JP2002295242A - ディーゼルエンジンの排気浄化装置及び排気浄化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 煤の発生を低減しつつ排気ガス中のＯ_２濃度
を低下させるとともにＨＣ濃度を適度に高めることがで
きるディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供する 【解決手段】 ディーゼルエンジンの排気通路に介設さ
れた排気浄化装置には、Ｏ_２過剰雰囲気でＮＯｘを吸収
する一方、Ｏ_２濃度の低下によりＮＯｘを放出するＮＯ
ｘ吸収材を用いたＮＯｘトラップ触媒が装填されてい
る。そして、このエンジンにおいては、圧縮行程上死点
付近で主噴射が実行され、主噴射後の膨張行程におい
て、主噴射により噴射された燃料の拡散燃焼終了時期付
近で後噴射燃料が燃焼するように後噴射が実行される。
この後噴射により、煤の発生を低減しつつ排気ガス中の
Ｏ_２濃度を低下させるとともにＨＣ濃度を適度に高める
ことができ、ＮＯｘトラップ触媒によるＮＯｘ浄化を促
進することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ンの排気浄化装置及び排気浄化方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用のディーゼルエンジン
から排出された排気ガスには、ＮＯｘ（窒素酸化物）、
ＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）等の大気汚染物
質が含まれているので、これらを浄化するために、排気
通路には排気ガス浄化触媒を用いた排気浄化装置が介設
される。しかしながら、ＮＯｘを浄化するにはこれを還
元しなければならないので、排気ガス中のＯ_２（酸素）
濃度が比較的高くなることが多いディーゼルエンジンで
は、普通の排気ガス浄化触媒（例えば、三元触媒）でＮ
Ｏｘを浄化するのは容易でない。

【０００３】なお、エンジンには、通常、その運転状態
に応じて、排気ガスの一部をＥＧＲとして吸気系に還流
させ、燃料の燃焼温度を低下させることによりＮＯｘ発
生量を低減するＥＧＲ装置が設けられる。しかしなが
ら、ＥＧＲ装置を設けても、ＮＯｘの発生をなくすこと
はできないので、やはり排気ガス中のＮＯｘを浄化しな
ければならない。

【０００４】そこで、近年、排気ガス中のＯ_２濃度が高
いときにはＮＯｘを吸収する一方、Ｏ_２濃度が低くなっ
たときにこのＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材を用いたＮ
Ｏｘトラップ触媒（排気ガス浄化触媒）が普及しつつあ
る（例えば、特開２０００−１７０５８５号公報参
照）。かかるＮＯｘトラップ触媒では、排気ガス中のＯ
_２濃度が低くなったときにＮＯｘ吸収材から放出された
ＮＯｘを、排気ガス中のＨＣを還元剤として用いて、Ｎ
_２に還元するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】したがって、ディーゼ
ルエンジンにＮＯｘトラップ触媒を設けた場合、ＮＯｘ
を有効に浄化するには、適宜、ＮＯｘ吸収材からＮＯｘ
を放出させるために排気ガスをＯ_２濃度が低くかつ適度
にＨＣを含む状態にすることが必要である。しかしなが
ら、ディーゼルエンジンの運転状態を、主噴射量を増量
したり、主噴射以外に単純に膨張行程で後噴射等を行っ
てこのような状態にすると、煤（スモーク）が発生する
ことが多い。そして、煤の発生量が多い場合は、排気浄
化装置が目詰まりを起こすおそれがあるといった問題が
ある。

【０００６】本発明は、上記従来の問題を解決するため
になされたものであって、排気ガス中のＮＯｘの浄化に
ＮＯｘトラップ触媒を用いる場合、適宜、煤の発生を低
減しつつ排気ガス中のＯ_２濃度を低下させるとともにＨ
Ｃ濃度を適度に高めることができ、ＮＯｘ吸収材からＮ
Ｏｘを容易に放出させてこのＮＯｘを有効に浄化するこ
とができるディーゼルエンジンの排気浄化装置を提供す
ることを解決すべき課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされた、本発明にかかるディーゼルエンジンの排気
浄化装置は、（ｉ）燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射
弁と、（ii）圧縮行程上死点付近で燃料噴射弁に燃料を
噴射させて主噴射（多段噴射を含む）を実行する主噴射
手段と、（iii）主噴射後において膨張行程の所定期間
内で（ないしは、主噴射から膨張行程の間の所定の期間
で）、主噴射により噴射された燃料（以下、「主噴射燃
料」という。）の燃焼（拡散燃焼）が終了する時期（す
なわち、熱発生率がほぼ０以下となる時期）に基づいて
燃料噴射弁に燃料を噴射させて後噴射（多段噴射を含
む）を実行する後噴射手段とを備えているディーゼルエ
ンジンの排気浄化装置であって、（iv）排気通路に配置
され、Ｏ_２過剰雰囲気でＮＯｘを吸収する一方、Ｏ_２濃
度の低下によりこのＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材を備
えていて、（ｖ）後噴射手段が、ＮＯｘ吸収材からのＮ
Ｏｘ放出時に後噴射を実行するようになっていることを
特徴とするものである。

【０００８】一般に、ディーゼルエンジンにおいては、
主噴射燃料の燃焼により煤が発生することが多い。しか
しながら、本願発明者は、ディーゼルエンジンにおい
て、主噴射燃料の拡散燃焼が終了する時期、すなわち熱
発生率がほぼ０以下となる時期に後噴射を行えば、煤
（スモーク）の発生量が非常に少なくなるといった事実
を、実験により見出した。そして、本発明にかかるディ
ーゼルエンジンの排気浄化装置では、後噴射は、主噴射
燃料の拡散燃焼が終了する時期に基づいて、例えば主噴
射燃料の拡散燃焼が終了した直後等に行われる。したが
って、ＮＯｘ吸収材に吸収されているＮＯｘを放出させ
るために後噴射を行う際の煤の発生量が少なくなる。よ
って、適宜、後噴射を行うことにより、煤の発生を低減
しつつ排気ガス中のＯ_２濃度を低下させるとともに、Ｈ
Ｃ濃度を適度に高めることができ、ＮＯｘ吸収材からＮ
Ｏｘを容易に放出させることができ、このＮＯｘを有効
に浄化することができる。

【０００９】本発明にかかるディーゼルエンジンの排気
浄化装置においては、後噴射手段が、ＨＣが増大するよ
うにその噴射量を所定値以上に設定して後噴射を実行す
るようになっているのが好ましい。このようにすれば、
ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させる際に、煤の発生量
を低減しつつ、還元材であるＨＣを十分に供給すること
ができる。このため、ＮＯｘ還元性ないしはＮＯｘ浄化
性が向上する。

【００１０】本発明にかかるディーゼルエンジンの排気
浄化装置においては、主噴射による燃料噴射量（以下、
「主噴射量」という。）と後噴射による燃料噴射量（以
下、「後噴射量」という。）との合計量に対する後噴射
量の割合が２０％以上であるのが好ましい。このように
すれば、ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放出させる際に、煤
の発生量を低減しつつ、還元材であるＨＣをより十分に
供給することができる。このため、ＮＯｘ還元性ないし
はＮＯｘ浄化性がさらに向上する。

【００１１】上記ディーゼルエンジンの排気浄化装置に
おいては、後噴射手段が、所定エンジン回転数以下（低
回転）又は所定負荷以下（低負荷）の運転領域（あるい
は、低回転・低負荷領域）で、ＮＯｘ吸収材からＮＯｘ
を放出させるための後噴射を実行するようになっている
のが好ましい。一般に、低回転領域、低負荷領域あるい
は低回転・低負荷領域では、排気ガス中にＨＣが残留し
やすいので、このようにすれば還元材であるＨＣを十分
に供給することができる。このため、ＮＯｘ還元性ない
しはＮＯｘ浄化性がさらに向上する。

【００１２】本発明にかかるディーゼルエンジンの排気
浄化装置には、ＮＯｘ放出時に新気量（新気の吸入量）
を減少させる新気量低減手段が設けられているのが好ま
しい。このようにすれば、ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを放
出させる際に、Ｏ_２濃度をより有効に低減することがで
き、ＮＯｘ還元性ないしはＮＯｘ浄化性がさらに向上す
る。ここで、ディーゼルエンジンに、過給圧の調整が可
能なターボ過給機（ＶＧＴ）が設けられている場合は、
新気量低減手段は、ターボ過給機に過給圧を低減させる
ことにより新気量を減少させるようになっているのが好
ましい。このようにすれば、ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを
放出させる際に、Ｏ_２濃度を一層有効に低減することが
でき、ＮＯｘ還元性ないしはＮＯｘ浄化性が一層向上す
る。なお、このようにターボ過給機を設けた場合は、空
気利用率の向上作用によっても煤の発生量が低減され
る。

