(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの運転条件に応じてエンジンの燃焼温度を低下させる手段と、
この燃焼温度を低下させる手段の作動時に、熱発生パターンが単段燃焼の形態となるように着火遅れ期間を大幅に長くする手段と、
熱発生パターンが前記単段燃焼の形態であって、かつ排気がリーンの場合において排気温度が所定値以下のときに排気中のＮＯｘを吸着し、排気温度が所定値を超えると再生する温度感知型ＮＯｘ触媒と、
この温度感知型ＮＯｘ触媒の再生時期になったかどうかを判定する手段と、
この判定結果より再生時期になると、空気過剰率を低下させることなく燃焼を拡散燃焼主体の燃焼に切換える手段と
を設け、
この燃焼を拡散燃焼主体の燃焼に切換える手段は、燃焼終了時期を遅らせる手段であることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
エンジンの運転条件に応じてエンジンの燃焼温度を低下させる手段と、
この燃焼温度を低下させる手段の作動時に、熱発生パターンが単段燃焼の形態となるように着火遅れ期間を大幅に長くする手段と、
熱発生パターンが前記単段燃焼の形態であって、かつ排気がリーンの場合において排気温度が所定値以下のときに排気中のＮＯｘを吸着し、排気温度が所定値を超えると再生する温度感知型ＮＯｘ触媒と、
この温度感知型ＮＯｘ触媒の再生時期になったかどうかを判定する手段と、
この判定結果より再生時期になると、空気過剰率を低下させることなく燃焼を拡散燃焼主体の燃焼に切換える手段と
を設け、
この燃焼を拡散燃焼主体の燃焼に切換える手段は、燃焼期間を延長する手段であることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
エンジンの運転条件に応じてエンジンの燃焼温度を低下させる手段と、
この燃焼温度を低下させる手段の作動時に、熱発生パターンが単段燃焼の形態となるように着火遅れ期間を大幅に長くする手段と、
熱発生パターンが前記単段燃焼の形態であって、かつ排気がリーンの場合において排気温度が所定値以下のときに排気中のＮＯｘを吸着し、排気温度が所定値を超えると再生する温度感知型ＮＯｘ触媒と、
この温度感知型ＮＯｘ触媒の再生時期になったかどうかを判定する手段と、
この判定結果より再生時期になると、空気過剰率を低下させることなく燃焼を拡散燃焼主体の燃焼に切換える手段と
を設け、
この燃焼を拡散燃焼主体の燃焼に切換える手段は、燃焼終了時期を遅らせるとともに燃焼期間を延長する手段であることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
燃焼室に生成するスワールの比を制御可能な手段を備える場合に、前記燃焼終了時期を遅らせるとともに燃焼期間を延長する手段は、前記スワール比を前記燃焼温度を低下させる手段の作動時よりも小さくする手段であることを特徴とする請求項３に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
前記燃焼終了時期を遅らせるとともに燃焼期間を延長する手段は、燃料噴射率を前記燃焼温度を低下させる手段の作動時よりも小さくする手段であることを特徴とする請求項３に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
前記燃焼終了時期を遅らせるとともに燃焼期間を延長する手段は、前記燃焼温度を低下させる手段の作動時と同じ噴射時期に燃料を噴射するとともに、その噴射後に所定の間隔を置いて再噴射する手段であることを特徴とする請求項３に記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】
前記温度感知型ＮＯｘ触媒よりＮＯｘを脱離可能な排気温度の上昇が得られる運転条件で燃焼を前記拡散燃焼主体の燃焼に切換えることを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載のディーゼル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】
この発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
拡散燃焼を主体とした燃焼を行う（このとき空気過剰率は大きく、排気空燃比が大幅にリーンになる）ディーゼルエンジン（このエンジンを、以下「通常エンジン」という）と、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘを吸着し、この吸着したＮＯｘを排気の酸素濃度が低下したときに脱離するとともに、この脱離したＮＯｘを排気中の未燃ＨＣ、ＣＯ等の成分により還元（浄化）するＮＯｘ吸収剤とを組み合わせ、拡散燃焼を主体とした燃焼時にＮＯｘ吸収剤によりＮＯｘを吸着させておき、ＮＯｘ吸収剤の再生時期になると、空気過剰率を低下させるとともに、拡散燃焼主体の燃焼から予混合燃焼主体の燃焼に切換えるようにしたものがある（特開平８−２１８９２０号公報参照）。
