JP2005042715A - 内燃機関の燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 排気浄化触媒（ＮＯｘ触媒、ＤＰＦ）の状態に基づいて、排気温度の上昇要求若しくはストイキ未満のリッチ運転要求があった際に、スモークの悪化防止し、目標排気空燃比をリッチ化する。
【解決手段】 通常の運転条件（リーン運転状態）から、予備燃焼及び主燃焼の制御を行う燃焼に切り替える。予備燃焼の制御は、燃焼が圧縮上死点（ＴＤＣ）近傍で起こるように圧縮上死点前に燃料を噴射する（図示ａ）。予備燃焼が終了した後に、主燃焼の制御を行う（図示ｂ）。
【選択図】 図１５

Description

本発明は、内燃機関の燃焼制御装置に関する。

従来、特許文献１に開示されているように、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、触媒の昇温を促す時などに、エンジンの要求トルクに対応する基本燃料噴射量の燃料を、燃料噴射弁により、各気筒の圧縮上死点近傍で３回に分割して噴射させることが知られている。なお、これに併せて、燃料噴射量を増量してもよいことも知られている。
特開２０００−３２０３８６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置においては、分割噴射された燃料による燃焼が継続するように燃料を噴射しているため、最初に噴射された燃料の火炎中に燃料を噴射していくこととなり、２回目以降に噴射された燃料が拡散燃焼主体の燃焼となってしまう。このような燃焼状態で空燃比を小さくしていくと、スモークの大幅な悪化は避けられない。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、スモークの悪化が殆どなく、目標の排気空燃比をリッチ化することを目的とする。

そのため本発明では、排気浄化触媒の状態に基づいて、排気温度の上昇要求又はストイキ以下のリッチ運転要求の少なくとも一方があったときに、主トルクを発生させる主燃焼と、主燃焼に先立ってなされる少なくとも１回の予備燃焼とを行わせ、予備燃焼は、少なくとも１つが上死点近傍で起こるように、燃料噴射を制御し、主燃焼は、予備燃焼が終了した後に開始するように、燃料噴射を制御する。

本発明によれば、予備燃焼により筒内温度を高め、予備燃焼が終了した後に主燃焼が開始することで、排気温度の上昇及びリッチ空燃比を実現でき、スモークの悪化がほとんどなく、目標のリッチ雰囲気をシリンダ内で達成することができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。

図１は、内燃機関（ここではディーゼルエンジンとし、以下「エンジン」と称する）１の燃焼制御装置の構成図である。

エンジン１の吸気系では、吸気通路２の上流にターボチャージャ（過給機）３の吸気コンプレッサ３ａが配置されており、吸入空気は、吸気コンプレッサ３ａによって過給され、インタークーラ４で冷却され、吸気絞り弁６を通過した後、コレクタを経て、各気筒の燃焼室内へ流入する。

燃料は、コモンレール式燃料噴射装置により、すなわち燃料噴射ポンプ８により高圧化されてコモンレール９に送られ、各気筒の燃料噴射弁１０から燃焼室内へ直接噴射される。そして、燃焼室内に流入した空気と噴射された燃料とは、ここで圧縮着火により燃焼し、排気は排気通路１２へ流出する。

排気通路１２へ流出した排気の一部は、ＥＧＲガスとして、ＥＧＲ通路１１によりＥＧＲ弁１９を介して吸気側へ還流される。排気の残りは可変ノズル型のターボチャージャ３の排気タービンを通り、これを駆動する。

ここで、排気通路１２の排気タービン３ｂの下流には、排気浄化触媒（装置）としてのＮＯｘトラップ触媒１３及びディーセルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter；以下「ＤＰＦ」という）１４を配置している。

このＮＯｘトラップ触媒１３は、排気空燃比がリーン（酸素過剰状態）の時に流入する排気中のＮＯｘをトラップし、排気空燃比がリッチ（燃料過剰状態）の時にトラップしたＮＯｘを脱離浄化する。なお、ＮＯｘトラップ触媒１３は、貴金属などの酸化触媒（Ｐｔなどの貴金属）を担持させて、流入する排気成分（ＨＣ、ＣＯ）を酸化する機能を持たせてある。

ＤＰＦ１４は、排気中の排気微粒子（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集するＰＭトラップ機能を有する。なお、このＤＰＦ１４にも酸化触媒（貴金属）を担持させて、流入する排気成分（ＨＣ、ＣＯ）を酸化する機能を持たせてある。

なお、ＮＯｘトラップ触媒１３とＤＰＦ１４とは、逆にしてもよいし、ＤＰＦ１４にＮＯｘトラップ触媒１３を担持させて一体に構成してもよい。
コントロールユニット（以下「ＥＣＵ」と称する）には、エンジン１の制御のため、エンジン回転速度Ｎｅ検出用のクランク角センサ（回転速度センサ）２０、アクセル開度ＡＰＯ検出用のアクセル開度センサ２１から、信号が入力されている。

また、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度（触媒温度）を検出する触媒温度センサ２２、排気通路１２のＤＰＦ１４の入口側にて排気圧力を検出する排気圧力センサ１７、ＤＰＦ１４の温度（ＤＰＦ温度）を検出するＤＰＦ温度センサ２３、更に、排気通路１２のＤＰＦ１４出口側にて排気空燃比（以下、排気λといい、数値としては空気過剰率で表す）を検出する空燃比センサ１６が設けられ、これらの信号もＥＣＵ２５に入力されている。但し、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度やＤＰＦ１４の温度は、これらの下流側に排気温度センサを設けて、排気温度より間接的に検出するようにしてもよい。

ＥＣＵ２５は、これらの入力信号に基づいて、燃料噴射弁１０によるメイン噴射及びこれに先立ってなされる少なくとも１回の予備噴射の燃料噴射量及び噴射時期制御のための燃料噴射弁１０への燃料噴射指令信号、吸気絞り弁６への開度指令信号、ＥＧＲ弁１９への開度指令信号等を出力する。

ここにおいて、ＥＣＵ２５では、ＤＰＦ１４に捕集されて堆積したＰＭの浄化（ＤＰＦ再生）、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされて堆積したＮＯｘの浄化（ＮＯｘ再生）、ＮＯｘトラップ触媒１３のＳＯｘ被毒によりこれに堆積したＳＯｘの浄化（ＳＯｘ再生）のための排気浄化制御を行うようにしており、かかる排気浄化制御について、以下に説明する。

ＮＯｘトラップ触媒１３若しくはＤＰＦ１４の浄化能力を回復させるための制御として、ＥＣＵ２５は、エンジン１の運転条件を変更する。例えば、ストイキ（理論空燃比：λ＝１）以下のリッチ運転要求があった場合に、吸気絞り弁６の開度を小さくするように制御してエンジン１に供給する空気量を減少させること、または、燃料噴射ポンプ８を制御して燃料噴射弁１０から噴射する燃料量を増加させる。

なお、ＤＰＦ１４の再生を行う際は、目標空燃比λを１〜１．４の間（１≦λ≦１．４）で制御し、且つＤＰＦ１４の温度を６００℃以上（ＤＰＦ温度≧６００℃）にして運転をする必要がある。

ここで、リーン条件の常用運転領域では、初期の急激な燃焼を緩和するためにパイロット噴射を通常行っており、このパイロット噴射時期は４０〜１０°ＢＴＤＣ（上死点より前のクランク角時期）、パイロット噴射量は１〜３mm³/st、メイン噴射時期は１０〜−２０°ＢＴＤＣ程度で、パイロット噴射とメイン噴射との間隔は１０〜３０°ＣＡ（クランク角）程度の設定を行っている。

