JP2002115532A

JP2002115532A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2002115532A
Application number: JP2000308026A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Kaneko; 智洋金子
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-10-06
Filing date: 2000-10-06
Publication date: 2002-04-19
Anticipated expiration: 2020-10-06
Also published as: JP3632582B2

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の排気中に還元剤を添加供給してＮ
Ｏｘ触媒の機能調整を図る内燃機関の排気浄化装置にお
いて、排気還流の影響を受けることなく、個々の気筒に
由来する排気に対し、所望量の還元剤を正確に供給する
ことのできる装置を提供する。【解決手段】各気筒＃１〜＃４から排出された排気の
一部を、排気系４０から吸気系３０に還流するＥＧＲ通
路６０を備えたエンジン１００において、その排気浄化
装置を構成するＥＣＵ８０は、ＥＧＲ回り込みガス及び
浄化寄与ガスの分配比を、エンジン１００の運転状態に
対応するマップ上のデータとして各気筒について記憶し
ておく。ＥＣＵ８０は、後行程噴射の実施に先立ち、マ
ップ上のデータを参照して、後行程噴射に供される燃料
（還元剤）の噴射量を補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、希薄燃焼可能な内
燃機関の排気系内であって、同排気系内に設けられた還
元触媒上流に還元剤を供給し、排気中の有害成分の浄化
を促す内燃機関の排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンや希薄燃焼を行うガ
ソリンエンジンでは、高い空燃比（リーン雰囲気）の混
合気を燃焼に供して機関運転を行う運転領域が、全運転
領域の大部分を占める。この種のエンジン（内燃機関）
では一般に、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元浄化
する機能を酸素存在下で保持することのできる還元触媒
（ＮＯｘ触媒）がその排気系に備えられる。このような
ＮＯｘ触媒を排気系に備える内燃機関では、当該機関の
運転時、排気系内におけるＮＯｘ触媒上流に還元剤（例
えば燃料）を間欠的あるいは継続的に添加することによ
り、ＮＯｘ触媒を介した反応過程を通じて排気に含まれ
るＮＯｘの還元（浄化）を行う。

【０００３】例えば、特許第２８４５０５６号公報に記
載された装置では、内燃機関の排気通路に開閉制御の自
在な噴射弁を設け、同噴射弁圧送供給される還元剤を、
ＮＯｘ触媒へ流入する排気中に所望量ずつ噴射供給する
ことにより、ＮＯｘ触媒の浄化機能を制御するようにし
ている。また、他の方法として、燃焼室内への燃料の噴
射供給に関し、燃焼に供して出力を得るための燃料噴射
（主噴射）とは別途に、これと異なるタイミングで副噴
射を実行することで、排気（燃焼ガス）に燃料（還元
剤）を添加する方法も知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、排気還流
（ＥＧＲ）を行うエンジンでは、排気系および吸気系間
をバイパス通路（ＥＧＲ通路）によって連絡し、排気系
内を流れるガス（排気）の一部を吸気系内に還流する。
そして、当該ＥＧＲ通路の途中に設けた開閉弁（ＥＧＲ
弁）の開弁量を調整することにより、同通路に流れ込む
排気の流量を制御する。このとき、燃焼室から排出され
る全排気のうち、ＥＧＲ通路に流れ込む排気と排気系下
流に向かう排気との分配比は、たとえＥＧＲ弁の開弁量
が一定であっても、当該エンジンの回転数やトルクの大
きさ等、運転状態の変化に応じて変動する。さらに複数
の気筒を有するエンジンでは、このような運転状態に対
応する排気の分配比は、各々の気筒に由来する排気につ
いて相違する。排気ポートからＥＧＲ通路までの流路長
や流路形状が個々の気筒によって異なるためである。

【０００５】こうした条件下では、各気筒から排出され
る排気について上記ＮＯｘ触媒の機能を活用すべく行う
還元剤の添加が定量的に実施されても、どの気筒を起源
とする排気について還元剤の添加が実施されたか、また
当該エンジンがどのような運転状態にあるかにより、添
加された還元剤によるＮＯｘ触媒への作用がばらつくこ
ととなっていた。

【０００６】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであって、その目的とするところは、内燃機関の
排気中に還元剤を添加供給してＮＯｘ触媒の機能調整を
図る内燃機関の排気浄化装置において、排気還流の影響
を受けることなく、個々の気筒に由来する排気に対し、
所望量の還元剤を正確に供給することのできる装置を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、複数の気筒を有する内燃機関の排気系に
設けられ、当該排気系を通じて導入される排気中の窒素
酸化物を還元成分の存在下で浄化するＮＯｘ触媒と、前
記ＮＯｘ触媒に導入される排気中に還元剤を供給する還
元剤供給手段と、前記排気系の前記ＮＯｘ触媒上流から
当該機関の吸気系に排気を還流させる排気還流通路と、
前記還元剤供給手段の供給する還元剤の供給量を決定す
る還元剤供給量決定手段と、各気筒由来の排気につい
て、前記ＮＯｘ触媒に導入される排気量と前記吸気系に
還流される排気量との分配比を認識する分配比認識手段
と、前記認識される分配比に基づいて、前記決定される
還元剤の供給量を補正する補正手段とを有してなること
を要旨とする。

【０００８】ここで、前記ＮＯｘ触媒に導入される排気
量（便宜的に排気量Ａという）と、前記吸気系に還流さ
れる排気量（便宜的に排気量Ｂという）との分配比と
は、両者間の量的な相対関係を広く意味する。従って、
Ａ／Ｂ、Ｂ／Ａ、Ａ／（Ａ＋Ｂ）、或いはＢ／（Ａ＋
Ｂ）等の他、（Ａ−Ｂ）、或いは（Ｂ−Ａ）等、両者間
の如何なる量的な相対関係も、この分配比に相当する。
また、各気筒由来の排気とは、何れかの気筒から排出さ
れる排気を意味する。また、上記還元供給手段による排
気中への還元剤の供給は、排気中へ直接還元剤を供給す
る態様に限られず、例えば、排気の起源に相当する燃
料、吸気、若しくは両者の混合気に還元剤を供給するこ
とで、間接的に排気中に含まれる還元剤の量を増量させ
る態様によるものであっても構わない。

【０００９】上記構成によれば、内燃機関の運転中に、
排気系下流のＮＯｘ触媒に直接流入する分量と、吸気系
に還流する分量との分配比が、各気筒間から排出される
排気について、相互に異なっていたり、さらにそれら異
なる分配比が当該機関の運転状態に応じて変動する場合
であれ、各気筒由来の排気に供給される還元剤の成分量
の気筒間ばらつき、さらには運転状態の変動に起因する
ばらつきが共に最小化される。よって、排気系下流のＮ
Ｏｘ触媒に対し、所望量の還元剤（排気中の還元成分）
が有効に、且つ安定して作用するようになる。

【００１０】また、前記還元剤供給手段は、前記各気筒
に由来する排気のうち、前記吸気系に還流される排気量
に対して、前記ＮＯｘ触媒に導入される排気量の分配比
が大きくなる気筒由来の排気中に、優先的な還元剤供給
を行うのがよい。

【００１１】各気筒由来の排気のうち、ＮＯｘ触媒に導
入される排気量が、吸気系に還流される排気量に比して
大きな排気に、還元剤を供給する方が、排気中に含まれ
ることとなった還元剤がより高い比率でＮＯｘ触媒に到
達することとなる。同構成よれば、供給される還元剤が
より高い比率でＮＯｘ触媒に到達する排気を、各気筒由
来の排気から選択し、選択された排気に対し優先的に還
元剤を供給することとなるため、供給される還元剤がよ
り有効に活用されるばかりでなく、必要量の還元成分を
定量的にＮＯｘ触媒へ到達、若しくは作用させる制御を
実施する上で、当該制御にかかる精度や安定性も向上す
るようになる。

【００１２】なお、このように、特定の気筒に由来する
排気中の優先的な還元剤供給を実施するにあたっては、
特に、前記吸気系に還流される排気量に対して、前記Ｎ
Ｏｘ触媒に導入される排気量の分配比が最も大きくなる
気筒或いは気筒群を選択し、当該選択された気筒或いは
気筒群にのみ還元剤供給を行うといった制御態様を適用
するのが好ましい。