【００１３】本発明にかかるディーゼルエンジンの排気
浄化方法は、（ｉ）燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射
弁と、排気通路に配置されＯ_２過剰雰囲気でＮＯｘを吸
収する一方Ｏ_２濃度の低下によりこのＮＯｘを放出する
ＮＯｘ吸収材とを備えていて、圧縮行程上死点付近で燃
料噴射弁に燃料を噴射させて主噴射を実行するようにな
っているディーゼルエンジンの排気浄化方法であって、
（ii）膨張行程において、主噴射により噴射された燃料
の燃焼が終了する時期を設定する燃焼終了時期設定工程
と、（iii）ＮＯｘ吸収材からのＮＯｘ放出時に、燃焼
終了時期設定工程で設定された燃焼終了時期に基づいて
燃料噴射弁に燃料を噴射させて後噴射を実行する後噴射
工程とを含んでいることを特徴とするものである。

【００１４】このディーゼルエンジンの排気浄化方法に
おいては、後噴射は、主噴射燃料の拡散燃焼が終了する
時期に基づいて行われるので、ＮＯｘ吸収材に吸収され
ているＮＯｘを放出させるために後噴射を行った場合、
煤の発生量が少なくなる。よって、適宜、後噴射を行う
ことにより、煤の発生を低減しつつ排気ガス中のＯ_２濃
度を低下させるとともにＨＣ濃度を適度に高めることが
でき、ＮＯｘ吸収材からＮＯｘを容易に放出させること
ができ、このＮＯｘを有効に浄化することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を具体
的に説明する。図１は、本発明に係る排気浄化装置を備
えた自動車用ディーゼルエンジン（以下、単に「エンジ
ン」という。）の構成を示している。図１に示すよう
に、このエンジンの本体部１（以下、「エンジン本体
１」という。）は、複数の気筒２（１つのみ図示）を有
し、各気筒２内にはそれぞれピストン３が往復動可能に
嵌挿されている。そして、ピストン３の上面によって気
筒２内に燃焼室４が画成されている。また、燃焼室４の
天井面のほぼ中央部には燃料噴射弁５が配設され、この
燃料噴射弁５から燃焼室４内に所定のタイミングで燃料
が直接噴射されるようになっている。さらに、エンジン
本体１のウォータジャケット（図示せず）に臨んで、エ
ンジンの冷却水温度（エンジン温度）を検出する水温セ
ンサ１８が設けられている。

【００１６】各燃料噴射弁５は、高圧の燃料を蓄えるコ
モンレール６に接続されている。このコモンレール６に
は、その内部の燃料圧（コモンレール圧）を検出する圧
力センサ６ａが配設されるとともに、クランク軸７によ
って駆動される高圧燃料供給ポンプ８が接続されてい
る。高圧燃料供給ポンプ８は、燃料の供給圧力を制御す
ることにより、圧力センサ６ａによって検出されたコモ
ンレール６内の燃料圧を、例えばアイドル運転時にはお
よそ２０ＭＰａ以上に保持し、その以外の運転時にはお
よそ５０ＭＰａ以上に保持するようになっている。

【００１７】また、クランク軸７には、その回転角度を
検出するクランク角センサ９が設けられている。このク
ランク角センサ９は、詳しくは図示していないが、クラ
ンク軸７の端部に設けられた被検出プレートと、その外
周部に対向するように配設された電磁ピックアップとか
らなり、電磁ピックアップが被検出プレートの外周部に
形成された突起部の通過を検出してパルス信号を出力す
るようになっている。

【００１８】エンジン本体１に接続された吸気通路１０
の下流端は、サージタンク（図示せず）を介して各気筒
２ごとに分岐し、この分岐部がそれぞれ吸気ポートを介
して各気筒２の燃焼室４に接続されている。また、サー
ジタンクには、各気筒２内に供給される吸気の圧力を検
出する吸気圧センサ１０ａが設けられている。

【００１９】吸気通路１０には、吸気流れ方向にみて上
流側から順に、エンジン本体１内に吸入される吸気流量
を検出するエアフローセンサ１１と、後で説明するター
ビン２１によって駆動され吸気を圧縮するブロワ１２
と、このブロワ１２によって圧縮されて高温化した空気
を冷却するインタークーラー１３と、吸気の流通面積を
変化させる吸気絞り弁１４とが設けられている。

【００２０】吸気絞り弁１４は、全閉状態でも吸気が流
通できるように切欠きが設けられたバタフライバルブか
らなる。この吸気絞り弁１４は、後で説明するＥＧＲ弁
２４と同様に、負圧制御用の電磁弁１６によってダイヤ
フラム式のアクチュエータ１５に作用する負圧の大きさ
に応じて、弁開度が変更される。また、吸気絞り弁１４
の設置部には、その弁開度を検出するセンサ（図示せ
ず）が設けられている。

【００２１】エンジン本体１に接続された排気通路２０
の上流端は、各気筒２ごとに分岐し、この分岐部がそれ
ぞれ排気ポートを介して各気筒２の燃焼室４に接続され
ている。排気通路２０には、排気流れ方向にみて上流側
から順に、排気ガス流により回転駆動されるタービン２
１と、排気ガス中のＮＯx等の大気汚染物質を浄化する
排気浄化装置２２と、この排気浄化装置２２を通過した
排気ガス中のＮＯx濃度を検出するＮＯxセンサ１９とが
配設されている。この排気浄化装置２２は、Ｏ_２過剰雰
囲気でＮＯｘを吸収する一方、Ｏ_２濃度の低下によりこ
のＮＯｘを放出するＮＯｘ吸収材を備えたＮＯｘトラッ
プ触媒（ＮＯｘ吸収触媒）を用いている。

【００２２】このＮＯｘトラップ触媒は、触媒成分であ
るＰｔと、ＮＯｘ吸収材であるＢａと、担体であるＡｌ
_２Ｏ_３とを含んでいる。ここで、Ｂａは排気ガス中のＯ
_２含有率が比較的高いとき（リーンなとき）は、排気ガ
ス中のＮＯｘ（ＮＯ、ＮＯ_２）を吸収する。なお、Ｂａ
は、Ｂａ（ＮＯ_３）_２の形態でＮＯｘを吸収することが
多い。他方、Ｂａは、排気ガス中のＯ_２含有率が低いと
き（リッチなとき）は、吸収しているＮＯｘを、排気ガ
ス中にＮＯあるいはＮＯ_２の形態で放出する。そして、
このときＰｔは、排気ガス中のＨＣを還元剤として利用
して、ＮＯｘを無害のＮ_２に還元・浄化する。

【００２３】ＮＯxトラップ触媒を用いた排気浄化装置
２２は、詳しくは図示していないが、排気の流れ方向に
沿って互いに平行に延びる多数の小径の孔部（貫通孔）
を有するハニカム構造に形成されたコージェライト製の
担体を備え、その各貫通孔壁面にＮＯｘトラップ触媒層
を形成したものである。具体的には、前記のＮＯｘトラ
ップ触媒を含む触媒層が、多孔質材であるＭＦＩ型ゼオ
ライト（ＺＳＭ５）等の担体に担持されている。そし
て、排気ガスは、担体に形成された多数の孔部内を流通
する。このため、排気ガスに含まれる煤（スモーク）の
量が多いと、該孔部が目詰まりを起こすおそれがある。
しかしながら、このエンジンでは、後で説明するよう
に、後噴射により煤の発生量が低減されているので、こ
のような不具合は生じない。

【００２４】吸気通路１０に配設されたブロワ１２と排
気通路２０に配設されたタービン２１とを備えたターボ
過給機２５は、排気通路２０のノズル断面積を変化させ
ることができるバリアブルジオメトリーターボ（ＶＧ
Ｔ）である。このターボ過給機２５には、そのノズル断
面積を変化させるためのダイヤフラム式のアクチュエー
タ３０と、このアクチュエータ３０の負圧を制御するた
めの電磁弁３１とが設けられている。

【００２５】タービン２１の上流側において排気通路２
０には、排気ガスの一部をＥＧＲとして吸気通路１０に
還流させるための排気還流通路２３（以下、「ＥＧＲ通
路２３」という。）が接続されている。、そして、ＥＧ
Ｒ通路２３の下流端は、吸気絞り弁１４の下流側におい
て吸気通路１０に接続されている。ＥＧＲ通路２３の下
流側部分には、弁開度が調節可能な負圧作動式の排気還
流量調節弁２４（以下、「ＥＧＲ弁２４」という。）が
配設され、このＥＧＲ弁２４とＥＧＲ通路２３とにより
排気ガス還流手段３３が構成されている。なお、排気ガ
ス還流手段３３は、主として、燃料の燃焼温度を低下さ
せてＮＯｘ発生量を低減するために設けられている。

