JP4501720B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、パティキュレートフィルタを備えた内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、パティキュレートフィルタの再生に関する。

ディーゼルエンジンでは、エンジンから排出される排ガス中に含まれる排気微粒子（以下、適宜、ＰＭという）が問題となっており、ＰＭを捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、適宜、ＤＰＦという）を搭載することが検討されている。ＤＰＦは、捕集したＰＭを定期的に燃焼除去することで再生されＰＭ捕集能力を回復する。ＰＭの燃焼にはＤＰＦ温度を十分に高くしておく必要があるが、酸化触媒の酸化反応熱を利用したものがある。これには、酸化触媒をＤＰＦの上流に配置したＤＰＦシステム（以下、適宜、触媒前置ＤＰＦシステムという）や、ＤＰＦの基材に触媒を担持してＤＰＦ単体で構成されるシステム（以下、適宜、シングルＤＰＦシステムという）がある。

ＤＰＦ温度を上げるために、吸気絞り、噴射遅角、ＥＧＲ増量などによりエンジンから排出される排ガスを昇温する方法や、ポスト噴射などによりエンジンから排出される排ガス中の未燃成分（以下，適宜、未燃ＨＣという）を意図的に増量して触媒反応熱を発生させる方法が知られている（下記特許文献１等参照）。いずれの方法も、機関出力に変換されないエネルギーを消費することになるので、燃費に留意する必要がある。ＤＰＦ温度は高いほうが燃焼速度が速くなってＤＰＦの再生が短時間で済み燃費の点では有利であるが、ＤＰＦ温度が急上昇するとＤＰＦを破損するおそれがあるので、再生に適した温度を目標温度としてＤＰＦ温度を維持することが重要である。
特開２００３−１７２１８５号公報

ところで、ＤＰＦ温度を上げる２つの方法のうち、排ガスを昇温してＤＰＦに供給する方法はエンジンや排気管での奪熱によるエネルギーの損失が避けられないため、その分、未燃ＨＣ増量による方法の方が燃費の点では有利である。また、触媒前置ＤＰＦシステムとシングルＤＰＦシステムとではＤＰＦだけで構成できるシングルＤＰＦシステムの方が低コストで軽量である。

しかしながら、シングルＤＰＦシステムにおいては、未燃ＨＣ増量による方法では次の問題がある。すなわち、触媒前置ＤＰＦシステムとシングルＤＰＦシステムとでは、触媒前置ＤＰＦシステムが触媒反応熱で昇温した排ガスをＤＰＦに流入させるのに対して、シングルＤＰＦシステムでは、未燃ＨＣの触媒反応がＤＰＦに流入後に生じる点で、作用上相違している。図１６はＤＰＦ温度とＨＣが酸化する反応速度との関係を示すもので、ＤＰＦ温度が高いほど触媒の活性状態が増して高位になり反応速度が速くなる傾向を示すが、一定の温度に達しないと触媒は殆ど所期の作用を奏さず、ＨＣが十分に燃焼しない。ＰＭの燃焼を安定的に行うにはＤＰＦ温度を６００°Ｃ以上にする必要がある。排ガスが低温のときにエンジンから未燃ＨＣを多量に排出しても、反応しきれないＨＣが触媒に付着する触媒の被毒を引き起こす。このため、シングルＤＰＦシステムでは、ＤＰＦの最上流部となるＤＰＦの前端面近傍で殆ど未燃ＨＣの触媒反応による昇温がなく、ＤＰＦ内で前記最上流部から下流に向かうにしたがって温度が高くなる温度勾配が生じる。

図１７に示すように、ＤＰＦに流入時の排気温度が、ＤＰＦにおけるＰＭ燃焼量がエンジンからのＰＭ排出量を上回る温度（以下、適宜、再生可能温度という）以下で、温度勾配が定常状態で推移するような状態を考えると、ＤＰＦの最上流部では再生可能温度以上にはならず、ＤＰＦの最上流部において捕集されたＰＭを十分に燃焼除去できない。この結果、ＤＰＦの最上流部がＰＭにより目詰まりするおそれがある。これは、図１８に示すように、特にアイドリング状態や低速走行といった低負荷領域のように、排気温度が再生可能温度まで上がりにくい運転状態のときに懸念される課題である。

したがって、かかる運転領域においては、ＤＰＦの目詰まりや触媒の被毒を回避するためにエンジンから排出される排ガスを昇温して、ＤＰＦに流入した時点での温度を再生可能温度以上にする必要がある。しかしながら、排気温度を上昇する方法としての前記吸気絞り等は、いずれも失火が生じない範囲での実施に制限されるため、その昇温作用には限界があり、必ずしも十分とはいえなかった。

本発明は、前記実情に鑑みてなされたものであり、運転状態によらず、高燃費で適正にＤＰＦを再生することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１記載の発明では、内燃機関から排出される排ガス中の排気微粒子をパティキュレートフィルタで捕集し、捕集された排気微粒子がパティキュレートフィルタの基材に担持された触媒の酸化作用による反応熱で燃焼除去されることにより、前記パティキュレートフィルタが再生される内燃機関の排気浄化装置において、
前記触媒の活性状態を検出する触媒活性状態検出手段と、
前記内燃機関における１回の熱サイクルに対応した燃料の噴射形態として、主に機関出力の生成を目的とする第１の噴射形態と、燃料噴射が複数段になされる噴射形態であって、前記第１の噴射形態と実質的に同等な燃料噴射を実行するとともに、該燃料噴射よりも遅角側で噴射されて廃熱割合が相対的に高い後段の燃料噴射を実行し、所期の機関出力を生成しながら前記内燃機関から排出される排ガスの排気温度の上昇を目的とする第２の噴射形態と、燃料噴射が複数段になされる噴射形態であって、前記第１の噴射形態と実質的に同等な燃料噴射を実行するとともに、該燃料噴射よりも遅角側で噴射され先行する燃料噴射の終了から燃料噴射開始までの噴射インターバルを前記第２の噴射形態よりも長く設定することで前記内燃機関から排出される排ガス中の未燃成分の割合が相対的に高い後段の燃料噴射を実行し、所期の機関出力を生成しながら前記パティキュレートフィルタへの未燃成分の供給を目的とする第３の噴射形態とのうち、いずれかを選択する噴射形態選択手段とを具備し、
前記第２の噴射形態は、前記後段の燃料噴射が複数回実行され、先行する燃料噴射の終
了から燃料噴射開始までの噴射インターバルがより後段の燃料噴射ほど長く設定されており、
該噴射形態選択手段は、前記第２の噴射形態および前記第３の噴射形態を前記パティキュレートフィルタの再生要求を条件として選択し、かつ、検出された前記触媒の活性状態が低位のときには前記第２の噴射形態を選択する構成とする。

パティキュレートフィルタの再生要求時において、低負荷領域の運転の継続などでパティキュレートフィルタの触媒の活性状態が低位のときには第２の噴射形態が選択される。第２の噴射形態では、前段の燃料噴射は第１の噴射形態と実質的に同等な燃料噴射を実行すればよいので、機関出力が十分に取出せてしかも失火のおそれのない噴射時期を設定できる。そして、排気温度を上昇させる役割をになう後続の燃料噴射は先行する燃料噴射が所期の燃焼を行うことから十分に遅角しても失火のおそれはない。実質的に失火限界を遅角側にシフトする作用を奏する。これにより、後続する噴射段の燃料噴射を十分に遅角して廃熱割合を高めることができる。第２の噴射形態を選択することにより、後続する燃料噴射による燃料の燃焼で、内燃機関から排出される排ガスの排気温度が十分に昇温せしめられ、その熱によりパティキュレートフィルタが加熱されて、触媒の活性状態が高められる。これにより、パティキュレートフィルタが昇温しにくいその最上流部などで目詰まりを生じるのを防止することができる。

