JPH08303290A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 浄化効率の高い内燃機関の排気浄化装置の提
供。 【構成】 排気を浄化する排気処理手段１７と，排気温
度を推定する温度推定手段（ＥＣＵ１８）と，燃料噴射
時期及び噴射量を決定して燃料噴射手段を作動させる燃
料噴射制御手段（ＥＣＵ１８）とを有する。排気温度が
所定値以下のときに，機関出力発生のための主燃料噴射
の後に燃料を後噴射し，温度推定手段１７の浄化率を高
くする適切な温度となるよう排気温度を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，ディーゼルエンジン等
の排気中に含まれるパティキュレート及びＮＯｘ等を浄
化する内燃機関の排気浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術および問題点】ディーゼルエンジンの排気
中には気体成分と固体成分とから成るパティキュレート
及び窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれており，これらの有
害成分が環境上問題となっている。このうちパティキュ
レートについては，ディーゼルエンジンの排気通路中に
設けた酸化触媒にて気体成分のみを浄化するという方法
が実用化されている。しかし，この方法ではパティキュ
レートの固体成分の浄化が全くできず，また，排気温度
が触媒の活性温度以下の場合は気体成分についても浄化
ができないという問題がある。

【０００３】これに対し，特公平６−１０４０９号公報
では，触媒を担持したトラップフィルタにてパティキュ
レートを捕集し，所定量のパティキュレートを捕集した
後にエンジンの吸気通路に設けた吸気絞りを絞ることに
より排気温度を昇温し，パティキュレートを燃焼させて
トラップフィルタを再生する方法が提案されている。し
かしながら，この方法では吸気絞り手段，そのアクチュ
エータ及び制御装置などが新たに必要となるため構成が
複雑になってしまう。また，吸気絞りによる排気昇温量
は大きくないため，市街地走行などの排気温度が低い走
行状態ではフィルタを再生することができないという問
題がある。さらには，吸気を絞るとエンジンの燃焼状態
が悪化するため出力が低下し，またエミッションが悪化
するという問題もある。

【０００４】また，上記方法では，もうひとつの有害成
分であるＮＯｘが浄化できないため，ＮＯｘを浄化する
にはさらに別の浄化手段が必要となりコスト，体積が大
きくなるという問題がある。一方ＮＯｘについては，排
気管の途中に触媒を設け，その上流で軽油などの還元剤
を供給し，この還元剤と排気ガスとを混合させて，触媒
上でＮＯｘを還元浄化するという方法が公知である。し
かし，この方法では，上記還元剤が高沸点の分子である
ため反応性が低く，ＮＯｘの還元浄化効率が低いという
問題がある。さらに，構成が複雑となるため装置が大型
化するという問題もある。

【０００５】そこで，特開平５−１５６９９３号公報で
は，燃料をシリンダ室に噴射するフューエルインジェク
タの燃料噴射時期を，電磁弁を用いて制御しこれによっ
て浄化を促進する方法が提案されている。すなわち，機
関出力発生のための主燃料の噴射後に，主燃料噴射量の
０．３〜３％に相当する極微量の燃料を，膨張行程中の
温度が低下したシリンダ室内に後噴射し，これを燃焼さ
せることなく熱分解して反応性が高い炭化水素を生成さ
せる。そしてこの炭化水素を排気ガスにそれを混合し
て，排気ガスに含まれるＮＯｘを触媒上で還元浄化する
という方法である。しかしながら，この方法では，排気
温度が触媒の活性化温度よりも低い場合にはＮＯｘを浄
化ができないという問題がある。

【０００６】また，上記公報に提案された方法では，常
に行程の一定時期に後噴射を行うため，燃料の分解度合
が一義的に決まってしまう。すなわち，排気温度が高い
ほど燃料の分解度合が大きく炭素数が小さい炭化水素が
供給されることとなる。しかしながら，詳細を後述する
図１９に示すように，ＮＯｘを効率良く還元浄化するた
めには，排気温度が高いほど（図１９のＴ２）炭素数が
大きな炭化水素（図１９のＢ）を供給する必要がある。
そのため，この方法では，排気温度によって異なるＮＯ
ｘの還元浄化効率を最高にするような還元剤（炭化水
素）を常に触媒に供給することができないという問題が
ある。

【０００７】更に，極微量の後噴射の燃料を制御するた
めに，極めて高応答性の電磁弁が必要となり，そのため
コストと体積の増大を招くという問題がある。また，こ
の方法ではもうひとつの有害成分であるパティキュレー
トが浄化できないため，パティキュレートを浄化するた
めには，更に別個に浄化装置が必要となりコストと体積
が一段と大きくなるという問題加わってくる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで，本発明は簡素
な構成によって，パティキュレートとＮＯｘの両方を含
む排気を効率よく浄化することの出来る内燃機関の排気
浄化装置を提供しようとするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願の第１発明では，気
筒毎に設けられた燃料噴射手段と，排気通路中に介装さ
れた排気処理手段と，運転状態検出手段と，この運転状
態検出手段からの出力により排気温度を推定する排気温
度推定手段と，この排気温度推定手段の出力を所定値と
比較する温度比較手段と，この温度比較手段の出力に基
づいて上記燃料噴射手段における燃料噴射時期と燃料噴
射量とを決定し上記燃料噴射手段を作動させる燃料噴射
制御手段とを有する内燃機関の排気浄化装置において，
上記燃料噴射制御手段は，排気温度が上記所定値以下の
場合には，機関出力発生のための主燃料噴射後に燃料の
後噴射を指令し，これによって機関の排気温度を上記排
気処理手段の作動に適した温度範囲に制御する。

【００１０】第一発明において，最も注目すべきこと
は，燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御する燃料噴射制
御手段と温度推定手段及び温度比較手段とが設けられて
おり，上記燃料噴射制御手段は，排気温度が所定値以下
の場合に燃料の後噴射を指令し，排気処理手段が良好に
作動する温度となるように，燃料噴射手段の制御を行う
ことである。なお，上記後噴射は，膨張行程の前半のタ
イミングにおいて実施することが好ましい。膨張行程の
前半で後噴射を行えば，シリンダ室内の温度が高く，燃
料が効果的に燃焼し，効率よく排気温度を上昇させるこ
とが出来るからである。

【００１１】本願の第２発明では，気筒毎に設けられた
燃料噴射手段と，排気通路中に介装されたパティキュレ
ート捕集手段と，パティキュレート捕集手段の入口側に
設けた圧力検出手段と，運転状態検出手段と，この運転
状態検出手段からの出力により排気温度を推定する排気
温度推定手段と，この排気温度推定手段の出力を所定値
と比較する温度比較手段と，上記運転状態検出手段と圧
力検出手段の出力に基づいてパティキュレート捕集手段
におけるパティキュレート堆積量を算出する堆積量演算
手段と，この堆積量演算手段の出力を所定値と比較する
堆積量比較手段と，上記温度比較手段と堆積量比較手段
の出力に基づいて上記燃料噴射手段における燃料噴射時
期と燃料噴射量とを決定し燃料噴射手段を作動させる燃
料噴射制御手段とを有する内燃機関の排気浄化装置にお
いて，上記燃料噴射制御手段は，パティキュレート捕集
手段におけるパティキュレート堆積量が所定値を越え，
かつ排気温度が所定値以下の場合には，機関出力発生の
ための主燃料噴射の後に，機関の膨張行程前半における
燃料の後噴射の実施を指令する。

【００１２】第２発明において最も注目すべきことは，
排気処理手段としてのパティキュレート捕集手段と，排
気温度推定手段及び温度比較手段と，堆積量演算手段及
び堆積量比較手段と，燃料噴射制御手段とが設けられて
おり，燃料噴射制御手段は，パティキュレート堆積量が
所定値を越えかつ排気温度が所定値以下の場合に，膨張
行程の前半において後噴射が実施されるよう指令するこ
とである。

【００１３】本願の第３発明では，気筒毎に設けられた
燃料噴射手段と，排気通路中に介装された窒素酸化物還
元手段と，運転状態検出手段と，この運転状態検出手段
からの出力により排気温度を推定する排気温度推定手段
と，この排気温度推定手段からの出力を所定値と比較す
る温度比較手段と，この温度比較手段の出力により上記
燃料噴射手段における燃料噴射時期と燃料噴射量とを決
定し燃料噴射手段を作動させる燃料噴射制御手段とを有
する内燃機関の排気浄化装置において，上記燃料噴射制
御手段は，排気温度が所定値以上の場合には，機関出力
発生のための主燃料噴射後に燃料の後噴射を膨張行程後
半で実施し，排気温度が所定値以下の場合には，それに
加えて後噴射を膨張行程前半でも実施するよう指令す
る。

【００１４】第３発明において最も注目すべきことは，
排気処理手段としての窒素酸化物還元手段と，排気温度
推定手段及び温度比較手段と，燃料噴射制御手段とが設
けられており，燃料噴射制御手段は，排気温度が所定値
以上の場合には後噴射を膨張行程の後半で実施し，排気
温度が所定値以下の場合には，後噴射を更に膨張行程の
前半においても実施するよう指令することである。

