(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、排気通路に配置され、酸素過剰雰囲気でＮＯＸを吸収し酸素濃度の低下に伴いＮＯＸを放出するＮＯＸ吸収材と、圧縮上死点付近までの所定の時期に上記燃料噴射弁により主燃料を噴射し、該主燃料に基づいて少なくとも膨張行程前半において要求トルクを発生する主燃焼を行う主燃焼手段と、上記ＮＯＸ吸収材からのＮＯＸ放出要求時、上記主燃焼の略終了直後に燃焼が開始されるよう、上記主燃料の噴射後、膨張行程前半の所定の時期に上記燃料噴射弁により後燃料を噴射するとともに、該後燃料量を、ＮＯＸ放出要求成立時点から所定期間が経過するまでの間、時間の経過と共に段階的に増量する後燃焼手段とを、備えたことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、排気通路に配置され、酸素過剰雰囲気でＮＯＸを吸収し酸素濃度の低下に伴いＮＯＸを放出するＮＯＸ吸収材と、圧縮上死点付近までの所定の時期に上記燃料噴射弁により主燃料を噴射し、該主燃料に基づいて少なくとも膨張行程前半において要求トルクを発生する主燃焼を行う主燃焼手段と、上記ＮＯＸ吸収材からのＮＯＸ放出要求時、上記主燃焼の略終了直後に燃焼が開始されるよう、上記主燃料の噴射後、膨張行程前半の所定の時期に上記燃料噴射弁により後燃料を噴射するとともに、該後燃焼の燃焼時期を、ＮＯＸ放出要求成立時点から所定期間が経過するまでの間、上記主燃焼の略終了時期に対して時間の経過と共に段階的に遅角させる後燃焼手段とを、備えた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において、
上記エンジンがディーゼルエンジンで、上記主燃焼手段は主噴射を圧縮行程上死点付近で複数回に分けて噴射する多段噴射とされ、かつ、上記後燃焼手段による後燃焼時は非後燃焼時に対して、上記多段噴射の噴射回数を減少或いは噴射休止間隔を減少させるように構成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４】
コンピュータを含むハードウェア資源に組込まれ、圧縮上死点付近までの所定の時期に燃料噴射弁により直接燃焼室内に主燃料を噴射し、該主燃料に基づいて少なくとも膨張行程前半において要求トルクを発生する主燃焼を行う主燃焼手順と、ＮＯＸ吸収材からのＮＯＸ放出要求時、上記主燃焼の略終了直後に燃焼が開始されるよう、上記主燃料の噴射後、膨張行程前半の所定の時期に燃料噴射弁により直接燃焼室内に後燃料を噴射するとともに、後燃料量を、ＮＯＸ放出要求成立時点から所定期間が経過するまでの間、時間の経過と共に段階的に増量する後燃焼手順とを、上記ハードウエア資源に実行させることを特徴とするコンピュータ・プログラム。
【請求項５】
コンピュータを含むハードウェア資源に組込まれ、
圧縮上死点付近までの所定の時期に燃料噴射弁により直接燃焼室内に主燃料を噴射し、該主燃料に基づいて少なくとも膨張行程前半において要求トルクを発生する主燃焼を行う主燃焼手順と、
ＮＯＸ吸収材からのＮＯＸ放出要求時、上記主燃焼の略終了直後に燃焼が開始されるよう、上記主燃料の噴射後、膨張行程前半の所定の時期に燃料噴射弁により直接燃焼室内に後燃料を噴射するとともに、該後燃焼の燃焼時期を、ＮＯＸ放出要求成立時点から所定期間が経過するまでの間、上記主燃焼の略終了時期に対して時間の経過と共に段階的に遅角させる後燃焼手順とを、
上記ハードウェア資源に実行させることを特徴とするコンピュータ・プログラム。
【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ものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンから排出されるＮＯＸ（窒素酸化物）は、そのエンジンの排気通路に配置されたＮＯＸ吸収材によって還元浄化することが知られている。このＮＯＸ吸収材は、排気ガス中の酸素濃度が所定値（例えば、４％）以上の酸素過剰雰囲気でＮＯＸを吸収し、酸素濃度の減少に応じて吸収しているＮＯＸを放出するものである。また、このＮＯＸ吸収材は、ＮＯＸ吸収量が増えるとＮＯＸ吸収性能が低下するため、そうなる前にＮＯＸを放出させるいわゆるリフレッシュが必要となる。例えば、ＮＯＸ吸収材に吸収されたＮＯＸ吸収量が所定量以上になった時、エンジンに供給される空燃比を理論空燃比或いは理論空燃比よりもリッチにすることによって、排気中の酸素濃度を低下させてＮＯＸを放出させることが行われている。
【０００３】
しかしながら、上記先行技術によれば、排気中の空燃比がリーンからリッチに移行した初期、つまり、排気ガス中のＯ２濃度が例えば、４％以上から０．５％以下に低下した初期にＮＯＸ吸収材から多量のＮＯＸが急激に放出されるため、このＮＯＸを還元するためのＨＣが不足する状態を招き、ＮＯＸ浄化率が低下するという問題がある。
【０００４】
そこで、特開２００１−０９０５９４号公報では、上述のようなＮＯＸ吸収材をエンジンの排気通路に設け、通常は圧縮行程でメインの燃料噴射を行い、ＮＯＸ吸収材からＮＯＸを放出させる時には、上記メインの燃料噴射に加え、膨張行程又は排気行程で燃料を噴射するいわゆる後噴射を行うと共に、該後噴射時期を後噴射開始から所定時間は圧縮上死点からの遅角度を大きく、その後該遅角度を小さくすることが行われている。この先行技術によれば、ＮＯＸ吸収材からＮＯＸが急激に放出される時、後噴射開始の遅角によって多量のＨＣを供給することが可能となり、ＮＯＸ吸収材から放出されたＮＯＸを還元するためのＨＣが不足する状態を避けることができるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記先行技術によれば、排気中の空燃比がリーンからリッチに移行した初期にＮＯＸ吸収材から多量のＮＯＸが急激に放出されるという問題は解消できるものの、後噴射時期が適切に設定されていないとエンジンの燃焼室で発生した炭素粒子の凝縮体からなる煤が大気中に排出されるのを効果的に抑制することができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、以上のような問題に勘案してなされたもので、その課題は、ＮＯＸ吸収剤からのＮＯＸ放出時、煤の発生を抑制しつつ多量のＮＯＸが急激に放出されるのを抑制することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明にあってはその解決手法として次のようにしてある。
【０００８】
すなわち、本出願人は、後燃焼時期を主燃焼の略終了直後となるように設定することによって、煤の排出を効果的に抑制できることを見出し、提案している。（特願２０００−３５２９２２号）本発明では、このような後噴射時期制御を、多量のＮＯＸが急激に放出されることも抑制できるように、その後噴射量、噴射時期を調整することによって、煤の発生抑制と多量のＮＯＸの急激な放出抑制との両立を図ろうとするものである。
【０００９】
具体的には、まず、本発明の第１の構成では、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、排気通路に配置され、酸素過剰雰囲気でＮＯＸを吸収し酸素濃度の低下に伴いＮＯＸを放出するＮＯＸ吸収材と、圧縮上死点付近までの所定の時期に上記燃料噴射弁により主燃料を噴射し、該主燃料に基づいて少なくとも膨張行程前半において要求トルクを発生する主燃焼を行う主燃焼手段と、上記ＮＯＸ吸収材からのＮＯＸ放出要求時、上記主燃焼の略終了直後に燃焼が開始されるよう、上記主燃料の噴射後、膨張行程前半の所定の時期に上記燃料噴射弁により後燃料を噴射するとともに、該後燃料量を、ＮＯＸ放出要求成立時点から所定期間が経過するまでの間、時間の経過と共に段階的に増量する後燃焼手段とを、
備えるように構成されている。