通常の運転から、ＤＰＦ１４の再生や硫黄被毒解除等の低空燃比で且つ高排気温度を実現するためには、吸気量を絞る必要がある。ところが、吸気量を絞った場合、筒内の圧縮端温度（圧縮行程上死点近傍における筒内雰囲気温度）が低下してしまうことから、燃焼が不安定となり、通常のリーン運転と同じようなパイロット噴射の設定では主噴射の噴射時期を進角する必要がある（図１３参照。これを「第１例」とする）。

このような燃料噴射量と噴射時期の設定では、排温を上げるために噴射時期をリタード（遅角）させたくとも、燃焼が不安定になってしまうことから、リタードにも限界があり、例えば硫黄被毒解除をするために、目標λが１以下（λ≦１）及び排気温度が６００℃以上（排気温度≧６００℃）とする目標値を実現することは難しい。

そこで、特許文献１に記載のように主噴射を分割することで噴射時期のリタード限界を広げ、高排温と低空燃比とを実現することが可能となってきた（図１４参照。これを「第２例」とする）。

しかしながら、主燃焼のために噴射された燃料の燃焼が連続であり、前に吹いた燃料の燃焼が活発な状態で次の燃料を噴射している。このため、燃焼は図１４に示すように連続したものとなる。主燃焼のために分割された燃料は、前に噴かれた燃焼の火炎中に噴射されることから噴射されるや否や燃焼が開始し、拡散燃焼割合が増え、部分的な当量比は非常にリッチとなり、スモークが大幅に悪化してしまう。

そこで、通常のリーン運転から本願の燃焼制御による運転に切り替えて、排気浄化装置（ＮＯｘトラップ触媒１３，ＤＰＦ１４）の排気浄化機能を回復させる。

本願の燃焼制御は、噴射された燃料が圧縮上死点近傍で燃焼するように圧縮上死点前に燃料を噴射して燃焼させる予備燃焼と、この予備燃焼が終了した後に行われ、主トルクを発生させる主燃焼とを制御することにより行う。

予備燃焼は、図１５（これを「第３例」とする）に示す通り、圧縮行程でまず燃料を噴射し（図示ａ）、圧縮上死点（ＴＤＣ）近傍における筒内温度を高める。この時、運転条件に応じて、予備燃焼の熱発生が起こる噴射量は異なるが、少なくとも予備燃焼の熱発生が確認できるだけの燃料を噴射する。これにより、予備燃焼の燃焼によって筒内温度を高めることで主燃焼のリタード限界を広げる。

また予備燃焼は、１サイクルにおいて複数回行われるようにしてもよい。この場合には、複数回の予備燃焼のうち少なくとも１回の燃焼が圧縮上死点近傍で起こるように燃料噴射を行う。

また予備燃焼は、エンジン１の運転状態（エンジン回転速度Ｎｅ、燃料噴射量Ｑなど）から筒内の圧縮端温度を推定して、この温度に応じて、燃料噴射量若しくは燃料噴射時期のうち少なくとも一方を変更するようにしてもよい。この場合も、燃料噴射量は予備燃焼の熱発生が確認できるだけの量であり、１サイクルにおいて複数回の予備燃焼のうち少なくとも１回の燃焼が圧縮上死点近傍で起こるようにする。なお、予備燃焼の終了は、熱発生の終了とする。

また予備燃焼時の燃料噴射量は、主燃焼の燃料噴射時の筒内温度が自己着火可能な温度を上回るために必要な燃料噴射量にする。
続いて、予備燃焼が終了した後に主燃焼への切り替えを行う。

主燃焼は、予備燃焼が終了した後に燃料が噴射され、その一部が予混合となって燃焼が行われる。
そして図１５に示す通り、予備燃焼が終了してから主燃焼のための燃焼が開始するように、主燃焼のための燃料を上死点以降に噴射するように制御する（図示ｂ）。

主燃焼のための燃料噴射時期の制御は、主燃焼の燃焼開始時期を、エンジン１の運転状態（特にエンジン回転速度Ｎｅ）に応じて、予備燃焼の燃焼開始時期からクランク角で２０度以上離れた時期にする。これにより予備燃焼の燃焼によって筒内温度を高めることで主燃焼のリタード限界を広げる一方、予備燃焼が確実に終了した後に主燃焼の燃料を噴射するため、主燃焼のための着火遅れ期間が確保され、主燃焼の予混合燃焼割合を高くすることが可能となり、スモークの排出を抑制することが可能となる。

そして、主燃焼の燃焼終了時期を、圧縮上死点からクランク角度で５０度以上離れた時期にする。これらの主燃焼の燃料噴射時期制御により、エンジン１の運転状態に応じて、排気温度を制御する。

また主燃焼の制御は、エンジン１の発生トルクが一定となるように、主燃焼の燃料噴射量、燃料噴射時期及び燃料噴射期間を制御する。
これらの予備燃焼及び主燃焼の制御を行うことにより、予備燃焼によってリタード限界を広げることで目標の温度への制御性を向上させ、予備燃焼が終了した後に主燃焼を開始させ、主燃焼の予混合燃焼割合を増加させてスモークの抑制を行うことが可能となる。

ここで図１７は、前述の図１３〜図１５（第１例〜第３例）での燃焼を実現した場合における排気温度、スモーク濃度及びＨＣ（炭化水素）濃度を比較した図である。なお、図においては、第１例の燃焼結果については（１）、第２例の燃焼結果については（２）、第３例（本願）の燃焼結果については（３）で示している。

図示の通り、本願の燃焼（第３例）を実現すれば、リッチ条件を実現した際に、高排温且つ低スモーク状態での燃焼が実現できている。更に、ＨＣ濃度についても従来の燃焼でリッチ化を行った場合（第１例）や、従来の装置（第２例）に比べ非常に低い値を示している。

そして、予備燃焼により筒内温度が上昇して主燃焼のリタード限界が広がることから、主噴射の噴射時期をリタードしても低空燃比条件での燃焼は安定し、高い排気温度の実現が可能となる。

図１８は、本願の主燃焼時期に対する排気ガスの状態を示した図であり、（イ）は排気ガス温度、(ロ)はスモーク濃度、（ハ）はＣＯ（一酸化炭素）濃度、（ニ）はＨＣ濃度を示している。なお、排気空燃比は一定（λ＝ｃｏｎｓｔ）としている。

図示の通り、主燃焼の時期がリタードすれば、主燃焼の予混合割合が増えるため、排気空燃比が小さい条件であってもリタードすればするだけスモークが抑制されている。

図１９は、本発明の燃焼を行う際の主燃焼のための目標燃料噴射時期を示す図であり、横軸はエンジン回転速度Ｎｅ、縦軸はエンジン負荷Ｑを示している。
図示の通り、負荷Ｑが低い状態では、目標排温を達成するための主燃焼の燃焼時期が大きくリタードするため、予備燃焼が一度だけでは主燃焼の噴射時期の筒内温度を高く維持できない場合もある。この場合は図１６に示すように、予備燃焼を複数回行い、それぞれの熱発生が重ならないようにすることで、低負荷条件であっても低スモークと高排温との両立を行うことができる。

以上から、排気浄化触媒の状態に基づいて、排気温度の上昇要求若しくはストイキ以下のリッチ運転要求があった際に、通常の運転（リーン運転）から本願の燃焼制御の運転（予備燃焼及び主燃焼での運転）を行い、高排温で且つ低空燃比の状態において、ＮＯｘトラップ触媒１３若しくはＤＰＦ１４の再生等を行う。

次に、本発明の内燃機関の燃焼制御装置が行う処理について、図２〜図１２のフローチャートを用いて説明する。
図２は、燃焼制御のメインフローチャートである。

ステップ１（図では「Ｓ１」とする。以下同様）では、各種センサ信号を読み込み、これらの信号に基づいて算出したエンジン１の運転状態、すなわちエンジン回転速度Ｎｅ、アクセル開度ＡＰＯ、触媒温度、ＤＰＦ１４の入口側若しくは出口側の排気圧力、ＤＰＦ温度などを読みこむ。また、エンジン回転速度Ｎｅとアクセル開度ＡＰＯとをパラメータとするマップから演算されている燃料噴射量（メイン噴射量）Ｑを読み込む。

