(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの燃焼室内を臨み該燃焼室内に燃料を噴射する噴射弁と、
前記燃焼室から延びる排気通路に配置され排気ガスを浄化するための酸化触媒機能を有する触媒と、
前記噴射弁によって前記エンジンの圧縮行程上死点付近で燃料が噴射された後の膨張行程又は排気行程の所定時期に該噴射弁から燃料を噴射する後噴射により排気ガス中の還元剤量を増大させる還元剤増量手段と、
前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記触媒の温度が活性を示す温度以上であり且つ該活性を示す温度よりも高い所定温度以下であって、エンジンのアイドル運転時を除く定常運転状態のときに前記後噴射を実行し、この後噴射に伴う前記触媒の温度変化に基づき、該触媒温度の上昇度合が所定値以上であれば前記触媒又は還元剤増量手段は正常であると診断し、前記上昇度合が所定値未満であれば前記触媒又は還元剤増量手段は異常であると診断する診断手段とを備え、
前記診断のための後噴射時期が圧縮行程上死点後の３０〜２１０゜ＣＡに設定されていることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記診断のための後噴射時期が圧縮行程上死点後の３０〜６０゜ＣＡであることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記診断のための後噴射は、その噴射時期が圧縮行程上死点後の３０〜９０゜ＣＡに設定され、且つ０．２秒〜２秒に１回の間隔で実行されることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
請求項３に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記診断のための後噴射時期が圧縮行程上死点後の５０〜９０゜ＣＡであることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
請求項３に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記排気通路には前記触媒の下流側にＮＯｘ浄化用触媒が設けられていることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
請求項１に記載のエンジンの排気浄化装置において、
前記診断のための後噴射は、その噴射時期が圧縮行程上死点後の６０〜２１０゜ＣＡに設定され、且つ０．２秒未満の間隔で実行されることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
米国特許第５１３３１８４号明細書には、エンジンの排気通路に排気ガスを浄化するための触媒を配置し、この触媒よりも上流側及び下流側の各々の排気通路に排気ガスの温度を検出するセンサを配置し、エンジンを失火させることによってこの触媒に未燃混合ガスを供給し、その際の触媒温度の変化をみることにより、この触媒の作動状態を診断することが記載されている。すなわち、触媒が正常に働くときは、この触媒での化学反応によってこの触媒を通過した排気ガスの温度が高くなるから、触媒の上流側のセンサで検出される排気ガス温度と下流側のセンサで検出される排気ガスの温度とに差を生ずることを踏まえ、触媒に多量の未燃混合ガスを供給することにより、その温度差を大きくし、触媒の診断を容易にするというものでせある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の触媒診断手法は、診断精度を高めるために触媒に対する未燃混合ガスの供給量を多くするというものであるから、一時的に排気ガスの浄化が不充分になり、また、エンジンを失火させる必要があるから、診断はエンジンの減速運転中に限られる。
【０００４】
そこで、本発明は、触媒に未燃混合ガスを多量に供給せずとも診断精度を高めることができるようにすること、エンジンを失火させずとも診断をすることができるようにすること、診断時における排気ガスの浄化を確保すること、ディーゼルエンジンにあっては排気ガスに含まれる煤（スモーク）の低減を図ることを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題に対して、診断中の後噴射時期を適切にコントロールすることによってこれを解決したものである。
【０００６】
すなわち、本発明は、エンジンの燃焼室内を臨み該燃焼室内に燃料を噴射する噴射弁と、
前記燃焼室から延びる排気通路に配置され排気ガスを浄化するための酸化触媒機能を有する触媒と、