燃焼により発生するエネルギーは遅角側での燃焼ほど廃熱となる割合が大きく、より高温の排ガスをパティキュレートフィルタに供給することができる。一方、遅角側になるほど失火の確率が高くなるから、後続する燃料噴射を複数回実行することで、十分、遅角側の燃料噴射まで着火可能とすることができる。また、燃焼は遅角側ほど緩やかに長く続くから、噴射インターバルを、後段の燃料噴射ほど長くすることで、燃料の噴射を最小限に抑えつつ、より遅角側まで燃焼可能とすることができる。
触媒の活性状態がある程度高くなると、パティキュレートフィルタに未燃成分を十分に供給する第３の噴射形態が選択される。

このように、内燃機関の運転領域によらず速やかにパティキュレートフィルタに良好な再生環境を整えることができる。しかも、触媒の活性状態が高位になったら第３の噴射形態を選択することで十分な燃費を実現することができる。

なお、パティキュレートフィルタの再生が要求されていないとき、および触媒の活性状態がきわめて高位でパティキュレートフィルタへの高温の排ガスの供給や未燃成分を十分に含む排ガスの供給が必要ではないときには、第２、第３の噴射形態ではなく第１の噴射形態を選択して、さらに燃費を向上させるのもよい。

請求項２記載の発明では、内燃機関から排出される排ガス中の排気微粒子をパティキュレートフィルタで捕集し、捕集された排気微粒子がパティキュレートフィルタの基材に担持された触媒の酸化作用による反応熱で燃焼除去されることにより、前記パティキュレートフィルタが再生される内燃機関の排気浄化装置において、
前記触媒の活性状態を検出する触媒活性状態検出手段と、
前記内燃機関における１回の熱サイクルに対応した燃料の噴射形態として、主に機関出力の生成を目的とする第１の噴射形態と、燃料噴射が複数段になされる噴射形態であって、前記第１の噴射形態と実質的に同等な燃料噴射を実行するとともに、該燃料噴射よりも遅角側で噴射されて廃熱割合が相対的に高い後段の燃料噴射を実行し、所期の機関出力を生成しながら前記内燃機関から排出される排ガスの排気温度の上昇を目的とする第２の噴射形態と、燃料噴射が複数段になされる噴射形態であって、前記第１の噴射形態と実質的に同等な燃料噴射を実行するとともに、該燃料噴射よりも遅角側で噴射され先行する燃料噴射の終了から燃料噴射開始までの噴射インターバルを前記第２の噴射形態よりも長く設定することで前記内燃機関から排出される排ガス中の未燃成分の割合が相対的に高い後段の燃料噴射を実行し、所期の機関出力を生成しながら前記パティキュレートフィルタへの未燃成分の供給を目的とする第３の噴射形態とのうち、いずれかを選択する噴射形態選択手段とを具備し、
該噴射形態選択手段は、前記第２の噴射形態および前記第３の噴射形態を前記パティキュレートフィルタの再生要求を条件として選択し、かつ、検出された前記触媒の活性状態が低位のときには前記第２の噴射形態を選択するとともに、
生成される機関出力を検出する機関出力検出手段と、
前記第２の噴射形態の選択時に、生成される機関出力が目標機関出力となるように、前段の燃料噴射から順に、各段の噴射量が各段ごとに設定された所定の最小噴射量を下回らない範囲で各段の噴射量を設定する対機関出力噴射量設定手段とを具備せしめる。

燃焼により発生するエネルギーは進角側での燃焼ほど機関出力として取出される割合が大きくなるから、大きな機関出力が要求されているときには進角側の燃料噴射から増量することで効率よく機関出力を上げることができる。また、小さな機関出力が要求されているときも同様に、進角側の燃料噴射から減量することで効率よく機関出力を下げることができる。

請求項３記載の発明では、請求項１または２の発明の構成において、前記触媒活性状態検出手段として、前記排気温度を検出する排気温度検出手段を具備せしめ、検出された排気温度が予め設定した基準排気温度以下のときには前記活性状態が低いと判断する構成とする。

内燃機関から排出される排ガスの排気温度が高いほどパティキュレートフィルタの温度も高く触媒の活性状態が高位であると推定できる。パティキュレートフィルタよりも上流の位置で排気通路に温度センサを設けるだけでよいから、実施が容易である。

請求項４記載の発明では、請求項１ないし３の発明の構成において、前記第２の噴射形態は、より後段の燃料噴射ほど燃料の噴射量が多い構成とする。

前記のごとく燃焼により発生するエネルギーは遅角側での燃焼ほど廃熱となる割合が大きくなるから、燃料の噴射量を後段の燃料噴射ほど多くすることで、効率よく内燃機関から排出される排ガスの排気温度を昇温せしめることができる。

請求項５記載の発明では、請求項２の発明の構成において、前記対機関出力噴射量設定手段は、前記機関出力と前記目標機関出力との偏差に応じて噴射量の増減量を設定する補正手段により構成する。

機関出力と目標機関出力との偏差が大きいほど噴射量の増減の要求も大きいから、増減量を前記偏差に応じて設定することで、速やかに所期の機関出力を得ることができる。

請求項６記載の発明では、請求項１ないし５の発明の構成において、前記内燃機関から排出される排ガスの排気温度を検出する排気温度検出手段と、
前記第２の噴射形態の選択時に、排気温度が目標排気温度となるように、後段の燃料噴射から順に、各段の噴射量が各段ごとに設定された所定の最小噴射量を下回らない範囲で各段の噴射量を設定する対排気温度噴射量設定手段とを具備せしめる。

燃焼により発生するエネルギーは遅角側での燃焼ほど廃熱となる割合が大きくなるから、高い排気温度が要求されているときには遅角側の燃料噴射から増量することで効率よく排気温度を上げることができる。また、低い排気温度が要求されているときも同様に、遅角側の燃料噴射から減量することで効率よく排気温度を下げることができる。

請求項７記載の発明では、請求項６の発明の構成において、前記対排気温度噴射量設定手段は、前記排気温度と前記目標排気温度との偏差に応じて噴射量の増減量を設定する補正手段により構成する。

排気温度と目標排気温度との偏差が大きいほど噴射量の増減の要求も大きいから、増減量を前記偏差に応じて設定することで、速やかに所期の排気温度を得ることができる。

請求項８記載の発明では、請求項１ないし７の発明の構成において、前記内燃機関からの前記未燃成分の排出量を検出する未燃成分排出量検出手段と、
前記第２の噴射形態の選択時に、検出された未燃成分排出量に応じて噴射段数を設定する噴射段数設定手段とを具備せしめる。

遅角側の燃料噴射ほど未燃成分が生じやすいから、未燃成分の排出量が多ければ噴射段数が過剰であり、僅かであれば噴射段数をさらに多くしてより遅角側での燃料噴射により効率よく排気温度を上昇せしめることができる。未燃成分の排出量に応じて噴射段数を増減することで、噴射段数を適正化することができる。

請求項９記載の発明では、請求項１ないし８の発明の構成において、生成される機関出力を検出する機関出力検出手段と、
前記第２の噴射形態選択時に、検出された機関出力が目標機関出力に対して不足傾向を有するときに燃料の噴射量を増量補正する手段であって、後段の燃料噴射から順に、補正後の各段の噴射量が各段ごとに設定された所定の最大噴射量を上回らない範囲で、各段の噴射量の補正量を設定する噴射量補正手段とを具備せしめる。