ステップ２では、排気通路１２に配置されたＮＯｘトラップ触媒１３が暖機状態（活性状態）であるか否かを判定する。この判定は、ＮＯｘトラップ触媒１３出口の排気温度センサ１５の出力信号に基づいて算出される排気温度Ｔが、ＮＯｘトラップ触媒１３の活性開始時の所定排気温度Ｔ５より高いか（Ｔ＞Ｔ５）否かにより行う。

この排気温度Ｔが所定排気温度Ｔ５より高い（Ｔ＞Ｔ５）場合には、ＮＯｘトラップ触媒１３が暖機時であると判断し、ステップ３へ進む。
一方、排気温度Ｔが所定排気温度Ｔ５以下である（Ｔ≦Ｔ５）場合には、ＮＯｘトラップ触媒１３が冷機時と判定し、後述する図１２のステップ１００１へ移行する。これによりＮＯｘトラップ触媒１３の冷機時に、通常の運転条件から、ＮＯｘトラップ触媒１３を急速暖機するように、燃焼を切り替える。

ステップ３では、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされて堆積されたＮＯｘの量を計算する。この計算方法は、例えば特許第２６００４９２号公報第６頁に記載されているＮＯｘ吸収量の計算のように、エンジン回転速度Ｎｅの積算値から推測する方法でもよいし、所定の距離を走行する毎にＮＯｘ吸収量を加算していく方法でもよい。なお、積算値を用いる場合は、ＮＯｘ再生が完了した時点（ＳＯｘ再生の実施によりＮＯｘ再生が同時になされた時点を含む）で、その積算値をリセットする。

ステップ４では、ＮＯｘトラップ触媒１３に堆積した硫黄分（ＳＯｘ）の量を計算する。ここでは、硫黄堆積量の計算方法は、例えば前述のＮＯｘ堆積量と同様に、エンジン回転速度Ｎｅの積算値や走行距離から推測すればよい。なお、積算値を用いる場合は、再生が完了した時点でその積算値をリセットする。

ステップ５では、ＤＰＦ１４に捕集されて堆積しているＰＭの量を検知する。ＰＭ堆積量は、排気圧力センサ１７によりＤＰＦ１４の入口側排気圧力を検出し、現在の運転状態（エンジン回転速度Ｎｅ、燃料噴射量Ｑ）での基準排気圧力との比較により算出する。これは、ＤＰＦ１４のＰＭ堆積量が増加すれば、当然ＤＰＦ１４の入口側排気圧力が上昇するためである。なお、前回のＤＰＦ再生からの走行距離、エンジン回転速度Ｎｅの積算値、排気圧力をそれぞれ組み合わせることで、ＰＭ堆積量を推定してもよい。

ステップ６では、ＤＰＦ１４が再生モード中であることを示すｒｅｇフラグが立っているか否かを判定する。ＤＰＦ１４が再生モードでない（ｒｅｇフラグ＝０）場合には、ステップ７へ進む。一方、再生モードである（ｒｅｇフラグ＝１）場合には、後述する図３におけるステップ１０１以降のＤＰＦ再生モードでの処理を行う。

ステップ７では、ＮＯｘトラップ触媒１３の硫黄被毒解除モード（ＳＯｘ再生モード）中であることを示すｄｅｓｕｌフラグが立っているか否かを判定する。硫黄被毒解除モード中でない（ｄｅｓｕｌフラグ＝０）場合には、ステップ８へ進む。一方、硫黄被毒解除モード中である（ｄｅｓｕｌフラグ＝１）場合には、後述する図４におけるステップ２０１以降のリッチ燃焼モードでの処理を行う。

ステップ８では、ＮＯｘトラップ触媒１３の再生時のリッチスパイクモード中であることを示すｓｐフラグが立っているか否かを判定する。リッチスパイクモードでない（ｓｐフラグ＝０）場合には、ステップ９へ進む。一方、リッチスパイクモードである（ｓｐフラグ＝１）場合には、後述する図５におけるステップ３０１以降のリッチスパイクモード（ＮＯｘ再生モード）での処理を行う。

ステップ９では、ＤＰＦ１４が再生モードで且つ硫黄被毒解除時の溶損防止モード中であることを示すｒｅｃフラグが立っているか否かにより判定する。ｒｅｃフラグが立っていない（ｒｅｃフラグ＝０）場合には、ステップ１０へ進む。一方、ｒｅｃフラグが立っている（ｒｅｃフラグ＝１）場合には、後述する図６におけるステップ４０１以降の溶損防止モードでの処理を行う。

ステップ１０では、ＤＰＦ１４に再生要求が出ていることを示すｒｑ＿ＤＰＦフラグが立っているか否か判定する。ＤＰＦ再生要求が出ていない（ｒｑ＿ＤＰＦフラグ＝０）場合には、ステップ１１へ進む。一方、ＤＰＦ再生要求が出ている（ｒｑ＿ＤＰＦフラグ＝１）場合には、後述する図７におけるステップ５０１以降でＤＰＦ再生要求が出ている場合の再生の優先順位を決定する処理を行う。

ステップ１１では、ＮＯｘトラップ触媒１３に硫黄被毒解除要求（ＳＯｘ再生要求）が出ていることを示すｒｑ＿ｄｅｓｕｌフラグが立っているか否か判定する。被毒解除要求が出ていない（ｒｑ＿ｄｅｓｕｌフラグ＝０）場合には、ステップ１２へ進む。一方、被毒解除要求が出ている（ｒｑ＿ｄｅｓｕｌフラグ＝１）場合には、後述する図８におけるステップ６０１以降で硫黄被毒解除要求が出ている場合の再生の優先順位を決定する処理を行う。

ステップ１２では、ステップ４において算出したＤＰＦ１４のＰＭ堆積量が、ＤＰＦ１４の再生が必要な所定量ＰＭ１に達しているか否か（ＰＭ堆積量＜ＰＭ１）、すなわちＤＰＦ再生時期になったかを判定する。なお、ＤＰＦ１４のＰＭ堆積量が所定量ＰＭ１となるときのＤＰＦ入口側排気圧力を運転状態（エンジン回転速度Ｎｅ、燃料噴射量Ｑ）別に求めて、図２０に示すようにマップ化しておき、排気圧力センサ１７により検出されるＤＰＦ入口側排気圧力が図２０のマップでの現在の運転状態（エンジン回転速度Ｎｅ、燃料噴射量Ｑ）に対応する排気圧力のしきい値に達したときに、ＤＰＦ再生時期（ＰＭ堆積量＞ＰＭ１）と判定してもよい。

そして、ＤＰＦ再生時期でない（ＰＭ堆積量≦ＰＭ１）と判定された場合には、ステップ１３へ進む。
一方、ＤＰＦ再生時期である（ＰＭ堆積量＞ＰＭ１）と判定された場合には、図９のステップ７０１へ進み、再生要求のｒｑ＿ＤＰＦフラグを１として、ＤＰＦ再生要求を出す。これによりＤＰＦ１４に所定量ＰＭ１のＰＭが堆積した際に、通常の運転条件（リーン運転）から、ＤＰＦ１４に堆積したＰＭが自己酸化する温度に排温を上昇させるよう、燃焼を制御する。

ステップ１３では、ステップ４において算出したＮＯｘトラップ触媒１３の硫黄堆積量（ＳＯｘの量）が所定量Ｓ１に達して、再生時期になったか否か（硫黄堆積量＜Ｓ１）、すなわち硫黄被毒解除（ＳＯｘ再生要求）の要否を判定する。

