(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中の酸素濃度が高いときに該排気ガス中のＮＯｘを吸収し、前記酸素濃度の低下によってＮＯｘを放出するとともにこれを還元するＮＯｘトラップ触媒と、
前記ＮＯｘトラップ触媒からＮＯｘを放出させるべく、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を噴射する主噴射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所定期間増大させる還元剤増量手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、
前記ＮＯｘトラップ触媒よりも上流側の前記排気通路に酸化触媒機能を有する酸化触媒が配置され、
前記還元剤増量手段は、前記後噴射の時期を圧縮行程上死点後の１０〜５０゜ＣＡに設定し、前記還元剤の増大量が所定時間毎に増減変化するように前記後噴射を０．２秒〜２秒に１回の間隔で後噴射量が増大するよう制御し、
前記後噴射量の増大時には、該後噴射量の増大が行なわれる気筒に対して当該後噴射前に実行される前記主噴射の量が減じられ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、
前記後噴射時期が圧縮行程上死点後の３０〜５０゜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、
前記還元剤増量手段は、前記排気ガス中の還元剤量を増大させる所定期間の当初に還元剤の増大量が大きくなるように前記後噴射を制御することを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
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中の酸素濃度が高いときに該排気ガス中のＮＯｘを吸収し、前記酸素濃度の低下によってＮＯｘを放出するとともにこれを還元するＮＯｘトラップ触媒と、
前記ＮＯｘトラップ触媒からＮＯｘを放出させるべく、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を噴射する主噴射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所定期間増大させる還元剤増量手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、
前記ＮＯｘトラップ触媒よりも上流側の前記排気通路に酸化触媒機能を有する酸化触媒が配置され、
前記還元剤増量手段は、前記還元剤の増大量が所定時間毎に増減変化するように前記後噴射を後噴射量が間欠的に増大するよう制御し、
前記後噴射量の増大時には、該後噴射量の増大が行なわれる気筒に対して当該後噴射前に実行される前記主噴射の量が減じら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】
従来より、内燃機関の排気を浄化するための触媒としては、略理論空燃比付近で排気中のＨＣ（炭化水素）、ＣＯ及びＮＯｘ（窒素酸化物）を同時にかつ極めて有効に浄化できる三元触媒が知られており、ガソリンエンジンにおいては、この三元触媒を用いるとともに、全負荷域等を除く大部分の運転領域において空燃比を略理論空燃比付近に制御することが一般に行われている。
【０００３】
しかしながら、ディーゼルエンジンは通常のあらゆる運転領域において空燃比がかなりリーンな状態（例えばＡ/Ｆ≧１８）とされるので、前記三元触媒を用いることはできず、しかも、空燃比がリーンな状態では排気中の酸素濃度がかなり高くなるので、そのような雰囲気でＮＯｘを十分に還元浄化すること自体が困難である。
【０００４】
これに対して、排気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を吸収する一方、酸素濃度の減少によって、吸収しているＮＯｘを放出するいわゆるＮＯｘトラップ触媒を用いる技術がある。このＮＯｘトラップ触媒は、ＮＯｘ吸収量が増えると吸収性能が低下するため、そうなる前に吸収しているＮＯｘを放出させるいわゆるリフレッシュを行う必要がある。
【０００５】
そこで、例えば特開平６−２１２９６１号公報に記載されているように、ディーゼルエンジンにおいて、前記のリフレッシュを行うべきときに燃料主噴射の後の膨張行程中期から排気行程にかけて少量の燃料を後噴射することにより排気ガス中の酸素濃度を低下させるようにしている。
