JP2002303188A

JP2002303188A - ディーゼルエンジンの燃料噴射方法

Info

Publication number: JP2002303188A
Application number: JP2001102552A
Authority: JP
Inventors: Mitsunori Kondo; 光徳近藤; Tomoaki Saito; 智明齋藤; Yasutaka Katsuya; 泰荘勝谷; Akihiro Kobayashi; 明宏小林
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2002-10-18

Abstract

(57)【要約】【課題】主噴射による燃焼の終了時期を基準にして後
噴射を行うディーゼルエンジンにおいて、容易かつ効果
的にＨＣを増量できるようにする。【解決手段】運転状態に応じて主噴射量Ｑｍ、主噴射
時期Ｉｍ、後噴射量Ｑ_F、後噴射時期Ｉ_Fを設定し（Ｓ１
０３）、触媒温度Ｔｃａｔを推定して（Ｓ１０４）、Ｈ
Ｃ増大要求を判断し（Ｓ１０５）、ＨＣ増大要求大のと
きは、目標トルクＴｒに基づき補正した主噴射量Ｑ
ｍ_R、主噴射時期Ｉｍ_R、後噴射量Ｑ_FR、後噴射時期Ｉ_FR
を設定し（ステップＳ１０６）、多段噴射の噴射量Ｑｍ
_R1〜Ｑｍ_R3、噴射時期Ｉｍ_R1〜Ｉｍ_R3を設定して（Ｓ１
０７）、噴射する（Ｓ１０８）。後噴射時期Ｉ_FRは正規
の後噴射時期Ｉ_Fより略１０゜（ＣＡ）遅角設定とし、
後噴射量Ｑ_FRは主噴射量Ｑｍ_Rの１５％以上とする。ま
た、多段噴射の噴射間隔は０．５〜１．０ｍｓとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の搭載さ
れるディーゼルエンジンの燃料噴射方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来から、燃焼室内に燃料を直接噴射す
るディーゼルエンジン（直噴ディーゼルエンジン）にお
いて、圧縮上死点近傍で燃料の主噴射を行うとともに、
主噴射後、膨張行程前半の所定時期に後噴射（ポスト噴
射、副噴射ともいう）を行うようにしたものが知られて
いる。例えば特開２０００ー１７０５８５号公報には、
圧縮上死点近傍で燃料の主噴射を行うとともに、圧縮上
死点後１０〜２０゜ＣＡ（クランク角）で副噴射を行う
ものが記載されている。

【０００３】ディーゼルエンジンの場合、排気ガス温度
が比較的低いために、排気系の触媒装置が活性化しにく
いという問題があり、そのため、従来から、温度が低い
ときに膨張行程で後噴射することにより、後燃えによっ
て排気ガス温度を高め、触媒の活性化を促進するとか、
ＮＯｘ還元触媒を備える場合に、還元剤である炭化水素
（ＨＣ）の供給量を増やすため、燃料を膨張行程で後噴
射して、後燃えによりＨＣを増大させるというようなこ
とを行っているのである。その際、ディーゼルエンジン
では、触媒装置の過熱を抑制しつつ窒素酸化物（ＮＯ
ｘ）の浄化率を向上させることが課題であるとともに、
燃焼室で発生した炭素粒子の凝集物からなる煤の放出量
を低減することが課題であり、ＨＣ増大および燃費悪化
を抑制しつつそれらの課題を解決することが要求され
る。上記特開２０００ー１７０５８５号公報記載のもの
は、圧縮上死点後１０〜２０゜ＣＡ（クランク角）で副
噴射を行うことよって、燃費悪化を抑制しつつ煤低減を
図っているのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術では、後噴射の時期が固定的で、エンジンの運
転状態によって変化するＮＯｘ浄化の条件や煤低減の条
件からずれる場合があり、そのために、ＮＯｘおよび煤
の排出量を効果的に低減することができない。特に、後
噴射によって、ＮＯｘ還元触媒やＮＯｘトラップ触媒の
還元剤としてのＨＣの供給量の一層の増大を図り、ある
いは、酸化触媒の劣化判定のためのＨＣ増大を図る場合
に、上記従来の技術では、ＨＣを容易かつ効果的に増量
するということができなかった。

【０００５】そこで、本発明は、ディーゼルエンジンに
おいて、ＨＣを要求に応じて容易かつ効果的に増量でき
る燃料噴射方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
燃焼室内に燃料を直接噴射するよう配設された燃料噴射
弁により、圧縮行程上死点付近までの所定時期に燃料の
主噴射を行うとともに、該主噴射による燃焼の終了時期
を基準にして、主噴射による燃焼が終了した直後に燃焼
が開始されるよう、主噴射後、膨張行程前半の所定時期
に上記燃料噴射弁により燃料の後噴射を行うディーゼル
エンジンの燃料噴射方法であって、運転状態に基づい
て、排気ガス中の還元剤を増量する条件を設定し、該条
件が成立するか否かを判定して、該条件成立時には、上
記後噴射を行う時期を、後噴射による燃焼が上記主噴射
による燃焼の終了時期より遅角側で開始されるよう、主
噴射による燃焼が終了した直後に燃焼が開始される設定
の正規の後噴射時期より遅角側の設定とするものであ
る。

【０００７】これによれば、圧縮行程上死点付近での燃
料の主噴射により燃焼室内で発生した拡散燃焼の終了時
期を基準にして、主噴射による燃焼が終了した直後に燃
焼が開始されるよう燃料の後噴射時期が設定されること
により、火炎が拡がった後の燃焼室内に存在する炭素が
周辺の酸素と旨く混合した状態で、その炭素が後噴射さ
れた燃料とともに燃焼し、炭素の凝縮体からなる煤の排
出量が効果的に低減されることになる。主噴射を複数回
に分割して多段噴射を行う場合も、その燃焼は拡散燃焼
であり、その燃焼終了時期を基準とすることで、同様の
作用により煤の排出量が低減される。また、主噴射が吸
気行程で行われる場合は、予混合燃焼となるが、その場
合でも、一部は拡散燃焼となることから、その拡散燃焼
の終了時期を基準にすることで、同様の作用により煤の
排出量が低減される。

【０００８】また、運転状態に基づいて、排気ガス中の
還元剤を増量する条件が設定され、該条件成立時に、後
噴射時期が、主噴射による燃焼が終了した直後に燃焼が
開始される設定の正規の後噴射時期より遅角側の設定と
され、後噴射による燃焼が主噴射による燃焼の終了時期
より遅角側で開始されることにより、ＮＯｘ還元触媒や
ＮＯｘトラップ触媒の還元剤としてのＨＣの供給量の一
層の増大を図り、あるいは、酸化触媒の劣化判定のため
のＨＣ増大の要求に対応して、後噴射により還元剤（Ｈ
Ｃ）を容易かつ効果的に増量することができる。

【０００９】請求項２に係る発明は、請求項１記載のデ
ィーゼルエンジンの燃料噴射方法において、上記遅角側
の設定は、上記正規の後噴射時期よりクランク角にして
略１０゜遅角した設定とするものである。

【００１０】このように後噴射時期を、主噴射による拡
散燃焼が終了した直後に後噴射による燃焼が開始される
設定よりも略１０゜遅角した設定とすることにより、少
なくともエンジン低回転あるいは低負荷において、還元
剤（ＨＣ）の増量を顕著なものとすることができる。

【００１１】請求項３に係る発明は、請求項１記載のデ
ィーゼルエンジンの燃料噴射方法において、後噴射によ
る燃料の噴射量は、主噴射による燃料の噴射量の１５％
以上とするものである。

【００１２】還元剤（ＨＣ）の増量は、このように後噴
射による燃料を噴射量を、主噴射による燃料の噴射量の
１５％以上とすることにより、顕著なものとすることが
できる。

【００１３】請求項４に係る発明は、請求項１記載のデ
ィーゼルエンジンの燃料噴射方法において、後噴射時期
の遅角側設定は、少なくともエンジン低回転または低負
荷時に行うようにするものである。

【００１４】エンジン低回転または低負荷時は、エンジ
ンがかなりのリーン状態で運転されていて、ＨＣが少な
い状態にあるため、還元剤（ＨＣ）の増量要求に対し、
エンジン低回転または低負荷時は、特に後噴射時期の遅
角によりＨＣを増量する必要があるのである。