【００１５】本願の第４発明では，気筒毎に設けられた
燃料噴射手段と，排気通路中に介装されたパティキュレ
ート捕集手段と，排気通路中に介装された窒素酸化物還
元手段と，パティキュレート捕集手段の入口側に設けた
圧力検出手段と，運転状態検出手段と，この運転状態検
出手段からの出力により排気温度を推定する排気温度推
定手段と，この排気温度推定手段からの出力を所定値と
比較する温度比較手段と，前記運転状態検出手段と圧力
検出手段からの出力によりパティキュレート捕集手段に
おけるパティキュレート堆積量を算出する堆積量演算手
段と，この堆積量演算手段からの出力を所定値と比較す
る堆積量比較手段と，前記温度比較手段と堆積量比較手
段からの出力により前記燃料噴射手段における燃料噴射
時期と燃料噴射量とを決定し燃料噴射手段を作動させる
燃料噴射制御手段とを有する内燃機関の排気浄化装置に
おいて，上記燃料噴射制御手段は，パティキュレート捕
集手段におけるパティキュレート堆積量が所定値以下の
場合には，機関出力発生のための主燃料噴射後の後噴射
を膨張行程後半で実施し，パティキュレート捕集手段へ
のパティキュレート堆積量が所定値を越え，かつ排気温
度が所定値以下の場合にはそれに加えて，後噴射を膨張
行程前半でも実施するよう指令する。

【００１６】第４発明において最も注目すべきことは，
排気処理手段としてのパティキュレート捕集手段及び窒
素酸化物還元手段と，排気温度推定手段及び温度比較手
段と，堆積量推定手段及び堆積量比較手段と，燃料噴射
制御手段とを有しており，パティキュレート堆積量が所
定値以下の場合には，後噴射を膨張行程の後半で実施
し，パティキュレート堆積量が所定値を越え且つ排気温
度が所定値以下の場合には，それに加えて膨張行程の前
半においても後噴射を実施することである。

【００１７】本願の５発明では，気筒毎に設けられた燃
料噴射手段と，排気通路中に介装されたパティキュレー
ト捕集手段と，排気通路中に介装された窒素酸化物還元
手段と，パティキュレート捕集手段の入口側に設けた圧
力検出手段と，運転状態検出手段と，この運転状態検出
手段の出力に基づいて排気温度を推定する排気温度推定
手段と，この排気温度推定手段の出力に基づいて燃料噴
射時期を補正変更する燃料噴射時期補正手段と，前記排
気温度推定手段の出力を所定値と比較する温度比較手段
と，上記運転状態検出手段と圧力検出手段の出力に基づ
いてパティキュレート捕集手段におけるパティキュレー
ト堆積量を算出する堆積量演算手段と，この堆積量演算
手段の出力を所定値と比較する堆積量比較手段と，上記
温度比較手段と堆積量比較手段の出力に基づいて上記燃
料噴射手段における燃料噴射時期と燃料噴射量とを決定
し燃料噴射手段を作動させる燃料噴射制御手段とを有す
る内燃機関の排気浄化装置において，上記燃料噴射制御
手段は，上記パティキュレート捕集手段におけるパティ
キュレート堆積量が所定値以下の場合には，機関出力発
生のための主燃料噴射後に，燃料の後噴射を機関の膨張
行程後半で実施するよう指令し，パティキュレート捕集
手段におけるパティキュレート堆積量が所定値を越え，
かつ排気温度が所定値以下の場合には，それに加えて燃
料の後噴射を膨張行程前半でも実施するよう指令し，か
つ，パティキュレート堆積量が所定値以下の場合におけ
る膨張行程後半での上記後噴射の噴射時期を排気温度検
出手段の出力に基づいて変更し，排気温度が高温になる
ほど後噴射時期を設定時期より遅らせるよう指令する。

【００１８】第５発明において最も注目すべきことは，
第４発明の構成に加えて，燃料噴射時期を補正変更する
燃料噴射時期補正手段が設けられており，パティキュレ
ート堆積量が所定値以下の場合に膨張行程後半において
実施する後噴射のタイミングを，排気温度が高温になる
ほど遅らせるよう指令することである。

【００１９】一方，本願の第６発明は，上記第４，第５
発明において，前記パティキュレート捕集手段における
パティキュレート堆積量が前記所定値を越え且つ排気温
度が前記所定値以下の場合に，膨張行程後半の後噴射を
実施せず，後噴射を膨張行程前半のみで行うようにす
る。

【００２０】なお，上記各発明において，後噴射を特定
の気筒あるいは特定のサイクルで行うようにすることが
好ましい。詳細を後述するように，後噴射をまとめて実
施することにより後噴射の量を多くすれば，電磁弁など
のアクチュエータの構成を安価にし且つ制御を容易にす
ることが出来るからである。

【００２１】また，膨張行程前半での後噴射と，膨張行
程後半での後噴射を異なる気筒で行ったり，後噴射を実
施する気筒を順次切り換える等の方法により燃料噴射手
段の動作回数を均等化することが好ましい。燃料噴射手
段の動作が特定の気筒に集中しないようにし燃料噴射手
段の動作回数を均等化することにより，燃料噴射手段の
平均寿命を長くすることが出来るからである。また，排
気温度は，排気温度推定手段を用いないで排気温度検出
手段により直接検出することもできる。

【００２２】

【作用】上記の本願の第１発明によれば，機関出力発生
のための主燃料の噴射後の膨張行程前半に少量（たとえ
ば主噴射量の５〜２０％）の燃料を，温度が高いシリン
ダ室内に後噴射する。これによって，後噴射した燃料が
燃焼し排気温度を上昇させることができる。一方，詳細
を後述する図２に示すように後噴射する時期，あるいは
図３に示すように後噴射する燃料の量により排気温度が
変わるため，この時期と量を制御することで排気温度の
制御が可能となる。

【００２３】すなわち，図２に示すように後噴射を膨張
行程の前半（ＡＴＤＣ９０度以前）で行う（図２の後噴
射ａ）と，シリンダ室内の温度が十分高いところへ燃料
を噴射するため，後噴射した燃料が燃焼し，そのぶん排
気温度が上昇する。その際，シリンダ室内のガスは排気
弁が開くまでピストンの下降とともに膨張することで温
度が低下し，排気弁が開いた後にシリンダ室内から出て
いくため，遅い時期に後噴射したほうが膨張による温度
低下が小さくなり，排気温度が高くなる。また膨張行程
前半で後噴射を行う場合は，図３に示すように後噴射量
が多いほど排気温度が高くなる。

【００２４】一方，膨張行程の後半（ＡＴＤＣ９０度以
後）で後噴射を実施する場合には（図２の後噴射ｂ），
シリンダ室内の温度が低いところへ燃料を噴射するため
に，後噴射した燃料は燃焼せず余り排気温度は上昇しな
い。したがって，膨張行程の前半（ＡＴＤＣ９０度以
前）において，後噴射する時期と量を制御することで，
排気温度の制御が可能である。なお，この他に排気温度
を上昇させる方法として，主燃料噴射時期を遅角する方
法や後噴射量を固定して噴射時期のみを変更する方法な
どがあるが，いずれも上記の方法と比較して燃費の点か
ら好ましくはない。

【００２５】上記のように，排気温度を制御し，排気温
度が排気処理手段の作動に適した温度となるようにする
ことにより，その浄化効率を大きく向上させることがで
きる。なお，排気処理手段としては，たとえばパティキ
ュレート中の気体成分浄化用の酸化触媒，パティキュレ
ート捕集浄化用の触媒付フィルタ，ＮＯｘ浄化用の還元
触媒，あるいはその他の排気中の有害成分を浄化する装
置などがある。

【００２６】また本願の第２発明によれば，パティキュ
レート捕集浄化用の触媒付フィルタにて排気中のパティ
キュレートを捕集する。そして，フィルタ上のパティキ
ュレートは，排気温度が高い運転状態において燃焼し，
フィルタが再生される。しかし，渋滞などで排気温度が
低い運転状態が長時間継続した場合はフィルタへのパテ
ィキュレート堆積量が所定値を越え，エンジン出力が低
下し燃費が悪化してしまう。

【００２７】そこで，フィルタへのパティキュレート堆
積量が所定値を越え，かつ排気温度が所定値以下でフィ
ルタの再生が期待できない場合は，少量（たとえば主噴
射量の５〜２０％）の燃料を，機関出力発生のための主
燃料の噴射後に，膨張行程前半の温度が高いシリンダ室
内に後噴射し，排気温度を上昇させる。その際に，後噴
射する時期と量を制御することにより，排気温度を触媒
によるパティキュレート燃焼に適した温度（たとえば４
００℃以上）とすることが可能であり，これによってフ
ィルタ上のパティキュレートが燃焼し，フィルタが再生
される。

【００２８】また上記の本願の第３発明によれば，排気
温度がＮＯｘ浄化用の還元触媒の活性温度である所定値
（たとえば２５０℃）より高い場合は，機関出力発生の
ための主燃料の噴射後に，極微量（たとえば主噴射量の
０．３〜５％）の燃料を，膨張行程後半の温度が低下し
たシリンダ室内に後噴射する。この場合，シリンダ室内
の温度が低いので後噴射分の燃料は燃焼することなく熱
分解して反応性が高い炭化水素が生成し，排気ガスにそ
の炭化水素を混合する。そして，この炭化水素の作用に
より，排気ガスに含まれるＮＯｘを効果的に触媒上で還
元浄化することができる。