【００１３】また、前記補正される還元剤の供給量を所
定の上限量以下に制限する制限手段をさらに備えるのが
よい。

【００１４】同構成によれば、排気に含まれる還元剤の
うち、前記排気還流通路に流入する流入量が的確に把握
され、且つ当該流入した還元剤由来の物質が通路内に堆
積するに至らしめる量に達することを好適に抑制するこ
とができるようになる。よって、排気系に供給された還
元剤、又は還元剤を起源とする成分が、排気還流通路に
回り込み、当該通路内に滞留することで、同通路を詰ま
らせたり、通路面積を小さくすることもない。従って、
当該内燃機関にとって、ＮＯｘ触媒の機能保持と、排気
還流の機能保持とが好適に両立されるようになる。

【００１５】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、本発
明にかかる内燃機関の排気浄化装置を、ディーゼルエン
ジンシステムに適用した第１の実施の形態について説明
する。

【００１６】図１において、内燃機関（以下、エンジン
という）１は、燃料供給系１０、燃焼室２０、吸気系３
０及び排気系４０等を主要部として構成される直列４気
筒のディーゼルエンジンシステムである。

【００１７】先ず、燃料供給系１０は、サプライポンプ
１１、コモンレール１２、燃料噴射弁１３及び機関燃料
通路Ｐ１等を備えて構成される。

【００１８】サプライポンプ１１は、燃料タンク（図示
略）から汲み上げた燃料を高圧にし、機関燃料通路Ｐ１
を介してコモンレール１２に供給する。コモンレール１
２は、サプライポンプ１１から供給された高圧燃料を所
定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、
この蓄圧した燃料を４本の燃料噴射弁１３に分配する。
燃料噴射弁１３はその内部に電磁ソレノイド（図示略）
を備えた電磁弁であり、気筒＃１，＃２，＃３，＃４に
形成された４つの燃焼室２０に対応して設けられる。各
燃料噴射弁１３は、適宜開弁することにより、各々が対
応する燃焼室２０内に燃料を噴射供給する。

【００１９】吸気系３０は、各燃焼室２０内に供給され
る吸入空気の通路（吸気通路）を形成する。他方、排気
系４０は、上流から下流にかけ、排気ポート４０ａ、排
気マニホールド４０ｂ、触媒上流側通路４０ｃ、触媒下
流側通路４０ｄといった各種通路部材が順次接続されて
構成され、各燃焼室２０から排出される排気ガスの通路
（排気通路）を形成する。

【００２０】また、このエンジン１００には、周知の過
給機（ターボチャージャ）５０が設けられている。ター
ボチャージャ５０は、シャフト５１を介して連結された
２つのタービンホイール５２，５３を備える。一方のタ
ービンホイール（吸気側タービンホイール）５２は、吸
気系３０内の吸気に晒され、他方のタービンホイール
（排気側タービンホイール）５３は排気系４０内の排気
に晒される。このような構成を有するターボチャージャ
５０は、排気側タービンホイール５２が受ける排気流
（排気圧）を利用して吸気側タービンホイール５３を回
転させ、吸気圧を高めるといったいわゆる過給を行う。

【００２１】吸気系３０において、ターボチャージャ５
０に設けられたインタークーラ３１は、過給によって昇
温した吸入空気を強制冷却する。インタークーラ３１よ
りもさらに下流に設けられたスロットル弁３２は、その
開度を無段階に調節することができる電子制御式の開閉
弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を
絞り、同吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有
する。

【００２２】また、エンジン１００には、燃焼室２０の
上流（吸気系３０）及び下流（排気系４０）をバイパス
する排気還流通路（ＥＧＲ通路）６０が形成されてい
る。このＥＧＲ通路６０は、排気の一部を適宜吸気系３
０に戻す機能を有する。ＥＧＲ通路６０には、電子制御
を通じて無段階に開閉調節され、同通路６０を流れる排
気流量を自在に変更することができるＥＧＲ弁６１と、
ＥＧＲ通路６０を通過（還流）する排気を冷却するため
のＥＧＲクーラ６２とが設けられている。

【００２３】また、排気系４０において、同排気系４０
及びＥＧＲ通路６０の連絡部位の下流には、吸蔵還元型
ＮＯｘ触媒（以下、単に触媒という）４１を収容した触
媒ケーシング４２が設けられている。触媒ケーシング４
２に収容された触媒４１は、例えばアルミナ（Ａｌ
₂Ｏ₃）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）、イ
ットリウム（Ｙ）のような希土類と、白金Ｐｔのような
貴金属とが担持されることによって構成される。

【００２４】この触媒４１は、排気中に多量の酸素が存
在している状態においてはＮＯｘを吸収し、排気中の酸
素濃度が低く還元成分（例えば燃料の未燃成分（Ｈ
Ｃ））が十分量存在している状態においてはＮＯｘをＮ
Ｏ₂若しくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ₂やＮＯとし
て放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣやＣＯと速やかに
反応することによってさらに還元されてＮ₂となる。ち
なみにＨＣやＣＯは、ＮＯ₂やＮＯを還元することで、
自身は酸化されてＨ₂ＯやＣＯ₂となる。すなわち、触媒
ケーシング４２（触媒４１）に導入される排気中の酸素
濃度やＨＣ成分を適宜調整すれば、排気中のＨＣ、Ｃ
Ｏ、ＮＯｘを浄化することができることになる。

【００２５】また、エンジン１００の各部位には、当該
部位の環境条件やエンジン１００の運転状態に関する信
号を出力する各種センサが取り付けられている。

【００２６】すなわち、レール圧センサ７０は、コモン
レール１２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出
信号を出力する。エアフロメータ７２は、吸気系３０内
のスロットル弁３２下流において吸入空気の流量（吸気
量）Ｇａに応じた検出信号を出力する。排気温センサ７
４ａは、排気系４０の触媒ケーシング４２上流における
排気温度ＴexUに応じた検出信号を出力する。排気温セ
ンサ７４ｂは、排気系４０の触媒ケーシング４２（触媒
４１）下流における排気温度ＴexLに応じた検出信号を
出力する。空燃比（Ａ／Ｆ）センサ７３は、排気系４０
の触媒ケーシング４２（触媒４１）下流において排気中
の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力す
る。また、アクセル開度センサ７５はエンジン１００の
アクセルペダル（図示略）に取り付けられ、同ペダルへ
の踏み込み量Ａｃｃに応じた検出信号を出力する。クラ
ンク角センサ７６は、エンジン１００の出力軸（クラン
クシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パル
ス）を出力する。これら各センサ７０〜７６は、電子制
御装置（ＥＣＵ）８０と電気的に接続されている。

【００２７】ＥＣＵ８０は、中央処理装置（ＣＰＵ）８
１、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）８２、ランダムアク
セスメモリ（ＲＡＭ）８３及びバックアップＲＡＭ８
４、タイマーカウンタ８５等を備え、これら各部８１〜
８５と、Ａ／Ｄ変換器を含む外部入力回路８６と、外部
出力回路８７とが双方向性バス８８により接続されて構
成される論理演算回路を備える。

【００２８】このように構成されたＥＣＵ８０は、上記
各種センサの検出信号を外部入力回路を介して入力し、
これら信号に基づいて、エンジン１００の燃料噴射に関
する燃料噴射制御や、ＥＧＲ弁の開閉弁操作に関するＥ
ＧＲ制御等、エンジン１００の運転状態を決定づける各
種制御を実施する。

【００２９】また、燃料噴射弁１３を通じて各気筒に燃
料を供給する機能を備えた燃料供給系１０、排気系４０
に備えられた触媒４１、およびこれら燃料供給系１０や
触媒４１の機能を制御するＥＣＵ８０等は、併せて本実
施の形態にかかるエンジン１００の排気浄化装置を構成
する。

【００３０】次に、本実施の形態にかかる燃料噴射制御
についてその概要を説明する。

【００３１】ＥＣＵ８０は、各種センサの検出信号から
把握されるエンジン１００の運転状態に基づき燃料噴射
制御を実施する。本実施の形態において燃料噴射制御と
は、各燃料噴射弁１３を通じて気筒＃１〜＃４の各燃焼
室２０内へ燃料噴射の実施に関し、燃料の噴射量（噴射
時間）、噴射時期、噴射パターンといったパラメータを
設定し、これら設定されたパラメータに基づいて個々の
燃料噴射弁１３の開閉弁操作を実行する一連の処理をい
う。

