ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置
【課題】主燃焼に継続する後燃焼を確実に生じさせて、未活性状態にある、ＨＣを浄化する触媒を早期に活性化させる。
【解決手段】上記触媒が未活性状態にあるとき、気筒内に主燃焼を生じさせるための主噴射と、該気筒内で該主燃焼に継続して後燃焼を生じさせて少なくとも膨張行程の中期まで燃焼を継続させるための複数回の後噴射とを実行する。上記主噴射、及び、上記複数回の後噴射のうち圧縮上死点からのクランク角が所定角度に達するまでの、少なくとも最初の後噴射を含む後噴射は、燃料を、ピストンの冠面に形成されたキャビティ内に噴射するものとし、上記複数回の後噴射のうち圧縮上死点からのクランク角が上記所定角度に達した時点以後の後噴射は、燃料を上記キャビティの外側に噴射するものとする。
【解決手段】上記触媒が未活性状態にあるとき、気筒内に主燃焼を生じさせるための主噴射と、該気筒内で該主燃焼に継続して後燃焼を生じさせて少なくとも膨張行程の中期まで燃焼を継続させるための複数回の後噴射とを実行する。上記主噴射、及び、上記複数回の後噴射のうち圧縮上死点からのクランク角が所定角度に達するまでの、少なくとも最初の後噴射を含む後噴射は、燃料を、ピストンの冠面に形成されたキャビティ内に噴射するものとし、上記複数回の後噴射のうち圧縮上死点からのクランク角が上記所定角度に達した時点以後の後噴射は、燃料を上記キャビティの外側に噴射するものとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置に関する技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等に搭載されるディーゼルエンジンでは、燃焼により生じるＮＯｘをより低減することが求められており、そのための技術開発が進んでいる。その技術の１つとして、エンジンの幾何学的圧縮比を低くすることによって気筒内の燃焼温度を下げることで、低ＮＯｘ化を図ることがなされている。
【０００３】
ところが、エンジンを低圧縮比化すると、エンジンの気筒からのＨＣやＣＯ（ＲａｗＨＣやＲａｗＣＯ）の排出量が増大することになる。通常、ディーゼルエンジンの排気通路には酸化触媒が設けられており、この酸化触媒が活性状態にあれば、気筒から排出されたＨＣやＣＯが酸化触媒により酸化されて浄化されるので、気筒からのＨＣやＣＯの排出量が増大しても問題は生じないが、エンジン始動直後のように、酸化触媒が未活性状態にある期間が存在し、この未活性状態にある期間が長いと、それだけ多くのＨＣやＣＯが大気中に排出されてしまうことになる。
【０００４】
そこで、酸化触媒の温度を活性温度にまで早期に上昇させる必要があるが、低圧縮比化により燃焼温度が低くなるため、酸化触媒の温度を早期に上昇させることは容易ではない。特に、気筒内への吸入空気を過給するターボ過給機のタービンが、エンジンの排気通路における酸化触媒よりも上流側に配置されている場合には、酸化触媒の温度を早期に上昇させることはより困難になる。
【０００５】
ここで、特許文献１には、火花点火式エンジンにおいて、圧縮上死点直前に主噴射及び点火栓の作動により燃料を燃焼させた後、膨張行程中に、その燃焼熱によって燃料が着火されるタイミングで副噴射（後噴射）を行い、この副噴射によって燃焼せしめられた燃料の燃焼熱により燃料が着火されるタイミングで更なる副噴射を行って、排気ガスの温度（触媒の温度）を上昇させるようにすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１５４８２４号公報（段落００４２、第５図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ディーゼルエンジンの排気通路に設けられた触媒の早期活性化のために、火花点火式エンジンに適用される上記特許文献１の技術を利用して、主噴射の後に複数回の後噴射を実行して、主噴射による燃料の燃焼（主燃焼）に、後噴射による燃料の燃焼（後燃焼）を継続させるようにすることが考えられる。
【０００８】
しかしながら、ディーゼルエンジンでは、主噴射による燃料の燃焼期間が火花点火式エンジンよりもかなり短いために、特に最初の後噴射による燃料を、主燃焼に継続させて燃焼させることが難しく、燃焼せずに未燃のままエンジンから排出される可能性が高くなる。このようになると、触媒の温度を早期に上昇させることができなくなる上に、特に未燃ＨＣが多量に大気中に排出されることになる。
【０００９】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、主燃焼に継続する後燃焼を確実に生じさせて、未活性状態にある、ＨＣを浄化する触媒を早期に活性化しようとすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明では、軽油を主成分とする燃料が供給される、幾何学的圧縮比が１５以下であるエンジン本体と、該エンジン本体の気筒内に上記燃料を噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁による燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段と、上記エンジン本体の気筒からの排気ガスを排出する排気通路に設けられた、ＨＣを浄化する触媒とを備えた、ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置を対象として、上記気筒のピストンの冠面には、キャビティが形成されており、上記燃料噴射制御手段は、上記触媒が未活性状態にあるとき、上記燃料噴射弁に対し、上記気筒内にエンジントルクを生成する主燃焼を生じさせるための主噴射と、該気筒内で該主燃焼に継続して後燃焼を生じさせて少なくとも膨張行程の中期まで燃焼を継続させるための、該主噴射よりも後に燃料を噴射する複数回の後噴射とを実行させるように構成され、上記主噴射、及び、上記複数回の後噴射のうち圧縮上死点からのクランク角が所定角度に達するまでの、少なくとも最初の後噴射を含む後噴射は、上記燃料を上記キャビティ内に噴射するものであり、上記複数回の後噴射のうち圧縮上死点からのクランク角が上記所定角度に達した時点以後の後噴射は、上記燃料を上記キャビティの外側に噴射するものである、という構成とした。
【００１１】
上記の構成により、主噴射による主燃焼が基本的にキャビティ内で生じるので、少なくとも最初の後噴射により燃料をキャビティ内に噴射することで、この最初の後噴射による後燃焼を主燃焼に継続させて生じさせることが容易にできるようになる。そして、最初の後噴射による後燃焼が終了する前に次の後噴射による後燃焼が生じるように次の後噴射を実行することで、該後噴射がキャビティの外側に噴射するものであっても、主燃焼及び最初の後噴射による後燃焼により気筒内の温度が高くなっているので、最初の後噴射による後燃焼に継続させて次の後噴射により後燃焼を継続させることができ、こうして、少なくとも膨張行程の中期まで燃焼を継続させることが容易にできる。このように少なくとも膨張行程の中期まで燃焼を継続させることで、幾何学的圧縮比が１５以下であっても、気筒から排出される排気ガスの温度を上昇させることができ、未活性状態にある触媒を早期に活性化することができるようになる。したがって、低圧縮比化により、気筒から排出されるＲａｗＮＯｘを低減することができるとともに、ＨＣの大気中への排出量を出来る限り低減することができる。
【００１２】
上記ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、上記燃料噴射制御手段は、上記後噴射において、後段側の後噴射の噴射量を前段側の後噴射の噴射量に対して減量するように構成されている、ことが好ましい。
【００１３】
すなわち、後の後噴射ほど、気筒内の圧力の低下により燃料が燃焼し難くなるため、後段側の後噴射では、噴射量が多くなり過ぎて、未燃の燃料が生じて特に未燃ＨＣが生じる可能性が高くなる。そこで、後段側の後噴射の噴射量を前段側の後噴射の噴射量に対して減量することで、後段側の後噴射により噴射された燃料を完全燃焼させるようにすることができ、未燃ＨＣが生じるのを抑制することができる。
【００１４】
上記ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、上記エンジン本体の気筒内への吸気を行う吸気通路に配置されたコンプレッサと、上記排気通路における上記触媒よりも上流側に配置されたタービンとを含み、上記気筒内への吸入空気を過給するターボ過給機を更に備えていてもよい。
【００１５】
このように排気通路における触媒よりも上流側にタービンが配置されている場合、低圧縮比化による燃焼温度の低下に加えて、そのタービンの介在により、触媒に達した時点の排気ガスの温度がより一層低くなる。しかし、本発明では、少なくとも膨張行程の中期まで燃焼を継続させることで、気筒から排出された排気ガスの温度を出来る限り上昇させることができるので、タービンが介在しても、触媒に達した時点の排気ガスの温度を上昇させることができ、未活性状態にある触媒の早期活性化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置によると、幾何学的圧縮比が１５以下であっても、気筒から排出された排気ガスの温度を上昇させることができて、未活性状態にある触媒を早期に活性化することができ、よって、低圧縮比化によるＲａｗＮＯｘの低減化と、触媒によるＨＣの大気中への排出量の低減化とを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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制御装置の構成を示す概略図である。
【図２】上記燃料噴射制御装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】酸化触媒が未活性状態にあるときにおけるＰＣＭの制御による燃料噴射形態の一例を示す図である。
【図４】図３の燃料噴射形態に伴う気筒内の熱発生率の変化を示す図である。
【図５】酸化触媒が未活性状態にあるときにおけるＰＣＭの制御による燃料噴射形態の別の例を示す図である。
【図６】酸化触媒が活性状態にあるときにおけるＰＣＭの制御によるアイドリング時の燃料噴射形態の一例を示す図である。
【図７】酸化触媒が未活性状態にあるとき（「後噴射有り」）と、酸化触媒が活性状態にあるとき（「後噴射無し」）とにおける上記ディーゼルエンジンのアイドリング時のＰ−Ｖ線図である。
【図８】上記ディーゼルエンジンにおいて、後噴射の段数（４段乃至６段）と排気通路入口の排気ガスの温度及び酸化触媒入口の排気ガスの温度との関係を示すグラフである。
【図９】上記ディーゼルエンジンを始動したときの、排気通路入口の排気ガスの温度、酸化触媒入口の排気ガス温度、ＨＣ排出量（ＨＣの単位時間当たりの大気への排出量）、及び、ＣＯ排出量（ＣＯの単位時間当たりの大気への排出量）の時間経過に伴う変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１及び図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制御装置を概略的に示す。この燃料噴射制御装置は、ディーゼルエンジン１（以下、エンジン１という）と、このエンジン１における後述のインジェクタ１８による燃料噴射の制御を含む種々の制御を行うパワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）１０とを備えている。ＰＣＭ１０は、本発明の燃料噴射制御手段を構成する。
【００２０】
上記エンジン１は、自動車等の車両に搭載され、その出力軸であるクランクシャフト１５が、不図示の変速機を介して駆動輪に連結されており、エンジン１の出力が駆動輪に伝達されることによって、車両が推進する。
【００２１】
エンジン１（エンジン本体）は、複数の気筒１１ａ（１つのみ図示）が設けられたシリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、潤滑油が貯溜されたオイルパン１３とを有している。このエンジン１の各気筒１１ａ内には、ピストン１４が往復動可能にそれぞれ嵌挿されていて、このピストン１４の冠面（頂面）における気筒１１ａの中心軸線上には、リエントラント形燃焼室を区画形成するキャビティ１４ａが形成されている。このキャビティ１４ａは、開口端に近付くに連れて径が小さくなるように形成されている。ピストン１４は、コンロッド１４ｂを介してクランクシャフト１５と連結されている。
【００２２】
上記シリンダヘッド１２には、各気筒１１ａ毎に吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されているとともに、これら吸気ポート１６及び排気ポート１７の燃焼室側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。
【００２３】
