JPH10252544A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＮＯｘ触媒に供給する後噴射量を適正に制御
できるようにする。 【解決手段】 アクセルセンサ２６とエンジン回転数セ
ンサ２７の出力信号に基づいて後噴射無時の排気酸素濃
度をマップデータから算出し、後噴射無時の排気酸素濃
度を基にして排気ガス流量と後噴射量指令値とから後噴
射有時の排気酸素濃度Ａを算出する。更に、酸素濃度セ
ンサ２０の出力信号を１８０クランク角毎に平均化し
て、平均酸素濃度Ｂを求め、この平均酸素濃度Ｂを後噴
射有時の排気酸素濃度Ａと比較し、Ｂ＞Ａの場合には、
後噴射でＮＯｘ触媒１９に供給すべきＨＣ量（指令値）
より実際のＨＣ供給量（後噴射量）が少ないと判断し、
ＢとＡの差に応じて後噴射量指令値を増量補正し、Ｂ＜
Ａの場合には、後噴射で供給すべきＨＣ量より実際のＨ
Ｃ供給量が多いと判断し、ＢとＡの差に応じて後噴射量
指令値を減量補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関から排出
される排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を触媒で還元浄化
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】ディーゼルエンジン等の酸素過剰下で燃
料の燃焼が行われる内燃機関から排出される排気中のＮ
Ｏｘを浄化するために、排気管内にＮＯｘ触媒を設置
し、炭化水素（燃料）を還元剤としてＮＯｘ触媒に供給
してＮＯｘを還元浄化する技術が提案されている。その
一例として、特開平５−１５６９９３号公報では、内燃
機関の各気筒の燃料噴射弁に機関出力発生のための主噴
射指令を与えて主噴射を実施すると共に、主噴射後の膨
張行程で、後噴射指令を与えて燃料噴射弁から主噴射燃
料量の０．３〜３％の燃料を後噴射し、この後噴射によ
り未燃燃料（炭化水素）を還元剤としてＮＯｘ触媒に供
給するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に、燃料噴射弁
は、主噴射燃料量の調整範囲で精度良く動作するように
設計されており、後噴射時のように主噴射燃料量の０．
３〜３％という微量の燃料噴射量の調整は、本来的に得
意としていない。従って、主噴射燃料量の０．３〜３％
という微量の後噴射は、燃料噴射弁の個体差（ばらつ
き）や経時変化、噴射圧力の変動の影響を受けて変動し
やすく、実際の後噴射量が指令値からずれてばらついて
しまい、最適な炭化水素量を触媒に供給できなくなる。
その結果、過剰な炭化水素量が触媒に供給されると、未
燃の炭化水素が触媒で消費しきれずに大気中に排出され
てしまい、逆に、炭化水素供給量が不足すると、触媒で
のＮＯｘ浄化率が低下してＮＯｘ排出量が増加してしま
う。

【０００４】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たものであり、従ってその目的は、燃料噴射弁の個体差
（ばらつき）や経時変化、噴射圧力の変動があっても、
その影響を受けないように後噴射量を適正化できて、Ｎ
Ｏｘ浄化率向上と未燃炭化水素の排出防止とを実現する
ことができる内燃機関の排気浄化装置を提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれ
ば、実際に噴射された後噴射量を反映した情報をセンサ
により検出し、噴射制御手段は、後噴射によるセンサの
出力変化量に基づいて、前記燃料噴射手段から噴射され
た後噴射量と指令値（触媒に供給すべき最適な炭化水素
量）との偏差を求め、最適な炭化水素量になるように後
噴射量の指令値を補正する。これにより、燃料噴射弁の
個体差（ばらつき）や経時変化、噴射圧力の変動があっ
ても、常に適正化された炭化水素量を触媒に供給するこ
とができ、ＮＯｘ浄化率を向上できると共に、後噴射し
た未燃炭化水素が排出されることを防止でき、低エミッ
ション化の要求を満たすことができる。

【０００６】この場合、請求項２のように、後噴射量を
反映した情報を検出するセンサとして酸素濃度センサを
用い、後噴射した炭化水素量に応じた酸素濃度変化から
後噴射量を推定しても良い。つまり、排気中の炭化水素
が酸素濃度センサで燃焼する際に消費される酸素量は、
排気中の炭化水素濃度に応じて変化するため、酸素濃度
の変化量から炭化水素濃度を推定でき、この炭化水素濃
度から後噴射量を推定して後噴射量の指令値を補正する
ことができる。

【０００７】ところで、後噴射は、全ての気筒について
行っても良いが、一部の気筒のみに後噴射（つまり間欠
的な後噴射）を行っても良く、この場合でも、触媒に十
分な炭化水素を供給することができて、ＮＯｘ浄化率を
向上できる。間欠的な後噴射を行う場合には、後噴射に
よる炭化水素を含む排気ガスと、その炭化水素を含まな
い排気ガスとが交互に流れることから、請求項３のよう
に、後噴射指令を酸素濃度センサの応答性から決定され
る周期よりも長い時間間隔で出力し、酸素濃度センサの
前記時間間隔内の出力変化量に基づいて後噴射量の指令
値を補正しても良い。つまり、酸素濃度センサの応答性
から決定される周期よりも長い時間間隔で後噴射を行え
ば、後噴射による炭化水素を含まない排気中の酸素濃度
を、次の後噴射による炭化水素を含む排気が酸素濃度セ
ンサに到達する前に、該酸素濃度センサで精度良く検出
することができ、勿論、後噴射による炭化水素を含む排
気中の酸素濃度も精度良く検出することができる。これ
により、後噴射の前後の酸素濃度の変化量（酸素濃度セ
ンサの出力変化量）から後噴射量を精度良く推定するこ
とができ、後噴射量の指令値を精度良く補正することが
できる。

