(57)【要約】【課題】  ポスト噴射燃料を燃焼させる場合に、トルクが急減することなく、且つスモークの発生を抑制可能なポスト噴射を行うことができるエンジンの制御装置を提供する。【解決手段】  ＥＣＵ１は、排気系２０にＮＯｘ吸蔵還元型触媒２２が設けられるとともに、排気系２０から吸気系１０に排気を還流するＥＧＲ通路４１と、ＥＧＲ通路４１の開度を変更するＥＧＲバルブ４３とが設けられたエンジン５０につき、ＥＧＲバルブ４３を制御して、ＥＧＲ率を所定値以下にするＥＧＲ率制御手段と、所定値以下のＥＧＲ率において、スモークの発生量が所定値以下となるタイミング以降で、且つ噴射された燃料が燃焼可能な範囲内のタイミングでポスト噴射を行うポスト噴射制御手段とを備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系にＮＯｘ吸蔵還元型触媒が設けられるとともに、排気を還流するＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路の開度を変更するＥＧＲ率変更手段とが設けられたエンジンの制御において、
前記ＥＧＲ率変更手段を制御して、ＥＧＲ率を所定値以下にするＥＧＲ率制御手段と、
前記所定値以下のＥＧＲ率において、スモークの発生量が所定値以下となるタイミング以降で、且つ噴射された燃料が筒内で燃焼可能な範囲内のタイミングでポスト噴射を行うポスト噴射制御手段とを備えることを特徴とするエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの制御装置に関し、特にＮＯｘ吸蔵還元型触媒が排気系に設けられたエンジンについてのエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒が排気系に設けられたエンジンが知られている。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、流入する排気の酸素濃度が高いとき、すなわち排気の空燃比（Ａ／Ｆ）が高いときは排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵する。一方、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒は、流入する排気の酸素濃度が低下し、且つ還元剤が存在するときには吸蔵していたＮＯｘを放出しつつ、窒素（Ｎ２）に還元する。したがって、流入する排気のＡ／Ｆが低くなったときはＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されていたＮＯｘが放出されつつＮ２に還元される。
【０００３】
かかるＮＯｘ吸蔵還元型触媒では、排気浄化能力を維持するため、吸蔵されたＮＯｘを放出、還元する必要がある。このため、排気のＡ／Ｆを一時的に低くするいわゆるリッチスパイクを行い、吸蔵されたＮＯｘを放出、還元する。このリッチスパイクは例えばポスト噴射で行われる。ポスト噴射とは、メイン噴射の後、休止時間をおいて少量の燃料を追加噴射することで、アフター噴射とも呼ばれる。ポスト噴射に関し、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献１または２で提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２６９２３０号公報
【特許文献２】特開２００４−２４５１７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ポスト噴射の活用方法には、次の２つがある。第１の活用方法は、メイン噴射と分割して燃焼を緩慢にすることで、ＮＯｘおよびスモークの発生を抑制する活用方法である。第２の活用方法はほとんど燃焼しないタイミングで噴射し、排気Ａ／Ｆのリッチ化やＨＣ供給に用いる活用方法である。しかしながら、これらの活用方法では、Ａ／Ｆをストイキ以下にすることは難しいとされてきた。例えば第２の活用方法では、ＨＣを多量に排出するため、ＥＧＲ通路への回り込みによるエンジンの燃焼変動や、オイル希釈が問題となり、Ａ／Ｆのリッチ化が制限されることになる。
【０００６】
一方、第１の活用方法では、ポスト噴射により噴射された燃料（以下、単にポスト噴射燃料とも称す）をしっかり燃焼させてトルクを発生させようとしても、スモークの排出制限を超えてしまう虞があることから、Ａ／Ｆをさほどリッチ化することができなかった。図４は第１の活用方法における従来のポスト噴射のタイミングと、スモークおよびトルクとの関係の一例を示す図である。図４に示すように、第１の活用方法における従来のポスト噴射は、着火が安定しトルクが十分に出る範囲と、スモークの発生を抑制できる範囲との両立が可能な範囲が極めて狭く、実用的ではなかった。
