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技術 内燃機関の燃料噴射制御装置

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 土山牧男灘光博松永彰生寺田寧之南昌宏
出願日 2009年1月13日 (9年10ヶ月経過) 出願番号 2009-550017
公開日 2011年5月26日 (7年5ヶ月経過) 公開番号 WO2009-090941
状態 特許登録済
技術分野 内燃機関に供給する空気・燃料の電気的制御 その他の点火 排気の後処理
主要キーワード センシング値 理論発熱量 クロスフロータイプ 圧縮ガス温度 終了角度 非実行状態 軽負荷運転 開始角度
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (12)

課題・解決手段

インジェクタからのメイン噴射が行われた後、気筒内温度が、燃料自着火温度以上であって、且つエキゾーストヒート噴射を実行した際における燃料の燃焼速度が所定速度以下である期間内に、エキゾーストヒート噴射を実行する。エキゾーストヒート噴射として、複数回のエキゾーストヒート分割噴射を行い、エキゾーストヒート分割噴射1回当たりの噴射量をインジェクタの最小限界噴射量に設定することで、各エキゾーストヒート分割噴射量を抑制し、燃料の着火性を良好に確保する。

概要

背景

従来から周知のように、自動車用エンジン等として使用されるディーゼルエンジンでは、エンジン回転数アクセル操作量、冷却水温度吸気温度等の運転状態に応じて、燃料噴射弁(以下、インジェクタと呼ぶ場合もある)からの燃料噴射時期燃料噴射量を調整する燃料噴射制御が行われている。

上記ディーゼルエンジンの燃焼は、予混合燃焼拡散燃焼とによって成り立っている。燃料噴射弁からの燃料噴射が開始されると、まず燃料気化拡散により可燃混合気が生成される(着火遅れ期間)。次に、この可燃混合気が燃焼室の数ヶ所でほぼ同時に自己着火し、急速に燃焼が進む(予混合燃焼)。さらに、燃焼室内への燃料噴射が継続され、燃焼が継続的に行われる(拡散燃焼)。その後、燃料噴射が終了した後にも未燃燃料が存在するため、しばらくの間、熱発生が続けられる(後燃え期間)。

ところで、この種のディーゼルエンジンの排気系には、排気浄化のための触媒が配設されている。この排気浄化用の触媒としては、例えば酸化触媒三元触媒リーンNOx触媒などが知られているが、いずれの触媒の場合も、高い浄化率を得るためには所定の活性温度以上に昇温されている必要がある。つまり、この活性温度よりも低温である状況では、触媒の浄化率が極めて低くなったり、排気浄化機能が発揮されないことになる。

そのため、エンジン冷間始動時や軽負荷運転時などのように排気ガス温度が比較的低い運転状態では、十分な排気浄化が行えないといった状況に陥ってしまう可能性がある。特に、ディーゼルエンジンの場合、気筒内の空燃比リーン(例えばA/F=30程度)であって膨張行程では希薄燃焼が行われているために、ガソリンエンジンに比べて排気温度が低くなっている。このため、触媒の昇温速度が緩慢であって、上記触媒の活性化が迅速に行われない状況が生じやすいものである。

この点に鑑み、例えば下記の特許文献1に開示されているように、排気系における触媒の上流側に還元剤添加弁を設けておき、この還元剤添加弁から触媒に向けて燃料を供給(燃料添加)することにより、この燃料を触媒上やその周辺部で燃焼させ、触媒温度触媒床温)を活性温度まで昇温させる技術が知られている。また、下記の特許文献2に開示されているように、エンジンの膨張行程の後に、インジェクタから燃料噴射(一般にポスト噴射と呼ばれている)を行って、この燃料を噴霧状態で排気系に供給し、上述した燃料添加の場合と同様に、燃料を触媒上やその周辺部で燃焼させて触媒温度を活性温度まで昇温させることも知られている。
特開2001−327838号公報
特開2004−308509号公報
特開2004−68606号公報

概要

インジェクタからのメイン噴射が行われた後、気筒内温度が、燃料の自着火温度以上であって、且つエキゾーストヒート噴射を実行した際における燃料の燃焼速度が所定速度以下である期間内に、エキゾーストヒート噴射を実行する。エキゾーストヒート噴射として、複数回のエキゾーストヒート分割噴射を行い、エキゾーストヒート分割噴射1回当たりの噴射量をインジェクタの最小限界噴射量に設定することで、各エキゾーストヒート分割噴射量を抑制し、燃料の着火性を良好に確保する。

目的

本発明は、か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、触媒温度が比較的低い状況において、内燃機関トルク増大を殆ど招くことなしに、触媒温度を活性温度まで急速に昇温させることが可能な内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
5件

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請求項1

内燃機関の1サイクル中に、燃料噴射弁から、トルク発生のための燃料噴射である主噴射を含む複数回の燃料噴射が可能な圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置において、上記主噴射の実行後に、この主噴射で噴射された燃料燃焼によって発生した気筒内の熱エネルギを利用して着火する触媒昇温用噴射を実行することにより、この触媒昇温用噴射で噴射された燃料の燃焼ガスエネルギの大部分を排気系の触媒昇温用の熱エネルギとして排気系に送る触媒昇温用噴射実行手段を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。

請求項2

上記請求項1記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、上記触媒昇温用噴射で要求される総触媒昇温用噴射量を求める総触媒昇温用噴射量算出手段を備え、上記触媒昇温用噴射実行手段は、上記総触媒昇温用噴射量算出手段によって求められた総触媒昇温用噴射量を、複数回の触媒昇温用分割噴射によって分割することで間欠的に上記燃料噴射弁から噴射させるよう構成されており、上記触媒昇温用分割噴射の1回当たりにおける触媒昇温用分割噴射量は、燃料噴射弁の最小限界噴射量に設定されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。

請求項3

上記請求項1記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、上記触媒昇温用噴射で要求される総触媒昇温用噴射量を求める総触媒昇温用噴射量算出手段を備え、上記触媒昇温用噴射実行手段は、上記総触媒昇温用噴射量算出手段によって求められた総触媒昇温用噴射量を、複数回の触媒昇温用分割噴射によって分割することで間欠的に上記燃料噴射弁から噴射させるよう構成されており、上記触媒昇温用分割噴射の1回当たりにおける燃料噴射弁の開弁期間は、燃料噴射弁の最短開弁期間に設定されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。

請求項4

上記請求項2記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、上記総触媒昇温用噴射量算出手段は、上記触媒の温度が、その活性温度よりも低いほど総触媒昇温用噴射量を多く設定することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。

請求項5

上記請求項1〜4のうち何れか一つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、上記触媒昇温用噴射実行手段は、気筒内温度が、燃料の自着火温度以上であって且つ触媒昇温用噴射を実行した際における燃料の燃焼速度が所定速度以下である触媒昇温用噴射可能期間内に、触媒昇温用噴射を実行するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。

請求項6

上記請求項5記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、燃焼室に噴射される燃料を加熱して着火を補助するグロープラグが備えられ、上記触媒昇温用噴射可能期間内で複数回の触媒昇温用分割噴射を実行する場合の触媒昇温用分割噴射の1回当たりにおける触媒昇温用分割噴射量が、燃料噴射弁の最小限界噴射量よりも多く設定されている場合、上記グロープラグによる燃料加熱動作を実行するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。

請求項7

上記請求項5記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、燃焼室に噴射される燃料を加熱して着火を補助するグロープラグが備えられ、上記触媒昇温用噴射可能期間内で複数回の触媒昇温用分割噴射を実行する場合の触媒昇温用分割噴射の1回当たりにおける燃料噴射弁の開弁期間が、燃料噴射弁の最短開弁期間よりも長く設定されている場合、上記グロープラグによる燃料加熱動作を実行するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。

請求項8

上記請求項1〜7のうち何れか一つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、上記内燃機関の発生トルクとして上記触媒昇温用噴射に起因する余剰トルクが生じる場合、この触媒昇温用噴射に起因する余剰トルクと略同等のトルクが主噴射に起因するトルクから減じられるように主噴射の噴射量を減量補正する噴射量補正手段を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。

請求項9

上記請求項8記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、上記噴射量補正手段は、触媒昇温用噴射の実行に伴って、予め設定された減量補正量だけ主噴射の噴射量を減量補正すると共に、この減量補正を行っても上記触媒昇温用噴射に起因する余剰トルクが残存する場合、この残存している余剰トルクの大きさに応じた追加減補正量を求め、この追加減量補正量だけ主噴射の噴射量を更に減量補正する一方、上記予め設定された減量補正量だけ主噴射の噴射量を減量補正した場合に、この減量補正を行ったことでトルク不足が生じた場合、このトルクの不足量に応じた増量補正量を求め、この増量補正量だけ主噴射の噴射量を増量補正するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。

請求項10

上記請求項8または9記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、上記噴射量補正手段は、内燃機関の各気筒毎に上記触媒昇温用噴射に起因する余剰トルクが生じているか否かを判定し、この余剰トルクが生じている気筒に対してのみ主噴射の減量補正を実行する一方、この減量補正を行ったことでトルク不足が生じた場合、このトルクの不足量に応じた増量補正量を求め、この増量補正量だけ主噴射の噴射量を増量補正するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。

技術分野

0001

本発明は、ディーゼルエンジンに代表される内燃機関燃料噴射制御装置に係る。特に、本発明は、内燃機関の排気系に備えられた排気浄化用触媒活性温度まで上昇させるために燃料噴射弁から噴射される燃料噴射形態の改良に関する。

背景技術

0002

従来から周知のように、自動車用エンジン等として使用されるディーゼルエンジンでは、エンジン回転数アクセル操作量、冷却水温度吸気温度等の運転状態に応じて、燃料噴射弁(以下、インジェクタと呼ぶ場合もある)からの燃料噴射時期燃料噴射量を調整する燃料噴射制御が行われている。

