ディーゼルエンジン
【課題】簡素な構成により燃焼温度を過度に低下させることなく高負荷時のＮＯＸ排出量を低減したディーゼルエンジンを提供する。
【解決手段】ストイキ近傍の所定の空燃比範囲において有効な三元触媒９０が排気管路４０に設けられたディーゼルエンジン１０を、出力トルクが所定値以上となる高負荷領域において空燃比λが三元触媒９０の有効範囲内となるように燃料噴射量及び吸入空気量を制御する高負荷制御を行なうエンジン制御装置１００を備える構成とする。
【解決手段】ストイキ近傍の所定の空燃比範囲において有効な三元触媒９０が排気管路４０に設けられたディーゼルエンジン１０を、出力トルクが所定値以上となる高負荷領域において空燃比λが三元触媒９０の有効範囲内となるように燃料噴射量及び吸入空気量を制御する高負荷制御を行なうエンジン制御装置１００を備える構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両に搭載されるディーゼルエンジンに関し、簡素な構成により燃焼温度を過度に低下させることなく高負荷時のＮＯＸ排出量を低減したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンにおいては、一般的なガソリンエンジンに対して、通常空燃比がリーンでありかつ圧縮比が高いため、窒素酸化物（ＮＯＸ）の発生が問題となる。
一般的なガソリンエンジンにおいては、空燃比がほぼストイキの状態で有効となる三元触媒を用いて、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）とともにＮＯＸを処理しているが、リーン燃焼を行なうディーゼルエンジンにおいては、排ガス中に酸素が多く残存するため、通常三元触媒の適用は困難である。
【０００３】
ディーゼルエンジンから排出されるＮＯＸの低減に関する従来技術として、例えば、排ガスの一部を抽出して吸気側に導入する排ガス再循環（ＥＧＲ）や、エンジンの圧縮比を低くすることによって、燃焼温度の低下を図ることが行なわれている。
【０００４】
また、例えば特許文献１には、通常運転時に発生するＮＯＸを、ＮＯＸ吸収剤に吸着させるとともに、ポスト噴射等を行なう還元運転時に放出させるようにしたＮＯＸ吸蔵還元触媒（ＬＮＴ）が記載されている。
また、特許文献２には、尿素水溶液を用いてＮＯＸを処理する尿素選択還元触媒（ＳＣＲ）が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２６００４９２号
【特許文献２】特開２００１−２０７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
将来的にディーゼルエンジンの排ガスのさらなる低エミッション化が要望されている。
しかし、ＥＧＲ量を過度に増大させると、エンジン筒内での酸素濃度が低下し、燃料の過濃領域が増加することによって、スート（煤）が増加してしまう。
また、圧縮比を過度に低下させると、始動性及び始動時のエンジン安定性、排ガスなどの悪化の原因となる。
また、ＮＯＸ吸蔵還元触媒や尿素選択還元触媒等のデバイスを付加すると、構造が複雑化しコストが高くなる。
さらに、ＮＯＸ吸蔵還元触媒を適用した場合、定期的にポスト噴射等によって還元処理を行なう必要があることから、燃料消費量が増大する。
また、尿素選択還元触媒を適用した場合、尿素水溶液の供給インフラが必要となるほか、アンモニアが外部へ排出されるスリップへの対応が必要となる。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、簡素な構成により燃焼温度を過度に低下させることなく高負荷時のＮＯＸ排出量を低減したディーゼルエンジンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、ストイキ近傍の所定の空燃比範囲において有効な三元触媒が排気管路に設けられたディーゼルエンジンであって、出力トルクが所定値以上となる高負荷領域において空燃比が前記三元触媒の有効範囲内となるように燃料噴射量及び吸入空気量を制御する高負荷制御を行なうエンジン制御装置を備えることを特徴とするディーゼルエンジンである。
これによれば、ＮＯＸ排出量が増加する高負荷時に空燃比を実質ストイキ化し、三元触媒によってＮＯＸを処理することが可能となる。
これによって、ＥＧＲ量増大、低圧縮比化を過度に促進したり、ＮＯＸ吸蔵還元触媒や尿素選択還元触媒等の複雑かつ高コストな後処理装置の付加を行なうことなく、高負荷時のＮＯＸ排出量を低減することができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、前記排気管路から排ガスの一部を抽出して吸気管路に導入するＥＧＲ装置と、前記吸気管路に設けられたスロットルバルブとを備え、前記エンジン制御装置は、前記高負荷制御の実行時に、前記ＥＧＲ装置による排ガスの前記吸気管路への導入を行なうとともに、前記スロットルバルブによってエンジンの吸入新気量を低減させることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンである。
これによれば、ＥＧＲ及びスロットルバルブによる吸入新気量の低減を併用して実質ストイキ状態とすることによって、ＥＧＲ量が過度に多くなって燃焼温度が低下することによる失火や、スートの増加を防止することができる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、前記エンジン制御装置は、前記高負荷制御の実行時に、非実行時に対してメイン燃料噴射後のポスト燃料噴射量を増加させることを特徴とする請求項２に記載のディーゼルエンジンである。
これによれば、新気絞り及びＥＧＲ量の増加のみでは空燃比がリーンである場合に、ポスト燃料噴射によってストイキ化することができる。
【００１０】
請求項４に係る発明は、前記エンジン制御装置は、前記高負荷制御の実行時に、非実行時に対して燃料噴射時期を遅延させることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のディーゼルエンジンである。
これによれば、着火遅れ時間を長期化し、スートが発生しやすい拡散燃焼の割合を下げてスートが発生しにくい膨張行程側に着火時期をシフトさせ、空燃比をリッチ化すると増加しやすいスートの発生量を低減することができる。
【００１１】
請求項５に係る発明は、前記排気管路における前記三元触媒よりもエンジン側の領域に配置され、排ガス中の粒子状物質を捕捉するディーゼルパティキュレートフィルタと、前記ディーゼルパティキュレートフィルタから出た排ガスを前記三元触媒の入口側から出口側にバイパスさせるバイパス管路を備えることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のディーゼルエンジンである。