【０００３】
このものでは、予混合燃焼主体の燃焼を行わせる方法として、燃料の噴射時期を進角させる方法を採用し、吸気行程の初期（圧縮上死点より６０゜ＣＡ以前）に燃料噴射弁から燃料を噴射させている。噴射時期の進角で燃料の気化が促進されることから、燃料噴射より着火までの時間が長くなり、これによって、着火前に噴射された燃料が高温の燃焼室内で十分に気化、拡散して空気との予混合気が形成されるわけである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、拡散燃焼を主体とした燃焼を行う上記の通常エンジンで、ＮＯｘの発生を抑制するにはＥＧＲ（排気再循環）を行うことであるが、ＥＧＲ率が大きくなると、今度はスモークの発生が増加するので、ＥＧＲ率を大きくしたくても自ずと限界があり、スモークの発生を抑えた状態でのＮＯｘ低減に限界があることは周知である。
【０００５】
このため、上記の従来装置においては、エンジンより排出されるＮＯｘに対応して、ＮＯｘ吸収剤の容量を大きくするか、空気過剰率を低下させる運転を頻繁に行わなければならない。
【０００６】
しかしながら、ＮＯｘ吸着剤容量を大きくすることは、ＮＯｘ吸着剤に使用する貴金属の量を増大させることになるためコストアップになるだけでなく、車両への搭載が難しくなり、たとえば小型車両への搭載の場合に、大幅にレイアウトを変更しなければならなくなる。
【０００７】
一方、空気過剰率を低下させる運転頻度を増加させるのでは、燃費が大幅に悪化してしまう。すなわち、空気過剰率の低下により熱効率が悪化し、空気過剰率を低下させるのに吸気絞りを行った場合には、ポンピングロスが付加されるため、さらに燃費を悪化させることになるので、空気過剰率を頻繁に低下させたのでは、燃費の悪い運転条件で運転する機会が増え、ディーゼルエンジンの利点である燃費優位性が犠牲にされてしまう。さらに吸気行程初期での早期噴射による予混合燃焼は着火時期の制御が難しく、運転性、音振等の問題を発生させる可能性もある。
【０００８】
そこで本発明は、噴射時期を圧縮上死点後にまで遅延することなどによって着火遅れ期間を長期化し、ＥＧＲによる酸素濃度の低減および燃焼室内のガス流動制御によってこの着火遅れ期間中に予混合気を形成する、いわゆる低温予混合燃焼を行わせることが可能なエンジンと、温度感知型ＮＯｘ触媒を組み合わせ、低温予混合燃焼時にこの温度感知型ＮＯｘ触媒によりＮＯｘを吸着させておき、温度感知型ＮＯｘ触媒の再生時期になると、排気温度を上昇させるため低温予混合燃焼から拡散燃焼主体の燃焼に切換えることにより、空気過剰率を低下させることなく、温度感知型ＮＯｘ触媒の再生を可能とすることを目的とする。
【０００９】
ここで、上記のいわゆる低温予混合燃焼は、エンジンの運転条件に応じてエンジンの燃焼温度を低下させる手段と、この燃焼温度を低下させる手段の作動時に、熱発生パターンが単段燃焼の形態となるように着火遅れ期間を大幅に長くする手段とから達成されるものである（特開平７−４２８７号公報、同８−８６２５１号公報参照）。
【００１０】
また、温度感知型ＮＯｘ触媒は、排気温度が所定値以下のときに排気中のＮＯｘを吸着し、排気温度が所定値を超えると吸着したＮＯｘを脱離するとともに、この脱離したＮＯｘを排気中の未燃ＨＣ、ＣＯ等の成分により還元（浄化）するＮＯｘ触媒のことで、本出願人が提案している（特願平１０−２９１５８１号、同１０−３１９６８９号参照）。なお、ＮＯｘの脱離とこの脱離したＮＯｘの還元とを併せて再生という。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、図２３に示すように、エンジンの運転条件に応じてエンジンの燃焼温度を低下させる手段７１と、この燃焼温度を低下させる手段の作動時に、熱発生パターンが単段燃焼の形態となるように着火遅れ期間を大幅に長くする手段７２と、熱発生パターンが前記単段燃焼の形態であって、かつ排気がリーンの場合において排気温度が所定値以下のときに排気中のＮＯｘを吸着し、排気温度が所定値を超えると再生する温度感知型ＮＯｘ触媒７３と、この温度感知型ＮＯｘ触媒７３の再生時期になったかどうかを判定する手段７４と、この判定結果より再生時期になると、空気過剰率を低下させることなく燃焼を拡散燃焼主体の燃焼に切換える手段７５とを設け、この燃焼を拡散燃焼主体の燃焼に切換える手段７５が、燃焼終了時期を遅らせる手段である。
