JP2002371874A

JP2002371874A - 内燃機関

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Publication number: JP2002371874A
Application number: JP2001177497A
Authority: JP
Inventors: Koji Yoshizaki; 康二吉▲崎▼; Shizuo Sasaki; 静夫佐々木; Nobuki Kobayashi; 暢樹小林; Yoshinobu Hashimoto; 佳宜橋本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-06-12
Filing date: 2001-06-12
Publication date: 2002-12-26
Anticipated expiration: 2021-06-12
Also published as: JP4320979B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低温燃焼時に、出力が低い状態から高い状態
に変わる際に、ＥＧＲガス流路に設けた酸化触媒におい
て、蓄積したＳＯＦが一気に燃焼することによって、燃
焼反応が不安定となるのを防止する。【解決手段】アイドル運転を継続すると、ディーゼル
エンジン１０では、ＥＧＲ触媒６６が降温してＳＯＦが
蓄積する。アイドル運転が所定時間以上続き、ＳＯＦの
蓄積が予想されるときには、アイドル運転後に定常運転
を行なう際に、低温燃焼に先立って通常燃焼を行なう。
低温燃焼を行なってＳＯＦが触媒上で燃焼しＥＧＲガス
が昇温すると、排気Ａ／Ｆがややリッチ側になり、燃焼
反応の不安定化が引き起こされる。通常燃焼は排気Ａ／
Ｆが薄く、ＳＯＦが燃焼してＥＧＲガスが昇温しても、
燃焼反応に対する影響が少ない。ＳＯＦが燃焼する間、
通常燃焼を行なうことで、その後に低温燃焼を行なった
ときに、ＥＧＲガスが望ましくない程度に昇温するのを
防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関、例えばディーゼル機関におい
て、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の発生を抑え、大気汚染を
防止するための技術として、燃焼室から排出される燃焼
排ガスを吸気側に多量に環流させる方法（exhaust gas
recirculation,ＥＧＲ）が知られている。燃焼排ガスを
環流させると（以下、環流させる燃焼排ガスをＥＧＲガ
スと呼ぶ）、燃焼時の温度が低下して、ＮＯｘの発生を
抑制することができる。

【０００３】また、ＥＧＲを行なう際に、吸気側に環流
させるＥＧＲガス量を変化させると、燃焼によって発生
する煤の量は、ＥＧＲガス量が所定の値となるときにピ
ークを示す。煤の発生量がピークとなるＥＧＲガス量よ
りも多くのＥＧＲガスを環流させると、多量のＥＧＲガ
スによって燃焼室内の燃焼温度が低下する効果によっ
て、ＮＯｘの発生と共に煤の発生を抑制することができ
る。このように、煤の発生量がピークとなるＥＧＲガス
量よりも多くのＥＧＲガスを環流させたときに進行する
燃焼反応を、以下、低温燃焼と呼ぶ。これに対して、煤
の発生量がピークとなるＥＧＲガス量よりもＥＧＲガス
量が少ないときに進行する燃焼反応を、以下、通常燃焼
と呼ぶ。

【０００４】低温燃焼を行なう際に、燃焼温度を低下さ
せることで煤の発生を抑える効果をより向上させるため
に、吸気側に環流させるのに先立ってＥＧＲガスを冷却
するＥＧＲガス冷却部を設ける構成が知られている。ま
た、このようにＥＧＲガスの冷却を行なう場合に、ＥＧ
Ｒガス冷却部の上流側に、ＥＧＲガス中に含有されるＳ
ＯＦ（Soluble Organic Fraction）等の粒子状物質（Ｐ
Ｍ）を除去するための酸化触媒をさらに設ける構成が知
られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記酸化触媒は、触媒
床温が充分に昇温しているときに良好に働くことができ
る。一般に、低温燃焼を行なう場合には、通常燃焼の場
合に比べて燃焼排ガスの温度が高くなり、低温燃焼を継
続している間、通常は、酸化触媒を良好に動作させるこ
とができる。しかしながら、低温燃焼を行なう場合で
も、上記ディーゼル機関が出力する動力が小さいほど燃
焼排ガス温度は低下する。そのため、例えば、上記ディ
ーゼル機関を搭載する車両においてアイドル運転を継続
した場合のように、出力する動力が小さい状態が続く
と、酸化触媒に供給される燃焼排ガス温度に比して酸化
触媒における放熱量が多くなり、酸化触媒が次第に降温
する。酸化触媒が、充分な酸化活性を示さない温度にま
で降温すると、この酸化触媒表面には、燃焼排ガス中の
ＳＯＦが蓄積されるようになる。

【０００６】このように出力する動力が小さい状態が継
続した後、出力すべき動力を増加する要求があり、この
増加した要求動力に応じた動力を低温燃焼によって発生
する場合には、再び燃焼排ガスの温度が上昇し、これに
よって酸化触媒も昇温する。ここで、酸化触媒が昇温し
始めたときに酸化触媒上に多量のＳＯＦが蓄積している
と、蓄積したＳＯＦが昇温に伴って一気に酸化（燃焼）
して、ＥＧＲガス温度が急激に上昇するおそれがある。
このようなＥＧＲガス温の急上昇は、低温燃焼の制御に
おいて、空燃比がリッチ側にずれるという現象を引き起
こす可能性がある。

【０００７】本発明は、上述した従来の課題を解決する
ためになされたものであり、低温燃焼時に、出力する動
力が小さい状態からより大きい状態に変わる際に、ＥＧ
Ｒガスの流路に設けた酸化触媒において、蓄積したＳＯ
Ｆが一気に燃焼することで、空燃比の制御目標値と実際
の空燃比の値がずれて、燃焼反応が不安定となるのを防
止する技術を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記目的を達成するために、本発明の第１の内燃機関は、
燃焼室内に対し、燃焼室から排出された燃焼排ガスを不
活性ガスとして供給可能であり、前記燃焼室に供給する
不活性ガス量を増減させたときに、該不活性ガス量が所
定の値になると、燃焼反応に伴う煤の発生量がピークを
示す内燃機関であって、酸化機能を有する触媒を有し、
前記不活性ガスを前記燃焼室に供給するのに先立って、
前記不活性ガス中に含まれる粒子状物質の少なくとも一
部を前記触媒によって前記不活性ガスから除去する不活
性ガス浄化部と、前記内燃機関に対する要求動力の大き
さに従って、前記燃焼室内で進行する燃焼反応を制御す
る制御部とを備え、前記燃焼室内で進行する前記燃焼反
応には、少なくとも、前記煤の発生量がピークとなると
きの前記不活性ガス量よりも少ない量の不活性ガスを前
記燃焼室に供給する第１の燃焼モードと、前記煤の発生
量がピークとなるときの前記不活性ガス量よりも多くの
量の不活性ガスを前記燃焼室に供給する第２の燃焼モー
ドとがあり、前記内燃機関の運転状態は、前記内燃機関
に対して第１の要求動力が要求されており、前記触媒に
おいて前記粒子状物質の蓄積を促進させる第１の運転状
態と、前記第１の要求動力よりも大きな第２の要求動力
が前記内燃機関に要求されており、前記第１の燃焼モー
ドと第２の燃焼モードを用いることが許容されていると
共に、前記第２の燃焼モードを用いるならば前記触媒に
蓄積されていた前記粒子状物質の燃焼を促進させること
になる第２の運転状態とを含み、前記制御部は、前記第
１の運転状態が継続した後において、前記第２の運転状
態に達したときに、所定の条件下において、前記第２の
燃焼モードに先立って前記第１の燃焼モードを所定の時
間用いるように前記燃焼室での燃焼反応を制御すること
を要旨とする。

【０００９】以上のように構成された本発明の第１の内
燃機関は、第１の要求動力が要求される第１の運転状態
では、酸化機能を有して不活性ガス浄化部に備えられる
触媒において、粒子状物質の蓄積が促進される。第１の
運転状態が継続した後において、第１の要求動力よりも
大きな第２の要求動力が前記内燃機関に要求される第２
の運転状態に達すると、触媒上に粒子状物質が蓄積して
いる場合には、この粒子状物質が触媒上で燃焼する。こ
れによって、燃焼室に供給される不活性ガスの温度が上
昇する。このとき、所定の条件下において、第２の燃焼
モードに先立って第１の燃焼モードを所定の時間用い
る。

【００１０】これによって、燃焼室から排出される燃焼
排ガスの温度がより低く抑えられて、燃焼室に供給され
る不活性ガスの昇温が抑えられる。したがって、触媒上
に蓄積した粒子状物質が燃焼する場合に、燃焼室に供給
される不活性ガスの温度が上昇しすぎることに起因し
て、燃焼反応が不安定となるのを防止することができ
る。

【００１１】本発明の第１の内燃機関において、前記制
御部は、前記運転状態が前記第１の運転状態であったと
きに前記不活性ガスから取り除かれて前記触媒上に蓄積
した前記粒子状物質の量を反映する情報を生成し、前記
第１の運転状態が継続した後において前記第２の運転状
態に達すると、前記生成した情報に基づいて、前記第２
の燃焼モードに先立って前記第１の燃焼モードを用いる
かどうかを決定する燃焼モード決定部を備え、前記燃焼
モード決定部の決定に従って、前記燃焼室での燃焼反応
を制御することとしても良い。

【００１２】このような構成とすれば、不活性ガスが望
ましくない程度に昇温するおそれがあると予想される程
度に粒子状物質が触媒上に蓄積している場合には、第２
の燃焼モードに先立って前記第１の燃焼モードを用いる
制御が行なわれる。したがって、触媒上に実際に蓄積さ
れている粒子状物質の量に基づいて、必要に応じて無駄
なく制御を行なうことができる。

【００１３】このような本発明の第１の内燃機関におい
て、前記粒子状物質の量を反映する情報は、前記運転状
態が前記第１の運転状態であった時間に関する情報を含
むこととしても良い。

【００１４】本発明の第１の内燃機関において、前記燃
焼室における燃焼反応の状態を反映する値を検出する検
出部をさらに備え、前記制御部は、前記第１の運転状態
が継続した後において前記第２の運転状態に達して、前
記第２の燃焼モードによって前記第２の要求動力に対応
する動力を出力したときに、前記検出部の検出結果が許
容範囲を超えているときには、前記第２の燃焼モードに
代えて前記第１の燃焼モードを所定の時間用いるように
制御することとしても良い。

【００１５】このような構成とすれば、不活性ガスの温
度が上昇しすぎることに起因して、燃焼反応に実際に不
都合が生じたときに、第２の燃焼モードに代えて第１の
燃焼モードを所定の時間用いる制御が行なわれる。した
がって、燃焼反応に不都合が生じることで生じる問題が
拡大するのを抑制することができる。

【００１６】このような本発明の第１の内燃機関におい
て、前記検出部は、前記燃焼室に取り込まれる吸入空気
量を検出する流量センサであり、前記制御部は、前記流
量センサの検出結果が、空燃比が制御目標値に比べてリ
ッチとなっていることを示すときには、前記検出結果が
許容範囲を超えていると判断することとしても良い。

【００１７】不活性ガスの温度が上昇すると、空燃比は
リッチ側にずれるという性質を示す。したがって、吸入
空気量に基づいて、空燃比が制御目標値に比べてリッチ
となっているかどうかを検知することで、燃焼反応に不
都合が生じているかどうかを判断することができる。

【００１８】また、本発明の第１の内燃機関において、
前記検出部は、前記燃焼室における燃焼圧を検出する燃
焼圧センサであり、前記制御部は、前記燃焼圧センサの
検出結果が、燃料噴射時期が遅角していることを示すと
きには、前記検出結果が許容範囲を超えていると判断す
ることとしても良い。