これによれば、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生時に、ディーゼルパティキュレートフィルタから排出される高温の排ガスをバイパスさせることによって、三元触媒を保護して焼損などを防止することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、簡素な構成により燃焼温度を過度に低下させることなく高負荷時のＮＯＸ排出量を低減したディーゼルエンジンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を適用したディーゼルエンジンの実施例の構成を示す図である。
【図２】図１のディーゼルエンジンの高負荷制御を示すフローチャートである。
【図３】ディーゼルエンジンにおける空燃比λとスート発生量との相関を示すグラフである。
【図４】ディーゼルエンジンにおける燃料のメイン噴射時期と熱発生率履歴との相関を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、簡素な構成により燃焼温度を過度に低下させることなく高負荷時のＮＯＸ排出量を低減したディーゼルエンジンを提供する課題を、排気系に三元触媒を設けるとともに、新気絞り及びＥＧＲによってストイキ運転を行なって三元触媒によるＮＯＸ処理を図るとともに、噴射時期をリタードさせてスート発生を抑制することによって解決した。
【実施例】
【００１５】
以下、本発明を適用したディーゼルエンジンの実施例について説明する。
図１は、実施例のディーゼルエンジンの構成を示す模式図である。
エンジン１０は、ターボチャージャ２０、インテークシステム３０、エキゾーストシステム４０、燃料供給装置５０、ＥＧＲ装置６０、酸化触媒（ＤＯＣ）７０、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）８０、三元触媒９０、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１００等を備えて構成されている。
【００１６】
エンジン１０は、例えば、乗用車等の自動車の走行用動力源として用いられる４ストロークのディーゼルエンジンである。
エンジン１０は、クランクシャフト１１、ピストン１２、シリンダブロック１３、ヘッド１４、燃焼室１５、グロープラグ１６、グローコントローラ１７等を備えて構成されている。
クランクシャフト１１は、エンジン１０の出力軸である。
ピストン１２は、シリンダ内を往復運動し、コンロッドを介して燃焼圧力をクランクシャフト１１に伝達する部材である。
シリンダブロック１３は、ピストン１２が収容されるシリンダ部及びクランクシャフト１１が回転可能に支持されるクランクケース部を一体に形成したものである。
シリンダブロック１３は、クランク角センサ１３ａ及び水温センサ１３ｂを備えている。
クランク角センサ１３ａは、クランクシャフト１１の角度位置を検出するものである。
水温センサ１３ｂは、エンジン１０内のウォータージャケット内を循環する冷却水温を検出するものである。
ヘッド１４は、シリンダブロック１３のピストン１２の冠側の端部に設けられ、吸気ポート、排気ポート及びこれらに設けられた吸気バルブ及び排気バルブを開閉する動弁駆動機構等を備えている。
燃焼室１５は、ピストン１２の冠面とヘッド１４のこれに対向する部分との間に形成されている。
グロープラグ１６は、先端部が燃焼室１５内に露出した状態でヘッド１４に設けられた予備加熱装置である。
グローコントローラ１７は、ＥＣＵ１００の制御に応じてグロープラグ１６への通電量を制御するものである。
【００１７】
ターボチャージャ２０は、エンジン１０の排ガス（既燃ガス）のエネルギを用いて、エンジン１０が吸入する燃焼用空気（新気）を圧縮するものである。
ターボチャージャ２０は、コンプレッサ２１、タービン２２、アクチュエータ２３、負圧制御弁２４等を備えている。
コンプレッサ２１は、燃焼用空気を圧縮する遠心型圧縮機である。
タービン２２は、コンプレッサ２１と同軸に設けられ、エンジン１０の排ガスによって駆動されるとともに、コンプレッサ２１を駆動するものである。タービン２２は、タービンホイールの周囲のノズルに設けられる可動式のべーンによってジオメトリを連続的に変更可能な可変ジオメトリ式のものである。
アクチュエータ２３は、タービン２２の可動ベーンを駆動する負圧式のアクチュエータである。
負圧制御弁２４は、図示しない負圧源からの負圧を、ＥＣＵ１００の制御に従ってアクチュエータ２３に導入する電磁弁である。
ターボチャージャ２０は、ＥＣＵ１００が設定する目標過給圧に対して、実際の過給圧が低い場合には、可動式のベーンを閉じてノズルを絞ることによってタービン２２の回転数を高め、過給圧を高める制御が行われる。
【００１８】
インテークシステム３０は、エンジン１０に燃焼用空気を導入するものである。
インテークシステム３０は、インテークダクト３１、エアクリーナ３２、エアフローメータ３３、インタークーラ３４、スロットルバルブ３５、アクチュエータ３６、インテークチャンバ３７、吸気圧センサ３８、インテークマニホールド３９等を備えて構成されている。
【００１９】
インテークダクト３１は、大気から燃焼用空気を導入し、ターボチャージャ２０のコンプレッサ２１を経由してエンジン１０に供給する空気流路である。
エアクリーナ３２は、空気を濾過して埃等を除去するフィルタエレメントを備えている。エアクリーナ３２を通過した空気はターボチャージャ２０のコンプレッサ２１に導入され、圧縮される。
エアフローメータ３３は、エアクリーナ３２の出口部に設けられ、空気流量を検出するセンサを備えている。また、エアフローメータ３３には、吸気温度を検出する吸気温度センサが内蔵されている。
【００２０】
インタークーラ３４は、ターボチャージャ２０のコンプレッサ２１を出た空気を、走行風との熱交換によって冷却する熱交換器である。
スロットルバルブ３５は、インタークーラ３４の下流側に設けられ、エンジン１０の吸入空気量を調節するものである。
アクチュエータ３６は、ＥＣＵ１００からの制御信号に応じてスロットルバルブ３５を開閉駆動するものである。
インテークチャンバ３７は、スロットルバルブ３５を通過した空気が導入される空気室であって、インテークマニホールド３９を介してエンジン１０の吸気ポートに接続されている。
吸気圧センサ３８は、インテークチャンバ３７に設けられ、エンジン１０の吸気圧力と実質的に等しいインテークチャンバ３７内の圧力を検出するものである。
インテークマニホールド３９は、インテークチャンバ３７からエンジン１０の各気筒の吸気ポートに空気を導入する分岐管路である。
【００２１】
エキゾーストシステム４０は、エキゾーストマニホールド４１、エキゾーストパイプ４２等を備えて構成されている。
エキゾーストマニホールド４１は、エンジン１０の各気筒の排気ポートから排出される排ガスを集合させてターボチャージャ２０のタービン２２に導入する管路である。
エキゾーストパイプ４２は、タービン２２から出た排気を車外に排出する管路である。エキゾーストパイプ４２には、ＤＯＣ７０、ＤＰＦ８０、三元触媒９０等の排ガス後処理装置が設けられている。
【００２２】
燃料供給装置５０は、エンジン１０の燃焼室１５内に燃料を供給するものである。燃料供給装置５０は、サプライポンプ５１、吸入調量電磁弁５２、燃料温度センサ５３、コモンレール５４、燃圧センサ５５、インジェクタ５６等を備えたコモンレール式の高圧燃料噴射装置である。
【００２３】