【００２６】ＥＧＲ弁２４は、詳しくは図示していない
が、弁本体がスプリングによって閉弁方向に付勢される
とともに、ダイヤフラム式のアクチュエータ２４ａによ
り開弁方向に駆動され、これによりＥＧＲ通路２３の開
度をリニアに調節する。アクチュエータ２４ａには負圧
通路２７が接続され、この負圧通路２７は負圧制御用の
電磁弁２８を介してバキュームポンプ２９（負圧源）に
接続されている。そして、電磁弁２８は、負圧通路２７
を連通させ又は遮断することによりＥＧＲ弁駆動用の負
圧を調節し、これによりＥＧＲ弁２４が開閉駆動され
る。また、ＥＧＲ弁２４の設置部には、その弁本体の位
置を検出するリフトセンサ２６が設けられている。

【００２７】燃料噴射弁５、高圧燃料供給ポンプ８、吸
気絞り弁１４、ＥＧＲ弁２４、ターボ過給機２５等は、
後で説明するエンジンコントロールユニット３５（以
下、「ＥＣＵ３５」という。）から出力される制御信号
に応じて、その作動状態が制御される。また、ＥＣＵ３
５には、圧力センサ６ａの出力信号と、クランク角セン
サ９の出力信号と、エアフローセンサ１１の出力信号
と、水温センサ１８の出力信号と、運転者によって操作
されるアクセルペダルの操作量を検出するアクセルセン
サ３２の出力信号とが入力される。

【００２８】ＥＣＵ３５は、活性状態判定手段３７と、
排気還流制御手段３９と、主噴射制御手段４０と、後噴
射制御手段４１とを備えている。ここで、活性状態判定
手段３７は、排気浄化装置２２（ＮＯｘトラップ触媒）
が活性状態にあるか否かを判定する。排気還流制御手段
３９は、エンジンの運転状態に応じてＥＧＲ弁２４を駆
動して、排気還流量を制御する。

【００２９】主噴射制御手段４０（主噴射手段）は、エ
ンジンの運転状態に応じて、圧縮行程上死点付近で燃料
噴射弁５から主噴射により噴射される燃料（主噴射燃
料）の噴射状態を制御する。後噴射制御手段４１（後噴
射手段）は、燃料の主噴射時期から膨張行程までの間の
所定時期（主噴射後における膨張行程の所定期間内）
に、主噴射燃料の燃焼が終了する時期（以下、「主噴射
燃料燃焼終了時期」ないしは「拡散燃焼終了時期」とい
う。）に基づいて、燃料噴射弁５から後噴射により噴射
される燃料（後噴射燃料）の噴射状態を制御する。な
お、後で説明するように、後噴射制御手段４１は、ＮＯ
ｘ吸収材からのＮＯｘ放出時に、後噴射を実行する。

【００３０】燃焼室４内からのＲａｗＮＯxの排出量が
多い運転状態、例えばエンジンが中負荷・中回転以上の
運転状態にある場合、あるいは排気浄化装置２２（ＮＯ
ｘトラップ触媒）が不活性状態にある場合等において
は、後噴射は、主噴射後において圧縮上死点後３０°〜
６０°ＣＡ（クランク角）の範囲内における所定時期に
行われる。これにより、大気中へのＮＯxの放出が抑制
（制御）される。

【００３１】このエンジンにおいては、主噴射後の所定
時期に後噴射を行うことにより、主噴射により発生した
煤を低減することができる。この場合、燃焼室４から排
出される煤の量が多くなる傾向にある運転状態では、主
噴射による燃料の拡散燃焼が終了した時点を基準にして
設定された所定時期（エンジン回転数が１５００ｒｐｍ
以上の運転状態では、圧縮上死点後の３０°〜６０°Ｃ
Ａの時期）に、燃料の後噴射が行われ、これにより煤の
排出量が低減される。なお、上記の煤の排出量が多い運
転状態としては、例えば、エンジン負荷が中負荷以上の
運転状態、エンジン回転数が２０００ｒｐｍ程度の中回
転数以上の運転状態、あるいは排気通路２０にディーゼ
ルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）が設置されてい
る場合においてＤＰＦが３００°以下の低温状態にあ
り、その浄化機能が低い場合などがあげられる。

【００３２】なお、主噴射とは、要求出力に相当する噴
射量、あるいはそれ以上の噴射量でもって、吸気行程か
ら膨張行程初期の所定時期に行われる噴射である。この
主噴射により燃料の全部又は一部の拡散燃焼が行われる
場合は、煤が発生するため、後噴射は、煤を低減するた
めに行われる。この場合、圧縮行程上死点付近から膨張
行程初期にかけての所期時期に主噴射を行えば、軽負荷
の場合を除き、全ての燃料について拡散燃焼が行われ
る。他方、軽負荷の場合には、一部の燃料について予混
合燃焼が行われ、残りの燃料について拡散燃焼が行われ
る。

【００３３】また、主噴射を、吸気行程から圧縮行程上
死点より前にかけて行うと、予混合燃焼が主体となり、
この燃焼の場合、煤はほとんど発生しない。ただし、燃
焼室壁面に付着した燃料が、圧縮行程上死点付近で着火
して拡散燃焼が行われ、煤を発生させる場合もある。し
かしながら、このような場合でも、後噴射により煤を低
減することができる。なお、これには、主噴射が、吸気
行程から圧縮上死点までの所定時期と、圧縮上死点付近
から膨張行程初期までの所定時期との少なくとも２回に
分けて行われる場合も含まれる。

【００３４】以下、このエンジンにおける燃料噴射制御
の制御手法を説明する。まず、図２に示すフローチャー
トを参照しつつ、この燃料噴射制御における基本制御の
制御手法を説明する。図２に示すように、この燃料噴射
制御においては、まずステップＳ１で各センサの検出デ
ータが入力される。続いて、ステップＳ２で、エンジン
の要求トルクに対応する主噴射における燃料噴射量Ｑ_Ｍ
及び主噴射時期Ｉ_Ｍが、予め設定されたマップから読み
出されて設定される。この後、ステップＳ３で、エンジ
ンが定常運転状態にあるか否かが判定される。

【００３５】ステップＳ３でエンジンが定常状態にある
と判定された場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ４で、ＥＣ
Ｕ３５に設けられた活性状態判定手段３７により、排気
浄化装置２２（ＮＯｘトラップ触媒）が所定温度以上の
活性状態にあるか否かが判定される。ここで、排気浄化
装置２２が活性状態にあると判定されれば（ＹＥＳ）、
ステップＳ５で、エンジン負荷が中負荷以上であるか否
かが判定される。そして、エンジン負荷が中負荷以上で
ないと判定されれば（ＮＯ）、ステップＳ６で、エンジ
ン回転数が中回転以上であるか否かが判定される。

【００３６】かくして、ステップＳ４で排気浄化装置２
２（ＮＯｘトラップ触媒）が活性状態でない（不活性状
態である）と判定された場合（ＮＯ）、ステップＳ５で
エンジン負荷が中負荷以上であると判定された場合（Ｙ
ＥＳ）、又はステップＳ６でエンジン回転数が中回転以
上であると判定された場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ７
で、予め設定されたマップからエンジンの運転状態に対
応する後噴射における燃料噴射量Ｑ_Ｆ及び後噴射時期Ｉ
_Ｆが読み出されて設定される。これにより、主噴射後に
おけるＡＴＤＣ（圧縮上死点後）３０°〜６０°ＣＡの
範囲内の所定時期に、後噴射時期が設定される。この
後、ステップＳ８で、燃料の噴射制御が実行される。

【００３７】このように、例えば主噴射後のＡＴＤＣ３
０°〜６０°ＣＡの範囲内で後噴射を行う場合、主噴射
により燃焼室４内に噴射された燃料（以下、「主噴射燃
料」という。）が予混合燃焼した後に生じる拡散燃焼が
終了した時点（以下、「拡散燃焼終了時期」という。）
で、後噴射により燃焼室４内に噴射された燃料（以下、
「後噴射燃料」という。）の燃焼が行われる。このた
め、拡散燃焼終了時期に燃焼室４内に存在する煤と酸素
との混合が促進される。このように、着火し易い状態
で、後噴射燃料が噴射されてその燃焼が始まるため、煤
の発生を低減することができる。

【００３８】ここで、拡散燃焼終了時期について詳細に
説明する。拡散燃焼の態様は熱発生率に基づいて求めら
れる。例えば、書籍「内燃機関講義（株式会社養賢堂出
版、長尾不二夫著）」によれば、熱発生率は、次の式１
で表される。

【００３９】 ｄＱ／ｄθ＝Ａ／(Ｋ_θ−１)・[Ｖ_θ・(ｄＰ_θ／ｄθ) ＋Ｋ_θ・Ｐ_θ・(ｄＶ_θ／ｄθ)]……………………式１ Ａ ：熱の仕事当量 Ｋ_θ：比熱比 Ｖ_θ：行程容積 Ｐ_θ：筒内圧力 θ ：クランク角

