JP2008169753A - 内燃機関の排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】可変容量ターボチャージャを有する内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気浄化触媒に流入する排気を上昇させる要求があるときに、該排気浄化触媒に流入する排気を好適に昇温させることの可能な技術を提供する。
【解決手段】可変ノズルのＶＮ開度θｖｎを減少させるときにおいて、背圧Ｐｅが高くなることに起因する第１温度上昇量ΔＴｕ１と燃料噴射量ＱＦを増加させることに起因する第２温度上昇量ΔＴｕ２との和からタービン回転数Ｎｔが増加することに起因する第１温度低下量ΔＴｄ１を減算した値が目標温度上昇量ΔＴｕｔと略等しくなるように可変ノズルの第２目標ＶＮ開度ｔθｖｎ２を求める（Ｓ１０９）。そして、ＶＮ開度θｖｎを第２目標ＶＮ開度ｔθｖｎ２まで減少させると共に、燃料噴射量ＱＦを増加噴射量ΔＱＦだけ増量する（Ｓ１１０）。
【選択図】図４

Description

本発明は、可変容量ターボチャージャを有する内燃機関の排気浄化システムに関する。

吸蔵還元型ＮＯｘ触媒や酸化触媒、三元触媒など、排気を浄化させる排気浄化触媒を備える排気浄化システムにおいて、内燃機関のアイドリング時や機関トルクが過度に低い時に、排気浄化触媒に流入する排気に対する昇温要求が出される場合がある。内燃機関に供給される燃料噴射量が過度に減少するために、内燃機関から排出される排気の温度が低くなり、その結果、触媒の温度が低下するためである。

これに対し、可変容量ターボチャージャを有する内燃機関の排気浄化システムにおいて、可変容量ターボチャージャの有する可変ノズルの開度を増大させ、タービンにおける熱損失を減少させることにより排気浄化触媒に流入する排気を昇温させる技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
特開２００２−２８５８２４号公報 特開２００３−１２０３６８号公報 特開２００５−４２６６４号公報

しかしながら、内燃機関の運転状態によっては、上記従来技術のように可変ノズルの開度を開き側に変更してもタービンの回転数が変化しない場合がある。そのような場合、タービンを回転させるために消費される熱エネルギが減少しないため、排気浄化触媒に流入する排気を好適に昇温させることができない場合がある。その結果、排気浄化触媒の温度が過度に低下してしまい、該排気浄化触媒における排気浄化能力が著しく低下する虞があった。

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは可変容量ターボチャージャを有する内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気浄化触媒に流入する排気を好適に昇温させることの可能な技術を提供することである。

上記課題を達成するために本発明における可変容量ターボチャージャ付き内燃機関の制御装置は、以下の手段を採用した。即ち、
可変ノズルが設けられている可変容量ターボチャージャを有する内燃機関の排気浄化システムであって、
前記可変容量ターボチャージャのタービンよりも下流側の排気通路に設けられる排気浄化触媒と、
前記可変ノズルの開度を制御するノズル開度制御手段と、
を備え、
前記ノズル開度制御手段は、前記排気浄化触媒に流入する排気の温度である流入排気温度を上昇させるときに前記可変ノズルの開度を目標開度まで減少させ、
前記目標開度は、前記排気通路における前記タービンよりも上流側の背圧が増加することに起因する前記流入排気温度の上昇量である第１温度上昇量が前記タービンの回転数が増加することに起因する前記流入排気温度の低下量である第１温度低下量よりも大きくなるように決定されることを特徴とする。

そこで本発明では、流入排気温度を上昇させるときにノズル開度制御手段が可変ノズルの開度を目標開度まで減少させる。これにより、排気通路におけるタービンよりも上流側の背圧が高くなり、タービンに流入する排気が昇温する。

ところで、可変ノズルの開度を目標開度まで減少させることによりタービンの回転数が増加すると、過給圧が上昇し、内燃機関に吸入される吸入空気量が増加する。そうすると、内燃機関から排出される排気の単位体積当たりの熱量が減少する。更に、タービンの回転数が増加すると、タービンにおいて消費される排気の熱エネルギが増加する。その結果、タービンの回転数が増加するとタービンを通過する排気の熱損失が増加する。従って、可変ノズルの開度を目標開度まで減少させる際にタービンの回転数が過度に増加すると流入排気温度が低下してしまう虞がある。

