WO2010035340A1 - 内燃機関の燃料噴射制御装置 - Google Patents

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WO2010035340A1
WO2010035340A1 PCT/JP2008/067631 JP2008067631W WO2010035340A1 WO 2010035340 A1 WO2010035340 A1 WO 2010035340A1 JP 2008067631 W JP2008067631 W JP 2008067631W WO 2010035340 A1 WO2010035340 A1 WO 2010035340A1
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fuel
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combustion engine
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PCT/JP2008/067631
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灘　光博
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トヨタ自動車株式会社
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    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to a fuel injection control device for an internal combustion engine represented by a diesel engine.
  • the present invention relates to an improvement in a fuel injection mode for optimizing an exhaust gas temperature and an exhaust air / fuel ratio of an internal combustion engine.
  • NOx storage catalyst for storing (absorbing) nitrogen oxides (hereinafter referred to as NOx) contained in the exhaust gas is disposed in the exhaust passage of the engine.
  • the NOx storage catalyst stores NOx to purify the exhaust gas.
  • This NOx occlusion catalyst occludes NOx in the exhaust when the exhaust air-fuel ratio (hereinafter also referred to as exhaust A / F) is lean, that is, when the surrounding atmosphere is in a high oxygen concentration state. .
  • the exhaust air-fuel ratio becomes rich, more specifically, the surrounding atmosphere is in a low oxygen concentration state, and unburned fuel components such as hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) are contained in the exhaust.
  • HC hydrocarbon
  • CO carbon monoxide
  • the NOx occlusion catalyst releases and reduces the occluded NOx.
  • the catalyst temperature needs to rise to a predetermined activation temperature or higher.
  • Patent Document 1 discloses that post injection, which is fuel injection for supplying a fuel component to the NOx storage catalyst, is performed after main injection from an injector is performed. Has been. Thereby, the process which reduces the oxygen concentration in a NOx storage catalyst and promotes the reduction
  • Patent Document 2 by correcting the fuel injection amount of the main injection to be increased, the oxygen concentration in the exhaust gas is reduced, and the concentration of reducing components (HC, CO) is increased, so that NOx from the NOx storage catalyst is increased. Is disclosed to promote the release of.
  • the exhaust system of the diesel engine is provided with a filter (for example, DPF (diesel particulate filter)) for collecting PM (paticulate matter).
  • a filter for example, DPF (diesel particulate filter)
  • PM paticulate matter
  • Fuel injection amount and fuel injection timing are adapted by trial and error (build a suitable post injection pattern for each engine type) And get it.
  • the fuel injection injected after the main injection is related to the acquisition of the fuel injection amount and the fuel injection timing for realizing the NOx reduction operation and the PM regeneration operation without generating smoke in the exhaust gas.
  • the present invention has been made in view of such a point, and the object of the present invention is to execute fuel injection after main injection to optimize the catalyst temperature and exhaust A / F.
  • An object of the present invention is to provide a fuel injection control device capable of realizing a fuel injection mode that does not generate smoke in exhaust gas.
  • the solution principle of the present invention taken in order to achieve the above object is that the injection timing of the after injection executed after the main injection (main injection) is related to a predetermined amount (for example, the exhaust A / F is set to the target A / F). Even if after-injection is executed with the fuel injection amount), it waits for the in-cylinder temperature to fall to a temperature at which smoke resulting from this after-injection does not occur. Then, after injection is performed after the in-cylinder temperature is lowered, the catalyst temperature can be raised and the exhaust A / F can be optimized without generating smoke.
  • a predetermined amount for example, the exhaust A / F is set to the target A / F.
  • a main injection that is a fuel injection for generating torque and an after injection that is a fuel injection performed after the execution of the main injection are performed from a fuel injection valve.
  • a fuel injection control device for a compression self-ignition internal combustion engine capable of performing a plurality of fuel injections is included. With respect to the fuel injection control device for the internal combustion engine, after the main injection is performed, the after-injection is performed at a timing when the in-cylinder temperature decreases to a temperature outside the smoke generation environment region where smoke is generated when the after-injection is performed.
  • After-injection executing means for executing is provided.
  • the in-cylinder temperature rises in the expansion stroke. If the predetermined amount of after-injection is executed for the purpose of optimizing the catalyst temperature and exhaust A / F in a situation where the in-cylinder temperature is relatively high in this way, the in-cylinder environment becomes a smoke generation environment region. And smoke may be generated in the exhaust.
  • the after-injection is executed after the in-cylinder temperature decreases. Specifically, after-injection is executed after the in-cylinder temperature is lowered to a temperature at which the in-cylinder environment deviates from the smoke generation environment region even after the after injection is executed. For this reason, smoke does not occur even if after injection is executed. As a result, it is possible to optimize the catalyst temperature and the exhaust A / F by after injection while preventing the generation of smoke.
  • after injection execution timing by the after injection execution means include the following.
  • the in-cylinder temperature is lowered to a temperature at which smoke associated with the after-injection does not occur.
  • the after-injection is executed at the timing.
  • after-injection is performed at the injection amount necessary to raise the temperature of the PM collection filter to the filter regeneration temperature during regeneration of the PM collection filter provided in the exhaust system.
  • the after-injection is executed at the timing when the in-cylinder temperature is lowered to a temperature at which smoke associated with after-injection does not occur.
  • the advance adjacent to the reduced main injection is performed.
  • the fuel injection amount corresponding to the surplus torque is corrected to decrease.
  • the torque obtained by adding the torque generated in the internal combustion engine due to the main injection (torque obtained by correcting the fuel injection amount to be reduced) and the torque generated in the internal combustion engine due to the after injection due to these specific matters Is obtained as a torque substantially equal to the target torque.
  • the after injection execution means sets the injection amount to a value within the injection amount range in which the injected fuel does not reach the cylinder inner wall surface when executing the after injection.
  • the after injection is divided into a plurality of after divided injections and executed. If the after injection is divided and executed in this way, the increase in the in-cylinder temperature is suppressed by suppressing the injection amount per one time, and even if the execution timing of the after injection is shifted to the advance side, the in-cylinder Does not reach the smoke generation environment area, and the generation of smoke can be reliably prevented.
  • the injection amount is set to be larger as the retarded side after-split injection. This is because the amount of heat generation per unit fuel amount is smaller in the retarded side after-split injection. That is, in the retarded side after-split injection, even if the injection amount is set to be relatively large, it is possible to prevent the inside of the cylinder from reaching the smoke generation environment region. For example, when a relatively large after-injection amount is required at the time of NOx reduction or the like, the exhaust system is prevented while increasing the injection amount in the retarded side after-split injection to prevent the occurrence of smoke. It is possible to supply sufficient unburned fuel components.
  • the after-injection function is to generate premixed combustion in the cylinder to raise the catalyst provided in the exhaust system to the activation temperature, and to make the air-fuel ratio of the exhaust gas rich and to apply the reducing agent toward the catalyst. It is to supply combustion gas containing.
  • the in-cylinder temperature is lowered to a temperature at which smoke caused by after-injection does not occur, and after-injection is executed after the in-cylinder temperature has decreased. ing. For this reason, it is possible to optimize the catalyst temperature and the exhaust A / F by after injection while preventing the generation of smoke.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine and its control system according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a combustion chamber of a diesel engine and its peripheral portion.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a control system such as an ECU.
  • FIG. 4 is a waveform diagram showing changes in the heat generation rate during the expansion stroke.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a fuel pressure setting map referred to when determining the target fuel pressure according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing changes in fuel injection timing of main injection and after injection, heat generation rate in the cylinder, and in-cylinder gas temperature in the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a ⁇ T map showing changes in the in-cylinder gas temperature and the equivalence ratio when main injection and after injection are performed in the first embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram showing changes in fuel injection timing of main injection and after injection, heat generation rate in the cylinder, and in-cylinder gas temperature in the second embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a ⁇ T map showing changes in the in-cylinder gas temperature and the equivalence ratio when main injection and after injection are performed in the second embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing a change in the in-cylinder gas temperature at the execution timing of after injection and the fuel injection timing of after injection in the third embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram showing a change in the in-cylinder gas temperature at the execution timing of after injection and the fuel injection timing of after injection in the fourth embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a change in the in-cylinder gas temperature at the execution timing of the after injection and the fuel injection timing of the after injection in the modified example of the fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine 1 and its control system according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a sectional view showing the combustion chamber 3 of the diesel engine and its periphery.
  • the engine 1 is configured as a diesel engine system having a fuel supply system 2, a combustion chamber 3, an intake system 6, an exhaust system 7 and the like as main parts.
  • the fuel supply system 2 includes a supply pump 21, a common rail 22, an injector (fuel injection valve) 23, an engine fuel passage 27, and the like.
  • the supply pump 21 pumps fuel from the fuel tank, makes the pumped fuel high pressure, and supplies it to the common rail 22 via the engine fuel passage 27.
  • the common rail 22 has a function as a pressure accumulation chamber that holds (accumulates) the high-pressure fuel supplied from the supply pump 21 at a predetermined pressure, and distributes the accumulated fuel to the injectors 23.
  • the injector 23 includes a piezoelectric element (piezo element) therein, and is configured by a piezo injector that is appropriately opened to supply fuel into the combustion chamber 3. Details of the fuel injection control from the injector 23 will be described later.
  • the intake system 6 includes an intake manifold 63 connected to an intake port 15a formed in the cylinder head 15 (see FIG. 2), and an intake pipe 64 constituting an intake passage is connected to the intake manifold 63. Further, an air cleaner 65, an air flow meter 43, and a throttle valve 62 are arranged in this intake passage in order from the upstream side. The air flow meter 43 outputs an electrical signal corresponding to the amount of air flowing into the intake passage via the air cleaner 65.
  • the exhaust system 7 includes an exhaust manifold 72 connected to an exhaust port 71 formed in the cylinder head 15, and exhaust pipes 73 and 74 constituting an exhaust passage are connected to the exhaust manifold 72.
  • a maniverter (exhaust gas purification device) 77 including a NOx storage catalyst (NSR catalyst: NOx Storage Reduction catalyst) 75 and a DPNR catalyst (Diesel Particle-NOx Reduction catalyst) 76 is disposed in the exhaust passage.
  • NSR catalyst NOx Storage Reduction catalyst
  • DPNR catalyst Diesel Particle-NOx Reduction catalyst
  • the NSR catalyst 75 is an NOx storage reduction catalyst.
  • alumina Al 2 O 3
  • Alkali metal such as barium (Ba), alkaline earth such as calcium (Ca), rare earth such as lanthanum (La) and yttrium (Y), and noble metal such as platinum (Pt) were supported. It has a configuration.
  • the NSR catalyst 75 occludes NOx in a state where a large amount of oxygen is present in the exhaust gas, has a low oxygen concentration in the exhaust gas, and a large amount of reducing component (for example, an unburned component (HC) of the fuel).
  • reducing component for example, an unburned component (HC) of the fuel.
  • NOx is reduced to NO 2 or NO and released.
  • NO NOx released as NO 2 or NO the N 2 is further reduced due to quickly reacting with HC or CO in the exhaust.
  • HC and CO are oxidized to H 2 O and CO 2 by reducing NO 2 and NO. That is, by appropriately adjusting the oxygen concentration and HC component in the exhaust gas introduced into the NSR catalyst 75, HC, CO, and NOx in the exhaust gas can be purified.
  • the oxygen concentration and HC component in the exhaust gas can be adjusted by after-injection which will be described later.
  • the DPNR catalyst 76 is, for example, a porous ceramic structure (PM collection filter) carrying a NOx occlusion reduction catalyst, and the PM in the exhaust gas is collected when passing through the porous wall. Is done. Further, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, NOx in the exhaust gas is stored in the NOx storage reduction catalyst, and when the air-fuel ratio becomes rich, the stored NOx is reduced and released. Further, the DPNR catalyst 76 carries a catalyst that oxidizes and burns the collected PM (for example, an oxidation catalyst mainly composed of a noble metal such as platinum).
  • a cylinder block 11 constituting a part of the engine body is formed with a cylindrical cylinder bore 12 for each cylinder (four cylinders), and a piston 13 is formed inside each cylinder bore 12. Is accommodated so as to be slidable in the vertical direction.
  • the combustion chamber 3 is formed above the top surface 13 a of the piston 13. That is, the combustion chamber 3 is defined by the lower surface of the cylinder head 15 attached to the upper part of the cylinder block 11 via the gasket 14, the inner wall surface of the cylinder bore 12, and the top surface 13 a of the piston 13.
  • a cavity (concave portion) 13 b is formed in a substantially central portion of the top surface 13 a of the piston 13, and this cavity 13 b also constitutes a part of the combustion chamber 3.
  • the piston 13 has a small end portion 18a of a connecting rod 18 connected by a piston pin 13c, and a large end portion of the connecting rod 18 is connected to a crankshaft which is an engine output shaft.
  • a glow plug 19 is disposed toward the combustion chamber 3.
  • the glow plug 19 functions as a start-up assisting device that is heated red when an electric current is applied immediately before the engine 1 is started and a part of the fuel spray is blown onto the glow plug 19 to promote ignition and combustion.
  • the cylinder head 15 is formed with an intake port 15a for introducing air into the combustion chamber 3 and an exhaust port 71 for discharging exhaust gas from the combustion chamber 3, and an intake valve for opening and closing the intake port 15a. 16 and an exhaust valve 17 for opening and closing the exhaust port 71 are provided.
  • the intake valve 16 and the exhaust valve 17 are disposed to face each other with the cylinder center line P interposed therebetween. That is, the engine 1 is configured as a cross flow type.
  • the cylinder head 15 is provided with the injector 23 that directly injects fuel into the combustion chamber 3.
  • the injector 23 is disposed at a substantially upper center of the combustion chamber 3 in a standing posture along the cylinder center line P, and injects fuel introduced from the common rail 22 toward the combustion chamber 3 at a predetermined timing. It has become.
  • the engine 1 is provided with a supercharger (turbocharger) 5.
  • the turbocharger 5 includes a turbine wheel 52 and a compressor wheel 53 that are connected via a turbine shaft 51.
  • the compressor wheel 53 is disposed facing the intake pipe 64, and the turbine wheel 52 is disposed facing the exhaust pipe 73.
  • the turbocharger 5 performs a so-called supercharging operation in which the compressor wheel 53 is rotated using the exhaust flow (exhaust pressure) received by the turbine wheel 52 to increase the intake pressure.
  • the turbocharger 5 in the present embodiment is a variable nozzle type turbocharger, and a variable nozzle vane mechanism (not shown) is provided on the turbine wheel 52 side. By adjusting the opening of the variable nozzle vane mechanism, the engine 1 supercharging pressure can be adjusted.
  • the intake pipe 64 of the intake system 6 is provided with an intercooler 61 for forcibly cooling the intake air whose temperature has been raised by supercharging in the turbocharger 5.
  • the throttle valve 62 provided further downstream than the intercooler 61 is an electronically controlled on-off valve whose opening degree can be adjusted steplessly. It has a function of narrowing down the area and adjusting (reducing) the supply amount of the intake air.
  • the engine 1 is provided with an exhaust gas recirculation passage (EGR passage) 8 that connects the intake system 6 and the exhaust system 7.
  • the EGR passage 8 is configured to reduce the combustion temperature by recirculating a part of the exhaust gas to the intake system 6 and supplying it again to the combustion chamber 3, thereby reducing the amount of NOx generated.
  • the EGR passage 8 is opened and closed steplessly by electronic control, and the exhaust gas passing through the EGR passage 8 (recirculating) is cooled by an EGR valve 81 that can freely adjust the exhaust flow rate flowing through the passage.
  • An EGR cooler 82 is provided.
  • the air flow meter 43 outputs a detection signal corresponding to the flow rate (intake air amount) of the intake air upstream of the throttle valve 62 in the intake system 6.
  • the intake air temperature sensor 49 is disposed in the intake manifold 63 and outputs a detection signal corresponding to the temperature of the intake air.
  • the intake pressure sensor 48 is disposed in the intake manifold 63 and outputs a detection signal corresponding to the intake air pressure.
  • the A / F (air-fuel ratio) sensor 44 outputs a detection signal that continuously changes in accordance with the oxygen concentration in the exhaust gas downstream of the manipulator 77 of the exhaust system 7.