サプライポンプ５１は、例えばインナカム式の圧送系を備え、燃料である軽油を加圧してコモンレール５４に供給するものである。
吸入調量電磁弁５２は、サプライポンプ５１の燃料の吸入量を調整するものであって、ＥＣＵ１００からの制御信号に応じて駆動される。
燃料温度センサ５３は、サプライポンプ５１における燃料の温度を検出するものである。
【００２４】
コモンレール５４は、サプライポンプ５１が吐出した高圧の燃料を貯留する蓄圧器である。
燃圧センサ５５は、コモンレール５４内の燃料の圧力（燃圧）を検出するものである。上述した吸入調量電磁弁５２は、燃圧センサ５５の出力を用いたフィードバック制御により、燃圧が例えばエンジン回転数及び負荷に応じて設定される所定の目標値となるようにその開度を調節される。
インジェクタ５６は、コモンレール５４から供給される燃料を各気筒の燃焼室１５内に噴射するものである。インジェクタ５６は、例えばピエゾ素子やソレノイド等のアクチュエータによって開閉される弁体を有し、ＥＣＵ１００からの噴射パルス信号に応じて開弁される。インジェクタ５６の噴射タイミング及び噴射量はＥＣＵ１００によって制御されている。
インジェクタ５６は、メイン噴射、メイン噴射に先立って少量の燃料を噴射するパイロット噴射、メイン噴射の後に少量の燃料を噴射するポスト噴射などを行なう。
【００２５】
ＥＧＲ装置６０は、燃焼温度を抑制してＮＯｘの排出量を低減することを目的とし、エキゾーストパイプ４２から抽出したエンジン１０の排ガスの一部を、インテークダクト３１内に還流させるものである。
ＥＧＲ装置６０は、ＥＧＲ通路６１、ＥＧＲ制御弁６２、ＥＧＲクーラ６３等を備えて構成されている。
ＥＧＲ通路６１は、エキゾーストパイプ４２における三元触媒９０の出口側の領域から排ガスを抽出し、これをインテークダクト３１におけるエアフローメータ３３とターボチャージャ２０のコンプレッサ２１との中間の部分に導入する管路である。
ＥＧＲ制御弁６２は、ＥＣＵ１００の制御に応じてＥＧＲ通路６１の排ガス流量（ＥＧＲ量）を調節するものである。
ＥＧＲクーラ６３は、ＥＧＲ通路６１を流れる排ガスを走行風との熱交換によって冷却するものである。
【００２６】
ＤＯＣ７０は、エキゾーストパイプ４２に設けられ、排ガス中の主として炭化水素（ＨＣ）を酸化処理するものである。ＤＯＣ７０は、例えばコーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体の表面に、白金やパラジウム等の貴金属やアルミナ等の金属酸化物を担持させて形成されている。
ＤＯＣ７０には、入口部分の排ガス温度を検出する温度センサ７１が設けられている。
【００２７】
ＤＰＦ８０は、エキゾーストパイプ４２のＤＯＣ７０よりも下流側に設けられ、排ガスを濾過して粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタを備えている。ここで、ＰＭには、スート（煤）、有機溶剤可溶性成分（ＳＯＦ）、サルフェート（ＳＯ４）等が含まれる。
フィルタは、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に形成し、ガス流路となる多数のセルを、入口側、出口側が互い違いとなるように端面に封をして形成されたいわゆるクローズドタイプ（ウォールフロータイプ）のものである。
ＤＰＦ８０は、入口圧力と出口圧力との間の差圧を検出する差圧センサ８１、及び、出口の排ガス温度を検出する温度センサ８２を備えている。
【００２８】
三元触媒９０は、ＤＰＦ８０の出口側に配置され、ストイキ運転時に排ガス中のＮＯＸ，ＣＯ，ＨＣを処理するものである。
三元触媒９０は、例えばアルミナ等の担体に、プラチナ、パラジウム、ロジウム等の貴金属を担持させた触媒コンバータを備えている。
また、三元触媒９０に隣接して、ＤＰＦ８０から出た排ガスを、三元触媒９０を通過させることなく三元触媒９０の出口側にバイパスさせるバイパス管路９１が設けられている。
【００２９】
ＥＣＵ１００は、上述したエンジン１０及びその補機類を統括的に制御するものであって、ＣＰＵ等の情報処理装置、ＲＯＭやＲＡＭ等の記憶装置、入出力インターフェイス、及び、Ａ／Ｄ変換器、タイマ、カウンタ、各種ロジック回路等の周辺回路を備えている。
ＥＣＵ１００には、上述した各種センサのほか、アクセルペダルセンサ１０１、大気圧センサ１０２の出力が入力される。
アクセルペダルセンサ１０１は、ドライバが操作するアクセルペダルのポジションを検出することによって、ドライバ要求トルクを検出する要求トルク検出手段である。
大気圧センサ１０２は、車両の周囲雰囲気における大気圧を検出するものである。
【００３０】
ＥＣＵ１００は、アクセルペダルセンサ１０１の出力に応じて設定される要求トルクに応じて、エンジン１０の目標トルクを設定し、これに基づいてスロットルバルブ３５の開度、燃料供給装置５０の燃料噴射量及び時期、燃圧等を制御する。
【００３１】
また、ＥＣＵ１００は、ドライバ要求トルクあるいは目標トルクが所定の閾値以上となる高負荷領域において、空燃比がストイキ又はリッチ領域となるように吸入空気量及び燃料噴射量を制御して排ガスを実質的に無酸素状態とし、三元触媒９０を用いてＮＯＸ処理を行なう高負荷制御を行なっている。
図２は実施例のディーゼルエンジンにおける高負荷制御を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
【００３２】
＜ステップＳ０１：運転領域判別＞
ＥＣＵ１００は、ドライバ要求トルク又はこれに基づいて設定されるエンジン１０の目標トルクを検出する。
その後、ステップＳ０２に進む。
【００３３】
＜ステップＳ０２：高負荷領域判断＞
ＥＣＵ１００は、ドライバ要求トルク又は目標トルクが、所定の閾値以上である場合には、高負荷領域であると判断してステップＳ０３に進む。
一方、ドライバ要求トルク又は目標トルクが閾値未満である場合には、高負荷領域ではないと判断してステップＳ０１に戻り、それ以降の処理を繰り返す。
【００３４】
＜ステップＳ０３：リッチ化制御＞
ＥＣＵ１００は、ＥＧＲ装置６０のＥＧＲ制御弁６２を開いてＥＧＲ量を増加するとともに、スロットルバルブ３５の開度を小さくして吸入新気量を絞ることによって、エンジン１０の空燃比が三元触媒９０の有効範囲内となるようリッチ化を図るリッチ化制御を実行する。
このとき、単純に空燃比をストイキ領域までリッチ化すると、スートの発生量が増大する問題がある。
図３は、ディーゼルエンジンにおける空燃比λとスート発生量との相関を示すグラフである。
図３において、横軸は空燃比λを示し、縦軸はスート発生量を示している。
このように、空燃比λが１近傍のストイキ領域では、リーン領域に対してスートの発生量が急増することがわかる。
【００３５】
そこで、実施例においては、メイン噴射の燃料噴射時期をリタード（遅延化）させることによってスートの発生量低減を図っている。
図４は、ディーゼルエンジンにおける燃料のメイン噴射時期と熱発生率履歴との相関を示すグラフである。
図４において、横軸はクランク角を示し、縦軸は熱発生率を示している。
図４に示すように、メイン噴射の燃料噴射時期をリタードさせることによって、着火遅れ時間を長期化し、上死点近傍の拡散燃焼の割合を下げて、膨張行程側に着火時期をシフトさせることができる。