【００３２】ＥＣＵ８０は、このような一連の処理を、
エンジン１００の運転中所定時間毎に繰り返し行う。燃
料の噴射量及び噴射時期は、基本的にはアクセルペダル
への踏み込み量Ａｃｃおよびエンジン回転数Ｎｅに基づ
き、予め設定されたマップ（図示略）を参照して決定す
る。

【００３３】また、燃料の噴射パターンの設定に関し、
ＥＣＵ８０は、圧縮上死点近傍での燃料噴射を主噴射と
して各気筒について行うことで機関出力を得る他、主噴
射に後続する燃料噴射（以下、後行程噴射という）を副
噴射として、適宜選択された時期、選択された気筒につ
いて行う。

【００３４】後行程噴射によって燃焼室２０内に供給さ
れる燃料は、燃焼ガス中で軽質なＨＣに改質され、排気
系４０に排出される。すなわち、還元剤として機能する
軽質なＨＣが、後行程噴射を通じて排気系４０の触媒４
１上流に添加され、触媒４１に流入する排気中の還元成
分濃度を高めることとなる。

【００３５】一般に、ディーゼルエンジンでは、燃焼室
内で燃焼に供される燃料及び空気の混合気が、ほとんど
の運転領域で高酸素濃度状態（リーン雰囲気の状態）に
ある。

【００３６】燃焼に供される混合気の酸素濃度は、燃焼
に供された酸素を差し引いてそのまま排気中の酸素濃度
に反映されるのが通常であり、混合気中の酸素濃度（空
燃比）が高ければ、排気中の酸素濃度（空燃比）も基本
的には同様に高くなる。一方、上述したように、吸蔵還
元型ＮＯｘ触媒は排気中の酸素濃度が高ければＮＯｘを
吸収し、低ければＮＯｘをＮＯ₂若しくはＮＯに還元し
て放出する特性を有するため、排気中の酸素が高濃度状
態にある限りＮＯｘを吸収し、これを保持（吸蔵）する
こととなる。ただし、当該触媒のＮＯｘ吸蔵量には限界
量が存在し、同触媒が限界量のＮＯｘを吸蔵した状態で
は、もはや排気中のＮＯｘが同触媒に吸収されず触媒ケ
ーシング４２内を素通りすることとなる。

【００３７】そこで、エンジン１００では、適宜のタイ
ミング、適宜の気筒について後行程噴射を実行すること
により、一時的に排気中の空燃比を低下（リッチ化）さ
せる。すると触媒４１は、これまでに吸収したＮＯｘを
ＮＯ₂若しくはＮＯに還元して放出し、自身のＮＯｘ吸
収能力を回復（再生）するようになる。放出されたＮＯ
₂やＮＯが、ＨＣやＣＯと反応して速やかにＮ₂に還元さ
れることは上述した通りである。

【００３８】次に、本実施の形態にかかるＥＧＲ制御に
ついてその概要を説明する。

【００３９】ＥＣＵ８０は、各種センサの検出信号から
把握されるエンジン１００の運転状態に基づきＥＧＲ制
御を実施する。本実施の形態においてＥＧＲ制御とは、
ＥＧＲ通路に設けられた電子制御式の開閉弁（ＥＧＲ
弁）６１を操作して、ＥＧＲ通路を通過するガスの流
量、言い換えれば排気系４０から吸気系３０に還流され
る排気の流量調整を行う処理をいう。

【００４０】目標となるＥＧＲ弁６１の開弁量（以下、
目標開弁量）は、基本的にはエンジン１００の負荷や回
転数ＮＥ等の運転状態に基づき、予め設定されたマップ
（図示略）を参照して決定される。ＥＣＵ８０は、この
目標開弁量をエンジン１００の運転中所定時間毎に更新
し、逐次、ＥＧＲ弁６１の実際の開弁量が更新された目
標開弁量に合致するよう同ＥＧＲ弁６１の駆動回路に指
令信号を出力する。

【００４１】こうした一連の処理により排気の一部が吸
気系３０に還流されると、その還流量に応じてエンジン
１００の燃焼温度が低下し、結果として排気中のＮＯｘ
生成が抑制されるようになる。

【００４２】ところで、エンジン１００の各気筒＃１〜
＃４から排出される排気は、各気筒に対応する排気ポー
ト４０ａ通じて排気マニホールド４０ｂに流入する。排
気マニホールドに流入した排気流は、排気系４０のさら
に下流に配設されたターボチャージャ５０に向かう他、
ＥＧＲ弁６１が開弁している場合には、ＥＧＲ通路６０
を介してその一部が吸気系３０に還流することとなる。

【００４３】このとき、各気筒＃１〜＃４の燃焼室２０
から排出される全排気のうち、ＥＧＲ通路６０に流れ込
む排気（以下、ＥＧＲ回り込みガスという）と、排気系
４０下流（ターボチャージャ５０）に向かい、未燃ＨＣ
（還元成分）を含んだままの状態で触媒４１に達する排
気（以下、浄化寄与ガスという）との分配比は、たとえ
ＥＧＲ弁６１の開弁量が一定であっても、エンジン１０
０の回転数やトルクの大きさ等、運転状態の変化に応じ
て変動する。さらに、排気ポート４０ａからＥＧＲ通路
６０までの流路長や流路形状等が個々の気筒によって異
なるため、上記エンジン１００の運転状態に対応する排
気の分配比は、各々の気筒に由来する排気について相違
する。

【００４４】そこで、本実施の形態に係るエンジン１０
０の排気浄化装置を構成するＥＣＵ８０は、ＥＧＲ回り
込みガス及び浄化寄与ガスの分配比を、エンジン１００
の運転状態に関するパラメータを独立変数とする関数、
若しくはエンジン１００の運転状態に対応するマップ上
のデータとして各気筒について記憶しておく。そして、
後行程噴射の実施に先立ち、当該後行程噴射を実施する
気筒について記憶された関数若しくはマップ上のデータ
に基づいて求めた補正係数を、後行程噴射に供される燃
料（還元剤）の噴射量に反映させる制御を行う。

【００４５】次に、上記後行程噴射に供される燃料（還
元剤）の噴射量の算出に関し、ＥＧＲ回り込みガス及び
浄化寄与ガスの分配比に関連する補正係数の反映も含め
たＥＣＵ８０によるその具体的な制御手順についてフロ
ーチャートを参照して説明する。

【００４６】図２は、燃料噴射制御の一環として、個々
の気筒について後行程噴射に供される燃料（還元剤）の
噴射量を算出するための「後行程噴射量算出ルーチン」
を示すフローチャートである。

【００４７】同ルーチンは、ＥＣＵ８０を通じてエンジ
ン１００の始動と同時にその実行が開始され、エンジン
１００の運転期間中、所定周期で繰り返し実行される。

【００４８】同ルーチンに処理が移行すると、ＥＣＵ８
０は先ずステップＳ１０１において、還元剤添加（後行
程噴射）の要求があるか否かを判断する。後行程噴射
は、例えば以下の条件（１）〜（３）が全て成立したと
きに行う。（１）ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸収量が所定量を上回ってい
ること。ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ吸収量がその限界値に
ある程度まで近づいたことを意味する。この吸収量は、
前回の燃料添加終了からの経過時間や、排気空燃比Ａ／
Ｆ及び排気温度Ｔｅｘの履歴等に基づいて推定すればよ
い。（２）エンジン回転数Ｎｅ及びアクセルの踏み込み量Ａ
ｃｃの関係等からエンジン１００の運転状態が後行程噴
射に適していると判断される。これは、エンジン１００
の運転状態が、後行程噴射を実行してもトルク変動等の
不具合が生じない領域にある条件にあたる。（３）触媒４１の床温が所定の温度範囲（例えば２５０
〜４００℃）にあること。これは、触媒が十分に活性化
し、且つ好適に機能する条件にあたる。触媒４１の床温
は、触媒４１上流の排気温度ＴexUと同触媒４１下流の
排気温度ＴexLとに基づいて推定する。すなわち、上記条件（１）〜（３）が全て成立していれ
ば、ＥＣＵ８０は「後行程噴射の要求あり。」と判断
し、その処理をステップＳ１０２に移行する。一方、上
記条件（１）〜（３）のうち何れか１つでも成立してい
なければ、ＥＣＵ８０は「後行程噴射の要求なし。」と
判断し、本ルーチンを一旦抜ける。

