(57)【要約】【課題】本発明は、内燃機関の制御装置に関し、排気可変動弁装置を備えた内燃機関において、リッチスパイク、特にポスト噴射によるリッチスパイクを合理的に実施することを目的とする。【解決手段】リッチスパイクが必要であるか否かが判別される（ステップ１００）。リッチスパイクが必要であると判別された場合には、次に、排気弁開き時期が所定時期よりも早いか否かが判別される（ステップ１０２）。排気弁開き時期が所定時期よりも早い場合には、燃料添加弁から燃料を噴射する排気系燃料添加によってリッチスパイクが実行される（ステップ１０４）。排気弁開き時期が所定時期よりも遅い場合には、ポスト噴射によってリッチスパイクが実行される（ステップ１０６）。【選択図】図３
2009041489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の筒内に燃料を噴射する燃料インジェクタと、
排気弁の少なくとも開き時期を可変とする排気可変動弁装置と、
燃料が着火しないタイミングであって前記排気弁が開く前に前記燃料インジェクタから燃料を噴射するポスト噴射を実行可能なポスト噴射手段と、
排気ガスを浄化するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒に還元剤を供給するリッチスパイクの実施時に、ポスト噴射を実行するか否か、またはポスト噴射時期を、排気弁開き時期に基づいて設定する還元剤供給条件制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関の排気通路に設置された燃料添加弁を更に備え、
前記還元剤供給条件制御手段は、排気弁開き時期が所定時期より遅い場合にはポスト噴射によって還元剤を供給し、排気弁開き時期が前記所定時期より早い場合には、前記燃料添加弁によって還元剤を供給する還元剤供給方法選択手段を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記還元剤供給条件制御手段は、排気弁開き時期が早い場合ほどポスト噴射時期を早くするポスト噴射時期制御手段を含むことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記ポスト噴射時期制御手段は、排気弁開き時期が遅い場合ほど、ポスト噴射時期から排気弁開き時期までの期間を長くすることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記ポスト噴射時期制御手段は、エンジン負荷が小さい場合ほど、ポスト噴射時期から排気弁開き時期までの期間を長くすることを特徴とする請求項３または４記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記ポスト噴射時期制御手段は、前記ＮＯｘ触媒の温度が低い場合ほど、ポスト噴射時期から排気弁開き時期までの期間を長くすることを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン（圧縮着火内燃機関）では、通常、排気ガス中に多量の酸素が含まれているため、三元触媒でＮＯｘを浄化することができない。このため、ＮＯｘ触媒を排気通路に設置し、排気ガス中のＮＯｘをＮＯｘ触媒に吸蔵するようにした排気浄化システムが用いられている。
【０００３】
このようなシステムでは、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化してＮ２として放出するために、排気空燃比を一時的に理論空燃比以下のリッチとするリッチスパイクを周期的に行うことが必要となる。リッチスパイクを実行する方法としては、排気通路に設置された燃料添加弁から排気ガス中に燃料を噴射する方法（以下「排気系燃料添加」という）や、ポスト噴射による方法などがある。ポスト噴射とは、燃料が着火しないタイミングで筒内に燃料インジェクタから追加的に燃料を噴射することである。
【０００４】
特開２００７−４０２４１号公報には、リッチスパイク時に、排気系燃料添加と併せて、ポスト噴射を実行する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−４０２４１号公報
【特許文献２】特開２００６−１０４９８９号公報
【特許文献３】特開２００５−２４８８３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
リッチスパイクにおいては、ＮＯｘ触媒に流入する還元剤としての燃料の蒸発や熱分解がなるべく進行しているほど、ＮＯｘと燃料とが効率良く反応し、ＮＯｘ浄化率が高まる。この点に関して、ポスト噴射と排気系燃料添加とを比較すると、ポスト噴射では、排気弁が開く前の高温高圧のガスの中に燃料（還元剤）を噴射することができるので、排気系燃料添加と比べ、燃料の蒸発や熱分解を促進させ易く、よって、高いＮＯｘ浄化率を得易い。
