(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の各気筒毎に燃料噴射手段を設けると共に、前記内燃機関の排気通路に排気中の窒素酸化物を還元浄化する触媒を設け、前記各気筒の燃料噴射手段に機関出力発生のための主噴射指令を出力すると共に少なくとも１つの気筒の燃料噴射手段に前記触媒への炭化水素供給のための後噴射指令を出力する噴射制御手段を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記触媒の活性状態を検出する触媒活性状態検出手段と
を備え、
前記噴射制御手段は、前記運転状態検出手段の検出値と前記触媒活性状態検出手段の検出値に基づいて前記触媒へ供給する炭化水素量（以下「目標後噴射量」という）を算出すると共に後噴射時期を設定し、更に前記目標後噴射量と前記運転状態検出手段の検出値とに基づいて後噴射する気筒数と１気筒当りの後噴射量を算出し、この算出された前記１気筒当りの後噴射量を、予め設定された上限設定値と比較し、前記上限設定値よりも大きければ、前記１気筒当りの後噴射量を前記上限設定値に補正して、前記燃料噴射手段に後噴射指令を出力するとともに、前記上限設定値以下であれば前記１気筒当りの後噴射量を、前記燃料噴射手段に後噴射指令を出力することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記噴射制御手段は、１気筒当りの後噴射量の下限設定値と前記上限設定値を設定し、算出した１気筒当りの後噴射量が下限設定値と前記上限設定値の範囲内の場合にのみ後噴射指令を出力す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装置。
【請求項３】
前記噴射制御手段は、１気筒当りの後噴射量が前記下限設定値より小さい場合は、後噴射を中止して数サイクル分の後噴射量を積算し、その積算値が下限設定値以上になった時に後噴射指令を出力し、１気筒当りの後噴射量が前記上限設定値を超えた場合は、１気筒当りの後噴射量を上限設定値に補正して後噴射指令を出力することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記下限設定値は、前記内燃機関の１気筒の排気量１リットル当り１〜８ｍｍ3／ストロークの範囲内で設定され、前記上限設定値は、１気筒の排気量１リットル当り８〜２０ｍｍ3／ストロークの範囲内で設定されることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記噴射制御手段は、前記運転状態検出手段の検出値と前記後噴射時期とに基づいて各気筒の筒内状態を推定し、推定した各気筒の筒内状態に基づいて前記下限設定値と前記上限設定値を設定することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記噴射制御手段は、前記運転状態検出手段の検出値と前記後噴射時期に基づいて推定した各気筒の筒内圧力又は筒内温度が高くなるほど前記下限設定値と前記上限設定値を大きく設定することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
内燃機関の各気筒毎に燃料噴射手段を設けると共に、前記内燃機関の排気通路に排気中の窒素酸化物を還元浄化する触媒を設け、前記各気筒の燃料噴射手段に機関出力発生のための主噴射指令を出力すると共に少なくとも１つの気筒の燃料噴射手段に前記触媒への炭化水素供給のための後噴射指令を出力する噴射制御手段を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記触媒の活性状態を検出する触媒活性状態検出手段と
を備え、
前記噴射制御手段は、前記運転状態検出手段の検出値と前記触媒活性状態検出手段の検出値に基づいて前記触媒へ供給する炭化水素量（以下「目標後噴射量」という）を算出すると共に後噴射時期を設定し、更に前記目標後噴射量と前記運転状態検出手段の検出値とに基づいて後噴射する気筒数と１気筒当りの後噴射量を算出し、その算出結果に応じて、前記燃料噴射手段に後噴射指令を出力するものであって、
前記１気筒当りの後噴射量は、下限設定値より小さい場合は、後噴射を中止して数サイクル分の後噴射量を積算し、その積算値が前記下限設定値以上になった時に前記後噴射指令を出力し、前記１気筒当りの後噴射量が、上限設定値を超えた場合は、前記１気筒当りの後噴射量を前記上限設定値に補正して前記後噴射指令を出力し、
