JP2002364398A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

内燃機関の排気浄化装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気浄化手段を活性化させるために後噴射を
行う場合でも、排気中の酸素濃度に基づいて正確なＥＧ
Ｒ制御を可能とすること。 【解決手段】 ＥＣＵ１２は、例えばトラップフィルタ
１１に捕集されるパティキュレートの堆積量から後噴射
を実施する必要があるか否かを判定し、実施する必要有
りと判定した場合には、吸気絞り弁９とＥＧＲ量制御弁
７をエンジン条件から決定される開度に設定する。すな
わち、酸素濃度センサ１７の出力をフィードバックして
ＥＧＲ量を制御するのではなく、オープンループ制御に
て両者の開度を設定する。これにより、後噴射燃料がシ
リンダ内で燃焼することなく、未燃のまま酸素濃度セン
サ１７に到達する場合の不具合（未燃燃料がセンサ部で
燃焼する際に、センサ近傍の酸素が消費されて酸素濃度
センサ１７の出力が低下するため、正確なＥＧＲ制御が
できない）を回避できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関（特にデ
ィーゼルエンジン）から排出されるＮＯｘとパティキュ
レート（特にスモーク）を効果的に低減するための内燃
機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関から排出されるＮＯｘを低減す
るために、排気の一部を吸気中に戻すＥＧＲが行われ
る。このＥＧＲ量が過小の場合は、十分なＮＯｘ低減効
果が得られず、ＥＧＲ量が過大の場合、特にディーゼル
エンジンでは、シリンダ内の酸素が不足してパティキュ
レート（特にスモーク）が増加する。これを回避するた
めには、スモーク発生限界ぎりぎりまでＥＧＲ量を増や
し、スモークの発生なしでＮＯｘを低減することが必要
である。
【０００３】このために、特開昭６０−１２２２５９号
公報に記載された発明では、排気中の酸素濃度を指標と
し、これが所定値となるように、ＥＧＲをフィードバッ
ク制御する技術が開示されている。これは、パティキュ
レート、特にスモーク発生量と相関が強い排気中の酸素
濃度を所定値以上とすることでスモーク発生ぎりぎりま
でＥＧＲをふやすことを狙ったものである。
【０００４】また、一般的に排気浄化のために触媒など
の排気後処理装置が設置されるが、排気温度が低い中で
も触媒を働かせるために、特開平５−１５６９９３号公
報に記載された発明では、メイン噴射の後の膨張行程で
少量の燃料を後噴射（ポスト噴射）する技術が開示され
ている。これにより、排気温度が上昇し、さらに触媒へ
供給されるＨＣの反応熱によって速やかに触媒が活性化
し、排気後処理装置を有効に働かせることが可能とな
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来技
術を組み合わせた場合、すなわちＥＧＲを排気中の酸素
濃度でフィードバック制御し、さらに触媒等の排気後処
理装置を有効利用するために後噴射を行う場合には、以
下の問題が発生する。図９に示す様に、ＴＤＣ（上死
点）近傍でのメイン噴射を行った後の膨張行程で後噴
射を行う場合、ピストンの下降とともにシリンダ内温度
は低下する。
【０００６】仮に、シリンダ内温度が図中のＡ以上であ
れば後噴射した燃料がシリンダ内で燃焼し、Ａ以下であ
れば燃焼しないとすると、クランク角Ｂ以前で後噴射
した燃料はシリンダ内で燃焼するが、クランク角Ｂ以降
で後噴射した燃料はシリンダ内で燃焼しないことにな
る。この境界温度Ａは、エンジンの運転条件あるいは後
噴射時のシリンダ内条件により刻々と変化する。従っ
て、後噴射燃料は、条件によってシリンダ内で燃焼する
場合と未燃のまま触媒へ到達する場合とがある。
【０００７】一方、排気中の酸素濃度検出には、限界電
流式の酸素濃度センサが広く使われているが、このセン
サで精度良く酸素濃度を検出するためには、センサ温度
を所定の範囲内（例えば６００〜７００℃）の高温に保
つ必要があり、通常センサ部に設けた電気ヒータにより
温度をコントロールしている。このセンサにシリンダ内
で燃焼しなかった後噴射燃料が到達すると、高温のヒー
タ部で燃料が燃焼し、その際、センサ近傍の酸素を消費
するため、図１０に示す様に、排気中の実際の酸素濃度
とセンサで検出した酸素濃度とがずれてしまう。その結
果、ＥＧＲを精度良く制御することができず、エミッシ
ョンが悪化するという問題がある。
【０００８】この問題は、ディーゼルエンジンのＮＯｘ
とパティキュレートを同時に大幅低減することを狙っ
て、排気還流量を大幅に増加し、あるいは主燃料の噴射
時期を遅角することで燃料の燃焼を緩慢にして、燃焼時
のシリンダ内温度をスモーク発生温度以下に低下させる
低エミッション燃焼において特に顕著となる。それは、
この燃焼では通常よりも多量のＥＧＲを行うため、ＥＧ
Ｒ量がずれると、より多量のスモークが発生するからで
ある。
【０００９】本発明は、上記事情に基づいて成されたも
ので、その目的は、排気浄化手段を活性化させるために
内燃機関の膨張行程で後噴射を行う場合でも、排気中の
酸素濃度に基づいて正確なＥＧＲ制御を可能とすること
ができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにあ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】（請求項１の発明）本発