ここで、スートは上死点近傍の拡散燃焼において発生しやすく、膨張行程での燃焼で発生しにくいことから、燃料噴射時期をリタードさせることによって、図３に示すように、スートの発生量を効果的に低減することができる。
その後、ステップＳ０４に進む。
【００３６】
＜ステップＳ０４：所定時間経過判断＞
ＥＣＵ１００は、現在実行中のリッチ化制御の開始時からの時間が所定時間を経過しているか判断し、経過している場合はステップＳ０５に進み、経過していない場合はステップＳ０３に戻り、それ以降の処理を繰り返す。
【００３７】
＜ステップＳ０５：ストイキ領域判断＞
ＥＣＵ１００は、現在のエンジン１０の空燃比λを検出し、空燃比λが三元触媒９０の有効範囲内である実質的なストイキ領域にある場合は、三元触媒９０によるＮＯＸの処理が可能な状態であると判断して一連の処理を終了（リターン）する。
一方、空燃比λがリーン状態であり、三元触媒９０の有効範囲から外れている場合は、ステップＳ０６に進む。
【００３８】
＜ステップＳ０６：ポスト噴射実行＞
ＥＣＵ１００は、現在メイン噴射に引き続いて行なわれるポスト噴射が未実行の場合には、ポスト噴射を開始し、現在ポスト噴射が実行中である場合にはその噴射量を増量する。
その後、ステップＳ０５に戻ってそれ以降の処理を繰り返す。
【００３９】
以上説明した実施例によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）ＮＯＸ発生量が増加しやすい高負荷運転時に、空燃比を実質ストイキ状態までリッチ化し、三元触媒でＮＯＸを処理することによって、ＥＧＲ量増加や低圧縮比化を過度に行なって燃焼温度を低下させたり、ＮＯＸ吸蔵還元触媒、尿素ＳＣＲなどの複雑かつ高価な後処理装置を設けることなく、高負荷時のＮＯＸ排出量を低減することが可能となる。
（２）ＥＧＲ装置６０によるＥＧＲ量の増加、及びスロットルバルブ３５による吸入新気量の低減を併用して実質ストイキ状態とすることによって、ＥＧＲ量が過度に多くなって燃焼温度が低下することによる失火や、スートの増加を防止することができる。
（３）ＥＧＲ及び新気絞りのみでは未だリーン状態である場合に、ポスト燃料噴射量を増加させることによって、適切に実質ストイキ状態とすることができる。
（４）実質ストイキ状態で運転する際に、メイン噴射の噴射時期を遅延させることによって、着火遅れ時間を長期化し、スートが発生しやすい拡散燃焼の割合を下げてスートが発生しにくい膨張行程側に着火時期をシフトさせ、空燃比をリッチ化すると増加しやすいスートの発生量を低減することができる。
（５）ＤＰＦ８０から出た排ガスが三元触媒９０をバイパスするバイパス管路９１を設けたことによって、アフター噴射等によるＤＰＦ８０の再生時に、ＤＰＦ８０から排出される高温の排ガスをバイパスさせることによって、三元触媒９０を保護して焼損などを防止することができる。
【００４０】
（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）ディーゼルエンジン及びその補機類の構成は上述した実施例のものに限らず、適宜変更することが可能である。
例えば、実施例のＥＧＲ装置は、ターボチャージャのタービン及び各種後処理装置の出側から排ガスを抽出してコンプレッサ上流側に導入するする低圧ＥＧＲ装置であったが、本発明におけるＥＧＲ装置はこれに限らず、タービン上流側から排ガスを抽出してコンプレッサ下流側に導入する高圧ＥＧＲを行なうものであってもよい。
また、これらの低圧ＥＧＲと高圧ＥＧＲとを併用してもよい。
（２）実施例ではＮＯＸ吸蔵還元触媒及び尿素ＳＣＲは設けていないが、これらを設ける構成としてもよい。この場合、従来技術に対して触媒の担持量や、再生処理に要する燃料消費量を低減することが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１０ エンジン １１ クランクシャフト
１２ ピストン １３ シリンダブロック
１３ａ クランク角センサ １３ｂ 水温センサ
１４ ヘッド １５ 燃焼室
１６ グロープラグ １７ グローコントローラ
２０ ターボチャージャ ２１ コンプレッサ
２２ タービン ２３ アクチュエータ
２４ 負圧制御弁
３０ インテークシステム ３１ インテークダクト
３２ エアクリーナ ３３ エアフローメータ
３４ インタークーラ ３５ スロットルバルブ
３６ アクチュエータ ３７ インテークチャンバ
３８ 吸気圧センサ ３９ インテークマニホールド
４０ エキゾーストシステム ４１ エキゾーストマニホールド
４２ エキゾーストパイプ
５０ 燃料供給装置 ５１ サプライポンプ
５２ 吸入調量電磁弁 ５３ 燃料温度センサ
５４ コモンレール ５５ 燃圧センサ
５６ インジェクタ
６０ ＥＧＲ装置 ６１ ＥＧＲ通路
６２ ＥＧＲ制御弁 ６３ ＥＧＲクーラ
７０ 酸化触媒（ＤＯＣ） ７１ 温度センサ
８０ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
８１ 差圧センサ ８２ 温度センサ
９０ 三元触媒 ９１ バイパス管路
１００ エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）
１０１ アクセルペダルセンサ １０２ 大気圧センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両に搭載されるディーゼルエンジンに関し、簡素な構成により燃焼温度を過度に低下させることなく高負荷時のＮＯＸ排出量を低減したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンにおいては、一般的なガソリンエンジンに対して、通常空燃比がリーンでありかつ圧縮比が高いため、窒素酸化物（ＮＯＸ）の発生が問題となる。
一般的なガソリンエンジンにおいては、空燃比がほぼストイキの状態で有効となる三元触媒を用いて、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）とともにＮＯＸを処理しているが、リーン燃焼を行なうディーゼルエンジンにおいては、排ガス中に酸素が多く残存するため、通常三元触媒の適用は困難である。
【０００３】
ディーゼルエンジンから排出されるＮＯＸの低減に関する従来技術として、例えば、排ガスの一部を抽出して吸気側に導入する排ガス再循環（ＥＧＲ）や、エンジンの圧縮比を低くすることによって、燃焼温度の低下を図ることが行なわれている。
【０００４】
また、例えば特許文献１には、通常運転時に発生するＮＯＸを、ＮＯＸ吸収剤に吸着させるとともに、ポスト噴射等を行なう還元運転時に放出させるようにしたＮＯＸ吸蔵還元触媒（ＬＮＴ）が記載されている。
また、特許文献２には、尿素水溶液を用いてＮＯＸを処理する尿素選択還元触媒（ＳＣＲ）が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２６００４９２号
【特許文献２】特開２００１−２０７２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
将来的にディーゼルエンジンの排ガスのさらなる低エミッション化が要望されている。
しかし、ＥＧＲ量を過度に増大させると、エンジン筒内での酸素濃度が低下し、燃料の過濃領域が増加することによって、スート（煤）が増加してしまう。
また、圧縮比を過度に低下させると、始動性及び始動時のエンジン安定性、排ガスなどの悪化の原因となる。
また、ＮＯＸ吸蔵還元触媒や尿素選択還元触媒等のデバイスを付加すると、構造が複雑化しコストが高くなる。
さらに、ＮＯＸ吸蔵還元触媒を適用した場合、定期的にポスト噴射等によって還元処理を行なう必要があることから、燃料消費量が増大する。
また、尿素選択還元触媒を適用した場合、尿素水溶液の供給インフラが必要となるほか、アンモニアが外部へ排出されるスリップへの対応が必要となる。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、簡素な構成により燃焼温度を過度に低下させることなく高負荷時のＮＯＸ排出量を低減したディーゼルエンジンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、ストイキ近傍の所定の空燃比範囲において有効な三元触媒が排気管路に設けられたディーゼルエンジンであって、出力トルクが所定値以上となる高負荷領域において空燃比が前記三元触媒の有効範囲内となるように燃料噴射量及び吸入空気量を制御する高負荷制御を行なうエンジン制御装置を備えることを特徴とするディーゼルエンジンである。
これによれば、ＮＯＸ排出量が増加する高負荷時に空燃比を実質ストイキ化し、三元触媒によってＮＯＸを処理することが可能となる。
これによって、ＥＧＲ量増大、低圧縮比化を過度に促進したり、ＮＯＸ吸蔵還元触媒や尿素選択還元触媒等の複雑かつ高コストな後処理装置の付加を行なうことなく、高負荷時のＮＯＸ排出量を低減することができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、前記排気管路から排ガスの一部を抽出して吸気管路に導入するＥＧＲ装置と、前記吸気管路に設けられたスロットルバルブとを備え、前記エンジン制御装置は、前記高負荷制御の実行時に、前記ＥＧＲ装置による排ガスの前記吸気管路への導入を行なうとともに、前記スロットルバルブによってエンジンの吸入新気量を低減させることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジンである。
これによれば、ＥＧＲ及びスロットルバルブによる吸入新気量の低減を併用して実質ストイキ状態とすることによって、ＥＧＲ量が過度に多くなって燃焼温度が低下することによる失火や、スートの増加を防止することができる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、前記エンジン制御装置は、前記高負荷制御の実行時に、非実行時に対してメイン燃料噴射後のポスト燃料噴射量を増加させることを特徴とする請求項２に記載のディーゼルエンジンである。
これによれば、新気絞り及びＥＧＲ量の増加のみでは空燃比がリーンである場合に、ポスト燃料噴射によってストイキ化することができる。
【００１０】
請求項４に係る発明は、前記エンジン制御装置は、前記高負荷制御の実行時に、非実行時に対して燃料噴射時期を遅延させることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のディーゼルエンジンである。
これによれば、着火遅れ時間を長期化し、スートが発生しやすい拡散燃焼の割合を下げてスートが発生しにくい膨張行程側に着火時期をシフトさせ、空燃比をリッチ化すると増加しやすいスートの発生量を低減することができる。
【００１１】
請求項５に係る発明は、前記排気管路における前記三元触媒よりもエンジン側の領域に配置され、排ガス中の粒子状物質を捕捉するディーゼルパティキュレートフィルタと、前記ディーゼルパティキュレートフィルタから出た排ガスを前記三元触媒の入口側から出口側にバイパスさせるバイパス管路を備えることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のディーゼルエンジンである。
これによれば、ディーゼルパティキュレートフィルタの再生時に、ディーゼルパティキュレートフィルタから排出される高温の排ガスをバイパスさせることによって、三元触媒を保護して焼損などを防止することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、簡素な構成により燃焼温度を過度に低下させることなく高負荷時のＮＯＸ排出量を低減したディーゼルエンジンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を適用したディーゼルエンジンの実施例の構成を示す図である。
【図２】図１のディーゼルエンジンの高負荷制御を示すフローチャートである。
【図３】ディーゼルエンジンにおける空燃比λとスート発生量との相関を示すグラフである。
【図４】ディーゼルエンジンにおける燃料のメイン噴射時期と熱発生率履歴との相関を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、簡素な構成により燃焼温度を過度に低下させることなく高負荷時のＮＯＸ排出量を低減したディーゼルエンジンを提供する課題を、排気系に三元触媒を設けるとともに、新気絞り及びＥＧＲによってストイキ運転を行なって三元触媒によるＮＯＸ処理を図るとともに、噴射時期をリタードさせてスート発生を抑制することによって解決した。
【実施例】
【００１５】
以下、本発明を適用したディーゼルエンジンの実施例について説明する。
図１は、実施例のディーゼルエンジンの構成を示す模式図である。
エンジン１０は、ターボチャージャ２０、インテークシステム３０、エキゾーストシステム４０、燃料供給装置５０、ＥＧＲ装置６０、酸化触媒（ＤＯＣ）７０、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）８０、三元触媒９０、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１００等を備えて構成されている。
【００１６】
エンジン１０は、例えば、乗用車等の自動車の走行用動力源として用いられる４ストロークのディーゼルエンジンである。
エンジン１０は、クランクシャフト１１、ピストン１２、シリンダブロック１３、ヘッド１４、燃焼室１５、グロープラグ１６、グローコントローラ１７等を備えて構成されている。
クランクシャフト１１は、エンジン１０の出力軸である。
ピストン１２は、シリンダ内を往復運動し、コンロッドを介して燃焼圧力をクランクシャフト１１に伝達する部材である。
シリンダブロック１３は、ピストン１２が収容されるシリンダ部及びクランクシャフト１１が回転可能に支持されるクランクケース部を一体に形成したものである。
シリンダブロック１３は、クランク角センサ１３ａ及び水温センサ１３ｂを備えている。
クランク角センサ１３ａは、クランクシャフト１１の角度位置を検出するものである。
水温センサ１３ｂは、エンジン１０内のウォータージャケット内を循環する冷却水温を検出するものである。
ヘッド１４は、シリンダブロック１３のピストン１２の冠側の端部に設けられ、吸気ポート、排気ポート及びこれらに設けられた吸気バルブ及び排気バルブを開閉する動弁駆動機構等を備えている。
燃焼室１５は、ピストン１２の冠面とヘッド１４のこれに対向する部分との間に形成されている。
グロープラグ１６は、先端部が燃焼室１５内に露出した状態でヘッド１４に設けられた予備加熱装置である。
グローコントローラ１７は、ＥＣＵ１００の制御に応じてグロープラグ１６への通電量を制御するものである。
【００１７】
ターボチャージャ２０は、エンジン１０の排ガス（既燃ガス）のエネルギを用いて、エンジン１０が吸入する燃焼用空気（新気）を圧縮するものである。
ターボチャージャ２０は、コンプレッサ２１、タービン２２、アクチュエータ２３、負圧制御弁２４等を備えている。
コンプレッサ２１は、燃焼用空気を圧縮する遠心型圧縮機である。
タービン２２は、コンプレッサ２１と同軸に設けられ、エンジン１０の排ガスによって駆動されるとともに、コンプレッサ２１を駆動するものである。タービン２２は、タービンホイールの周囲のノズルに設けられる可動式のべーンによってジオメトリを連続的に変更可能な可変ジオメトリ式のものである。
アクチュエータ２３は、タービン２２の可動ベーンを駆動する負圧式のアクチュエータである。
負圧制御弁２４は、図示しない負圧源からの負圧を、ＥＣＵ１００の制御に従ってアクチュエータ２３に導入する電磁弁である。
ターボチャージャ２０は、ＥＣＵ１００が設定する目標過給圧に対して、実際の過給圧が低い場合には、可動式のベーンを閉じてノズルを絞ることによってタービン２２の回転数を高め、過給圧を高める制御が行われる。
【００１８】
インテークシステム３０は、エンジン１０に燃焼用空気を導入するものである。
インテークシステム３０は、インテークダクト３１、エアクリーナ３２、エアフローメータ３３、インタークーラ３４、スロットルバルブ３５、アクチュエータ３６、インテークチャンバ３７、吸気圧センサ３８、インテークマニホールド３９等を備えて構成されている。
【００１９】
インテークダクト３１は、大気から燃焼用空気を導入し、ターボチャージャ２０のコンプレッサ２１を経由してエンジン１０に供給する空気流路である。
エアクリーナ３２は、空気を濾過して埃等を除去するフィルタエレメントを備えている。エアクリーナ３２を通過した空気はターボチャージャ２０のコンプレッサ２１に導入され、圧縮される。
エアフローメータ３３は、エアクリーナ３２の出口部に設けられ、空気流量を検出するセンサを備えている。また、エアフローメータ３３には、吸気温度を検出する吸気温度センサが内蔵されている。
【００２０】
インタークーラ３４は、ターボチャージャ２０のコンプレッサ２１を出た空気を、走行風との熱交換によって冷却する熱交換器である。
スロットルバルブ３５は、インタークーラ３４の下流側に設けられ、エンジン１０の吸入空気量を調節するものである。
アクチュエータ３６は、ＥＣＵ１００からの制御信号に応じてスロットルバルブ３５を開閉駆動するものである。
インテークチャンバ３７は、スロットルバルブ３５を通過した空気が導入される空気室であって、インテークマニホールド３９を介してエンジン１０の吸気ポートに接続されている。
吸気圧センサ３８は、インテークチャンバ３７に設けられ、エンジン１０の吸気圧力と実質的に等しいインテークチャンバ３７内の圧力を検出するものである。
インテークマニホールド３９は、インテークチャンバ３７からエンジン１０の各気筒の吸気ポートに空気を導入する分岐管路である。
【００２１】
エキゾーストシステム４０は、エキゾーストマニホールド４１、エキゾーストパイプ４２等を備えて構成されている。
エキゾーストマニホールド４１は、エンジン１０の各気筒の排気ポートから排出される排ガスを集合させてターボチャージャ２０のタービン２２に導入する管路である。
エキゾーストパイプ４２は、タービン２２から出た排気を車外に排出する管路である。エキゾーストパイプ４２には、ＤＯＣ７０、ＤＰＦ８０、三元触媒９０等の排ガス後処理装置が設けられている。
【００２２】
燃料供給装置５０は、エンジン１０の燃焼室１５内に燃料を供給するものである。燃料供給装置５０は、サプライポンプ５１、吸入調量電磁弁５２、燃料温度センサ５３、コモンレール５４、燃圧センサ５５、インジェクタ５６等を備えたコモンレール式の高圧燃料噴射装置である。
【００２３】
サプライポンプ５１は、例えばインナカム式の圧送系を備え、燃料である軽油を加圧してコモンレール５４に供給するものである。
吸入調量電磁弁５２は、サプライポンプ５１の燃料の吸入量を調整するものであって、ＥＣＵ１００からの制御信号に応じて駆動される。
燃料温度センサ５３は、サプライポンプ５１における燃料の温度を検出するものである。
【００２４】
コモンレール５４は、サプライポンプ５１が吐出した高圧の燃料を貯留する蓄圧器である。
燃圧センサ５５は、コモンレール５４内の燃料の圧力（燃圧）を検出するものである。上述した吸入調量電磁弁５２は、燃圧センサ５５の出力を用いたフィードバック制御により、燃圧が例えばエンジン回転数及び負荷に応じて設定される所定の目標値となるようにその開度を調節される。
インジェクタ５６は、コモンレール５４から供給される燃料を各気筒の燃焼室１５内に噴射するものである。インジェクタ５６は、例えばピエゾ素子やソレノイド等のアクチュエータによって開閉される弁体を有し、ＥＣＵ１００からの噴射パルス信号に応じて開弁される。インジェクタ５６の噴射タイミング及び噴射量はＥＣＵ１００によって制御されている。
インジェクタ５６は、メイン噴射、メイン噴射に先立って少量の燃料を噴射するパイロット噴射、メイン噴射の後に少量の燃料を噴射するポスト噴射などを行なう。
【００２５】
ＥＧＲ装置６０は、燃焼温度を抑制してＮＯｘの排出量を低減することを目的とし、エキゾーストパイプ４２から抽出したエンジン１０の排ガスの一部を、インテークダクト３１内に還流させるものである。
ＥＧＲ装置６０は、ＥＧＲ通路６１、ＥＧＲ制御弁６２、ＥＧＲクーラ６３等を備えて構成されている。
ＥＧＲ通路６１は、エキゾーストパイプ４２における三元触媒９０の出口側の領域から排ガスを抽出し、これをインテークダクト３１におけるエアフローメータ３３とターボチャージャ２０のコンプレッサ２１との中間の部分に導入する管路である。
ＥＧＲ制御弁６２は、ＥＣＵ１００の制御に応じてＥＧＲ通路６１の排ガス流量（ＥＧＲ量）を調節するものである。
ＥＧＲクーラ６３は、ＥＧＲ通路６１を流れる排ガスを走行風との熱交換によって冷却するものである。
【００２６】
ＤＯＣ７０は、エキゾーストパイプ４２に設けられ、排ガス中の主として炭化水素（ＨＣ）を酸化処理するものである。ＤＯＣ７０は、例えばコーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体の表面に、白金やパラジウム等の貴金属やアルミナ等の金属酸化物を担持させて形成されている。
ＤＯＣ７０には、入口部分の排ガス温度を検出する温度センサ７１が設けられている。
【００２７】
ＤＰＦ８０は、エキゾーストパイプ４２のＤＯＣ７０よりも下流側に設けられ、排ガスを濾過して粒子状物質（ＰＭ）を捕集するフィルタを備えている。ここで、ＰＭには、スート（煤）、有機溶剤可溶性成分（ＳＯＦ）、サルフェート（ＳＯ４）等が含まれる。