前記下限設定値と前記上限設定値とは、前記運転状態検出手段の検出値と前記後噴射時期に基づいて推定した各気筒の筒内圧力又は筒内温度に基づいて、設定されることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記下限設定値および前記上限設定値は、前記筒内圧力又は前記筒内温度が高くなるほど、大きく設定されることを特徴とする請求項７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、内燃機関の排気ガス中に含まれる窒素酸化物を触媒で還元浄化する内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン等の酸素過剰下で燃料の燃焼が行われる内燃機関から排出される排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するために、排気管内にＮＯｘ触媒を設置し、炭化水素（燃料）を還元剤としてＮＯｘ触媒に供給してＮＯｘを還元浄化する技術が提案されている。この触媒のＮＯｘ浄化特性は、図４に示すように、所定の活性温度範囲（例えば２００℃から４００℃）においてのみＮＯｘ浄化率が高くなり、また、ＮＯｘ触媒に供給する炭化水素の量に応じてＮＯｘ浄化率が変化することが知られている。
【０００３】
通常の内燃機関の排気ガス中には、ほとんど炭化水素が含まれていないため、ＮＯｘ触媒でＮＯｘを還元浄化するためには、排気ガスに還元剤である炭化水素を添加する必要がある。これを行うために、燃料噴射弁から燃料噴射（主噴射）した後の膨張又は排気行程で、燃料噴射弁から少量の燃料を後噴射し、この後噴射により未燃燃料（炭化水素）を還元剤としてＮＯｘ触媒に供給するようにしたものがある。
【０００４】
しかし、この方法では、後噴射する燃料量が多い場合や後噴射圧力が高い場合には、後噴射した燃料の一部がシリンダ壁に到達して付着し、潤滑油に混入することで、潤滑油の粘性が低下して潤滑油が劣化したり、最悪の場合には、ピストンが焼き付きを起こすおそれがある。しかも、後噴射した燃料の一部がシリンダ壁に付着すれば、その分、ＮＯｘ触媒に供給する後噴射の燃料量が不足して、ＮＯｘ浄化率が低下することにもなる。
【０００５】
そこで、特開平８−７４５６１号公報では、排気弁と吸気弁が両方開いてシリンダ内の空気の流れが強い時に、後噴射を行うことで、後噴射燃料のシリンダ壁への付着を回避することを提案している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報のように、シリンダ内の空気の流れを利用するだけでは、後噴射する燃料の量が多い場合や、後噴射する燃料の圧力が高い場合は、やはり、後噴射した燃料の一部がシリンダ壁に付着する場合が生じる。
また、燃料噴射弁は、主噴射時の噴射量の調整範囲で精度良く動作するように設計されており、後噴射時のように少量の燃料噴射量の調整は、本来的に得意としていない。従って、後噴射する燃料の量が少ない場合は、燃料噴射弁の個体差（ばらつき）や経時変化等の影響をより強く受けて後噴射量が変動しやすく、実際の後噴射量が目標値からずれてばらついてしまい、最適な炭化水素量をＮＯｘ触媒に供給できなくなる。
【０００７】
そこで、本発明の第１の目的は、後噴射した燃料がシリンダ壁に付着することを防止することであり、更に、第２の目的は、後噴射量が少ない場合の後噴射量のばらつきの問題を解決することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１では、内燃機関の運転状態を運転状態検出手段により検出すると共に、触媒の活性状態を触媒活性状態検出手段により検出し、噴射制御手段は、前記運転状態検出手段の検出値と前記触媒活性状態検出手段の検出値に基づいて触媒へ供給する炭化水素量（以下「目標後噴射量」という）を算出すると共に後噴射時期を設定し、更にこの目標後噴射量と運転状態検出手段の検出値とに基づいて後噴射する気筒数と１気筒当りの後噴射量を算出し、この算出された１気筒当りの後噴射量を、予め設定された上限設定値と比較し、上限設定値よりも大きければ、１気筒当りの後噴射量を上限設定値に補正して、燃料噴射手段に後噴射指令を出力するとともに、上限設定値以下であれば１気筒当りの後噴射量を、燃料噴射手段に後噴射指令を出力する。
【０００９】
このようにすれば、目標後噴射量が多い場合には、後噴射する気筒数を多くして、１気筒当りの後噴射量を適正範囲内にすることができ、シリンダ壁への後噴射燃料の付着を防止できる。これにより、目標後噴射量が多い場合でも、潤滑油への後噴射燃料の混入を防止できて、潤滑油の寿命を延ばすことができると共に、ＮＯｘの還元浄化に必要な後噴射量を目標値に合わせて精度良く制御することができ、ＮＯｘ浄化率を向上できる。
【００１０】
更に、本発明では運転状態検出手段の検出値（内燃機関の運転状態）と触媒活性状態検出手段の検出値に基づいて後噴射時期を設定している。後噴射時期によって筒内の温度や筒内の空気の流れの強さが変化するため、内燃機関の運転状態や触媒の活性状態に応じて最適な後噴射時期を設定することで、後噴射燃料の高改質化とシリンダ壁への後噴射燃料の付着防止の効果を更に高めることができる。
更に、１気筒当りの後噴射量を、予め設定された上限設定値と比較することにより、その設定値よりも大きければ、上限設定値に補正することにより、シリンダ壁への後噴射燃料の付着を確実に防止することができる。
【００１１】