【０００６】
一方、特開平９−３４７５２４号公報には、ディーゼルエンジンにおいて、その排気通路の上流側に低温域でＮＯｘを還元浄化するに適した第１触媒装置を配置し、その下流側に高温域でＮＯｘを還元浄化するに適した第２触媒装置を配置し、圧縮行程上死点付近で機関出力発生のための主燃料噴射を行なうとともに、膨張行程又は排気行程において触媒に対する炭化水素供給量を増大させるための後燃料噴射を行なうようにし、その後燃料噴射量を触媒温度に応じて制御することにより、ＮＯｘ浄化を効果的に行なうことが記載されている。
【０００７】
すなわち、後燃料噴射によって排気ガス中のＨＣ量が増大すると触媒でのＨＣ酸化反応熱によって触媒温度が上昇することに鑑み、第１及び第２の各触媒装置に対してＮＯｘ浄化活性がピークとなる温度より低温時には後燃料噴射量を多くしてピーク温度付近でＮＯｘ浄化が行なわれるようにし、ピーク温度より高温時には後燃料噴射量を少なくして触媒の温度上昇を抑え、できるだけピーク温度付近でＮＯｘの浄化を行なおうとするものである。
【０００８】
また、特開平８−２６１０５２号公報には、エンジンの圧縮行程上死点近傍で燃料の主噴射を行ない、膨張行程又は排気行程で燃料の後噴射を行なうようにしたものにおいて、ＮＯｘ還元用触媒の温度が高いときには低いときに比べて後噴射時期を遅らせることが記載されている。すなわち、後噴射時期の制御によって、触媒温度が低いときに排気ガス中に炭素数が小さいＨＣが多くなるようにし、触媒温度が高いときには排気ガス中の炭素数が大きいＨＣが多くなるようにするというものである。これは、炭素数が小さいＨＣは低温側でのＮＯｘの浄化に還元剤として有効に働き、炭素数が大きいＨＣは高温側でのＮＯｘの浄化に還元剤として有効に働くという知見に基づく。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の如きＮＯｘトラップ触媒は、例えばゼオライトにＮＯｘを吸収するＢａ等の触媒成分とＮＯｘを還元分解するＰｔ等の触媒成分とを担持させて構成されているが、酸化触媒としての機能は一般にあまり高くない。従って、このＮＯｘトラップ触媒よりも上流側の排気通路に酸化触媒を配置し、排気ガス中のＨＣやＣＯをこの上流側の触媒で酸化浄化することが必要になる場合が多い。
【００１０】
しかし、そのような酸化触媒を設けると、ＮＯｘトラップ触媒でのＮＯｘの還元に必要な排気ガス中のＨＣやＣＯがこの酸化触媒によって酸化浄化され、ＮＯｘトラップ触媒には必要量の還元剤が供給され難くなる。
【００１１】
本発明は、このようなＮＯｘトラップ触媒よりも上流側に酸化触媒を設けた場合の上記問題を解決するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明は、ＮＯｘトラップ触媒からＮＯｘを放出させるために排気ガス中のＨＣ等の還元剤量を上述の後噴射によって増大させるとともに、その還元剤が上流側の酸化触媒でできるだけ酸化分解され難くなるように当該後噴射を制御するようにしている。
【００１３】
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中の酸素濃度が高いときに該排気ガス中のＮＯｘを吸収し、前記酸素濃度の低下によってＮＯｘを放出するとともにこれを還元するＮＯｘトラップ触媒と、
前記ＮＯｘトラップ触媒からＮＯｘを放出させるべく、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を噴射する主噴射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所定期間増大させる還元剤増量手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、
前記ＮＯｘトラップ触媒よりも上流側の前記排気通路に酸化触媒機能を有する酸化触媒が配置され、
前記還元剤増量手段は、前記後噴射の時期を圧縮行程上死点後の１０〜５０゜ＣＡに設定し、前記還元剤の増大量が所定時間毎に増減変化するように前記後噴射を０．２秒〜２秒に１回の間隔で後噴射量が増大するよう制御し、
前記後噴射量の増大時には、該後噴射量の増大が行なわれる気筒に対して当該後噴射前に実行される前記主噴射の量が減じられることを特徴とする。
【００１４】
ここで、前記の「酸素濃度の低下によって」とは、排気ガス中の酸素濃度が高い状態から例えば３〜４％未満（好ましくは１〜２％未満）になればよく、排気ガスの空燃比が略理論空燃比付近か或いは理論空燃比よりも小さいリッチ状態に相当する。なお、排気ガスの空燃比とは、排気通路に供給された全空気量の全燃料量に対する比のことであり、排気通路に２次エアや燃料を供給するものでなければ、燃焼室の空燃比（燃焼室の空燃比の平均値のことであり、以下同様とする）に一致するものである。この酸素濃度の低下は、還元剤増量手段による燃料の後噴射制御によって排気ガス中の還元剤量を増大させることによって行なわれる。
【００１５】
そうして、本発明においては、前記還元剤の増大量が所定時間毎に増減変化するから、その還元剤が上流側の酸化触媒によって酸化分解されることなくこれを吹き抜け易くなり、下流側のＮＯｘトラップ触媒に供給される還元剤量多くすることができるものである。これにより、ＮＯｘトラップ触媒ではＮＯｘが還元浄化され易くなる。
【００１６】
このような吹き抜けを生じ易くなる理由は定かでないが、酸化触媒は還元剤が定常的に供給される場合は、その時の温度及び触媒能力に応じて略一定の割合で還元剤を酸化分解する、つまり平衡状態になるものの、還元剤量が間欠的に増大すると、そのような平衡状態がとれないために還元剤の酸化分解率が低下し、比較的多量の吹き抜けを生ずるものと考えられる。
【００１７】
なお、ここで、酸化触媒機能を有する触媒としては、主に貴金属やＣｕ等を担持した触媒であって、酸化触媒や三元触媒だけでなく、ＨＣ等を部分酸化させた状態でＮＯｘと反応させることでＮＯｘを還元するＮＯｘ浄化用触媒であってもよい。
【００１８】
また、本発明は、前記後噴射の時期を圧縮行程上死点後の１０〜５０゜ＣＡに設定し、前記還元剤増大量が所定時間毎に増減変化するように０．２秒〜２秒に１回の間隔で後噴射量を増大させる。
【００１９】
これにより、還元剤増大量が所定時間毎に増減変化し、還元剤が上流側の酸化触媒を吹き抜けて下流側のＮＯｘトラップ触媒に供給され易くなる。後噴射時期を圧縮行程上死点後の１０゜ＣＡ以降とするのは、主噴射終了後に後噴射を行なうことができるようにするためである。５０゜ＣＡ以前に後噴射を行なうのは、この後噴射によって燃焼ガスは若干冷却され高温に晒される時間が短くなり、ＮＯｘの発生を抑える上で有利になるからである。後噴射量を増大させる間隔を前記のように設定するのは、０．２秒よりも短くなると、還元剤の吹き抜けが少なくなり、２秒よりも長くなると、ＮＯｘトラップ触媒からＮＯｘが放出されるときにせっかくの還元剤が間に合わず有効に利用されなくなるからである。
【００２０】
なお、後噴射量の増大を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、後噴射量の増大を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。
【００２１】
また、本発明は、上述の如く後噴射の時期を圧縮行程上死点後の１０〜５０゜ＣＡに設定し、０．２秒〜２秒に１回の間隔で後噴射量を増大させる場合において、その後噴射量の増大時には、該後噴射量の増大が行なわれる気筒に対して当該後噴射前に実行される前記主噴射の量を減じることを特徴とする。後噴射量が増大すると、それがエンジン出力を高める方向に働くから、主燃料噴射量を低減させるものであり、また、この主燃料噴射量の低減によって、空燃比が大きくリッチになることを避けることができる。
【００２２】
また、本発明は、上述の如く０．２秒〜２秒に１回の間隔で後噴射量を増大させる場合に、その後噴射時期を圧縮行程上死点後の３０〜５０゜ＣＡに設定することができる。これにより、ＮＯｘの発生を抑える上で有利になるとともに、スモークの発生量も少なくなる。
【００２３】
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、前記還元剤増量手段は、前記排気ガス中の還元剤量を増大させる所定期間の当初に還元剤の増大量が大きくなるように前記後噴射を制御することができる。すなわち、排気ガス中の還元剤量を増大させて排気ガス中の酸素濃度を低下させると、この酸素濃度が低下した直後にＮＯｘトラップ触媒から多量のＮＯｘが放出されるから、この多量に放出されるＮＯｘに対して還元剤が不足する状態になることを避けるものである。
【００２４】
また、本発明の別の態様は、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中の酸素濃度が高いときに該排気ガス中のＮＯｘを吸収し、前記酸素濃度の低下によってＮＯｘを放出するとともにこれを還元するＮＯｘトラップ触媒と、
前記ＮＯｘトラップ触媒からＮＯｘを放出させるべく、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を噴射する主噴射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所定期間増大させる還元剤増量手段とを備えたエンジンの排気浄化装置において、
前記ＮＯｘトラップ触媒よりも上流側の前記排気通路に酸化触媒機能を有する酸化触媒が配置され、
前記還元剤増量手段は、前記還元剤の増大量が所定時間毎に増減変化するように前記後噴射を後噴射量が間欠的に増大するよう制御し、
前記後噴射量の増大時には、該後噴射量の増大が行なわれる気筒に対して当該後噴射前に実行される前記主噴射の量が減じられることを特徴とする。
【００２５】
従って、前記還元剤の増大量が所定時間毎に増減変化するから、その還元剤が上流側の酸化触媒によって酸化分解されることなくこれを吹き抜け易くなり、下流側のＮＯｘトラップ触媒に供給される還元剤量多くすることができる。これにより、ＮＯｘトラップ触媒ではＮＯｘが還元浄化され易くなる。また、後噴射量が増大すると、それがエンジン出力を高める方向に働くから、主燃料噴射量を低減させるものであり、この主燃料噴射量の低減によって、空燃比が大きくリッチになることを避けることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ＮＯｘトラップ触媒よりも上流側の排気通路に酸化触媒が配置され、ＮＯｘトラップ触媒からＮＯｘを放出させるべく、主噴射後の後噴射によって排気ガス中の還元剤量を所定期間増大させるようにしたエンジンの排気浄化装置において、この還元剤の増大量が所定時間毎に増減変化するように前記後噴射を制御するとともに、その増減変化のための後噴射量の増大時に主噴射量を減じるようにしたから、その還元剤が上流側の酸化触媒を吹き抜けて下流側のＮＯｘトラップ触媒に供給され易くなり、ＮＯｘトラップ触媒でのＮＯｘの還元浄化に有利になるとともに、エンジン出力が余分に高くなることを防止する上で有利になり、また、空燃比が大きくリッチになることを避けることができる。
【００２７】
また、前記後噴射の時期を圧縮行程上死点後の１０〜５０゜ＣＡに設定するとともに、０．２秒〜２秒に１回の間隔で後噴射量を増大させるようにしたものによれば、還元剤増大量が所定時間毎に増減変化し、還元剤が上流側の酸化触媒を吹き抜けて下流側のＮＯｘトラップ触媒に供給され易くなり、さらに、その後噴射時期を圧縮行程上死点後の３０〜５０゜ＣＡに設定したものによれば、ＮＯｘ及びスモークの発生を抑える上で有利になる。
【００２８】
また、前記排気ガス中の還元剤量を増大させる所定期間の当初に還元剤の増大量が大きくなるように前記後噴射を制御するものによれば、排気ガス中の酸素濃度が低下した直後の、ＮＯｘトラップ触媒から多量のＮＯｘが放出されるときに多量の還元剤を供給することができ、ＮＯｘの還元浄化に有利になる。
【００２９】
【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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
前記触媒コンバータ２２は、図２に示すようにＨＣ及びＣＯを酸化させて浄化するための酸化触媒２２ａとＮＯｘトラップ触媒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る。
【００３５】
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トラップ触媒２２ｂの触媒層はゼオライトにＰｔ及びＢａ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トラップ触媒２２ｂは、排気ガスの酸素濃度が高いとき（例えば理論空燃比よりもリーンな空燃比（例えばＡ／Ｆ≧１８）で燃焼し酸素濃度４％以上になっているときの）該排気ガス中のＮＯｘをＢａによって吸収し、酸素濃度が低下して例えば酸素過剰率λ＝１付近になると、吸収していたＮＯｘを放出するとともに、そのＮＯｘをＰｔによって還元浄化する機能を有する。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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 Contorol 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。
【００４０】
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。