【００２９】しかしながら，排気温度が所定値以下の場
合は触媒による浄化が不可能であるため，さらに少量
（たとえば主噴射量の５〜２０％）の燃料を，膨張行程
前半の温度が高いシリンダ室内に後噴射する。この場合
には，後噴射した燃料が燃焼し排気温度が上昇する。こ
の際に，後噴射する時期と量を制御して排気温度を触媒
によるＮＯｘ浄化に適した温度（たとえば２５０℃以
上）とすることにより，排気中のＮＯｘを還元浄化する
ことができる。

【００３０】またパティキュレート捕集手段と窒素酸化
物還元手段とを有する上記の本願の第４発明において
は，通常（フィルタへのパティキュレート堆積量が所定
値以下の場合）は機関出力発生のための主燃料の噴射後
に，極微量（たとえば主噴射量の０．３〜５％）の燃料
を，膨張行程後半の温度が低下したシリンダ室内に後噴
射する。この場合は，後噴射分の燃料は燃焼することな
く熱分解して反応性が高い炭化水素が生成し，排気ガス
にその炭化水素を混合することで，排気ガスに含まれる
ＮＯｘを触媒上で良好に還元浄化することができる。そ
れと同時に排気中のパティキュレートはフィルタにて捕
集される。そして，フィルタ上のパティキュレートは，
排気温度が高い運転状態になると燃焼し，フィルタが再
生される。

【００３１】一方，渋滞などで排気温度が低い運転が長
時間続いた場合はフィルタへのパティキュレート堆積量
が所定値を越えてしまい，エンジンの出力が低下し燃費
が悪化してしまう。そこで，本発明では，フィルタへの
パティキュレート堆積量が所定値を越え，かつ排気温度
が所定値以下でフィルタの再生が期待できない場合は，
少量（たとえば主噴射量の５〜２０％）の燃料を，膨張
行程前半の温度が高いシリンダ室内に後噴射する。この
場合には，後噴射した燃料が燃焼し排気温度が大きく上
昇する。そして，後噴射する時期と量を制御することで
排気温度を触媒によるパティキュレート燃焼に適した温
度（たとえば４００℃以上）として，フィルタ上のパテ
ィキュレートを燃焼させ，フィルタを再生することがで
きる。上記のように，第４発明によれば，格別に複雑な
部材を付加することなく簡素な構成でＮＯｘとパティキ
ュレートの両方を効率よく浄化することができる。

【００３２】また上記第５発明によれば，ＮＯｘ触媒に
還元剤を供給するために膨張行程後半で行う後噴射の時
期を排気温度に応じて変更することで，いかなる排気温
度においても，最適な分解度合（還元剤として用いる炭
化水素の炭素数）の燃料を触媒に供給することができ，
ＮＯｘ還元浄化効率を大幅に向上することができる。す
なわち，詳細を後述する図１９に示すように，還元剤と
して炭化水素を供給した場合，触媒によるＮＯｘ還元浄
化効率はある温度でピークとなり，そのピーク浄化率が
得られる温度は，還元剤（炭化水素）の炭素数により異
なる。そして，その温度は炭素数が大きいほど高くな
る。したがって，たとえば温度Ｔ１（低温）では炭素数
が小さい炭化水素Ａを還元剤として用いるほうが，炭素
数が大きいＢを用いるよりＮＯｘの還元浄化効率は高い
が，温度Ｔ２（Ｔ１＜Ｔ２なる高温）では逆に炭素数が
大きいＢを用いたほうが効率が高くなる。

【００３３】これに対して，従来装置で行われているよ
うに後噴射の時期を常に一定とすると，排気温度が高い
場合は，分解度合が大きく（炭素数が小さい）低温で高
いＮＯｘ浄化効率が得られる炭化水素のみが供給され，
排気温度が低い場合は，逆に（炭素数が大きい）高温で
高いＮＯｘ浄化効率が得られる炭化水素のみが供給され
る。したがって，それぞれの温度に適した分解度合の燃
料が供給できず，高いＮＯｘ還元浄化効率を得ることが
できない。

【００３４】一方，膨張行程後半での後噴射により得ら
れる，熱分解した燃料（炭化水素）の炭素数は図２０に
示すように後噴射時期により異なることが知られてい
る。すなわち，噴射時期が遅いほどシリンダ室内の温度
が下がってから後噴射するため，燃料の熱分解の度合が
小さくなり，得られる炭化水素の炭素数が大きくなる。
そこで，第５発明では，排気温度によって後噴射する噴
射時期を変更し，排気温度が高いほど後噴射時期を遅ら
せて炭素数が大きな還元剤を供給するようにする。これ
により，排気温度によらず，常にＮＯｘ還元効率が高い
状態で触媒を使用できる。したがって，簡素な構成でＮ
Ｏｘとパティキュレートの両方を効率よく浄化すること
ができる。

【００３５】一方，第６発明は，第４，第５発明におい
て，パティキュレート堆積量が所定値を越え且つ排気温
度が所定値以下の場合における後噴射を膨張行程前半で
のみ実施する。その理由は以下のとうりである。運転条
件によっては，膨張行程前半での後噴射によって排気温
度が上昇した状態において，続いて膨張行程後半で後噴
射を実施すると，後噴射された燃料が燃焼してしまって
有効な還元剤である炭化水素が供給できなくなる。この
ような事態の回避を重視する場合には，本発明のように
膨張行程後半における燃料の後噴射を停止して膨張行程
前半の後噴射のみとすることが好ましい。

【００３６】また，上記各発明において後噴射をする際
に，全体の気筒（Ｎ気筒）のうち特定の気筒だけがＮ気
筒分の後噴射量をまとめて噴射するようにすれば，その
後噴射量がＮ倍になり噴射量を極微量とする必要がなく
なる。この結果，電磁弁等のアクチュエータは極めて高
い応答性が必要なくなり，且つ制御も容易となり，従来
と比較してコスト低減及びアクチュエータの容積縮小が
可能となる。さらに，極微量の噴射において顕著となる
各気筒のノズル間の噴射量のばらつきが吸収できる。そ
のうえ，噴射ノズルの着座回数を減らすことができるた
め，ノズルシート部の耐久性を大幅に向上させることが
できる。

【００３７】また，各気筒あるいは特定の気筒が，Ｍサ
イクル（Ｍ≧２）に１回の割合で，Ｍサイクル分の後噴
射量をまとめて噴射し，さらに後噴射をする気筒を順次
変更することで，噴射量のばらつきを吸収し，かつノズ
ルシート部の耐久性を向上させるさらなる効果を得るこ
とができる。また，後述する実施例によって知られるよ
うに，本願の各発明は，複雑な部材を新たに追加するこ
となく簡素な構成によって実現が可能である。

【００３８】

【発明の効果】上記のように，本願の発明によれば，簡
素な構成で，パティキュレート又は窒素酸化物を効率よ
く浄化することが可能なディーゼルエンジン等の内燃機
関の排気浄化装置を提供することができる。

【００３９】

【実施例】

実施例１ ４気筒ディーゼルエンジンに適用した本発明の第１の実
施例を図１を用いて説明する。本例は，図１に示すよう
に，気筒毎に設けられた燃料噴射手段としてのフューエ
ルインジェクタ１３および電磁弁１４と，排気通路１６
中に介装された排気処理装置１７と，回転センサ３０，
負荷センサ３１及び圧力センサ３２を用いて運転状態を
検出する運転状態検出手段としてのＥＣＵ１８と，運転
状態検出手段の情報に基づいて排気温度を推定する排気
温度推定手段としてのＥＣＵ１８と，推定した排気温度
を所定値と比較する温度比較手段としてのＥＣＵ１８
と，温度比較手段の結果に基づいて燃料噴射時期及び燃
料噴射量を決定し上記燃料噴射手段を作動させる燃料噴
射制御手段としてのＥＣＵ１８を有する内燃機関（ディ
ーゼルエンジン）１０の排気浄化装置１である。燃料噴
射制御手段は，排気温度が所定値以下の場合には，機関
出力発生のための主燃料噴射後に燃料の後噴射を指令
し，これによって排気温度を排気処理手段１７の作動に
適した温度範囲に制御する。

【００４０】それぞれについて，以下に詳説する。この
ディーゼルエンジン１０と排気浄化装置１は，図１に示
すように，４個のシリンダボアを設けそれぞれにピスト
ンを往復摺動可能にはめ込んで，それぞれの内部にシリ
ンダ室をなしたシリンダブロック１１，シリンダブロッ
ク１１上に組付けられてそのシリンダ室のそれぞれを閉
じたシリンダヘッド１２，そのピストンをコネクティン
グロッドで連結したクランクシャフト，吸気弁および排
気弁を開閉させる動弁機構，シリンダ室に対応してシリ
ンダヘッド１２に設置された燃料噴射手段としての４個
のフューエルインジェクタ１３，このフューエルインジ
ェクタ１３に組付けられた４個の電磁弁１４，図示しな
い燃料タンクからフューエルインジェクタ１３に燃料を
供給するフィードポンプ１５，排気通路１６中に設けら
れた排気処理装置１７，電磁弁１４を開閉させてフュー
エルインジェクタ１３に主燃料噴射および後燃料噴射を
行わせる燃料噴射制御部等を有するＥＣＵ（中央制御装
置）１８とを有する。