【００１５】請求項５に係る発明は、請求項１記載のデ
ィーゼルエンジンの燃料噴射方法において、後噴射時期
の遅角側設定を行うときに、主噴射は複数回に分割して
行い、その間、燃料噴射弁が閉じてから次に開くまでの
間隔を、０．５〜１．０ｍｓとするものである。

【００１６】このように主噴射を複数回に分割した多段
噴射とし、特にその噴射間隔を、０．５〜１．０ｍｓと
することにより、ＨＣの排出量が増大する特性を利用し
て、後噴射時期の遅角によるＨＣの増大に加えて、一層
顕著にＨＣを増大させることができる。

【００１７】請求項６に係る発明は、請求項１記載のデ
ィーゼルエンジンの燃料噴射方法において、排気通路
に、ゼオライトに触媒金属を担持させ、排気の空燃比が
理論空燃比よりも大きいリーン状態においてもＮＯｘを
還元浄化する機能を持たせたＮＯｘ還元触媒を備えたデ
ィーゼルエンジンの場合に、ＮＯｘ還元触媒のＮＯｘ還
元要求が大となる運転状態をもって、排気ガス中の還元
剤を増量する条件とするものである。

【００１８】ＮＯｘ還元触媒によるＮＯｘ浄化率は、触
媒の温度によって決定され、例えば２５０〜３００゜Ｃ
といった所定温度範囲でピークになる。つまり、触媒温
度が所定温度範囲にある状態が、ＮＯｘ還元要求が大の
運転状態である。そこで、触媒温度が所定温度範囲にあ
る運転状態を判断し、触媒温度が所定温度範囲にあるこ
とを条件に、後噴射時期を、主噴射による燃焼が終了し
た直後に燃焼が開始される設定の正規の後噴射時期より
遅角側の設定として、後噴射による燃焼を主噴射による
燃焼の終了時期より遅角側で開始させるのであり、それ
により、ＮＯｘ還元触媒の還元剤としてのＨＣの供給量
の一層の増大を図ることができる。

【００１９】請求項７に係る発明は、請求項１記載のデ
ィーゼルエンジンの燃料噴射方法において、排気通路
に、排気の空燃比が略理論空燃比付近またはそれより小
さいリッチ状態においてＮＯｘを還元浄化できる触媒材
料と、排気の空燃比が略理論空燃比付近またはそれより
小さいリッチ状態のときにＮＯｘを放出する一方、上記
空燃比がそれより大きいリーン状態においてＮＯｘを吸
収するＮＯｘ吸収剤とを有するＮＯｘトラップ触媒を備
えたディーゼルエンジンの場合に、ＮＯｘトラップ触媒
のＮＯｘ還元要求が大となる運転状態をもって、排気ガ
ス中の還元剤を増量する条件とするものである。

【００２０】ＮＯｘトラップ触媒に吸収されたＮＯｘの
量（ＮＯｘトラップ量）が多いときは、空燃比がリッチ
状態のときのＮＯｘ放出量が多く、ＮＯｘ還元要求が大
である。そこで、ＮＯｘトラップ量が多い運転状態を、
例えば走行距離や走行時間から判断し、ＮＯｘトラップ
量が多いことを条件に、後噴射時期を、主噴射による燃
焼が終了した直後に燃焼が開始される設定の正規の後噴
射時期より遅角側の設定として、後噴射による燃焼を主
噴射による燃焼の終了時期より遅角側で開始させるので
あり、それにより、ＮＯｘトラップ触媒の還元剤として
のＨＣの供給量の一層の増大を図ることができる。

【００２１】請求項８に係る発明は、請求項１記載のデ
ィーゼルエンジンの燃料噴射方法において、排気通路
に、酸化性能を有する触媒金属からなる酸化触媒を備え
るとともに、所定のモニタ条件成立時に、上記酸化触媒
の劣化判定を行う手段を備えたディーゼルエンジンの場
合に、酸化触媒の劣化判定条件が成立する運転状態をも
って、排気ガス中の還元剤を増量する条件とするもので
ある。

【００２２】酸化触媒の劣化判定は、浄化率の低い低温
側で、かつ定常時に行うのが普通であり、そのため、例
えば、触媒温度が低温側の所定温度範囲にあり、かつ定
常時であることが、劣化判定条件である。そこで、そう
した劣化判定条件が成立する運転状態を判断し、条件成
立時に、後噴射時期を、主噴射による燃焼が終了した直
後に燃焼が開始される設定の正規の後噴射時期より遅角
側の設定として、後噴射による燃焼を主噴射による燃焼
の終了時期より遅角側で開始させるのであり、それによ
り、酸化触媒の劣化判定のためのＨＣ増大の要求に対応
して、後噴射により還元剤（ＨＣ）を容易かつ効果的に
増量することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２４】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施の形態に係る自動車用ディーゼルエンジンの全
体図である。図において１は、エンジン本体で、複数の
気筒２（図には一つの気筒のみを示す）を有し、各気筒
２内にはピストン３が往復動可能に嵌挿され、このピス
トン３によって各気筒２内に燃焼室４が区画されてい
る。そして、各気筒２の燃焼室４には、上面略中央には
燃料噴射弁５が配設され、それら燃料噴射弁５から燃料
が所定のタイミングで各気筒２の燃焼室４内に直接噴射
されるようになっている。また、エンジン本体１のウォ
ータジャケット（図示せず）に臨む位置に、エンジンの
冷却水温度を検出する水温センサ１８が設けられてい
る。

【００２５】上記各燃料噴射弁５は、高圧の燃料を蓄え
るコモンレール６に接続され、このコモンレール６内に
は、内部の燃圧（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により駆動
される高圧供給ポンプ８が接続されている。この高圧供
給ポンプ８は、燃料の供給圧力を制御することにより、
上記圧力センサ６ａにより検出されたコモンレール６内
の燃圧を、例えばエンジンのアイドル運転時に約２０Ｍ
Ｐａ以上に保持し、それ以外の運転時には５０ＭＰａ以
上に保持するように構成されたものである。

【００２６】また、上記クランク軸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、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、この電磁ピックア
ップが被検出用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構成されたも
のである。

【００２７】上記エンジン本体１に接続された吸気通路
１０の下流部は、図示を省略したサージタンクを介して
各気筒２毎の分岐部に分岐し、それら分岐部がそれぞれ
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、上記サージタンクには、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。

【００２８】上記吸気通路１０には、その上流側から順
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、後述のタービン２１により駆
動されて吸気を圧縮するプロワ１２と、このプロワ１２
により圧縮され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とがそ
れぞれ設けられている。

【００２９】上記吸気絞り弁１４は、全閉状態でも吸気
の流通が可能なように切欠きが設けられたバタフライバ
ルブからなり、後述するＥＧＲ弁２４と同様に、負圧制
御用の電磁弁１６によりダイヤフラム式アクチュエータ
１５に作用する負圧の大きさが調節されるのに応じて、
弁開度が変更されるように構成されている。また、上記
吸気絞り弁１４の設置部には、その弁開度を検出するセ
ンサが設けられている。

【００３０】また、エンジン本体１に接続された排気通
路２０の上流部は、各気筒２毎の分岐部に分岐し、それ
ら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。そして、排気通路２０には、そ
の上流側から順に、排気流により回転駆動されるタービ
ン２１と、排気ガス中の少なくともＮＯｘを還元して浄
化するＮＯｘ還元触媒からなるＮＯｘ浄化触媒２２と、
このＮＯｘ浄化触媒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。

【００３１】上記ＮＯｘ還元触媒からなるＮＯｘ浄化触
媒２２は、排気の流れ方向に沿って互いに平行に延びる
多数の貫通孔を有するハニカム構造に形成されたコージ
ュライト製坦体を備え、その各貫通孔壁面に触媒層を２
層に形成したものである。具体的には、白金（Ｐｔ）
と、ロジウム（Ｒｈ）とが、多孔質材であるＭＦＩ型ゼ
オライト（ＺＳＭ５）等をサポート材として担持される
ことにより上記触媒層が形成されている。