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、噴射された燃料が筒内で燃焼可能なタイミングの範囲内で行うポスト噴射を活用する場合に、トルクが急減することなく、且つスモークの発生を抑制可能なポスト噴射を行うことができるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明は、排気系にＮＯｘ吸蔵還元型触媒が設けられるとともに、排気を還流するＥＧＲ通路と、該ＥＧＲ通路の開度を変更するＥＧＲ率変更手段とが設けられたエンジンの制御において、前記ＥＧＲ率変更手段を制御して、ＥＧＲ率を所定値以下にするＥＧＲ率制御手段と、前記所定値以下のＥＧＲ率において、スモークの発生量が所定値以下となるタイミング以降で、かつ噴射された燃料が筒内で燃焼可能な範囲内のタイミングでポスト噴射を行うポスト噴射制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
ここで、本発明者は、ＥＧＲ率を下げてポスト噴射を活用する燃焼方式では、ポスト噴射のタイミングを従来よりも遅くしても噴射した燃料の燃焼が可能となり、さらにＡ／Ｆのリッチ化に対してもスモークの発生を抑制できることを見出した。本発明は係る知見に基づくものであり、本発明によれば、ポスト噴射燃料を燃焼させる場合に、トルクが急減することなく、且つスモークの発生を抑制可能なポスト噴射を行うことができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、噴射された燃料が筒内で燃焼可能なタイミングの範囲内で行うポスト噴射を活用する場合に、トルクが急減することなく、且つスモークの発生を抑制可能なポスト噴射を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【００１１】
図１は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御装置）１で実現されている本実施例に係るエンジンの制御装置をエンジン５０など関連する各構成とともに模式的に示す図である。エンジン５０はディーゼルエンジンである。吸気系１０は、エアフロメータ１１と、インタークーラ１２と、ディーゼルスロットル１３と、インテークマニホールド１４とを有して構成されている。エアフロメータ１１はエアフロセンサと大気温センサとを有して構成されており、吸入空気量を計測するとともに計測した吸入空気量に応じた信号を出力する。インタークーラ１２は過給機３０によって圧縮された吸気を冷却する。ディーゼルスロットル１３はＥＣＵ１の制御のもと、図示しないアクチュエータによって開閉駆動し、吸入空気量を調節する。インテークマニホールド１４はエンジン５０の各気筒に吸気を分配する。
【００１２】
排気系２０は、エキゾーストマニホールド２１と、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２２とを有して構成されている。エキゾーストマニホールド２１は、各気筒からの排気を下流側で一つの排気通路に合流させる。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２２は、内部流路の壁面上にアルミナからなる担体の層を備えている。また担体上には、バリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）が担持され、これにＯ2 ストレージ能力のあるセリア（Ｃｅ2 Ｏ3 ）が添加されている。なお、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２２は、例えば、アルミナを担体とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もしくはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して構成することができる。
【００１３】