【０００８】また、請求項４のように、定常的に後噴射
している運転状態において、特定期間だけ全気筒に対し
て後噴射を停止し、後噴射停止前後の酸素濃度センサの
出力変化量から後噴射指令を補正しても良い。この場
合、全気筒に対して後噴射を停止する特定期間は、酸素
濃度センサに対して後噴射による炭化水素を含まない排
気ガスが流れる。従って、酸素濃度センサは、通常は後
噴射による炭化水素が酸素濃度センサで燃焼した後の排
気ガスの酸素濃度を検出するが、特定期間は、後噴射に
よる炭化水素を含まない排気ガスの酸素濃度を検出す
る。これにより、後噴射停止前後での酸素濃度センサの
出力変化量に基づいて後噴射量を精度良く推定すること
ができ、後噴射量の指令値を精度良く補正することがで
きる。

【０００９】また、請求項５のように、後噴射量を反映
した情報を検出するセンサとして、排気温度センサを用
い、気筒内で燃焼する後噴射量に応じた排気温度の変化
から後噴射量を推定しても良い。つまり、主噴射した燃
料の燃焼後期に後噴射した燃料を燃焼させると、その
分、排気温度が上昇するため、排気温度センサの出力変
化量から後噴射量を推定でき、後噴射量の指令値を補正
することができる。

【００１０】更に、請求項６のように、定常的に後噴射
している運転状態において、特定期間だけ後噴射時期を
通常よりも進角させ、その進角前後の排気温度センサの
出力変化量から後噴射量の指令値を補正しても良い。こ
の場合、後噴射時期を通常よりも進角させることで、後
噴射した炭化水素の全量を確実に気筒内で燃焼させるこ
とができる。これにより、排気温度センサは、後噴射し
た炭化水素の全量が燃焼した排気ガスの温度変化を精度
良く検出することができ、その変化量に基づいて後噴射
量を精度良く推定することができて、後噴射量の指令値
を精度良く補正することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】

［実施形態（１）］以下、本発明を例えば４気筒のディ
ーゼルエンジンに適用した実施形態（１）を図１乃至図
４に基づいて説明する。

【００１２】まず、図１に基づいてエンジン制御システ
ム全体の構成を説明する。内燃機関であるディーゼルエ
ンジン１０の吸気管１１には、吸入空気量を検出するエ
アーフローセンサ１２が設置され、このエアーフローセ
ンサ１２を通過した吸入空気が吸気マニホールド１３を
通ってディーゼルエンジン１０の各気筒に吸入される。
ディーゼルエンジン１０の各気筒には、燃料噴射手段と
して電磁弁式の燃料噴射弁１４が取り付けられ、各燃料
噴射弁１４には、高圧燃料ポンプ１５から高圧に蓄圧さ
れた燃料が燃料配管１６を通して供給される。

【００１３】ディーゼルエンジン１０の各気筒から排出
される排気ガスは、排気マニホールド１７（排気通路）
を通して１本の排気管１８（排気通路）に排出され、こ
の排気管１８の途中には、排気中のＮＯｘを還元浄化す
る触媒、すなわちＮＯｘ触媒１９が設置されている。こ
のＮＯｘ触媒１９の上流側には、排気中の酸素濃度を検
出する酸素濃度センサ２０が設置され、ＮＯｘ触媒１９
の下流側には、排気温度を検出する排気温度センサ２１
が設置されている。

【００１４】ディーゼルエンジン１０の運転中は、エン
ジン電子制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）２５に
よって、各気筒の燃料噴射弁１４が制御される。このＥ
ＣＵ２５は、エアーフローセンサ１２、アクセルセンサ
２６及びエンジン回転数センサ２７（これらはいずれも
運転状態検出手段に相当）から読み込んだ信号に基づい
てディーゼルエンジン１０の運転状態を検出すると共
に、排気温度センサ２１の出力信号に基づいてＮＯｘ触
媒１９の温度が所定の活性温度範囲内にあるか否かを判
定する。

【００１５】また、ＥＣＵ２５に内蔵されたＲＯＭ（記
憶媒体）には、図２及び図３に示す噴射制御プログラム
が記憶されている。ＥＣＵ２５は、図２及び図３の噴射
制御プログラムを実行することで、各気筒の燃料噴射弁
１４に機関出力発生のための主噴射指令とＮＯｘ触媒１
９への炭化水素供給のための後噴射指令を出力する噴射
制御手段として機能し、更に、後噴射による酸素濃度セ
ンサ２０の出力変化量に基づいて後噴射量の指令値をＮ
Ｏｘ触媒１９への炭化水素供給量（後噴射量）が最適と
なるように補正する役割も果たす。

【００１６】以下、このＥＣＵ２５によって実行される
噴射制御プログラムの内容を図２及び図３のフローチャ
ートに従って説明する。この噴射制御プログラムは、所
定時間毎又は所定クランク角毎に繰り返し実行される。
この噴射制御プログラムが起動されると、まず、ステッ
プ１０１で、ディーゼルエンジン１０の運転状態を検出
するために、アクセルセンサ２６、エンジン回転数セン
サ２７、エアーフローセンサ１２及び排気温度センサ２
１から出力される各信号を読み込むと共に、ＥＣＵ２５
のＲＡＭ（図示せず）に記憶されている各気筒の後噴射
量指令値の補正係数ｋ(i) （i ＝１〜４）を読み込む。

【００１７】この後、ステップ１０２に進み、アクセル
センサ２６とエンジン回転数センサ２７の出力信号から
パイロット噴射量とその噴射時期の指令値を算出すると
共に、主噴射量とその噴射時期の指令値を算出し、更
に、アクセルセンサ２６とエンジン回転数センサ２７の
出力信号に基づいてディーゼルエンジン１０からのＮＯ
ｘ排出量を推定し、推定したＮＯｘ排出量と排気温度セ
ンサ２１の出力信号から後噴射量とその噴射時期の指令
値を算出する。尚、後噴射は、排気温度センサ２１の出
力信号に基づいてＮＯｘ触媒１９の温度が所定の活性温
度範囲内にあると判定された場合に実行される。