明は、内燃機関の排気の一部を吸気中に戻す排気還流手
段と、内燃機関の排気管に設置された排気浄化手段と、
この排気浄化手段より上流の排気管に設置され、排気中
の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、この酸素濃
度検出手段の出力に基づき、排気中の酸素濃度が目標値
となるように排気還流量を調整する排気還流量調整手段
と、排気浄化手段を活性化させるために内燃機関の膨張
行程で少量の燃料を後噴射する後噴射手段と、この後噴
射手段で後噴射する必要があるか否かを判定する後噴射
要否判定手段とを備える。
【００１１】上記の構成において、排気還流量調整手段
は、後噴射要否判定手段で後噴射する必要有りと判定さ
れた場合に、酸素濃度検出手段の出力に基づく排気還流
量の調整を中止する。これにより、後噴射が実施された
場合でも、後噴射燃料の燃焼の有無に係わらず、排気還
流量を適量に制御することが可能となる。
【００１２】（請求項２の発明）請求項１に記載した内
燃機関の排気浄化装置において、排気還流量調整手段
は、後噴射要否判定手段で後噴射を実施する必要有りと
判定された場合には、オープンループ制御にて排気還流
量を調整する。後噴射を実施する場合は、酸素濃度検出
手段の出力をフィードバックして排気還流量を制御する
代わりに、オープンループ制御によって排気還流量を調
整することにより、後噴射燃料の燃焼の有無に影響され
ることなく、排気中の酸素濃度を目標値に制御すること
ができる。
【００１３】（請求項３の発明）本発明は、内燃機関の
排気の一部を吸気中に戻す排気還流手段と、内燃機関の
排気管に設置された排気浄化手段と、この排気浄化手段
より上流の排気管に設置され、排気中の酸素濃度を検出
する酸素濃度検出手段と、この酸素濃度検出手段で検出
される排気酸素濃度が予め設定される目標値となるよう
に排気還流量を調整する排気還流量調整手段と、排気浄
化手段を活性化させるために内燃機関の膨張行程で少量
の燃料を後噴射する後噴射手段と、この後噴射手段で噴
射された後噴射燃料が内燃機関のシリンダ内で燃焼する
か否かを推定または検出する後噴射燃焼判定手段とを備
える。
【００１４】上記の構成において、排気還流量調整手段
は、後噴射燃焼判定手段にて後噴射燃料が内燃機関のシ
リンダ内で燃焼しないと判定された場合に、排気酸素濃
度の目標値を減少補正し、その補正後の目標値が得られ
るように排気還流量を調整する。これにより、後噴射燃
料がシリンダ内で燃焼されることなく酸素濃度検出手段
に到達する場合でも、排気酸素濃度の目標値を減少補正
することで、排気還流量を適量に制御することが可能と
なる。
【００１５】（請求項４の発明）本発明は、内燃機関の
排気の一部を吸気中に戻す排気還流手段と、内燃機関の
排気管に設置された排気浄化手段と、この排気浄化手段
より上流の排気管に設置され、排気中の酸素濃度を検出
する酸素濃度検出手段と、この酸素濃度検出手段で検出
される排気酸素濃度が予め設定される目標値となるよう
に排気還流量を調整する排気還流量調整手段と、排気浄
化手段を活性化させるために内燃機関の膨張行程で少量
の燃料を後噴射する後噴射手段と、この後噴射手段で噴
射された後噴射燃料が内燃機関のシリンダ内で燃焼する
か否かを推定または検出する後噴射燃焼判定手段とを備
える。
【００１６】上記の構成において、排気還流量調整手段
は、後噴射燃焼判定手段にて後噴射燃料が内燃機関のシ
リンダ内で燃焼しないと判定された場合に、酸素濃度検
出手段の出力を増加補正し、その補正後の酸素濃度を用
いて排気還流量を調整する。これにより、後噴射燃料が
シリンダ内で燃焼されることなく酸素濃度検出手段に到
達する場合でも、酸素濃度検出手段の出力を増加補正す
ることで、排気還流量を適量に制御することが可能とな
る。
【００１７】（請求項５の発明）請求項３または４に記
載した内燃機関の排気浄化装置において、後噴射燃焼判
定手段は、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出
手段を備え、この運転状態検出手段の出力と後噴射の時
期および噴射量を基に、後噴射燃料が燃焼するか否かを
判定する。すなわち、内燃機関の運転状態（例えば回転
数と負荷）と後噴射時期と噴射量から後噴射時のシリン
ダ内温度、シリンダ内圧力等を推定し、これを基に後噴
射燃料が燃焼するか否かを判定する。これにより、後噴
射燃料の燃焼の有無が分かるため、それに基づき適切な
排気還流量制御が可能となる。
【００１８】（請求項６の発明）請求項３または４に記
載した内燃機関の排気浄化装置において、後噴射燃焼判
定手段は、内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出
手段と、排気浄化手段の上流に設置されて排気温度を検
出する排気温度検出手段と、運転状態検出手段の出力か
ら求めた推定排気温度と排気温度検出手段で検出した検
出排気温度とを比較する排気温度比較手段とを備え、こ
の排気温度比較手段で求めた推定排気温度と検出排気温
度との差が所定値より小さい場合に、後噴射燃料が燃焼
していないと判定する。これは、後噴射燃料のシリンダ
内での燃焼による排気温度の上昇を直接検出するもので
あり、後噴射燃料のシリンダ内での燃焼の有無をより正
確に判定することが可能となる。
【００１９】（請求項７の発明）請求項１〜６に記載し