【００１９】不活性ガスの温度が上昇すると、燃料噴射
時期が遅角するという性質を示す。また、燃焼圧を所定
の時間（例えば１サイクル分）検出することで、燃料噴
射時期が遅角あるいは進角しているかどうかを判断する
ことができる。したがって、燃焼圧に基づいて、燃料噴
射時期が遅角しているかどうかを検知することで、燃焼
反応に不都合が生じているかどうかを判断することがで
きる。

【００２０】本発明の第１の内燃機関において、前記制
御部は、前記運転状態が前記第１の運転状態であったと
きに前記不活性ガスから取り除かれて前記触媒上に蓄積
した前記粒子状物質の量を反映する情報を生成し、前記
生成した情報に基づいて、前記第２の燃焼モードに先立
って前記第１の燃焼モードを用いるべき時間を決定する
時間決定部を備え、前記第１の運転状態が継続した後に
おいて前記第２の運転状態に達すると、前記時間決定部
が決定した時間、前記第２の燃焼モードに先立って第１
の燃焼モードを用いるように制御することとしても良
い。

【００２１】このような構成とすれば、蓄積した粒子状
物質が燃焼することに起因して不都合が生じるおそれが
ある間、不活性ガスの温度の上昇を抑える制御を行なう
ことができる。

【００２２】このような本発明の第１の内燃機関におい
て、前記粒子状物質の量を反映する情報は、前記運転状
態が前記第１の運転状態であった時間に関する情報を含
むこととしても良い。

【００２３】また、このような本発明の第１の内燃機関
において、前記触媒の劣化状態を推定する劣化状態推定
部をさらに備え、前記時間決定部は、前記粒子状物質の
量を反映する情報に加えて、前記劣化状態推定部におけ
る推定結果に基づいて、前記第２の燃焼モードに先立っ
て前記第１の燃焼モードを用いるべき時間を決定するこ
ととしても良い。

【００２４】このような構成とすれば、不必要に長時間
にわたって、第２の燃焼モードに先立って第１の燃焼モ
ードを用いる制御を行なうことがない。

【００２５】さらに、このような内燃機関において、前
記触媒の劣化状態を修復する劣化修復部をさらに備え、
前記劣化状態推定部は、前記劣化修復部による修復状態
を考慮して、前記触媒の劣化状態を推定することとして
も良い。

【００２６】このような構成とすれば、第２の燃焼モー
ドに先立って第１の燃焼モードを用いる時間が不足する
のを防止することができる。

【００２７】本発明の第１の内燃機関において、前記燃
焼室における燃焼反応の状態を反映する値を検出する検
出部をさらに備え、前記制御部は、前記第１の運転状態
が継続した後において前記第２の運転状態に達して、前
記第２の燃焼モードに先立って前記第１の燃焼モードを
用いるときに、前記検出部の検出結果が許容範囲内にな
ったと判断されるときには、前記第１の燃焼モードから
前記第２の燃焼モードに移行するよう制御することとし
ても良い。

【００２８】このような構成とすれば、不必要に長時間
にわたって、第２の燃焼モードに先立って第１の燃焼モ
ードを用いる制御を行なうことがない。

【００２９】このような本発明の第１の内燃機関におい
て、前記検出部は、前記燃焼室に取り込まれる吸入空気
量を検出する流量センサであり、前記制御部は、前記流
量センサの検出結果に基づいて、空燃比が制御目標値に
比べてリッチな状態から、前記制御目標値に充分に近づ
いたと判断されるときに、前記第１の燃焼モードから前
記第２の燃焼モードに移行するように制御することとし
ても良い。

【００３０】また、本発明の第１の内燃機関において、
前記検出部は、前記燃焼室における燃焼圧を検出する燃
焼圧センサであり、前記制御部は、前記燃焼圧センサの
検出結果に基づいて、燃料噴射時期が遅角している状態
から、所望の時期に充分に近づいたと判断されるとき
に、前記第１の燃焼モードから前記第２の燃焼モードに
移行するように制御することとしても良い。

【００３１】上記した本発明の第１の内燃機関におい
て、前記制御部は、前記第１の運転状態が継続した後に
おいて、前記燃焼排ガス温度が前記不活性ガス浄化部の
昇温を引き起こす温度となる第３の運転状態を経由し
て、前記第２の運転状態に達したときに、前記第２の要
求動力に応じた動力を発生するために、前記第２の燃焼
モードに先立って前記第１の燃焼モードを所定の時間用
いるように制御することとしても良い。

【００３２】本発明の第２の内燃機関は、燃焼室内に対
し、燃焼室から排出された燃焼排ガスを不活性ガスとし
て供給可能であり、前記燃焼室に供給する不活性ガス量
を増減させたときに、該不活性ガス量が所定の値になる
と、燃焼反応に伴う煤の発生量がピークを示す内燃機関
であって、酸化機能を有する触媒を有し、前記不活性ガ
スを前記燃焼室に供給するのに先立って、前記不活性ガ
ス中に含まれる粒子状物質の少なくとも一部を前記触媒
によって前記不活性ガスから除去する不活性ガス浄化部
と、前記内燃機関に対する要求動力の大きさに従って、
前記燃焼室内で進行する燃焼反応を制御する制御部と、
前記燃焼室における燃焼反応の状態を反映する値を検出
する検出部とを備え、前記制御部は、前記燃焼室内にお
いて、前記煤の発生量がピークとなるときの前記不活性
ガス量よりも多くの量の不活性ガスを前記燃焼室に供給
する燃焼モードを用いているときに、前記検出部の検出
結果が許容範囲を超えていると判断されるときには、前
記検出結果が許容範囲内となるように前記燃焼反応の条
件を制御することを要旨とする。

【００３３】このような構成とすれば、触媒上に粒子状
物質が蓄積し、これが燃焼することで燃焼排ガスの温度
が望ましくない程度に上昇しても、このことに起因して
燃焼反応の状態に関する検出結果が許容範囲を超えると
きには、検出結果が許容範囲内となるように燃焼反応の
条件が制御される。したがって、燃焼反応の温度が望ま
しくない程度に上昇するときにも、安定した燃焼反応を
確保することができる。

【００３４】このような本発明の第２の内燃機関におい
て、前記検出部は、前記燃焼室に取り込まれる吸入空気
量を検出する流量センサであり、前記制御部は、前記流
量センサの検出結果が、空燃比が制御目標値に比べてリ
ッチとなっていることを示すときには、前記検出結果が
許容範囲を超えていると判断することとしても良い。

【００３５】また、本発明の第２の内燃機関において、
前記検出部は、前記燃焼室における燃焼圧を検出する燃
焼圧センサであり、前記制御部は、前記燃焼圧センサの
検出結果が、燃料噴射時期が遅角していることを示すと
きには、前記検出結果が許容範囲を超えていると判断す
ることとしても良い。

【００３６】上記した本発明の第２の内燃機関におい
て、前記制御部は、前記検出結果を許容範囲内にするた
めに、前記燃焼室に供給する前記不活性ガス量を減少さ
せる制御を行なうこととしても良い。

【００３７】燃焼室に供給する不活性ガス量を減少させ
ると、これによって燃焼室に取り込まれる吸入空気量が
増加する。したがって、燃焼排ガスの温度が望ましくな
い程度に上昇することで空燃比がリッチ側にずれたとき
に、これが修正されて、上記検出結果が許容範囲内に近
づく。このような制御は、例えば、燃焼室に供給する不
活性ガス量を調節するために、不活性ガスの流路に設け
られた弁の開度を、より小さくすることによって実現す
ることができる。

【００３８】また、本発明の第２の内燃機関において、
前記制御部は、前記検出結果を許容範囲内にするため
に、前記燃焼室に取り込まれる吸入空気量を増やす制御
を行なうこととしても良い。

【００３９】このような構成とすることで、燃焼排ガス
の温度が望ましくない程度に上昇することで空燃比がリ
ッチ側にずれたときに、これが修正されて、上記検出結
果が許容範囲内に近づく。このような制御は、例えば、
吸入空気量を調節するために、燃焼室に取り込まれる空
気の流路に設けられた絞りの開度を、より大きくするこ
とによって実現することができる。

【００４０】また、本発明の第２の内燃機関において、
前記制御部は、前記検出結果を許容範囲内にするため
に、前記燃料噴射時期を進角させる制御を行なうことと
しても良い。

【００４１】本発明の第１または第２の内燃機関におい
て、前記不活性ガス浄化部から排出された前記不活性ガ
スを、前記燃焼室に供給するのに先立って、所定の冷媒
との間で熱交換を行なうことによって冷却する冷却部を
さらに備えることとしても良い。

【００４２】本発明の移動体は、請求項１ないし２１い
ずれか記載の内燃機関を搭載し、該内燃機関を、駆動動
力源として用いることを要旨とする。

【００４３】このような構成とすれば、車両などの移動
体が所定の低負荷状態となって触媒上に粒子状物質が蓄
積しても、不活性ガスの温度が望ましくない程度にまで
上昇することに起因して内燃機関における燃焼反応が異
常となるのを防止することができ、移動体の運転に支障
を来たすのを抑えることができる。

【００４４】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を実施
例に基づいて以下の順序で説明する。Ａ．装置の全体構成：Ｂ．低温燃焼の概要：Ｃ．ＥＧＲの冷却とＥＧＲ触媒：Ｄ．ディレイ時間制御：Ｅ．第２実施例：Ｆ．第３実施例：Ｇ．変形例：

【００４５】Ａ．装置の全体構成：図１は、第１実施例
のディーゼルエンジン１０の概略構成を表わす説明図で
ある。ディーゼルエンジン１０は、いわゆる４気筒エン
ジンであり、＃１ないし＃４の４つの燃焼室を有してい
る。各燃焼室には吸気管１２を介して空気が供給され、
各燃焼室に設けられた燃料噴射弁１４から燃料が噴射さ
れると、燃焼室内で空気と燃料とが燃焼して、排気管１
６から排気ガスが排出される。なお、本実施例のディー
ゼルエンジン１０は、車両の駆動力を発生するために車
載されている。

【００４６】排気管１６の途中には、過給器２０が設け
られている。過給器２０は、排気管１６内に設けられた
タービン２１と、吸気管１２内に設けられたコンプレッ
サ２２と、両者をつなぐシャフト２３等から構成されて
いる。燃焼室から排出された燃焼排ガスが過給器２０の
タービン２１を回すと、シャフト２３を介してコンプレ
ッサ２２が回転し、空気を圧縮して各燃焼室内に供給す
る。コンプレッサ２２の上流側にはエアクリーナ（図示
せず）が設けられており、コンプレッサ２２はエアクリ
ーナを介して取り入れた空気を圧縮して各燃焼室に供給
する。また、コンプレッサ２２の下流側にはインターク
ーラ２４が設けられている。したがって、コンプレッサ
２２で圧縮することによって温度が上昇した空気は、イ
ンタークーラ２４で冷却した後に各燃焼室に供給するこ
とが可能となっている。