【００４０】例えば、小野測器株式会社製の燃料解析装
置ＣＢ５６６のマニュアル書によれば、比熱比Ｋ_θは、
次の式２〜式５で表される。 Ｋ_θ＝Ｃｐ／Ｃｖ…………………………………………………………式２ Ｃｐ＝ａｐ＋ｂ・(Ｔ_θ／１００)＋ｃ・(Ｔ_θ／１００)^２ ＋ｄ・(１００／Ｔ_θ)…………………………………………式３ Ｃｖ＝Ｃｐ−(Ａ・Ｒｏ)／Ｍ …………………………………………式４ Ｔ_θ＝(Ｐ_θ・Ｖ_θ)／２９．２７・Ｇ……………………………………式５ Ｃｐ：定圧比熱 Ｃｖ：定容比熱 Ｒｏ：ガス定数 Ｍ ：空気の分子量 Ｔ_θ ：ガス温度 Ｇ ：ガス重量 ａｐ、ｂ、ｃ、ｄ：その他の定数

【００４１】式２〜式５によれば、式１で表される熱発
生率ｄＱ／ｄθは、筒内圧力Ｐ_θと行程容積Ｖ_θとを独
立変数とする関数ｆ（Ｐ_θ，Ｖ_θ）となる。また、行程
容積Ｖ_θを、ボア径Ｂ及びストロークＳに基づいて表す
と、次の式６のようになる。 Ｖ_θ＝（π・Ｂ^２・Ｓ／８）・（１−ｃｏｓθ）………………………式６ したがって、熱発生率ｄＱ／ｄθは、次の式７で表され
る。 ｄＱ／ｄθ＝[ｆ（Ｐ_θ＋Δθ，Ｖ_θ＋Δθ)−ｆ（Ｐ_θ，Ｖ_θ）]／Δθ… …式７ よって、クランク角毎の筒内圧力データがあれば、これ
に基づいて熱発生率を計算することができる。

【００４２】図３（ａ）〜（ｃ）に、それぞれ、ニード
ルリフトパターン（燃料噴射量）が互いに異なる３つの
ケースについて、このようにして求めた熱発生率の経時
変化をグラフで示す。図３（ａ）〜（ｃ）に示すよう
に、主噴射燃料の燃焼に伴って熱発生率が正方向に大き
な値を示した後、拡散燃焼の終了に伴って熱発生率が０
となる。このため、熱発生率がほぼ０となる時点ｔ_１に
基づき、拡散燃焼終了時期を求めることができる。な
お、図３（ａ）〜（ｃ）において、Ａ_１〜Ａ_３（破線）
は、それぞれ、後噴射燃料の燃焼による熱発生率（Ｆ／
ＵＰによる熱発生）を示している。

【００４３】この実施の形態では、このようにして予め
求められた時点ｔ_１の近傍で後噴射燃料の燃焼が開始さ
れるよう、後噴射時期が設定されている。この後噴射時
期は、運転状態に基づいて予め設定された着火遅れ時間
τ_Ｆ（例えば、０.４〜０.７ｍｓの間）を考慮して、ｔ
_１よりもこの着火遅れ時間τ_Ｆ分だけ早く設定されてい
る。着火遅れ時間τ_Ｆは、エンジン排気量、燃料噴射圧
力にもよるが、１０００〜３０００ｃｃクラスのエンジ
ンにおいて、噴射圧力が５０〜２００ＭＰaの場合は、
０.４〜０.７ｍｓ程度となる（運転状態によりまちまち
である）。

【００４４】なお、この後噴射燃料の着火遅れ時間τ_Ｆ
は、圧縮行程上死点付近で行われる主噴射の着火遅れ時
間τ_ｍａｉｎ（約０.１（高回転時）〜０.３ｍｓ（低回
転時））よりも長いが、これは後噴射が圧縮上死点後の
筒内温度が比較的低い温度の時に行われるからである。
また、燃料噴射弁５への噴射駆動信号は、着火遅れ時間
τ_Ｆ、τ_ｍａｉｎに加えて、さらに噴射弁開閉信号から
実際に噴射の開始・終了が起こる間の無効時間（駆動遅
れ時間）も考慮されて、ＥＣＵに記憶されている。

【００４５】拡散燃焼終了時期は、エンジンの運転状態
に応じて変化し、エンジン負荷あるいは回転数が上昇す
るほど、拡散燃焼終了時期が遅くなる傾向がある。例え
ば、エンジン回転数が２０００ｒｐｍに制御されるとと
もに、平均有効圧力Ｐｅが０.５７ＭＰａに制御される
中負荷・中回転時に、クランク角に対応するシリンダ内
の圧力変化と、シリンダの容積変化とに基づき、燃焼室
４内の熱発生率を熱力学的に計算してグラフ化すると、
図３（ｂ）に示すようになる。この場合、、ピストンの
圧縮上死点近傍で噴射された主噴射燃料の予混合燃焼に
よる熱発生Ｙと、これとほぼ同程度の拡散燃焼による熱
発生Ｋとが生じる。そして、ＡＴＤＣ３５°ＣＡ程度よ
り約０.５ｍｓ遅れた時点ｔ_１で、拡散燃焼が終了する
ことが確認されている。

【００４６】これに対して、例えば、エンジン回転数が
２５００ｒｐｍに制御されるとともに、平均有効圧力Ｐ
ｅが０.９ＭＰａに制御される高負荷・高回転時には、
図３（ｃ）に示すように、主噴射燃料の予混合燃焼によ
る熱発生Ｙに比べて、かなりの長期間にわたって拡散燃
焼による熱発生Ｋが生じる。この場合、拡散燃焼は、Ａ
ＴＤＣ４７°ＣＡ程度より約０.７ｍｓ遅れた、かなり
遅い時点ｔ_１で終了することが確認されている。

【００４７】なお、例えば、エンジン回転数が１５００
ｒｐｍに制御されるとともに、平均有効圧力Ｐｅが０.
３ＭＰａに制御される低負荷・低回転時には、図３
（ａ）に示すように、主噴射燃料の予混合燃焼と拡散燃
焼とを熱発生状態によって区別することは困難である。
この場合、ＡＴＤＣ３０°ＣＡ程度より約０.６ｍｓ遅
れた、比較的に早い時点ｔ_１で燃焼が終了することが確
認されている。

【００４８】次に、拡散燃焼終了時期付近で後噴射を開
始することによる煤の低減効果について説明する。図４
（ａ）に、エンジン回転数が１５００ｒｐｍに制御され
るとともに、平均有効圧力Ｐｅが０.３ＭＰａに制御さ
れたエンジンの低負荷・低回転時において、主噴射後に
後噴射時期を種々変化させて煤の発生量を測定した結果
を示す。図４（ａ）に示すように、後噴射時期を、主噴
射後においてＡＴＤＣ３０°ＣＡ以降に設定した場合、
煤の発生量が顕著に低減される。

【００４９】図４（ｂ）に、エンジン回転数が２０００
ｒｐｍに制御されるとともに、平均有効圧力Ｐｅが０.
５７ＭＰａに制御された中負荷・中回転時において、主
噴射後に後噴射時期を種々変化させて煤の発生量を測定
した結果を示す。図４（ｂ）に示すように、後噴射時期
を、主噴射後においてＡＴＤＣ３５°ＣＡ以降に設定し
た場合、煤の発生量が顕著に低減される。

【００５０】図４（ｃ）に、エンジン回転数が２５００
ｒｐｍに制御されるとともに、平均有効圧力Ｐｅが０.
９ＭＰａに制御された高負荷・高回転時において、主噴
射後に後噴射時期を種々変化させて煤の発生量を測定し
た結果を示す。図４（ｃ）に示すように、後噴射時期
を、主噴射後においてＡＴＤＣ４７°以降に設定した場
合、煤の発生量が顕著に低減される。なお、上記測定で
は、エンジン負荷を一定に設定するとともに、主噴射燃
料量に対する後噴射燃料量の比率を２０％に設定してい
る。図４（ａ）〜図４（ｃ）において、縦軸のＳは、後
噴射を行わない場合の煤発生量（以下、「基準値」とい
う。）を示している。なお、後で説明するＨＣ量（図
５）、燃費率（図６）、ＮＯｘ量（図７）の場合も同様
である。

【００５１】図８（ａ）中の実線のグラフは、エンジン
回転数が１５００ｒｐｍに制御されるとともに、平均有
効圧力Ｐｅが０.３ＭＰａに制御された低負荷・低回転
時に、主噴射燃料の拡散燃焼終了時点の近傍よりも着火
遅れ分だけ進角した時点であると考えられるＡＴＤＣ３
０°ＣＡの時点で後噴射を行った場合において、主噴射
燃料量に対する後噴射燃料量の比率（以下、「後噴射割
合」という。）を１０〜４５％の範囲内で種々変化させ
て煤の発生量を測定した結果を示す。図８（ａ）中に実
線で示すように、後噴射割合の増加に伴って煤発生量が
減少する。これに対して、図８（ａ）中に破線で示すよ
うに、拡散燃焼終了時期より前であると考えられるＡＴ
ＤＣ８°ＣＡの時点で後噴射を行った場合は、後噴射量
割合の増大に伴って煤発生量が増加する。

