における具体的処理］
図５は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ７０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、図５において、図２に示すステップと同一のステップには、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。

図５に示すルーチンは、図２に示すルーチンと比べて、ステップ１０８がステップ１２２に置換され、ステップ１１８と１２０との間にステップ１２４が追加されていること以外は同様である。

図５に示すルーチンのステップ１２２においては、まず、図２に示すルーチンのステップ１０８と同様に、燃料添加量QADNOXの要求値βに基いて、ＭＡＴ回転数EMATREVの要求値γが算出される。更に、燃料添加量QADNOXの要求値βに基いて、燃料添加遅延時間MATPRE［秒］の要求値ｔが算出される。この燃料添加遅延時間MATPREとは、図４に示すように、電動機１４ｄの作動を開始するタイミングと、燃料添加弁５２から燃料噴射を開始するタイミングとの差である。本実施形態では、燃料添加量QADNOXの要求値βが多量であるほど、燃料添加遅延時間MATPREの要求値ｔが長い時間に設定されるものとする。

そして、図５に示すルーチンでは、ステップ１１８において燃料添加許可フラグexnoxrdがＯＮになっていることが認められた場合には、上記ステップ１２２で算出された燃料添加遅延時間MATPREの要求値ｔが経過するのを待ってから（ステップ１２４）、燃料添加弁５２からの燃料噴射が開始される（ステップ１２０）。

以上説明したように、本実施形態によれば、燃料添加弁５２からの燃料噴射が開始されるのに先立って、タービン１４ｂの回転数を予め十分に高くしておくことができる。よって、燃料添加弁５２からの燃料噴射の開始直後から、添加燃料を含む排気ガスを十分に攪拌することができる。このため、排気ガス中に添加された燃料をより確実に均一化させることができる。

また、図５に示すルーチンの処理によれば、燃料添加量QADNOXが多量であるほど、燃料添加遅延時間MATPREを長くすることができる。つまり、燃料添加量QADNOXが多い場合ほど、燃料添加弁５２からの燃料噴射開始タイミングに対し、より早いタイミングから電動機１４ｄの作動を開始させることができる。このため、燃料添加量QADNOXが多い場合ほど、燃料添加開始時点におけるタービン１４ｂの回転数を高くすることができる。よって、燃料添加量QADNOXが多い場合であっても、添加燃料を排気ガス中に確実に拡散させ、十分に均一化させることができる。

実施の形態３．
次に、図６乃至図１０を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。

図６は、本発明の実施の形態３のシステム構成を説明するための図である。図６に示すシステムは、ディーゼル機関２の出力とモータ（電動機）８０の出力とを組み合わせて車両のドライブシャフト８２を駆動するハイブリッドシステムである。このハイブリッドシステムは、前述した図１に示すシステムに加えて、モータ８０と、動力分配統合機構８４と、ジェネレータ８６と、インバータ８８と、バッテリ９０とを更に備えている。

動力分配統合機構８４は、遊星歯車機構で構成されている。動力分配統合機構８４のサンギアはジェネレータ８６と連結されている。動力分配統合機構８４のプラネタリーキャリアは、ディーゼル機関２のクランクシャフトと連結されている。動力分配統合機構８４のリングギアは、モータ８０と連結されているとともに、トランスファー９２を介して、車両のドライブシャフト８２にも連結されている。

動力分配統合機構８４は、ディーゼル機関２の動力を二分して、ジェネレータ８６と、ドライブシャフト８２とに伝達することができる。また、動力分配統合機構８４は、ディーゼル機関２の動力とモータ８０の動力とを統合して、ドライブシャフト８２に伝達することができる。

モータ８０およびジェネレータ８６は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されている。このようなハイブリッドシステムにおいて、ジェネレータ８６で発電された電力を、インバータ８８を介して、バッテリ９０に充電することができる。また、バッテリ９０に蓄えられた電気エネルギーを、インバータ８８を介してモータ８０に供給することにより、モータ８０を駆動することができる。更に、ジェネレータ８６で発電された電力を、インバータ８８を介してモータ８０に供給することによって、モータ８０を駆動することもできる。

このようなハイブリッドシステムにおいては、ディーゼル機関２は、原則としてアイドリング運転を行わない。そこで、本実施形態では、ディーゼル機関２の軽負荷運転時に、リッチスパイク制御を実行することとしている。その際、燃料添加弁５２から燃料を排気ガス中に添加するに当たっては、実施の形態１と同様に、電動機１４ｄを作動させてＭＡＴ回転数を上昇させることにより、排気ガスを攪拌して添加燃料を均一に拡散させる制御を行う。このとき、ＭＡＴ回転数の上昇に伴って、過給圧PIMも増大する。

図７は、エンジン回転数NEおよび燃料噴射量QFINを一定とした場合の、過給圧PIMと、エンジン負荷（エンジントルク）ELD［Ｎｍ］との関係を示す図である。この図に示すように、エンジン回転数NEおよび燃料噴射量QFINが一定である場合、過給圧PIMが増大するのに伴って、エンジン負荷ELDも増大する。

図８は、ディーゼル機関２の軽負荷運転時において、車両側の駆動力伝達系へ伝達される車両側伝達系負荷（車両側伝達系トルク）TLD［Ｎｍ］と、エンジン負荷ELDと、モータ８０の負荷（トルク）MLD［Ｎｍ］との関係を示す図である。この図に示すように、ディーゼル機関２の軽負荷運転時においては、エンジン負荷ELDと、モータ負荷MLDとが足し合わせられて、車両側伝達系負荷TLDとしてドライブシャフト８２に伝達される。

図８中、左側の棒グラフは、ターボ過給機１４の電動機１４ｄが作動していない場合を示しており、左側の棒グラフは、ターボ過給機１４の電動機１４ｄが作動している場合を示している。前述したように、リッチスパイク制御の実行に伴って電動機１４ｄが作動すると、過給圧PIMが増大する。その結果、左側の棒グラフから右側の棒グラフへの変化に示されるように、エンジン負荷ELDが増大する。この場合、仮にモータ負荷MLDが一定のままでエンジン負荷ELDが増大したとすると、その分だけ車両側伝達系負荷TLDも増大する。このため、運転者の期待を超えた過大なトルクがドライブシャフト８２に伝達されることとなり、運転者が違和感を感じ易い。

そこで、本実施形態では、図８に示すように、リッチスパイク制御実行時、電動機１４ｄの作動開始に伴ってエンジン負荷ELDが増大した場合には、モータ負荷MLDを減少させることにより、車両側伝達軽負荷TLDが一定に保たれるように制御することとした。

［実施の形態３における具体的処理］
図９は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ７０が実行するルーチンのフローチャートである。本実施形態では、前述した図２あるいは図５に示すルーチンと併せて、図９に示すルーチンを実行するものとする。

図９に示すルーチンによれば、まず、エンジン回転数NE、燃料噴射量QFIN、過給圧PIM、車両側伝達系負荷TLD、モータ負荷MLD、およびエンジン負荷ELDの各値が取得される（ステップ１３０）。なお、過給圧PIMは、過給圧センサ７４により検出される。また、車両側伝達系負荷TLD、モータ負荷MLD、およびエンジン負荷ELDの各値は、それぞれ、公知の手法により、検出または推定することができる。

続いて、ＭＡＴ作動フラグexmatがＯＮにであるか否かが判別される（ステップ１３２）。ＭＡＴ作動フラグexmatがＯＦＦである場合には、電動機１４ｄが作動していないと判断できる。この場合には、ステップ１３４以下の処理を実施する必要がないので、上記ステップ１３０以下の処理が再度実行される。一方、ＭＡＴ作動フラグexmatがＯＮである場合には、電動機１４ｄが作動していると判断できる。この場合には、次に、エンジン回転数NEおよび燃料噴射量QFINが変化していないかどうかが判別される（ステップ１３４）。具体的には、今回のＥＣＵ演算サイクルにおけるエンジン回転数NE_n+1および燃料噴射量QFIN_n+1が、前回のＥＣＵ演算サイクルにおけるエンジン回転数NE_nおよび燃料噴射量QFIN_nと同じであるかどうかが判別される。

上記ステップ１３４でエンジン回転数NEおよび燃料噴射量QFINの少なくとも一方が変化していることが認められた場合には、運転者が車両を加速あるいは減速させることを意図していると判断できる。この場合には、車両側伝達系負荷TLDを一定に保つ必要はない。よって、この場合には、上記ステップ１３０以下の処理が再度実行される。

これに対し、上記ステップ１３４でエンジン回転数NEおよび燃料噴射量QFINの何れもが変化していないと判別された場合には、車両側伝達系負荷TLDを一定に保つべく、モータ負荷MLDを減少させる処理が実施される（ステップ１３６）。具体的には、モータ負荷MLDが次式で算出される値となるように、モータ８０が制御される。
MLD_n+1＝MLD_n−ε×（PIM_n+1−PIM_n） ・・・（１）

上記（１）式中、MLD_n+1、PIM_n+1は、それぞれ、今回のＥＣＵ演算サイクルにおけるモータ負荷MLDおよび過給圧PIMであり、MLD_n、PIM_nは、それぞれ、前回のＥＣＵ演算サイクルにおけるモータ負荷MLDおよび過給圧PIMである。また、εは、過給圧差補正係数である。図１０は、エンジン回転数NEおよび燃料噴射量QFINに基いて過給圧差補正係数εを決定するためのマップである。この図に示すように、過給圧差補正係数εは、エンジン回転数NEが低く、燃料噴射量QFINが少ないほど、小さな値とされ、逆に、エンジン回転数NEが高く、燃料噴射量QFINが多いほど、大きな値とされる。