【００１０】
本発明の第１の構成によれば、ＮＯＸ吸収材からのＮＯＸ放出要求時、主燃焼の略終了時期を基準として後燃焼時期が設定されるため、エンジンの燃焼室内に存在する炭素と周辺の酸素とがよく混合された状態で、後噴射された後燃料が上記炭素と共に燃焼するため、炭素の凝縮体からなる煤の排出量が効果的に低減できる。
【００１１】
また、後燃料をＮＯＸ放出要求成立時点から段階的に増量することによって、排気中の酸素濃度の低下を緩慢にでき、排気中の空燃比がリーンからリッチに移行した初期ＮＯＸ吸収材からのＮＯＸの放出を緩慢にできるので、ＮＯＸ浄化率が低下するのを抑制できる。
【００１２】
また、本発明の第２の構成では、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、排気通路に配置され、酸素過剰雰囲気でＮＯＸを吸収し酸素濃度の低下に伴いＮＯＸを放出するＮＯＸ吸収材と、圧縮上死点付近までの所定の時期に上記燃料噴射弁により主燃料を噴射し、該主燃料に基づいて少なくとも膨張行程前半において要求トルクを発生する主燃焼を行う主燃焼手段と、上記ＮＯＸ吸収材からのＮＯＸ放出要求時、上記主燃焼の略終了直後に燃焼が開始されるよう、上記主燃料の噴射後、膨張行程前半の所定の時期に上記燃料噴射弁により後燃料を噴射するとともに、該後燃焼の燃焼時期を、ＮＯＸ放出要求成立時点から所定期間が経過するまでの間、上記主燃焼の略終了時期に対して時間の経過と共に段階的に遅角させる後燃焼手段とを、
備えるように構成されている。
【００１３】
本発明の第２の構成によれば、ＮＯＸ吸収材からのＮＯＸ放出要求時、主燃焼の略終了時期を基準として後燃焼時期が設定されるため、エンジンの燃焼室内に存在する炭素と周辺の酸素とがよく混合された状態で、後噴射された後燃料が上記炭素と共に燃焼するため、炭素の凝縮体からなる煤の排出量が効果的に低減できる。
【００１４】
排気中に供給される還元剤量は、後燃料が燃焼室内で燃焼せず排気通路に放出される量に依存しており、該放出される量は、後燃焼時期が遅くなる程多くなる。従って、本発明の第２の構成によれば、後燃焼の燃焼時期がＮＯＸ放出要求成立時点から段階的に遅角するように構成されることによって、排気中の空燃比がリーンからリッチに移行した初期は、後燃焼時期が早く後燃料が燃焼室内で十分燃焼するため排気中に供給される還元剤量の増加を抑制できる。それによって、排気中の酸素濃度の低下を緩慢にできるので、ＮＯＸ吸収材から多量のＮＯＸが急激に放出されるのを抑制できる。また、その後は、後燃焼の燃焼時期が段階的に遅角されるため、排気中に供給される還元剤量を増加でき、ＮＯＸの還元浄化を効率よく行うことができる。
【００１５】
また、本発明の第３の構成では、上記エンジンがディーゼルエンジンで、上記主燃焼手段は主噴射を圧縮行程上死点付近で複数回に分けて噴射する多段噴射とされ、かつ、上記後燃焼手段による後燃焼時は非後燃焼時に対して、上記多段噴射の噴射回数を減少或いは噴射休止間隔を減少させるように構成されている。
【００１６】
上述のように、後燃焼を行うと後燃料分燃費が悪化する。一方で、主噴射の多段噴射においては、噴射回数、噴射休止間隔を適切に設定することによって燃費が向上することが知られている。（例えば、特開２００１−０５５９５０号公報参照）例えば、噴射回数については、２分割噴射の時は３分割噴射に対して燃費率が大きく、噴射休止間隔については、噴射休止間隔が短い時は長い時に対して燃費率が大きい。従って、本発明の第５の構成によれば、後燃焼時は、非後燃焼時に対して多段噴射の噴射回数を減少させる、或いは噴射休止間隔を短くすることによって、後燃焼に伴う燃費悪化を抑制することができる。
【００１７】
また、本発明の第４の構成では、コンピュータを含むハードウェア資源に組込まれるコンピュータ・プログラムが提供され、該コンピュータ・プログラムが、圧縮上死点付近までの所定の時期に燃料噴射弁により直接燃焼室内に主燃料を噴射し、該主燃料に基づいて少なくとも膨張行程前半において要求トルクを発生する主燃焼を行う主燃焼手順と、ＮＯＸ吸収材からのＮＯＸ放出要求時、上記主燃焼の略終了直後に燃焼が開始されるよう、上記主燃料の噴射後、膨張行程前半の所定の時期に燃料噴射弁により直接燃焼室内に後燃料を噴射するとともに、後燃料量を、ＮＯＸ放出要求成立時点から所定期間が経過するまでの間、時間の経過と共に段階的に増量する後燃焼手順とを、
上記ハードウエア資源に実行させるように構成されている。
【００１８】
本発明の第４の構成によれば、ＮＯＸ吸収材からのＮＯＸ放出要求時、主燃焼の略終了時期を基準として後燃焼時期が設定されるため、エンジンの燃焼室内に存在する炭素と周辺の酸素とがよく混合された状態で、後噴射された後燃料が上記炭素と共に燃焼するため、炭素の凝縮体からなる煤の排出量が効果的に低減できる。
【００１９】
また、後燃料量をＮＯＸ放出要求成立時点から段階的に増量することによって、排気中の酸素濃度の低下を緩慢にでき、排気中の空燃比がリーンからリッチに移行した初期ＮＯＸ吸収材からのＮＯＸの放出を緩慢にできるので、ＮＯＸ浄化率が低下するのを抑制できる。
【００２０】
本発明の第５の構成では、コンピュータを含むハードウェア資源に組込まれるコンピュータ・プログラムが提供され、該コンピュータ・プログラムが、圧縮上死点付近までの所定の時期に燃料噴射弁により直接燃焼室内に主燃料を噴射し、該主燃料に基づいて少なくとも膨張行程前半において要求トルクを発生する主燃焼を行う主燃焼手順と、
ＮＯＸ吸収材からのＮＯＸ放出要求時、上記主燃焼の略終了直後に燃焼が開始されるよう、上記主燃料の噴射後、膨張行程前半の所定の時期に燃料噴射弁により直接燃焼室内に後燃料を噴射するとともに、該後燃焼の燃焼時期を、ＮＯＸ放出要求成立時点から所定期間が経過するまでの間、上記主燃焼の略終了時期に対して時間の経過と共に段階的に遅角させる後燃焼手順とを、
上記ハードウェア資源に実行させるように構成してある。
【００２１】
本発明の第５の構成によれば、ＮＯＸ吸収材からのＮＯＸ放出要求時、主燃焼の略終了時期を基準として後燃焼時期が設定されるため、エンジンの燃焼室内に存在する炭素と周辺の酸素とがよく混合された状態で、後噴射された後燃料が上記炭素と共に燃焼するため、炭素の凝縮体からなる煤の排出量が効果的に低減できる。
【００２２】
また、後燃焼の燃焼時期がＮＯＸ放出要求成立時点から段階的に遅角するように構成されることによって、排気中の空燃比がリーンからリッチに移行した初期は、後燃焼時期が早く後燃料が燃焼室内で十分燃焼するため排気中に供給される還元剤量の増加を抑制できる。それによって、排気中の酸素濃度の低下を緩慢にできるので、ＮＯＸ吸収材から多量のＮＯＸが急激に放出されるのを抑制できる。また、その後は、後燃焼の燃焼時期が段階的に遅角されるため、排気中に供給される還元剤量を増加でき、ＮＯＸの還元浄化を効率よく行うことができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、ＮＯＸ吸収材からのＮＯＸ放出時、煤の発生を抑制しつつ多量のＮＯＸが急激に放出されるのを抑制できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
図１は本発明の実施形態に係る自動車用ディーゼルエンジンの全体図である。図１において、１はエンジン本体で、複数の気筒２（図には一つの気筒のみを示す）を有し、各気筒２内にはピストン３が往復動可能に嵌挿され、このピストン３によって各気筒２内に燃焼室４が区画されている。そして、各気筒２の燃焼室４には、上面略中央には燃料噴射弁５が配設され、それら燃料噴射弁５から燃料が所定のタイミングで各気筒２の燃焼室４内に直接噴射されるようになっている。また、エンジン本体１のウォータージャケット（図示せず）に臨む位置に、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ１８が設けられている。