【００５２】図８（ｂ）に、エンジン回転数が２０００
ｒｐｍに制御されるとともに、平均有効圧力Ｐｅが０.
５７ＭＰａに制御された中負荷・中回転時において、拡
散燃焼終了時点の近傍よりも着火遅れ分だけ進角した時
点であると考えられるＡＴＤＣ３５°ＣＡの時点と、拡
散燃焼終了時期より前であると考えられるＡＴＤＣ２０
°ＣＡの時点とで後噴射を行って、図８（ａ）の場合と
同様に煤の発生量を測定した結果を示す。

【００５３】図８（ｃ）に、エンジン回転数が２５００
ｒｐｍに制御されるとともに、平均有効圧力Ｐｅが０.
９ＭＰａに制御された高負荷・高回転時において、拡散
燃焼終了時期の近傍よりも着火遅れ分だけ進角した時点
であると考えられるＡＴＤＣ４８°ＣＡの時点と、拡散
燃焼終了時期より前であると考えられるＡＴＤＣ２０°
ＣＡの時点とで後噴射を行って、図８（ａ）の場合と同
様に煤の発生量を測定した結果を示す。図８（ｂ）、
（ｃ）から明らかなとおり、図８（ａ）に示す低負荷・
低回転時の場合と同傾向の結果が得られている。

【００５４】上記測定結果によれば、主噴射燃料の拡散
燃焼終了時期を基準にして後噴射時期を設定し、拡散燃
焼終了時期又はその前後近傍で後噴射燃料が着火するよ
うにすれば、燃焼室４内に存在する炭素と酸素とが充分
に混合された状態で後噴射が行われ、炭素が効果的に燃
焼させられ、燃焼室４内から排気通路２０への煤の排出
量が低減されることがわかる。

【００５５】拡散燃焼終了時期は、エンジン負荷あるい
はエンジン回転数等に応じて変化する。このため、例え
ば図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すような、拡散燃焼によ
る熱発生率が０となる時点ｔ_１を、それぞれエンジンの
運転状態が異なる種々の実験データに基づいてマップ化
し、このマップからを読み出すことにより設定すること
ができる。

【００５６】また、燃焼室４内の温度を検出する温度セ
ンサの検出信号、燃焼光センサの検出信号、あるいは燃
焼室４内に存在する電荷が偏った反応性の高い水素や炭
化水素等の量を検出するセンサの検出信号等に基づいて
拡散燃焼状態を判別する燃焼状態判別手段を設けてもよ
い。この場合、燃焼状態判別手段により、主噴射後の温
度が所定温度以下の低温となった否か、燃焼光の発光が
がなくなったか否か、あるいは水素や炭化水素の量が急
減したか否か等を判別することにより、拡散燃焼終了時
期を求め、これを基準にして次の燃焼サイクルでの後噴
射時期を設定するようにしてもよい。さらに、温度セン
サによって検出された気筒内温度から断熱膨張温度を減
算した値の微分値を求め、この微分値が−の値から０に
なった時点を検出することにより、拡散燃焼終了時期を
判別するようにしてもよい。

【００５７】このように、エンジンの運転状態に基づい
て判別された拡散燃焼終了時期に基づいて、この拡散燃
焼終了時期付近（クランク角で±５°以内）の時期、好
ましくは拡散燃焼終了直後に後噴射燃料の燃焼が開始さ
れるように、それぞれの運転状態に応じて燃料の後噴射
の開始時期を設定すれば、エンジンの運転状態に応じて
最適時期に後噴射を行うことができ、煤の排出量を効果
的に低減することができる。

【００５８】以下、このエンジンの燃料噴射制御による
ＮＯx低減効果について説明する。図５（ａ）に、エン
ジン回転数が１５００ｒｐｍに制御されるとともに、平
均有効圧力Ｐｅが０.３ＭＰａに制御された低負荷・低
回転時において、主噴射後のＡＴＤＣ２.５〜５０°の
範囲内で後噴射時期を種々変化させてＨＣ量を測定した
結果を示す。図５（ａ）に示すように、後噴射時期を、
主噴射後のＡＴＤＣ３０°ＣＡ以降に設定した場合、Ｈ
Ｃ量が顕著に増加する。

【００５９】図５（ｂ）に、エンジン回転数が２０００
ｒｐｍに制御されるとともに、平均有効圧力Ｐｅが０.
５７ＭＰａに制御された中負荷・中回転時において、後
噴射時期を種々変化させてＨＣ量を測定した結果を示
す。図５（ｂ）に示すように、後噴射時期を、主噴射後
のＡＴＤＣ３５°ＣＡ以降に設定した場合、ＨＣ量が顕
著に増加する。

【００６０】図５（ｃ）に、エンジン回転数が２５００
ｒｐｍに制御されるとともに、平均有効圧力Ｐｅが０.
９ＭＰａに制御された高負荷・高回転時において、後噴
射時期を種々変化させてＨＣ量を測定した結果を示す。
図５（ｃ）に示すように、後燃料時期を、主噴射後のＡ
ＴＤＣ４５°ＣＡ以降に設定した場合、ＨＣ量が顕著に
増加する。上記測定では、エンジン負荷を一定に制御す
るとともに、主噴射燃料量に対する後噴射燃料量の比率
をそれぞれ２０％に設定している。なお、図５（ａ）〜
図５（ｃ）において、縦軸のＳは、ＨＣ量の基準値を示
している。

【００６１】上記測定結果によれば、主噴射後のＡＴＤ
Ｃ３０°ＣＡ以降に後噴射を行った場合、ＨＣ量が増加
してＮＯxの還元剤となる電荷が偏った反応性の高い水
素や炭化水素量が増加し、燃焼室４内から排気通路２０
へのＲａｗＮＯxの排出量を低減することができること
がわかる。

【００６２】図６（ａ）〜図６（ｃ）に、それぞれ、低
負荷・低回転時と、中負荷・中回転時と、高負荷・高回
転時とにおいて、後噴射時期を種々変化させて燃費率
（燃料消費率）を測定した結果を示す。なお、図６
（ａ）〜図６（ｃ）において、縦軸のＳは、燃費率の基
準値を示している。図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すよう
に、後噴射時期が遅くなるほど燃費率が悪化することが
わかる。これは、後噴射時期を遅くするほど、後噴射燃
料がエンジン出力の向上に寄与しなくなるからである。
したがって、燃費が悪化するのを防止するには、後噴射
時期を、主噴射後のＡＴＤＣ６０°ＣＡ以前に設定する
のが好ましい。かくして、例えば、主噴射後のＡＴＤＣ
３０〜６０°ＣＡの範囲内における所定時期に後噴射を
行うことにより、燃費性能を悪化させることなく、大気
中へのＮＯxの放出を効果的に防止して排気ガスを浄化
できる。

【００６３】図７（ａ）〜図７（ｃ）に、それぞれ、低
負荷・低回転時と、中負荷・中回転時と、高負荷・高回
転時とにおいて、後噴射時期を種々変化させてＮＯｘ排
出量を測定した結果を示す。なお、図７（ａ）〜図７
（ｃ）において、縦軸のＳは、ＮＯｘ排出量の基準値を
示している。図７（ａ）〜図７（ｃ）に示すように、主
噴射後のＡＴＤＣ３０〜６０°ＣＡの範囲内における所
定時期に後噴射を行うことにより、燃費を悪化させるこ
となく、大気中へのＮＯxの放出を効果的に防止して排
気ガスを浄化することができる。上記測定では、排気還
流率は一定となるように制御されている。排気還流制御
手段３９による排気ガスの還流制御が実行されると、後
噴射によって生じる排圧上昇によるＥＧＲ効果によりＲ
ａｗＮＯxの発生量が変化し、後噴射によるＲａｗＮＯx
の低減効果を正確に確認することが困難となるからであ
る。

【００６４】なお、後噴射時期を、クランク角に応じて
設定するのではなく、タイマに基づいて設定される時間
に応じて設定してもよい。この場合、主噴射後において
圧縮上死点後の１.２〜４ｍｓの範囲内における所定時
期に後噴射を行うことにより、燃費を悪化させることな
く、大気中へのＮＯxの放出を効果的に防止することが
できる。