【００４９】ステップＳ１０２においてＥＣＵ８０は、
要求ＨＣ量Ｑhcを算出する。要求ＨＣ量Ｑhcは、後行程
噴射を通じて排気系４０に添加供給する還元成分（Ｈ
Ｃ）量の目標値であり、触媒４１を通過する排気流量Ｇ
exと触媒４１上流における排気温度ＴexUとに基づき、
予め設定されたマップ等を参照して求める。触媒４１を
通過する排気流量Ｇexは吸気量Ｇａ等に基づいて推定
し、触媒４１上流における排気温度ＴexUは排気温セン
サ７４ａからの検出信号に基づいて把握すればよい。

【００５０】図３は、要求ＨＣ量、触媒４１を通過する
排気流量Ｇex、および触媒４１上流の排気温度ＴexUに
ついて、予め設定されるマップ上における関係を概略的
に示す関係図である。なお、図中に示す曲線Ｌ１，Ｌ
２，Ｌ３，Ｌ４は、各々が要求ＨＣ量Ｑhcの等量線に相
当する。ちなみに、等量線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４上の
要求ＨＣ量Ｑhc1，Ｑhc2，Ｑhc3，Ｑhc4は、相互間で、
Ｑhc1＞Ｑhc2＞Ｑhc3＞Ｑhc4なる関係を有する。

【００５１】同図３に示すように、触媒４１を通過する
排気流量Ｇexが大きくなるほど要求ＨＣ量Ｑhcは小さく
なる傾向にマップを設定することで、触媒４１の浄化効
率が好適に保持されることが発明者によって確認されて
いる。こうした傾向は、触媒４１を通過する排気流量Ｇ
exが大きくなると添加されたＨＣ（還元剤）が排気中で
広範囲に分散しより効率的に触媒４１に作用するように
なること、また、要求ＨＣ量Ｑhcを小さくすれば触媒４
１を吹き抜けるＨＣ（還元剤）の量が減少することに起
因すると考えられる。一方、触媒４１上流の排気温度Ｔ
exUが高くなるほど要求ＨＣ量Ｑhcは大きくなる傾向に
マップを設定することで、触媒４１の浄化効率が好適に
保持されることが同じく発明者によって確認されてい
る。触媒４１が十分に活性化している温度条件の下、同
触媒４１に流入する排気の温度（排気温度ＴexU）が高
くなると、触媒４１に吸蔵された状態にあり、本来は、
ＨＣ（還元成分）存在下で同触媒４１から放出されつつ
Ｎ₂に還元されるはずのＮＯｘが、Ｎ₂に還元されること
なく触媒４１下流に流出する傾向が増大するためと考え
られる。

【００５２】上記ステップＳ１０２にて要求ＨＣ量Ｑhc
を求めた後、続くステップＳ１０３においてＥＣＵ８０
は、今回の後行程噴射で４本の燃料噴射弁１３が噴射供
給する燃料の総量（以下、後行程噴射総量という）ｑhc
totalを、吸気量Ｇａ及び要求ＨＣ量Ｑhcに基づいて算
出し、さらにこの後行程噴射総量ｑhctotalを、今回の
後行程噴射で個々の気筒＃ｎ（ただし、ｎ＝１，２，
３，または４）に対応する燃料噴射弁１３が噴射供給す
る燃料量（以下、気筒別後行程噴射量という）ｑhc(n)
に換算する。なお、本実施の形態では、触媒４１に流入
する各気筒＃１〜＃４由来の還元成分（ＨＣ）の供給量
が、等量となるように調整を行う。このため、各気筒＃
１〜＃４についての気筒別後行程噴射量ｑhc(1)〜ｑhc
(4)は、一律、後行程噴射総量ｑhctotalの４分の１の量
に相当する。

【００５３】続くステップＳ１０４においては、ＥＧＲ
弁６１が全閉状態であるか否かを判断する。ＥＧＲ弁６
１が全閉状態である場合、ＥＣＵ８０は排気還流が行わ
れていないと認識し、先のステップＳ１０３で求めた個
々の気筒についての気筒別後行程噴射量ｑhc(1)，ｑhc
(2)，ｑhc(3)，ｑhc(4)を、各々最終値ｑhcfin(1)，ｑh
cfin(2)，ｑhcfin(3)，ｑhcfin(4)として記憶した上
で、本ルーチンにおける処理を一旦終了する。

【００５４】一方、ＥＧＲ弁６１が全閉状態でない場
合、ＥＣＵ８０は排気還流が行われていると認識し、そ
の処理をステップＳ１０５に移行する。ステップＳ１０
５においては、気筒＃１，＃２，＃３，＃４各々に対応
する気筒別排気寄与率なる補正係数Ｋex(1)，Ｋex(2)，
Ｋex(3)，Ｋex(4)を求める。ここで気筒別排気寄与率と
は、触媒４１に流入する各気筒＃１〜＃４由来の排気に
ついて、個々の気筒について、当該気筒から排出された
排気のうち、浄化寄与ガス（ＥＧＲ通路６０に回り込ま
ずに触媒４１に達する排気の割合に相当する。

【００５５】すなわち、任意の気筒＃ｎに関し、後行程
噴射によって供給される燃料の量（気筒別後行程噴射
量）の最終値ｑhcfin(n)と、触媒４１への到達量ｑhcac
t(n)との関係は、次式（ｉ）によって表される。ｑhcact(n)＝ｑhcfin(n)×Ｋex(n) …（ｉ）従って、先のステップＳ１０３で求めた個々の気筒につ
いての気筒別後行程噴射量ｑhc(n)を、次式（ii）に従
って補正することで最終値ｑhcfin(n)として採用すれ
ば、補正前の気筒別後行程噴射量ｑhc(n)と等量の還元
成分（ＨＣ）が触媒４１に到達するようになる。ｑhcfin(n)＝ｑhc(n)／Ｋex(n) …（ii）上記演算式（ii）に従い個々の気筒＃１〜＃４について
気筒別後行程噴射量ｑhc(1)〜ｑhc(4)を、次式（ii）に
従って補正することで最終値ｑhcfin(1)〜ｑhcfin(4)を
求めた後、ＥＣＵ８０は本ルーチンでの処理を一旦終了
する。

【００５６】ここで、個々の気筒に関する気筒別排気寄
与率Ｋex(n)は、主噴射にかかる噴射量Ｑmainと、エン
ジン回転数Ｎｅとに基づき、予め設定されるマップを参
照して求める。

【００５７】図４は、任意の気筒＃ｎについて予め設定
されるマップ上での気筒別排気寄与率Ｋex(n)、主噴射
にかかる燃料噴射量Ｑmain、およびエンジン回転数Ｎｅ
相互間の関係を概略的に示す関係図である。なお、図中
に示す曲線Ｌ１０，Ｌ２０，Ｌ３０，Ｌ４０は、各々が
気筒別排気寄与率Ｋexの等量線に相当する。ちなみに、
等量線Ｌ１０，Ｌ２０，Ｌ３０，Ｌ４０上の気筒別排気
寄与率Ｋex10，Ｋex20，Ｋex30，Ｋex40は、相互間で、
Ｋex10＞Ｋex20＞Ｋex30＞Ｋex40なる関係を有する。ま
た、斜線部は、排気還流を行わない領域、言い換えると
ＥＧＲ弁６１が全閉状態にある領域に相当する。

【００５８】エンジンの各種運転状態に対応する気筒別
排気寄与率Ｋexの特性は、当該エンジン、とくに排気系
やＥＧＲ通路の内部構造、或いは各気筒の配置等によっ
て異なる。しかしながら、エンジンの回転数や出力が高
まり各気筒から排出される排気の流量が大きくなると、
概して、ＥＧＲ通路に回り込む排気の量が全排気量に対
し相対的に減少することとなる。

【００５９】同図４に示すように、本実施の形態のエン
ジン１００において、実験等で予め設定される気筒別排
気寄与率Ｋexは、主噴射にかかる燃料噴射量Ｑmainが大
きくなるほど、またエンジン回転数Ｎｅが高くなるほ
ど、大きくなる傾向にある。