【００２６】
上記燃料噴射弁５は高圧の燃料を蓄える共通のコモンレール（畜圧室）６に接続され、そのコモンレール６には内部の燃圧を（コモンレール圧）を検出する圧力センサ６ａが配設されるとともに、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、燃料の供給圧力を制御することにより、上記圧力センサ６ａにより検出されたコモンレール６内の燃圧を、例えば、エンジンのアイドル運転時に約２０ＭＰａ以上に保持し、それ以外の運転時には５０ＭＰａ以上に保持するように作動する。
【００２７】
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が設けられている。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た電磁ピックアップとからなり、こ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。
【００２８】
上記エンジン本体１に接続された吸気通路１０の下流部には、図示を省略したサージタンクを介して各気筒２毎の分岐部に分岐し、それらの分岐部がそれぞれ吸気ポートを介して各気筒２の燃焼室４に接続されている。また、吸気通路１０には各気筒２に供給される吸気圧力を検出する吸気圧センサ１０ａが設けられている。
【００２９】
上記吸気通路１０には、その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により駆動される吸気を圧縮するブロア１２と、このブロア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１４とがそれぞれ設けられている。
【００３０】
上記吸気絞り弁１４は、全閉状態でも吸気が流通可能なように切り欠き部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、弁の開度が調整されるようになっている。また、上記吸気絞り弁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。
【００３１】
また、エンジン本体１に接続された排気通路２０の上流部は、各気筒２毎の分岐部に分岐し、それらの分岐部がそれぞれ排気ポートを介して各気筒２の燃焼室４に接続されている。そして、排気通路２０には、その上流側から下流側に向かって順に、排気流により回転されるタービン２１と、排気ガス中のＮＯＸを浄化するＮＯＸ吸収材２２と、このＮＯＸ吸収材２２付近の排気ガス温度を検出する温度センサ１９とが配設されている。尚、この温度センサ１９に基づいてＮＯＸ吸収材２２の温度を推定する。
【００３２】
上記ＮＯＸ吸収材２２は、排気の流れ方向に沿って互いに平行に延びる多数の貫通孔を有するハニカム構造に形成されたコージェライト製担体を備え、その各貫通孔壁面に触媒層を２層に形成したものである。具体的には、内側触媒層には白金等の貴金属とＮＯＸ吸収材であるバリウムとが、多孔質材料であるアルミナやセリアをサポート材として担持しており、一方、外側触媒層には白金、ロジウム及びバリウムとが多孔質材料であるゼオライトをサポート材として担持している。このＮＯＸ吸収材２２は、排気中の酸素濃度が高い時、即ち燃焼室４の空燃比がリーンな状態の時にＮＯＸを吸収する一方、燃焼室４の空燃比が理論空燃比付近か又はそれよりもリッチな状態になって排気中の酸素濃度が低下すると、吸収していたＮＯＸを放出して還元浄化する吸収還元タイプのものである。ここで、バリウムによるＮＯＸの吸収及び放出作用は温度状態に依存し、約２５０℃〜約４００℃の温度範囲ではＮＯＸ浄化率が高くなるものの、それよりも高くても、低くてもＮＯＸ浄化率は低下する。
【００３３】
また、吸気通路１０に配設された上記ブロア１２と、排気通路２０に配設された上記タービン２１とで、ターボ過給機２５が構成されている。このターボ過給機２５は、排気通路２０のノズル断面積が変化する構成のバリアブルジオメトリーターボ（ＶＧＴ）からなるターボ過給機で、そのノズル断面積を変化させるためのダイヤフラム式アクチュエータ３０と、このダイヤフラム式アクチュエータ３０の負圧を制御するための電磁弁３１とが設けられている。
【００３４】
上記排気通路２０には、排気ガスの一部を吸気に還流させる排気還流通路（以下ＥＧＲ通路という）２３が、タービン２１の上流側において接続されている。そして、そのＥＧＲ通路２３は、下流端が吸気絞り弁１４よりも下流側の吸気通路１０に接続されている。また、そのＥＧＲ通路２３には下流側に、弁開度が調節可能に構成された負圧作動式の排気還流量調節弁（以下ＥＧＲ弁という）２４が配置されている。
【００３５】
上記ＥＧＲ弁２４は、弁本体が図示を省略したスプリングによって閉方向に付勢されるとともに、ダイヤフラム式アクチュエータ２４ａにより開方向に駆動されることにより、ＥＧＲ通路２３の開度をリニアに調整するように構成されている。すなわち、上記ダイヤフラム式アクチュエータ２４ａには、負圧通路２７が接続されるとともに、この負圧通路２７が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に接続されている。そして、上記電磁弁２８が負圧通路２７を連通または遮断することにより、ＥＧＲ弁駆動用の負圧が調節されてＥＧＲ弁２４が開閉駆動されるようになっている。また、上記ＥＧＲ弁２４の設置位置には、その弁本体の位置を検出するリフトセンサ２６が設けられている。
【００３６】
上記燃料噴射弁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、後述するエンジンコントロールユニット（Engine Control Unit：以下ＥＣＵという）３５内のメモリに記憶されたコンピュータ・プログラムに基づいて作動するように構成されている。そのため、このＥＣＵ３５には、上記圧力センサ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、水温センサ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、運転者によって操作されるアクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ３２との出力信号が入力される。
【００３７】
上記ＥＣＵ３５は、エンジンの運転状態に応じて上記燃料噴射弁５から主噴射される燃料の噴射状態を制御する主噴射制御手段４０と、主噴射後、膨張行程の前半の所定時期に上記燃料噴射弁５から燃料を後噴射するように制御する後噴射制御手段４１と、エンジンの運転状態に応じて上記ＥＧＲ弁を駆動して排気還流量を制御する排気還流量制御手段３９とを有している。
【００３８】
本実施形態では、上記主噴射制御手段４０及び後噴射制御手段４１によって以下の制御が行なわれる。
主燃焼の略終了直後に後燃焼が開始されるよう、後燃料の噴射時期が運転状態に基づいて制御される。
後燃料の噴射時期がＮＯＸ放出要求成立時点から段階的に遅角制御される。
後噴射量がＮＯＸ放出要求成立時点から段階的に増量制御される。
ＮＯＸ放出要求に伴う後噴射時、各気筒での１燃焼サイクルで噴射される主噴射を複数回に分割して噴射するとともに、主噴射の噴射回数が減少或いは噴射休止間隔が減少される。
ＮＯＸ吸収材２２温度が低い時、各気筒での１燃焼サイクルで噴射される主噴射を複数回に分割して噴射するとともに、主噴射の噴射回数が増加或いは噴射休止間隔が増加される。
ＮＯＸ吸収材２２温度が低い時、ＮＯＸ放出非要求時であっても後噴射が実行されるとともに、該後噴射時期がＮＯＸ放出要求時に対して進角される。
【００３９】
以下、各制御（１）〜（６）について、説明する。