た何れかの内燃機関の排気浄化装置において、内燃機関
は、排気還流量を大幅に増加し、あるいは機関出力発生
のための主噴射の燃料噴射時期を遅角することで、内燃
機関の燃料燃焼を緩慢にし、燃料燃焼時のシリンダ内温
度をスモークの発生温度以下に低下する燃料温度低下手
段を備える。
【００２０】この様に、内燃機関（特にディーゼルエン
ジン）の燃焼を低温で進行させる手法は、ＮＯｘとパテ
ィキュレート（特にスモーク）の大幅な同時低減に非常
に有用であるが、これを実現するためには、従来と比較
して超多量（例えば７０％以上）の排気還流をより精度
良く制御することが非常に重要となる。一方、この燃焼
においては、ＨＣの排出量が増加するため、触媒による
排気浄化が必須となる。従って、このような燃焼に本発
明を適用することで、極めてクリーンな燃焼をより正確
に実現することが可能となる。
【００２１】（請求項８の発明）請求項１〜７に記載し
た何れかの内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化
手段に酸化性能を有する触媒を担持する。これにより、
有害成分を酸化触媒で容易に浄化可能である。これは、
フロースルータイプの触媒あるいはパティキュレートフ
ィルタのいずれにも適用できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。 （第１の実施形態）図２は４気筒ディーゼルエンジンに
適用される排気浄化装置の全体構成図である。この排気
浄化装置が適用されるディーゼルエンジン１は、図２に
示す様に、コモンレール式の燃料噴射装置を搭載し、図
示しない高圧ポンプから圧送された高圧燃料が常時コモ
ンレール２に蓄えられ、所望の圧力、噴射量、噴射時期
でインジェクタ３から噴射される。
【００２３】排気浄化装置は、エンジン１の排気管４と
吸気管５とを接続する排気還流管６、この排気還流管６
内に設けられるＥＧＲ量制御弁７、排気還流管６の途中
に設けられるＥＧＲ冷却装置８、吸気管５内に設けられ
る吸気絞り弁９、ターボ１０の下流に設置されるトラッ
プフィルタ１１、エンジン１の運転状態を検出する各種
センサ（後述する）、この各種センサで検出された情報
に基づき、本システムの作動を制御する電子制御装置１
２（以下ＥＣＵ１２と呼ぶ）等より構成される。
【００２４】ＥＧＲ量制御弁７と吸気絞り弁９は、例え
ば空気圧（負圧）あるいは電気モータ等で直接駆動さ
れ、両者を所定の開度に設定することで所定量の排気が
吸気側へ還流される。ＥＧＲ冷却装置８は、図示しない
冷却水が導入され、その冷却水との熱交換によってＥＧ
Ｒガス（排気還流管６を通って吸気中に還流する排気ガ
ス）を冷却するもので、例えば冷却効率の高い積層フィ
ンタイプが用いられる。これにより、ＥＧＲガスは、高
温で膨張した状態ではなく、冷却されて高密度に収縮し
た状態でシリンダ内へ導入される。その結果、シリンダ
内へ吸入する酸素量をさほど低減することなく、シリン
ダ内の不活性ガス量を増加することが可能となるため、
スモークを増加させることなく、より多量のＥＧＲを実
施できる。
【００２５】トラップフィルタ１１は、例えばコージェ
ライトや炭化珪素等の多孔質セラミックから成るハニカ
ム状の流路を交互に目封じして形成され、フィルタ表面
にはＰｔやＰｄ等の貴金属を主成分とする酸化触媒が担
持されている。このトラップフィルタ１１では、エンジ
ン１から排出されたパティキュレートを含む排気が多孔
質セラミックの壁面内を通過する際に、フィルタ細孔径
より大きなパティキュレート粒子が主にフィルタ表面で
捕集される。また、酸化触媒の作用により、燃焼時に排
出されるＨＣ、ＣＯ等の有害成分も浄化することができ
る。
【００２６】トラップフィルタ１１で捕集されたパティ
キュレートの量（堆積量）は、フィルタ１１の前後差圧
に基づいて検出され、堆積量が所定値を超えた場合にフ
ィルタ１１が再生される。そのフィルタ１１の再生は、
エンジン１の膨張行程で少量の燃料を後噴射することで
行われる。この時、フィルタ表面に担持した酸化触媒の
作用によりパティキュレートは通常より低い温度（触媒
がない場合はパティキュレート燃焼のために６００℃以
上の温度が必要であるが、触媒がある場合は４５０℃以
下で燃焼する）で容易に燃焼するため、フィルタ１１の
温度上昇はわずかで済む。
【００２７】ＥＣＵ１２は、エンジン回転数センサ１
３、アクセル開度センサ１４、噴射圧力センサ１５、差
圧センサ１６、酸素濃度センサ１７等の各種センサで検
出された情報を入力し、これらの情報に基づいて各気筒
のインジェクタ３を駆動する電磁弁３ａ、及び吸気絞り
弁９、ＥＧＲ量制御弁７等の各種アクチュエータを電気
的に制御すると共に、差圧センサ１６の出力を基にトラ
ップフィルタ１１の再生の必要性を判断し、再生が必要
と判断された場合には膨張行程で少量の燃料を後噴射す
る。
【００２８】エンジン回転数センサ１３は、エンジン１
のクランクシャフト（図示しない）に配置されて、エン
ジン回転速度を検出する。アクセル開度センサ１４は、
図示しないアクセルペダルの踏み込み量からアクセル開
度を検出する。噴射圧力センサ１５は、コモンレール２
に取り付けられ、コモンレール２内の燃料圧力を検出す
る。差圧センサ１６は、トラップフィルタ１１の前後か
ら排気圧力を検出可能な位置に設置され、トラップフィ
ルタ１１の前後差圧を検出する。
【００２９】酸素濃度センサ１７は、トラップフィルタ
１１より上流の排気管４に取り付けられ、排気管４内の