硫黄堆積量が所定量Ｓ１未満である（硫黄堆積量＜Ｓ１）場合には、硫黄被毒解除が不要と判定し、ステップ１４へ進む。
一方、硫黄堆積量Ｓが所定量Ｓ１以上である（硫黄堆積量≧Ｓ１）場合には、硫黄被毒が必要と判定し、図１０のステップ８０１へ進み、ｒｑ＿ｄｅｓｕｌフラグ（硫黄被毒解除要求フラグ）を１として、硫黄被毒解除要求を出す。なお、前回の再生からの走行距離が所定の距離を超え、且つ排気圧力センサ１７に基づく排気圧力が所定のしきい値を超えている場合に、再生時期であると判定してもよい。これにより走行距離毎に、通常の運転条件から、リッチ雰囲気で且つＮＯｘトラップ触媒１３にトラップした硫黄分を浄化可能な温度にする。

ステップ１４では、ステップ３において算出したＮＯｘトラップ触媒１３のＮＯｘ堆積量が所定量ＮＯｘ１に達して、再生時期になったか否か（ＮＯｘ堆積量＜ＮＯｘ１）、すなわちＮＯｘ再生の要否を判定する。

ＮＯｘ堆積量が所定量ＮＯｘ１未満である（ＮＯｘ堆積量＜ＮＯｘ１）場合には、ＮＯｘ再生が不要であると判定し、処理を終了する。
一方、ＮＯｘ堆積量が所定量ＮＯｘ１以上である（ＮＯｘ堆積量≧ＮＯｘ１）場合には、ＮＯｘ再生が必要であると判定し、図１１のステップ９０１においてｒｑ＿ｓｐフラグ（ＮＯｘ再生要求フラグ）を１として、ＮＯｘ再生要求を出す。なお、前回の再生からの走行距離が所定の距離を超え、且つ排気圧力センサ１７に基づく排気圧力が所定のしきい値を超えている場合に、再生時期であると判定してもよい。これにより走行距離毎に通常の運転条件から、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップしたＮＯｘを浄化するよう、燃焼の切り替えが可能である。

次に、ステップ６でＤＰＦ再生モードのフラグがあった（ｒｅｇフラグ＝１）場合の処理、すなわちＮＯｘトラップ触媒１３の暖機時におけるＤＰＦ再生（溶損防止）について図３のフローチャートを用いて説明する。

ステップ１０１では、所定条件を満たしたとして、燃焼を通常のリーン燃焼から、前述した本願の燃焼制御による運転に切り替える。すなわち、排気浄化触媒（ＮＯｘトラップ触媒１３，ＤＰＦ１４）の状態に基づいて、排気温度の上昇要求又はストイキ以下のリッチ運転要求の少なくとも一方があったときに、通常のリーン運転から、主トルクを発生させる主燃焼と、主燃焼に先立ってなされる少なくとも１回の予備燃焼とを行わせる運転に切り替える。

燃焼切り替えの指示が出た場合は、図２９に示すようにステップ１１０１〜ステップ１１０４のフローに示すように燃焼の切り替えを行う。以下、燃焼切り替えの指示が出た場合は全てこのように行う。

ステップ１１０２では、先ず図２８に示すような予備燃焼を実現するための燃料噴射量を図２７に示す予備燃焼のための噴射時期に噴射して、予備燃焼が確実に起こる準備をする。

ステップ１１０３では、図１９に示す噴射時期に主燃焼のための燃料を噴射する。このときの噴射量は図２３に示す補正係数を切り替える前の燃料噴射量に積算した量を噴射する。これによって、主燃焼の噴射時期が大幅にリタードしても、切り替え前と等トルクが実現される。

このように、先ず予備燃焼を実現させた後、主燃焼の噴射量と噴射時期を移行させることで、燃焼状態の移行は速やかに実施される。
ステップ１０２では、排気空燃比を目標値に制御する。ここで、ＤＰＦ１４の再生における目標空燃比は、ＰＭ堆積量によって異なる。このため、図２０に示すＤＰＦ１４の排圧しきい値からＰＭ堆積量を予測し、図２１に示す予測したＰＭ堆積量に対する目標空燃比に排気を制御する。

ここでは、ステップ１０１において本願の燃焼に切り替えた後、吸気絞り弁６若しくはＥＧＲ弁１９により目標の排気空燃比に制御する。目標の吸入空気量とするため、目標空燃比に図２２に示すマップの値を乗じた目標空気量（λ＝１の運転のための目標吸入空気量）に吸気絞り弁６により制御する。図２２に示す空気量に制御した後に目標値の空燃比と乖離した場合は、吸気絞り弁６若しくはＥＧＲ弁１９によって目標の空燃比に調整する。

但し、本願の燃焼に切り替える際は、燃料噴射時期が大幅にリタードすることから、上記吸気量の制御に加え、切り替え時のトルク変動を抑制するため図２３に示す目標燃料噴射時期に従ったトルク補正係数で図２２の目標吸入空気量及び燃料噴射量を補正する。更に目標の空燃比λが１もしくはそれに近い値まで小さくなった場合は、吸気絞りによるポンピングロスが生じるため、図３０に示すように目標λに応じて目標の吸入空気量と燃料噴射量に補正係数を乗じた値に補正する。

ステップ１０３では、ＤＰＦ１４の温度が再生中の目標下限値（所定温度）Ｔ２２以上（ＤＰＦ温度≧Ｔ２２）であるか否かを判定する。ＤＰＦ温度が目標温度下限値Ｔ２２以上（ＤＰＦ温度≧Ｔ２２）である場合には、ステップ１０４へ進む。一方、目標下限値Ｔ２２未満（ＤＰＦ温度＜Ｔ２２）である場合には、後述するステップ１１１及びステップ１１２へ進む。

ステップ１０４では、ＤＰＦ１４の温度が再生中の目標上限値（所定温度）Ｔ２１以下（ＤＰＦ温度≦Ｔ２１）であるか否かを判定する。ＤＰＦ温度が目標温度上限値Ｔ２１以下（ＤＰＦ温度≦Ｔ２１）である場合には、ステップ１０５へ進む。一方、目標温度上限値Ｔ２１を越えている（ＤＰＦ温度＞Ｔ２１）場合には、後述するステップ１０９及びステップ１１０へ進む。

ステップ１０５では、排気空燃比を目標値に制御した時間ｔが基準時間ｔＤＰＦｒｅｇ１だけ経過したか（ｔ＞ｔＤＰＦｒｅｇ１）否かを判定する。基準時間ｔＤＰＦｒｅｇ１を経過した（ｔ＞ｔＤＰＦｒｅｇ１）と判断した場合には、ステップ１０６へ進む。これにより確実にＤＰＦ１４に堆積したＰＭを燃焼除去する。一方、基準時間ｔＤＰＦｒｅｇ１を経過していない（ｔ≦ｔＤＰＦｒｅｇ１）と判断した場合には、処理を終了する。

ステップ１０６では、本願の燃焼制御による運転から通常燃焼による運転に切り替えて、ＤＰＦ１４の加熱を停止させて、ステップ１０７では、ＤＰＦ再生モードのｒｅｇフラグを０にする。これによりＤＰＦ１４の再生を終了させる。

ステップ１０８では、溶損防止モードのｒｅｃフラグを立てる。これによりＤＰＦ再生モードは終了したものの、ＰＭの燃え残りがＤＰＦ１４にあった場合に、排気空燃比を急に大きくすることによりＤＰＦ１４でＰＭが一気に燃えてしまいＤＰＦ１４が溶損することを防止する。ここにおいて、再生モードで且つ硫黄被毒解除時の溶損防止モードのｒｅｃフラグを１にして、処理を終了する。