【０００７】
一方、ポスト噴射を行うと、エンジンオイルが希釈され易いという問題がある。すなわち、ポスト噴射は、上死点後、かなり遅れた時期に行われるので、噴射された燃料は、ピストンに形成された燃焼室を外れて、シリンダボアの壁面に当たり易い。そうすると、シリンダボア壁面の油膜に燃料が混入し、エンジンオイルが希釈化することとなる。
【０００８】
また、ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)通路を介して排気ガスの一部を吸気通路に還流させる外部ＥＧＲを実行しているときにポスト噴射を実施すると、ポスト噴射された燃料がＥＧＲ通路を介して吸気系に回り込むので、トルク変動等の原因になるという問題もある。
【０００９】
これに対し、排気系燃料添加には、上記のような問題がない。よって、リッチスパイクを行う際には、ポスト噴射と排気系燃料添加との利害得失を考慮して、何れの方法を選択するかを決定する方が合理的である。
【００１０】
また、ポスト噴射を実行する場合には、高いＮＯｘ浄化率が得られるというメリットを十分に生かすことができるような制御を行うことが望ましい。
【００１１】
そして、本発明者の知見によれば、排気可変動弁装置を備えたエンジンにおいては、上記の事項を考慮した場合、リッチスパイク、特にポスト噴射によるリッチスパイクを合理的に実行するためには、排気弁のバルブタイミングに対する配慮が重要となる。
【００１２】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、排気可変動弁装置を備えた内燃機関において、リッチスパイク、特にポスト噴射によるリッチスパイクを合理的に実施することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の筒内に燃料を噴射する燃料インジェクタと、
排気弁の少なくとも開き時期を可変とする排気可変動弁装置と、
燃料が着火しないタイミングであって前記排気弁が開く前に前記燃料インジェクタから燃料を噴射するポスト噴射を実行可能なポスト噴射手段と、
排気ガスを浄化するＮＯｘ触媒と、
前記ＮＯｘ触媒に還元剤を供給するリッチスパイクの実施時に、ポスト噴射を実行するか否か、またはポスト噴射時期を、排気弁開き時期に基づいて設定する還元剤供給条件制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記内燃機関の排気通路に設置された燃料添加弁を更に備え、
前記還元剤供給条件制御手段は、排気弁開き時期が所定時期より遅い場合にはポスト噴射によって還元剤を供給し、排気弁開き時期が前記所定時期より早い場合には、前記燃料添加弁によって還元剤を供給する還元剤供給方法選択手段を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記還元剤供給条件制御手段は、排気弁開き時期が早い場合ほどポスト噴射時期を早くするポスト噴射時期制御手段を含むことを特徴とする。
【００１６】
また、第４の発明は、第３の発明において、
前記ポスト噴射時期制御手段は、排気弁開き時期が遅い場合ほど、ポスト噴射時期から排気弁開き時期までの期間を長くすることを特徴とする。
【００１７】
また、第５の発明は、第３または第４の発明において、
前記ポスト噴射時期制御手段は、エンジン負荷が小さい場合ほど、ポスト噴射時期から排気弁開き時期までの期間を長くすることを特徴とする。
【００１８】
また、第６の発明は、第３乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記ポスト噴射時期制御手段は、前記ＮＯｘ触媒の温度が低い場合ほど、ポスト噴射時期から排気弁開き時期までの期間を長くすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
第１の発明によれば、排気弁の少なくとも開き時期を可変とする排気可変動弁装置を備えた内燃機関において、ＮＯｘ触媒に還元剤を供給するリッチスパイクの実施時に、ポスト噴射を実行するか否か、またはポスト噴射時期を、排気弁開き時期に基づいて設定することができる。ポスト噴射では、燃料（還元剤）が排気弁が開くまで高温高圧の筒内に閉じ込められて、燃料の蒸発や熱分解が促進するので、ＮＯｘ還元効率を高めるのに有効である。一方、ポスト噴射では、オイル希釈、ＥＧＲによる燃料還流、スモーク排出などを伴う場合もある。また、ポスト噴射時期が一定の場合、ポスト噴射燃料の蒸発や熱分解の進行度は、排気弁開き時期に応じて変化する。第１の発明によれば、これらのことを勘案した上で、リッチスパイクの手段としてポスト噴射を選択するか否か、あるいは、リッチスパイクの手段としてのポスト噴射の時期を適切に決定することができる。このため、リッチスパイク、特にポスト噴射によるリッチスパイクを合理的に実施することができる。