【００３２】そして、上記ＮＯｘ浄化触媒２２は、燃焼
室４内の混合気がリーン状態となって排気ガス中の酸素
濃度が高い場合、例えば酸素濃度が４％以上である場合
に、ＮＯｘを還元剤と反応させて還元することにより、
排気ガス中のＮＯｘを浄化するように構成されている。
なお、上記ＮＯｘ浄化触媒２２においては、酸素濃度が
低い場合でも三元触媒機能を持っている。

【００３３】また、吸気通路１０に配設された上記プロ
ワ１１と、排気通路２０に配設された上記タービン２１
とで、ターボ過給機２５が構成されている。このターボ
過給機２５は、排気通路２０のノズル断面積が変化する
構成のバリアブルジオメトリーターボ（ＶＧＴ）からな
るターボ過給機で、そのノズル断面積を変化させるため
のダイヤフラム式アクチュエータ３０と、このダイヤフ
ラム式アクチュエータ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。

【００３４】上記排気通路２０には、排気ガスの一部を
吸気通路１０に還流させる排気還流通路（以下ＥＧＲ通
路という）２３が、タービン２１の上流側において接続
されている。そして、そのＥＧＲ通路２３は、下流端が
上記吸気絞り弁１４の下流側において吸気通路１０に接
続されている。また、そのＥＧＲ通路２３には、下流側
に、弁開度が調節可能に構成された負圧作動式の排気還
流量調節弁（ＥＧＲ弁）２４が配設され、このＥＧＲ弁
２４と、上記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。

【００３５】上記ＥＧＲ弁２４は、弁本体が図示を省略
したスプリングによって閉方向に付勢されるとともに、
ダイヤフラム式アクチュエータ２４ａにより開方向に駆
動されることにより、ＥＧＲ通路２３の開度をリニアに
調節するように構成されている。すなわち、上記ダイヤ
フラム式アクチュエータ２４ａには、負圧通路２７が接
続されるとともに、この負圧通路２７が負圧制御用の電
磁弁２８を介してバキュームポンプ（負圧源）２９に接
続されている。そして、上記電磁弁２８が負圧通路２７
を連通または遮断することにより、ＥＧＲ弁駆動用の負
圧が調節されてＥＧＲ弁２４が開閉駆動されるようにな
っている。また、上記ＥＧＲ弁２４の設置位置には、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。

【００３６】上記燃料噴射弁５、高圧供給ポンプ８、吸
気絞り弁１４、ＥＧＲ弁２４及びターボ過給機２５等
は、後述するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵと
いう）３５から出力される制御信号に応じて作動状態が
制御される。そのため、ＥＣＵ３５には、上記圧力セン
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１
８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。

【００３７】上記ＥＣＵ３５は、エンジンの運転状態に
応じて上記燃料噴射弁５から主噴射される燃料の噴射状
態を制御する主噴射制御手段４０と、主噴射後、膨張行
程の前半の所定時期に上記燃料噴射弁５から燃料を後噴
射するように制御する後噴射制御手段４１と、エンジン
の運転状態に応じて上記ＥＧＲ弁２４を駆動して排気還
流量を制御する排気還流制御手段３９とを有している。

【００３８】このディーゼルエンジンは、燃料の主噴射
後の所定時期に後噴射を行うことで、上記主噴射により
発生した煤を低減することが可能である。この場合、燃
焼室４から排出される煤の量が多い傾向にある運転状
態、例えばエンジン負荷が中負荷以上の運転状態、ある
いはエンジン回転数が２０００ｒｐｍ程度の中回転数以
上の運転状態にある場合や、排気通路２０にディーゼル
パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）が設置されたエン
ジンにあっては、このＤＰＦが３００°Ｃ以下の低温状
態にあることに起因してその浄化機能が低い場合に、燃
料の主噴射による拡散燃料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、圧縮行程上死点後の３０°〜６０
°ＣＡの時期）に、燃料の後噴射を行うことにより、上
記煤の排出を低減することができる。

【００３９】上記主噴射とは、エンジンの要求出力に相
当する噴射量か、それ以上の量を、吸気行程から膨張行
程初期までの所定時期に行う燃料噴射であり、この主噴
射された燃料の全部または一部が拡散燃焼すると煤が発
生するので、この煤を低減するために上記燃料の後噴射
が行われる。この場合、圧縮行程状死点付近から膨張行
程の初期にかけての所定時期に燃料を主噴射すれば、軽
負荷状態以外では全て拡散燃料となり、軽負荷状態では
予混合燃焼と拡散燃焼との両方が行われる。

【００４０】また、吸気行程から圧縮行程上死点前の間
に燃料を主噴射すると、予混合燃焼が主体となり、この
燃焼によっては煤が発生することはないが、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することに
より拡散燃焼が行われて煤が発生することがあり、この
ような場合においても、上記燃料の後噴射を行うことで
煤を低減することができる。

【００４１】なお、上記燃料の主噴射は、吸気行程から
圧縮行程上死点までの間の所定時期と、圧縮行程上死点
付近から膨張工程初期までの間の所定時期との少なくと
も二以下に分けて噴射する場合も含むものである。

【００４２】上記のように燃料の主噴射後であって圧縮
行程上死点後の例えば３０°〜６０°（ＣＡ）の範囲内
で燃料の後噴射を行うように構成した場合には、燃焼室
４内に主噴射された燃料が予混合燃焼した後に生じる拡
散燃焼が終了した時点で、上記燃料の後噴射による燃焼
が行われることになる。したがって、上記拡散燃焼の終
了時点で燃焼室４内に存在する煤と酸素との混合が促進
され、着火し易い状態で、燃料が後噴射されることによ
る燃焼が始まるため、煤の発生を低減することができる
のである。

【００４３】ここで、拡散燃焼の終了時期について詳細
に説明する。この拡散燃焼は、熱発生率に基づいて求め
られ、「内燃機関講義」（出版社株式会社養賢堂、著者
長尾不二夫）によれば、上記熱発生率は下記式（１）に
示すように表される。

【００４４】ｄＱ／ｄθ＝Ａ／（Ｋ（θ）−１）×［Ｖ（θ）・（ｄＰ（θ）／ｄθ）＋Ｋ（θ）・Ｐ（θ）・（ｄＶ（θ）／ｄθ）］…（１）ここで、Ａは熱の仕事当量、Ｋ（θ）は比熱比、Ｖ
（θ）は行程容積、Ｐ（θ）は筒内圧力、θはクランク
角である。

【００４５】小野測器株式会社製の燃焼解析装置ＣＢ５
６６のマニュアルによれば、上記比熱比Ｋ（θ）は、下
記式（２）〜（５）に基づいて表される。

【００４６】Ｋ（θ）＝Ｃｐ／Ｃｖ…（２）Ｃｐ＝ａｐ＋ｂ（Ｔ（θ）／１００）＋ｃ（Ｔ（θ）／１００）２＋ｄ（１００／Ｔ（θ））…（３）Ｃｖ＝Ｃｐ−（Ａ・Ｒｏ）／Ｍ…（４）Ｔ（θ）＝（Ｐ（θ）・Ｖ（θ）／２９．２７・Ｇ…（５）ここで、Ｃｐは定圧比熱、Ｃｖは定容比熱、Ｒｏはガス
定数、Ｍは空気の分子量、Ｔ（θ）はガス温度、Ｇはガ
ス重量、ａｐ，ｂ，ｃ，ｄはその他の定数である。

【００４７】上記式（２）〜（５）より、式（１）で示
す熱発生率ｄＱ／ｄθは、筒内圧力Ｐ（θ）と、行程容
積Ｖ（θ）との関数ｆ（Ｐ（θ），Ｖ（θ））になる。
また、上記行程容積Ｖ（θ）を、ポア径Ｂおよびストロ
ークＳに基づいて表すと、下記式（６）に示すようにな
るめ、上記熱発生率ｄＱ／ｄθは、下記式（７）に示す
ようになる。