  • the exhaust temperature sensor 45 outputs a detection signal corresponding to the temperature of the exhaust gas (exhaust temperature) downstream of the manipulator 77 of the exhaust system 7.
  • the rail pressure sensor 41 outputs a detection signal corresponding to the fuel pressure stored in the common rail 22.
  • the throttle opening sensor 42 detects the opening of the throttle valve 62.
  • the ECU 100 includes a CPU 101, a ROM 102, a RAM 103, a backup RAM 104, and the like.
  • the ROM 102 stores various control programs, maps that are referred to when the various control programs are executed, and the like.
  • the CPU 101 executes various arithmetic processes based on various control programs and maps stored in the ROM 102.
  • the RAM 103 is a memory that temporarily stores calculation results in the CPU 101, data input from each sensor, and the like.
  • the backup RAM 104 is a non-volatile memory that stores data to be saved when the engine 1 is stopped, for example.
  • the CPU 101, the ROM 102, the RAM 103, and the backup RAM 104 are connected to each other via the bus 107 and to the input interface 105 and the output interface 106.
  • the input interface 105 is connected to the rail pressure sensor 41, the throttle opening sensor 42, the air flow meter 43, the A / F sensor 44, the exhaust temperature sensor 45, the intake pressure sensor 48, and the intake temperature sensor 49. Further, the input interface 105 includes a water temperature sensor 46 that outputs a detection signal corresponding to the cooling water temperature of the engine 1, an accelerator opening sensor 47 that outputs a detection signal corresponding to the depression amount of the accelerator pedal, and the engine 1. A crank position sensor 40 that outputs a detection signal (pulse) each time the output shaft (crankshaft) rotates by a certain angle is connected. On the other hand, the injector 23, the throttle valve 62, the EGR valve 81, and the like are connected to the output interface 106.
  • the ECU 100 executes various controls of the engine 1 based on the outputs of the various sensors described above. Furthermore, the ECU 100 executes pilot injection, pre-injection, main injection (main injection), and after injection, which will be described later, as fuel injection control of the injector 23.
  • Pilot injection is an injection operation in which a small amount of fuel is injected in advance prior to main injection (main injection) from the injector 23. That is, after the pilot injection is performed, the fuel injection is temporarily interrupted, and the compressed gas temperature (in-cylinder temperature) is sufficiently increased until the main injection is started to reach the fuel self-ignition temperature. This ensures good ignitability of the fuel injected in the main injection. That is, the pilot injection function in this embodiment is specialized for preheating in the cylinder. In other words, the pilot injection in this embodiment is an injection operation (preheating fuel supply operation) for preheating the gas in the combustion chamber 3.
  • the injection amount per pilot injection is set to the minimum limit injection amount (for example, 1.5 mm 3 ) of the injector 23, and the number of injections is set. This ensures the necessary total pilot injection amount.
  • the interval of pilot injection that is dividedly injected is determined by the responsiveness of the injector 23 (speed of opening and closing operation). This interval is set to 200 ⁇ s, for example.
  • the injection start timing of the pilot injection is set, for example, at a crank angle and after 80 ° before compression top dead center (BTDC) of the piston 13. Note that the injection amount, interval, and injection start timing per pilot injection are not limited to the above values.
  • Pre-injection is an injection operation in which a small amount of fuel is injected in advance prior to main injection from the injector 23.
  • the pre-injection is an injection operation for suppressing the ignition delay of the fuel due to the main injection and leading to stable diffusion combustion, and is also called sub-injection.
  • the pre-injection in the present embodiment has not only a function of suppressing the initial combustion speed by the main injection described above but also a preheating function of increasing the in-cylinder temperature.
  • the injection amount in the main injection for example, the pre-injection amount is set as 10%.
  • the ratio of the pre-injection amount to the total fuel injection amount is set according to the amount of heat required for preheating the inside of the cylinder.
  • the injection amount in the pre-injection is less than the minimum limit injection amount (1.5 mm 3 ) of the injector 23, and thus the pre-injection is not executed. It will be.
  • the fuel injection in the pre-injection may be performed by the minimum limit injection amount (1.5 mm 3 ) of the injector 23.
  • the total injection amount of the pre-injection is required to be at least twice the minimum limit injection amount of the injector 23 (for example, 3 mm 3 or more), it is necessary for this pre-injection by executing a plurality of pre-injections. The total injection amount is secured. Thereby, the ignition delay of the pre-injection can be suppressed, the initial combustion speed by the main injection can be surely suppressed, and the stable diffusion combustion can be led.
  • the main injection is an injection operation (torque generation fuel supply operation) for generating torque of the engine 1.
  • the injection amount in the pre-injection is subtracted from the total fuel injection amount to obtain the required torque determined according to the operating state such as the engine speed, the accelerator operation amount, the coolant temperature, the intake air temperature, etc. Is set as the injection amount.
  • a total fuel injection amount that is the sum of the injection amount in the pre-injection and the injection amount in the main injection is calculated with respect to the torque request value of the engine 1. That is, the total fuel injection amount is calculated as an amount for generating the torque required for the engine 1.
  • the torque request value of the engine 1 is determined according to the engine speed, the amount of accelerator operation, the operating state such as the cooling water temperature, the intake air temperature, etc., and the usage status of auxiliary equipment. For example, the higher the engine speed (the engine speed calculated based on the detection value of the crank position sensor 40), the larger the accelerator operation amount (the accelerator pedal depression amount detected by the accelerator opening sensor 47). The higher the required accelerator torque of the engine 1, the higher the accelerator opening.
  • the ratio (split rate) of the pre-injection injection amount to the total fuel injection amount is set. That is, the pre-injection amount is set as an amount divided by the above-described division ratio with respect to the total fuel injection amount.
  • the division ratio (pre-injection amount) is set as a value capable of suppressing the ignition delay of the fuel due to the main injection. In this embodiment, the division ratio is set to 10%.
  • the control process for the pre-injection and the main injection is when no engine torque is generated due to after-injection.
  • the sum of the engine torque generated with fuel injection in the pre-injection and main injection and the engine torque due to after-injection is the total engine torque.
  • a torque larger than the torque request value is generated.
  • the fuel injection amount of the main injection is corrected to decrease. The reduction correction operation for the main injection will be described later.
  • After-injection is an injection form that is characteristic in the present embodiment. As will be described in detail later, this after injection has a function of raising the exhaust gas temperature to raise the temperature of each catalyst 75, 76 to the active temperature, and a function of raising the temperature of the DPNR catalyst 76 to the filter regeneration temperature during PM regeneration, which will be described later. The function of supplying unburned fuel components to the catalysts 75 and 76 during NOx reduction is exhibited as necessary. A specific injection mode of this after injection will be described later.
  • post injection is an injection operation for directly introducing the fuel into the exhaust system 7 to increase the temperature of the manipulator 77.
  • the fuel injection pressure at the time of executing each fuel injection described above is determined by the internal pressure of the common rail 22.
  • the common rail internal pressure generally, the target value of the fuel pressure supplied from the common rail 22 to the injector 23, that is, the target rail pressure, increases as the engine load (engine load) increases and the engine speed (engine speed) increases. It will be expensive. That is, when the engine load is high, the amount of air sucked into the combustion chamber 3 is large. Therefore, a large amount of fuel must be injected from the injector 23 into the combustion chamber 3, and therefore the injection from the injector 23 is performed. The pressure needs to be high.
  • the target rail pressure is generally set based on the engine load and the engine speed. A specific method for setting the target value of the fuel pressure will be described later.
  • the optimum values vary depending on the temperature conditions of the engine 1 and the intake air.
  • the ECU 100 adjusts the fuel discharge amount of the supply pump 21 so that the common rail pressure becomes equal to the target rail pressure set based on the engine operating state, that is, the fuel injection pressure matches the target injection pressure. To measure. Further, the ECU 100 determines the fuel injection amount and the fuel injection form based on the engine operating state. Specifically, the ECU 100 calculates the engine rotation speed based on the detection value of the crank position sensor 40 and obtains the depression amount (accelerator opening) to the accelerator pedal based on the detection value of the accelerator opening sensor 47. The total fuel injection amount (the sum of the injection amount in the pre-injection and the injection amount in the main injection) is determined based on the engine speed and the accelerator opening.
  • the solid line in FIG. 4 shows an ideal heat generation rate waveform related to combustion of fuel injected by main injection, with the horizontal axis representing the crank angle and the vertical axis representing the heat generation rate.
  • TDC in the figure indicates the crank angle position corresponding to the compression top dead center of the piston 13.
  • combustion of fuel injected by main injection is started from the compression top dead center (TDC) of the piston 13, and a predetermined piston position after the compression top dead center (for example, compression top dead center).
  • the heat generation rate reaches a maximum value (peak value) at the time 10 degrees after (ATDC 10 °), and further, a predetermined piston position after compression top dead center (for example, 25 degrees after compression top dead center (ATDC 25 °)).
  • the combustion of the fuel injected in the main injection ends at the time). If combustion of the air-fuel mixture is performed in such a state where the heat generation rate changes, for example, 50% of the air-fuel mixture in the cylinder burns at 10 degrees after compression top dead center (ATDC 10 °). Completed status. That is, about 50% of the total heat generation amount in the expansion stroke is generated by ATDC 10 °, and the engine 1 can be operated with high thermal efficiency.
  • the waveform shown with a dashed-dotted line in FIG. 4 has shown the heat release rate waveform which concerns on combustion of the fuel injected by the said pre-injection.
  • the amount of heat of 10 [J] is generated by the combustion of the fuel injected by the pre-injection.
  • This value is not limited to this.
  • pilot injection is also performed prior to the pre-injection, thereby sufficiently increasing the in-cylinder temperature and ensuring good ignitability of the fuel injected in the main injection.
  • the waveform indicated by a two-dot chain line ⁇ in FIG. 4 is a heat generation rate waveform when the fuel injection pressure is set higher than an appropriate value, and both the combustion speed and the peak value are too high, and the combustion This is a state in which there is concern about an increase in sound and an increase in NOx generation.
  • the waveform indicated by the two-dot chain line ⁇ in FIG. 4 is a heat release rate waveform when the fuel injection pressure is set lower than the appropriate value, and the timing at which the combustion speed is low and the peak appears is greatly retarded. There is a concern that sufficient engine torque cannot be ensured by shifting to.
  • the target fuel pressure setting method is a technical idea that the combustion efficiency is improved by optimizing the change state of the heat generation rate (optimization of the heat generation rate waveform). It is based on. And in order to implement
  • FIG. 5 is a fuel pressure setting map that is referred to when determining the target fuel pressure in the present embodiment.
  • This fuel pressure setting map is stored in the ROM 102, for example.
  • the horizontal axis is the engine speed
  • the vertical axis is the engine torque.
  • Tmax in FIG. 5 indicates a maximum torque line.
  • an equal fuel injection pressure line (equal fuel injection pressure region) indicated by A to L in the figure is an equal power line (such as an output (power) obtained from the rotation speed and torque of the engine 1 (etc. Assigned to the output area. That is, in this fuel pressure setting map, the equal power line and the equal fuel injection pressure line are set to substantially coincide.
  • a curve A in FIG. 5 is a line with an engine output of 10 kW, and a line with 30 MPa is allocated as the fuel injection pressure.
  • the curve B is a line with an engine output of 20 kW, and a line of 45 MPa is allocated to this as a fuel injection pressure.
  • Curve C is a line with an engine output of 30 kW, and a line of 60 MPa is allocated to this as a fuel injection pressure.
  • Curve D is a line with an engine output of 40 kW, and a line of 75 MPa is allocated to this as fuel injection pressure.
  • Curve E is a line with an engine output of 50 kW, and a line of 90 MPa is allocated to this as fuel injection pressure.
  • Curve F is a line with an engine output of 60 kW, and a line of 105 MPa is assigned to this as the fuel injection pressure.
  • a curve G is a line with an engine output of 70 kW, and a line of 120 MPa is assigned to this as a fuel injection pressure.
  • a curve H is a line having an engine output of 80 kW, and a line of 135 MPa is allocated as the fuel injection pressure.
  • Curve I is a line with an engine output of 90 kW, and a line of 150 MPa is allocated as the fuel injection pressure.
  • Curve J is a line with an engine output of 100 kW, and a line of 165 MPa is allocated to this as the fuel injection pressure.
  • a curve K is a line with an engine output of 110 kW, and a line of 180 MPa is assigned to this as a fuel injection pressure.
  • a curve L is a line having an engine output of 120 kW, and a line of 200 MPa is allocated as the fuel injection pressure.
  • each of the lines A to L is set so that the ratio of the change amount of the fuel injection pressure to the change amount of the engine output becomes smaller as the engine speed is in the low rotation region. That is, the interval between the lines is set wider in the low rotation region than in the high rotation region. The intervals between the lines may be set evenly.
  • the fuel injection pressure is not changed. Maintain the proper value of the fuel injection pressure set up to. In other words, the fuel injection pressure is not changed when the engine operating state changes along the equal fuel injection pressure line (corresponding to the equal power line), and the combustion mode with the ideal heat release rate waveform described above is used. To continue. In this case, it is possible to continuously satisfy various requests such as improvement of exhaust emission by reducing the amount of NOx generated, reduction of combustion noise during the expansion stroke, and sufficient securing of engine torque.
  • the fuel pressure setting map in the present embodiment there is a unique correlation between the output (power) of the engine 1 and the fuel injection pressure (common rail pressure), and the engine speed and engine torque are
  • fuel injection can be performed at an appropriate fuel pressure accordingly, and conversely, the engine output does not change even if the engine speed or engine torque changes
  • the fuel pressure is not changed from the proper value that has been set. This makes it possible to bring the heat generation rate change state closer to the ideal state over the entire engine operation region.
  • valve opening period of the injector 23 may be specified, and controllability can be improved.
  • this fuel pressure setting map having a unique correlation between the output (power) of the engine 1 and the fuel injection pressure (common rail pressure) is a systematic fuel pressure common to various engines. Since a setting method is constructed, it is possible to simplify the creation of a fuel pressure setting map for setting an appropriate fuel injection pressure according to the operating state of the engine 1.
  • the ECU 100 executes PM regeneration (filter regeneration) control for oxidizing PM deposited on the DPNR catalyst 76, NOx reduction control for reducing NOx stored in the NOx storage reduction catalyst of the NSR catalyst 75 and the DPNR catalyst 76, and the like.
  • PM regeneration filter regeneration
  • NOx reduction control for reducing NOx stored in the NOx storage reduction catalyst of the NSR catalyst 75 and the DPNR catalyst 76, and the like.
  • the ECU 100 estimates the PM accumulation amount of the DPNR catalyst 76.
  • a method for estimating the PM accumulation amount an engine exhaust PM amount corresponding to the engine speed and the fuel injection amount is obtained in advance through experiments or the like and mapped, and the engine exhaust PM amount obtained from this map is integrated. There is a method of calculating the amount of accumulated PM.
  • a method for estimating the PM accumulation amount based on the integrated value of the intake air amount, or a differential pressure sensor for detecting the differential pressure between the upstream side and the downstream side of the DPNR catalyst 76 is provided.
  • a method for estimating the PM deposition amount based on the differential pressure across the catalyst 76 can be mentioned.
  • the ECU 100 determines that it is time to regenerate the DPNR catalyst 76 when the estimated PM accumulation amount exceeds a predetermined determination value (limit accumulation amount), and executes PM regeneration by executing the above-described after injection. . That is, the fuel supplied by the after injection undergoes an oxidation reaction in the exhaust gas or in the DPNR catalyst 76, thereby increasing the catalyst temperature (temperature in the DPNR catalyst 76) (for example, raising the temperature to 650 ° C.). PM regeneration is performed in which the accumulated PM is oxidized (burned) and removed.
  • S (sulfur content) regeneration is also performed simultaneously with this PM regeneration, and the sulfur content deposited on the DPNR catalyst 76 is removed.
  • the purpose is to increase the catalyst bed temperature.
  • the action is executed. For example, a method of reducing the air-fuel ratio (A / F) (shifting to the rich side) by reducing the amount of intake air with the throttle valve 62 can be mentioned. In combination with this method, the EGR amount is increased. Further, as will be described later, by increasing the execution timing of after injection, the combustion amount of the fuel injected by this after injection is increased, thereby raising the bed temperature of the DPNR catalyst 76.