【００４１】ＥＣＵ１８は，その入力回路に運転状態検
出手段を構成する回転センサ３０，負荷センサ３１，お
よび圧力センサ３２接続し，その出力回路に電磁弁１４
を電気的に接続する。そして，上記センサ３０〜３２で
検出されたエンジン回転数，エンジン負荷，および燃料
噴射圧がメモリに予め入力された燃料噴射パターンと照
合され，その結果に基づいて電磁弁１４を開閉制御す
る。また，ＥＣＵ１８は，回転センサ３０及び負荷セン
サ３１の出力信号に基づいて排気温度を算出し，この値
を所定値と比較する比較回路を有している。回転センサ
３０はクランクシャフトに，負荷センサ３１は図示しな
いアクセルペダルに，圧力センサ３２はフューエルヘッ
ダ２２に，それぞれ配置されている。

【００４２】また，フィードポンプ１５は，フューエル
ヘッダ２２を介してフューエルインジェクタ１３に，燃
料配管２１および２３を経て接続されている。それ故，
配管２１，２３およびフューエルヘッダ２２の内部はフ
ィードポンプ１５の作動により常に高圧に保たれてい
る。そして，ＥＣＵ１８からの指令により，常時閉状態
にある電磁弁１４が開いた場合のみ，フューエルインジ
ェクタ１３よりシリンダ室内へ高圧燃料を噴射する。す
なわち，エンジン出力発生のための主噴射と浄化効率を
高めるための後噴射とは，共通の装置によって作動す
る。

【００４３】排気処理装置１７には，次のようなものが
ある。例えば，セラミック等の担体の表面にたとえばア
ルミナなどのウォッシュコート層を設けＰｔやＰｄ，Ｒ
ｈなどの貴金属触媒を担持してパティキュレート中の気
体成分を浄化する酸化触媒がある。あるいは，セラミッ
ク等の多孔質部材からなるハニカム状格子により多数の
流路を形成し，その流路の入口と出口を封鎖材により交
互に閉塞し，その表面にたとえばアルミナなどのウォッ
シュコート層を設け，ＰｔやＰｄなどの貴金属またはＣ
ｕなどの卑金属触媒を担持したパティキュレート捕集浄
化用の触媒付フィルタがある。あるいは，セラミック等
の担体に，たとえばＣｕ−ゼオライトやＰｔ−ゼオライ
トなど，還元剤の存在下でディーゼル排気中等の酸素過
剰雰囲気中でもＮＯｘを還元浄化することの出来るもの
を担持したＮＯｘ触媒等がある。

【００４４】次に，本例の作用効果につき，説明する。
上記ように構成される排気浄化装置１において，ＥＣＵ
１８は，回転センサ３０，負荷センサ３１で検出した運
転条件から求めた排気温度が，排気処理装置１７におけ
る触媒の活性温度以下の場合は，機関出力発生のための
燃料主噴射の後に膨張行程前半（たとえばＡＴＤＣ４０
〜９０度）に少量（たとえば，主噴射量の５〜２０％）
の燃料を後噴射するよう指令する。そして，後噴射した
燃料が燃焼し排気温度を上昇させることができる。

【００４５】そして，図２に示すように後噴射する時期
により，あるいは図３に示すように後噴射する量により
排気温度が変わるから，この時期と量を制御することに
よって排気温度の制御が可能である。すなわち，図２
（ａ）の符号ａに示すように後噴射を膨張行程の前半
（ＡＴＤＣ９０度以前）で行うと，シリンダ室内の温度
が十分高いところへ燃料を噴射するため，後噴射した燃
料が燃焼し，図２（ｂ）に示すように排気温度が上昇す
る。その際，シリンダ室内のガスは排気弁が開くまでピ
ストンの下降とともに膨張して温度が低下し，排気弁が
開いた後にシリンダ室内から出ていくため，遅い時期に
後噴射したほうが膨張による温度低下が小さくなり，排
気温度が高くなる。

【００４６】また，膨張行程の前半で後噴射を行う場合
は，図３に示すように後噴射量が多いほど排気温度が高
くなる。ところが，図２（ａ）の符号ｂに示すように膨
張行程の後半（ＡＴＤＣ９０度以後）で後噴射する場合
は，シリンダ室内の温度が低いところへ燃料を噴射する
ために，後噴射した燃料は燃焼せず，従って排気温度は
上昇しない。それ故，膨張行程の前半（ＡＴＤＣ９０度
以前）において，後噴射する時期と量を制御することに
より，排気温度の制御が可能である。そして，排気温度
を排気処理手段の作動に適した温度にすることにより，
その浄化効率を大きく向上させることができる。

【００４７】次に，上記排気浄化装置１における，後噴
射時期と量の制御方法を図５に示すフローチャートを用
いて説明する。本例では，回転センサ３０，負荷センサ
３１の出力をもとに求めた排気温度ｔに基づき，後噴射
時期と量をコントロールする場合を示したが，実施例２
に示すように排気温度を直接検出してもよい。まず，Ｓ
（ステップ）１０１において，回転センサ３０，負荷セ
ンサ３１の出力をもとにＥＣＵ１８にて求めた排気温度
ｔを読み込む。排気温度ｔは，たとえば図４に示すよう
にエンジン回転数，エンジン負荷により決まるため，こ
れを予めＥＣＵ１８内に記憶させておくことで排気温度
を求めることができる。

【００４８】そして，Ｓ１０２において，このｔを触媒
の活性温度である設定値ｔ１と比較する。排気温度ｔが
ｔ１より大きい場合は，条件が満たされないのでＳ１０
１へ戻る。一方，排気温度ｔが前記ｔ１より小さい場合
は触媒による排気浄化が期待できないため，Ｓ１０３へ
進み，昇温のための後噴射時期と後噴射量を決定する。
この時期及び量は予めＥＣＵ１８内に記憶されており，
これに従って，各処理装置１７の作動に適した排気温度
が得られるように燃料噴射時期と燃料噴射量が決定され
る。

【００４９】そしてＳ１０４において，たとえば図６に
示すように機関出力発生のための燃料主噴射の後の膨張
行程前半に少量の燃料を後噴射し，Ｓ１０１へ戻る。し
かしながら，必要以上に後噴射を行うと燃費が悪化する
ため，上記サイクルをたとえば１秒に１回実行し，Ｓ１
０２において排気温度が設定値ｔ１より大きくなった場
合はＳ１０５においてただちに後噴射を中止するように
する。上記のように，本例によれば，排気温度を調整
し，パティキュレート又は窒素酸化物等を効率よく浄化
することが出来るディーゼルエンジンの排気浄化装置を
提供することができる。

【００５０】実施例２ 本例は図７に示すように，実施例１の構成を示す図１に
おいて，排気処理装置１７よりも上流の排気管１６内に
温度センサ３３を設けたもう一つの実施例である。この
温度センサ３３はＥＣＵ１８の入力回路に電気的に接続
される。すなわち，実施例１では回転センサ３０，負荷
センサ３１の出力をもとに排気温度ｔを求めたが，これ
に対し，本例では温度センサ３３により直接排気温度を
検出する。これにより，エンジンの過渡状態などにおけ
る排気温度がより正確に把握できるため，さらに精度が
高い制御が可能となる。その他については実施例１と同
様である。

【００５１】実施例３ 本例は，図８，図１０に示すように，図１又は図７にお
ける排気処理装置１７として，触媒付フィルタ１７１を
用いた例である。更に，図１の構成に加えてＥＣＵ１８
の入力回路に圧力センサ３５を電気的に接続する。さら
に，ＥＣＵ１８は，それらのセンサ３０，３１，３５で
検出されたエンジン回転数，エンジン負荷，フィルタ上
流の圧力をもとに触媒付フィルタ１７１へのパティキュ
レート堆積量を計算して所定値と比較し，その結果と検
出又は推定した排気温度をもとに電磁弁１４を開閉制御
する。圧力センサ３５は触媒付フィルタ１７１よりも上
流の排気管１６内に配置される。

【００５２】触媒付フィルタ１７１はセラミック等の多
孔質部材からなるハニカム状格子により，多数の流路を
形成したものであり，その流路の入口と出口が封鎖材に
より交互に閉塞されている。そして，その表面には，た
とえばアルミナのウォッシュコート層を設け，ＰｔやＰ
ｄなどの貴金属あるいはＣｕなどの卑金属触媒を担持し
ている。これにより，フィルタ再生時におけるパティキ
ュレート燃焼温度を低下させることができる。

【００５３】次に，本例の作用効果につき，説明する。
このように構成される排気浄化装置１において，触媒付
フィルタ１７１にパティキュレートが堆積すると流路に
目詰まりを起こすため，圧力センサ３５にて検出される
圧力が大きくなる。この圧力センサ３５の出力と回転セ
ンサ３０，負荷センサ３１の出力に基づき，上記ＥＣＵ
１８にて触媒付フィルタ１７１におけるパティキュレー
ト堆積量が計算される。

【００５４】そして，その堆積量を所定値と比較し，パ
ティキュレートの燃焼除去が必要となる設定値（たとえ
ば１０ｇ）を越え，かつ回転センサ３０，負荷センサ３
１で検出した運転条件からＥＣＵ１８にて求めた排気温
度が触媒によるパティキュレート燃焼温度（たとえば４
００℃）以下の場合は，触媒付フィルタ１７１を強制的
に再生するために，機関出力発生のための燃料主噴射の
後の膨張行程前半（たとえばＡＴＤＣ４０〜９０度）に
少量（例えば，主噴射量の５〜２０％）の燃料を後噴射
する。この場合，後噴射した燃料がまだ温度が高いシリ
ンダ室内で燃焼し排気温度が大きく上昇するため，フィ
ルタ上のパティキュレートが燃焼し，触媒付フィルタ１
７１が再生される。

【００５５】なお，車両の高速走行時には排気温度が高
いため，この膨張行程前半における後噴射なしでも触媒
付フィルタ１７１を再生することが出来る。次に，上記
排気浄化装置における，後噴射時期と量の制御方法を図
９に示すフローチャートを用いて説明する。本例では，
ＥＣＵ１８において計算した触媒付フィルタ１７１にお
けるパティキュレート堆積量ｍ及び排気温度ｔに基づ
き，後噴射の時期と量をコントロールする例を示す。

【００５６】まず，Ｓ（ステップ）２０１において，Ｅ
ＣＵ１８において計算した触媒付フィルタ１７１におけ
るパティキュレート堆積量ｍを読み込む。次に，Ｓ２０
２において，このｍをパティキュレートの除去が必要と
なる設定値ｍ１（たとえば１０ｇ）と比較し，ｍ１より
小さければ触媒付フィルタ１７１を再生する必要がない
ためＳ２０１へ戻る。一方，パティキュレート堆積量ｍ
が前記ｍ１より大きい場合は，Ｓ２０３へ進み，回転セ
ンサ３０，負荷センサ３１の出力をもとにＥＣＵ１８に
て求めた排気温度ｔを読み込む。

【００５７】そして，Ｓ２０４において，このｔを触媒
によるパティキュレート燃焼可能温度である設定値ｔ２
（たとえば４００℃）と比較する。排気温度ｔがｔ２よ
り大きい場合は，高温の排気により触媒付フィルタ１７
１上のパティキュレートが燃焼するため，Ｓ２０１へ戻
る。一方，排気温度ｔが前記ｔ２より小さい場合は，Ｓ
２０５へ進み，後噴射の時期と後噴射量を決定する。こ
の値は，予めＥＣＵ１８内に記憶されており，これに従
って，触媒によるパティキュレート燃焼温度（たとえば
４００℃）が得られるような値に決定される。

【００５８】そしてＳ２０６において，機関出力発生の
ための燃料主噴射の後の膨張行程前半に，少量の燃料を
たとえば図６に示すように後噴射することにより排気温
度を昇温し，触媒付フィルタ１７１上のパティキュレー
トを燃焼させる。そして，Ｓ２０７において，フィルタ
上のパティキュレート堆積量ｍを再度読み込み，Ｓ２０
８において，フィルタ再生完了の基準となるパティキュ
レート堆積量の設定値ｍ２（たとえば０．５ｇ）と比較
し，フィルタ再生が不充分である場合には，前記Ｓ２０
６へ戻り，再生が終了した場合は，Ｓ２０９において後
噴射を中止してＳ２０１へ戻る。以上のサイクルをたと
えば１秒に１回実行する。なお，本例においても前記実
施例２と同様に，温度センサ３３により排気温度を直接
検出して制御してもよい。この場合には，図１０に示す
ように触媒付きフィルタ１７１の上流に温度センサ３３
が配置される。

【００５９】実施例４ 本例は，図１１に示すように，図１に示す構成における
排気処理装置１７としてＮＯｘ触媒１７２を用いたもう
一つの実施例である。ＮＯｘ触媒１７２はセラミック等
の担体に，たとえばＣｕ−ゼオライトやＰｔ−ゼオライ
トなど，還元剤の存在下でディーゼル排気中等の酸素過
剰雰囲気中でもＮＯｘを還元浄化可能な触媒を担持して
いる。そして還元剤を供給することによってＮＯｘを浄
化することができる。

【００６０】次に，本例の作用効果につき，説明する。
排気温度が触媒の活性温度である所定値（たとえば２５
０℃）より高い場合は，機関出力発生のための主燃料の
噴射後に，極微量（たとえば主噴射量の０．３〜５％）
の燃料を，膨張行程後半（たとえばＡＴＤＣ９０〜１３
０度）の温度が低下したシリンダ室内に後噴射する。こ
の場合，後噴射分の燃料は，シリンダ室内の温度が低い
ため燃焼することなく熱分解して反応性が高い炭化水素
が生成し，排気ガスにその炭化水素が混合される。その
ため，排気ガスに含まれるＮＯｘを触媒上で還元浄化す
ることができる。

【００６１】しかしながら，排気温度が所定値以下の場
合は触媒による浄化が不可能であるため，さらに少量
（たとえば主噴射量の５〜２０％）の燃料を，膨張行程
前半（たとえばＡＴＤＣ４０〜９０度）の温度が高いシ
リンダ室内に後噴射する。この場合は，後噴射した燃料
が燃焼し排気温度が上昇する。そして，後噴射する時期
と量を制御することで排気温度を触媒によるＮＯｘ浄化
に適した温度（たとえば２５０℃以上）とすることが可
能となり，排気中のＮＯｘを効率的に還元浄化すること
ができる。

【００６２】次に，上記排気浄化装置における，後噴射
時期の制御方法を図１２に示すフローチャートを用いて
説明する。本例では，回転センサ３０，負荷センサ３１
の出力をもとに求めた排気温度ｔに基づき，後噴射時期
と量をコントロールする場合を示す。まず，Ｓ（ステッ
プ）３０１において，機関出力発生のための主燃料の噴
射後に，極微量の燃料を，たとえば図１３に示すように
膨張行程後半で後噴射する（図１３の後噴射ｃ）。

【００６３】次にＳ３０２において，回転センサ３０，
負荷センサ３１の出力をもとにＥＣＵ１８にて求めた排
気温度ｔを読み込む。そしてＳ３０３において，このｔ
を触媒の活性温度である設定値ｔ３と比較する。排気温
度ｔがｔ３より大きい場合は，Ｓ３０２へ戻る。一方，
排気温度ｔが前記ｔ３より小さい場合は触媒による排気
浄化が期待できないため，Ｓ３０４へ進み，後噴射時期
と量を決定する。この値は，予めＥＣＵ１８内に記憶さ
れており，これに従って，触媒の活性温度（たとえば２
５０℃）が得られるように後噴射時期と量が決定され
る。

【００６４】そして，Ｓ３０５において，たとえば図１
４に示すように，機関出力発生のための燃料主噴射後の
膨張行程前半にさらに少量の燃料を後噴射し（図１４の
後噴射ｄ），Ｓ３０２へ戻る。なお，必要以上に後噴射
を行うと燃費が悪化するため，Ｓ３０３において排気温
度が設定値ｔ３より大きくなった場合はＳ３０６にて膨
張行程前半の後噴射を中止してＳ３０２へ戻るようにす
る。以上のサイクルをたとえば１秒に１回実行する。な
お，本例においても前記と同様に，温度センサ３３によ
り排気温度を直接検出して制御してもよい。この場合の
構成を図１５に示す。

【００６５】実施例５ 本例の浄化装置１は，図８に示す実施例３と同様の構成
から成り，図１６に示すようにその制御アルゴリズムを
変更したもう一つの実施例である。また，触媒付フィル
タ１７１はセラミック等の多孔質部材からなるハニカム
状格子により，多数の流路が形成されたもので，その流
路の入口と出口が封鎖材により交互に閉塞されている。
そして，その表面には，たとえばアルミナやゼオライト
の層を設け，ＰｔやＰｄなどの貴金属あるいはＣｕなど
の卑金属触媒を担持しており，これに炭化水素を還元剤
として供給することにより，酸素過剰雰囲気中でＮＯｘ
の還元浄化ができ，かつフィルタ再生時のパティキュレ
ートの燃焼温度を低下させることができる。

【００６６】次に，本例の作用効果につき，説明する。
上記のように構成される排気浄化装置において，触媒付
フィルタ１７１へのパティキュレート堆積量が少なくフ
ィルタ再生の必要がない場合は，実施例４と同様に機関
出力発生のための主燃料の噴射後に，極微量（たとえば
主噴射量の０．３〜５％）の燃料を，膨張行程後半（た
とえばＡＴＤＣ９０〜１３０度）で後噴射する。これに
よりＮＯｘを触媒上で還元浄化することができる。

【００６７】それに対し，堆積量がパティキュレートの
燃焼除去が必要となる設定値（たとえば１０ｇ）を越
え，かつ回転センサ３０，負荷センサ３１で検出した運
転条件からＥＣＵ１８にて求めた排気温度が触媒による
パティキュレート燃焼温度（たとえば４００℃）以下の
場合は，触媒付フィルタ１７１を強制的に再生するため
実施例３と同様に，膨張行程前半（たとえばＡＴＤＣ４
０〜９０度）に少量（例えば，主噴射量の５〜２０％）
の燃料を後噴射する。これにより排気温度が上昇するた
め，フィルタ上のパティキュレートが燃焼し，触媒付フ
ィルタ１７１が再生される。

【００６８】次に，上記排気浄化装置１における，後噴
射時期と噴射量の制御方法を図１６に示すフローチャー
トを用いて説明する。本例では，ＥＣＵ１８において計
算した触媒付フィルタ１７１におけるパティキュレート
堆積量ｍ及び排気温度ｔに基づき，後噴射時期と量をコ
ントロールする場合を示す。まず，Ｓ（ステップ）４０
１において，機関出力発生のための燃料主噴射の後の膨
張行程後半に極微量の燃料を後噴射する。