これに対し、本発明においては、第１温度上昇量が第１温度低下量よりも大きくなるように目標開度が決定される。これにより、排気浄化触媒に流入する排気を第１温度上昇量から第１温度低下量を減算した値だけ昇温させることができる。

本発明においては、第１温度低下量が小さいほど流入排気温度を上昇させることができる。そこで、前記目標開度が、前記タービンの回転数の増加量が略零となる範囲内で決定されるようにしても良い。

この場合、内燃機関に吸入される吸入空気量が増加しない。そのため、内燃機関から排出される排気の単位体積当たりの熱量が減少することを抑制できる。また、排気がタービンを通過するときの熱損失が増加することを抑制できる。つまり、タービンの回転数が増加することに起因する第１温度低下量を略零にすることが可能となる。従って、より好適に流入排気温度を上昇させることができる。

また、本発明における目標開度は、タービンの回転数の増加量を略零にすることのできる最小の開度（最も閉じ側の開度）であっても良い。可変ノズルの開度の減少度合いをより大きくした方が、上記タービンよりも上流側の背圧をより高くすることが可能となり、以って第１温度上昇量をより大きくすることができるからである。

また、本発明においては、前記可変ノズルの開度が減少することに起因する前記内燃機関のトルクの低下量を取得し、該可変ノズルの開度が減少する前後における前記トルクの低下量が所定の許容値以下となるように該内燃機関の燃料噴射量を増量する燃料噴射量増量手段を、更に備えていても良い。

可変ノズルの開度が減少することでタービンよりも上流側の背圧が高くなると内燃機関のポンプ損失が増加してトルク低下が生じる。上述したトルクの低下量とは、可変ノズルの開度を目標開度まで減少させることによって低下する機関トルクの低下量を意味する。また、「所定の許容値」とは、運転状態に応じて許容されるトルクの低下量の許容値を意味しており、例えば運転者が所謂トルクショックを感じない程度のトルクの低下量としても良い。

また、所定の許容値は略零であっても良い。つまり、本発明における燃料噴射量増量手段はトルクの変化量が略零になるように燃料噴射量を増量するようにしても良い。これにより、所謂トルクショックが生じることを確実に抑制できる。

また、本発明においては燃料噴射量の増加量が多いほど、内燃機関から排出される排気の単位体積当たりの熱量が増加する。ここで、燃料噴射量が増量されることに起因する流入排気温度の上昇量を第２温度上昇量とすれば、第１温度上昇量及び第２温度上昇量が多
いほど、或いは第１温度低下量が少ないほど流入排気温度をより高い温度まで上昇させることができる。

以下、目標開度と上記の第１温度上昇量、第２温度上昇量、第１温度低下量との関係を説明する。例えば目標開度が小さいほど、排気通路におけるタービンよりも上流側の背圧が高くなるため第１温度上昇量が大きくなる。そして、上記背圧が高くなるほど内燃機関のポンプ損失が増加するため、トルクの低下量が大きくなる。その結果、トルクの低下量を所定の許容値以下にするために必要な燃料噴射量の増加量が多くなる。従って、目標開度が小さいほど第２温度上昇量が大きくなる。

また、目標開度が小さいほどタービンの回転数が増加量が多くなるため、内燃機関の吸入空気量が増加し、また、タービンにおける排気の熱損失が増加する。つまり、目標開度が小さいほど第１温度低下量が大きくなる。一方、目標開度が大きいほど、上記とは逆に第１温度上昇量、第２温度上昇量、第１温度低下量の何れも小さくなると考えられる。

以上より、本発明は可変ノズルの開度を減少させるときにおける第１温度上昇量、第２温度上昇量、第１温度低下量の大きさに基づいて、流入排気温度が上昇するように目標開度を決定すれば好適である。

そこで、本発明における前記目標開度は、前記燃料噴射量が増量されることに起因する前記流入排気温度の上昇量である第２温度上昇量と前記第１温度上昇量との和が前記第１温度低下量よりも大きくなるように決定されても良い。これにより、確実に流入排気温度を上昇させることができる。

