JP4320979B2 - 内燃機関 - Google Patents
内燃機関 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4320979B2 JP4320979B2 JP2001177497A JP2001177497A JP4320979B2 JP 4320979 B2 JP4320979 B2 JP 4320979B2 JP 2001177497 A JP2001177497 A JP 2001177497A JP 2001177497 A JP2001177497 A JP 2001177497A JP 4320979 B2 JP4320979 B2 JP 4320979B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- combustion
- catalyst
- internal combustion
- amount
- combustion engine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/30—Controlling fuel injection
- F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
- F02D41/3076—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion with special conditions for selecting a mode of combustion, e.g. for starting, for diagnosing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/30—Controlling fuel injection
- F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
- F02D41/3017—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used
- F02D41/3035—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the premixed charge compression-ignition mode
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
- F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
- F02D41/0065—Specific aspects of external EGR control
Description
【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、ＥＧＲガス冷却部の上流側に、ＥＧＲガス中に含有されるＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）等の粒子状物質（ＰＭ）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、ＥＧＲガスの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】
本発明に係る他の態様としての内燃機関は、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】
このような他の態様として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、上記他の態様として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】
上記した他の態様として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、上記他の態様として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、上記他の態様として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１５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．実施例の変形例１：
Ｆ．実施例の変形例２：
Ｇ．参考例：
Ｈ．その他の変形例：
【００４５】
Ａ．装置の全体構成：
図１は、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１６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。ＥＧＲ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５２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ＥＧＲ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、ＥＧＲ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ＥＧＲ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ＮＯｘ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ＥＧＲ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５２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ＥＧＲ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。ＥＧＲ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、ＥＧＲ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４０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ＥＧＲ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。ＥＧＲ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ＥＧＲ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ｔA に値０を代入する（ステップＳ１００）。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ｔA が、所定の基準時間ＴA 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ＴA 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ＳＯＦ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Ｓ１３０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ｔB 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ｔB 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ｔB が、所定の基準時間ＴB 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ＴB 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ｔB が所定の基準時間ＴB 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ｔC は、アイドル運転を行なった時間ｔA 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ｔA に基づいて、通常燃焼を行なうべき基準時間ＴC 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ｔC 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ｔC が、上記通常燃焼を行なうべき基準時間ＴC 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、ＥＧＲ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ｔC がこの基準時間ＴC 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ＴC 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ｔB が所定の基準時間ＴB 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ＴB 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６６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ｔA が所定の基準時間ＴA 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ｔA が所定の基準時間ＴA 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Ｓ２００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ＴC 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ｔB 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、ＥＧＲ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、ＥＧＲ触媒６６では、触媒床温の上昇が抑えられた状態でＳＯＦ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ＥＧＲ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．実施例の変形例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、Ｂａ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、Ｐｔ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、ＮＯｘ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ｔA に基づいて決定した時間ＴC 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．実施例の変形例２：
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Ｓ３１０）。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、ＥＧＲ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Ｓ３２０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．参考例：
既述した実施例では、ＥＧＲ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、参考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Ｓ４１０）。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Ｓ３３０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（ＥＧＲ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。本参考例のように、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、ＥＧＲ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、ＥＧＲ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】
Ｈ２．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。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】 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
【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、ＥＧＲガス冷却部の上流側に、ＥＧＲガス中に含有されるＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）等の粒子状物質（ＰＭ）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、ＥＧＲガスの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】
本発明に係る他の態様としての内燃機関は、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】
このような他の態様として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、上記他の態様として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】
上記した他の態様として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、上記他の態様として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、上記他の態様として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１５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．実施例の変形例１：
Ｆ．実施例の変形例２：
Ｇ．参考例：
Ｈ．その他の変形例：
【００４５】
Ａ．装置の全体構成：
