(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁を有する多気筒内燃機関の排気通路に配置された排気浄化触媒と、
必要に応じて前記排気浄化触媒に供給される排気の空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にする際に、主燃料噴射に加えて前記筒内燃料噴射弁から追加燃料噴射を行う制御手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記制御手段は、前記追加燃料噴射を気筒の膨張または排気行程中に複数回行うとともに、１回の追加燃料噴射で噴射される燃料量を、気筒でボアフラッシングが生じる燃料噴射量より小さく設定し、追加燃料噴射により機関に供給すべき燃料量と前記設定された１回の追加燃料噴射量とに基づいて追加燃料噴射実行回数を決定して、それぞれの追加燃料噴射の時期を、他の気筒で主燃料噴射が実施されている時期と重複しない時期に設定し、更に、最後の追加燃料噴射を排気行程終期に吸気弁が開弁する前に終了する内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記内燃機関は、必要に応じて各気筒の排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気再循環装置を備え、前記制御手段は前記排気還流実施時には、少なくとも吸気系に還流する排気流量が他の気筒より多い気筒の前記追加燃料噴射を停止する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記制御手段は更に、前記排気還流実施時に一の気筒の追加燃料噴射を停止した場合には、他の気筒に追加燃料噴射により供給される燃料の合計量を前記一の気筒に追加燃料噴射で供給されるべき量だけ増大させる、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関し、詳細には排気通路に配置した排気浄化触媒に必要に応じて理論空燃比またはリッチ空燃比の排気を供給する排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リーン空燃比下で排気中のＮＯX を浄化する排気浄化触媒が知られている。この種の排気浄化触媒としては、例えば排気の空燃比がリーン空燃比のときに排気中のＮＯX を吸収し、排気空燃比が理論空燃比以下に低下したときに吸収したＮＯX を放出するとともに還元浄化するＮＯX 吸蔵還元触媒や、排気中の炭化水素や還元剤成分を吸着し、リーン空燃比下で排気中のＮＯX と吸着した炭化水素等とを選択的に反応させてＮＯX を還元するＮＯX 選択還元触媒等がある。
【０００３】
上記のようにＮＯX を浄化する排気浄化触媒では、例えばＮＯX 吸蔵還元触媒では吸収したＮＯX を放出、還元浄化する際に、またＮＯX 選択還元触媒では炭化水素等を選択還元触媒に吸着させるために、それぞれ定期的に理論空燃比またはリッチ空燃比の炭化水素等を多く含む排気を排気浄化触媒に供給する必要がある。
【０００４】
ディーゼル機関等のように筒内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁を有する機関では、主燃料噴射に加えて膨張または排気行程に追加燃料噴射を実施することにより、筒内で燃焼する（すなわち出力トルクを増大させる）ことなく燃料を気化させて排気とともに触媒に供給することが可能である。これにより、機関出力トルクの大幅な変動を生じることなく排気浄化触媒に理論空燃比またはリッチ空燃比の炭化水素等を多く含む排気を供給することが可能となる。
【０００５】
ディーゼル機関に関するものではないが、追加燃料噴射により排気浄化触媒に供給する排気の空燃比を理論空燃比以下にする内燃機関の例としては、例えば特開平９−３２６１９号公報に記載されたものがある。
同公報の内燃機関では、気筒の膨張行程または排気行程中に筒内に複数回追加燃料噴射を行うことにより、気筒内で燃焼することなく気化した燃料を排気とともに排気浄化触媒に到達させ、排気浄化触媒で燃焼させることにより排気浄化触媒の昇温と触媒に付着した浄化能力低下物質の分解とを行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