【００１８】ここで、パイロット噴射、主噴射、後噴射
について図４に基づいて説明する。図４はＥＣＵ２５か
らの燃料噴射信号に基づく各気筒の燃料噴射弁１４の燃
料噴射波形を示すタイムチャートである。図４中のａは
パイロット噴射、ｂは主噴射、ｃ10〜ｃ41は後噴射を示
している。各気筒毎にエンジン出力発生のために圧縮上
死点近傍で主噴射が行われる。この主噴射に先立ち、パ
イロット噴射を行って少量の燃料を噴射し、この燃料が
着火状態となったところで、主噴射を行うことで、燃焼
初期の予混合燃焼を減少させてＮＯｘ排出量を低減させ
る。後噴射は、燃焼後の膨張行程又は排気行程で行われ
る。従って、後噴射された燃料は、未燃状態のまま排気
ガスに混じってディーゼルエンジン１０から排出され、
ＮＯｘ触媒１９に供給されてＮＯｘの還元浄化に消費さ
れる。この実施形態（１）では、全ての気筒に対して燃
料噴射毎に後噴射が実行される。

【００１９】図２のステップ１０２で、パイロット噴
射、主噴射、後噴射の噴射量と噴射時期の指令値を算出
し、次のステップ１０３で、各気筒の後噴射量指令値の
補正係数ｋ(i) （i ＝１〜４）の再設定が必要か否かを
判定する。例えば、燃料噴射弁１４の個体差（ばらつ
き）を補正する場合は、今までに一度も補正係数ｋ(i)
の再設定が行われていない時に再設定が必要と判定さ
れ、また、経時劣化を補正する場合は、前回の補正係数
ｋ(i) の再設定が行われてから所定の積算走行距離に達
している時に再設定が必要と判定される。また、コモン
レール圧力（燃料圧力）を補正する場合は、所定時間経
過毎、又は、エンジン運転状態が大きく変化した時に、
補正係数ｋ(i) の再設定が必要と判定される。

【００２０】上記ステップ１０３で、補正係数ｋ(i) の
再設定が必要でないと判定された場合にはステップ１１
０に進むが、再設定が必要と判定された場合は、ステッ
プ１０４に進み、アクセルセンサ２６とエンジン回転数
センサ２７の出力信号に基づいて後噴射無時の排気酸素
濃度を予め実験やシミュレーションによって求められた
マップデータ等から算出する。次に、エアーフローセン
サ１２の出力信号から排気ガス流量を算出し、後噴射量
指令値からＨＣ（炭化水素）量を算出し、この排気ガス
流量とＨＣ量から排気中のＨＣ濃度を算出し、この排気
中のＨＣ濃度を燃焼させるのに必要な酸素濃度を、前述
した後噴射無時の排気酸素濃度から減算することで、後
噴射有時の排気酸素濃度Ａを算出する。

【００２１】この後、ステップ１０５に進み、酸素濃度
センサ２０の出力信号を読み込んだ後、ステップ１０６
に進み、酸素濃度センサ２０の出力信号を１８０クラン
ク角毎に平均化して、平均酸素濃度Ｂを求める。ここ
で、酸素濃度を平均化する理由は、酸素濃度センサ２０
の出力信号は後噴射指令の出力周期で変動するので、そ
の周期で平均化することで酸素濃度の検出精度を向上す
るためである。

【００２２】次に、図３のステップ１０７に進み、ステ
ップ１０６で算出した平均酸素濃度Ｂとステップ１０４
で算出した後噴射有時の排気酸素濃度Ａとを比較する。
もし、Ｂ＞Ａであれば、後噴射で供給すべきＨＣ量（指
令値）より実際のＨＣ供給量（後噴射量）が少ないと判
断され、ステップ１０８に進み、ＢとＡの差に応じて後
噴射量指令値の増量係数ｋ1 （ｋ１＞１）を算出し、前
回使用した後噴射量指令値の補正係数ｋ(i) に増量係数
ｋ1 を乗算することで（ｋ(i) ＝ｋ(i) ×ｋ1）、後噴
射量指令値の補正係数ｋ(i) を再設定してステップ１１
０に進む。

【００２３】一方、Ｂ＝Ａの場合には、後噴射で供給す
べきＨＣ量と実際のＨＣ供給量とが一致すると判断され
る。この場合には、前回使用した後噴射量指令値の補正
係数ｋ(i) が今回もそのまま使用できるので、そのまま
ステップ１１０に進む。

【００２４】また、Ｂ＜Ａの場合には、後噴射で供給す
べきＨＣ量より実際のＨＣ供給量が多いと判断され、ス
テップ１０９に進み、ＢとＡの差に応じて後噴射量指令
値の減量係数ｋ2 （ｋ2 ＜１）を算出し、前回使用した
後噴射量指令値の補正係数ｋ(i) に減量係数ｋ2 を乗算
することで（ｋ(i) ＝ｋ(i) ×ｋ2 ）、後噴射量指令値
の補正係数ｋ(i) を再設定してステップ１１０に進む。
尚、前述したステップ１０３で、後噴射量指令値の補正
係数ｋ(i) の再設定が必要ないと判定された場合にも、
ステップ１１０に進む。

【００２５】ステップ１１０では、後噴射量指令値に補
正係数ｋ(i) を乗算することで（後噴射量指令値＝後噴
射量指令値×ｋ(i) ）、後噴射量指令値を補正係数ｋ
(i) で補正して、ステップ１１１に進み、燃料噴射弁１
４にパイロット噴射、主噴射、後噴射の指令（噴射量、
噴射時期）を出力する。

【００２６】以上説明した噴射制御プログラムの動作例
を図４を用いて説明する。図４は、定常運転時の第１か
ら第４気筒〜の燃料噴射波形と酸素濃度センサ２０
の出力信号波形を示すタイムチャートである。酸素濃度
センサ２０のタイムチャートのうち、実線は実際のセン
サ出力を示し、破線はステップ１０４で算出した後噴射
有時の排気酸素濃度Ａを示す。

【００２７】まず、気筒で燃料噴射が行われると、排
気行程で排気ガスが酸素濃度センサ２０に流入するの
で、位相（時間）が遅れて酸素濃度センサ２０の出力が
変化する。気筒に相当する排気ガス（ｃ10）の酸素濃
度センサ２０の出力を１８０クランク角平均すると、波
線で示した排気酸素濃度Ａと同じになる。つまり、気筒
で実行された後噴射量ｃ10は目標の後噴射量（指令
値）と一致するため、後噴射量指令値の補正係数ｋ(i)
の再設定は行われない。従って、次回の気筒の後噴射
量ｃ11はｃ10と同量である。