【００４８】Ｖ（θ）＝（π・Ｂ²Ｓ／８）・（１−ｃｏｓθ）…（６）ｄＱ／ｄθ＝［ｆ（Ｐ（θ＋△θ），Ｖ（θ＋△θ））−ｆ（Ｐ（θ），Ｖ（ θ））］／△θ…（７）したがって、クランク角毎の筒内圧力データがあれば、
これに基づいて上記熱発生率を計算することができる。
このようにして求めた熱発生率を図示すると、図２
（ａ）〜（ｃ）に示すようになり、燃料の主噴射による
燃焼に応じて熱発生率が正の方向に大きな値を示した
後、上記拡散燃焼の終了に応じて熱発生率が０となるた
め、この熱発生率が略０となる時点ｔ１に基づき、上記
拡散燃焼の終了時点が求められる。

【００４９】本実施の形態では、通常時は、上記のよう
にして予め求められた時点ｔ１の近傍で、後噴射による
燃焼が開始されるように、運転状態に基づいて予め設定
された着火遅れ時間（例えば０．４ｍｓ〜０．７ｍｓ程
度の時間）を考慮して、上記熱発生率が０となる時点ｔ
１よりも上記着火遅れ時間に相当する分だけ、後噴射時
期が早くなるように設定されている。

【００５０】なお、上記着火遅れ時間は、エンジンの排
気量および燃料の噴射圧力に応じて変化するが、１００
０ｃｃ〜３０００ｃｃクラスのエンジンで、噴射圧力が
５０ＭＰａ〜２００ＭＰａの場合には、０．４ｍｓ〜
０．７ｍｓ程度となる。また、上記着火遅れ時間は、圧
縮行程上死点で行われる主噴射の着火遅れ時間（０．１
ｍｓ〜０．３ｍｓ）よりも長く、これは圧縮行程上死点
後の筒内温度が比較的低いときに、上記後噴射が行われ
るためである。

【００５１】また、燃料噴射弁に対する噴射駆動信号の
出力タイミングとしては、上記の着火遅れ時間に、さら
に噴射弁開閉信号の出力時点から実際の噴射が開始され
るまでの間の無効時間（駆動遅れ時間）も考慮されたも
のがＥＣＵ３５に記憶されている。

【００５２】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０．５７Ｍｐ
ａに制御されたエンジンの中負荷中回転時に、圧縮工程
上死点付近で燃料を主噴射した場合における燃焼室内の
熱発生率を、クランク角に対応した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、熱力学的に計算
してグラフ化すると、図２（ｂ）に示すように、上記主
噴射時点ｔ０から０．１ｍｓ程度の遅れ時間Ｔｍが経過
した後に、主噴射された燃料が予混合燃焼することによ
る熱発生Ｙと、略同程度の拡散燃焼による熱発生Ｋが生
じるとともに、圧縮行程上死点後の３５°（ＣＡ）程度
より、０．６ｍｓ遅れた時点ｔ１で上記拡散燃焼が終了
することが確認された。

【００５３】したがって、上記圧縮行程上死点後の３５
°（ＣＡ）程度の時点ｔｆで燃料の後噴射を行うことに
より、この後噴射された燃料を上記拡散燃焼の終了時点
ｔ１で燃焼させることができる。つまり、上記時点ｔｆ
で後噴射された燃料が、約０．６ｍｓ程度の着火遅れ時
間（Ｔｆ）が経過した時点ｔ１で、燃焼し始めて熱発生
量Ａが増大することになる。

【００５４】これに対してエンジン回転数が２５００ｒ
ｐｍに制御されるとともに、平均有効圧力Ｐｅが０．９
Ｍｐａに制御されたエンジンに高負荷高回転時には、図
２（ｃ）に示すように、上記燃料の予混合燃焼の熱発生
Ｙに比べて、かなりの長期間に亘り拡散燃焼による熱発
生Ｋが生じ、この拡散燃焼が圧縮工程上死点後の４７°
（ＣＡ）程度より０．７ｍｓ遅れたかなり遅い時点ｔ１
で終了する傾向があるため、上記圧縮行程上死点後の４
７°（ＣＡ）程度の時点ｔｆで、燃料の後噴射を行うこ
とにより、この後噴射された燃料を上記拡散燃焼の終了
時点ｔ１で燃焼させることができる。

【００５５】なお、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は、図２
（ａ）に示すように、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が、圧縮
行程上死点後の３０°（ＣＡ）程度より約０．５ｍｓ遅
れた比較的に早い時点ｔ１で、上記拡散燃焼が終了して
熱発生率が０となるため、上記圧縮行程上死点後の３０
°（ＣＡ）程度の時点ｔｆで、燃料の後噴射を行うこと
により、この後噴射された燃料を上記拡散燃焼の終了時
点ｔ１で燃焼させることができる。

【００５６】次に、上記拡散燃焼の終了時期を基準にし
て燃料の後噴射時期を設定することによる煤の低減効果
について説明する。すなわち、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に制御されたエンジンの低負荷低回転時に
おいて、燃料の主噴射後に、燃料の後噴射時期を種々に
変化させて煤の発生量を測定する実験を行ったところ、
図３（ａ）に示すように、燃料の主噴射後で、拡散燃焼
の終了時点ｔ１より上記着火遅れ時間に相当する時間だ
け進角させた時点ｔｆであると考えられる圧縮行程上死
点後の３０°（ＣＡ）以降に、燃料の後噴射時期を設定
した場合に、煤の発生量が顕著に低減されることが確認
された。

【００５７】また、同様にエンジン回転数が２０００ｒ
ｐｍに制御されるとともに、平均有効圧力Ｐｅが０．５
７Ｍｐａに制御されたエンジンの中負荷中回転時に、燃
料の主噴射後に、燃料の後噴射時期を種々に変化させて
煤の発生量を測定する実験を行ったところ、図３（ｂ）
に示すように、燃料の主噴射後で、拡散燃焼の終了時点
ｔ１より上記着火遅れ時間に相当する時間だけ進角させ
た時点ｔｆであると考えられる圧縮行程上死点後の３５
°（ＣＡ）以降に燃料の後噴射時期を設定した場合に、
煤の発生量が顕著に低減されることが確認された。

【００５８】さらに、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０．９Ｍｐ
ａに制御されたエンジンの高負荷高回転時において、燃
料の主噴射後に、燃料の後噴射時期を種々に変化させて
煤の発生量を測定する実験を行ったところ、図３（ｃ）
に示すように、燃料の主噴射後で、拡散燃焼の終了時点
ｔ１の近傍より上記着火遅れ時間に相当する時間だけ進
角させた時点ｔｆであると考えられる圧縮行程上死点後
の４７°（ＣＡ）以降に燃料の後噴射時期を設定した場
合に、煤の発生量が顕著に低減されることが確認され
た。なお、上記各実験例では、エンジン負荷を一定に設
定するとともに、燃料の主噴射量に対する後噴射量の比
率を２０％に設定した。

【００５９】なお、上記図３（ａ）〜（ｃ）において、
後噴射時期が０°（ＣＡ）の場合は、燃料の後噴射を実
行することなく、主噴射のみを実行したときのデータを
示している。

【００６０】また、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、燃料の主噴
射による拡散燃焼の終了時点ｔ１の近傍より上記着火遅
れ時間に相当する時間だけ進角させた時点ｔｆであると
考えられる圧縮行程上死点後（ＡＴＤＣ）の３０°（Ｃ
Ａ）の時点で、燃料の後噴射を行い、燃料の主噴射量に
対する後噴射量の比率（Ｐ／Ｔ）を１０％〜４５％の範
囲内で種々に変化させて煤の発生量を測定する実験を行
ったところ、図４（ａ）の実線で示すように、上記後噴
射量の比率（Ｐ／Ｔ）の増大に応じて煤発生量が減少し
た。これに対して上記時点ｔｆよりも前であると考えら
れる圧縮行程上死点後（ＡＴＤＣ）の８°（ＣＡ）の時
点で、燃料の後噴射を行った場合には、図４（ａ）の破
線で示すように、上記後噴射量の比率（Ｐ／Ｔ）の増大
に応じて煤の発生量が増加した。