また、本発明における前記目標開度は、前記第１温度上昇量と前記第２温度上昇量との和から前記第１温度低下量を減算した値が前記流入排気温度を目標温度まで上昇させるために必要な温度上昇量と略等しくなるように決定されても良い。これにより、確実に流入排気温度を目標温度まで上昇させることができる。つまり、排気浄化触媒を好適に昇温させることができる。

本発明にあっては、可変容量ターボチャージャを有する内燃機関の排気浄化システムにおいて、排気浄化触媒に流入する排気を好適に昇温させることができる。そして、排気浄化触媒の温度を好適に上昇させ、排気浄化触媒における排気浄化能力が著しく低下することを抑制することができる。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。尚、本実施の形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は本実施例における内燃機関１と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有するディーゼルエンジンである。内燃機関１には、気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を各気筒に備えている。

＜吸気系＞
内燃機関１には、吸気マニホールド８が接続されており、吸気マニホールド８の各枝管は吸気ポートを介して各気筒２の燃焼室と連通されている。吸気マニホールド８と吸気通
路９との接続部近傍には、吸気通路９内を流通する吸気の流量を調節可能な吸気絞り弁１１が設けられている。また、吸気通路９における吸気絞り弁１１よりも上流側には、吸気通路９を流れるガスを冷却するインタークーラ４が設けられている。

さらに、吸気通路９におけるインタークーラ４よりも上流側には、排気のエネルギを駆動源として作動する可変容量型ターボチャージャ（以下、単に「ターボチャージャ」ともいう。）２５のコンプレッサハウジング２５ａが設けられている。また、コンプレッサハウジング２５ａよりも上流側には吸気通路９内を流通する吸気量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ５が配置されており、該エアフローメータ５よりも上流側にはエアクリーナ６が設けられている。

このように構成された内燃機関１の吸気系では、エアクリーナ６によって吸気中の塵や埃が除去された後、吸気通路９を介してコンプレッサハウジング２５ａに流入する。コンプレッサハウジング２５ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング２５ａに内装されたコンプレッサホイール２７の回転によって圧縮される。圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ４にて冷却された後、必要に応じて吸気絞り弁１１によって流量を調節されて吸気マニホールド８に流入する。吸気マニホールド８に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２に分配され、各気筒２の燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼される。

＜排気系＞
一方、内燃機関１には、排気マニホールド１８が接続されており、排気マニホールド１８の各枝管は排気ポートを介して各気筒２の燃焼室と接続されている。排気マニホールド１８にはターボチャージャ２５のタービンハウジング２５ｂが接続されている。このタービンハウジング２５ｂには排気通路１９が接続されており、排気通路１９の途中には吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」という。）２０が設けられている。また、排気通路１９におけるＮＯｘ触媒２０の上流側と下流側には排気の温度を検出する第１温度センサ１５と第２温度センサ１６が設けられている。そして、排気通路１９は下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。ここで、本実施例においてはＮＯｘ触媒２０が本発明における排気浄化触媒に相当する。

このように構成された内燃機関１の排気系では、内燃機関１の各気筒２で燃焼された既燃ガスが排気ポートを介して排気マニホールド１８に排出され、次いで排気マニホールド１８からターボチャージャ２５のタービンハウジング２５ｂに流入する。タービンハウジング２５ｂに流入した排気は、該排気が持つ熱エネルギを利用してタービンハウジング２５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイール２８を回転させる。その際、タービンホイール２８の回転トルクはコンプレッサハウジング２５ａのコンプレッサホイール２７に伝達される。

そして、タービンハウジング２５ｂから流出した排気は、排気通路１９を介してＮＯｘ触媒２０へ流入し排気中のＮＯｘが吸蔵された後、マフラーを介して大気中に放出される。

＜可変容量型ターボチャージャ＞
次に、本実施例における可変容量型ターボチャージャ２５について説明する。図２は、本実施例におけるターボチャージャ２５の概略構成を示す断面図である。ターボチャージャ２５は、吸気通路９の途中に配置されたコンプレッサハウジング２５ａと、排気通路１９に配置されたタービンハウジング２５ｂと、コンプレッサハウジング２５ａとタービンハウジング２５ｂとの間に設けられたセンタハウジング２５ｃとを備えている。センタハウジング２５ｃにはロータシャフト２６がその軸心を中心に回転可能な状態で支持されて
おり、ロータシャフト２６の一端は、コンプレッサハウジング２５ａ内に配置されたコンプレッサホイール２７に取り付けられている。また、ロータシャフト２６の他端は、タービンハウジング２５ｂ内に配置されたタービンホイール２８に取り付けられている。

上記構成のターボチャージャ２５においては、排気が吹き付けられることによってタービンホイール２８が回転し、該タービンホイール２８が回転することによってコンプレッサホイール２７も回転する。そして、該コンプレッサホイール２７の回転によって、該コンプレッサホイール２７より下流の吸気通路９に送り込まれる吸気の過給が行われる。

更に、タービンハウジング２５ｂ内においては、図３に示すように、羽形状のノズルベーン２９がタービンホイール２８の円周方向に複数取り付けられる。図３は、本実施例におけるノズルベーン２９の概略配置を示すタービンハウジングの側面断面図である。また、タービンハウジング２５ｂには、該ノズルベーン２９を開閉駆動させるノズルベーン用アクチュエータ３０が設けられている。該ノズルベーン用アクチュエータ３０によりノズルベーン２９が開閉駆動されることによって、隣り合うノズルベーン２９間の隙間の大きさが変化し、タービンホイール２８に吹き付けられる排気の流速が変化することになる。その時に、タービンホイール２８及びコンプレッサホイール２７の回転速度や回転トルクが変化することによりコンプレッサホイール２７より下流側の吸気通路９への過給圧を調整することが可能となる。本実施例においては隣り合うノズルベーン２９間の隙間が本発明における可変ノズルを構成している。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１及び吸排気系を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１０が併設されている。こ
のＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御する。

また、ＥＣＵ１０には、エアフローメータ５や、機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１３、アクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ１４、第１温度センサ１５、第２温度センサ１６などのセンサ類が電気配線を介して接続され、それらの出力信号がＥＣＵ１０に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ１０には、燃料噴射弁３、吸気絞り弁１１、ノズルベーン用アクチュエータ３０等が電気配線を介して接続されており、ＥＣＵ１０によって制御されるようになっている。

また、ＥＣＵ１０には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等が備えられており、ＲＯＭには、内燃機関１の種々の制御を行うためのプログラムや、データを格納したマップが記憶されている。また、後述するＮＯｘ触媒２０に流入する排気の温度を昇温させる昇温制御ルーチンはＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されているプログラムの一つである。

＜流入排気温度上昇制御＞
次に、本実施例におけるＮＯｘ触媒２０に流入する排気の温度（以下、単に「流入排気温度」という。）Ｔｉｎを上昇させるための流入排気温度上昇制御について説明する。内燃機関１の運転状態がアイドリング状態や、機関トルクＴｑが極めて低いときには燃料噴射弁３から噴射される燃料添加量ＱＦが過度に少なくなる。そのような場合に、ＮＯｘ触媒２０の温度（以下、単に「触媒温度」という。）Ｔｎが過度に低くなってＮＯｘの浄化効率が悪化することを抑制するためにＮＯｘ触媒２０に対して昇温要求が出される。

本実施例においては、ＮＯｘ触媒２０に対する昇温要求が出されるときに、ノズルベーン２９の開度（以下、「ＶＮ開度」という。）θｖｎを減少させる。ＶＮ開度θｖｎが減少すると、排気通路１９におけるタービンハウジング２５ｂよりも上流側の背圧Ｐｅが高くなり、タービンハウジング２５ｂよりも上流側において排気の温度が上昇する。

ここで、ＶＮ開度θｖｎをより閉じ側の開度まで減少させるほど背圧Ｐｅがより高くなるため、背圧Ｐｅが高くなることに起因する流入排気温度Ｔｉｎの上昇量（以下、「第１温度上昇量」という。）ΔＴｕ１は大きくなる。

しかし、ＶＮ開度θｖｎを小さくさせ過ぎると、タービンホイール２８の回転数（以下、「タービン回転数」という。）Ｎｔが増加する。タービン回転数Ｎｔが増加すると内燃機関１に吸入される吸入空気量Ｇａが増加する。その結果、内燃機関１から排出される排気の単位体積当たりの熱量が減少すると考えられる。また、タービン回転数Ｎｔを増加させるために排気エネルギが消費されるため、排気がタービンハウジング２５ｂを流通するときにおける排気の熱損失が増加すると考えられる。従って、ＶＮ開度θｖｎを減少させるときにタービン回転数Ｎｔが増加する場合には、ＶＮ開度θｖｎをより閉じ側の開度まで減少させるほど、タービン回転数Ｎｔが増加することに起因する流入排気温度Ｔｉｎの低下量（以下、「第１温度低下量」という。）ΔＴｄ１が大きくなる。