【００４７】タービン２１の下流側の排気管１６内に
は、メイン触媒４０が設けられている。メイン触媒４０
は、燃焼排ガス中に含まれる煤やＳＯＦ等の粒子状物質
と、ＮＯｘとの両方を除去可能な触媒であるＮＯｘ吸蔵
還元型触媒を備えている。メイン触媒４０は、ハニカム
構造を有しており、アルミナを主成分とする基材層上
に、貴金属触媒とＮＯｘ蓄積材とが高分散担持されてい
る。貴金属触媒としては、酸化活性を有するＰｔ系貴金
属が用いられる。ＮＯｘ蓄積材としては、本実施例では
バリウム（Ｂａ）を用いた。Ｂａ以外にも、アルカリ金
属（Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｃｓ、Ｒｂなど）、アルカリ土類
金属（Ｃａ、Ｓｒなど）、希土類（Ｌａ、Ｙ、Ｃｅな
ど）等から選択することができる。特に、Ｃａよりもイ
オン化傾向の高いアルカリ金属やアルカリ土類金属、す
なわちＫ、Ｌｉ、Ｃｓ、Ｒｂ、Ｂａ、Ｓｒを用いる構成
が好適である。

【００４８】ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、燃焼室で燃焼反
応が進行する際の空燃比が理論空燃比よりも薄い場合
（いわゆるリーンな場合）には、ＮＯｘを蓄積する。ま
た、上記空燃比が理論空燃比よりも濃い場合（いわゆる
リッチな場合）あるいは理論空燃比の場合（いわゆるス
トイキオの場合）には、蓄積したＮＯｘを放出する。こ
のような動作によって、燃焼排ガス中のＮＯｘを浄化す
る。また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、酸化触媒としての
活性も備えている。燃焼排ガス中の煤およびＳＯＦが上
記触媒上で酸化されることによって、燃焼排ガスが浄化
される。

【００４９】排気管１６と吸気管１２とは、ＥＧＲ流路
６０でつながっており、燃焼排ガスの一部を吸気管１２
内に導入可能となっている。ＥＧＲ流路６０に設けられ
たＥＧＲ弁６２の開度を調節することで、吸気管１２内
に導入する燃焼排ガス量を制御することができる。ＥＧ
Ｒ流路６０にはさらにＥＧＲクーラ６４が設けられてお
り、このＥＧＲクーラ６４によって、吸気管１２内に導
入するのに先立って燃焼排ガスの冷却を行なっている。

【００５０】また、ＥＧＲ流路６０において、ＥＧＲク
ーラ６４の上流側には、ＥＧＲ触媒６６が設けられてい
る。ＥＧＲ触媒６６は、酸化触媒を備えており、吸気管
１２内に導入される燃焼排ガス中のＳＯＦなどの粒子状
物質を酸化して除去する。すなわち、吸気管１２内に導
入する燃焼排ガスを浄化するために用いる。ＥＧＲ触媒
６６は、メイン触媒４０と同様に構成することができ
る。ここで、ＥＧＲ触媒６６は、主として設置空間上の
制約によって、メイン触媒４０に比べて小さく形成され
ている。また、ＥＧＲ触媒は、メイン触媒４０と同様に
ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を備えることとしても良いが、還
元反応を促進する活性は必ずしも必要ではなく、酸化反
応を促進する機能を有する触媒であれば良い。

【００５１】燃料ポンプ１８および燃料噴射弁１４は、
制御ユニット３０の制御の下で、適切な量の燃料を適切
なタイミングで燃焼室内に噴射する。

【００５２】制御ユニット３０は、エンジン回転数Ｎｅ
やアクセル開度θといったエンジンの運転条件を入力
し、運転条件に応じて燃料ポンプ１８や燃料噴射弁１
４、ＥＧＲ弁６２、あるいは吸気管１２内に設けられた
スロットル弁２８等を適切に制御する。これによって、
所望の燃焼反応を実現して、所望の出力を得ることがで
きる。また、燃料ポンプ１８が昇圧した燃料を各燃料噴
射弁１４に分配するコモンレール１９には、コモンレー
ル１９内の燃料の圧力を検出するための圧力センサ５０
が、吸気管１２内においてＥＧＲガスとの合流部よりも
上流側には、吸気量を検出するためのエアフロメータ５
２が、排気管１６内には、空燃比を検出するための空燃
比センサ７２が設けられている。制御ユニット３０は、
これらのセンサから入力した検出信号をさらに用いて、
上記制御を行なう。このとき、制御ユニット３０は、入
力したエンジンの運転条件に応じて、燃焼室で燃焼反応
が進行する際に用いる燃焼モードを決定する。本実施例
では、アイドル運転を行なった後には、上記燃焼モード
を決定する際に、通常とは異なる判断を行なう場合があ
る。このような燃焼モードの決定に関わる機能を実現す
るために、燃焼モード決定部３２が制御ユニット３０に
設けられている。

【００５３】Ｂ．低温燃焼の概要：（Ｂ−１）利用可能な燃焼モード：図２は、ＥＧＲ率
（エンジンの吸気中、燃焼排ガスの占める割合）を次第
に増加させていったときに、燃焼排ガス中のＮＯｘ濃
度、スモーク、ＣＯ（一酸化炭素）濃度、ＨＣ（未燃炭
化水素系化合物）濃度が変化する様子を概念的に示した
説明図である。スモークとは、排気ガス中の煤などの含
炭素浮遊微粒子の濃度を表す指標であり、スモークメー
タと呼ばれる専用の測定装置によって計測される。排気
ガスに煤などの含炭素浮遊微粒子が全く含まれていない
場合はスモークの値は「０」となり、微粒子の濃度が大
きくなるほどスモークの値は大きくなる。図示する例で
は、ＥＧＲ率が４０％を越えるあたりから、スモークの
値が増加し始めるが、更にＥＧＲ率を増加させていく
と、ＥＧＲ率が約６０％の付近を境にしてスモークがほ
とんど発生しなくなる。また、ＥＧＲ率を大きくするほ
どＮＯｘ濃度は減少することから、このように大きなＥ
ＧＲ率では、ＮＯｘの排出量もほとんど「０」（高々、
１０ｐｐｍ程度）となる。低温燃焼とは、ＥＧＲ率をこ
のように大きく設定して、スモークおよびＮＯｘ濃度を
削減する燃焼モードである。

【００５４】ここで、低温燃焼と空燃比との関係につい
て説明する。低温燃焼では、前述したように、大量の燃
焼排ガスを吸気中に還流させる。一回の吸気工程で燃焼
室内に供給される吸気量（吸入空気量と燃焼排ガスの還
流量との和）が一定とすれば、燃焼排ガスの還流量が多
くなるほど、空気の吸入量は減少する。ここで、燃焼排
ガス中の酸素濃度は空気の酸素濃度より低いから、燃焼
排ガスの還流量が増加するほど、すなわちＥＧＲ率が大
きくなるほど、燃焼排ガス中の酸素濃度が減少して、空
燃比がリッチ側に近づいていく。図２の上側には、ＥＧ
Ｒ率を増加させるに従って、空燃比がリーンからリッチ
側に近づいて行く様子が示されている。このように、低
温燃焼では燃焼排ガスを大量に還流させる結果、空燃比
が通常の燃焼モード（通常燃焼）に比べてリッチ側にシ
フトしている。

【００５５】ディーゼルエンジンの燃焼は、通常、燃料
に対して酸素が過剰に存在する条件下で行われる。すな
わち、空燃比はリーンになっている。ＥＧＲを行なう場
合にも、通常は、空燃比がリーンな状態で燃焼反応が行
なわれる。さらにＥＧＲガス量を増加させると、空燃比
が理論空燃比となる条件で燃焼を行なうことができる。
理論空燃比はストイキオと呼ばれることもある。空燃比
は厳密には燃料の組成にも依存するが、ストイキオの場
合には「１４．７〜１４．８」付近の値をとる。ストイ
キオよりもＥＧＲガス量をさらに増加させると、空燃比
がリッチとなる運転状態となる。

【００５６】図３は、ＥＧＲ率を変えて空燃比（Ａ／
Ｆ）を変化させたときに、燃焼排ガス中のスモーク、デ
ィーゼルエンジンの燃費、触媒床温、および触媒入りガ
ス温度が変化する様子を概念的に示した説明図である。
ここで、触媒床温および触媒入りガス温度とは、それぞ
れ、図１のメイン触媒４０における触媒床温と、この触
媒に流入する燃焼排ガス温度を表わす。図３に示すよう
に、低温燃焼には、理論空燃比よりもリーン側で行なう
リーン低温燃焼と、理論空燃比よりもリッチ側で行なう
リッチ低温燃焼とがある。

【００５７】リーン低温燃焼は、スモークを充分に抑え
ることができると共に、通常燃焼と比較しても充分に許
容できる程度に優れた燃費を示す。なお、リーン低温燃
焼を行なうときには、図２に示すように、通常燃焼に比
べて燃焼排ガス中のＨＣ濃度およびＣＯ濃度が高くな
る。しかしながら、低温燃焼では、通常燃焼に比べて、
燃焼排ガスがより少なく、燃焼排ガス温度がより高くな
る傾向にある。したがって、低温燃焼を行なうときに
は、触媒床温をより高く維持することができる（図３参
照）。このように触媒床温が高く保たれることにより、
燃焼排ガス中のＨＣ濃度およびＣ０濃度を容易に低減す
ることができる。このように、リーン低温燃焼は、上記
メイン触媒と組み合わせることにより、最終的に非常に
クリーンな排ガスを排出することができる優れた燃焼モ
ードということができる。

【００５８】低温燃焼は、上記したように、多量のＥＧ
Ｒガスを環流させて燃焼温度を低下させる燃焼モードで
ある。したがって、低温燃焼を採用可能となるのは、実
質的には低負荷時に限られることになる。すなわち、エ
ンジンをより高い負荷で運転するためには、当然、燃料
の噴射量と吸入する空気量とを増やしてやる必要があ
る。ここで、１回の吸気で燃焼室内に吸入する空気量
と、吸気側への排気ガスの還流量との合計値は、原則と
して変わらないから、空気量が増加すれば排気ガスの還
流量がその分だけ減少する。そのため、負荷が高いとき
には、ＥＧＲ率を低温燃焼が成立する程に高い値に維持
できないことになる。中高負荷時には、通常燃焼を行な
う。中高負荷時に通常燃焼を行なうことで発生するＮＯ
ｘは、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒であるメイン触媒によって
除去される。

【００５９】本実施例のディーゼルエンジン１０におい
て、リーン低温燃焼または通常燃焼が選択される様子を
図４に示す。本実施例のディーゼルエンジン１０では、
図４に示すように、エンジン運転条件が比較的低出力の
領域Ｒ１にある場合はリーン低温燃焼を行い、比較的高
出力の領域Ｒ２にある場合は通常燃焼を行う。より具体
的には、エンジン回転速度とエンジンの要求トルクとを
パラメータとして、制御の目標とする排気ガス空燃比を
設定したマップを、低温燃焼用のマップと、通常燃焼用
のマップとしてそれぞれ記憶しておき、排気管１６に装
着した空燃比センサ７２の検出する空燃比が目標空燃比
となるように制御するのである。参考として、低温燃焼
時に参照するマップを図５に、通常燃焼時に参照するマ
ップを図６にそれぞれ例示する。これらマップは、制御
ユニット３０のＲＯＭに記憶されている。

【００６０】なお、リッチ低温燃焼は、図３に示すよう
に燃費が悪化する燃焼モードであるため通常は用いない
が、図３に示すように触媒床温を上昇させることができ
るため、触媒の再生のためにごく短時間行なうなどの方
法で用いる。すなわち、通常燃焼を継続する場合には、
燃焼排ガス温度が低いために触媒床温が次第に降温し、
触媒活性が低下するおそれがあるが、このような場合に
短時間リッチ低温燃焼を行なって触媒床温を上昇させ、
触媒活性を回復させることができる。