【００２０】
第２の発明によれば、リッチスパイク時に、排気弁開き時期が所定時期より遅い場合にはポスト噴射によって還元剤を供給することができる。排気弁開き時期が遅い場合には、ポスト噴射燃料の蒸発や熱分解が十二分に進行し、特に高いＮＯｘ還元効率が得られるので、ポスト噴射のメリットが増大する。また、排気弁開き時期が遅い運転条件は、主として低負荷であるので、ＮＯｘ触媒の触媒床温も低い状態であることが多い。このため、高いＮＯｘ浄化率を得るには、還元剤が十分に蒸発や熱分解していることが必要となる。第２の発明によれば、このような場合に、リッチスパイクの手段としてポスト噴射を選択することができるので、ポスト噴射のメリットを十二分に生かすことができる。一方、排気弁開き時期が早い場合ほど、排気温度は高くなる。このため、排気弁開き時期が早くなるほど、排気系燃料添加で添加された燃料の蒸発進行度が高まる一方で、ポスト噴射燃料の蒸発や熱分解の進行度は低下する傾向にある。よって、このような場合には、排気系燃料添加であっても十分なＮＯｘ還元効率が得られ易いので、オイル希釈、ＥＧＲによる燃料還流、スモーク排出などがないことを考えると、ポスト噴射よりも排気系燃料添加が理想となる。第２の発明では、排気弁開き時期が所定時期より早い場合に、リッチスパイクの手段として排気系燃料添加を選択することにより、上記の理想を実現することができるので、リッチスパイクを合理的に実施することができる。
【００２１】
第３の発明によれば、排気弁開き時期が早い場合ほどポスト噴射時期を早くすることができる。これにより、排気弁開き時期が早い場合であっても、ポスト噴射時期から排気弁開き時期までの期間（ポスト噴射燃料閉じ込め期間）を十分に長くすることができるので、ポスト噴射燃料が筒内で十分に蒸発あるいは熱分解する時間を確保することができる。このため、排気弁開き時期が早い場合であっても、高いＮＯｘ還元効率が得られるので、リッチスパイク時におけるＮＯｘ浄化率を高くすることができる。
【００２２】
第４の発明によれば、排気弁開き時期が遅い場合ほど、ポスト噴射燃料閉じ込め期間を長くすることができる。ポスト噴射燃料閉じ込め期間を一定とした場合には、排気弁開き時期が遅くなるのに伴ってポスト噴射時期が遅くなるほど、噴射時の筒内温度が低いので、ポスト噴射燃料の蒸発や熱分解が進みにくくなり、その結果、ＮＯｘ還元効率が低下する傾向がある。これに対し、第４の発明によれば、排気弁開き時期が遅くなるほど、すなわちポスト噴射時期が遅くなるほど、ポスト噴射燃料閉じ込め期間を長くすることにより、ポスト噴射燃料の蒸発や熱分解を十分に進行させることができる。このため、排気弁開き時期が遅い場合、すなわち、ポスト噴射時期が遅い場合であっても、高い還元効率が得られるので、リッチスパイク時におけるＮＯｘ浄化率を高くすることができる。
【００２３】
第５の発明によれば、エンジン負荷が小さい場合ほど、ポスト噴射燃料閉じ込め期間を長くすることができる。ポスト噴射燃料閉じ込め期間が一定である場合には、エンジン負荷が低くなるほど、筒内温度が低くなるので、ポスト噴射燃料の蒸発や熱分解が進みにくくなり、その結果、ＮＯｘ還元効率が低下する傾向がある。これに対し、第５の発明によれば、エンジン負荷が低くなるほど、ポスト噴射燃料閉じ込め期間を長くすることにより、ポスト噴射燃料の蒸発や熱分解を十分に進行させることができる。このため、エンジン負荷が低い場合であっても、高い還元効率が得られるので、リッチスパイク時におけるＮＯｘ浄化率を高くすることができる。
【００２４】
第６の発明によれば、ＮＯｘ触媒の温度が低い場合ほど、ポスト噴射燃料閉じ込め期間を長くすることができる。ポスト噴射燃料の蒸発や熱分解の進行度が一定である場合には、ＮＯｘ触媒の触媒床温が低くなるほど、ＮＯｘ還元効率が低下する傾向がある。このため、ＮＯｘ浄化率を十分に高めるためには、ＮＯｘ触媒の触媒床温が低い場合ほど、ポスト噴射燃料の蒸発や熱分解を進行させることが重要となる。第６の発明によれば、ＮＯｘ触媒の触媒床温が低い場合ほど、ポスト噴射燃料閉じ込め期間を長くすることにより、ポスト噴射燃料の蒸発や熱分解を十分に進行させることができる。これにより、ＮＯｘ触媒の触媒床温が低い場合であっても、高い還元効率が得られるので、リッチスパイク時におけるＮＯｘ浄化率を高くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、車両等に搭載されるディーゼルエンジン（圧縮着火式内燃機関）１０を備えている。本発明において、気筒数や気筒配置は特に限定されるものではない。図１には、ディーゼルエンジン１０の一つの気筒の断面が示されている。