【００６０】上記処理手順に基づき、本ルーチンでは、
還元剤添加の要求に応じて適宜気筒別後行程噴射量（最
終値）ｑhcfin(n)を算出する。ＥＣＵ８０は、ここで算
出された気筒別後行程噴射量（最終値）ｑhcfin(n)を採
用し、各気筒への後行程噴射を別途ルーチン（図示略）
に従い実行することとなる。上述したように、各気筒へ
の後行程噴射によって触媒４１に到達する還元成分（Ｈ
Ｃ）は後行程噴射総量ｑhctotalの４分の１の量に相当
するため、気筒＃１〜＃４全てに一回ずつ後行程噴射が
実行されることで、触媒４１にとって、吸蔵されている
ＮＯｘの放出及び還元浄化と、自身のＮＯｘ吸収能力の
再生とに今回必要とされる還元剤（燃料）の添加供給が
完了する。

【００６１】ここで、従来の排気浄化装置では、各気筒
の燃焼室から排出される全排気のうち、ＥＧＲ通路に流
れ込む排気と排気系下流に向かう排気との分配比が、各
気筒への後行程噴射に適用される燃料噴射量、言い換え
ると、各気筒由来の排気に対する還元剤の添加量に反映
されていなかった。このため、各気筒から排出される排
気について上記ＮＯｘ触媒の機能を活用すべく行う還元
剤の添加（後行程噴射）が定量的に実施されても、どの
気筒を起源とする排気について還元剤の添加（後行程噴
射）が実施されたかにより、また、トルクやエンジン回
転数等、エンジンの運転状態の変動に起因し、ＮＯｘ触
媒に対する還元成分（ＨＣ）の到達量にばらつきが生じ
ていた。

【００６２】この点、本実施の形態にかかるエンジン１
００の排気浄化装置では、当該エンジン１００の運転中
に、排気系下流のＮＯｘ触媒に直接流入する排気と、Ｅ
ＧＲ通路６０を通じて吸気系に回り込む排気との分配比
を、気筒毎に、また運転状態に応じて変動するパラメー
タとして記憶し、各気筒への後行程噴射に適用される燃
料噴射量に反映させる制御を実施する。

【００６３】従って、上記分配率が、各気筒間から排出
される排気について相互に異なっていたり、さらにそれ
ら異なる分配比がエンジン１００の運転状態に応じて変
動する場合であれ、各気筒由来の排気に供給される還元
成分（ＨＣ）量の気筒間ばらつき、さらにはエンジン１
００の運転状態の変動に起因するばらつきが共に低減さ
れる。よって、排気系４０下流の触媒４１に対し、所望
量の還元剤（排気中の還元成分）が有効に、且つ安定し
て作用するようになる。

【００６４】結果として、触媒４１に、安定した浄化機
能が保証されるようになる。（第２の実施の形態）次に、本発明にかかる内燃機関の
排気浄化装置をディーゼルエンジンシステムに適用した
第２の実施の形態について、第１の実施の形態と異なる
点を中心に説明する。

【００６５】なお、当該第２の実施の形態にあって、適
用対象とするエンジンの構成や、ＥＣＵ及びその周辺の
電気的構成（図１参照）は先の第１の実施の形態と同一
である。このため、同等の機能および構造を有する部材
やハードウエア構成等については同一の符号を用い、こ
こでの重複する説明は割愛することとする。

【００６６】先の第１の実施の形態の排気浄化装置で
は、エンジン１００の気筒＃１〜＃４各々について、気
筒別排気寄与率Ｋexを求め、触媒４１に流入する各気筒
＃１〜＃４由来の還元成分（ＨＣ）の供給量が、等量
（後行程噴射総量ｑhctotalの４分の１の量）となるよ
うに調整を行うこととした。

【００６７】このような制御態様に替え、第２の実施の
形態の排気浄化装置では、特定の気筒を選定し、後行程
噴射総量ｑhctotal相当の燃料を、当該選定された気筒
のみを介して触媒４１に供給する。

【００６８】図５は、本実施の形態における「後行程噴
射量算出ルーチン」を示すフローチャートである。同ル
ーチンは、先の第１の実施の形態で説明した「後行程噴
射量算出ルーチン」（図２参照）のうち、ステップＳ１
０５〜Ｓ１０８の処理内容を、図５中において破線で囲
ったステップＳ２０５〜Ｓ２０７の処理内容に変更した
ものである。

【００６９】すなわち、本ルーチンに処理が移行する
と、ＥＣＵ８０は先ず、先の第１の実施の形態の「後行
程噴射量算出ルーチン」におけるステップＳ１０１〜Ｓ
１０４と同等の処理手順に従い、還元剤添加の要求の有
無の確認（ステップＳ１０１）、要求ＨＣ量の算出（ス
テップＳ１０２）、後行程噴射総量および気筒別後行程
噴射量の算出（ステップＳ１０３）、並びにＥＧＲが全
閉状態にあるか否かの判断（ステップＳ１０４）を順次
行う。

【００７０】そして、上記ステップＳ１０４においてＥ
ＧＲ弁６１が全閉状態であると判断した場合、第１の実
施の形態と同じくＥＣＵ８０は、ステップＳ１０３で求
めた個々の気筒についての気筒別後行程噴射量ｑhc(ｎ)
を各々最終値ｑhcfin(ｎ)として記憶した上で、本ルー
チンにおける処理を一旦終了する。この場合ＥＣＵ８０
は、上記処理手順に基づき算出された気筒別後行程噴射
量（最終値）ｑhcfin(n)を採用し、別途ルーチン（図示
略）に従って気筒＃１〜＃４全てに１回ずつ後行程噴射
を実施する。

【００７１】一方、上記ステップＳ１０４においてＥＧ
Ｒ弁６１が全閉状態でないと判断した場合、ＥＣＵ８０
はその処理をステップＳ２０５に移行する。ステップＳ
２０５においては、各気筒＃１〜＃４について、気筒別
後行程噴射量ｑhc(n)およびエンジン回転数Ｎｅに基づ
き気筒別排気寄与率Ｋex(n)を算出し、気筒別排気寄与
率Ｋex(n)が最も大きな気筒を、後行程噴射を実行する
特定気筒として選定する。

【００７２】続くステップＳ２０６において、ＥＣＵ８
０は、上記ステップ２０５で選定した特定気筒について
の気筒別後行程噴射量qhcを、第１の実施の形態で説明
した演算式（ii）に従って補正し、その最終値ｑhcfin
を得る。ステップＳ２０６での処理を経た後、ＥＣＵ８
０は、本ルーチンでの処理を一旦終了する。

【００７３】本ルーチンにおいて、上記一連の処理手順
（ステップＳ２０５及びＳ２０６）を通じ特定気筒につ
いての気筒別後行程噴射量（最終値）ｑhcfinが得られ
た場合、ＥＣＵ８０は、別途ルーチン（図示略）に従い
当該特定気筒についてのみ後行程噴射を実施する。この
とき、気筒別後行程噴射量（最終値）ｑhcfin(n)の後行
程噴射を一気筒（特定気筒）に実施することによって触
媒４１へ到達する還元成分（ＨＣ）の到達量ｑhcact(n)
（演算式（ｉ），（ii）参照）は、後行程噴射総量ｑhc
totalの４分の１の量にあたる。従って、特定気筒に対
し、気筒別後行程噴射量（最終値）ｑhcfinの後行程噴
射が４回実行されることで、触媒４１にとって、吸蔵さ
れているＮＯｘの放出及び還元浄化と、自身のＮＯｘ吸
収能力の再生とに今回必要とされる還元剤（燃料）の添
加供給が完了することになる。

【００７４】以上、説明したように、本実施の形態にか
かるエンジン１００の排気浄化装置によれば、気筒別排
気寄与率Ｋex(n)が最も大きな気筒を、後行程噴射を実
行する特定気筒として選定する（優先的に適用する）こ
とにより、後行程噴射量の補正が最小となる。また、補
正を行う対象も、選定された特定気筒に対する後行程噴
射量に限られるため、補正結果として得られるデータの
再現性も高まる。

【００７５】よって、各気筒由来の排気に供給される還
元成分（ＨＣ）量の気筒間ばらつき、さらにはエンジン
１００の運転状態の変動に起因するばらつきが、より低
減されるようになる。