【００６１】さらに、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０．５７Ｍ
ｐａに制御されたエンジンの中負荷中回転時に、燃料の
主噴射による拡散燃焼の終了時点ｔ１の近傍より上記着
火遅れ時間に相当する時間だけ進角させた時点ｔｆであ
ると考えられる圧縮行程上死点後（ＡＴＤＣ）の３５°
（ＣＡ）の時点および上記時点ｔｆよりも前であると考
えられる圧縮行程上死点後（ＡＴＤＣ）の２０°（Ｃ
Ａ）の時点で、燃料を後噴射して煤の発生量を測定する
実験を行い、かつエンジン回転数が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、燃料の主噴射による拡散
燃焼の終了時点ｔ１より上記着火遅れ時間に相当する時
間だけ進角させた時点ｔｆ以降であると考えられる圧縮
行程上死点後（ＡＴＤＣ）の４８°（ＣＡ）の時点およ
び上記時点ｔｆよりも前であると考えられる圧縮行程上
死点（ＡＴＤＣ）の２０°（ＣＡ）の時点で、燃料を後
噴射して煤の発生量を測定する実験を行った場合におい
ても、図４（ｂ），（ｃ）に示すように、上記低負荷低
回転時と同様のデータが得られた。

【００６２】上記実験データから、上記燃料の主噴射に
より燃焼室４内で発生した拡散燃焼の終了時点を基準に
して燃料の後噴射時期を設定し、上記拡散燃焼の終了時
点、またはその前後近傍に後噴射された燃料を着火させ
ることにより、拡散燃焼の終了に応じてエンジンの燃焼
室４内に存在する炭素と酸素とを充分に混合した状態
で、燃料の後噴射により炭素を効果的に燃焼させること
ができ、燃焼室４内から排気通路２０に導出される煤の
排出量を低減できることがわかる。

【００６３】また、主噴射量に対する後噴射量の比率Ｐ
／ＴとＨＣ量との関係については、エンジン回転数が１
５００ｒｐｍ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、燃料の主噴射による拡散燃焼の終了時点ｔ１の近傍
より上記着火遅れ時間に相当する時間だけ進角させた時
点ｔｆであると考えられる圧縮行程上死点後（ＡＴＤ
Ｃ）の３０°（ＣＡ）の時点で燃料の後噴射を行い、燃
料の主噴射量に対する後噴射量の比率（Ｐ／Ｔ）を１０
％〜４５％の範囲内で種々に変化させてＨＣの発生量を
測定する実験を行ったところ、図５（ａ）の実線で示す
ように、上記後噴射量の比率（Ｐ／Ｔ）の増大に応じて
ＨＣ量が増加した。図５（ａ）の破線は、上記時点ｔｆ
よりも前であると考えられる圧縮行程上死点後（ＡＴＤ
Ｃ）の８°（ＣＡ）の時点で燃料の後噴射を行った場合
のデータを示す。

【００６４】また、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０．５７Ｍｐ
ａに制御されたエンジンの中負荷中回転時に、燃料の主
噴射による拡散燃焼の終了時点ｔ１の近傍より上記着火
遅れ時間に相当する時間だけ進角させた時点ｔｆである
と考えられる圧縮行程上死点後（ＡＴＤＣ）の３５°
（ＣＡ）の時点で燃料の後噴射を行い、燃料の主噴射量
に対する後噴射量の比率（Ｐ／Ｔ）を１０％〜４５％の
範囲内で種々に変化させてＨＣの発生量を測定する実験
を行ったところ、図５（ｂ）の実線で示すように、上記
後噴射量の比率（Ｐ／Ｔ）の増大に応じてＨＣ量が増加
した。図５（ｂ）の破線は、上記時点ｔｆよりも前であ
ると考えられる圧縮行程上死点後（ＡＴＤＣ）の２０°
（ＣＡ）の時点で燃料の後噴射を行った場合のデータを
示す。

【００６５】さらに、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０．９Ｍｐ
ａに制御された高負荷高回転時に、燃料の主噴射による
拡散燃焼の終了時点ｔ１より上記着火遅れ時間に相当す
る時間だけ進角させた時点ｔｆ以降であると考えられる
圧縮行程上死点後（ＡＴＤＣ）の４８°（ＣＡ）の時点
で、燃料を後噴射して、ＨＣの発生量を測定する実験を
行ったところ、図５（ｃ）の実線で示すように、上記後
噴射量の比率（Ｐ／Ｔ）の増大に応じてＨＣ量は変動す
るが、顕著に増大も減少もしなかった。図５（ｃ）の破
線は、上記時点ｔｆよりも前であると考えられる圧縮行
程上死点後（ＡＴＤＣ）の２０°（ＣＡ）の時点で燃料
の後噴射を行った場合のデータを示す。

【００６６】上記図５の実験結果から、後噴射による燃
料の噴射量は、主噴射による燃料の噴射量の１５％以上
とすることにより、特に低負荷低回転時に還元剤（Ｈ
Ｃ）の増量が顕著となることが確認された。

【００６７】上記拡散燃焼の終了時点は、エンジンの負
荷および回転数等に応じて変化するため、例えば上記図
２（ａ）〜（ｃ）に示すように、拡散燃焼による熱発生
率が０となる時点ｔ１を、エンジンの運転状態において
行った種々の実験データに基づいてマップ化し、このマ
ップから読み出すことにより設定することができる。

【００６８】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、または燃焼
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応じて上記
拡散燃焼状態を判別する燃焼状態判別手段を設け、この
燃焼状態判別手段において、燃料の主噴射後の温度が所
定温度以下の低温となった否か、燃焼光の発光がなくな
ったか否か、また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、上記拡散燃焼の終了時点を
求め、この時点を基準にして次の燃焼サイクルにおける
燃料の後噴射時期を設定するように構成してもよい。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
ーの値から０になった時点を検出することによって上記
拡散燃焼の終了時期を判別するようにしてもよい。

【００６９】上記のように、通常時は、エンジンの各運
転状態に基づいて判別された拡散燃焼の終了時点に基づ
き、この拡散燃焼の終了時点付近（クランク角にして±
５°）の時期、好ましくは上記拡散燃焼の終了直後に後
噴射による燃焼が開始されるように、それぞれの運転状
態の応じて燃料の後噴射の開始時期を設定するように構
成することにより、エンジンの運転状態に対応した最適
時期に燃料を後噴射して上記煤の排出量を効果的に低減
することができる。

【００７０】また、後噴射時期とＨＣ量との関係につい
ては、エンジンの低負荷低回転時には、図６（ａ）に示
すように、後噴射時期が圧縮行程上死点後の３０°（Ｃ
Ａ）付近までの設定では、ＨＣの生成量が顕著に増加す
ることはなく、中負荷中回転時には、図６（ｂ）に示す
ように、圧縮行程上死点後の３５°（ＣＡ）付近まで
は、ＨＣの生成量が顕著の増加することはなく、さら
に、高負荷高回転時には、図６（ｃ）に示すように、圧
縮行程上死点後の４５°（ＣＡ）付近までは、ＨＣの生
成量が顕著に増加することはないことが確認された。

【００７１】また、後噴射時期と燃費率との関係につい
ては、エンジンの低負荷低回転時、中負荷中回転時およ
び高負荷高回転時に、燃料の後噴射時期を種々に変化さ
せて燃費率を測定したところ、いずれも燃料の後噴射時
期が遅くなるほど燃費率が悪化するが、低負荷低回転時
には、圧縮行程上死点後の３０°（ＣＡ）付近までは、
燃費率は顕著に悪化することはなく、同様に、中負荷中
回転時には、圧縮行程上死点後の３５°（ＣＡ）付近ま
では、燃費率がが顕著に悪化することはなく、さらに、
高負荷高回転時には、圧縮行程上死点後の４５°（Ｃ
Ａ）付近までは、燃費率が顕著に悪化することはないこ
とが確認された。

【００７２】さらに、後噴射時期とＮＯｘ量との関係に
ついては、低負荷低回転時、中負荷中回転時および高負
荷高回転時に、燃料の後噴射時期を種々に変化させてＮ
Ｏｘの排出量を測定する実験を行ったところ、低負荷低
回転時に、圧縮行程上死点後の３０°（ＣＡ）付近でＮ
Ｏｘ量が増加することはなく、中負荷中回転時に、圧縮
行程上死点後の３５°（ＣＡ）付近でＮＯｘ量が増加す
ることはなく、高負荷高回転時にも、圧縮行程上死点後
の４５°（ＣＡ）付近でＮＯｘ量が増加することはない
ことが確認された。