フィルタは、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に形成し、ガス流路となる多数のセルを、入口側、出口側が互い違いとなるように端面に封をして形成されたいわゆるクローズドタイプ（ウォールフロータイプ）のものである。
ＤＰＦ８０は、入口圧力と出口圧力との間の差圧を検出する差圧センサ８１、及び、出口の排ガス温度を検出する温度センサ８２を備えている。
【００２８】
三元触媒９０は、ＤＰＦ８０の出口側に配置され、ストイキ運転時に排ガス中のＮＯＸ，ＣＯ，ＨＣを処理するものである。
三元触媒９０は、例えばアルミナ等の担体に、プラチナ、パラジウム、ロジウム等の貴金属を担持させた触媒コンバータを備えている。
また、三元触媒９０に隣接して、ＤＰＦ８０から出た排ガスを、三元触媒９０を通過させることなく三元触媒９０の出口側にバイパスさせるバイパス管路９１が設けられている。
【００２９】
ＥＣＵ１００は、上述したエンジン１０及びその補機類を統括的に制御するものであって、ＣＰＵ等の情報処理装置、ＲＯＭやＲＡＭ等の記憶装置、入出力インターフェイス、及び、Ａ／Ｄ変換器、タイマ、カウンタ、各種ロジック回路等の周辺回路を備えている。
ＥＣＵ１００には、上述した各種センサのほか、アクセルペダルセンサ１０１、大気圧センサ１０２の出力が入力される。
アクセルペダルセンサ１０１は、ドライバが操作するアクセルペダルのポジションを検出することによって、ドライバ要求トルクを検出する要求トルク検出手段である。
大気圧センサ１０２は、車両の周囲雰囲気における大気圧を検出するものである。
【００３０】
ＥＣＵ１００は、アクセルペダルセンサ１０１の出力に応じて設定される要求トルクに応じて、エンジン１０の目標トルクを設定し、これに基づいてスロットルバルブ３５の開度、燃料供給装置５０の燃料噴射量及び時期、燃圧等を制御する。
【００３１】
また、ＥＣＵ１００は、ドライバ要求トルクあるいは目標トルクが所定の閾値以上となる高負荷領域において、空燃比がストイキ又はリッチ領域となるように吸入空気量及び燃料噴射量を制御して排ガスを実質的に無酸素状態とし、三元触媒９０を用いてＮＯＸ処理を行なう高負荷制御を行なっている。
図２は実施例のディーゼルエンジンにおける高負荷制御を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
【００３２】
＜ステップＳ０１：運転領域判別＞
ＥＣＵ１００は、ドライバ要求トルク又はこれに基づいて設定されるエンジン１０の目標トルクを検出する。
その後、ステップＳ０２に進む。
【００３３】
＜ステップＳ０２：高負荷領域判断＞
ＥＣＵ１００は、ドライバ要求トルク又は目標トルクが、所定の閾値以上である場合には、高負荷領域であると判断してステップＳ０３に進む。
一方、ドライバ要求トルク又は目標トルクが閾値未満である場合には、高負荷領域ではないと判断してステップＳ０１に戻り、それ以降の処理を繰り返す。
【００３４】
＜ステップＳ０３：リッチ化制御＞
ＥＣＵ１００は、ＥＧＲ装置６０のＥＧＲ制御弁６２を開いてＥＧＲ量を増加するとともに、スロットルバルブ３５の開度を小さくして吸入新気量を絞ることによって、エンジン１０の空燃比が三元触媒９０の有効範囲内となるようリッチ化を図るリッチ化制御を実行する。
このとき、単純に空燃比をストイキ領域までリッチ化すると、スートの発生量が増大する問題がある。
図３は、ディーゼルエンジンにおける空燃比λとスート発生量との相関を示すグラフである。
図３において、横軸は空燃比λを示し、縦軸はスート発生量を示している。
このように、空燃比λが１近傍のストイキ領域では、リーン領域に対してスートの発生量が急増することがわかる。
【００３５】
そこで、実施例においては、メイン噴射の燃料噴射時期をリタード（遅延化）させることによってスートの発生量低減を図っている。
図４は、ディーゼルエンジンにおける燃料のメイン噴射時期と熱発生率履歴との相関を示すグラフである。
図４において、横軸はクランク角を示し、縦軸は熱発生率を示している。
図４に示すように、メイン噴射の燃料噴射時期をリタードさせることによって、着火遅れ時間を長期化し、上死点近傍の拡散燃焼の割合を下げて、膨張行程側に着火時期をシフトさせることができる。
ここで、スートは上死点近傍の拡散燃焼において発生しやすく、膨張行程での燃焼で発生しにくいことから、燃料噴射時期をリタードさせることによって、図３に示すように、スートの発生量を効果的に低減することができる。
その後、ステップＳ０４に進む。
【００３６】
＜ステップＳ０４：所定時間経過判断＞
ＥＣＵ１００は、現在実行中のリッチ化制御の開始時からの時間が所定時間を経過しているか判断し、経過している場合はステップＳ０５に進み、経過していない場合はステップＳ０３に戻り、それ以降の処理を繰り返す。
【００３７】
＜ステップＳ０５：ストイキ領域判断＞
ＥＣＵ１００は、現在のエンジン１０の空燃比λを検出し、空燃比λが三元触媒９０の有効範囲内である実質的なストイキ領域にある場合は、三元触媒９０によるＮＯＸの処理が可能な状態であると判断して一連の処理を終了（リターン）する。
一方、空燃比λがリーン状態であり、三元触媒９０の有効範囲から外れている場合は、ステップＳ０６に進む。
【００３８】
＜ステップＳ０６：ポスト噴射実行＞
ＥＣＵ１００は、現在メイン噴射に引き続いて行なわれるポスト噴射が未実行の場合には、ポスト噴射を開始し、現在ポスト噴射が実行中である場合にはその噴射量を増量する。
その後、ステップＳ０５に戻ってそれ以降の処理を繰り返す。
【００３９】
以上説明した実施例によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）ＮＯＸ発生量が増加しやすい高負荷運転時に、空燃比を実質ストイキ状態までリッチ化し、三元触媒でＮＯＸを処理することによって、ＥＧＲ量増加や低圧縮比化を過度に行なって燃焼温度を低下させたり、ＮＯＸ吸蔵還元触媒、尿素ＳＣＲなどの複雑かつ高価な後処理装置を設けることなく、高負荷時のＮＯＸ排出量を低減することが可能となる。
（２）ＥＧＲ装置６０によるＥＧＲ量の増加、及びスロットルバルブ３５による吸入新気量の低減を併用して実質ストイキ状態とすることによって、ＥＧＲ量が過度に多くなって燃焼温度が低下することによる失火や、スートの増加を防止することができる。
（３）ＥＧＲ及び新気絞りのみでは未だリーン状態である場合に、ポスト燃料噴射量を増加させることによって、適切に実質ストイキ状態とすることができる。
（４）実質ストイキ状態で運転する際に、メイン噴射の噴射時期を遅延させることによって、着火遅れ時間を長期化し、スートが発生しやすい拡散燃焼の割合を下げてスートが発生しにくい膨張行程側に着火時期をシフトさせ、空燃比をリッチ化すると増加しやすいスートの発生量を低減することができる。
（５）ＤＰＦ８０から出た排ガスが三元触媒９０をバイパスするバイパス管路９１を設けたことによって、アフター噴射等によるＤＰＦ８０の再生時に、ＤＰＦ８０から排出される高温の排ガスをバイパスさせることによって、三元触媒９０を保護して焼損などを防止することができる。