【００７６】すなわち、排気系４０下流の触媒４１に対
し、所望量の還元剤（排気中の還元成分）が有効に、且
つ安定して作用し、同触媒４１にとって、一層安定した
浄化機能が保証されるようになる。

【００７７】なお、本実施の形態においては、エンジン
１００に搭載された４本の気筒のうち、１気筒のみを、
後行程噴射を実行する特定気筒として選定する（優先的
に適用する）こととした。これに対し、気筒別排気寄与
率Ｋexの比較的高い２本若しくは３本の気筒を特定気筒
群として選定し、本実施の形態にかかる「後行程噴射量
算出ルーチン」と同様の制御ロジックを適用してもよ
い。（第３の実施の形態）次に、本発明にかかる内燃機関の
排気浄化装置をディーゼルエンジンシステムに適用した
第３の実施の形態について、第１及び第２の実施の形態
と異なる点を中心に説明する。

【００７８】なお、当該第３の実施の形態にあっても、
適用対象とするエンジンの構成や、ＥＣＵ及びその周辺
の電気的構成（図１参照）は先の第１及び第２の実施の
形態と同一である。このため、同等の機能および構造を
有する部材やハードウエア構成等については同一の符号
を用い、ここでの重複する説明は割愛することとする。

【００７９】エンジン１００のＥＧＲ通路６０を通過
（還流）する排気中のＨＣ量が増加すると、当該通路６
０の内壁に煤等が堆積し易くなる。ＥＧＲ通路６０の通
路内壁は、ＥＧＲクーラ６２による強制冷却が行われる
ため、排気中に含まれるガス状の未燃燃料や浮遊粒子等
が煤等として堆積し易く、また一旦堆積した煤等が付着
し易い条件下にある。また、その通路面積が比較的小さ
いため、煤等が堆積或いは付着することで、当該通路６
０内における排気の流れが滞る状態や、同通路６０が閉
塞する状態が発生し易い。

【００８０】そこで、第３の実施の形態の排気浄化装置
では、特定の気筒を選定し、後行程噴射総量ｑhctotal
相当の燃料を当該選定された気筒のみを介して触媒４１
に供給する上記第２の実施の形態同様の制御と、一回毎
の後行程噴射量について上限を設定し、ＥＧＲ通路６０
内壁への煤の堆積等を抑制する制御とを併せ行う。

【００８１】図６は、本実施の形態における「後行程噴
射量算出ルーチン」を示すフローチャートである。同ル
ーチンは、先の第２の実施の形態で説明した「後行程噴
射量算出ルーチン」（図５参照）における処理内容のう
ち、ステップＳ２０６の後に、図６中において破線で囲
ったステップＳ３０７，Ｓ３０８およびＳ３０９を付加
したものである。

【００８２】すなわち、本ルーチンに処理が移行する
と、ＥＣＵ８０は先ず、先の第２の実施の形態の「後行
程噴射量算出ルーチン」におけるステップＳ１０１〜Ｓ
１０４、並びにステップＳ２０５及びＳ２０６と同等の
処理手順に従い、還元剤添加の要求の有無の確認（ステ
ップＳ１０１）、要求ＨＣ量の算出（ステップＳ１０
２）、後行程噴射総量および気筒別後行程噴射量の算出
（ステップＳ１０３）、ＥＧＲが全閉状態にあるか否か
の判断（ステップＳ１０４）、特定気筒の選定（ステッ
プＳ２０５）、並びに当該特定気筒に関する気筒別後行
程噴射量の補正（ステップＳ２０６）を順次行う。

【００８３】ステップＳ２０６を経た後、続くステップ
Ｓ３０７においてＥＣＵ８０は、特定気筒に対し上記ス
テップＳ２０６で求めた気筒別噴射量（最終値）ｑhcfi
nを採用して後行程噴射を行う場合、１回の後行程噴射
によってＥＧＲ通路に回り込むと推定される還元成分
（ＨＣ）の量（以下、ＥＧＲ回り込みＨＣ量）Ｑhcegr
を算出する。ＥＧＲ回り込みＨＣ量Ｑhcegrは、以下の
手順に従って求める。

【００８４】先ず、排気系４０に流れ込むＨＣ全量Ｈct
otalとＥＧＲ通路６０に回り込むＨＣ量Ｈcegrとの比率
（Ｈcegr／Ｈctotal；以下、ＨＣ増加量比率という）
を、主噴射にかかる燃料噴射量Ｑmainと、エンジン回転
数Ｎｅとに基づき予め設定されたマップを参照して求め
る。

【００８５】図７は、マップ上におけるＨＣ増加量比率
（Ｈcegr／Ｈctotal）、主噴射にかかる燃料噴射量Ｑma
in、及びエンジン回転数Ｎｅ相互間の関係を概略的に示
す関係図である。

【００８６】エンジンの各種運転状態に対応するＨＣ増
加量比率（Ｈcegr／Ｈctotal）の特性は、当該エンジ
ン、とくに排気系やＥＧＲ通路の内部構造、或いは各気
筒の配置等によって異なる。しかしながら、エンジンの
回転数や出力が高まり各気筒から排出される排気の流量
が大きくなると、概して、ＥＧＲ通路に回り込む排気の
量が全排気量に対し相対的に減少することとなり、排気
中に含まれるＨＣ全量に対し、ＥＧＲ通路６０に回り込
むＨＣ量の比率も減少することとなる。

【００８７】すなわち、同図７に示すように、本実施の
形態のエンジン１００において、主噴射にかかる燃料噴
射量Ｑmainが高くなるほど、また、エンジン回転数Ｎｅ
が高くなるほどＨＣ増加量比率（Ｈcegr／Ｈctotal）は
低くなる傾向にある。ＨＣ増加量比率（Ｈcegr／Ｈctot
al）の示すこのような特性は、図４を併せ参照して明ら
かなように、ＥＧＲ通路６０に回り込まない排気の分配
率を反映する気筒別排気寄与率Ｋexのようなパラメータ
の特性とは、概ね相反するものになる。

【００８８】次に、このようにして求めたＨＣ増加量比
率（Ｈcegr／Ｈctotal）と気筒別噴射量（最終値）ｑhc
finとに基づき、ＥＧＲ回り込みＨＣ量Ｑhcegrを、例え
ば次式（iii）に従って算出する。Ｑhcegr＝ｑhcfin×（Ｈcegr／Ｈctotal）…（iii）こうしてＥＧＲ回り込みＨＣ量Ｑhcegrを得た後、ＥＣ
Ｕ８０はその処理をステップＳ３０８に移行する。

【００８９】ステップＳ３０８では、上記ステップＳ３
０７で算出したＥＧＲ回り込みＨＣ量ＱhcegrがＨＣ限
度量Ｌimhc以下であるか否かを判断する。ＨＣ限度量Ｌ
imhcは、一回の後行程噴射によってＥＧＲ通路６０内に
流入するＨＣにとって、同通路６０内壁に煤等の堆積を
生じさせないための限度量に相当する。ＨＣ限度量Ｌim
hcは、触媒４１上流の排気温度ＴexUと、ＥＧＲ通路６
０内のガス流量（排気還流量）Ｇegrとに基づき予め設
定されたマップを参照して求める。なお、排気還流量Ｇ
egrは、吸気量Ｇａ及びＥＧＲ弁６１の開弁量等に基づ
いて推定する。

【００９０】図８は、マップ上におけるＨＣ限度量Ｌim
hc、触媒４１上流の排気温度ＴexU、及び排気還流量Ｇe
gr相互間の関係を概略的に示す関係図である。

【００９１】同図８に示すように、触媒４１上流の排気
温度ＴexUが高いほど、また排気還流量Ｇegrが大きいほ
ど、ＨＣ限度量Ｌimhcも高い数値に設定される。同等の
ＨＣを含むガスであっても、温度が高く、また、その流
速が大きくなるほどＨＣを堆積させにくいためである。

【００９２】そこでＥＣＵ８０は、ＥＧＲ回り込みＨＣ
量ＱhcegrがＨＣ限度量Ｌimhを上回っていると判断した
場合には、Ｓ２０６で求めた気筒別後行程噴射量（最終
値）ｑhcfinを、ＥＧＲ回り込みＨＣ量がＨＣ限度量を
上回らないようにを再補正する。この場合、後行程噴射
により噴射される燃料の総量（本実施の形態ではＳ２０
６で求めた気筒別後行程噴射量ｑhcfinの４倍）は不変
として、特定気筒について各回の後行程噴射で採用され
る気筒別後行程噴射量ｑhcfinを減量する一方、後行程
噴射の回数を増加させる制御を行えばよい。

【００９３】一方、ＥＧＲ回り込みＨＣ量ＱhcegrがＨ
Ｃ限度量Ｌimh以下であると判断した場合には、Ｓ２０
６で求めた気筒別後行程噴射量（最終値）ｑhcfinや後
行程噴射の回数を再補正することなく本ルーチンでの処
理を一旦終了する。

【００９４】以上、説明したように、本実施の形態にか
かるエンジン１００の排気浄化装置によれば、後行程噴
射を実施した結果、排気に含まれこととなる排気中の還
元成分（ＨＣ）のうち、ＥＧＲ通路６０に流入するＨＣ
の流入量が的確に把握され、且つ当該流入したＨＣが煤
等としてＥＧＲ通路６０内に堆積するに至らしめる量に
達することを好適に抑制することができるようになる。

【００９５】よって、排気系４０に供給された燃料、又
は燃料を起源とする還元成分（ＨＣ）が、ＥＧＲ通路６
０に回り込み、同通路内に滞留することで、同通路を詰
まらせたり、通路面積を小さくすることもない。

【００９６】従って、触媒４１の機能保持と、ＥＧＲ通
路６０の機能保持とが好適に両立されるようになる。（他の実施の形態）なお、上記第１〜第３の実施の形態
において説明した制御構造、すなわち後行程噴射算出手
順と同等の制御手順を用いてＮＯｘ触媒へ還元剤を供給
する制御構造を、図１におけるエンジン１００とは異な
る構成を有するエンジンシステムに適用することもでき
る。

【００９７】図９に示すように、エンジン１００’は、
上記第１〜第３の実施の形態にかかるエンジン１００の
基本構成に、気筒＃１の排気ポート４０ａに取り付けら
れた燃料添加ノズル１７や、同燃料添加ノズル１７に燃
料を移送する添加燃料通路Ｐ２等を付加したディーゼル
エンジンシステムである。

【００９８】エンジン１００’において、サプライポン
プ１１は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を添加
燃料通路Ｐ２を介して燃料添加ノズル（還元剤噴射ノズ
ル）１７に供給する。添加燃料通路Ｐ２の通路途中に
は、サプライポンプ１１から燃料添加ノズル１７に向か
って遮断弁１４及び調量弁１６が順次配設されている。
遮断弁１４は、緊急時において添加燃料通路Ｐ２を遮断
し、燃料供給を停止する。調量弁１６は、燃料添加ノズ
ル１７に供給する燃料の圧力（燃圧）を制御する。燃料
添加ノズル１７は所定圧以上の燃圧（例えば０．２ＭＰ
ａ）が付与されると開弁し、排気系４０（排気ポート４
０ａ）内に燃料を噴射供給する機械式の開閉弁である。
すなわち調量弁１６により燃料添加ノズル１７上流の燃
圧が制御されることにより、所望の燃料が適宜のタイミ
ングで燃料添加ノズル１７より噴射供給（添加）され
る。

【００９９】このように構成されたエンジン１００’で
は、燃料添加ノズル１７を通じて排気系４０の触媒４１
上流に添加される燃料の添加量や添加タイミングがＥＣ
Ｕ８０を通じて制御されることにより、触媒４１に導入
される排気中の酸素濃度やＨＣ成分が調整される。

【０１００】当該他の実施の形態においては、排気系４
０に設けられた触媒４１、触媒４１に導入される排気中
の成分を調整する燃料添加装置１０ａ、さらに燃料添加
装置１０ａに燃料を圧送供給する燃料供給系１０等が、
ＥＣＵ８０と併せて、エンジン１００’の排気浄化装置
としての機能を担う。

【０１０１】すなわち、エンジン１００’のＥＣＵ８０
は、燃料添加装置１０ａを通じ、適宜のタイミングで気
筒＃１の排気ポート４０ａ内に燃料を噴射供給すること
で、各気筒への後行程噴射と同様に、排気中へ還元成分
（ＨＣ）を添加する制御を実施する。

【０１０２】具体的な制御手順に関しては、上記第１〜
第３の実施の形態において説明した「後行程噴射量算出
ルーチン」（図２、図５、及び図６参照）とほぼ同様の
処理手順に従い、燃料添加装置１０ａを通じた排気ポー
ト４０ａへの燃料噴射に供される燃料量を算出し、調量
弁１６の開閉弁制御を通じて定量的に燃料噴射を実施す
る。

【０１０３】燃料噴射の実施は、予め設定されたマップ
（図示略）に従い、例えば気筒＃１が圧縮上死点後α°
ＣＡといった態様で、エンジン１００’のクランクシャ
フトの回転位相に同期した所定のタイミングを選択して
行う。

【０１０４】なお、燃料添加装置１０ａを適用する燃料
添加の実施態様では、還元剤添加の要求が有るか否かの
判断（図２、図５、及び図６中のステップＳ１０１を参
照）に関し、還元剤添加に伴うトルク変動等を生じさせ
ないといった観点から設定される実施条件は、後行程噴
射よりも緩和されることとなる。

【０１０５】また、上記各実施の形態において適用する
こととした後行程噴射総量ｑhctotal（図２、図５、及
び図６中のステップＳ１０３を参照）は、燃料添加装置
１０ａを通じて排気中に添加される還元成分（ＨＣ）の
総量に置き換えればよい。

【０１０６】なお、燃料添加装置１０ａを適用する燃料
添加の実施態様では、１回の燃料噴射で添加することの
できる燃料量が比較的多いため、後行程噴射総量ｑhcto
talを１回の燃料噴射によって完了することのできる機
会も多い。

【０１０７】ただし、後行程噴射総量ｑhctotalに相当
する量の燃料を複数回に分割して噴射する場合には、エ
ンジン１００’のクランクシャフトの回転位相に同期す
る複数のタイミングを選択し、各タイミングで実施する
燃料噴射に採用される燃料噴射量を、上記各実施の形態
において適用することとした気筒別後行程噴射量ｑhcや
その最終値ｑhcfin（図２、図５、及び図６中のステッ
プＳ１０３等を参照）に置き換えて適用すればよい。

【０１０８】また、排気系４０におけるＥＧＲ回り込み
ガス及び浄化寄与ガスの分配比は、圧縮、燃焼、膨張、
及び排気の各行程を順次繰り返す各気筒＃１〜＃４の動
作タイミングによって特定することができる。従って、
燃料添加装置１０ａを通じた燃料添加の実施タイミング
を、エンジン１００’のクランクシャフトの回転位相、
言い換えれば、各気筒＃１〜＃４の動作タイミングと同
期させることにより、燃料添加実施時のＥＧＲ回り込み
ガス及び浄化寄与ガスの分配比を、予め設定されたマッ
プ等を参照して把握する。

【０１０９】そして、後行程噴射総量ｑhctotalに相当
する量の燃料を１回で噴射する場合であれ、複数回に分
割して噴射する場合であれ、上記ＥＧＲ回り込みガス及
び浄化寄与ガスの分配比に基づいて補正すれば、所望量
の還元成分（ＨＣ）を、適宜触媒４１に流入させること
ができる。

【０１１０】このように、排気系４０におけるＥＧＲ回
り込みガス及び浄化寄与ガスの分配比を還元剤の添加量
に反映させる制御構造を、各気筒から排出された排気に
直接還元剤を添加供給して触媒４１の機能保持を図るエ
ンジンシステムの排気浄化装置に適用しても、上記第１
〜第３の実施の形態と同様、各気筒由来の排気に供給さ
れる還元成分（ＨＣ）量の気筒間ばらつき、さらには運
転状態の変動に起因するばらつきを共に低減することが
できるようになる。

【０１１１】当該他の実施の形態によっても、排気系４
０下流の触媒４１にとって、所望量の還元剤（排気中の
還元成分）が有効に、且つ安定して作用するようにな
り、結果として、同触媒４１に、安定した浄化機能が保
証されるようになる。

【０１１２】なお、上記他の実施の形態において、触媒
４１への還元成分（ＨＣ）の供給にあたり、燃料添加装
置１０ａによる排気ポート４０ａへの燃料噴射と、各気
筒＃１〜＃４内での後行程噴射とを併用してもよい。後
行程噴射の実行により、間接的に排気中へ還元成分（Ｈ
Ｃ）を供給する態様では、当該後行程噴射により気筒内
に噴射された燃料が高温条件に晒されて軽質化し、触媒
４１に対してより有効に作用するが、エンジンの運転状
態（トルクや出力）に影響を及ぼしやすい傾向があるた
め、エンジンの運転状態が比較的安定しているとき（或
いは運転領域）において適用されるのが好ましい。一
方、燃料添加装置１０ａによるように、排気系４０にお
ける触媒４１上流に直接還元成分（ＨＣ）を添加供給す
る態様では、当該添加供給によるエンジンの運転状態へ
の影響は小さく、１回の添加で大量の還元成分（ＨＣ）
を触媒４１に供給することができ、それが適用可能な運
転領域も広い。そこで、後行程噴射と、燃料添加装置と
を通じた還元成分の供給を、各々の特性に応じて適宜使
い分けるように制御ロジックを構成し、両者について、
ＥＧＲ回り込みガス及び浄化寄与ガスの分配比が反映さ
れる還元剤噴射量の算出方法（制御手順）を適用するこ
ととしてもよい。

【０１１３】また、上記他の実施の形態における燃料添
加装置１０ａのように、内燃機関の排気系に還元剤を直
接添加する装置構成を適用する場合、還元剤としてディ
ーゼルエンジンの燃料（軽油）を適用する他、ガス中の
還元成分としてＮＯｘを還元する機能を有するものであ
れば、他の還元剤、例えばガソリン、灯油等を用いても
構わない。

【０１１４】また、上記他の実施の形態においては、燃
料タンクからコモンレール１２へ燃料を供給するサプラ
イポンプ１１を用いて、サプライポンプ１１の汲み上げ
た燃料の一部を排気系４０内に添加供給する装置構成を
適用することとした。しかし、こうした装置構成に限ら
ず、例えば添加燃料を燃料タンク、或いは他の燃料（還
元剤）供給源から供給する独立した供給系を備える装置
構成を適用してもよい。

【０１１５】また、上記他の実施の形態において、燃料
の排気系への添加にあたり、添加燃料通路Ｐ２を介して
供給される燃料の圧力を調量弁１６によって制御し、そ
の圧力制御によって燃料添加ノズル１７の開閉弁動作を
制御する構成を適用している。これに対し、例えば燃料
噴射弁１３のように、ＥＣＵ８０による通電を通じて直
接開閉弁動作を制御される電磁弁等を燃料添加を行う噴
射弁として適用してもよい。

【０１１６】また、上記各実施の形態においては、本発
明の排気浄化装置を内燃機関としての直列４気筒のディ
ーゼルエンジンに適用することとしたが、希薄燃焼を行
うガソリンエンジンにも好適に本発明を適用することが
できる。また、直列４気筒の内燃機関に限らず、搭載気
筒数の異なる内燃機関にも本発明を適用することはでき
る。

【０１１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
内燃機関の運転中に、排気系下流のＮＯｘ触媒に直接流
入する分量と、吸気系に還流する分量との分配比が、各
気筒間から排出される排気について、相互に異なってい
たり、さらにそれら異なる分配比が当該機関の運転状態
に応じて変動する場合であれ、各気筒由来の排気に供給
される還元剤の成分量のばらつきが最小化される。よっ
て、排気系下流のＮＯｘ触媒に対し、所望量の還元剤
（排気中の還元成分）が有効に、且つ安定して作用する
ようになる。

【０１１８】また、供給される還元剤がより高い比率で
ＮＯｘ触媒に到達する排気を、各気筒由来の排気から選
択し、選択された排気に対し優先的に還元剤を供給する
こととなるため、供給される還元剤がより有効に活用さ
れるばかりでなく、必要量の還元成分を定量的にＮＯｘ
触媒へ到達、若しくは作用させる制御を実施する上で、
当該制御にかかる精度や安定性も向上するようになる。

【０１１９】また、排気系に供給された還元剤、又は還
元剤を起源とする成分が、排気還流通路に回り込み、当
該通路内に滞留することで、同通路を詰まらせたり、通
路面積を小さくすることもなくなる。従って、当該内燃
機関にとって、ＮＯｘ触媒の機能保持と、排気還流の機
能保持とが好適に両立されるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかるディーゼル
エンジンシステムを示す概略構成図。

【図２】同実施の形態における後行程噴射量算出手順を
示すフローチャート。

【図３】要求ＨＣ量、触媒を通過する排気流量、及び触
媒上流の排気温度について、マップ上における相互間の
関係を概略的に示す関係図。

【図４】気筒別排気寄与率、主噴射にかかる燃料噴射
量、及びエンジン回転数について、マップ上における相
互間の関係を概略的に示す関係図。

【図５】本発明の第２の実施の形態における後行程噴射
量算出手順を示すフローチャート。

【図６】本発明の第３の実施の形態における後行程噴射
量算出手順を示すフローチャート。

【図７】ＨＣ増加量比率、主噴射にかかる燃料噴射量、
及びエンジン回転数について、マップ上における相互間
の関係を概略的に示す関係図。

【図８】ＨＣ限度量、触媒上流の排気温度、及び排気還
流量について、マップ上における相互間の関係を概略的
に示す関係図。

【図９】本発明の他の実施の形態にかかるディーゼルエ
ンジンシステムを示す概略構成図。

【符号の説明】

１０燃料供給系１１サプライポンプ１２コモンレール１３燃料噴射弁２０燃焼室３０吸気系３１インタークーラ３２スロットル弁４０排気系４１吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（還元触媒）４２触媒ケーシング５０ターボチャージャ５１シャフト５２排気側タービンホイール５３吸気側タービンホイール６０ＥＧＲ通路６１ＥＧＲ弁６２ＥＧＲクーラ７０レール圧センサ７１燃圧センサ７２エアフロメータ７３空燃比センサ７４ａ，７４ｂ排気温センサ７５アクセル開度センサ７６クランク角センサ８０電子制御装置（ＥＣＵ；還元剤供給量決定手段、
分配比認識手段、補正手段、制限手段等を構成）８１中央処理装置（ＣＰＵ）８２読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）８６外部入力回路８７外部出力回路８８双方向性バス１００エンジン（内燃機関）Ｐ１機関燃料通路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｒ５７０５７０ＪＦターム(参考） 3G062 AA01 AA05 BA04 EA10 ED08 FA13 GA04 GA06 GA21 3G091 AA02 AA10 AA11 AA18 AA24 AA28 AB06 BA01 BA14 CA18 CB02 CB03 DA02 DB13 EA00 EA01 EA07 EA17 EA18 EA21 EA30 EA34 EA35 FC05 GB02Y GB03Y GB04Y GB05W GB06W GB10X GB17X HA36 HA37 HB05 3G092 AA01 AA02 AA09 AA13 AA17 AA18 BB13 DC03 DC09 DC15 DE18S EA09 EA12 EC09 FA06 FA15 HA01Z HB01X HB02X HB03Z HD01Z HD05Z HD07X HE01Z HE03Z HF08Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の気筒を有する内燃機関の排気系に
設けられ、当該排気系を通じて導入される排気中の窒素
酸化物を還元成分の存在下で浄化するＮＯｘ触媒と、前記ＮＯｘ触媒に導入される排気中に還元剤を供給する
還元剤供給手段と、前記排気系の前記ＮＯｘ触媒上流から当該機関の吸気系
に排気を還流させる排気還流通路と、前記還元剤供給手段の供給する還元剤の供給量を決定す
る還元剤供給量決定手段と、各気筒由来の排気について、前記ＮＯｘ触媒に導入され
る排気量と前記吸気系に還流される排気量との分配比を
認識する分配比認識手段と、前記認識される分配比に基づいて、前記決定される還元
剤の供給量を補正する補正手段とを有してなることを特
徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】前記還元剤供給手段は、前記各気筒に由
来する排気のうち、前記吸気系に還流される排気量に対
して、前記ＮＯｘ触媒に導入される排気量の分配比が大
きくなる気筒由来の排気中に、優先的な還元剤供給を行
うことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化
装置。
【請求項３】前記補正される還元剤の供給量を所定の
上限量以下に制限する制限手段をさらに備えることを特
徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の排気浄化装
置。