過給機３０は可変容量型ターボチャージャであり、コンプレッサ部３１と、タービン部３２とを有して構成されている。過給機３０は、図示しないコンプレッサホイールを収納するコンプレッサ部３１が吸気系１０に、図示しないタービンホイール３２を収納するタービン部３２が排気系２０に、夫々介在するようにして配設されている。コンプレッサホイールとタービンホイールとは回転軸で連結されており、タービンホイールが排気によって駆動されると、回転軸を介してコンプレッサホイールが駆動し吸気を圧縮する。また過給機３０はタービン部３２に図示しないバリアブルノズルを備えている。バリアブルノズルはＥＣＵ１の制御のもと、タービン容量を変更する。
【００１４】
排気還流系４０はＥＧＲ通路４１と、ＥＧＲクーラ４２と、ＥＧＲバルブ（ＥＧＲ率変更手段に相当）４３とを有して構成されている。ＥＧＲ通路４１は吸気系１０と排気系２０とを連通している。ＥＧＲ通路４１は本実施例では具体的にはインテークマニホールド１４の上流側の集合部分とエキゾーストマニホールド２１の下流側の集合部分とを連通している。ＥＧＲクーラ４２は還流される排気を冷却する。ＥＧＲバルブ４３はＥＣＵ１の制御のもと、ＥＧＲ通路４１の開度を変更し、還流される排気の量を調節する。これによりＥＧＲ率が変更される。なお、排気還流系４０は例えばエンジン５０の気筒毎に設けられてもよい。
【００１５】
エンジン５０は、各気筒５１に直接燃料を噴射する燃料噴射弁５２を備えている。各燃料噴射弁５２は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレール）５３と接続されている。コモンレール５３は、燃料供給管（図示省略）を介して燃料ポンプ（図示省略）と連通している。燃料ポンプから吐出された燃料はコモンレール５３へ供給され、コモンレール５３で所定圧まで蓄圧されて各気筒５１の燃料噴射弁５２へ分配される。そして、燃料噴射弁５２に駆動電流が印加されると、燃料噴射弁５２が開弁し、これにより燃料噴射弁５２から気筒５１内へ燃料が噴射される。エンジン５０には、クランク角センサ６１やエンジン５０の冷却水温を検出するための水温センサ６２など各種のセンサが配設されている。
【００１６】
ＥＣＵ１は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータと入出力回路などを有して構成されている。ＥＣＵ１は主にエンジン５０を制御するように構成されており、本実施例では具体的には燃料噴射弁５２のほか、燃料ポンプやＥＧＲバルブ４３などを制御するように構成されている。これら制御対象はＥＣＵ１に電気的に接続されている。また、ＥＣＵ１にはエアフロメータ１１や、クランク角センサ６１や、水温センサ６２などの各種のセンサが電気的に接続されている。ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成である。ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、ＥＣＵ１では各種の制御手段や判定手段や検出手段や算出手段などが機能的に実現される。
【００１７】
この点、本実施例では以下に示すＥＧＲ率制御手段と、ポスト噴射制御手段とがＥＣＵ１で機能的に実現される。ＥＧＲ率制御手段は、後述するＮＯｘ還元の実行条件が成立した場合に、ＥＧＲバルブ４３を制御して、ＥＧＲ率を所定値以下にする。ＮＯｘ還元の実行条件は、本実施例ではポスト噴射の実行条件にもなっている。ポスト噴射制御手段は、所定値以下のＥＧＲ率において、スモークの発生量が所定値以下となるタイミング以降で、且つ噴射された燃料が燃焼可能な範囲内のタイミングのうち、略中央のタイミングでポスト噴射を行う。略中央のタイミングでポスト噴射を行うことにより、タイミングのずれが生じた場合であっても本発明の効果をより確実に奏することができる。
【００１８】
次にＥＣＵ１の動作を図２に示すフローチャートを用いて説明する。ＥＣＵ１では、図２のフローチャートに示す処理がごく短い時間間隔で繰り返し実行される。ＥＣＵ１はＮＯｘ還元の実行条件が成立したか否か、或いは成立しているか否かを判定する（ステップＳ１１）。本実施例では、前回ＮＯｘ還元を実行してから所定の期間が経過したか否かを判定することで、ＮＯｘ還元の実行条件が成立したか否かを判定する。但しこれに限られず、ＮＯｘ還元の実行条件が成立したか否かは、例えばＮＯｘ吸蔵還元型触媒２２のＮＯｘ吸蔵量を推定するとともに、推定したＮＯｘ吸蔵量が所定値を超えたか否かで判定することなども可能である。また本ステップでは、ＮＯｘ還元実行フラグがＯＮであるか否かを判定することで、ＮＯｘ還元実行条件が成立しているか否かを判定する。そしてＮＯｘ還元実行フラグがＯＮである場合には、ステップＳ１１で肯定判定される。ステップＳ１１で肯定判定であれば、ＥＣＵ１はＮＯｘ還元実行フラグをＯＮにする（ステップＳ１２）。