【００６９】そして，Ｓ４０２へ進み，ＥＣＵ１８にお
いて計算した触媒付フィルタ１７１におけるパティキュ
レート堆積量ｍを読み込む。次に，Ｓ４０３において，
このｍをパティキュレートの燃焼除去が必要となる設定
値ｍ１（たとえば１０ｇ）と比較し，ｍ１より小さけれ
ば触媒付フィルタ１７１を再生する必要がないためＳ４
０１へ戻る。一方，パティキュレート堆積量ｍが前記ｍ
１より大きい場合はＳ４０４へ進み，回転センサ３０，
負荷センサ３１の出力をもとにＥＣＵ１８にて求めた排
気温度ｔを読み込む。

【００７０】そしてＳ４０５において，排気温度ｔを触
媒によるパティキュレート燃焼温度である設定値ｔ１
（たとえば４００℃）と比較する。排気温度ｔがｔ１よ
り大きい場合は，高温の排気により触媒付フィルタ１７
１上のパティキュレートが燃焼するため，そのままＳ４
０１へ戻る。一方，排気温度ｔが前記ｔ１より小さい場
合は，Ｓ４０６において，機関出力発生のための燃料主
噴射の後の膨張行程前半に少量の燃料を後噴射する。そ
して，これによって排気温度を昇温し，触媒付フィルタ
１７１上のパティキュレートを燃焼させる。

【００７１】続くＳ４０７において，フィルタ上のパテ
ィキュレート堆積量ｍを再度読み込み，Ｓ４０８におい
て，フィルタの再生を終了するパティキュレート堆積量
の設定値ｍ２（たとえば０．５ｇ）と比較し，フィルタ
再生がまだ終了していなければ，Ｓ４０６へ戻り，再生
が終了した場合は，Ｓ４０９において膨張行程前半の後
噴射を中止してＳ４０１へ戻る。以上のサイクルをたと
えば１秒に１回実行する。なお，本例においても前記と
同様に，温度センサ３３により排気温度を直接検出して
制御してもよい。この場合の構成は図１０で示したのと
同様になる。

【００７２】実施例６ 本例は，図１７に示すように，実施例５において，触媒
付きフィルタ１７４とＮＯｘ触媒１７３の二つの排気処
理手段を設けたもう一つの実施例である。すなわち，実
施例５では，ＮＯｘの還元浄化とパティキュレートの捕
集・焼却浄化の両方を触媒付フィルタ１７１において行
っていた。それに対し本例では，ＮＯｘの還元浄化はＮ
Ｏｘ触媒１７３で行い，パティキュレートの捕集・焼却
浄化はＮＯｘ触媒１７３の下流に設けた触媒付フィルタ
１７４で行う。

【００７３】触媒コンバータ１７３はセラミック等の担
体に，たとえばＣｕ−ゼオライトやＰｔ−ゼオライトな
ど，還元剤の存在下でディーゼル排気中等の酸素過剰雰
囲気中でもＮＯｘを還元浄化可能な触媒を担持したもの
である。一方，触媒付フィルタ１７４はセラミック等の
多孔質部材からなるハニカム状格子により，多数の流路
が形成されたもので，その流路の入口と出口が封鎖材に
より交互に閉塞されている。その表面には，たとえばア
ルミナのウォッシュコート層を設け，ＰｔやＰｄなどの
貴金属あるいはＣｕなどの卑金属触媒を担持している。

【００７４】これにより，ＮＯｘの還元とパティキュレ
ートの酸化というそれぞれの目的に，より適した触媒１
７３，１７４を使用することができ，両成分の一段と効
率よい浄化が可能となる。なお，本例においても前記と
同様に，温度センサ３３により排気温度を直接検出して
制御してもよい。この場合の構成は図１８のようにな
る。その他は，実施例５と同様である。

【００７５】実施例７ 本例は，図１１，図１５に示した実施例４，図８，図１
０に示した実施例５，あるいは図１７，図１８に示した
実施例６と同様の構成において，触媒へＮＯｘ浄化用の
還元剤としての炭化水素（熱分解した燃料）を供給する
ための，膨張行程後半で実施する後噴射の時期を，温度
推定手段又は温度センサ３３で検出した排気温度に応じ
て変更するようにしたもう一つの実施例である。図１９
の破線又は実線の曲線に示すように，還元剤として炭化
水素を供給した場合，触媒によるＮＯｘ還元浄化効率は
ある温度でピークとなり，それより高温でも低温でも浄
化効率は低下してしまう。

【００７６】また，ピーク浄化率が得られる温度は，還
元剤（炭化水素）の炭素数により異なり，炭素数が大き
いほど高くなる。したがって，温度Ｔ１（たとえば３５
０℃）では炭素数が小さい炭化水素Ａ（たとえば炭素数
５以下）を還元剤として用いるほうが，炭素数が大きい
Ｂ（たとえば炭素数１０以上）を用いるよりＮＯｘの還
元浄化効率は高いが，温度Ｔ２（たとえば４００℃）で
は逆に炭素数が大きいＢを用いたほうが効率が高くな
る。これに対し，従来装置のように後噴射時期を常に一
定とすると，排気温度が高い場合は分解度合が大きく
（炭素数が小さい）低温で高いＮＯｘ浄化効率が得られ
る炭化水素のみが供給され，排気温度が低い場合は逆に
（炭素数が大きい）高温で高いＮＯｘ浄化効率が得られ
る炭化水素のみが供給される。

【００７７】したがって，それぞれの温度に適した分解
度合の燃料が供給できず，高いＮＯｘ還元浄化効率を得
ることができない。一方，膨張行程後半での後噴射によ
り得られる，熱分解した燃料（炭化水素）の炭素数は図
２０に示すように後噴射時期により異なる。すなわち，
噴射時期が遅いほどシリンダ室内の温度が下がってから
後噴射するため，燃料の熱分解の度合が小さくなり，得
られる炭化水素の炭素数が大きくなる。そこで，本例で
は，排気温度に応じてそれぞれ触媒のＮＯｘ還元浄化効
率を最大にする炭素数の炭化水素（熱分解した燃料）を
還元剤として供給するようにする。

【００７８】すなわち，排気温度により最適な還元剤の
炭素数が異なるため，排気温度に応じて後噴射する噴射
時期を変更し，排気温度が高いほど後噴射時期を遅らせ
て炭素数が大きな還元剤を供給するようにする。これに
より，排気温度が低い場合には，低温で触媒のＮＯｘ還
元浄化効率が高い，炭素数が小さい（たとえば５以下）
炭化水素を供給し，また，排気温度が高い場合には，高
温で触媒のＮＯｘ還元浄化効率が高い，炭素数が大きい
（たとえば１０以上）炭化水素を供給する。

【００７９】また，その際の後噴射の時期は，排気温度
に対して多段階あるいは連続的に変更するようにする。
これにより，排気温度によらず，常にＮＯｘ還元効率が
高い状態で触媒を使用でき，触媒のＮＯｘ還元浄化効率
を大幅に向上できる。なお本例における，各排気温度に
対する最適な後噴射のパターンは，予めＥＣＵ１８内に
記憶されており，排気温度をもとにＥＣＵ１８内にて決
定される。その他は実施例４，実施例５，あるいは実施
例６と同様である。

【００８０】次に，上記排気浄化装置における後噴射時
期の制御方法を，図８に示した実施例５に適用した例
を，図２１に示すフローチャートを用いて説明する。こ
のフローチャートにおいては，ＥＣＵ１８において計算
した触媒付フィルタ１７１におけるパティキュレート堆
積量ｍ及び排気温度ｔに基づき，後噴射時期と量をコン
トロールする例を示した。

【００８１】まず，Ｓ（ステップ）５０１において，回
転センサ３０，負荷センサ３１の出力をもとにＥＣＵ１
８にて求めた排気温度ｔを読み込み，たとえば図２２に
示すように排気温度をもとにＥＣＵ１８において後噴射
時期を決定する。Ｓ５０２においてそれに基づき，機関
出力発生のための燃料主噴射の後の膨張行程後半に極微
量の燃料を後噴射する。そして，Ｓ５０３へ進み，ＥＣ
Ｕ１８において計算した触媒付フィルタにおけるパティ
キュレート堆積量ｍを読み込む。

【００８２】次に，Ｓ５０４において，このｍをパティ
キュレートの燃焼除去が必要となる設定値ｍ１（たとえ
ば１０ｇ）と比較し，ｍ１より小さければ触媒付フィル
タを再生する必要がないためＳ５０１へ戻る。一方，パ
ティキュレート堆積量ｍが前記ｍ１より大きい場合はＳ
５０５へ進み，Ｓ５０１において読み込んだ排気温度ｔ
を触媒によるパティキュレート燃焼温度である設定値ｔ
１（たとえば４００℃）と比較する。排気温度ｔがｔ１
より大きい場合は，高温の排気により触媒付フィルタ上
のパティキュレートが燃焼するため，そのままＳ５０１
へ戻る。