【００４１】
（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。
【００４２】
また、定常運転時（アクセル開度の変化が小さい時）には、ＮＯｘトラップ触媒２２ｂのＮＯｘトラップ量が所定値以上になっているときに、λ＝１としてＮＯｘトラップ触媒２２ｂからＮＯｘを放出させてこれを還元浄化すべく、排気ガス中の還元剤量を増大させる後噴射制御が実行される。後噴射は主噴射（主燃料噴射）後の膨張行程又は排気行程において燃料を適量噴射するというものである。
【００４３】
本発明の特徴は前記後噴射制御にあり、還元剤増大量を所定時間毎に増減変化させるようにしている。
【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ＮＯｘトラップ触媒２２ｂのＮＯｘトラップ量Ｎｘを推定する。このＮＯｘトラップ量Ｎｘは、エンジン始動又は前回のＮＯｘ放出制御からのエンジン回転数、エンジン負荷についての履歴に基づいて推定することができ、あるいは単にエンジンの運転時間に基づいて推定するようにしても、あるいはＮＯｘトラップ触媒２２ｂよりも下流側の排気通路２０に排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するセンサを配置して推定するようにしてもよい。
【００４６】
続くステップＳ３においてＮＯｘトラップ量Ｎｘが所定値Ｎxoを越えていることが判別されると、ステップＳ４に進んでタイマＴをインクリメントし、ＮＯｘトラップ量Ｎｘが所定値Ｎxoを越えていない場合でもステップＳ５でタイマＴのカウント中であることが判別されると、ステップＳ４に進んでこれをインクリメントする。所定値ＮxoはＮＯｘトラップ触媒２２ｂでのＮＯｘトラップが飽和する限界値近くのＮＯｘトラップ量である。
【００４７】
続くステップＳ６でタイマＴが所定値Ｔｏに達していないことが判別されるとステップＳ９以下のλ＝１とするための噴射制御に進み、タイマＴが所定値Ｔｏに達しているときはステップＳ７に進んでタイマＴを零とし、さらにステップＳ８に進んで通常の空燃比リーンでエンジンを運転するための噴射量及び噴射時期の設定を行なう。ステップＳ５でタイマＴのカウント中でないことが判別されたときもステップＳ８に進む。前記所定値ＴｏはＮＯｘの放出制御を行なう時間（例えば２〜５秒）に相当する。
【００４８】
先にステップＳ８について説明すると、ここでは、エンジン運転状態に応じて主噴射量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。また、後噴射量Ｑｐについては零に設定する。
【００４９】
次にλ＝１とする（排気ガス中の酸素濃度を０．５％以下とする）ための噴射制御について説明すると、ステップＳ９では後噴射量Ｑｐλを増量すべき気筒を決定する。後噴射量Ｑｐλの増量は最初に後噴射が行なわれる気筒に対して行なわれるとともに、その気筒から数えて後噴射２５回に１回の間隔で行なう。従って、後噴射量Ｑｐλを増量すべき気筒は、タイマＴ＝１のときの気筒と、後噴射２５回でタイマＴが例えば２０を刻むのであれば、タイマＴが２１、４１、６１、…となるときの各気筒である。
【００５０】
続くステップＳ１０ではλ＝１とするための主噴射量Ｑｂλ及びその噴射時期Ｉｂλ、並びに後噴射量Ｑｐλ及びその噴射時期Ｉｂλを設定する。後噴射はすべての気筒に対して主噴射の後に行なわれるものであり、主噴射量Ｑｂλは後噴射の影響でエンジン出力が余分に上昇することを避けるべく通常のリーン運転時の主噴射量Ｑｂよりも若干少なめに設定し、後噴射量Ｑｐλは主噴射量Ｑｂλの例えば３０〜５０％（例えば４０％）に設定する。主噴射時期Ｉｂλはリーン運転時の噴射時期Ｉｂと同じにすることができる。後噴射時期Ｉｂλは圧縮行程上死点後（ＡＴＤＣ）の１０〜５０゜ＣＡに、例えばＡＴＤＣ１５゜ＣＡに設定する。
【００５１】
続くステップＳ１１で後噴射量を増量すべき気筒であるか否かを判別し、増量すべき気筒であれば、ステップＳ１２に進んで主噴射量ＱｂλについてΔαだけ減量し、後噴射量ＱｐλについてはΔαだけ増量する。Δαとしては主噴射量Ｑｂの０．５〜７％、例えば５％を与える。これにより、後噴射量Ｑｐλは２５回に１回増量されることになるが、これは排気ガス中の還元剤としてのＨＣが上流側の酸化触媒２２ａで酸化されることなくこれを吹き抜けて下流側のＮＯｘトラップ触媒２２ｂ到達し易くするためである。主噴射量Ｑｂλの減量は後噴射量Ｑｐλの増量に伴ってエンジン出力が余分に上昇することを避けるためである。
【００５２】