【００６１】（Ｂ−２）制御の動作の概略：既述したよ
うに制御ユニット３０は、エンジン回転数Ｎｅやアクセ
ル開度θといった要求動力を反映するエンジンの運転条
件を入力し、運転条件に応じて燃料ポンプ１８や燃料噴
射弁１４、ＥＧＲ弁６２、あるいは吸気管１２内に設け
られたスロットル弁２８等を適切に制御する。このとき
制御ユニット３０は、入力された運転状態に応じて、図
４に示したように、低負荷時にはリーン低温燃焼を行な
い、中高負荷時には通常燃焼を行なうように制御する。
ここで、燃料噴射量は、要求動力に従って一義的に決定
され、燃料ポンプ１８および燃料噴射弁１４を制御する
ことによって所望の量の燃料が噴射される。また、図５
および図６に示したように、エンジンの運転条件に応じ
て、どのような空燃比でリーン低温燃焼あるいは通常燃
焼を行なうのかが定まる。この結果と、上記決定された
燃料噴射量とに基づいて、環流させるＥＧＲガス量およ
び新たに燃焼室内に取り込む空気量が決定される。これ
によって、ＥＧＲ弁６２および／またはＥＧＲ弁６２と
スロットル弁２８が制御される。また、このとき、燃料
噴射弁１４においては、上記燃料噴射量と共に燃料の噴
射時期が調節される。なお、スロットル弁２８は、図１
に示すように、吸気管１２において、新たに取り込んだ
空気とＥＧＲガスとの合流部の上流側に設けられる弁で
ある。低温燃焼を行なう際には、スロットル弁２８の閉
じ量を調節して、スロットル弁２８よりも下流側の吸気
管内圧を下げ、ＥＧＲガスが吸気管１２内に戻りやすく
することによって、ＥＧＲ率（空燃比）を制御してい
る。

【００６２】既述したように排気管１６には空燃比セン
サ７２が設けられているが、低温燃焼を行なう際には、
この空燃比センサ７２の検出結果に基づいて、フィード
バック制御を行なう。すなわち、空燃比センサ７２が検
出した実際の空燃比に基づいて、スロットル弁開度やＥ
ＧＲ弁開度、および燃料噴射量を調節して、所望の空燃
比が実現されるように制御を行なう。

【００６３】なお、本実施例における空燃比センサ７２
は、白金電極で挟持したジルコニアを備えている。ジル
コニアは固体電解質であり、一方の電極側に酸素分圧の
高い大気を接触させ、他方の電極側に酸素分圧の低い燃
焼排ガスを接触させると、ジルコニア中を大気側から燃
焼排ガス側に酸化物イオンが流れ、電極間に起電力が生
じる。空燃比センサ７２は、この起電力に基づいて空燃
比を検出するセンサである。なお、ジルコニアがこのよ
うな酸化物イオン導電性を示すためには、ジルコニアが
所定の温度以上に昇温している必要がある。したがっ
て、ディーゼルエンジン１０の起動時のように空燃比セ
ンサ７２が充分に暖機されていないときには、空燃比セ
ンサ７２の検出結果を用いた低温燃焼の制御を行なうこ
とができない。

【００６４】そこで本実施例のディーゼルエンジン１０
では、空燃比センサ７２の暖機が終了するまでは、低温
燃焼を行なう際には、空燃比センサ７２の検出結果を用
いない制御を行なう。この場合には、吸気量と燃料噴射
量とを測定することによって空燃比を算出し、この測定
値に基づいて求めた空燃比が所望の空燃比に近づくよう
に各部を制御する。吸気量としては、エアフロメータ５
２による検出値を用いる。また、燃料噴射量は、圧力セ
ンサ５０が検出したコモンレール１９内の燃料の圧力
と、燃料噴射弁１４に対する指令値（噴射時間）とに基
づいて算出する。そして、これらの吸気量と燃料噴射量
とから求められる空燃比に基づいて、スロットル弁２８
の開度やＥＧＲ弁６２の開度等を制御する。

【００６５】空燃比センサ７２の暖機終了は、空燃比セ
ンサ７２の内部抵抗を検出することによって知ることが
できる。暖機終了後は、この空燃比センサ７２の検出結
果を利用した上記フィードバック制御を行ない、空燃比
を調節する。

【００６６】なお、上記説明では、空燃比センサ７２の
暖機中には、圧力センサ５０が検出した燃料の圧力と、
燃料噴射弁１４に対する指令値とに基づいて燃料噴射量
を算出したが、異なる方法で燃料噴射量を求めることと
しても良い。例えば、燃料ポンプ１８を介してコモンレ
ール１９内に燃料を供給する流路において流量センサを
設け、この流量センサの検出値から燃料噴射量を求める
ことも可能である。

【００６７】Ｃ．ＥＧＲの冷却とＥＧＲ触媒：本実施例
のディーゼルエンジン１０では、ＥＧＲ流路６０にＥＧ
Ｒクーラ６４を設けて、吸気に環流させるのに先立って
ＥＧＲの冷却を行なっている。図７は、吸気に還流する
燃焼排ガスを冷却して、低温燃焼が成立する条件を調べ
た結果を概念的に示した説明図である。図中の曲線Ｃ
は、還流させる燃焼排ガスを冷却しない場合に、ＥＧＲ
率に対するスモークの発生量を示したものである。ま
た、図中の曲線Ｂおよび曲線Ａは、排気ガスを冷却した
場合のＥＧＲ率に対するスモークの発生量を示したもの
であり、曲線Ａは冷却器の能力限界まで排気ガスを冷却
した場合（排気ガス温度は約９０℃前後）を、曲線Ｂは
曲線Ａと曲線Ｃとのほぼ中間的な条件を示している。図
示するように、排気ガスを冷却すれば、それだけ、小さ
なＥＧＲ率から低温燃焼を成立させることができる。

【００６８】ＥＧＲクーラ６４の上流側に設けたＥＧＲ
触媒６６は、既述したように酸化触媒を備え、ＥＧＲガ
ス中のＳＯＦなどの粒子状物質を酸化して除去する。Ｅ
ＧＲクーラ６４は、ＥＧＲガスと所定の冷媒との間で熱
交換を行なわせる熱交換器として構成されており、ＥＧ
Ｒ触媒６６は、ＥＧＲクーラ６４内のＥＧＲガス流路
に、上記ＳＯＦなどが堆積してしまうのを防止するとい
う働きを有する。このＥＧＲ触媒６６も、メイン触媒４
０と同様に、低温燃焼を行なうことで温度がより高くな
った燃焼排ガスが供給されることによって、通常は充分
な触媒床温が維持される。

【００６９】しかしながら、低温燃焼を行なうときであ
っても、アイドル運転時のように非常に負荷が小さく、
燃焼排ガスが有する熱エネルギが少なくなる場合には、
燃焼排ガスから供給される熱量を触媒からの放熱量が上
回り、ＥＧＲ触媒６６の温度が次第に低下してしまう。
ここで、メイン触媒４０においても、燃焼排ガスが有す
る熱エネルギが少なくなる場合には、触媒床温が低下す
るおそれがある。しかしながら、燃焼排ガスを大気中に
放出するのに先立って浄化するメイン触媒４０は、通常
は充分な熱容量を有する程度に大きく構成されているた
め、アイドル運転を交えた運転を行なっても、触媒床温
が低下しすぎるおそれはほとんどない。これに対してＥ
ＧＲ触媒６６は、排気管と吸気管とを連結する流路中に
ＥＧＲクーラ６４と共に設けなければならないという主
として設置空間上の制約から、メイン触媒と同様に充分
な熱容量を有する程度に大きなものとすることは非常に
困難である。したがって、本実施例のディーゼルエンジ
ン１０においても、ＥＧＲ触媒６６は、エンジンの排気
量や最高出力、さらにそのときのＥＧＲ率などを考慮し
て、触媒活性を維持するために充分な範囲（例えば、空
間速度ＳＶが１０００００ｈｒ^-1以下となる状態を維持
できる範囲）で、できる限り小さなものを設置してい
る。このようにＥＧＲ触媒６６の大きさを設定すると、
燃焼排ガスが有する熱エネルギが少ないアイドル運転な
どの状態が継続する場合には、触媒床温が、充分な触媒
活性を示さない程度にまで次第に低下してしまう。ＥＧ
Ｒ触媒６６の温度が、充分な酸化活性を示さない程度に
まで低下すると、燃焼排ガス中のＨＣなどのＳＯＦを酸
化して除去することができなくなり、除去できなかった
ＳＯＦが触媒表面に次第に堆積する。

【００７０】アイドル運転を継続することによってＥＧ
Ｒ触媒６６の触媒表面にＳＯＦが堆積することによって
引き起こされる不都合としては、以下のようなことが考
えられる。ＥＧＲ触媒６６にＳＯＦが堆積した後に、デ
ィーゼルエンジン１０における負荷が増加すると、燃焼
排ガスが有する熱エネルギが増大し、触媒床温が上昇す
る。このように触媒床温が上昇すると、蓄積したＳＯＦ
が酸化される。このとき、多量のＳＯＦが蓄積していた
場合には、これらのＳＯＦが一気に燃焼して、ＥＧＲガ
スの温度が急激に上昇する。このように望ましくない程
度に温度の高いＥＧＲガスが環流されると、ディーゼル
エンジン１０では、空燃比の値が、制御目標値に比べて
リッチ側にずれるという現象が起こる。ＥＧＲを行なう
ときに空燃比がリッチ側にずれると、実際の燃焼状態が
制御目標の状態からはずれ、燃焼が不安定となりトルク
の低下などが引き起こされる。

【００７１】Ｄ．ディレイ時間制御：以下に、上記した
不都合を防ぐために本実施例のディーゼルエンジン１０
において実行される動作について説明する。図８は、本
実施例のディーゼルエンジン１０を搭載する車両におい
て、アイドル運転を行なったときに制御ユニット３０で
実行されるディレイ時間設定処理ルーチンを表わすフロ
ーチャートである。本ルーチンは、ディーゼルエンジン
１０がアイドル運転を開始すると実行される。なお、ア
イドル運転が開始されたことは、アクセル開度がゼロに
なることによって判断される。また、アイドル運転のよ
うな低負荷運転時には、本実施例のディーゼルエンジン
１０では、リーン低温燃焼が行なわれる。

【００７２】本ルーチンが開始されると、制御ユニット
３０のＣＰＵは、アイドル運転を行なう際の経過時間の
測定を開始する。すなわち、タイマをリセットして経過
時間を表わす変数ｔ_Aに値０を代入する（ステップＳ１
００）。その後、アイドル運転が解除されたかどうかの
判断を行ない（ステップＳ１１０）、アイドル運転が解
除されるまで待機する。ここで、アイドル運転が解除さ
れたかどうかの判断は、アクセル開度の変化を検出する
ことによって行なう。

【００７３】アイドル運転が解除されると、アイドル運
転を行なった時間ｔ_Aが、所定の基準時間Ｔ_A を超えた
かどうかを判断する（ステップＳ１２０）。ここで、基
準時間Ｔ_A とは、この時間を経過してアイドル運転を行
なうとＥＧＲ触媒６６において望ましくない程度にＳＯ
Ｆが蓄積してしまうおそれのある時間として、予め設定
して制御ユニット３０内に記憶しておいたものである。

【００７４】次に、エンジン回転数およびアクセル開度
を読み込むと共に、このエンジン回転数およびアクセル
開度（要求トルク）に基づいて、エンジンの運転条件
が、図４に示した領域Ｒ１にあるかどうかを判断する
（ステップＳ１３０）。

【００７５】車両が停止した状態で、アイドル運転を終
了して発進しようとアクセルを踏んだときには、通常
は、少なくとも数秒間は高負荷状態となる。このような
発進時に対応する高負荷状態のときには、ステップＳ１
３０においては、運転状態が領域Ｒ１にない、すなわち
通常燃焼を行なうべき領域Ｒ２にあると判断される。こ
のような場合には、タイマをリセットして、経過時間を
表わす変数ｔ_Bに値０を代入し、アイドル運転の後に通
常燃焼が行なわれる際の経過時間ｔ_Bの測定を開始する
（ステップＳ１８０）。これと共に、エンジンの運転条
件に従って通常燃焼を行なうと共に、エンジンの運転条
件が領域Ｒ１、すなわちリーン低温燃焼を行なうべき条
件になるまで待機する（ステップＳ１９０）。

【００７６】アイドル運転の終了後にアクセルを踏んで
発進し、その後に定常走行、すなわち低負荷走行を行な
うと、エンジンの運転条件は領域Ｒ１内になる。このよ
うに、ステップＳ１９０において、エンジンの運転条件
が領域が領域Ｒ１内となったと判断された場合には、通
常燃焼が行なわれた経過時間ｔ_Bが、所定の基準時間Ｔ
_Bを超えたかどうかを判断する（ステップＳ２００）。
ここで、基準時間Ｔ_Bとは、ＥＧＲ触媒６６に蓄積され
たＳＯＦを燃焼させるに充分な時間として、予め設定し
て制御ユニット３０内に記憶しておいたものである。

【００７７】ステップＳ２００において、通常燃焼が行
なわれた経過時間ｔ_Bが所定の基準時間Ｔ_Bよりも短い
と判断されたときには、本実施例では、エンジンの運転
条件がＲ１にあるにも関わらず、リーン低温燃焼を禁止
して通常燃焼を行なう。このようにして通常燃焼を行な
う時間ｔ_Cは、アイドル運転を行なった時間ｔ_Aに基づ
いて決定する。ステップＳ１４０では、アイドル運転を
行なった時間ｔ_Aに基づいて、通常燃焼を行なうべき基
準時間Ｔ_Cを決定すると共に、タイマをリセットして経
過時間を表わす変数ｔ_Cに値０を代入する。また、ステ
ップＳ１５０において、通常燃焼を用いる制御を開始す
る。ステップ１５０では、エンジンの運転条件がＲ１に
あっても、図５に示したマップに代えて図６に示したマ
ップを用いて通常燃焼を行なう。

【００７８】ステップＳ１５０による通常燃焼を行なう
時間ｔ_Cが、上記通常燃焼を行なうべき基準時間Ｔ_Cを
超えるまでは、このような制御状態を維持する（ステッ
プＳ１６０）。このように通常燃焼を行なう間に、ＥＧ
Ｒ触媒６６では、蓄積したＳＯＦが燃焼する。

【００７９】ステップＳ１６０において、通常燃焼を行
なった時間ｔ_Cがこの基準時間Ｔ_Cを超えたと判断され
ると、リーン低温燃焼に代えて通常燃焼を行なう制御状
態を解除して（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了
する。なお、本ルーチンを終了すると、以後の制御で
は、エンジンの運転条件に応じて、図４に示した領域に
基づいて、リーン低温燃焼あるいは通常燃焼が選択され
る。

【００８０】アイドル運転を行なった後、アクセルを踏
み込んで発進し、その後に定常走行を行なうような場合
に、上記したステップＳ１４０においてＴ_Cを設定する
動作は、高負荷な発進時に通常燃焼を行なう状態から、
低負荷となって低温燃焼に移行する際の、ディレイ時間
を設定する動作ということができる。

【００８１】上記ステップＳ２００において、通常燃焼
が行なわれた経過時間ｔ_Bが所定の基準時間Ｔ_Bよりも
長いと判断されたときには、そのまま本ルーチンを終了
する。このような判断がされる状況としては、例えば、
発進後に車両が長い坂道を上る状況などを想定すること
ができる。このように、所定の基準時間Ｔ_Bよりも長い
時間にわたって通常燃焼が行なわれると、ＥＧＲ触媒６
６に蓄積されたＳＯＦは、低温燃焼が行なわれる場合に
比べて温度が低い燃焼排ガスを供給されつつ、燃焼して
しまう。そのため、その後にエンジンの運転条件が領域
Ｒ１となってリーン低温燃焼を行ったとしても不都合が
生じることはない。

【００８２】ステップＳ１２０において、アイドル運転
を行なった時間ｔ_Aが所定の基準時間Ｔ_A を超えている
と判断され、ステップＳ１３０において、エンジンの運
転条件が、図４に示した領域Ｒ１にあると判断された場
合には、既述したステップＳ１４０以降の処理を実行す
る。このような動作によって、アイドル運転時にＥＧＲ
触媒状に蓄積したＳＯＦは、低温燃焼が行なわれる場合
に比べて温度が低い燃焼排ガスを供給されつつ燃焼す
る。

【００８３】ステップＳ１２０において、アイドル運転
を行なった時間ｔ_Aが所定の基準時間Ｔ_A よりも短いと
判断した場合には、そのまま本ルーチンを終了する。こ
のような場合には、アイドル運転の時間が短いために、
ＥＧＲ触媒６６におけるＳＯＦの蓄積量が充分に少ない
と判断され、リーン低温燃焼を禁止することなく、図４
に示した領域に基づいて通常の制御が行なわれる。

【００８４】なお、ステップＳ１８０ないしステップＳ
２００を経由した後に、ステップＳ１４０以降の工程を
実行する場合には、ステップＳ１４０において通常燃焼
を行なうべき基準時間Ｔ_Cを決定するときに、それ以前
に通常燃焼を行なった時間である経過時間ｔ_Bを考慮す
ることとしても良い。

【００８５】以上のように構成された本実施例のディー
ゼルエンジン１０によれば、アイドル運転を長く続ける
ことによってＥＧＲ触媒６６にＳＯＦが蓄積された場合
には、車両が発進してエンジンの運転条件がリーン低温
燃焼を行なうべき条件となっても、リーン低温燃焼を行
なうことなく通常燃焼を行なう。したがって、蓄積した
ＳＯＦが一気に燃焼することでＥＧＲガスが望ましくな
い程度にまで昇温し、既述した不都合が生じるのを防止
することができる。

【００８６】アイドル運転の状態から発進すると、発進
時に負荷が急激に増大することにより、燃焼排ガス中の
熱エネルギが増大し、ＥＧＲ触媒６６が充分な活性を示
す温度にまで昇温する。これによって、ＥＧＲ触媒６６
に蓄積されたＳＯＦが燃焼を始める。図３に示したよう
に、低温燃焼は、通常燃焼に比べて燃焼排ガス温度が高
く、触媒床温を上昇させることができる燃焼モードであ
る。図３では、メイン触媒４０について説明したが、Ｅ
ＧＲ触媒６６においても同様の傾向を示す。むしろ、既
述したようにＥＧＲ触媒６６がより小さいことから、燃
焼排ガスの温度やこれが有する熱エネルギ量の変化によ
って触媒床温が昇温あるいは降温する効果は、より顕著
に現われる。したがって、発進によってＳＯＦの燃焼が
始まったときに、定常走行（低負荷走行）のためにリー
ン低温燃焼を行なうと、ＥＧＲ触媒６６の触媒床温はさ
らに上昇してＳＯＦの燃焼反応が活発化し、ＥＧＲガス
もますます昇温する。これによって、空燃比がリッチ側
にずれる不都合が、さらに深刻化する。

【００８７】これに対して、本実施例のように発進後に
通常燃焼を行なうと、通常燃焼を行なうことはＥＧＲ触
媒６６の触媒床温を低下させる作用を有するため、ＥＧ
Ｒ触媒６６では、触媒床温の上昇が抑えられた状態でＳ
ＯＦの燃焼が進行することになる。したがって、空燃比
がリッチ側にずれるのを抑え、燃料噴射時期がずれるこ
とによる不都合を防止することができる。

【００８８】なお、本実施例では、エンジンの運転条件
が領域Ｒ１にあるときにも通常燃焼を行なうかどうか
（ディレイ時間を設けるかどうか）、あるいは、通常燃
焼を行なう時間（ディレイ時間）は、アイドル運転を行
なった時間に基づいて決定した。アイドル運転を行なっ
た時間は、ＥＧＲ触媒６６においてＳＯＦが蓄積した量
を反映する値と考えることができ、蓄積したＳＯＦ量を
反映する他の値に基づいて上記決定を行なうこともでき
る。例えば、アイドル運転を行なっている間にＥＧＲ触
媒６６に流入したＥＧＲガスの積算量や、アイドル運転
を行なったときの負荷（出力）の積算量に基づくことと
しても良い。

【００８９】また、上記第１実施例では、アイドル運転
を行なった時間に応じて、低温燃焼に代えて通常燃焼を
行なう時間を定めたが、アイドル運転を行なった時間に
関わらず、決まった時間だけ通常燃焼を行なう（一定の
ディレイ時間を設定する）こととしても良い。あるい
は、エンジンが所定の回転数だけ動作する間、低温燃焼
に代えて通常燃焼を行なうこととしても良い。

【００９０】さらに、上記第１実施例では、アイドル運
転を行なった時間に応じて、低温燃焼に代えて通常燃焼
を行なうかどうかを判断したが、アイドル運転を行なっ
た後は、アイドル運転を行なった時間に関わらずディレ
イ時間を設けることとしても良い。

【００９１】なお、低温燃焼に代えて通常燃焼を行なっ
た場合にも、触媒上でＳＯＦが燃焼することによってＥ
ＧＲガス温度がいくらか上昇し、これによって空燃比が
リッチ側にずれることが考えられる。しかしながら、通
常燃焼は低温燃焼に比べて燃料噴射時期のずれによる影
響がはるかに小さいため、低温燃焼を行なうときのよう
に燃焼状態が不安定になる不都合が生じるおそれはな
い。

【００９２】Ｅ．第１実施例の変形例１：第１実施例で
は、低温燃焼に代えて通常燃焼を行なう制御を行なう時
間を、アイドル運転を行なった時間に応じて決定した
が、その際、ＥＧＲ触媒６６の劣化状態をさらに考慮す
ることとしても良い。ＥＧＲ触媒６６の使用を続ける
と、次第にＥＧＲ触媒が劣化して触媒活性が低下してく
る。触媒活性が低下すると、ＳＯＦが蓄積した後に温度
が上昇した際、蓄積したＳＯＦが一気に燃焼する反応が
起こりにくくなる。したがって、触媒劣化が進んでいる
場合には、リーン低温燃焼に代えて通常燃焼を行なう時
間（ディレイ時間）がより短くて済む。

【００９３】ここで、ＥＧＲ触媒６６をＮＯｘ吸蔵還元
型触媒とした場合の触媒劣化について説明する。図９
は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の表面の様子を概念的に示し
た拡大図である。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の表面には、Ｂ
ａなどのＮＯｘ蓄積剤２０３と、白金Ｐｔなどの貴金属
触媒２０４が担持されている。貴金属触媒２０４は、粒
径が１μｍ以下の微粒子状で、ＮＯｘ蓄積剤２０３の上
に均一に分散して担持されている。