酸素濃度を検出する。この酸素濃度センサ１７は、一般
的に広く用いられる公知の限界電流方式のもので、例え
ば図３に示すように、通気孔１７ａを有するカバー１７
Ａの内部にセンサ素子１７Ｂを配置し、そのセンサ素子
１７Ｂの外側に通気孔１７ａから排気ガスが導入され、
センサ素子１７Ｂの内側に大気が導入される。
【００３０】センサ素子１７Ｂに電圧を印加すると、排
気中の酸素濃度に応じた限界電流が発生する。但し、こ
のセンサ素子１７Ｂで精度良く酸素濃度を検出するため
には、センサ素子１７Ｂの温度を所定の範囲内（例えば
６００〜７００℃）の高温に保つ必要がある。そこで、
センサ素子１７Ｂの内側に近接して電気ヒータ１７Ｃを
配置し、その電気ヒータ１７Ｃによりセンサ素子１７Ｂ
の温度をコントロールしている。
【００３１】次に、本発明に係わる排気浄化装置の作動
（ＥＣＵ１２の処理手順）を図１に示すフローチャート
に基づいて説明する。 Step100 …エンジン回転数センサ１３、アクセル開度セ
ンサ１４、及び差圧センサ１６の各出力から、エンジン
回転数ＮＥ、アクセル開度、及びトラップフィルタ１１
の前後差圧を読み込む。
【００３２】Step101 （本発明の後噴射要否判定手段）
…Step100 で読み込んだセンサ出力から後噴射を実施す
るか否かを判定する。この判定は、公知の方法により、
トラップフィルタ１１の再生の要否を判定することで行
われる。例えば、差圧センサ１６の出力を図示しない吸
気量センサの出力により補正してトラップフィルタ１１
へのパティキュレート堆積量を算出し、その算出された
堆積量が所定値を超えた場合に再生が必要であると判定
する。ここで、「後噴射必要無し」と判定された時はSt
ep102 へ進み、「後噴射必要」と判定された時はStep10
6 へ進む。
【００３３】Step102 …Step100 で読み込んだエンジン
回転数ＮＥとアクセル開度を基に、予めＥＣＵ１２に記
憶されているマップ等から目標排気酸素濃度を算出す
る。 Step103 …酸素濃度センサ１７の出力から排気中の酸素
濃度を読み込む。 Step104 …排気酸素濃度の目標値（Step102 で算出した
目標排気酸素濃度）と実際に検出した値（Step103 で読
み込んだ酸素濃度）とを比較し、両者のずれが所定値
（例えば０．２％）より小さいか否かを判定する。ここ
で、両者のずれが所定値以上の時はStep105 へ進み、両
者のずれが所定値より小さい時は、本ルーチンを終了す
る。
【００３４】Step105 …ＥＧＲ量を調整して再びStep10
3 へ戻る。ここでは、酸素濃度センサ１７で検出される
排気酸素濃度をフィードバックし、ＥＧＲ量制御弁７の
開度を制御して行われる。あるいは、ＥＧＲ量制御弁７
の代わりに、吸気絞り弁９をフィードバック制御しても
良い。
【００３５】Step106 …吸気絞り弁９とＥＧＲ量制御弁
７を、Step100 で読み込んだエンジン条件から決定され
る開度に設定する。すなわち、排気酸素濃度によるフィ
ードバック制御をすることなく、オープンループ制御に
て両者の開度を設定する。 Step107 （本発明の後噴射手段）…後噴射を実行して、
本ルーチンを終了する。後噴射の時期及び噴射量は、エ
ンジン１の運転条件に基づいて決定され、予めＥＣＵ１
２に記憶されている。
【００３６】（第１の実施形態の効果）排気中の酸素濃
度が目標値となる様に、排気酸素濃度（センサ出力）を
フィードバックしてＥＧＲ量を制御する場合、図４に示
す様に、排気酸素濃度の目標値（図中の黒点ａ）が得ら
れる様にＥＧＲ量（図中のｄ）が調整される。その結
果、パティキュレートやＮＯｘといったエミッション及
び燃費は、図中の黒点でそれぞれ最適な値に維持され
る。
【００３７】しかし、後噴射燃料がシリンダ内で燃焼す
ることなく、未燃のまま酸素濃度センサ１７に到達し、
センサ部で燃焼すると、センサ近傍の酸素が消費される
ため、センサ出力は図中の破線で示すように低下する。
この場合、図中ｄのＥＧＲ量では、センサ出力（図中の
黒点ｂ）が目標値からずれてしまう。その結果、目標値
に対してＥＧＲ量が過大と判断され、センサ出力が目標
値（図中の白点ｃ）となるようにＥＧＲ量を図中ｅまで
減量してしまう。
【００３８】上記の結果、エミッション及び燃費は、そ
れぞれ図中の白点へと移動してしまい、黒点で示す最適
値から大きくずれてしまう。これに対し、本発明では、
後噴射を実行する時には、酸素濃度センサ１７の出力を
フィードバックしてＥＧＲ量を制御するのではなく、Ｅ
ＧＲ量をオープンループ制御することにより、上記の不
具合を回避できる。従って、後噴射の有無によらず良好
な運転状態を維持することができる。
【００３９】なお、上記の実施形態では、排気浄化手段
としてトラップフィルタ１１を用い、その再生のために
後噴射を実施する場合を例にとって説明したが、排気浄
化手段としてはフロースルータイプの酸化触媒あるいは
ＮＯｘ触媒などの他の酸化性能を有する触媒を担持した
ものでも良い。また、トラップフィルタ１１の再生に限
らず、エンジン始動時など触媒不活性時に触媒活性化温
度まで排気温度あるいは触媒温度を昇温させるために後
噴射を実施する際にも適用される。
【００４０】また、ディーゼルエンジン１から排出され
るＮＯｘとパティキュレート（特にスモーク）を同時に
大幅低減するために超多量のＥＧＲと噴射時期の遅角を
組み合わせる技術が有効であるが、この種の燃焼におい
ては、多量のＥＧＲを精度良くコントロールする必要が