【００６５】このように、このエンジンの燃料噴射制御
によれば、煤の発生量の低減と、ＮＯxの発生量の低減
とを両立させるでき、かつ後噴射時期を主噴射後の拡散
燃焼終了時期を基準にして設定して燃費性能を向上させ
ることができる。例えば、エンジン回転数が１５００ｒ
ｐｍで低負荷の場合は、拡散燃焼終了時期はＡＴＤＣ３
０°ＣＡより約０.５ｍｓ遅れた時点である。したがっ
て、煤の発生量及びＮＯxの発生量を低減するには、後
噴射時期を、ＡＴＤＣ３０°ＣＡ付近、例えばＡＴＤＣ
２７〜３５°ＣＡに設定すればよく、最適な時期はＡＴ
ＤＣ３０°ＣＡである。

【００６６】エンジン回転数が２０００ｒｐｍで中負荷
の場合は、拡散燃焼終了時期はＡＴＤＣ３５°ＣＡより
約０.５ｍｓ遅れた時点である。したがって、後噴射時
期を、ＡＴＤＣ３５°ＣＡ付近、例えばＡＴＤＣ３３〜
４０°ＣＡに設定すればよく、最適な時期はＡＴＤＣ３
５°ＣＡである。また、エンジン回転数が２５００ｒｐ
ｍで高負荷の場合は、拡散燃焼終了時期はＡＴＤＣ４７
°ＣＡより約０．７ｍｓ遅れた時点である。したがっ
て、後噴射時期を、ＡＴＤＣ４７°付近、例えばＡＴＤ
Ｃ４５〜４８°ＣＡに設定すればよく、最適な時期はＡ
ＴＤＣ４７°ＣＡである。

【００６７】また、排気ガスにより駆動されて吸気を過
給するターボ過給機２５を備えたこのディーゼルエンジ
ンでは、上記のように、主噴射後に所定量の燃料が後噴
射されると排気ガス圧力が上昇してターボ過給機２５の
過給作用が高められる。その結果、燃焼室４内に導入さ
れる新気量が増大され、これにより燃焼室４内に残存す
る炭素の燃焼が促進され、煤の発生が効果的に抑制され
る。そして、ターボ過給機２５の過給作用により吸入空
気量が増大すると、主噴射燃料の拡散燃焼終了時期が早
くなる傾向がある。このため、この拡散燃焼終了時期に
応じて後噴射時期を補正することにより、煤の発生を効
果的に抑制して排気通路２０に排出される煤の導出量
を、より低減することができる。

【００６８】また、ターボ過給機２５を備えたこのディ
ーゼルエンジンには、排気ガスの一部を吸気系に還流さ
せる排気ガス還流手段３３が設けられている。ここで、
ＥＣＵ３５に設けられた排気還流制御手段３９により排
気ガスの還流率を目標値に追従するようフィードバック
制御する場合、ターボ過給機２５の過給作用により吸入
空気量が増大すると、これに対応して吸気系に還流され
る排気ガスが増量される。このため、燃焼室４内から排
気通路２０へＲａｗＮＯxの排出量が、さらに効果的に
低減される。

【００６９】さらに、排気通路２０に介設された排気浄
化装置２２内のＮＯxトラップ触媒が不活性状態にある
場合、拡散燃焼終了時期を基準にして後噴射時期を設定
するといった制御を行えば、上記のとおり、燃焼室４内
で反応性の高い水素量等を増大させてＲａｗＮＯxを低
減する作用と、炭素の燃焼を促進させて煤の排出量を低
減する作用とが同時に得られる。

【００７０】とくに、ＮＯｘトラップ触媒が活性状態に
ある場合は、ＮＯxトラップ触媒に供給される還元剤の
量が充分に確保される時期、すなわちＡＴＤＣ６０°〜
１８０°ＣＡの範囲内における所定時期に後噴射時期を
設定する一方、ＮＯxトラップ触媒が不活性状態にある
場合は、後噴射時期を進角させることにより拡散燃焼終
了時期に対応させて後噴射を行うようにしてもよい。こ
のようにすれば、ＮＯxトラップ触媒の活性時には、そ
の浄化作用により大気中へのＮＯxの放出を抑制するこ
とができる。他方、ＮＯxトラップ触媒の不活性時に
は、燃焼室４内における反応性の高い水素量を増大させ
るなどして、燃焼室４から排気通路２０へのＮＯx排出
量を効果的に低減することができる。

【００７１】前に説明した図８（ａ）〜図８（ｃ）中に
実線で示すように、実験に基づく後噴射割合と煤発生量
との対応関係によれば、低負荷・低回転時、中負荷・中
回転時及び高負荷・高回転時のいずれの運転状態におい
ても、後噴射割合を大きくすればするほど、煤の発生を
抑制することができることがわかる。

【００７２】図９（ａ）に、エンジン回転数が１５００
ｒｐｍに制御されるとともに、平均有効圧力Ｐｅが０.
３ＭＰａに制御された低負荷・低回転時に、ＡＴＤＣ３
０°ＣＡの時点とＡＴＤＣ８°ＣＡの時点とで後噴射を
行った場合において、後噴射割合を種々変化させてＨＣ
量を測定した結果を示す。図９（ａ）中に実線で示すよ
うに、拡散燃料終了時期付近であるＡＴＤＣ３０°ＣＡ
の時点で後噴射を行った場合、後噴射割合の増加に伴っ
てＨＣ量が増加する。これに対して、図９（ａ）中に破
線で示すように、拡散燃料終了時期よりかなり前のＡＴ
ＤＣ８°ＣＡの時点で後噴射を行った場合は、ＨＣ量は
ほとんど変化しない。

【００７３】図９（ｂ）に、エンジン回転数が２０００
ｒｐｍに制御されるとともに、平均有効圧力Ｐｅが０.
５７ＭＰａに制御された中負荷・中回転時において、Ａ
ＴＤＣ３５°ＣＡの時点とＡＴＤＣ２０°ＣＡの時点と
で後噴射を行って、図９（ａ）の場合と同様にＨＣ量を
測定した結果を示す。この場合も、図９（ｂ）中に実線
で示すように、拡散燃料終了時期付近であるＡＴＤＣ３
５°ＣＡの時点で後噴射を行った場合は、後噴射割合の
増加に伴ってＨＣ量が増加する。これに対して、図９
（ｂ）中に破線で示すように、拡散燃料終了時期よりか
なり前のＡＴＤＣ２０°ＣＡの時点で後噴射を行った場
合は、ＨＣ量は後噴射割合に対して単調には増加・減少
しない。

【００７４】図９（ｃ）に、エンジン回転数が２５００
ｒｐｍに制御されるとともに、平均有効圧力Ｐｅが０.
９ＭＰａに制御された高負荷・高回転時において、ＡＴ
ＤＣ４８°ＣＡの時点とＡＴＤＣ２０°ＣＡの時点とで
後噴射を行って、図９（ａ）の場合と同様にＨＣ量を測
定した結果を示す。この場合は、いずれにおいても、Ｈ
Ｃ量は後噴射割合に対して単調には増加・減少しない。

【００７５】図１０（ａ）に、エンジン回転数が１５０
０ｒｐｍに制御されるとともに、平均有効圧力Ｐｅが
０.３ＭＰａに制御された低負荷・低回転時において、
ＡＴＤＣ３０°ＣＡの時点とＡＴＤＣ８°ＣＡの時点と
で後噴射を行った場合において、後噴射割合を種々変化
させて燃費率を測定した結果を示す。図１０（ａ）中に
破線で示すように、拡散燃料終了時期よりかなり前のＡ
ＴＤＣ８°ＣＡの時点で後噴射を行った場合、後噴射割
合の増大に対して燃費率はほとんで変化しない。これに
対して、図１０（ａ）中に実線で示すように、拡散燃焼
終了時期付近で後噴射燃料の燃焼が行われると考えられ
るＡＴＤＣ３０°ＣＡの時点で後噴射を行った場合に
は、後噴射割合の増加に伴って、燃費率が顕著に悪化す
る。

【００７６】図１０（ｂ）に、エンジン回転数が２００
０ｒｐｍに制御されるとともに、平均有効圧力Ｐｅが
０.５７ＭＰａに制御された中負荷・中回転時におい
て、ＡＴＤＣ３５°ＣＡの時点とＡＴＤＣ２０°ＣＡの
時点とで後噴射を行って、図１０（ａ）の場合と同様に
燃費率を測定した結果を示す。また、図１０（ｃ）に、
エンジン回転数が２５００ｒｐｍに制御されるととも
に、平均有効圧力Ｐｅが０.９ＭＰａに制御された高負
荷・高回転時において、ＡＴＤＣ４８°ＣＡの時点とＡ
ＴＤＣ２０°ＣＡの時点とで後噴射を行って、図１０
（ａ）の場合と同様に燃費率を測定した結果を示す。図
１０（ｂ）、（ｃ）から明らかなとおり、図１０（ａ）
に示す低負荷・低回転時の場合と同傾向の結果が得られ
ている。

【００７７】したがって、拡散燃焼終了時期を基準にし
て後噴射時期を設定し、拡散燃焼終了時期、又はその前
後付近で後噴射燃料が着火するようにすれば、後噴射燃
料量を、総燃料噴射量の０.２％〜５０％に、好ましく
は１５％〜３５％の範囲内に設定することにより、燃費
を悪化させることなく、煤の発生量を効果的に低減する
ことができる。

【００７８】なお、この実施の形態では、ＮＯxトラッ
プ触媒の活性状態や、エンジン負荷及びエンジン回転数
に応じて後噴射を実行するようにしているが、後噴射の
実行形態はこれに限られず、種々の変形が可能である。
例えば、エンジンの全ての運転状態で燃料の後噴射を実
行するようにしてもよい。

【００７９】以下、図１１（ａ）、（ｂ）に示すフロー
チャートを参照しつつ、このエンジンの燃料噴射制御に
おける、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ吸収材からＮＯｘ
を放出させて還元・浄化するための燃料噴射制御の制御
手法を説明する。図１１（ａ）に示すように、この制御
ルーチンにおいては、まずステップＳ１１で各種データ
が入力された後、ステップＳ１２で、アクセル開度と車
速とに基づいて目標トルクＴｒが設定（セット）され
る。なお、目標トルクＴｒは、アクセル開度が大きいと
きほど、また車速が高いときほど大きくなるように設定
される。

【００８０】次に、ステップＳ１３で、ＮＯｘトラップ
触媒のＮＯｘ吸収量ないしはＮＯｘ吸着量が推定される
（以下、「ＮＯｘ推定量」という。）。続いて、ステッ
プＳ１４で、ＮＯｘ推定量（ＮＯｘ量）がしきい値ＮＯ
ｘ_０を超えているか否かが判定される。ここで、ＮＯｘ
推定量がしきい値ＮＯｘ_０を超えていれば（ＹＥＳ）、
ステップＳ１６とステップＳ１７とで、それぞれ、エン
ジン回転数Ｎｅが設定値Ｎｅ_０未満であるか否かと、目
標トルクＴｒが設定値Ｔｒ_０未満であるか否かとが判定
される。

【００８１】かくして、ステップＳ１６でエンジン回転
数Ｎｅが設定値Ｎｅ_０未満であると判定された場合（Ｙ
ＥＳ）、又はステップＳ１７で目標トルクＴｒが設定値
Ｔｒ _０未満であると判定された場合（ＹＥＳ）、すなわ
ちエンジンが低負荷状態（ないしは、低中負荷状態）又
は低回転状態（ないしは、低中回転状態）であれば、ス
テップＳ１８〜Ｓ２０で、ＮＯｘ放出時用の燃料噴射条
件（燃料噴射量及び燃料噴射時期）が設定される。他
方、ステップＳ１６でエンジン回転数Ｎｅが設定値Ｎｅ
_０以上であると判定され（ＮＯ）、かつステップＳ１７
で目標トルクＴｒが設定値Ｔｒ_０以上であると判定され
た場合（ＮＯ）、すなわちエンジンが高負荷・高回転状
態（高中負荷・高中回転状態）であれば、ステップＳ２
３で、通常時用の噴射条件（燃料噴射量及び燃料噴射時
期）が設定される。

【００８２】すなわち、図１３（ａ）に示す、エンジン
回転数及び目標トルクをパラメータとする噴射量マップ
において、折れ線Ｌ_１（アイドル域）と折れ線Ｌ_２（全
負荷）との間の領域において、斜線を付した領域ではＮ
Ｏｘ放出時用の燃料噴射量が設定され、斜線を付してい
ない領域では通常時用の燃料噴射量が設定される（燃料
噴射時期は両者同じ）。

【００８３】なお、ステップＳ１６、Ｓ１７に代えて、
図１１（ｂ）に示すステップＳ２４を挿入してもよい。
この場合は、ステップＳ２４で、エンジン回転数Ｎｅが
設定値Ｎｅ_０未満であり、かつ目標トルクＴｒが設定値
Ｔｒ_０未満であると判定されたとき（ＹＥＳ）、すなわ
ちエンジンが低負荷・低回転状態（ないしは、低中負荷
・低中回転状態）であるときは、ステップＳ１８〜Ｓ２
０でＮＯｘ放出時用の燃料噴射量及び燃料噴射条件が設
定される。それ以外の場合は、ステップＳ２３で通常時
用の燃料噴射条件が設定される。この場合は、図１３
（ｂ）に示すように、ＮＯｘ放出時用の燃料噴射量が設
定される領域（斜線部）が小さくなる。

【００８４】ＮＯｘ放出時用の燃料噴射条件が設定され
る場合は、まずステップＳ１８でタイマＴのカウント値
が１だけインクリメントされ、続いてステップＳ１９で
タイマＴのカウント値が設定値Ｔ_０未満であるか否かが
判定される。このタイマＴは、ＮＯｘ放出時用の燃料噴
射制御を所定時間Ｔ_０だけ実行させるためのタイマであ
る。つまり、初期値が０であるタイマＴは、ＮＯｘ推定
量がＮＯｘ_０を超えてＮＯｘ放出時用の燃料噴射制御が
開始された時点からカウントを開始し、ステップＳ１９
でそのカウント値が所定値Ｔ_０に達したと判定されたと
きに、今回のＮＯｘ放出時用の燃料噴射制御が終了す
る。

【００８５】ただし、ＮＯｘ放出時用の燃料噴射制御が
開始されて、タイマＴがカウントを開始した後は、たと
えステップＳ１４でＮＯｘ推定量がしきい値ＮＯｘ_０以
下であると判定されても、タイマＴがカウントアップす
るまではＮＯｘ放出時用の燃料噴射制御が継続される。
すなわち、ステップＳ１４でＮＯｘ推定量がしきい値Ｎ
Ｏｘ_０以下であると判定された場合は、ステップＳ１５
でタイマＴがカウント中であるか否かが判定され、カウ
ント中であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１８が実行され
る。

【００８６】かくして、ステップＳ１９で、タイマＴの
カウント値が設定値Ｔ_０未満であると判定された場合は
（ＹＥＳ）、ステップＳ２０でＮＯｘ放出時用の燃料噴
射条件が設定され、カウント値がＴ_０以上であると判定
された場合は（ＮＯ）、ステップＳ２２でＮＯｘ推定量
及びタイマＴがリセットされた後、ステップＳ２３で通
常時用の燃料噴射条件が設定される

【００８７】ステップＳ２０では、ＮＯｘ放出時用の主
噴射燃料量Ｑ_Ｍ１及び主噴射時期Ｉ _Ｍと、後噴射燃料量
Ｑ_Ｆ１及び後噴射時期Ｉ_Ｆとが設定される。この後、ス
テップＳ２１で、ステップＳ２０で設定された燃料噴射
条件に従って主噴射及び後噴射が実行され、ステップＳ
１１に復帰する。

【００８８】他方、ステップＳ２３では、通常時用の主
噴射燃料量Ｑ_Ｍ２及び主噴射時期Ｉ _Ｍと、後噴射燃料量
Ｑ_Ｆ２及び後噴射時期Ｉ_Ｆとが設定される。この場合
は、主噴射燃料量Ｑ_Ｍ２と後噴射燃料量Ｑ_Ｆ２との合計
噴射量が目標トルクＴｒに対応するように、燃料噴射量
が設定される。この後、ステップＳ２１で、ステップＳ
２３で設定された燃料噴射条件に従って主噴射及び後噴
射が実行され、ステップＳ１１に復帰する。

【００８９】ここで、ＮＯｘ放出時用の後噴射燃料量Ｑ
_Ｆ１は、通常時用の後噴射燃料量Ｑ _Ｆ２よりも多くなっ
ている（Ｑ_Ｆ１＞Ｑ_Ｆ２）。したがって、この例では、
ＮＯｘ放出時用の後噴射燃料量Ｑ_Ｆ１と通常時用の後噴
射燃料量Ｑ_Ｆ２の差（Ｑ_Ｆ１−Ｑ_Ｆ２）が、実質的にＮ
Ｏｘ吸収材からＮＯｘを放出させるための後噴射とな
る。なお、ＮＯｘ放出時用の後噴射燃料量Ｑ_Ｆ１は、排
気ガス中のＯ_２濃度が２％以下となり、かつＨＣが増加
するように好ましく設定される。

【００９０】図１１（ａ）、（ｂ）に示す燃料噴射制御
では、目標トルク（エンジン負荷）及びエンジン回転数
によって、燃料噴射形態を切り替えている（ステップＳ
１６、Ｓ１７、あるいはステップＳ２４）。しかしなが
ら、このようにせず（ステップＳ１６、Ｓ１７、あるい
はステップＳ２４を削除する）、全負荷以外は後噴射燃
料量を増量する一方、高回転側ないしは高負荷側ほど増
量を少なくするようにしてもよい。この場合、低負荷・
低回転側から高負荷・高回転側にかけての後噴射燃料量
の変化特性は、例えば図１３（ｃ）中のグラフＧ_２のよ
うに設定される。なお、図１１に示す燃料噴射制御で
は、ＮＯｘ放出時用及び通常時用の後噴射の、低負荷・
低回転側から高負荷・高回転側にかけての後噴射燃料量
の変化特性は、それぞれ、図１３（ｃ）中のグラフ
Ｇ_１、Ｇ_３のように設定される。