【００９４】図９（ａ）は、空燃比がリーン（燃焼排ガ
ス中で空気が過剰）となっている場合に、ＮＯｘ蓄積剤
２０３が燃焼排ガス中のＮＯｘを取り込む様子を概念的
に示した説明図である。ＮＯｘはほとんどが一酸化窒素
ＮＯの状態で含まれているので、図９ではＮＯｘを一酸
化窒素ＮＯとして表示している。一酸化窒素ＮＯは極性
分子であることから、燃焼排ガス中のＮＯは速やかに白
金Ｐｔ上に吸着する。Ｐｔは強い酸化活性を有している
ため、ＮＯはＰｔ上で燃焼排ガス中に含まれる酸素と反
応して硝酸イオンＮＯ3^-となり、硝酸塩の形でＮＯｘ蓄
積剤２０３に取り込まれる。このように、燃焼排ガス中
に酸素が過剰に存在している条件では、ＮＯがＰｔ上で
酸化され、ＮＯｘ蓄積剤２０３において硝酸塩の形で過
剰酸素とともに蓄えられる。

【００９５】図９（ｂ）は、空燃比がリッチあるいはス
トイキオとなっている場合に、ＮＯｘ蓄積剤２０３が蓄
えたＮＯｘが還元浄化される様子を概念的に示した説明
図である。燃焼排ガス中には、ＨＣ（未燃炭化水素系化
合物）やＣＯなどの還元物質が含まれている。スス
（Ｃ）などの含炭素浮遊微粒子も還元物質として作用す
る。前述したようにＰｔは強い酸化活性を有しているの
で、燃焼排ガス中に酸素が存在すれば、これら還元物質
を酸化して、二酸化炭素ＣＯ2 や水に変換することがで
きる。

【００９６】ところが、還元物質に見合うだけの酸素が
存在していない場合には、図９（ｂ）に示すように、Ｐ
ｔはＮＯｘ蓄積剤２０３に蓄えておいた硝酸イオンを分
解し、硝酸イオンが有する酸素を用いて還元物質を酸化
する。すなわち、ＮＯｘ蓄積剤２０３に蓄えられていた
硝酸イオンは、Ｐｔ上に移動し、このような状態で還元
物質が作用することで硝酸イオンは還元されて窒素を生
じる。また、このとき、燃焼排ガス中のＨＣやＣＯ、ス
スなどの含炭素浮遊微粒子などは、酸化されて二酸化炭
素や水などを生じる。

【００９７】なお、既述したように低温燃焼は、燃焼排
ガス中のＮＯｘ濃度を極めて低くする燃焼モードである
ため、低温燃焼時には上記したＮＯｘ吸蔵の反応量は少
ない。しかしながら、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒では、低温
燃焼を行なう際にも硫黄分の蓄積が行なわれる。硫黄分
は燃焼やエンジンオイル等に含まれる成分であるため、
燃焼排ガス中にも存在する。燃焼排ガス中の硫黄分は、
硫酸イオンとして触媒中に取り込まれ、硫酸塩として蓄
積される。このようにして硫酸塩が蓄積されると、触媒
活性が低下してしまう、すなわち、通常燃焼によって燃
焼排ガス中にＮＯｘが排出されたときにＮＯｘを吸蔵す
る活性が低下してしまう。

【００９８】このようにして蓄積された硫酸塩は、ＮＯ
ｘ吸蔵還元型触媒を所定の高温状態にすることによって
除去できることが知られている。すなわち、硫酸塩が蓄
積された場合には、適当な時期にリッチ低温燃焼を行な
って触媒床温を上昇させることで、触媒活性を回復させ
ることができる。図１０は、強制的にリッチ低温燃焼を
行なって（リッチ運転を行なって）触媒活性を回復させ
る動作の概念を表わす説明図である。

【００９９】硫黄分の蓄積によって触媒が劣化する様
子、すなわち触媒活性がどのくらい低下しているかとい
うことを、走行距離（あるいは走行時間）などの運転状
態との関係として推定することができる。図１０では、
車両の走行距離に応じて低下する触媒活性係数を設定す
ることで、触媒劣化の程度を推定する様子を表わした。
触媒活性係数は、予め設定した劣化速度を表わす所定の
係数と走行距離とからその都度算出することとしても良
いし、走行距離と触媒活性係数との関係をマップとして
記憶しておくこととしても良い。例えば、触媒が新品の
ときの触媒活性係数を値１、触媒が完全に活性を失った
ときの触媒活性係数を値０となるように設定することが
できる。触媒活性係数がある程度低下したときに上記リ
ッチ運転を行なうと、蓄積した硫酸塩が取り除かれて触
媒活性が回復するため、触媒活性係数はこの時点で所定
の程度に回復させるという修正を行なえばよい。

【０１００】なお、このように触媒床温を上昇させる
と、硫酸塩以外にも、触媒劣化（特に酸化触媒としての
活性の低下）を引き起こす他の成分を除去することがで
きる。例えば、ＳＯＦや煤などの粒子状物質（ＰＭ）
は、触媒被毒を起こすおそれのある成分である。ＳＯＦ
は、既述したアイドル運転時や通常燃焼時のように触媒
床温が低下したときに付着する。また、煤は、走行距離
が伸びるにしたがって次第に触媒表面に付着する。リッ
チ運転を行なって触媒床温を上昇させることによって、
これらの成分を燃焼、除去して、触媒被毒の状態を改善
することが可能となる。

【０１０１】触媒活性係数は、これら他の成分の蓄積、
除去の状態も考慮して、触媒全体の劣化状態を反映する
よう設定しても良い。低温燃焼に代えて通常燃焼を行な
う時間（ディレイ時間）を設定する際には、このような
触媒活性係数を用いることで、より適切な時間を設定す
ることができる。たとえば、図８のステップＳ１４０で
は、アイドル運転を行なった時間ｔ_Aに基づいて決定し
た時間Ｔ_Cに、上記触媒活性係数を掛け合わせた時間
を、ディレイ時間として設定すればよい。このように、
ＥＧＲ触媒６６の劣化状態を考慮してディレイ時間を設
定することで、不必要に長い時間通常燃焼を行なって、
触媒の降温を引き起こすのを防止できる。

【０１０２】Ｆ．第１実施例の変形例２：第１実施例で
は、リーン低温燃焼に代えて通常燃焼を行なうかどうか
の決定と、通常燃焼を行なう場合にどれだけの時間行な
うかということは、それまでのアイドル時間によって決
定した。これらの決定は、燃焼状態を反映する所定の値
を検出することによって行なうことも可能である。以下
に、リーン低温燃焼に代えて通常燃焼を行なうかどうか
を決定する動作の変形例を説明する。この変形例では、
一旦リーン低温燃焼を行なった後、異常を検出したとき
には、リーン低温燃焼に代えて通常燃焼を行なうことと
する。

【０１０３】図１１は、アイドル運転が終了したときに
制御ユニット３０で実行される燃焼モード変更処理ルー
チンを表わすフローチャートである。アイドル運転が終
了して本ルーチンが起動されると、制御ユニット３０
は、エンジン回転数およびアクセル開度（要求トルク）
に基づいて、エンジンの運転条件が、図４に示した領域
Ｒ１にあるかどうかを判断する（ステップＳ３００）。
エンジンの運転条件がＲ１にあるときは、エンジンの運
転条件に従ってリーン低温燃焼を行なう（ステップＳ３
１０）。なお、ステップＳ３００においてエンジンの運
転条件がＲ２であると判断された場合には、エンジンの
運転条件がＲ１になるまでステップＳ３００を繰り返
す。

【０１０４】ステップＳ３１０を行なうと、次に、エア
フロメータ５２によって吸入空気量を検出する（ステッ
プＳ３２０）。そこで、検出した実際の吸入空気量と、
制御指令値に基づく予測吸入空気量とを比較して、実際
の吸入空気量が不足しているか否かを判断する（ステッ
プＳ３３０）。ディーゼルエンジン１０を駆動する際に
は、決定した所望の空燃比を実現するために、スロット
ル弁２８およびＥＧＲ弁６２を所定の開度に制御してい
る。そこで、そのときのこれらの弁に対する制御指令値
に基づいて、正しく燃焼反応が進行しているときの吸入
空気量を予測することができる。そこで、実際の吸入空
気量が予測吸入空気量を所定の割合以上下回る場合に
は、ＥＧＲ触媒６６に蓄積したＳＯＦが一気に燃焼する
ことで空燃比がリッチ側にずれ、吸入空気量が制御値を
下回る現象が起きていると判断する。

【０１０５】ステップＳ３３０で吸入空気量が不足する
と判断した場合には、リーン低温燃焼に代えて通常燃焼
を行なう制御を開始する（ステップＳ３４０）。その後
再び、エアフロメータ５２によって吸入空気量を検出し
て（ステップＳ３５０）、制御指令値に基づく予測吸入
空気量との比較を行ない、吸入空気量不足の状態が続い
ているかどうかを判断する（ステップＳ３６０）。な
お、低温燃焼に代えて通常燃焼を行なう場合には、既述
したように、ＳＯＦが燃焼する際の温度が抑えられて空
燃比のずれが生じるのが抑制されるが、通常燃焼は、低
温燃焼に比べて空燃比のずれによる影響を受けにくいと
いう性質を有している。したがって、ＳＯＦの燃焼によ
るＥＧＲガスの昇温に伴って、吸入空気量の不足が検出
される状態であっても、燃焼が不安定になるなどの不都
合を生じることなく運転を続行することができる。

【０１０６】ステップＳ３６０において吸入空気量が不
足であると判断された場合には、ステップＳ３５０に戻
り、吸入空気量の不足が解消されるまでこれらの動作を
繰り返す。ステップＳ３６０で、吸入空気量の不足が解
消されたと判断すると、リーン低温燃焼に代えて通常燃
焼を行なう制御状態を解除して（ステップＳ３７０）、
本ルーチンを終了する。なお、本ルーチンを終了する
と、以後の制御では、エンジンの運転条件に応じて、図
４に示した領域に基づいて、リーン低温燃焼あるいは通
常燃焼が選択される。

【０１０７】なお、ステップＳ３３０において吸入空気
量は不足していないと判断された場合には、ＥＧＲ触媒
６６に蓄積したＳＯＦの燃焼に起因する空燃比のリッチ
化が起きていないと判断され、そのまま本ルーチンを終
了する。

【０１０８】このように、一旦リーン低温燃焼を行なっ
た後に、異常を検出してから通常燃焼を行なう構成とし
ても、空燃比がリッチ側にずれた状態で低温燃焼を継続
することによって燃焼状態が不安定になるのを防止する
ことができる。

【０１０９】なお、ＥＧＲガスが望ましくない程度に高
温となって空燃比がリッチ側にずれると、吸入空気量が
減少すると共に、燃焼反応においては、燃料噴射時期が
実質的に遅角するという現象が起こる。この現象は、Ｅ
ＧＲを行ないながら所定のトルクを得ようとするときに
は、そのときの空燃比がリッチであるほど、適切な燃料
噴射時期はより進角側になるという性質に起因してい
る。すなわち、空燃比がリッチ側にずれるほど、燃料噴
射時期は実質的に遅角して、所望のトルクが得られない
状態となってしまう。また、低温燃焼のときには、例え
ば、高負荷であるほど噴射時期が遅くなるように制御が
行なわれる。そのため、上記のように空燃比がリッチ側
にずれたときに、充分なトルクを得ようとしてアクセル
がさらに踏み込まれると、燃料噴射時期の目標値がより
遅く設定されてしまい、遅角がますます進行することに
なってしまう。遅角の程度が大きくなると、失火やスモ
ークの発生につながるおそれがある。本実施例では、空
燃比のずれが検出されたときには、低温燃焼に代えて通
常燃焼を行なうため、空燃比がリッチ側にずれるのを抑
制し、上記不都合を防ぐことができる。