【００２６】
ディーゼルエンジン１０は、シリンダブロック４と、シリンダブロック４に組み付けられたシリンダヘッド６を備えている。気筒内には、ピストン８が挿入されている。シリンダヘッド６内には、吸気ポート１２と排気ポート１４とが形成されている。吸気ポート１２には新気を筒内に導入するための吸気通路２２が接続され、排気ポート１４には排気ガスを排出するための排気通路２４が接続されている。
【００２７】
本実施形態のディーゼルエンジン１０は、吸気弁３２の開弁特性を可変とする吸気可変動弁装置４２と、の排気弁３４の開弁特性を可変とする排気可変動弁装置４４とを備えている。ただし、本発明では、吸気可変動弁装置４２は無くてもよい。すなわち、吸気弁３２の開弁特性は固定でもよい。
【００２８】
本実施形態の排気可変動弁装置４４は、排気弁３４の開弁期間（作用角）を一定としたままで、排気弁３４のバルブタイミング（開き時期および閉じ時期）を早くしたり遅くしたりすることのできる公知の位相可変機構であるものとする。このような位相可変機構は、排気カムシャフトをタイミングギヤに対し相対的に回転するアクチュエータを設けることによって実現することができる。
【００２９】
本実施形態の排気可変動弁装置４４は、カム角センサを有しており、このカム角センサにより、排気弁３４の実バルブタイミングを検出するものとする。
【００３０】
なお、本発明では、排気可変動弁装置４４は、上記の機構に限定されるものではなく、排気弁３４の少なくとも開き時期を可変とする装置であれば、いかなる装置であってもよい。すなわち、排気可変動弁装置４４は、機械的な可変機構のほか、電磁駆動弁や油圧駆動弁などを用いるものであってもよい。
【００３１】
各気筒には、燃料を筒内に直接噴射するための燃料インジェクタ３０が設置されている。燃料インジェクタ３０は、図示しないコモンレールに接続され、コモンレールから高圧燃料の供給を受けている。コモンレールにはサプライポンプで圧縮された高圧燃料が常に蓄えられている。燃料インジェクタ３０は、１サイクル中に複数回、任意のタイミングで燃料を噴射することができる。
【００３２】
ディーゼルエンジン１０のクランク軸１６の近傍には、クランク軸１６の回転角度（クランク角）を検出するクランク角センサ５６が取り付けられている。
【００３３】
排気通路２４には、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵する機能を有するＮＯｘ触媒２８が配置されている。ＮＯｘ触媒２８は、例えばＰＭ(Particulate Matter)を捕捉する機能などの他の機能を兼ね備えるものであってもよい。
【００３４】
吸気通路２２には、吸気絞り弁３６が設けられている。吸気絞り弁３６より下流側の吸気通路２２には、ＥＧＲ通路２６が接続されている。ＥＧＲ通路２６の逆側の端部は、排気通路２４に接続されている。このＥＧＲ通路２６を通して、排気通路２４内の排気ガスの一部を吸気通路２２に還流させる外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うことができる。ＥＧＲ通路２６の途中には、ＥＧＲ量を制御するためのＥＧＲ弁３８が設けられている。また、ＥＧＲ通路２６の途中には、還流する排気ガス（ＥＧＲガス）を冷却するＥＧＲクーラが設けられていてもよい。
【００３５】
排気通路２４には、排気ガス中に燃料を噴射可能な燃料添加弁４６が設置されている。この燃料添加弁４６は、シリンダヘッド６（排気ポート１４）に設置されていてもよい。また、ＮＯｘ触媒２８には、触媒床温（触媒温度）を検出する触媒温度センサ４８が設置されている。
【００３６】
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の出力側には、前述した燃料インジェクタ３０、吸気絞り弁３６、ＥＧＲ弁３８、吸気可変動弁装置４２、排気可変動弁装置４４、燃料添加弁４６等の各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０の入力側には、触媒温度センサ４８、クランク角センサ５６、アクセルポジションセンサ５８等の各種センサ類が接続されている。アクセルポジションセンサ５８は、アクセルペダル（図示せず）の位置に応じた信号を出力するセンサである。アクセルポジションセンサ５８の検出信号から、エンジン負荷（要求負荷）を算出することができる。
【００３７】
［実施の形態１の特徴］