0003

上記ディーゼルエンジンの燃焼は、予混合燃焼拡散燃焼とによって成り立っている。燃料噴射弁からの燃料噴射が開始されると、まず燃料の気化拡散により可燃混合気が生成される(着火遅れ期間)。次に、この可燃混合気が燃焼室の数ヶ所でほぼ同時に自己着火し、急速に燃焼が進む(予混合燃焼)。さらに、燃焼室内への燃料噴射が継続され、燃焼が継続的に行われる(拡散燃焼)。その後、燃料噴射が終了した後にも未燃燃料が存在するため、しばらくの間、熱発生が続けられる(後燃え期間)。

0004

ところで、この種のディーゼルエンジンの排気系には、排気浄化のための触媒が配設されている。この排気浄化用の触媒としては、例えば酸化触媒三元触媒リーンNOx触媒などが知られているが、いずれの触媒の場合も、高い浄化率を得るためには所定の活性温度以上に昇温されている必要がある。つまり、この活性温度よりも低温である状況では、触媒の浄化率が極めて低くなったり、排気浄化機能が発揮されないことになる。

0005

そのため、エンジン冷間始動時や軽負荷運転時などのように排気ガス温度が比較的低い運転状態では、十分な排気浄化が行えないといった状況に陥ってしまう可能性がある。特に、ディーゼルエンジンの場合、気筒内の空燃比リーン(例えばA/F=30程度)であって膨張行程では希薄燃焼が行われているために、ガソリンエンジンに比べて排気温度が低くなっている。このため、触媒の昇温速度が緩慢であって、上記触媒の活性化が迅速に行われない状況が生じやすいものである。

0006

この点に鑑み、例えば下記の特許文献1に開示されているように、排気系における触媒の上流側に還元剤添加弁を設けておき、この還元剤添加弁から触媒に向けて燃料を供給(燃料添加)することにより、この燃料を触媒上やその周辺部で燃焼させ、触媒温度触媒床温)を活性温度まで昇温させる技術が知られている。また、下記の特許文献2に開示されているように、エンジンの膨張行程の後に、インジェクタから燃料噴射(一般にポスト噴射と呼ばれている)を行って、この燃料を噴霧状態で排気系に供給し、上述した燃料添加の場合と同様に、燃料を触媒上やその周辺部で燃焼させて触媒温度を活性温度まで昇温させることも知られている。
特開2001−327838号公報
特開2004−308509号公報
特開2004−68606号公報

発明が解決しようとする課題

0007

上述した燃料添加やポスト噴射によって触媒温度を昇温させるためには、この供給された燃料が着火できるだけの熱量が排気系に存在していることが必要である。ところが、エンジンの冷間始動直後などにあっては、排気系に存在する熱エネルギは僅かであって、この状態で上記燃料添加やポスト噴射によって排気系に燃料(噴霧)を供給しても、この燃料は着火することがない。その結果、触媒温度を活性温度まで昇温することができないばかりでなく、無駄な燃料供給が行われることで、燃料消費率の悪化を招いたり、この燃料がそのまま大気中に放出され、排気エミッションの悪化に繋がってしまうことも懸念される。

0008

このような燃料添加やポスト噴射によって排気系に供給された燃料の着火性を良好に確保するための対策として、燃焼室内から排出される排気(燃焼ガス)の温度が高く得られるようにしておくことが考えられる。例えば、メイン噴射での燃料噴射量を多く設定するものである。

0009

しかしながら、このメイン噴射での燃料噴射量を増量した場合、この燃料の燃焼に伴って発生する運動エネルギがエンジンのトルクを必要以上に増大させることになり、つまり、燃料増量分だけエンジンのトルクが増大することになり、エンジンに適切なトルクを得ることができなくなってしまう。その結果、ドライバビリティが悪化するなどの不具合を生じてしまう。また、この燃料噴射量の増量に伴い、噴射燃料貫徹力ペネトレーション)が高くなって、シリンダ内壁面にまで達する可能性があり、この場合、シリンダ内壁面に達した燃料による潤滑油希釈や、燃料の着火性の悪化に起因したスモークの発生が懸念される状況となる。

0010

本発明は、か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、触媒温度が比較的低い状況において、内燃機関のトルク増大を殆ど招くことなしに、触媒温度を活性温度まで急速に昇温させることが可能な内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0011

−課題の解決原理
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、燃料噴射弁からの主噴射が行われた後に、気筒内の熱エネルギによって着火する燃料として触媒昇温特化した燃料の噴射(触媒昇温用噴射)を行うようにする。そして、この触媒昇温用噴射で噴射された燃料の燃焼により発生するエネルギの大部分が熱エネルギとして排気系に供給されるようにすることで、触媒の迅速な昇温を図っている。

0012

−解決手段−
具体的に、本発明は、内燃機関の1サイクル中に、燃料噴射弁から、トルク発生のための燃料噴射である主噴射を含む複数回の燃料噴射が可能な圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置を前提とする。この燃料噴射制御装置に対し、上記主噴射の実行後に、この主噴射で噴射された燃料の燃焼によって発生した気筒内の熱エネルギを利用して着火する触媒昇温用噴射を実行することにより、この触媒昇温用噴射で噴射された燃料の燃焼ガスのエネルギの大部分を排気系の触媒昇温用の熱エネルギとして排気系に送る触媒昇温用噴射実行手段を備えさせている。

0013

この特定事項により、燃料噴射弁から主噴射が実行された後の所定タイミングで触媒昇温用噴射が実行される。この触媒昇温用噴射は、上記主噴射で噴射された燃料の燃焼に伴う熱エネルギを受けて着火する。そして、この触媒昇温用噴射で噴射された燃料の燃焼ガスは、その大部分が熱エネルギとして排気系に送られる。つまり、この触媒昇温用噴射で噴射された燃料の燃焼ガスが内燃機関のトルクを増大させるものとしては殆ど作用することなく、この燃焼ガスのエネルギは触媒を昇温させるための熱エネルギとして費やされる。このため、例えば、内燃機関の冷間始動時や軽負荷運転時などのように触媒床温が比較的低い状況であっても、排気系、特に触媒の周囲においては、高温度の燃焼ガスを存在させることができ、触媒温度を活性温度まで急速に上昇させることが可能となる。また、触媒昇温用噴射が実行されたことによって内燃機関のトルクが大幅に増大するといった状況は招かないため、内燃機関より適切なトルクを得ることができ、ドライバビリティが悪化することもない。

0014

上記触媒昇温用噴射の噴射形態として具体的には以下のように設定される。つまり、上記触媒昇温用噴射で要求される総触媒昇温用噴射量を求める総触媒昇温用噴射量算出手段を備えさせ、上記触媒昇温用噴射実行手段が、上記総触媒昇温用噴射量算出手段によって求められた総触媒昇温用噴射量を、複数回の触媒昇温用分割噴射によって分割することで間欠的に上記燃料噴射弁から噴射させるようにする。そして、上記触媒昇温用分割噴射の1回当たりにおける触媒昇温用分割噴射量を、燃料噴射弁の最小限界噴射量に設定している。また、上記触媒昇温用分割噴射の1回当たりにおける燃料噴射弁の開弁期間を、燃料噴射弁の最短開弁期間に設定することも挙げられる。

0015

このように、1回当たりの触媒昇温用分割噴射の噴射量を燃料噴射弁の最小限界噴射量に設定したり、または、1回当たりの触媒昇温用分割噴射における燃料噴射弁の開弁期間を燃料噴射弁の最短開弁期間に設定した場合、この1回当たりにおける触媒昇温用分割噴射の噴射量は極少量となっており、この触媒昇温用分割噴射時における燃料の吸熱反応による吸熱量は僅かである。従って、触媒昇温用分割噴射の着火遅れが発生することはなく、迅速に着火して排気系に送られることになる。そして、第1回目の触媒昇温用分割噴射によって噴射された燃料が燃焼することによって得られた熱エネルギは、その後の第2回目の触媒昇温用分割噴射によって噴射された燃料の着火性を良好にするための熱エネルギとして利用される。このように複数段階で触媒昇温用分割噴射を行うことで、連鎖的な燃料の燃焼動作を得ることができる。このため、触媒昇温用噴射を行ったことの効果(触媒温度を活性温度まで急速に上昇させること)を十分に確保することができる。

0016

上記総触媒昇温用噴射量算出手段によって求められる総触媒昇温用噴射量として具体的には、上記触媒の温度が、その活性温度よりも低いほど総触媒昇温用噴射量を多く設定するようにしている。

0017

つまり、触媒温度を活性温度まで到達させるための熱量を多く必要とする場合ほど総触媒昇温用噴射量を多く設定し、触媒昇温用として排気系に与える熱エネルギが多く得られるようにしている。この場合にも、1回当たりにおける触媒昇温用分割噴射の噴射量は少量であることが好ましいため、総触媒昇温用噴射量が多く設定されるほど、この総触媒昇温用噴射量に対する分割回数(触媒昇温用分割噴射の回数)は多くなる。

0018

上記触媒昇温用噴射を実行する期間としては以下のように設定される。つまり、気筒内温度が、燃料の自着火温度以上であって且つ触媒昇温用噴射を実行した際における燃料の燃焼速度が所定速度以下である触媒昇温用噴射可能期間内に、上記触媒昇温用噴射実行手段によって触媒昇温用噴射を実行する構成となっている。

0019

この触媒昇温用噴射可能期間中に触媒昇温用噴射を実行することにより、この噴射された燃料を確実に着火させることができ、且つ、その際の燃焼速度は比較的低くなるため、内燃機関のトルクが大幅に増大するといった状況を招くこともない。つまり、ドライバビリティの悪化を防止しながら、触媒温度を活性温度まで急速に上昇させることが可能となる。