【００７３】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を備えたディーゼルエンジンで
は、上記のように燃料の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上記ターボ過給機
２５の過給作用が高められる。この結果、燃焼室４内に
導入される新気量が増大されることにより、燃焼室４内
に残存する炭素の燃焼が促進されて煤の発生が効果的に
抑制されるという効果が得られる。そして、上記ターボ
過給機２５の過給作用により吸入空気量が増大すると、
上記主噴射された燃料の拡散燃焼の終了時期が早くなる
傾向があるので、この拡散燃焼の終了時期に対応させて
上記燃料の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に導出される煤の導出
量を、より低減することができる。

【００７４】また、上記ターボ過給機２５を備えたディ
ーゼルエンジンにおいて、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を設けるとともに、上記
ＥＣＵ３５に設けられた排気還流制御手段３９により排
気ガスの還流率が目標値となるようにフィードバック制
御するように構成した場合には、上記ターボ過給機２５
の過給作用に応じて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ため、
燃焼室４内から排気通路２０に導出されるＮＯｘ量が、
さらに効果的に低減されるという利点がある。

【００７５】本実施の形態は、以上のとおり、通常時に
は、主噴射による拡散燃焼の終了時期を基準にして、主
噴射による燃焼が終了した直後に燃焼が開始されるよう
後噴射時期を設定するものであり、それにより、煤の排
出量を効果的に低減することができ、しかも、ＨＣ量は
増大せず、燃費は悪化せず、また、ＮＯｘ量も増大しな
いようにできる。

【００７６】また、本実施の形態は、ＮＯｘ還元触媒の
還元要求が大となる運転状態においては、上記通常時の
後噴射時期を正規の後噴射時期（最適時期）として、還
元剤であるＨＣ供給量の一層の増大を図るため、後噴射
時期を、上記正規の後噴射時期より、好ましくはクラン
ク角にして略１０゜（１０゜±５゜（ＣＡ））遅角側に
設定し、それにより、還元剤（ＨＣ）の増量を図ってい
る。その際、後噴射による燃料の噴射量は、主噴射によ
る燃料の噴射量の１５％以上とすることにより、還元剤
（ＨＣ）の増量が顕著となる。

【００７７】ＮＯｘ還元触媒によるＮＯｘ浄化率は、触
媒の温度によって決定され、例えば２５０〜３００゜Ｃ
でピークになる。つまり、触媒温度が所定温度範囲にあ
る状態が、ＮＯｘ還元要求が大の運転状態である。そこ
で、触媒温度がこの温度範囲にあることを条件に、後噴
射時期を、主噴射による燃焼が終了した直後に燃焼が開
始される設定の正規の後噴射時期より遅角側の設定とし
て、後噴射による燃焼を主噴射による燃焼の終了時期よ
り遅角側で開始させるのであり、それにより、ＮＯｘ還
元触媒の還元剤としてのＨＣの供給量の一層の増大を図
ることができる。

【００７８】また、こうして後噴射時期の遅角側設定を
行うときには、主噴射を複数回に分割して行い、その
間、燃料噴射弁が閉じてから次に開くまでの間隔を、
０．５〜１．０ｍｓとする。このように主噴射を複数回
に分割した多段噴射とし、特にその噴射間隔を、０．５
〜１．０ｍｓとすることにより、一層顕著にＨＣを増大
させることができる。

【００７９】圧縮上死点近傍で燃料を複数回に分割して
噴射することで、燃料の微粒化を促進して燃焼状態を大
幅に改善するとともに、有効な燃焼時間を延長して機械
効率を改善しかつ排気エネルギーも高めることができる
が、その噴射間隔（燃料噴射弁５が一旦閉じてから、次
に開くまでの間隔）が、０．３ｍｓを越えると、ＨＣ量
が増え、０．５〜１．０ｍｓでは、ＨＣ量が顕著に増大
する。

【００８０】図７は、本実施の形態における燃料噴射の
制御動作を示すフローチャートである。この制御動作
は、まず、ステップＳ１０１で、各種データを入力し、
ステップＳ１０２で、エンジンの目標トルクＴｒを設定
する。目標トルクＴｒは、例えばエンジン回転数とアク
セル開度のマップによって設定するものである。

【００８１】次に、ステップＳ１０３で、運転状態に応
じた基本設定として、主噴射量Ｑｍおよび主噴射時期Ｉ
ｍと、後噴射量Ｑ_Fおよび後噴射時期Ｉ_Fを設定する。

【００８２】次に、ステップＳ１０４で、触媒温度Ｔｃ
ａｔを推定し、ステップＳ１０５で、触媒温度Ｔｃａｔ
が、ＮＯｘ浄化率の高い温度範囲（Ｔｃａｔ₁≦Ｔｃａ
ｔ≦Ｔｃａｔ₂）にあるか否かによって、ＨＣ増大要求
（ＮＯｘ還元要求）を判断する。

【００８３】そして、ステップＳ１０５の判断が「ＹＥ
Ｓ」で、ＨＣ増大要求（ＮＯｘ還元要求）が大と判断し
たときは、ステップＳ１０６で、上記正規の設定値を目
標トルクＴｒに基づいて補正した主噴射量Ｑｍ_Rおよび
主噴射時期Ｉｍ_Rと、後噴射量Ｑ_FRおよび後噴射時期Ｉ
_FRを設定する。

【００８４】そして、ステップＳ１０７で、上記主噴射
量Ｑｍ_Rおよび主噴射時期Ｉｍ_Rに基づいて、多段噴射の
各噴射量Ｑｍ_R1〜Ｑｍ_R3および噴射時期Ｉｍ_R1〜Ｉｍ_R3
を設定する。なお、多段噴射は、低回転・低トルク側で
は燃焼緩慢化による排気ガス温度の上昇を図るよう、３
段に設定し、高回転・高トルク側では２段に設定するす
る。

【００８５】そして、ステップＳ１０８で、噴射タイミ
ングに基づいて噴射を実行する。

【００８６】ステップＳ１０５の判断が「ＮＯ」で、Ｈ
Ｃ増大要求（ＮＯｘ還元要求）が大でないときは、その
ままステップＳ１０８へ進み、ステップＳ１０３の設定
による噴射を実行する。

【００８７】（第２の実施の形態）次に、第２の実施の
形態として、ＮＯｘトラップ触媒を備えたディーゼルエ
ンジンの場合を説明する。

【００８８】この場合も、エンジンの構成は、先の第１
の実施の形態で説明した図１のものと同様で、その排気
通路に、ＮＯｘトラップ触媒からなるＮＯｘ浄化触媒が
配設されている。

【００８９】ＮＯｘトラップ触媒は、排気の空燃比が略
理論空燃比付近またはそれより小さいリッチ状態におい
てＮＯｘを還元浄化できる触媒材料と、排気の空燃比が
略理論空燃比付近またはそれより小さいリッチ状態（Ｏ
²濃度が１％以下）のときにＮＯｘを放出する一方、上
記空燃比がそれより大きいリーン状態（Ｏ²濃度が３％
以上）においてＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収剤とを有す
るものであり、具体的には、担体の壁表面に、白金Ｐｔ
とＮＯｘ吸収剤であるバリウムＢａ等のアルカリ土類金
属、アルカリ金属又は、希土類金属のうち少なくとも一
種とを担持したアルミナやセリアが担持された内側触媒
層と、白金Ｐｔ等の貴金属を担持したゼオライトが担持
された外側外側触媒層とを形成した２層コートタイプの
ものが用いられている。なお、触媒の構成は上記のもの
に限らず、排気の空燃比が略理論空燃比付近であるか又
は理論空燃比よりも小さいリッチ状態においてＮＯｘを
還元浄化できる触媒材料とＮＯｘ吸収剤とを有するもの
であればよい。