ディーゼルエンジン１０の排気通路２４には、通常、希薄空燃比の排気ガスが流通する。希薄空燃比の排気ガス中に含まれるＮＯｘは、ＮＯｘ触媒２８によって捕捉され、吸蔵される。このようなシステムでは、ＮＯｘ触媒２８に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化するため、ＮＯｘ触媒２８に流入する排気ガスの空燃比を一時的に理論空燃比以下とするリッチスパイクを周期的（間歇的）に実施することが必要である。本実施形態のシステムでは、リッチスパイクを実施する方法として、燃料添加弁４６から燃料を噴射する方法（以下「排気系燃料添加」という）と、ポスト噴射を行う方法とが実行可能である。ポスト噴射とは、燃料が着火しないタイミングで筒内に燃料インジェクタ３０から追加的に燃料を噴射することであり、ディーゼルエンジン１０の出力に寄与しない燃料噴射である。本実施形態のポスト噴射は、排気弁３４が開く前の膨張行程で行われる。
【００３８】
リッチスパイクにおいては、ＮＯｘ触媒２８に流入する還元剤としての燃料の蒸発や熱分解がなるべく進行しているほど、高い還元効率が得られるので、ＮＯｘ浄化率が高まる。この点に関して、排気系燃料添加とポスト噴射とを比較すると、ポスト噴射では、排気弁３４が開く前の高温高圧のガスの中に燃料（還元剤）を噴射することができるので、排気系燃料添加よりも、燃料の蒸発や熱分解を促進させ易い。よって、リッチスパイクの手段としては、一般に、ポスト噴射の方が、排気系燃料添加よりも、高いＮＯｘ浄化率を得易い。
【００３９】
一方、ポスト噴射を行うと、エンジンオイルが希釈され易いという問題がある。すなわち、ポスト噴射は、上死点後、かなり遅れた時期に行われるので、噴射された燃料は、ピストンに形成された燃焼室を外れて、シリンダボアの壁面に当たり易い。そうすると、シリンダボア壁面の油膜に燃料が混入し、エンジンオイルが希釈化することとなる。
【００４０】
また、外部ＥＧＲを実行しているときにポスト噴射を実施すると、ポスト噴射された燃料がＥＧＲ通路２６を介して吸気通路２２に回り込み、筒内に再流入することがある。そうすると、トルク変動等が生ずる場合がある。
【００４１】
これに対し、排気系燃料添加の場合には、上述のようなオイル希釈や、ＥＧＲによる燃料還流の問題が生ずるおそれはない。
【００４２】
図２は、吸気弁３２および排気弁３４のバルブリフト線図である。本実施形態において、ＥＣＵ５０は、ディーゼルエンジン１０の運転状況（エンジン回転数、エンジン負荷等）に応じて排気可変動弁装置４４を制御することにより、排気弁３４のバルブタイミングを変化させる。例えば、エンジン負荷が高いほど排気弁３４のバルブタイミングを進角し、エンジン負荷が低いほど排気弁３４のバルブタイミングを遅角する。
【００４３】
ポスト噴射された燃料は、排気弁３４が開くまでの期間、つまり筒内に閉じ込められている期間が長いほど、蒸発や熱分解が進行する。以下の説明では、上記の期間、つまりポスト噴射時期から排気弁開き時期までの期間を「ポスト噴射燃料閉じ込め期間」と称する。
【００４４】
排気弁３４のバルブタイミングが進角されると、排気弁開き時期が早くなるので、ポスト噴射燃料閉じ込め期間は短くなる。すなわち、排気弁開き時期が早い場合ほど、ポスト噴射燃料の蒸発や熱分解の進行度は低下する。
【００４５】
また、排気弁開き時期を早くする運転条件は、主として高負荷である。このため、排気弁開き時期が早くされているときは、筒内温度が高いことが多い。筒内温度が高いときにポスト噴射を行うと、スモーク排出量が増大し易いという特性もある。
【００４６】
一方、排気弁開き時期が早い場合ほど、燃焼ガスがピストン８に対してする仕事が少なくなるので、排気温度は高くなる。このため、排気弁開き時期が早くなるほど、燃料添加弁４６による排気系燃料添加で添加された燃料の蒸発が進行し易くなる。
【００４７】
すなわち、排気弁開き時期が早くなるほど、ポスト噴射燃料の蒸発や熱分解の進行度が低下する一方で、排気系燃料添加で添加された燃料の蒸発進行度は高まる。よって、排気弁開き時期が早くなるほど、リッチスパイクにおけるＮＯｘ浄化率に関して、排気系燃料添加に対するポスト噴射の優位性は小さくなっていく。このため、排気弁開き時期が早い場合には、前述したオイル希釈、ＥＧＲによる燃料還流、スモーク排出などのポスト噴射のデメリットを考慮すると、排気系燃料添加によってリッチスパイクを行うことが好ましいと言える。
【００４８】
以上の事情に鑑みて、本実施形態では、図２に示すように、リッチスパイクをポスト噴射によって行うか排気系燃料添加によって行うかを、排気弁開き時期に応じて選択することとした。すなわち、リッチスパイクが要求されているときに、排気弁開き時期が所定時期より遅い場合には、ポスト噴射によってリッチスパイクを実施し、排気弁開き時期が上記所定時期より早い場合には、排気系燃料添加によってリッチスパイクを実施することとした。