あり、排気酸素濃度によるフィードバックが特に有用で
ある。
【００４１】また、スモークが低減する一方で、ＨＣの
排出量が増加するため、酸化性能を有する触媒を用いて
排気を浄化する必要がある。従って、触媒活性が低い低
速走行時にも排気を浄化可能とするためには、触媒を活
性化温度以上に昇温させる必要があり、そのための手段
として後噴射は非常に有望である。この場合には、後噴
射と組み合わせた上で、より高精度なＥＧＲ制御が要求
されるため、本実施形態と組み合わせることで大きな効
果を得ることができる。
【００４２】（第２の実施形態）図５は第２の実施形態
におけるＥＣＵ１２の処理手順を示すフローチャートで
ある。本実施形態は、第１の実施形態とシステムの全体
構成は同じであり、その説明は省略する。本発明に係わ
る排気浄化装置の作動を図５に示すフローチャートに基
づいて説明する。
【００４３】Step200 …エンジン回転数センサ１３、ア
クセル開度センサ１４、及び差圧センサ１６の各出力か
ら、エンジン回転数ＮＥ、アクセル開度、及びトラップ
フィルタ１１の前後差圧を読み込む。 Step201 （本発明の後噴射要否判定手段）…Step200 で
読み込んだセンサ出力から後噴射を実施するか否かを判
定する（具体的な判定方法は第１の実施形態Step101 を
参照）。ここで、「後噴射必要無し」と判定された時は
Step206 へ進み、「後噴射必要」と判定された時はStep
202 へ進む。
【００４４】Step202 （本発明の後噴射手段）…後噴射
を実行する。後噴射の時期及び噴射量は、エンジン１の
運転条件に基づいて決定され、予めＥＣＵ１２に記憶さ
れている。 Step203 …後噴射時のシリンダ内温度Ｔｃを算出する。
エンジン１のクランク角に対するシリンダ内温度Ｔｃ
は、図９に示すように変化するが、エンジン１の運転条
件（例えば回転数と負荷等）によって決まる。従って、
Step202 で実施される後噴射の時期（後噴射するクラン
ク角）におけるシリンダ内温度Ｔｃが運転条件から算出
される。
【００４５】Step204 （本発明の後噴射燃焼判定手段）
…Step203 で算出したシリンダ内温度Ｔｃが基準温度Ｔ
０より高いか否かを判定する。この基準温度Ｔ０は、そ
のエンジン条件において後噴射した燃料がシリンダ内で
燃焼する最低温度である。この基準温度Ｔ０は、予めＥ
ＣＵ１２に記憶されており、一定値（例えば１０００
Ｋ）あるいはエンジン条件により異なる値とする。ここ
で、Ｔｃ＜Ｔ０と判定された時はStep205 へ進み、Ｔｃ
≧Ｔ０と判定された時はStep206 へ進む。
【００４６】Step205 …排気酸素濃度を減少補正するた
めの補正量を算出する。すなわち、後噴射時のシリンダ
内温度Ｔｃが基準温度Ｔ０より小さい場合は、後噴射し
た燃料がシリンダ内で燃焼することなく酸素濃度センサ
１７まで到達し、センサ部で燃焼する。その際に酸素が
消費されるため、本来検出すべき（シリンダ内の燃焼の
結果残った）酸素濃度が酸素濃度センサ１７で検出でき
なくなる。
【００４７】これを回避するために、未燃燃料が酸素濃
度センサ１７へ到達する場合には、センサ部で消費され
る酸素量の分だけ、ＥＧＲ量制御の目標となる排気酸素
濃度を減少補正する。ここでは、その補正量を算出す
る。なお、補正量を算出する際に、例えばＴｃとＴ０と
の差に応じて変更し、差が小さいほど補正量を小さくす
ることで、より正確な補正が可能となる。
【００４８】Step206 …補正前の目標酸素濃度にStep20
5 で算出した補正量を加算して補正後の目標酸素濃度を
算出する。但し、Step201 の判定結果がＮＯの場合、及
びStep204 の判定結果がＮＯの場合は、補正前の目標酸
素濃度が設定される。補正前の目標酸素濃度はStep200
で読み込んだエンジン回転数ＮＥとアクセル開度を基に
算出される。これは、エンジン１の運転条件に基づき、
予めＥＣＵ１２に記憶されている。 Step207 …酸素濃度センサ１７の出力から排気中の酸素
濃度を読み込む。
【００４９】Step208 …排気酸素濃度の目標値（Step20
6 で算出した補正後の目標排気酸素濃度）と実際に検出
した値（Step207 で読み込んだ酸素濃度）とを比較し、
両者のずれが所定値（例えば０．２％）より小さいか否
かを判定する。ここで、両者のずれが所定値以上の時は
Step209 へ進み、両者のずれが所定値より小さい時は、
本ルーチンを終了する。 Step209 …ＥＧＲ量を調整して再びStep207 へ戻る。
【００５０】本実施形態では、後噴射燃料がシリンダ内
で燃焼しないと判定された場合（Step204 の判定結果が
ＮＯの場合）に、排気中の実際の酸素濃度に比べて酸素
濃度センサ１７の出力が低下しても、排気酸素濃度の目
標値を減少補正するので、ＥＧＲ量が大幅に減量される
ことはなく、適量に制御することが可能である。従っ
て、後噴射の有無によらず良好な運転状態を維持するこ
とができる。
【００５１】（第３の実施形態）図６は第３の実施形態
におけるＥＣＵ１２の処理手順を示すフローチャートで
ある。本実施形態は、第１の実施形態とシステムの全体
構成は同じであり、その説明は省略する。本発明に係わ
る排気浄化装置の作動を図６に示すフローチャートに基
づいて説明する。但し、本実施形態は、第２の実施形態
に記載した作動の一部を変更したものであり、ここでは
第２の実施形態と異なる部分（Step305 〜Step307 ）に
ついてのみ説明する。