通常、ディーゼル機関などのように極めてリーンな空燃比で運転されている機関において、追加燃料噴射により排気空燃比を理論空燃比以下（理論空燃比またはリッチ空燃比）にするためには追加燃料噴射により筒内に比較的多量の燃料を供給する必要がある。例えば、ディーゼル機関の常用運転領域における運転空燃比は約３０程度の極めてリーン空燃比となっている。このため、排気空燃比を理論空燃比以下にするためには、主燃料噴射量と同程度の量の追加燃料噴射を行う必要がある。
【０００７】
ところが、このように追加燃料噴射により多量の燃料噴射を気筒内に噴射すると問題が生じる場合がある。
例えば、膨張行程や排気行程に一度に多量の燃料を噴射すると、噴射された燃料が気化せずに液体のままで気筒内壁に到達し壁面に付着する、いわゆるボアフラッシングを生じる場合がある。特に、膨張行程後期から排気行程初期のようにピストンが気筒内で下降位置にあるような場合には、噴射された燃料がピストン頂面に凹状に形成された燃焼に入らずに気筒内壁に到達しやすくなるためボアフラッシングが生じやすい。また、膨張行程後期では気筒内温度も低下しているため、一度に多量の燃料を噴射すると液状のまま気筒内壁に到達する燃料の量が増大するため、ボアフラッシングが更に生じやすくなる。ボアフラッシングが生じると、壁面に付着した燃料の混入による機関潤滑油の希釈、油膜切れや付着燃料の燃焼によるスモークの発生等が生じる問題がある。
【０００８】
本発明は、ボアフラッシングの発生等の問題を解決し、追加燃料噴射により排気浄化触媒に理論空燃比以下の空燃比の排気を供給することを可能とする排気浄化装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、気筒内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁を有する多気筒内燃機関の排気通路に配置された排気浄化触媒と、必要に応じて前記排気浄化触媒に供給される排気の空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比にする際に、主燃料噴射に加えて前記筒内燃料噴射弁から追加燃料噴射を行う制御手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、前記制御手段は、前記追加燃料噴射を気筒の膨張または排気行程中に複数回行うとともに、１回の追加燃料噴射で噴射される燃料量を、気筒でボアフラッシングが生じる燃料噴射量より小さく設定し、追加燃料噴射により機関に供給すべき燃料量と前記設定された１回の追加燃料噴射量とに基づいて追加燃料噴射実行回数を決定して、それぞれの追加燃料噴射の時期を、他の気筒で主燃料噴射が実施されている時期と重複しない時期に設定し、更に、最後の追加燃料噴射を排気行程終期に吸気弁が開弁する前に終了する内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１０】
すなわち、請求項１の発明では追加燃料噴射を行う際に、必要とされる追加燃料噴射の量を複数回に分けて噴射し、１回の追加燃料噴射で噴射される燃料量が気筒でボアフラッシングを生じない程度の量にする。１度に噴射される燃料量を少なく設定することにより、１回に噴射された燃料の全量が気化するようになりボアフラッシングが生じることが防止される。
【００１１】
しかし、このように追加燃料噴射を複数回行った場合には、追加燃料噴射の時期が他の気筒の主燃料噴射の時期と重なる場合が生じる可能性がある。このように、追加燃料噴射と他の気筒の主燃料噴射とが重なると、問題が生じる。例えば、燃料噴射弁を電気的に駆動する燃料噴射回路は通常１度に１つの燃料噴射弁しか駆動できない。このため、追加燃料噴射と主燃料噴射との時期が重なった場合には追加燃料噴射実施中は主燃料噴射を実施できないため、主燃料噴射時間が影響を受け、主燃料噴射の噴射量が不足する場合が生じる。主燃料噴射用と追加燃料噴射用との燃料噴射回路をそれぞれ個別に設ければ上記問題は一応解決可能であるが、この場合には燃料噴射回路の数の増大により装置コストが増大する問題がある。また、仮に個別の燃料噴射回路を設けた場合であっても、追加燃料噴射の噴射量によっては、追加燃料噴射と主燃料噴射とを同時に行うと燃料供給系の燃料圧力が低下してしまい、主燃料噴射で充分な量の燃料を噴射できなくなる場合がある。