【００４０】
（１）主燃焼の略終了直後に後燃焼が開始されるよう、後燃料の噴射時期を運転状態に基づいて制御。
【００４１】
このディーゼルエンジンは、燃料の主噴射後の所定時期に後噴射を行うことで、上記主噴射により発生した煤を低減することが可能である。この場合、燃焼室４から排出される煤の量が多い傾向にある運転状態、例えばエンジン負荷が中負荷以上の運転状態、あるいはエンジン回転数が２０００ｒｐｍ程度の中回転数以上の運転状態にある場合や、排気通路２０にディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）が設置されたエンジンにあっては、このＤＰＦが３００°Ｃ以下の低温状態にあることに起因してその浄化機能が低い場合に、燃料の主噴射による拡散燃料が終了した時点を基準にして設定された所定時期（エンジン回転数が１５００ｒｐｍ以上の運転状態では、圧縮行程上死点後の３０°〜６０°ＣＡの時期）に、燃料の後噴射を行うことにより、上記煤の排出を低減することができる。
これは、上記拡散燃焼の終了時点で燃焼室４内に存在する煤と酸素との混合が促進され、着火し易い状態で、燃料が後噴射されることによる燃焼が始まるため、煤の発生を低減することができるためである。
【００４２】
上記主噴射とは、エンジンの要求出力に相当する噴射量か、それ以上の量を、吸気行程から膨張行程初期までの所定時期に行う燃料噴射であり、この主噴射された燃料の全部または一部が拡散燃焼すると煤が発生するので、この煤を低減するために上記燃料の後噴射が行われる。この場合、圧縮行程状死点付近から膨張行程の初期にかけての所定時期に燃料を主噴射すれば、軽負荷状態以外では全て拡散燃料となり、軽負荷状態では予混合燃焼と拡散燃焼との両方が行われる。
【００４３】
また、吸気行程から圧縮行程上死点前の間に燃料を主噴射すると、予混合燃焼が主体となり、この燃焼によっては煤が発生することはないが、燃焼室壁面に付着した燃料が圧縮行程上死点付近で着火することにより拡散燃焼が行われて煤が発生することがあり、このような場合においても、上記燃料の後噴射を行うことで煤を低減することができる。
【００４４】
なお、上記燃料の主噴射は、吸気行程から圧縮行程上死点までの間の所定時期と、圧縮行程上死点付近から膨張行程初期までの間の所定時期との少なくとも二以下に分けて噴射する場合も含むものである。
【００４５】
ここで、拡散燃焼の終了時期について詳細に説明する。この拡散燃焼は、熱発生率に基づいて求められ、「内燃機関講義」（出版社株式会社養賢堂、著者長尾不二夫）によれば、上記熱発生率は下記式（１）に示すように表される。
【００４６】
ｄＱ／ｄθ＝［Ａ／（Ｋ（θ）−１）］×［Ｖ（θ）・（ｄＰ（θ）／ｄθ）
＋Ｋ（θ）・Ｐ（θ）・（ｄＶ（θ）／ｄθ）］…（１）
ここで、Ａは熱の仕事当量、Ｋ（θ）は比熱比、Ｖ（θ）は行程容積、Ｐ（θ）は筒内圧力、θはクランク角である。
【００４７】
小野測器株式会社製の燃焼解析装置ＣＢ５６６のマニュアルによれば、上記比熱比Ｋ（θ）は、下記式（２）〜（５）に基づいて表される。
【００４８】
Ｋ（θ）＝Ｃｐ／Ｃｖ…（２）
Ｃｐ＝ａｐ＋ｂ・（Ｔ（θ）／１００）＋ｃ・（Ｔ（θ）／１００）・２＋ｄ・（１００ ／Ｔ（θ））…（３）
Ｃｖ＝Ｃｐ−（Ａ・Ｒｏ）／Ｍ…（４）
Ｔ（θ）＝（Ｐ（θ）・Ｖ（θ）／２９．２７）・Ｇ…（５）
ここで、Ｃｐは定圧比熱、Ｃｖは定容比熱、Ｒｏはガス定数、Ｍは空気の分子量、Ｔ（θ）はガス温度、Ｇはガス重量、ａｐ，ｂ，ｃ，ｄはその他の定数である。
【００４９】
上記式（２）〜（５）より、式（１）で示す熱発生率ｄＱ／ｄθは、筒内圧力Ｐ（θ）と、行程容積Ｖ（θ）との関数ｆ（Ｐ（θ），Ｖ（θ））になる。また、上記行程容積Ｖ（θ）を、ボア径ＢおよびストロークＳに基づいて表すと、下記式（６）に示すようになるめ、上記熱発生率ｄＱ／ｄθは、下記式（７）に示すようになる。
【００５０】
Ｖ（θ）＝（π・Ｂ2Ｓ／８）・（１−ｃｏｓθ）…（６）
ｄＱ／ｄθ＝［ｆ（Ｐ（θ＋△θ），Ｖ（θ＋△θ））−ｆ（Ｐ（θ），Ｖ（θ））］／△θ…（７）
したがって、クランク角毎の筒内圧力データがあれば、これに基づいて上記熱発生率を計算することができる。このようにして求めた熱発生率を図示すると、図２（ａ）〜（ｃ）に示すようになり、燃料の主噴射による燃焼に応じて熱発生率が正の方向に大きな値を示した後、上記拡散燃焼の終了に応じて熱発生率が０となるため、この熱発生率が略０となる時点ｔ１に基づき、上記拡散燃焼の終了時点が求められる。
【００５１】
本実施形態では、通常時は、上記のようにして予め求められた時点ｔ１の近傍で、後噴射による燃焼が開始されるように、運転状態に基づいて予め設定された着火遅れ時間（例えば０．４ｍｓ〜０．７ｍｓ程度の時間）を考慮して、上記時点ｔ１よりも上記着火遅れ時間に相当する分だけ、後噴射時期が早くなるように設定されている。
【００５２】
なお、上記着火遅れ時間は、エンジンの排気量および燃料の噴射圧力に応じて変化するが、１０００ｃｃ〜３０００ｃｃクラスのエンジンで、噴射圧力が５０ＭＰａ〜２００ＭＰａの場合には、０．４ｍｓ〜０．７ｍｓ程度となる。また、上記着火遅れ時間は、圧縮行程上死点で行われる主噴射の着火遅れ時間（０．１ｍｓ〜０．３ｍｓ）よりも長く、これは圧縮行程上死点後の筒内温度が比較的低いときに、上記後噴射が行われるためである。
【００５３】
また、燃料噴射弁に対する噴射駆動信号の出力タイミングとしては、上記の着火遅れ時間に、さらに噴射弁開閉信号の出力時点から実際の噴射が開始されるまでの間の無効時間（駆動遅れ時間）も考慮されたものがＥＣＵ３５に記憶されている。
【００５４】
例えばエンジン回転数が２０００ｒｐｍに制御されるとともに、平均有効圧力Ｐｅが０．５７Ｍｐａに制御されたエンジンの中負荷中回転時に、圧縮工程上死点付近で燃料を主噴射した場合における燃焼室内の熱発生率を、クランク角に対応したシリンダ内の圧力変化と、シリンダの容積変化とに基づき、熱力学的に計算してグラフ化すると、図２（ｂ）に示すように、上記主噴射時点ｔ０から０．１ｍｓ程度の遅れ時間Ｔｍが経過した後に、主噴射された燃料が予混合燃焼することによる熱発生Ｙと、略同程度の拡散燃焼による熱発生Ｋが生じるとともに、圧縮行程上死点後の３５°（ＣＡ）程度の時点ｔｆより、０．６ｍｓ遅れた時点ｔ１で上記拡散燃焼が終了することが確認された。
【００５５】
したがって、上記圧縮行程上死点後の３５°（ＣＡ）程度の時点ｔｆで燃料の後噴射を行うことにより、この後噴射された燃料を上記拡散燃焼の終了時点ｔ１で燃焼させることができる。つまり、上記時点ｔｆで後噴射された燃料が、約０．６ｍｓ程度の着火遅れ時間（Ｔｆ）が経過した時点ｔ１で、燃焼し始めて熱発生量Ｎが増大することになる。
【００５６】
これに対してエンジン回転数が２５００ｒｐｍに制御されるとともに、平均有効圧力Ｐｅが０．９ＭＰａに制御されたエンジンに高負荷高回転時には、図２（ｃ）に示すように、上記燃料の予混合燃焼の熱発生Ｙに比べて、かなりの長期間に亘り拡散燃焼による熱発生Ｋが生じ、この拡散燃焼が圧縮工程上死点後の４７°（ＣＡ）程度より０．７ｍｓ遅れたかなり遅い時点ｔ１で終了する傾向があるため、上記圧縮行程上死点後の４７°（ＣＡ）程度の時点ｔｆで、燃料の後噴射を行うことにより、この後噴射された燃料を上記拡散燃焼の終了時点ｔ１で燃焼させることができる。
【００５７】
なお、エンジン回転数が１５００ｒｐｍに制御されるとともに、平均有効圧力Ｐｅが０．３ＭＰａに制御されたエンジンの低負荷低回転時には、図２（ａ）に示すように、燃料の予混合燃焼と拡散燃焼とを熱発生状態によって区別することは困難であるが、圧縮行程上死点後の３０°（ＣＡ）程度より約０．５ｍｓ遅れた比較的に早い時点ｔ１で、上記拡散燃焼が終了して熱発生率が０となるため、上記圧縮行程上死点後の３０°（ＣＡ）程度の時点ｔｆで、燃料の後噴射を行うことにより、この後噴射された燃料を上記拡散燃焼の終了時点ｔ１で燃焼させることができる。