これら吸排気弁２１，２２をそれぞれ駆動する動弁系において、排気弁２２側には、当該排気弁２２の作動モードを通常モードと特殊モードとに切り替える油圧作動式の可変機構（以下、ＶＶＭ（Variable Valve Motion）と称する）７１が設けられている（図２にのみ示す）。このＶＶＭ７１は、その構成の詳細な図示は省略するが、カム山を１つ有する第１カムとカム山を２つ有する第２カムとの、カムプロファイルの異なる２種類のカム、及び、その第１及び第２カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁２２に伝達するロストモーション機構を含んで構成されており、第１カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２は、排気行程中において一度だけ開弁される通常モードで作動するのに対し、第２カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２が、排気行程中において開弁するとともに、吸気行程中においても開弁するような、いわゆる排気の二度開きを行う特殊モードで作動する。
【００２４】
ＶＶＭ７１の通常モードと特殊モードとの切り替えは、エンジン駆動の油圧ポンプ（図示省略）から供給される油圧によって行われ、特殊モードは、内部ＥＧＲに係る制御の際に利用され得る。尚、こうした通常モードと特殊モードとの切り替えを可能にする上で、排気弁２２を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。また、内部ＥＧＲの実行としては、排気の二度開きに限定されるものではなく、例えば吸気弁２１を２回開く、吸気の二度開きによって内部ＥＧＲ制御を行ってもよいし、排気行程乃至吸気行程において吸気弁２１及び排気弁２２の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲ制御を行ってもよい。
【００２５】
エンジン１（エンジン本体）には、不図示の燃料ポンプによって、燃料タンクから、軽油を主成分とした燃料が供給される。上記シリンダヘッド１２には、気筒１１ａ内に上記燃料を噴射するインジェクタ１８（燃料噴射弁）が設けられている。このインジェクタ１８は、気筒１１ａの中心軸線上に配設されていて、その先端（下端）に設けられた燃料噴射口が、上死点に位置するピストン１４のキャビティ１４ａ内（燃焼室内）に臨んでいる。インジェクタ１８の燃料噴射口から燃料が、気筒１１ａの中心軸線を中心とするホローコーン状に噴射される。ピストン１４が、圧縮上死点に対してクランク角で所定角度以内にあるときにインジェクタ１８から燃料を噴射すれば、その噴射燃料がリップ部にかかることなくキャビティ１４ａ内に供給され、上記所定角度を超えたときにインジェクタ１８から燃料を噴射すれば、その噴射燃料が基本的にキャビティ１４ａの外側に供給されることになる。
【００２６】
また、シリンダヘッド１２には、エンジン１（エンジン本体）が冷機状態にあるとき（後述の水温センサＳＷ１により検出されたエンジン冷却水の温度が、予め設定された基準温度（例えば、８０℃）以下であるとき）に、気筒１１ａ内の吸入空気を暖めて燃料の着火性を高めるためのグロープラグ１９が設けられている。
【００２７】
上記シリンダヘッド１２の吸気弁２１側の面には、気筒１１ａ内への吸気を行う吸気通路３０が、各気筒１１ａの吸気ポート１６に連通するように接続されている。一方、シリンダヘッド１２の排気弁２１側の面には、各気筒１１ａからの排気ガスを排出する排気通路４０が、各気筒１１ａの排気ポート１７に連通するように接続されている。これら吸気通路３０及び排気通路４０には、詳しくは後述するが、吸入空気の過給を行う大型ターボ過給機６１と小型ターボ過給機６２とが配設されている。
【００２８】
吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設されている。一方、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３３が配設されている。このサージタンク３３よりも下流側の吸気通路３０は、各気筒１１ａ毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒１１ａの吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。
【００２９】
吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とサージタンク３３との間には、上流側から順に、大型ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａと、小型ターボ過給機６２のコンプレッサ６２ａと、該コンプレッサ６１ａ，６２ａにより圧縮された空気を冷却するインタークーラ３５と、上記各気筒１１ａへの吸入空気量を調節する吸気スロットル弁３６とが配設されている。この吸気スロットル弁３６は、基本的には全開乃至それに近い開度とされるが、エンジン１の停止時には、ショックが生じないように全閉状態とされる。また、後述の酸化触媒４１ａが未活性状態にあるときには、吸気スロットル弁３６が、所定開度（例えば２０％）以下とされる。これは、酸化触媒４１ａが未活性状態にあるときには、後述の如く排気ガスの温度を上昇させて酸化触媒４１ａの早期活性化を図っているが、多くの冷たい新気が気筒１１ａ内に吸入されると、排気ガスの温度上昇に不利になるからである。尚、このように吸気スロットル弁３６を上記所定開度以下にすることは必ずしも必要でない。
【００３０】
上記排気通路４０の上流側の部分は、各気筒１１ａ毎に分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。
【００３１】
この排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、上流側から順に、小型ターボ過給機６２のタービン６２ｂと、大型ターボ過給機６１のタービン６１ｂと、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置４１と、サイレンサ４２とが配設されている。
【００３２】
排気浄化装置４１は、酸化触媒４１ａと、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）４１ｂとを有しており、上流側から、この順に並んでいる。酸化触媒４１ａ及びＤＰＦ４１ｂは１つのケース内に収容されている。上記酸化触媒４１ａは、白金又は白金にパラジウムを加えたもの等を担持した酸化触媒を有していて、排気ガス中のＨＣ及びＣＯが酸化されてＨ２Ｏ及びＣＯ２が生成する反応を促すものである。この酸化触媒４１ａが、本発明の、ＨＣを浄化する触媒を構成する。また、上記ＤＰＦ４１ｂは、エンジン１の排気ガス中に含まれる煤等の微粒子（ＰＭ）を捕集するものであって、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）やコーディエライト等の耐熱性セラミック材によって形成されたウォールフロー型フィルタ、或いは耐熱性セラミックス繊維によって形成された三次元網目状フィルタである。尚、ＤＰＦ４１ｂに酸化触媒をコーティングしてもよい。
【００３３】
上記吸気通路３０における上記サージタンク３３と吸気スロットル弁３６との間の部分と、上記排気通路４０における上記排気マニホールドと小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂとの間の部分とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するための排気ガス還流通路５１によって接続されている。この排気ガス還流通路５１には、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整するための排気ガス還流弁５１ａ及び排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのＥＧＲクーラ５２とが配設されている。
【００３４】
大型ターボ過給機６１は、吸気通路３０に配設された大型コンプレッサ６１ａと、排気通路４０に配設された大型タービン６１ｂとを有している。大型コンプレッサ６１ａは、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とインタークーラ３５との間に配設されている。一方、大型タービン６１ｂは、排気通路４０における上記排気マニホールドと酸化触媒４１ａとの間に配設されている。
【００３５】
小型ターボ過給機６２は、吸気通路３０に配設された小型コンプレッサ６２ａと、排気通路４０に配設された小型タービン６２ｂとを有している。小型コンプレッサ６２ａは、吸気通路３０におけるインタークーラ３５の上流側でかつ大型コンプレッサ６１ａの下流側に配設されている。一方、小型タービン６２ｂは、排気通路４０における上記排気マニホールドの下流側でかつ大型タービン６１ｂの上流側に配設されている。大型タービン６１ｂ及び小型タービン６２ｂは、吸気通路３０における酸化触媒４１ａの上流側に配置されていることになる。
【００３６】
吸気通路３０においては、上流側から順に大型コンプレッサ６１ａと小型コンプレッサ６２ａとが直列に配設され、排気通路４０においては、上流側から順に小型タービン６２ｂと大型タービン６１ｂとが直列に配設されている。これら大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂが排気ガス流により回転し、大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂの回転により、該大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂとそれぞれ連結された上記大型及び小型コンプレッサ６１ａ，６２ａがそれぞれ作動して吸入空気を過給する。
【００３７】
小型ターボ過給機６２は、相対的に小型のものであり、大型ターボ過給機６１は、相対的に大型のものである。すなわち、大型ターボ過給機６１の大型タービン６１ｂの方が小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂよりもイナーシャが大きい。
【００３８】
また、吸気通路３０には、小型コンプレッサ６２ａをバイパスする小型吸気バイパス通路６３が接続されている。この小型吸気バイパス通路６３には、該小型吸気バイパス通路６３へ流れる空気量を調整するための小型吸気バイパス弁６３ａが配設されている。この小型吸気バイパス弁６３ａは、無通電時には全閉状態（ノーマルクローズ）となるように構成されている。
【００３９】
一方、排気通路４０には、小型タービン６２ｂをバイパスする小型排気バイパス通路６４と、大型タービン６１ｂをバイパスする大型排気バイパス通路６５とが接続されている。小型排気バイパス通路６４には、該小型排気バイパス通路６４へ流れる排気量を調整するためのレギュレートバルブ６４ａが配設され、大型排気バイパス通路６５には、該大型排気バイパス通路６５へ流れる排気量を調整するためのウエストゲートバルブ６５ａが配設されている。レギュレートバルブ６４ａ及びウエストゲートバルブ６５ａは共に、無通電時には全開状態（ノーマルオープン）となるように構成されている。
【００４０】
このように構成されたエンジン１は、ＰＣＭ１０によって制御される。ＰＣＭ１０は、プログラムを実行するＣＰＵ、プログラムやデータを格納するメモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。
【００４１】
ＰＣＭ１０には、図２に示すように、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１、サージタンク３３に取り付けられて、気筒１１ａ内に供給される空気の圧力を検出する過給圧センサＳＷ２、吸入空気の温度（吸気温度）を検出する吸気温度センサＳＷ３、クランクシャフト１５の回転角を検出するクランク角センサＳＷ４、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ５、ＤＰＦ４１ｂの上流側の排気圧力を検出する上流側排圧センサＳＷ６，ＤＰＦ４１ｂの下流側の排気圧力を検出する下流側排圧センサＳＷ７、及び、酸化触媒４１ａ及びＤＰＦ４１ｂを収容するケースにおける酸化触媒４１ａとＤＰＦ４１ｂとの間に配設され、酸化触媒４１ａから流出した排気ガスの温度を検出する排気温度センサＳＷ８の各検出信号が入力され、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じて、インジェクタ１８、グロープラグ１９，動弁系のＶＶＭ７１、及び、各種の弁３６、５１ａ、６３ａ、６４ａ、６５ａのアクチュエータへ制御信号を出力する。
【００４２】
ＰＣＭ１０は、エンジン１の基本的な制御として、主に、クランク角センサＳＷからの検出信号より求まるエンジン回転数、及び、アクセル開度センサＳＷ５により検出されるアクセル開度に基づいて、目標トルク（目標負荷）を決定し、これに対応する燃料の噴射量や噴射時期等をインジェクタ１８の作動制御によって実現する。目標トルクは、アクセル開度が大きくなるほど、またエンジン回転数が高くなるほど大きくなるように設定される。目標トルクとエンジン回転数とに基づいて燃料の噴射量が設定される。燃料の噴射量は、目標トルクが高くなるほど、またエンジン回転数が高くなるほど大きくなるようにされる。
【００４３】
また、ＰＣＭ１０は、吸気スロットル弁３６及び排気ガス還流弁５１ａの開度の制御（外部ＥＧＲ制御）や、ＶＶＭ７１の制御（内部ＥＧＲ制御）によって、気筒１１ａ内への排気の還流割合を制御する。
【００４４】