また、請求項２のように、１気筒当りの後噴射量の下限設定値と上限設定値を設定し、算出した１気筒当りの後噴射量が下限設定値と上限設定値の範囲内の場合にのみ後噴射指令を出力するようにしても良い。このようにすれば、算出した１気筒当りの後噴射量が下限設定値（つまり燃料噴射手段が精度良く噴射動作できる噴射量の下限値）以上にならないと、後噴射しないため、後噴射量のばらつきを防止でき、触媒への炭化水素の供給量を目標値通りに制御することができる。しかも、１気筒当りの後噴射量が上限設定値（つまり後噴射燃料がシリンダ壁に付着しない後噴射量の上限値）を越える場合には、後噴射しないため、シリンダ壁への後噴射燃料の付着を確実に防止することができる。
【００１２】
この場合、請求項３のように、１気筒当りの後噴射量が下限設定値より小さい場合は、後噴射を中止して数サイクル分の後噴射量を積算し、その積算値が下限設定値以上になった時に後噴射指令を出力し、１気筒当りの後噴射量が前記上限設定値を超えた場合は、１気筒当りの後噴射量を上限設定値に補正して後噴射指令を出力することが好ましい。このようにすれば、後噴射量のばらつきやシリンダ壁への後噴射燃料の付着を防止しながら、ＮＯｘの還元浄化に必要な後噴射量を目標値に合わせて精度良く制御することができ、ＮＯｘ浄化率を向上することができる。
【００１３】
更に、請求項４のように、１気筒当りの後噴射量の下限設定値を内燃機関の１気筒の排気量１リットル当り１〜８ｍｍ3 ／ストローク（１回の噴射動作）の範囲内で設定し、上限設定値を８〜２０ｍｍ3 ／ストロークの範囲内で設定することが好ましい。本発明者の実験結果によれば１気筒の排気量１リットル当りの後噴射量が１ｍｍ3 ／ストロークよりも小さくなると、後噴射量のばらつきが顕著になるため、下限設定値を１ｍｍ3 ／ストローク以上に設定する必要がある。また、１気筒の排気量１リットル当りの後噴射量が２０ｍｍ3 ／ストロークを越えると、シリンダ壁への後噴射燃料の付着が顕著になるため、上限設定値を２０ｍｍ3 ／ストローク以下にする必要がある。これらの下限設定値と上限設定値は、燃料噴射手段の固体差（ばらつき）や経時変化、運転状態等によって変化するため、下限設定値を１〜８ｍｍ3 ／ストロークの範囲内、上限設定値を８〜２０ｍｍ3 ／ストロークの範囲内で適宜設定すれば、後噴射量のばらつきやシリンダ壁への後噴射燃料の付着を防止することができる。
【００１４】
この場合、請求項５のように、前記運転状態検出手段の検出値と前記後噴射時期に基づいて各気筒の筒内状態を推定し、推定した各気筒の筒内状態に基づいて前記下限設定値と前記上限設定値を設定するようにしても良い。つまり、各気筒の筒内状態によって筒内に後噴射した燃料の挙動や改質度が異なってくるため、各気筒の筒内状態に基づいて下限設定値と上限設定値を設定すれば、幅広い運転条件下で後噴射量のばらつきやシリンダ壁への後噴射燃料の付着を防止することができる。
【００１５】
更に、請求項６のように、前記運転状態検出手段の検出値と前記後噴射時期に基づいて推定した各気筒の筒内圧力又は筒内温度が高くなるほど、前記下限設定値と前記上限設定値を大きく設定するようにしても良い。つまり、各気筒の筒内圧力温度が高くなるほど、後噴射燃料の熱改質が良くなり、また、筒内圧力が高くなるほど、筒内を流れる空気の流れが強くなり、後噴射燃料がシリンダ壁に付着しにくくなる。それ故、各気筒の筒内圧力又は筒内温度が高くなるほど、前記下限設定値と前記上限設定値を大きく設定すれば、各気筒の筒内圧力又は筒内温度に応じた最適な設定値を得ることができる。
また、本発明の請求項７では、内燃機関の運転状態を運転状態検出手段により検出すると共に、触媒の活性状態を触媒活性状態検出手段により検出し、噴射制御手段は、前記運転状態検出手段の検出値と前記触媒活性状態検出手段の検出値に基づいて触媒へ供給する炭化水素量（以下「目標後噴射量」という）を算出すると共に後噴射時期を設定し、更にこの目標後噴射量と運転状態検出手段の検出値とに基づいて後噴射する気筒数と１気筒当りの後噴射量を算出して、その算出結果に応じて、燃料噴射手段に後噴射指令を出力するものであり、この１気筒当りの後噴射量は、下限設定値より小さい場合は、後噴射を中止して数サイクル分の後噴射量を積算し、その積算値が下限設定値以上になった時に後噴射指令を出力し、１気筒当りの後噴射量が、設定値を超えた場合は、１気筒当りの後噴射量を上限設定値に補正して前記後噴射指令を出力し、さらに、上記した下限設定値と上限設定値とは、運転状態検出手段の検出値と後噴射時期に基づいて推定した各気筒の筒内圧力又は筒内温度に基づいて、設定されることを特徴とする。
このようにすれば、目標後噴射量が多い場合には、後噴射する気筒数を多くして、１気筒当りの後噴射量を適正範囲内にすることができ、シリンダ壁への後噴射燃料の付着を防止できる。これにより、目標後噴射量が多い場合でも、潤滑油への後噴射燃料の混入を防止できて、潤滑油の寿命を延ばすことができると共に、ＮＯｘの還元浄化に必要な後噴射量を目標値に合わせて精度良く制御することができ、ＮＯｘ浄化率を向上できる。
更に、本発明では運転状態検出手段の検出値（内燃機関の運転状態）と触媒活性状態検出手段の検出値に基づいて後噴射時期を設定している。後噴射時期によって筒内の温度や筒内の空気の流れの強さが変化するため、内燃機関の運転状態や触媒の活性状態に応じて最適な後噴射時期を設定することで、後噴射燃料の高改質化とシリンダ壁への後噴射燃料の付着防止の効果を更に高めることができる。