0020

上述した如く触媒昇温用分割噴射の1回当たりにおける触媒昇温用分割噴射量を燃料噴射弁の最小限界噴射量に設定したり、触媒昇温用分割噴射の1回当たりにおける燃料噴射弁の開弁期間を燃料噴射弁の最短開弁期間に設定したりする場合に、上記触媒昇温用噴射可能期間内では必要回数の触媒昇温用分割噴射が実行できなくなる可能性がある。特に、上記触媒昇温用噴射可能期間が短い場合である。この場合の対策として、触媒昇温用分割噴射の1回当たりにおける触媒昇温用分割噴射量を燃料噴射弁の最小限界噴射量よりも多く設定したり、触媒昇温用分割噴射の1回当たりにおける燃料噴射弁の開弁期間を燃料噴射弁の最短開弁期間よりも長く設定したりすることになるが、この場合の具体的な制御動作としては以下のものが挙げられる。

0021

先ず、燃焼室に噴射される燃料を加熱して着火を補助するグロープラグを備えさせ、上記触媒昇温用噴射可能期間内で複数回の触媒昇温用分割噴射を実行する場合の触媒昇温用分割噴射の1回当たりにおける触媒昇温用分割噴射量が、燃料噴射弁の最小限界噴射量よりも多く設定されている場合には、上記グロープラグによる燃料加熱動作を実行するようにした構成である。

0022

また、上記触媒昇温用噴射可能期間内で複数回の触媒昇温用分割噴射を実行する場合の触媒昇温用分割噴射の1回当たりにおける燃料噴射弁の開弁期間が、燃料噴射弁の最短開弁期間よりも長く設定されている場合には、上記グロープラグによる燃料加熱動作を実行するようにした構成である。

0023

これらによれば、触媒昇温用噴射可能期間内に必要回数の触媒昇温用分割噴射を実行しながらも、この触媒昇温用分割噴射で噴射された燃料を確実に着火させることが可能となる。つまり、触媒昇温用噴射で噴射された燃料を確実に着火させることと、内燃機関のトルクが大幅に増大するといった状況を回避することと、触媒温度を活性温度まで上昇させるのに必要な熱エネルギを排気系に供給することとを連立することが可能になる。

0024

また、上記触媒昇温用噴射は、本来は内燃機関のトルクを増大させることのないものであることが理想であるが、内燃機関の負荷領域や温度環境等によっては一部がトルクに変換されてしまう可能性がある。この場合の対策として以下のものが挙げられる。

0025

つまり、上記内燃機関の発生トルクとして上記触媒昇温用噴射に起因する余剰トルクが生じる場合、この触媒昇温用噴射に起因する余剰トルクと略同等のトルクが主噴射に起因するトルクから減じられるように主噴射の噴射量を減量補正する噴射量補正手段を備えさせる。

0026

これによれば、上記触媒昇温用噴射に起因するトルクの上昇分と、主噴射の減量補正によるトルクの減少分とを相殺することができ、触媒昇温用噴射の開始時におけるトルク段差は殆ど生じないことになる。つまり、触媒昇温用噴射に起因して発生するトルクと減量後のメイン噴射に起因して発生するトルクとを合算したトルクが目標トルクと略同等のトルクとして得られることになる。その結果、上述した如く触媒温度を活性温度まで急速に上昇させることを可能としながらも、内燃機関のトルクを適正に得ることができて良好なドライバビリティを得ることができる。

0027

また、上記噴射量補正手段は、触媒昇温用噴射の実行に伴って、予め設定された減量補正量だけ主噴射の噴射量を減量補正すると共に、この減量補正を行っても上記触媒昇温用噴射に起因する余剰トルクが残存する場合、この残存している余剰トルクの大きさに応じた追加減補正量を求め、この追加減量補正量だけ主噴射の噴射量を更に減量補正するよう構成されている。また、この噴射量補正手段は、上記予め設定された減量補正量だけ主噴射の噴射量を減量補正した場合に、この減量補正を行ったことでトルク不足が生じた場合、このトルクの不足量に応じた増量補正量を求め、この増量補正量だけ主噴射の噴射量を増量補正するよう構成されている。

0028

これによれば、主噴射の噴射量に対する減量補正量を適切に得ることができ、触媒昇温用噴射の開始時におけるトルク段差を無くすことが可能になり、よりいっそうのドライバビリティの改善を図ることができる。

0029

この場合、上記噴射量補正手段は、内燃機関の各気筒毎に上記触媒昇温用噴射に起因する余剰トルクが生じているか否かを判定し、この余剰トルクが生じている気筒に対してのみ主噴射の減量補正を実行するよう構成されている。また、この減量補正を行ったことでトルク不足が生じた場合には、このトルクの不足量に応じた増量補正量を求め、この増量補正量だけ主噴射の噴射量を増量補正するよう構成されている。

0030

各気筒に対し同タイミングで且つ同量の触媒昇温用噴射を行ったとしても、各気筒それぞれにおける仕事量バラツキが生じることがある。本解決手段によれば、このような気筒毎の仕事量のバラツキが生じている場合であっても、余剰トルクを無くすることが可能である。

発明の効果

0031

本発明では、圧縮自着火式の内燃機関において、主噴射が行われた後に、触媒昇温に特化した触媒昇温用噴射を行うようにし、この触媒昇温用噴射で噴射された燃料が燃焼した際に発生するエネルギの大部分が熱エネルギとして排気系に供給されるようにしている。これにより、内燃機関の冷間始動時や軽負荷運転時などのように触媒床温が比較的低い状況であっても、排気系、特に触媒の周囲においては高温度の燃焼ガスを存在させることができ、触媒温度を活性温度まで急速に上昇させることが可能となる。また、触媒昇温用噴射が実行されたことによって内燃機関のトルクが大幅に増大するといった状況は招かないため、内燃機関の適切なトルクを得ることができ、ドライバビリティが悪化することもない。

図面の簡単な説明

0032

図1は、実施形態に係るエンジンおよびその制御系統概略構成図である。
図2は、ディーゼルエンジンの燃焼室およびその周辺部を示す断面図である。
図3は、ECU等の制御系の構成を示すブロック図である。
図4は、3回のエキゾーストヒート分割噴射が実行される場合におけるパイロット噴射、メイン噴射、エキゾーストヒート噴射の各噴射パターン、および、その際の筒内圧力筒内温度の変化を示す図である。
図5は、変形例1におけるパイロット噴射、メイン噴射、エキゾーストヒート分割噴射の各噴射パターンを示す図である。
図6は、変形例2におけるパイロット噴射、メイン噴射、エキゾーストヒート分割噴射の各噴射パターンを示す図である。
図7は、変形例4におけるパイロット噴射、メイン噴射、エキゾーストヒート噴射の各噴射パターンを示す図である。
図8は、変形例4における昇温制御実行タイミングとエンジンの仕事量の変化とを示すタイミングチャート図である。
図9は、変形例5におけるパイロット噴射、メイン噴射、エキゾーストヒート噴射の各噴射パターンを示す図である。
図10は、メイン噴射追加減量補正マップを示す図である。
図11は、変形例5における昇温制御の実行タイミングとエンジンの仕事量の変化とを示すタイミングチャート図である。

符号の説明

0033

1エンジン(内燃機関)
12シリンダボア
19グロープラグ
23インジェクタ(燃料噴射弁)
77マニバータ(触媒)

発明を実施するための最良の形態

0034

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒(例えば直列4気筒)ディーゼルエンジン(圧縮自着火式内燃機関)に本発明を適用した場合について説明する。

0035

−エンジンの構成−
先ず、本実施形態に係るディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)の概略構成について説明する。図1は本実施形態に係るエンジン1およびその制御系統の概略構成図である。また、図2は、ディーゼルエンジンの燃焼室3およびその周辺部を示す断面図である。

0036

図1に示すように、本実施形態に係るエンジン1は、燃料供給系2、燃焼室3、吸気系6、排気系7等を主要部として構成されるディーゼルエンジンシステムである。

0037

燃料供給系2は、サプライポンプ21、コモンレール22、インジェクタ(燃料噴射弁)23、遮断弁24、燃料添加弁26、機関燃料通路27、添加燃料通路28等を備えて構成されている。

0038

上記サプライポンプ21は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路27を介してコモンレール22に供給する。コモンレール22は、サプライポンプ21から供給された高圧燃料所定圧力に保持(蓄圧)する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ23に分配する。インジェクタ23は、その内部に圧電素子ピエゾ素子)を備え、適宜開弁して燃焼室3内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。このインジェクタ23からの燃料噴射制御の詳細については後述する。

0039

また、上記サプライポンプ21は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路28を介して燃料添加弁26に供給する。添加燃料通路28には、緊急時において添加燃料通路28を遮断して燃料添加を停止するための上記遮断弁24が備えられている。

0040

また、上記燃料添加弁26は、後述するECU100による添加制御動作によって排気系7への燃料添加量目標添加量(排気A/Fが目標A/Fとなるような添加量)となるように、また、燃料添加タイミングが所定タイミングとなるように開弁時期が制御される電子制御式開閉弁により構成されている。つまり、この燃料添加弁26から所望の燃料が適宜のタイミングで排気系7(排気ポート71から排気マニホールド72)に噴射供給される構成となっている。

0041

吸気系6は、シリンダヘッド15(図2参照)に形成された吸気ポート15aに接続される吸気マニホールド63を備え、この吸気マニホールド63に、吸気通路を構成する吸気管64が接続されている。また、この吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ65、エアフローメータ43、スロットルバルブ62が配設されている。上記エアフローメータ43は、エアクリーナ65を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力するようになっている。