本発明では、ボアフラッシングの発生を防止するために追加燃料噴射を複数回に分けて行う場合に、いずれかの気筒で主燃料噴射が実施される時期には他の気筒の追加燃料噴射を停止するようにすることにより、主燃料噴射が他の気筒の追加燃料噴射により影響を受けることが防止可能となる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、前記内燃機関は、必要に応じて各気筒の排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気再循環装置を備え、前記制御手段は前記排気還流実施時には、少なくとも吸気系に還流する排気流量が他の気筒より多い気筒の前記追加燃料噴射を停止する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
【００１３】
すなわち、請求項２の発明では、機関は排気再循環装置を備えており、各気筒からの排気の一部が吸気系統に還流される。追加燃料噴射により気筒内に供給された燃料は気筒内で燃焼することなく排気とともに気筒外に排出されるため気筒内の燃焼には影響を与えない。しかし、追加燃料噴射により供給された未燃燃料を多量に含む排気が排気再循環により吸気系に還流されると、未燃燃料を含む吸気が気筒に吸入されることになり、主燃料噴射による燃料に加えて排気再循環により供給された燃料が燃焼することによる燃焼空燃比の変動が生じたり、気筒内温度の低い吸気行程時に気筒内に吸入された未燃燃料が気筒壁面に付着してボアフラッシングと同様な問題を生じる場合がある。各気筒からの排気が均一に混合した状態で吸気系に還流する場合には、このような問題は生じないが、例えば排気再循環装置への排気取り入れ口の配置等により、特定の気筒からの排気が他の気筒からの排気より多量に吸気系に循環し易くなっているような場合には、この気筒で追加燃料噴射が行われる毎に吸気系には多量の未燃燃料を含む排気が還流されることになり、上述した問題が生じる。本発明では、他の気筒より排気が多量に吸気系に循環する気筒がある場合には、排気再循環実施中はこの気筒への追加燃料噴射を停止する。これにより、吸気系に多量の未燃燃料が循環することが防止される。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、前記制御手段は更に、前記排気還流実施時に一の気筒の追加燃料噴射を停止した場合には、他の気筒に追加燃料噴射により供給される燃料の合計量を前記一の気筒に追加燃料噴射で供給されるべき量だけ増大させる、請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
すなわち、請求項３の発明では、排気再循環実施時に特定の気筒への追加燃料噴射を停止した場合には、他の気筒の追加燃料噴射の合計量を増大し、全体として所定の排気空燃比を得るのに必要な燃料量を追加燃料噴射により供給する。これにより、排気再循環実施時に特定の気筒で追加燃料噴射が停止された場合にも排気空燃比を充分にリッチにすることが可能となり、排気浄化触媒に理論空燃比またはリッチ空燃比の排気を供給することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明を自動車用ディーゼル機関に適用した場合の実施形態の概略構成を示す図である。
図１において、１は自動車用内燃機関を示す。本実施形態では機関１は＃１から＃６の６つの気筒を備えた６気筒ディーゼル機関とされ、各気筒には気筒内に直接燃料を噴射する筒内燃料噴射弁１１１が設けられている。燃料は高圧燃料噴射ポンプ（図示せず）から各燃料噴射弁１１１が接続されたコモンレール（蓄圧室）（図示せず）に圧送され、コモンレールから各燃料噴射弁１１１により各気筒内に所定のタイミングで噴射される。
【００１６】
図１において２１は各気筒の吸気ポートを吸気通路２に接続するサージタンク、３１は各気筒の排気ポートを排気通路３に接続する排気マニホルドである。
本実施形態では、機関１の過給を行なう過給機３５が設けられており、排気通路３は過給機３５の排気出口に、吸気通路２は過給機３５の吸気吐出口に、それぞれ接続されている。また、吸気通路２には過給機３５から供給される吸気の冷却を行なうインタークーラ２５及び吸気絞り弁２７が設けられている。吸気絞り弁２７は、機関アイドル運転時等に機関吸入空気量を絞り、機関の燃焼を安定させるため等に使用される。
【００１７】