また、ステップ１０３からステップ１１１へ進んだ場合には、ステップ１１１にて主燃焼の燃料噴射時期をリタード（遅角）する。これにより、ＤＰＦ再生中にＤＰＦ温度が下限値Ｔ２２を下回った（ＤＰＦ温度＜Ｔ２２）際に、所定量主燃焼の燃料噴射時期をリタードすることで排気温度を上昇させる。

ステップ１１２では、燃料噴射時期をリタードした分だけトルク落ちを生じることから、遅角量に応じて、図２３に示す主燃焼の燃料噴射時期に応じたトルク補正係数算出マップから目標トルク補正係数を算出し、これによりトルク補正して、処理を終了する。

また、ステップ１０４からステップ１０９へ進んだ場合には、ステップ１０９にて主燃焼の燃料噴射時期を進角する。これにより、ＤＰＦ再生中にＤＰＦ温度上限値Ｔ２１に達した（ＤＰＦ温度＞Ｔ２１）際に、所定量主燃焼の燃料噴射時期を進角することで排気温度を下降させる。

ステップ１１０では、進角量に応じて、図２３に示す主燃焼の燃料噴射時期に応じたトルク補正係数算出マップから目標トルク補正係数を算出し、これによりトルク補正して、処理を終了する。

次に、図４の硫黄被毒解除モードのフローチャートについて説明する。
ステップ２０１では、前述の図３のステップ１０１と同じく、高排温でリッチ雰囲気な硫黄被毒解除要求がなされたため、本願の燃焼制御に切り替える。

ステップ２０２では、ＮＯｘトラップ触媒１３への硫黄堆積量が所定の量に達しているので排気空燃比をストイキに制御する。そして、図２２に示す目標吸入空気量（λ＝１になる空気量）になるように、吸気を絞って（吸気絞り弁６の開度を小さくして）目標空燃比に到達させる。実際の空燃比が目標空燃比と乖離している場合には、吸気絞り弁６やＥＧＲ弁１９により排気空燃比を調整する。これによりステップ１０２と同様に、主燃焼の燃料噴射時期に応じて、吸入空気量及び燃料噴射量を補正する。

ステップ２０３では、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度が所定温度Ｔ４より高いか（触媒温度＞Ｔ４）否かを判定する。例えばＮＯｘトラップ触媒１３としてＢａ系のＮＯｘトラップ触媒を使った場合には、リッチ〜ストイキ雰囲気で６００℃より高くする必要があることから、所定温度Ｔ４は６００℃に設定される。

触媒温度が所定温度Ｔ４より高い（触媒温度＞Ｔ４）場合には、ステップ２０４へ進む。一方、触媒温度が所定温度Ｔ４以下（触媒温度≦Ｔ４）場合には、後述するステップ２１０へ進む。

ステップ２０４では、所定の時間tｄｅｓｕｌだけ目標の空燃比、ベッド温で硫黄被毒解除処理が行われたか（ｔ＞ｔｄｅｓｕｌ）否かを判定する。硫黄被毒解除処理が行われた（ｔ＞ｔｄｅｓｕｌ）場合には、ステップ２０５へ進む。一方、硫黄被毒解除処理が行われない（ｔ≦ｔｄｅｓｕｌ）場合には、処理を終了する。

ステップ２０５では、硫黄被毒解除が終了したので、ストイキ運転を解除する。
ステップ２０６では、溶損防止モードのｒｅｃフラグを立てる（ｒｅｃフラグ＝１）。これにより、硫黄被毒解除モードは終了したものの、このような高温の条件下でＰＭがＤＰＦ１４に堆積している場合に、排気空燃比を急に大きくするとＤＰＦ１４でＰＭが一気に燃えてしまうことによる溶損を防止する。

ステップ２０７では、硫黄被毒解除モードが終了したのでｄｅｓｕｌフラグを０にする。
ステップ２０８では、硫黄被毒解除モードが終了したのでＮＯｘトラップ触媒１３への硫黄堆積量をリセットにする（触媒１３への硫黄堆積量＝０）。

ステップ２０９では、ＮＯｘ再生要求フラグｒｑ＿ｓｐフラグを０にする（ｒｑ＿ｓｐ＝０）。これは硫黄被毒解除を行うことで、ＮＯｘトラップ触媒１３が長時間ストイキの空燃比で晒されることによりＮＯｘ再生がおこなわれるためである。そして、ＮＯｘ再生の要求が出ていた場合には、硫黄被毒解除を行うことでＮＯｘ再生も同時に行われる。

また、ステップ２０３からステップ２１０へ進んだ場合、前述の図３のステップ１１１及びステップ１１２と同じ処理をする。すなわち、ステップ２１０では、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度が所定温度Ｔ４以下（触媒温度≦Ｔ４）であるため、所定量主燃焼の燃料噴射時期をリタード（遅角）して排気温度を上昇させる。

ステップ２１１では、遅角量に応じて、図２３に示す主燃焼の燃料噴射時期に応じたトルク補正係数算出マップから目標トルク補正係数を算出し、これによりトルク補正して、処理を終了する。

次に、リッチスパイクにより燃焼切替を行う場合の処理について、図５のフローチャートを用いて説明する。
ステップ３０１では、燃焼制御の切り替えを行う。

ステップ３０２では、空燃比を、リッチスパイクを行うための所定の目標空燃比に制御する。目標空燃比は、吸入空気量を図２４に示す吸気量に調整することで実現する。これにより、リッチスパイク制御を実行した際、ＮＯｘトラップ触媒１３より上流の排気ガス中に適当なタイミングで短周期的に還元剤を供給してＮＯｘトラップ触媒１３に流入する排気ガスの空燃比を一時的に低下させ、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされていたＮＯｘを放出及び還元させる
ステップ３０３では、リッチスパイク制御を行った時間（リッチ条件）が所定の時間ｔｓｐｉｋｅだけ経過したか（ｔ＞ｔｓｐｉｋｅ）否かを判定する。所定時間ｔｓｐｉｋｅ経過した（ｔ＞ｔｓｐｉｋｅ）場合には、ステップ３０４へ進む。一方、所定時間ｔｓｐｉｋｅ経過していない（ｔ≦ｔｓｐｉｋｅ）場合には、処理を終了する。

ステップ３０４では、スパイクフラグを０にする（ｓｐフラグ＝０）。これにより、所定時間ｔｓｐｉｋｅよりスパイクを実施した後に、リッチ運転を解除する。

次に、溶損防止モードについて図６を用いて説明する。
ステップ４０１では、ＤＰＦ１４の温度を検知する。なお、直接ＤＰＦ１４の温度を検知することが困難な場合には、それに代わるパラメータ（例えば排気温度）からＤＰＦ１４の温度を類推する。

ステップ４０２では、ＤＰＦ１４の温度が所定温度Ｔ３未満（ＤＰＦ温度＜Ｔ３）であるか否かを判定する。これによりＤＰＦ温度が、ＰＭの急激な酸化が開始する恐れのない温度Ｔ３より低いか（ＤＰＦ温度＜Ｔ３）否かを判定する。

ＤＰＦ１４の温度が所定温度未満である（ＤＰＦ温度＜Ｔ３）場合には、ステップ４０２へ進む。これにより酸素濃度が大気並になってもＤＰＦ１４の溶損は回避可能となる。

一方、ＤＰＦ１４の温度が所定温度Ｔ３以上である（ＤＰＦ温度≧Ｔ３）場合には、排気空燃比を所定の値以下に制御して、処理を終了する。このときは、排気温度が低いことが望ましいことから、本願の燃焼ではなく、通常のリーン燃焼（図１３に示す燃焼）で排気空燃比を所定の値に制御する。そして、図２５に示す目標吸入空気量に設定し、センサ出力が目標空燃比と乖離した場合は、吸気絞り弁６またはＥＧＲ弁１９を調整することで目標空燃比を実現する。