続くステップＳ１３でタイマＴ＝１であることが判別されると、ステップＳ１４に進んで主噴射量ＱｂλについてさらにΔβだけ減量し、後噴射量ＱｐλについてはさらにΔβだけ増量する。Δβとしては主噴射量Ｑｂの数％、例えば５％を与える。このように初回の後噴射量Ｑｐλを増量するのは、λ＝１運転に移行した当初はＮＯｘトラップ触媒２２ｂから多量にＮＯｘが放出されるため、これを還元するための還元剤としてのＨＣが不足状態になることを避けるためである。主噴射量Ｑｂλの減量は後噴射量Ｑｐλの増量に伴ってエンジン出力が余分に上昇することを避けるためである。これにより、リーンからλ＝１への移行時のトルクショックが緩和される。
【００５３】
また、上記λ＝１の運転時にはリーン運転時よりもＥＧＲ量が増量するようにエアフローセンサ１１の出力に基づいてＥＧＲのフィードバック制御を行なう。これは、λ＝１運転ではリーン運転よりも燃費が悪化するが、ＥＧＲの増量によってポンピングロスの低減を図るとともに、高温の排気ガスを燃焼室に多く導入することによって燃料の気化・霧化を促進するためである。
【００５４】
続くステップＳ１５において、以上のようにして設定したＱｂλ、Ｉｂλ、Ｑｐλ及びＩｂλを主噴射量Ｑｂ、主噴射時期Ｉｂ、後噴射量Ｑｐ及び後噴射時期Ｉｂとして与え、ステップＳ１６以下へ進む。ステップＳ８で通常のリーン運転のための噴射量及び噴射時期を設定したときもステップＳ１６以下へ進む。すなわち、主噴射時期Ｉｂになると主噴射を実行し（ステップＳ１６，Ｓ１７）、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Ｓ１８）、後噴射時期Ｉｐになった時点で後噴射を実行し、リターンする（ステップＳ１９，Ｓ２０）。
【００５５】
図４は燃料噴射時期を模式的に示すタイムチャートであり、同図の（ａ）は後噴射量をステップＳ１０で設定したままとして増量しないとき、同図（ｂ）はステップＳ１２で後噴射量を増量させたとき、同図（ｃ）はステップＳ１４で後噴射量を増量させたときである。なお、後噴射量の増量Δα及びΔβの各々に関して、同図（ｂ），（ｃ）のような増量形態はなく、同図（ｄ）に示すように、ＡＴＤＣ３０〜４０゜ＣＡで第２の後噴射を行なう形態としてもよい。この場合は、第２の後噴射による後噴射量増大の影響がエンジン出力に与える影響は少なくなるため、主噴射量の減量を省略することが可能になる。
【００５６】
図５は後噴射量の増減を模式的に示すタイムチャートであり、後噴射量は、λ＝１運転に移行した当初はステップＳ１２によるΔαとステップＳ１４によるΔβとが加算されるため最も多くなり、その後は２５回毎にステップＳ１２によるΔαの加算分だけ増大することになる。
【００５７】
図６はエンジン中回転・中負荷運転において、後噴射時期をＡＴＤＣ９０゜ＣＡとして、後噴射を「毎回」行なったとき及び「２５回毎」に行なったときの、上流側触媒２２ａに流入する排気ガスのＨＣ濃度（入口ＨＣ）及び該触媒２２ａから流出した排気ガスのＨＣ濃度（出口ＨＣ）のタイムチャートである。
【００５８】
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。後噴射を「２５回毎」に行なうとは、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、主噴射２５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、その後のＢ，Ｃ，Ｄ，Ａ…と続く２４番目まで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。なお、同図において、「毎回Ａ」の後噴射量は「２５回毎」の後噴射量と総量が同じ、つまり「２５回毎」の１回の後噴射量は「毎回Ａ」の１回の後噴射量の２５倍であり、「毎回Ｂ」は「毎回Ａ」よりも後噴射量を多くし、「毎回Ｃ」は後噴射量をさらに多くしたものである。
【００５９】
図７は「２５回毎」についてのみ、その後噴射時期をＡＴＤＣ４５゜ＣＡとしたときのデータを上記「毎回Ａ」、「毎回Ｂ」及び「毎回Ｃ」のデータとともに図示したものである。
【００６０】
図６によれば、後噴射量の総量が同じである「２５回毎」と「毎回Ａ」とでは排気ガス中のＨＣが上流側触媒２２ａで酸化されることなく吹き抜けている量に大差がない。しかし、図７に示すように「２５回毎」の後噴射時期をＡＴＤＣ４５゜ＣＡとすると、その出口ＨＣが後噴射量が多い「毎回Ｃ」に近い値まで上昇している。これから、ＡＴＤＣ５０゜ＣＡ以下（進角側）で「２５回毎」の後噴射とすると、排気ガス中のＨＣが上流側触媒２２ａを酸化されることなく吹き抜けやすくなることがわかる。