【００２８】次に、気筒からの排気ガス（ｃ20）の酸
素濃度センサ２０の出力を１８０クランク角で平均する
と、波線で示した排気酸素濃度Ａよりも高い値になる。
つまり、気筒で実行された後噴射量ｃ20は目標の後噴
射量より少ないため、後噴射量指令値の補正係数ｋ(2)
は増量係数ｋ１（ｋ１＞１）が乗算され、再設定され
る。従って、気筒の次回の後噴射量ｃ21はｃ20より増
量される。

【００２９】次に、気筒からの排気ガス（ｃ30）の酸
素濃度センサ２０の出力を１８０クランク角で平均する
と、波線で示した排気酸素濃度Ａよりも低い値になる。
つまり、気筒で実行された後噴射量ｃ30は目標の後噴
射量より多いため、後噴射量指令値の補正係数ｋ(3) は
減量係数ｋ2 （ｋ2 ＜１）が乗算され、再設定される。
従って、次回の気筒の後噴射量ｃ31はｃ30より減量さ
れる。

【００３０】次に、気筒からの排気ガス（ｃ40）の酸
素濃度センサ２０の出力を１８０クランク角で平均する
と波線で示した排気酸素濃度Ａと同じになる。つまり、
気筒で実行された後噴射量ｃ40は目標の後噴射量と一
致するため、後噴射量指令値の補正係数ｋ(4) の再設定
は行われない。従って、次回の気筒の後噴射量ｃ41は
ｃ40と同量である。

【００３１】以上の処理により、次のサイクルの各気筒
の後噴射量（ｃ11〜ｃ41）は補正されているため、各気
筒からの排気ガスの酸素濃度センサ２０の出力を１８０
クランク角で平均すると、波線で示した排気酸素濃度Ａ
と同じになる。このように、酸素濃度センサ２０で検出
した実際の後噴射量によって後噴射量の指令値を補正す
ることで、燃料噴射弁１４の個体差（ばらつき）や経時
変化、噴射圧力の変動があっても、常に適正化された炭
化水素量を触媒に供給することができ、ＮＯｘ浄化率を
向上できると共に、後噴射した未燃炭化水素が排出され
ることを防止でき、低エミッション化の要求を満たすこ
とができる。

【００３２】本実施形態（１）では、酸素濃度センサ２
０の出力を１８０クランク角毎に平均化したが、例え
ば、３６０クランク角毎、または７２０クランク角毎に
平均化しても良い。

【００３３】また、ＥＧＲがある場合は、ステップ１０
４で、エアーフローセンサ１２の出力信号と、エンジン
運転状態から決まるＥＧＲ率とによって、排気ガス流量
を算出し、排気中のＨＣ濃度を算出しても良い。また
は、エンジン回転数から排気ガス流量を算出しても良
い。

【００３４】［実施形態（２）］上記実施形態（１）で
は、図２のステップ１０４で、後噴射無時の排気酸素濃
度をアクセルセンサ２６とエンジン回転数センサ２７の
出力信号から例えばマップデータを用いて算出したが、
図５乃至図７に示す実施形態（２）では、所定時間だけ
後噴射を停止して、後噴射無時の排気酸素濃度を酸素濃
度センサ２０により実測する。本実施形態（２）のシス
テム構成は、前記実施形態（１）で説明した図１の構成
と同じである。

【００３５】以下、本実施形態（２）で実行する図５及
び図６の噴射制御プログラムの内容を説明する。ステッ
プ２０１〜２０３の処理は、前述した図２のステップ１
０１〜１０３と同じである。ステップ２０３で補正係数
ｋ(i) （i ＝１〜４）の再設定が必要でないと判定され
た場合は、後述する図６のステップ２１３に進むが、再
設定が必要と判定された場合には、ステップ２０４に進
み、後噴射有時の酸素濃度センサ２０の出力を読み込
み、次のステップ２０５で、全気筒の後噴射量指令値を
ゼロに設定し、全気筒の後噴射を一時的に停止する。

【００３６】この後、テップ２０６に進み、後噴射停止
後、“所定時間”が経過したか否かを判定する。ここ
で、“所定時間”は、酸素濃度センサ２０の応答性から
決定される周期よりも長い時間に設定され、例えば０．
２秒から０．５秒の判定で設定される。このステップ２
０６で所定時間が経過していないと判定された場合に
は、後述する図６のステップ２１３に進むが、所定時間
が経過したと判定された場合には、ステップ２０７に進
み、後噴射無時（つまり後噴射停止中）の酸素濃度セン
サ２０の出力を読み込み、後噴射無時の排気酸素濃度を
検出する。

【００３７】この後、図６のステップ２０８に進み、前
記ステップ２０４で読み込んだ後噴射有時の排気酸素濃
度センサ２０の出力Ｃと、前記ステップ２０７で読み込
んだ後噴射無時の酸素濃度センサ２０の出力Ｄとの差Ｅ
（つまり後噴射による実際の酸素濃度変化量）を算出す
る。この後、ステップ２０９に進み、エアーフローセン
サ１２の出力信号から排気ガス流量を算出すると共に、
後噴射量指令値に対応するＨＣ量を算出し、この排気ガ
ス流量とＨＣ量から排気中のＨＣ濃度を算出し、この排
気中のＨＣ濃度を燃焼させるのに必要な酸素濃度Ｆ（つ
まり後噴射量指令値から推定した酸素濃度変化量）を算
出する。

【００３８】この後、ステップ２１０に進み、ステップ
２０８で算出した後噴射有時の排気酸素濃度センサ２０
の出力Ｃと後噴射無時の酸素濃度センサ２０の出力Ｄと
の差Ｅと、ステップ２０９で算出した排気中のＨＣ濃度
を燃焼させるのに必要な酸素濃度Ｆとを比較する。も
し、Ｆ＞Ｅであれば、後噴射で供給すべきＨＣ量（指令
値）より実際のＨＣ供給量が少ないと判断され、ステッ
プ２１１に進み、ＦとＥの差に応じて後噴射量指令値の
増量係数ｋ3 （ｋ3 ＞１）を算出し、前回使用した後噴
射量指令値の補正係数ｋ(i) （i ＝１〜４）に増量係数
ｋ3 を乗算することで（ｋ(i) ＝ｋ(i) ×ｋ3 ）、後噴
射量指令値の補正係数ｋ(i) を再設定してステップ２１
３に進む。

