JP2001041025A - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】触媒によるＮＯｘ浄化率の向上を図る。 【解決手段】エンジンの排気通路２０に配置され還元剤
によって排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する触媒２２
と、該触媒２２に供給される還元剤の量を増やす還元剤
増量手段と、上記触媒２２のＮＯｘ浄化度合を検出する
検出手段１９と、上記還元剤増量手段によって還元剤を
増量しているときに、上記検出手段１９によって検出さ
れるＮＯｘ浄化度合が所定度合以下になったときには、
上記還元剤増量手段による還元剤の増量を一時的に抑制
する抑制手段とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエンジンの排気浄化
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンの燃料噴射装置とし
て、例えば特開平６−２１２９６１号公報に開示される
ように、気筒の圧縮上死点近傍で通常の燃料噴射を行う
他に、所定の運転状態では膨張行程中期から排気行程に
かけて少量の燃料（軽油）を追加供給して、排気中の還
元剤成分の濃度を高めることにより、排気通路に設けた
ＮＯｘ吸収材の機能を回復させる（触媒のリフレッシ
ュ）ようにしたものが知られている。

【０００３】すなわち、前記ＮＯｘ吸収材は、排気中の
酸素濃度が高いときにＮＯｘを吸収する一方、酸素濃度
が減少すればＮＯｘを放出するが、ＮＯｘの吸収量が増
えるに連れて吸収性能が低下する性質を有する。そこ
で、前記従来の燃料噴射装置では、ＮＯｘ吸収材の吸収
性能が大きく低下する前に、気筒の膨張行程中期以降で
追加の燃料を噴射し、この燃料の燃焼により排気中の酸
素を消費させて酸素濃度を低下させるとともに、排気中
のＣＯやＨＣ（炭化水素）等の還元剤成分の濃度を高め
て、その還元剤成分によりＮＯｘ吸収材からのＮＯｘの
放出を促し、かつそのＮＯｘを十分に還元浄化して、Ｎ
Ｏｘ吸収材の吸収性能を回復させるようにしている。

【０００４】また、特開平９−２２８８８２号公報に
は、同じくディーゼルエンジンにおいて、燃料を吸気行
程での噴射と圧縮行程上死点付近での噴射とに分割し、
さらには膨張行程所期にも噴射されるように分割するこ
とにより、ＮＯｘの発生を抑制することが記載されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】エンジンの排気通路に
ＮＯｘを還元浄化する触媒を配置した場合、排気ガス中
の還元剤量を増やすと、その増量前に比べて当該触媒に
よるＮＯｘ浄化率が上昇することは一般に知られてい
る。しかし、本発明者の研究によれば、そのＮＯｘ浄化
率の上昇は一時的なものであり、その増量状態が継続す
ると、ＮＯｘ浄化率が低下し、還元剤増量の効果が実質
的に失われることがわかった。すなわち、本発明の課題
は、この還元剤増量効果の消失に対策することにある。

【０００６】また、本出願人は、ディーゼルエンジンの
圧縮行程上死点付近で燃料を複数回に分割して燃焼室に
噴射するようにし、且つその分割態様を最初の噴射から
最後の噴射まで燃焼が途絶えないものにする多段噴射制
御についての発明を出願した（特願平１１−６２７５５
号）。本発明の他の課題は、この多段噴射制御をＮＯｘ
浄化に有効に利用することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
上記還元剤増量効果の消失に対策するためにその増量を
適宜抑制するようにしたものであり、エンジンの排気通
路に配置され還元剤によって排気ガス中のＮＯｘを還元
浄化する触媒と、該触媒に供給される還元剤の量を増や
す還元剤増量手段とを備えたエンジンの排気浄化装置に
おいて、上記触媒のＮＯｘ浄化度合を検出する検出手段
と、上記還元剤増量手段によって還元剤を増量している
ときに、上記検出手段によって検出されるＮＯｘ浄化度
合が所定度合以下になったときには、上記還元剤増量手
段による還元剤の増量を一時的に抑制する抑制手段とを
備えていることを特徴とする。

【０００８】すなわち、本発明者の研究によれば、還元
剤増量の効果は、増量開始から所定時間は継続するが、
その後ＮＯｘ浄化率が大きく低下して、還元剤増量前の
状態と実質的に変わらなくなる。図１は圧縮行程上死点
付近で燃料の主噴射を行ない該上死点からクランク角度
９０度経過した時点で少量の燃料の後噴射をするという
噴射制御を継続して行なったときのキャタ（触媒）前の
ＮＯｘ濃度、キャタ後のＮＯｘ濃度及びこの両ＮＯｘ濃
度から求まるＮＯｘ浄化率をグラフにしたものである。
この場合、排気ガス中の還元剤量は上記後噴射によって
増えることになる。

【０００９】このように、還元剤増量によってＮＯｘ浄
化率が一時的に高くなった後に大きく低下しているの
は、増量当初は還元剤、例えばＨＣの酸化が比較的緩慢
であるため該ＨＣによるＮＯｘの還元反応が効率良く進
むが、時間がたつと温度上昇に伴ってＨＣの酸化反応が
優勢になり（酸化が進み易くなり）、該ＨＣがＮＯｘの
還元に有効に働かなくなるためと考えられる。

【００１０】そこで、本発明では、還元剤の増量後、Ｎ
Ｏｘ浄化度合が所定度合以下まで下がった時点でその増
量を一時的に抑制することにより、当該還元剤の酸化反
応を沈静化し、次の還元剤増量によって再びＮＯｘ浄化
が効率良く進むようにしたものである。

【００１１】上記還元剤の増量を抑制した後の再度増量
するタイミングは、当該抑制から所定時間経過した時点
とすることができ、あるいは当該抑制後にＮＯｘ浄化度
合が上記所定度合よりも低い第２の所定度合に低下した
時点とすることができる。

【００１２】還元剤の増量はエンジン燃焼室に対する燃
料供給を制御することにより実行することができ、ま
た、このようなエンジンの燃焼制御とは別に排気通路に
還元剤、例えばＨＣを供給することによって実行するこ
とができる。また、還元剤増量の抑制は、その還元剤供
給量を減らすものであっても、その還元剤の供給を停止
するものであってもよい。

【００１３】請求項２に係る発明は、請求項１に記載さ
れているエンジンの排気浄化装置において、上記ＮＯｘ
浄化度合検出手段は、上記還元剤増量手段による還元剤
増量開始から所定時間を経過したときに上記ＮＯｘ浄化
度合が所定度合以下になったと推定することを特徴とす
る。

【００１４】上記ＮＯｘ浄化度合は、触媒下流の排気ガ
ス中のＮＯｘ濃度をみるＮＯｘセンサ、酸素濃度をみる
酸素センサ等によって検出することもできるが、この発
明では、還元剤の増量開始からの経過時間に基いて還元
剤増量の抑制を管理するようにしたものである。すなわ
ち、還元剤の増量を行なった場合、ＮＯｘ浄化率が一旦
上昇した後に時間の経過とともに低下していくことか
ら、当該増量から所定時間を経過したときにはＮＯｘ浄
化度合が所定度合以下になったとして、その増量を抑制
するものである、請求項３に係る発明は、請求項２に記
載されているエンジンの排気浄化装置において、上記所
定時間が排気ガスの状態に応じて補正されることを特徴
とする。

【００１５】すなわち、上記増量効果は時間の経過とと
もに失われていくが、例えば排気ガス温度が高いときは
ＮＯｘ浄化度合の低下速度が遅く、排気ガス量が多いと
き、あるいは排気ガス中の酸素濃度が高いときにはＮＯ
ｘ浄化度合の低下速度が速くなる。そこで、この発明で
はそのような排気ガスの状態に応じて上記還元剤の増量
を抑制するための所定時間を補正するようにしものであ
る。

【００１６】請求項４に係る発明は、請求項１に記載さ
れているエンジンの排気浄化装置において、上記還元剤
増量手段は、エンジン燃焼室への燃料の噴射量、噴射時
期及び噴射回数のうちの少なくとも一つを排気ガス中の
還元剤が増えるように制御するものであることを特徴と
する。

【００１７】すなわち、燃料噴射量をそのときのエンジ
ン運転状態に対応する要求噴射量よりも増大させれば、
排気ガス中にＮＯｘの還元剤となるＨＣ（未燃ガスある
いは不完全燃焼ガス）及びＣＯが増えることになる。燃
料の噴射時期を例えば通常よりも遅らせば排気ガス中の
還元剤たるＨＣ及びＣＯが増えることになる。また、燃
料の噴射回数を増やし、その一部の噴射時期を遅くしあ
るいは早めれば排気ガス中の還元剤たるＨＣ及びＣＯが
増えることになる。

【００１８】請求項５に係る発明は、請求項４に記載さ
れているエンジンの排気浄化装置において、上記還元剤
増量手段は、上記燃焼室への燃料の噴射を、エンジンの
圧縮行程上死点付近で行なう主噴射と、該主噴射時期以
外の時期に少なくとも１回行なう副噴射とに分割するこ
とによって、排気ガス中の還元剤を増やすことを特徴と
するものである。

【００１９】上記副噴射を行なう時期としては、吸気行
程始めから圧縮行程後期までの期間、あるいは主噴射後
の膨張行程初期から排気行程終わりまでの期間のいずれ
であってもよく、これにより、排気ガス中の還元剤たる
ＨＣ及びＣＯが増えることになる。

【００２０】請求項６に係る発明は、請求項５に記載さ
れているエンジンの排気浄化装置において、上記エンジ
ンは複数の気筒を有し、上記還元剤増量手段は、上記複
数気筒のうちの一部の気筒について上記副噴射を行なう
ことを特徴とする。

【００２１】すなわち、上記副噴射は排気ガス中の還元
剤の増量に有効であるが、その副噴射量が多くなり過ぎ
ると、燃費の悪化につながる。従って、複数気筒の全て
に副噴射を行なう場合、燃費の悪化を避けるために各気
筒に対する１回の副噴射量を低い値に抑える必要があ
る。しかし、燃料噴射弁の特性上、１回の副噴射量を抑
えることには限界があり、副噴射量がばらついて所期の
還元剤増量が図れなかったり、燃費の悪化を招く。そこ
で、この発明では一部の気筒に対してのみ副噴射を行な
うようにし、燃費の大きな悪化を招くことなく所期の還
元剤増量を図ることができるようにしたものである。副
噴射は特定の気筒に対して継続的に行なうこともできる
が、複数気筒から所定のパターンで気筒を順に選択して
副噴射を実行するようにしてもよい。

【００２２】請求項７に係る発明は、請求項４に記載さ
れているエンジンの排気浄化装置において、エンジンの
圧縮行程上死点付近で燃料をエンジンの運転状態に応じ
て分割して噴射する燃料噴射制御手段を備え、上記還元
剤増量手段は、上記上死点付近における燃料噴射の分割
回数を減少させ又は噴射の中断時間を長くすることによ
って、排気ガス中の還元剤を増やすことを特徴とする。

【００２３】すなわち、圧縮行程上死点近傍で燃料噴射
弁によって燃料が噴射されると、その燃料は全体として
円錐形状の噴霧を形成しながら燃焼室に広がるととも
に、空気との摩擦により***を繰り返して微小な油滴に
なり（燃料の微粒化）、それらの油滴の表面から燃料が
蒸発して燃料蒸気が生成される（燃料の気化霧化）。エ
ンジンの燃焼性を向上させるためには、例えば燃圧を高
めて燃料の噴出速度を大きくすることにより、前記の燃
料の微粒化を促進することが望ましいが、このようにす
ると、燃焼室内の空気は圧縮されるに従って粘性が高く
なるため、先に噴出した燃料の油滴に、続いて噴出した
別の燃料の油滴が追いついて再び結合してしまうので、
結局、燃料の微粒化ひいては気化霧化を十分に促進する
ことは困難であった。

【００２４】これに対し、圧縮行程上死点付近で燃料を
エンジンの運転状態に応じて分割して噴射するようにす
れば、燃料噴射弁が一旦閉じてから次に開くまでの間は
燃料の噴出が中断するので、先の開弁によって噴出した
燃料の油滴に、次の開弁によって噴出した燃料の油滴が
追いつくことはなく、上記油滴同士の再結合が大幅に抑
制される。このことで、例えば燃料の高圧化によりその
微粒化ひいては気化霧化を十分に促進することができ、
燃料蒸気と空気との混合状態が大幅に改善されて、燃焼
状態が極めて良好なものになることで、燃費が改善され
るとともに、燃焼に伴うスモークの生成も抑えられる。

【００２５】さらに、燃料噴射弁が最初に開いてから最
後に閉じるまでの時間は相対的に長くなるものの、その
間に断続的に噴射される燃料は上述の如く良好に気化霧
化されて拡散燃焼するので、燃料噴射時期を遅角補正し
た場合のように燃焼状態が悪くなることはなく、むし
ろ、燃焼室の圧力が相対的に長い間、高い状態に維持さ
れて、燃焼ガスの膨張力が極めて有効にピストンに伝達
されることで、機関効率の向上によって燃費がさらに改
善される。

【００２６】本発明は、このように圧縮行程上死点付近
の所定期間内で燃料の分割噴射を実行するものにおい
て、還元剤を増量すべきときに、その分割回数の減少又
は噴射の中断時間の拡大を行なうようにしたものであ
る。すなわち、その分割回数の減少は気化・霧化の向上
に不利になるから、それによって燃焼性が低下して排気
ガス中の還元剤たるＨＣ及びＣＯが増える。また、噴射
中断時間が長くなると、その後に噴射された燃料が直ち
に拡散燃焼せず、燃焼性の低下によって排気ガス中の還
元剤たるＨＣ及びＣＯが増えることになる。

【００２７】請求項８に係る発明は、請求項４乃至請求
項７のいずれか一に記載されているエンジンの排気浄化
装置において、上記還元剤増量手段及び還元剤増量抑制
手段は、エンジンの定常運転状態において働くことを特
徴とする。

【００２８】すなわち、エンジンのアイドル運転時、加
速運転時及び減速運転時には、各々の運転状態に応じた
燃料噴射制御を行なうために、還元剤の増量及びその抑
制は行なわないものである。

【００２９】請求項９に係る発明は、請求項１乃至請求
項８のいずれか一に記載されているエンジンの排気浄化
装置において、上記触媒は、ゼオライトに触媒金属を担
持させてなることを特徴とする。

【００３０】すなわち、ゼオライトに触媒金属を担持さ
せてなる触媒は、排気ガス中のＮＯｘを理論空燃比より
も酸素過剰な雰囲気で還元浄化することに有用であり、
また、還元剤の増量及びその抑制の繰り返しにより、比
較的高いＮＯｘ浄化性能が得られる。

【００３１】請求項１０に係る発明は、エンジンの排気
通路に配置され還元剤によって排気ガス中のＮＯｘを還
元浄化する触媒と、エンジンの圧縮行程上死点付近で燃
料をエンジンの運転状態に応じて分割して噴射する燃料
噴射制御手段と、所定時間毎に排気ガス中の還元剤の増
量、排気ガス温度の上昇又は排気圧力の上昇を生ずるよ
うに上記燃料噴射制御手段による分割噴射の制御態様を
変更する制御態様変更手段とを備えていることを特徴と
するエンジンの排気浄化装置である。

【００３２】このように、所定時間毎に排気ガス中の還
元剤が増量し、排気ガス温度が上昇し又は排気圧力が上
昇すると、触媒におけるＮＯｘ還元反応が刺激を受けて
該触媒の活性状態が維持され易く、ＮＯｘ浄化に有利に
なる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、エンジ
ンの排気通路に排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する触媒
を配置し、該触媒に供給される還元剤の量を増やす還元
剤増量手段を設けるとともに、触媒のＮＯｘ浄化度合が
所定度合以下になったときに還元剤の増量を一時的に抑
制する手段を設けたから、還元剤の増量を触媒のＮＯｘ
浄化に有効に利用することができ、ＮＯｘ浄化率が向上
する。

【００３４】また、上記還元剤増量手段による還元剤増
量開始から所定時間を経過したときに上記ＮＯｘ浄化度
合が所定度合以下になったと推定するようにしたものに
よれば、ＮＯｘセンサを設けることなく、簡単に還元剤
の増量及びその抑制を実行することができる。

【００３５】上記還元剤増量手段として、エンジン燃焼
室への燃料の噴射を、エンジンの圧縮行程上死点付近で
行なう主噴射と、該主噴射時期以外の時期に少なくとも
１回行なう副噴射とに分割することによって排気ガス中
の還元剤を増やす、燃料噴射制御を採用したものによれ
ば、排気通路に還元剤を別途供給することなく、還元剤
の増量を実行することができる。

【００３６】エンジンの複数気筒のうちの一部の気筒に
ついて上記副噴射を行なうようにしたものによれば、副
噴射量のばらつきを防止して、燃費の悪化を招くことな
く所期の還元剤増量を図ることができる。

【００３７】エンジンの圧縮行程上死点付近で燃料をエ
ンジンの運転状態に応じて分割して噴射する燃料噴射制
御手段を備え、上記還元剤増量手段が、上記上死点付近
における燃料噴射の分割回数を減少させ又は噴射の中断
時間を長くすることによって排気ガス中の還元剤を増や
すものによれば、燃費の改善、スモークの防止を図りな
がら、還元剤の増量を図ることができる。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００３９】（全体構成）図２は本発明の実施形態に係
るディーゼルエンジンの燃料噴射装置Ａの全体構成を示
し、１は車両に搭載された多気筒ディーゼルエンジンで
ある。このエンジン１は複数の気筒２，２，…（１つの
み図示する）を有し、その各気筒２内に往復動可能にピ
ストン３が嵌挿されていて、このピストン３によって各
気筒２内に燃焼室４が区画されている。また、燃焼室４
の上面の略中央部には、インジェクタ（燃料噴射弁）５
が先端部の噴孔を燃焼室４に臨ませて配設され、各気筒
毎の所定の噴射タイミングで開閉作動されて、燃焼室４
に燃料を直接噴射するようになっている。さらに、図示
しないエンジン１のウオータジャケットに臨むように、
冷却水の温度（エンジン水温）を検出する水温センサ１
８が設けられている。

【００４０】前記各インジェクタ５は高圧の燃料を蓄え
る共通のコモンレール（蓄圧室）６に接続されていて、
そのコモンレール６には、内部の燃圧（コモンレール
圧）を検出する圧力センサ６ａが配設されているととも
に、クランク軸７により駆動される高圧供給ポンプ８が
接続されている。この高圧供給ポンプ８は、圧力センサ
６ａにより検出されるコモンレール６内の燃圧が所定値
以上（例えば、アイドル運転時に約２０ＭＰａ、それ以
外の運転状態では５０ＭＰａ以上）に保持されるように
作動する。また、クランク軸７に対してその回転角度を
検出するクランク角センサ９が設けられている。このク
ランク角センサ９は、クランク軸７の端部に設けた被検
出用プレートと、その外周に相対向するように配置され
電磁ピックアップとからなり、その電磁ピックアップが
被検出用プレートの外周部全周に所定角度おきに形成さ
れた突起部の通過に対応してパルス信号を出力するよう
になっている。

【００４１】また、１０はエンジン１の燃焼室４に対し
エアクリーナ（図示省略）で濾過した吸気（空気）を供
給する吸気通路であり、この吸気通路１０の下流端部
は、サージタンク（図示省略）を介して気筒毎に分岐し
て、それぞれ吸気ポートにより各気筒２の燃焼室４に接
続されている。また、サージタンクには各気筒２に供給
される過給圧力を検出する吸気圧センサ１０ａが設けら
れている。前記吸気通路１０には上流側から下流側に向
かって順に、エンジン１に吸入される吸気流量を検出す
るホットフィルム式エアフローセンサ１１と、タービン
２１により駆動されて吸気を圧縮するブロワ１２と、こ
のブロワ１２により圧縮した吸気を冷却するインターク
ーラ１３と、吸気通路１０の断面積を変える吸気絞り弁
１４とがそれぞれ設けられている。この吸気絞り弁１４
は、全閉状態でも吸気が流通可能なように切り欠きが設
けられたバタフライバルブからなり、ＥＧＲ弁２４と同
様、ダイヤフラム１５に作用する負圧の大きさが負圧制
御用の電磁弁１６により調節されることで、弁の開度が
制御されるようになっている。また、前記吸気絞り弁１
４の開度を検出するセンサが設けられている。

【００４２】また、２０は各気筒２の燃焼室４から排気
を排出する排気通路で、この排気通路２０の上流端部は
分岐してそれぞれ排気ポートにより各気筒２の燃焼室４
に接続されている。この排気通路２０には、上流側から
下流側に向かって順に、排気の空燃比が略理論空燃比の
ときを境に出力が急変するラムダＯ₂ センサ（図示省
略）と、排気流により回転されるタービン２１と、排気
中のＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘ等を浄化する触媒２２と、触
媒２２を通過した排気ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮ
Ｏｘセンサ１９とが配設されている。

【００４３】前記触媒２２は、軸方向（排気の流れ方
向）に沿って互いに平行に延びる多数の貫通孔を有する
ハニカム構造のコージェライト製担体の各貫通孔壁面に
触媒層を２層に形成したもので、具体的に、内側触媒層
には白金Ｐｔ等の貴金属とＮＯｘ吸収材であるバリウム
Ｂａとが、多孔質材料であるアルミナやセリアをサポー
ト材として担持されており、一方、外側触媒層には白金
ＰｔとロジウムＲｈとＢａとが多孔質材料であるゼオラ
イトをサポート材として担持されている。

【００４４】この触媒２２は、排気中の酸素濃度が高い
とき、即ち燃焼室４の空燃比がリーンな状態のときにＢ
ａがＮＯｘを吸収し、該燃焼室４の空燃比が略理論空燃
比付近又はそれよりもリッチな状態になって、排気中の
酸素濃度が低下すれば、Ｂａが吸収したＮＯｘを放出
し、この放出されるＮＯｘを上記触媒金属が還元浄化す
る吸収還元タイプのものである。

【００４５】尚、前記触媒２２において、不純物は１％
以下であることが好ましい。また、前記バリウムＢａに
代えてそれ以外のアルカリ土類金属やナトリウムＮａ等
のアルカリ金属、又は希土類金属のうちの少なくとも一
種を用いるようにしてもよい。また、前記内側触媒層の
サポート材としてゼオライトを用いてもよく、その場合
には前記外側触媒層のサポート材として、アルミナ又は
セリアを用いてもよい。さらに、前記触媒２２として
は、担体の壁表面にアルミナやセリアがサポート材とし
て担持された触媒層を形成し、このサポート材に、白金
Ｐｔ、ロジウムＲｈ、パラジウムＰｄ等の貴金属と、カ
リウムＫ等のアルカリ金属やバリウムＢａ等のアルカリ
土類金属とを担持した１層コートタイプのものを用いて
もよい。

【００４６】前記タービン２１及びブロワ１２からなる
ターボ過給機２５は、排気流路のノズル断面積が変化す
るＶＧＴ（バリアブルジオメトリーターボ）である。

【００４７】前記排気通路２０は、タービン２１よりも
上流側の部位で、排気の一部を吸気側に還流させる排気
還流通路（以下ＥＧＲ通路という）２３の上流端に分岐
接続されている。このＥＧＲ通路２３の下流端は吸気絞
り弁１４よりも下流側の吸気通路１０に接続されてお
り、そのＥＧＲ通路２３の途中の下流端寄りには、開度
調節可能な負圧作動式の排気還流量調節弁（以下ＥＧＲ
弁という）２４が配置されていて、排気通路２０の排気
の一部をＥＧＲ弁２４により流量調節しながら吸気通路
１０に還流させるようになっている。

【００４８】前記ＥＧＲ弁２４は、図示しない弁本体が
スプリングによって閉方向に付勢されている一方、ダイ
ヤフラム２４ａにより開方向に作動されて、ＥＧＲ通路
２３の開度をリニアに調節するものである。すなわち、
前記ダイヤフラム２４ａには負圧通路２７が接続され、
この負圧通路２７が負圧制御用の電磁弁２８を介してバ
キュームポンプ（負圧源）２９に接続されていて、その
電磁弁２８が後述のＥＣＵ３５からの制御信号によって
負圧通路２７を連通又は遮断することにより、ＥＧＲ弁
駆動負圧が調節されて、ＥＧＲ弁２４が開閉作動される
ようになっている。また、ＥＧＲ弁２４の弁本体の位置
を検出するリフトセンサ２６が設けられている。

【００４９】前記各インジェクタ５、高圧供給ポンプ
８、吸気絞り弁１４、ＥＧＲ弁２４、ターボ過給機２５
等はコントロールユニット（Engine Contorol Unit：以
下ＥＣＵという）３５からの制御信号によって作動する
ように構成されている。一方、このＥＣＵ３５には、前
記圧力センサ６ａからの出力信号と、クランク角センサ
９からの出力信号と、エアフローセンサ１１からの出力
信号と、水温センサ１８からの出力信号と、ＥＧＲ弁２
４のリフトセンサ２６からの出力信号と、車両の運転者
による図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル開
度）を検出するアクセル開度センサ３２からの出力信号
とが少なくとも入力されている。

【００５０】そして、インジェクタ５の作動による燃料
噴射制御が行われて、燃料噴射量及び燃料噴射時期がエ
ンジン１の運転状態に応じて制御されるとともに、高圧
供給ポンプ８の作動によるコモンレール圧力、即ち燃量
噴射圧の制御が行われ、これに加えて、吸気絞り弁１４
の作動による吸入空気量の制御と、ＥＧＲ弁２４の作動
による排気還流量の制御と、ターボ過給機２５の作動制
御（ＶＧＴ制御）とが行なわれるようになっている。

【００５１】（燃料噴射制御）ＥＣＵ３５には、エンジ
ン１の目標トルク及び回転数の変化に応じて実験的に決
定した最適な燃料噴射量Ｑを記録した燃料噴射量マップ
が、メモリ上に電子的に格納して備えられている。そし
て、通常は、アクセル開度センサ３２からの出力信号に
基づいて求めた目標トルクとクランク角センサ９からの
出力信号に基づいて求めたエンジン回転数とに基づい
て、前記燃料噴射量マップから基本燃料噴射量Ｑbaseが
読み込まれ、この基本燃料噴射量Ｑbaseと圧力センサ６
ａにより検出されたコモンレール圧力とに基づいて、各
インジェクタ５の励磁時間（開弁時間）が決定されるよ
うになっている。尚、前記のようにして求めた燃料噴射
量をエンジン水温や大気圧等に応じて補正した上で、こ
の補正後の燃料噴射量を基本燃料噴射量Ｑbaseとしても
よい。

【００５２】前記のような基本的な燃料噴射制御によっ
て、エンジン１の目標トルク（エンジン１への要求出
力）に対応する量の燃料が供給され、エンジン１は燃焼
室４における平均的空燃比がかなりリーン（Ａ/Ｆ≧１
８）な状態で運転される。すなわち、エンジン１の目標
トルクをアクセル開度とエンジン回転数とに基づいて正
確に検出することができ、その目標トルクに対応する量
以上の余分な燃料は噴射しないことで、燃費改善が図ら
れるようになっている。前記アクセル開度センサ３２及
びクランク角センサ９により、エンジン１への要求出力
を検出する要求出力検出手段が構成されている。

【００５３】また、この実施形態では、エンジン１の定
常運転時に排気通路２０に設けられた触媒２２のＮＯｘ
浄化度合を検出（推定）し、このＮＯｘ浄化度合に基い
て燃料噴射制御を行なうことにより、触媒２２に供給さ
れる還元剤の増量と抑制とを繰り返し、トータル的に高
いＮＯｘ浄化率が得られるようにしている。具体的に
は、燃料噴射制御によって還元剤を増量しているとき
に、ＮＯｘ浄化度合が所定値以上に低下したときには当
該増量制御を抑制（ここでは中止）し、該中止によって
還元剤の触媒２２における酸化反応がある程度沈静化し
た後に、当該還元剤の増量制御を再開するものである。

【００５４】 −還元剤の増量を図る燃料噴射制御について− 上記燃料噴射制御の一つ態様は、排気ガス中の還元剤の
増量を行なわないときは、図３に示すようにエンジン圧
縮行程上死点付近でエンジンの要求トルクに対応する主
噴射のみを行ない、還元剤を増量するときには当該主噴
射に加えてエンジン吸気行程前半において、副噴射を行
なうというものである。この副噴射による燃料の増量に
よって燃焼室４の空燃比を略理論空燃比若しくはそれよ
りもリッチな状態とし、排気ガス中の還元剤たるＨＣ及
びＣＯ量を増やすものである。また、この副噴射を吸気
行程前半に行なうのは、その副噴射燃料の気化・霧化を
促進し、圧縮行程上死点に至るまでに燃焼させて燃焼室
温度を高め、主噴射燃料の着火性を高めるためである。
これにより、スモークの生成を抑えながら、排気ガス中
の酸素濃度を下げることができる。主噴射は分割するこ
となく一度に行なってもよいが、ここでは３回に分割し
て行なう例を示す。

【００５５】上記燃料噴射制御の他の態様は、上記副噴
射によって燃料を増量するのではなく、圧縮行程上死点
付近で行なう主噴射の各回の燃料噴射量及び噴射中断時
間（インジェクタ５の噴孔が閉じてから次に開くまでの
インターバル）Δｔを変更することによって還元剤の増
量を行なうものである。すなわち、排気ガス中の還元剤
の増量を行なわないときには、例えば燃費率の低減、ス
モーク発生量の低減をねらいとして各回の燃料噴射量及
び噴射中断時間Δｔを設定し、当該還元剤量を増やすと
きには例えば総燃料噴射量を各回に等分し、噴射中断時
間Δｔを長くする。還元剤の増量を行なわないときのΔ
ｔは例えば１００〜７００μ秒とし、還元剤の増量を行
なうときのΔｔは例えば７００〜１０００μ秒とする。
各回の開弁時間は８００μ秒以下に設定し、３回目の噴
射が終了するときのクランク角は圧縮上死点後３５°よ
り前に設定する。

【００５６】−主噴射の３分割について− 上記３分割噴射の基本的作用は次の通りである。すなわ
ち、インジェクタ５の噴孔から噴出した燃料は全体とし
て円錐形状の噴霧を形成しながら燃焼室４に広がるとと
もに、空気との摩擦により***を繰り返して微小な油滴
になり、それらの油滴の表面から燃料が蒸発して燃料蒸
気が生成される。その際、前記のように燃料が３回に分
けて噴射されることで、そのうちの最初に噴射された燃
料による予混合燃焼の割合は相対的に少なくなり、燃焼
初期に燃焼圧や燃焼温度が過度に上昇することがなくな
るので、ＮＯｘの生成が低減する。

【００５７】また、噴射中断時間Δｔが１００μ秒以上
に設定されているので、１回目の噴射によって噴出した
燃料の油滴に２回目の噴射による燃料の油滴が追いつく
ことは殆どなく、また、その２回目の噴射による燃料油
滴に３回目の噴射による燃料油滴が追いつくことも殆ど
ない。特に、この実施形態では、前記２回目の噴射を圧
縮上死点以降に行うようにしているので、この噴射され
た燃料が直ちに燃焼し、燃焼室４の圧力が大きく上昇し
て圧縮空気の粘性が高くなるので、３回目に噴射された
燃料の油滴は直ちに減速され、先に噴射された燃料の油
滴に追いつくことはない。

【００５８】しかも、各回の開弁時間が略８００μ秒以
下に設定されているので、各回の燃料噴射量が少なく、
その燃料噴霧中での油滴同士の再結合も最小限に抑制さ
れる。つまり、一旦、微粒化した油滴同士の再結合が最
小限に抑えられるので、例えば燃圧を高めて燃料の噴出
速度を大きくすることにより、燃料の微粒化ひいては気
化霧化が十分に促進して、燃料蒸気と空気との混合状態
を大幅に改善することができる。

【００５９】また、噴射中断時間Δｔが１０００マイク
ロ秒以下に設定されているので、２回目に噴射された燃
料は１回目に噴射された燃料の燃焼が終了する前に燃焼
し始め、また、３回目に噴射された燃料も２回目に噴射
された燃料の燃焼が終了する前に燃焼するというよう
に、各噴射による燃料が途切れることなく良好に燃焼さ
れる。加えて、前記３回目の噴射の終了時期が気筒２の
圧縮上死点後３５°より以前とされているので、燃焼が
過度に緩慢になることもない。

【００６０】要するに、主噴射を分割して行うことによ
り、噴射された燃料の燃焼状態を極めて良好なものにし
て、燃費改善とスモーク生成の抑制とを実現できる。ま
た、噴射終了時期は相対的に遅くなるものの、その間に
断続的に噴射される燃料は上述の如く良好に気化霧化さ
れて拡散燃焼するので、燃料噴射時期を遅角補正した場
合のように燃焼状態が悪くなることはなく、むしろ、燃
焼室４の圧力が相対的に長い間、高い状態に維持され
て、燃焼ガスの膨張力が極めて有効にピストン３に伝達
されるようになり、機械効率の向上によっても燃費の改
善が図られる。

【００６１】そして、前記のように燃料が良好に燃焼さ
れて燃焼エネルギーそのものが大きくなる上に、燃焼の
終了時期が遅くなって、排気の一部が温度状態が高いう
ちに排気通路２０に流出するようになるので、排気圧力
及び排気温度を上昇させて、触媒２２の早期昇温を促す
ことができる。

【００６２】次に主噴射の分割回数及び噴射中断時間Δ
ｔが排気温度等に及ぼす影響についてみる。

【００６３】すなわち、エンジン１の目標トルクに対応
する基本噴射量の燃料を略圧縮上死点から一括して噴射
した場合（以下、一括割噴射という）、同じく略圧縮上
死点から２回に等分割して噴射した場合（以下２分割噴
射という）、及び同様にして３回に等分割して噴射した
場合（以下３分割噴射という）のそれぞれについて、噴
射中断時間Δｔを変更し、これに伴い変化する噴射終了
時のクランク角度と、排気温度、排気圧力、燃費率等と
の関係を調べた。２分割噴射では、Δｔ＝３５０，４０
０，７００，９００μsecについて調べ、３分割噴射で
は、Δｔ＝４００，５５０，７００，９００μsecにつ
いて調べた。

【００６４】図４に排気温度についての試験結果を示
す。同図によれば、一括噴射よりも２分割噴射の方が排
気温度が高く、その２分割噴射よりも３分割噴射の方が
さらに排気温度が高くなっている。また、２分割噴射及
び３分割噴射では、噴射中断時間Δｔが３５０〜９００
μ秒の範囲であれば該Δｔを拡げた方が排気温度が高く
なることが分かる。図５に排気圧力についての試験結果
を示す。同図によれば、燃料噴射の分割回数及び開弁間
隔Δｔを増やすことで、排気圧力も排気温度と同様に高
まることが分かる。

【００６５】つまり、燃料を分割して噴射すれば、その
分、燃焼の終了時期が遅れるので、自ずと排気エネルギ
ーが増大する上に、燃焼性の改善により、同じ量の燃料
であっても燃焼エネルギーそのものが増大するので、上
述の如く排気温度及び排気圧力がいずれも高くなるので
ある。そして、そのように排気エネルギーが増大すれ
ば、ターボ過給機２５の過給効率も向上するので、図６
に示すように、過給圧（ブースト圧力）を高めることが
できる。

【００６６】図７は燃費率の変化を計測した試験結果を
示す。一括噴射よりも２分割噴射の方が燃費率が改善さ
れているが、３分割噴射とした場合には、噴射中断時間
Δｔが短いときは燃費率がやや改善される一方、該Δｔ
が長くなるに連れて燃費率が悪化している。これは、分
割噴射により燃焼性が改善しかつ機械効率が向上する一
方、それと同時に熱効率が低下するためであり、このこ
とから、噴射の終了時期はあまり遅くしないほうが好ま
しいと言うことができる。

【００６７】排気中の有害成分であるスモーク、ＮＯｘ
及びＣＯの排出量の計測結果を、それぞれ図８〜図１０
に示す。図８によれば、２分割及び３分割噴射のいずれ
の場合も、噴射中断時間Δｔが短いときはスモーク量を
低減できる一方、該Δｔが長くなるに連れてスモーク量
が増大している。図９に示すＮＯｘの場合は、反対に２
分割及び３分割噴射のいずれの場合も、噴射中断時間Δ
ｔが長い方がＮＯｘの生成を低減できることが分かる。

【００６８】図１０に示すように、ＣＯの排出量につい
てもスモークの排出量と同様の傾向が見られ、噴射中断
時間Δｔが長くなるに従ってＣＯ排出量が多くなってい
る。また、噴射中断時間Δｔが短い分割噴射よりも一括
噴射の方がＣＯ排出量が多い。このＣＯの排出は燃料の
不完全燃焼の結果生ずるものであるから、排気ガス中の
還元剤たるＨＣの排出量についてもＣＯ排出量と同様の
傾向を示す。すなわち、上記３分割噴射における排気ガ
ス中の還元剤の増量及びその抑制制御は、このような現
象を利用するものである。

【００６９】また、分割回数に関しては、分割回数を３
回と多く設定すれば、排気温度、排気圧力、過給圧が上
昇し、また、ＮＯｘ量が低減する。このとき、スモーク
やＣＯの排出量に関しては、噴射中断時間Δｔを短くす
れば、分割回数を多くしても大きく増大することはな
く、むしろ低減することもある。

【００７０】尚、前記実験結果は、この実施形態と同様
に可変式のターボ過給機２５を装備した排気量２０００
ｃｃの４気筒ディーゼルエンジンを用いて、このエンジ
ンを比較的負荷の低い状態でかつエンジン回転数を約１
５００ｒｐｍで運転したときのものである。

【００７１】 −ＮＯｘ浄化度合の検出（推定）について− 次に触媒２２によるＮＯｘ浄化度合の検出（推定）、該
検出に基づく還元剤増量の抑制タイミング、及び該抑制
後の再増量タイミングについて説明する。

【００７２】ＮＯｘ浄化度合検出の一つの態様は、燃焼
室４から排出される排気ガスのＮＯｘ濃度Ｃ１を当該エ
ンジンの運転状態（エンジン負荷等）に基いて推定し、
該推定値とＮＯｘセンサ１９によって検出されるＮＯｘ
濃度（触媒２２を通過した排気ガス中のＮＯｘ濃度）Ｃ
２とに基いて当該触媒２２によるＮＯｘ浄化率ＲＮＯｘ
（＝（Ｃ１−Ｃ２）／Ｃ１）を求めるというものであ
る。この場合の当該検出に基づく還元剤増量の抑制タイ
ミングは、ＲＮＯｘが所定のＮＯｘ浄化率ＲＮＯxo未満
になった時点、例えばＲＮＯｘがそのピーク時の２／３
程度になった時点とし、該抑制後の再増量タイミング
は、ＲＮＯｘが上記ＲＮＯxoよりも小さな所定のＮＯｘ
浄化率ＲＮＯxi未満になった時点、例えばＲＮＯｘがそ
のピーク時の１／３程度になった時点とすることにな
る。

【００７３】ＮＯｘ浄化度合検出の他の態様は、還元剤
増量開始からの経過時間に基いてＮＯｘ浄化度合を推定
するというものである。すなわち、還元剤増量開始から
所定時間Ｔ10を経過した時点をＮＯｘ浄化度合が上記Ｒ
ＮＯxo未満になったと推定して、還元剤増量を抑制し、
還元剤増量開始から所定時間Ｔ20を経過した時点をＮＯ
ｘ浄化度合が上記ＲＮＯxi未満になったと推定し、還元
剤の再増量を行なうものである。

【００７４】−制御例− 以下に、前記ＥＣＵ３５における、インジェクタ５によ
る燃料噴射制御の処理動作について図１１〜図１３に示
すフローチャート図に沿って説明する。尚、制御は各気
筒毎に独立して所定クランク角で実行される。

【００７５】（制御例１）この例はＮＯｘ浄化度合の検
出にＮＯｘセンサ１９を用い、還元剤の増量を噴射中断
時間の変更によって行なうものであり、図１１に示され
ている。なお、同図の判断記号「Ｙ」は「ＹＥＳ」の
略、「Ｎ」は「ＮＯ」の略である。こりの点は図１２及
び図１３も同じである。

【００７６】図１１に示すスタート後、クランク角信
号、エアフローセンサ出力、アクセル開度、エンジン水
温、ＮＯｘセンサ出力等のデータを入力し、アクセル開
度から求めた目標トルクとクランク角信号から求めたエ
ンジン回転数Neとに基づき、予め設定されて電子的に格
納された燃料噴射量マップから基本燃料噴射量Ｑbaseを
読み込む（ステップＡ１，Ａ２）。エンジン水温等に基
いてそのときのエンジン運転状態に適した燃料噴射量と
するための燃料増量補正量Ｑｃを予め設定されて電子的
に格納されたマップから読込み、総燃料噴射量Ｑｔ＝Ｑ
base＋Ｑｃを求める（ステップＡ３，Ａ４）。

【００７７】アクセル開度データからエンジンが定常運
転状態にあるか否かをみて、定常運転状態になければ、
各回の燃料噴射量ＱT1，ＱT2，ＱT3及び噴射時期Ｉ１，
Ｉ２，Ｉ３をそのときのエンジン運転状態に応じて設定
し、噴射を実行する（ステップＡ５〜Ａ７）。つまり、
還元剤の増量制御は行なわれない。この場合、アクセル
開度が全閉状態でなく且つ該アクセル開度の変化率Δα
が所定値Δαo 以下であるときにエンジンが定常運転状
態にあると判断され、そうでないときに定常運転状態で
ないと判断される。各回の燃料噴射量ＱT1，ＱT2，ＱT3
及び噴射時期Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３は、予め設定したマップ
に基いて決められる。このマップには、エンジン水温Tw
及びエンジン回転数Ne等に対応する最適な分割割合及び
噴射時期が実験的に求められて電子的に記録されてい
る。

【００７８】エンジンが定常運転状態であるときは、ア
クセル開度データに基いて前回のエンジン運転状態が加
速運転状態であったか否かが判断され、加速運転状態あ
れば、時間のカウントを開始し、タイマー値Ｔacをイン
クリメントするとともに、タイマーカウント中であるこ
とを示すフラグＦacがオン（Ｆac→１）にされる（ステ
ップＡ５→Ａ８〜Ａ１０）。タイマー値Ｔacが所定値Ｔ
aco になるまでは、各回の燃料噴射量ＱT1，ＱT2，ＱT3
及び噴射時期Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３をそのときのエンジン運
転状態に応じて設定し、還元剤の増量制御は行なわれな
い（ステップＡ１１→Ａ６）。

【００７９】タイマー値Ｔacが所定値Ｔaco になると、
タイマー値Ｔacを零に戻すとともに、フラグＦacをオフ
（Ｆac←０）とし、ＮＯｘセンサ１９から求まるＮＯｘ
浄化率ＲＮＯｘに基いて、還元剤の増量及び抑制（禁
止）の制御が行なわれる（ステップＡ１２→Ａ１３→Ａ
１５）。また、前回が加速運転状態でないときは、フラ
グＦacに基いてタイマーカウント中が否かが判断され、
カウント中であればステップＡ９へ進み、カウント中で
なければ、ステップＡ１５以下の還元剤増量・抑制制御
へ進む（ステップＡ１４）。

【００８０】このようにエンジンが加速運転から定常運
転に移行した時点で直ちに還元剤の増量を図る燃料噴射
制御が行なわれないのは、加速運転時には燃料噴射量が
増量され排気ガス中の還元剤たるＨＣ及びＣＯが多くな
っており、直ちに還元剤の増量制御を行なってもその増
量が触媒２２におけるＮＯｘ浄化率の向上に結びつかな
いためである。上記所定値Ｔaco は、加速運転時の燃料
噴射量増量の影響が薄れ、次の還元剤の増量制御がＮＯ
ｘ浄化率の向上に有効に働くようになる時間である。

【００８１】次にステップＡ１５以下について説明す
る。ステップＡ１５ではＲＮＯｘが所定値ＲＮＯxoより
も大きいか否かを判断し、大きい場合には各回の燃料噴
射量を等量とし（Ｑt1＝Ｑt2＝Ｑt3＝Ｑｔ／３）、噴射
中断時間Δｔを７００〜１０００μ秒の範囲で設定し
て、各噴射時期Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３を定め、噴射を実行す
る（ステップＡ１６→Ａ１７→Ａ７）。すなわち、これ
は還元剤の増量を図る燃料噴射制御であり、ステップＡ
１６及びＡ１７は還元剤増量手段３６を構成する。な
お、ＨＣ及びＣＯを増大させつつ燃費向上を図るため
に、２回噴射（Ｑt1＝Ｑt2＝Ｑｔ／２，Ｑt3＝０）と
し、Δｔ＝７００〜１０００μ秒となるようにしてもよ
い。

【００８２】ステップＡ１５において上記ＲＮＯｘが所
定値ＲＮＯxo以下の場合には、ステップＡ１８に進んで
さらに第２の所定値ＲＮＯxiよりも大きいか否かを判断
し、大きい場合にはステップＡ６へ進んで通常の燃料噴
射制御、つまり、燃費向上とＨＣ及びＣＯの低減のため
に２回噴射（Ｑt1＝Ｑt2＝Ｑｔ／２，Ｑt3＝０，Δｔ＝
１００〜７００μ秒）を行なうことにより、還元剤の増
量を抑制する。ＲＮＯｘが第２の所定値ＲＮＯxi以下に
なれば、ステップＡ１６へ進んで還元剤の増量を図る燃
料噴射制御を行なう。これは還元剤増量抑制後の再増量
制御である。すなわち、ステップＡ１５及びＡ１８は還
元剤増量の抑制手段３７を構成する。

【００８３】従って、エンジンの定常運転時には、還元
剤の増量によって触媒２２のＮＯｘ浄化率は高くなり、
その後、触媒２２における還元剤たるＨＣ及びＣＯの酸
化反応が優勢になってＮＯｘ浄化率が低下すると、還元
剤の増量が禁止され、当該酸化反応が沈静化することに
なる。そうして、ＮＯｘ浄化率がさらに低下した時点で
還元剤の再増量が行なわれるため、触媒２２において還
元剤の増量効果が現れてＮＯｘ浄化率が高まることにな
り、トータル的には触媒２２によるＮＯｘ浄化率が高く
なる。

【００８４】なお、上記制御例ではエンジン運転状態に
より推定される触媒２２よりも上流側のＮＯｘ濃度と、
ＮＯｘセンサ１９で検出される触媒２２よりも下流側の
ＮＯｘ濃度とに基いて、当該触媒２２のＮＯｘ浄化率を
求めるようにしたが、ＮＯｘセンサ１９の検出値のみに
基いて上記還元剤の増量及び抑制の制御を行なうように
してもよい。

【００８５】（制御例２）この例は還元剤の増量を副噴
射（吸気行程始めから圧縮行程終わりにおける主噴射前
の時期あるいは膨張行程始めから排気行程終わりまでに
おける主噴射後の時期に行なう副噴射）によって行なう
ものであり、図１２に示されている。スタート後のステ
ップＢ１〜Ｂ１５及びＢ１８は制御例１のステップＡ１
〜Ａ１５及びＡ１８と同じである。ステップＢ１５の判
断がＹＥＳ又はステップＢ１８の判断がＮＯのとき、す
なわち、還元剤を増量すべきときは、アクセル開度デー
タに基いて現在のエンジン運転状態が低負荷運転である
か否か、並びにクランク角度データに基いて燃料噴射を
実行すべき気筒が所定の気筒（＃１気筒）か否かをみる
（ステップＢ１６，Ｂ１７）。そうして、低負荷運転な
いとき、又は低負荷運転で且つ燃料噴射を実行すべき気
筒が所定気筒であるときに、燃料の副噴射量Ｑadd 及び
その噴射時期Ｉadd を設定して噴射を実行する（ステッ
プＢ１９）。これにより、排気ガス中の還元剤たるＨＣ
及びＣＯが増加する。ステップＢ１９は還元剤増量手段
３６を構成する。但し、低負荷運転で且つ燃料噴射を実
行すべき気筒が所定気筒でないときは還元剤の増量制御
は行なわず、通常の燃料噴射制御を行なう（ステップＢ
６）。上記副噴射量Ｑadd 及びその噴射時期Ｉadd は、
予めエンジン負荷に対応する最適噴射量及び噴射時期を
実験的に求めて電子的に格納したマップからそのときの
エンジン負荷に基いて設定する。この場合、エンジン負
荷が高くなるに従って副噴射量は多くなる。

【００８６】従って、エンジンが低負荷運転状態でない
ときときは、全ての気筒に対して副噴射が行なわれ、低
負荷運転時には特定の気筒のみに副噴射が行なわれるこ
とになる。これは、副噴射燃料の総量が少ない低負荷時
に複数気筒の全てに副噴射を行なうと、各気筒に対する
副噴射量をかなり低い値に抑える必要があるが、インジ
ェクタ５の特性上、１回の副噴射量を抑えることには限
界があり、各気筒に対する副噴射量がばらついて所期の
還元剤増量が図れなかったり、燃料が余分に噴射されて
燃費の悪化を招くからである。

【００８７】そうして、この制御例では、上記副噴射が
間欠的に行なわれることによって排気ガス中の還元剤た
るＨＣ及びＣＯの増量及びその抑制が図れ、制御例１の
場合と同様に触媒２２によるＮＯｘ浄化率の向上が図れ
る。

【００８８】なお、上記副噴射を行なうときには、主噴
射についても制御例１のように３分割噴射における燃料
噴射量の等分割及び噴射中断時間の拡大を行なって還元
剤の増量を図るようにしてもよい。

【００８９】（制御例３）この例は、図１３に示されて
おり、ＮＯｘ浄化度合を還元剤増量開始からの経過時間
に基いて推定し、還元剤の増量及びその抑制を行なうよ
うにしたものである。

【００９０】スタート後のステップＣ１〜Ｃ１４は制御
例１のステップＡ１〜Ａ１４と同じである。エンジンが
定常運転状態になった後のステップＣ１５では、そのと
きのエンジン運転状態に基いて還元剤の増量を行なうべ
き時間Ｔ10（還元剤の増量開始からＮＯｘ浄化率が所定
浄化率ＲＮＯxoになるまでの推定時間）及び還元剤増量
開始からその増量抑制を経て再増量を行なうまでの時間
Ｔ20（還元剤の増量開始からその増量抑制によりＮＯｘ
浄化率が所定浄化率ＲＮＯxiになるまでの推定時間、但
しＴ10＜Ｔ20）を設定する。この設定にあたっては、予
め基本となるＴ10及びＴ20を実験によって求めておき、
これを排気ガス温度又は触媒２２の温度（エンジン運転
状態から求まる推定温度）、排気ガス流量、又は排気ガ
スの酸素濃度に応じて補正する。

【００９１】すなわち、触媒温度が高くなるほどＴ10が
大きくなり又は／及び（Ｔ20−Ｔ10）の値が小さくなる
ように、排気ガス流量が多いほどＴ10が小さくなり又は
／及び（Ｔ20−Ｔ10）の値が大きくなるように、酸素濃
度が高いほどＴ10が小さくなり又は／及び（Ｔ20−Ｔ1
0）の値が大きくなるようにする。

【００９２】上記Ｔ10及びＴ20の設定後、タイマーのカ
ウントを開始し、タイマー値ＴがＴ10になるまではステ
ップＣ１８，Ｃ１９へ進んで還元剤の増量となる燃料噴
射制御を行なう（ステップＣ１６，Ｃ１７）。タイマー
値ＴがＴ10以上になったときは、それがＴ20になるまで
はタイマーのカウントを続けてステップＣ６に進み、還
元剤の増量とならない通常の燃料噴射制御を行なう（ス
テップＣ２０）。タイマー値ＴがＴ20を越えた時点でタ
イマー値Ｔを零に戻す（ステップＣ２１）。

【００９３】従って、エンジンの定常運転時には、所定
時間Ｔ10の間は還元剤の増量を図る燃料噴射制御が行な
われ、その後のＴ20に至るまでは通常の燃料噴射制御が
行なわれて還元剤の増量が抑制される、というように還
元剤の増量とその抑制とが繰り返されることになり、制
御例１の場合と同様に触媒２２によるＮＯｘ浄化率が高
くなる。この場合、タイマーがＮＯｘ浄化度合の検出
（推定）手段であり、ステップＣ１７、Ｃ２０及びＣ２
１が還元剤増量の抑制手段を構成している。

【００９４】図１４は、エンジンの定常運転状態におい
て、還元剤の増量を抑制する燃料噴射制御を９０秒以上
継続した後、上記Ｔ10を１５秒、Ｔ20を４５秒に設定し
て制御例３による燃料噴射制御を行なった後、さらにＴ
10を１５秒、Ｔ20を３５秒に設定して当該燃料噴射制御
を実行したときの、ＮＯｘセンサ１９で検出されたＮＯ
ｘ濃度（触媒２２を通過した排気ガスのＮＯｘ濃度）を
みたものである。同図の破線は還元剤の増量を図る燃料
噴射制御を継続させた（還元剤の増量を抑制しなかっ
た）ときの同様のＮＯｘ濃度を示す。

【００９５】触媒は、ＺＳＭ５（ゼオライト）にＰｔを
イオン交換法によって担持させてなる触媒粉を容量４Ｌ
のコージェライト製ハニカム担体に担持させてなるもの
であり、担体１Ｌ当たりのＰｔ担持量は０．３５ｇであ
る。エンジンは２０００ｃｃの直噴式ディーゼルエンジ
ンであり、エンジン回転数２０００ｒｐｍ、平均有効圧
Ｐｅ＝３で運転した。

【００９６】同図によれば、制御例３の場合、最初の還
元剤の増量の抑制によってＮＯｘの排出量が当該抑制を
行なわない場合に比べて多くなるものの、その後の還元
剤の増量と抑制との繰り返しにより、ＮＯｘ排出量がト
ータル的には格段に減少することがわかる。

【００９７】また、上記還元剤の増量を図る燃料噴射制
御は、図４から明らかなように、排気ガス温度の上昇を
招くものであり、また図５から明らかなように排気圧力
の上昇を招くものである。従って、制御例３の場合は所
定時間毎に排気ガス温度及び排気圧力が上昇することに
なり、触媒２２におけるＮＯｘ還元反応が刺激を受けて
該触媒２２の活性状態が維持され易く、ＮＯｘ浄化に有
利になる。この場合、ステップＣ１５〜Ｃ１７、Ｃ２０
及びＣ２１は、所定時間毎に排気ガス中の還元剤の増
量、排気ガス温度の上昇又は排気圧力の上昇を生ずるよ
うに燃料分割噴射の制御態様を変更する制御態様変更手
段３８を構成している。

【００９８】なお、制御例３では還元剤の増量を招く燃
料噴射制御として、３分割噴射を維持しながら燃料噴射
量の等分割及び噴射中断時間の拡大を行なうようにした
が（ステップＣ１８，Ｃ１９）、これに代えて制御例２
のように副噴射を行なうようにすることもでき、さらに
は両者を併用すること、つまり、主噴射について３分割
噴射における燃料噴射量の等分割及び噴射中断時間の拡
大を行なうとともに、副噴射を実行するようにすること
もできる。

【００９９】また、上記制御例１〜３のＮＯｘ浄化度合
の検出（推定）方式に代えて、触媒２２の温度に基いて
ＮＯｘ浄化度合を推定して燃料噴射制御を行なうことが
できる。すなわち、触媒２２の温度Ｔcat が所定の高温
度ＴcatHよりも高い場合には、該触媒２２における酸化
反応が優勢になり過ぎてＮＯｘ浄化度合が所定度合以下
に低下していると判断することができる。その場合に
は、還元剤の増量を図る燃料噴射制御を実行していると
きには、触媒温度が上記高温度ＴcatHになるまでその増
量制御を継続し、高温度ＴcatHになった時点で還元剤の
増量を抑制する燃料噴射制御に移行し、この抑制制御中
は触媒温度が所定の低温度ＴcatL（但し、ＴcatH＞Ｔca
tL）になるまでその抑制制御を継続し、低温度ＴcatLに
なった時点で還元剤の増量を招く燃料噴射制御に移行す
るようにすることになる。

【０１００】触媒温度は、排気通路等に温度センサを設
けて検出することができ、エンジン運転を開始してから
の総燃料噴射量Ｑｔなどエンジン運転状態の履歴、当該
エンジンを搭載した自動車の走行速度の履歴、走行距離
等に基いて推定することもできる。

【０１０１】また、上記実施形態は直噴式ディーゼルエ
ンジンに関するが、本発明はリーンバーン運転される直
噴式ガソリンエンジンにも採用することができ、特に排
気ガス中の酸素濃度が４％以上のときのＮＯｘを浄化す
ることに有用である。

【０１０２】また、触媒構成としては、前段に排気ガス
中のＮＯをＮＯ₂ に酸化する酸化触媒を配置し、後段に
ＮＯ₂ をＮ₂ に還元する還元触媒を配置したものであっ
てもよい。そのような酸化触媒としては、例えばアルミ
ナにＡｇを担持したものがあり、そのような還元触媒と
しては、例えばＺＳＭ５にＰｔをイオン交換法によって
担持させたものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】還元剤の増量を図る燃料噴射制御を継続して行
なったときのキャタ（触媒）前のＮＯｘ濃度、キャタ後
のＮＯｘ濃度及びＮＯｘ浄化率を示すタイムチャート
図。

【図２】本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの
燃料噴射装置の全体構成を示す図。

【図３】燃料噴射時期を示すタイムチャート図。

【図４】主噴射の分割形態を変化させたときの、エンジ
ンの排気温度の変化特性を示すグラフ図。

【図５】主噴射の分割形態を変化させたときの、エンジ
ンの排気圧力の変化特性を示すグラフ図。

【図６】主噴射の分割形態を変化させたときの、エンジ
ンのブースト圧の変化特性を示すグラフ。

【図７】主噴射の分割形態を変化させたときの、エンジ
ンの燃費率の変化特性を示すグラフ図。

【図８】主噴射の分割形態を変化させたときの、エンジ
ンからのスモーク排出量の変化特性を示すグラフ図。

【図９】主噴射の分割形態を変化させたときの、エンジ
ンからのＮＯｘ排出量の変化特性を示すグラフ図。

【図１０】主噴射の分割形態を変化させたときの、エン
ジンからのＣＯ排出量の変化特性を示すグラフ図。

【図１１】燃料噴射制御例１の処理手順を示すフローチ
ャート図。

【図１２】燃料噴射制御例２の処理手順を示すフローチ
ャート図。

【図１３】燃料噴射制御例３の処理手順を示すフローチ
ャート図。

【図１４】 上記燃料噴射制御例３による実験データ、
すなわち触媒を通過した排気ガスのＮＯｘ濃度のタイム
チャート図。

【符号の説明】

Ａ 燃料噴射装置 １ ディーゼルエンジン ２ 気筒 ４ 燃焼室 ５ インジェクタ（燃料噴射弁） ９ クランク角センサ（要求出力検出手段） １９ ＮＯｘセンサ ２２ 触媒 ２５ ターボ過給機 ３２ アクセル開度センサ（要求出力検出手段） ３５ ＥＣＵ（コントロールユニット） ３６ 還元剤増量手段 ３７ 還元剤増量抑制手段 ３８ 制御態様変更手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市川 智士 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 渡辺 康人 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 (72)発明者 西田 工 広島県安芸郡府中町新地３番１号 マツダ 株式会社内 Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AA10 AA11 AA18 AB04 CA18 CB02 CB03 DA02 DA10 DB10 DC06 EA17 EA21 EA30 EA33 GA06 GB02W GB03W GB05W GB06W GB09X GB10X 3G301 HA02 HA11 JA02 JA24 KA06 MA19 MA26 NE13 PB08Z PD01Z PD12Z PE01Z PE08Z PF03Z

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの排気通路に配置され還元剤に
   よって排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する触媒と、該触
   媒に供給される還元剤の量を増やす還元剤増量手段とを
   備えたエンジンの排気浄化装置において、 上記触媒のＮＯｘ浄化度合を検出する検出手段と、 上記還元剤増量手段によって還元剤を増量しているとき
   に、上記検出手段によって検出されるＮＯｘ浄化度合が
   所定度合以下になったときには、上記還元剤増量手段に
   よる還元剤の増量を一時的に抑制する抑制手段とを備え
   ていることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載されているエンジンの排
   気浄化装置において、 上記ＮＯｘ浄化度合検出手段は、上記還元剤増量手段に
   よる還元剤増量開始から所定時間を経過したときに上記
   ＮＯｘ浄化度合が所定度合以下になったと推定すること
   を特徴とするエンジンの排気浄化装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載されているエンジンの排
   気浄化装置において、 上記所定時間が排気ガスの状態に応じて補正されること
   を特徴とするエンジンの排気浄化装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載されているエンジンの排
   気浄化装置において、 上記還元剤増量手段は、エンジン燃焼室への燃料の噴射
   量、噴射時期及び噴射回数のうちの少なくとも一つを排
   気ガス中の還元剤が増えるように制御するものであるこ
   とを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載されているエンジンの排
   気浄化装置において、 上記還元剤増量手段は、上記燃焼室への燃料の噴射を、
   エンジンの圧縮行程上死点付近で行なう主噴射と、該主
   噴射時期以外の時期に少なくとも１回行なう副噴射とに
   分割することによって、排気ガス中の還元剤を増やすこ
   とを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
6. 【請求項６】 請求項５に記載されているエンジンの排
   気浄化装置において、 上記エンジンは複数の気筒を有し、 上記還元剤増量手段は、上記複数気筒のうちの一部の気
   筒について上記副噴射を行なうことを特徴とするエンジ
   ンの排気浄化装置。
7. 【請求項７】 請求項４に記載されているエンジンの排
   気浄化装置において、 エンジンの圧縮行程上死点付近で燃料をエンジンの運転
   状態に応じて分割して噴射する燃料噴射制御手段を備
   え、 上記還元剤増量手段は、上記圧縮行程上死点付近におけ
   る燃料噴射の分割回数を減少させ又は噴射の中断時間を
   長くすることによって、排気ガス中の還元剤を増やすこ
   とを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
8. 【請求項８】 請求項４乃至請求項７のいずれか一に記
   載されているエンジンの排気浄化装置において、 上記還元剤増量手段及び還元剤増量抑制手段は、エンジ
   ンの定常運転状態において働くことを特徴とするエンジ
   ンの排気浄化装置。
9. 【請求項９】 請求項１乃至請求項８のいずれか一に記
   載されているエンジンの排気浄化装置において、 上記触媒は、ゼオライトに触媒金属を担持させてなるこ
   とを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
10. 【請求項１０】 エンジンの排気通路に配置され還元剤
    によって排気ガス中のＮＯｘを還元浄化する触媒と、 エンジンの圧縮行程上死点付近で燃料をエンジンの運転
    状態に応じて分割して噴射する燃料噴射制御手段と、 所定時間毎に排気ガス中の還元剤の増量、排気ガス温度
    の上昇又は排気圧力の上昇を生ずるように上記燃料噴射
    制御手段による分割噴射の制御態様を変更する制御態様
    変更手段とを備えていることを特徴とするエンジンの排
    気浄化装置。