更に、１気筒当りの後噴射量の下限設定値と上限設定値を設定することにより、後噴射量のばらつきやシリンダ壁への後噴射燃料の付着を防止しながら、ＮＯｘの還元浄化に必要な後噴射量を目標値に合わせて精度良く制御することができ、ＮＯｘ浄化率を向上することができる。
そして、これら下限設定値と前記上限設定値とは、運転状態検出手段の検出値と後噴射時期に基づいて各気筒の各気筒の筒内圧力又は筒内温度を推定し、この推定した各気筒の筒内圧力又は筒内温度に基づいて、設定している。つまり、各気筒の筒内圧力又は筒内温度によって筒内に後噴射した燃料の挙動や改質度が異なってくるため、各気筒の筒内圧力又は筒内温度に基づいて下限設定値と上限設定値を設定すれば、幅広い運転条件下で後噴射量のばらつきやシリンダ壁への後噴射燃料の付着を防止することができる。
また、請求項８のように、下限設定値および上限設定値は、筒内圧力又は筒内温度が高くなるほど、大きく設定されるようにしても良い。つまり、各気筒の筒内圧力温度が高くなるほど、後噴射燃料の熱改質が良くなり、また、筒内圧力が高くなるほど、筒内を流れる空気の流れが強くなり、後噴射燃料がシリンダ壁に付着しにくくなる。それ故、各気筒の筒内圧力又は筒内温度が高くなるほど、前記下限設定値と前記上限設定値を大きく設定すれば、各気筒の筒内圧力又は筒内温度に応じた最適な設定値を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
［実施形態（１）］
以下、本発明を例えば４気筒ディーゼルエンジンに適用した実施形態（１）を図１乃至図１１に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の構成を説明する。内燃機関であるディーゼルエンジン１０の各気筒には、吸気管１１を通して吸入される吸入空気が吸気マニホールド１３を通して吸入される。ディーゼルエンジン１０の各気筒には、燃料噴射手段として蓄圧式の燃料噴射弁１４が取り付けられ、各燃料噴射弁１４には、高圧燃料ポンプ１５から高圧に蓄圧された燃料がコモンレール１６を通して分配される。このコモンレール１６には、各燃料噴射弁１４に分配する燃料の圧力（コモンレール燃圧）を検出する燃料圧力センサ１２（燃料圧力検出手段）が取り付けられている。
【００１７】
ディーゼルエンジン１０の各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド１７（排気通路）を通して１本の排気管１８（排気通路）に排出され、この排気管１８の途中には、排気中のＮＯｘを還元浄化する触媒、すなわちＮＯｘ触媒１９が設置されている。このＮＯｘ触媒１９の母材は、セラミック等の多孔質部材からなるハニカム状格子により多数の流路が形成されたものであり、多孔質部材の表面には、ゼオライト、シリカ等のコート層が設けられ、更にその表面にはＰｔ等の貴金属，Ｃｕなどの遷移金属、或は、アルカリ金属、アルカリ土類金属が担持されている。
【００１８】
このＮＯｘ触媒１９の下流側には排気温度センサ２０が設置されている。この排気温度センサ２０は、ＮＯｘ触媒１９の出口の排気温度を検出し、その排気温度から触媒温度（触媒活性状態）を推定する触媒活性状態検出手段として機能する。
ディーゼルエンジン１０の運転中は、エンジン電子制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２５によって各気筒の燃料噴射弁１４が制御される。このＥＣＵ２５は、アクセルセンサ２６及びエンジン回転数センサ２７（これらはいずれも運転状態検出手段に相当）から出力される信号を読み込んでディーゼルエンジン１０の運転状態を検出すると共に、排気温度センサ２０の出力信号を読み込んでＮＯｘ触媒１９の温度を推定する。
【００１９】
このＥＣＵ２５は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）には、主噴射制御プログラム（図示せず）や図２に示す後噴射制御プログラム、図３乃至図７に示すマップデータ等が記憶されている。このＥＣＵ２５は、主噴射制御プログラムを実行することで、各気筒の燃料噴射弁１４にエンジン出力発生のための主噴射指令を出力し、更に、図２の後噴射制御プログラムを実行することで、後噴射する気筒数と１気筒当りの後噴射量を算出し、その算出結果に応じて各気筒の燃料噴射弁１４にＮＯｘ触媒１９への炭化水素供給のための後噴射指令を出力する噴射制御手段として機能する。
【００２０】
以下、このＥＣＵ２５によって実行される後噴射制御プログラムの処理内容を図２のフローチャートに従って説明する。本プログラムは、後噴射する直前に実行される。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１０１で、後噴射量積算値Ｘを初期化してＸ＝０とし、次のステップ１０２で、エンジン回転数センサ２７、アクセルセンサ２６、排気温度センサ２０から出力されるエンジン回転数、アクセル開度、排気温度の信号を読み込む。この後、ステップ１０３で、エンジン回転数とアクセル開度とに基づいて、エンジン１０から排出されるＮＯｘ排出量を図３に示すマップデータより算出する。