図１において、３３は機関排気マニホルド３１と吸気系のサージタンク２１とを接続し機関排気の一部を吸気系に還流するＥＧＲ通路、３２はＥＧＲ通路を通る排気を冷却するＥＧＲクーラ、２３はＥＧＲ通路に配置されたＥＧＲ弁である。ＥＧＲ弁２３はステッパモータ、負圧アクチュエータ等の適宜なアクチュエータ（図示せず）を備え、ＥＣＵ３０からの信号に応じた開度をとりＥＧＲ通路３３を通って吸気系に還流する排気（ＥＧＲガス）流量を機関運転状態に応じて制御するものである。
【００１８】
図１に７０で示すのは、排気通路３に配置されたＮＯX 吸蔵還元触媒である。本実施形態のＮＯX 吸蔵還元触媒７０は、例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮa 、リチウムＬi 、セシウムＣs のようなアルカリ金属、バリウムＢa 、カルシウムＣa のようなアルカリ土類、ランタンＬa 、セリウムＣｅ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つの成分と、白金Ｐｔのような貴金属とを担持したものである。ＮＯX 吸蔵還元触媒は流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに、排気中のＮＯX （ＮＯ2 、ＮＯ）を硝酸イオンＮＯ3 - の形で吸収し、流入排気ガスがリッチになると吸収したＮＯX を放出するＮＯX の吸放出作用を行う。
【００１９】
この吸放出のメカニズムについて、以下に白金ＰｔおよびバリウムＢａを使用した場合を例にとって説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。
流入排気中の酸素濃度が増大すると（すなわち排気の空燃比がリーン空燃比になると）、これら酸素は白金Ｐｔ上にＯ2 - またはＯ2-の形で付着し、排気中のＮＯX は白金Ｐｔ上のＯ2 - またはＯ2-と反応し、これによりＮＯ2 が生成される。また、流入排気中のＮＯ2 及び上記により生成したＮＯ2 は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ吸収剤としての酸化バリウムＢａＯと結合しながら硝酸イオンＮＯ3 - の形で吸収剤内に拡散する。このため、リーン雰囲気下では排気中のＮＯX がＮＯX 吸蔵還元触媒内に硝酸塩の形で吸収されるようになる。
【００２０】
また、流入排気中の酸素濃度が低下すると（すなわち、排気の空燃比が低下すると）、白金Ｐｔ上でのＮＯ2 生成量が減少するため、反応が逆方向に進むようになり、吸収剤内の硝酸イオンＮＯ3 - はＮＯ2 の形でＮＯX 吸蔵還元触媒から放出されるようになる。この場合、排気中にＨＣ、ＣＯ等の成分が存在すると白金Ｐｔ上でこれらの成分によりＮＯ2 が還元される。
【００２１】
本実施形態では、機関１としてディーゼル機関が使用されているため機関排気は通常リーン空燃比であり、ＮＯX 吸蔵還元触媒７０は排気中のＮＯX を吸収する。しかし、ＮＯX 吸蔵還元触媒に吸収されたＮＯX 量が増大すると吸収剤（ＢａＯ等）が硝酸イオンで飽和してしまい、ＮＯX 吸蔵還元触媒が排気中のＮＯX を吸収できなくなる。そこで、本実施形態ではＮＯX 吸蔵還元触媒に一定のタイミングで未燃燃料を多く含むリッチ空燃比の排気を供給し、ＮＯX 吸蔵還元触媒がＮＯX で飽和する前に吸収したＮＯX を放出させ、還元浄化するようにしてＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収能力の低下を防止している。
【００２２】
図１に３０で示すのは機関１の電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。ＥＣＵ３０は、本実施形態ではＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵを備えた公知の構成のマイクロコンピュータとされ、機関１の燃料噴射制御等の基本制御を行なう他、後述するようにＮＯX 吸蔵還元触媒７０から吸収したＮＯX を放出させるべきときに、機関１の各気筒に追加燃料噴射を行って排気空燃比を理論空燃比以下にする操作を行う。
【００２３】