後段側の燃料噴射から順に噴射量を増加することで、排気温度をより高い温度にしながら、内燃機関間の個体差などに基因した機関出力の不足傾向を是正することができる。

請求項１０記載の発明では、請求項１ないし９の発明の構成において、生成される機関出力を検出する機関出力検出手段と、
前記第２の噴射形態選択時に、検出された機関出力が目標機関出力に対して過剰傾向を有するときに燃料の噴射量を減量補正する手段であって、前段の燃料噴射から順に、補正後の各段の噴射量が各段ごとに設定された所定の最小噴射量を下回らない範囲で、各段の
噴射量の補正量を設定する噴射量補正手段とを具備せしめる。

廃熱割合の小さい前段側の燃料噴射から順に噴射量を減じることで、排気温度を殆ど下げることなく、内燃機関間の個体差などに基因した機関出力の過剰傾向を是正することができる。

請求項１１記載の発明では、請求項９または１０の発明の構成において、前記噴射量補正手段は、前記機関出力と前記目標値との偏差に応じて噴射量の補正量を設定する構成とする。

機関出力と目標機関出力との偏差が大きいほど噴射量の増減の要求も大きいから、増減量を前記偏差に応じて設定することで、速やかに所期の機関出力を得ることができる。

請求項１２記載の発明では、請求項１または１１の発明の構成において、前記第２または第３の噴射形態の選択時に、筒内へ噴射された燃料のうち、排気温度を上昇させる排気熱となる噴射量と未燃成分として排出される噴射量の比率を検出する比率検出手段と、
検出された比率が、前記第２または第３の噴射形態ごとに予め設定された所定値となるように、後段の燃料噴射における噴射インターバルの補正量を設定する補正手段を具備せしめる。

第２または第３の噴射形態では、それぞれ、排気温度の上昇または未燃燃料の供給という目的に適合するように、遅角側の噴射燃料のうち排気熱となる量と未燃燃料となる量の最適比率が設定される。この比率を実際に検出し噴射インターバル調整によって所定の最適比率に調整することで、内燃機関間の個体差や着火性のバラツキによるズレを是正することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に本発明の排気浄化装置を付設した内燃機関であるディーゼルエンジンシステムの全体構成を示す。排気浄化装置が付設されるエンジン１はＥＧＲ方式のもので、吸気通路２１と排気通路２２とがＥＧＲ通路２３により接続され、排気ガスの一部が吸気通路２１へと還流するようになっている。排気ガスの還流量はＥＧＲ通路２３に設けられたＥＧＲ制御弁３２により調量される。

吸気通路２１には、エアフローメータ（吸気量センサ）５１が設置してあり、吸気量を検出する。エアフローメータ５１は一般的なもので、吸気量が質量流量として与えられる。また吸気通路２１には吸気絞り弁３１が設置してあり、弁の開度を操作することで吸気量を変化させることができる。

エンジン１の排気通路２２にはＤＰＦ４１が設置されている。ＤＰＦ４１は、例えば、基材となるコーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に成形し、ガス流路となる多数のセルを入口側または出口側が互い違いとなるように目封じして基体となし、セル壁表面には、Ｐｔ等の酸化触媒が塗布、担持されている。エンジン１から排出された排ガスは、ＤＰＦ４１の多孔性の隔壁を通過しながら下流へ流れ、その間にＰＭが捕集されて次第に堆積する。

排気通路２２には、空燃比（以下、適宜、Ａ／Ｆという）を検出するＡ／Ｆセンサ５２および排ガスの排気温度を検出する排気温センサ５３，５４が設けてある。触媒活性状態検出手段および排気温度検出手段である上流側排気温センサ５３はＤＰＦ４１よりも上流側に設けられ、ＤＰＦ４１に流入する排ガスの排気温度を検出する。

ＤＰＦ４１にて捕集されて堆積したＰＭの量（以下、適宜、ＰＭ堆積量と称する）を知るために、ＤＰＦ４１の前後差圧を検出する差圧センサ５５が設けられている。差圧センサ５５は、ＤＰＦ４１よりも上流側で排気通路２２と連通する圧力導入管２４１と、ＤＰＦ４１よりも下流側で排気通路２２と連通する圧力導入管２４２との間に介設され、ＤＰＦ４１の前後差圧に応じた信号を出力する。

また、エンジン１には、一般的なエンジンと同様に機関出力検出手段である回転数センサ５６が設けられ、機関出力（エンジン出力）の指標となるエンジン回転数が検出される。

ＥＣＵ６１には、前記各種のセンサ類５１〜５６の出力信号や図示しない各種のセンサ類の出力信号が入力して、各部の状態が知られるようになっている。ＥＣＵ６１は、これら各部の状態に応じた最適な燃料噴射量、噴射時期、噴射圧等を算出して、エンジン１のフィードバック制御を行う。

ＥＣＵ６１は、エンジン１やＤＰＦ４１の状態に応じてエンジン１の１回の熱サイクルに対応した燃料の噴射形態を複数の噴射形態の中から選択可能である。図２に選択可能な噴射形態を示す。第１の噴射形態である噴射形態Ａ、第２の噴射形態である噴射形態Ｂ−１、Ｂ−２、Ｂ−３、第３の噴射形態である噴射形態Ｃがある。なお、噴射形態Ｂ−１〜Ｂ−３を総称して噴射形態Ｂという。

噴射形態Ａは、主に所期のエンジン出力を取出すことを目的とする噴射形態である。圧縮ＴＤＣ近傍において一時に燃料を噴射するもので、噴射した燃料の燃焼により発生するエネルギーは高効率でエンジン出力に変換される。

噴射形態Ｂは、所期のエンジン出力を取出しながら排ガスに十分な熱エネルギーを付与することを目的とする噴射形態である。圧縮ＴＤＣ近傍から遅角側にかけて複数段に分けて噴射される。図３に示すように、同一噴射量で比較すると着火時期が遅いほど燃焼により発生する熱エネルギーのうちエンジン出力に回る分は少なくなるが廃熱となる分が増えるので排気温度が高くなる。また、図４に示すように、得られるエンジン出力が同じとなるように燃料の噴射量を設定すれば遅角側で燃焼した方が排気温度をより高くすることができる。しかし噴射時期を単純に遅角したのでは、失火のおそれがきわめて高くなる。噴射形態Ｂは単純な噴射遅角と異なり、圧縮ＴＤＣ近傍で噴射形態Ａと実質的に同等の燃料噴射を実行した後、遅角側で燃料噴射を行っている。後段の燃料噴射は先行する燃料噴射が通常の燃焼を行うことから十分に遅角しても失火することなく着火可能である。実質的に失火限界を遅角側にシフトする。したがって、十分に遅角して廃熱割合を高めることができる。これが噴射形態Ｂの特徴である。

また、図５は、噴射開始時期の異なる（ａ1（ＡＴＤＣ）＜ａ2（ＡＴＤＣ））２つの燃料噴射の燃焼のプロファイルを示すもので、遅角側の噴射開始時期（ａ2（ＡＴＤＣ））のとき、熱発生率のピークは小さくなるが燃焼が長く続く。すなわち燃焼が緩慢になって燃焼が終了する時期が遅くなる。したがって、噴射段数が多い前期噴射形態Ｂ−２，Ｂ−３では、３段目以降の燃料噴射において、先行段の噴射終了から今回の噴射開始までの時間（噴射インターバルという）を後段の燃料噴射ほど長くとって燃焼を持続させ、最後段の燃料噴射において、排気温度をより上昇可能なより遅角側での燃焼を実現することができる。すなわち、噴射段数が多いほどより遅角側での燃焼が可能となり、効率よく排気温度を昇温することができる。噴射段数の相違が噴射形態Ｂ−１〜Ｂ−３の相違である。

また、噴射形態Ｂは、後段の燃料噴射ほど噴射量が多くなるように設定してある。図６（Ａ）は４段の燃料噴射からなる２つの噴射形態を示し、図６（Ｂ）は２つの噴射形態の総噴射量と排気温度との関係を示している。噴射形態１は噴射形態Ｂに相当し、ｎ段目の噴射量をＱnで表せばＱ1≦Ｑ2≦Ｑ3≦Ｑ4となる。一方、噴射形態２はＱ3＞Ｑ4またはＱ2＞Ｑ4またはＱ1＞Ｑ4となっている。図例ではＱ3＞Ｑ4である。両噴射形態で総噴射量を一定にして出力一定の元で排気温度をみると、図６（Ｂ）のように、総噴射量が多くなるほど排気温度が上昇するが、噴射形態１は噴射形態２に比して排気温度が高くなる。すなわち、噴射形態Ｂでは後段の燃料噴射ほど噴射量が多くなるように設定することで効率よく排気温度を上げることができる。

このように噴射形態Ｂは、ＤＰＦ４１再生時において排気温度を上昇させる要求のあるときに選択されるものであるが、後述するように、噴射形態Ｂ−１〜Ｂ−３のうちいずれかを選択することで、その時の運転状態に応じてさらに適正化するようになっている。

最後に、噴射形態Ｃは、未燃燃料をＤＰＦ４１に供給することを目的とするものであり、ＤＰＦ再生時において未燃ＨＣの供給によるＤＰＦ温度の昇温の要求があるときに選択されるものである。図７は噴射形態Ｃと前記噴射形態Ｂとを比較するもので、噴射形態Ｃでは、圧縮ＴＤＣ近傍での１段目の燃料噴射に対して十分にインターバルをとって２段目の燃料噴射がなされるようになっており、噴射インターバルをあけることで、２段目の燃料噴射になる燃料が殆ど未燃ＨＣとして排出される。

図８にＥＣＵ６１を構成するマイクロコンピュータで実行される制御ルーチンを示す。本ルーチンは、ＥＣＵ６１においてタイマ割り込みにより所定の周期で実行されるもので、まず、ステップＳ１００でＰＭ堆積量ＭＰＭを算出する。算出は、差圧センサ５５により検出されたＤＰＦ前後差圧、エアフローメータ５１により検出された吸気量に基づいてなされる。あるいは、エンジン１の運転状態に基づいて単位時間あたりのＰＭ排出量を演算し、その積算値に基づいて推定してもよい。

ステップＳ２００では、ＰＭ堆積量ＭＰＭが再生開始ＰＭ堆積量ＭＰＭＨ以上か否かを判定する。新品のＤＰＦのようにＰＭの堆積がさほど進行していない時や再生終了直後などではステップＳ２００は否定判断される。ステップＳ２００が否定判断されるとステップＳ４００に進み、ＤＰＦ再生フラグＸＲＧＮがオンか否かを判定する。ＤＰＦ再生フラグＸＲＧＮは後述するようにＤＰＦ４１の再生開始から終了までの期間、オン状態となっているフラグであり、否定判断されるとステップＳ８００で噴射形態を噴射形態Ａとし、ステップＳ１００に戻る。

ＤＰＦ４１でＰＭの堆積が進行し、ＰＭ堆積量ＭＰＭが再生開始ＰＭ堆積量ＭＰＭＨを超えてステップＳ２００が肯定判断されるとＤＰＦ４１の再生が必要であると判断し、ステップＳ３００以降の処理を実行する。ステップＳ３００ではＤＰＦ再生フラグＸＲＧＮをオンにし、ステップＳ５００で、詳しくは後述するように、ＤＰＦ４１を昇温させるための噴射形態である昇温中噴射形態を決定して、決定された噴射形態にて燃料を噴射する。

ステップＳ６００では、ＰＭ堆積量ＭＰＭが再生終了ＰＭ堆積量ＭＰＭＬ未満か否かを判定する。再生終了ＰＭ堆積量ＭＰＭＬは前記再生開始ＰＭ堆積量ＭＰＭＨよりも低い値に設定される。ＤＰＦ４１の再生が開始された後しばらくはステップＳ６００は否定判断されることになる。ステップＳ６００が否定判断されると、ステップＳ１００に戻る。

ステップＳ６００が否定判断された後のステップＳ１００以降の処理において、ＰＭ堆積量ＭＰＭを再生開始ＰＭ堆積量ＭＰＭＨと比較するステップＳ２００がＤＰＦ再生の進行によるＰＭ堆積量ＭＰＭの減少で否定判断され、ステップＳ４００に進むことになる。この場合には、ＤＰＦ再生フラグＸＲＧＮはオンにセットされているから、ステップＳ４００は肯定判断されて昇温中噴射形態を決定する前記ステップＳ５００に進むことになる。

そして、ＰＭ堆積量ＭＰＭが再生終了ＰＭ堆積量ＭＰＭＬ未満になると（ステップＳ６００）になるとＤＰＦ４１の再生を終了すべきであると判断し、ステップＳ７００でＤＰＦ再生フラグＸＲＧＮをオフにする。これにより、以降のステップＳ４００が否定判断されるから、噴射形態は噴射形態Ａが選択され、昇温中噴射形態とはならない。

次に、図９により、昇温中噴射パターンを決定するステップＳ５００の処理について説明する。ステップＳ５０１〜Ｓ５０９は噴射形態選択手段としての処理で、先ず、ステップＳ５０１では排気温度ＴＨＩＮを読込む。続くステップＳ５０２で、上流側排気温度センサ５３により検出された排気温度ＴＨＩＮが基準排気温度である所定値１未満か否かを判定する。所定値１はＤＰＦ４１の再生可能温度近傍に設定される。排気温度ＴＨＩＮが所定値１未満でステップＳ５０２が肯定判断されると、ステップＳ５０４〜Ｓ５０９にて噴射形態をＢ−１〜Ｂ−３の中から選択する。昇温された排ガスをＤＰＦ４１に供給して触媒の被毒を回避しつつＤＰＦ４１温度を上げるためである。排気温度ＴＨＩＮが所定値１以上でステップＳ５０２が否定判断されると、触媒の被毒のおそれがないものと判断してステップＳ５０３で噴射形態Ｃを選択し、後述するステップＳ５１０に進む。噴射形態Ｃは前記のごとく噴射燃料が燃焼に到らない十分な遅角側での後段噴射により未燃ＨＣをＤＰＦ４１に供給するものである。

排気温度ＴＨＩＮが所定値１未満でステップＳ５０２が肯定判断された場合に実行されるステップＳ５０４〜Ｓ５０９は噴射段数設定手段としての処理で、ステップＳ５０４では先ず噴射形態Ｂ−２が選択される。次いで、ステップＳ５０５でＡ／Ｆセンサ５２の出力信号およびエアフローメータ５１の出力信号に基づいてエンジン１から排出される未燃成分排出量である排出ＨＣ量ＭＨＣを算出する。Ａ／Ｆセンサ５２およびエアフローメータ５１は未燃成分排出量検出手段を構成している。

ステップＳ５０６では排出ＨＣ量ＭＨＣが所定値２を超えるか否かを判定する。肯定判断されると、未燃ＨＣが過多と判断して、ステップＳ５０７で噴射形態を、Ｂ−２よりも１段多いＢ−３を選択して、ステップＳ５１０に進む。噴射形態Ｂ−３は噴射段数が最も多く、最も遅角側で噴射が行われるので排気温度の昇温作用の高い噴射形態である。

図１０（Ａ）は３段噴射の噴射形態で最後段の燃料噴射の噴射インターバルの異なるものを示すもので、図１０（Ｂ）は噴射インターバルと排出ＨＣ量、排気温度との関係を示すもので、噴射インターバルを長くすることで最後段の燃料噴射がより遅角側となり、排気温度が高くなる。しかしながら、遅角するほど失火しやすくなることで、遅角しすぎると最後段の噴射になる燃料が燃焼せずに未燃ＨＣが多く排出されるようになる。燃焼しないから排気温度は却って低くなる。

したがって、排出ＨＣ量ＭＨＣが所定値２を超えたら、効率よく排気温度を上昇させ得る限界と判断して噴射段数を１段増やすことで失火限界をさらに遅角側にシフトし、未燃ＨＣの排出を抑制することができる。

排出ＨＣ量ＭＨＣが所定値２を超えるか否かを判定するステップＳ５０６が否定判断されると、ステップＳ５０８で最遅角側の最後段噴射量が所定値３未満か否かを判定する。肯定判断されると、ステップＳ５０８で、噴射形態をＢ−２よりも噴射段数が１段少ないＢ−１とする。ステップＳ５０８が否定判断されると、ステップＳ５０５の噴射形態Ｂ−２の選択が維持されてステップＳ５１０に進む。

このように、所定値２を基準の排出ＨＣ量として排出ＨＣ量ＭＨＣを抑制しつつ噴射段数を最小限にすることができる。適正な噴射段数が選択される。

ステップＳ５１０ではアイドリング状態か否かを判定する。肯定判断されると、ステップＳ５１１〜Ｓ５２３で各段の噴射量を調整するアイドリングスピードコントロール（ＩＳＣ）制御を行う。アイドリング中でなければステップＳ５１１〜Ｓ５２３をスキップしてリターンに抜ける。

ステップＳ５１１〜Ｓ５２３のうち、ステップＳ５１１〜Ｓ５１５は対機関出力噴射量設定手段としての処理で、ステップＳ５１１ではエンジン回転数ＮＥを読込み、ステップＳ５１２でエンジン回転数ＮＥと目標機関出力である目標回転数ＮＥＴＲＧとの偏差ＥＲＲＮＥ（＝ＮＥ−ＮＥＴＲＧ）を算出する。次いでステップＳ５１３で偏差ＥＲＲＮＥが負か否かを判定する。否定判断されれば、すなわち、エンジン回転数ＮＥが目標回転数ＮＥＴＲＧよりも高ければ、ステップＳ５１４で前段の噴射量を減量してエンジン出力を下げ、ステップＳ５１６に進む。噴射量の減量値は偏差ＥＲＲＮＥの絶対値が大きいほど大きくなるように偏差ＥＲＲＮＥに応じて設定する。この場合、各段の噴射量にその下限となる最小噴射量が予め決められており（以下、適宜、ｎ段目の最小噴射量を最小噴射量ｎという）、前段の噴射量から、減量後の噴射量が最小噴射量を下回らないことを条件に減量していく。すなわち、先ず、１段目が所定の最小噴射量１以上であれば１段目を減量し、１段目が最小噴射量１になれば２段目の噴射量をその最小噴射量２を下回らない範囲で減量する。このように、順次、前段の噴射量から後段の噴射量へと減量されていく。

このように、減量時に各段の噴射量が最小噴射量以上になるよう制限されるので、噴射量は常に最小噴射量以上に維持されることになる。

偏差ＥＲＲＮＥが負か否かを判定するステップＳ５１３が肯定判断されると、すなわち、エンジン回転数ＮＥが目標回転数ＮＥＴＲＧよりも低ければ、ステップＳ５１５で前段の噴射量を増量してエンジン出力を上げ、ステップＳ５１６に進む。噴射量の増量値は偏差ＥＲＲＮＥの絶対値が大きいほど大きくなるように偏差ＥＲＲＮＥに応じて設定する。この場合、各段の噴射量にその上限となる最大噴射量が予め決められており（以下、適宜、ｎ段目の最大噴射量を最大噴射量ｎという）、前段の噴射量から、増量後の噴射量が最大噴射量を超えないことを条件に増量していく。すなわち、先ず、１段目が所定の最大噴射量１以下であれば１段目を増量し、１段目が最大噴射量１になれば２段目の噴射量をその最大噴射量２を超えない範囲で増量する。このように、順次、前段の噴射量から後段の噴射量へと増量されていく。

ステップＳ５１６〜Ｓ５１９は対排気温度噴射量設定手段としての処理で、ステップＳ５１６では排気温度ＴＨＩＮと目標排気温度ＴＨＴＲＧとの偏差ＥＲＲＴＨ（＝ＴＨＩＮ−ＴＨＴＲＧ）を算出する。次いでステップＳ５１７で偏差ＥＲＲＴＨが負か否かを判定する。否定判断されると、すなわち、排気温度ＴＨＩＮが目標排気温度ＴＨＴＲＧよりも高ければ、ステップＳ５１８で後段の噴射量を減量して、ステップＳ５２０に進む。噴射量の減量値は偏差ＥＲＲＴＨの絶対値が大きいほど大きくなるように偏差ＥＲＲＴＨに応じて設定する。この場合、ステップＳ５１４と同様に、各段の噴射量にその下限となる最小噴射量が予め決められており、後段の噴射量から、減量後の噴射量が最小噴射量を下回らないことを条件に減量していく。すなわち、先ず、最後段（ｎ0段目）が所定の最小噴射量ｎ0以上であれば最後段を減量し、最後段が最小噴射量ｎ0になればｎ0−１段目の噴射量をその最小噴射量（ｎ0−１）を下回らない範囲で減量する。このように、順次、後段の噴射量から前段の噴射量へと減量されていく。

偏差ＥＲＲＴＨが負か否かを判定するステップＳ５１７が肯定判断されると、すなわち、排気温度ＴＨＩＮが目標排気温度ＴＨＴＲＧよりも低ければ、ステップＳ５１４で遅角側の後段の噴射量を増量して排気温度を上げ、ステップＳ５１６に進む。噴射量の増量値は偏差ＥＲＲＴＨの絶対値が大きいほど大きくなるように偏差ＥＲＲＴＨに応じて設定する。この場合、各段の噴射量にその上限となる最大噴射量が予め決められており、後段の噴射量から、増量後の噴射量が最大噴射量を超えないことを条件に増量していく。すなわち、先ず、最後段（ｎ0段目）が所定の最大噴射量ｎ0以下であれば最後段を増量し、最後段が最大噴射量ｎ0になればｎ0−１段目の噴射量をその最大噴射量（ｎ0−１）を上回らない範囲で増量する。このように、順次、後段の噴射量から前段の噴射量へと増量されていく。

このように、減量時に各段の噴射量が最小噴射量以上になるよう制限されるので、噴射量は常に最小噴射量以上に維持されることになる。

さて、エンジン出力に対して噴射量を前段の燃料噴射から調整するステップＳ５１３〜Ｓ５１５と、排気温度に対して噴射量を後段の燃料から調整するステップＳ５１７〜Ｓ５１９との相違を、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）、図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）、図１２（Ｃ）により説明する。図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）は噴射形態Ｂにおいて前段の噴射量を増減したときの、噴射形態の変化（図の（Ａ））、噴射量変化に対する排気温度変化（感度）（図の（Ｂ））、噴射量変化に対するエンジン出力変化（感度）（図の（Ｃ））を示すもので、図１２（Ａ）〜図１２（Ｃ）は噴射形態Ｂにおいて後段の噴射量を増減したときの、噴射形態の変化（図の（Ａ））、噴射量変化に対する排気温度変化（感度）（図の（Ｂ））、噴射量変化に対するエンジン出力変化（感度）（図の（Ｃ））
を示すものである。

図より知られるように、前段の噴射量を増減したときには排気温度の変化があまり大きくないのに対して、エンジン出力の変化は大きい。一方、後段の噴射量を増減したときには排気温度の変化が大きいのに対して、エンジン出力の変化は小さい。これは、噴射時期が進角側となる前段の燃料噴射では、前記のごとく燃料の燃焼により発生するエネルギーがエンジン出力として効率よく取出されるのに対し、噴射時期が遅角側となる後段の燃料噴射では、前記のごとく燃料の燃焼により発生するエネルギーがエンジン出力にはあまり変換されず廃熱として排出されることに基因している。このように、前段の噴射量を増減したときと後段の噴射量を増減したときとでは、排気温度やエンジン出力の感度の高低が逆に現れる。したがって、エンジン出力を調整する場合には、前段の噴射から調整することで、排気温度に殆ど影響を与えることなくエンジン出力を調整することができることになる。また、排気温度を調整する場合には、後段の噴射から調整することで、エンジン出力に殆ど影響を与えることなく排気温度を調整することができることになる。

ステップＳ５２０〜Ｓ５２３は噴射量補正手段としての処理で、ステップＳ５２０ではエンジン回転数の偏差ＥＲＲＮＥの積算値ＩＥＮＥを算出する。算出は、前回の積算値ＩＥＮＥ（ｉ−１）に今回の偏差ＥＲＲＮＥ（ｉ）を加算して、これ今回の積算値ＩＥＮＥ（ｉ）とする演算により行う。次いでステップＳ５２１で積算値ＩＥＮＥが負か否かを判定する。否定判断されると、すなわち、エンジン出力が過剰傾向にあると、ステップＳ５２２で前段の噴射量を減量して、リターンに抜ける。噴射量の減量値は積算値ＩＥＮＥの絶対値が大きいほど大きくなるように積算値ＩＥＮＥに応じて設定する。減量は、ステップＳ５１４と同様に前段の燃料噴射から後段の燃料噴射へと行われる。前段の燃料噴射から順に噴射量を減じることで、排気温度を殆ど下げることなく、エンジンの個体差などに基因したエンジン出力の過剰傾向を是正することができる。

また、積算値ＩＥＮＥが負か否かを判定するステップＳ５２１が肯定判断されると、ステップＳ５２３で後段の噴射量を増量して、リターンに抜ける。噴射量の増量値は積算値ＩＥＮＥの絶対値が大きいほど大きくなるように積算値ＩＥＮＥに応じて設定する。増量は、ステップＳ５１９と同様に後段の燃料噴射から前段の燃料噴射へと行われる。後段の燃料噴射から順に噴射量を増量することで、排気温度をより高い温度にしながら、エンジン１の個体差などに基因したエンジン出力の不足傾向を是正することができる。

図１３は本発明と、ＤＰＦ４１再生時に通常の燃料噴射（本発明の噴射形態Ａに相当）から、未燃ＨＣをＤＰＦ４１に供給することによりＤＰＦ温度を上昇させる燃料噴射（本発明における噴射形態Ｃに相当）に切替える従来例とを比較するもので、従来例は、エンジン出力が低いと前記のごとく排気温度が上がらず、未燃ＨＣをＤＰＦ４１に供給してもＤＰＦ４１の温度が十分に昇温しない。これに対して本発明では、噴射形態Ｂが選択可能であるため、未燃ＨＣを供給する噴射形態Ｃに先立ち噴射形態Ｂを選択することで排気温度が速やかに上昇し、ＤＰＦ４１の温度が再生可能温度を超える。ＤＰＦ４１に、未燃ＨＣを良好に燃焼する環境を整えることができる。

なお、噴射形態Ｂ，Ｃを選択した場合に、さらに最後段の燃料噴射の噴射インターバルを調整することによって、噴射燃料のうち排気熱となる量と未燃燃料となる量の比率を最適化することができる。例えば噴射形態Ｂの場合、ＤＰＦ４１前端部の触媒を早く活性状態にするために排気温度を所定温度以上にする点と、燃焼熱が必要以上にエンジン出力に変換されないようにする点から、最適な排気熱となる比率が存在する。また噴射形態Ｃの場合、排気通路２２から放熱されるロスをできるだけ少なくする点と、ＤＰＦ４１前端部の触媒が最低限の活性を維持するための排気温度を確保する点から、最適な排気熱となる比率が存在する。噴射形態Ｂ，Ｃそれぞれの最適な比率は、運転条件（エンジン回転数と要求トルク）ごとに異なっており、予めその比率となるように燃料噴射時期等を適合しておくが、インジェクタの機差バラツキや着火性のバラツキ等から、実際の燃焼における比率が最適比率に対してズレを生じる。

そこで、前述図１０に示される噴射インターバルと排気温度および排出ＨＣ量の関係から、実際の比率を調整する。噴射形態Ｂでは、失火しない範囲で十分に遅角して廃熱割合が高まるように噴射インターバルが設定されるが、遅角しすぎて所望の燃焼熱が得られない場合は、噴射インターバルを短くして排気熱となる割合を増加させる。一方、噴射形態Ｃでは噴射インターバルを十分に長くして未燃ＨＣを排出させるが、所望の排出ＨＣ量が得られない場合は、噴射インターバルをさらに長くして排出ＨＣ量を増加させる。

図１４に、噴射インターバルを調整するための制御フローチャートを示す。実際の比率は、実際の筒内の発生熱量を算出することによって知ることができる。このため、エンジン１の各気筒には燃焼室内の圧力を検出するための筒内圧センサが設けられ、クランク軸近傍にはクランク回転角を検出するエンジン回転角センサが設けられる。まず、ステップＳ５３１でエンジン回転角センサによりクランク角Ｄclを、ステップＳ５３２で筒内圧センサにより噴射気筒の筒内圧Ｐcylを検出する。図１５は、筒内圧センサによって検出した実際の筒内圧の変化を示す波形図で、横軸はクランク角である。図中ｔ１は圧縮ＤＴＣを示し、圧縮開始後、気筒内のピストンの移動による圧縮と燃料の燃焼によって筒内圧が上昇する。

燃焼期間のある時点ｔ２において筒内の気体が有するエネルギーは、筒内圧Ｐcylとシリンダ容積Ｖとの積ＰcylＶで表され、この時のシリンダ容積Ｖはクランク角Ｄclによって決まる。このエネルギーは、圧縮によるエネルギーと燃焼により発生するエネルギーの和であり、燃焼により発生するエネルギーを気体の状態方程式を用いて表すと、単位クランク角あたりのエネルギー変化量から燃焼による発熱量を求めることができる。すなわち、クランク角Ｄclごとの筒内圧Ｐcylを検出することにより、ステップＳ５３３でこれら検出値に基づき、一燃焼サイクルにおける筒内熱発生量Ｑcylを算出することができる。

ステップＳ５３４〜５３６は比率検出手段としての処理で、ステップＳ５３４では、選択された噴射形態ＢまたはＣにおいて、一気筒内に噴射した燃料の総量Ｑtotalから、これが完全燃焼した場合の熱発生量Ｑtotal_cylを算出する。次いで、ステップＳ５３５で、噴射形態Ａに相当する噴射量の総量ＱＡから、これが完全燃焼した場合の熱発生量ＱＡ_cylを算出する。これは、噴射形態ＢまたはＣにおいて噴射される燃料が、前述したように噴射形態Ａと実質的に同等な出力を得るための噴射量と、排気温度の上昇または未燃燃料の供給のための噴射量の総和であることから、次のステップ５３６に先だって噴射形態Ａ相当分の発生熱量を求めるものである。