  • NOx reduction In the diesel engine 1, since the air-fuel ratio of the exhaust gas is a lean air-fuel ratio in most operating regions, the ambient atmosphere of the NSR catalyst 75 and the DPNR catalyst 76 is in a high oxygen concentration state in a normal operating state. Yes. For this reason, NOx in the exhaust gas is occluded in the NOx occlusion reduction catalyst of the NSR catalyst 75 and the DPNR catalyst 76, but the situation in which the ambient atmosphere has a low oxygen concentration is very small, so the occluded NOx is reduced. It is difficult to saturate the NOx storage capacity of the NSR catalyst 75 and the DPNR catalyst 76.
  • the air-fuel ratio of the exhaust gas is controlled to increase the ambient atmosphere of the catalyst to a reducing atmosphere, so that the NSR catalyst 75 and the DPNR catalyst NOx occluded in 76 is reduced to N 2 , CO 2 and H 2 O and released.
  • the NOx storage amounts of the NSR catalyst 75 and the DPNR catalyst 76 are estimated, and it is determined that it is time to reduce NOx when the estimated NOx storage amount exceeds a predetermined determination value (limit estimated amount). The method of doing is adopted.
  • the NOx occlusion amount is estimated by a method in which the NOx occlusion amount corresponding to the engine speed and the fuel injection amount is obtained in advance through experiments and mapped, and the NOx occlusion amount obtained from this map is integrated. It is done.
  • this after-injection is an injection operation for raising the temperature of the maniverter 77 provided in the exhaust system and for making the inside of the maniverter 77 into a reducing atmosphere.
  • the after injection is executed at a timing at which the combustion energy of the fuel supplied by the after injection is obtained as the heat energy of the exhaust. Further, at the time of PM regeneration or NOx reduction, after injection is executed at a timing when most of the fuel supplied by the after injection is sent to the manipulator 77 with unburned fuel remaining.
  • injection rate As an example of the injection mode of the above-described after injection, a necessary amount of after injection is executed by one fuel injection operation.
  • one fuel injection operation is set to a minimum injection rate (for example, the injection amount per injection is 1.5 mm 3 ), and a plurality of after injections (hereinafter referred to as this division).
  • the total after-injection amount necessary for this after-injection may be ensured by executing the after-injection performed afterwards).
  • the lift amount of the needle valve provided in the injector 23 is limited, and the injection at the minimum injection rate is performed. For example, when the total after injection amount is 3 mm 3 , 1.5 mm 3 after divided injection, which is the minimum limit injection amount of the injector 23, is performed twice.
  • 1.5 mm 3 after- split injection which is the minimum limit injection amount of the injector 23 is performed three times. Further, when the total after injection amount is 5 mm 3 , 1.5 mm 3 after divided injection, which is the minimum limit injection amount of the injector 23, is performed twice, and then 2.0 mm 3 after divided injection is performed. It will be done once.
  • the time interval (injection interval) between each after-split jet is obtained as follows. That is, the interval of each after-split injection is determined by the response of the injector 23 (speed of opening / closing operation). For example, the shortest opening / closing period determined by the performance of the injector 23 is set to 200 ⁇ s, for example. The interval of the after divided injection is not limited to the above value.
  • the injection form per one of the divided after injections is set to the shortest of the injectors 23. You may set to a valve opening period (for example, 200 microseconds).
  • the feature of this embodiment is that when the after injection is executed, the injection form of the after injection is determined so as not to generate smoke caused by the after injection. That is, smoke is not generated by adjusting the after injection amount and the after injection timing.
  • the heat generation amount in the cylinder increases as the after injection timing is set to the advance side. That is, the more the after injection is performed on the advance side, the more the thermal decomposition of the fuel is promoted and the situation where smoke is more likely to occur.
  • the after injection timing is the same, the heat generation amount in the cylinder increases as the after injection amount increases.
  • the total after-injection amount is set higher as the temperature of the maniverter 77 is lower than the activation temperature within a range in which smoke resulting from after-injection is not generated.
  • the after injection timing is set to the advance side. Specifically, the temperature of the manipulator 77 is estimated from the exhaust gas temperature detected by the exhaust gas temperature sensor 45, and the estimated temperature of the manipulator 77 is compared with the previously stored catalyst activation temperature. The total after injection amount and after injection timing are set. The after injection timing is set as a timing at which the in-cylinder temperature is lowered to a temperature at which the in-cylinder environment deviates from the smoke generation environment region even after the after injection is executed.
  • the total after-injection amount is set to be large so that the temperature of the manipulator 77 rises to the temperature necessary for PM regeneration within a range where smoke resulting from after-injection is not generated, or
  • the after injection timing is set to the advance side. This after injection timing is also set as a timing at which the in-cylinder temperature falls to such a temperature that the in-cylinder environment deviates from the smoke generation environment region even after the after injection is executed.
  • the total after injection amount is set so that an unburned fuel component in an amount necessary for NOx reduction is supplied to the manifolder 77 within a range in which smoke resulting from after injection is not generated.
  • the after injection timing is delayed until the timing at which smoke does not occur.
  • the after injection is executed after the in-cylinder temperature is lowered with respect to the execution timing of the after injection. That is, after-injection is executed after waiting for the in-cylinder temperature to fall to such a temperature that the in-cylinder environment deviates from the smoke generation environment region even if after-injection is executed.
  • the in-cylinder temperature that determines the timing for executing the after injection is estimated or measured.
  • the in-cylinder temperature estimation operation the relationship between the engine load and the in-cylinder temperature is obtained by experiment or the like and mapped, and the in-cylinder temperature is obtained from the engine load using this map.
  • a pressure sensor may be provided in the cylinder, and the in-cylinder temperature may be obtained from the in-cylinder pressure using a predetermined equation of state. Moreover, when the structure which can install a temperature sensor in a cylinder is implement
  • the first embodiment is a case where the total after injection amount is obtained by one fuel injection operation, and the main injection is also a case where the total main injection amount is obtained by one fuel injection operation.
  • FIG. 6 shows changes in fuel injection timing, in-cylinder heat generation rate, and in-cylinder gas temperature during execution of main injection and after injection in the present embodiment, respectively.
  • FIG. 7 is a map (generally referred to as a ⁇ T map) showing a change in the in-cylinder gas temperature and the equivalent ratio in the cylinder when main injection and after injection as shown in FIG. 6 are executed.
  • a ⁇ T map a map showing a change in the in-cylinder gas temperature and the equivalent ratio in the cylinder when main injection and after injection as shown in FIG. 6 are executed.
  • smoke generation region is a region where the in-cylinder gas temperature is relatively high and the equivalence ratio in the cylinder is on the rich side.
  • NOx generation region NOx is generated in the exhaust gas.
  • This NOx generation region is a region where the in-cylinder gas temperature is relatively high and the equivalence ratio in the cylinder is on the lean side. Moreover, the arrow shown in this FIG. 7 has shown the change of the in-cylinder environment in this embodiment (change of the in-cylinder gas temperature and the equivalence ratio when the said main injection and after injection are performed).
  • the injection amount of the main injection in this case is set as an amount that prevents the in-cylinder environment from reaching the smoke generation region.
  • after injection is executed at a preset injection amount (for example, the fuel injection amount for setting the exhaust A / F to the target A / F during the NOx reduction)
  • the after injection is performed at that injection amount.
  • after-injection is executed when the in-cylinder gas temperature falls to a value at which the in-cylinder environment does not reach the smoke generation region (point B in FIG. 7). With the execution of this after injection, the equivalent ratio in the cylinder again shifts to the rich side, and the in-cylinder gas temperature rises due to the combustion of the fuel.
  • the after-injection execution timing is the timing when the in-cylinder gas temperature decreases, and the in-cylinder environment reaches the smoke generation region (the above-described smoke generation environment region) by the execution of this after injection. Since no timing is set, smoke does not occur during exhaust.
  • the injection amount of the after injection is limited to an amount that the injected fuel does not adhere to the inner wall surface of the cylinder bore (the amount that does not reach the oil dilution occurrence limit in FIG. 7).
  • oil dilution due to the injection fuel adhering to the inner wall surface of the cylinder bore can be avoided, and it can be avoided that the lubrication performance of each part in the engine 1 is deteriorated.
  • the in-cylinder environment does not reach the smoke generation region even after the combustion of the fuel injected by the after injection is completed, and the smoke generation prevention function in the exhaust is continuously exhibited.
  • the after-injection is executed after the in-cylinder temperature decreases. Specifically, after-injection is performed after the in-cylinder temperature is lowered to a temperature at which the in-cylinder environment deviates from the smoke generation region even after the after injection is performed. For this reason, smoke does not occur even if after injection is executed. As a result, it is possible to optimize the catalyst temperature and the exhaust A / F by after injection while preventing the generation of smoke.
  • after-injection when after-injection is executed as described above, engine torque resulting from this after-injection may be generated.
  • the engine torque and after-injection generated in association with fuel injection in the pre-injection and main injection are generated.
  • the sum of the engine torque and the engine torque is the total engine torque, and a torque larger than the torque request value is generated.
  • after-injection is executed on the advance side from ATDC 110 °, engine torque resulting from this after-injection is generated.
  • the fuel injection amount of the main injection is corrected to decrease.
  • the injection amount of the main injection is set so that the torque substantially equal to the surplus torque resulting from the after injection (torque that is excessive with respect to the torque request value) is subtracted from the torque resulting from the main injection.
  • a reduction correction is performed (a reduction correction operation by the injection correction means).
  • the alternate long and short dash line in the injection rate waveform of FIG. 6 is an injection rate waveform for correcting the reduction in the injection amount of the main injection, and the alternate long and short dash line in the heat generation rate waveform of FIG. This is an incidence waveform.
  • the reduction correction amount for the main injection is smaller than the injection amount of the after injection (for example, the reduction correction amount of the after injection is about 50% with respect to the injection amount of the after injection). This value is not limited to this.
  • the torque obtained by adding the engine torque resulting from main injection (torque obtained by correcting the fuel injection amount to be reduced) and the engine torque generated due to after-injection is the target torque (the above torque request). Value) is obtained as approximately the same torque.
  • the catalyst temperature can be optimized by after injection, a known fuel addition valve that directly supplies fuel to the exhaust system 7 can be eliminated.
  • the present invention can also be applied to an engine equipped with this fuel addition valve.
  • the temperature increasing function during PM regeneration, and the unburned fuel component supplying function during NOx reduction It is effective to add an unburned fuel component supply function from the addition valve.
  • the total after injection amount is obtained by one fuel injection operation, and the main injection is performed twice (the first main injection on the advance side and the second main injection on the retard side). ) To obtain the total main injection amount.
  • FIG. 8 shows changes in fuel injection timing, in-cylinder heat generation rate, and in-cylinder gas temperature during the execution period of main injection and after injection in the present embodiment, respectively.
  • FIG. 9 is a map showing changes in the in-cylinder gas temperature and the in-cylinder equivalence ratio when main injection and after-injection as shown in FIG. 8 are executed. Further, the arrows shown in FIG. 9 indicate changes in the in-cylinder environment in this embodiment (changes in the in-cylinder gas temperature and the equivalence ratio when the main injection and after injection are executed).
  • the equivalent ratio in the cylinder shifts to the rich side, and the in-cylinder gas temperature is caused by the combustion of the fuel. Will rise.
  • the injection amount of the first main injection in this case is set as an amount in which the in-cylinder environment does not reach the smoke generation region.
  • the second main injection is executed (point A2 in FIG. 9).
  • the equivalent ratio in the cylinder again shifts to the rich side, and the in-cylinder gas temperature rises due to combustion of the fuel.
  • the injection amount of the second main injection in this case is also set to an amount that does not allow the in-cylinder environment to reach the smoke generation region.
  • after injection is executed at a preset injection amount (for example, the fuel injection amount for setting the exhaust A / F to the target A / F during the NOx reduction)
  • the after injection is performed at that injection amount.
  • after-injection is executed when the in-cylinder gas temperature falls to a value at which the in-cylinder environment does not reach the smoke generation region (point B in FIG. 9). With the execution of this after injection, the equivalent ratio in the cylinder again shifts to the rich side, and the in-cylinder gas temperature rises due to the combustion of the fuel.
  • the after-injection execution timing is set to a timing at which the in-cylinder gas temperature is lowered and the in-cylinder environment does not reach the smoke generation region by the execution of this after injection. Therefore, smoke is not generated in the exhaust. Also in this case, the injection amount of the after injection is limited to an amount in which the injected fuel does not adhere to the inner surface of the cylinder bore.
  • the in-cylinder environment does not reach the smoke generation region even after the combustion of the fuel injected by the after injection is completed, and the smoke generation prevention function in the exhaust is continuously exhibited. ing.
  • the after-injection is executed after the in-cylinder temperature decreases. Specifically, after-injection is performed after the in-cylinder temperature is lowered to a temperature at which the in-cylinder environment deviates from the smoke generation region even after the after injection is performed. For this reason, smoke does not occur even if after injection is executed. As a result, it is possible to optimize the catalyst temperature and the exhaust A / F by after injection while preventing the generation of smoke.
  • the fuel injection amount of the main injection is corrected to be reduced. Specifically, the injection amount of the main injection is corrected to decrease so that a torque substantially equivalent to the surplus torque resulting from the after injection is subtracted from the torque resulting from the main injection.
  • the injection amount of the second main injection on the retard side of the first and second main injections is corrected for reduction. If the surplus torque remains even after performing the reduction correction for the second main injection, this corresponds to the remaining surplus torque for the first main injection (advanced side main injection). Correct the fuel injection amount to be reduced.
  • the one-dot chain line in the heat generation rate waveform of FIG. 8 is the heat generation rate waveform when the total amount of the second main injection is corrected for reduction.
  • the two-dot chain line in the injection rate waveform of FIG. 8 is an injection rate waveform for further reducing the injection amount of the first main injection when the entire amount of the second main injection is reduced.
  • the two-dot chain line in the heat generation rate waveform of FIG. 8 is the heat generation rate waveform when the first main injection is corrected for weight reduction. As described above, even when the reduction correction is performed on the main injection, the ideal heat release rate waveform is obtained without changing the injection start timing of each main injection.
  • the amount of reduction correction for each main injection may be smaller than the injection amount of after injection (for example, when the second main injection is corrected for reduction, about 60% of the amount of after injection, In the case of reducing the amount of main injection of one, the amount of after injection is about 50%). These values are not limited to this.
  • the calculated required fuel injection amount in the second main injection is not “0”, and the minimum limit injection amount of the injector 23 is not limited.
  • the injection amount of the second main injection is set to the minimum limit injection amount (1.5 mm 3 ), and the fuel injection amount corresponding to the surplus torque in this case Corrects the amount of decrease for the first main injection.
  • the reduction correction may be performed only for the first main injection without performing the reduction correction for the second main injection.
  • the torque obtained by adding the engine torque resulting from the main injection (torque obtained by correcting the fuel injection amount to be reduced) and the engine torque generated due to the after injection is substantially equal to the target torque. It will be obtained as torque.
  • torque obtained by correcting the fuel injection amount to be reduced is substantially equal to the target torque.
  • the total after injection amount is obtained by one fuel injection operation, and the total after injection amount and the execution timing of the after injection are embodied.
  • the after-injection mode described below is applicable to both the first and second embodiments described above.
  • FIG. 10 shows a change in the in-cylinder gas temperature at the execution timing of after injection and the fuel injection timing of after injection.
  • a solid line X in FIG. 10 indicates a change in the in-cylinder gas temperature due to the combustion of the fuel injected in the main injection. Further, in FIG. 10, the change in the in-cylinder gas temperature when it is assumed that after-injection is not executed is indicated by a two-dot chain line. Further, a solid line Y in FIG. 10 indicates a change in the in-cylinder gas temperature due to the combustion of the fuel injected by the after injection. Further, a straight line L1 in FIG. 10 indicates the temperature of the smoke generation region when the after injection is performed (the temperature at which smoke is generated when the in-cylinder gas temperature reaches or exceeds this temperature). A straight line L2 in FIG. 10 indicates the exhaust gas temperature (for example, 1500 K) required by the manipulator 77.
  • the heat generation amount in the cylinder increases as the after injection timing is set to the advance side.
  • the heat generation amount in the cylinder increases as the after injection amount increases.
  • the injection amount is limited to an amount (for example, 4 mm 3 ) at which the in-cylinder gas temperature does not reach the smoke generation region temperature L1. become. This value is not limited to this.
  • the after injection is executed with this amount, if the after injection execution timing is shifted to the advance side, the in-cylinder gas temperature exceeds the smoke generation region temperature L1, so the waveform shown by the solid line in FIG. However, this is the advance angle limit when the after injection is executed with the above amount. Further, if the after injection amount is set to be small, the amount of increase in the in-cylinder gas temperature can be suppressed.
  • the in-cylinder gas temperature exceeds the smoke generation region temperature L1. Can be prevented.
  • the total after injection amount is obtained by one after injection as in this embodiment, the total after injection amount is set to be smaller as the execution timing of the after injection is set to the advance side, and the in-cylinder gas is set. It is necessary that the temperature does not exceed the smoke generation region temperature L1.
  • the limit injection amount of the after injection can be increased by shifting the execution timing of the after injection to the retard side.
  • the amount of heat generated per unit fuel amount decreases, so the in-cylinder gas temperature can be reduced by slightly retarding the after-injection execution timing.
  • a relatively large amount of fuel can be set as the after injection amount without exceeding the smoke generation region temperature L1, and this is particularly effective during NOx reduction.
  • the fourth embodiment is a case where the total after injection amount is obtained by a plurality of fuel injection operations (the above-described after-split injection), and the total after injection amount and the execution timing of the after injection are embodied. Note that the after-injection mode described below can be applied to both the first and second embodiments described above.
  • FIG. 11 shows the change in the in-cylinder gas temperature at the execution timing of after injection and the fuel injection timing of after injection.
  • the solid line X indicates the change in the in-cylinder gas temperature due to the combustion of the fuel injected by the main injection.
  • the change of the in-cylinder gas temperature when it is assumed that after-injection is not executed is indicated by a two-dot chain line.
  • a solid line Y indicates a change in in-cylinder gas temperature due to combustion of fuel injected by after injection.
  • the straight line L1 indicates the temperature in the smoke generation region when the after injection is performed, and the straight line L2 indicates the exhaust gas temperature required by the manipulator 77.
  • the injection amount per after injection is set small, the amount of increase in the in-cylinder gas temperature due to the after injection (after divided injection) can be suppressed, so the execution timing of the after injection is set to the advance side. Even if the transition is made, it is possible to prevent the in-cylinder gas temperature from exceeding the smoke generation region temperature L1. For this reason, as shown in FIG. 11, the in-cylinder gas temperature exceeds the smoke generation region temperature L1 by performing after injection several times with a relatively small amount (for example, 1.5 mm 3 ) of injection amount. However, after-injection can be executed from the advanced timing.
  • FIG. 12 also shows the change in the in-cylinder gas temperature at the execution timing of after injection and the fuel injection timing of after injection. As shown in FIG.
  • the injection amount is 1.5 mm 3 in the first after-split injection (the most advanced after-split injection), and the injection amount in the second after-split injection Is set to 3.0 mm 3 , the injection amount is 4.5 mm 3 in the third after-split injection, and the injection amount is 6.0 mm 3 in the fourth after-split injection (the most retarded after-split injection). Etc. These values are not limited to this.
  • the NSR catalyst 75 and the DPNR catalyst 76 are provided as the manipulator 77, but the NSR catalyst 75 and a DPF (Diesel Particle Filter) may be provided.
  • DPF Diesel Particle Filter
  • the present invention relates to a common rail in-cylinder direct injection multi-cylinder diesel engine mounted on an automobile.
  • the filter temperature is increased to the regeneration temperature during PM regeneration, the exhaust air is exhausted during NOx reduction.
  • the present invention can be applied to fuel injection control when the fuel ratio is shifted to the rich side.

Landscapes

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Abstract

　メイン噴射Ａの後に実行されるアフタ噴射Ｂの噴射タイミングに関し、メイン噴射での燃焼後、所定量でアフタ噴射を実行しても、このアフタ噴射に起因するスモークが発生しない温度まで筒内温度が低下するのを待つ。この筒内温度の低下後にアフタ噴射Ｂを実行することで、筒内環境がスモーク発生領域に達してしまうことを防止し、スモークを発生させることなしに、触媒温度の昇温や排気Ａ／Ｆの適正化を実現できるようにする。

Description

内燃機関の燃料噴射制御装置
　本発明は、ディーゼルエンジンに代表される内燃機関の燃料噴射制御装置に係る。特に、本発明は、内燃機関の排気ガス温度や排気空燃比の適正化を図るための燃料噴射形態の改良に関する。
　一般に、ディーゼルエンジン等のように希薄燃焼を行うエンジンでは、高い空燃比（リーン雰囲気）の混合気を燃焼させる運転領域が全運転領域の大部分を占めている。このため、エンジンの排気通路には、排気ガス中に含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を吸蔵（吸収）するためのＮＯｘ吸蔵触媒が配置されている。このＮＯｘ吸蔵触媒によってＮＯｘを吸蔵して排気ガスを浄化する。このＮＯｘ吸蔵触媒は、排気空燃比（以下、排気Ａ／Ｆと呼ぶ場合もある）がリーンである場合、つまり周囲の雰囲気が高酸素濃度状態である場合には、排気中のＮＯｘを吸蔵する。一方、排気空燃比がリッチ側になった場合、詳しくは、周囲の雰囲気が低酸素濃度状態となり、かつ、排気中に炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）などの未燃燃料成分を含む状態になった場合に、ＮＯｘ吸蔵触媒は、吸蔵しているＮＯｘを放出および還元する。また、このＮＯｘ吸蔵触媒が上述した排気浄化機能を発揮するためには、触媒温度が所定の活性温度以上まで上昇している必要がある。
　また、上記ＮＯｘ吸蔵触媒では、ＮＯｘ吸蔵量が飽和状態に達する前に、吸蔵しているＮＯｘを還元してＮＯｘ吸蔵能力を回復させる必要がある（以下、ＮＯｘ還元動作という）。ＮＯｘを還元する方法として、例えば下記の特許文献１には、インジェクタからのメイン噴射が行われた後、ＮＯｘ吸蔵触媒に燃料成分を供給するための燃料噴射であるポスト噴射を実行することが開示されている。これにより、ＮＯｘ吸蔵触媒内の酸素濃度を低下させ、ＨＣやＣＯを還元剤としてＮＯｘの還元を促進させる処理が行われる。
　また、下記の特許文献２には、メイン噴射の燃料噴射量を増量補正することによって、排気中の酸素濃度を低下させ、還元成分（ＨＣ、ＣＯ）の濃度を高めてＮＯｘ吸蔵触媒からのＮＯｘの放出を促すことが開示されている。
　また、ディーゼルエンジンの排気系には、ＰＭ（Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｍａｔｔｅｒ：微粒子）を捕集するためのフィルタ（例えばＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ　Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｆｉｌｔｅｒ））が備えられている。ＰＭの堆積によってフィルタに目詰まりが生じた場合には、それに起因してフィルタのＰＭ捕集能力が低下したり機関出力が低下したりするおそれがある。このため、フィルタに堆積したＰＭを燃焼させてフィルタの目詰まりを解消するフィルタ再生動作が行われる。つまり、フィルタでのＰＭ堆積量が許容上限値まで上昇すると、インジェクタから上記ポスト噴射が実行される。このポスト噴射によってフィルタに燃料成分が供給されると、ＨＣやＣＯが排気中やフィルタ内で酸化反応する。この酸化反応に伴う発熱によりフィルタが高温環境下におかれる。これにより、フィルタに堆積しているＰＭが燃焼して除去され、ＰＭによるフィルタの目詰まりが解消される（例えば、下記の特許文献３を参照）。
特開２００１－３２７８３８号公報 特開２００１－５５９５０号公報 特開２００７－２６２８９６号公報
　ところで、上述したようなＮＯｘ還元時やＰＭ再生時における燃料噴射（上記ポスト噴射）に関し、これまで、触媒温度を所定温度まで上昇させたり、触媒やフィルタに対する燃料成分の供給量を十分に確保するための燃料噴射量および燃料噴射タイミング（上述したポスト噴射での必要燃料噴射量および燃料噴射タイミング）は、試行錯誤で適合（エンジンの種類毎にそれに適したポスト噴射パターンを構築すること）を実施して取得している。
　また、これまで、メイン噴射の後に実行されるアフタ噴射や上記ポスト噴射に起因するスモーク発生メカニズムが不明確であった。このため、このスモークを発生させないような燃料噴射形態（アフタ噴射やポスト噴射での噴射量や噴射タイミング）は、上記適合によって取得せざるを得なかった。
　このように、従来では、メイン噴射の後に噴射される燃料噴射に関し、排気中にスモークを発生させることなしにＮＯｘ還元動作やＰＭ再生動作を実現するための燃料噴射量や燃料噴射タイミングの取得に関しては試行錯誤による適合に依存していた。即ち、種々のエンジンに共通した体系的な燃料噴射制御手法は未だ構築されていないのが実情であった。
　このため、上記ＮＯｘ還元時やＰＭ再生時において、スモークの発生を防止しながらも、触媒温度の昇温や、触媒に対する還元成分の供給を適切に行うことができる燃料噴射制御の最適化を図るためには、未だ改良の余地があった。
　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、メイン噴射の後に燃料噴射を実行して触媒温度の適正化や排気Ａ／Ｆの適正化を図る際に、排気中にスモークを発生させることのない燃料噴射形態を実現することが可能な燃料噴射制御装置を提供することにある。
　－課題の解決原理－
　上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、主噴射（メイン噴射）の後に実行されるアフタ噴射の噴射タイミングに関し、所定量（例えば排気Ａ／Ｆを目標Ａ／Ｆにするための燃料噴射量）でアフタ噴射を実行しても、このアフタ噴射に起因するスモークが発生しない温度まで筒内温度が低下するのを待つ。そして、この筒内温度の低下後にアフタ噴射を実行することで、スモークを発生させることなしに、触媒温度の昇温や排気Ａ／Ｆの適正化を実現できるようにしている。
　－解決手段－
　具体的に、本発明は、内燃機関の１サイクル中に、燃料噴射弁から、トルク発生のための燃料噴射である主噴射と、この主噴射の実行後に行われる燃料噴射であるアフタ噴射とを含む複数回の燃料噴射が実行可能な圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置を前提とする。この内燃機関の燃料噴射制御装置に対し、上記主噴射の実行後、筒内温度が、アフタ噴射を実行した場合にスモークが発生するスモーク発生環境域から外れる温度まで低下したタイミングで上記アフタ噴射を実行するアフタ噴射実行手段を備えさせている。
　この特定事項により、内燃機関のトルク発生に寄与する主噴射が燃料噴射弁により実行されると、膨張行程において筒内温度が上昇する。このように筒内温度が比較的高い状況で、触媒温度の適正化や排気Ａ／Ｆの適正化を図ることを目的として所定量のアフタ噴射を実行すると、筒内環境がスモーク発生環境域に達して、排気中にスモークが発生してしまう可能性がある。本解決手段では、主噴射の実行により筒内温度が上昇した後、この筒内温度が低下するのを待ってアフタ噴射を実行する。具体的には、アフタ噴射を実行しても筒内環境がスモーク発生環境域から外れるような温度まで筒内温度が低下するのを待ってアフタ噴射を実行する。このため、アフタ噴射を実行してもスモークが発生することはない。その結果、スモークの発生を防止しながら、アフタ噴射による触媒温度の適正化や排気Ａ／Ｆの適正化を図ることが可能になる。
　上記アフタ噴射実行手段によるアフタ噴射の実行タイミングとして、より具体的には以下のものが挙げられる。
　先ず、排気系に備えられた触媒を活性温度まで上昇させるために必要となる噴射量でアフタ噴射を実行したと仮定した場合にそのアフタ噴射に伴うスモークが発生しない温度まで筒内温度が低下したタイミングで上記アフタ噴射を実行するようにしている。
　また、排気系に備えられたＰＭ捕集フィルタのフィルタ再生時、このＰＭ捕集フィルタの温度をフィルタ再生温度まで上昇させるために必要となる噴射量でアフタ噴射を実行したと仮定した場合にそのアフタ噴射に伴うスモークが発生しない温度まで筒内温度が低下したタイミングで上記アフタ噴射を実行するようにしている。
　更に、排気系に備えられたＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ還元時、このＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ還元を行う排気空燃比とするために必要となる噴射量でアフタ噴射を実行したと仮定した場合にそのアフタ噴射に伴うスモークが発生しない温度まで筒内温度が低下したタイミングで上記アフタ噴射を実行するようにしている。
　これら特定事項により、排気浄化機能を発揮させるべく触媒を活性温度まで上昇させる際や、フィルタ再生時にＰＭ捕集フィルタの温度をフィルタ再生温度まで上昇させる際や、ＮＯｘ還元時に排気空燃比をＮＯｘ吸蔵触媒でのＮＯｘ還元を可能にする値とする際において、スモークを発生させることなしに、触媒の活性化や、フィルタ再生や、ＮＯｘ還元を実施して触媒やフィルタの性能向上を図ることが可能になる。
　上記アフタ噴射を実行した際に、このアフタ噴射の実行に起因して内燃機関のトルク上昇が生じた場合、内燃機関の出力として必要以上のトルク（余剰トルク）が発生してしまうことになる。この点に鑑みられた対策として以下のものが挙げられる。
　先ず、上記アフタ噴射に起因して内燃機関のトルクに余剰トルクが発生する場合、このアフタ噴射に起因する余剰トルクと略同等のトルクが主噴射に起因するトルクから減じられるように主噴射の噴射量を減量補正する噴射量補正手段を備えさせている。
　この場合に、上記主噴射が、複数回の分割主噴射に分割されて実行されるときには、上記アフタ噴射に起因して内燃機関のトルクに余剰トルクが発生する場合に、このアフタ噴射に起因する余剰トルクと略同等のトルクが主噴射に起因するトルクから減じられるように上記複数回の分割主噴射のうち最も遅角側の分割主噴射の噴射量を減量補正するようにしている。
　そして、この複数回の分割主噴射のうち最も遅角側の分割主噴射の全量を減量する補正を行っても上記余剰トルクが残存する場合には、上記減量補正した分割主噴射に隣接する進角側の分割主噴射に対して、上記余剰トルク分に相当する燃料噴射量を減量補正するようにしている。
　これら特定事項により、主噴射に起因して内燃機関に発生するトルク（燃料噴射量が減量補正されたことにより得られるトルク）とアフタ噴射に起因して内燃機関に発生するトルクとを合算したトルクが目標トルクと略同等のトルクとして得られることになる。その結果、上述した如くスモークの発生防止と、アフタ噴射による触媒温度の適正化や排気Ａ／Ｆの適正化とを図りながらも、内燃機関のトルクを適正に得ることができて良好なドライバビリティを得ることができる。
　また、上記アフタ噴射実行手段は、アフタ噴射を実行する際、その噴射量を、噴射燃料が気筒内壁面にまで到達しない噴射量範囲内の値に設定するようにしている。
　このようにしてアフタ噴射の噴射量を規制することで、噴射燃料が気筒内壁面に付着することによるオイル希釈を回避することができる。このため、オイル希釈によって内燃機関内の各部での潤滑性能の悪化を招くといったことが回避できる。
　また、アフタ噴射の噴射形態として、複数回のアフタ分割噴射に分割して実行するようにしている。このようにアフタ噴射を分割して実行すれば、１回当たりの噴射量を少なく抑えることで筒内温度の上昇が抑制され、アフタ噴射の実行タイミングを進角側に移行させても、筒内がスモーク発生環境域に達してしまうことがなく、スモークの発生を確実に防止できる。
　この場合、遅角側のアフタ分割噴射ほど噴射量を多く設定するようにしている。これは、遅角側のアフタ分割噴射ほど単位燃料量当たりにおける熱発生量は少ないためである。つまり、遅角側のアフタ分割噴射では噴射量を比較的多く設定しても、筒内がスモーク発生環境域に達してしまうことを防止できるためである。例えば上記ＮＯｘ還元時などにおいて、比較的多くのアフタ噴射量が要求される場合には、遅角側のアフタ分割噴射での噴射量を増量することで、スモークの発生を防止しながら、排気系に十分な未燃燃料成分を供給することが可能となる。
　上記アフタ噴射の機能としては、気筒内に予混合燃焼を発生させて排気系に備えられた触媒を活性温度まで上昇させると共に、排気ガスの空燃比をリッチ状態にして触媒に向けて還元剤を含む燃焼ガスを供給することにある。
　本発明では、主噴射の後にアフタ噴射を実行するに際し、アフタ噴射に起因するスモークが発生しない温度まで筒内温度が低下するのを待ち、この筒内温度の低下後にアフタ噴射を実行するようにしている。このため、スモークの発生を防止しながら、アフタ噴射による触媒温度の適正化や排気Ａ／Ｆの適正化を図ることが可能になる。
図１は、実施形態に係るエンジンおよびその制御系統の概略構成図である。 図２は、ディーゼルエンジンの燃焼室およびその周辺部を示す断面図である。 図３は、ＥＣＵ等の制御系の構成を示すブロック図である。 図４は、膨張行程時の熱発生率の変化を示す波形図である。 図５は、実施形態に係る目標燃料圧力を決定する際に参照される燃圧設定マップを示す図である。 図６は、第１実施形態におけるメイン噴射およびアフタ噴射の燃料噴射タイミング、気筒内での熱発生率、筒内ガス温度の変化を示す図である。 図７は、第１実施形態においてメイン噴射およびアフタ噴射が実施された際の筒内ガス温度と当量比との変化を示すφＴマップを示す図である。 図８は、第２実施形態におけるメイン噴射およびアフタ噴射の燃料噴射タイミング、気筒内での熱発生率、筒内ガス温度の変化を示す図である。 図９は、第２実施形態においてメイン噴射およびアフタ噴射が実施された際の筒内ガス温度と当量比との変化を示すφＴマップを示す図である。 図１０は、第３実施形態におけるアフタ噴射の実行タイミングでの筒内ガス温度の変化およびアフタ噴射の燃料噴射タイミングを示す図である。 図１１は、第４実施形態におけるアフタ噴射の実行タイミングでの筒内ガス温度の変化およびアフタ噴射の燃料噴射タイミングを示す図である。 図１２は、第４実施形態の変形例におけるアフタ噴射の実行タイミングでの筒内ガス温度の変化およびアフタ噴射の燃料噴射タイミングを示す図である。
符号の説明
１　　　　エンジン（内燃機関）
２３　　　インジェクタ（燃料噴射弁）
７　　　　排気系
７５　　　ＮＳＲ触媒（ＮＯｘ吸蔵触媒）
７６　　　ＤＰＮＲ触媒（ＮＯｘ吸蔵触媒、ＰＭ捕集フィルタ）
７７　　　マニバータ
　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒（例えば直列４気筒）ディーゼルエンジン（圧縮自着火式内燃機関）に本発明を適用した場合について説明する。
　－エンジンの構成－
　先ず、本実施形態に係るディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）の概略構成について説明する。図１は本実施形態に係るエンジン１およびその制御系統の概略構成図である。また、図２はディーゼルエンジンの燃焼室３およびその周辺部を示す断面図である。
　図１に示すように、本実施形態に係るエンジン１は、燃料供給系２、燃焼室３、吸気系６、排気系７等を主要部とするディーゼルエンジンシステムとして構成されている。
　燃料供給系２は、サプライポンプ２１、コモンレール２２、インジェクタ（燃料噴射弁）２３、機関燃料通路２７等を備えて構成されている。
　上記サプライポンプ２１は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路２７を介してコモンレール２２に供給する。コモンレール２２は、サプライポンプ２１から供給された高圧燃料を所定圧力に保持（蓄圧）する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ２３に分配する。インジェクタ２３は、その内部に圧電素子（ピエゾ素子）を備え、適宜開弁して燃焼室３内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。このインジェクタ２３からの燃料噴射制御の詳細については後述する。
　吸気系６は、シリンダヘッド１５（図２参照）に形成された吸気ポート１５ａに接続される吸気マニホールド６３を備え、この吸気マニホールド６３に、吸気通路を構成する吸気管６４が接続されている。また、この吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ６５、エアフローメータ４３、スロットルバルブ６２が配設されている。上記エアフローメータ４３は、エアクリーナ６５を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力するようになっている。
　排気系７は、シリンダヘッド１５に形成された排気ポート７１に接続される排気マニホールド７２を備え、この排気マニホールド７２に対して、排気通路を構成する排気管７３，７４が接続されている。また、この排気通路には、ＮＯｘ吸蔵触媒（ＮＳＲ触媒：ＮＯｘ　Ｓｔｏｒａｇｅ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ触媒）７５およびＤＰＮＲ触媒（Ｄｉｅｓｅｌ　Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ－ＮＯｘ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ触媒）７６を備えたマニバータ（排気浄化装置）７７が配設されている。以下、これらＮＳＲ触媒７５およびＤＰＮＲ触媒７６について説明する。
　ＮＳＲ触媒７５は、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であって、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を担体とし、この担体上に例えばカリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、セシウム（Ｃｓ）のようなアルカリ金属、バリウム（Ｂａ）、カルシウム（Ｃａ）のようなアルカリ土類、ランタン（Ｌａ）、イットリウム（Ｙ）のような希土類と、白金（Ｐｔ）のような貴金属とが担持された構成となっている。
　このＮＳＲ触媒７５は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはＮＯｘを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、かつ還元成分（例えば燃料の未燃成分（ＨＣ））が多量に存在している状態においてはＮＯｘをＮＯ2若しくはＮＯに還元して放出する。ＮＯ2やＮＯとして放出されたＮＯｘは、排気中のＨＣやＣＯと速やかに反応することによってさらに還元されてＮ2となる。また、ＨＣやＣＯは、ＮＯ2やＮＯを還元することで、自身は酸化されてＨ2ＯやＣＯ2となる。即ち、ＮＳＲ触媒７５に導入される排気中の酸素濃度やＨＣ成分を適宜調整することにより、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを浄化することができるようになっている。本実施形態のものでは、この排気中の酸素濃度やＨＣ成分の調整を後述するアフタ噴射によって行うことが可能となっている。
　一方、ＤＰＮＲ触媒７６は、例えば多孔質セラミック構造体（ＰＭ捕集フィルタ）にＮＯｘ吸蔵還元型触媒を担持させたものであり、排気ガス中のＰＭは多孔質の壁を通過する際に捕集される。また、排気ガスの空燃比がリーンの場合、排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵され、空燃比がリッチになると、吸蔵したＮＯｘは還元・放出される。さらに、ＤＰＮＲ触媒７６には、捕集したＰＭを酸化・燃焼する触媒（例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒）が担持されている。
　ここで、ディーゼルエンジンの燃焼室３およびその周辺部の構成について、図２を用いて説明する。この図２に示すように、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック１１には、各気筒（４気筒）毎に円筒状のシリンダボア１２が形成されており、各シリンダボア１２の内部にはピストン１３が上下方向に摺動可能に収容されている。
　ピストン１３の頂面１３ａの上側には上記燃焼室３が形成されている。つまり、この燃焼室３は、シリンダブロック１１の上部にガスケット１４を介して取り付けられたシリンダヘッド１５の下面と、シリンダボア１２の内壁面と、ピストン１３の頂面１３ａとにより区画形成されている。そして、ピストン１３の頂面１３ａの略中央部には、キャビティ（凹陥部）１３ｂが凹設されており、このキャビティ１３ｂも燃焼室３の一部を構成している。
　このピストン１３は、コネクティングロッド１８の小端部１８ａがピストンピン１３ｃにより連結されており、このコネクティングロッド１８の大端部はエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。これにより、シリンダボア１２内でのピストン１３の往復移動がコネクティングロッド１８を介してクランクシャフトに伝達され、このクランクシャフトが回転することでエンジン出力が得られるようになっている。また、燃焼室３に向けてグロープラグ１９が配設されている。このグロープラグ１９は、エンジン１の始動直前に電流が流されることにより赤熱し、これに燃料噴霧の一部が吹きつけられることで着火・燃焼が促進される始動補助装置として機能する。
　上記シリンダヘッド１５には、燃焼室３へ空気を導入する吸気ポート１５ａと、燃焼室３から排気ガスを排出する上記排気ポート７１とがそれぞれ形成されていると共に、吸気ポート１５ａを開閉する吸気バルブ１６および排気ポート７１を開閉する排気バルブ１７が配設されている。これら吸気バルブ１６および排気バルブ１７はシリンダ中心線Ｐを挟んで対向配置されている。つまり、本エンジン１はクロスフロータイプとして構成されている。また、シリンダヘッド１５には、燃焼室３の内部へ直接的に燃料を噴射する上記インジェクタ２３が取り付けられている。このインジェクタ２３は、シリンダ中心線Ｐに沿う起立姿勢で燃焼室３の略中央上部に配設されており、上記コモンレール２２から導入される燃料を燃焼室３に向けて所定のタイミングで噴射するようになっている。
　更に、図１に示す如く、このエンジン１には、過給機（ターボチャージャ）５が設けられている。このターボチャージャ５は、タービンシャフト５１を介して連結されたタービンホイール５２およびコンプレッサホイール５３を備えている。コンプレッサホイール５３は吸気管６４内部に臨んで配置され、タービンホイール５２は排気管７３内部に臨んで配置されている。このためターボチャージャ５は、タービンホイール５２が受ける排気流（排気圧）を利用してコンプレッサホイール５３を回転させ、吸気圧を高めるといった所謂過給動作を行うようになっている。本実施形態におけるターボチャージャ５は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール５２側に可変ノズルベーン機構（図示省略）が設けられており、この可変ノズルベーン機構の開度を調整することにより、エンジン１の過給圧を調整することができる。
　吸気系６の吸気管６４には、ターボチャージャ５での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ６１が設けられている。このインタークーラ６１よりも更に下流側に設けられた上記スロットルバルブ６２は、その開度を無段階に調整することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整（低減）する機能を有している。
　また、エンジン１には、吸気系６と排気系７とを接続する排気還流通路（ＥＧＲ通路）８が設けられている。このＥＧＲ通路８は、排気の一部を適宜吸気系６に還流させて燃焼室３へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってＮＯｘ発生量を低減させるものである。また、このＥＧＲ通路８には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調整することができるＥＧＲバルブ８１と、ＥＧＲ通路８を通過（還流）する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ８２とが設けられている。
　－センサ類－
　エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン１の運転状態に関する信号を出力する。
　例えば、上記エアフローメータ４３は、吸気系６内のスロットルバルブ６２上流において吸入空気の流量（吸入空気量）に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ４９は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ４８は、吸気マニホールド６３に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。Ａ／Ｆ（空燃比）センサ４４は、排気系７のマニバータ７７の下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ４５は、同じく排気系７のマニバータ７７の下流において排気ガスの温度（排気温度）に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ４１はコモンレール２２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ４２はスロットルバルブ６２の開度を検出する。
　－ＥＣＵ－
　ＥＣＵ１００は、図３に示すように、ＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３およびバックアップＲＡＭ１０４などを備えている。ＲＯＭ１０２は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。ＲＡＭ１０３は、ＣＰＵ１０１での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。バックアップＲＡＭ１０４は、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
　以上のＣＰＵ１０１、ＲＯＭ１０２、ＲＡＭ１０３およびバックアップＲＡＭ１０４は、バス１０７を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース１０５および出力インターフェース１０６と接続されている。
　入力インターフェース１０５には、上記レール圧センサ４１、スロットル開度センサ４２、エアフローメータ４３、Ａ／Ｆセンサ４４、排気温センサ４５、吸気圧センサ４８、吸気温センサ４９が接続されている。さらに、この入力インターフェース１０５には、エンジン１の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ４６、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ４７、および、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力するクランクポジションセンサ４０などが接続されている。一方、出力インターフェース１０６には、上記インジェクタ２３、スロットルバルブ６２、および、ＥＧＲバルブ８１などが接続されている。
　そして、ＥＣＵ１００は、上記した各種センサの出力に基づいて、エンジン１の各種制御を実行する。さらに、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２３の燃料噴射制御として、後述するパイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射（主噴射）、アフタ噴射を実行する。
　－燃料噴射形態－
　以下、本実施形態における上記パイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射の各動作の概略について説明する。
　（パイロット噴射）
　パイロット噴射は、インジェクタ２３からのメイン噴射（主噴射）に先立ち、予め少量の燃料を噴射する噴射動作である。つまり、このパイロット噴射の実行後、燃料噴射を一旦中断し、メイン噴射が開始されるまでの間に圧縮ガス温度（気筒内温度）を十分に高めて燃料の自着火温度に到達させるようにし、これによってメイン噴射で噴射される燃料の着火性を良好に確保するようにしている。即ち、この実施形態におけるパイロット噴射の機能は、気筒内の予熱に特化したものとなっている。言い換えれば、この実施形態におけるパイロット噴射は、燃焼室３内でのガスの予熱を行うための噴射動作（予熱用燃料の供給動作）となっている。
　具体的には、噴霧の分配や局所濃度の適正化を図るために、パイロット噴射の１回当たりの噴射量をインジェクタ２３の最小限界噴射量（例えば１．５ｍｍ3）とし、噴射回数を設定することで必要な総パイロット噴射量を確保するようにしている。このようにして分割噴射されるパイロット噴射のインターバルは、インジェクタ２３の応答性（開閉動作の速さ）によって決定される。このインターバルは、例えば２００μｓに設定される。また、パイロット噴射の噴射開始タイミングとしては、例えばクランク角度で、ピストン１３の圧縮上死点前（ＢＴＤＣ）８０°以降に設定される。尚、パイロット噴射の１回当たりの噴射量や、インターバル、噴射開始タイミングは、上記値に限定されるものではない。
　（プレ噴射）
　プレ噴射は、インジェクタ２３からのメイン噴射に先立ち、予め少量の燃料を噴射する噴射動作である。プレ噴射は、メイン噴射による燃料の着火遅れを抑制し、安定した拡散燃焼に導くための噴射動作であって、副噴射とも呼ばれる。また、本実施形態におけるプレ噴射は、上述したメイン噴射による初期燃焼速度を抑制する機能ばかりでなく、気筒内温度を高める予熱機能をも有するものとなっている。
　具体的に、本実施形態では、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じて決定される要求トルクを得るための総燃料噴射量（プレ噴射での噴射量とメイン噴射での噴射量との和）に対して例えば１０％としてプレ噴射量が設定される。この総燃料噴射量に対するプレ噴射量の比率は、気筒内を予熱する際に必要となる熱量等に応じて設定される。
　この場合、上記総燃料噴射量が１５ｍｍ3未満であった場合には、プレ噴射での噴射量が、インジェクタ２３の最小限界噴射量（１．５ｍｍ3）未満となるため、プレ噴射は実行しないことになる。尚、この場合、インジェクタ２３の最小限界噴射量（１．５ｍｍ3）だけプレ噴射での燃料噴射を行うようにしてもよい。一方、プレ噴射の噴射総量としてインジェクタ２３の最小限界噴射量の２倍以上（例えば３ｍｍ3以上）が要求される場合には、複数回数のプレ噴射を実行することで、このプレ噴射で必要な総噴射量を確保するようにしている。これにより、プレ噴射の着火遅れを抑制し、メイン噴射による初期燃焼速度の抑制を確実に行って、安定した拡散燃焼に導くことができる。
　（メイン噴射）
　メイン噴射は、エンジン１のトルク発生のための噴射動作（トルク発生用燃料の供給動作）である。本実施形態では、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じて決定される要求トルクを得るための上記総燃料噴射量から上記プレ噴射での噴射量を減算した噴射量として設定される。
　ここで、上述したプレ噴射およびメイン噴射の制御プロセスについて簡単に説明する。ここでは、理解を容易にするために、アフタ噴射に起因するエンジントルクが発生しない場合について説明する。
　まず、エンジン１のトルク要求値に対して、上記プレ噴射での噴射量とメイン噴射での噴射量との和である総燃料噴射量が算出される。つまり、エンジン１に要求されるトルクを発生させるための量として総燃料噴射量が算出される。
　上記エンジン１のトルク要求値は、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態、補機類等の使用状況に応じて決定される。例えば、エンジン回転数（クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいて算出されるエンジン回転数）が高いほど、また、アクセル操作量（アクセル開度センサ４７により検出されるアクセルペダルの踏み込み量）が大きいほど（アクセル開度が大きいほど）エンジン１のトルク要求値としては高く得られる。
　このようにして総燃料噴射量が算出された後、この総燃料噴射量に対するプレ噴射の噴射量の比率（分割率）を設定する。つまり、プレ噴射量は、総燃料噴射量に対して上記分割率で分割された量として設定されることになる。この場合、分割率（プレ噴射量）は、メイン噴射による燃料の着火遅れの抑制が可能な値として設定される。この実施形態では、上記分割率は１０％に設定されている。そして、このようなプレ噴射およびメイン噴射によって、高いエンジントルクを確保しながらも、燃焼音の低減やＮＯｘ発生量の低減を図ることが可能になる。
　尚、上述した如く、上記プレ噴射およびメイン噴射の制御プロセスは、アフタ噴射に起因するエンジントルクが発生しない場合である。アフタ噴射に起因してエンジントルクが発生する場合には、上記プレ噴射およびメイン噴射での燃料噴射に伴って発生するエンジントルクとアフタ噴射に起因するエンジントルクとの和が総エンジントルクとなり、上記トルク要求値よりも大きなトルクが発生してしまうことになる。本実施形態では、この場合に、上記メイン噴射の燃料噴射量を減量補正するようにしている。このメイン噴射に対する減量補正動作については後述する。
　（アフタ噴射）
　アフタ噴射は、本実施形態において特徴とする噴射形態である。詳しくは後述するが、このアフタ噴射は、排気ガス温度を上昇させて各触媒７５，７６の温度を活性温度まで高める機能、後述するＰＭ再生時にＤＰＮＲ触媒７６の温度をフィルタ再生温度まで上昇させる機能、ＮＯｘ還元時に各触媒７５，７６に未燃燃料成分を供給する機能を必要に応じて発揮する。このアフタ噴射の具体的な噴射形態については後述する。
　尚、このアフタ噴射の後に、必要に応じてポスト噴射が実施される場合もある。このポスト噴射は、排気系７に燃料を直接的に導入して上記マニバータ７７の昇温を図るための噴射動作である。
　－燃料噴射圧－
　上述した各燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール２２の内圧により決定される。このコモンレール内圧として、一般に、コモンレール２２からインジェクタ２３へ供給される燃料圧力の目標値、即ち目標レール圧は、エンジン負荷（機関負荷）が高くなるほど、および、エンジン回転数（機関回転数）が高くなるほど高いものとされる。即ち、エンジン負荷が高い場合には燃焼室３内に吸入される空気量が多いため、インジェクタ２３から燃焼室３内に向けて多量の燃料を噴射しなければならず、よってインジェクタ２３からの噴射圧力を高いものとする必要がある。また、エンジン回転数が高い場合には噴射可能な期間が短いため、単位時間当たりに噴射される燃料量を多くしなければならず、よってインジェクタ２３からの噴射圧力を高いものとする必要がある。このように、目標レール圧は一般にエンジン負荷およびエンジン回転数に基づいて設定される。この燃料圧力の目標値を設定するための具体的な手法については後述する。
　上記パイロット噴射やメイン噴射などの燃料噴射における燃料噴射パラメータについて、その最適値はエンジン１や吸入空気等の温度条件によって異なるものとなる。
　例えば、上記ＥＣＵ１００は、コモンレール圧がエンジン運転状態に基づいて設定される目標レール圧と等しくなるように、即ち燃料噴射圧が目標噴射圧と一致するように、サプライポンプ２１の燃料吐出量を調量する。また、ＥＣＵ１００はエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量および燃料噴射形態を決定する。具体的には、ＥＣＵ１００は、クランクポジションセンサ４０の検出値に基づいてエンジン回転速度を算出するとともに、アクセル開度センサ４７の検出値に基づいてアクセルペダルへの踏み込み量（アクセル開度）を求め、このエンジン回転速度およびアクセル開度に基づいて総燃料噴射量（プレ噴射での噴射量とメイン噴射での噴射量との和）を決定する。
　－目標燃料圧力の設定手法－
　次に、本実施形態において目標燃料圧力を設定する際の技術的思想について説明する。
　（目標燃料圧力の基本設定手法）
　ディーゼルエンジン１においては、ＮＯｘ発生量を削減することによる排気エミッションの改善、膨張行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立することが重要である。本発明の発明者は、これら要求を連立するための手法として、膨張行程時における気筒内での熱発生率の変化状態（熱発生率波形で表される変化状態）を適切にコントロールすることが有効であることに着目し、この熱発生率の変化状態をコントロールするための手法として以下に述べるような目標燃料圧力の設定手法を見出した。
　図４の実線は、横軸をクランク角度、縦軸を熱発生率とし、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼に係る理想的な熱発生率波形を示している。図中のＴＤＣはピストン１３の圧縮上死点に対応したクランク角度位置を示している。この熱発生率波形としては、例えば、ピストン１３の圧縮上死点（ＴＤＣ）からメイン噴射で噴射された燃料の燃焼が開始され、圧縮上死点後の所定ピストン位置（例えば、圧縮上死点後１０度（ＡＴＤＣ１０°）の時点）で熱発生率が極大値（ピーク値）に達し、更に、圧縮上死点後の所定ピストン位置（例えば、圧縮上死点後２５度（ＡＴＤＣ２５°）の時点）で上記メイン噴射において噴射された燃料の燃焼が終了するようになっている。このような熱発生率の変化状態で混合気の燃焼を行わせるようにすれば、例えば圧縮上死点後１０度（ＡＴＤＣ１０°）の時点で気筒内の混合気のうちの５０％が燃焼を完了した状況となる。つまり、膨張行程における総熱発生量の約５０％がＡＴＤＣ１０°までに発生し、高い熱効率でエンジン１を運転させることが可能となる。
　尚、図４に一点鎖線で示す波形は、上記プレ噴射で噴射された燃料の燃焼に係る熱発生率波形を示している。これにより、メイン噴射で噴射された燃料の安定した拡散燃焼が実現される。例えば、このプレ噴射で噴射された燃料の燃焼によって１０［Ｊ］の熱量が発生する。この値は、これに限定されるものではなく。例えば、上記総燃料噴射量に応じて適宜設定される。また、図示していないが、プレ噴射に先立ってパイロット噴射も行われており、これにより気筒内温度を十分に高めて、メイン噴射で噴射される燃料の着火性を良好に確保している。
　また、図４に二点鎖線αで示す波形は、燃料噴射圧力が、適正値よりも高く設定された場合の熱発生率波形であり、燃焼速度およびピーク値が共に高くなりすぎており、燃焼音の増大やＮＯｘ発生量の増加が懸念される状態である。一方、図４に二点鎖線βで示す波形は、燃料噴射圧力が、適正値よりも低く設定された場合の熱発生率波形であり、燃焼速度が低く且つピークの現れるタイミングが大きく遅角側に移行していることで十分なエンジントルクが確保できないことが懸念される状態である。
　上述したように、本実施形態に係る目標燃料圧力の設定手法は、熱発生率の変化状態の適正化（熱発生率波形の適正化）を図ることで燃焼効率の向上を図るといった技術的思想に基づくものである。そして、それを実現するために後述するような燃圧設定マップに従った目標燃料圧力の設定を行っている。
　（燃圧設定マップ）
　図５は、本実施形態において目標燃料圧力を決定する際に参照される燃圧設定マップである。この燃圧設定マップは、例えば上記ＲＯＭ１０２に記憶されている。また、この燃圧設定マップは、横軸がエンジン回転数であり、縦軸がエンジントルクとなっている。また、図５におけるＴｍａｘは最大トルクラインを示している。
　この燃圧設定マップの特徴として、図中にＡ～Ｌで示す等燃料噴射圧力ライン（等燃料噴射圧力領域）は、エンジン１の回転数およびトルクから求められる出力（パワー）の等パワーライン（等出力領域）に割り付けられている。つまり、この燃圧設定マップでは、等パワーラインと等燃料噴射圧力ラインとが略一致するように設定されている。
　この燃圧設定マップに従って燃料圧力を決定することで、インジェクタ２３の開弁期間を制御すれば、その開弁期間中における燃料噴射量を規定することが可能になり、燃料噴射量制御の簡素化および適正化を図ることができる。
　具体的に、図５の曲線Ａはエンジン出力が１０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として３０ＭＰａのラインが割り付けられている。以下、同様に、曲線Ｂはエンジン出力が２０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として４５ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｃはエンジン出力が３０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として６０ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｄはエンジン出力が４０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として７５ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｅはエンジン出力が５０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として９０ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｆはエンジン出力が６０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として１０５ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｇはエンジン出力が７０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として１２０ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｈはエンジン出力が８０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として１３５ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｉはエンジン出力が９０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として１５０ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｊはエンジン出力が１００ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として１６５ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｋはエンジン出力が１１０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として１８０ＭＰａのラインが割り付けられている。曲線Ｌはエンジン出力が１２０ｋＷのラインであり、これに燃料噴射圧力として２００ＭＰａのラインが割り付けられている。これら各値は、これに限定されるものではなく、エンジン１の性能特性等に応じて適宜設定される。
　また、上記各ラインＡ～Ｌは、エンジン出力の変化量に対する燃料噴射圧力の変化量の割合が、エンジン回転数が低回転領域であるほど小さくなるように設定されている。つまり、高回転領域よりも低回転領域の方が、ライン間の間隔が広く設定されている。また、このライン間の間隔は均等に設定されていてもよい。
　このようにして作成された燃圧設定マップに従い、エンジン１の運転状態に適した目標燃料圧力を設定し、サプライポンプ２１の制御等を行うようになっている。
　具体的に、エンジン回転数とエンジントルクとが共に増加する場合（図５における矢印Ｉを参照）、および、エンジン回転数が一定でエンジントルクが増加する場合（図５における矢印ＩＩを参照）、並びに、エンジントルクが一定でエンジン回転数が増加する場合（図５における矢印ＩＩＩを参照）の何れにおいても燃料噴射圧力が高められる。これにより、エンジントルク（エンジン負荷）が高い場合における吸入空気量に適した燃料噴射量を確保し、また、エンジン回転数が高い場合における単位時間当たりの燃料噴射量を多くして短期間で必要燃料噴射量を確保することができる。このため、エンジン出力およびエンジン回転数に関わりなく、常に、図４に実線で示したような理想的な熱発生率波形での燃焼形態を実現することができ、ＮＯｘ発生量を削減することによる排気エミッションの改善、膨張行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を連立することが可能になる。
　一方、エンジン回転数およびエンジントルクが変化したとしても、その変化後のエンジン出力が変化していない場合（例えば図５における矢印ＩＶを参照）には、燃料噴射圧力を変化させないようにして、それまで設定されていた燃料噴射圧力の適正値を維持する。つまり、上記等燃料噴射圧力ライン（等パワーラインに一致している）に沿うようなエンジン運転状態の変化では燃料噴射圧力を変化させないようにし、上述した理想的な熱発生率波形での燃焼形態を継続させる。この場合、ＮＯｘ発生量を削減することによる排気エミッションの改善、膨張行程時の燃焼音の低減、エンジントルクの十分な確保といった各要求を継続的に連立させることができる。