これらの制御を行なうため、ＥＣＵ３０の入力ポートには、機関吸気通路に設けられたエアフローメータ５１から機関吸入空気量に対応した信号が、また機関１の冷却水ジャケット（図示せず）に設けた冷却水温度センサ５３から機関冷却水温度に対応した信号が、それぞれ図示しないＡＤコンバータを介して入力されている他、機関クランク軸（図示せず）近傍に配置された回転数センサ５５から機関クランク軸一定回転角毎にパルス信号が入力されている。更に、本実施形態では、ＥＣＵ３０の入力ポートには機関１のアクセルペダル（図示せず）近傍に配置したアクセル開度センサ５７から運転者のアクセルペダル踏込み量（アクセル開度）を表す信号が入力されている。
【００２４】
ＥＣＵ３０は、所定間隔毎にエアフローメータ５１出力とアクセル開度センサ５７出力及び温度センサ５３出力をＡＤ変換して吸入空気量Ｇとアクセル開度ＡＣＣＰ、冷却水温度ＴＷとしてＥＣＵ３０のＲＡＭの所定領域に格納するとともに、回転数センサ５５からのパルス信号の間隔から機関回転数ＮＥを算出し、ＲＡＭの所定の領域に格納している。ＥＣＵ３０は、アクセル開度センサ５７で検出されたアクセル開度ＡＣＣＰと機関回転数ＮＥとに基づいて予めＲＯＭに格納した関係に基づいて機関基本燃料噴射量を算出し、この基本燃料噴射量に機関運転状態に応じた補正を加えて機関の主燃料噴射量Ｑ、を設定する。なお、本発明では燃料噴射量の設定方法には特に制限はなく、ディーゼル機関における公知の設定方法のいずれをも使用することができる。
【００２５】
一方、ＥＣＵ３０の出力ポートは、各気筒への燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御するために、図示しない燃料噴射回路を介して各気筒の燃料噴射弁１１１に接続されている他、図示しない高圧燃料ポンプを制御して、高圧燃料ポンプからコモンレールへの燃料圧送量を制御している。また、ＥＣＵ３０の出力ポートは更に、図示しない駆動回路を介してＥＧＲ弁２３のアクチュエータに接続され、ＥＧＲ弁２３を通過するＥＧＲガス量を制御している。
【００２６】
次に、本実施形態における追加燃料噴射について説明する。
本実施形態では、ＥＣＵ３０はＮＯX 吸蔵還元触媒７０に吸収されたＮＯX の量を推定し、このＮＯX 吸収量が予め定めた値（例えばＮＯX 吸蔵還元触媒７０が吸収したＮＯX で飽和する量の約７０パーセント程度）に到達する毎に各気筒で追加燃料噴射を行い、ＮＯX 吸蔵還元触媒７０からＮＯX を放出させ還元浄化する。
【００２７】
ＮＯX 吸蔵還元触媒７０に吸収されたＮＯX 量は、例えば機関運転状態に基づいて推測することができる。機関で単位時間当たりに生成されるＮＯX 量は機関負荷、回転数等の機関運転状態により定まる。また、ＮＯX 吸蔵還元触媒７０に単位時間当たりに吸収されるＮＯX 量は、機関から単位時間当たりに放出されるＮＯX 量、すなわち機関の単位時間当たりのＮＯX 生成量に所定の係数を乗じた値となる。そこで、本実施形態では、予め機関燃料噴射量（負荷）と回転数との組合せを変えて実験を行い、機関が単位時間当たりに放出するＮＯX 量を計測しておき、このＮＯX 量と機関負荷、回転数との関係をＥＣＵ３０のＲＯＭに格納してある。そして、機関運転中に一定時間（上記単位時間）毎に実際の燃料噴射量と機関回転数とに基づいて、単位時間当たりに機関から放出されるＮＯX 量を算出し、このＮＯX 量に所定の係数を乗じた値を積算する。これにより、算出された積算値は、ＮＯX 吸蔵還元触媒に吸収されたＮＯX 量に一致するようになる。なお、追加燃料噴射が行われてＮＯX 吸蔵還元触媒７０から吸収したＮＯX が放出された後はＮＯX 吸蔵還元触媒７０のＮＯX 吸収量は０にリセットされ、再度ＮＯX 吸収量の積算が開始される。
【００２８】
なお、ＮＯX 吸蔵還元触媒７０のＮＯX 吸収量が増大するにつれて、ＮＯX 吸蔵還元触媒７０下流側の排気中のＮＯX 濃度が増大する。そこで、上記のように機関運転状態に基づいてＮＯX 吸蔵還元触媒７０のＮＯX 吸収量を推定する代りに、例えばＮＯX 吸蔵還元触媒７０の下流側排気通路に排気中のＮＯX 濃度を検出可能なＮＯX センサを配置し、このＮＯX センサで検出したＮＯX 濃度が所定値以上になったときに、ＮＯX 吸蔵還元触媒７０に吸収されたＮＯX 量が増大したと判断して追加燃料噴射を実施するようにしても良い。
【００２９】
ＥＣＵ３０は、上記によりＮＯX 吸蔵還元触媒７０のＮＯX 吸収量が増大したと判断されたときに、各気筒の燃料噴射弁１１１から主燃料噴射に加えて追加燃料噴射を行うことにより、機関１の排気空燃比をリッチ空燃比にしてＮＯX 吸蔵還元触媒７０から吸収したＮＯX を放出させる。
本実施形態では、各気筒の追加燃料噴射時期と燃料噴射量とは、以下に説明するように設定される。