ステップ４０３では、ＤＰＦ１４の溶損の恐れが無い事から、空燃比制御を停止する。
ステップ４０４では、溶損防止モードのｒｅｃフラグを０にする。これにより溶損防止モードを終了する。

次に、ＤＰＦ再生要求とＮＯｘ再生、硫黄被毒解除の片方もしくは両方の要求が同時に起きたときの優先順位について、図７を用いて説明する。
ステップ５０１では、ＤＰＦ１４の硫黄堆積量が硫黄被毒解除の必要な所定量Ｓ１未満であるか（硫黄堆積量＜Ｓ１）否かを判定する。所定量Ｓ１未満である（硫黄堆積量＜Ｓ１）場合には、ステップ５０２へ進む。一方、所定量Ｓ１以上（硫黄堆積量≧Ｓ１）である場合には、後述する図１０の処理へ進む。

ステップ５０２では、ＮＯｘ再生要求（スパイク要求）ｒｑ＿ｓｐの有無を判定する。ＮＯｘ再生要求がない（ｒｑ＿ｓｐ＝０）場合には、ステップ５０３へ進む。一方、ＮＯｘ再生要求がある（ｒｑ＿ｓｐ＝１）場合には、ステップ５０６へ進む。

ステップ５０３では、ＤＰＦ再生要求が出た後にＮＯｘ堆積量がＮＯｘ再生の必要な所定量ＮＯｘ１未満であるか（ＮＯｘ堆積量＜ＮＯｘ１）否かを判定する。所定量ＮＯｘ１未満である（ＮＯｘ堆積量＜ＮＯｘ１）場合には、ステップ５０４へ進む。一方、所定量ＮＯｘ１以上である（ＮＯｘ堆積量≧ＮＯｘ１）場合には、後述する図１１の処理へ進む。

ステップ５０４では、ＤＰＦ再生、ＳＯｘ再生（硫黄被毒解除）可能領域であるか否かを判定する。これらの再生可能領域の判定は、図２６に示すＤＰＦ再生、ＳＯｘ再生可能領域マップにより、現在のエンジン回転速度Ｎｅと負荷とに基づいて判定する。再生可能領域である場合には、ステップ５０５へ進む。一方、再生可能領域にない場合には、処理を終了する。

ステップ５０５では、再生モードのｒｅｇフラグを１とする。これにより、ＤＰＦ再生要求がある状態で、ＮＯｘ再生、ＳＯｘ再生要求も無く、ＤＰＦ再生可能領域であることから、ＤＰＦの再生に移行する。

また、ステップ５０２からステップ５０６へ進んだ場合には、ステップ５０６にて低ＮＯｘ条件であるか否かを判定する。これは、ＤＰＦ再生要求とＮＯｘ再生要求との両方が出ている場合であるので、エンジンの運転条件がＮＯｘ排出量の少ない条件、例えば定常条件であるかを判定するためである。

低ＮＯｘ条件である場合には、ステップ５０７へ進む。これはＮＯｘ排出量が少ない条件であれば、ＮＯｘトラップの再生を多少遅らせても、テールパイプの排気の悪化は殆ど無いため、運転性に影響を大きく及ぼすＤＰＦ１４の再生を優先させる。ＮＯｘ排出量が多い条件、例えば加速条件等ではテールパイプの排気悪化を防止するためにＮＯｘ再生を優先させるためである。

一方、低ＮＯｘ条件でない場合には、ステップ５０８へ進み、ｓｐフラグを１にして（ｓｐフラグ＝１）、処理を終了する。
ステップ５０７では、ＤＰＦ１４のベッド温度Ｔｂｅｄが所定温度Ｔ３より高いか（Ｔｂｅｄ＞Ｔ３）否かを判定する。これによりＮＯｘの再生を優先させるか否かを判定する。ＤＰＦベッド温度Ｔｂｅｄが所定温度Ｔ３より高い（Ｔｂｅｄ＞Ｔ３）場合には、ステップ５０４へ進む。一方、所定温度Ｔ３以下である（Ｔｂｅｄ≦Ｔ３）場合には、ステップ５０８へ進む。これは、ＤＰＦ１４の昇温を開始するにあたり、ＤＰＦ１４に担持したＮＯｘトラップ触媒１３が活性化する温度Ｔ３以下である（Ｔｂｅｄ≦Ｔ３）場合には、昇温開始しても、再生可能温度に到達するまで時間がかかることから、昇温中にテールパイプのＮＯｘの悪化も懸念されるため、ＮＯｘの再生を優先させるためである。

ステップ５０８では、ＮＯｘの再生が優先されたのでスパイクフラグを立てて（ｓｐフラグ＝１）、ＮＯｘ再生に移行する。
次に、ＳＯｘ再生要求及びＮＯｘ再生要求が同時に起きた場合のＳＯｘ再生、ＮＯｘ再生の優先順位の処理について、図８のフローチャートを用いて説明する。

ステップ６０１では、ＤＰＦ１４に堆積したＰＭの量が所定量ＰＭ１未満であるか（ＰＭ堆積量＜ＰＭ１）否かを判定する。所定量ＰＭ１未満である（ＰＭ堆積量＜ＰＭ１）場合には、ステップ６０２へ進む。一方、所定量ＰＭ１以上である（ＰＭ堆積量≧ＰＭ１）場合には、図９のステップ７０１に示す通り、ｒｑ＿ＤＰＦフラグを１にしてＤＰＦ１４の再生を行う。これによりＳＯｘ再生要求が出されていてもＤＰＦ再生が優先する。

ステップ６０２では、ＮＯｘトラップ触媒１３のベッド温度Ｔｂｅｄが所定温度Ｔ１より高いか（Ｔｂｅｄ＞Ｔ１）否かを判定する。なお所定温度Ｔ１は、担持したＮＯｘトラップ触媒１３がＳＯｘ再生に適する温度である。そして、ＮＯｘトラップ触媒１３のベッド温度Ｔｂｅｄが所定温度Ｔ１より高い（Ｔｂｅｄ＞Ｔ１）場合には、ステップ６０３へ進む。一方、所定温度Ｔ１以下である（Ｔｂｅｄ≦Ｔ１）場合には、ステップ６０５へ進む。これは、昇温開始しても、再生可能温度に到達するまで時間が掛かることから、昇温中にテールパイプのＮＯｘの悪化も懸念されるため、ＮＯｘ再生を優先させるためである。

ステップ６０３では、ＤＰＦ、ＳＯｘ再生（硫黄被毒解除）可能領域であるか否かを判定する。これらの再生可能領域の判定は、前述のステップ５０４と同じく、図２６に示すＤＰＦ再生、ＳＯｘ再生可能領域マップにより、現在のエンジン回転速度Ｎｅと負荷とに基づいて判定する。再生可能領域である場合には、ステップ６０４へ進む。一方、再生可能領域にない場合（再生不可能領域にある場合）には、処理を終了する。

ステップ６０４では、ｄｅｓｕｌフラグを立てて（ｄｅｓｕｌフラグ＝１）、処理を終了する。これは、スパイク要求、ＤＰＦ再生要求も無く、ベッド温度が所定の値以上で、再生可能運転領域であるという全ての条件が整っていることから、ＳＯｘ再生に移行するためである。

また、ステップ６０２からステップ６０５へ進んだ場合には、ステップ６０５にてスパイク要求の有無を判定する。スパイク要求がない（ｒｑ＿ｓｐ＝０）場合には、ステップ６０６へ進む。これによりＳＯｘ再生要求が出ていても、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度が所定の温度Ｔ１以下である（ＮＯｘトラップ触媒温度≦Ｔ１）場合には、ＮＯｘ再生を優先させることで、テールパイプのＮＯｘ悪化を抑制する。