【００２１】
この後、ステップ１０４で、上記ステップ１０２で読み込んだ排気温度とステップ１０３で算出したＮＯｘ排出量とに基づいて、後噴射によりＮＯｘ触媒１９に供給すべき単位時間当りの軽油供給量Ｚ（目標後噴射量に相当）を図４に示すマップデータより算出し、この単位時間当りの軽油供給量Ｚを１気筒で後噴射する場合の燃料噴射弁１４の１ストローク（１噴射動作）当りの後噴射量Ｙ1 を上記ステップ１０２で読み込んだエンジン回転数を基にして算出する。
【００２２】
この後、ステップ１０５で、エンジン負荷と排気温度とに基づいて、後噴射時期を図５に示すマップデータより算出し、次のステップ１０６で、エンジン運転条件（エンジン回転数、アクセル開度）と後噴射時期とに基づいて、ＥＣＵ２５のＲＯＭに記憶されたマップデータから筒内状態（筒内温度と筒内圧力）を推定する。そして、次のステップ１０７で、上記ステップ１０５から推定した筒内温度と筒内圧力とに基づいて、後噴射量の下限設定値と上限設定値を図６に示すマップデータより算出する。
【００２３】
この場合、下限設定値と上限設定値は、筒内温度、筒内圧力が高くなるほど大きく設定する。下限設定値は、燃料噴射弁１４が精度良く噴射動作できる噴射量の下限値であり、具体的にはエンジンの１気筒の排気量１リットル当り１〜８ｍｍ3 ／ストローク（望ましくは２〜６ｍｍ3 ／ストローク）の範囲内で設定し、上限設定値は、後噴射燃料がシリンダ壁に付着しない後噴射量の上限値であり、具体的にはエンジンの１気筒の排気量１リットル当り８〜２０ｍｍ3 ／ストローク（望ましくは８〜１２ｍｍ3 ／ストローク）の範囲内で設定する。例えば、排気量２リットルの４気筒エンジンでは、下限設定値は、０．５〜４ｍｍ3 ／ストローク、上限設定値は、４〜１０ｍｍ3 ／ストロークの範囲内で設定し、排気量１２リットルの８気筒エンジンでは、下限設定値は、１．５〜１２ｍｍ3 ／ストローク、上限設定値は、１２〜３０ｍｍ3 ／ストロークの範囲内で設定する。
【００２４】
そして、次のステップ１０８で、上記ステップ１０４で算出した後噴射量Ｙ1 を前回の後噴射量積算値Ｘ（初回処理時はＸ＝０）に積算して後噴射量積算値Ｘを更新する。この後、ステップ１０９で、後噴射量積算値Ｘを前記ステップ１０７で設定した下限設定値と比較し、後噴射量積算値Ｘが下限設定値よりも小さければ、ステップ１０２に戻り、ステップ１０２からステップ１０９までの処理を繰り返す。
【００２５】
このような処理により、１気筒当りの後噴射量Ｙ1 が下限設定値より小さい場合は、後噴射を中止して数サイクル分の後噴射量を積算し、その積算値Ｘが下限設定値以上になった時に、ステップ１０９からステップ１１０に進み、前記ステップ１０４で算出した単位時間当りの軽油供給量Ｚとエンジン回転数とに基づいて、後噴射する気筒数を図７に示すマップデータより算出する。つまり、軽油供給量Ｚが多いほど、後噴射気筒数を多くし、エンジン回転数が低くなるほど、後噴射気筒数を多くする。そして、このようにして算出した後噴射気筒数と単位時間当りの軽油供給量Ｚとエンジン回転数とに基づいて１気筒当りの後噴射量Ｙ（１ストローク当り）を算出する。この際、算出した１気筒当りの後噴射量Ｙが下限設定値より小さくなる場合には、１気筒当りの後噴射量Ｙが下限設定値以上となるまで、後噴射気筒数を減少して１気筒当りの後噴射量Ｙを算出し直す。
【００２６】
この後、ステップ１１１で、１気筒当りの後噴射量Ｙを前記ステップ１０７で設定した上限設定値と比較し、１気筒当りの後噴射量Ｙが上限設定値よりも大きければ、ステップ１１２に進み、１気筒当りの後噴射量Ｙを上限設定値に補正して、ステップ１１３に進む。また、上記ステップ１１１で、１気筒当りの後噴射量Ｙが上限設定値以下であれば、１気筒当りの後噴射量Ｙを補正せずにステップ１１３に進む。このステップ１１３では、上述した処理により算出した１気筒当りの後噴射量Ｙ、後噴射時期、後噴射気筒数に従って後噴射指令を燃料噴射弁１４に出力し、後噴射を実行して本プログラムを終了する。
【００２７】
後噴射を実行する場合には、後噴射する気筒が一部の気筒に偏らないように後噴射する気筒を随時変更する。例えば、エンジンの全気筒数より少ないＮ個の気筒で後噴射する場合には、全気筒からＮ個の気筒を選択する組み合わせを考慮し、その全ての組み合わせで後噴射するように、後噴射する気筒の組み合わせを１又は数サイクル毎に変更する。
【００２８】
例えば、４気筒エンジンで２つの気筒で後噴射する場合の後噴射の順序を図８乃至図１１に基づいて説明すると、図８に示すように第１気筒と第２気筒からなる後噴射気筒群で１又は数サイクルの間、後噴射した後、図９に示すように別の気筒群である第２気筒と第３気筒からなる後噴射気筒群で１又は数サイクルの間、後噴射する。その後、図１０に示すように第３気筒と第４気筒からなる後噴射気筒群で１又は数サイクルの間、後噴射した後、図１１に示すように第１気筒と第４気筒からなる後噴射気筒群で１又は数サイクルの間、後噴射する。尚、後噴射気筒群の切り換えの順序は、上記の順序に限定されず、適宜変更しても良いことは言うまでもない。