【００５８】
次に、上記拡散燃焼の終了時期を基準にして燃料の後噴射時期を設定することによる煤の低減効果について説明する。すなわち、エンジン回転数が１５００ｒｐｍに制御されるとともに、平均有効圧力Ｐｅが０．３ＭＰａに制御されたエンジンの低負荷低回転時において、燃料の主噴射後に、燃料の後噴射時期を種々に変化させて煤の発生量を測定する実験を行ったところ、図３（ａ）に示すように、燃料の主噴射後で、拡散燃焼の終了時点ｔ１より上記着火遅れ時間に相当する時間だけ進角させた時点ｔｆであると考えられる圧縮行程上死点後の３０°（ＣＡ）以降に、燃料の後噴射時期を設定した場合に、煤の発生量が顕著に低減されることが確認された。
【００５９】
また、同様にエンジン回転数が２０００ｒｐｍに制御されるとともに、平均有効圧力Ｐｅが０．５７ＭＰａに制御されたエンジンの中負荷中回転時に、燃料の主噴射後に、燃料の後噴射時期を種々に変化させて煤の発生量を測定する実験を行ったところ、図３（ｂ）に示すように、燃料の主噴射後で、拡散燃焼の終了時点ｔ１より上記着火遅れ時間に相当する時間だけ進角させた時点ｔｆであると考えられる圧縮行程上死点後の３５°（ＣＡ）以降に燃料の後噴射時期を設定した場合に、煤の発生量が顕著に低減されることが確認された。
【００６０】
さらに、エンジン回転数が２５００ｒｐｍに制御されるとともに、平均有効圧力Ｐｅが０．９ＭＰａに制御されたエンジンの高負荷高回転時において、燃料の主噴射後に、燃料の後噴射時期を種々に変化させて煤の発生量を測定する実験を行ったところ、図３（ｃ）に示すように、燃料の主噴射後で、拡散燃焼の終了時点ｔ１の近傍より上記着火遅れ時間に相当する時間だけ進角させた時点ｔｆであると考えられる圧縮行程上死点後の４７°（ＣＡ）以降に燃料の後噴射時期を設定した場合に、煤の発生量が顕著に低減されることが確認された。なお、上記各実験例では、エンジン負荷を一定に設定するとともに、燃料の主噴射量に対する後噴射量の比率を２０％に設定した。
【００６１】
尚、上記図３（ａ）〜（ｃ）において、後噴射時期が０°（ＣＡ）の場合は、燃料の後噴射を実行することなく、主噴射のみを実行したときのデータを示している。
【００６２】
また、エンジン回転数が１５００ｒｐｍに制御されるとともに、平均有効圧力Ｐｅが０・３ＭＰａに制御されたエンジンの低負荷低回転時に、燃料の主噴射による拡散燃焼の終了時点ｔ１の近傍より上記着火遅れ時間に相当する時間だけ進角させた時点ｔｆであると考えられる圧縮行程上死点後（ＡＴＤＣ）の３０°（ＣＡ）の時点で、燃料の後噴射を行い、燃料の主噴射量に対する後噴射量の比率（Ｐ／Ｔ）を１０％〜４５％の範囲内で種々に変化させて煤の発生量を測定する実験を行ったところ、図４（ａ）の実線で示すように、上記後噴射量の比率（Ｐ／Ｔ）の増大に応じて煤発生量が減少した。これに対して上記時点ｔｆよりも前であると考えられる圧縮行程上死点後（ＡＴＤＣ）の８°（ＣＡ）の時点で、燃料の後噴射を行った場合には、図４（ａ）の破線で示すように、上記後噴射量の比率（Ｐ／Ｔ）の増大に応じて煤の発生量が増加した。
【００６３】
さらに、エンジン回転数が２０００ｒｐｍに制御されるとともに、平均有効圧力Ｐｅが０．５７ＭＰａに制御されたエンジンの中負荷中回転時に、燃料の主噴射による拡散燃焼の終了時点ｔ１の近傍より上記着火遅れ時間に相当する時間だけ進角させた時点ｔｆであると考えられる圧縮行程上死点後（ＡＴＤＣ）の３５°（ＣＡ）の時点および上記時点ｔｆよりも前であると考えられる圧縮行程上死点後（ＡＴＤＣ）の２０°（ＣＡ）の時点で、燃料を後噴射して煤の発生量を測定する実験を行い、かつエンジン回転数が２５００ｒｐｍに制御されるとともに、平均有効圧力Ｐｅが０．９ＭＰａに制御された高負荷高回転時に、燃料の主噴射による拡散燃焼の終了時点ｔ１より上記着火遅れ時間に相当する時間だけ進角させた時点ｔｆ以降であると考えられる圧縮行程上死点後（ＡＴＤＣ）の４８°（ＣＡ）の時点および上記時点ｔｆよりも前であると考えられる圧縮行程上死点（ＡＴＤＣ）の２０°（ＣＡ）の時点で、燃料を後噴射して煤の発生量を測定する実験を行った場合においても、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、上記低負荷低回転時と同様のデータが得られた。
【００６４】
上記実験データから、上記燃料の主噴射により燃焼室４内で発生した拡散燃焼の終了時点を基準にして燃料の後噴射時期を設定し、上記拡散燃焼の終了時点、またはその前後近傍に後噴射された燃料を着火させることにより、拡散燃焼の終了に応じてエンジンの燃焼室４内に存在する炭素と酸素とを充分に混合した状態で、燃料の後噴射により炭素を効果的に燃焼させることができ、燃焼室４内から排気通路２０に導出される煤の排出量を低減できることがわかる。
【００６５】
上記拡散燃焼の終了時点は、エンジンの負荷および回転数等に応じ、負荷が大きくなる程、或いは回転数が大きくなる程主噴射終了時期からの期間が長くなるように変化するため、例えば上記図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、拡散燃焼による熱発生率が０となる時点ｔ１を、エンジンの運転状態において行った種々の実験データに基づいてマップ化し、このマップから読み出すことにより設定することができる。
【００６６】
また、燃焼室４内の温度を検出する温度センサの検出信号、燃焼光センサの検出信号、または燃焼室４内に存在する電荷が偏った反応性の高い水素や炭化水素等の量を検出するセンサの検出信号等に応じて上記拡散燃焼状態を判別する燃焼状態判別手段を設け、この燃焼状態判別手段において、燃料の主噴射後の温度が所定温度以下の低温となった否か、燃焼光の発光がなくなったか否か、または水素や炭化水素の量が急減したか否か等を判別することにより、上記拡散燃焼の終了時点を求め、この時点を基準にして次の燃焼サイクルにおける燃料の後噴射時期を設定するように構成してもよい。さらに、温度センサによって検出された気筒内温度から断熱膨張温度を減算した値の微分値を求め、この微分値がーの値から０になった時点を検出することによって上記拡散燃焼の終了時期を判別するようにしてもよい。
【００６７】
上記のように、エンジンの各運転状態に基づいて判別された拡散燃焼の終了時点に基づき、この拡散燃焼の終了時点付近（クランク角にして±５°）の時期、好ましくは上記拡散燃焼の終了直後に後噴射による燃焼が開始されるように、それぞれの運転状態の応じて燃料の後噴射の開始時期を設定するように構成することにより、エンジンの運転状態に対応した最適時期に燃料を後噴射して上記煤の排出量を効果的に低減することができる。
【００６８】
尚、排気ガスにより駆動されて吸気を過給するターボ過給機２５を備えたディーゼルエンジンでは、上記のように燃料の主噴射後に所定量の燃料が後噴射されると、排気ガス圧力が上昇して上記ターボ過給機２５の過給作用が高められる。この結果、燃焼室４内に導入される新気量が増大されることにより、燃焼室４内に残存する炭素の燃焼が促進されて煤の発生が効果的に抑制されるという効果が得られる。そして、上記ターボ過給機２５の過給作用により吸入空気量が増大すると、上記主噴射された燃料の拡散燃焼の終了時期が早くなる傾向があるので、この拡散燃焼の終了時期に対応させて上記燃料の後噴射時期を補正することにより、煤の発生を効果的に抑制して排気通路２０に導出される煤の導出量を、より低減することができる。
【００６９】