第２の発明は、図２３に示すように、エンジンの運転条件に応じてエンジンの燃焼温度を低下させる手段７１と、この燃焼温度を低下させる手段の作動時に、熱発生パターンが単段燃焼の形態となるように着火遅れ期間を大幅に長くする手段７２と、熱発生パターンが前記単段燃焼の形態であって、かつ排気がリーンの場合において排気温度が所定値以下のときに排気中のＮＯｘを吸着し、排気温度が所定値を超えると再生する温度感知型ＮＯｘ触媒７３と、この温度感知型ＮＯｘ触媒７３の再生時期になったかどうかを判定する手段７４と、この判定結果より再生時期になると、空気過剰率を低下させることなく燃焼を拡散燃焼主体の燃焼に切換える手段７５とを設け、この燃焼を拡散燃焼主体の燃焼に切換える手段７５が、燃焼期間を延長する手段である。
第３の発明は、図２３に示すように、エンジンの運転条件に応じてエンジンの燃焼温度を低下させる手段７１と、この燃焼温度を低下させる手段の作動時に、熱発生パターンが単段燃焼の形態となるように着火遅れ期間を大幅に長くする手段７２と、熱発生パターンが前記単段燃焼の形態であって、かつ排気がリーンの場合において排気温度が所定値以下のときに排気中のＮＯｘを吸着し、排気温度が所定値を超えると再生する温度感知型ＮＯｘ触媒７３と、この温度感知型ＮＯｘ触媒７３の再生時期になったかどうかを判定する手段７４と、この判定結果より再生時期になると、空気過剰率を低下させることなく燃焼を拡散燃焼主体の燃焼に切換える手段７５とを設け、この燃焼を拡散燃焼主体の燃焼に切換える手段７５が、燃焼終了時期を遅らせるとともに燃焼期間を延長する手段である。
【００１９】
第４の発明では、第３の発明において燃焼室に生成するスワールの比を制御可能な手段を備える場合に、前記燃焼終了時期を遅らせるとともに燃焼期間を延長する手段が、前記スワール比を前記燃焼温度を低下させる手段の作動時よりも小さくする手段である。
【００２０】
第５の発明では、第３の発明において前記燃焼終了時期を遅らせるとともに燃焼期間を延長する手段が、燃料噴射率を前記燃焼温度を低下させる手段の作動時よりも小さくする手段である。
【００２１】
第６の発明では、第３の発明において前記燃焼終了時期を遅らせるとともに燃焼期間を延長する手段が、前記燃焼温度を低下させる手段の作動時と同じ噴射時期に燃料を噴射するとともに、その噴射後に所定の間隔を置いて再噴射する手段である。
【００２２】
第７の発明では、第１から第６までのいずれか一つの発明において温度感知型ＮＯｘ触媒よりＮＯｘを脱離可能な排気温度の上昇が得られる運転条件（所定の高負荷域または所定以上の加速時）で燃焼を前記拡散燃焼主体の燃焼に切換える。
【００２３】
【発明の効果】
第１、第２、第３、第４、第５、第６の発明によれば、ＮＯｘ触媒の再生時期に空気過剰率を低下させる必要がなく、燃費の悪い運転条件で運転しなくて済むので、排気通路にＮＯｘ触媒を備えていてもディーゼルエンジンの燃費優位性を維持できる。
【００２５】
温度感知型ＮＯｘ触媒よりＮＯｘを脱離可能な排気温度の上昇が得られない場合にまで、燃焼を拡散燃焼主体の燃焼に切換えたのでは、温度感知型ＮＯｘ触媒が再生されないため、再生終了の判断に誤判断が生じることになるが、第７の発明によれば、温度感知型ＮＯｘ触媒よりＮＯｘを脱離可能な排気温度の上昇が得られる運転条件でだけ燃焼を拡散燃焼主体の燃焼に切換えるので、再生終了の判断を精度よく行うことができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１において、排気通路２に温度感知型ＮＯｘ触媒６１を備える。なお、この温度感知型ＮＯｘ触媒６１そのものは、特願平１０−２９１５８１号、同１０−３１９６８９号で本出願人が開示している。
【００２７】
温度感知型ＮＯｘ触媒６１は、たとえばアルミナ等の担体上にたとえばセシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カウシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａのような希土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とを担持したもので、排気空燃比がリーンの場合において、低排温時に排気中のＮＯｘを吸着し、排気温度が上昇すると、ＮＯｘを脱離するとともに、この脱離したＮＯｘを排気中の未燃ＨＣ、ＣＯ等の成分により還元（浄化）する機能を持っている。ここで、ＮＯｘの脱離とこの脱離したＮＯｘの還元とを併せて再生といっている。
【００２８】
このＮＯｘの吸着、再生の各作用の詳細なメカニズムについては明らかでない部分もある。しかしながら、これら各作用は、図２、図４に示すようなメカニズムで行われているものと考えられている。
【００２９】