【００９０】本実施の形態は、上記ＮＯｘトラップ触媒
を備えたディーゼルエンジンにおいて、ＮＯｘトラップ
触媒のＮＯｘ還元要求が大となる運転状態をもって、排
気ガス中の還元剤を増量する条件とするものあり、ＮＯ
ｘトラップ触媒に吸収されたＮＯｘの量（ＮＯｘトラッ
プ量）が多いときは、空燃比がリッチ状態のときのＮＯ
ｘ放出量が多く、ＮＯｘ還元要求が大であることから、
ＮＯｘトラップ量が多い運転状態を、例えば走行距離や
走行時間から判断し、ＮＯｘトラップ量が多いことを条
件に、後噴射時期を、主噴射による燃焼が終了した直後
に燃焼が開始される設定の正規の後噴射時期より遅角側
の設定として、後噴射による燃焼を主噴射による燃焼の
終了時期より遅角側で開始させ、ＮＯｘトラップ触媒の
還元剤としてのＨＣの供給量の一層の増大を図るように
している。

【００９１】後噴射時期の設定は上記第１の実施の形態
と同様であり、後噴射時期の遅角側設定を行うときの多
段噴射についても第１の実施の形態と同様である。

【００９２】図８は、本実施の形態における燃料噴射の
制御動作を示すフローチャートである。この制御動作
は、まず、ステップＳ２０１で、各種データを入力し、
ステップＳ２０２で、エンジンの目標トルクＴｒを設定
する。目標トルクＴｒは、例えばエンジン回転数とアク
セル開度のマップによって設定するものである。

【００９３】次に、ステップＳ２０３で、運転状態に応
じた基本設定として、主噴射量Ｑｍおよび主噴射時期Ｉ
ｍと、後噴射量Ｑ_Fおよび後噴射時期Ｉ_Fを設定する。

【００９４】次に、ステップＳ２０４で、走行距離ある
いは時間から、ＮＯｘトラップ量ＮＯを推定し、ステッ
プＳ２０５で、ＮＯｘトラップ量ＮＯが、しきい値ＮＯ
₀より多いか否かによって、ＨＣ増大要求（ＮＯｘ還元
要求）を判断する。

【００９５】そして、ステップＳ２０５の判断が「ＹＥ
Ｓ」で、ＨＣ増大要求（ＮＯｘ還元要求）が大と判断し
たときは、ステップＳ２０６で、タイマー値Ｔを１だけ
加算し、次いで、ステップＳ２０７で、タイマー値Ｔが
設定値Ｔ₀を越えた否かを判断する。

【００９６】そして、タイマー値Ｔが設定値Ｔ₀を越え
ていなければ、ステップＳ２０８で、上記正規の設定値
を目標トルクＴｒに基づいて補正した主噴射量Ｑｍ_Rお
よび主噴射時期Ｉｍ_Rと、後噴射量Ｑ_FRおよび後噴射時
期Ｉ_FRを設定する。

【００９７】そして、ステップＳ２０９で、上記主噴射
量Ｑｍ_Rおよび主噴射時期Ｉｍ_Rに基づいて、多段噴射の
各噴射量Ｑｍ_R1〜Ｑｍ_R3および噴射時期Ｉｍ_R1〜Ｉｍ_R3
を設定する。なお、多段噴射は、低回転・低トルク側で
は燃焼緩慢化による排気ガス温度の上昇を図るよう、３
段に設定し、高回転・高トルク側では２段に設定するす
る。

【００９８】そして、ステップＳ２１０で、噴射タイミ
ングに基づいて噴射を実行する。

【００９９】また、ステップＳ２０７の判断でタイマー
値Ｔが設定値Ｔ₀を越えたというときは、ステップＳ２
１１で、タイマー値Ｔをリセットし、ステップＳ２１２
でＮＯｘトラップ量ＮＯの推定値をリセットする。そし
て、そのままステップＳ２１０へ進み、ステップＳ２０
３の設定による噴射を実行する。

【０１００】また、ステップＳ２０５の判断が「ＮＯ」
で、ＨＣ増大要求（ＮＯｘ還元要求）が大でないとき
は、そのままステップＳ２１０へ進み、ステップＳ２０
３の設定による噴射を実行する。

【０１０１】（第３の実施の形態）次に、第３の実施の
形態として、排気通路に、酸化性能を有する触媒金属か
らなる酸化触媒を備えるとともに、所定のモニタ条件成
立時に、上記酸化触媒の劣化判定を行う手段を備えたデ
ィーゼルエンジンの場合を説明する。

【０１０２】この場合も、エンジンの構成は、先の第１
の実施の形態で説明した図１のものと同様で、その排気
通路に、酸化触媒と、上記第１の実施の形態と同様のＮ
Ｏｘ浄化触媒（ＮＯｘ還元触媒）とが上流側と下流側に
直列的に配設されている。

【０１０３】上記酸化触媒は、軸方向に平行に延びる多
数の貫通孔を有するハニカム構造のコージェライト製担
体の各貫通孔壁面に触媒層を形成したもので、その触媒
層は、アルミナ及びセリアにＰｔを担持させてなる触媒
粉をバインダによって上記担体に担持させることによっ
て形成したものである。

【０１０４】こうした酸化触媒を備えたディーゼルエン
ジンにおいて、所定のモニタ条件成立時に、上記酸化触
媒の劣化判定が行われる。そして、その酸化触媒の劣化
判定は、触媒温度が低く、浄化率の低い領域で、かつ定
常時であることを条件に行われ、その条件が成立する
と、劣化判定のために、後噴射によってＨＣを増大させ
る。つまり、劣化判定条件が成立する運転状態を判断
し、条件成立時に、後噴射時期を、主噴射による燃焼が
終了した直後に燃焼が開始される設定の正規の後噴射時
期より遅角側の設定として、後噴射による燃焼を主噴射
による燃焼の終了時期より遅角側で開始させるのであ
り、それにより、酸化触媒の劣化判定のためのＨＣ増大
の要求に対応して、後噴射により還元剤（ＨＣ）を容易
かつ効果的に増量することができる。

【０１０５】この場合も、後噴射時期の設定は上記第１
の実施の形態と同様であり、後噴射時期の遅角側設定を
行うときの多段噴射についても第１の実施の形態と同様
である。

【０１０６】図９は、本実施の形態における燃料噴射の
制御動作を示すフローチャートである。この制御動作
は、まず、ステップＳ３０１で、各種データを入力し、
ステップＳ３０２で、エンジンの目標トルクＴｒを設定
する。目標トルクＴｒは、例えばエンジン回転数とアク
セル開度のマップによって設定するものである。

【０１０７】次に、ステップＳ３０３で、運転状態に応
じた基本設定として、主噴射量Ｑｍおよび主噴射時期Ｉ
ｍと、後噴射量Ｑ_Fおよび後噴射時期Ｉ_Fを設定する。

【０１０８】次に、ステップＳ３０４で、触媒温度Ｔｃ
ａｔを推定し、ステップＳ３０５で、触媒温度Ｔｃａｔ
が、劣化判定に適した温度範囲（ＴｃａｔＡ≦Ｔｃａｔ
≦ＴｃａｔＢ）にあるか否かによって、ＨＣ増大要求を
判断する。

【０１０９】そして、ステップＳ３０５の判断が「ＹＥ
Ｓ」で、ＨＣ増大要求（ＮＯｘ還元要求）が大と判断し
たときは、さらに、ステップＳ３０６で、エンジン運転
状態が定常（劣化モニタ条件成立）か否かを判定し、定
常であれば、ステップＳ３０７で、タイマー値Ｔが設定
値Ｔ_1oを越えた否かを判断する。

【０１１０】そして、タイマー値Ｔが設定値Ｔ_1oを越え
ていなければ、ステップＳ３０８で、上記正規の設定値
を目標トルクＴｒに基づいて補正した主噴射量Ｑｍ_Rお
よび主噴射時期Ｉｍ_Rと、後噴射量Ｑ_FRおよび後噴射時
期Ｉ_FRを設定する。

【０１１１】そして、ステップＳ３０９で、上記主噴射
量Ｑｍ_Rおよび主噴射時期Ｉｍ_Rに基づいて、多段噴射の
各噴射量Ｑｍ_R1〜Ｑｍ_R3および噴射時期Ｉｍ_R1〜Ｉｍ_R3
を設定する。なお、多段噴射は、低回転・低トルク側で
は燃焼緩慢化による排気ガス温度の上昇を図るよう、３
段に設定し、高回転・高トルク側では２段に設定するす
る。