0042

排気系7は、シリンダヘッド15に形成された排気ポート71に接続される排気マニホールド72を備え、この排気マニホールド72に対して、排気通路を構成する排気管73,74が接続されている。また、この排気通路には、後述するNOx吸蔵触媒NSR触媒:NOx Storage Reduction触媒)75およびDPNR触媒(Diesel Paticulate−NOx Reduction触媒)76を備えたマニバータ(排気浄化装置)77が配設されている。以下、これらNSR触媒75およびDPNR触媒76について説明する。

0043

NSR触媒75は、吸蔵還元型NOx触媒であって、例えばアルミナ(Al2O3)を担体とし、この担体上に例えばカリウム(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、セシウム(Cs)のようなアルカリ金属バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)のようなアルカリ土類ランタン(La)、イットリウム(Y)のような希土類と、白金(Pt)のような貴金属とが担持された構成となっている。

0044

このNSR触媒75は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはNOxを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、かつ還元成分(例えば燃料の未燃成分(HC))が多量に存在している状態においてはNOxをNO2若しくはNOに還元して放出する。NO2やNOとして放出されたNOxは、排気中のHCやCOと速やかに反応することによってさらに還元されてN2となる。また、HCやCOは、NO2やNOを還元することで、自身は酸化されてH2OやCO2となる。すなわち、NSR触媒75に導入される排気中の酸素濃度やHC成分を適宜調整することにより、排気中のHC、CO、NOxを浄化することができるようになっている。本実施形態のものでは、この排気中の酸素濃度やHC成分の調整を上記燃料添加弁26からの燃料添加動作によって行うことが可能となっている。

0045

一方、DPNR触媒76は、例えば多孔質セラミック構造体にNOx吸蔵還元型触媒を担持させたものであり、排気ガス中のPMは多孔質の壁を通過する際に捕集される。また、排気ガスの空燃比がリーンの場合、排気ガス中のNOxはNOx吸蔵還元型触媒に吸蔵され、空燃比がリッチになると、吸蔵したNOxは還元・放出される。さらに、DPNR触媒76には、捕集したPMを酸化・燃焼する触媒(例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒)が担持されている。

0046

ここで、ディーゼルエンジンの燃焼室3およびその周辺部の構成について、図2を用いて説明する。この図2に示すように、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック11には、各気筒(4気筒)毎に円筒状のシリンダボア12が形成されており、各シリンダボア12の内部にはピストン13が上下方向に摺動可能に収容されている。

0047

ピストン13の頂面13aの上側には上記燃焼室3が形成されている。つまり、この燃焼室3は、シリンダブロック11の上部にガスケット14を介して取り付けられたシリンダヘッド15の下面と、シリンダボア12の内壁面と、ピストン13の頂面13aとにより区画形成されている。そして、ピストン13の頂面13aの略中央部には、キャビティ13bが凹設されており、このキャビティ13bも燃焼室3の一部を構成している。

0048

このピストン13は、コネクティングロッド18の小端部18aがピストンピン13cにより連結されており、このコネクティングロッド18の大端部エンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。これにより、シリンダボア12内でのピストン13の往復移動がコネクティングロッド18を介してクランクシャフトに伝達され、このクランクシャフトが回転することでエンジン出力が得られるようになっている。また、燃焼室3に向けてグロープラグ19が配設されている。このグロープラグ19は、エンジン1の始動直前電流が流されることにより赤熱し、これに燃料噴霧の一部が吹きつけられることで着火・燃焼が促進される始動補助装置として機能する。

0049

上記シリンダヘッド15には、燃焼室3へ空気を導入する吸気ポート15aと、燃焼室3から排気ガスを排出する上記排気ポート71とがそれぞれ形成されていると共に、吸気ポート15aを開閉する吸気バルブ16および排気ポート71を開閉する排気バルブ17が配設されている。これら吸気バルブ16および排気バルブ17はシリンダ中心線Pを挟んで対向配置されている。つまり、本エンジンクロスフロータイプとして構成されている。また、シリンダヘッド15には、燃焼室3の内部へ直接的に燃料を噴射する上記インジェクタ23が取り付けられている。このインジェクタ23は、シリンダ中心線Pに沿う起立姿勢で燃焼室3の略中央上部に配設されており、上記コモンレール22から導入される燃料を燃焼室3に向けて所定のタイミングで噴射するようになっている。

0050

更に、図1に示す如く、このエンジン1には、過給機ターボチャージャ)5が設けられている。このターボチャージャ5は、タービンシャフト5Aを介して連結されたタービンホイール5Bおよびコンプレッサホイール5Cを備えている。コンプレッサホイール5Cは吸気管64内部に臨んで配置され、タービンホイール5Bは排気管73内部に臨んで配置されている。このため、ターボチャージャ5は、タービンホイール5Bが受ける排気流排気圧)を利用してコンプレッサホイール5Cを回転させ、吸気圧を高めるといった所謂過給動作を行うようになっている。本実施形態におけるターボチャージャ5は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール5B側に可変ノズルベーン機構(図示省略)が設けられており、この可変ノズルベーン機構の開度を調整することにより、エンジン1の過給圧を調整することができる。

0051

吸気系6の吸気管64には、ターボチャージャ5での過給によって昇温した吸入空気強制冷却するためのインタークーラ61が設けられている。このインタークーラ61よりも更に下流側に設けられた上記スロットルバルブ62は、その開度を無段階に調整することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積絞り、この吸入空気の供給量を調整(低減)する機能を有している。

0052

また、エンジン1には、吸気系6と排気系7とを接続する排気還流通路EGR通路)8が設けられている。このEGR通路8は、排気の一部を適宜吸気系6に還流させて燃焼室3へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってNOx発生量を低減させるものである。また、このEGR通路8には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調整することができるEGRバルブ81と、EGR通路8を通過(還流)する排気を冷却するためのEGRクーラ82とが設けられている。

0053

センサ類
エンジン1の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン1の運転状態に関する信号を出力する。

0054

例えば、上記エアフローメータ43は、吸気系6内のスロットルバルブ62上流において吸入空気の流量(吸入空気量)に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ49は、吸気マニホールド63に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ48は、吸気マニホールド63に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。A/F(空燃比)センサ44は、排気系7のマニバータ77の下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ45は、同じく排気系7のマニバータ77の下流において排気ガスの温度(排気温度)に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ41はコモンレール22内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ42はスロットルバルブ62の開度を検出する。

0055

−ECU−
ECU100は、図3に示すように、CPU101、ROM102、RAM103およびバックアップRAM104などを備えている。ROM102は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。CPU101は、ROM102に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、RAM103は、CPU101での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップRAM104は、例えばエンジン1の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

0056

以上のCPU101、ROM102、RAM103およびバックアップRAM104は、バス107を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース105および出力インターフェース106と接続されている。

0057

入力インターフェース105には、上記レール圧センサ41、スロットル開度センサ42、エアフローメータ43、A/Fセンサ44、排気温センサ45、吸気圧センサ48、吸気温センサ49が接続されている。さらに、この入力インターフェース105には、エンジン1の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ46、アクセルペダル踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ47、および、エンジン1の出力軸(クランクシャフト)が一定角度回転する毎に検出信号(パルス)を出力するクランクポジションセンサ40などが接続されている。一方、出力インターフェース106には、上記インジェクタ23、燃料添加弁26、スロットルバルブ62、および、EGRバルブ81などが接続されている。

0058

そして、ECU100は、上記した各種センサの出力に基づいて、エンジン1の各種制御を実行する。さらに、ECU100は、後述するインジェクタ23の燃料噴射制御も実行する。

0059

上記インジェクタ23の燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール22の内圧により決定される。このコモンレール内圧としては、一般に、コモンレール22からインジェクタ23へ供給される燃料圧力の目標値、すなわち目標レール圧が、エンジン負荷機関負荷)が高くなるほど、および、エンジン回転数(機関回転数)が高くなるほど高いものとされる。すなわち、エンジン負荷が高い場合には燃焼室3内に吸入される空気量が多いため、インジェクタ23における燃焼室3内の圧力が高いと共に多量の燃料を噴射しなければならず、よってインジェクタ23からの噴射圧力を高いものとする必要がある。また、エンジン回転数が高い場合には噴射時間が短いため、単位時間当たりに噴射される燃料量を多くしなければならず、よってインジェクタ23からの噴射圧力を高いものとする必要がある。このように、目標レール圧は一般にエンジン負荷およびエンジン回転数に基づいて設定される。

0060

後述するメイン噴射などの燃料噴射における燃料噴射パラメータについて、その最適値はエンジンや吸入空気等の温度条件によって異なるものとなる。

0061

例えば、上記ECU100は、コモンレール圧エンジン運転状態に基づいて設定される目標レール圧と等しくなるように、即ち燃料噴射圧が目標噴射圧と一致するように、サプライポンプ21の燃料吐出量を調量する。また、ECU100はエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量および燃料噴射形態を決定する。具体的には、ECU100は、クランクポジションセンサ40の検出値に基づいてエンジン回転速度を算出するとともに、アクセル開度センサ47の検出値に基づいてアクセルペダルへの踏み込み量(アクセル開度)を求め、このエンジン回転速度およびアクセル開度に基づいて燃料噴射量を決定する。

0062

更に、ECU100は、これらエンジン回転速度および燃料噴射量等に基づいて、インジェクタ23からの燃料噴射形態(パイロット噴射やメイン噴射など)を設定する。以下、本実施形態における各噴射形態の概略について説明する。