エンジン１の幾何学的圧縮比は１５以下である。この幾何学的圧縮比は、特に１２以上１５以下が好ましい。このような低圧縮比化により、気筒１１ａから排出されるＲａｗＮＯｘの低減及び熱効率の向上を図るようにしている。一方で、このエンジン１では、上述した大型及び小型ターボ過給機６１，６２によってトルクを高めるようにして、幾何学的圧縮比の低圧縮比化を補っている。また、低圧縮比化により、気筒１１ａからのＨＣ及びＣＯ（ＲａｗＨＣ及びＲａｗＣＯ）の排出量が増大するが、ＨＣ及びＣＯは酸化触媒４１ａにより酸化されて浄化される。但し、酸化触媒４１ａが未活性状態にあるときには、ＨＣ及びＣＯが浄化されないので、本実施形態では、後述の如く、排気温度センサＳＷ８による検出温度が、所定温度（酸化触媒４１ａの活性温度に相当する温度）よりも低いときには、排気ガスの温度を上昇させて酸化触媒４１ａを早期に活性化させるようにしている。
【００４５】
図３は、酸化触媒４１ａが未活性状態にあるときにおけるＰＣＭ１０の制御による燃料噴射形態を示し、図４は、その燃料噴射形態に伴う気筒１１ａ内の熱発生率（気筒１１ａ内の発熱量のクランク角に対する変化率）の変化を示す。ＰＣＭ１０は、排気温度センサＳＷ８による検出温度が上記所定温度よりも低いときに、酸化触媒４１ａが未活性状態にあると判定し、排気温度センサＳＷ８による検出温度が上記所定温度以上になったときに、酸化触媒４１ａが活性状態になったと判定する。
【００４６】
ＰＣＭ１０は、酸化触媒４１ａが未活性状態にあるとき（排気温度センサＳＷ８による検出温度により未活性状態にあると判定したとき）、インジェクタ１８に対し、前噴射と、主噴射と、複数回（本実施形態では、６回）の後噴射とを実行させる。
【００４７】
上記主噴射は、気筒１１ａ内に、拡散燃焼を主体としかつエンジントルクを生成する主燃焼を生じさせるための噴射であり、上記前噴射は、気筒１１ａ内に上記主燃焼よりも前にプリ燃焼を生じさせるための噴射であって、該主噴射よりも前でかつ圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも前に燃料をキャビティ１４ａ内に噴射するものである。この前噴射によるプリ燃焼により気筒１１ａ内（特にキャビティ１４ａ内）の温度が高められ、この温度が高められた状態で主噴射を実行することで、主噴射による燃料の着火遅れ時間（ここでは、主噴射の実行開始から該主噴射による燃料の燃焼質量割合が１０％となるまでの時間）が安定する。
【００４８】
この着火遅れ時間をより一層安定させるべく、上記主噴射は、上記プリ燃焼による熱発生率がピークを過ぎてかつ０に達する前に主燃焼による熱量が発生し始めるようなタイミングで実行される。これにより、図４に示すように、気筒１１ａ内の熱発生率は、プリ燃焼により１つ目のピークを迎えた後に低下し、その低下中でかつ０に達する前に、主燃焼により上昇し始め、やがて１つ目のピークよりも遥かに大きな２つ目のピークを迎える。
【００４９】
ここで、プリ燃焼による熱発生率がピークを過ぎる前に主燃焼による熱量が発生し始めるようなタイミングで主噴射が実行された場合、前噴射による燃料が十分に燃焼し切らないうち、つまり気筒１１ａ内（キャビティ１４ａ内）の温度が十分に高くならないうちに主噴射が実行されることになり、この結果、主噴射による燃料の着火遅れ時間が不安定になるとともに、煤が発生する可能性が高くなる。一方、上記プリ燃焼による熱発生率が０に達した後に主燃焼による熱量が発生し始めるようなタイミングで主噴射が実行された場合、気筒１１ａ内（キャビティ１４ａ内）の温度が下がり始めた後に主噴射が実行されることになり、この結果、主噴射による燃料の着火遅れ時間が不安定になる。これに対し、主噴射が上記のタイミングで実行されることで、気筒１１ａ内（キャビティ１４ａ内）の温度が十分に高くなったときに主噴射が実行されることになり、これにより、主噴射による燃料の着火遅れ時間が安定する。尚、主噴射が実行されるタイミングとして最も好ましいのは、前噴射による燃料の燃焼質量割合が８５％乃至９５％となったときに主燃焼による熱量が発生し始めるようなタイミングである。
【００５０】
上記前噴射は、上記主噴射が実行されるタイミングが圧縮上死点以後となるようなタイミングでかつ圧縮上死点よりも前に実行される。ここで、上記主噴射は、圧縮上死点乃至その付近で噴射することが好ましく、そのためには、圧縮上死点乃至その付近でプリ燃焼が生じるように圧縮上死点よりも前に前噴射が実行される。また、本実施形態では、主噴射は、主燃焼に継続する後述の後燃焼と共に燃焼を膨張行程において出来る限り後のタイミングまで継続させるようにするために、圧縮上死点以後でかつ圧縮上死点付近（圧縮上死点後のクランク角で７°以下）となるようにしていて、図３では、酸化触媒４１ａが活性状態になったときの後述の主噴射（図６の主噴射）よりも少し後のタイミングで実行される。このことから、上記前噴射は、圧縮上死点よりも前でかつ圧縮上死点に近いタイミングで実行されることになる。
【００５１】
本実施形態では、ＰＣＭ１０は、吸気温度センサＳＷ３により検出された吸気温度と有効圧縮比とから、圧縮上死点における気筒１１ａ内の温度を算出して、この算出された圧縮上死点における気筒１１ａ内の温度が低いほど、上記前噴射の噴射量を多くするか、又は、上記前噴射の噴射時期を早くする。これにより、プリ燃焼が生じるタイミングやプリ燃焼による熱発生率を、圧縮上死点における気筒１１ａ内の温度（特に吸気温度）に関係なく安定させることができ、この結果、圧縮上死点における気筒１１ａ内の温度（特に吸気温度）に関係なく、主噴射による燃料の着火遅れ時間を安定させることができる。
【００５２】
上記複数回の後噴射は、気筒１１ａ内で上記主燃焼に継続して後燃焼を生じさせて少なくとも膨張行程の中期まで燃焼を継続させるための噴射であって、該主噴射よりも後に燃料を噴射するものである。このような後噴射により、気筒１１ａから排出される排気ガスの温度を上昇させて、未活性状態にある酸化触媒４１ａを早期に活性化させる。
【００５３】
上記主噴射、及び、上記複数回の後噴射のうち圧縮上死点からのクランク角が上記所定角度に達するまでの、少なくとも最初の後噴射を含む後噴射は、上記燃料を上記キャビティ内１４ａに噴射するものであり、上記複数回の後噴射のうち圧縮上死点からのクランク角が上記所定角度に達した時点以後の後噴射は、上記燃料を上記キャビティ１４ａの外側に噴射するものである。本実施形態では、最初の後噴射のみが、燃料をキャビティ内１４ａに噴射するものであり、残りの後噴射は、燃料をキャビティ１４ａの外側に噴射するものである。
【００５４】
上記主噴射による主燃焼が基本的にキャビティ１４ａ内で生じるので、最初の後噴射により燃料をキャビティ１４ａ内に噴射することで、この最初の後噴射による後燃焼を主燃焼に継続させて生じさせることが容易にできるようになる。この最初の後噴射が実行されるタイミングは、燃料をキャビティ１４ａ内に噴射することができかつ主燃焼に継続して後燃焼が生じるタイミングであればいつでもよいが、後燃焼が生じるタイミングが早すぎると、後燃焼がそれだけ早く終了するので、後燃焼が終了するタイミングを出来る限り遅くするために、最初の後噴射の実行を出来る限り遅くすることが好ましい。例えば、主燃焼による熱発生率が１〜２Ｊ／ｄｅｇに達したときに最初の後噴射を実行するのがよい。このようにすれば、図４に示すように、主燃焼による熱発生率が０になる直前（主燃焼が終了する直前）に最初の後噴射による後燃焼が生じる（該後燃焼による熱量が発生し始める）こととなる。上記後燃焼が生じなければ、図４に二点鎖線で示すように熱発生率が低下して圧縮上死点後のクランク角θ１で０になるが、後燃焼によりθ１よりも後まで燃焼が継続して、熱発生率が０になるクランク角をθ１よりも後にすることができる。また、後燃焼が生じるタイミングが早すぎると、後燃焼がエンジントルクに影響を及ぼす可能性があり、主燃焼で決まるエンジントルクよりも高いトルクが発生することになるとともに、煤が発生する可能性が高くなる。これらのことを抑制する観点からも、最初の後噴射の実行を出来る限り遅くするがよい。
【００５５】
尚、上記前噴射により、主噴射による燃料の着火遅れ時間が安定しているので、主燃焼が終了するタイミングも安定しており、このことから、最初の後噴射の実行を出来る限り遅くしても、最初の後噴射による後燃焼が主燃焼に対して確実に継続する。
【００５６】
２回目の後噴射が実行されるタイミングも、基本的に、主燃焼と最初の後噴射による後燃焼との関係と同様であり、最初の後噴射による後燃焼が終了する前に２回目の後噴射による後燃焼が生じる（該後燃焼による熱量が発生し始める）ように２回目の後噴射を実行する。２回目の後噴射は、キャビティ１４ａの外側に噴射するものであっても、主燃焼及び最初の後噴射による後燃焼により気筒１１ａ内の温度が高くなっているので、最初の後噴射による後燃焼に継続させて２回目の後噴射により後燃焼を継続させることができる。こうして、６回目まで後噴射を行って、本実施形態では、膨張行程の中期まで燃焼を継続させる。尚、未燃ＨＣや未燃ＣＯが生じないようにできるのであれば、膨張行程の後期まで燃焼を継続させることが好ましい。
【００５７】
上記後噴射の噴射量は、気筒１１ａ内の温度を高くしかつ燃焼を長く継続させる観点から多い方が好ましいが、噴射量が多すぎると、煤が生じたり、未燃の燃料が生じて未燃ＨＣや未燃ＣＯが生じたりするので、噴射された燃料が完全燃焼して煤や未燃ＨＣ、未燃ＣＯが生じないような量に設定することが好ましい。特に、本実施形態のように、排気通路４０における酸化触媒４１ａの上流側にタービン６１ｂ，６２ｂが配設されている場合には、煤とＨＣとがタール化してタービン６１ｂ，６２ｂに固着する可能性があるので、後噴射の噴射量を適切に設定することが望ましい。
【００５８】
ここで、後の後噴射ほど、気筒１１ａ内の圧力の低下により燃料が燃焼し難くなるため、後段側の後噴射では、前段側の後噴射と噴射量を同じにすると、未燃ＨＣや未燃ＣＯが生じる可能性が高くなる。そこで、図３に示すように、ＰＣＭ１０は、上記後噴射において、後段側の後噴射の噴射量を前段側の後噴射の噴射量に対して減量するように構成されている。図３では、最初の後噴射及び２回目の後噴射の噴射量は同じであり、３回目以後の後噴射の噴射量は、最初の後噴射及び２回目の後噴射の噴射量よりも少なくかつ後の後噴射ほど噴射量が少なくなるようになされている。これに限らず、例えば、最初の後噴射から最後の後噴射までの噴射量を、後側ほど噴射量が少なくなるようにしてもよく、最初の後噴射から所定回数目（例えば３回目）の後噴射までの噴射量を同じにし、残りの後噴射の噴射量を同じにしかつ最初の後噴射から所定回数目の後噴射までの噴射量よりも少なくするようにしてもよい。
【００５９】
また、後の後噴射ほど燃料が燃焼し難くなることから、後段側の後噴射の噴射間隔が、前段側の後噴射の噴射間隔と同じであると、後段側の後噴射が実行されても、その燃料が燃焼するまでに時間がかかり、その直前の後噴射による後燃焼に継続する後燃焼が生じない（未燃燃料が生じる）可能性が高くなる。そこで、図５に示すように、上記後噴射において、後段側の後噴射の噴射量を前段側の後噴射の噴射量に対して減量するとともに、後段側の後噴射の噴射間隔を前段側の後噴射の噴射間隔に対して短くするようにするのがよい。こうすれば、後段側の後噴射を含む各後噴射による燃料が適切なタイミングで燃焼して燃焼が継続するようになり、上記噴射量の減量と相俟って、未燃ＨＣや未燃ＣＯが生じるのを効果的に抑制することができる。図５では、最初の後噴射と２回目の後噴射との噴射間隔、及び、２回目の後噴射と３回目の後噴射との噴射間隔が同じであり、それよりも後では、噴射間隔を後ほど短くしている。このような噴射間隔の短縮により、図３の場合と同じ６段の後噴射では、最後の後噴射による後燃焼が終了する時期が図３の場合よりも早くなってしまう。排気ガスの温度を上昇させる観点からは、最後の後噴射による後燃焼が終了する時期が出来る限り遅い方が好ましい。そこで、図５では、７段目の後噴射（噴射量が６段目の後噴射よりも少ない）を追加している。
【００６０】
尚、上記後噴射において、噴射量を一定としつつ、後段側の後噴射の噴射間隔を前段側の後噴射の噴射間隔に対して短くするようにすることも可能である。これによっても、後段側の後噴射を含む各後噴射による燃料を完全燃焼させるようにして、未燃ＨＣや未燃ＣＯが生じるのを抑制することができる。
【００６１】
酸化触媒４１ａが未活性状態にあるときのアイドリング時のエンジン回転数は、酸化触媒４１ａが活性状態にあるときのアイドリング時のエンジン回転数（従来のディーゼルエンジンにおけるアイドリング時のエンジン回転数と同程度）よりも高くするようにしており（例えば１５００〜２０００ｒｐｍにする）、これにより、着火性を高めるとともに、排気ガス温度をより上昇させるようにしている。このようにアイドリング時のエンジン回転数を高くしても、低圧縮比化により、振動騒音（所謂ＮＶＨ）レベルは、従来のディーゼルエンジンと同程度である。
【００６２】
図６は、酸化触媒４１ａが活性状態にあるときにおけるＰＣＭ１０の制御によるアイドリング時の燃料噴射形態を示す。ＰＣＭ１０は、酸化触媒４１ａが活性状態にあるとき（排気温度センサＳＷ８による検出温度により活性状態にあると判定したとき）のアイドリング時には、インジェクタ１８に対し、パイロット噴射と、複数回（本実施形態では、２回）の前噴射と、主噴射とを実行させる。酸化触媒４１ａが活性状態にあるので、未活性状態のときのような上記後噴射は実行されない。アイドリング時は、低回転で着火性が悪いので、比較的多くの燃料を噴射する必要があるが、一度に多くの燃料を噴射すると、煤が生じてしまう。そこで、上記のように燃料を分割して噴射する。尚、パイロット噴射及び前噴射は必ずしも必要ではなく、また、前噴射が１回のみであってもよい。但し、本実施形態のように低圧縮比化した場合には、主噴射による燃料の安定的な着火性を確保するためには、図６のような燃料噴射形態が好ましい。
【００６３】
上記パイロット噴射及び２回の前噴射は、圧縮上死点前に順次実行される。パイロット噴射は、燃料の予混合性を高めて煤の発生を抑制するものであり、最初の前噴射によるプリ燃焼を生じさせ易くするものである。そして、最初の前噴射によりプリ燃焼が生じ、このプリ燃焼に継続してプリ燃焼が生じるように２回目の前噴射が実行される。この２回目の前噴射と主噴射との関係は、酸化触媒４１ａが未活性状態にあるときの前噴射と主噴射との関係と同様であり、主噴射は、２回目のプリ燃焼による熱発生率がピークを過ぎてかつ０に達する前に主燃焼による熱量が発生し始めるようなタイミングで実行される。但し、後噴射が必要ないので、主噴射が実行されるタイミングが圧縮上死点前になってもよい。図６では、主噴射の噴射期間の大部分は、圧縮上死点よりも後であるが、主噴射の開始が圧縮上死点直前となっている。
【００６４】
また、酸化触媒４１ａが活性状態にあるときであってアイドリング時以外では、エンジン運転状態に応じた燃料噴射形態とされるが、少なくとも、１回の前噴射と１回の主噴射とが実行される。これら前噴射と主噴射との関係は、上記アイドリング時の２回目の前噴射と主噴射との関係と同様である。
【００６５】
図７は、酸化触媒４１ａが未活性状態にあるとき（「後噴射有り」）と、酸化触媒４１ａが活性状態にあるとき（「後噴射無し」）とにおけるエンジン１のアイドリング時のＰ−Ｖ線図である。「後噴射有り」は、図３に示す燃料噴射形態で燃料を噴射した場合であり、「後噴射無し」は、図６に示す燃料噴射形態で燃料を噴射した場合である。「後噴射有り」では、「後噴射無し」よりも圧縮時の圧力及び最大圧力（圧縮上死点の圧力）が低くなっているが、これは、「後噴射有り」では、吸気スロットル弁３６の開度を「後噴射無し」よりも小さくしているために、吸気量が少なくなっているからである。
【００６６】
図７から分かるように、「後噴射有り」では、後燃焼により、膨張行程での圧力が高くなっており、膨張行程終了時の圧力も高くなっている。このことは、排気ガスの温度が高くなっていることを意味する。
【００６７】
図８は、エンジン１において、後噴射の段数（４段乃至６段）と排気通路４０入口（気筒１１ａから排出された直後）の排気ガスの温度及び酸化触媒４１ａ入口の排気ガスの温度との関係を調べた結果を示す。ここでは、後噴射の噴射間隔は一定であり、後噴射の段数が異なっても、噴射間隔は同じである。このことは、段数が長いほど膨張行程で燃焼が長く継続していることを意味する。また、４段乃至６段の各場合において１回の噴射量は同じであるが、後噴射の段数が異なると、１回の噴射量は異なる。但し、後噴射トータルの噴射量は、段数が異なっても同じである。例えば４段の場合の１回の噴射量は、後噴射トータルの噴射量／４となる。
【００６８】
図８から分かるように、後噴射の段数が多いほど、排気通路４０入口の排気ガス温度及び酸化触媒４１ａ入口の排気ガス温度が高くなる。したがって、膨張行程で燃焼を出来る限り長く継続するように後噴射の段数を設定すれば、排気ガス温度を出来る限り高くすることができる。
【００６９】
尚、本実施形態のように、排気通路４０における酸化触媒４１ａの上流側に２つのタービン６１ｂ，６２ｂが配設されていると、図８から分かるように、酸化触媒４１ａ入口の排気ガス温度は、排気通路４０入口の排気ガス温度に比べてかなり低下する。このことは、タービンが１つであっても同様の傾向にある。このため、ターボ過給機付ディーゼルエンジンでは、本実施形態のような後噴射を行わないと、酸化触媒４１ａの温度を早期に上昇させることが難しくなる。したがって、本実施形態のような後噴射は、特にターボ過給機付ディーゼルエンジンに有効となる。
【００７０】
図９は、エンジン１を始動したときの、排気通路４０入口（気筒１１ａから排出された直後）の排気ガスの温度、酸化触媒４１ａ入口の排気ガス温度、ＨＣ排出量（ＨＣの単位時間当たりの大気への排出量）、及び、ＣＯ排出量（ＣＯの単位時間当たりの大気への排出量）の時間経過に伴う変化を調べた結果を示す。実線は、「後噴射有り」の場合であって、図３に示す燃料噴射形態で燃料を噴射した場合を示す。破線は、「後噴射無し」の場合であって、図６に示す燃料噴射形態で燃料を噴射した場合を示す。
【００７１】
時刻ｔ０でエンジン１が始動し始め、これにより、エンジン回転数が上昇する。「後噴射有り」の場合には、エンジン回転数が１５００〜２０００ｒｐｍにまで上昇し、「後噴射無し」の場合には、８００ｒｐｍ程度にまで上昇する。また、エンジン１の始動時に、「後噴射有り」の場合には、吸気スロットル弁３６が上記所定開度以下とされ、「後噴射無し」の場合には、全開に近い開度とされる。尚、「後噴射有り」の場合も「後噴射無し」の場合も共に、グロープラグ１９を作動させている。
【００７２】
「後噴射有り」の場合には、エンジン１が始動すると直ぐに、排気通路４０入口及び酸化触媒４１ａ入口の排気ガス温度が、「後噴射無し」の場合に比べて大きく上昇する。ここでは、「後噴射有り」の場合、後噴射の噴射量が少し多いために未燃燃料が生じて、ＨＣ及びＣＯの排出量が一時的に、「後噴射無し」の場合に比べて多くなっている（特にＨＣの排出量が多くなっている）が、排気ガス温度の上昇により酸化触媒４１ａが活性化し始めるため、ＨＣ及びＣＯの排出量は直ぐに低下して、時刻ｔ１（エンジン１の始動から約３５秒後）の時点以後では、「後噴射無し」の場合よりも少なくなっている。尚、ＣＯの排出量は、時刻ｔ１よりも前に、「後噴射無し」の場合よりも少なくなる。
【００７３】
時刻ｔ２（エンジン１の始動から約４５秒後）の時点で、酸化触媒４１ａが完全に活性状態になり、それ以後は、ＨＣ及びＣＯの排出量は低レベルで安定する。一方、「後噴射無し」の場合は、酸化触媒４１ａが完全に活性状態になるまで数分間かかる。したがって、エンジン１の始動から停止までのトータルの排出量で考えると、「後噴射有り」の場合の方が、ＨＣ及びＣＯの排出量が少なくなる。また、後噴射の噴射量を、未燃燃料が出来る限り生じないよう適切に設定することで、ＨＣ及びＣＯの排出量をより低減することが可能である。
【００７４】
ここで、図９の「後噴射有り」の場合、時刻ｔ２以後も、図３の燃料噴射形態を継続しているが、実際には、酸化触媒４１ａが活性状態になるので、時刻ｔ２以後は、図６の燃料噴射形態となる。
【００７５】
尚、酸化触媒４１ａが活性状態になってから直ぐに図６の燃料噴射形態とすると、排気ガスの温度が低下して酸化触媒４１ａの温度が活性温度よりも低下する可能性がある。そこで、酸化触媒４１ａが活性状態になってから所定期間が経過するまでの間、図６の燃料噴射形態（パイロット噴射及び前噴射は必ずしも必要ではなく、また、前噴射が１回のみであってもよい）における主噴射の後の膨張行程又は排気行程で、未燃燃料を酸化触媒４１ａに供給するためのポスト噴射を実行するようにしてもよい。このようにしても、既に酸化触媒４１ａが活性状態になっていることから、ＨＣ及びＣＯの大気への排出を抑制することができるとともに、活性化した酸化触媒４１ａによる未燃燃料の酸化反応熱により、活性化した酸化触媒４１ａの温度を、活性温度を下回らないような温度に維持することができる。
【００７６】
上記ポスト噴射は、ＤＰＦ４１ｂの再生時にも実行される。すなわち、フィルタ４１ｂに捕集された微粒子量が多くなって、上流側排圧センサＳＷ６と下流側排圧センサＳＷ７との検出圧力の差が所定値以上になったときに、その捕集された微粒子を燃焼させるべくポスト噴射が実行される。
【００７７】
したがって、本実施形態では、酸化触媒４１ｂが未活性状態にあるとき、前噴射と、主噴射と、複数回の後噴射とを実行して、膨張行程の中期まで燃焼を継続させるようにしたので、幾何学的圧縮比が１５以下であっても、気筒１１ａから排出された排気ガスの温度を上昇させることができて、未活性状態にある酸化触媒４１ａを早期に活性化することができる。この結果、低圧縮比化によるＲａｗＮＯｘの低減化と、酸化触媒４１ａによるＨＣ及びＣＯの大気中への排出量の低減化とを図ることができる。また、ＲａｗＮＯｘの低減により、ＮＯｘを浄化する触媒が不要になる。
【００７８】
また、主噴射及び最初の後噴射を、燃料をキャビティ１４ａ内に噴射するものとしたことにより、最初の後噴射による後燃焼を主燃焼に継続させて生じさせることが容易にできるようになる。そして、最初の後噴射による後燃焼が終了する前に次の後噴射による後燃焼が生じるように次の後噴射を実行することで、該後噴射がキャビティ１４ａの外側に噴射するものであっても、主燃焼及び最初の後噴射による後燃焼により気筒１１ａ内の温度が高くなっているので、最初の後噴射による後燃焼に継続させて次の後噴射により後燃焼を継続させることができ、こうして、膨張行程の中期まで燃焼を継続させることが容易にできる。
【００７９】
さらに、後噴射において、後段側の後噴射の噴射量を前段側の後噴射の噴射量に対して減量することにより、後段側の後噴射により噴射された燃料を完全燃焼させるようにすることができ、未燃ＨＣや未燃ＣＯが生じるのを抑制することができる。よって、酸化触媒４１ａが未活性状態にあるときにＨＣやＣＯの大気中への排出量を低減することができる。
【００８０】
また、後噴射において、噴射量を一定としつつ、後段側の後噴射の噴射間隔を前段側の後噴射の噴射間隔に対して短くするようにしても、未燃ＨＣや未燃ＣＯが生じるのを抑制することができる。
【００８１】
さらにまた、前噴射により、主噴射による燃料の着火遅れ時間を安定させて主燃焼が終了するタイミングを安定させることができ、これにより、最初の後噴射の実行タイミングが明確になり、最初の後噴射による後燃焼を主燃焼に対して確実に継続させるようにすることができる。
【００８２】
本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。
【００８３】
例えば、上記実施形態では、ＰＣＭ１０が、酸化触媒４１ｂが未活性状態にあるとき、インジェクタ１８に対し、主噴射の実行前に前噴射を実行させるようにしたが、この前噴射は必ずしも必要なものではない。但し、最初の後噴射による後燃焼が主燃焼に対して確実に継続させるためには、前噴射により、主噴射による燃料の着火遅れ時間が安定させる必要があり、この観点から前噴射を実行することが好ましい。
【００８４】
また、上記実施形態では、エンジン１が、２つのターボ過給機６１，６２を備えるターボ過給機付ディーゼルエンジンであるとしたが、１つのターボ過給機を備えるディーゼルエンジンであってもよく、ターボ過給機を備えていないディーゼルエンジンであってもよい。
【００８５】
上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、幾何学的圧縮比が１５以下のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置に有用であり、特に、ディーゼルエンジンがターボ過給機付のものである場合に有用である。
【符号の説明】
【００８７】
１ ディーゼルエンジン（エンジン本体）
１０ ＰＣＭ（燃料噴射制御手段）
１１ａ 気筒
１４ ピストン
１４ａ キャビティ
１８ インジェクタ（燃料噴射弁）
３０ 吸気通路
４０ 排気通路
４１ａ 酸化触媒（ＨＣを浄化する触媒）
６１ 大型ターボ過給機
６１ａ 大型ターボ過給機のコンプレッサ
６１ａ 大型ターボ過給機のタービン
６２ 小型ターボ過給機
６２ａ 小型ターボ過給機のコンプレッサ
６２ｂ 小型ターボ過給機のタービン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置に関する技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車等に搭載されるディーゼルエンジンでは、燃焼により生じるＮＯｘをより低減することが求められており、そのための技術開発が進んでいる。その技術の１つとして、エンジンの幾何学的圧縮比を低くすることによって気筒内の燃焼温度を下げることで、低ＮＯｘ化を図ることがなされている。
【０００３】
ところが、エンジンを低圧縮比化すると、エンジンの気筒からのＨＣやＣＯ（ＲａｗＨＣやＲａｗＣＯ）の排出量が増大することになる。通常、ディーゼルエンジンの排気通路には酸化触媒が設けられており、この酸化触媒が活性状態にあれば、気筒から排出されたＨＣやＣＯが酸化触媒により酸化されて浄化されるので、気筒からのＨＣやＣＯの排出量が増大しても問題は生じないが、エンジン始動直後のように、酸化触媒が未活性状態にある期間が存在し、この未活性状態にある期間が長いと、それだけ多くのＨＣやＣＯが大気中に排出されてしまうことになる。
【０００４】
そこで、酸化触媒の温度を活性温度にまで早期に上昇させる必要があるが、低圧縮比化により燃焼温度が低くなるため、酸化触媒の温度を早期に上昇させることは容易ではない。特に、気筒内への吸入空気を過給するターボ過給機のタービンが、エンジンの排気通路における酸化触媒よりも上流側に配置されている場合には、酸化触媒の温度を早期に上昇させることはより困難になる。
【０００５】
ここで、特許文献１には、火花点火式エンジンにおいて、圧縮上死点直前に主噴射及び点火栓の作動により燃料を燃焼させた後、膨張行程中に、その燃焼熱によって燃料が着火されるタイミングで副噴射（後噴射）を行い、この副噴射によって燃焼せしめられた燃料の燃焼熱により燃料が着火されるタイミングで更なる副噴射を行って、排気ガスの温度（触媒の温度）を上昇させるようにすることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１５４８２４号公報（段落００４２、第５図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ディーゼルエンジンの排気通路に設けられた触媒の早期活性化のために、火花点火式エンジンに適用される上記特許文献１の技術を利用して、主噴射の後に複数回の後噴射を実行して、主噴射による燃料の燃焼（主燃焼）に、後噴射による燃料の燃焼（後燃焼）を継続させるようにすることが考えられる。
【０００８】
しかしながら、ディーゼルエンジンでは、主噴射による燃料の燃焼期間が火花点火式エンジンよりもかなり短いために、特に最初の後噴射による燃料を、主燃焼に継続させて燃焼させることが難しく、燃焼せずに未燃のままエンジンから排出される可能性が高くなる。このようになると、触媒の温度を早期に上昇させることができなくなる上に、特に未燃ＨＣが多量に大気中に排出されることになる。
【０００９】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、主燃焼に継続する後燃焼を確実に生じさせて、未活性状態にある、ＨＣを浄化する触媒を早期に活性化しようとすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明では、軽油を主成分とする燃料が供給される、幾何学的圧縮比が１５以下であるエンジン本体と、該エンジン本体の気筒内に上記燃料を噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁による燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段と、上記エンジン本体の気筒からの排気ガスを排出する排気通路に設けられた、ＨＣを浄化する触媒とを備えた、ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置を対象として、上記気筒のピストンの冠面には、キャビティが形成されており、上記燃料噴射制御手段は、上記触媒が未活性状態にあるとき、上記燃料噴射弁に対し、上記気筒内にエンジントルクを生成する主燃焼を生じさせるための主噴射と、該気筒内で該主燃焼に継続して後燃焼を生じさせて少なくとも膨張行程の中期まで燃焼を継続させるための、該主噴射よりも後に燃料を噴射する複数回の後噴射とを実行させるように構成され、上記主噴射、及び、上記複数回の後噴射のうち圧縮上死点からのクランク角が所定角度に達するまでの、少なくとも最初の後噴射を含む後噴射は、上記燃料を上記キャビティ内に噴射するものであり、上記複数回の後噴射のうち圧縮上死点からのクランク角が上記所定角度に達した時点以後の後噴射は、上記燃料を上記キャビティの外側に噴射するものである、という構成とした。
【００１１】
上記の構成により、主噴射による主燃焼が基本的にキャビティ内で生じるので、少なくとも最初の後噴射により燃料をキャビティ内に噴射することで、この最初の後噴射による後燃焼を主燃焼に継続させて生じさせることが容易にできるようになる。そして、最初の後噴射による後燃焼が終了する前に次の後噴射による後燃焼が生じるように次の後噴射を実行することで、該後噴射がキャビティの外側に噴射するものであっても、主燃焼及び最初の後噴射による後燃焼により気筒内の温度が高くなっているので、最初の後噴射による後燃焼に継続させて次の後噴射により後燃焼を継続させることができ、こうして、少なくとも膨張行程の中期まで燃焼を継続させることが容易にできる。このように少なくとも膨張行程の中期まで燃焼を継続させることで、幾何学的圧縮比が１５以下であっても、気筒から排出される排気ガスの温度を上昇させることができ、未活性状態にある触媒を早期に活性化することができるようになる。したがって、低圧縮比化により、気筒から排出されるＲａｗＮＯｘを低減することができるとともに、ＨＣの大気中への排出量を出来る限り低減することができる。
【００１２】
上記ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、上記燃料噴射制御手段は、上記後噴射において、後段側の後噴射の噴射量を前段側の後噴射の噴射量に対して減量するように構成されている、ことが好ましい。
【００１３】
すなわち、後の後噴射ほど、気筒内の圧力の低下により燃料が燃焼し難くなるため、後段側の後噴射では、噴射量が多くなり過ぎて、未燃の燃料が生じて特に未燃ＨＣが生じる可能性が高くなる。そこで、後段側の後噴射の噴射量を前段側の後噴射の噴射量に対して減量することで、後段側の後噴射により噴射された燃料を完全燃焼させるようにすることができ、未燃ＨＣが生じるのを抑制することができる。
【００１４】
上記ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、上記エンジン本体の気筒内への吸気を行う吸気通路に配置されたコンプレッサと、上記排気通路における上記触媒よりも上流側に配置されたタービンとを含み、上記気筒内への吸入空気を過給するターボ過給機を更に備えていてもよい。
【００１５】
このように排気通路における触媒よりも上流側にタービンが配置されている場合、低圧縮比化による燃焼温度の低下に加えて、そのタービンの介在により、触媒に達した時点の排気ガスの温度がより一層低くなる。しかし、本発明では、少なくとも膨張行程の中期まで燃焼を継続させることで、気筒から排出された排気ガスの温度を出来る限り上昇させることができるので、タービンが介在しても、触媒に達した時点の排気ガスの温度を上昇させることができ、未活性状態にある触媒の早期活性化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置によると、幾何学的圧縮比が１５以下であっても、気筒から排出された排気ガスの温度を上昇させることができて、未活性状態にある触媒を早期に活性化することができ、よって、低圧縮比化によるＲａｗＮＯｘの低減化と、触媒によるＨＣの大気中への排出量の低減化とを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】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制御装置の構成を示す概略図である。
【図２】上記燃料噴射制御装置の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】酸化触媒が未活性状態にあるときにおけるＰＣＭの制御による燃料噴射形態の一例を示す図である。
【図４】図３の燃料噴射形態に伴う気筒内の熱発生率の変化を示す図である。
【図５】酸化触媒が未活性状態にあるときにおけるＰＣＭの制御による燃料噴射形態の別の例を示す図である。
【図６】酸化触媒が活性状態にあるときにおけるＰＣＭの制御によるアイドリング時の燃料噴射形態の一例を示す図である。
【図７】酸化触媒が未活性状態にあるとき（「後噴射有り」）と、酸化触媒が活性状態にあるとき（「後噴射無し」）とにおける上記ディーゼルエンジンのアイドリング時のＰ−Ｖ線図である。
【図８】上記ディーゼルエンジンにおいて、後噴射の段数（４段乃至６段）と排気通路入口の排気ガスの温度及び酸化触媒入口の排気ガスの温度との関係を示すグラフである。
【図９】上記ディーゼルエンジンを始動したときの、排気通路入口の排気ガスの温度、酸化触媒入口の排気ガス温度、ＨＣ排出量（ＨＣの単位時間当たりの大気への排出量）、及び、ＣＯ排出量（ＣＯの単位時間当たりの大気への排出量）の時間経過に伴う変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１及び図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制御装置を概略的に示す。この燃料噴射制御装置は、ディーゼルエンジン１（以下、エンジン１という）と、このエンジン１における後述のインジェクタ１８による燃料噴射の制御を含む種々の制御を行うパワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）１０とを備えている。ＰＣＭ１０は、本発明の燃料噴射制御手段を構成する。
【００２０】
上記エンジン１は、自動車等の車両に搭載され、その出力軸であるクランクシャフト１５が、不図示の変速機を介して駆動輪に連結されており、エンジン１の出力が駆動輪に伝達されることによって、車両が推進する。
【００２１】
エンジン１（エンジン本体）は、複数の気筒１１ａ（１つのみ図示）が設けられたシリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、潤滑油が貯溜されたオイルパン１３とを有している。このエンジン１の各気筒１１ａ内には、ピストン１４が往復動可能にそれぞれ嵌挿されていて、このピストン１４の冠面（頂面）における気筒１１ａの中心軸線上には、リエントラント形燃焼室を区画形成するキャビティ１４ａが形成されている。このキャビティ１４ａは、開口端に近付くに連れて径が小さくなるように形成されている。ピストン１４は、コンロッド１４ｂを介してクランクシャフト１５と連結されている。
【００２２】
上記シリンダヘッド１２には、各気筒１１ａ毎に吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されているとともに、これら吸気ポート１６及び排気ポート１７の燃焼室側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。
【００２３】
これら吸排気弁２１，２２をそれぞれ駆動する動弁系において、排気弁２２側には、当該排気弁２２の作動モードを通常モードと特殊モードとに切り替える油圧作動式の可変機構（以下、ＶＶＭ（Variable Valve Motion）と称する）７１が設けられている（図２にのみ示す）。このＶＶＭ７１は、その構成の詳細な図示は省略するが、カム山を１つ有する第１カムとカム山を２つ有する第２カムとの、カムプロファイルの異なる２種類のカム、及び、その第１及び第２カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁２２に伝達するロストモーション機構を含んで構成されており、第１カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２は、排気行程中において一度だけ開弁される通常モードで作動するのに対し、第２カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２が、排気行程中において開弁するとともに、吸気行程中においても開弁するような、いわゆる排気の二度開きを行う特殊モードで作動する。
【００２４】
ＶＶＭ７１の通常モードと特殊モードとの切り替えは、エンジン駆動の油圧ポンプ（図示省略）から供給される油圧によって行われ、特殊モードは、内部ＥＧＲに係る制御の際に利用され得る。尚、こうした通常モードと特殊モードとの切り替えを可能にする上で、排気弁２２を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。また、内部ＥＧＲの実行としては、排気の二度開きに限定されるものではなく、例えば吸気弁２１を２回開く、吸気の二度開きによって内部ＥＧＲ制御を行ってもよいし、排気行程乃至吸気行程において吸気弁２１及び排気弁２２の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲ制御を行ってもよい。
【００２５】
エンジン１（エンジン本体）には、不図示の燃料ポンプによって、燃料タンクから、軽油を主成分とした燃料が供給される。上記シリンダヘッド１２には、気筒１１ａ内に上記燃料を噴射するインジェクタ１８（燃料噴射弁）が設けられている。このインジェクタ１８は、気筒１１ａの中心軸線上に配設されていて、その先端（下端）に設けられた燃料噴射口が、上死点に位置するピストン１４のキャビティ１４ａ内（燃焼室内）に臨んでいる。インジェクタ１８の燃料噴射口から燃料が、気筒１１ａの中心軸線を中心とするホローコーン状に噴射される。ピストン１４が、圧縮上死点に対してクランク角で所定角度以内にあるときにインジェクタ１８から燃料を噴射すれば、その噴射燃料がリップ部にかかることなくキャビティ１４ａ内に供給され、上記所定角度を超えたときにインジェクタ１８から燃料を噴射すれば、その噴射燃料が基本的にキャビティ１４ａの外側に供給されることになる。
【００２６】
また、シリンダヘッド１２には、エンジン１（エンジン本体）が冷機状態にあるとき（後述の水温センサＳＷ１により検出されたエンジン冷却水の温度が、予め設定された基準温度（例えば、８０℃）以下であるとき）に、気筒１１ａ内の吸入空気を暖めて燃料の着火性を高めるためのグロープラグ１９が設けられている。
【００２７】
上記シリンダヘッド１２の吸気弁２１側の面には、気筒１１ａ内への吸気を行う吸気通路３０が、各気筒１１ａの吸気ポート１６に連通するように接続されている。一方、シリンダヘッド１２の排気弁２１側の面には、各気筒１１ａからの排気ガスを排出する排気通路４０が、各気筒１１ａの排気ポート１７に連通するように接続されている。これら吸気通路３０及び排気通路４０には、詳しくは後述するが、吸入空気の過給を行う大型ターボ過給機６１と小型ターボ過給機６２とが配設されている。
【００２８】
吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設されている。一方、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３３が配設されている。このサージタンク３３よりも下流側の吸気通路３０は、各気筒１１ａ毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒１１ａの吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。
【００２９】
吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とサージタンク３３との間には、上流側から順に、大型ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａと、小型ターボ過給機６２のコンプレッサ６２ａと、該コンプレッサ６１ａ，６２ａにより圧縮された空気を冷却するインタークーラ３５と、上記各気筒１１ａへの吸入空気量を調節する吸気スロットル弁３６とが配設されている。この吸気スロットル弁３６は、基本的には全開乃至それに近い開度とされるが、エンジン１の停止時には、ショックが生じないように全閉状態とされる。また、後述の酸化触媒４１ａが未活性状態にあるときには、吸気スロットル弁３６が、所定開度（例えば２０％）以下とされる。これは、酸化触媒４１ａが未活性状態にあるときには、後述の如く排気ガスの温度を上昇させて酸化触媒４１ａの早期活性化を図っているが、多くの冷たい新気が気筒１１ａ内に吸入されると、排気ガスの温度上昇に不利になるからである。尚、このように吸気スロットル弁３６を上記所定開度以下にすることは必ずしも必要でない。
【００３０】
上記排気通路４０の上流側の部分は、各気筒１１ａ毎に分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。
【００３１】
この排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、上流側から順に、小型ターボ過給機６２のタービン６２ｂと、大型ターボ過給機６１のタービン６１ｂと、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置４１と、サイレンサ４２とが配設されている。
【００３２】
排気浄化装置４１は、酸化触媒４１ａと、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦという）４１ｂとを有しており、上流側から、この順に並んでいる。酸化触媒４１ａ及びＤＰＦ４１ｂは１つのケース内に収容されている。上記酸化触媒４１ａは、白金又は白金にパラジウムを加えたもの等を担持した酸化触媒を有していて、排気ガス中のＨＣ及びＣＯが酸化されてＨ２Ｏ及びＣＯ２が生成する反応を促すものである。この酸化触媒４１ａが、本発明の、ＨＣを浄化する触媒を構成する。また、上記ＤＰＦ４１ｂは、エンジン１の排気ガス中に含まれる煤等の微粒子（ＰＭ）を捕集するものであって、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）やコーディエライト等の耐熱性セラミック材によって形成されたウォールフロー型フィルタ、或いは耐熱性セラミックス繊維によって形成された三次元網目状フィルタである。尚、ＤＰＦ４１ｂに酸化触媒をコーティングしてもよい。
【００３３】
上記吸気通路３０における上記サージタンク３３と吸気スロットル弁３６との間の部分と、上記排気通路４０における上記排気マニホールドと小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂとの間の部分とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するための排気ガス還流通路５１によって接続されている。この排気ガス還流通路５１には、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整するための排気ガス還流弁５１ａ及び排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのＥＧＲクーラ５２とが配設されている。
【００３４】
大型ターボ過給機６１は、吸気通路３０に配設された大型コンプレッサ６１ａと、排気通路４０に配設された大型タービン６１ｂとを有している。大型コンプレッサ６１ａは、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とインタークーラ３５との間に配設されている。一方、大型タービン６１ｂは、排気通路４０における上記排気マニホールドと酸化触媒４１ａとの間に配設されている。
【００３５】
小型ターボ過給機６２は、吸気通路３０に配設された小型コンプレッサ６２ａと、排気通路４０に配設された小型タービン６２ｂとを有している。小型コンプレッサ６２ａは、吸気通路３０におけるインタークーラ３５の上流側でかつ大型コンプレッサ６１ａの下流側に配設されている。一方、小型タービン６２ｂは、排気通路４０における上記排気マニホールドの下流側でかつ大型タービン６１ｂの上流側に配設されている。大型タービン６１ｂ及び小型タービン６２ｂは、吸気通路３０における酸化触媒４１ａの上流側に配置されていることになる。
【００３６】
吸気通路３０においては、上流側から順に大型コンプレッサ６１ａと小型コンプレッサ６２ａとが直列に配設され、排気通路４０においては、上流側から順に小型タービン６２ｂと大型タービン６１ｂとが直列に配設されている。これら大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂが排気ガス流により回転し、大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂの回転により、該大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂとそれぞれ連結された上記大型及び小型コンプレッサ６１ａ，６２ａがそれぞれ作動して吸入空気を過給する。
【００３７】
小型ターボ過給機６２は、相対的に小型のものであり、大型ターボ過給機６１は、相対的に大型のものである。すなわち、大型ターボ過給機６１の大型タービン６１ｂの方が小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂよりもイナーシャが大きい。
【００３８】
また、吸気通路３０には、小型コンプレッサ６２ａをバイパスする小型吸気バイパス通路６３が接続されている。この小型吸気バイパス通路６３には、該小型吸気バイパス通路６３へ流れる空気量を調整するための小型吸気バイパス弁６３ａが配設されている。この小型吸気バイパス弁６３ａは、無通電時には全閉状態（ノーマルクローズ）となるように構成されている。
【００３９】
一方、排気通路４０には、小型タービン６２ｂをバイパスする小型排気バイパス通路６４と、大型タービン６１ｂをバイパスする大型排気バイパス通路６５とが接続されている。小型排気バイパス通路６４には、該小型排気バイパス通路６４へ流れる排気量を調整するためのレギュレートバルブ６４ａが配設され、大型排気バイパス通路６５には、該大型排気バイパス通路６５へ流れる排気量を調整するためのウエストゲートバルブ６５ａが配設されている。レギュレートバルブ６４ａ及びウエストゲートバルブ６５ａは共に、無通電時には全開状態（ノーマルオープン）となるように構成されている。
【００４０】
このように構成されたエンジン１は、ＰＣＭ１０によって制御される。ＰＣＭ１０は、プログラムを実行するＣＰＵ、プログラムやデータを格納するメモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。
【００４１】
ＰＣＭ１０には、図２に示すように、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１、サージタンク３３に取り付けられて、気筒１１ａ内に供給される空気の圧力を検出する過給圧センサＳＷ２、吸入空気の温度（吸気温度）を検出する吸気温度センサＳＷ３、クランクシャフト１５の回転角を検出するクランク角センサＳＷ４、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ５、ＤＰＦ４１ｂの上流側の排気圧力を検出する上流側排圧センサＳＷ６，ＤＰＦ４１ｂの下流側の排気圧力を検出する下流側排圧センサＳＷ７、及び、酸化触媒４１ａ及びＤＰＦ４１ｂを収容するケースにおける酸化触媒４１ａとＤＰＦ４１ｂとの間に配設され、酸化触媒４１ａから流出した排気ガスの温度を検出する排気温度センサＳＷ８の各検出信号が入力され、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じて、インジェクタ１８、グロープラグ１９，動弁系のＶＶＭ７１、及び、各種の弁３６、５１ａ、６３ａ、６４ａ、６５ａのアクチュエータへ制御信号を出力する。
【００４２】
ＰＣＭ１０は、エンジン１の基本的な制御として、主に、クランク角センサＳＷからの検出信号より求まるエンジン回転数、及び、アクセル開度センサＳＷ５により検出されるアクセル開度に基づいて、目標トルク（目標負荷）を決定し、これに対応する燃料の噴射量や噴射時期等をインジェクタ１８の作動制御によって実現する。目標トルクは、アクセル開度が大きくなるほど、またエンジン回転数が高くなるほど大きくなるように設定される。目標トルクとエンジン回転数とに基づいて燃料の噴射量が設定される。燃料の噴射量は、目標トルクが高くなるほど、またエンジン回転数が高くなるほど大きくなるようにされる。
【００４３】
また、ＰＣＭ１０は、吸気スロットル弁３６及び排気ガス還流弁５１ａの開度の制御（外部ＥＧＲ制御）や、ＶＶＭ７１の制御（内部ＥＧＲ制御）によって、気筒１１ａ内への排気の還流割合を制御する。
【００４４】
エンジン１の幾何学的圧縮比は１５以下である。この幾何学的圧縮比は、特に１２以上１５以下が好ましい。このような低圧縮比化により、気筒１１ａから排出されるＲａｗＮＯｘの低減及び熱効率の向上を図るようにしている。一方で、このエンジン１では、上述した大型及び小型ターボ過給機６１，６２によってトルクを高めるようにして、幾何学的圧縮比の低圧縮比化を補っている。また、低圧縮比化により、気筒１１ａからのＨＣ及びＣＯ（ＲａｗＨＣ及びＲａｗＣＯ）の排出量が増大するが、ＨＣ及びＣＯは酸化触媒４１ａにより酸化されて浄化される。但し、酸化触媒４１ａが未活性状態にあるときには、ＨＣ及びＣＯが浄化されないので、本実施形態では、後述の如く、排気温度センサＳＷ８による検出温度が、所定温度（酸化触媒４１ａの活性温度に相当する温度）よりも低いときには、排気ガスの温度を上昇させて酸化触媒４１ａを早期に活性化させるようにしている。
【００４５】
図３は、酸化触媒４１ａが未活性状態にあるときにおけるＰＣＭ１０の制御による燃料噴射形態を示し、図４は、その燃料噴射形態に伴う気筒１１ａ内の熱発生率（気筒１１ａ内の発熱量のクランク角に対する変化率）の変化を示す。ＰＣＭ１０は、排気温度センサＳＷ８による検出温度が上記所定温度よりも低いときに、酸化触媒４１ａが未活性状態にあると判定し、排気温度センサＳＷ８による検出温度が上記所定温度以上になったときに、酸化触媒４１ａが活性状態になったと判定する。
【００４６】
ＰＣＭ１０は、酸化触媒４１ａが未活性状態にあるとき（排気温度センサＳＷ８による検出温度により未活性状態にあると判定したとき）、インジェクタ１８に対し、前噴射と、主噴射と、複数回（本実施形態では、６回）の後噴射とを実行させる。
【００４７】
上記主噴射は、気筒１１ａ内に、拡散燃焼を主体としかつエンジントルクを生成する主燃焼を生じさせるための噴射であり、上記前噴射は、気筒１１ａ内に上記主燃焼よりも前にプリ燃焼を生じさせるための噴射であって、該主噴射よりも前でかつ圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも前に燃料をキャビティ１４ａ内に噴射するものである。この前噴射によるプリ燃焼により気筒１１ａ内（特にキャビティ１４ａ内）の温度が高められ、この温度が高められた状態で主噴射を実行することで、主噴射による燃料の着火遅れ時間（ここでは、主噴射の実行開始から該主噴射による燃料の燃焼質量割合が１０％となるまでの時間）が安定する。
【００４８】
この着火遅れ時間をより一層安定させるべく、上記主噴射は、上記プリ燃焼による熱発生率がピークを過ぎてかつ０に達する前に主燃焼による熱量が発生し始めるようなタイミングで実行される。これにより、図４に示すように、気筒１１ａ内の熱発生率は、プリ燃焼により１つ目のピークを迎えた後に低下し、その低下中でかつ０に達する前に、主燃焼により上昇し始め、やがて１つ目のピークよりも遥かに大きな２つ目のピークを迎える。
【００４９】
ここで、プリ燃焼による熱発生率がピークを過ぎる前に主燃焼による熱量が発生し始めるようなタイミングで主噴射が実行された場合、前噴射による燃料が十分に燃焼し切らないうち、つまり気筒１１ａ内（キャビティ１４ａ内）の温度が十分に高くならないうちに主噴射が実行されることになり、この結果、主噴射による燃料の着火遅れ時間が不安定になるとともに、煤が発生する可能性が高くなる。一方、上記プリ燃焼による熱発生率が０に達した後に主燃焼による熱量が発生し始めるようなタイミングで主噴射が実行された場合、気筒１１ａ内（キャビティ１４ａ内）の温度が下がり始めた後に主噴射が実行されることになり、この結果、主噴射による燃料の着火遅れ時間が不安定になる。これに対し、主噴射が上記のタイミングで実行されることで、気筒１１ａ内（キャビティ１４ａ内）の温度が十分に高くなったときに主噴射が実行されることになり、これにより、主噴射による燃料の着火遅れ時間が安定する。尚、主噴射が実行されるタイミングとして最も好ましいのは、前噴射による燃料の燃焼質量割合が８５％乃至９５％となったときに主燃焼による熱量が発生し始めるようなタイミングである。
【００５０】
上記前噴射は、上記主噴射が実行されるタイミングが圧縮上死点以後となるようなタイミングでかつ圧縮上死点よりも前に実行される。ここで、上記主噴射は、圧縮上死点乃至その付近で噴射することが好ましく、そのためには、圧縮上死点乃至その付近でプリ燃焼が生じるように圧縮上死点よりも前に前噴射が実行される。また、本実施形態では、主噴射は、主燃焼に継続する後述の後燃焼と共に燃焼を膨張行程において出来る限り後のタイミングまで継続させるようにするために、圧縮上死点以後でかつ圧縮上死点付近（圧縮上死点後のクランク角で７°以下）となるようにしていて、図３では、酸化触媒４１ａが活性状態になったときの後述の主噴射（図６の主噴射）よりも少し後のタイミングで実行される。このことから、上記前噴射は、圧縮上死点よりも前でかつ圧縮上死点に近いタイミングで実行されることになる。
【００５１】
本実施形態では、ＰＣＭ１０は、吸気温度センサＳＷ３により検出された吸気温度と有効圧縮比とから、圧縮上死点における気筒１１ａ内の温度を算出して、この算出された圧縮上死点における気筒１１ａ内の温度が低いほど、上記前噴射の噴射量を多くするか、又は、上記前噴射の噴射時期を早くする。これにより、プリ燃焼が生じるタイミングやプリ燃焼による熱発生率を、圧縮上死点における気筒１１ａ内の温度（特に吸気温度）に関係なく安定させることができ、この結果、圧縮上死点における気筒１１ａ内の温度（特に吸気温度）に関係なく、主噴射による燃料の着火遅れ時間を安定させることができる。
【００５２】
上記複数回の後噴射は、気筒１１ａ内で上記主燃焼に継続して後燃焼を生じさせて少なくとも膨張行程の中期まで燃焼を継続させるための噴射であって、該主噴射よりも後に燃料を噴射するものである。このような後噴射により、気筒１１ａから排出される排気ガスの温度を上昇させて、未活性状態にある酸化触媒４１ａを早期に活性化させる。
【００５３】
上記主噴射、及び、上記複数回の後噴射のうち圧縮上死点からのクランク角が上記所定角度に達するまでの、少なくとも最初の後噴射を含む後噴射は、上記燃料を上記キャビティ内１４ａに噴射するものであり、上記複数回の後噴射のうち圧縮上死点からのクランク角が上記所定角度に達した時点以後の後噴射は、上記燃料を上記キャビティ１４ａの外側に噴射するものである。本実施形態では、最初の後噴射のみが、燃料をキャビティ内１４ａに噴射するものであり、残りの後噴射は、燃料をキャビティ１４ａの外側に噴射するものである。
【００５４】
上記主噴射による主燃焼が基本的にキャビティ１４ａ内で生じるので、最初の後噴射により燃料をキャビティ１４ａ内に噴射することで、この最初の後噴射による後燃焼を主燃焼に継続させて生じさせることが容易にできるようになる。この最初の後噴射が実行されるタイミングは、燃料をキャビティ１４ａ内に噴射することができかつ主燃焼に継続して後燃焼が生じるタイミングであればいつでもよいが、後燃焼が生じるタイミングが早すぎると、後燃焼がそれだけ早く終了するので、後燃焼が終了するタイミングを出来る限り遅くするために、最初の後噴射の実行を出来る限り遅くすることが好ましい。例えば、主燃焼による熱発生率が１〜２Ｊ／ｄｅｇに達したときに最初の後噴射を実行するのがよい。このようにすれば、図４に示すように、主燃焼による熱発生率が０になる直前（主燃焼が終了する直前）に最初の後噴射による後燃焼が生じる（該後燃焼による熱量が発生し始める）こととなる。上記後燃焼が生じなければ、図４に二点鎖線で示すように熱発生率が低下して圧縮上死点後のクランク角θ１で０になるが、後燃焼によりθ１よりも後まで燃焼が継続して、熱発生率が０になるクランク角をθ１よりも後にすることができる。また、後燃焼が生じるタイミングが早すぎると、後燃焼がエンジントルクに影響を及ぼす可能性があり、主燃焼で決まるエンジントルクよりも高いトルクが発生することになるとともに、煤が発生する可能性が高くなる。これらのことを抑制する観点からも、最初の後噴射の実行を出来る限り遅くするがよい。
【００５５】
尚、上記前噴射により、主噴射による燃料の着火遅れ時間が安定しているので、主燃焼が終了するタイミングも安定しており、このことから、最初の後噴射の実行を出来る限り遅くしても、最初の後噴射による後燃焼が主燃焼に対して確実に継続する。
【００５６】
２回目の後噴射が実行されるタイミングも、基本的に、主燃焼と最初の後噴射による後燃焼との関係と同様であり、最初の後噴射による後燃焼が終了する前に２回目の後噴射による後燃焼が生じる（該後燃焼による熱量が発生し始める）ように２回目の後噴射を実行する。２回目の後噴射は、キャビティ１４ａの外側に噴射するものであっても、主燃焼及び最初の後噴射による後燃焼により気筒１１ａ内の温度が高くなっているので、最初の後噴射による後燃焼に継続させて２回目の後噴射により後燃焼を継続させることができる。こうして、６回目まで後噴射を行って、本実施形態では、膨張行程の中期まで燃焼を継続させる。尚、未燃ＨＣや未燃ＣＯが生じないようにできるのであれば、膨張行程の後期まで燃焼を継続させることが好ましい。
【００５７】
上記後噴射の噴射量は、気筒１１ａ内の温度を高くしかつ燃焼を長く継続させる観点から多い方が好ましいが、噴射量が多すぎると、煤が生じたり、未燃の燃料が生じて未燃ＨＣや未燃ＣＯが生じたりするので、噴射された燃料が完全燃焼して煤や未燃ＨＣ、未燃ＣＯが生じないような量に設定することが好ましい。特に、本実施形態のように、排気通路４０における酸化触媒４１ａの上流側にタービン６１ｂ，６２ｂが配設されている場合には、煤とＨＣとがタール化してタービン６１ｂ，６２ｂに固着する可能性があるので、後噴射の噴射量を適切に設定することが望ましい。
【００５８】
ここで、後の後噴射ほど、気筒１１ａ内の圧力の低下により燃料が燃焼し難くなるため、後段側の後噴射では、前段側の後噴射と噴射量を同じにすると、未燃ＨＣや未燃ＣＯが生じる可能性が高くなる。そこで、図３に示すように、ＰＣＭ１０は、上記後噴射において、後段側の後噴射の噴射量を前段側の後噴射の噴射量に対して減量するように構成されている。図３では、最初の後噴射及び２回目の後噴射の噴射量は同じであり、３回目以後の後噴射の噴射量は、最初の後噴射及び２回目の後噴射の噴射量よりも少なくかつ後の後噴射ほど噴射量が少なくなるようになされている。これに限らず、例えば、最初の後噴射から最後の後噴射までの噴射量を、後側ほど噴射量が少なくなるようにしてもよく、最初の後噴射から所定回数目（例えば３回目）の後噴射までの噴射量を同じにし、残りの後噴射の噴射量を同じにしかつ最初の後噴射から所定回数目の後噴射までの噴射量よりも少なくするようにしてもよい。
【００５９】
また、後の後噴射ほど燃料が燃焼し難くなることから、後段側の後噴射の噴射間隔が、前段側の後噴射の噴射間隔と同じであると、後段側の後噴射が実行されても、その燃料が燃焼するまでに時間がかかり、その直前の後噴射による後燃焼に継続する後燃焼が生じない（未燃燃料が生じる）可能性が高くなる。そこで、図５に示すように、上記後噴射において、後段側の後噴射の噴射量を前段側の後噴射の噴射量に対して減量するとともに、後段側の後噴射の噴射間隔を前段側の後噴射の噴射間隔に対して短くするようにするのがよい。こうすれば、後段側の後噴射を含む各後噴射による燃料が適切なタイミングで燃焼して燃焼が継続するようになり、上記噴射量の減量と相俟って、未燃ＨＣや未燃ＣＯが生じるのを効果的に抑制することができる。図５では、最初の後噴射と２回目の後噴射との噴射間隔、及び、２回目の後噴射と３回目の後噴射との噴射間隔が同じであり、それよりも後では、噴射間隔を後ほど短くしている。このような噴射間隔の短縮により、図３の場合と同じ６段の後噴射では、最後の後噴射による後燃焼が終了する時期が図３の場合よりも早くなってしまう。排気ガスの温度を上昇させる観点からは、最後の後噴射による後燃焼が終了する時期が出来る限り遅い方が好ましい。そこで、図５では、７段目の後噴射（噴射量が６段目の後噴射よりも少ない）を追加している。
【００６０】
尚、上記後噴射において、噴射量を一定としつつ、後段側の後噴射の噴射間隔を前段側の後噴射の噴射間隔に対して短くするようにすることも可能である。これによっても、後段側の後噴射を含む各後噴射による燃料を完全燃焼させるようにして、未燃ＨＣや未燃ＣＯが生じるのを抑制することができる。
【００６１】
酸化触媒４１ａが未活性状態にあるときのアイドリング時のエンジン回転数は、酸化触媒４１ａが活性状態にあるときのアイドリング時のエンジン回転数（従来のディーゼルエンジンにおけるアイドリング時のエンジン回転数と同程度）よりも高くするようにしており（例えば１５００〜２０００ｒｐｍにする）、これにより、着火性を高めるとともに、排気ガス温度をより上昇させるようにしている。このようにアイドリング時のエンジン回転数を高くしても、低圧縮比化により、振動騒音（所謂ＮＶＨ）レベルは、従来のディーゼルエンジンと同程度である。
【００６２】
図６は、酸化触媒４１ａが活性状態にあるときにおけるＰＣＭ１０の制御によるアイドリング時の燃料噴射形態を示す。ＰＣＭ１０は、酸化触媒４１ａが活性状態にあるとき（排気温度センサＳＷ８による検出温度により活性状態にあると判定したとき）のアイドリング時には、インジェクタ１８に対し、パイロット噴射と、複数回（本実施形態では、２回）の前噴射と、主噴射とを実行させる。酸化触媒４１ａが活性状態にあるので、未活性状態のときのような上記後噴射は実行されない。アイドリング時は、低回転で着火性が悪いので、比較的多くの燃料を噴射する必要があるが、一度に多くの燃料を噴射すると、煤が生じてしまう。そこで、上記のように燃料を分割して噴射する。尚、パイロット噴射及び前噴射は必ずしも必要ではなく、また、前噴射が１回のみであってもよい。但し、本実施形態のように低圧縮比化した場合には、主噴射による燃料の安定的な着火性を確保するためには、図６のような燃料噴射形態が好ましい。
【００６３】
上記パイロット噴射及び２回の前噴射は、圧縮上死点前に順次実行される。パイロット噴射は、燃料の予混合性を高めて煤の発生を抑制するものであり、最初の前噴射によるプリ燃焼を生じさせ易くするものである。そして、最初の前噴射によりプリ燃焼が生じ、このプリ燃焼に継続してプリ燃焼が生じるように２回目の前噴射が実行される。この２回目の前噴射と主噴射との関係は、酸化触媒４１ａが未活性状態にあるときの前噴射と主噴射との関係と同様であり、主噴射は、２回目のプリ燃焼による熱発生率がピークを過ぎてかつ０に達する前に主燃焼による熱量が発生し始めるようなタイミングで実行される。但し、後噴射が必要ないので、主噴射が実行されるタイミングが圧縮上死点前になってもよい。図６では、主噴射の噴射期間の大部分は、圧縮上死点よりも後であるが、主噴射の開始が圧縮上死点直前となっている。
【００６４】
また、酸化触媒４１ａが活性状態にあるときであってアイドリング時以外では、エンジン運転状態に応じた燃料噴射形態とされるが、少なくとも、１回の前噴射と１回の主噴射とが実行される。これら前噴射と主噴射との関係は、上記アイドリング時の２回目の前噴射と主噴射との関係と同様である。
【００６５】
図７は、酸化触媒４１ａが未活性状態にあるとき（「後噴射有り」）と、酸化触媒４１ａが活性状態にあるとき（「後噴射無し」）とにおけるエンジン１のアイドリング時のＰ−Ｖ線図である。「後噴射有り」は、図３に示す燃料噴射形態で燃料を噴射した場合であり、「後噴射無し」は、図６に示す燃料噴射形態で燃料を噴射した場合である。「後噴射有り」では、「後噴射無し」よりも圧縮時の圧力及び最大圧力（圧縮上死点の圧力）が低くなっているが、これは、「後噴射有り」では、吸気スロットル弁３６の開度を「後噴射無し」よりも小さくしているために、吸気量が少なくなっているからである。
【００６６】
図７から分かるように、「後噴射有り」では、後燃焼により、膨張行程での圧力が高くなっており、膨張行程終了時の圧力も高くなっている。このことは、排気ガスの温度が高くなっていることを意味する。
【００６７】
図８は、エンジン１において、後噴射の段数（４段乃至６段）と排気通路４０入口（気筒１１ａから排出された直後）の排気ガスの温度及び酸化触媒４１ａ入口の排気ガスの温度との関係を調べた結果を示す。ここでは、後噴射の噴射間隔は一定であり、後噴射の段数が異なっても、噴射間隔は同じである。このことは、段数が長いほど膨張行程で燃焼が長く継続していることを意味する。また、４段乃至６段の各場合において１回の噴射量は同じであるが、後噴射の段数が異なると、１回の噴射量は異なる。但し、後噴射トータルの噴射量は、段数が異なっても同じである。例えば４段の場合の１回の噴射量は、後噴射トータルの噴射量／４となる。
【００６８】