このメカニズムについて、担体上に白金ＰｔおよびランタンＬａを担持させた場合を例にとって説明するが、他の貴金属、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。すなわち、流入排気がかなりリーンであるとき、排気中の酸素Ｏ2の濃度が大幅に増大し、図２に示したように、これら酸素Ｏ2がＯ2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一方、流入排気中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でこのＯ2-と反応し、ＮＯ2となる（２ＮＯ＋Ｏ2→２ＮＯ2）。次に、この生成されたＮＯ2の一部は白金Ｐｔ上で酸化されつつ触媒内に吸着されてランタンＬａと結合しながら、硝酸イオンＮＯ3-の形で触媒内に拡散する。このようにしてＮＯｘがＮＯｘ触媒に吸着される。流入排気中の酸素の濃度が高い限り、白金Ｐｔの表面でＮＯ2が生成され、触媒内のＮＯｘ吸着能力が飽和しない限り、ＮＯ2が触媒内に吸着されて硝酸イオンＮＯ3-が生成される。
【００３０】
この場合に、ＮＯｘ触媒へのＮＯｘ吸着飽和量（拡散して蓄えられる量）は、触媒の温度（排気温度）によって異なり、図３に示したように、排気温度の上昇によって減少する。排気温度が上昇すると、図４に示すように、吸着されていたＮＯ2が、平衡分解によってＮＯ、Ｏ2として触媒から脱離するとともに、この脱離したＮＯが排気中のＨＣ、ＣＯによって還元され、Ｎ2となるのである。
【００３１】
このように、温度感知型ＮＯｘ触媒６１は、低排温時に排気中のＮＯｘを吸着し、この吸着したＮＯｘを高排温時に脱離するとともに、この脱離したＮＯｘを排気中のＨＣ、ＣＯを還元剤として還元する。
【００３２】
次に、低温予混合燃焼を行わせるための構成を図１により説明すると、この構成そのものは特開平８−８６２５１号公報などにより公知である。
【００３３】
ＮＯｘの生成は燃焼温度に大きく依存し、その低減には燃焼温度の低温化が有効である。低温予混合燃焼では、ＥＧＲによる酸素濃度の低減で、低温燃焼を実現するため、排気通路２と吸気通路３とを結ぶＥＧＲ通路４に、負圧制御弁５からの制御負圧に応動するダイヤフラム式のＥＧＲ弁６を備えている。
【００３４】
負圧制御弁５は、コントロールユニット４１からのデューティ制御信号により駆動されるもので、これによって運転条件に応じた所定のＥＧＲ率を得るようにしている。たとえば、図６に示したように、低回転低負荷域でＥＧＲ率（＝（ＥＧＲ量／新気量）×１００）［％］を最大の１００％とし、回転数、負荷が高くなるに従い、ＥＧＲ率を減少させる。高負荷側では排気温度が上昇するため、多量のＥＧＲガスを還流すると、吸気温度の上昇によってＮＯｘ低減の効果が減少したり、噴射燃料の着火遅れ期間が短くなって予混合燃焼が実現できなくなる等のため、ＥＧＲ率を段階的に減少させているわけである。
【００３５】
ＥＧＲ通路４の途中には、ＥＧＲガスの冷却装置７を備える。これは、ＥＧＲ通路４の周りに形成されエンジン冷却水の一部が循環されるウォータジャケット８と、冷却水の導入口７ａに設けられ冷却水の循環量を調整可能な流量制御弁９とからなり、コントロールユニット４１からの指令により、制御弁９を介して循環量を増やすほどＥＧＲガスの冷却度が増す。
【００３６】
ＥＧＲ通路４を流れるＥＧＲガスの温度は、アイドル時などではたとえば９０℃付近であるため、冷却装置７を流れる冷却水の温度とほとんど変わりなく、この状態では冷却効果はほとんど期待できないのであるが、エンジン負荷の増加に伴い、たとえば比較的緩やかな加速時等でもＥＧＲガスの温度は２５０℃を越えて上昇する。この状況では冷却装置７において、エンジン冷却水を利用してＥＧＲガスを冷却することにより、冷却されたＥＧＲガスが合流する吸気の温度が低下し、吸気温度を下げることができ、着火遅れ期間の長期化が図られる。
【００３７】
燃焼促進のため吸気ポート近傍の吸気通路にスワール制御装置（図示しない）を備える。これは、いわゆるヘリカル型の吸気ポート（略直線状の吸気路と吸気弁軸回りの渦巻き状路とで形成される）の渦巻き状路の近くに位置して回転自在に設けられる回転ブレードと、この回転ブレードに連結させたリンク機構と、このリンク機構を駆動する負圧アクチュエータと、負圧アクチュエータの負圧室に導く制御負圧を調整するための負圧制御弁とから構成すればよく、回転ブレードの回転位置でスワール比の調整が可能である。この負圧制御弁も、コントロールユニット４１からのデューティ制御信号により駆動されるもので、これによって運転条件に応じた所定のスワール比を得るようにしている。たとえば、図７に示したように、低回転低負荷域でスワール比を最大とし、回転数、負荷が高くなるに従い、スワール比を減少させる。
【００３８】