【００８３】一方，排気温度ｔが前記ｔ１より小さい場
合は，Ｓ５０６において，機関出力発生のための燃料主
噴射の後の膨張行程前半に少量（たとえば主噴射量の５
〜２０％）の燃料を後噴射することにより排気温度を昇
温し，触媒付フィルタ１７１上のパティキュレートを燃
焼させる。そして，Ｓ５０７において，フィルタ上のパ
ティキュレート堆積量ｍを再度読み込み，Ｓ５０８にお
いて，フィルタ再生を終了するパティキュレート堆積量
の設定値ｍ２（たとえば０．５ｇ）と比較し，フィルタ
再生がまだ終了していなければ，Ｓ５０６へ戻り，再生
が終了した場合は，Ｓ５０９において膨張行程前半の後
噴射を中止してＳ５０１へ戻る。以上のサイクルをたと
えば１秒に１回実行する。

【００８４】なお，上記の制御を図１７に示した実施例
６に適用すれば，さらに効率よくＮＯｘとパティキュレ
ートを浄化することが可能となる。なお，本例において
も同様に，温度センサ３３（図１０，図１５，図１８）
により排気温度を直接検出して制御してもよい。この場
合の効果は前記の通りである。

【００８５】実施例８ 本例は，実施例５，実施例６，及び実施例７において，
パティキュレート堆積量が所定値を越え且つ排気温度が
所定値以下の場合に，膨張行程後半における後噴射を停
止し，膨張行程前半においてのみ後噴射を実施するよう
にしたもう一つの実施例である。すなわち，実施例５，
実施例６，及び実施例７においては，パティキュレート
堆積量が設定値を越え，かつ排気温度が設定値以下の場
合は，膨張行程後半での極微量の後噴射に加え，膨張行
程前半に少量の燃料を後噴射する（図１４参照）。それ
に対して，本例では，この場合は膨張行程後半での極微
量の後噴射を中止して，膨張行程前半でのみ少量の燃料
を後噴射するようにする（図６参照）。

【００８６】これは，膨張行程前半での後噴射により排
気温度が上昇したシリンダ室内に，続けて膨張行程後半
での後噴射を行うと，運転条件によっては膨張行程後半
での後噴射分も排気温度上昇により燃焼して，ＮＯｘ触
媒に対して有効な還元剤を供給できない場合があるため
である。したがって，このような機関運転を懸念する場
合には，燃費悪化抑制を優先して図６に示すように，膨
張行程前半での燃後噴射のみを行うようにする。

【００８７】次に，上記排気浄化装置における，後噴射
時期の制御方法を図２３に示す。これは，実施例５，及
び実施例６における図１６のフローチャートのＳ４０５
とＳ４０６の間にＳ６０１を追加したものである。な
お，本例を実施例７に適用する場合には，図２１のＳ５
０５とＳ５Ｏ６の間にＳ６０１を追加する。そして，Ｓ
６０１において膨張行程後半における後噴射を停止す
る。なお，本例においても前記と同様に，温度センサ３
３により排気温度を直接検出するようにしてもよい。

【００８８】実施例９ 本例は，実施例１〜実施例８において，後噴射を特定の
気筒においてのみ実施するようにしたもう一つの実施例
である。すなわち，実施例１〜実施例８においては，排
気温度制御あるいは触媒への還元剤供給のための後噴射
を全気筒で常時行うのに対し，本例ではこれを特定の気
筒のみで行うようにする。

【００８９】以下，ＮＯｘ触媒へ還元剤を供給するため
の膨張行程後半における後噴射を例に説明すると，従来
装置は図２９に示すように，主噴射終了後に，極微量の
燃料（たとえば主噴射量の０．３〜３％）を後噴射とし
て，全気筒において常時噴射していた。この後噴射は，
触媒へ還元剤としての炭化水素（熱分解した燃料）を供
給するためのものであるため，触媒において排気中のＮ
Ｏｘを還元浄化するためには不可欠であるが，後噴射に
用いた燃料分は燃費が悪化してしまうため，その量を極
微量で精度良く制御することが非常に重要になる。

【００９０】したがって，従来はその極微量の後噴射を
制御するために，極めて応答性が良い電磁弁が必要であ
った。そのため，電磁弁のコストおよび体積が増大して
いた。これに対し，本例では，後噴射をたとえば図２４
に示すように，第１気筒のみで行うようにする。すなわ
ち，４気筒分の後噴射を第１気筒のみで行うことによ
り，後噴射量を従来の方法における第１気筒の後噴射量
の４倍とすることができる。したがって，従来と比較し
て，極微量の後噴射量を制御する必要がないため，電磁
弁１４に対して，極めて速い応答性は要求されず，コス
トおよびサイズの大幅な低減が可能である。

【００９１】さらに，極微量の噴射の制御において顕著
となる各気筒のノズル間の噴射量のばらつきを吸収でき
るため安定した性能を得ることができる。また，後噴射
を行わない第２〜４気筒においては，噴射ノズルの着座
回数を従来と比較して低減できるため，ノズルシート部
の耐久性を大幅に向上させることができる。以上，第１
気筒のみで後噴射する場合を例に説明したが，これはそ
れ以外の１気筒あるいは複数の気筒で行ってもよい。

【００９２】また，上記においては，ＮＯｘ浄化に必要
な還元剤を供給する場合の膨張行程後半における後噴射
を例に説明したが，これは，排気温度を上昇させて触媒
付フィルタ上のパティキュレートを燃焼させる場合など
の膨張行程前半の後噴射においても適用できることはい
うまでもない。

【００９３】その場合，たとえば実施例５の場合では，
パティキュレート堆積量が設定値を越え，かつ排気温度
が設定値以下の場合には，膨張行程後半での極微量の後
噴射と膨張行程前半での少量の後噴射の両者を第１気筒
のみで図１４に示すパターンで行う方法の他に，たとえ
ば膨張行程後半での極微量の後噴射は第１気筒で図１３
に示すパターンで行い，膨張行程前半での少量の後噴射
は第２気筒で図６に示すパターンで行ってもよい。

【００９４】これにより第１気筒の噴射ノズルの着座回
数を低減できるため，ノズルシート部の耐久性を大幅に
向上させることができる。これは，他の実施例に適用す
る場合も同様である。上記は第１気筒あるいは第２気筒
のみで後噴射する場合を例に説明したが，それ以外の１
気筒あるいは複数の気筒で行ってもよい。

【００９５】実施例１０ 本例は，図２５に示すように，実施例９においては全サ
イクルで行った後噴射を，Ｍサイクル（Ｍ≧２，たとえ
ば４）毎に１回行うようにした例である。すなわち，第
１気筒において，Ｍサイクルに１回ずつまとめて従来の
Ｍ×４回分の後噴射を行う。これにより，実施例１で説
明した電磁弁１４に対する応答性の要求をさらに低下さ
せることができる。以上，第１気筒のみで後噴射する場
合を例に説明したが，これはそれ以外の１気筒あるいは
複数の気筒で行ってもよい。また，実施例９と同様に，
膨張行程後半での後噴射と膨張行程前半での後噴射をそ
れぞれ異なる１気筒あるいは複数の気筒で行ってもよ
い。

【００９６】実施例１１ 本例は，図２６に示すように，上記実施例９および実施
例１０において，第１気筒あるいは特定の気筒のみで行
った後噴射を，その他の気筒でも順次切り換えて実施す
るようにした例である。すなわち，たとえば第１〜４気
筒がそれぞれ４サイクルに１回ずつまとめて４気筒分の
後噴射を行い，この後噴射を行う気筒を，たとえば第
１，第２，第４，第３気筒というように１サイクル毎に
順次変更していくようにする。

【００９７】これにより，上記実施例１０で説明した効
果に加え，第１気筒の噴射ノズルシート部の耐久性を向
上させることができる。なお，後噴射する気筒を順次変
更する方法としては，図２６に示す方法以外に，たとえ
ば４気筒エンジンであれば，図２７，図２８に示すよう
に，気筒によらず２回あるいは４回の主噴射だけの噴射
を行ったら，その次に噴射する気筒は主噴射と後噴射を
行うようにして後噴射する気筒を順次変更してもよい。

【００９８】以上は，１サイクル中１気筒のみで後噴射
する場合を例に説明したが，後噴射は複数の気筒で行っ
てもよい。また，実施例９，実施例１０と同様に，膨張
行程後半での後噴射と膨張行程前半での後噴射をそれぞ
れ異なる１気筒あるいは複数の気筒で行ってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の排気浄化装置のシステム構成図。