【００４９】
［実施の形態１における具体的処理］
図３は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図３に示すルーチンによれば、まず、リッチスパイクが必要であるか否かが判別される（ステップ１００）。このステップ１００での判別手法は、特に限定されず、公知の手法により行うことができる。例えば、ディーゼルエンジン１０の運転状態とＮＯｘ排出量との関係をマップとしてＥＣＵ５０に記憶しておき、前回のリッチスパイク以後にＮＯｘ触媒２８に流入したＮＯｘの量をそのマップに従って積算していき、その積算値が所定値を超えた場合には、リッチスパイクが必要であると判別することができる。
【００５０】
上記ステップ１００で、リッチスパイクが必要であると判別された場合には、次に、排気可変動弁装置４４のカム角センサの信号に基づいて、排気弁開き時期が所定時期よりも早いか否かが判別される（ステップ１０２）。この所定時期は、前述したようなポスト噴射および排気系燃料添加の利害得失が排気弁開き時期に応じて変化することを考慮した場合に、両者を適切に使い分けることのできるような時期として、予め設定されている。
【００５１】
上記ステップ１０２で、排気弁開き時期が所定時期よりも早い場合には、燃料添加弁４６から燃料を噴射する排気系燃料添加によってリッチスパイクが実行される（ステップ１０４）。これに対し、上記ステップ１０２で、排気弁開き時期が所定時期よりも遅い場合には、ポスト噴射によってリッチスパイクが実行される（ステップ１０６）。
【００５２】
なお、排気弁開き時期が早くされる運転条件は、主として高負荷であるので、ＮＯｘ触媒２８の触媒床温も高い状態であることが多い。触媒床温が高い場合には、反応性が高まるので、ＮＯｘ触媒２８に流入する燃料（還元剤）の蒸発や熱分解の進行度が低くても、ＮＯｘ浄化率は十分に高くなる。このため、本実施形態によれば、リッチスパイクの手段として排気系燃料添加が選択された場合（上記ステップ１０４）であっても、十分なＮＯｘ浄化率が得られる。
【００５３】
逆に、排気弁開き時期が遅くされる運転条件は、主として低負荷であるので、ＮＯｘ触媒２８の触媒床温も低い状態であることが多い。触媒床温が低い場合には、反応性が低下するため、ＮＯｘ触媒２８に流入する燃料の蒸発や熱分解の進行度が高くないと、ＮＯｘ浄化率を十分に高めることが困難である。このため、上記ステップ１０２で排気弁開き時期が所定時期よりも遅いと判別された場合、ＮＯｘ浄化率の低下を回避するには、ＮＯｘ触媒２８に流入する燃料の蒸発や熱分解の進行度を高くすることが重要となる。本実施形態によれば、このような場合に、リッチスパイクの手段としてポスト噴射を選択する（上記ステップ１０６）ので、ＮＯｘ触媒２８に流入する燃料の蒸発や熱分解の進行度を高めることができる。よって、ＮＯｘ浄化率の低下を確実に回避することができる。
【００５４】
なお、本実施形態では、リッチスパイクの手段としてポスト噴射を選択しない場合に、排気系燃料添加によってリッチスパイクを行うようにしているが、本発明では、他の方法によってリッチスパイクを行ってもよい。例えば、リッチスパイクの手段としてポスト噴射を選択しない場合に、燃焼モードを通常燃焼から低温リッチ燃焼（大量ＥＧＲを行うことによって燃焼温度を大幅に（スモークの生成温度以下に）低下させつつ空燃比を理論空燃比以下とする燃焼）に切り替えることによってリッチスパイクを行うようにしてもよい。また、本実施形態では、触媒温度センサ４８は、なくてもよい。
【００５５】
上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「還元剤供給条件制御手段」および前記第２の発明における「還元剤供給方法選択手段」がそれぞれ実現されている。
【００５６】
実施の形態２．
次に、図４を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態は、図１に示すハードウェア構成を用いて実現することができる。ただし、本実施形態では、燃料添加弁４６および触媒温度センサ４８は、なくてもよい。
【００５７】
本実施形態では、リッチスパイクが要求されているとき、排気弁開き時期にかかわらず、ポスト噴射によってリッチスパイクを実施する。そして、そのリッチスパイクの際、ポスト噴射時期を排気弁開き時期に応じて変化させることとした。図４は、本実施形態において、排気弁開き時期に応じてポスト噴射時期を設定するためのマップである。図４に示すように、本実施形態では、排気弁開き時期が早い場合ほど、ポスト噴射時期も早くなるように、ポスト噴射時期を設定する。図４に示すマップでは、排気弁開き時期より一定期間θだけ前にポスト噴射時期を設定するようにしている。すなわち、この一定期間θがポスト噴射燃料閉じ込め期間に相当する。