【００９１】以下、図１２に示すフローチャートを参照
しつつ、このエンジンの燃料噴射制御におけるＶＧＴ制
御の制御手法を説明する。図１２に示すように、この制
御ルーチンにおいては、まずステップＳ３１でデータが
入力される。続いて、ステップＳ３２で、エンジン回転
数Ｎｅと目標トルクＴｒとに応じて、基本ＶＧＴ量ＶＧ
Ｔ_Ｂが設定（セット）される。図１４に示すように、基
本ＶＧＴ量ＶＧＴ_Ｂは、高出力側（高トルク、高回転
側）ほど、ＶＧＴ開度が大きくなるように設定されてい
る。

【００９２】次に、ステップＳ３３で、タイマＴがカウ
ント中であるか否か、すなわちＮＯｘ放出時用の燃料噴
射制御が行われているか否かが判定される。なお、タイ
マＴは、図１１に示す前記の燃料噴射制御ルーチンと共
通のタイマである。ここで、タイマＴがカウント中であ
れば（ＹＥＳ）、すなわちＮＯｘ放出時であれば、ステ
ップＳ３４で、基本ＶＧＴ量ＶＧＴ_Ｂに所定値αを加算
したものがＶＧＴ開度とされる。この場合、ＶＧＴ開度
が大きくなり、ターボ過給機２５の過給圧が低減され、
新気量（新気吸入量）が低減される。この後、ステップ
Ｓ３６で、ＶＧＴが駆動される。

【００９３】他方、ステップＳ３３で、タイマＴがカウ
ント中でないと判定された場合（ＮＯ）、すなわち通常
時であれば、新気量を低減する必要はないので、基本Ｖ
ＧＴ量ＶＧＴ_ＢがそのままＶＧＴ開度とされる。この
後、ステップＳ３６で、ＶＧＴが駆動される。

【００９４】なお、ステップＳ３３でタイマＴがカウン
ト中であると判定されたときに、ＶＧＴ開度を大きくし
て新気量を低減するのではなく、吸気絞り弁１４の開度
を小さくし、あるいはＥＧＲ弁２４の開度を大きくする
ことにより、新気量を低減するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかる排気浄化装置を備えた直噴デ
ィーゼルエンジンのシステム構成図である。

【図２】 図１に示すエンジンにおける燃料噴射制御の
基本的な制御方法を示すフローチャートである。

【図３】 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、燃焼室内にお
ける熱発生率の経時変化を示すタイムチャートである。

【図４】 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、後噴射時期と
煤発生量との関係を示すグラフである。

【図５】 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、後噴射時期と
排気ガス中のＨＣ量との関係を示すグラフである。

【図６】 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、後噴射時期と
燃費率との関係を示すグラフである。

【図７】 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、後噴射時期と
排気ガス中のＮＯｘ量との関係を示すグラフである。

【図８】 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、後噴射割合と
煤発生量との関係を示すグラフである。

【図９】 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、後噴射割合と
排気ガス中のＨＣ量との関係を示すグラフである。

【図１０】 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、後噴射割合
と燃費率との関係を示すグラフである。

【図１１】 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、ＮＯｘ放
出時の燃料噴射制御の制御方法を示すフローチャートで
ある。

【図１２】 ＶＧＴ制御の制御方法を示すフローチャー
トである。

【図１３】 （ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、エンジン
トルクと目標トルクとをパラメータとする噴射量マップ
の特性を示す図であり、（ｃ）は後噴射燃料量のエンジ
ン回転数に対する変化特性を示す図である。

【図１４】 エンジントルクと目標トルクとをパラメー
タとするＶＧＴ開度マップの特性を示す図である。

【符号の説明】

１…エンジン本体、２…気筒、３…ピストン、４…燃焼
室、５…燃料噴射弁、６…コモンレール、７…クランク
軸、８…高圧燃料供給ポンプ、９…クランク角センサ、
１０…吸気通路、１１…エアフローセンサ、１２…ブロ
ワ、１３…インタークーラ、１４…吸気絞り弁、２０…
排気通路、２１…タービン、２２…排気浄化装置（ＮＯ
xトラップ触媒）、２４…ＥＧＲ弁、２５…ターボ過給
機、３３…排気ガス還流手段、３５…ＥＣＵ（コントロ
ールユニット）、３７…活性状態判定手段、３９…排気
還流制御手段、４０…主噴射制御手段、４１…後噴射制
御手段。

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２ Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２Ｚ 37/22 Ｆ０２Ｄ 23/00 Ｐ Ｆ０２Ｄ 23/00 23/02 Ｈ 23/02 41/04 ３８０Ｚ 41/04 ３８０ 41/38 Ｃ 41/38 Ｂ 43/00 ３０１Ｈ 43/00 ３０１ ３０１Ｔ ３０１Ｒ Ｆ０２Ｂ 37/12 ３０１Ｎ (72)発明者 勝谷 泰荘 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 Ｆターム(参考） 3G005 DA02 EA04 EA15 EA16 FA35 GA04 GC05 GD00 GE08 HA05 HA12 HA18 JA03 JA39 JB20 3G084 AA01 BA13 DA10 EB12 FA10 FA11 FA28 FA37 3G091 AA10 AA11 AA18 AB06 AB13 BA14 CA18 CB02 CB03 DC06 EA01 EA03 EA05 EA30 EA33 FA07 FA11 FC04 GB03Y GB06W GB17X HA37 3G092 AA02 AA06 AA17 BA02 BB01 BB06 DB03 DG06 EA02 EC01 EC09 FA17 GA05 GA08 HA11Z HA16X HB01X HB01Z HB02X HB02Z HD02Z HE01Z 3G301 HA02 HA11 HA13 JA25 LB11 LC10 MA11 MA23 MA26 NA08 ND02 NE01 NE19 PA07Z PD01Z PD15Z PF03Z

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁
   と、 圧縮行程上死点付近で燃料噴射弁に燃料を噴射させて主
   噴射を実行する主噴射手段と、 主噴射後において膨張行程の所定期間内で、主噴射によ
   り噴射された燃料の燃焼が終了する時期に基づいて燃料
   噴射弁に燃料を噴射させて後噴射を実行する後噴射手段
   とを備えているディーゼルエンジンの排気浄化装置であ
   って、 排気通路に配置され、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収す
   る一方、酸素濃度の低下により上記ＮＯｘを放出するＮ
   Ｏｘ吸収材を備えていて、 後噴射手段が、ＮＯｘ吸収材からのＮＯｘ放出時に後噴
   射を実行するようになってい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。
2. 【請求項２】 後噴射手段が、ＨＣが増大するように噴
   射量を所定値以上に設定して後噴射を実行するようにな
   っていることを特徴とする請求項１に記載のディーゼル
   エンジンの排気浄化装置。
3. 【請求項３】 主噴射による燃料噴射量と後噴射による
   燃料噴射量との合計量に対する後噴射による燃料噴射量
   の割合が２０％以上であることを特徴とする請求項２に
   記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
4. 【請求項４】 後噴射手段が、所定エンジン回転数以下
   又は所定負荷以下の運転領域で、ＮＯｘ吸収材からＮＯ
   ｘを放出させるための後噴射を実行するようになってい
   ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載
   のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
5. 【請求項５】 ＮＯｘ放出時に新気量を減少させる新気
   量低減手段が設けられていることを特徴とする請求項１
   〜４のいずれか１つに記載のディーゼルエンジンの排気
   浄化装置。
6. 【請求項６】 過給圧の調整が可能なターボ過給機がデ
   ィーゼルエンジンに設けられていて、 新気量低減手段が、ターボ過給機に過給圧を低減させる
   ことにより新気量を減少させるようになっていることを
   特徴とする請求項５に記載のディーゼルエンジンの排気
   浄化装置。
7. 【請求項７】 燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁
   と、排気通路に配置され酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収
   する一方酸素濃度の低下により上記ＮＯｘを放出するＮ
   Ｏｘ吸収材とを備えていて、圧縮行程上死点付近で燃料
   噴射弁に燃料を噴射させて主噴射を実行するようになっ
   ているディーゼルエンジンの排気浄化方法であって、 膨張行程において、主噴射により噴射された燃料の燃焼
   が終了する時期を設定する燃焼終了時期設定工程と、 ＮＯｘ吸収材からのＮＯｘ放出時に、燃焼終了時期設定
   工程で設定された燃焼終了時期に基づいて燃料噴射弁に
   燃料を噴射させて後噴射を実行する後噴射工程とを含ん
   でいることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化
   方法。