燃焼室は大径トロイダル燃焼室（図示しない）である。これは、ピストンキャビティを、入口を絞らずピストンの冠面から底部まで円筒状に形成したもので、その底部中央には、圧縮行程後期にピストンキャビティの外部から旋回しながら流れ込むスワールに抵抗を与えないように、さらに空気と燃料の混合を良好にするため、円錐部が形成されている。この入口を絞らない円筒状のピストンキャビティにより、前述のスワールバルブ等によって生成されたスワールは、燃焼過程でピストンが下降していくのに伴い、ピストンキャビティ内からキャビティ外に拡散され、キャビティ外でもスワールが持続される。
【００３９】
エンジンにはコモンレール式の燃料噴射装置１０を備える。コモンレール式の燃料噴射装置１０の構成も公知（第１３回内燃機関シンポジウム講演論文集第７３頁〜第７７頁、特開平９−３１７５９２号公報参照）であり、図５により概説する。
【００４０】
この燃料噴射装置１０は、主に燃料タンク１１、燃料供給通路１２、サプライポンプ１４、コモンレール（蓄圧室）１６、気筒毎に設けられるノズル１７からなり、サプライポンプ１４により加圧された燃料は燃料供給通路１５を介して蓄圧室１６にいったん蓄えられたあと、蓄圧室１６の高圧燃料が気筒数分のノズル１７に分配される。
【００４１】
ノズル１７は、針弁１８、ノズル室１９、ノズル室１９への燃料供給通路２０、リテーナ２１、油圧ピストン２２、針弁１８を閉弁方向（図で下方）に付勢するリターンスプリング２３、油圧ピストン２２への燃料供給通路２４、この通路２４に介装される三方弁（電磁弁）２５などからなり、ノズル内の通路２０と２４が連通して油圧ピストン２２上部とノズル室１９にともに高圧燃料が導かれる三方弁２５のＯＦＦ時（ポートＡとＢが連通、ポートＢとＣが遮断）には、油圧ピストン２２の受圧面積が針弁１８の受圧面積より大きいことから、針弁１８が着座状態にあるが、三方弁２５がＯＮ状態（ポートＡとＢが遮断、ポートＢとＣが連通）になると、油圧ピストン２２上部の燃料が戻し通路２８を介して燃料タンク１１に戻され、油圧ピストン２２に作用する燃料圧力が低下する。これによって針弁１８が上昇してノズル先端の噴孔より燃料が噴射される。三方弁２５をふたたびＯＦＦ状態に戻せば、油圧ピストン２２に蓄圧室１６の高圧燃料が導びかれて燃料噴射が終了する。つまり、三方弁２５のＯＦＦからＯＮへの切換時期により燃料の噴射開始時期が、またＯＮ時間により燃料噴射量が調整され、蓄圧室１６の圧力が同じであれば、ＯＮ時間が長くなるほど燃料噴射量が多くなる。２６は逆止弁、２７はオリフィスである。
【００４２】
この燃料噴射装置１０にはさらに、蓄圧室圧力を調整するため、サプライポンプ１４から吐出された燃料を戻す通路１３に圧力調整弁３１を備える。この調整弁３１は通路１３の流路を開閉するもので、蓄圧室１６への燃料吐出量を調整することにより蓄圧室圧力を調整する。蓄圧室１６の燃料圧力（噴射圧）によって燃料噴射率が変化し、蓄圧室１６の燃料圧力が高くなるほど燃料噴射率が高くなる。
【００４３】
アクセル開度センサ３３、エンジン回転数とクランク角度を検出するセンサ３４、気筒判別のためのセンサ３５、水温センサ３６からの信号が入力されるコントロールユニット４１では、エンジン回転数とアクセル開度に応じて目標燃料噴射量と蓄圧室１６の目標圧力を演算し、圧力センサ３２により検出される蓄圧室圧力がこの目標圧力と一致するように圧力調整弁３１を介して蓄圧室１６の燃料圧力をフィードバック制御する。
【００４４】
また、演算した目標燃料噴射量に対応して三方弁２５のＯＮ時間を制御するほか、三方弁２５のＯＮへの切換時期を制御することで、運転条件に応じた所定の噴射開始時期を得るようにしている。たとえば、図８に示したように、高ＥＧＲ率の低回転低負荷側で噴射燃料の着火遅れ期間が長くなるように燃料の噴射時期（噴射開始時期）を圧縮上死点後６゜ＣＡまで遅延している。この遅延により、着火時期の燃焼室内の温度を低温状態にし、予混合燃焼の比率を増大させることにより、高ＥＧＲ率域でのスモークの発生を抑える。これに対して、回転数、負荷が高くなるにしたがい、噴射時期を進めている。これは、着火遅れの時間が一定であっても、着火遅れクランク角度（着火遅れの時間をクランク角度に換算した値）がエンジン回転数の増加に比例して大きくなり、低ＥＧＲ率時に所定の着火時期を得るために、噴射時期を進めるのである。
【００４５】
図１に戻り、ＥＧＲ通路４の開口部下流の排気通路２にターボ過給機を備える。これは、排気タービン５２のスクロール入口に、ステップモータ５４により駆動される可変ベーン５３を設けたもので、コントロールユニット４１により、可変ベーン５３は低回転域から所定の過給圧が得られるように、低回転側では排気タービン５２に導入される排気の流速を高めるベーン角度（傾動状態）に、高回転側では排気を抵抗なく排気タービン５２に導入させるベーン角度（全開状態）に制御する。また、所定の条件にあるときは、可変ベーン５３は、過給圧を下げるベーン角度に制御される。
【００４６】