【図２】実施例１の排気浄化装置における後噴射時期と
噴射量（ａ）および排気温度（ｂ）の関係を示す図。

【図３】実施例１において後噴射量と排気温度の関係を
示す図。

【図４】実施例１においてエンジン回転数とエンジント
ルクに対する排気温度の関係を示す図。

【図５】実施例１の排気浄化装置の制御フローチャー
ト。

【図６】実施例１におけるクランク角度と燃料噴射量の
関係を示す図。

【図７】実施例２の排気浄化装置のシステム構成図。

【図８】実施例３の排気浄化装置のシステム構成図。

【図９】実施例３の排気浄化装置の制御フローチャー
ト。

【図１０】実施例３の排気浄化装置の他のシステム構成
図。

【図１１】実施例４の排気浄化装置のシステム構成図。

【図１２】実施例４の排気浄化装置の制御フローチャー
ト。

【図１３】実施例４におけるクランク角度と燃料噴射量
の関係を示す図（排気温度が所定値より高い場合）。

【図１４】実施例４におけるクランク角度と燃料噴射量
の関係を示す図（排気温度が所定値以下の場合）。

【図１５】実施例４の排気浄化装置の他のシステム構成
図。

【図１６】実施例５の排気浄化装置の制御フローチャー
ト。

【図１７】実施例６の排気浄化装置のシステム構成図。

【図１８】実施例６の排気浄化装置の他のシステム構成
図。

【図１９】実施例７において触媒温度と窒素酸化物浄化
率の関係を示す図。

【図２０】実施例７において後噴射の時期と発生する炭
化水素の炭素数の関係を示す図。

【図２１】実施例７の排気浄化装置の制御フローチャー
ト。

【図２２】実施例７において排気温度と後噴射の時期の
関係を示す図。

【図２３】実施例８の排気浄化装置の制御フローチャー
ト。

【図２４】実施例９において各気筒の燃料噴射の発生タ
イミングと噴射量の関係を示す図。

【図２５】実施例１０において各気筒の燃料噴射の発生
タイミングと噴射量の関係を示す図。

【図２６】実施例１１において各気筒の燃料噴射の発生
タイミングと噴射量の関係を示す図。

【図２７】実施例１１において各気筒の燃料噴射の発生
タイミングと噴射量の関係を示す他の図（その１）。

【図２８】実施例１１において各気筒の燃料噴射の発生
タイミングと噴射量の関係を示す他の図（その２）。

【図２９】従来装置において各気筒の燃料噴射の発生タ
イミングと噴射量の関係を示す他の図。

【符号の説明】

１．．．排気浄化装置， １７．．．排気処理手段（装置）， １８．．．燃料噴射制御手段（ＥＣＵ），

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大畑 耕一 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気筒毎に設けられた燃料噴射手段と，排
   気通路中に介装された排気処理手段と，運転状態検出手
   段と，この運転状態検出手段からの出力により排気温度
   を推定する排気温度推定手段と，この排気温度推定手段
   の出力を所定値と比較する温度比較手段と，この温度比
   較手段の出力に基づいて上記燃料噴射手段における燃料
   噴射時期と燃料噴射量とを決定し上記燃料噴射手段を作
   動させる燃料噴射制御手段とを有する内燃機関の排気浄
   化装置において，上記燃料噴射制御手段は，排気温度が
   上記所定値以下の場合には，機関出力発生のための主燃
   料噴射後に燃料の後噴射を指令し，これによって機関の
   排気温度を上記排気処理手段の作動に適した温度範囲に
   制御することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】 請求項１において，前記後噴射を機関の
   膨張行程前半で行うことを特徴とする内燃機関の排気浄
   化装置。
3. 【請求項３】 気筒毎に設けられた燃料噴射手段と，排
   気通路中に介装されたパティキュレート捕集手段と，パ
   ティキュレート捕集手段の入口側に設けた圧力検出手段
   と，運転状態検出手段と，この運転状態検出手段からの
   出力により排気温度を推定する排気温度推定手段と，こ
   の排気温度推定手段の出力を所定値と比較する温度比較
   手段と，上記運転状態検出手段と圧力検出手段の出力に
   基づいてパティキュレート捕集手段におけるパティキュ
   レート堆積量を算出する堆積量演算手段と，この堆積量
   演算手段の出力を所定値と比較する堆積量比較手段と，
   上記温度比較手段と堆積量比較手段の出力に基づいて上
   記燃料噴射手段における燃料噴射時期と燃料噴射量とを
   決定し燃料噴射手段を作動させる燃料噴射制御手段とを
   有する内燃機関の排気浄化装置において，上記燃料噴射
   制御手段は，パティキュレート捕集手段におけるパティ
   キュレート堆積量が所定値を越え，かつ排気温度が所定
   値以下の場合には，機関出力発生のための主燃料噴射の
   後に，機関の膨張行程前半における燃料の後噴射の実施
   を指令することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
4. 【請求項４】 気筒毎に設けられた燃料噴射手段と，排
   気通路中に介装された窒素酸化物還元手段と，運転状態
   検出手段と，この運転状態検出手段からの出力により排
   気温度を推定する排気温度推定手段と，この排気温度推
   定手段からの出力を所定値と比較する温度比較手段と，
   この温度比較手段の出力により上記燃料噴射手段におけ
   る燃料噴射時期と燃料噴射量とを決定し燃料噴射手段を
   作動させる燃料噴射制御手段とを有する内燃機関の排気
   浄化装置において，上記燃料噴射制御手段は，排気温度
   が所定値以上の場合には，機関出力発生のための主燃料
   噴射後に燃料の後噴射を膨張行程後半で実施し，排気温
   度が所定値以下の場合には，それに加えて後噴射を膨張
   行程前半でも実施するよう指令することを特徴とする内
   燃機関の排気浄化装置。
5. 【請求項５】 気筒毎に設けられた燃料噴射手段と，排
   気通路中に介装されたパティキュレート捕集手段と，排
   気通路中に介装された窒素酸化物還元手段と，パティキ
   ュレート捕集手段の入口側に設けた圧力検出手段と，運
   転状態検出手段と，この運転状態検出手段からの出力に
   より排気温度を推定する排気温度推定手段と，この排気
   温度推定手段からの出力を所定値と比較する温度比較手
   段と，前記運転状態検出手段と圧力検出手段からの出力
   によりパティキュレート捕集手段におけるパティキュレ
   ート堆積量を算出する堆積量演算手段と，この堆積量演
   算手段からの出力を所定値と比較する堆積量比較手段
   と，前記温度比較手段と堆積量比較手段からの出力によ
   り前記燃料噴射手段における燃料噴射時期と燃料噴射量
   とを決定し燃料噴射手段を作動させる燃料噴射制御手段
   とを有する内燃機関の排気浄化装置において，上記燃料
   噴射制御手段は，パティキュレート捕集手段におけるパ
   ティキュレート堆積量が所定値以下の場合には，機関出
   力発生のための主燃料噴射後の後噴射を膨張行程後半で
   実施し，パティキュレート捕集手段へのパティキュレー
   ト堆積量が所定値を越え，かつ排気温度が所定値以下の
   場合にはそれに加えて，後噴射を膨張行程前半でも実施
   するよう指令することを特徴とする内燃機関の排気浄化
   装置。
6. 【請求項６】 気筒毎に設けられた燃料噴射手段と，排
   気通路中に介装されたパティキュレート捕集手段と，排
   気通路中に介装された窒素酸化物還元手段と，パティキ
   ュレート捕集手段の入口側に設けた圧力検出手段と，運
   転状態検出手段と，この運転状態検出手段の出力に基づ
   いて排気温度を推定する排気温度推定手段と，この排気
   温度推定手段の出力に基づいて燃料噴射時期を補正変更
   する燃料噴射時期補正手段と，前記排気温度推定手段の
   出力を所定値と比較する温度比較手段と，上記運転状態
   検出手段と圧力検出手段の出力に基づいてパティキュレ
   ート捕集手段におけるパティキュレート堆積量を算出す
   る堆積量演算手段と，この堆積量演算手段の出力を所定
   値と比較する堆積量比較手段と，上記温度比較手段と堆
   積量比較手段の出力に基づいて上記燃料噴射手段におけ
   る燃料噴射時期と燃料噴射量とを決定し燃料噴射手段を
   作動させる燃料噴射制御手段とを有する内燃機関の排気
   浄化装置において，上記燃料噴射制御手段は，上記パテ
   ィキュレート捕集手段におけるパティキュレート堆積量
   が所定値以下の場合には，機関出力発生のための主燃料
   噴射後に，燃料の後噴射を機関の膨張行程後半で実施す
   るよう指令し，パティキュレート捕集手段におけるパテ
   ィキュレート堆積量が所定値を越え，かつ排気温度が所
   定値以下の場合には，それに加えて燃料の後噴射を膨張
   行程前半でも実施するよう指令し，かつ，パティキュレ
   ート堆積量が所定値以下の場合における膨張行程後半で
   の上記後噴射の噴射時期を排気温度推定手段の出力に基
   づいて変更し，排気温度が高温になるほど後噴射時期を
   設定時期より遅らせるよう指令することを特徴とする内
   燃機関の排気浄化装置。
7. 【請求項７】 請求項５又は請求項６において，前記パ
   ティキュレート捕集手段におけるパティキュレート堆積
   量が前記所定値を越え，かつ排気温度が前記所定値以下
   の場合には，膨張行程後半における後噴射を実施せず，
   膨張行程前半における後噴射のみを実施することを特徴
   とする内燃機関の排気浄化装置。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか１項において，
   前記燃料の後噴射は，特定の気筒対してのみ行わせるこ
   とを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
9. 【請求項９】 請求項１〜７のいずれか１項において，
   後噴射を膨張行程前半において行なわせる気筒と，後噴
   射を膨張行程後半で行なわせる気筒とが異なっているこ
   とを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
10. 【請求項１０】 請求項８又は請求項９において，複数
    サイクルに対する後噴射の噴射量をまとめて一度に実施
    し，後噴射の回数を少なくしたことを特徴とする内燃機
    関の排気浄化装置。
11. 【請求項１１】 請求項８〜１０のいずれか１項におい
    て，後噴射を行なわせる気筒を順次切り換えて変更する
    ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
12. 【請求項１２】 請求項１〜１１のいずれか１項におい
    て，前記排気温度推定手段に換えて，温度検出手段によ
    って排気温度を直接検出するようにしたことを特徴とす
    る内燃機関の排気浄化装置。