JP3671455B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

【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ＮＯｘ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】
説明の都合上まず第１参考発明につき説明する。
第１参考発明は，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１参考発明においては，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】
第２参考発明は，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２参考発明においては，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１発明は，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ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である（請求項１）。
【００１４】
第１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２発明は，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ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である（請求項２）。
【００１６】
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３発明は，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である（請求項３）。
【００１８】
第３発明において最も注目すべきことは，第２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４発明は，上記第２，第３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。
また，膨張工程の前半にて行なう後噴射は，機関出力発生のための主噴射量５〜２０％の燃料をシリンダ室内に噴射することが好ましい。
更に，膨張工程の後半にて行なう後噴射は，機関出力発生のための主噴射量０．３〜５％の燃料をシリンダ室内に噴射することが好ましい。
【００２２】
【作用】
上記の第１参考発明によれば，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】
また第２参考発明によれば，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４００℃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，第１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】
また第２発明においては，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。
そして，第２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２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３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３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。
【００３５】
一方，第４発明は，第２，第３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，Ｒｈ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Ｃｕ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，ＥＣＵ１８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Ｓ１０１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，Ｓ１０２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。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ＥＣＵ１８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１７１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，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，Ｓ２０２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１７１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，Ｓ２０５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，Ｓ２０８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Ｓ２０６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（たとえばＡＴＤＣ９０〜１３０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２５０℃）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１４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）４０１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Ｓ４０１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１７１上のパティキュレートが燃焼するため，そのままＳ４０１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ＮＯｘ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１７３，１７４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１０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３５０℃）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ＥＣＵ１８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，ＥＣＵ１８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Ｓ５０５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Ｓ５０５とＳ５Ｏ６の間にＳ６０１を追加する。そして，Ｓ６０１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３３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ＮＯｘ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），

Claims (11)

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。
2. 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。
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，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。
4. 請求項２又は請求項３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。
5. 請求項１〜４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。
6. 請求項１〜４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。
7. 請求項５又は請求項６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。
8. 請求項５〜７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。
9. 請求項１〜８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。
10. 請求項１〜請求項９のいずれか１項において，膨張工程の前半にて行なう後噴射は，機関出力発生のための主噴射量５〜２０％の燃料をシリンダ室内に噴射することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
11. 請求項１〜請求項９のいずれか１項において，膨張工程の後半にて行なう後噴射は，機関出力発生のための主噴射量０．３〜５％の燃料をシリンダ室内に噴射することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

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