そこで、本実施例においては、上記の第１温度上昇量ΔＴｕ１が第１温度低下量ΔＴｄ１よりも大きくなるようにノズルベーン２９の目標開度（以下、「目標ＶＮ開度」という。）ｔθｖｎを決定し、ＶＮ開度θｖｎを目標ＶＮ開度ｔθｖｎまで減少させる。これにより、流入排気温度Ｔｉｎを好適に上昇させることができる。そして、触媒温度Ｔｎが過度に低くなってＮＯｘの浄化効率が悪化することが抑制される。

流入排気温度Ｔｉｎをより高温まで上昇させるには、第１温度低下量ΔＴｄ１を可及的に小さく、第１温度上昇量ΔＴｕ１を可及的に大きくすると好適である。従って、本実施例の流入排気温度上昇制御における目標ＶＮ開度ｔθｖｎは、ＶＮ開度θｖｎを減少させたときのタービン回転数の増加量ΔＮｔが略零となる範囲で最小の開度である第１目標ＶＮ開度ｔθｖｎ１であっても良い。これにより、第１温度上昇量ΔＴｕ１が略零となり、流入排気温度Ｔｉｎを好適に上昇させることができる。

しかしながら、元々の流入排気温度Ｔｉｎが過度に低い場合や、流入排気温度Ｔｉｎに要求される目標温度ｔＴｉｎが高い場合には、タービン回転数の増加量ΔＮｔが略零となる範囲で背圧Ｐｅを上昇させるだけでは、流入排気温度Ｔｉｎを該流入排気温度Ｔｉｎに要求される目標温度ｔＴｉｎまで上昇させることが困難となることもある。

そのような場合に、本実施例では、目標ＶＮ開度ｔθｖｎを第１目標ＶＮ開度ｔθｖｎ１よりも更に閉じ側の開度である第２目標ＶＮ開度ｔθｖｎ２にすることとした。この場合には、タービン回転数Ｎｔが増加することを許容するため、第１温度低下量ΔＴｄ１が増大してしまうことになる。しかしながら、ＶＮ開度θｖｎを第１目標ＶＮ開度ｔθｖｎ１まで減少させるよりも、第１目標ＶＮ開度ｔθｖｎ１よりも閉じ側の開度である第２目標ＶＮ開度ｔθｖｎ２まで減少させた方が背圧Ｐｅが高くなるため、第１温度上昇量ΔＴｕ１を増大させることができる。

更に、背圧Ｐｅが増大すると内燃機関１におけるポンプ損失が増大するため燃料噴射量ＱＦが一定であるならば内燃機関１の機関トルクＴｑが低下する。本実施例では、この機関トルクＴｑの低下分を補うべく燃料噴射量ＱＦを増量補正することとした。具体的には、ＶＮ開度θｖｎを第２目標ＶＮ開度ｔθｖｎ２まで減少させる前後における機関トルクの低下量（以下、単に「トルク低下量」という。）ΔＴｑが運転状態に応じた許容トルク低下量ΔＴｑｌ以下になるように燃料噴射量ＱＦを増加噴射量ΔＱＦだけ増加させる。許容トルク低下量ΔＴｑｌは、例えば運転者がトルクショックを感知し得るトルク低下量ΔＴｑに一定のマージンを見込んだ値としても良い。本実施例においては許容トルク低下量ΔＴｑｌが本発明における所定の許容値に相当する。

ここで、第２目標ＶＮ開度ｔθｖｎ２がより閉じ側の開度であるほど内燃機関１のポンプ損失が増加する。従って、増加噴射量ΔＱＦをより多くすることが可能となり、内燃機関１から排出される排気の単位体積当たりの熱量を増加させることができる。つまり、燃料噴射量ＱＦを増加することに起因する流入排気温度Ｔｉｎの上昇量（以下、「第２温度上昇量」という。）ΔＴｕ２を増大させることができる。