【００６１】
図８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」に行なったとき、並びに「２５回毎」に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９は後噴射開始３０秒後の同関係を示し、図１０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。また、「毎回」、「５回毎」及び「２５回毎」の後噴射量の総量は互いに同じである。
【００６２】
図８乃至図１０から、「２５回毎」の後噴射の場合は後噴射時期がＡＴＤＣ６０゜ＣＡ未満（進角側）になると、上流側触媒２２ａで酸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、特に「２５回毎」で後噴射時期をＡＴＤＣ３０〜５０゜ＣＡにすると、ＨＣの吹き抜け性がよいことがわかる。
【００６３】
以上の図６乃至図１０の実験結果から、上述の実施形態の如く、λ＝１運転において後噴射を毎回行なうが、その後噴射量を所定時間毎（上記実施形態では２５回毎」に増大させる、という後噴射制御を行なえば、後噴射量の総量をそれほど多くしなくても、上流側触媒２２ａを吹き抜けて下流側のＮＯｘトラップ触媒２２ｂに到達するＨＣが多くなり、このＮＯｘトラップ触媒２２ｂから放出されるＮＯｘを効率良く、すなわち、燃費を悪化させることなく、還元浄化する上で有利になることがわかる。
【００６４】
図１１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秒後及び３０秒後の上流側触媒２２ａに流入する排気ガスのＮＯｘ濃度との関係を示す。後噴射量の総量はいずれの場合も主噴射量の総量の４％程度になるようにした。
【００６５】
後噴射時期を進角させると、「毎回」、「５回毎」及び「２５回毎」のいずれの場合もＮＯｘ濃度が低くなっているが、「２５回毎」では後噴射時期をＡＴＤＣ３０〜５０゜ＣＡ付近にするとＮＯｘ濃度の低下が顕著である。従って、上述の実施形態の如く、λ＝１運転において後噴射を毎回行なうが、その後噴射量を所定時間毎（上記実施形態では２５回毎」に増大させる、という後噴射制御を行なえば、ＮＯｘ発生量の低減効果が得られることがわかる。
【００６６】
図１２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）量との関係を示す。図１０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。
【００６７】
なお、上記実施形態は直噴式ディーゼルエンジンに関するが、本発明は直噴式のガソリンエンジンにも適用することができる。
【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】  燃料噴射時期を模式的に示すタイムチャート図。
【図５】  後噴射量の増減を模式的に示すタイムチャート図。
【図６】  上流側触媒に流入する排気ガスのＨＣ濃度（入口ＨＣ）及び該触媒から流出した排気ガスのＨＣ濃度（出口ＨＣ）のタイムチャート図。
【図７】  上流側触媒に流入する排気ガスのＨＣ濃度（入口ＨＣ）及び該触媒から流出した排気ガスのＨＣ濃度（出口ＨＣ）のタイムチャート図。
【図８】  後噴射時期と、後噴射開始１０秒後の上流側触媒前ＨＣ濃度及び上流側触媒後ＨＣ濃度との関係を示すグラフ図。
【図９】  後噴射時期と、後噴射開始３０秒後の上流側触媒前ＨＣ濃度及び上流側触媒後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９０秒後の上流側触媒前ＨＣ濃度及び上流側触媒後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１０秒後及び３０秒後の上流側触媒に流入する排気ガスのＮＯｘ濃度との関係を示すグラフ図。
【図１２】  後噴射時期とスモーク（煤）量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）
２０  排気通路
２２  触媒コンバータ
２２ａ  上流側の酸化触媒
２２ｂ  下流側のＮＯｘトラップ触媒
３５  ＥＣＵ（コントロールユニット）
【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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