前記噴射弁によって前記エンジンの圧縮行程上死点付近で燃料が噴射された後の膨張行程又は排気行程の所定時期に該噴射弁により燃料を噴射する後噴射により排気ガス中の還元剤量を増大させる還元剤増量手段と、
前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記触媒の温度が活性を示す温度以上であり且つ該活性を示す温度よりも高い所定温度以下であって、エンジンのアイドル運転時を除く定常運転状態のときに前記後噴射を実行し、この後噴射に伴う前記触媒の温度変化に基づき、該触媒温度の上昇度合が所定値以上であれば前記触媒又は還元剤増量手段は正常であると診断し、前記上昇度合が所定値未満であれば前記触媒又は還元剤増量手段は異常であると診断する診断手段とを備え、
前記診断のための後噴射時期が圧縮行程上死点後の３０〜２１０゜ＣＡに設定されていることを特徴とするエンジンの排気浄化装置である。
【０００７】
この発明によれば、後噴射によって排気ガス中の還元剤量を増大させたときの触媒の温度変化をみることによって診断を行なうから、エンジンが燃料の供給を受ける運転状態にあれば、診断を行なうことができ、例えばガソリンエンジンにおいて失火をさせる必要がない。そして、アイドル運転時は燃料噴射量が絞られ、後噴射を実行することは相応しくないため、前記診断のための後噴射はエンジンのアイドル運転時を除く定常運転状態のときに実行するようにしている。
【０００８】
また、触媒が既に高温状態にあれば、後噴射を行なっても温度の上昇度合を正確に捉えることが困難になるため、前記診断のための後噴射は触媒の温度が活性を示す温度よりも高い所定温度以下であることを条件にしている。但し、後噴射によって触媒の温度が上昇するためには、該触媒が活性を示す温度になっている必要がある。そうして、前記診断のための後噴射時期を圧縮行程上死点後の３０〜２１０゜ＣＡに設定しているから、この診断のために後噴射量を特に多くしなくともよい。
【０００９】
すなわち、診断のために後噴射を行なうと、還元剤増量手段が正常に作動するときは、後噴射前に比べて触媒に供給される還元剤量が多くなり、触媒が正常であれば、この多くなった還元剤を酸化するために、その温度が上昇する。従って、この温度上昇度合をみることによって当該還元剤増量手段及び触媒が共に正常であるか、いずれか一方に異常があるかがわかる。これに対して、仮に後噴射による触媒の温度上昇度合が低い場合には正常か異常かの判定が難しくなる。
【００１０】
しかし、前記後噴射による触媒の温度上昇は、本発明者の研究によれば、この後噴射時期を圧縮行程上死点後の３０〜２１０゜ＣＡに設定することによってその上昇度合を大きくすることができる。このように、本発明によれば、正常時の触媒の温度上昇度合が大きくなるから、後噴射量を特に多くしなくとも、高い精度で前記診断を行なうことができ、排気ガス浄化が不充分になることを避けることができる。但し、３０゜ＣＡよりも進角させると、後噴射された燃料が燃焼室で燃える割合が多くなり、エンジン出力の余分な上昇を招くとともに、触媒への還元剤（未燃混合ガス）の供給量が少なくなる。また、２１０゜ＣＡよりも遅角させると、排気ガス温度の低下が大きくなり、当該還元剤の触媒での酸化浄化に不利になる。
【００１１】
また、本発明は、上述の如きエンジンの排気浄化装置において、
前記診断のための後噴射時期が圧縮行程上死点後の３０〜６０゜ＣＡであることを特徴とする。
【００１２】
後噴射時期をこのように設定すると、ディーゼルエンジンにおいて煤発生量の低減に有利になる。
【００１３】
また、本発明は、上述の如きエンジンの排気浄化装置において、
前記診断のための後噴射は、その噴射時期が圧縮行程上死点後の３０〜９０゜ＣＡに設定され、且つ０．２秒〜２秒に１回の間隔で実行されることを特徴とする。
【００１４】
すなわち、エンジン負荷が所定値以下である低負荷運転時には圧縮上死点付近で燃料を噴射する主噴射量は負荷が高いときに比べて少なく、後噴射量もエンジン出力の余分な上昇を避けるために少なくしなければならない。その場合、例えば後噴射を主噴射の都度行なうようにすると、１回の後噴射量が非常に少ないものになり、噴射量の制御が難しくなる。これに対して、本発明によれば、後噴射間隔を比較的長くするから、１回の後噴射量を多くすることができ、前記診断に有利になる。また、本発明者の研究によれば、後噴射間隔を長くすると、それが短い場合よりも正常時の触媒の温度上昇度合が大きくなる傾向にあり、前記診断に有利になる。後噴射間隔が２秒よりも長くなると、１回の後噴射量が多くなり、エンジン出力の好ましくない変動を招く。
【００１５】