ステップＳ５３６では、ステップＳ５３３で算出した筒内熱発生量Ｑcylと、ステップＳ５３４、５３５で算出した熱発生量Ｑtotal_cyl、ＱＡ_cylを基に、選択された噴射形態ＢまたはＣの発熱比率Ｒを算出する。
Ｒ＝（Ｑcyl−ＱＡ_cyl）／（Ｑtotal_cyl−ＱＡ_cyl）
ここで、（Ｑcyl−ＱＡ_cyl）は、選択された噴射形態ＢまたはＣに対応する噴射量が完全燃焼した場合の発熱量を表し、（Ｑtotal_cyl−ＱＡ_cyl）は、選択された噴射形態ＢまたはＣに対応する噴射量のうち、燃焼して排気熱となる分の発熱量を表す。

ステップＳ５３７〜５４２は補正手段としての処理で、ステップＳ５３７では、選択された噴射形態が噴射形態Ｂか否かを判定し、肯定判定された場合には、ステップＳ５３８へ進んで、ステップＳ５３６で算出したＲが予め設定した所定値４より小さいか否かを判定する。所定値４は、噴射形態Ｂによる燃料噴射において所望の排気熱が得られるように設定される。理想的には、運転条件（エンジン回転数、要求トルク）ごとに最適値が異なるので、運転条件ごとのマップ値を記憶しておくとよい。

ステップＳ５３８が肯定判定された場合には、発生熱量が要求される熱量よりも少ないと判断し、排気熱量を増加するために、ステップＳ５３９へ進んで、噴射形態Ｂによる最後段噴射を進角する。これにより、噴射インターバルが短くなるので、失火による未燃燃料の排出が減少し、噴射した燃料が排気熱となる割合を増加させることができる。この時、算出した比率と所定値４とのズレ量が大きいほど噴射インターバルが短くなるように補正量を設定するとよい。ステップＳ５３８が否定判定された場合には、発生熱量が要求される熱量以上と判断し、本処理を一旦終了する。

ステップＳ５３７で、選択された噴射形態が噴射形態Ｂでなかった場合は、ステップＳ５４０へ進んで、選択された噴射形態が噴射形態Ｃか否かを判定する。ステップＳ５４０が肯定判定された場合には、ステップＳ５４１へ進んで、ステップＳ５３６で算出したＲが予め設定した所定値５より大きいか否かを判定する。所定値５は、噴射形態Ｃによる燃料噴射において所望の排出ＨＣ量が得られるように設定される。理想的には、運転条件（エンジン回転数、要求トルク）ごとに最適値が異なるので、運転条件ごとのマップ値を記憶しておくとよい。

ステップＳ５４１が肯定判定された場合には、排出ＨＣ量が要求される量以下と判断し、排出ＨＣ量を増加するために、ステップＳ５４２へ進んで、噴射形態Ｃによる最後段噴射を遅角する。これにより、噴射インターバルが長くなるので燃焼せずに排出される未燃燃料が増加し、噴射した燃料が排気熱となる割合を減少させることができる。この時、算出した比率と所定値５とのズレ量が大きいほど噴射インターバルが長くなるように補正量を設定するとよい。ステップＳ５４０、５４２が否定判定された場合には、噴射形態Ｃでない、あるいは排出ＨＣ量が要求される量以上と判断し、本処理を一旦終了する。

本処理により第２または第３の噴射形態における排気熱となる量と未燃燃料となる量の比率を、噴射インターバルによって調整し、インジェクタの機差や着火性のバラツキによるズレを是正することができる。

また、本実施形態ではＤＰＦ４１の再生中には噴射形態Ｂ，Ｃが選択されるようにしているが、エンジン運転領域によっては、例えば高負荷運転領域のようにＤＰＦ４１の温度を排気温度の上昇や未燃ＨＣの供給により上昇させなくとも排気温度は十分に高い。この場合は噴射形態Ｂ，Ｃに加えて噴射形態Ａを選択できるようにするのもよい。

また、噴射形態Ｂとして３種類の噴射形態を選択可能であるが、３種類以下でも以上でもよい。１種類だけとすることもできる。

また、ＤＰＦ４１の触媒の活性状態をエンジン１から排出される排ガスの排気温度をＤＰＦ４１の温度とみなして推定しているが、ＤＰＦ４１の下流側で排気温度を検出する下流側排気温センサ５４の検出温度と合わせて推定してもよい。また、排気温度から所定の伝達関数を用いてＤＰＦ４１の温度を推定するのもよい。

なお、排出ＨＣ量の検出をＡ／Ｆセンサ５２とエアフローメータ５１の出力に基づいて得ているが、これに限定されるものではなく、新気量、排気温度、ＥＧＲ率などのエンジンの運転状態に基づいて推定するのもよい。あるいは、筒内圧センサを設けて、その検出圧力に基づいて筒内の熱発生率を推定し、熱発生率と噴射燃料とに基づいて推定する。あるいは、ＤＰＦ４１内部での未燃ＨＣの触媒反応熱により上昇した温度を、ＤＰ４１Ｆの上流側の排気温センサ５３の検出温度と下流側の排気温センサ５４の検出温度との温度差により検出し、該温度差に基づいて未燃ＨＣの排出量を求める。

本発明の排気浄化装置を付設した内燃機関の全体概略構成図である。 前記排気浄化装置により実行される噴射形態を示すタイミングチャートである。 前記排気浄化装置の作動を説明する第１のグラフである。 前記排気浄化装置の作動を説明する第２のグラフである。 前記排気浄化装置の作動を説明する第３のグラフである。 （Ａ）は前記排気浄化装置の作動を説明する第１のタイミングチャートであり、（Ｂ）は前記排気浄化装置の作動を説明する第４のグラフである。 前記排気浄化装置の作動を説明する第２のタイミングチャートである。 前記排気浄化装置を構成するＥＣＵで実行される制御を示す第１のフローチャートである。 前記排気浄化装置を構成するＥＣＵで実行される制御を示す第２のフローチャートである。 （Ａ）は前記排気浄化装置の作動を説明する第３のタイミングチャートであり、（Ｂ）は前記排気浄化装置の作動を説明する第４のグラフである。 （Ａ）は前記排気浄化装置の作動を説明する第４のタイミングチャートであり、（Ｂ）は前記排気浄化装置の作動を説明する第５のグラフであり、（Ｃ）は第６のグラフである。 （Ａ）は前記排気浄化装置の作動を説明する第５のタイミングチャートであり、（Ｂ）は前記排気浄化装置の作動を説明する第６のグラフであり、（Ｃ）は第７のグラフである。 前記排気浄化装置の作動を説明する第６のタイミングチャートである。 前記排気浄化装置を構成するＥＣＵで実行される制御を示す第３のフローチャートである。 内燃機関の筒内圧波形図である。 酸化触媒における温度とＨＣ反応速度との関係を示すグラフである。 従来の内燃機関の排気浄化装置の課題を説明するグラフである。 従来の内燃機関の排気浄化装置の課題を説明するタイミングチャートである。

符号の説明

１ エンジン（内燃機関）
２１ 吸気通路
２２ 排気通路
４１ ＤＰＦ（パティキュレートフィルタ）
５１ エアフローメータ（未燃成分排出量検出手段）
５２ Ａ／Ｆセンサ（未燃成分排出量検出手段）
５３ 排気温センサ（触媒活性状態検出手段、排気温度検出手段）
５５ 差圧センサ
５６ 回転数センサ（機関出力検出手段）
６１ ＥＣＵ（噴射形態選択手段、対機関出力噴射量設定手段、対排気温度噴射量設定手段、噴射段数設定手段、噴射量補正手段）