0063

(パイロット噴射)
パイロット噴射(副噴射)とは、インジェクタ23からのメイン噴射(主噴射)に先立ち、予め少量の燃料を噴射する噴射動作である。つまり、このパイロット噴射の実行後、燃料噴射を一旦中断し、メイン噴射が開始されるまでの間に圧縮ガス温度(気筒内温度)を十分に高めて燃料の自着火温度に到達させるようにし、これによってメイン噴射で噴射される燃料の着火性を良好に確保するための噴射動作(予熱用燃料の供給動作)である。つまり、本実施形態におけるパイロット噴射の機能は、気筒内の予熱に特化したものとなっている。

0064

具体的に、本実施形態におけるパイロット噴射では、噴霧の分配や局所濃度の適正化を図るために、噴射率としては、最小噴射率(例えば1回当たりの噴射量1.5mm3)とし、複数回数のパイロット噴射を実行することで、このパイロット噴射で必要な総パイロット噴射量を確保するようにしている。より具体的に、パイロット噴射回数としては以下の式(1)により決定される。

0065

N={(Ca・ΔT)・Kc・Kv}/(J・η) …(1)
(N:パイロット噴射の噴射回数、Ca:気筒内に導入された空気の熱容量、ΔT:自着火温度の未達分の温度、Kc:EGR率による熱容量補正係数、Kv:燃焼寄与の対象空間、J:1.5mm3の理論発熱量、η:燃料効率
ここで、自着火温度の未達分の温度ΔTとは、メイン噴射時における燃料の目標着火時期(例えばピストン13が圧縮上死点に達した時期)での圧縮ガス温度と、燃料の自着火温度との差であって、この目標着火時期での圧縮ガス温度を燃料の自着火温度に到達させるのに必要な熱量に相当する。尚、上記式(1)は、1回当たりのパイロット噴射量固定値(例えば1.5mm3)とし、噴射回数を設定することで必要な総パイロット噴射量を確保するようにしたものである。このパイロット噴射量の固定値は上記値に限定されるものではない。

0066

また、このようにして分割噴射されるパイロット噴射のインターバルは、インジェクタ23の応答性開閉動作の速さ)によって決定される。本実施形態のものでは、例えば200μsに設定される。このパイロット噴射のインターバルは上記値に限定されるものではない。

0067

更に、このパイロット噴射の噴射開始タイミングとしては、例えばクランク角度で、ピストン13の圧縮上死点前(BTDC)80°以降であって、以下の式(2)によって設定される。尚、以下で言う角度とは、クランクシャフトの回転角度換算した値を意味している。

0068

パイロット噴射開始角度パイロット燃焼終了角度パイロット噴射期間作用角+(1回のパイロット噴射における燃焼所要時間のクランク角度換算値×N+着火遅れ時間のクランク角度換算値−オーバラップ時間のクランク角度換算値) …(2)
ここで、パイロット燃焼終了角度は、プレ噴射開始前にパイロット噴射による燃焼を完了するために設定される角度である。また、着火遅れ時間は、パイロット噴射が実行されてからその燃料が着火するまでの時間遅れである。また、オーバラップ時間は、先行して実行されるパイロット噴射による燃料の燃焼期間と、後続して実行されるパイロット噴射による燃料の燃焼期間とのオーバラップ時間(2つの燃焼が同時に行われている時間)および最終のパイロット噴射による燃料の燃焼期間と、後続して実行されるプレ噴射による燃料の燃焼期間とのオーバラップ時間である。

0069

(プレ噴射)
プレ噴射は、メイン噴射による初期燃焼速度を抑制し、安定した拡散燃焼に導くための噴射動作(トルク発生用燃料の供給動作)である。具体的に、本実施形態では、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じて決定される要求トルクを得るための総噴射量(プレ噴射での噴射量とメイン噴射での噴射量との和)に対して10%としてプレ噴射量が設定される。

0070

この場合、上記総噴射量が15mm3未満であった場合には、プレ噴射での噴射量が、インジェクタ23の最小限界噴射量(1.5mm3)未満となるため、プレ噴射は実行しないことになる。尚、この場合、インジェクタ23の最小限界噴射量(1.5mm3)だけプレ噴射での燃料噴射を行うようにしてもよい。一方、プレ噴射の噴射総量としてインジェクタ23の最小限界噴射量の2倍以上(例えば3mm3以上)が要求される場合には、複数回数のプレ噴射を実行することで、このプレ噴射で必要な総噴射量を確保するようにしている。これにより、プレ噴射の着火遅れを抑制し、メイン噴射による初期燃焼速度の抑制を確実に行って、安定した拡散燃焼に導くことができる。

0071

また、このプレ噴射の噴射開始角度としては、以下の式(3)によって設定される。

0072

プレ噴射開始角度=プレ燃焼終了角度+プレ噴射期間作用角+(プレ噴射における燃焼所要時間のクランク角度換算値+着火遅れ時間のクランク角度換算値−オーバラップ時間のクランク角度換算値) …(3)
ここで、着火遅れ時間は、プレ噴射が実行されてからその燃料が着火するまでの時間遅れである。また、オーバラップ時間は、複数回のプレ噴射が行われる場合において、先行して実行されるプレ噴射による燃料の燃焼期間と、後続して実行されるプレ噴射による燃料の燃焼期間とのオーバラップ時間(2つの燃焼が同時に行われている時間)、および、最終のプレ噴射による燃料の燃焼期間と、後続して実行されるメイン噴射による燃料の燃焼期間とのオーバラップ時間、並びに、最終のパイロット噴射による燃料の燃焼期間と、プレ噴射による燃料の燃焼期間とのオーバラップ時間である。

0073

(メイン噴射)
メイン噴射は、エンジン1のトルク発生のための噴射動作(トルク発生用燃料の供給動作)である。具体的に、本実施形態では、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じて決定される要求トルクを得るための上記総噴射量から上記プレ噴射での噴射量を減算した噴射量として設定される。

0074

また、このメイン噴射の噴射開始角度としては、以下の式(4)によって設定される。

0075

メイン噴射開始角度=メイン着火時期+メイン噴射期間作用角+(メイン噴射における燃焼所要時間のクランク角度換算値+着火遅れ時間のクランク角度換算値−オーバラップ時間のクランク角度換算値) …(4)
ここで、着火遅れ時間は、メイン噴射が実行されてからその燃料が着火するまでの時間遅れである。また、オーバラップ時間は、上記プレ噴射による燃料の燃焼期間とメイン噴射による燃料の燃焼期間とのオーバラップ時間、および、メイン噴射による燃料の燃焼期間と、アフタ噴射による燃料の燃焼期間とのオーバラップ時間である。

0076

(エキゾーストヒート噴射)
本実施形態では、従来の噴射形態(パイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射、ポスト噴射)とは異なる噴射形態として触媒昇温用噴射(以下、エキゾーストヒート噴射と呼ぶ)を実行することを特徴としている。このエキゾーストヒート噴射は、排気系に備えられた上記マニバータ77の温度を上昇させるための噴射動作である。このエキゾーストヒート噴射の具体的な噴射制御動作については後述する。

0077

(ポスト噴射)
ポスト噴射は、排気系7に燃料を直接的に導入して上記マニバータ77の昇温を図るための噴射動作である。例えば、DPNR触媒76に捕集されているPMの堆積量が所定量を超えた場合(例えばマニバータ77の前後の差圧を検出することにより検知)、ポスト噴射が実行されるようになっている。

0078

尚、上述した燃料噴射形態の説明では、従来から周知のアフタ噴射については説明していないが、必要に応じてメイン噴射の着後にアフタ噴射を実行してもよい。この場合、上記エキゾーストヒート噴射は、このアフタ噴射が実行された後に行われることになる。

0079

−エキゾーストヒート噴射の制御動作−
本実施形態の特徴とする噴射動作である上記エキゾーストヒート噴射の制御動作について以下に具体的に説明する。

0080

上述した如く、このエキゾーストヒート噴射は、排気系に備えられた上記マニバータ77の温度を上昇させるための噴射動作である。具体的に、本実施形態では、このエキゾーストヒート噴射により供給された燃料の燃焼エネルギがエンジンのトルクに殆ど変換されることなく、その大部分が排気の熱エネルギとして得られるタイミングでエキゾーストヒート噴射を実行するようにしている。また、このエキゾーストヒート噴射においても、上述したパイロット噴射やプレ噴射の場合と同様に、基本的には、最小噴射率(例えば1回当たりの噴射量1.5mm3)とし、複数回数のエキゾーストヒート噴射(以下、この分割されたエキゾーストヒート噴射をエキゾーストヒート分割噴射と呼ぶ)を実行することで、このエキゾーストヒート噴射で必要な総エキゾーストヒート噴射量を確保するようにしている。

0081

以下、このエキゾーストヒート噴射を実行するための制御動作について具体的に説明する。

0082

(噴射率)
本実施形態では、噴霧の分配や局所濃度の適正化を図るために、エキゾーストヒート分割噴射の噴射率としては、最小噴射率(例えば1回当たりの噴射量1.5mm3)とし、複数回数のエキゾーストヒート分割噴射を実行することで、エキゾーストヒート噴射で必要な総エキゾーストヒート噴射量を確保するようにしている。

0083

例えば、総エキゾーストヒート噴射量が3mm3であった場合には、インジェクタ23の最小限界噴射量である1.5mm3のエキゾーストヒート分割噴射が2回行われる。また、総エキゾーストヒート噴射量が4.5mm3であった場合には、インジェクタ23の最小限界噴射量である1.5mm3のエキゾーストヒート分割噴射が3回行われる。更に、総エキゾーストヒート噴射量が5mm3であった場合には、インジェクタ23の最小限界噴射量である1.5mm3のエキゾーストヒート分割噴射が2回行われ、その後、2.0mm3のエキゾーストヒート分割噴射が1回行われることになる。また、総エキゾーストヒート噴射量が2.0mm3であった場合には、インジェクタ23の最小限界噴射量である1.5mm3のエキゾーストヒート分割噴射が2回行われ、必要噴射量以上のエキゾーストヒート噴射量が確保されるようにしている。