上述した流入排気温度Ｔｉｎを上昇させる第１温度上昇量ΔＴｕ１及び第２温度上昇量ΔＴｕ２、流入排気温度Ｔｉｎを低下させる第１温度低下量ΔＴｄ１は内燃機関１の運転状態、現在のＶＮ開度ｒθｖｎ、第２目標ＶＮ開度ｔθｖｎ２に応じて変化する。本実施例では内燃機関１の運転状態等に応じて、第１温度上昇量ΔＴｕ１と第２温度上昇量ΔＴｕ２との和から第１温度低下量ΔＴｄ１を減じた値が流入排気温度Ｔｉｎを目標温度ｔＴｉｎまで上昇させるために必要な目標温度上昇量ΔＴｕｔと略等しくなるように第２目標ＶＮ開度ｔθｖｎ２が求められる。

その結果、流入排気温度Ｔｉｎを目標温度ｔＴｉｎまで確実に上昇させることができる。本実施例においては第１温度上昇量ΔＴｕ１、第２温度上昇量ΔＴｕ２、第１温度低下量ΔＴｄ１が本発明における第１温度上昇量、第２温度上昇量、第１温度低下量に相当する。

以下、ＥＣＵ１０によって行われる流入排気温度上昇制御について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。図４は本実施例における流入排気温度上昇制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンはＥＣＵ１０内のＲＯＭに記憶されたプログラムであり、所定期間毎に実行される。本実施例においては第１目標ＶＮ開度ｔθｖｎ１と第２目標ＶＮ開度ｔθｖｎ２とが本発明における可変ノズルの目標開度に相当する。また、ノズルベーン用アクチュエータ３０に指令を出してＶＮ開度θｖｎを第１目標ＶＮ開度ｔθｖｎ１又第２目標ＶＮ開度ｔθｖｎ２まで減少させるＥＣＵ１０が本発明におけるノズル開度制御手段に相当する。

まず、ステップＳ１０１では、第１温度センサ１５の検出値に基づいて流入排気温度Ｔｉｎが推定される。また、第２温度センサ１６の検出値に基づいて触媒温度Ｔｎが推定される。続くステップＳ１０２では、触媒温度Ｔｎが活性温度Ｔｎａ（例えば、２００℃乃至２５０℃）よりも低いか否か判定される。そして、触媒温度Ｔｎが活性温度Ｔｎａよりも低いと判定された場合には流入排気温度Ｔｉｎを上昇させる必要があると判断され、ステップＳ１０３に進む。一方、触媒温度Ｔｎが活性温度Ｔｎａ以上であると判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。

ステップＳ１０３では、ＥＣＵ１０によって、内燃機関１の運転状態が検出される。具体的には、クランクポジションセンサ１３の検出値から内燃機関１の機関回転数ＮＥが取得されるとともに、アクセルポジションセンサ１４の検出値から機関トルクＴｑが取得される。そして、ステップＳ１０３の処理が終わるとステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、ＥＣＵ１０によって、運転状態に応じた第１目標ＶＮ開度ｔθｖｎ１が演算される。つまり、タービン回転数の増加量ΔＮｔが略零となる範囲における最小の開度が求められる。第１目標ＶＮ開度ｔθｖｎ１は、内燃機関１の運転状態（機関トルクＴｑ、機関回転数ＮＥ）に応じて予め実験的に求められ、内燃機関１の運転状態の関数又はマップとしてＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。そして、ステップＳ１０４の処理が終わるとステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５では、ＶＮ開度θｖｎをｒθｖｎから目標ＶＮ開度ｔθｖｎまで減少
させたときの、背圧Ｐｅの上昇量である背圧上昇量ΔＰｅが推定される。背圧上昇量ΔＰｅは、内燃機関１の運転状態、現在のＶＮ開度ｒθｖｎ、第１目標ＶＮ開度ｔθｖｎ１に基づいて推定される。そして、ステップＳ１０５の処理が終わるとステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５において推定された背圧上昇量ΔＰｅに基づいて第１温度上昇量ΔＴｕ１が推定される。続くステップＳ１０７では、第１温度上昇量ΔＴｕ１が目標温度上昇量ΔＴｕｔ以上であるか否か判定される。流入排気温度Ｔｉｎは、上述のように流入排気温度Ｔｉｎを目標温度ｔＴｉｎまで上昇させるために必要な温度の上昇量である。本ルーチンにおける目標温度ｔＴｉｎは、触媒温度Ｔｎを活性温度Ｔｎａまで上昇させるためにＮＯｘ触媒２０に流入する排気に要求される温度である。そして、目標温度ｔＴｉｎは活性温度Ｔｎａと同じ温度であっても良いし、活性温度Ｔｎａよりも充分に高い温度であっても良い。