【００２９】
以上説明した実施形態（１）では、触媒活性状態やエンジン運転条件から算出した単位時間当りの軽油供給量Ｚ（目標後噴射量）とエンジン回転数とに基づいて後噴射する気筒数を算出すると共に、１気筒当りの後噴射量Ｙを算出するようにしたので、軽油供給量Ｚが多い場合には、後噴射する気筒数を多くして１気筒当りの後噴射量Ｙを適正範囲内にすることができ、シリンダ壁への後噴射燃料の付着を防止できる。これにより、軽油供給量Ｚが多い場合でも、潤滑油への後噴射燃料の混入を防止できて、潤滑油の寿命を延ばすことができると共に、ＮＯｘの還元浄化に必要な後噴射量を目標値に合わせて精度良く制御することができ、ＮＯｘ浄化率を向上できる。
【００３０】
しかも、上記実施形態（１）では、後噴射時期によって筒内の温度や筒内の空気の流れの強さが変化することを考慮し、エンジン負荷と排気温度とに基づいて後噴射時期を算出するようにしたので、エンジン運転状態や触媒活性状態に応じて最適な後噴射時期を設定することができ、後噴射燃料の高改質化とシリンダ壁への後噴射燃料の付着防止の効果を高めることができる。更に、筒内温度や筒内圧力によって筒内に後噴射した燃料の挙動や改質度が異なってくることを考慮し、エンジン運転条件と後噴射時期とに基づいて筒内温度と筒内圧力を推定し、その推定結果に基づいて後噴射量の下限設定値と上限設定値を算出するようにしたので、幅広い運転条件下で後噴射量のばらつきやシリンダ壁への後噴射燃料の付着を防止することができる。
【００３１】
また、後噴射する気筒が一部の気筒に偏らないように後噴射する気筒を随時変更するようにしたので、全ての気筒の燃料噴射弁１４をほぼ均等に使用して後噴射を行うことができ、後噴射が特定の気筒に偏ることによる燃料噴射弁１４の早期劣化を防止することができ、耐久性を向上できる。
尚、本実施形態（１）では、後噴射する気筒数を、単位時間当りの軽油供給量Ｚとエンジン回転数とをパラメータとする図７の二次元マップより算出したが、燃料圧力センサ１２で検出した燃料圧力と単位時間当りの軽油供給量Ｚとエンジン回転数とをパラメータとする三次元マップより後噴射する気筒数を算出するようにしても良い。例えば、後噴射時の燃料圧力が高い場合には、後噴射する気筒数を多くして、１気筒当りの後噴射量を少なくする。これにより、後噴射時の燃料圧力が高い場合でも、シリンダ壁への後噴射燃料の付着を防止することができる。
［実施形態（２）］
前記実施形態（１）では、単位時間当りの軽油供給量Ｚとエンジン回転数とに基づいて、後噴射する気筒数を図７のマップデータより算出したが、図１２に示す実施形態（２）では、後噴射量積算値Ｘと触媒活性状態を表すＮＯｘ触媒１９出口の排気温度Ｔg （触媒温度）に基づいて、後噴射する気筒数と１気筒当りの後噴射量を算出し、触媒活性状態に適した改質度の後噴射燃料をＮＯｘ触媒１９に供給する。以下、本実施形態（２）で実行する図１２の後噴射制御プログラムの処理内容を説明する。
【００３２】
図１２の後噴射制御プログラムにおいても、前述した図２のステップ１０１〜１０９と同じ処理を行い、後噴射によりＮＯｘ触媒１９に供給すべき単位時間当りの軽油供給量Ｚを算出すると共に、１気筒当りの後噴射量Ｙ1 （１ストローク当り）を算出し、この後噴射量Ｙ1 の積算値Ｘが下限設定値以上になるまで後噴射量Ｙを積算する（ステップ１２０）。そして、後噴射量積算値Ｘが下限設定値以上になれば、ステップ１２１に進み、排気温度センサ２０で検出したＮＯｘ触媒１９出口の排気温度Ｔg （触媒温度）を設定温度Ｔ1 と比較する。ここで、設定温度Ｔ1 は、最大ＮＯｘ浄化率を示す触媒温度（好ましくは２４０℃〜２７０℃）に設定されている。
【００３３】
このステップ１２１で、排気温度Ｔg が設定温度Ｔ1 よりも高ければ、ステップ１２２に進み、後噴射気筒数を前回の気筒数より１気筒増加させてステップ１２４に進む。これに対し、排気温度Ｔg が設定温度Ｔ1 以下であれば、ステップ１２３に進み、後噴射気筒数を前回の気筒数より１気筒減少させてステップ１２４に進む。
【００３４】
このステップ１２４では、上記ステップ１２２又は１２３で設定した後噴射気筒数と単位時間当りの軽油供給量Ｚとエンジン回転数とに基づいて１気筒当りの後噴射量Ｙ（１ストローク当り）を算出する。この後、ステップ１２５で、１気筒当りの後噴射量Ｙを下限設定値と比較し、１気筒当りの後噴射量Ｙが下限設定値以上であれば、ステップ１２６に進むが、１気筒当りの後噴射量Ｙが下限設定値よりも小さければ、ステップ１２３に戻り、後噴射気筒数を１気筒減少させて１気筒当りの後噴射量Ｙを算出し直す（ステップ１２４）。
【００３５】