なお、後噴射を０．２秒に１回の間隔で行なうということは、例えばエンジン回転数が１５００ｒｐｍであれば、主噴射１０回につき１回の間隔で行なうことになり、後噴射を２秒に１回の間隔で行なうということは、主噴射１００回につき１回の間隔で行なうことになる。
【００１６】
また、後噴射時期を圧縮行程上死点後の３０〜９０゜ＣＡに設定するのは、それによって、後噴射間隔を長くしたときの当該温度の上昇度合が大きくなる傾向にあるからである。
【００１７】
また、本発明は、上述の如く診断のための後噴射を０．２秒〜２秒に１回の間隔で実行するようにしたエンジンの排気浄化装置において、
前記診断のための後噴射時期が圧縮行程上死点後の５０〜９０゜ＣＡであることを特徴とする。
【００１８】
これにより、正常時の触媒温度の上昇度合が大きくなり、前記診断にさらに有利になり、また、本発明者の研究によれば、このような後噴射時期の設定によって当該触媒を浄化されずに通り抜ける還元剤量が多くならないことがわかっており、排気ガスの浄化にも有利になる。
【００１９】
また、本発明は、上述の如く前記診断のための後噴射時期を圧縮行程上死点後の３０〜９０゜ＣＡに設定し且つ０．２秒〜２秒に１回の間隔で当該後噴射を実行するエンジンの排気浄化装置において、
前記排気通路には前記触媒の下流側にＮＯｘ浄化用触媒が設けられていることを特徴とする。
【００２０】
これにより、前記診断に用いる上流側の触媒に還元剤が供給され、その一部がこれを未浄化のまま通り抜けても、下流側のＮＯｘ浄化用触媒によって酸化されるため、未浄化還元剤の排出を少なくすることができる。
【００２１】
また、本発明は、上述の如きエンジンの排気浄化装置において、
前記診断のための後噴射は、その噴射時期が圧縮行程上死点後の６０〜２１０゜ＣＡに設定され、且つ０．２秒未満の間隔で実行されることを特徴とする。
【００２２】
後噴射間隔が短くなれば、それだけ１回の後噴射量が少なくなり、触媒には還元剤が少量ずつ供給されることになるから、この触媒で当該還元剤を効率良く浄化することができ、診断のための温度上昇及び未浄化還元剤の排出防止に有利になる。そうして、このように後噴射間隔を短くするときは、その噴射時期を圧縮行程上死点後の６０〜２１０゜ＣＡにしたときに特に還元剤の浄化効率が高くなる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、触媒の温度が活性を示す温度以上であり且つ該活性を示す温度よりも高い所定温度以下であって、エンジンのアイドル運転時を除く定常運転状態のときに、後噴射によって排気ガス中の還元剤量を増大させ、それに伴う触媒の温度変化に基づき、該触媒温度の上昇度合が所定値以上であれば前記触媒又は還元剤増量手段は正常であると診断し、前記上昇度合が所定値未満であれば異常であると診断するようにし、さらに、前記診断のための後噴射時期を圧縮行程上死点後の３０〜２１０゜ＣＡに設定したから、この診断のために後噴射量を特に多くしなくとも正常時の当該触媒の温度上昇度合が大きくなり、診断精度を高める上で有利になる。
【００２４】
また、前記診断のための後噴射時期を圧縮行程上死点後の２０〜６０゜ＣＡにしたものによれば、ディーゼルエンジンにおいて煤発生量の低減に有利になる。また、前記診断のための後噴射時期を圧縮行程上死点後の３０〜９０゜ＣＡに設定し且つ０．２秒〜２秒に１回の間隔で当該後噴射を実行するものによれば、１回の後噴射量を多くすることができ、また、正常時の触媒の温度上昇度合が大きくなるから、前記診断に有利になる。
【００２５】
また、前記診断のための後噴射を０．２秒〜２秒に１回の間隔で実行し且つその後噴射時期を圧縮行程上死点後の５０〜９０゜ＣＡにしたものによれば、正常時の触媒温度の上昇度合が大きくなり、前記診断にさらに有利になるとともに、排気ガスの浄化にも有利になる。
【００２６】
また、前記診断のための後噴射時期を圧縮行程上死点後の３０〜９０゜ＣＡに設定し且つ０．２秒〜２秒に１回の間隔で当該後噴射を実行するものにおいて、前記触媒の下流側にＮＯｘ浄化用触媒を設けたものによれば、還元剤の一部が上流側の触媒を未浄化のまま通り抜けても、下流側のＮＯｘ浄化用触媒によって酸化することができるため、未浄化還元剤の排出を少なくすることができる。
【００２７】
また、前記診断のための後噴射時期を圧縮行程上死点後の６０〜２１０゜ＣＡに設定し、且つ０．２秒未満の間隔でその後噴射を実行するものによれば、診断のための温度上昇及び未浄化還元剤の排出防止に有利になる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１は本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置Ａの全体構成を示し、１は車両に搭載された多気筒ディーゼルエンジンのエンジン本体である。このエンジン本体１は複数の気筒２（１つのみ図示する）を有し、その各気筒２内にピストン３が往復動可能に嵌挿されていて、この気筒２とピストン３によって各気筒２内に燃焼室４が形成されている。また、燃焼室４の上面の略中央部には、インジェクタ（燃料噴射弁）５が先端部の噴孔を燃焼室４に臨ませて配設され、各気筒毎に所定の噴射タイミングで噴孔が開閉作動されて、燃焼室４に燃料を直接噴射するようになっている。