そして、第１温度上昇量ΔＴｕ１が目標温度上昇量ΔＴｕｔ以上であると判定された場合には、ステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０８では、ＥＣＵ１０からノズルベーン用アクチュエータ３０に指令が出され、ＶＮ開度θｖｎが現在のＶＮ開度ｒθｖｎから第１目標ＶＮ開度ｔθｖｎ１に変更される。その結果、背圧Ｐｅが上昇することにより流入排気温度Ｔｉｎを目標温度ｔＴｉｎ以上に上昇させることができる。そして、ステップＳ１０８の処理が終了すると、本ルーチンを一旦終了する。

ステップ１０７において、第１温度上昇量ΔＴｕ１が目標温度上昇量ΔＴｕｔよりも低いと判定された場合には、ステップ１０９に進む。ステップＳ１０９では、ＥＣＵ１０によって、第１温度上昇量ΔＴｕ１と第２温度上昇量ΔＴｕ２との和から第１温度低下量ΔＴｄ１を減じた値が目標温度上昇量ΔＴｕｔと等しくなるように第２目標ＶＮ開度ｔθｖｎ２と、第２目標ＶＮ開度ｔθｖｎ２に応じた増加噴射量ΔＱＦが、内燃機関１の運転状態、現在のＶＮ開度ｒθｖｎに基づいて演算される。

ステップＳ１１０では、ＥＣＵ１０から燃料噴射弁３に指令が出され、燃料噴射量ＱＦが増加噴射量ΔＱＦだけ増量される。そして、ＥＣＵ１０からノズルベーン用アクチュエータ３０に指令が出され、ＶＮ開度θｖｎが現在のＶＮ開度ｒθｖｎから第２目標ＶＮ開度ｔθｖｎ２まで減少される。本実施例においては、燃料噴射弁３に指令を出し燃料噴射量ＱＦを増量させるＥＣＵ１０が本発明における燃料噴射量増量手段に相当する。ステップＳ１１０の処理が終了すると、本ルーチンを一旦終了する。

以上のように、本ルーチンによれば、第１温度上昇量ΔＴｕ１と第２温度上昇量ΔＴｕ２と第１温度低下量ΔＴｄ１との関係に基づいて目標ＶＮ開度ｔθｖｎを求め、流入排気温度Ｔｉｎを目標温度ｔＴｉｎまで確実に上昇させることが可能となる。その結果、触媒温度Ｔｎを迅速に活性温度Ｔｎａまで上昇させることができる。つまり、ＮＯｘ触媒におけるＮＯｘの浄化効率が悪化することを抑制することができる。

また、本ルーチンにおけるステップＳ１０４では、第１目標ＶＮ開度ｔθｖｎ１をタービン回転数Ｎｔの増加量を略零にすることのできる最小の開度として決定したが、第１目標ＶＮ開度ｔθｖｎ１はこれに限定されるものではない。例えば、第１温度上昇量ΔＴｕ１が目標温度上昇量ΔＴｕｔと略等しくなるときの背圧上昇量ΔＰｅを求めても良い。そして、第１目標ＶＮ開度ｔθｖｎ１と背圧上昇量ΔＰｅとの関係が格納されたマップから第１目標ＶＮ開度ｔθｖｎ１を導出しても良い。流入排気温度Ｔｉｎをちょうど目標温度ｔＴｉｎにすることの可能な開度として第１目標ＶＮ開度ｔθｖｎ１を求めることができる。

また、本ルーチンでは、触媒温度Ｔｎが活性温度Ｔｎａよりも低いときに流入排気温度Ｔｉｎを上昇させる場合を例示的に説明したが、これに限定されることはない。例えば、その運転状態に要求される目標温度ｔＴｉｎに対して流入排気温度Ｔｉｎが低いと判断される場合に、本実施例における流入排気温度上昇制御を適用すれば好適である。