　以上のように、本実施形態における燃圧設定マップでは、エンジン１の出力（パワー）と燃料噴射圧力（コモンレール圧）との間に一義的な相関を持たせ、また、エンジン回転数およびエンジントルクの少なくとも一方が変化することでエンジン出力が変化する状況では、それに応じた適正な燃料圧力での燃料噴射が行えるようにし、逆に、エンジン回転数やエンジントルクが変化してもエンジン出力が変化しない状況では、燃料圧力をそれまで設定されていた適正値から変化させないようにしている。これによって、エンジン運転領域の全域に亘って熱発生率変化状態を理想状態に近付けることが可能になる。そして、このようにして燃料圧力が規定されることにより、インジェクタ２３の開弁期間と燃料噴射との間に一義的な相関を持たせることが可能になり、必要噴射量を得るためには、その際のインジェクタ２３の開弁期間を規定すればよいことになって、制御性の向上が図れる。更に、この燃圧設定マップのように、エンジン１の出力（パワー）と燃料噴射圧力（コモンレール圧）との間に一義的な相関を持たせることは、種々のエンジンに共通した体系的な燃料圧力設定手法を構築するものとなるので、エンジン１の運転状態に応じた適切な燃料噴射圧力を設定するための燃圧設定マップの作成を簡素化することが可能である。
　－触媒制御－
　ＥＣＵ１００は、上記ＤＰＮＲ触媒７６に堆積したＰＭを酸化させるＰＭ再生（フィルタ再生）制御、ＮＳＲ触媒７５およびＤＰＮＲ触媒７６のＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元するＮＯｘ還元制御などを実行する。以下、これらＰＭ再生、ＮＯｘ還元の基本動作について説明する。
　（ＰＭ再生）
　ＥＣＵ１００は、ＤＰＮＲ触媒７６のＰＭ堆積量を推定している。このＰＭ堆積量の推定方法としては、エンジン回転数と燃料噴射量とに応じたエンジン排出ＰＭ量を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップにより求められるエンジン排出ＰＭ量を積算してＰＭの堆積量を算出するという方法が挙げられる。
　また、他の推定方法として、吸入空気量の積算値に基づいてＰＭ堆積量を推定する方法や、ＤＰＮＲ触媒７６の上流側と下流側との差圧を検知する差圧センサを備えさせ、ＤＰＮＲ触媒７６の前後差圧に基づいてＰＭ堆積量を推定する方法が挙げられる。
　そして、ＥＣＵ１００は、推定したＰＭ堆積量が所定の判定値（限界堆積量）を超えたときにＤＰＮＲ触媒７６の再生時期であると判定して上記アフタ噴射を実行することによりＰＭ再生を実施する。つまり、このアフタ噴射によって供給された燃料が排気中やＤＰＮＲ触媒７６内において酸化反応することで触媒温度（ＤＰＮＲ触媒７６内の温度）を高温化（例えば６５０℃まで昇温）し、これにより、堆積しているＰＭを酸化（燃焼）させて除去するＰＭ再生が行われる。
　尚、このＰＭ再生と同時にＳ（硫黄分）再生も行われ、ＤＰＮＲ触媒７６に堆積した硫黄分が除去されることになる。
　尚、上記推定したＰＭ堆積量が所定の判定値を超えた際に、ＤＰＮＲ触媒７６の床温がＰＭ再生に必要な温度にまで達していない場合には、触媒床温の上昇を目的とした動作が実行される。例えば、スロットルバルブ６２にて吸入空気量を絞って空燃比（Ａ／Ｆ）を低く（リッチ側に移行）する方法が挙げられる。また、この方法に組み合わせて、ＥＧＲ量の増量を実施する。また、後述するようにアフタ噴射の実行タイミングを進角させることで、このアフタ噴射で噴射される燃料の燃焼量を増加させ、これによってＤＰＮＲ触媒７６の床温を上昇させる。
　（ＮＯｘ還元）
　ディーゼルエンジン１においては、大部分の運転領域で排気の空燃比はリーン空燃比となっているため、通常の運転状態では、ＮＳＲ触媒７５およびＤＰＮＲ触媒７６の周囲雰囲気は高酸素濃度状態となっている。このため、排気ガス中のＮＯｘは、ＮＳＲ触媒７５およびＤＰＮＲ触媒７６のＮＯｘ吸蔵還元触媒に吸蔵されるが、周囲雰囲気が低酸素濃度となる状況は非常に少ないため、吸蔵されたＮＯｘが還元されにくく、ＮＳＲ触媒７５およびＤＰＮＲ触媒７６のＮＯｘ吸蔵能力が飽和しやすい。
　そこで、ＮＳＲ触媒７５およびＤＰＮＲ触媒７６に対しアフタ噴射によって燃料を供給することにより、排気の空燃比を制御して触媒の周囲雰囲気を高温化し且つ還元雰囲気にすることで、ＮＳＲ触媒７５およびＤＰＮＲ触媒７６に吸蔵されたＮＯｘを、Ｎ2、ＣＯ2およびＨ2Ｏに還元して放出する。具体的には、ＮＳＲ触媒７５およびＤＰＮＲ触媒７６のＮＯｘ吸蔵量を推定し、その推定したＮＯｘ吸蔵量が所定の判定値（限界推定量）を超えたときにＮＯｘを還元する時期であると判定するといった方法を採用する。尚、ＮＯｘ吸蔵量の推定は、エンジン回転数と燃料噴射量とに応じたＮＯｘ吸蔵量を予め実験等により求めてマップ化しておき、このマップにより求められるＮＯｘ吸蔵量を積算するという方法が挙げられる。
　上記推定されたＮＯｘ吸蔵量が所定量に達すると、アフタ噴射が実行されて、マニバータ７７の上流側の排気通路（排気管７３）に燃料を所定のＮＯｘ還元量で噴射することにより、排気の空燃比を制御してＮＳＲ触媒７５およびＤＰＮＲ触媒７６の周囲雰囲気を高温化し且つ還元雰囲気にすることで、ＮＳＲ触媒７５およびＤＰＮＲ触媒７６に吸蔵されたＮＯｘを、Ｎ2、ＣＯ2およびＨ2Ｏに還元して放出する。
　－アフタ噴射の噴射形態－
　本実施形態の特徴は、上記アフタ噴射の噴射形態にある。以下、このアフタ噴射の噴射形態について具体的に説明する。
　上述した如く、このアフタ噴射は、排気系に備えられた上記マニバータ７７の温度を上昇させ、また、マニバータ７７の内部を還元雰囲気にするための噴射動作である。具体的に、本実施形態では、マニバータ７７を活性温度まで上昇させる場合には、このアフタ噴射により供給された燃料の燃焼エネルギが排気の熱エネルギとして得られるタイミングでアフタ噴射を実行する。また、上記ＰＭ再生時やＮＯｘ還元時には、このアフタ噴射により供給された燃料の大部分が未燃燃料のままマニバータ７７にまで送り込まれるタイミングでアフタ噴射を実行する。
　（噴射率）
　上記アフタ噴射の噴射形態の一例として、１回の燃料噴射動作によって必要な量のアフタ噴射を実行するようにしている。
　また、上述したパイロット噴射やプレ噴射の場合と同様に、１回の燃料噴射動作を最小噴射率（例えば１回当たりの噴射量１．５ｍｍ3）とし、複数回数のアフタ噴射（以下、この分割されたアフタ噴射をアフタ分割噴射と呼ぶ）を実行することで、このアフタ噴射で必要な総アフタ噴射量を確保するようにしてもよい。この場合、アフタ噴射を構成する各アフタ分割噴射では、インジェクタ２３に備えられているニードルバルブのリフト量が制限されて上記最小噴射率での噴射が行われる。例えば、総アフタ噴射量が３ｍｍ3であった場合には、インジェクタ２３の最小限界噴射量である１．５ｍｍ3のアフタ分割噴射が２回行われる。また、総アフタ噴射量が４．５ｍｍ3であった場合には、インジェクタ２３の最小限界噴射量である１．５ｍｍ3のアフタ分割噴射が３回行われる。更に、総アフタ噴射量が５ｍｍ3であった場合には、インジェクタ２３の最小限界噴射量である１．５ｍｍ3のアフタ分割噴射が２回行われ、その後、２．０ｍｍ3のアフタ分割噴射が１回行われることになる。
　このように複数回のアフタ分割噴射を行う場合、各アフタ分割噴射同士の間の時間間隔である（噴射インターバル）が以下のようにして求められる。つまり、この各アフタ分割噴射のインターバルとしては、インジェクタ２３の応答性（開閉動作の速さ）によって決定する。例えば、インジェクタ２３の性能によって決定される最短開閉期間として例えば２００μｓに設定される。このアフタ分割噴射のインターバルは上記値に限定されるものではない。
　尚、アフタ分割噴射の１回当たりにおける噴射形態を、インジェクタ２３の最小限界噴射量（１．５ｍｍ3）とするものに代えて、アフタ分割噴射の１回当たりにおける噴射形態を、インジェクタ２３の最短開弁期間（例えば２００μｓ）に設定してもよい。
　（総アフタ噴射量およびアフタ噴射タイミング）
　本実施形態の特徴は、上記アフタ噴射を実行した場合に、このアフタ噴射に起因するスモークを発生させないようアフタ噴射の噴射形態を決定することにある。つまり、このアフタ噴射量およびアフタ噴射タイミングを調整することでスモークを発生させないようにしている。
　上記メイン噴射による燃焼が行われた直後であって、筒内温度が比較的高い状況で上記アフタ噴射が実行された場合には、このアフタ噴射で噴射された燃料の熱分解が急速に進む状況となり、可燃燃料量が大幅に増大する。このため、この燃料の周辺での酸素量が不足する状態（酸欠状態）となって、燃料の一部が不完全燃焼して、スモークが発生することになる。そこで、本実施形態では、アフタ噴射に起因するスモークを発生させないために、筒内温度が、スモークを発生させない温度域まで低下したタイミングでアフタ噴射を実行するようにしている（アフタ噴射実行手段によるアフタ噴射の実行動作）。以下、具体的に説明する。
　例えば、アフタ噴射量が同一である場合には、アフタ噴射タイミングが進角側に設定されるほど筒内での熱発生量は増大する。つまり、アフタ噴射が進角側で実行されるほど、燃料の熱分解が促進されることになってスモークが発生しやすい状況になる。一方、アフタ噴射タイミングが同一である場合には、アフタ噴射量が多いほど筒内での熱発生量は増大する。
　これらに鑑み、上記マニバータ７７を活性温度まで上昇させる場合には、アフタ噴射に起因するスモークを発生させない範囲内で、マニバータ７７の温度がその活性温度よりも低いほど、総アフタ噴射量を多く設定したり、または、アフタ噴射タイミングを進角側に設定する。具体的には、上記排気温センサ４５によって検出される排気温度からマニバータ７７の温度を推測し、この推測されたマニバータ７７の温度と、予め記憶された触媒活性温度とを比較することにより、上記総アフタ噴射量やアフタ噴射タイミングを設定する。このアフタ噴射タイミングは、アフタ噴射を実行しても筒内環境がスモーク発生環境域から外れるような温度まで筒内温度が低下するタイミングとして設定される。
　また、上記ＰＭ再生時にも、アフタ噴射に起因するスモークを発生させない範囲内で、ＰＭ再生に必要な温度までマニバータ７７の温度が上昇するように、総アフタ噴射量を多く設定したり、または、アフタ噴射タイミングを進角側に設定する。このアフタ噴射タイミングも、アフタ噴射を実行しても筒内環境がスモーク発生環境域から外れるような温度まで筒内温度が低下するタイミングとして設定される。
　更に、上記ＮＯｘ還元時には、アフタ噴射に起因するスモークを発生させない範囲内で、ＮＯｘ還元に必要な量の未燃燃料成分がマニバータ７７に供給されるように総アフタ噴射量が設定され、この総アフタ噴射量でアフタ噴射を実行するにあたって、スモークが発生しないタイミングまでアフタ噴射タイミングを遅角させるようにしている。
　このように、本実施形態では、アフタ噴射の実行タイミングに関し、筒内温度が低下するのを待ってアフタ噴射を実行する。つまり、アフタ噴射を実行しても筒内環境がスモーク発生環境域から外れるような温度まで筒内温度が低下するのを待ってアフタ噴射を実行する。この際、アフタ噴射を実行するタイミングを決定する筒内温度は、推定または測定される。筒内温度の推定動作としては、エンジン負荷と筒内温度との関係を実験等により求めてマップ化しておき、このマップによりエンジン負荷から筒内温度を求める。また、筒内に圧力センサを設けておき、所定の状態方程式を使用して筒内圧力から筒内温度を求めるようにしてもよい。また、筒内に温度センサが設置可能な構成が実現された場合には、この温度センサによって筒内温度を直接的に測定することができる。
　次に、上記アフタ噴射の噴射形態についての複数の実施形態について説明する。
　－第１実施形態－
　先ず、第１実施形態について説明する。この第１実施形態は、１回の燃料噴射動作によって総アフタ噴射量を得る場合であり、且つメイン噴射も１回の燃料噴射動作によって総メイン噴射量を得る場合である。
　図６は、本実施形態におけるメイン噴射およびアフタ噴射の実行期間中の燃料噴射タイミング、筒内での熱発生率、筒内ガス温度の変化をそれぞれ示している。また、図７は、図６に示すようなメイン噴射およびアフタ噴射が実行された場合における筒内ガス温度と筒内の当量比との変化を示すマップ（一般にφＴマップと呼ばれる）である。この図７において、筒内環境がスモーク発生領域に達した場合には排気中にスモークが発生することになる。このスモーク発生領域は、筒内ガス温度が比較的高く且つ筒内の当量比がリッチ側の領域である。また、筒内環境がＮＯｘ発生領域に達した場合には排気中にＮＯｘが発生することになる。このＮＯｘ発生領域は、筒内ガス温度が比較的高く且つ筒内の当量比がリーン側の領域である。また、この図７中に示す矢印は、本実施形態における筒内環境の変化（上記メイン噴射およびアフタ噴射が実行された場合の筒内ガス温度および当量比の変化）を示している。
　これらの図に示すように、メイン噴射が開始（図７における点Ａ）されるのに伴って、筒内の当量比がリッチ側に移行すると共にその燃料の燃焼によって筒内ガス温度が上昇していく。この場合のメイン噴射の噴射量は、筒内環境がスモーク発生領域に達することのない量として設定されている。
　そして、このメイン噴射で噴射された燃料の燃焼が終了すると、当量比が低下していくと共に、それに遅れて筒内ガス温度も次第に低下していく。
　そして、予め設定された噴射量（例えば、上記ＮＯｘ還元時において排気Ａ／Ｆを目標Ａ／Ｆにするための燃料噴射量）でアフタ噴射を実行すると仮定した場合に、その噴射量でアフタ噴射を実行しても、筒内環境が上記スモーク発生領域に達することのない値まで筒内ガス温度が低下した時点（図７における点Ｂ）でアフタ噴射が実行される。このアフタ噴射の実行に伴い、再び、筒内の当量比がリッチ側に移行すると共にその燃料の燃焼によって筒内ガス温度が上昇する。このアフタ噴射の実行により、上述した各触媒７５，７６の温度を活性温度まで高める機能、ＰＭ再生時にあってはＤＰＮＲ触媒７６の温度をフィルタ再生温度まで上昇させる機能、ＮＯｘ還元時にあっては各触媒７５，７６に未燃燃料成分を供給する機能が発揮されることになる。そして、上述した如く、アフタ噴射の実行タイミングとしては、筒内ガス温度が低下したタイミングであって、このアフタ噴射の実行によって筒内環境がスモーク発生領域（上記スモーク発生環境域）に達することのないタイミングに設定されているので、排気中にはスモークが発生することはない。
　また、このアフタ噴射の噴射量としては、噴射燃料がシリンダボア内壁面に付着しない量に制限（図７におけるオイル希釈発生限界に達しない量に制限）されている。これにより、噴射燃料がシリンダボア内壁面に付着することによるオイル希釈を回避することができ、エンジン１内の各部での潤滑性能の悪化を招くといったことが回避できる。
　このような噴射形態では、アフタ噴射で噴射された燃料の燃焼が終了した後にあっても、筒内環境がスモーク発生領域に達することはなく、排気中におけるスモーク発生阻止機能は継続的に発揮される。
　このように、本実施形態では、メイン噴射の実行により筒内温度が上昇した後、この筒内温度が低下するのを待ってアフタ噴射を実行している。具体的には、アフタ噴射を実行しても筒内環境が上記スモーク発生領域から外れるような温度まで筒内温度が低下するのを待ってアフタ噴射を実行している。このため、アフタ噴射を実行してもスモークが発生することはない。その結果、スモークの発生を防止しながら、アフタ噴射による触媒温度の適正化や排気Ａ／Ｆの適正化を図ることが可能になる。
　また、上述した如くアフタ噴射を実行した場合、このアフタ噴射に起因するエンジントルクが発生することがあり、この場合、上記プレ噴射およびメイン噴射での燃料噴射に伴って発生するエンジントルクとアフタ噴射に起因するエンジントルクとの和が総エンジントルクとなってしまい、上記トルク要求値よりも大きなトルクが発生してしまうことになる。一般に、ＡＴＤＣ１１０°よりも進角側でアフタ噴射を実行した場合には、このアフタ噴射に起因するエンジントルクが発生することになる。
　本実施形態では、この場合に、上記メイン噴射の燃料噴射量を減量補正するようにしている。具体的には、上記アフタ噴射に起因する余剰トルク（トルク要求値に対して過剰となっているトルク）と略同等のトルクがメイン噴射に起因するトルクから減じられるようにメイン噴射の噴射量を減量補正する（噴射量補正手段による減量補正動作）。図６の噴射率波形における一点鎖線は、メイン噴射の噴射量を減量補正するための噴射率波形であり、図６の熱発生率波形における一点鎖線は、メイン噴射が減量補正された際の熱発生率波形である。この場合、メイン噴射とアフタ噴射とでは、同一燃料噴射量で噴射を行ったとしても、メイン噴射でのエンジントルクの方が大きく得られる。これは、メイン噴射の方がアフタ噴射よりも進角側で実行されるからである。このため、アフタ噴射の噴射量に比べて、メイン噴射に対する減量補正量は少なくて済む（例えばアフタ噴射の噴射量に対してアフタ噴射の減量補正量では５０％程度で済む）。この値はこれに限定されるものではない。
　このようにして、メイン噴射に起因するエンジントルク（燃料噴射量が減量補正されたことにより得られるトルク）とアフタ噴射に起因して発生するエンジントルクとを合算したトルクが目標トルク（上記トルク要求値）と略同等のトルクとして得られることになる。その結果、上述した如くスモークの発生防止と、アフタ噴射による触媒温度の適正化や排気Ａ／Ｆの適正化とを図りながらも、エンジントルクを適正に得ることができて良好なドライバビリティを得ることができる。
　また、本実施形態では、アフタ噴射によって触媒温度の適正化を図ることができるので、排気系７に燃料を直接的に供給する周知の燃料添加弁を不要にすることもできる。尚、本発明は、この燃料添加弁を備えたエンジンに対しても適用は可能である。例えば、比較的大型のマニバータ７７を備えたエンジンに対しては、アフタ噴射による、触媒昇温機能、ＰＭ再生時の温度上昇機能、ＮＯｘ還元時の未燃燃料成分供給機能に加えて、上記燃料添加弁からの未燃燃料成分供給機能を付加することが有効である。
　－第２実施形態－
　次に、第２実施形態について説明する。この第２実施形態は、１回の燃料噴射動作によって総アフタ噴射量を得る場合であり、且つメイン噴射を２回（進角側の第１のメイン噴射および遅角側の第２のメイン噴射）に分割して実行することで総メイン噴射量を得る場合である。
　図８は、本実施形態におけるメイン噴射およびアフタ噴射の実行期間中の燃料噴射タイミング、筒内での熱発生率、筒内ガス温度の変化をそれぞれ示している。また、図９は、図８に示すようなメイン噴射およびアフタ噴射が実行された場合における筒内ガス温度と筒内の当量比との変化を示すマップである。また、この図９中に示す矢印は、本実施形態における筒内環境の変化（上記メイン噴射およびアフタ噴射が実行された場合の筒内ガス温度および当量比の変化）を示している。
　これらの図に示すように、第１のメイン噴射が開始（図９における点Ａ１）されるのに伴って、筒内の当量比がリッチ側に移行すると共にその燃料の燃焼によって筒内ガス温度が上昇していく。この場合の第１のメイン噴射の噴射量は、筒内環境がスモーク発生領域に達することのない量として設定されている。