【００５２】Step305 …酸素濃度センサ１７の出力を増
量補正するための補正量を算出する。すなわち、後噴射
時のシリンダ内温度Ｔｃが基準温度Ｔ０より小さい場合
は、後噴射した燃料がシリンダ内で燃焼することなく酸
素濃度センサ１７まで到達し、センサ部で燃焼する。そ
の際に酸素が消費されるため、本来検出すべき（シリン
ダ内の燃焼の結果残った）酸素濃度が酸素濃度センサ１
７で検出できなくなる。
【００５３】これを回避するために、未燃燃料が酸素濃
度センサ１７へ到達する場合には、センサ部で消費され
る酸素量の分だけ、酸素濃度センサ１７で検出される排
気中の酸素濃度を増量補正する。ここでは、その補正量
を算出する。なお、補正量を算出する際に、例えばＴｃ
とＴ０との差に応じて変更し、差が小さいほど補正量を
小さくすることで、より正確な補正が可能となる。
【００５４】Step306 …Step300 で読み込んだエンジン
回転数ＮＥとアクセル開度を基に目標排気酸素濃度を算
出する。これは、エンジン１の運転条件に基づき、予め
ＥＣＵ１２に記憶されている。 Step307 …酸素濃度センサ１７の出力から排気中の酸素
濃度を読み込み、Step305 で算出した補正量に従い、補
正後の酸素濃度を算出する。
【００５５】本実施形態では、後噴射燃料がシリンダ内
で燃焼しないと判定された場合（Step304 の判定結果が
ＮＯの場合）に、センサ部で未燃燃料が燃焼して酸素が
消費されることにより、実際の酸素濃度センサ１７の出
力が低下しても、その酸素濃度センサ１７の出力を増量
補正するので、ＥＧＲ量が大幅に減量されることはな
く、適量に制御することが可能である。従って、後噴射
の有無によらず良好な運転状態を維持することができ
る。
【００５６】（第４の実施形態）図７は４気筒ディーゼ
ルエンジン１に適用される排気浄化装置の全体構成図で
あり、図８は第４の実施形態におけるＥＣＵ１２の処理
手順を示すフローチャートである。本実施形態は、第１
の実施形態で説明したシステムに加えて、トラップフィ
ルタ１１より上流の排気管４に温度センサ１８を設置し
た点が異なるのみで、その他のシステム上の構成は同じ
であり、その説明は省略する。
【００５７】本発明に係わる排気浄化装置の作動を図８
に示すフローチャートに基づいて説明する。 Step400 …エンジン回転数センサ１３、アクセル開度セ
ンサ１４、差圧センサ１６、及び温度センサ１８の各出
力から、エンジン回転数ＮＥ、アクセル開度、トラップ
フィルタ１１の前後差圧、及びトラップフィルタ１１に
流入する排気の温度Ｔａを読み込む。
【００５８】Step401 （本発明の後噴射要否判定手段）
…Step400 で読み込んだセンサ出力から後噴射を実施す
るか否かを判定する（具体的な判定方法は第１の実施形
態Step101 を参照）。ここで、「後噴射必要」と判定さ
れた時はStep402 へ進み、「後噴射必要無し」と判定さ
れた時はStep406 へ進む。 Step402 （本発明の後噴射手段）…後噴射を実行する。
後噴射の時期及び噴射量は、エンジン１の運転条件に基
づいて決定され、予めＥＣＵ１２に記憶されている。
【００５９】Step403 …Step400 で読み込んだエンジン
１の運転条件を基に、排気温度Ｔｔを算出する。エンジ
ン１の運転条件と排気温度との相関は、予めＥＣＵ１２
に記憶されている。 Step404 （本発明の排気温度比較手段）…Step400 で読
み込んだ実際の排気温度ＴａがStep403 で算出した排気
温度Ｔｔより高いか否かを判定する。ここで、Ｔａ≦Ｔ
ｔと判定された時はStep405 へ進み、Ｔａ＞Ｔｔと判定
された時はStep406 へ進む。
【００６０】Step405 …排気酸素濃度を減少補正するた
めの補正量を算出する。すなわち、後噴射実施中にも係
わらず、Ｔａ≦Ｔｔであれば、後噴射燃料がシリンダ内
で燃焼していないため、後噴射燃料が酸素濃度センサ１
７まで到達し、センサ部で燃焼する。その際に酸素が消
費されるため、本来検出すべき（シリンダ内の燃焼の結
果残った）酸素濃度が酸素濃度センサ１７で検出できな
くなる。
【００６１】これを回避するために、未燃燃料が酸素濃
度センサ１７へ到達する場合には、センサ部で消費され
る酸素量の分だけ、ＥＧＲ量制御の目標となる排気酸素
濃度を減少補正する。ここでは、その補正量を算出す
る。なお、補正量を算出する際に、例えばＴａとＴｔと
の差に応じて変更し、差が小さいほど補正量を小さくす
ることで、より正確な補正が可能となる。
【００６２】Step406 …補正前の目標酸素濃度にStep40
5 で算出した補正量を加算して補正後の目標酸素濃度を
算出する。但し、Step401 の判定結果がＮＯの場合、及
びStep404 の判定結果がＮＯの場合は、補正前の目標酸
素濃度が設定される。補正前の目標酸素濃度はStep400
で読み込んだエンジン回転数ＮＥとアクセル開度を基に
算出される。これは、エンジン１の運転条件に基づき、
予めＥＣＵ１２に記憶されている。 Step407 …酸素濃度センサ１７の出力から排気中の酸素
濃度を読み込む。
【００６３】Step408 …排気酸素濃度の目標値（Step40
6 で算出した補正後の目標排気酸素濃度）と実際に検出
した値（Step407 で読み込んだ酸素濃度）とを比較し、
両者のずれが所定値（例えば０．２％）より小さいか否
かを判定する。ここで、両者のずれが所定値以上の時は
Step409 へ進み、両者のずれが所定値より小さい時は、