以上のように、コントロールユニット４１により、高ＥＧＲ率と噴射時期の大幅な遅角、さらにＥＧＲガスの冷却によって、燃焼温度が低下し、着火遅れ期間が大幅に長くなり、低温予混合燃焼状態での運転が行われる。このときの熱発生のパターンは、通常エンジンによる熱発生のパターンが２段燃焼（予混合燃焼によるピークの後に拡散燃焼によるピークが現れる）の形態となるのに対して、図９に示すように単段燃焼の形態となることによって特徴づけられ、ＮＯｘとスモークのトレードオフの関係（一方を低減すれば他方が増加する関係）を打破して、ＮＯｘと低スモークの同時低減が可能である。
【００４７】
なお、こうした低温予混合燃焼を実現するための手段は、特開平７−４２８７号公報にも述べてあるように、基本的には、エンジンの運転条件に応じてエンジンの燃焼温度を低下させる手段と、この燃焼温度を低下させる手段の作動時に、熱発生パターンが単段燃焼の形態となるように着火遅れ期間を大幅に長くする手段とから構成される。
【００４８】
このように、低温予混合燃焼を行わせることが可能なエンジンと、上記の温度感知型ＮＯｘ触媒６１とを組み合わせたとき、低温予混合燃焼時は排気温度が低いので、低温予混合燃焼時にＮＯｘ触媒６１により排気中のＮＯｘが吸着される。
【００４９】
そして、温度感知型ＮＯｘ触媒６１の再生時期になると、コントロールユニット４１では、排気温度を上昇させて温度感知型ＮＯｘ触媒６１の再生を行うため、低温予混合燃焼から拡散燃焼主体の燃焼に切換える。
【００５０】
ここで、低温予混合燃焼から拡散燃焼主体の燃焼に切換えるには、低温予混合燃焼に寄与する燃料の量を減少させ、拡散燃焼に寄与する燃料の量を増大させればよく、拡散燃焼に寄与する燃料の量を増大させるには、次の方法がある。
【００５１】
Ａ．着火遅れ期間を短縮させる、
Ｂ．燃焼終了時期を遅らせる、
Ｃ．燃焼期間を延長する。
【００５２】
また、Ａ〜Ｃを実現するための具体的な制御方法としては次のようなものがある。
【００５３】
▲１▼燃料噴射（開始）時期を進角させる、
▲２▼小スワール化、
▲３▼ＥＧＲガスの冷却中止、
▲４▼低噴射率化、
▲５▼噴射分割。
【００５４】
ここで、▲１▼〜▲５▼と上記のＡ〜Ｃとの対応関係を示すと、▲１▼と▲３▼によって、Ａが、▲２▼、▲４▼、▲５▼によってＢとＣが実現することになる。ただし、単一の操作を行うのではなく、複数の操作を組み合わせることも可能である。実際には、▲４▼は単独でも拡散燃焼主体の燃焼に移行させることができるが、▲１▼だけだと拡散燃焼主体の燃焼に移行しないので、▲１▼を採用するときは、他の▲２▼、▲３▼、▲４▼、▲５▼と組み合わせる必要がある。
【００５５】
たとえば、▲１▼＋▲２▼の組み合わせの場合、▲２▼＋▲３▼の組み合わせの場合、▲４▼単独の場合、▲５▼単独の場合の熱発生率、燃料噴射率の各特性を図１０〜図１３に示す。同図において、破線が低温予混合燃焼の場合の、実線が拡散燃焼主体の燃焼の場合の特性である。
【００５６】
このうち、図１０で代表させると、▲１▼＋▲２▼の実行により、着火遅れ期間が短縮し、かつ燃焼期間が長期化することから、図１０上段の実線で示したように、熱発生のパターンが、通常エンジンの場合と同じに２段燃焼の形態となる。２段燃焼の形態のうち、一山目が予混合燃焼によるものであり、二山目が拡散燃焼によるものである。この場合、熱発生のパターンが２段燃焼となる形態を「拡散燃焼主体の燃焼」といっている。
【００５７】
図１４のフローチャートは、上記▲１▼＋▲２▼の組み合わせの場合の制御内容を具体化したもので、一定時間毎に実行する。なお、図１４のフローが走るためには、低温予混合燃焼を行っていることが前提である。
【００５８】
ステップ１では回転数Ｎｅ、燃料噴射量（目標燃料噴射量）Ｑｆ、アクセル開度を読み込み、これらのうちＮｅとＱｆからステップ２、３において図１５を内容とするマップを検索することにより、エンジンアウトからのＮＯｘ放出量Ａを、また図１６を内容とするマップを検索することにより、ＮＯｘ触媒６１のＮＯｘ吸着率Ｂを演算し、ステップ４においてこれらＮＯｘ放出量ＡとＮＯｘ吸着率Ｂを乗算した値を、ＮＯｘ触媒６１の所定時間当たりのＮＯｘ吸着量Ｃとして計算し、ステップ５ではこのＣをＮＯｘ吸着量積算値の前回値であるＤ-1に加算した値を今回のＮＯｘ吸着量積算値Ｄ（初期値は０）として更新する。
【００５９】
ステップ６では、所定の負荷域（ＮＯｘ触媒６１よりＮＯｘを脱離可能な排気温度の上昇が得られる負荷域）であるかどうかを判定する。この所定の負荷域は、図１７においてハッチングで示した領域である。したがって、ＮｅとＱｆから定まる運転点が、図１７に示したハッチング領域にあれば、所定の負荷域にあると判断すればよい。
【００６０】