【００３０】
前記各インジェクタ５は高圧の燃料を蓄える共通のコモンレール（蓄圧室）６に接続されていて、そのコモンレール６にはクランク軸７により駆動される高圧供給ポンプ８が接続されている。この高圧供給ポンプ８は、圧力センサ６ａによって検出されるコモンレール６内の燃圧が所定値以上に保持されるように作動する。また、クランク軸７の回転角度を検出するクランク角センサ９が設けられており、このクランク角センサ９は、クランク軸７の端部に設けた被検出用プレート（図示省略）と、その外周に相対向するように配置され電磁ピックアップとからなり、その電磁ピックアップが被検出用プレートの外周部全周に所定角度おきに形成された突起部の通過に対応してパルス信号を出力するようになっている。
【００３１】
１０はエンジン本体１の燃焼室４に対しエアクリーナ（図示省略）で濾過した吸気（空気）を供給する吸気通路であり、この吸気通路１０の下流端部には、図示しないがサージタンクが設けられ、このサージタンクから分岐した各通路が吸気ポートにより各気筒２の燃焼室４に接続されている。また、サージタンクには各気筒２に供給される過給圧力を検出する吸気圧センサ１０ａが設けられている。前記吸気通路１０には上流側から下流側に向かって順に、エンジン本体１に吸入される吸気流量を検出するホットフィルム式エアフローセンサ１１と、後述のタービン２１により駆動されて吸気を圧縮するブロワ１２と、このブロワ１２により圧縮した吸気を冷却するインタークーラ１３と、吸気通路１０の断面積を絞る吸気絞り弁（吸気量調節手段）１４とがそれぞれ設けられている。この吸気絞り弁１４は、全閉状態でも吸気が流通可能なように切り欠きが設けられたバタフライバルブからなり、後述のＥＧＲ弁２４と同様、ダイヤフラム１５に作用する負圧の大きさが負圧制御用の電磁弁１６により調節されることで、弁の開度が制御されるようになっている。また、前記吸気絞り弁１４にはその開度を検出するセンサ（図示省略）が設けられている。
【００３２】
２０は各気筒２の燃焼室４から排気ガスを排出する排気通路で、排気マニホールドを介して各気筒２の燃焼室４に接続されている。この排気通路２０には、上流側から下流側に向かって順に、排気ガス中の酸素濃度を検出するＯ2センサ１７と、排気流により回転されるタービン２１と、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを浄化可能な触媒コンバータ２２とが配設されている。また、触媒コンバータ２２には触媒の温度を検出するための温度センサ１８が設けられている。
【００３３】
前記触媒コンバータ２２は、図２に示すように酸化触媒２２ａとＮＯｘ浄化用触媒２２ｂとを排気ガス流れ方向における上流側と下流側に直列的に並べたものであり、両触媒２２ａ，２２ｂの間に温度センサ１８が配設されている。
【００３４】
触媒２２ａ，２２ｂはいずれも、軸方向に平行に延びる多数の貫通孔を有するハニカム構造のコージェライト製担体の各貫通孔壁面に触媒層を形成したものである。酸化触媒２２ａの触媒層は、アルミナ及びセリアにＰｔを担持させてなる触媒粉をバインダによって前記担体に担持させることによって形成されている。ＮＯｘ浄化用触媒２２ｂの触媒層はゼオライトにＰｔを担持させてなる触媒粉をバインダによって前記担体に担持させることによって形成されている。ＮＯｘ浄化用触媒２２ｂは空燃比Ａ／Ｆが理論空燃比よりもリーンのとき（例えばＡ／Ｆ≧１８）で燃焼した排気ガスのＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元触媒としての機能を有するとともに、理論空燃比付近では三元触媒としても働く。
【００３５】
前記排気通路２０のタービン２１よりも上流側の部位からは、排気ガスの一部を吸気側に還流させる排気還流通路（以下ＥＧＲ通路という）２３が分岐し、このＥＧＲ通路２３の下流端は吸気絞り弁１４よりも下流側の吸気通路１０に接続されている。ＥＧＲ通路２３の途中の下流端寄りには、開度調節可能な排気還流量調節弁（排気還流量調節手段：以下ＥＧＲ弁という）２４が配置されていて、排気通路２０の排気ガスの一部をＥＧＲ弁２４により流量調節しながら吸気通路１０に還流させるようになっている。