　その後、この第１のメイン噴射で噴射された燃料の燃焼が終了すると、当量比が低下していく。その後、第２のメイン噴射が実行（図９における点Ａ２）される。この第２のメイン噴射に伴って、筒内の当量比が再びリッチ側に移行すると共にその燃料の燃焼によって筒内ガス温度が上昇していく。この場合の第２のメイン噴射の噴射量も、筒内環境がスモーク発生領域に達することのない量に設定されている。
　そして、この第２のメイン噴射で噴射された燃料の燃焼が終了すると、当量比が低下していくと共に筒内ガス温度も次第に低下していく。
　そして、予め設定された噴射量（例えば、上記ＮＯｘ還元時において排気Ａ／Ｆを目標Ａ／Ｆにするための燃料噴射量）でアフタ噴射を実行すると仮定した場合に、その噴射量でアフタ噴射を実行しても、筒内環境が上記スモーク発生領域に達することのない値まで筒内ガス温度が低下した時点（図９における点Ｂ）でアフタ噴射が実行される。このアフタ噴射の実行に伴い、再び、筒内の当量比がリッチ側に移行すると共にその燃料の燃焼によって筒内ガス温度が上昇する。このアフタ噴射の実行により、上述した各触媒７５，７６の温度を活性温度まで高める機能、ＰＭ再生時にあってはＤＰＮＲ触媒７６の温度をフィルタ再生温度まで上昇させる機能、ＮＯｘ還元時にあっては各触媒７５，７６に未燃燃料成分を供給する機能が発揮されることになる。そして、上述した如く、アフタ噴射の実行タイミングとしては、筒内ガス温度が低下したタイミングであって、このアフタ噴射の実行によって筒内環境がスモーク発生領域に達することのないタイミングに設定されているので、排気中にはスモークが発生しない。この場合も、アフタ噴射の噴射量としては、噴射燃料がシリンダボア内壁面に付着しない量に制限されている。
　このような噴射形態では、アフタ噴射で噴射された燃料の燃焼が終了した後にあっても、筒内環境がスモーク発生領域に達することはなく、排気中におけるスモーク発生阻止機能は継続的に発揮されている。
　このように、本実施形態においても、メイン噴射の実行により筒内温度が上昇した後、この筒内温度が低下するのを待ってアフタ噴射を実行している。具体的には、アフタ噴射を実行しても筒内環境が上記スモーク発生領域から外れるような温度まで筒内温度が低下するのを待ってアフタ噴射を実行している。このため、アフタ噴射を実行してもスモークが発生することはない。その結果、スモークの発生を防止しながら、アフタ噴射による触媒温度の適正化や排気Ａ／Ｆの適正化を図ることが可能になる。
　また、本実施形態にあっても、アフタ噴射に起因するエンジントルクが発生する場合には、上記メイン噴射の燃料噴射量を減量補正するようにしている。具体的には、上記アフタ噴射に起因する余剰トルクと略同等のトルクがメイン噴射に起因するトルクから減じられるようにメイン噴射の噴射量を減量補正している。
　この減量補正の具体的な手法としては、第１および第２のメイン噴射のうち遅角側の第２のメイン噴射の噴射量を減量補正する。この第２のメイン噴射に対する減量補正を行っても上記余剰トルクが残存する場合には、第１のメイン噴射（進角側のメイン噴射）に対して、この残存している余剰トルク分に相当する燃料噴射量を減量補正する。図８の熱発生率波形における一点鎖線は、第２のメイン噴射の全量が減量補正された際の熱発生率波形である。また、図８の噴射率波形における二点鎖線は、第２のメイン噴射の全量を減量補正する場合に、更に第１のメイン噴射の噴射量を減量補正するための噴射率波形である。図８の熱発生率波形における二点鎖線は、第１のメイン噴射が減量補正された際の熱発生率波形である。このようにメイン噴射に対して減量補正を行う場合であっても、各メイン噴射の噴射開始タイミングについては変化させないようにして、上記理想的な熱発生率波形が得られるようにしている。
　本実施形態の場合にも、各メイン噴射とアフタ噴射とでは、同一燃料噴射量で噴射を行ったとしても、各メイン噴射でのエンジントルクの方が大きく得られる。このため、アフタ噴射の噴射量に比べて、各メイン噴射に対する減量補正量は少なくて済む（例えば第２のメイン噴射を減量補正する場合にはアフタ噴射の噴射量に対して６０％程度、第１のメイン噴射を減量補正する場合にはアフタ噴射の噴射量に対して５０％程度で済む）。これら値はこれに限定されるものではない。
　尚、このようにして、第２のメイン噴射を減量補正する場合において、算出された第２のメイン噴射での要求燃料噴射量が、「０」ではなく、且つ上記インジェクタ２３の最小限界噴射量（１．５ｍｍ3）未満となった場合には、第２のメイン噴射の噴射量を最小限界噴射量（１．５ｍｍ3）に設定し、この場合の余剰トルク分に相当する燃料噴射量については第１メイン噴射に対して減量補正する。また、この場合、第２のメイン噴射に対する減量補正を行わず、第１のメイン噴射に対してのみ減量補正を行うようにしてもよい。
　これらの場合にも、メイン噴射に起因するエンジントルク（燃料噴射量が減量補正されたことにより得られるトルク）とアフタ噴射に起因して発生するエンジントルクとを合算したトルクが目標トルクと略同等のトルクとして得られることになる。その結果、上述した如く、スモークの発生防止と、アフタ噴射による触媒温度の適正化や排気Ａ／Ｆの適正化とを図りながらも、エンジントルクを適正に得ることができて良好なドライバビリティを得ることができる。
　－第３実施形態－
　次に、第３実施形態について説明する。この第３実施形態は、１回の燃料噴射動作によって総アフタ噴射量を得る場合であって、総アフタ噴射量とアフタ噴射の実行タイミングとを具体化したものである。尚、以下に説明するアフタ噴射の噴射形態は、上述した第１実施形態および第２実施形態の何れにも適用可能である。
　図１０は、アフタ噴射の実行タイミングにおける筒内ガス温度の変化およびアフタ噴射の燃料噴射タイミングを示している。この図１０における実線Ｘはメイン噴射で噴射された燃料の燃焼による筒内ガス温度の変化を示している。また、この図１０では、アフタ噴射が実行されないと仮定した場合の筒内ガス温度の変化を二点鎖線で示している。また、図１０における実線Ｙはアフタ噴射で噴射された燃料の燃焼による筒内ガス温度の変化を示している。また、図１０における直線Ｌ１は上記アフタ噴射が行われる場合のスモーク発生領域の温度（筒内ガス温度がこの温度以上に達するとスモークが発生してしまう温度）を示している。図１０における直線Ｌ２は上記マニバータ７７が要求する排気ガス温度（例えば１５００Ｋ）を示している。
　上述した如く、アフタ噴射量が同一である場合には、アフタ噴射タイミングが進角側に設定されるほど筒内での熱発生量は増大する。一方、アフタ噴射タイミングが同一である場合には、アフタ噴射量が多いほど筒内での熱発生量は増大する。
　このため、図１０に実線で示すタイミングでアフタ噴射を実行する場合には、この噴射量としては、筒内ガス温度がスモーク発生領域温度Ｌ１に達しない量（例えば４ｍｍ3）に制限されることになる。この値はこれに限定されるものではない。また、この量でアフタ噴射を実行する場合に、アフタ噴射実行タイミングを進角側に移行させると、筒内ガス温度がスモーク発生領域温度Ｌ１を超えてしまうため、この図１０に実線で示す波形が、上記の量でアフタ噴射を実行する場合の進角限界となる。また、アフタ噴射量を少なく設定すれば筒内ガス温度の上昇量が抑えられるので、アフタ噴射の実行タイミングを進角側に移行させても、筒内ガス温度がスモーク発生領域温度Ｌ１を超えてしまうことを防止できる。つまり、本実施形態の如く１回のアフタ噴射によって総アフタ噴射量を得る場合には、アフタ噴射の実行タイミングを進角側に設定するほど総アフタ噴射量としては少なく設定して、筒内ガス温度がスモーク発生領域温度Ｌ１を超えないようにする必要がある。
　一方、上記ＮＯｘ還元時などにおいて、比較的多くのアフタ噴射量が要求される場合には、図１０に実線で示すタイミングで比較的多量のアフタ噴射を実行してしまうと、筒内ガス温度がスモーク発生領域温度Ｌ１を超えてしまう可能性がある。このため、図１０に破線で示すように、アフタ噴射の実行タイミングを遅角側に移行させることで、アフタ噴射の限界噴射量を高く得ることができる。この場合、アフタ噴射の実行タイミングが遅角側に移行されるほど、単位燃料量当たりにおける発熱量は少なくなっていくため、アフタ噴射の実行タイミングを僅かに遅角させるだけで、筒内ガス温度がスモーク発生領域温度Ｌ１を超えてしまうことなしに、比較的多量の燃料をアフタ噴射量として設定することが可能となり、特に、ＮＯｘ還元時などにおいては有効である。
　－第４実施形態－
　次に、第４実施形態について説明する。この第４実施形態は、複数回の燃料噴射動作（上記アフタ分割噴射）によって総アフタ噴射量を得る場合であって、総アフタ噴射量とアフタ噴射の実行タイミングとを具体化したものである。尚、以下に説明するアフタ噴射の噴射形態についても、上述した第１実施形態および第２実施形態の何れにも適用可能である。
　図１１は、アフタ噴射の実行タイミングにおける筒内ガス温度の変化およびアフタ噴射の燃料噴射タイミングを示している。この図１１においても、実線Ｘはメイン噴射で噴射された燃料の燃焼による筒内ガス温度の変化を示している。また、アフタ噴射が実行されないと仮定した場合の筒内ガス温度の変化を二点鎖線で示している。また、実線Ｙはアフタ噴射で噴射された燃料の燃焼による筒内ガス温度の変化を示している。また、直線Ｌ１は上記アフタ噴射が行われる場合のスモーク発生領域の温度を、直線Ｌ２は上記マニバータ７７が要求する排気ガス温度をそれぞれ示している。
　上述したように、アフタ噴射１回当たりの噴射量を少なく設定すれば、そのアフタ噴射（アフタ分割噴射）による筒内ガス温度の上昇量が抑えられるので、アフタ噴射の実行タイミングを進角側に移行させても、筒内ガス温度がスモーク発生領域温度Ｌ１を超えてしまうことを防止できる。このため、図１１に示すように、比較的少量（例えば１．５ｍｍ3）の噴射量でアフタ噴射を複数回に亘って実行することで、筒内ガス温度がスモーク発生領域温度Ｌ１を超えてしまうことを防止しながらも、進角されたタイミングからアフタ噴射を実行できる。
　そして、このように複数回に亘ってアフタ分割噴射を実行する場合、遅角側のアフタ分割噴射ほど単位燃料量当たりにおける熱発生量は少なくなるため、遅角側のアフタ分割噴射ほど限界噴射量を高く得ることができる。このため、例えば上記ＮＯｘ還元時などにおいて、比較的多くのアフタ噴射量が要求される場合には、図１１に示すアフタ噴射の噴射形態に代えて図１２に示すような噴射形態とすることが可能である。この図１２もアフタ噴射の実行タイミングにおける筒内ガス温度の変化およびアフタ噴射の燃料噴射タイミングを示している。この図１２に示すように、遅角側のアフタ分割噴射ほど噴射量を多く設定することで、筒内温度がスモーク発生領域温度Ｌ１を超えることなく、比較的多量の燃料をアフタ噴射量として設定することが可能となり、ＮＯｘ還元の効果を大きく得ることができる。一例として、４回のアフタ分割噴射を実行する場合に、第１のアフタ分割噴射（最も進角側のアフタ分割噴射）では噴射量を１．５ｍｍ3とし、第２のアフタ分割噴射では噴射量を３．０ｍｍ3とし、第３のアフタ分割噴射では噴射量を４．５ｍｍ3とし、第４のアフタ分割噴射（最も遅角側のアフタ分割噴射）では噴射量を６．０ｍｍ3とする場合などが挙げられる。これら値はこれに限定されるものではない。
　－他の実施形態－
　以上説明した各実施形態では、自動車に搭載される直列４気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式（直列型エンジン、Ｖ型エンジン等の別）についても特に限定されるものではない。
　また、上記各実施形態では、マニバータ７７として、ＮＳＲ触媒７５およびＤＰＮＲ触媒７６を備えたものとしたが、ＮＳＲ触媒７５およびＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ　Ｐａｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｆｉｌｔｅｒ）を備えたものとしてもよい。
　また、上記実施形態では、メイン噴射を分割する場合には２分割とし、アフタ噴射を分割する場合には４分割とする例を示したが、これら分割数はこれに限定されるものではない。
　本発明は、自動車に搭載されるコモンレール式筒内直噴型多気筒ディーゼルエンジンにおいて、触媒温度を活性温度まで上昇させる場合、ＰＭ再生時にフィルタ温度を再生温度まで上昇させる場合、ＮＯｘ還元時に排気空燃比をリッチ側に移行させる場合の燃料噴射制御に適用することが可能である。

Claims (12)

  1. 　内燃機関の１サイクル中に、燃料噴射弁から、トルク発生のための燃料噴射である主噴射と、この主噴射の実行後に行われる燃料噴射であるアフタ噴射とを含む複数回の燃料噴射が実行可能な圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    　上記主噴射の実行後、筒内温度が、アフタ噴射を実行した場合にスモークが発生するスモーク発生環境域から外れる温度まで低下したタイミングで上記アフタ噴射を実行するアフタ噴射実行手段を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
  2. 　上記請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    　上記アフタ噴射実行手段は、排気系に備えられた触媒を活性温度まで上昇させるために必要となる噴射量でアフタ噴射を実行したと仮定した場合にそのアフタ噴射に伴うスモークが発生しない温度まで筒内温度が低下したタイミングで上記アフタ噴射を実行するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
  3. 　上記請求項１または２記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    　上記アフタ噴射は、気筒内に燃焼を発生させて排気系に備えられた触媒を活性温度まで上昇させると共に、排気ガスの空燃比をリッチ状態にして触媒に向けて還元剤を含む燃焼ガスを供給するためのものであることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
  4. 　上記請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    　上記アフタ噴射実行手段は、排気系に備えられたＰＭ捕集フィルタのフィルタ再生時、このＰＭ捕集フィルタの温度をフィルタ再生温度まで上昇させるために必要となる噴射量でアフタ噴射を実行したと仮定した場合にそのアフタ噴射に伴うスモークが発生しない温度まで筒内温度が低下したタイミングで上記アフタ噴射を実行するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
  5. 　上記請求項１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    　上記アフタ噴射実行手段は、排気系に備えられたＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ還元時、このＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ還元を行う排気空燃比とするために必要となる噴射量でアフタ噴射を実行したと仮定した場合にそのアフタ噴射に伴うスモークが発生しない温度まで筒内温度が低下したタイミングで上記アフタ噴射を実行するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
  6. 　上記請求項１～５のうち何れか一つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    　上記アフタ噴射の実行により、排気中のＨＣ，ＣＯの浄化動作および触媒からの硫黄分除去動作も行われることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
  7. 　上記請求項１～６のうち何れか一つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    　上記アフタ噴射に起因して内燃機関のトルクに余剰トルクが発生する場合、このアフタ噴射に起因する余剰トルクと略同等のトルクが主噴射に起因するトルクから減じられるように主噴射の噴射量を減量補正する噴射量補正手段を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
  8. 　上記請求項７記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    　上記主噴射は、複数回の分割主噴射に分割されて実行され、
    　上記噴射量補正手段は、上記アフタ噴射に起因して内燃機関のトルクに余剰トルクが発生する場合には、このアフタ噴射に起因する余剰トルクと略同等のトルクが主噴射に起因するトルクから減じられるように上記複数回の分割主噴射のうち最も遅角側の分割主噴射の噴射量を減量補正することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
  9. 　上記請求項８記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    　上記アフタ噴射に起因して内燃機関のトルクに余剰トルクが発生する場合において、上記複数回の分割主噴射のうち最も遅角側の分割主噴射の全量を減量する補正を行っても上記余剰トルクが残存する場合、上記噴射量補正手段は、上記減量補正した分割主噴射に隣接する進角側の分割主噴射に対して、上記余剰トルク分に相当する燃料噴射量を減量補正することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
  10. 　上記請求項１～９のうち何れか一つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    　上記アフタ噴射実行手段は、アフタ噴射を実行する際、その噴射量を、噴射燃料が気筒内壁面にまで到達しない噴射量範囲内の値に設定することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
  11. 　上記請求項１～１０のうち何れか一つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    　上記アフタ噴射実行手段は、アフタ噴射を複数回のアフタ分割噴射に分割して実行するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
  12. 　上記請求項１１記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
    　上記アフタ噴射実行手段は、遅角側のアフタ分割噴射ほど噴射量を多く設定するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
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