所定の負荷域に入っている場合は、ステップ７に進み、再生フラグをみる。この再生フラグは、エンジン始動時に“０”に初期設定しているので、ステップ８に進み、ＮＯｘ吸着量積算値Ｄと所定値Ｄ１を比較する。Ｄ＜Ｄ１であれば、再生時期になっていないので、そのまま今回の処理を終了する。
【００６１】
所定の負荷域でステップ５の処理を繰り返すうちにやがてＤ≧Ｄ１になると、再生処理を行うためステップ９以降に進む。
【００６２】
ステップ９では再生フラグを“１”にセットした後、ステップ１０においてタイマ（初期値は０）をインクリメントし、このタイマの値と所定値Ｔ１（たとえば１０秒程度）とをステップ１１において比較する。Ｔ１は再生を行わせる時間を定めるものである。タイマのインクリメントを開始したときは、タイマ＜Ｔ１であるので、ステップ１２、１３に進んで、燃料噴射時期を、予め設定した値（一定値）だけ進角側に補正するとともに、スワール比を、予め設定した値（一定値）だけ小さくなる側に補正する。ステップ１４では次回の再生に備えるため、Ｄ＝０とする。
【００６３】
再生フラグの“１”へのセット後も運転条件が所定の負荷域にとどまっていれば、次回から、ステップ７よりステップ８を飛ばして、ステップ９以降に進むことになる。このため、ステップ１０、１２、１３の処理を繰り返すことになり、タイマ＜Ｔ１であるあいだ、燃料噴射時期の進角補正が行われると、この噴射時期の進角補正により、着火遅れ期間が短くなって噴射期間内に燃焼が開始され、しかもスワール比が小さくされているため、燃焼期間が長くなり、燃焼状態が、低温予混合燃焼から拡散燃焼主体の燃焼に移行する。この拡散燃焼主体の燃焼への移行により排気温度が上昇するので、ＮＯｘ触媒６１の再生（ＮＯｘの離脱とＨＣ、ＣＯによる還元）が行われる。
【００６４】
やがて、タイマ≧Ｔ１になると、ＮＯｘ触媒６１の再生が終了したと判断し、次回の再生処理に備えるため、ステップ１１からステップ１５、１６に進み、タイマを初期値の０に戻し、再生フラグを“０”にリセットする。
【００６５】
また、ステップ６で運転条件が所定の負荷域になかったときは、ステップ１７に進み、所定以上の加速かどうかをみる。加速の程度はたとえばアクセル開度の時間変化によって求めることができるので、このアクセル開度の時間変化と所定値を比較し、アクセル開度の時間変化が所定値以上であれば、運転条件が所定の負荷域にある場合と同じに、ＮＯｘ触媒６１よりＮＯｘを脱離可能な排気温度の上昇が得られると判断してステップ７以降に進み、これに対してアクセル開度の時間変化が所定値未満であるときはそのまま今回の処理を終了する。
【００６６】
このように、第１実施形態では、低温予混合燃焼時に温度感知型ＮＯｘ触媒６１に排気中のＮＯｘを吸着させておき、温度感知型ＮＯｘ触媒６１の再生時期となったとき、燃料噴射時期を進角補正するとともに、スワール比を減少補正することによって燃焼状態を拡散燃焼を主体とする燃焼に移行させて排気温度を上昇させ、これによって温度感知型ＮＯｘ触媒６１の再生を行うようにしたので、ＮＯｘ触媒６１の再生時に空気過剰率を低下させる必要がなくなった。ＮＯｘ触媒６１の再生時に空気過剰率を低下させる必要がなくなると、燃費の悪い運転条件で運転しなくて済むので、排気通路にＮＯｘ触媒６１を備えていてもディーゼルエンジンの燃費優位性を維持できるのである。
【００６７】
また、温度感知型ＮＯｘ触媒６１よりＮＯｘを脱離可能な排気温度の上昇が得られない場合にまで、燃焼を拡散燃焼主体の燃焼に切換えたのでは、温度感知型ＮＯｘ触媒６１が再生されないため、再生終了の判断に誤判断が生じることになるが、本実施形態では、温度感知型ＮＯｘ触媒６１よりＮＯｘを脱離可能な排気温度の上昇が得られる所定の負荷域または所定以上の加速時に限って、燃焼を拡散燃焼主体の燃焼に切換えるので、再生終了の判断を精度よく行うことができる。
【００６８】
図１８、図１９、図２０の各フローチャートは、第２、第３、第４実施形態で、それぞれ上記の▲２▼＋▲３▼の組み合わせの場合、▲４▼単独の場合、▲５▼単独の場合の制御内容を具体化したものである。第１実施形態との関係では、図１４に置き換わるものである。なお、図１４と同一部分には、同一のステップ番号を付けている。
【００６９】
まず、第２実施形態は、再生時期になると、図１８のステップ２１でＥＧＲガスの冷却を中断するとともに、ステップ１３で第１実施形態と同じにスワール比を減少補正するようにしたものである。ＥＧＲガスの冷却を中断すると、冷却されないＥＧＲガスが吸入空気と混合されるため、圧縮端温度が上昇し、着火遅れ期間が短縮される。この場合、圧縮端温度の上昇分がそのまま排気温度に上乗せされるため、排気の昇温効果は大きく、これによって温度感知型ＮＯｘ触媒６１が再生される。
【００７０】
第３実施形態は、再生時期になると、予め設定された率（一定値）だけ噴射率が小さくなる側に補正するようにしたものである（図１９のステップ３１）。
【００７１】