Claims (12)

1. 内燃機関から排出される排ガス中の排気微粒子をパティキュレートフィルタで捕集し、捕集された排気微粒子がパティキュレートフィルタの基材に担持された触媒の酸化作用による反応熱で燃焼除去されることにより、前記パティキュレートフィルタが再生される内燃機関の排気浄化装置において、
   前記触媒の活性状態を検出する触媒活性状態検出手段と、
   前記内燃機関における１回の熱サイクルに対応した燃料の噴射形態として、主に機関出力の生成を目的とする第１の噴射形態と、燃料噴射が複数段になされる噴射形態であって、前記第１の噴射形態と実質的に同等な燃料噴射を実行するとともに、該燃料噴射よりも遅角側で噴射されて廃熱割合が相対的に高い後段の燃料噴射を実行し、所期の機関出力を生成しながら前記内燃機関から排出される排ガスの排気温度の上昇を目的とする第２の噴射形態と、燃料噴射が複数段になされる噴射形態であって、前記第１の噴射形態と実質的に同等な燃料噴射を実行するとともに、該燃料噴射よりも遅角側で噴射され先行する燃料噴射の終了から燃料噴射開始までの噴射インターバルを前記第２の噴射形態よりも長く設定することで前記内燃機関から排出される排ガス中の未燃成分の割合が相対的に高い後段の燃料噴射を実行し、所期の機関出力を生成しながら前記パティキュレートフィルタへの未燃成分の供給を目的とする第３の噴射形態とのうち、いずれかを選択する噴射形態選択手段とを具備し、
   前記第２の噴射形態は、前記後段の燃料噴射が複数回実行され、先行する燃料噴射の終了から燃料噴射開始までの噴射インターバルがより後段の燃料噴射ほど長く設定されており、
   該噴射形態選択手段は、前記第２の噴射形態および前記第３の噴射形態を前記パティキュレートフィルタの再生要求を条件として選択し、かつ、検出された前記触媒の活性状態が低位のときには前記第２の噴射形態を選択することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 内燃機関から排出される排ガス中の排気微粒子をパティキュレートフィルタで捕集し、捕集された排気微粒子がパティキュレートフィルタの基材に担持された触媒の酸化作用による反応熱で燃焼除去されることにより、前記パティキュレートフィルタが再生される内
   燃機関の排気浄化装置において、
   前記触媒の活性状態を検出する触媒活性状態検出手段と、
   前記内燃機関における１回の熱サイクルに対応した燃料の噴射形態として、主に機関出力の生成を目的とする第１の噴射形態と、燃料噴射が複数段になされる噴射形態であって、前記第１の噴射形態と実質的に同等な燃料噴射を実行するとともに、該燃料噴射よりも遅角側で噴射されて廃熱割合が相対的に高い後段の燃料噴射を実行し、所期の機関出力を生成しながら前記内燃機関から排出される排ガスの排気温度の上昇を目的とする第２の噴射形態と、燃料噴射が複数段になされる噴射形態であって、前記第１の噴射形態と実質的に同等な燃料噴射を実行するとともに、該燃料噴射よりも遅角側で噴射され先行する燃料噴射の終了から燃料噴射開始までの噴射インターバルを前記第２の噴射形態よりも長く設定することで前記内燃機関から排出される排ガス中の未燃成分の割合が相対的に高い後段の燃料噴射を実行し、所期の機関出力を生成しながら前記パティキュレートフィルタへの未燃成分の供給を目的とする第３の噴射形態とのうち、いずれかを選択する噴射形態選択手段とを具備し、
   該噴射形態選択手段は、前記第２の噴射形態および前記第３の噴射形態を前記パティキュレートフィルタの再生要求を条件として選択し、かつ、検出された前記触媒の活性状態が低位のときには前記第２の噴射形態を選択するとともに、
   生成される機関出力を検出する機関出力検出手段と、
   前記第２の噴射形態の選択時に、生成される機関出力が目標機関出力となるように、前段の燃料噴射から順に、各段の噴射量が各段ごとに設定された所定の最小噴射量を下回らない範囲で各段の噴射量を設定する対機関出力噴射量設定手段とを具備せしめたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
3. 請求項１または２いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記触媒活性状態検出手段として、前記排気温度を検出する排気温度検出手段を具備せしめ、検出された排気温度が予め設定した基準排気温度以下のときには前記活性状態が低いと判断する内燃機関の排気浄化装置。
4. 請求項１ないし３いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記第２の噴射形態は、より後段の燃料噴射ほど燃料の噴射量が多い内燃機関の排気浄化装置。
5. 請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記対機関出力噴射量設定手段は、前記機関出力と前記目標機関出力との偏差に応じて噴射量の増減量を設定する補正手段により構成した内燃機関の排気浄化装置。
6. 請求項１ないし５いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関から排出される排ガスの排気温度を検出する排気温度検出手段と、
   前記第２の噴射形態の選択時に、排気温度が目標排気温度となるように、後段の燃料噴射から順に、各段の噴射量が各段ごとに設定された所定の最小噴射量を下回らない範囲で各段の噴射量を設定する対排気温度噴射量設定手段とを具備せしめた内燃機関の排気浄化装置。
7. 請求項６記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記対排気温度噴射量設定手段は、前記排気温度と前記目標排気温度との偏差に応じて噴射量の増減量を設定する補正手段により構成した内燃機関の排気浄化装置。
8. 請求項１ないし７いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記内燃機関からの前記未燃成分の排出量を検出する未燃成分排出量検出手段と、
   前記第２の噴射形態の選択時に、検出された未燃成分排出量に応じて噴射段数を設定する噴射段数設定手段とを具備せしめた内燃機関の排気浄化装置。
9. 請求項１ないし８いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、生成される機関出力を検出する機関出力検出手段と、
   前記第２の噴射形態選択時に、検出された機関出力が目標機関出力に対して不足傾向を有するときに燃料の噴射量を増量補正する手段であって、後段の燃料噴射から順に、補正後の各段の噴射量が各段ごとに設定された所定の最大噴射量を上回らない範囲で、各段の噴射量の補正量を設定する噴射量補正手段とを具備せしめた内燃機関の排気浄化装置。
10. 請求項１ないし９いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、生成される機関出力を検出する機関出力検出手段と、
    前記第２の噴射形態選択時に、検出された機関出力が目標機関出力に対して過剰傾向を有するときに燃料の噴射量を減量補正する手段であって、前段の燃料噴射から順に、補正後の各段の噴射量が各段ごとに設定された所定の最小噴射量を下回らない範囲で、各段の噴射量の補正量を設定する噴射量補正手段とを具備せしめた内燃機関の排気浄化装置。
11. 請求項９または１０いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、前記噴射量補正手段は、前記機関出力と前記目標値との偏差に応じて噴射量の補正量を設定する内燃機関の排気浄化装置。
12. 請求項１または１１いずれか記載の内燃機関の排気浄化装置において、
    前記第２または第３の噴射形態の選択時に、筒内へ噴射された燃料のうち、排気温度を上昇させる排気熱となる噴射量と未燃成分として排出される噴射量の比率を検出する比率検出手段と、
    検出された比率が、前記第２または第３の噴射形態ごとに予め設定された所定値となるように、後段の燃料噴射における噴射インターバルの補正量を設定する補正手段を具備せしめた内燃機関の排気浄化装置。

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