（１）燃料噴射量
本実施形態では、エアフローメータ５１で計測した機関の吸気量、機関の主燃料噴射における燃料噴射量と追加燃料噴射により機関に供給された燃料との合計との比（すなわち排気空燃比）が予め定めた理論空燃比以下の空燃比（本実施形態では、理論空燃比に近いリッチ空燃比とされる）になるように追加燃料噴射量が決定される。
【００３０】
すなわち、ＥＣＵ３０はエアフローメータ５１で計測した機関の吸入空気量（グラム／秒）と機関回転数とに基づいて、機関１回転当たりの機関吸入空気量Ｇ（グラム／回転）を算出する。
次いで、ＥＣＵ３０はアクセル開度と機関回転数とに基づいて各燃料噴射弁１１１からの１回当たりの主燃料噴射量を算出し、気筒数を乗じて機関１回転当たりに主燃料噴射により機関に供給される燃料合計量Ｑ（グラム／回転）を算出する。
【００３１】
機関１回転当たりに追加燃料噴射により機関１に供給すべき燃料量ＱＡは、吸入空気量Ｇと主燃料噴射合計量Ｑとに基づいて、
ＱＡ＝（Ｇ／ＡＦ）−Ｑ
として算出される。ここで、ＡＦは追加燃料噴射により到達すべき目標空燃比である。
【００３２】
各燃料噴射弁１１１から、機関１行程サイクル当たりに追加燃料噴射により供給すべき燃料量ＱＡi は、上記ＱＡを気筒数Ｎ（本実施形態ではＮ＝６）で割った値、すなわちＱＡi ＝ＱＡ／Ｎとなる。
ＱＡi は、機関１回転当たりに追加燃料噴射により１つの気筒に供給すべき燃料量の合計である。ところが、ＱＡi の量の燃料を１回の燃料噴射で気筒内に噴射すると、前述したボアフラッシングが生じる可能性がある。そこで、本実施形態では、予めボアフラッシングを生じずに１回の追加燃料噴射で噴射可能な最大燃料量ＱＡiMAXを求めておき、ＱＡiMAXとＱＡi とから追加燃料噴射の回数ＮＩを決定する。すなわち、追加燃料噴射の回数ＮＩは、ＮＩ＝（ＱＡi ／ＱＡiMAX）＋１となる。そして、各追加燃料噴射における燃料噴射量ＱＡＩi は、１回目からＮＩ回目の追加燃料噴射ではＱＡiMAX、ＮＩ＋１回目の追加燃料噴射では（ＱＡi −ＱＡiMAX×ＮＩ）となる。
【００３３】
なお、ボアフラッシングを生じずに噴射可能な燃料量ＱＡiMAXは、予め最もボアフラッシングが生じやすい条件で追加燃料噴射を行い、ボアフラッシングが生じない最大燃料噴射量を測定することにより求められる。例えば、膨張行程終期では、ピストンが最も下降しており、気筒内温度も低下しているため、最もボアフラッシングが生じやすくなるため、本実施形態では、膨張行程終期に燃料噴射を行った時に、ボアフラッシングを生じずに噴射可能な最大燃料噴射量を測定しておき、この最大燃料噴射量をＱＡiMAXとして使用する。ＱＡiMAXは、一般に２０ＣＣ／噴射に相当する燃料量となる。
【００３４】
これにより、各気筒における１回の追加燃料噴射量はボアフラッシングを生じない値に設定されるため、追加燃料噴射によりボアフラッシングが生じることが防止される。
（２）追加燃料噴射時期
追加燃料噴射の噴射時期は以下の条件を満たす必要がある。
【００３５】
▲１▼  主燃料噴射終了から最初の追加燃料噴射開始までの間に充分な間隔があること。
▲２▼  最後の追加燃料噴射は、排気行程終期に吸気弁が開弁する前に終了すること。
▲３▼  他の気筒の主燃料噴射時期といずれかの追加燃料噴射時期とが重ならないこと。
【００３６】
上記▲１▼の条件は、追加燃料噴射により噴射された燃料が気筒内で燃焼することを防止するためである。主燃料噴射終了直後は主燃料噴射により噴射された燃料の燃焼により気筒内温度が極めて高くなっている。このため、主燃料噴射終了直後に追加燃料噴射を行うと、噴射された燃料は気筒内で燃焼して機関出力トルクの変動（増大）を生じたり、或いは燃焼しない場合も気筒内の高温によりスモークを生成したりする場合がある。このため、本実施形態では、主燃料噴射終了後気筒内温度が噴射燃料の燃焼やスモークの発生を生じない程度まで低下してから第１回の追加燃料噴射を実施するようにしている。経験上、第１回目の追加燃料噴射は、主燃料噴射開始後クランク角で３０度（３０°ＣＡ）程度経過後に行えば燃料の燃焼やスモークの発生を生じないことが判明している。従って、本実施形態では、主燃料噴射開始後３０°ＣＡの時点を第１回の追加燃料噴射開始時期としている。
【００３７】
上記▲２▼の条件は、吸気弁が開弁すると新気の流入により気筒内温度が低下するため、吸気弁開弁後に追加燃料噴射を実施するとボアフラッシングが生じやすくなるためである。