【００３９】また、Ｆ＝Ｅの場合には、後噴射で供給す
べきＨＣ量と実際のＨＣ供給量とが一致すると判断され
る。この場合には、前回使用した後噴射量指令値の補正
係数ｋ(i) が今回もそのまま使用できるので、そのまま
ステップ２１３に進む。

【００４０】また、Ｆ＜Ｅの場合には、後噴射で供給す
べきＨＣ量より実際のＨＣ供給量が多いと判断され、ス
テップ２１２に進み、ＦとＥの差に応じて後噴射量指令
値の減量係数ｋ4 を算出し、前回使用した後噴射量指令
値の補正係数ｋ(i) に減量係数ｋ4 を乗算することで
（ｋ(i) ＝ｋ(i) ×ｋ4 ）、後噴射量指令値の補正係数
ｋ(i) を再設定してステップ２１３に進む。尚、前述し
たステップ２０３，２０６のいずれかで「Ｎｏ」と判定
された場合にも、ステップ２１３に進む。

【００４１】ステップ２１３では、後噴射量指令値に補
正係数ｋ(i) を乗算することで（後噴射量指令値＝後噴
射量指令値×ｋ(i) ）、後噴射量指令値を補正係数ｋ
(i) で補正して、ステップ２１４に進み、燃料噴射弁１
４にパイロット噴射、主噴射、後噴射の指令（噴射量、
噴射時期）を出力する。

【００４２】以上説明した噴射制御プログラムの動作例
を図７を用いて説明する。図７は、定常運転時の第１か
ら第４気筒〜の燃料噴射波形と酸素濃度センサ２０
の出力信号波形を示すタイムチャートである。図７中の
ａはパイロット噴射、ｂは主噴射、ｃ10〜ｃ42は後噴射
を示す。酸素濃度センサ２０のタイムチャートのうち、
実線は実際のセンサ出力、破線は後噴射無時の排気酸素
濃度、一点鎖線は後噴射指令値から推定した排気酸素濃
度を示す。

【００４３】まず、気筒から気筒まで順番に後噴射
（ｃ10〜ｃ40）が実行され、その時の各気筒から排出さ
れる排気ガスの酸素濃度Ｃが検出される。その後、全て
の気筒〜の後噴射（ｃ11〜ｃ41）がゼロに設定され
るため、酸素濃度センサ２０の出力は徐々に後噴射無時
の酸素濃度Ｄに達する。次に、検出した後噴射無時の酸
素濃度Ｄと各気筒からの排気ガスの酸素濃度Ｃとの差か
ら、各気筒毎の後噴射による酸素濃度の変化量Ｅを算出
する。この後、後噴射量指令値から推定した酸素濃度変
化量Ｆと各気筒毎の後噴射による実際の酸素濃度変化量
Ｅとを比較して後噴射量指令値を補正する。

【００４４】図７に示す例では、気筒で実行された後
噴射量ｃ10は目標の後噴射量（指令値）と一致するた
め、後噴射量指令値の補正係数ｋ(i) の再設定は行われ
ない。従って、次々回の気筒の後噴射量ｃ12はｃ10と
同量である。次に、気筒で実行された後噴射量ｃ20は
目標の後噴射量より少ないため、後噴射量指令値の補正
係数ｋ(2) は増量係数ｋ3 が乗算され、再設定される。
従って、気筒の次々回の後噴射量ｃ22はｃ20より増量
される。次に、気筒で実行された後噴射量ｃ30は目標
の後噴射量より多いため、後噴射量指令値の補正係数ｋ
(3) は、減量係数ｋ4 が乗算され、再設定される。従っ
て、次々回の気筒の後噴射量ｃ32はｃ30より減量され
る。

【００４５】次に、気筒で実行された後噴射量ｃ40は
目標の後噴射量と一致するため、後噴射量指令値の補正
係数ｋ(4) の再設定は行われない。従って、次々回の気
筒の後噴射量ｃ42はｃ40と同量である。以上の処理に
より、次々回のサイクルの各気筒の後噴射量（ｃ12〜ｃ
42）は補正されるため、各気筒から排出される排気ガス
を検出する酸素濃度センサ２０の出力は同一になる。

【００４６】以上説明した本実施形態では、全気筒に対
して後噴射を停止する特定期間は、酸素濃度センサ２０
に対して後噴射による炭化水素を含まない排気ガスが流
れる。従って、酸素濃度センサ２０は、通常は後噴射に
よる炭化水素が酸素濃度センサ２０で燃焼した後の排気
ガスの酸素濃度を検出するが、特定期間は、後噴射によ
る炭化水素を含まない排気ガスの酸素濃度を直接検出す
ることができる。これにより、後噴射停止前後での酸素
濃度センサ２０の出力変化量に基づいて後噴射量を精度
良く推定することができ、後噴射量の指令値を精度良く
補正することができる。

【００４７】尚、本実施形態（２）では、気筒毎に後噴
射量指令値の補正係数の再設定を行うようにしたが、全
気筒の後噴射量の平均値に対して補正係数の再設定を行
うようにしても良い。

【００４８】［実施形態（３）］上記実施形態（２）で
は、後噴射量指令値の補正係数ｋ(i) の再設定を行う場
合のみ、特定期間だけ強制的に全気筒の後噴射を停止し
て、後噴射無時の排気酸素濃度を実測するようにした
が、図８乃至図１０に示す実施形態（３）では、常時、
酸素濃度センサ２０の応答性から決まる周期よりも長い
時間間隔で後噴射を行い、後噴射無時の排気酸素濃度を
実測するものである。本実施形態のシステム構成も、前
記実施形態（１）で説明した図１の構成と同じである。