更には、上記ターボ過給機２５を備えたディーゼルエンジンにおいて、排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気ガス還流手段３３を設けるとともに、上記ＥＣＵ３５に設けられた排気還流制御手段３９により排気ガスの還流率が目標値となるようにフィードバック制御するように構成した場合には、上記ターボ過給機２５の過給作用に応じて吸入空気量が増大すると、これに対応して吸気系に還流される排気ガスが増量されるため、燃焼室４内から排気通路２０に導出されるＮＯｘ量が、さらに効果的に低減されるという利点がある。
【００７０】
（２）後燃料の噴射時期をＮＯＸ放出要求成立時点から段階的に遅角制御。後噴射時期とＨＣ量との関係については、エンジンの低負荷低回転時には、図５（ａ）に示すように、後噴射時期が圧縮行程上死点後の３０°（ＣＡ）付近までの設定では、ＨＣの生成量が顕著に増加することはなく、中負荷中回転時には、図５（ｂ）に示すように、圧縮行程上死点後の３５°（ＣＡ）付近までは、ＨＣの生成量が顕著の増加することはなく、さらに、高負荷高回転時には、図５（ｃ）に示すように、圧縮行程上死点後の４５°（ＣＡ）付近までは、ＨＣの生成量が顕著に増加することはないことが確認された。
【００７１】
つまり、図５に示されるとおり、各運転領域毎に決まるＨＣの生成量が顕著になる後噴射時期を中心として、後噴射時期を進めるとＨＣの生成量が低下し、逆に、後噴射時期を遅くするとＨＣの生成量が増加する。
【００７２】
本実施形態では、この図５に記載の特性を利用して還元剤としてのＨＣ量を調整している。
【００７３】
具体的には、ＮＯＸ吸収材からのＮＯＸ放出要求成立時点では、まず、後噴射時期を各運転領域毎に決まるＨＣの生成量が顕著になる後噴射時期よりも進角してＨＣ量を低減することにより、排気ガス中の酸素濃度の急激な低下を抑制できるとともに、その後は、後噴射時期を各運転領域毎に決まるＨＣの生成量が顕著になる後噴射時期よりも段階的に遅角してＨＣ量を増加することにより、還元剤量が増加してＮＯＸ浄化率を向上できる。
【００７４】
（３）後燃料をＮＯＸ放出要求成立時点から段階的に増量制御。
【００７５】
本実施形態では、ＮＯＸ吸収材からのＮＯＸ放出要求成立時点では、まず、後燃料量を比較的少なく設定して還元剤量を低減することにより排気ガス中の酸素濃度の急激な低下を抑制するとともに、その後は、後燃料量を段階的に増量して還元剤量を増加することによりＮＯＸ浄化率を向上できる。
【００７６】
（４）ＮＯＸ放出要求に伴う後噴射時、各気筒での１燃焼サイクルで噴射される主噴射を複数回に分割して噴射するとともに、主噴射の噴射回数を減少或いは噴射休止間隔を減少制御。
【００７７】
ディーゼルエンジンにおける主噴射の多段噴射においては、噴射回数、噴射休止間隔を適切に設定することによって燃費が向上することが知られており、この点については、例えば、特開２００１−０５５９５０号公報に開示されている。具体的には、噴射回数については、２分割噴射の時は３分割噴射の時に対して燃費率が大きく、噴射休止間隔については、噴射休止間隔が短い時は長い時に対して燃費率が大きくなる。
【００７８】
従って、本実施形態では、主噴射を多段に分割して噴射するともに、ＮＯＸ放出要求に伴う後噴射時は、ＮＯＸ放出非要求時に対して主噴射の分割噴射回数を減少、或いは分割噴射回数は同一でも各主噴射間の噴射休止間隔を減少させることにより燃費の悪化を抑制できる。
【００７９】
（５）ＮＯＸ吸収材２２温度が低い時、各気筒での１燃焼サイクルで噴射される主噴射を複数回に分割して噴射するとともに、主噴射の噴射回数を増加或いは噴射休止間隔を増加制御。
【００８０】
ディーゼルエンジンにおける主噴射の多段噴射においては、噴射回数、噴射休止間隔を適切に設定することによって排気ガス温度を昇温できることが知られており、この点については、例えば、特開２００１−０５５９５０号公報に開示されている。具体的には、噴射回数については、３分割噴射の時は２分割噴射の時に対して排気ガス温度が上昇し、噴射休止間隔については、噴射休止間隔が長い時は短い時に対して排気ガス温度が上昇する。
【００８１】
従って、本実施形態では、主噴射を多段に分割して噴射するともに、ＮＯＸ吸収材２２温度が低い時は、ＮＯＸ放出非要求時であっても、後燃焼を実行させるとともに、主噴射の分割噴射回数を増加、或いは分割噴射回数は同一でも各主噴射間の噴射休止間隔を増加させることにより、排気ガス温度の昇温が図れ、ＮＯＸ吸収材２２温度の昇温効果を向上できる。
【００８２】
（６）ＮＯＸ吸収材２２温度が低い時、ＮＯＸ放出非要求時であっても後噴射を実行するとともに、該後噴射時期をＮＯＸ放出要求時に対して進角制御。
【００８３】
後噴射時期と排気ガス温度との関係については、エンジン回転数が２０００ｒｐｍに制御されるとともに、平均有効圧力が０．５ＭＰａに制御されたエンジンの中負荷中回転時に、後噴射時期、後噴射量を種々に変化させて排気ガス温度を測定する実験を行ったところ、図６に示すように、後噴射時期が、主燃焼の終了時期と略一致する圧縮上死点後３５°（ＣＡ）付近で最も排気ガス温度が高くなり、そのクランク角よりも遅くなると緩やかに排気ガス温度が低下することが確認された。
【００８４】
従って、本実施形態では、ＮＯＸ吸収材２２温度が低い時は非ＮＯＸ放出要求時であっても後噴射を実行させるとともに、該後噴射時期をＮＯＸ放出要求時に対して主燃焼の終了時期に近づくよう進角させることにより、排気ガス温度を高いＮＯＸが得られるＮＯＸ浄化温度域まで上昇でき、ＮＯＸ吸収材２２のＮＯＸ浄化率悪化を抑制できる。
【００８５】
以下、図７〜図１０に基づいて本実施形態の具体的制御を説明する。
【００８６】
まず、図７のステップＳ１で各種データを入力し、ステップＳ２でエンジンの目標トルクＴｒを設定する。目標トルクＴｒは、例えば、エンジン回転数とアクセル開度とのマップに基づいて設定される。
【００８７】
次に、ステップＳ３では、運転状態に応じた基本主噴射量Ｑｍｂ、基本主噴射時期Ｉｍｂ及び基本後噴射量Ｑｐｂを設定する。基本主噴射量Ｑｍｂ、基本主噴射時期Ｉｍｂは、目標トルクＴｒとエンジン回転数とのマップに基づいて設定されている。また、基本後噴射量Ｑｐｂは、目標トルクＴｒとエンジン回転数との基本後噴射量供給マップに基づいて設定されており、煤の発生量が増加する高回転或いは高負荷領域の時のみ固定量として設定され、煤の発生量が少ないその他の領域についてはその量が０に設定される。尚、煤の発生量が少ないその他の領域については、燃費向上のため基本後噴射量Ｑｐｂを０に設定したが、基本後噴射量Ｑｐｂを０よりも大きく設定し、更なる煤低減の向上を図るようにしてもよい。また、煤の発生量が増加する高回転或いは高負荷領域については、基本後噴射量Ｑｐｂを固定量に設定したが、目標トルクＴｒ、エンジン回転数が大きくなる程増量されるように設定してもよい。
【００８８】
ステップＳ４では、ＮＯＸ吸収材２２温度Ｔｃａｔｅを推定し、続くステップＳ５では、ＮＯＸ吸収材２２に吸収されているＮＯＸ量ＮＯｅを推定する。ＮＯＸ吸収材２２温度Ｔｃａｔｅは、温度センサ１９により検出された排気ガス温度に基づいて推定或いは、燃料噴射量やエンジン回転数等の運転状態に基づいて実験的に設定されている温度データに基づいて推定される。また、ＮＯＸ量ＮＯｅは、空燃比がリーン運転されている時、燃料噴射量、エンジン回転数及び推定されたＮＯＸ吸収材２２温度Ｔｃａｔｅに基づいて瞬時吸収ＮＯＸ量が求められ、その瞬時吸収ＮＯＸ量が積算されて求められる。また、空燃比が理論空燃比或いは理論空燃比よりもリッチ運転されている時、燃料噴射量、エンジン回転数及び推定されたＮＯＸ吸収材２２温度Ｔｃａｔｅに基づいて瞬時放出ＮＯＸ量が求められ、その瞬時放出ＮＯＸ量が上記リーン運転中に推定された推定ＮＯＸ量ＮＯｅから減
算され残存ＮＯＸ量として求められる。
【００８９】