一方、ステップ６０５においてスパイク要求がある（ｒｑ＿ｓｐ＝１）場合には、ステップ６０７へ進み、ＮＯｘ再生フラグを立てて（ｓｐフラグ＝１）、ＮＯｘ再生に移行する。これにより、ＳＯｘ再生要求が出ているものの、ＮＯｘ再生を優先すると判定する。

ステップ６０６では、ＳＯｘ再生要求が出た後に、ＮＯｘ堆積量がＮＯｘ再生を要する所定量ＮＯｘ１未満であるか（ＮＯｘ堆積量＜ＮＯｘ１）否かを判定する。ＮＯｘ堆積量が所定量ＮＯｘ１未満である（ＮＯｘ堆積量＜ＮＯｘ１）場合には、処理を終了する。一方、所定量ＮＯｘ１以上である（ＮＯｘ堆積量≧ＮＯｘ１）場合には、図１１に示すステップ９０１においてｒｑ＿ｓｐフラグを立てて（ｒｑ＿ｓｐフラグ＝１）、ＮＯｘ再生要求を出す。

次に、図２のステップ２において、予備燃焼及び主燃焼による本願の燃焼制御を活用してＮＯｘトラップ触媒１３を暖機する処理について、図１２を用いて説明する。

ステップ１００１では、ステップ２においてＮＯｘトラップ触媒１３の暖機促進運転が可能であるか否かを判定する。これは、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度が活性温度Ｔ５以下である（触媒温度≦Ｔ５）と判定され、暖機促進運転によりＮＯｘトラップ触媒１３の昇温が必要なためである。この判定は、図２６に示すように、エンジン回転速度Ｎｅ及び負荷に基づくＤＰＦ、ＳＯｘ再生可能領域であるか否かにより判定する。

暖機促進運転可能である場合には、ステップ１００２へ進む。一方、暖機促進運転可能でない場合には、処理を終了する。
ステップ１００２では、本願の燃焼に切り替える。これにより、予備燃焼を行うことで圧縮上死点近傍の筒内温度を上昇させ、主燃焼の着火遅れ限界を遅らせる。そして、排気温度が高温となり、ＮＯｘトラップ触媒１３の暖機を促進する。

ステップ１００３では、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度が活性温度（所定温度）Ｔ５より高くなったか（触媒温度＞Ｔ５）否かを判定する。所定温度Ｔ５より高くなった（触媒温度＞Ｔ５）場合には、ステップ１００４へ進む。一方、所定温度Ｔ５以下である（触媒温度≦Ｔ５）場合には、処理を終了して、本願の燃焼制御を継続する。

ステップ１００４では、暖機促進運転を解除する。これは、ＮＯｘトラップ触媒１３が十分に暖機した状態、すなわちＮＯｘトラップ触媒１３が活性した状態であると判定したので、本願の燃焼による運転から通常の燃焼による運転に切り替えて、ＮＯｘトラップ触媒１３の暖機を終了するためである。

本実施形態によれば、排気通路２に排気浄化触媒（ＮＯｘトラップ触媒１３，ＤＰＦ１４）を備える内燃機関（エンジン）１において、排気浄化触媒の状態（ステップ３〜５）に基づいて、排気温度の上昇要求又はストイキ以下のリッチ運転要求の少なくとも一方があったときに、主トルクを発生させる主燃焼と、主燃焼に先立ってなされる少なくとも１回の予備燃焼とを行わせ（ステップ１０１，２０１，１００２）、予備燃焼は、少なくとも１つが上死点近傍で起こるように、燃料噴射を制御し、主燃焼は、予備燃焼が終了した後に開始するように、燃料噴射を制御する。このため、予備燃焼により筒内温度を高めることで主燃焼の着火遅れ限界（リタード限界）を広げることができ、スモークの抑制ができる。そして、目標のリッチ雰囲気をシリンダ内で達成することができる。

また本実施形態によれば、主燃焼（ステップ１０１，２０１，１００２）は、予混合燃焼である。このため、主燃焼のための燃料噴射が高温状態で行われ、主燃焼の着火遅れ限界を拡げることができ、スモークの抑制ができる。

また本実施形態によれば、予備燃焼の燃料噴射量は、主燃焼の燃料噴射時の筒内温度が自己着火可能な温度を上回る為に必要な燃料噴射量である（ステップ１０１，２０１，１００２）。このため、予備燃焼時の燃料噴射によって筒内温度を上昇させ、主燃焼のための燃料噴射がされたときの筒内温度を高く維持することができ、サイクル毎の燃焼を安定させることができる。

また本実施形態によれば、主燃焼の燃焼開始時期は、予備燃焼の燃焼開始時期からクランク角で２０度以上離れた時期である（ステップ１０１，２０１，１００２）。このため、予備燃焼が開始してから主燃焼の開始までの間隔を所定期間以上にすることができ、主燃焼の燃焼の悪化を抑制して、スモークの悪化を防ぐことが可能となる。

また本実施形態によれば、主燃焼の終了時期は、圧縮上死点からクランク角で５０度以上離れた時期である（ステップ１０１，２０１，１００２）。このため、主燃焼の終了時期をできるだけ遅くすることで、主燃焼の燃焼が緩慢になり、燃焼騒音の悪化を抑制することができる。

また本実施形態によれば、予備燃焼のための燃料噴射は、機関の圧縮行程においてされる（ステップ１０１，２０１，１００２）。このため、予備燃焼の着火の安定性を確保することができる。

また本実施形態によれば、予備燃焼のための燃料噴射量若しくは燃料噴射時期の少なくとも一方は、圧縮端温度に応じて変更される（ステップ１０１，２０１，１００２）。このため、各運転条件における圧縮端温度に応じて予備燃焼のための燃料噴射を必要最低限の量に変えることができ、予備燃焼の安定性を図れると共に、主燃焼が開始する前に予備燃焼を確実に終了できる。

また本実施形態によれば、主燃焼は、燃料噴射時期を変えることで、排気温度を制御する（ステップ１０１，２０１，１００２）。このため、特に主燃焼の燃焼終了時期を変えることで、排気温度を自在に変えることができる。

また本実施形態によれば、主燃焼は、機関１の発生トルクが一定となるように制御される（ステップ１０１，２０１，１００２）。このため、主燃焼の燃料噴射時期に応じて燃料噴射量を補正することで、目標の排気温度若しくは排気雰囲気とすると共に、燃焼の切替及び排温の制御時のトルク変動を抑制することができる。

また本実施形態によれば、排気浄化触媒として排気微粒子を捕集するフィルタ（ＤＰＦ）１４を備え、排気温度の上昇要求又はストイキ以下のリッチ運転要求がある時は、フィルタ１４に所定量ＰＭ１の排気微粒子（ＰＭ）が堆積し（ステップ１２）、排気微粒子を自己酸化する温度にする時である。このため、エンジン１の運転条件（エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｑなど）に応じて、燃焼制御を行う時期を変更することができる。そして、ＤＰＦ１４の再生時期が来た時に、本願の燃焼制御に切り替えることができ、低スモークで高排温を実現でき、ＤＰＦ１４の再生を安定して実現することができる。

また本実施形態によれば、排気浄化触媒としてリーン運転時にＮＯｘをトラップするＮＯｘトラップ触媒１３を備え、排気温度の上昇要求又はストイキ以下のリッチ運転要求がある時は、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップしたＮＯｘを浄化する時である。このため、本願の燃焼制御を用いてリッチスパイクを行うことができ、ＮＯｘトラップ触媒１３の浄化性能を高く維持することができる。