【０１１２】そして、ステップＳ３１０で、噴射タイミ
ングに基づいて噴射を実行する。

【０１１３】また、ステップＳ３０７の判断でタイマー
値Ｔが設定値Ｔ₀を越えたというときは、ステップＳ３
１１で、タイマー値Ｔをリセットし、そのままステップ
Ｓ３１０へ進み、ステップＳ３０３の設定による噴射を
実行する。

【０１１４】また、ステップＳ３０６の判断が「ＮＯ」
で、定常でなければ、ステップＳ３１１で、タイマー値
Ｔをリセットし、そのままステップＳ３１０へ進んで、
ステップＳ２０３の設定による噴射を実行する。

【０１１５】また、ステップＳ３０５の判断が「ＮＯ」
で、ＨＣ増大要求が大でないときは、やはり、ステップ
Ｓ３１１で、タイマー値Ｔをリセットし、そのままステ
ップＳ３１０へ進んで、ステップＳ２０３の設定による
噴射を実行する。

【０１１６】触媒劣化判定の処理は、図９にフローチャ
ートを示すとおりで、スタートすると、ステップＭ１
で、各種データを入力し、ステップＭ２で、触媒劣化モ
ニタ条件を判定する。

【０１１７】そして、触媒劣化モニタ条件成立であれ
ば、ステップＭ３で、触媒温度Ｔｃａｔをメモリ済みか
否かを判定し、メモリ済みでなければ、その時点の触媒
温度をモニタ開始直後の触媒温度Ｔｃａｔｆとしてメモ
リし、ステップＭ５へ進む。また、メモリ済みであれ
ば、そのままステップＭ５へ進む。

【０１１８】そして、ステップＭ５で、タイマーＴがタ
イムアップしたか否かを判断して、タイムアップするま
でステップＭ１〜Ｍ５を繰り返す。

【０１１９】そして、タイマーＴがタイムアップした
ら、ステップＭ６で、その時点の触媒温度Ｔｃａｔｅを
メモリし、ステップＭ７で、その間の触媒温度変化ΔＴ
ｃａｔ（Ｔｃａｔｅ−Ｔｃａｔｆ＝ΔＴｃａｔ）を演算
する。

【０１２０】そして、ステップＭ８で、触媒温度変化Δ
Ｔｃａｔが所定値ΔＴｃａｔ_oを越えたか否かを判断
し、ΔＴｃａｔがΔＴｃａｔ_oを越えた場合は、ステッ
プＭ９で正常判定を出力し、ΔＴｃａｔがΔＴｃａｔ_o
を越えない場合は、ステップＭ１０で異常ワーニングを
出力する。

【０１２１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、燃焼室内に燃料を直接噴射するよう配設され
た燃料噴射弁により、圧縮行程上死点付近までの所定時
期に燃料の主噴射を行うとともに、該主噴射による燃焼
の終了時期を基準にして、主噴射による燃焼が終了した
直後に燃焼が開始されるよう後噴射を行うディーゼルエ
ンジンにおいて、排気通路にＮＯｘ還元触媒やＮＯｘト
ラップ触媒を備える場合や、酸化触媒の劣化判定を行う
場合等のＨＣ増大要求に応じて、容易かつ効果的にＨＣ
を増量するようにできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るディーゼルエンジン
の全体図である。

【図２】燃焼室内における熱発生率の変化を示すタイム
チャートである。

【図３】後噴射時期と煤発生量との関係を示すグラフで
ある。

【図４】主噴射量に対する後噴射量の比率と煤発生量と
の関係を示すグラフである。

【図５】主噴射量に対する後噴射量の比率とＨＣ量との
関係を示すグラフである。

【図６】後噴射時期とＨＣ量との関係を示すグラフであ
る。

【図７】第１の実施の形態における燃料噴射の制御動作
を示すフローチャートである。

【図８】第２の実施の形態における燃料噴射の制御動作
を示すフローチャートである。

【図９】第３の実施の形態における燃料噴射の制御を示
すフローチャートである。

【図１０】第３の実施の形態における触媒劣化判定の処
理を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１エンジン本体５燃料噴射弁２０排気通路２２ＮＯｘ浄化触媒３５エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）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）Ｆ０２Ｄ 41/04 ３８５Ｆ０２Ｄ 41/04 ３８５Ｃ 41/40 41/40 Ｃ 45/00 ３１４ 45/00 ３１４Ｚ (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 (72)発明者小林明宏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） 3G084 AA01 BA13 BA15 BA24 DA10 FA07 FA10 FA11 FA20 FA22 FA23 FA28 FA38 3G091 AA10 AA11 AA18 AB02 AB06 BA14 CA18 CB02 CB03 DA02 DA07 DB05 EA01 EA05 EA06 EA07 EA16 EA33 FA08 FA13 FB05 FC01 GA06 GB05W GB09X GB10X HA09 HA37 3G301 HA02 HA11 HA13 JA24 JA25 KA08 KA24 LA03 LB11 MA11 MA18 MA23 MA26 NA05 NC02 NE01 NE12 NE22 NE23 PA01Z PA07Z PA11Z PB08Z PC03Z PC05Z PD01Z PE03Z PE08Z PF03Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室内に燃料を直接噴射するよう配設
された燃料噴射弁により、圧縮行程上死点付近までの所
定時期に燃料の主噴射を行うとともに、該主噴射による
燃焼の終了時期を基準にして、主噴射による燃焼が終了
した直後に燃焼が開始されるよう、主噴射後、膨張行程
前半の所定時期に上記燃料噴射弁により燃料の後噴射を
行うディーゼルエンジンの燃料噴射方法であって、運転状態に基づいて、排気ガス中の還元剤を増量する条
件を設定し、該条件が成立するか否かを判定して、該条件成立時には、上記後噴射を行う時期を、後噴射に
よる燃焼が上記主噴射による燃焼の終了時期より遅角側
で開始されるよう、主噴射による燃焼が終了した直後に
燃焼が開始される設定の正規の後噴射時期より遅角側の
設定とすることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料
噴射方法。
【請求項２】上記遅角側の設定は、上記正規の後噴射
時期よりクランク角にして略１０゜遅角した設定とする
ことを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの
燃料噴射方法。
【請求項３】後噴射による燃料の噴射量は、主噴射に
よる燃料の噴射量の１５％以上とすることを特徴とする
請求項１記載のディーゼルエンジンの燃料噴射方法。
【請求項４】上記後噴射時期の遅角側設定は、少なく
ともエンジン低回転または低負荷時に行うことを特徴と
する請求項１記載のディーゼルエンジンの燃料噴射方
法。
【請求項５】上記後噴射時期の遅角側設定を行うとき
に、上記主噴射は複数回に分割して行い、その間、燃料
噴射弁が閉じてから次に開くまでの間隔を、０．５〜
１．０ｍｓとすることを特徴とする請求項１記載のディ
ーゼルエンジンの燃料噴射方法。
【請求項６】排気通路に、ゼオライトに触媒金属を担
持させ、排気の空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン
状態においてＮＯｘを還元浄化する機能を持たせたＮＯ
ｘ還元触媒を備えたディーゼルエンジンにおいて、上記ＮＯｘ還元触媒のＮＯｘ還元要求が大となる運転状
態をもって、排気ガス中の還元剤を増量する条件とする
ことを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの
燃料噴射方法。
【請求項７】排気通路に、排気の空燃比が略理論空燃
比付近またはそれより小さいリッチ状態においてＮＯｘ
を還元浄化できる触媒材料と、排気の空燃比が略理論空
燃比付近またはそれより小さいリッチ状態のときにＮＯ
ｘを放出する一方、上記空燃比がそれより大きいリーン
状態においてＮＯｘを吸収するＮＯｘ吸収剤とを有する
ＮＯｘトラップ触媒を備えたディーゼルエンジンにおい
て、上記ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ還元要求が大となる運
転状態をもって、排気ガス中の還元剤を増量する条件と
することを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジ
ンの燃料噴射方法。
【請求項８】排気通路に、酸化性能を有する触媒金属
からなる酸化触媒を備えるとともに、所定のモニタ条件
成立時に、上記酸化触媒の劣化判定を行う手段を備えた
ディーゼルエンジンにおいて、上記酸化触媒の劣化判定条件が成立する運転状態をもっ
て、排気ガス中の還元剤を増量する条件とすることを特
徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの燃料噴射
方法。