【００３６】
前記ＥＧＲ弁２４は、負圧応動式のものであって、その弁箱の負圧室に負圧通路２７が接続されている。この負圧通路２７は、負圧制御用の電磁弁２８を介してバキュームポンプ（負圧源）２９に接続されており、電磁弁２８が後述のＥＣＵ３５からの制御信号（電流）によって負圧通路２７を連通・遮断することによって、負圧室のＥＧＲ弁駆動負圧が調節され、それによって、ＥＧＲ通路２３の開度がリニアに調節されるようになっている。
【００３７】
前記ターボ過給機２５は、ＶＧＴ（バリアブルジオメトリーターボ）であって、これにはダイヤフラム３０が取り付けられていて、負圧制御用の電磁弁３１によりダイヤフラム３０に作用する負圧が調節されることで、排気ガス流路の断面積が調節されるようになっている。
【００３８】
前記各インジェクタ５、高圧供給ポンプ８、吸気絞り弁１４、ＥＧＲ弁２４、ターボ過給機２５等はコントロールユニット（Engine Control Unit：以下ＥＣＵという）３５からの制御信号によって作動するように構成されている。一方、このＥＣＵ３５には、前記圧力センサ６ａからの出力信号と、クランク角センサ９からの出力信号と、圧力センサ１０ａからの出力信号と、エアフローセンサ１１からの出力信号と、Ｏ2センサ１７からの出力信号と、温度センサ１８からの出力信号と、ＥＧＲ弁２４のリフトセンサ２６からの出力信号と、車両の運転者による図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ３２からの出力信号とが少なくとも入力されている。
【００３９】
そして、インジェクタ５による燃料噴射量及び燃料噴射時期がエンジン本体１の運転状態及び触媒２２ａ，２２ｂの状態に応じて制御されるとともに、高圧供給ポンプ８の作動によるコモンレール圧力、即ち燃量噴射圧の制御が行なわれ、これに加えて、吸気絞り弁１４の作動による吸入空気量の制御と、ＥＧＲ弁２４の作動による排気還流量の制御と、ターボ過給機２５の作動制御（ＶＧＴ制御）とが行なわれるようになっている。
【００４０】
（燃料噴射制御）
前記ＥＣＵ３５には、エンジン本体１の目標トルク及び回転数の変化に応じて実験的に決定した最適な燃料噴射量Ｑｂを記録した燃料噴射量マップが、メモリ上に電子的に格納して備えられている。そして、アクセル開度センサ３２からの出力信号に基づいて求めた目標トルクとクランク角センサ９からの出力信号に基づいて求めたエンジン回転数とに基づいて、前記燃料噴射量マップから主噴射量Ｑｂが読み込まれ、この主噴射量Ｑｂと圧力センサ６ａにより検出されたコモンレール圧力とに基づいて、各インジェクタ５の励磁時間（開弁時間）が決定されるようになっている。この主燃料噴射制御によって、エンジン本体１の目標トルクに対応する分量の燃料が供給され、エンジン本体１は燃焼室４における平均的空燃比がかなりリーンな状態（Ａ/Ｆ≧１８）で運転される。
【００４１】
また、定常運転時（アクセル開度の変化が小さい時）には、触媒コンバータ２２の触媒２２ｂにＮＯｘの還元浄化を促進するための還元剤成分を供給すべく、主噴射時期のリタード、並びに主噴射（主燃料噴射）後の膨張行程又は排気行程において燃料を少量噴射する後噴射がＮＯｘ触媒２２ｂの温度に応じて適宜行なわれる。
【００４２】
また、エンジンを始動してから停止するまでには酸化触媒２２ａの劣化等の異常を検査するモニタ（診断）が１回又は２回行なわれる。このモニタは定常運転時に行なわれ、前記後噴射によって酸化触媒２２ａに還元剤を多めに供給し、そのときの酸化触媒の温度変化をみることによって、還元剤を多めに供給し始めてから所定時間における、あるいは還元剤の増量の積算値が所定値以上となるまでの期間における、温度変化や温度変化速度等の温度上昇度合が所定値以上であれば、正常（劣化していない）、所定値未満であれば異常（劣化している）と判定する。
【００４３】
本発明の特徴は前記モニタ時の後噴射制御にあり、エンジンの運転状態に応じて後噴射時期及び後噴射間隔を制御するようにしている。
【００４４】
以下、図３に示す制御フローに基づいて制御内容を具体的に説明する。尚、この制御は所定クランク角毎に実行される。
【００４５】
まず、スタート後のステップＳ１において、クランク角信号、エアフローセンサ出力、アクセル開度、温度センサ出力等を読み込む。続くステップＳ２において主噴射量Ｑｂ及びその噴射時期Ｉｂを設定する。主噴射量Ｑｂはアクセル開度とエンジン回転数とに基づいて燃料噴射量マップから読み込む。燃料噴射量マップは、アクセル開度及びエンジン回転数の変化に応じて実験的に決定した最適な噴射量Ｑｂを記録したものであり、主噴射量Ｑｂは、アクセル開度が大きいほど、またエンジン回転数が高いほど、多くなるように設定されている。主噴射時期Ｉｂは圧縮行程上死点付近に設定され、例えばＢＴＤＣ５°ＣＡ（クランク角度）を基準として、噴射量Ｑｂが多いほど進角され、反対に噴射量Ｑｂが少ないほど遅角される。また、エンジン水温に基づいて、該水温が低いときには主噴射時期Ｉｂが所定量リタードされて暖機運転される。