また本実施形態によれば、ＮＯｘを浄化する時は、所定の距離を走行する毎であるため（ステップ３，１２〜１４）、所定時間毎にＮＯｘを浄化できる。
また本実施形態によれば、排気浄化触媒としてリーン運転時にＮＯｘをトラップするＮＯｘトラップ触媒１３を備え、排気温度の上昇要求又はストイキ以下のリッチ運転要求がある時は、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップした硫黄分（ＳＯｘ）を浄化する時である。このため、本願の燃焼制御を用いて硫黄被毒解除（ＳＯｘ再生）を行うことができ、低スモークで且つ高排気温度とリッチ条件の両立が可能となり、ＮＯｘトラップ触媒１３の性能を最大限発揮することができるようにする。

また本実施形態によれば、硫黄分を浄化する時は、所定の距離を走行する毎であるため（ステップ３，１２〜１４）、所定時間毎にＮＯｘを浄化できる。
また本実施形態によれば、排気浄化触媒としてリーン運転時にＮＯｘをトラップするＮＯｘトラップ触媒１３を備え、排気温度の上昇要求又はストイキ以下のリッチ運転要求がある時は、ＮＯｘトラップ触媒１３の冷機時で（ステップ２）、ＮＯｘトラップ触媒１３を急速暖機する時である。このため、ＮＯｘトラップ触媒１３の冷機時に本願の燃焼制御を用いることができ、短時間でＮＯｘトラップ触媒１３を活性温度にすることができる。

また本実施形態によれば、予備燃焼の終了は熱発生が終了である。このため、予備燃焼の熱発生が終了した後に主燃焼に切り替えることができる。
また本実施形態によれば、低負荷時に予備燃焼を複数回行うため、低負荷条件であっても低スモークと高排温との両立を図ることができる。

内燃機関の燃焼制御装置の構成図 燃焼制御のメインフローチャート ＮＯｘトラップ触媒の暖機時におけるＤＰＦ再生のフローチャート 硫黄被毒解除モードのフローチャート リッチスパイクにより燃焼切替を行う場合のフローチャート 溶損防止モードのフローチャート ＤＰＦ再生、ＮＯｘ再生、硫黄被毒解除の優先順位を決定するフローチャート ＳＯｘ再生、ＮＯｘ再生の優先順位を決定するフローチャート ＤＰＦ再生のフローチャート 硫黄被毒解除のフローチャート ＮＯｘ再生のフローチャート ＮＯｘトラップ触媒を暖機するフローチャート 従来（第１例）の燃料噴射を示す図 従来（第２例）の燃料噴射を示す図 本願（第３例）の燃焼制御を示す図 本願の別の燃焼制御を示す図 従来（第１，２例）と本願（第３例）との排気ガス状態を比較した図 本願の主燃焼時期に対する排気ガスの状態を示した図 本願の主燃焼のための目標燃料噴射時期を示す図 ＤＰＦの排圧閾値を示す図 ＰＭ堆積量に対する目標空燃比を示す図 目標吸入空気量を示す図 目標燃料噴射時期に従ったトルク補正係数を算出する図 リッチスパイク運転の目標吸入空気量を示す図 ＤＰＦ溶損防止の目標吸入空気量 ＤＰＦ・ＳＯｘ再生不可領域を示す図 予備燃焼のための目標燃料噴射量 予備燃焼のための目標燃料噴射時期 本発明の燃焼に切り替える際の燃焼系パラメータの移行を示す図 目標空燃比に応じた主燃焼のための噴射量補正係数

符号の説明

１ エンジン
２ 吸気通路
６ 吸気絞り弁
８ 燃料噴射ポンプ
９ コモンレール
１０ 燃料噴射弁
１１ ＥＧＲ通路
１２ 排気通路
１３ ＮＯｘトラップ触媒
１４ ＤＰＦ
１６ 空燃比センサ
１７ 排気圧力センサ
１９ ＥＧＲ弁
２０ クランク角センサ
２１ アクセル開度センサ
２２ 触媒温度センサ
２３ ＤＰＦ温度センサ
２５ ＥＣＵ

Claims (18)

1. 排気通路に排気浄化触媒を備える内燃機関において、
   排気浄化触媒の状態に基づいて、排気温度の上昇要求又はストイキ以下のリッチ運転要求の少なくとも一方があったときに、主トルクを発生させる主燃焼と、主燃焼に先立ってなされる少なくとも１回の予備燃焼とを行わせ、
   前記予備燃焼は、少なくとも１つが上死点近傍で起こるように、燃料噴射を制御し、
   前記主燃焼は、予備燃焼が終了した後に開始するように、燃料噴射を制御することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
2. 内燃機関の燃焼制御装置であって、
   機関の排気通路に配置された排気浄化触媒と、
   機関の燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   燃料噴射弁の作動を制御するコントロールユニットと、
   を含んで構成され、
   前記コントロールユニットは、
   排気浄化触媒の状態に基づいて、排気温度の上昇要求又はストイキ以下のリッチ運転要求の少なくとも一方があったときに、主トルクを発生させる主燃焼と、主燃焼に先立ってなされる少なくとも１回の予備燃焼とを行わせ、
   前記予備燃焼は、少なくとも１つが上死点近傍で起こるように、燃料噴射を制御し、
   前記主燃焼は、予備燃焼が終了した後に開始するように、燃料噴射を制御することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
3. 前記主燃焼は、予混合燃焼が主体であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機関の燃焼制御装置。
4. 予備燃焼の燃料噴射量は、主燃焼の燃料噴射時の筒内温度が自己着火可能な温度を上回る為に必要な燃料噴射量であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
5. 主燃焼の燃焼開始時期は、予備燃焼の燃焼開始時期からクランク角で２０度以上離れた時期であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
6. 主燃焼の終了時期は、圧縮上死点からクランク角で５０度以上離れた時期であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
7. 予備燃焼のための燃料噴射は、機関の圧縮行程においてされることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
8. 予備燃焼のための燃料噴射量若しくは燃料噴射時期の少なくとも一方は、圧縮端温度に応じて変更されることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
9. 主燃焼は、燃料噴射時期を変えることで、排気温度を制御することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
10. 主燃焼は、機関の発生トルクが一定となるように制御されることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
11. 排気浄化触媒として排気微粒子を捕集するフィルタを備え、
    排気温度の上昇要求又はストイキ以下のリッチ運転要求がある時は、フィルタに所定量の排気微粒子が堆積し、排気微粒子を自己酸化する温度にする時であることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
12. 排気浄化触媒としてリーン運転時にＮＯｘをトラップするＮＯｘトラップ触媒を備え、
    排気温度の上昇要求又はストイキ以下のリッチ運転要求がある時は、ＮＯｘトラップ触媒にトラップしたＮＯｘを浄化する時であることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
13. 前記ＮＯｘを浄化する時は、所定の距離を走行する毎であることを特徴とする請求項１２記載の内燃機関の燃焼制御装置。
14. 排気浄化触媒としてリーン運転時にＮＯｘをトラップするＮＯｘトラップ触媒を備え、
    排気温度の上昇要求又はストイキ以下のリッチ運転要求がある時は、ＮＯｘトラップ触媒にトラップした硫黄分を浄化する時であることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
15. 前記硫黄分を浄化する時は、所定の距離を走行する毎であることを特徴とする請求項１４記載の内燃機関の燃焼制御装置。
16. 排気浄化触媒としてリーン運転時にＮＯｘをトラップするＮＯｘトラップ触媒を備え、
    排気温度の上昇要求又はストイキ以下のリッチ運転要求がある時は、ＮＯｘトラップ触媒の冷機時で、ＮＯｘトラップ触媒を急速暖機する時であることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
17. 前記予備燃焼の終了は、熱発生が終了であることを特徴とする請求項１〜請求項１６のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
18. 低負荷時に予備燃焼を複数回行うことを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。

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