【００１９】
続いてＥＣＵ１はＮＯｘ還元の実行継続時間が所定時間以下である否かを判定する（ステップＳ１３）。本ステップで肯定判定されることにより、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２２に吸蔵されたＮＯｘを放出、還元するために必要な分、ポスト噴射の実行が継続されることになる。ステップＳ１１またはＳ１３で否定判定であれば、ＮＯｘ還元の実行フラグをＯＦＦにする（ステップＳ１６）。一方、ステップＳ１３で肯定判定であれば、ＥＣＵ１はＥＧＲバルブ４３を制御して、ＥＧＲ率を所定値以下にする（ステップＳ１４）。さらにＥＣＵ１はスモークの発生量が所定値以下となるタイミング以降で、且つ噴射された燃料が燃焼可能な範囲内のタイミングのうち、略中央のタイミングでポスト噴射を行う（ステップＳ１５）。本ステップで、ポスト噴射により、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒２２に吸蔵されたＮＯｘを放出、還元するためのリッチスパイクが行われる。
【００２０】
次にＥＣＵ１が行うポスト噴射のタイミングと、スモークおよびトルクとの関係について図３を用いて説明する。なお、図３では図４で示した従来の場合の例を同時に破線で示している。所定値以下のＥＧＲ率において、ポスト噴射を行った場合、図３に示すように着火が安定しトルクが十分に出る範囲と、スモークの発生を抑制できる範囲との両立が可能な範囲（成立範囲）が拡がる。これは、所定値以下のＥＧＲ率においては、エンジン５０の膨張行程後半まで着火安定性を確保できるためであり、このためポスト噴射のタイミングを遅らせることができる。そしてこの結果、膨張速度の高い領域で緩慢な燃焼を実現できるため、スモークの発生も抑制できる。
【００２１】
そしてポスト噴射のタイミングが、この成立範囲内であることが上述のポスト噴射制御手段に係る範囲内であることに対応する。したがって、この成立範囲内の略中央のタイミングでポスト噴射を行えば、より確実にトルクの確保とスモークの抑制とを両立させることができる。また、ポスト噴射のタイミングに関し、ポスト噴射のタイミングを成立範囲内でより進角側に設定すれば、より大きなトルクを確保することができ、逆に成立範囲内でより遅角側に設定すれば、よりスモークの発生を抑制することができる。そしてこのような成立範囲は例えばエンジン５０の台上試験で求めることができる。このようにＥＣＵ１は、ポスト噴射燃料を燃焼させる場合に、トルクが急減することなく、且つスモークの発生を抑制可能なポスト噴射を行うことができる。
【００２２】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。例えばＥＧＲ率制御手段は、ＥＧＲ率の制御の応答遅れを考慮して、ＮＯｘ還元の実行条件が成立する前に、予めＥＧＲバルブ４３を制御して、ＥＧＲ率を所定値以下にしてもよい。また、ポスト噴射を行うタイミングは請求項記載の範囲内であれば適宜のタイミングであってよい。また、ポスト噴射を行うタイミングは予め設定された一定のタイミングに限られず、可変であってもよい。また、ＥＧＲ率制御手段やポスト噴射制御手段は、ＥＣＵ１で実現することが合理的であるが、例えばその他の電子制御装置や専用の電子回路などのハードウェアによって実現されてもよい。この点、本発明のエンジンの制御装置は例えば複数の電子制御装置で構成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ＥＣＵ１を関連する各構成とともに模式的に示す図である。
【図２】ＥＣＵ１の動作をフローチャートで示す図である。
【図３】ＥＣＵ１が行うポスト噴射のタイミングと、スモークおよびトルクとの関係を示す図である。
【図４】従来のポスト噴射のタイミングと、スモークおよびトルクとの関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  ＥＣＵ
１０  吸気系
２０  排気系
２２  ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
３０  過給機
４０  排気循環系
４１  ＥＧＲ通路
４３  ＥＧＲバルブ
５０  エンジン
５２  燃料噴射弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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