噴射率を小さくすると、着火時期は同等であるが、燃焼期間が長くなって、燃焼状態が、拡散燃焼を主体とする燃焼に移行するので、排気温度が上昇し、これによって、温度感知型ＮＯｘ触媒６１の再生が行われる。
【００７２】
なお、噴射率を小さくするには、蓄圧室１６の目標圧力を一定値だけ低くしてやればよい。図示しないが、圧電素子に加える電圧により射ノズル先端の針弁のリフト量を制御可能な噴射ノズルを備えるものでは（特開平９−３１７５９２号公報参照）、圧電素子への印加電圧を低くしてやれば、針弁リフト量が小さくなり、これによって噴射率が小さくなる。
【００７３】
第４実施形態は、再生時期になると、噴射分割を指示するようにしたものである（図２０のステップ４１）。この噴射分割の指示により、同一の運転条件での低温予混合燃焼時の燃料量より少ない量の燃料を、低温予混合燃焼時と同じ燃料噴射時期に噴射し、さらに所定期間だけ遅れた時期に２度目の噴射を行う。つまり、低温予混合燃焼が行われている中に、新たな燃料が噴射されると、この新たな燃料は拡散燃焼となるため、着火時期は低温予混合燃焼時と同等であるが、燃焼期間が長くなり、結果として燃焼状態が拡散燃焼を主体とした燃焼に移行するので、排気温度が上昇し、ＮＯｘ触媒６１の再生が行われる。
【００７４】
なお、このように前噴射と後噴射とに分割された噴射と、低温予混合燃焼時の噴射（前噴射のみの場合）とでは、仕事に対する寄与率が違ってくるので、本実施形態の前噴射の量と後噴射の量の合計は同じ運転条件における低温予混合燃焼時の噴射量よりも多くなると思われる。また、本実施形態における後噴射は燃焼終了時期よりも前で噴き終えなければならない。
【００７５】
次に、図２１のフローチャートは、第５実施形態で、第２実施形態の図１８に置き換わるものである。
【００７６】
この実施形態では、第２実施形態と相違して、スワール比を減少補正する代わりに、燃料噴射（開始）時期を遅角補正している（図２１のステップ５１）。
【００７７】
冷却されないＥＧＲガスを吸入空気と混合することにより圧縮端温度が上昇し、着火遅れ期間が短縮されるのであるが、噴射時期を遅角するのは、この圧縮端温度上昇に伴う着火遅れ時期の短縮に対して、着火遅れ時期を低温予混合燃焼時と同等とするための操作である。
【００７８】
図２２の熱発生率の特性はイメージを示すものであるが、ＥＧＲガスの冷却中断のみの場合を一点鎖線で、ＥＧＲガスの冷却中断に噴射時期の遅角を加えた場合を実線で示す。同図において、ＥＧＲガスの冷却中断のみの場合に排気温度の上昇に寄与する分は一点鎖線と破線の間の面積に、またＥＧＲガスの冷却中断に噴射時期の遅角を加えた場合に排気温度の上昇に寄与する分は実線と破線の間の面積に相当するので、噴射時期を遅角することによって、排気温度の上昇に寄与する分が大きくなる。実験によれば、第５実施形態の場合に、排気の昇温効果が最も高くなることを確認している。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の制御システム図。
【図２】温度感知型ＮＯｘ触媒の吸着反応メカニズムを説明するための図。
【図３】温度感知型ＮＯｘ触媒の排気温度に対するＮＯｘ飽和吸着量の変化説明図。
【図４】温度感知型ＮＯｘ触媒の再生反応メカニズムを説明するための図。
【図５】コモンレール式燃料噴射装置の概略構成図。
【図６】目標ＥＧＲ率の特性図。
【図７】目標スワール比の特性図。
【図８】目標噴射時期の特性図。
【図９】低温予混合燃焼時の熱発生率、燃料噴射率の特性図。
【図１０】第１実施形態の熱発生率、燃料噴射率の特性図。
【図１１】第２実施形態の熱発生率、燃料噴射率の特性図。
【図１２】第３実施形態の熱発生率、燃料噴射率の特性図。
【図１３】第４実施形態の熱発生率、燃料噴射率の特性図。
【図１４】第１実施形態の再生処理を説明するためのフローチャート。
【図１５】ＮＯｘ放出量の特性図。
【図１６】ＮＯｘ吸着率の特性図。
【図１７】運転領域図。
【図１８】第２実施形態の再生処理を説明するためのフローチャート。
【図１９】第３実施形態の再生処理を説明するためのフローチャート。
【図２０】第４実施形態の再生処理を説明するためのフローチャート。
【図２１】第５実施形態の再生処理を説明するためのフローチャート。
【図２２】第５実施形態の熱発生率、燃料噴射率の特性図。
【図２３】第１〜第３の発明のクレーム対応図。
【符号の説明】
４  ＥＧＲ通路
６  ＥＧＲ弁
８  ＥＧＲガス冷却装置
１０  コモンレール式燃料噴射装置
３３  アクセル開度センサ
３４  クランク角センサ
４１  コントロールユニット
６１  温度感知型ＮＯｘ触媒
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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