本ルーチンを終了する。 Step409 …ＥＧＲ量を調整して再びStep407 へ戻る。
【００６４】本実施形態では、実際の排気温度Ｔａとエ
ンジン１の運転条件を基に算出した排気温度Ｔｔとを比
較して、後噴射燃料がシリンダ内で燃焼するか否かを判
定しているので、後噴射燃料がシリンダ内で燃焼したか
否かをより正確に判定することが可能である。なお、本
実施形態では、第２の実施形態と同様に、目標酸素濃度
を補正する場合を例にとって説明したが、第３の実施形
態と同様に酸素濃度センサ１７の出力を補正しても良
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わるＥＣＵの処理手順を示
すフローチャートである。
【図２】排気浄化装置の全体構成図である（第１の実施
形態）。
【図３】酸素濃度センサの構造を示す模式図である。
【図４】排気酸素濃度の目標値に対しＥＧＲ量をフィー
ドバック制御した場合のＥＧＲ量とエミッション及び燃
費との関係を示すグラフである。
【図５】第２の実施形態に係わるＥＣＵの処理手順を示
すフローチャートである。
【図６】第３の実施形態に係わるＥＣＵの処理手順を示
すフローチャートである。
【図７】排気浄化装置の全体構成図である（第４の実施
形態）。
【図８】第４の実施形態に係わるＥＣＵの処理手順を示
すフローチャートである。
【図９】燃料噴射とシリンダ内の平均温度との相関を示
すグラフである。
【図１０】排気中の実際の酸素濃度とセンサ出力とを比
較したグラフである。
【符号の説明】
１ ディーゼルエンジン（内燃機関） ６ 排気還流管（排気還流手段） ７ ＥＧＲ量制御弁（排気還流手段） ９ 吸気絞り弁（排気還流手段） １１ トラップフィルタ（排気浄化手段） １２ ＥＣＵ（排気還流量調整手段） １３ エンジン回転数センサ（運転状態検出手段） １４ アクセル開度センサ（運転状態検出手段） １７ 酸素濃度センサ（酸素濃度検出手段） １８ 温度センサ（排気温度検出手段）
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０１Ｎ 3/20 Ｆ０１Ｎ 3/20 Ｄ ３Ｇ３０１ 3/24 3/24 Ｅ Ｒ Ｓ Ｆ０２Ｄ 35/00 ３６８ Ｆ０２Ｄ 35/00 ３６８Ｃ 41/02 ３３０ 41/02 ３３０Ｅ 41/38 41/38 Ｂ 41/40 41/40 Ｄ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｅ ３０１Ｈ ３０１Ｊ 45/00 ３２４ 45/00 ３２４ ３６８ ３６８Ｆ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｄ ５７０Ｊ (72)発明者 関口 清則 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 藤田 達也 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 3G062 AA01 BA05 CA00 DA00 ED08 FA05 GA02 GA04 GA06 GA17 GA22 3G084 AA01 BA13 BA15 BA20 DA02 DA10 EA11 EB16 EC01 FA07 FA10 FA13 FA21 FA22 FA27 FA29 FA33 3G090 AA03 BA01 CA01 CA05 DA04 DA10 DA12 DA18 DA20 EA05 EA06 3G091 AA02 AA10 AA11 AB02 AB13 BA00 BA03 BA04 BA07 BA14 BA15 BA19 BA38 CA13 CB02 CB03 DA01 DA02 DA08 DB10 DB11 DC01 DC03 EA00 EA01 EA07 EA17 EA31 EA32 EA34 FA02 FA04 FB02 FC02 FC04 FC07 GA06 GA20 GA24 GB01X GB05W GB06W GB07W GB10X GB13X GB17X HA14 HA36 HA37 HB03 HB05 HB06 3G092 AA02 AA17 AA18 BB01 BB06 BB13 EA04 EA08 EC03 FA17 FA18 FA24 HA01Z HA16X HB01Z HB02X HC01Z HC03Z HD01Z HD05X HD07X HD08Z HE01Z HF08Z 3G301 HA02 HA11 HA13 JA02 JA24 JA25 MA19 MA23 NA08 ND02 ND15 NE12 PA01Z PB03 PC00Z PC01Z PC05Z PD03A PD05Z PD11Z PD14Z PD15Z PE01Z PF03Z

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関の排気の一部を吸気中に戻す排気
    還流手段と、 前記内燃機関の排気管に設置された排気浄化手段と、 この排気浄化手段より上流の排気管に設置され、排気中
    の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、 この酸素濃度検出手段の出力に基づき、排気中の酸素濃
    度が目標値となるように排気還流量を調整する排気還流
    量調整手段と、 前記排気浄化手段を活性化させるために前記内燃機関の
    膨張行程で少量の燃料を後噴射する後噴射手段と、 この後噴射手段で後噴射する必要があるか否かを判定す