【００４０】
（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）ディーゼルエンジン及びその補機類の構成は上述した実施例のものに限らず、適宜変更することが可能である。
例えば、実施例のＥＧＲ装置は、ターボチャージャのタービン及び各種後処理装置の出側から排ガスを抽出してコンプレッサ上流側に導入するする低圧ＥＧＲ装置であったが、本発明におけるＥＧＲ装置はこれに限らず、タービン上流側から排ガスを抽出してコンプレッサ下流側に導入する高圧ＥＧＲを行なうものであってもよい。
また、これらの低圧ＥＧＲと高圧ＥＧＲとを併用してもよい。
（２）実施例ではＮＯＸ吸蔵還元触媒及び尿素ＳＣＲは設けていないが、これらを設ける構成としてもよい。この場合、従来技術に対して触媒の担持量や、再生処理に要する燃料消費量を低減することが可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１０ エンジン １１ クランクシャフト
１２ ピストン １３ シリンダブロック
１３ａ クランク角センサ １３ｂ 水温センサ
１４ ヘッド １５ 燃焼室
１６ グロープラグ １７ グローコントローラ
２０ ターボチャージャ ２１ コンプレッサ
２２ タービン ２３ アクチュエータ
２４ 負圧制御弁
３０ インテークシステム ３１ インテークダクト
３２ エアクリーナ ３３ エアフローメータ
３４ インタークーラ ３５ スロットルバルブ
３６ アクチュエータ ３７ インテークチャンバ
３８ 吸気圧センサ ３９ インテークマニホールド
４０ エキゾーストシステム ４１ エキゾーストマニホールド
４２ エキゾーストパイプ
５０ 燃料供給装置 ５１ サプライポンプ
５２ 吸入調量電磁弁 ５３ 燃料温度センサ
５４ コモンレール ５５ 燃圧センサ
５６ インジェクタ
６０ ＥＧＲ装置 ６１ ＥＧＲ通路
６２ ＥＧＲ制御弁 ６３ ＥＧＲクーラ
７０ 酸化触媒（ＤＯＣ） ７１ 温度センサ
８０ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
８１ 差圧センサ ８２ 温度センサ
９０ 三元触媒 ９１ バイパス管路
１００ エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）
１０１ アクセルペダルセンサ １０２ 大気圧センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストイキ近傍の所定の空燃比範囲において有効な三元触媒が排気管路に設けられたディーゼルエンジンであって、
出力トルクが所定値以上となる高負荷領域において空燃比が前記三元触媒の有効範囲内となるように燃料噴射量及び吸入空気量を制御する高負荷制御を行なうエンジン制御装置を備えること
を特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項２】
前記排気管路から排ガスの一部を抽出して吸気管路に導入するＥＧＲ装置と、
前記吸気管路に設けられたスロットルバルブとを備え、
前記エンジン制御装置は、前記高負荷制御の実行時に、前記ＥＧＲ装置による排ガスの前記吸気管路への導入を行なうとともに、前記スロットルバルブによってエンジンの吸入新気量を低減させること
を特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジン。
【請求項３】
前記エンジン制御装置は、前記高負荷制御の実行時に、非実行時に対してメイン燃料噴射後のポスト燃料噴射量を増加させること
を特徴とする請求項２に記載のディーゼルエンジン。
【請求項４】
前記エンジン制御装置は、前記高負荷制御の実行時に、非実行時に対して燃料噴射時期を遅延させること
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のディーゼルエンジン。
【請求項５】
前記排気管路における前記三元触媒よりもエンジン側の領域に配置され、排ガス中の粒子状物質を捕捉するディーゼルパティキュレートフィルタと、
前記ディーゼルパティキュレートフィルタから出た排ガスを前記三元触媒の入口側から出口側にバイパスさせるバイパス管路を備えること
を特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のディーゼルエンジン。
【請求項１】
ストイキ近傍の所定の空燃比範囲において有効な三元触媒が排気管路に設けられたディーゼルエンジンであって、
出力トルクが所定値以上となる高負荷領域において空燃比が前記三元触媒の有効範囲内となるように燃料噴射量及び吸入空気量を制御する高負荷制御を行なうエンジン制御装置を備えること
を特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項２】
前記排気管路から排ガスの一部を抽出して吸気管路に導入するＥＧＲ装置と、
前記吸気管路に設けられたスロットルバルブとを備え、
前記エンジン制御装置は、前記高負荷制御の実行時に、前記ＥＧＲ装置による排ガスの前記吸気管路への導入を行なうとともに、前記スロットルバルブによってエンジンの吸入新気量を低減させること
を特徴とする請求項１に記載のディーゼルエンジン。
【請求項３】
前記エンジン制御装置は、前記高負荷制御の実行時に、非実行時に対してメイン燃料噴射後のポスト燃料噴射量を増加させること
を特徴とする請求項２に記載のディーゼルエンジン。
【請求項４】
前記エンジン制御装置は、前記高負荷制御の実行時に、非実行時に対して燃料噴射時期を遅延させること
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のディーゼルエンジン。
【請求項５】
前記排気管路における前記三元触媒よりもエンジン側の領域に配置され、排ガス中の粒子状物質を捕捉するディーゼルパティキュレートフィルタと、
前記ディーゼルパティキュレートフィルタから出た排ガスを前記三元触媒の入口側から出口側にバイパスさせるバイパス管路を備えること
を特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のディーゼルエンジン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１６７５６２（Ｐ２０１２−１６７５６２Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２７２５９（Ｐ２０１１−２７２５９）
【出願日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【出願人】（０００００５３４８）富士重工業株式会社 (3,010)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１０日（２０１１．２．１０）
【出願人】（０００００５３４８）富士重工業株式会社 (3,010)
【Ｆターム（参考）】
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