【０１１０】低温燃焼を行なったときに生じる異常を検
出する構成としては、吸入空気量以外を検出することも
可能である。例えば、燃焼室に燃焼圧センサを設け、検
出した燃焼圧に基づいて、燃料噴射時期が遅角している
かどうかを判断することとしても良い。燃焼反応が正常
に行なわれているときの燃焼圧に関する情報を、負荷の
大きさおよび空燃比に対応させて記憶しておき、これら
記憶した情報と、１サイクル分の燃焼圧を検出した結果
とを比較すれば、燃料噴射時期が遅角しているかどうか
を判断することが可能である。燃焼圧によって異常を検
出する場合には、図１１の処理において、ステップＳ３
２０あるいはステップＳ３５０で燃焼圧の検出を行な
い、ステップＳ３３０あるいはステップＳ３６０で、燃
料噴射時期が遅角しているかどうかを判断すればよい。
このような構成とすることによって、同様の効果を得る
ことができる。

【０１１１】あるいは、吸入空気量に代えて、空燃比セ
ンサ７２が検出する空燃比に基づいて異常を検出するこ
ととしても良い。このような場合には、図１１の処理に
おいて、ステップＳ３２０あるいはステップＳ３５０で
空燃比の検出を行ない、ステップＳ３３０あるいはステ
ップＳ３６０で、検出した空燃比が、制御目標値に比べ
てリッチになっているかどうかを判断すればよい。この
ような構成とすることによって、同様の効果を得ること
ができる。

【０１１２】このように、低温燃焼に代えて通常燃焼を
行なうかどうかの判断と、このように通常燃焼を行なう
制御を解除する時期の判断とは、種々の態様が可能であ
る。通常燃焼を行なうかどうかの判断は、アイドル運転
を行なった時間に基づく、吸入空気量や燃焼圧や空燃比
などの検出値に基づく、あるいは、アイドル運転後には
必ず行なう、等の態様が可能である。また、通常燃焼を
行なう制御を解除する時期の判断は、アイドル運転を行
なった時間に基づく、吸入空気量や燃焼圧や空燃比など
の検出値に基づく、あるいは、予め定めた所定の時間だ
け行なう、等の態様が可能である。これらの条件を種々
に組み合わせて判断しても良い。また、既述したように
ＥＧＲ触媒６６の劣化状態をさらに考慮しても良い。あ
るいは、ＥＧＲ触媒６６にＳＯＦが蓄積しているときに
低温燃焼を行なうことで不都合が起きているかどうか
は、ＥＧＲ触媒６６の温度を反映する値を、直接検出す
ることとしても良い。

【０１１３】Ｇ．第２実施例：既述した実施例では、Ｅ
ＧＲ触媒６６にＳＯＦが蓄積した状態で低温燃焼を継続
することでＥＧＲガス温が上昇して燃焼が不安定になっ
てしまうのを防ぐために、低温燃焼に代えて通常燃焼を
行なうこととした。これに対して、低温燃焼を継続しつ
つ、ＥＧＲ触媒６６にＳＯＦが蓄積した状態であっても
燃焼状態が不安定にならないように、低温燃焼を制御す
ることも可能である。このような構成を、第２実施例と
して以下に示す。

【０１１４】図１２は、アイドル運転が終了したときに
制御ユニット３０で実行される低温燃焼安定化処理ルー
チンを表わすフローチャートである。アイドル運転が終
了して本ルーチンが起動されると、制御ユニット３０
は、エンジン回転数およびアクセル開度（要求トルク）
に基づいて、エンジンの運転条件が、図４に示した領域
Ｒ１にあるかどうかを判断する（ステップＳ４００）。
エンジンの運転条件がＲ１にあるときは、エンジンの運
転条件に従ってリーン低温燃焼を行なう（ステップＳ４
１０）。なお、ステップ４３００においてエンジンの運
転条件がＲ２であると判断された場合には、エンジンの
運転条件がＲ１になるまでステップＳ４００を繰り返
す。

【０１１５】ステップＳ４１０を行なうと、次に、エア
フロメータ５２によって吸入空気量を検出する（ステッ
プＳ４２０）。そこで、検出した実際の吸入空気量と、
制御指令値に基づく予測吸入空気量とを比較して、実際
の吸入空気量が不足しているか否かを判断する（ステッ
プＳ４３０）。これらステップＳ４００ないしステップ
Ｓ４３０の処理は、図１１に示した燃焼モード変更処理
ルーチンにおけるステップＳ３００ないしステップＳ３
３０の処理と同様の処理である。

【０１１６】ステップＳ４３０で吸入空気量が不足する
と判断した場合には、予め設定した所定量だけスロット
ル弁２８の開度を増加させる（ステップＳ４４０）。こ
のようにスロットル弁２８の開度を増加させることによ
って、吸入空気量を増加させることが出きる。その後、
再びステップＳ４２０に戻り、吸入空気量を検出すると
共に、吸入空気量が不足する状態かどうかを判断する。
スロットル弁２８の開度を増加させて吸入空気量を増加
させることによって、吸入空気量の不足が解消されるま
で、ステップＳ４２０ないしステップＳ４４０の処理を
繰り返す。

【０１１７】ステップＳ４３０において、吸入空気量が
不足しないと判断されると、本ルーチンを終了する。な
お、上記処理を行なった後は、例えば、所定の時間（Ｅ
ＧＲ触媒６６に蓄積したＳＯＦが燃焼するのに充分な時
間）経過後にはスロットル弁２８の開度の制御を通常の
状態に戻す、という制御を行なえばよい。

【０１１８】このような構成とすれば、ＥＧＲ触媒６６
にＳＯＦが蓄積する状態でリーン低温燃焼を行なった場
合に、ＥＧＲガスが望ましくない程度に高温になって
も、これに起因して空燃比がリッチ側にずれるのを修正
することができる。したがって、燃焼状態が不安定にな
ってしまうのを防止することができる。空燃比がリッチ
側にずれる場合には、既述したように、燃料噴射時期が
遅角して、充分なトルクを得ることができなくなる。本
実施例のように、空燃比を所望の状態に修正することに
より、所望のトルクを得ることができる。

【０１１９】上記した説明では、スロットル弁２８の開
度を増加させて吸入空気量を増やすことによって空燃比
を修正したが、ＥＧＲガス量を減少させることで空燃比
を修正することも可能である。このような場合には、図
１２に示したステップＳ４４０において、ＥＧＲ弁６２
の開度を、予め設定した所定量だけ減少させることとす
ればよい。

【０１２０】また、低温燃焼を継続しつつ、空燃比のず
れによる不都合を修正する他の方法として、燃料噴射時
期を早める制御を行なうこととしても良い。既述したよ
うに、空燃比がリッチ側にずれると燃料噴射時期は遅角
する。したがって、図１２に示したステップＳ４４０に
おいて、予め設定した所定のタイミングだけ、燃料噴射
時期を早める制御を行なうこととしても良い。このよう
な構成とすれば、燃料噴射時期が、ずれた後の空燃比に
応じた適切な時期になるため、燃焼状態を安定化して所
望のトルクを得ることができる。

【０１２１】また、図１２の低温燃焼安定化処理ルーチ
ンでは、吸入空気量の不足によって、低温燃焼の状態が
異常になっていることを検出したが、他の検出値を用い
ることとしても良い。例えば、燃焼圧センサが検出する
燃焼圧や、空燃比センサ７２が検出する空燃比に基づく
こととしても良い。燃焼室において１サイクル分の燃焼
圧を検出すれば、燃焼噴射時期の進角、遅角について判
断することができる。そこで、燃焼圧センサによって燃
料噴射時期の遅角が検出されるとき、あるいは空燃比セ
ンサ７２が検出する空燃比の値がリッチ側にずれている
ときには、上記吸入空気量の不足と同様に、低温燃焼の
状態が異常であると判断することができる。

【０１２２】Ｈ．その他の変形例：なお、この発明は上
記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要
旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施す
ることが可能であり、例えば次のような変形も可能であ
る。

【０１２３】Ｈ１．変形例１：既述した実施例では、ア
イドル運転時にＥＧＲ触媒６６の温度が低下して、ＥＧ
Ｒ触媒６６においてＳＯＦが蓄積する場合について説明
したが、アイドル運転以外の運転状態によってＥＧＦ触
媒６６にＳＯＦが蓄積した場合にも、本発明を適用する
ことができる。すなわち、アイドル運転に限らず、ＥＧ
Ｒ触媒の温度が低下してＳＯＦの蓄積を引き起こし得る
ような低負荷運転の後であれば、本発明を適用可能であ
る。このような低負荷運転の後に、低温燃焼に先立って
通常燃焼を行なう制御、あるいは、低温燃焼時にリッチ
側にずれる空燃比を修正する制御を行なうことで、上述
した実施例と同様の効果を得ることができる。

【０１２４】ＨＧ２．変形例２：既述した実施例では、
アイドル運転を行なった後にアクセルを踏み込み、定常
運転を行なう場合に即した説明を行なった。第１実施例
では、アクセルを踏んだときに通常燃焼に対応する高負
荷状態となり、その後、低温燃焼に対応する定常運転と
なったときに、直ちに低温燃焼を行なわずに引き続き通
常燃焼を行なうディレイ時間を設けている。しかしなが
ら、一旦通常燃焼に対応する高負荷状態を経由しない場
合であっても、本発明を適用することは可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例のディーゼルエンジン１０の概略構
成を表わす説明図である。

【図２】ＥＧＲ率を次第に増加させていったときに、燃
焼排ガス中の種々の物質の濃度が変化する様子を概念的
に示した説明図である。

【図３】空燃比（Ａ／Ｆ）を変化させたときに、燃焼排
ガス中のスモークと燃費が変化する様子を概念的に示し
た説明図である。

【図４】リーン低温燃焼または通常燃焼が選択される様
子を表わす説明図である。

【図５】低温燃焼時に参照するマップを表わす説明図で
ある。

【図６】通常燃焼時に参照するマップを表わす説明図で
ある。

【図７】吸気に還流する燃焼排ガスを冷却して、低温燃
焼が成立する条件を調べた結果を概念的に示した説明図
である。

【図８】ディレイ時間設定処理ルーチンを表わすフロー
チャートである。

【図９】ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の表面の様子を概念的に
示した拡大図である。

【図１０】リッチ運転によって触媒活性を回復させる動
作の概念を表わす説明図である。

【図１１】燃焼モード変更処理ルーチンを表わすフロー
チャートである。

【図１２】低温燃焼安定化処理ルーチンを表わすフロー
チャートである。

【符号の説明】

１０…ディーゼルエンジン１２…吸気管１４…燃料噴射弁１６…排気管１８…燃料ポンプ１９…コモンレール２０…過給器２１…タービン２２…コンプレッサ２３…シャフト２４…インタークーラ２８…スロットル弁３０…制御ユニット４０…メイン触媒５０…圧力センサ５２…エアフロメータ６０…ＥＧＲ流路６２…ＥＧＲ弁６４…ＥＧＲクーラ６６…ＥＧＲ触媒７２…空燃比センサ２０３…ＮＯｘ蓄積剤２０４…貴金属触媒