0084

図4は、3回のエキゾーストヒート分割噴射が実行される場合(例えば総エキゾーストヒート噴射量が4.5mm3である場合)におけるパイロット噴射、メイン噴射、エキゾーストヒート噴射の各噴射パターン、および、その際の筒内圧力、筒内温度の変化を示している。尚、必要に応じて上記プレ噴射やアフタ噴射が行われる場合もある。

0085

この図に示すように、エキゾーストヒート噴射を構成する各エキゾーストヒート分割噴射では、インジェクタ23に備えられているニードルバルブリフト量が制限されて上記最小噴射率での噴射が行われている。

0086

このようにして、最小限界噴射量でのエキゾーストヒート分割噴射が複数回実行されることで総エキゾーストヒート噴射量を確保するようにしている。

0087

尚、エキゾーストヒート分割噴射の1回当たりにおける噴射形態を、インジェクタ23の最小限界噴射量(1.5mm3)とするものに代えて、エキゾーストヒート分割噴射の1回当たりにおける噴射形態を、インジェクタ23の最短開弁期間(例えば200μs)に設定してもよい。

0088

(総エキゾーストヒート噴射量)
また、上記総エキゾーストヒート噴射量は、上記マニバータ77の温度とその活性温度とに基づいて算出される。つまり、マニバータ77の温度がその活性温度よりも低いほど総エキゾーストヒート噴射量としては多く設定されるようになっている(総触媒昇温用噴射量算出手段による総触媒昇温用噴射量の算出動作)。具体的には、マニバータ77の温度を検出するための温度センサからのセンシング値と、予め記憶された触媒活性温度とを比較することにより総エキゾーストヒート噴射量を算出する。

0089

尚、マニバータ77の温度を推定し、この推定された温度と、予め記憶された触媒活性温度とを比較することにより総エキゾーストヒート噴射量を算出するようにしてもよい。この場合のマニバータ77の温度推定動作としては、エンジン回転数とエンジン負荷(スロットルバルブ開度等)とからマニバータ77の温度を推定する触媒温度推定マップを上記ROM102に記憶させておき、この触媒温度推定マップに、現在のエンジン回転数およびエンジン負荷を当て嵌めることでマニバータ77の温度を推定する。また、排気ガス温度からマニバータ77の温度を推定するようにしてもよい。例えば、マニバータ77の上流側にも排気温センサを備えさせ、マニバータ77の上下流の排気温センサ45で検出された排気ガス温度に基づいてマニバータ77の温度を推定するものである。

0090

噴射インターバル
更に、複数回のエキゾーストヒート分割噴射を行う場合、各エキゾーストヒート分割噴射同士の間の時間間隔である噴射インターバルは以下のようにして求められる。つまり、この各エキゾーストヒート分割噴射のインターバルとしては、インジェクタ23の応答性(開閉動作の速さ)によって決定する。例えば、インジェクタ23の性能によって決定される最短開閉期間として例えば200μsに設定される。このエキゾーストヒート分割噴射のインターバルは上記値に限定されるものではない。

0091

噴射期間
エキゾーストヒート噴射の噴射期間としては、以下の2つの条件が共に成立している期間に設定される。
(1)気筒内温度が、燃料の自着火温度以上となっていること。
(2)エキゾーストヒート噴射を実行した際における燃料の燃焼速度が所定速度以下であること。

0092

ここで、燃料の自着火温度は、燃焼室3内の圧力に応じて変化する。つまり、燃焼室3内の圧力が高いほど燃料の自着火温度は低くなる。このため、例えば燃焼室3内の圧力に応じた自着火温度を求めるためのマップを上記ROM102に記憶させておき、このマップを参照することで燃料の自着火温度を取得する。

0093

また、エキゾーストヒート噴射を実行した際における燃料の燃焼速度は、その燃焼のエネルギがエンジン1のトルク(運動エネルギ)として取り出される量に相関がある。つまり、燃焼速度が高いほど、燃焼のエネルギの総量に対する運動エネルギへの変換量の割合は大きくなる。逆に、排気系に与えられる熱エネルギへの変換量の割合は小さくなる。このため、排気系に与えられる熱エネルギの量を大きく確保するためには、燃料の燃焼速度を所定速度以下に抑える必要がある。

0094

上記2つの条件が共に成立している期間にエキゾーストヒート噴射を実行することにより、エキゾーストヒート噴射で噴射された燃料の燃焼によるエネルギの大部分を排気系に与えられる熱エネルギとして変換することが可能となる。図4における筒内温度の変化を示すグラフにあっては、破線で示すように、筒内温度が燃料の自着火温度(自着火温度の下限値)以上であって、且つ燃焼速度が所定速度以下となるための筒内温度上限値以下である範囲内の期間(以下、触媒昇温用噴射可能期間と呼ぶ)で3回のエキゾーストヒート分割噴射を実行している。

0095

また、図4における筒内圧の変化を示すグラフにあっては、上記エキゾーストヒート噴射の噴射期間において噴射された燃料の燃焼がエンジン1のトルクに影響を及ぼす(トルク増大をもたらす)筒内圧の下限値を破線で示している。つまり、筒内圧が、この破線以下であれば、エキゾーストヒート噴射で噴射された燃料がエンジン1のトルクに影響を及ぼすことがなくなる。図4に示すものでは、上記燃焼速度が所定速度以下に抑えられていることで、エキゾーストヒート噴射の噴射期間における筒内圧は低く抑えられており、エキゾーストヒート噴射で噴射された燃料がエンジン1のトルクに影響を及ぼすことがない状態であることが判る。

0096

以上のようにして、エキゾーストヒート分割噴射の噴射率、総エキゾーストヒート噴射量、エキゾーストヒート分割噴射の噴射インターバル、エキゾーストヒート噴射の噴射期間が求められた後、これら値に従ってエキゾーストヒート噴射が実行されるようにインジェクタ23の燃料噴射制御が行われる。つまり、上述した如く、最小噴射率(例えば1回当たりの噴射量1.5mm3)で複数回に亘ってエキゾーストヒート分割噴射を実行することで(触媒昇温用噴射実行手段による間欠的な燃料噴射動作)、このエキゾーストヒート噴射で必要な総エキゾーストヒート噴射量(Qp)を確保するようにインジェクタ23の制御が行われる。

0097

上述したようにエキゾーストヒート分割噴射を実行することにより、このエキゾーストヒート分割噴射の1回当たりの燃料噴射量は僅かである。このため、エキゾーストヒート分割噴射時における燃料の吸熱反応による吸熱量は僅かであり、エキゾーストヒート噴射の着火遅れが発生することはなく、エキゾーストヒート噴射で噴射された燃料の着火性が良好に確保されている。これにより、第1回目のエキゾーストヒート分割噴射によって噴射された燃料が燃焼することによって得られた熱エネルギは、その後の第2回目のエキゾーストヒート分割噴射によって噴射された燃料の着火性を良好にするための熱エネルギとして利用される。更に、この第2回目のエキゾーストヒート分割噴射によって噴射された燃料が燃焼することによって得られた熱エネルギは、その後の第3回目のエキゾーストヒート分割噴射によって噴射された燃料の着火性を良好にするための熱エネルギとして利用される。このように複数段階でエキゾーストヒート分割噴射を行うことで、連鎖的な燃料の燃焼動作を得ることができる。

0098

以上説明したように、本実施形態では、最小噴射率で複数回に亘ってエキゾーストヒート分割噴射を実行することで、エキゾーストヒート噴射で噴射された燃料の燃焼ガスは、その大部分が熱エネルギとして排気系に送られることになる。つまり、このエキゾーストヒート噴射で噴射された燃料の燃焼ガスがエンジン1のトルクを増大させるものとしては殆ど作用することなく、この燃焼ガスのエネルギは上記マニバータ77を昇温させるための熱エネルギとして費やされる。このため、例えば、エンジン1の冷間始動時や軽負荷運転時などのように触媒床温が比較的低い状況であっても、排気系、特に触媒の周囲においては、高温度の燃焼ガスを存在させることができ、触媒温度を活性温度まで急速に上昇させることが可能となる。また、エキゾーストヒート噴射が実行されたことによってエンジン1のトルクが大幅に増大するといった状況は招かないため、エンジン1に適切なトルクを得ることができ、ドライバビリティが悪化することもない。

0099

尚、上記エキゾーストヒート噴射で噴射された燃料は、気筒内で完全燃焼する必要はなく、排気通路を流れていく間に燃焼が進んで、マニバータ77に達した際に所定の温度上昇(例えば100degの温度上昇)の効果が発揮できるようになっておればよい。

0100

また、エキゾーストヒート噴射で要求される総エキゾーストヒート噴射量を複数回のエキゾーストヒート分割噴射によって分割することにより、このエキゾーストヒート分割噴射で噴射される燃料の貫徹力を低く抑えることができ、これにより、この燃料をシリンダ内壁面に付着させることを回避できる。これにより、燃料による潤滑油の希釈や上記ボアフラッシングの発生が防止できる。また、シリンダ内壁面に付着した燃料が原因で発生していた排気中のHCやCOの発生量を大幅に減少させることができ、また、スモークの発生も抑制でき、排気エミッションの改善が図れる。

0101

−変形例1−
次に、エキゾーストヒート噴射の噴射期間の変形例について説明する。上述した実施形態では、エキゾーストヒート噴射の噴射期間としては、(1)気筒内温度が、燃料の自着火温度以上となっていること、(2)エキゾーストヒート噴射を実行した際における燃料の燃焼速度が所定速度以下であること、といった2つの条件が共に成立している期間に設定していた。本変形例では、それに代えて以下に述べるようにエキゾーストヒート噴射の噴射期間を設定している。