【００４６】
続くステップＳ３では上流側に配置された酸化触媒２２ａの温度Ｔcu及び下流側に配置されたＮＯｘ浄化用触媒２２ｂの温度Ｔcdを両触媒間に配置された温度センサ１８の出力に基づいて推定する。すなわち、この温度センサ１８で検出される排気ガス温度を上流側触媒２２ａの温度Ｔcuと推定し、この排気ガス温度に所定の修正（例えば１以下の係数を与え、又は所定値を減算する修正）を加えたものを下流側触媒２２ｂの温度Ｔcdと推定する。なお、下流側触媒２２ｂの温度Ｔcdは該触媒２２ｂよりも下流側に温度センサを配置して排気ガス温度を検出し、この排気ガス温度を下流側触媒２２ｂの温度Ｔcdと推定してもよい。
【００４７】
続くステップＳ４〜Ｓ７においてモニタ条件が全て成立しているか否かを判別する。すなわち、モニタ条件は、エンジンが定常運転状態にあること、上流側触媒２２ａが所定の低温状態にあること、モニタが未だ終了していないこと、並びに下流側触媒２２ｂの温度Ｔcdが所定温度未満であることである。
【００４８】
まず、ステップＳ４ではアクセル開度の変化に基づいてエンジンが所定の定常運転状態にある（アクセル開度の変化が所定値以下）か否かを判別する。モニタは上流側触媒温度Ｔcuの後噴射に伴う上昇度合をみるというものであり、加速運転時は燃料噴射量の増大によって触媒２２ａの温度が変化するためモニタしないものであり、減速運転時及びアイドル運転時は燃料噴射量が絞られ、後噴射を実行することは相応しくないためモニタしないものである。
【００４９】
定常運転状態であれば、ステップＳ５に進んで上流側触媒温度Ｔcuが所定温度Ｔcuo （例えば２７０℃）よりも低い低温状態か否かを判別する。上流側触媒２２ａが既に高温状態にあれば、後噴射を行なっても温度の上昇度合を正確に捉えることが困難になるためモニタしないものである。但し、後噴射によって上流側触媒２２ａの温度が上昇するためには、該触媒２２ａが活性を示す温度（例えば１５０℃以上）になっている必要がある。
【００５０】
上流側触媒２２ａが所定の低温状態にあれば、ステップＳ６に進んでモニタが未だ終了していないか否かを判別する。終了していない場合はステップＳ７に進んで下流側触媒２２ｂの温度Ｔcdが所定温度Ｔcdo 未満か否かを判別する。すなわち、下流側触媒２２ａは所定温度Ｔcdo 以上になるとＮＯｘ浄化率が大きく低下するため、そのようなときはモニタを行なわずＮＯｘ浄化率を高めるような燃料噴射制御を行なうものである。
【００５１】
下流側触媒２２ｂの温度Ｔcdが所定温度Ｔcdo 未満であれば、ステップＳ８に進んで前回もモニタをしていたか、換言すれば、今回からモニタを開始するのか否かを判別する。今回からモニタを開始するとき（ＮＯのとき）はステップＳ９に進んでモニタのために後噴射をすべき気筒を決定する。すなわち、エンジン負荷が高いとき（アクセル開度大のとき）は主噴射量Ｑｂが多く、従って後噴射量Ｑｐも多くすることができるため、後噴射を毎回行なうようにし、エンジン負荷が低くなると、後噴射量Ｑｐを多くすることができないため、エンジン負荷が低くなるほど後噴射間隔が長くなるように間引いて後噴射を行なうようにする。
【００５２】
後噴射を毎回行なうとは、主噴射が各気筒に対して所定の順番で行なわれていくとき、各気筒に対する主噴射のたびに後噴射を行なうという意味である。その場合は全ての気筒を後噴射すべき気筒として決定する。後噴射を間引いて行なうとは、主噴射が各気筒に対して所定の順番で行なわれていくとき、例えば主噴射５回に１回の間隔で後噴射を行なうという意味であり、例えばＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４気筒があってこの順番で主噴射行なっていく場合、最初にＡ気筒について後噴射を行なうと、続くＢ，Ｃ，Ｄ，Ａの各気筒に対しては後噴射を行なわず（間引き）、その次のＢ気筒に対して後噴射を行なうという意味である。従って、例えば主噴射５回に１回、あるいは主噴射２５回に１回という間隔で後噴射を行なうときは、その該当する気筒を決定することになる。
【００５３】