図８から分かるように、後噴射の段数が多いほど、排気通路４０入口の排気ガス温度及び酸化触媒４１ａ入口の排気ガス温度が高くなる。したがって、膨張行程で燃焼を出来る限り長く継続するように後噴射の段数を設定すれば、排気ガス温度を出来る限り高くすることができる。
【００６９】
尚、本実施形態のように、排気通路４０における酸化触媒４１ａの上流側に２つのタービン６１ｂ，６２ｂが配設されていると、図８から分かるように、酸化触媒４１ａ入口の排気ガス温度は、排気通路４０入口の排気ガス温度に比べてかなり低下する。このことは、タービンが１つであっても同様の傾向にある。このため、ターボ過給機付ディーゼルエンジンでは、本実施形態のような後噴射を行わないと、酸化触媒４１ａの温度を早期に上昇させることが難しくなる。したがって、本実施形態のような後噴射は、特にターボ過給機付ディーゼルエンジンに有効となる。
【００７０】
図９は、エンジン１を始動したときの、排気通路４０入口（気筒１１ａから排出された直後）の排気ガスの温度、酸化触媒４１ａ入口の排気ガス温度、ＨＣ排出量（ＨＣの単位時間当たりの大気への排出量）、及び、ＣＯ排出量（ＣＯの単位時間当たりの大気への排出量）の時間経過に伴う変化を調べた結果を示す。実線は、「後噴射有り」の場合であって、図３に示す燃料噴射形態で燃料を噴射した場合を示す。破線は、「後噴射無し」の場合であって、図６に示す燃料噴射形態で燃料を噴射した場合を示す。
【００７１】
時刻ｔ０でエンジン１が始動し始め、これにより、エンジン回転数が上昇する。「後噴射有り」の場合には、エンジン回転数が１５００〜２０００ｒｐｍにまで上昇し、「後噴射無し」の場合には、８００ｒｐｍ程度にまで上昇する。また、エンジン１の始動時に、「後噴射有り」の場合には、吸気スロットル弁３６が上記所定開度以下とされ、「後噴射無し」の場合には、全開に近い開度とされる。尚、「後噴射有り」の場合も「後噴射無し」の場合も共に、グロープラグ１９を作動させている。
【００７２】
「後噴射有り」の場合には、エンジン１が始動すると直ぐに、排気通路４０入口及び酸化触媒４１ａ入口の排気ガス温度が、「後噴射無し」の場合に比べて大きく上昇する。ここでは、「後噴射有り」の場合、後噴射の噴射量が少し多いために未燃燃料が生じて、ＨＣ及びＣＯの排出量が一時的に、「後噴射無し」の場合に比べて多くなっている（特にＨＣの排出量が多くなっている）が、排気ガス温度の上昇により酸化触媒４１ａが活性化し始めるため、ＨＣ及びＣＯの排出量は直ぐに低下して、時刻ｔ１（エンジン１の始動から約３５秒後）の時点以後では、「後噴射無し」の場合よりも少なくなっている。尚、ＣＯの排出量は、時刻ｔ１よりも前に、「後噴射無し」の場合よりも少なくなる。
【００７３】
時刻ｔ２（エンジン１の始動から約４５秒後）の時点で、酸化触媒４１ａが完全に活性状態になり、それ以後は、ＨＣ及びＣＯの排出量は低レベルで安定する。一方、「後噴射無し」の場合は、酸化触媒４１ａが完全に活性状態になるまで数分間かかる。したがって、エンジン１の始動から停止までのトータルの排出量で考えると、「後噴射有り」の場合の方が、ＨＣ及びＣＯの排出量が少なくなる。また、後噴射の噴射量を、未燃燃料が出来る限り生じないよう適切に設定することで、ＨＣ及びＣＯの排出量をより低減することが可能である。
【００７４】
ここで、図９の「後噴射有り」の場合、時刻ｔ２以後も、図３の燃料噴射形態を継続しているが、実際には、酸化触媒４１ａが活性状態になるので、時刻ｔ２以後は、図６の燃料噴射形態となる。
【００７５】
尚、酸化触媒４１ａが活性状態になってから直ぐに図６の燃料噴射形態とすると、排気ガスの温度が低下して酸化触媒４１ａの温度が活性温度よりも低下する可能性がある。そこで、酸化触媒４１ａが活性状態になってから所定期間が経過するまでの間、図６の燃料噴射形態（パイロット噴射及び前噴射は必ずしも必要ではなく、また、前噴射が１回のみであってもよい）における主噴射の後の膨張行程又は排気行程で、未燃燃料を酸化触媒４１ａに供給するためのポスト噴射を実行するようにしてもよい。このようにしても、既に酸化触媒４１ａが活性状態になっていることから、ＨＣ及びＣＯの大気への排出を抑制することができるとともに、活性化した酸化触媒４１ａによる未燃燃料の酸化反応熱により、活性化した酸化触媒４１ａの温度を、活性温度を下回らないような温度に維持することができる。
【００７６】
上記ポスト噴射は、ＤＰＦ４１ｂの再生時にも実行される。すなわち、フィルタ４１ｂに捕集された微粒子量が多くなって、上流側排圧センサＳＷ６と下流側排圧センサＳＷ７との検出圧力の差が所定値以上になったときに、その捕集された微粒子を燃焼させるべくポスト噴射が実行される。
【００７７】
したがって、本実施形態では、酸化触媒４１ｂが未活性状態にあるとき、前噴射と、主噴射と、複数回の後噴射とを実行して、膨張行程の中期まで燃焼を継続させるようにしたので、幾何学的圧縮比が１５以下であっても、気筒１１ａから排出された排気ガスの温度を上昇させることができて、未活性状態にある酸化触媒４１ａを早期に活性化することができる。この結果、低圧縮比化によるＲａｗＮＯｘの低減化と、酸化触媒４１ａによるＨＣ及びＣＯの大気中への排出量の低減化とを図ることができる。また、ＲａｗＮＯｘの低減により、ＮＯｘを浄化する触媒が不要になる。
【００７８】
また、主噴射及び最初の後噴射を、燃料をキャビティ１４ａ内に噴射するものとしたことにより、最初の後噴射による後燃焼を主燃焼に継続させて生じさせることが容易にできるようになる。そして、最初の後噴射による後燃焼が終了する前に次の後噴射による後燃焼が生じるように次の後噴射を実行することで、該後噴射がキャビティ１４ａの外側に噴射するものであっても、主燃焼及び最初の後噴射による後燃焼により気筒１１ａ内の温度が高くなっているので、最初の後噴射による後燃焼に継続させて次の後噴射により後燃焼を継続させることができ、こうして、膨張行程の中期まで燃焼を継続させることが容易にできる。
【００７９】
さらに、後噴射において、後段側の後噴射の噴射量を前段側の後噴射の噴射量に対して減量することにより、後段側の後噴射により噴射された燃料を完全燃焼させるようにすることができ、未燃ＨＣや未燃ＣＯが生じるのを抑制することができる。よって、酸化触媒４１ａが未活性状態にあるときにＨＣやＣＯの大気中への排出量を低減することができる。
【００８０】
また、後噴射において、噴射量を一定としつつ、後段側の後噴射の噴射間隔を前段側の後噴射の噴射間隔に対して短くするようにしても、未燃ＨＣや未燃ＣＯが生じるのを抑制することができる。
【００８１】
さらにまた、前噴射により、主噴射による燃料の着火遅れ時間を安定させて主燃焼が終了するタイミングを安定させることができ、これにより、最初の後噴射の実行タイミングが明確になり、最初の後噴射による後燃焼を主燃焼に対して確実に継続させるようにすることができる。
【００８２】
本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。
【００８３】
例えば、上記実施形態では、ＰＣＭ１０が、酸化触媒４１ｂが未活性状態にあるとき、インジェクタ１８に対し、主噴射の実行前に前噴射を実行させるようにしたが、この前噴射は必ずしも必要なものではない。但し、最初の後噴射による後燃焼が主燃焼に対して確実に継続させるためには、前噴射により、主噴射による燃料の着火遅れ時間が安定させる必要があり、この観点から前噴射を実行することが好ましい。
【００８４】
また、上記実施形態では、エンジン１が、２つのターボ過給機６１，６２を備えるターボ過給機付ディーゼルエンジンであるとしたが、１つのターボ過給機を備えるディーゼルエンジンであってもよく、ターボ過給機を備えていないディーゼルエンジンであってもよい。
【００８５】
上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、幾何学的圧縮比が１５以下のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置に有用であり、特に、ディーゼルエンジンがターボ過給機付のものである場合に有用である。
【符号の説明】
【００８７】
１ ディーゼルエンジン（エンジン本体）
１０ ＰＣＭ（燃料噴射制御手段）
１１ａ 気筒
１４ ピストン
１４ａ キャビティ
１８ インジェクタ（燃料噴射弁）
３０ 吸気通路
４０ 排気通路
４１ａ 酸化触媒（ＨＣを浄化する触媒）
６１ 大型ターボ過給機
６１ａ 大型ターボ過給機のコンプレッサ
６１ａ 大型ターボ過給機のタービン
６２ 小型ターボ過給機
６２ａ 小型ターボ過給機のコンプレッサ
６２ｂ 小型ターボ過給機のタービン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軽油を主成分とする燃料が供給される、幾何学的圧縮比が１５以下であるエンジン本体と、該エンジン本体の気筒内に上記燃料を噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁による燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段と、上記エンジン本体の気筒からの排気ガスを排出する排気通路に設けられた、ＨＣを浄化する触媒とを備えた、ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置であって、
上記気筒のピストンの冠面には、キャビティが形成されており、
上記燃料噴射制御手段は、上記触媒が未活性状態にあるとき、上記燃料噴射弁に対し、上記気筒内にエンジントルクを生成する主燃焼を生じさせるための主噴射と、該気筒内で該主燃焼に継続して後燃焼を生じさせて少なくとも膨張行程の中期まで燃焼を継続させるための、該主噴射よりも後に燃料を噴射する複数回の後噴射とを実行させるように構成され、
上記主噴射、及び、上記複数回の後噴射のうち圧縮上死点からのクランク角が所定角度に達するまでの、少なくとも最初の後噴射を含む後噴射は、上記燃料を上記キャビティ内に噴射するものであり、上記複数回の後噴射のうち圧縮上死点からのクランク角が上記所定角度に達した時点以後の後噴射は、上記燃料を上記キャビティの外側に噴射するものであることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、
上記燃料噴射制御手段は、上記後噴射において、後段側の後噴射の噴射量を前段側の後噴射の噴射量に対して減量するように構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、
上記エンジン本体の気筒内への吸気を行う吸気通路に配置されたコンプレッサと、上記排気通路における上記触媒よりも上流側に配置されたタービンとを含み、上記気筒内への吸入空気を過給するターボ過給機を更に備えていることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項１】
軽油を主成分とする燃料が供給される、幾何学的圧縮比が１５以下であるエンジン本体と、該エンジン本体の気筒内に上記燃料を噴射する燃料噴射弁と、該燃料噴射弁による燃料噴射を制御する燃料噴射制御手段と、上記エンジン本体の気筒からの排気ガスを排出する排気通路に設けられた、ＨＣを浄化する触媒とを備えた、ディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置であって、
上記気筒のピストンの冠面には、キャビティが形成されており、
上記燃料噴射制御手段は、上記触媒が未活性状態にあるとき、上記燃料噴射弁に対し、上記気筒内にエンジントルクを生成する主燃焼を生じさせるための主噴射と、該気筒内で該主燃焼に継続して後燃焼を生じさせて少なくとも膨張行程の中期まで燃焼を継続させるための、該主噴射よりも後に燃料を噴射する複数回の後噴射とを実行させるように構成され、
上記主噴射、及び、上記複数回の後噴射のうち圧縮上死点からのクランク角が所定角度に達するまでの、少なくとも最初の後噴射を含む後噴射は、上記燃料を上記キャビティ内に噴射するものであり、上記複数回の後噴射のうち圧縮上死点からのクランク角が上記所定角度に達した時点以後の後噴射は、上記燃料を上記キャビティの外側に噴射するものであることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、
上記燃料噴射制御手段は、上記後噴射において、後段側の後噴射の噴射量を前段側の後噴射の噴射量に対して減量するように構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置において、
上記エンジン本体の気筒内への吸気を行う吸気通路に配置されたコンプレッサと、上記排気通路における上記触媒よりも上流側に配置されたタービンとを含み、上記気筒内への吸入空気を過給するターボ過給機を更に備えていることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１０４４０２（Ｐ２０１３−１０４４０２Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５０５６０（Ｐ２０１１−２５０５６０）
【出願日】平成２３年１１月１６日（２０１１．１１．１６）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１６日（２０１１．１１．１６）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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