0102

つまり、図5に示すように、メイン噴射の実行後であって、燃料噴射を行った場合にその燃料の燃焼が可能な領域(図5における一点鎖線よりも下側の領域が燃料の燃焼が可能な領域である)であって、且つエキゾーストヒート噴射で噴射された燃料の燃焼がエンジン1のトルクに変換されない領域(図5における破線よりも下側の領域がエンジン1のトルクに変換されない領域である)の範囲内(両領域が重なり合った領域の範囲内)でエキゾーストヒート分割噴射を実行するようにしたものである。この図5では、上記実施形態の場合と同様に、各エキゾーストヒート分割噴射の噴射量をインジェクタ23の最小限界噴射量に設定したものである。

0103

このようにしてエキゾーストヒート噴射の噴射期間を設定した場合にも、上述した実施形態と同様に、エキゾーストヒート噴射で噴射された燃料の燃焼によるエネルギの大部分が排気系に与えられる熱エネルギとして変換されることになり、例えば、エンジン1の冷間始動時や軽負荷運転時などのように触媒床温が比較的低い状況であっても、排気系、特に触媒の周囲においては、高温度の燃焼ガスを存在させることができ、触媒温度を活性温度まで急速に上昇させることが可能となる。また、エキゾーストヒート噴射が実行されたことによってエンジン1のトルクが大幅に増大するといった状況は招かないため、エンジン1に適切なトルクを得ることができ、ドライバビリティが悪化することもない。

0104

−変形例2−
図6(a)〜図6(c)は、上述したエキゾーストヒート噴射の噴射期間の更なる変形例におけるエキゾーストヒート噴射の噴射パターンを示している。何れの噴射パターンにおいても、上述の場合と同様に、メイン噴射の実行後であって、燃料噴射を行った場合にその燃料の燃焼が可能な領域(図中の一点鎖線よりも下側の領域)であって、且つエキゾーストヒート噴射で噴射された燃料の燃焼がエンジン1のトルクに変換されない領域(図中の破線よりも下側の領域)の範囲内でエキゾーストヒート分割噴射を実行するようにしている。

0105

図6(a)では、各エキゾーストヒート分割噴射の噴射タイミングとしては、上述したものと同じであるが、第2回目のエキゾーストヒート分割噴射の噴射量(インジェクタ23のリフト量)が他のエキゾーストヒート分割噴射のものよりも多く設定されている。また、図6(b)に示す噴射パターンは、各エキゾーストヒート分割噴射の噴射タイミングを進角側移行させると共に、遅角側のエキゾーストヒート分割噴射ほどその噴射量を多く設定したものである。更に、図6(c)に示す噴射パターンは、各エキゾーストヒート分割噴射の噴射タイミングを遅角側に移行させると共に、進角側のエキゾーストヒート分割噴射ほどその噴射量を多く設定したものである。何れの噴射パターンにおいても、各エキゾーストヒート分割噴射は、燃料の燃焼が可能な領域であって、且つエキゾーストヒート噴射で噴射された燃料の燃焼がエンジン1のトルクに変換されない領域の範囲内で実行されるため、エキゾーストヒート噴射で噴射された燃料の燃焼によるエネルギの大部分が排気系に与えられる熱エネルギとして変換されることになり、触媒温度を活性温度まで急速に上昇させることが可能となる。また、エキゾーストヒート噴射が実行されたことによってエンジン1のトルクが大幅に増大するといった状況は招かないため、エンジン1に適切なトルクを得ることができ、ドライバビリティが悪化することもない。

0106

−変形例3−
次に、変形例3について説明する。上述した実施形態および変形例の如くエキゾーストヒート分割噴射の1回当たりにおけるエキゾーストヒート分割噴射量をインジェクタ23の最小限界噴射量に設定したり、エキゾーストヒート分割噴射の1回当たりにおけるインジェクタ23の開弁期間を最短開弁期間に設定したりする場合に、上記触媒昇温用噴射可能期間内では必要回数のエキゾーストヒート分割噴射が実行できなくなる可能性がある。特に、この触媒昇温用噴射可能期間が短い場合である。この場合の対策として、エキゾーストヒート分割噴射の1回当たりにおけるエキゾーストヒート噴射量をインジェクタ23の最小限界噴射量よりも多く設定したり、エキゾーストヒート分割噴射の1回当たりにおけるインジェクタ23の開弁期間を最短開弁期間よりも長く設定したりする必要がある。

0107

この場合に、エキゾーストヒート噴射量の増量に伴って、その着火性が確保できない可能性があるため、本変形例では、このような状況にある際、上記グロープラグ19による加熱動作を行って、エキゾーストヒート分割噴射で噴射された燃料の着火性を確保するようにしている。つまり、エキゾーストヒート噴射の開始に連動して、または、エキゾーストヒート噴射の開始に先立って、グロープラグ19に通電し、このグロープラグ19を赤熱させるようにする。

0108

尚、このグロープラグ19による加熱動作としては、第1回目のエキゾーストヒート分割噴射の実行時にのみ行ってもよいし、全てのエキゾーストヒート分割噴射の実行時に行ってもよい。

0109

これにより、上記触媒昇温用噴射可能期間内に必要回数のエキゾーストヒート分割噴射を実行しながらも、このエキゾーストヒート分割噴射で噴射された燃料を確実に着火させることが可能となる。つまり、エキゾーストヒート噴射で噴射された燃料を確実に着火させることと、エンジン1のトルクが大幅に増大するといった状況を回避することと、触媒温度を活性温度まで上昇させるのに必要な熱エネルギを排気系に供給することとを連立することが可能になる。

0110

−変形例4−
次に、変形例4について説明する。本変形例は、上記エキゾーストヒート噴射を実行した際、このエキゾーストヒート噴射に起因するエンジントルクが発生し、総エンジントルクが上記要求トルク(上述した如く、本来、プレ噴射とメイン噴射とで得られるべきトルク)よりも増大してしまう場合の対策に関する。

0111

本変形例では、このようにエキゾーストヒート噴射に起因してトルクが増大してしまう場合(余剰トルクが発生してしまう場合)、上記メイン噴射の噴射量を減量補正し、この余剰トルクと略同等のトルクがメイン噴射に起因するトルクから減じられるようにしている(噴射量補正手段による噴射量の減量補正動作)。以下、具体的に説明する。

0112

図7は、エキゾーストヒート噴射に起因するトルクがエンジン1に発生し、メイン噴射の減量補正を行った場合におけるパイロット噴射、メイン噴射、エキゾーストヒート噴射の各噴射パターンを示している。尚、必要に応じて上記プレ噴射やアフタ噴射が行われる場合もある。

0113

この図7に示す破線は、メイン噴射の噴射量を減量補正する前におけるメイン噴射の噴射パターンを示している。また、図7実線で示すメイン噴射の噴射パターンは、このメイン噴射の噴射量を減量補正した後の噴射パターンである。このように、メイン噴射の噴射終了タイミングを早める(進角側に補正する)ことによってメイン噴射の噴射量を減量補正するようにしている。尚、この図7に示すものでは、エキゾーストヒート噴射としては1回の噴射のみを行っているが、上述したように、必要な総エキゾーストヒート噴射量を確保するために複数に分割したエキゾーストヒート分割噴射を実行するようにしてもよい。

0114

このようなメイン噴射の噴射量を減量補正する場合の具体的な制御手順について以下に説明する。

0115

先ず、エキゾーストヒート噴射の実行前(昇温制御の実行前)にあっては、所謂気筒間補正制御が行われており、各気筒での混合気の燃焼による仕事量の均等化(発生トルクの均等化)がなされるように燃料噴射量の補正が行われている。つまり、エンジン1の仕事量が、要求されている目標仕事量に略一致するように、燃料噴射制御が行われている。

0116

そして、例えば軽負荷運転が継続するなどしてマニバータ77の温度が低下し、その昇温が必要となった場合には、エキゾーストヒート噴射が開始されることになる。このエキゾーストヒート噴射は、本来、エンジン1のトルクを増大させることのないものであることが理想であるが、エンジン1の負荷領域や温度環境等によっては、このエキゾーストヒート噴射で噴射された燃料の燃焼に伴って発生するエネルギの一部がトルクに変換されてしまう可能性がある。そして、エキゾーストヒート噴射に起因してトルクが増大し、余剰トルクが発生した場合には、上記エキゾーストヒート噴射での噴射量に応じてメイン噴射の噴射量を減量補正することになる(図7に実線で示すメイン噴射の噴射パターンを参照)。

0117

この場合、エキゾーストヒート噴射に起因するトルクが発生したか(エキゾーストヒート噴射の開始に伴ってトルク段差が発生したか)否かの判定動作としては、エキゾーストヒート噴射の実行前において各気筒での混合気の燃焼により発生した仕事量(トルクへの変換分に相当)の合算値と、エキゾーストヒート噴射の実行後において各気筒での混合気の燃焼により発生した仕事量の合算値との差を検出することにより行われる。この仕事量の算出は、各気筒の1サイクル毎における回転変動差(例えば、ピストンの圧縮上死点前でのエンジン回転速度と、膨張行程開始後においてエンジン回転速度の最高速度(例えばピストンの圧縮上死点後20°CAの位置でのエンジン回転速度)との差)等に基づき算出される。

0118

そして、エキゾーストヒート噴射に起因してトルクが増大した場合には、上記エキゾーストヒート噴射での噴射量に応じてメイン噴射の噴射量を減量補正することになるが、この場合、上記エキゾーストヒート噴射での噴射量とメイン噴射の減量補正量との関係を規定したメイン噴射減量補正マップをROM102に予め記憶させておき、このメイン噴射減量補正マップに従ってメイン噴射の減量補正量を決定することになる。尚、このメイン噴射減量補正マップは、予め実験シミュレーション等によって作成されている。