図１は、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１６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。ＥＧＲ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５２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ＥＧＲ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、ＥＧＲ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ＥＧＲ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ＮＯｘ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ＥＧＲ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５２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ＥＧＲ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。ＥＧＲ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、ＥＧＲ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４０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ＥＧＲ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。ＥＧＲ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ＥＧＲ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ｔA に値０を代入する（ステップＳ１００）。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ｔA が、所定の基準時間ＴA 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ＴA 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ＳＯＦ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Ｓ１３０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ｔB 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ｔB 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ｔB が、所定の基準時間ＴB 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ＴB 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ｔB が所定の基準時間ＴB 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ｔC は、アイドル運転を行なった時間ｔA 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ｔA に基づいて、通常燃焼を行なうべき基準時間ＴC 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ｔC 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ｔC が、上記通常燃焼を行なうべき基準時間ＴC 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、ＥＧＲ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ｔC がこの基準時間ＴC 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ＴC 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ｔB が所定の基準時間ＴB 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ＴB 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６６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ｔA が所定の基準時間ＴA 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ｔA が所定の基準時間ＴA 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Ｓ２００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ＴC 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ｔB 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、ＥＧＲ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、ＥＧＲ触媒６６では、触媒床温の上昇が抑えられた状態でＳＯＦ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ＥＧＲ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．実施例の変形例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、Ｂａ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、Ｐｔ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、ＮＯｘ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ｔA に基づいて決定した時間ＴC 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．実施例の変形例２：
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Ｓ３１０）。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、ＥＧＲ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Ｓ３２０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．参考例：
既述した実施例では、ＥＧＲ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、参考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Ｓ４１０）。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Ｓ３３０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（ＥＧＲ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。本参考例のように、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、ＥＧＲ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、ＥＧＲ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】
Ｈ２．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。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】 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
Claims (16)
- 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１ないし１４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１ないし１５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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001177497A JP4320979B2 (ja) | 2001-06-12 | 2001-06-12 | 内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001177497A JP4320979B2 (ja) | 2001-06-12 | 2001-06-12 | 内燃機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002371874A JP2002371874A (ja) | 2002-12-26 |
| JP4320979B2 true JP4320979B2 (ja) | 2009-08-26 |
Family
ID=19018332
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001177497A Expired - Fee Related JP4320979B2 (ja) | 2001-06-12 | 2001-06-12 | 内燃機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4320979B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4498831B2 (ja) * | 2004-06-15 | 2010-07-07 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気循環装置 |
| FR2921425B1 (fr) * | 2007-09-20 | 2009-10-23 | Renault Sas | Procede de diagnostic du volet de derivation de l'echangeur dans un circuit de recirculation des gaz d'echappement |
| JP5053163B2 (ja) * | 2008-04-28 | 2012-10-17 | 本田技研工業株式会社 | 内燃機関の排気浄化装置 |
| JP5093007B2 (ja) * | 2008-09-08 | 2012-12-05 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の制御装置 |
| FR2944560B1 (fr) * | 2009-04-16 | 2011-04-01 | Inst Francais Du Petrole | Systeme de suralimentation a double etage avec dispositif d'epuration de gaz d'echappement pour moteur a combustion interne et procede pour commander un tel systeme |
| JP5071557B2 (ja) * | 2010-02-15 | 2012-11-14 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の触媒劣化診断装置 |
| WO2012164661A1 (ja) * | 2011-05-30 | 2012-12-06 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気浄化装置 |
-
2001
- 2001-06-12 JP JP2001177497A patent/JP4320979B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2002371874A (ja) | 2002-12-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3599012B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| US7246485B2 (en) | Exhaust gas purifying device and method for internal combustion engine | |
| JP3929296B2 (ja) | 内燃機関 | |
| US7716918B2 (en) | Method of exhaust gas purification and exhaust gas purification system | |
| JP4485400B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP4270155B2 (ja) | 排気浄化触媒の熱劣化状態検出装置 | |
| JP5056725B2 (ja) | 内燃機関の制御装置 | |
| JP5246341B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP3896870B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP4320979B2 (ja) | 内燃機関 | |
| JP3858779B2 (ja) | 排気ガス浄化装置 | |
| JP3674511B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP2010159727A (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP4357241B2 (ja) | 排気浄化装置 | |
| JP4193553B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP4639565B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP4285105B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化方法 | |
| JP3800065B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP3788314B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP4001045B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP4630716B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP4314835B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化システム | |
| JP2006274985A (ja) | 排気後処理装置 | |
| JP4032760B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 | |
| JP3620446B2 (ja) | 内燃機関の排気浄化装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060919 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080930 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081118 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090512 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090525 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120612 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120612 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130612 Year of fee payment: 4 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |