JP2005048745A

JP2005048745A - 内燃機関の燃焼制御装置

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Publication number: JP2005048745A
Application number: JP2003284309A
Authority: JP
Inventors: Toru Nishizawa; 透西澤; Masayoshi Kishino; 正義岸野; Yasuhisa Kitahara; 靖久北原
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2005-02-24
Anticipated expiration: 2023-07-31
Also published as: US7100365B2; US20050022506A1; JP4158645B2

Abstract

【課題】ＮＯｘトラップ触媒の暖機（活性）促進時に、ＥＧＲを減少してＨＣ，ＣＯ排出量を低減する
。
【解決手段】ＮＯｘトラップ触媒が所定温度Ｔ５以下のとき、暖機促進運転可能領域で、主トルクを発生させる主燃焼と、主燃焼に先立ってなされる少なくとも１回の予備燃焼とを行わせ、前記予備燃焼は、少なくとも１つが圧縮上死点近傍で起こるように、また、前記主燃焼は、前記予備燃焼が終了した後に開始するように、機関への燃料噴射を制御する燃焼制御に切り替える一方、ＥＧＲを減少してＨＣ，ＣＯ排出量を低減し、ＥＧＲ減少に伴う排気温度の上昇を抑制するため主燃焼用の噴射時期を進角する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、内燃機関の燃焼制御装置に関する。

従来、特許文献１に開示されているように、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、触媒の昇温を促す時などに、エンジンの要求トルクに対応する基本燃料噴射量の燃料を、燃料噴射弁により、各気筒の圧縮上死点近傍で３回に分割して噴射することが知られている。これに併せて、燃料噴射量を増量することも知られている。
特開２０００−３２０３８６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置においては、分割噴射された燃料の燃焼が継続するように燃料を噴射しているため、最初に噴射された燃料の火炎中に燃料を噴射していくこととなり、２回目以降に噴射された燃料が拡散燃焼主体の燃焼となってしまう。このような燃焼状態で空燃比をリッチ化していくと、スモークの大幅な悪化は避けられない。
本発明は、このような実情を踏まえ、排気温度を上昇させるときなどに、空燃比をリッチ化しても、スモークの悪化を招くことのない燃焼を実現することを目的とする。また、燃焼を切換える際に、トルク変化を生じさせることなく、目標とする空燃比を実現できるようにすることを目的とする。

このため、本発明は、内燃機関の排気通路に備えられた排気浄化装置の状態に基づく所定の条件のときに、主トルクを発生させる主燃焼と、主燃焼に先立ってなされる少なくとも１回の予備燃焼とを行わせ、前記予備燃焼は、少なくとも１つが圧縮上死点近傍で起こるように、また、前記主燃焼は、前記予備燃焼が終了した後に開始するように、機関への燃料噴射を制御する一方、前記排気浄化装置の触媒活性状態を判断し、触媒未活性と判断されたときに前記燃焼制御を行うときは、目標空気過剰率を維持したまま、機関燃焼室から排出されるＨＣ，ＣＯを減少する制御を行う構成とした。

かかる構成によると、予備燃焼が終了した後に主燃焼が開始することで、前記主燃焼を予混合燃焼主体の燃焼とすることができ、リッチ化によるスモークの悪化を抑制できる。
また、予備燃焼により筒内温度が高められるので、主燃焼の発生時期をリタードすることができ、これにより排気温度を高くできる。
従って、前記燃焼モードに切り換えることで、排気空燃比のリッチ化及び／又は昇温による排気浄化装置の再生を、スモークを悪化させることなく、実現できる。

また、排気浄化装置の触媒活性状態を判断し、触媒未活性と判断されたときに前記燃焼制御を行うときは、目標空気過剰率を維持したまま、機関燃焼室から排出されるＨＣ，ＣＯを減少する制御を行う構成としたことにより、ＨＣ，ＣＯエミッションの悪化を防止できる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。
図１は、車両用内燃機関としてのディーゼルエンジン１の燃焼制御装置を示すシステム構成図である。
エンジン１の吸気通路２の上流に、ターボチャージャ３のコンプレッサ３ａが配置され、吸入空気は、前記コンプレッサ３ａによって過給された後、インタークーラ４で冷却され、吸気絞り弁５を通過した後、コレクタ６を経て各気筒の燃焼室内へ流入する。燃料は、燃料噴射ポンプ７により高圧化されてコモンレール８に送られ、各気筒の燃料噴射弁９から燃焼室内へ直接噴射される。燃焼室内に流入した空気と噴射された燃料とは、ここで圧縮着火により燃焼し、排気は排気通路１０へ流出する。前記燃料噴射ポンプ７，コモンレール８及び燃料噴射弁９によって、コモンレール式燃料噴射装置が構成される。

排気通路１０へ流出した排気の一部は、ＥＧＲガスとして、ＥＧＲ通路１１によりＥＧＲ弁１２を介して吸気側へ還流される。排気の残りは、ターボチャージャ３の排気タービン３ｂを通り、これを駆動する。
ここで、排気通路１０の排気タービン下流には、排気浄化のため、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、トラップしたＮＯｘを排気空燃比がリッチのときに脱離浄化することのできるＮＯｘトラップ触媒１３を配置してある。また、このＮＯｘトラップ触媒１３には、酸化触媒（貴金属）を担持させて、流入する排気成分（ＨＣ、ＣＯ）を酸化する機能を持たせてある。

更に、このＮＯｘトラップ触媒１３の下流には、排気中の粒子状物質であるＰＭ（Particulate Matter）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦという）１４を配置してある。また、このＤＰＦ１４にも、酸化触媒（貴金属）を担持させて、流入する排気成分（ＨＣ、ＣＯ）を酸化する機能を持たせてある。尚、ＮＯｘトラップ触媒１３とＤＰＦ１４とは、逆に配置してもよいし、ＤＰＦにＮＯｘトラップ触媒を担持させて一体に構成してもよい。

コントロールユニット２０には、エンジン１の制御のため、エンジン回転速度Ｎｅ検出用の回転速度センサ２１、アクセル開度ＡＰＯ検出用のアクセル開度センサ２２、吸入空気量Ｑａｃ検出用のエアフローメータ２３、エンジン冷却水温Ｔｗ検出用の水温センサ２４から、信号が入力されている。
また、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度（触媒温度）を検出する触媒温度センサ２５、排気通路１０のＤＰＦ１４入口側にて排気圧力を検出する排気圧力センサ２６、ＤＰＦ１４の温度（ＤＰＦ温度）を検出するＤＰＦ温度センサ２７、更に排気通路１０のＤＰＦ１４出口側にて排気空燃比（以下排気λといい、数値としては空気過剰率で表す）を検出する空燃比センサ２８が設けられ、これらの信号もコントロールユニット２０に入力されている。但し、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度やＤＰＦ１４の温度はこれらの下流側などに排気温度センサを設けて、排気温度より間接的に検出するようにしてもよい。

コントロールユニット２０は、これらの入力信号に基づいて、燃料噴射弁９による燃料噴射の燃料噴射量及び噴射時期制御のための燃料噴射弁９への燃料噴射指令信号、吸気絞り弁５への開度指令信号、ＥＧＲ弁１２への開度指令信号等を出力する。
ここにおいて、コントロールユニット２０では、ＤＰＦ１４に捕集されて堆積したＰＭの燃焼除去によるＤＰＦ１４の再生、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされたＮＯｘの脱離浄化、ＮＯｘトラップ触媒１３のＳ（硫黄）被毒解除を含む、排気浄化制御を行うようにしており、かかる排気浄化制御について、以下に詳細に説明する。

図２〜図１２はコントロールユニット２０にて実行される排気浄化制御のフローチャートである。
先ず図２のフローに沿って説明する。
Ｓ１では、各種センサ信号を読込み、エンジン回転速度Ｎｅ、アクセル開度ＡＰＯ、吸入空気量Ｑａｃ、触媒温度、ＤＰＦ入口側排気圧力、ＤＰＦ温度、ＤＰＦ出口側排気λを検出する。

Ｓ２では、排気系のＮＯｘトラップ触媒の暖機（活性）・冷機（未活性）状態を判定する。触媒温度がその活性温度であるＴ５以下の場合は、冷機状態（未活性状態）と判定して、後述する図１２の暖機促進モードの制御へ移行する。また、暖機状態（暖機完了後の活性状態）と判定した場合は、Ｓ３へ進む。なお、ＮＯｘトラップ触媒の活性状態を触媒出口のＨＣ，ＣＯの少なくとも一方の濃度に基づいて判断する構成としてもよい。すなわち、ＨＣ，ＣＯの少なくとも一方の濃度がしきい値より大きい場合は、触媒が未活性状態と判断する。また、このＨＣ，ＣＯの濃度判定は、前記空燃比センサ２８の出力レベルで判定することもできる（リッチ度合いが高いときほどＨＣ，ＣＯの濃度が高いと推定する）。

Ｓ３では、ＮＯｘトラップ触媒にトラップされて堆積したＮＯｘ堆積量を計算する。例えば特許第２６００４９２号公報第６頁に記載されているＮＯｘ吸収量の計算のようにエンジン回転速度の積算値から推測してもよいし、走行距離から推測してもよい。尚、積算値を用いる場合は、ＮＯｘ脱離浄化が完了した時点（Ｓ被毒解除の実施によりＮＯｘ脱離浄化が同時になされた時点も含む）で、その積算値をリセットする。

Ｓ４では、ＮＯｘトラップ触媒にＳ被毒により堆積したＳ堆積量を計算する。ここでも、上記ＮＯｘ堆積量の計算と同様に、エンジン回転速度積算値や走行距離から推測すればよい。尚、積算値を用いる場合は、Ｓ被毒解除が完了した時点で、その積算値をリセットする。
Ｓ５では、ＤＰＦに捕集されて堆積しているＰＭ堆積量を次のように計算する。ＤＰＦのＰＭ堆積量が増えれば、当然ＤＰＦ入口側排気圧力が上昇することから、排気圧力センサにより、ＤＰＦ入口側排気圧力を検出し、現在の運転状態（エンジン回転速度、負荷）での基準排気圧力との比較により、ＰＭ堆積量を推定する。尚、前回のＤＰＦ再生からのエンジン回転速度積算値や走行距離と、排気圧力とを組み合わせて、ＰＭ堆積量を推定するようにしてもよい。

Ｓ６では、ＤＰＦ再生モード中であることを示すｒｅｇフラグが立っているか否かを判定する。ｒｅｇフラグ＝１の場合は、後述する図３のＤＰＦ再生モードの制御へ進む。
Ｓ７では、ＮＯｘトラップ触媒のＳ被毒解除モード中であることを示すｄｅｓｕｌフラグが立っているか否かを判定する。ｄｅｓｕｌフラグ＝１の場合は、後述する図４のＳ被毒解除モードの制御へ進む。

Ｓ８では、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ脱離浄化のためのリッチスパイクモード中であることを示すｓｐフラグが立っているか否かを判定する。ｓｐフラグ＝１の場合は、後述する図５のリッチスパイクモードの制御へ進む。
Ｓ９では、ＤＰＦ再生及びＳ被毒解除後の溶損防止モード中であることを示すｒｅｃフラグが立っているか否かを判定する。ｒｅｃフラグ＝１の場合は、後述する図６の溶損防止モードの制御へ進む。

Ｓ１０では、ＤＰＦ再生要求が出ていることを示すｒｑ−ＤＰＦフラグが立っているか否かを判定する。ＤＰＦ再生要求が出ていてｒｑ−ＤＰＦフラグ＝１の場合は、後述する図７のフローへ進み、ＤＰＦ再生要求が出ている場合の再生の優先順位を決定する。
Ｓ１１では、Ｓ被毒解除要求が出ていることを示すｒｑ−ｄｅｓｕｌフラグが立っているか否かを判定する。Ｓ被毒解除要求が出ていてｒｑ−ｄｅｓｕｌフラグ＝１の場合は、後述する図８のフローへ進み、Ｓ被毒解除要求が出ている場合の再生の優先順位を決定する。

Ｓ１２では、Ｓ５で計算したＤＰＦのＰＭ堆積量が所定量ＰＭ１に達して、ＤＰＦ再生時期になったか否かを判定する。
ＰＭ堆積量＞ＰＭ１で、ＤＰＦ再生時期と判定された場合は、図９のフローへ進み、Ｓ７０１でｒｑ−ＤＥＦフラグを１にして、ＤＰＦ再生要求を出す。
Ｓ１３では、Ｓ４で計算したＮＯｘトラップ触媒のＳ堆積量が所定量Ｓ１に達して、Ｓ被毒解除時期になったか否かを判定する。

Ｓ堆積量＞Ｓ１で、ＮＯｘトラップ触媒のＳ被毒解除時期と判定された場合は、図１０のフローへ進み、Ｓ８０１でｒｑ−ｄｅｓｕｌフラグを１にして、Ｓ被毒解除要求を出す。
Ｓ１４では、Ｓ３で計算したＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ堆積量が所定量ＮＯｘ１に達して、ＮＯｘ脱離浄化時期になったか否かを判定する。

ＮＯｘ堆積量＞ＮＯｘ１で、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ脱離浄化時期と判定された場合は、図１１のフローへ進み、Ｓ９０１でｒｑ−ｓｐフラグを１にして、ＮＯｘ脱離浄化要求（リッチスパイク要求）を出す。
次に図３のＤＰＦ再生モードの制御について説明する。ＰＭ堆積量が所定量ＰＭ１に達してｒｑ−ＤＰＦフラグ＝１となり、これを受けて後述する図７のフローによりｒｅｇフラグ＝１となると、図３のフローが開始される。

Ｓ１０１では、ＤＰＦの再生のため、エンジンの燃焼を、通常のリーン燃焼から、本発明に係る分割リタード燃焼に切換える。
ここで、本発明に係る分割リタード燃焼について説明する。尚、本燃焼はＤＰＦ再生の他、Ｓ被毒解除、ＮＯｘ脱離浄化（リッチスパイク）、暖機促進にも用いられる。
ＤＰＦの再生を行う場合、排気λを１〜1.4 の間で制御し、且つＤＰＦの温度を６００℃以上にする必要がある。また、Ｓ被毒解除を行う場合、λ≦１、且つ排温≧６００℃を実現する必要がある。

リーン条件の常用運転領域では、通常、パイロット噴射を行っており、パイロット噴射時期は４０〜１０°BTDC、パイロット噴射量は１〜３mm³/st、主噴射時期は１０〜−５°BTDC程度で、パイロット噴射と主噴射との間隔は１０〜３０°CA程度の設定である。
通常の運転から、ＤＰＦ再生やＳ被毒解除等の低λで且つ高排温を実現するためには、吸気量を絞る必要がある。ところが、吸気量を絞った場合、筒内の圧縮端温度が低下してしまうことから、燃焼が不安定となり、通常のリーン燃焼と同じようなパイロット噴射の設定では、主噴射の噴射時期を進角する必要がある（図１３；参考例（１））。このような燃料噴射量と噴射時期の設定では、排温を上げるために噴射時期をリタードさせたくとも、燃焼が不安定になってしまうことから、リタードにも限界があり、低λ、高排温を実現することは難しい。

そこで特許文献１では、主噴射を分割することで噴射時期のリタード限界を広げ、低λ、高排温の実現を図っている（図１４；参考例（２））。
しかしながら、前に吹いた燃料の燃焼が活発な状態で次の燃料を噴射しているため、燃焼は図１４に示すように連続したものとなる。すなわち、主燃焼のために分割された燃料は、前に噴かれた燃焼の火炎中に噴射されることから、噴射されるや否や燃焼が開始し、拡散燃焼割合が増え、部分的な当量比は非常にリッチとなり、スモークが大幅に悪化してしまう。

そこで、本発明では、図１５に示すように、主トルクを発生させる主燃焼と、主燃焼に先立ってなされる予備燃焼とを行わせ、前記予備燃焼は、圧縮上死点（ＴＤＣ）近傍で起き、また、前記主燃焼は、前記予備燃焼が終了した後に開始するように、燃料噴射（ａ、ｂ）を制御する。
すなわち、圧縮行程でまず燃料を噴射し（ａ）、ＴＤＣ近傍での筒内温度（圧縮端温度）を高めるための予備燃焼を行う。運転条件に応じて、予備燃焼の熱発生が起こる噴射量は異なるが、少なくとも予備燃焼の熱発生が確認でき、主燃焼のための燃料噴射時の筒内温度が自己着火可能な温度を上回るために必要な量の燃料を噴射する。また、各運転条件において予想される圧縮端温度に応じて予備燃焼のための燃料噴射量、及び時期を変えることで、予備燃焼の安定性を向上できる。

続いて、予備燃焼が終了してから、主燃焼が開始するように、主燃焼のための燃料をＴＤＣ以降に噴射する（ｂ）。
つまり、予備燃焼によって筒内温度を高めることで、主燃焼のリタード限界を広げて、目標温度への制御性を向上させる一方、予備燃焼が確実に終了した後に主燃焼の燃料を噴射することで、主燃焼のための着火遅れ期間を確保し、主燃焼の予混合燃焼割合を高くして、スモークの排出を抑制する。

予備燃焼の開始時期から主燃焼の開始時期までの間隔は、エンジン回転速度にもよるが、少なくとも２０°CA以上は離れていないと、予備燃焼（予備燃焼による熱発生）が完全には終了しない。このような間隔の設定により、主燃焼の悪化を抑制して、スモークの悪化を防ぐことができる。また、膨張行程で主燃焼が開始することから、燃焼速度は非常に遅く、主燃焼の燃焼終了は５０°ATDC以降となる。主燃焼の終了時期をできるだけ遅くすることで、主燃焼が緩慢になり、燃焼騒音の悪化を抑制できる。

本発明に係る分割リタード燃焼を実現すれば、図１６の（３）に示すように、参考例（１）、（２）と比較して、リッチ条件を実現した際にも、高排温で、且つ低スモークな燃焼が実現できている。更に、ＨＣについても非常に低い値を示している。
また、予備燃焼によって主燃焼のリタード限界が広がることから、主噴射の噴射時期をリタードしても低λ条件での燃焼は安定し、高い排気温度の実現が可能となった。

図１７を参照し、主燃焼の時期がリタードすれば、主燃焼の予混合割合が増えるため、λが小さい条件であってもリタードすればするだけ、スモークが抑制されている。また、主燃焼の時期がリタードすれば、より高い排気温度を実現でき、主燃焼のための燃料噴射時期を変えることで、排気温度を制御できる。
図１８は、エンジン運転条件（エンジン回転速度Ｎｅ、負荷Ｑ）をパラメータとして、予備燃焼のための目標燃料噴射時期を示している。

図１９は、エンジン運転条件（エンジン回転速度Ｎｅ、負荷Ｑ）をパラメータとして、予備燃焼のための目標燃料噴射量を示している。
図２０は、エンジン運転条件（エンジン回転速度Ｎｅ、負荷Ｑ）をパラメータとして、ある目標排気温度を実現するための、主燃焼のための目標燃料噴射時期（主噴射時期）を示している。

尚、負荷が低い状態では、目標排温を達成するための主燃焼の燃焼時期が非常にリタードするため、予備燃焼が一度だけでは主燃焼の噴射時期の筒内温度を高く維持できない場合もある。その場合は図２１に示すように予備燃焼を複数回行い、それぞれの熱発生が重ならないようにすることで、低負荷条件であっても低スモークと高排温の両立を図ることができる。

以上から、ＤＰＦ再生やＳ被毒解除などで、低λ、高排温が要求される場合は、本発明に係る分割リタード燃焼への切換えを行う。具体的には、図２２のフローチャートに示すように、Ｓ１１０１で、予備燃焼のための燃料噴射時期（図１８）に、予備燃焼のための燃料噴射量（図１９）で、燃料噴射を行う。そして、Ｓ１１０２で、主燃焼のための燃料噴射を、燃料噴射時期をリタードさせて行う（図２０）。

図３に戻って、Ｓ１０１でＤＰＦ再生のためにエンジンの燃焼を通常のリーン燃焼から本発明に係る分割リタード燃焼に切換えた後は、Ｓ１０２へ進む。
Ｓ１０２では、排気λを目標値に制御する。ＤＰＦの再生では排気λの目標値はＰＭ堆積量によって異なる。従って、ＤＰＦ入口側排気圧力を検出し、現在の運転状態（エンジン回転速度、負荷）での基準排気圧力との比較により、ＰＭ堆積量を推定し、図２３に示すＰＭ堆積量に対応した目標λを設定して、制御する。

ここでは、Ｓ１０１において上記分割リタード燃焼への切換えを行った後、吸気絞り弁６及び／又はＥＧＲ弁１９による新気量の調整によって前記目標空燃比に制御する。具体的には、目標吸入空気量とするため、目標λに図２４に示すマップの値を乗じた目標吸入空気量（λ＝１の運転のための目標吸入空気量）となるように吸気絞り弁６により制御した後、空燃比が目標値から乖離した場合は、吸気絞り弁６及び／又はＥＧＲ弁１９によって目標λに調整する。

ただし、上記分割リタード燃焼に切り換える際は、燃料噴射時期が大幅にリタードすることから、上記吸気量の制御に加え、切換時のトルク変動を抑制するため図２５に示す目標噴射時期（主噴射時期）に従ったトルク補正係数Ｋ１で前記図２４の目標吸入空気量及び燃料噴射量を補正する。
更に、目標空燃比が理論空燃比もしくはそれに近い値まで小さくなった場合は、吸気絞りによるポンピングロスが生じるため、図２６に示すように目標λに応じたトルク補正係数Ｋ２で目標吸入空気量及び主燃焼のための燃料噴射量を補正する。

Ｓ１０３では、ＤＰＦ温度が再生中の目標上限値Ｔ２２を超えたか否かを判定する。
ＤＰＦ温度＞Ｔ２２の場合は、再生中に上限値を超えたため、Ｓ１１１へ進んで、主燃焼の燃料噴射時期を進角して、排気温度を低下させ、次いでＳ１１２で、燃料噴射時期の進角によるトルク増加を抑制するためのトルク補正（主燃焼用噴射量の減量補正）を行う。

ＤＰＦ温度≦Ｔ２２の場合は、Ｓ１０４へ進んで、ＤＰＦ温度が再生中の目標下限値Ｔ２１を下回ったか否かを判定する。
ＤＰＦ温度＜Ｔ２１の場合は、再生中に下限値を下回ったため、Ｓ１０９へ進んで、主燃焼の燃料噴射時期をリタードして、排気温度を上昇させ、次いでＳ１１０で、燃料噴射時期のリタードによるトルク落ちを補償するためのトルク補正（主燃焼用噴射量の増量補正）を行う。

Ｓ１０５では、ＤＰＦの再生開始から所定時間ｔdpfreg経過したかを否かを判定する。所定時間経過すれば、ＤＰＦに堆積したＰＭは確実に燃焼除去されるので、Ｓ１０６へ進む。
Ｓ１０６では、ＤＰＦの再生が完了したので、本発明に係る分割リタード燃焼から通常の燃焼に切換えて、ＤＰＦの加熱を停止する。

Ｓ１０７では、ＤＰＦの再生が完了したので、ｒｅｇフラグを０にする
Ｓ１０８では、ＤＰＦの再生は完了したものの、ＤＰＦにＰＭの燃え残りがあった場合に排気λを急に大きくすると、ＤＰＦでＰＭが一気に燃えてしまい溶損する恐れがあることから、溶損防止モードに入るために、ｒｅｃフラグを１にする。
次に図４のＳ被毒解除モードの制御について説明する。ＮＯｘトラップ触媒のＳ堆積量が所定値Ｓ１に達してｒｑ−ｄｅｓｕｌフラグ＝１となり、これを受けて後述する図８のフローによりｄｅｓｕｌフラグ＝１となると、図４のフローが開始される。

Ｓ２０１では、ＮＯｘトラップ触媒のＳ被毒解除のため、エンジンの燃焼を、通常のリーン燃焼から、本発明に係る分割リタード燃焼に切換える。
Ｓ２０２では、排気λをストイキに制御する。すなわち、目標λをストイキに設定して、制御する。
Ｓ２０３では、触媒温度が所定値Ｔ４より高くなっているか否かを判定する。例えばＢａ系のＮＯｘトラップ触媒の場合は、リッチ〜ストイキ雰囲気で６００℃以上にする必要があることから、Ｔ４は６００℃以上に設定される。

触媒温度が所定値Ｔ４より低い場合は、Ｓ２１０へ進んで、主燃焼の燃料噴射時期を遅角して、排気温度を上昇させる。
Ｓ２０４では、Ｓ被毒解除モードで所定時間ｔdesul 経過したか否かを判定する。所定時間経過すれば、Ｓ被毒が解除されるので、Ｓ２０５へ進む。
Ｓ２０５では、Ｓ被毒解除が完了したので、本発明に係る分割リタード燃焼から通常の燃焼に切換えて、ＮＯｘトラップ触媒の加熱を停止する。もちろん同時に、ストイキ運転を解除する
Ｓ２０６では、Ｓ被毒解除が完了したので、ｄｅｓｕｌフラグを０にする。

Ｓ２０７では、Ｓ被毒解除は完了したものの、このような高温の条件下でＤＰＦにＰＭが堆積している場合に排気λを急に大きくすると、ＤＰＦでＰＭが一気に燃えてしまい溶損する恐れがあることから、溶損防止モードに入るために、ｒｅｃフラグを１にする。
Ｓ２０８では、ｒｑ−ｓｐフラグを０にする。Ｓ被毒解除を行うと、ＮＯｘトラップ触媒が長時間ストイキにさらされることで、ＮＯｘ脱離浄化が同時に行われるので、ＮＯｘ脱離浄化要求（リッチスパイク要求）が出ていた場合に、これを取下げるためである。

次に図５のリッチスパイクモード（ＮＯｘ脱離浄化モード）の制御について説明する。ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ堆積量が所定値ＮＯｘ１に達してｒｑ−ｓｐフラグ＝１となり、これを受けて後述する図７又は図８のフローによりｓｐフラグ＝１となると、図５のフローが開始される。
Ｓ３０１では、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ脱離浄化のため、エンジンの燃焼を、通常のリーン燃焼から、本発明に係る分割リタード燃焼に切換える。

Ｓ３０２では、排気λをリッチに制御する。排気λの制御は、図２７に示すリッチスパイク運転での目標吸入空気量となるように吸気絞り弁６により制御した後、前記同様に、吸気絞り弁６やＥＧＲ弁１９による新気量の調整で行われる。
Ｓ３０３では、リッチスパイクモードにて所定時間ｔspike 経過したか否かを判定し、経過した場合は、ＮＯｘ脱離浄化完了と見なして、Ｓ３０４へ進む。

Ｓ３０４では、ＮＯｘ脱離浄化が完了したので、本発明に係る分割リタード燃焼から通常の燃焼に切換える。もちろん同時に、リッチ運転を解除する
Ｓ３０５では、ＮＯｘ脱離浄化が完了したので、ｓｐフラグを０にする。
次に図６の溶損防止モードの制御について説明する。ＤＰＦ再生又はＳ被毒解除が終了し、図３又は図４のフローによりｒｅｃフラグ＝１となると、図６のフローが開始される。

Ｓ４０１では、ＤＰＦ再生直後などは未だ高温状態にあり、排気λを急激にリーン化すると、ＤＰＦ内の燃え残ったＰＭが一気に燃焼して溶損する恐れがあるため、排気λを目標値、例えばλ≦1.4 に制御する。尚、溶損防止モードでは、排気温度は低いことが望ましいので、本発明に係る分割リタード燃焼ではなく、通常燃焼で排気λを目標値に制御する。

Ｓ４０２では、ＤＰＦ温度がＰＭの急激な酸化が開始する恐れのない所定温度Ｔ３（例えば５００℃）より低くなったか否かを判定する。Ｔ３より高い場合は、排気λ制御を続行する。Ｔ３より低くなれば、酸素濃度が大気並になってもＤＰＦの溶損は回避可能となるので、Ｓ４０３へ進む。
Ｓ４０３では、ＤＰＦの溶損の恐れがないことから、排気λ制御を止める。

Ｓ４０４では、溶損防止モードが終了したので、ｒｅｃフラグを０にする。
次に図７の再生優先順位決定フロー（１）について説明する。ＤＰＦ再生要求（ｒｑ−ＤＰＦフラグ＝１）が出されると、図６のフローが開始される。尚、本フローは、ＤＰＦ再生要求と、Ｓ被毒解除要求又はＮＯｘ脱離浄化要求とが、同時におきたときの優先順位についての規定するものである。

Ｓ５０１では、ＤＰＦ再生要求が出た後に、Ｓ堆積量が所定値Ｓ１に達してＳ被毒解除時期になっているか否かを、Ｓ１３と同様の手法で、判定する。
Ｓ堆積量＞Ｓ１の場合は、図１０のフローのＳ８０１へ進んで、ｒｑ−ｄｅｓｕｌフラグ＝１とし、Ｓ被毒解除要求を出す。この場合、後述する図８のフローにより優先順位が決定される。

Ｓ堆積量＜Ｓ１の場合は、Ｓ５０２へ進む。
Ｓ５０２では、ｒｑ−ｓｐフラグ＝１、すなわちＮＯｘ脱離浄化要求（リッチスパイク要求）が出ているか否かを判定し、出ていない場合は、Ｓ５０３へ進む。
Ｓ５０３では、ＤＰＦ再生要求が出された後に、ＮＯｘ堆積量が所定値ＮＯｘ１に達してＮＯｘ脱離浄化時期になっているか否かを、Ｓ１４と同様の手法で、判定する。

ＮＯｘ堆積量＞ＮＯｘ１の場合は、図１１のフローのＳ９０１へ進んで、ｒｑ−ｓｐフラグ＝１とし、ＮＯｘ脱離浄化要求（リッチスパイク要求）を出す。
Ｓ５０３での判定で、ＮＯｘ堆積量＜ＮＯｘ１の場合は、ＤＰＦ再生要求のみが出ている場合であり、この場合は、Ｓ５０４へ進む。
Ｓ５０４では、図２８に示すＤＰＦ再生及びＳ被毒解除の可能領域（低回転・低負荷以外の領域；昇温代が比較的少なく、排気性能の悪化代が許容値を超えない領域）であるか否かを判定する。再生可能領域の場合は、Ｓ５０５へ進み、ｒｅｇフラグ＝１として、ＤＰＦの再生に移行する。

Ｓ５０２での判定で、ｒｑ−ｓｐフラグ＝１の場合は、ＤＰＦ再生要求とＮＯｘ脱離浄化要求とが同時に出ている場合であり、この場合は、Ｓ５０６へ進む。
Ｓ５０６では、エンジンの運転条件がＮＯｘ排出量の少ない条件（例えば定常条件）であるか否かを判定する。ＮＯｘ排出量が少ない条件であれば、ＮＯｘトラップ触媒の再生を多少遅らせても、テールパイプでの排気の悪化は殆ど無いため、運転性に影響を大きく及ぼすＤＰＦの再生を優先させるのが望ましい。従って、この場合はＳ５０７へ進む。

ＮＯｘ排出量が多い条件（例えば加速条件等）ではテールパイプでの排気悪化を防止するためにＮＯｘトラップ触媒の再生を優先させるのが望ましい。従って、この場合はＳ５０８へ進み、ｓｐフラグ＝１として、ＮＯｘ脱離浄化（リッチスパイク）に移行する。
Ｓ５０７では、ＤＰＦ温度がＤＰＦに担持させた酸化触媒が活性化する温度Ｔ６より高いか否かを判定する。昇温を開始するにあたり、ＤＰＦに担持させた酸化触媒が活性化する温度Ｔ６よりも低い場合は、昇温開始しても、再生可能温度に到達するまで時間がかかり、昇温中にテールパイプでのＮＯｘの悪化も懸念されるため、ＮＯｘトラップ触媒の再生を優先させるのが望ましい。従って、この場合もＳ５０８へ進み、ｓｐフラグ＝１として、ＮＯｘ脱離浄化（リッチスパイク）に移行する。

Ｓ５０７での判定で、ＤＰＦ温度＞Ｔ６の場合は、ＤＰＦの再生を優先させるため、前述のＳ５０４、５０５へ進む。
次に図８の再生優先順位決定フロー（２）について説明する。Ｓ被毒解除要求（ｒｑ−ｄｅｓｕｌフラグ＝１）が出されると、図８のフローが開始される。尚、本フローは、Ｓ被毒解除要求とＮＯｘ脱離浄化要求とが同時におきたときの優先順位について規定するものである。

Ｓ６０１では、Ｓ被毒解除要求が出た後に、ＰＭ堆積量が所定値ＰＭ１に達してＤＰＦ再生時期になっているか否かを、Ｓ１２と同様の手法で、判定する。
ＰＭ堆積量＞ＰＭ１の場合は、図９のフローのＳ７０１へ進んで、ｒｑ−ＤＰＦフラグ＝１とし、ＤＰＦ再生要求を出す。この場合、前述の図７のフローにより優先順位が決定される。

ＰＭ堆積量＜ＰＭ１の場合は、Ｓ６０２へ進む。
Ｓ６０２では、触媒温度が所定温度Ｔ１より高いか否かを判定し、高い場合には、Ｓ６０３へ進む。
Ｓ６０３では、図２４に示すＤＰＦ再生及びＳ被毒解除の可能領域（低回転・低負荷以外の領域；昇温代が比較的少なく、排気性能の悪化代が許容値を超えない領域）であるか否かを判定する。Ｓ被毒解除可能領域の場合は、Ｓ６０４へ進み、ｄｅｓｕｌフラグ＝１として、Ｓ被毒解除に移行する。

Ｓ６０２での判定で、触媒温度＜Ｔ１の場合は、昇温を開始しても、Ｓ被毒解除の可能温度に到達するまで時間がかかり、昇温中にテールパイプでのＮＯｘの悪化も懸念されることから、ＮＯｘ脱離浄化を優先させるのが望ましい。このため、Ｓ６０５へ進む。
Ｓ６０５では、ｒｑ−ｓｐフラグ＝１、すなわちＮＯｘ脱離浄化要求が出ているか否かを判定し、出ている場合は、Ｓ６０７へ進み、ｓｐフラグ＝１として、ＮＯｘ脱離浄化（リッチスパイク）に移行する。

ｒｑ−ｓｐフラグ＝１でない場合は、Ｓ６０６へ進む。
Ｓ６０６では、Ｓ被毒解除要求が出された後に、ＮＯｘ堆積量が所定値ＮＯｘ１に達してＮＯｘ脱離浄化時期になっているか否かを、Ｓ１４と同様の手法で、判定する。
ＮＯｘ堆積量＞ＮＯｘ１の場合は、図１１のフローのＳ９０１へ進み、ｒｑ−ｓｐフラグ＝１とする。

次に図１２の暖機促進モードの制御について説明する。これは触媒温度がＴ５以下のとき（または触媒出口のＨＣ，ＣＯの少なくとも一方の濃度がしきい値より大きいとき）に実行される。
Ｓ１００１では、暖機促進運転可能領域か否かを判定する。ここでの暖機促進運転は、本発明に係る分割リタード燃焼により行うため、この燃焼が可能な領域か否かを判定する。具体的には、図２８に示したＤＰＦ再生及びＳ被毒解除の可能領域を、暖機促進運転可能領域とし、この領域の場合に、Ｓ１００２へ進む。

Ｓ１００２では、暖機促進のため、エンジンの燃焼を、通常のリーン燃焼から、本発明に係る分割リタード燃焼に切換える。本燃焼への切換えにより、高排温となり、触媒の暖機を促進することができる。ここでも、目標λを設定して、制御する。
Ｓ１００３では、機関回転速度と負荷（燃料噴射量）によって設定されるＥＧＲ目標値（目標ＥＧＲ率）を、図２９に示すＥＧＲを減少する冷間時用のものに変更する。また、ＥＧＲを減少した場合に排気温度が上昇するので、排気温度を維持する場合には、図３０に示す主噴射時期の補正マップを用いるなどして主噴射時期を進角させる（図１７（Ａ）参照）。

Ｓ１００４では、触媒温度がその活性温度であるＴ５より高くなったか否か（または触媒出口のＨＣ，ＣＯの少なくとも一方の濃度がしきい値以下となったか否か）を判定し、触媒温度＞Ｔ５の場合に、Ｓ１００５へ進んで、本発明に係る分割リタード燃焼から通常の燃焼に切換えて、暖機促進運転を終了する。なお、暖機完了後（触媒活性後）に本発明に係る分割リタード燃焼を行うときは、暖機完了前（触媒未活性状態）と同一の回転速度、負荷条件に対して、ＥＧＲを増加し、また、主噴射時期を進角していた場合は遅角する。

本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図排気浄化制御のフローチャート（その１）排気浄化制御のフローチャート（その２）排気浄化制御のフローチャート（その３）排気浄化制御のフローチャート（その４）排気浄化制御のフローチャート（その５）排気浄化制御のフローチャート（その６）排気浄化制御のフローチャート（その７）排気浄化制御のフローチャート（その８）排気浄化制御のフローチャート（その９）排気浄化制御のフローチャート（その１０）排気浄化制御のフローチャート（その１１）参考例１の燃焼形態を示す参考例２の燃焼形態を示す図本発明の燃焼形態を示す図参考例１、２と本発明の排気ガス状態を比較した図主燃焼時期と排気ガスの状態との関係を示す図予備燃焼のための目標燃料噴射時期を示す図予備燃焼のための目標燃料噴射量を示す図主燃焼のための目標燃料噴射時期を示す図本発明の別の燃焼形態を示す図分割リタード燃焼への切換えのフローチャートＰＭ堆積量と再生中の目標λとの関係を示す図 λ＝１運転のための目標吸入空気量算出用マップを示す図主噴射時期とトルク補正係数Ｋ１との関係を示す図目標λとトルク補正係数Ｋ２との関係を示す図リッチスパイク運転のための目標吸入空気量算出用マップを示す図ＤＰＦ再生及びＳ被毒解除の可能領域を示す図冷間時のＥＧＲ目標値を示す図ＥＧＲ減少に伴う主噴射時期の進角を示す図

符号の説明

１ディーゼルエンジン
２吸気通路
５吸気絞り弁
９燃料噴射弁
１０排気通路
１１ＥＧＲ通路
１２ＥＧＲ弁
１３ＮＯｘトラップ触媒
１４ＤＰＦ
２０コントロールユニット
２１回転速度センサ
２２アクセル開度センサ
２３エアフローメータ
２４水温センサ
２５触媒温度センサ
２６排気圧力センサ
２７ＤＰＦ温度センサ
２８空燃比センサ

Claims

排気通路に排気浄化装置を備える内燃機関において、
排気浄化装置の状態に基づく所定の条件のときに、主トルクを発生させる主燃焼と、主燃焼に先立ってなされる少なくとも１回の予備燃焼とを行わせ、前記予備燃焼は、少なくとも１つが圧縮上死点近傍で起こるように、また、前記主燃焼は、前記予備燃焼が終了した後に開始するように、機関への燃料噴射を制御する燃焼制御を行う一方、
前記排気浄化装置の触媒活性状態を判断し、触媒未活性と判断されたときに前記燃焼制御を行うときは、目標空気過剰率を維持したまま、機関燃焼室から排出されるＨＣ，ＣＯを減少する制御を行うことを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
前記触媒未活性と判断されたときにＨＣ，ＣＯを減少する制御は、ＥＧＲ（排気再循環）を減少する制御であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
前記触媒が活性したと判断されたときは、ＥＧＲを増加することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
前記ＥＧＲを減少する制御に伴い、主燃焼の噴射時期を進角させることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
前記ＥＧＲを増加する制御に伴い、主燃焼の噴射時期を遅角させることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
前記触媒活性状態を判断するしきい値として、触媒内温度を用いることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
前記触媒活性状態を判断するしきい値として、触媒出口のＨＣまたはＣＯの少なくとも一方の濃度を用いることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
前記ＥＧＲの基本値を、機関回転速度及び負荷によって設定することを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。