上記ステップ１３６の処理によれば、過給圧の増分（PIM_n+1−PIM_n）に伴うエンジン負荷ELDの増大を吸収して車両側伝達系負荷TLDが一定に保たれるように、モータ負荷MLDを精度良く制御することができる。

上記ステップ１３６の処理に続いて、車両側伝達系負荷TLDが一定に保たれているか否かが判別される（ステップ１３８）。すなわち、今回のＥＣＵ演算サイクルにおける車両側伝達系負荷TLD_n+1が、前回のＥＣＵ演算サイクルにおける車両側伝達系負荷TLD_nと同じであるかどうかが判別される。その結果、車両側伝達系負荷TLDが一定に保たれていることが認められた場合には、本ルーチンの制御が終了される。

以上説明したように、本実施形態によれば、排気ガス中に添加された燃料を攪拌して均一に拡散させることを目的として電動機１４ｄが作動された場合に、過給圧PIMの増大に伴うエンジントルクの増加を、モータ８０のトルクを減少させることによって吸収することができる。このため、車両側伝達系負荷TLDを一定に保つことができ、運転者の意図しない車両側伝達系負荷TLDの増大が生ずることを確実に防止することができる。よって、運転者が違和感を感ずることが確実に回避され、良好なドライバビリティが得られる。

なお、本実施形態では、上述したように、エンジントルクの増大を、モータ８０のトルクを減少させることで吸収するようにしているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明では、エンジントルクの増大を、ジェネレータ８６での発電量およびバッテリ９０への充電量を増大させることによって吸収して、車両側伝達系負荷TLDを一定に保つように制御しても良い。

なお、上述した実施の形態３においては、モータ８０が前記第７の発明における「他の原動機」に相当している。また、ＥＣＵ７０が、図９に示すルーチンの処理を実行することにより前記第７の発明における「駆動力変化抑制手段」が実現されている。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 燃料添加量と、ＭＡＴ回転数との関係を示す図である。 本発明の実施の形態２における、燃料添加弁の作動信号と、電動機の作動信号とを表すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態３のシステム構成を説明するための図である。 過給圧と、エンジン負荷との関係を示す図である。 車両側伝達系負荷と、エンジン負荷と、モータ負荷との関係を示す図である。 本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。 エンジン回転数および燃料噴射量に基いて過給圧差補正係数を決定するためのマップである。

符号の説明

２ ディーゼル機関
４ 吸気マニホールド
６ 排気マニホールド
８ 吸気通路
１０ 排気通路
１２ エアクリーナ
１４ ターボ過給機
１４ａ コンプレッサ
１４ｂ タービン
１４ｃ 可変ノズル
１４ｄ 電動機
１６ 回転数センサ
１７ インタークーラ
１８ 切替弁
２２ 吸気絞り弁
２４ ＥＧＲ管
２６ ＥＧＲクーラ
２８ ＥＧＲ弁
３０ 排気浄化装置
３２ 筒内インジェクタ
３４ コモンレール
３６ サプライポンプ
５０ バイパス管
５２ 燃料添加弁
５４ 排気絞り弁
７０ ＥＣＵ
７４ 過給圧センサ
７６ エアフローメータ
７８ クランク角センサ
８０ モータ
８２ ドライブシャフト
８４ 動力分配統合機構
８６ ジェネレータ

Claims (7)

1. 内燃機関の排気ガス中に燃料を添加する燃料添加手段と、
   アイドル時または軽負荷時に前記燃料添加手段により燃料が添加される場合に、前記燃料添加手段より下流側の排気通路において排気ガスを攪拌する攪拌手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記燃料添加手段による燃料添加量が多いほど、前記攪拌手段による攪拌を強化することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記燃料添加手段が燃料の添加を開始するタイミングに先立って、前記攪拌手段の作動を開始することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記燃料添加手段による燃料添加量が多いほど、前記攪拌手段の作動開始タイミングを、前記燃料添加手段の燃料添加開始タイミングに対し、より早くすることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
5. アイドル時または軽負荷時に、排気絞りを行う排気絞り手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記内燃機関は、電動機付き過給機を有し、
   前記攪拌手段は、前記電動機によって前記過給機の回転数を強制的に上昇させることにより、排気ガスを攪拌することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記内燃機関の出力と、他の原動機の出力との両方を用いて車両を駆動するハイブリッドシステムと、
   車両走行中に、排気ガスを攪拌するために前記電動機が作動されて過給圧が増大することにより前記内燃機関の出力が増加した場合に、車両に伝達される駆動力の変化を抑制するように前記ハイブリッドシステムを制御する駆動力変化抑制手段と、
   を更に備えることを特徴とする請求項６記載の内燃機関の制御装置。

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