このようにして１気筒当りの後噴射量Ｙが下限設定値以上になれば、ステップ１２６に進み、１気筒当りの後噴射量Ｙを上限設定値と比較し、１気筒当りの後噴射量Ｙが上限設定値よりも大きければ、ステップ１２７に進み、１気筒当りの後噴射量Ｙを上限設定値に補正して、ステップ１２８に進む。また、上記ステップ１２６で、１気筒当りの後噴射量Ｙが上限設定値以下であれば、１気筒当りの後噴射量Ｙを補正せずにステップ１２８に進む。このステップ１２８では、上述した処理により算出した１気筒当りの後噴射量Ｙ、後噴射時期、後噴射気筒数に従って後噴射指令を燃料噴射弁１４に出力し、後噴射を実行して本プログラムを終了する。後噴射を実行する場合には、前記実施形態（１）と同じく、後噴射する気筒が一部の気筒に偏らないように後噴射する気筒を随時変更する。
【００３６】
以上説明した実施形態（２）では、排気温度センサ２０で検出したＮＯｘ触媒１９出口の排気温度Ｔg を触媒温度の代用データとして検出し、排気温度Ｔg が設定温度Ｔ1 以下の時は、後噴射気筒数を増加し、１気筒当りの後噴射量を少なくすることで、後噴射燃料が筒内から受ける単位体積当りの熱量を多くして、後噴射燃料の改質を促進する。これにより、低沸点炭化水素の割合を高めた燃料をＮＯｘ触媒１９に供給して、ＮＯｘ浄化率を高める。
【００３７】
また、排気温度Ｔg が設定温度Ｔ1 よりも高い時は、後噴射気筒数を少なくして１気筒当りの後噴射量を多くすることで、後噴射燃料が筒内から受ける単位体積当りの熱量を相対的に少なくして、低沸点炭化水素の割合を少なくした燃料をＮＯｘ触媒１９に供給する。これにより、ＮＯｘ触媒１９で後噴射燃料が燃焼することを防いで、ＮＯｘ浄化率の低下を防ぐ。
［実施形態（３）］
実施形態（３）では、図１３の後噴射制御プログラムを実行することで、燃料圧力センサ１２で検出したコモンレール１６内の燃料圧力を考慮して、後噴射する気筒数と１気筒当りの後噴射量Ｙを算出する。以下、図１３の後噴射制御プログラムの処理内容を説明する。本プログラムが起動されると、まず、ステップ１３１で、後噴射量積算値Ｘを初期化してＸ＝０とし、次のステップ１３２で、エンジン回転数センサ２７、アクセルセンサ２６、排気温度センサ２０、燃料圧力センサ１２から出力されるエンジン回転数、アクセル開度、排気温度、燃料圧力の信号を読み込む。この後、ステップ１３３で、エンジン回転数とアクセル開度とに基づいて、エンジン１０から排出されるＮＯｘ排出量を図３に示すマップデータより算出する。
【００３８】
この後、ステップ１３４で、上記ステップ１３２で読み込んだ排気温度とステップ１３３で算出したＮＯｘ排出量とに基づいて、後噴射によりＮＯｘ触媒１９に供給すべき単位時間当りの軽油供給量Ｚ（目標後噴射量に相当）を図４に示すマップデータより算出し、この単位時間当りの軽油供給量Ｚを１気筒で後噴射する場合の燃料噴射弁１４の１ストローク（１噴射動作）当りの後噴射量Ｙ1 を上記ステップ１３２で読み込んだエンジン回転数を基にして算出する。
【００３９】
この後、ステップ１３５で、エンジン負荷と排気温度とに基づいて、後噴射時期を図５に示すマップデータより算出し、次のステップ１３６で、上記ステップ１３４で算出した後噴射量Ｙ1 を前回の後噴射量積算値Ｘに積算して後噴射量積算値Ｘを更新する。この後、ステップ１３７で、後噴射量積算値Ｘを予め設定された下限設定値と比較し、後噴射量積算値Ｘが下限設定値よりも小さければ、ステップ１３２に戻り、ステップ１３２からステップ１３７までの処理を繰り返す。ここで、下限設定値は、燃料噴射弁１４が精度良く噴射動作できる噴射量の下限値であるエンジンの１気筒の排気量１リットル当り１〜８ｍｍ3 ／ストローク（望ましくは２〜６ｍｍ3 ／ストローク）の範囲内で設定されている。
【００４０】
このような処理により、１気筒当りの後噴射量Ｙ1 が下限設定値より小さい場合は、後噴射を中止して数サイクル分の後噴射量を積算し、その積算値Ｘが下限設定値以上になった時に、ステップ１３７からステップ１３８に進み、前記ステップ１３４で算出した単位時間当りの軽油供給量Ｚと燃料圧力とに基づいて、後噴射する気筒数を図１４に示すマップデータより算出する。つまり、軽油供給量Ｚが多いほど、後噴射気筒数を多くし、燃料圧力が高くなるほど、後噴射気筒数を多くする。そして、このようにして算出した後噴射気筒数と単位時間当りの軽油供給量Ｚとエンジン回転数とに基づいて１気筒当りの後噴射量Ｙ（１ストローク当り）を算出する。この際、算出した１気筒当りの後噴射量Ｙが下限設定値より小さくなる場合には、１気筒当りの後噴射量Ｙが下限設定値以上となるまで、後噴射気筒数を減少して１気筒当りの後噴射量Ｙを算出し直す。
【００４１】
この後、ステップ１３９で、１気筒当りの後噴射量Ｙを予め設定された上限設定値と比較し、１気筒当りの後噴射量Ｙが上限設定値よりも大きければ、ステップ１４０に進み、１気筒当りの後噴射量Ｙを上限設定値に補正して、ステップ１４１に進む。ここで、上限設定値は、後噴射燃料がシリンダ壁に付着しない後噴射量の上限値であるエンジンの１気筒の排気量１リットル当り８〜２０ｍｍ3 ／ストローク（望ましくは８〜１２ｍｍ3 ／ストローク）の範囲内で設定されている。
【００４２】