上記▲３▼の条件は、前述したように追加燃料噴射により他気筒の主燃料噴射が影響を受けることを防止するためである。本実施形態では、機関１は６気筒機関とされており、各気筒の主燃料噴射はクランク回転角１２０度毎の予め定めた時期に設定されている。このため、各気筒の追加燃料噴射はこの時期を避けて設定される。
【００３８】
なお、各追加燃料噴射の間隔は、例えば燃料噴射回路が動作可能な範囲で最小の間隔に設定し、できるだけ気筒内の温度が低下しないうちに全部の追加燃料噴射を終了するようにすれば、ボアフラッシングをより完全に防止することができる。
図２は、上記により設定した追加燃料噴射時期を模式的に示す図である。図２は、＃１気筒の場合について示しているが、他の気筒についても追加燃料噴射時期は同様に設定される。
【００３９】
図１において、ＴＤＣは気筒上死点、ＢＤＣは気筒下死点、Ｑ1 は＃１気筒の主燃料噴射開始時期、Ｑi は他の気筒の主燃料噴射時期を表している。主燃料噴射は、圧縮行程上死点（０°ＣＡ）に開始される。本実施形態では、６気筒機関が使用されるため、＃１気筒で主燃料噴射が行われてから（０°ＣＡ）排気行程上死点までの間に他の３気筒で主燃料噴射が行われる（１２０°ＣＡ、２４０°ＣＡ、３６０°ＣＡ）。
【００４０】
図２にＱＪ1 からＱＪ9 で示すのは、＃１気筒における追加燃料噴射のタイミングである。本実施形態では、追加燃料噴射を９回実施すると仮定している。
前述したように、第１回の追加燃料噴射は主燃料噴射開始後クランク回転角３０°の点（３０°ＣＡ）で行われる。また、各追加燃料噴射の間隔は燃料噴射回路の最小作動間隔（γ°ＣＡ）に設定されている。
【００４１】
更に、他の気筒の主燃料噴射が開始される時期（１２０°ＣＡ、２４０°ＣＡ、３６０°ＣＡ）の前後β°ＣＡ、及びα°ＣＡの間は追加燃料噴射を実施せず、主燃料噴射に影響が生じることを防止している。また、最後の回の追加燃料噴射は、吸気弁が開弁を開始する前に終了する。
図２に示すように、追加燃料噴射を複数回に分けて行い各噴射における燃料噴射量ボアフラッシングが生じない範囲で最大にすることにより、ボアフラッシングが生じることを完全に防止することが可能となる。また、他の気筒で主燃料噴射が行われる時期の前後の所定期間には、追加燃料噴射を実施しないため他の気筒の主燃料噴射が＃１気筒の追加燃料噴射に影響を受けることが完全に防止されるようになる。
【００４２】
なお、図２の例では各追加燃料噴射における燃料噴射量をボアフラッシングが生じない最大燃料噴射ＱＡiMAXに固定して、ＮＩ＝（ＱＡi ／ＱＡiMAX）＋１として追加燃料噴射の回数ＮＩを決定しているが、逆に追加燃料噴射の回数ＮＩを固定しておき、各追加燃料噴射における燃料噴射量をＱＡi ／ＮＩとして設定するようにしてもよい。この場合、ＮＩは各追加燃料噴射における燃料噴射量ＱＡi ／ＮＩの値がＱＡiMAX以下になるように予め余裕を持った大きな値に設定される。
【００４３】
次に、本実施形態におけるＥＧＲ実施時の追加燃料噴射について説明する。
前述のように、本実施形態の機関１には排気マニホルド３１とサージタンク２１とを接続するＥＧＲ通路３３が設けられており、ＥＧＲ制御弁２３が開弁すると排気マニホルド３１からＥＧＲ通路３３を通って吸気サージタンク２１に排気の一部が還流する。これにより、気筒内の燃焼温度が低下し、ＮＯX の発生が抑制される。
【００４４】
本実施形態では、ＥＣＵ３０は機関負荷状態に応じてＥＧＲ制御弁２３開度を調節し、ＥＧＲ通路３３を通ってサージタンクに還流する排気の流量を調節している。
ところが、上述したように各気筒で追加燃料噴射を実施した場合にはＥＧＲ実施中に問題が生じる場合がある。追加燃料噴射を実施すると気筒からは多量の未燃燃料を含む排気が排出される。通常、この排気は排気マニホルド３１や排気通路３内の排気と均一に混合し、所定の排気空燃比となった状態でＮＯX 吸蔵還元触媒７０に到達する。しかし、ＥＧＲ通路３３の排気マニホルドへの接続位置によってはＥＧＲ実施中に特定の気筒の排気が他の気筒の排気よりもＥＧＲ通路３３に流入しやすくなっている場合がある。このような場合には、追加燃料噴射実施中には、上記特定の気筒から排出された高濃度の未燃燃料を含む排気がマニホルド内の排気と混合する前に直接ＥＧＲ通路３３に流入し、吸気サージタンク２１に還流する場合が生じる。吸気サージタンク２１は低温であるためこのように高濃度の未燃燃料を含む排気が吸気サージタンク２１に流入すると、排気中の未燃燃料が凝縮してしまい、気筒内壁に付着しボアフラッシングと同様な問題を生じる場合がある。