ステップＳ６では、ステップＳ５で推定されたＮＯＸ量ＮＯｅが許容量ＮＯｏ以上か否か判定する。ステップＳ６でＹＥＳと判定された時は、ステップＳ７に進み、タイマＴをカウント中か否か判定する。ステップＳ７でＮＯと判定された時は、推定されたＮＯＸ量ＮＯｅが許容量ＮＯｏ以下から以上になった状態であるため、以下ステップＳ８〜Ｓ１１においてＮＯＸを放出するための制御量を設定する。ステップＳ８では、主噴射を２段噴射とし、第１主噴射量Ｑｍ１λ、第１主噴射時期Ｉｍ１λ、第２主噴射量Ｑｍ２λ、第２主噴射時期Ｉｍ２λするとともに、該主噴射間隔を通常時（後述のステップＳ２６に該当）に対して短く設定する。また、ステップＳ８では、後噴射量Ｑｐλを再設定、後噴射時期Ｉｐλを設定するとともに、最適後噴射時期Ｉｐｂａを設定する。ここで、最適後噴射時期Ｉｐｂａは、後噴射時期Ｉｐλよりも進角側に設定され、第１主噴射量Ｑｍ１λと第２主噴射量Ｑｍ２λとの２段噴射における主燃焼の終了時期と一致する時点である。尚、主燃焼の終了時点は、図３で述べたとおり、エンジンの運転状態に応じて異なることから、最適後噴射時期Ｉｐｂａはエンジンの運転状態、例えば、エンジン回転数と目標トルクとのマップに予め設定されており、エンジン回転数、目標トルクが大きくなる程最適後噴射時期Ｉｐｂａは圧縮上死点からの遅角量が大きくされる。また、第１主噴射量Ｑｍ１λ、第２主噴射量Ｑｍ２λ及び後噴射量Ｑｐλのトータル噴射量は、空燃比が理論空燃比或いは理論空燃比よりもリッチになるように設定される。
【００９０】
ステップＳ９では、タイマＴ１、空燃比リッチ化終了時期Ｔｅｎを設定する。タイマＴ１は、推定されたＮＯＸ量ＮＯｅが許容量ＮＯｏ以下から以上になった時点から後噴射量をステップＳ３で設定した基本後噴射量ＱｐｂからステップＳ８で設定した後噴射量Ｑｐλまで段階的に増量する期間で、ステップＳ８で設定された第１主噴射量Ｑｍ１λと第２主噴射量Ｑｍ２λとを合計した噴射量と、ステップＳ３で設定した基本主噴射量Ｑｍｂとの差の大きさに基づいて設定される。また、空燃比リッチ化終了時期Ｔｅｎは、上記決定されたタイマＴ１に固定の所定時間、例えば、０．５〜５ｓｅｃを加算した時間に基づいて設定される。
【００９１】
ステップＳ１０では、後噴射量Ｑｐλを段階的に増量するための１回当たりの増量率ΔＱｐ、後噴射時期Ｉｐλを段階的に遅角するための１回当たりの遅角率ΔＩｐを設定する。増量率ΔＱｐは、ステップＳ８で設定した後噴射量ＱｐλとステップＳ３で設定した基本後噴射量Ｑｐｂとの差をステップＳ９で設定したタイマＴ１で除して設定される。遅角率ΔＩｐは、ステップＳ８で設定した後噴射時期Ｉｐλと最適後噴射時期Ｉｐｂａとの差をステップＳ９で設定したタイマＴ１で除して設定される。
【００９２】
ステップＳ１１では、前回の後噴射量ＱｐにステップＳ３で設定した基本後噴射量Ｑｐｂを代入するとともに、前回の後噴射時期Ｉｐａに最適後噴射時期Ｉｐｂａを代入し、続くステップＳ１２に進む。尚、上記ステップＳ７の判定でＹＥＳと判定された時は、既にステップＳ８〜Ｓ１１の処理がなされているので、そのステップＳ８〜Ｓ１１バイパスしてステップＳ１２に進む。
【００９３】
ステップＳ１２では、タイマＴをカウントアップし、ステップＳ１３ではタイマＴがステップＳ９で設定したタイマＴ１よりも小さいか否か判定する。ステップＳ１３でＹＥＳと判定された時は、ステップＳ１４で前回の後噴射量ＱｐにステップＳ１０で設定した増量率ΔＱｐを加算して今回の後噴射量Ｑｐｉを設定し、続くステップＳ１５で前回の後噴射時期ＱｐにステップＳ１０で設定した遅角率ΔＩｐを加算して今回の後噴射時期Ｉｐａｉを設定する。
【００９４】
そして、図８のステップＳ１６では、ステップＳ８で設定された第１主噴射量Ｑｍ１λを第１主噴射時期Ｉｍ１λにおいて噴射し、第２主噴射量Ｑｍ２λを第２主噴射時期Ｉｍ２λにおいて噴射し、かつステップＳ１４で段階的に増量された後噴射量ＱｐｉをステップＳ１５で段階的に遅角された後噴射時期Ｉｐａｉにおいて噴射する。
【００９５】
ステップＳ１３でＮＯと判定された時は、ステップＳ１７に進み、タイマＴがステップＳ９で設定したタイマＴ１よりも大きく、かつステップＳ９で設定した空燃比リッチ化終了時期Ｔｅｎよりも小さいか否か判定する。ステップＳ１４でＹＥＳと判定された時は、ステップＳ１８に進み、今回の後噴射量ＱｐｉにステップＳ８で設定された後噴射量Ｑｐλを設定し、今回の後噴射時期ＩｐａｉにステップＳ８で設定された後噴射時期Ｉｐλを設定する。
【００９６】
そして、続くステップＳ１６では、ステップＳ８で設定された第１主噴射量Ｏｍ１λを第１主噴射時期Ｉｍ１λにおいて噴射し、第２主噴射量Ｏｍ２λを第２主噴射時期Ｉｍ２λにおいて噴射し、かつステップＳ１８で設定された後噴射量ＱｐｉをステップＳ１８で設定された後噴射時期Ｉｐａｉにおいて噴射する。
【００９７】
ステップＳ１７においてＮＯと判定された時は、ステップＳ１９においてタイマＴをクリアして、推定されたＮＯＸ量ＮＯｅをリセットし、図８のステップＳ２０に進む。また、上記ステップＳ６でＮＯと判定された時も、同様にステップ図８のＳ２０に進む。
【００９８】
ステップＳ２０では、ステップＳ４で推定したＮＯＸ吸収材２２温度Ｔｃａｔｅが所定温度Ｔｃａｔｏ以下か否か判定する。ここで、所定温度Ｔｃａｔｏは、ＮＯＸ吸収材２２温度が活性温度（例えば、２００℃）以上ではあるが、ＮＯＸ吸収材２２中に含まれる貴金属（例えば、Ｐｔ）が不活性状態で、ＮＯＸ浄化率が低くなる温度に設定される。
【００９９】
ステップＳ２０でＹＥＳと判定された時は、ステップＳ２１に進み、ＮＯＸ吸収材２２温度を昇温するための主噴射形態を設定する。具体的には、主噴射を３段噴射として、第１主噴射量Ｑｍ１ｂ、第１主噴射時期Ｉｍ１ｂ、第２主噴射量Ｑｍ２ｂ、第２主噴射時期Ｉｍ２ｂ、第３主噴射量Ｑｍ３ｂ、第３主噴射時期Ｉｍ３ｂを設定する。また、各主噴射の噴射休止間隔を５０〜５００μｓに設定する。
尚、３段噴射にする代りに２段噴射とし、各主噴射の噴射休止間隔を３段噴射に対して長くする、例えば、５００〜１０００μｓに設定してもよい。
【０１００】
ステップＳ２２では、ステップＳ２１で３段に分割され、主噴射の噴射終了時期が変更になったのに伴い、その３段噴射による主燃焼の終了時期と一致する時期を最適な後噴射時期Ｉｐｂｂとして設定する。つまり、ここでは主噴射が３段噴射で、かつ主噴射休止間隔が５０〜５００μｓに設定された場合の主燃焼の終了時期と一致する時期を最適な後噴射時期Ｉｐｂｂとして設定する。続く、ステップＳ２３では、ステップＳ２１で設定された３段に分割された主噴射を各噴射時期で噴射するとともに、ステップＳ３では、ステップＳ３設定された基本後噴射量ＱｐｂをステップＳ２２で設定された最適な後噴射時期Ｉｐｂｂにおいて噴射する。これによって、ＮＯＸ吸収材２２の温度を昇温することができる。
【０１０１】
ステップＳ２０でＮＯと判定された時は、ステップＳ２４に進み主噴射を２段噴射として設定し、各主噴射休止間隔を５０〜５００μｓに設定する。
【０１０２】
ステップＳ２５では、後噴射量Ｑｐｂが０に設定されているか否か判定し、ＮＯと判定された時は、ステップＳ２６に進み、ステップＳ２４で設定された２段噴射に応じて、その２段噴射による主燃焼の終了時期と一致する時期を最適な後噴射時期Ｉｐｂｃとして設定する。つまり、ここでは主噴射が２段噴射で、かつ主噴射休止間隔が５０〜５００μｓに設定された場合の主燃焼の終了時期と一致する時期を最適な後噴射時期Ｉｐｂｃとして設定する。
【０１０３】
ステップＳ２７では、ステップＳ２４で設定された２段に分割された主噴射を各噴射時期で噴射するとともに、後噴射量Ｑｐｂが設定されている時はステップＳ２６で設定されたステップＳ３で設定された基本後噴射量ＱｐｂをステップＳ２２で設定された最適な後噴射時期Ｉｐｂｃにおいて噴射する。
【０１０４】
以下、本実施形態の作用・効果を、図９、図１０に基づいて説明する。
【０１０５】
まず、図９に示されるように、ＮＯＸ吸収材２２の温度Ｔｃａｔｅと推定ＮＯＸ量ＮＯｅとに基づいて、以下の４つの状態に分けられる。