【００５８】
本実施形態によれば、排気弁開き時期が早くなっても、ポスト噴射燃料閉じ込め期間θが一定であるので、ポスト噴射燃料が筒内で十分に蒸発あるいは熱分解する時間を確保することができる。このため、排気弁開き時期が早い場合であっても、高いＮＯｘ還元効率が得られるので、リッチスパイク時におけるＮＯｘ浄化率を高くすることができる。
【００５９】
ところで、ポスト噴射に伴うスモーク排出量は、ポスト噴射時期が遅いほど、少なくなる。このため、本実施形態と異なり、ポスト噴射時期を排気弁開き時期にかかわらず常に早くしていると、スモーク排出量を十分に低下させることができない場合がある。これに対し、本実施形態では、排気弁開き時期が遅い場合には、ポスト噴射時期も遅く設定されるので、スモーク排出量も十分に低下させることができる。
【００６０】
実施の形態２は、上述した点以外は実施の形態１と同様であるので、これ以上の説明は省略する。上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、図４に示すマップに基づき、排気弁開き時期に応じてポスト噴射時期を設定することにより前記第３の発明における「ポスト噴射時期制御手段」が実現されている。
【００６１】
実施の形態３．
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態２との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。図５は、本実施形態において、排気弁開き時期に応じてポスト噴射時期を設定するためのマップである。実施の形態２においては、排気弁開き時期にかかわらず、ポスト噴射燃料閉じ込め期間θを一定としている。これに対し、本実施形態では、図５に示すように、排気弁開き時期が遅い場合ほど、ポスト噴射燃料閉じ込め期間θが長くなるように、ポスト噴射時期を設定することとした。
【００６２】
ポスト噴射燃料閉じ込め期間θを一定とした場合には、排気弁開き時期が遅くなるのに伴ってポスト噴射時期が遅くなるほど、噴射時の筒内温度が低いので、ポスト噴射燃料の蒸発や熱分解が進みにくくなり、その結果、ＮＯｘ還元効率が低下する傾向がある。
【００６３】
これに対し、本実施形態によれば、排気弁開き時期が遅くなるほど、すなわちポスト噴射時期が遅くなるほど、ポスト噴射燃料閉じ込め期間θを長くすることにより、ポスト噴射燃料の蒸発や熱分解を十分に進行させることができる。このため、排気弁開き時期が遅い場合、すなわち、ポスト噴射時期が遅い場合であっても、高い還元効率が得られるので、リッチスパイク時におけるＮＯｘ浄化率を高くすることができる。
【００６４】
また、排気弁開き時期が早い場合に、ポスト噴射時期を必要以上に早くすることがないので、ポスト噴射に伴うスモーク排出量を更に低減することができる。
【００６５】
実施の形態３は、上述した点以外は実施の形態２と同様であるので、これ以上の説明は省略する。上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が、図５に示すマップに基づき、排気弁開き時期に応じてポスト噴射時期を設定することにより前記第４の発明における「ポスト噴射時期制御手段」が実現されている。
【００６６】
実施の形態４．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態４について説明するが、上述した実施の形態２または３との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。図６は、本実施形態において、エンジン負荷に応じてポスト噴射燃料閉じ込め期間を設定するためのマップである。本実施形態では、エンジン負荷を考慮して、ポスト噴射時期を設定する。すなわち、本実施形態では、図６に示すように、エンジン負荷が高い場合ほどポスト噴射燃料閉じ込め期間が短く、エンジン負荷が低い場合ほどポスト噴射燃料閉じ込め期間が長くなるように、ポスト噴射時期を設定することとした。
【００６７】
ポスト噴射燃料閉じ込め期間が一定である場合には、エンジン負荷が低くなるほど、筒内温度が低くなるので、ポスト噴射燃料の蒸発や熱分解が進みにくくなり、その結果、ＮＯｘ還元効率が低下する傾向がある。
【００６８】
これに対し、本実施形態によれば、エンジン負荷が低くなるほど、ポスト噴射燃料閉じ込め期間を長くすることにより、ポスト噴射燃料の蒸発や熱分解を十分に進行させることができる。このため、エンジン負荷が低い場合であっても、高い還元効率が得られるので、リッチスパイク時におけるＮＯｘ浄化率を高くすることができる。