0119

図8は、本変形例における昇温制御(エキゾーストヒート噴射制御)の実行タイミングとエンジン1の仕事量の変化とを示す図である。

0120

先ず、昇温制御の非実行状態(昇温制御OFF)から昇温制御が実行(昇温制御ON)され(タイミングT1)、エキゾーストヒート噴射に起因するトルクが発生した場合には、エンジン1の仕事量が増大する。このことを上述した仕事量算出動作によって検出しておき、次回の昇温制御が実行(昇温制御ON)時(タイミングT2)にあっては、上述したメイン噴射の噴射量の減量補正(メイン噴射減量補正マップから求められた減量補正量によるメイン噴射の減量補正)を行うことで、上記エキゾーストヒート噴射に起因するトルクの上昇分と、メイン噴射の減量補正によるトルクの減少分とが相殺され、昇温制御の開始時におけるトルク段差は殆ど生じないことになる。つまり、エキゾーストヒート噴射に起因して発生するトルクと減量後のメイン噴射に起因して発生するトルクとを合算したトルクが上記目標トルクと略同等のトルク(昇温制御実行前におけるトルク)として得られることになり、仕事量が増大してしまうことが回避できる。その結果、上述した如く触媒温度を活性温度まで急速に上昇させることを可能としながらも、エンジン1のトルクを適正に得ることができて良好なドライバビリティを得ることができる。

0121

尚、この変形例4では、エキゾーストヒート噴射に起因するトルクが発生してエンジン1の仕事量が増大した場合、次回の昇温制御実行時にメイン噴射の噴射量の減量補正を行うようにしている。これは、昇温制御の途中でのトルク変動を抑制するためである。これに代えて、エキゾーストヒート噴射に起因するトルクが発生してエンジン1の仕事量が増大した場合、その昇温制御の途中で、上記メイン噴射の噴射量の減量補正を行って適正な仕事量を早期に得るようにしてもよい。

0122

また、本変形例において、上記予め設定された減量補正量(上記メイン噴射減量補正マップから求められた減量補正量)だけメイン噴射の噴射量を減量補正した場合に、この減量補正を行ったことでトルク不足が生じた場合には、このトルクの不足量に応じた増量補正量を求め、この増量補正量だけメイン噴射の噴射量を増量補正するようにしてもよい。

0123

−変形例5−
次に、変形例5について説明する。本変形例も、上記エキゾーストヒート噴射を実行した際、このエキゾーストヒート噴射に起因するエンジントルクが発生し、総エンジントルクが上記要求トルクよりも増大してしまう場合の対策に関する。

0124

本変形例では、上述した変形例4の制御動作を行っても、未だエキゾーストヒート噴射に起因するエンジントルク(余剰トルク)が残存している場合に、上記メイン噴射での噴射量を追加減量補正し、この余剰トルクと略同等のトルクがメイン噴射に起因するトルクから減じられるようにしている。

0125

図9は、エキゾーストヒート噴射に起因するトルクがエンジン1に発生し、メイン噴射の追加減量補正を行った場合におけるパイロット噴射、メイン噴射、エキゾーストヒート噴射の各噴射パターンを示している。尚、必要に応じて上記プレ噴射やアフタ噴射が行われる場合もある。

0126

この図9に示す破線は、メイン噴射の噴射量を減量補正する前におけるメイン噴射の噴射パターンを示している。また、図9に示す一点鎖線は、上記変形例4の制御動作によってメイン噴射の噴射量を減量補正した場合におけるメイン噴射の噴射パターンを示している。そして、図9に示す実線は、メイン噴射の噴射量を追加減量補正した後のメイン噴射の噴射パターンを示している。このように、メイン噴射の噴射終了タイミングを早める(進角側に補正する)ことによってメイン噴射の噴射量を追加減量補正するようにしている。尚、この図9に示したものにおいても、エキゾーストヒート噴射としては1回の噴射のみを行っているが、上述したように、必要な総エキゾーストヒート噴射量を確保するために複数に分割したエキゾーストヒート分割噴射を実行するようにしてもよい。

0127

このようにメイン噴射の噴射量を追加減量補正する場合の具体的な制御手順について以下に説明する。

0128

上述した変形例4の制御動作を行っても、未だエキゾーストヒート噴射に起因するエンジントルクが残存している場合、各気筒毎に、目標仕事量に対する実際の仕事量の差を抽出する。つまり、エキゾーストヒート噴射の実行前における各気筒毎の仕事量に対し、エキゾーストヒート噴射が実行された後の仕事量の増加分を、各気筒別に抽出する。各気筒別の仕事量の抽出は、上述した如く、各気筒の1サイクル毎における回転変動差等に基づいて算出することができる。

0129

このようにして、エキゾーストヒート噴射が実行されたことに起因する各気筒毎の仕事量の増加分を個別に求めた後、その増加した仕事量分を減量するように、各気筒毎にメイン噴射の減量補正を行う。この各気筒毎にメイン噴射の減量補正動作は、図10に示すような、仕事量差とメイン噴射の減量補正量(噴射量相当)との関係を規定したメイン噴射追加減量補正マップをROM102に予め記憶させておき、このメイン噴射追加減量補正マップに従ってメイン噴射の追加減量補正量を決定することになる。例えば、上記仕事量差がメイン噴射追加減量補正マップ上のAであった場合、メイン噴射の減量補正量としてはメイン噴射追加減量補正マップ上のBとして得られることになる。尚、このメイン噴射追加減量補正マップは、予め実験やシミュレーション等によって作成されている。

0130

図11は、本変形例における昇温制御(エキゾーストヒート噴射制御)の実行タイミングとエンジン1の仕事量の変化とを示す図である。

0131

先ず、昇温制御の非実行状態(昇温制御OFF)から昇温制御が実行(昇温制御ON)され(タイミングT1)、エキゾーストヒート噴射に起因するトルクが発生した場合には、エンジン1の仕事量が増大する。このことを上述した仕事量算出動作によって検出しておき、次回の昇温制御の実行(昇温制御ON)時(タイミングT2)にあっては、上述したメイン噴射の噴射量の減量補正(メイン噴射減量補正マップから求められた減量補正量によるメイン噴射の減量補正)を行う。

0132

この場合に、未だエキゾーストヒート噴射に起因するエンジントルクが残存している場合(図11における残存余剰仕事量を参照)には、次回の昇温制御の実行(昇温制御ON)時(タイミングT3)にあっては、各気筒毎に、上記メイン噴射追加減量補正マップから求められた追加減量補正量によるメイン噴射の減量補正を個別に行う。これにより、上記エキゾーストヒート噴射に起因するトルクの上昇分と、メイン噴射の減量補正によるトルクの減少分とが各気筒それぞれにおいて共に相殺され、昇温制御の開始時におけるトルク段差は殆ど生じないことになる。つまり、エキゾーストヒート噴射に起因して発生するトルクと減量後のメイン噴射に起因して発生するトルクとを合算したトルクが上記目標トルクと略同等のトルク(昇温制御実行前におけるトルク)として得られることになり、仕事量が増大してしまうことが回避できる。その結果、上述した如く触媒温度を活性温度まで急速に上昇させることを可能としながらも、エンジン1のトルクを適正に得ることができて良好なドライバビリティを得ることができる。

0133

尚、この変形例5においても、エキゾーストヒート噴射に起因するトルクが発生してエンジン1の仕事量が増大した場合、次回の昇温制御実行時にメイン噴射の噴射量の減量補正を行うようにしている。これに代えて、エキゾーストヒート噴射に起因するトルクが発生してエンジン1の仕事量が増大した場合、その昇温制御の途中で、上記メイン噴射の噴射量の減量補正及び追加減量補正を行って適正な仕事量を早期に得るようにしてもよい。

0134

また、本変形例においても、上記動作によってメイン噴射の噴射量を減量補正した場合に、この減量補正を行ったことでトルク不足が生じた場合には、このトルクの不足量に応じた増量補正量を求め、この増量補正量だけメイン噴射の噴射量を増量補正するようにしてもよい。

0135

−他の実施形態−
以上説明した実施形態および変形例は、自動車に搭載される直列4気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数エンジン形式直列型エンジン、V型エンジン等の別)についても特に限定されるものではない。

0136

また、エキゾーストヒート噴射におけるエキゾーストヒート分割噴射の回数としては特に限定されるものではなく、本発明は、総エキゾーストヒート噴射量の算出値が比較的低い(例えば1.5mm3)場合に、1回の噴射でエキゾーストヒート噴射を完了する場合も含まれる。

0137

また、上記実施形態および変形例では、マニバータ77として、NSR触媒75およびDPNR触媒76を備えたものとしたが、NSR触媒75およびDPF(Diesel Paticulate Filter)を備えたものとしてもよい。

0138

また、上記変形例4及び変形例5では、エキゾーストヒート噴射に起因するエンジントルクが発生している場合には、上記メイン噴射での噴射量を減量補正するようにしていた。これに加えて、エキゾーストヒート噴射での噴射量に対しても減量補正を行うようにしてもよい。これによれば、メイン噴射に対する減量補正量を小さくすることができる。

0139

また、上記変形例4及び変形例5では、エンジン1の暖機運転完了後に軽負荷運転が継続するなどしてマニバータ77の温度が低下した場合について説明したが、冷間始動時においても同様の制御を行うことで、マニバータ77を活性温度まで急速に上昇させることが可能である。

0140

本発明は、自動車に搭載されるコモンレール式筒内直噴型多気筒ディーゼルエンジンにおいて、触媒の早期昇温を図る場合の燃料噴射制御に適用することが可能である。

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