    る後噴射要否判定手段とを備えた内燃機関の排気浄化装
    置であって、 前記排気還流量調整手段は、前記後噴射要否判定手段で
    後噴射する必要有りと判定された場合に、前記酸素濃度
    検出手段の出力に基づく排気還流量の調整を中止するこ
    とを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  2. 【請求項２】請求項１に記載した内燃機関の排気浄化装
    置において、 前記排気還流量調整手段は、前記後噴射要否判定手段で
    後噴射を実施する必要有りと判定された場合には、オー
    プンループ制御にて排気還流量を調整することを特徴と
    する内燃機関の排気浄化装置。
  3. 【請求項３】内燃機関の排気の一部を吸気中に戻す排気
    還流手段と、 前記内燃機関の排気管に設置された排気浄化手段と、 この排気浄化手段より上流の排気管に設置され、排気中
    の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、 この酸素濃度検出手段で検出される排気酸素濃度が予め
    設定される目標値となるように排気還流量を調整する排
    気還流量調整手段と、 前記排気浄化手段を活性化させるために前記内燃機関の
    膨張行程で少量の燃料を後噴射する後噴射手段と、 この後噴射手段で噴射された後噴射燃料が前記内燃機関
    のシリンダ内で燃焼するか否かを推定または検出する後
    噴射燃焼判定手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置で
    あって、 前記排気還流量調整手段は、前記後噴射燃焼判定手段に
    て後噴射燃料が前記内燃機関のシリンダ内で燃焼しない
    と判定された場合に、前記排気酸素濃度の目標値を減少
    補正し、その補正後の目標値が得られるように排気還流
    量を調整することを特徴とする内燃機関の排気浄化装
    置。
  4. 【請求項４】内燃機関の排気の一部を吸気中に戻す排気
    還流手段と、 前記内燃機関の排気管に設置された排気浄化手段と、 この排気浄化手段より上流の排気管に設置され、排気中
    の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段と、 この酸素濃度検出手段で検出される排気酸素濃度が予め
    設定される目標値となるように排気還流量を調整する排
    気還流量調整手段と、 前記排気浄化手段を活性化させるために前記内燃機関の
    膨張行程で少量の燃料を後噴射する後噴射手段と、 この後噴射手段で噴射された後噴射燃料が前記内燃機関
    のシリンダ内で燃焼するか否かを推定または検出する後
    噴射燃焼判定手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置で
    あって、 前記排気還流量調整手段は、前記後噴射燃焼判定手段に
    て後噴射燃料が前記内燃機関のシリンダ内で燃焼しない
    と判定された場合に、前記酸素濃度検出手段の出力を増
    加補正し、その補正後の酸素濃度を用いて排気還流量を
    調整することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  5. 【請求項５】請求項３または４に記載した内燃機関の排
    気浄化装置において、 前記後噴射燃焼判定手段は、前記内燃機関の運転状態を
    検出する運転状態検出手段を備え、この運転状態検出手
    段の出力と後噴射の時期および噴射量を基に、後噴射燃
    料が燃焼するか否かを判定することを特徴とする内燃機
    関の排気浄化装置。
  6. 【請求項６】請求項３または４に記載した内燃機関の排
    気浄化装置において、 前記後噴射燃焼判定手段は、前記内燃機関の運転状態を
    検出する運転状態検出手段と、前記排気浄化手段の上流
    に設置されて排気温度を検出する排気温度検出手段と、
    前記運転状態検出手段の出力から求めた推定排気温度と
    前記排気温度検出手段で検出した検出排気温度とを比較
    する排気温度比較手段とを備え、この排気温度比較手段
    で求めた推定排気温度と検出排気温度との差が所定値よ
    り小さい場合に、後噴射燃料が燃焼していないと判定す
    ることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
  7. 【請求項７】請求項１〜６に記載した何れかの内燃機関
    の排気浄化装置において、 前記内燃機関は、排気還流量を大幅に増加し、あるいは
    機関出力発生のための主噴射の燃料噴射時期を遅角する
    ことで、前記内燃機関の燃料燃焼を緩慢にし、燃料燃焼
    時のシリンダ内温度をスモークの発生温度以下に低下す
    る燃料温度低下手段を備えることを特徴とする内燃機関
    の排気浄化装置。
  8. 【請求項８】請求項１〜７に記載した何れかの内燃機関
    の排気浄化装置において、 前記排気浄化手段に酸化性能を有する触媒を担持したこ
    とを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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