また、本実施例においては、トルク低下量ΔＴｑが許容トルク低下量ΔＴｑｌ以下となるように燃料噴射量ＱＦを増量させたが、これに限定される趣旨ではない。例えば、内燃機関１の運転状態がアイドリング状態である場合、ある程度のトルクショックは許容されるとも考えられる。そのような場合には、ＶＮ開度θｖｎを減少させる前の機関トルクＴｑよりも、ＶＮ開度θｖｎ変更した後の機関トルクＴｑが大きくなるように燃料噴射量ＱＦを増加させても良い。流入排気温度Ｔｉｎをより高い温度まで上昇させることができる。

また、本実施例において、流入排気温度Ｔｉｎを上昇させる要求が出された際、先ずＶＮ開度θｖｎを現在のＶＮ開度ｒθｖｎから閉じ側のＶＮ開度に減少させ、その結果、機関トルクＴｑが低下した場合にはトルク低下量ΔＴｑを相殺するように燃料噴射量ＱＦを増加させても良い。そして、第１温度センサ１５の検出値から流入排気温度Ｔｉｎを推定し、流入排気温度Ｔｉｎが目標温度ｔＴｉｎまで上昇していない場合には、流入排気温度Ｔｉｎが目標温度ｔＴｉｎに上昇するまで上記制御をフィードバック的に実施しても良い。

また、本実施例においては、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を備えた排気浄化システムにおいて、本発明を適用する場合を例に説明したが、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の代わりに異なる種類の触媒（例えば、酸化触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒）を備える排気浄化システムに適用することもできる。また、内燃機関１はガソリンエンジンであっても良く、その場合には例えば三元触媒を備える排気浄化システムに本発明を適用することもできる。

実施例１における内燃機関と、その吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。 実施例１におけるターボチャージャの概略構成を示す断面図である。 実施例１におけるノズルベーンの概略配置を示すタービンハウジングの側面断面図である。 実施例１における流入排気温度上昇制御ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・燃料噴射弁
４・・・インタークーラ
５・・・エアフローメータ
６・・・エアクリーナ
８・・・吸気マニホールド
９・・・吸気通路
１０・・ＥＣＵ
１１・・吸気絞り弁
１３・・クランクポジションセンサ
１４・・アクセルポジションセンサ
１５・・第１温度センサ
１６・・第２温度センサ
１８・・排気マニホールド
１９・・排気通路
２０・・吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
２５・・可変容量型ターボチャージャ
２５ａ・コンプレッサハウジング
２５ｂ・タービンハウジング
２５ｃ・センタハウジング
２６・・ロータシャフト
２７・・コンプレッサホイール
２８・・タービンホイール
２９・・ノズルベーン
３０・・ノズルベーン用アクチュエータ

Claims (4)

1. 可変ノズルが設けられている可変容量ターボチャージャを有する内燃機関の排気浄化システムであって、
   前記可変容量ターボチャージャのタービンよりも下流側の排気通路に設けられる排気浄化触媒と、
   前記可変ノズルの開度を制御するノズル開度制御手段と、
   を備え、
   前記ノズル開度制御手段は、前記排気浄化触媒に流入する排気の温度である流入排気温度を上昇させるときに前記可変ノズルの開度を目標開度まで減少させ、
   前記目標開度は、前記排気通路における前記タービンよりも上流側の背圧が増加することに起因する前記流入排気温度の上昇量である第１温度上昇量が前記タービンの回転数が増加することに起因する前記流入排気温度の低下量である第１温度低下量よりも大きくなるように決定されることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
2. 前記目標開度は、前記タービンの回転数の増加量が略零となる範囲内で決定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
3. 前記可変ノズルの開度が減少することに起因する前記内燃機関のトルクの低下量を取得し、該可変ノズルの開度が減少する前後における前記トルクの低下量が所定の許容値以下となるように該内燃機関の燃料噴射量を増量する燃料噴射量増量手段を、更に備え、
   前記目標開度は、前記燃料噴射量が増量されることに起因する前記流入排気温度の上昇量である第２温度上昇量と前記第１温度上昇量との和が前記第１温度低下量よりも大きくなるように決定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
4. 前記目標開度は、前記第１温度上昇量と前記第２温度上昇量との和から前記第１温度低下量を減算した値が前記流入排気温度を目標温度まで上昇させるために必要な温度上昇量と略等しくなるように決定されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化システム。

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