【００４９】以下、本実施形態（３）で実行する図８及
び図９の噴射制御プログラムの内容を説明する。まず、
ステップ３０１で、ディーゼルエンジン１０の運転状態
を検出するために、アクセルセンサ２６、エンジン回転
数センサ２７、エアーフローセンサ１２、酸素濃度セン
サ２０及び排気温度センサ２１から出力される各信号を
読み込むと共に、ＥＣＵ２５のＲＡＭ（図示せず）に記
憶されている全気筒の後噴射量補正係数ｋを読み込む。
この後、ステップ３０２に進み、図２のステップ１０２
と同様の処理により、パイロット噴射量とその噴射時期
の指令値、主噴射量とその噴射時期の指令値、及び、後
噴射量とその噴射時期の指令値を算出する。

【００５０】この後、ステップ３０３に進み、前回の後
噴射終了から現時点までの経過時間（クランク角）に応
じた後噴射量を算出するために、前回の後噴射終了か
ら、本プログラムが起動される毎に、所定の後噴射量を
積算して積算後噴射量を求める（積算後噴射量＝積算後
噴射量十後噴射量）。この後、ステップ３０４に進み、
前回の後噴射から“所定時間”が経過したか否かを判定
する。ここで、“所定時間”とは、酸素濃度センサ２０
の検出応答性から決定される時間であり、例えば、２０
ｍｓｅｃから５００ｍｓｅｃ、より好ましくは５０ｍｓ
ｅｃから２００ｍｓｅｃの範囲で設定する。

【００５１】前回の後噴射から“所定時間”が経過して
いない場合には、ステップ３０４からステップ３０６に
進み、後噴射量指令値をゼロに設定し（つまり後噴射を
行わず）、ステップ３１３に進む。

【００５２】そして、前回の後噴射から“所定時間”が
経過した時点で、ステップ３０４からステップ３０５に
進み、前記ステップ３０３で算出した積算後噴射量を後
噴射量指令値に設定する。この後、ステップ３０７に進
み、積算噴射量をゼロに設定した後、図９のステップ３
０８に進み、所定時間内の酸素濃度センサ２０の平均値
と最大値との差Ｇを算出する。そして、次のステップ３
０９で、所定時間内で後噴射指令値を平均化し、それに
よって変化すべき酸素濃度Ｈを算出する。

【００５３】この後、ステップ３１０に進み、前記ステ
ップ３０８で算出した所定時間内の酸素濃度センサ２０
の平均値と最大値の差Ｇと、ステップ３０９で算出した
所定時間内の後噴射指令値の平均値により変化すべき酸
素濃度Ｈとを比較する。もし、Ｈ＞Ｇであれば、後噴射
で供給すべきＨＣ量（指令値）より実際のＨＣ供給量が
少ないと判断され、ステップ３１１に進み、ＨとＧの差
に応じて後噴射量指令値の増量係数ｋ5 を算出し、前回
使用した後噴射量指令値の補正係数ｋに増量係数ｋ5 を
乗算することで（ｋ＝ｋ×ｋ5 ）、後噴射量指令値の補
正係数ｋを再設定してステップ３１３に進む。

【００５４】また、Ｈ＝Ｇの場合には、後噴射で供給す
べきＨＣ量と実際のＨＣ供給量とが一致すると判断され
る。この場合には、前回使用した後噴射量指令値の補正
係数ｋが今回もそのまま使用できるので、そのままステ
ップ３１３に進む。

【００５５】また、Ｈ＜Ｇの場合には、後噴射で供給す
べきＨＣ量よりも実際のＨＣ供給量が多いと判断され、
ステップ３１２に進み、ＨとＧの差に応じて後噴射量指
令値の減量係数ｋ6 を算出し、前回使用した後噴射量指
令値の補正係数ｋに減量係数ｋ6 を乗算することで（ｋ
＝ｋ×ｋ6 ）、後噴射量指令値の補正係数ｋを再設定し
てステップ３１３に進む。

【００５６】このステップ３１３では、後噴射量指令値
に補正係数ｋを乗算することで（後噴射量指令値＝後噴
射量指令値×ｋ）、後噴射量指令値を補正係数ｋで補正
してステップ３１４に進み、燃料噴射弁１４にパイロッ
ト噴射、主噴射、後噴射の指令（噴射量、噴射時期）を
出力する。

【００５７】以上説明した噴射制御プログラムの動作例
を図１０を用いて説明する。図１０は、定常運転時の第
１から第４気筒〜の燃料噴射波形と酸素濃度センサ
２０の出力信号波形を示すタイムチャートである。図１
０中のａはパイロット噴射、ｂは主噴射、ｃ10〜ｃ31は
後噴射を示す。酸素濃度センサ２０のタイムチャートの
うち実線は実際のセンサ出力、破線は後噴射無時の排気
酸素濃度を示す。

【００５８】全ての気筒〜に対して同じパイロット
噴射、主噴射が実行されているが、後噴射は、気筒
（ｃ10）で実行された後、酸素濃度センサ２０の検出応
答性から決定される所定時間が経過するまで実行されな
いため、気筒（ｃ20）、気筒（ｃ30）では後噴射が
実行されず、所定時間が経過した気筒（ｃ40）で後噴
射が実行される。この後噴射は、気筒で実行された
後、所定時間が経過するまで実行されないため、気筒
（ｃ11）、気筒（ｃ21）では実行されず、所定時間が
経過した気筒（ｃ31）で後噴射が実行され、以後、同
様の処理が繰り返される。

【００５９】この噴射制御では、気筒、気筒、気筒
で後噴射が実行される毎に、酸素濃度センサ２０の出
力信号が低下し、その出力の変動周期は５４０℃Ａに相
当する。後噴射が行われてから、次の後噴射が行われる
までに、２つの気筒から後噴射による未燃炭化水素を含
まない排気ガスが排出され、この排気ガスが酸素濃度セ
ンサ２０に流入して酸素濃度センサ２０内でガス交換さ
れるため、酸素濃度センサ２０の出力が増加していく。
これにより、酸素濃度センサ２０の検出応答性から決ま
る所定時間後に、酸素濃度センサ２０の出力が最大値と
なり、この最大値を検出することで、後噴射無時の排気
酸素濃度を精度良く検出することができて、後噴射量指
令値の補正係数ｋの再設定が可能になり、後噴射指令を
精度良く補正することができる。

【００６０】本実施形態（３）では、全気筒の後噴射量
補正係数ｋを再設定したが、気筒毎に補正係数ｋ(i) を
再設定しても良い。

【００６１】［実施形態（４）］上述した各実施形態
（１）〜（３）では、後噴射量を反映した情報を検出す
るセンサとして酸素濃度センサ２０を用いたが、図１１
乃至図１４に示す実施形態（４）では、後噴射量を反映
した情報を検出するセンサとして、ＮＯｘ触媒１９の上
流側に設置した排気温度センサ３１を用い、気筒内で燃
焼する後噴射量に応じた排気温度変化量に基づいて後噴
射量の指令値を補正する。本実施形態（４）のシステム
構成（図１１）は、ＮＯｘ触媒１９の上流側に、酸素濃
度センサ２０に代えて排気温度センサ３１を設置した点
を除いて、前記実施形態（１）で説明した図１の構成と
同じである。

【００６２】以下、本実施形態（４）で実行する図１２
及び図１３の噴射制御プログラムの内容を説明する。ス
テップ４０１〜４０３の処理は、前述した図２のステッ
プ１０１〜１０３と同じである。ステップ４０３で補正
係数ｋ(i) （i ＝１〜４）の再設定が必要でないと判定
された場合は、後述する図１３のステップ４１４に進む
が、再設定が必要と判定された場合には、ステップ４０
４に進み、通常の後噴射時期で後噴射を実施した時の排
気温度センサ３１の出力（通常の後噴射時期での排気温
度）を読み込む。

【００６３】この後、ステップ４０５に進み、後噴射時
期指令値を所定値に進角設定し、次のステップ４０６
で、後噴射量指令値の燃焼熱量から排気昇温量Ｒを算出
する。そして、次のステップ４０７で、後噴射時期指令
値を進角設定してから“所定時間”が経過したか否かを
判定する。ここで、“所定時間”は、排気温度センサ３
１の応答性から決定される時間であり、例えば２秒から
１０秒の範囲内で設定される。後噴射時期指令値を進角
設定してから“所定時間”が経過していない場合には、
後述する図１３のステップ４１４に進むが、“所定時
間”が経過している場合には、図１３のステップ４０８
に進み、後噴射時期指令値を進角設定した時の排気温度
センサ３１の出力（後噴射時期進角時の排気温度）を読
み込む。

【００６４】次のステップ４０９で、ステップ４０４で
読み込んだ通常の後噴射時期での排気温度センサ３１の
出力と、ステップ４０８で読み込んだ後噴射時期進角時
の排気温度センサ３１の出力との差Ｓ（実測した排気昇
温量）を算出した後、ステップ４１０に進み、後噴射時
期指令値を進角前の元の状態に戻す。この後、ステップ
４１１に進み、ステップ４０６で後噴射量指令値の燃焼
熱量から算出した排気昇温量Ｒと、ステップ４０９で算
出した排気温度センサ３１の出力の差Ｓ（実測した排気
昇温量）とを比較する。もし、Ｒ＞Ｓであれば、後噴射
で供給すべきＨＣ量（指令値）より実際のＨＣ供給量が
少ないと判断され、ステップ４１２に進み、ＲとＳの差
に応じて後噴射量指令値の増量係数ｋ7 （ｋ7 ＞１）を
算出し、前回使用した後噴射量指令値の補正係数ｋ(i)
（i ＝１〜４）に増量係数ｋ7 を乗算することで（ｋ
(i) ＝ｋ(i) ×ｋ7 ）、後噴射量指令値の補正係数ｋ
(i) を再設定してステップ４１４に進む。

【００６５】また、Ｒ＝Ｓの場合には、後噴射で供給す
べきＨＣ量と実際のＨＣ供給量とが一致すると判断され
る。この場合には、前回使用した後噴射量指令値の補正
係数ｋ(i) が今回もそのまま使用できるので、そのまま
ステップ４１４に進む。

【００６６】また、Ｒ＜Ｓの場合には、後噴射で供給す
べきＨＣ量より実際のＨＣ供給量が多いと判断され、ス
テップ４１３に進み、ＲとＳの差に応じて後噴射量指令
値の減量係数ｋ8 （ｋ8 ＜１）を算出して、前回使用し
た後噴射量指令値の補正係数ｋ(i) に減量係数ｋ8 を乗
算することで（ｋ(i) ＝ｋ(i) ×ｋ8 ）、後噴射量指令
値の補正係数ｋ(i) を再設定してステップ４１４に進
む。尚、前述したステップ４０３，４０７のいずれかで
「Ｎｏ」と判定された場合にも、ステップ４１４に進
む。

【００６７】ステップ４１４では、後噴射量指令値に補
正係数ｋ(i) を乗算することで（後噴射量指令値＝後噴
射量指令値×ｋ(i) ）、後噴射量指令値を補正係数ｋ
(i) で補正して、ステップ４１５に進み、燃料噴射弁１
４にパイロット噴射、主噴射、後噴射の指令（噴射量、
噴射時期）を出力する。

【００６８】以上説明した噴射制御プログラムの動作例
を図１４を用いて説明する。図１４は、定常運転時の第
１から第４気筒〜の燃料噴射波形と排気温度センサ
３１の出力信号波形を示すタイムチャートである。図１
４中のａはパイロット噴射、ｂは主噴射、ｃ10〜ｃ42は
後噴射を示す。まず、気筒から気筒に通常の後噴射
時期で後噴射ｃ10からｃ40が実行され、その時の各気筒
から排出される排気ガスの温度が検出される。この後、
気筒から気筒の後噴射（ｃ11からｃ41）の時期が進
角設定されるため、後噴射した燃料が気筒内で燃焼して
排気温度が徐々に上昇し、排気温度センサ３１の出力が
徐々に上昇する。