また、上記ステップ１３９で、１気筒当りの後噴射量Ｙが上限設定値以下であれば、１気筒当りの後噴射量Ｙを補正せずにステップ１４１に進む。このステップ１４１では、上述した処理により算出した１気筒当りの後噴射量Ｙ、後噴射時期、後噴射気筒数に従って後噴射指令を燃料噴射弁１４に出力し、後噴射を実行して本プログラムを終了する。後噴射を実行する場合には、前記実施形態（１）と同じく、後噴射する気筒が一部の気筒に偏らないように後噴射する気筒を随時変更する。
【００４３】
以上説明した実施形態（３）では、後噴射時の燃料圧力が高い場合には、後噴射する気筒数を多くして、１気筒当りの後噴射量を少なくすることで、シリンダ壁への後噴射燃料の付着を防止できる。これにより、後噴射時の燃料圧力が高い場合でも、潤滑油への後噴射燃料の混入を防止できて、潤滑油の寿命を延ばすことができると共に、ＮＯｘ触媒１９への炭化水素の供給量を目標値に合わせて精度良く制御することができ、ＮＯｘ浄化率を向上できる。
【００４４】
尚、本実施形態（３）では、下限設定値と上限設定値を予め設定したが、前記実施形態（１）と同じく、図６に示すマップデータより算出しても良い。この際、燃料圧力を考慮して下限設定値と上限設定値を算出するようにしても良い。
また、本実施形態（３）では、後噴射する気筒数を、単位時間当りの軽油供給量Ｚと燃料圧力とをパラメータとする図１４の二次元マップより算出したが、単位時間当りの軽油供給量Ｚと燃料圧力とエンジン運転状態（エンジン回転数等）とをパラメータとする三次元マップより後噴射する気筒数を算出するようにしても良い。
【００４５】
また、図１のシステム構成例では、ＮＯｘ触媒１９下流側に排気温度センサ２０を設置して、ＮＯｘ触媒１９下流の排気温度を触媒温度の代用として検出するようにしたが、排気温度センサ２０の設置場所は、ＮＯｘ触媒１９の内部又は上流側であっても良く、この場合でも、検出した排気温度を、触媒温度として代用できる。
【００４６】
尚、上記各実施形態は、いずれも本発明を４気筒ディーゼルエンジンに適用したものであるが、気筒数は４気筒に限定されず、他の気筒数であっても良いことは言うまでもない。また、本発明を適用可能な内燃機関は、ディーゼルエンジンに限定されず、筒内噴射（直噴）式ガソリンエンジンにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態（１）を示すエンジン制御システム全体の構成図
【図２】実施形態（１）における後噴射制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図３】エンジン回転数とアクセル開度からＮＯｘ排出量を求めるマップデータの一例を概念的に示す図
【図４】排気温度とＮＯｘ排出量から単位時間当りの軽油供給量を求めるマップデータの一例を概念的に示す図
【図５】エンジン負荷と排気温度から後噴射時期を求めるマップデータの一例を概念的に示す図
【図６】筒内圧力と筒内温度から下限設定値と上限設定値を求めるマップデータの一例を概念的に示す図
【図７】エンジン回転数と軽油供給量Ｚから後噴射する気筒数を求めるマップデータの一例を概念的に示す図
【図８】後噴射する気筒の順序の一例を示すタイムチャート（その１）
【図９】後噴射する気筒の順序の一例を示すタイムチャート（その２）
【図１０】後噴射する気筒の順序の一例を示すタイムチャート（その３）
【図１１】後噴射する気筒の順序の一例を示すタイムチャート（その４）
【図１２】実施形態（２）における後噴射制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図１３】実施形態（３）における後噴射制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート
【図１４】燃料圧力と軽油供給量Ｚから後噴射する気筒数を求めるマップデータの一例を概念的に示す図
【符号の説明】
１０  ディーゼルエンジン（内燃機関）
１１  吸気管
１２  燃料圧力センサ（燃料圧力検出手段）
１３  吸気マニホールド
１４  燃料噴射弁（燃料噴射手段）
１７  排気マニホールド（排気通路）
１８  排気管（排気通路）
１９  ＮＯｘ触媒（触媒）
２０  排気温度センサ（触媒活性状態検出手段）
２５  ＥＣＵ（噴射制御手段）
２６  アクセルセンサ（運転状態検出手段）
２７  エンジン回転数センサ（運転状態検出手段）。
【図１】
0004039500.tif 000002
【図２】
0004039500.tif 000003
【図３】
0004039500.tif 000004
【図４】
0004039500.tif 000005
【図５】
0004039500.tif 000006
【図６】
0004039500.tif 000007
【図７】
0004039500.tif 000008
【図８】
0004039500.tif 000009
【図９】
0004039500.tif 000010
【図１０】
0004039500.tif 000011
【図１１】
0004039500.tif 000012
【図１２】
0004039500.tif 000013
【図１３】
0004039500.tif 000014
【図１４】
0004039500.tif 000015