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/02 Ｆ０１Ｎ 3/02 ３２１Ｈ３Ｇ３０１３２１Ｋ３２１Ｚ 3/18 3/18 Ｂ 3/20 3/20 Ｃ 3/24 3/24 ＥＲＳＦ０２Ｄ 41/08 ３６０Ｆ０２Ｄ 41/08 ３６０３８５３８５ 45/00 ３１２ 45/00 ３１２Ｃ３１２Ｚ３１４３１４Ｚ３６６３６６Ｆ３６８３６８Ｇ３６８ＳＺＡＢＺＡＢＦ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｆ０２Ｍ 25/07 ５７０Ｄ５７０Ｊ (72)発明者小林暢樹愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者橋本佳宜愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G062 AA01 BA02 BA05 ED08 ED09 FA13 GA01 GA04 GA05 GA06 GA15 GA17 GA18 3G084 AA01 BA04 BA05 BA15 BA20 CA03 DA10 EA07 EA11 EB22 EC01 EC03 FA00 FA07 FA17 FA21 FA29 3G090 AA03 BA01 CA01 CA03 DA01 DA09 DA10 DA18 DA20 DB10 EA05 EA06 EA07 3G091 AA02 AA10 AA11 AA18 AA28 AB02 AB06 AB13 BA00 BA11 BA14 BA33 BA38 CA13 CB02 CB03 CB07 CB08 DA01 DA04 DA07 DB10 DC01 EA00 EA01 EA05 EA07 EA08 EA12 EA30 EA34 FA11 FA12 FB10 FB11 FB12 FC02 GA06 GB01X GB02Y GB03Y GB04Y GB05Y GB06W GB10X GB16X HA14 HA36 HB03 HB05 HB06 3G092 AA02 AA17 BA01 BA04 BB06 DC01 DC09 DC10 EA05 EA11 EA17 FA18 GA04 HA01Z HB02Z HC01Z HD00Z HD05Z 3G301 HA02 HA13 JA24 KA07 LA01 MA18 NE13 NE23 PA01Z PB05Z PC01Z PD00Z PD02Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室内に対し、燃焼室から排出された
燃焼排ガスを不活性ガスとして供給可能であり、前記燃
焼室に供給する不活性ガス量を増減させたときに、該不
活性ガス量が所定の値になると、燃焼反応に伴う煤の発
生量がピークを示す内燃機関であって、酸化機能を有する触媒を有し、前記不活性ガスを前記燃
焼室に供給するのに先立って、前記不活性ガス中に含ま
れる粒子状物質の少なくとも一部を前記触媒によって前
記不活性ガスから除去する不活性ガス浄化部と、前記内燃機関に対する要求動力の大きさに従って、前記
燃焼室内で進行する燃焼反応を制御する制御部とを備
え、前記燃焼室内で進行する前記燃焼反応には、少なくと
も、前記煤の発生量がピークとなるときの前記不活性ガ
ス量よりも少ない量の不活性ガスを前記燃焼室に供給す
る第１の燃焼モードと、前記煤の発生量がピークとなる
ときの前記不活性ガス量よりも多くの量の不活性ガスを
前記燃焼室に供給する第２の燃焼モードとがあり、前記内燃機関の運転状態は、前記内燃機関に対して第１の要求動力が要求されてお
り、前記触媒において前記粒子状物質の蓄積を促進させ
る第１の運転状態と、前記第１の要求動力よりも大きな第２の要求動力が前記
内燃機関に要求されており、前記第１の燃焼モードと第
２の燃焼モードを用いることが許容されていると共に、
前記第２の燃焼モードを用いるならば前記触媒に蓄積さ
れていた前記粒子状物質の燃焼を促進させることになる
第２の運転状態とを含み、前記制御部は、前記第１の運転状態が継続した後におい
て、前記第２の運転状態に達したときに、所定の条件下
において、前記第２の燃焼モードに先立って前記第１の
燃焼モードを所定の時間用いるように前記燃焼室での燃
焼反応を制御する内燃機関。
【請求項２】請求項１記載の内燃機関であって、前記制御部は、前記運転状態が前記第１の運転状態であったときに前記
不活性ガスから取り除かれて前記触媒上に蓄積した前記
粒子状物質の量を反映する情報を生成し、前記第１の運
転状態が継続した後において前記第２の運転状態に達す
ると、前記生成した情報に基づいて、前記第２の燃焼モ
ードに先立って前記第１の燃焼モードを用いるかどうか
を決定する燃焼モード決定部を備え、前記燃焼モード決定部の決定に従って、前記燃焼室での
燃焼反応を制御する内燃機関。
【請求項３】請求項２記載の内燃機関であって、前記粒子状物質の量を反映する情報は、前記運転状態が
前記第１の運転状態であった時間に関する情報を含む内
燃機関。
【請求項４】請求項１記載の内燃機関であって、前記燃焼室における燃焼反応の状態を反映する値を検出
する検出部をさらに備え、前記制御部は、前記第１の運転状態が継続した後におい
て前記第２の運転状態に達して、前記第２の燃焼モード
によって前記第２の要求動力に対応する動力を出力した
ときに、前記検出部の検出結果が許容範囲を超えている
ときには、前記第２の燃焼モードに代えて前記第１の燃
焼モードを所定の時間用いるように制御する内燃機関。
【請求項５】請求項４記載の内燃機関であって、前記検出部は、前記燃焼室に取り込まれる吸入空気量を
検出する流量センサであり、前記制御部は、前記流量センサの検出結果が、空燃比が
制御目標値に比べてリッチとなっていることを示すとき
には、前記検出結果が許容範囲を超えていると判断する
内燃機関。
【請求項６】請求項４記載の内燃機関であって、前記検出部は、前記燃焼室における燃焼圧を検出する燃
焼圧センサであり、前記制御部は、前記燃焼圧センサの検出結果が、燃料噴
射時期が遅角していることを示すときには、前記検出結
果が許容範囲を超えていると判断する内燃機関。
【請求項７】請求項１記載の内燃機関であって、前記制御部は、前記運転状態が前記第１の運転状態であったときに前記
不活性ガスから取り除かれて前記触媒上に蓄積した前記
粒子状物質の量を反映する情報を生成し、前記生成した
情報に基づいて、前記第２の燃焼モードに先立って前記
第１の燃焼モードを用いるべき時間を決定する時間決定
部を備え、前記第１の運転状態が継続した後において前記第２の運
転状態に達すると、前記時間決定部が決定した時間、前
記第２の燃焼モードに先立って第１の燃焼モードを用い
るように制御する内燃機関。
【請求項８】請求項７記載の内燃機関であって、前記粒子状物質の量を反映する情報は、前記運転状態が
前記第１の運転状態であった時間に関する情報を含む内
燃機関。
【請求項９】請求項７または８記載の内燃機関であっ
て、前記触媒の劣化状態を推定する劣化状態推定部をさらに
備え、前記時間決定部は、前記粒子状物質の量を反映する情報
に加えて、前記劣化状態推定部における推定結果に基づ
いて、前記第２の燃焼モードに先立って前記第１の燃焼
モードを用いるべき時間を決定する内燃機関。
【請求項１０】請求項９記載の内燃機関であって、前記触媒の劣化状態を修復する劣化修復部をさらに備
え、前記劣化状態推定部は、前記劣化修復部による修復状態
を考慮して、前記触媒の劣化状態を推定する内燃機関。
【請求項１１】請求項１記載の内燃機関であって、前記燃焼室における燃焼反応の状態を反映する値を検出
する検出部をさらに備え、前記制御部は、前記第１の運転状態が継続した後におい
て前記第２の運転状態に達して、前記第２の燃焼モード
に先立って前記第１の燃焼モードを用いるときに、前記
検出部の検出結果が許容範囲内になったと判断されると
きには、前記第１の燃焼モードから前記第２の燃焼モー
ドに移行するよう制御する内燃機関。
【請求項１２】請求項１１記載の内燃機関であって、前記検出部は、前記燃焼室に取り込まれる吸入空気量を
検出する流量センサであり、前記制御部は、前記流量センサの検出結果に基づいて、
空燃比が制御目標値に比べてリッチな状態から、前記制
御目標値に充分に近づいたと判断されるときに、前記第
１の燃焼モードから前記第２の燃焼モードに移行するよ
うに制御する内燃機関。
【請求項１３】請求項１１記載の内燃機関であって、前記検出部は、前記燃焼室における燃焼圧を検出する燃
焼圧センサであり、前記制御部は、前記燃焼圧センサの検出結果に基づい
て、燃料噴射時期が遅角している状態から、所望の時期
に充分に近づいたと判断されるときに、前記第１の燃焼
モードから前記第２の燃焼モードに移行するように制御
する内燃機関。
【請求項１４】請求項１ないし１３いずれか記載の記
載の内燃機関であって、前記制御部は、前記第１の運転状態が継続した後におい
て、前記燃焼排ガス温度が前記不活性ガス浄化部の昇温
を引き起こす温度となる第３の運転状態を経由して、前
記第２の運転状態に達したときに、前記第２の要求動力
に応じた動力を発生するために、前記第２の燃焼モード
に先立って前記第１の燃焼モードを所定の時間用いるよ
うに制御する内燃機関。
【請求項１５】燃焼室内に対し、燃焼室から排出され
た燃焼排ガスを不活性ガスとして供給可能であり、前記
燃焼室に供給する不活性ガス量を増減させたときに、該
不活性ガス量が所定の値になると、燃焼反応に伴う煤の
発生量がピークを示す内燃機関であって、酸化機能を有する触媒を有し、前記不活性ガスを前記燃
焼室に供給するのに先立って、前記不活性ガス中に含ま
れる粒子状物質の少なくとも一部を前記触媒によって前
記不活性ガスから除去する不活性ガス浄化部と、前記内燃機関に対する要求動力の大きさに従って、前記
燃焼室内で進行する燃焼反応を制御する制御部と、前記燃焼室における燃焼反応の状態を反映する値を検出
する検出部とを備え、前記制御部は、前記燃焼室内において、前記煤の発生量
がピークとなるときの前記不活性ガス量よりも多くの量
の不活性ガスを前記燃焼室に供給する燃焼モードを用い
ているときに、前記検出部の検出結果が許容範囲を超え
ていると判断されるときには、前記検出結果が許容範囲
内となるように前記燃焼反応の条件を制御する内燃機
関。
【請求項１６】請求項１５記載の内燃機関であって、前記検出部は、前記燃焼室に取り込まれる吸入空気量を
検出する流量センサであり、前記制御部は、前記流量センサの検出結果が、空燃比が
制御目標値に比べてリッチとなっていることを示すとき
には、前記検出結果が許容範囲を超えていると判断する
内燃機関。
【請求項１７】請求項１５記載の内燃機関であって、前記検出部は、前記燃焼室における燃焼圧を検出する燃
焼圧センサであり、前記制御部は、前記燃焼圧センサの検出結果が、燃料噴
射時期が遅角していることを示すときには、前記検出結
果が許容範囲を超えていると判断する内燃機関。
【請求項１８】請求項１５ないし１７いずれか記載の
内燃機関であって、前記制御部は、前記検出結果を許容範囲内にするため
に、前記燃焼室に供給する前記不活性ガス量を減少させ
る制御を行なう内燃機関。
【請求項１９】請求項１５ないし１７いずれか記載の
内燃機関であって、前記制御部は、前記検出結果を許容範囲内にするため
に、前記燃焼室に取り込まれる吸入空気量を増やす制御
を行なう内燃機関。
【請求項２０】請求項１５ないし１７いずれか記載の
内燃機関であって、前記制御部は、前記検出結果を許容範囲内にするため
に、前記燃料噴射時期を進角させる制御を行なう内燃機
関。
【請求項２１】請求項１ないし１３いずれか記載の内
燃機関であって、前記不活性ガス浄化部から排出された前記不活性ガス
を、前記燃焼室に供給するのに先立って、所定の冷媒と
の間で熱交換を行なうことによって冷却する冷却部をさ
らに備える内燃機関。
【請求項２２】請求項１ないし２１いずれか記載の内
燃機関を搭載し、該内燃機関を、駆動動力源として用い
る移動体。