【００４５】
そこで、本実施形態では予め、ＥＧＲ通路３３の配置上ＥＧＲ通路３３に排気が流入しやすくなっている気筒を実験等により特定しておく。そして、ＥＣＵ３０は、ＥＧＲ実施中に追加燃料噴射を行う場合には、上記特定した気筒については追加燃料噴射を実施しないようにしている。これにより、高濃度の未燃燃料が吸気系に還流することが防止される。
【００４６】
一方、上記のようにＥＧＲ実施中に特定の気筒の追加燃料噴射を停止したままでは、機関全体として追加燃料噴射により供給される燃料量が低下してしまい、ＮＯX 吸蔵還元触媒７０に流入する排気の空燃比を所定の空燃比に維持できなくなる可能性がある。そこで、本実施形態ではＥＣＵ３０は上記特定気筒の追加燃料噴射を停止した場合には、他の気筒に追加燃料噴射により供給される燃料量を増大して全体として必要量の燃料が機関に供給されるようにしている。
【００４７】
すなわち、ＥＣＵ３０は前述したように各気筒の機関１行程サイクル当たりの追加燃料噴射量ＱＡi を、ＱＡi ＝ＱＡ／Ｎ（Ｎは全気筒数、本実施形態ではＮ＝６）として算出し、ＱＡi の値に基づいて各気筒の追加燃料噴射の回数または１回当たりの追加燃料噴射量を設定しているが、ＥＧＲ実施中に追加燃料噴射を行う場合には、追加燃料噴射を実施する気筒の機関１行程サイクル当たりの噴射量ＱＡi を、ＱＡi ＝ＱＡ／（Ｎ−ｎ）として算出する。ｎは、ＥＧＲ実施中に追加燃料噴射を実行しない気筒の数である（ｎは２以上になる場合もある。）。上記により、計算したＱＡi の値に基づいて、各気筒の追加燃料噴射の回数または１回の燃料噴射量を設定することにより、ＥＧＲ実施中に特定の気筒の追加燃料噴射を停止した場合にも、機関全体として必要量の燃料が追加燃料噴射により供給されるようになり、ＮＯX 吸蔵還元触媒７０に供給される排気の空燃比を所定の空燃比に維持することが可能となる。
【００４８】
なお、上記のようにＥＧＲ実施時に特定気筒の追加燃料噴射を停止する際に、他の気筒の同一行程サイクルにおける追加燃料噴射の燃料量を増大させる代りに、他の気筒では通常（ＥＧＲを実施しない場合）と同じ噴射量で追加燃料噴射を終了し、その後のサイクルに、他の気筒で再度追加燃料噴射を行い特定気筒で追加燃料噴射されるべきであった燃料量を供給するようにしてもよい。
【００４９】
また、上記実施形態では１行程サイクルにおける追加燃料噴射に例をとって説明しているが、実際には、各気筒の追加燃料噴射はＮＯX 吸蔵還元触媒７０から吸収したＮＯX を放出させるのに必要な量の炭化水素が触媒７０に供給されるまで、１以上の行程サイクルの間継続して行うようにしても良い。
【００５０】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、追加燃料噴射により排気浄化触媒に理論空燃比またはリッチ空燃比の排気を供給する際に、他の気筒の主燃料噴射に影響を生じることなくボアフラッシングの発生を防止することが可能となる共通の効果を奏する。
【００５１】
また、請求項２に記載の発明では、上記共通の効果に加えて排気再循環実施中に、特定の気筒から追加燃料噴射により供給された高濃度の未燃燃料が還流されることを防止することが可能となる効果を奏する。
更に、請求項３に記載の発明では、請求項２の発明の効果に加えて、特定の気筒の追加燃料噴射を実施しない場合においても、所定の空燃比の排気を排気浄化触媒に供給することが可能となる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を、自動車用ディーゼル機関に適用した場合の実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】図１の実施形態における追加燃料噴射タイミングを模式的に示す図である。
【符号の説明】
１…ディーゼル機関
２３…ＥＧＲ制御弁
３０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）
７０…ＮＯX 吸蔵還元触媒
１１１…筒内燃料噴射弁
【図１】
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【図２】
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