以上のモニタ条件が成立したときにはステップＳ１０に進んでモニタ用の後噴射量Ｑｐ及びその噴射時期Ｉｐをアクセル開度に応じて設定する。すなわち、後噴射量Ｑｐは、後噴射を毎回行なうと仮定した場合の量に換算して１回の主噴射量Ｑｂの１〜７％となるようにする。従って、後噴射を毎回行なう場合には１回の後噴射量Ｑｐは１回の主噴射量Ｑｂの１〜７％になるが、例えば主噴射５回に１回の間隔で後噴射を行なう場合は１回の後噴射量Ｑｐが１回の主噴射量Ｑｂの５〜３５％となる。ここでは、アクセル開度が所定値未満であるエンジン低負荷時は主噴射２５回に１回の間隔で後噴射を行なうようにし、アクセル開度が所定値以上であるエンジン高負荷時は後噴射を毎回行なうようにする。
【００５４】
モニタ用の後噴射時期Ｉｐは、前記エンジン低負荷時にはＡＴＤＣ（圧縮行程上死点後）３０〜９０゜ＣＡ（好ましくは５０〜９０゜ＣＡ）とし、エンジン高負荷時には６０〜２１０゜ＣＡとする。
【００５５】
そうして、主噴射時期Ｉｂになると主噴射を実行し（ステップＳ１１，Ｓ１２）、その主噴射を行なった気筒について後噴射を行なうべきときは（ステップＳ１３）、後噴射時期Ｉｐになった時点で後噴射を実行する（ステップＳ１４，Ｓ１５）。
【００５６】
一方、ステップＳ５で上流側触媒２２ａの温度Ｔcuが所定温度Ｔcuo 以上である高温時にあると判別すると、ステップＳ１６に進んで現在がモニタ中か否かを判別する。モニタ中であれば前記ステップＳ６に進む。ステップＳ１６でモニタ中でないと判別されたとき、ステップＳ６でモニタ終了と判別されたとき、並びにステップＳ７で下流側触媒２２ｂの温度Ｔcdが所定温度ｔcdo 以上であると判別されたときは、ステップＳ１７に進んで、ＮＯｘ浄化率を高めるべく、下流側触媒２２ｂの温度Ｔcdに基づいて後噴射を行なうべき気筒を決定し、さらにステップＳ１８に進んで下流側触媒２２ｂの温度Ｔcdに基づいて後噴射量Ｑｐ及びその噴射時期Ｉｐを設定し、ステップＳ１４へ進む。ステップＳ１７，Ｓ１８の決定・設定内容については後述する。また、ステップＳ４で定常運転でないと判別されたときはステップＳ１１に進む。
【００５７】
前記モニタ中及びモニタをしないときのいずれにおいてもＥＧＲのフィードバック制御を行なう。すなわち、ＮＯｘ発生量及び煤発生量の各々が所定値以下となる空燃比を目標として、エアフローセンサ１１の出力に基づいてＥＧＲ弁２４の作動を制御する。
【００５８】
図４はエンジン回転数１５００ｒｐｍ、中負荷運転において、後噴射を毎回行なったとき、５回毎に（主噴射５回に１回の間隔で）後噴射を行なったとき、並びに２５回毎に（主噴射２５回に１回の間隔で）後噴射を行なったときの各々の場合について、後噴射時期と、後噴射開始１０秒後の上流側触媒２２ａの入口温度及び出口温度との関係を示す。図５は後噴射開始３０秒後の同関係を示し、図６は後噴射開始９０秒後の同関係を示す。
【００５９】
図４乃至図６から、後噴射時期ＩｐをＡＴＤＣ３０〜２１０゜ＣＡに設定すると、毎回噴射、５回毎噴射２５回毎噴射のいずれにおいても、上流側触媒２２の温度がかなり上昇すること、従って、上流側触媒２２ａが正常に機能しているか否か、あるいは後噴射が予定通りに行なわれているか否かの診断が容易であることがわかる。特に２５回毎に後噴射を行なうと、上流側触媒２２ａの温度上昇に有利であることがわかり、また、ＡＴＤＣ３０〜９０゜ＣＡでも当該温度の上昇度合が大きいことがわかる。そうして、モニタ時間（上流側触媒温度の変化を監視する時間）を６０秒以上とすること、さらには９０秒以上とすることが好ましいことがわかる。
【００６０】
図７はエンジン回転数２０００ｒｐｍ、Ｐｅ＝０．５７ＭＰａの運転（ＥＧＲなし）において、毎回後噴射（後噴射量は主噴射量の５％）を行なった場合の後噴射時期とスモーク（煤）量との関係を示し、図８は後噴射時期と還元剤としてのＨＣ（炭化水素）量との関係を示す。図７によれば、後噴射を行なうと、後噴射無しの場合よりもスモーク量が低減すること、また、後噴射時期を進角させるとスモーク低減に有利であることがわかる。なお、ＮＯｘ発生量に関してもスモークと同様の傾向がある。また、図７は毎回後噴射の場合であるが、間引き後噴射の場合でもスモークに関しては同様の傾向がある。また、図８によれば、後噴射時期を進角させるとＨＣの低減に有利であることがわかる。
【００６１】
図９はエンジン回転数１５００ｒｐｍ、中負荷運転において、後噴射を毎回行なったとき、５回毎に後噴射を行なったとき、並びに２５回毎に後噴射を行なったときの各々の場合について、後噴射時期と、後噴射開始１０秒後の上流側触媒２２ａに流入する排気ガスのＨＣ濃度（触媒前ＨＣ）及び該触媒２２ａから流出した排気ガスのＨＣ濃度（触媒後ＨＣ）との関係を示す。図１０は後噴射開始３０秒後の同関係を示し、図１１は後噴射開始９０秒後の同関係を示す。なお、上流側触媒２２ａの入口での排気ガス温度は２７０℃程度である。
【００６２】