ＮＯＸ吸収材２２の温度Ｔｃａｔｅが活性温度Ｔｃａｔｏよりも高く、推定ＮＯＸ量ＮＯｅが許容量ＮＯｏ以上となり、ＮＯＸ放出要求が成立した時点Ｔ０からタイマＴ１までの間（第１期間１Ａ）、
ＮＯＸ吸収材２２の温度Ｔｃａｔｅが活性温度Ｔｃａｔｏよりも高く、推定ＮＯＸ量ＮＯｅが許容量ＮＯｏ以上となり、ＮＯＸ放出要求が成立した時点Ｔ０からタイマＴ１まで経過した時点から空燃比リッチ化終了時期Ｔｅｎまでの間を（第１期間１Ｂ）、
ＮＯＸ吸収材２２の温度Ｔｃａｔｅが活性温度Ｔｃａｔｏよりも低く、推定ＮＯＸ量ＮＯｅが許容量ＮＯｏ以下の時（第２期間）
ＮＯＸ吸収材２２の温度Ｔｃａｔｅが活性温度Ｔｃａｔｏよりも高く、
推定ＮＯＸ量ＮＯｅが許容量ＮＯｏ以下の時（第３期間）
そして、上記各状態に応じて図１０に示されるように、以下の主噴射、後噴射制御が行われる。
第１期間１Ａでは、図１０（ａ）に示されるように、推定ＮＯＸ量ＮＯｅが許容量ＮＯｏ以上となり、ＮＯＸ放出要求が設立した時点Ｔ０からタイマＴ１までの間、後燃料Ｑｐｉの噴射時期Ｉｐｉが主燃焼の終了時期Ｉｐｂａに対して段階的に遅角される（→でその動きを示す）。従って、ＮＯＸ放出のために空燃比をリーンからリッチに移行した初期、ＨＣ量（還元剤量）の増加を抑制でき、排気中の酸素濃度の低下を緩慢にできるので、従来、破線で示すように多量のＮＯＸが急激に放出されていたのを、実線で示すように抑制することができる。
第１期間１Ａでは、図１０（ａ）で示されるように、後燃料Ｑｐｉが、ＮＯＸ放出要求時点Ｔ０からタイマＴ１までの間、段階的に増量される。（図中斜線部分）従って、排気の酸素濃度の低下を緩慢にでき、多量のＮＯＸが急激に放出されるのを抑制できる。
第１期間１Ｂでは、図１０（ａ）の実線で示される後燃料量Ｑｐｉ、後噴射時期Ｉｐｉのように、後燃料が増量されると共に後噴射時期が遅角されることによって、排気中に供給される還元剤量を増加でき、ＮＯＸ浄化率を向上することができる。
第１期間１Ａ、１Ｂでは、図１０（ａ）で示されるように、主噴射回数が２回（Ｑｍ１λ、Ｑｍ２λ）とされ、主噴射の噴射回数が減少される。従って、燃費の悪化を抑制できる。
第２期間では、図１０（ｂ）で示されるように、主噴射の噴射回数が３回（Ｑｍ１ｂ、Ｑｍ２ｂ、Ｑｍ３ｂ）とされ、主噴射の噴射回数が増加される。従って、排気ガス温度を昇温でき、ＮＯＸ吸収材２２温度を昇温できる。
第２期間では、図１０（ｂ）で示されるように、後噴射時期ＩｐｂｂをＮＯＸ放出要求時の後噴射時期Ｉｐλに対して進角される。従って、ＮＯＸ吸収材２２温度が低い時、ＮＯＸ吸収材２２温度を昇温することができ、ＮＯＸ浄化率を向上することができる。
第３期間では、図１０（ｃ）で示されるように、後燃料Ｑｐｂに基づく後燃焼時期Ｉｐｂｃが、主燃焼の略終了時期直後となるよう、後燃料の噴射時期が運転状態に基づいて設定される。従って、エンジンの燃焼室４内に存在する炭素と酸素とがよく混合された状態で、後噴射された後燃料が上記炭素とともに燃焼するため、煤の排出量を抑制できる。
【０１０６】
（参考形態）
参考形態は、上記実施形態に対して、（２）の後燃料の噴射時期制御と、（３）の後燃料の噴射量制御との２点が異なり、他は同様である。
【０１０７】
後燃料の噴射時期、後燃料の噴射量は、具体的には以下のように制御される。
（２）後燃料の噴射時期がＮＯＸ放出要求成立時点では、主燃焼の終了時期に対して離れるように遅角させ、その後は、主燃焼の終了時期に近づくように制御される。
（３）後燃料量が、ＮＯＸ放出要求成立時点では、第１所定増量に設定され、その後上記第１所定増量よりも少ない第２所定増量に設定される。
【０１０８】
以下、図１１、図１２に基づいて具体的に説明する。
【０１０９】
参考形態では、図７のフローチャート中波線で囲んだステップのみ上記実施形態と異なることから、この相違点のみ説明する。
【０１１０】
図１１のステップＳ１０９では、後燃料の噴射時期を主燃焼の終了時期に対して遅角させる期間を規定するためのタイマＴ２と、空燃比リッチ化終了時期Ｔｅｎとを設定する。ここで、Ｔ２と、Ｔｅｎとは固定値である。
【０１１１】
ステップＳ１１０、Ｓ１１１では、図７のステップＳ１１、Ｓ１２と同様の処理を行う。ステップＳ１１２では、タイマＴが上記ステップＳ１０９で設定したタイマＴ２よりも小さいか否か判定し、ＹＥＳと判定された時は、ステップＳ１１３で今回の後噴射量Ｑｐｉと、今回の後燃料の噴射時期Ｉｐｉとを設定する。今回の後噴射量Ｑｐｉは、上記ステップＳ１１０で設定された前回の後噴射量Ｑｐに予め設定した固定の増量分ΔＱｐｚを加算して求める。今回の後燃料の噴射時期Ｉｐｉは、上記ステップＳ１１０で設定された前回の後燃料の噴射時期Ｉｐに予め設定した固定の遅角補正分ΔＩｐｚを加算して求める。
【０１１２】
ステップＳ１１２でＮＯと判定された時は、ステップＳ１１４でタイマＴがステップＳ１０９で設定したタイマＴ２よりも大きく、かつ空燃比リッチ終了時期Ｔｅｎよりも小さいか否か判定する。ステップＳ１１４でＹＥＳと判定された時は、ステップＳ１１５で今回の後噴射量Ｑｐｉと、今回の後燃料の噴射時期Ｉｐｉとを設定する。今回の後噴射量Ｑｐｉは、図７ステップＳ１８で設定された後噴射量Ｑｐλと同様で、今回の後燃料の噴射時期Ｉｐｉは、図７ステップＳ１８で設定された後燃料の噴射時期Ｉｐλと同様である。
【０１１３】
以下、参考形態の作用・効果を、図９、図１２に基づいて説明する。尚、上記実施形態と同様の効果については、その記載を省略する。
第１期間１Ａでは、図１２（ａ）に示されるように、推定ＮＯＸ量ＮＯｅが許容量ＮＯｏ以上となり、ＮＯＸ放出要求が設立した時点Ｔ０からタイマＴ２までの間、後燃料の噴射時期Ｉｐａ＋ΔＩｐが主燃焼の終了時期Ｉｐｂａに対して遅角される。従って、ＮＯＸ放出のために空燃比をリーンからリッチに移行した初期、ＨＣ量を増量でき、ＮＯＸ浄化率の低下を抑制できる。
第１期間１Ａでは、図１２（ａ）に示されるように、推定ＮＯＸ量ＮＯｅが許容量ＮＯｏ以上となり、ＮＯＸ放出要求が設立した時点Ｔ０からタイマＴ２までの間、後燃料量が増加される（図中斜線部分）。従って、ＮＯＸ放出のために空燃比をリーンからリッチに移行した初期、ＨＣ量を増量でき、ＮＯＸ浄化率の低下を抑制できる。
第１期間１Ｂでは、図１２（ｂ）に示されるように、後燃料Ｑｐｂ量が減量されるとともに後燃料の噴射時期Ｉｐλが進角されるため、燃費の悪化を抑制できる。
【０１１４】
尚、上記実施形態及び参考形態では、ディーゼルエンジンの例を示したが、筒内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式ガソリンエンジンに適用してもよい。その場合、後燃料の燃焼時期に再度点火プラグにより点火させ、後燃焼を確実に行わせるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ディーゼルエンジンの排気浄化装置を示す全体図。
【図２】燃焼室ないにおける熱発生率の変化をタイムチャート。
【図３】後噴射量と煤発生量との関係を示すグラフ。
【図４】主噴射量に対する後噴射量の比率と煤発生量との関係を示すグラフ。
【図５】主噴射量に対する後噴射量の比率とＨＣ量との関係を示すグラフ。
【図６】後噴射量と排気ガス温度との関係を示すグラフ。
【図７】実施形態における燃料噴射制御を示すフローチャート。
【図８】実施形態における燃料噴射制御を示すフローチャート。
【図９】実施形態に係るタイムチャート。
【図１０】実施形態に係るタイムチャート。
【図１１】参考形態における燃料噴射制御を示すフローチャート。
【図１２】参考形態に係るタイムチャート。
【符号の説明】
１：エンジン本体
５：燃料噴射弁
２２：ＮＯＸ吸収材
４０：主噴射制御手段
４１：副噴射制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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