【００６９】次に、検出した後噴射時期進角時の排気温
度センサ３１の出力と通常の後噴射時期での排気温度セ
ンサ３１の出力の差Ｓから、各気筒毎の後噴射の気筒内
燃焼による排気温度変化量Ｓを算出する。この排気温度
変化量Ｓを、後噴射量指令値から算出した排気昇温量Ｒ
と比較して、後噴射量指令値を補正する。この後、気筒
から気筒の後噴射（ｃ12からｃ42）の時期が進角前
の元の状態に戻され、且つ、後噴射量指令値が補正され
て燃料噴射弁１４に出力される。

【００７０】以上説明した実施形態（４）によれば、定
常的に後噴射している運転状態において、特定期間だけ
後噴射時期を通常よりも進角させ、後噴射した燃料を気
筒内で燃焼させることで、後噴射時期の進角前後の排気
温度センサ３１の出力変化量から後噴射量を精度良く推
定することができて、後噴射量の指令値を精度良く補正
することができる。

【００７１】尚、本実施形態（４）では、気筒毎に後噴
射量指令値の補正係数の再設定を行うようにしたが、全
気筒の後噴射量の平均値に対して補正係数の再設定を行
うようにしても良い。

【００７２】［その他の実施形態］上記各実施形態は、
いずれも本発明を４気筒ディーゼルエンジンに適用した
ものであるが、気筒数は４気筒に限定されず、他の気筒
数であっても良いことは言うまでもない。また、本発明
を適用可能な内燃機関は、ディーゼルエンジンに限定さ
れず、筒内噴射（直噴）式ガソリンエンジンにも適用可
能である。

【００７３】また、上記各実施形態では、後噴射量を反
映した情報を検出するセンサとして酸素濃度センサ２０
や排気温度センサ３１を用いたが、本発明はこれらのセ
ンサに限定されず、例えば、排気中の炭化水素濃度を検
出するＨＣセンサ、又は、燃料噴射弁１４のニードル弁
のリフト量を検出するセンサを用いても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態（１）を示すエンジン制御シ
ステム全体の構成図

【図２】実施形態（１）における噴射制御プログラムの
処理の流れを示すフローチャート

【図３】図２の続きのフローチャート

【図４】実施形態（１）における定常運転時の各気筒の
燃料噴射弁の燃料噴射波形と酸素濃度センサの出力波形
を示すタイムチャート

【図５】本発明の実施形態（２）における噴射制御プロ
グラムの処理の流れを示すフローチャート

【図６】図５の続きのフローチャート

【図７】実施形態（２）における定常運転時の各気筒の
燃料噴射弁の燃料噴射波形と酸素濃度センサの出力波形
を示すタイムチャート

【図８】本発明の実施形態（３）における噴射制御プロ
グラムの処理の流れを示すフローチャート

【図９】図８の続きのフローチャート

【図１０】実施形態（３）における定常運転時の各気筒
の燃料噴射弁の燃料噴射波形と酸素濃度センサの出力波
形を示すタイムチャート

【図１１】本発明の実施形態（４）を示すエンジン制御
システム全体の構成図

【図１２】実施形態（４）における噴射制御プログラム
の処理の流れを示すフローチャート

【図１３】図１２の続きのフローチャート

【図１４】実施形態（４）における定常運転時の各気筒
の燃料噴射弁の燃料噴射波形と酸素濃度センサの出力波
形を示すタイムチャート

【符号の説明】

１０…ディーゼルエンジン（内燃機関）、１１…吸気
管、１２…エアフローセンサ（運転状態検出手段）、１
３…吸気マニホールド、１４…燃料噴射弁（燃料噴射手
段）、１７…排気マニホールド（排気通路）、１８…排
気管（排気通路）、１９…ＮＯｘ触媒（触媒）、２０…
酸素濃度センサ（センサ）、２１…排気温度センサ、２
５…ＥＣＵ（噴射制御手段）、２６…アクセルセンサ
（運転状態検出手段）、２７…エンジン回転数センサ
（運転状態検出手段）、３１…排気温度センサ（セン
サ）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６８ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６８Ｇ ３７６ ３７６Ｃ Ｆ０２Ｍ 45/02 ＺＡＢ Ｆ０２Ｍ 45/02 ＺＡＢ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の各気筒毎に設けられた燃料噴
   射手段と、 前記内燃機関の排気通路に設置され、排気中の窒素酸化
   物を還元浄化する触媒と、 前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段
   と、 前記運転状態検出手段の検出値に基づいて前記各気筒の
   燃料噴射手段に機関出力発生のための主噴射指令を出力
   すると共に少なくとも１つの気筒の燃料噴射手段に前記
   触媒への炭化水素供給のための後噴射指令を出力する噴
   射制御手段と、 前記燃料噴射手段から噴射された後噴射量を反映した情
   報を検出するセンサとを備え、 前記噴射制御手段は、後噴射による前記センサの出力変
   化量に基づいて後噴射量の指令値を補正して前記噴射制
   御手段に出力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】 前記センサは、排気中の酸素濃度を検出
   する酸素濃度センサであることを特徴とする請求項１に
   記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 【請求項３】 前記噴射制御手段は、前記後噴射指令を
   前記酸素濃度センサの応答性から決定される周期より長
   い時間間隔で出力し、前記酸素濃度センサの前記時間間
   隔内の出力変化量に基づいて前記後噴射量の指令値を補
   正して前記噴射制御手段に出力することを特徴とする請
   求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 【請求項４】 前記噴射制御手段は、特定期間だけ全気
   筒に対し後噴射を停止し、後噴射停止前後の前記酸素濃
   度センサの出力変化量に基づいて前記後噴射量の指令値
   を補正して前記燃料噴射手段に出力することを特徴とす
   る請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 【請求項５】 前記センサは、排気温度を検出する排気
   温度センサであることを特徴とする請求項１に記載の内
   燃機関の排気浄化装置。
6. 【請求項６】 前記噴射制御手段は、特定期間だけ後噴
   射時期を通常よりも進角させ、その進角前後の前記排気
   温度センサの出力変化量に基づいて前記後噴射量の指令
   値を補正して前記燃料噴射手段に出力することを特徴と
   する請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。