図９乃至図１１から、２５回毎の後噴射の場合は後噴射時期がＡＴＤＣ６０゜ＣＡ未満になると、上流側触媒２２ａで浄化されることなくこれを通り抜ける吹き抜けＨＣ量が多くなることがわかる。従って、この場合は、後噴射時期をＡＴＤＣ５０゜ＣＡ以上にすることがＨＣ通り抜け量を低減する上で有利であり、また、図７によりスモーク量の低減をも図る場合には後噴射時期をＡＴＤＣ５０゜〜９０゜ＣＡにすることが好ましいことがわかる。
【００６３】
また、図９乃至図１１から、後噴射を毎回行なう場合や５回毎に行なう場合のように後噴射間隔を短くする場合は、後噴射時期をＡＴＤＣ６０゜〜２１０゜ＣＡにすると、上流側触媒２２ａでのＨＣ浄化率が良くなることがわかる。
【００６４】
次に前記モニタを行なわない場合の後噴射制御（ステップＳ１７，Ｓ１８）について説明する。
【００６５】
図１２に定常運転時の後噴射制御を模式的に示すように、下流側触媒２２ｂの温度Ｔcdが、温度Ｔcdi(下流側触媒２２ｂのＮＯｘ浄化率が高くなり始める温度）になるまでは後噴射を毎回行ない、温度Ｔcdi〜Ｔcdo（下流側触媒２２ｂのＮＯｘ浄化率がピークを越えて所定量低下する温度）の間は後噴射を２５回毎に行ない、温度Ｔcdo を越えると後噴射は行なわない。また、後噴射量は、ＮＯｘ浄化率がピークになるまでは主噴射量の０．３〜５％の範囲の高い値とし、下流側触媒２２ｂの温度Ｔcdがさらに高くなった場合には、該温度が高くなるに従って後噴射量が減少するように、そして、温度Ｔcdo を越えると、零になるように制御する。
【００６６】
従って、下流側触媒２２ｂの温度ＴcdがＴcdi になるまでは後噴射が毎回行なわれるため、図９乃至図１１から明らかなように、上流側触媒２２ａを吹き抜けるＨＣ量が少なく、排気ガス中のＮＯｘは上流側触媒２２ａにおいて当該ＨＣにより還元浄化される。
【００６７】
温度Ｔcdi を越えると、２５回毎の後噴射になるから、上流側触媒２２ａで酸化消費されずに下流側のＮＯｘ触媒２２ｂに流れるＨＣ量が増大する。これにより、このＮＯｘ触媒２２ｂでのＮＯｘ浄化が効率良く進み、未浄化ＮＯｘが大気中に排出される量が少なくなる。また、触媒温度ＴcdがＮＯｘ触媒２２ｂの活性ピーク温度を越えてさらに高くなってくると後噴射量が減少していくから、ＮＯｘ触媒２２ｂの温度がＨＣの酸化反応熱で高くなり過ぎてその活性が急激に低下することが避けられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの排気浄化装置の全体構成を示す図。
【図２】  触媒コンバータの構成を示す図。
【図３】  燃料噴射制御のフロー図。
【図４】  後噴射時期と、後噴射開始１０秒後の上流側触媒の入口温度及び出口温度との関係を示すグラフ図。
【図５】  後噴射時期と、後噴射開始３０秒後の上流側触媒の入口温度及び出口温度との関係を示すグラフ図。
【図６】  後噴射時期と、後噴射開始９０秒後の上流側触媒の入口温度及び出口温度との関係を示すグラフ図。
【図７】  後噴射を毎回行なったときの後噴射時期とスモーク量との関係を示すグラフ図。
【図８】  後噴射を毎回行なったときの後噴射時期とＨＣ量との関係を示すグラフ図。
【図９】  後噴射時期と、後噴射開始１０秒後の上流側触媒に流入する排気ガスのＨＣ濃度及び該触媒から流出した排気ガスのＨＣ濃度との関係を示すグラフ図。
【図１０】  後噴射時期と、後噴射開始３０秒後の上流側触媒に流入する排気ガスのＨＣ濃度及び該触媒から流出した排気ガスのＨＣ濃度との関係を示すグラフ図。
【図１１】  後噴射時期と、後噴射開始９０秒後の上流側触媒に流入する排気ガスのＨＣ濃度及び該触媒から流出した排気ガスのＨＣ濃度との関係を示すグラフ図。
【図１２】  上流側触媒温度と後噴射制御との関係を示すグラフ図。
【符号の説明】
Ａ  排気浄化装置
１  ディーゼルエンジン
２  気筒
４  燃焼室
５  インジェクタ（燃料噴射弁）
１８  温度センサ
２０  排気通路
２２  触媒コンバータ
２２ａ  上流側触媒
２２ｂ  下流側触媒
３５  ＥＣＵ（コントロールユニット）
【図１】
0004631123.tif 000002
【図２】
0004631123.tif 000003
【図３】
0004631123.tif 000004
【図４】
0004631123.tif 000005
【図５】
0004631123.tif 000006
【図６】
0004631123.tif 000007
【図７】
0004631123.tif 000008
【図８】
0004631123.tif 000009
【図９】
0004631123.tif 000010
【図１０】
0004631123.tif 000011
【図１１】
0004631123.tif 000012
【図１２】
0004631123.tif 000013