【００６９】
実施の形態４は、上述した点以外は実施の形態２または３と同様であるので、これ以上の説明は省略する。上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ５０が、図６に示すマップに示すようなポスト噴射燃料閉じ込め期間が実現されるようにポスト噴射時期を設定することにより前記第５の発明における「ポスト噴射時期制御手段」が実現されている。
【００７０】
実施の形態５．
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態５について説明するが、上述した実施の形態２乃至４との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。図７は、本実施形態において、ＮＯｘ触媒２８の触媒床温に応じてポスト噴射燃料閉じ込め期間を設定するためのマップである。本実施形態では、ＮＯｘ触媒２８の触媒床温を考慮して、ポスト噴射時期を設定する。すなわち、本実施形態では、図７に示すように、ＮＯｘ触媒２８の触媒床温が高い場合ほどポスト噴射燃料閉じ込め期間が短く、ＮＯｘ触媒２８の触媒床温が低い場合ほどポスト噴射燃料閉じ込め期間が長くなるように、ポスト噴射時期を設定することとした。
【００７１】
ポスト噴射燃料の蒸発や熱分解の進行度が一定である場合には、ＮＯｘ触媒２８の触媒床温が低くなるほど、ＮＯｘ還元効率が低下する傾向がある。このため、ＮＯｘ浄化率を十分に高めるためには、ＮＯｘ触媒２８の触媒床温が低い場合ほど、ポスト噴射燃料の蒸発や熱分解を進行させることが重要となる。
【００７２】
そこで、本実施形態では、ＮＯｘ触媒２８の触媒床温が低い場合ほど、ポスト噴射燃料閉じ込め期間を長くすることにより、ポスト噴射燃料の蒸発や熱分解を十分に進行させることとした。これにより、ＮＯｘ触媒２８の触媒床温が低い場合であっても、高い還元効率が得られるので、リッチスパイク時におけるＮＯｘ浄化率を高くすることができる。
【００７３】
なお、本実施形態では、ＮＯｘ触媒２８の触媒床温を触媒温度センサ４８によって検出するようにしているが、ディーゼルエンジン１０の運転状態の履歴等に基づいてＮＯｘ触媒２８の触媒床温を推定するようにしてもよい。
【００７４】
実施の形態５は、上述した点以外は実施の形態２乃至４と同様であるので、これ以上の説明は省略する。上述した実施の形態５においては、ＥＣＵ５０が、図７に示すマップに示すようなポスト噴射燃料閉じ込め期間が実現されるようにポスト噴射時期を設定することにより前記第６の発明における「ポスト噴射時期制御手段」が実現されている。
【００７５】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明では、これらの各実施形態を複数組み合わせてもよい。例えば、実施の形態１のようにリッチスパイクの手段としてポスト噴射を選択するか否かを排気弁開き時期に応じて決定し、ポスト噴射が選択された場合に、そのポスト噴射時期を実施の形態２乃至５のようにして設定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】吸気弁および排気弁のバルブリフト線図である。
【図３】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態２において、排気弁開き時期に応じてポスト噴射時期を設定するためのマップである。
【図５】本発明の実施の形態３において、排気弁開き時期に応じてポスト噴射時期を設定するためのマップである。
【図６】本発明の実施の形態４において、エンジン負荷に応じてポスト噴射燃料閉じ込め期間を設定するためのマップである。
【図７】本発明の実施の形態５において、ＮＯｘ触媒の触媒床温に応じてポスト噴射燃料閉じ込め期間を設定するためのマップである。
【符号の説明】
【００７７】
８  ピストン
１０  ディーゼルエンジン
１６  クランク軸
２２  吸気通路
２４  排気通路
２６  ＥＧＲ通路
２８  ＮＯｘ触媒
３０  燃料インジェクタ
３２  吸気弁
３４  排気弁
３６  吸気絞り弁
３８  ＥＧＲ弁
４２  吸気可変動弁装置
４４  排気可変動弁装置
４６  燃料添加弁
４８  触媒温度センサ
５０  ＥＣＵ
５６  クランク角センサ
５８  アクセルポジションセンサ
【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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