(57)【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エンジン本体と、該エンジン本体の気筒内に臨んで配設され且つ該気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、該エンジン本体の吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開閉時期を変更可能な可変動弁機構と、該エンジン本体に接続された排気通路内に配設される酸化機能を有する触媒と、該排気通路内において該触媒の下流に配設されるディーゼルパティキュレートフィルタとを備えたディーゼルエンジンであって、
主燃焼を発生させるための燃料を噴射する主噴射と該主燃焼後に燃料を噴射する第２後段噴射とを上記燃料噴射弁に行わせることによって上記ディーゼルパティキュレートフィルタのフィルタ再生を実行する再生制御部をさらに備え、
上記再生制御部は、上記エンジン本体が相対的に低負荷の領域にあるときに、上記主噴射及び第２後段噴射に加えて、該第２後段噴射の前であって且つ主燃焼期間中に燃料を噴射する第１後段噴射を上記燃料噴射弁に行わせる低負荷モードと、上記エンジン本体が相対的に高負荷の領域にあるときに、上記燃料噴射弁に上記第１後段噴射を行わせることなく、上記主噴射及び第２後段噴射を行わせる高負荷モードとを有し、
上記低負荷モードには、上記エンジン本体が相対的に低回転の領域にあるときに、上記可変動弁機構を介して内部ＥＧＲを行うＥＧＲモードと、上記エンジン本体が相対的に高回転の領域にあるときに、上記内部ＥＧＲを行わない非ＥＧＲモードとを含むことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項２】
請求項１に記載のディーゼルエンジンにおいて、
上記フィルタ再生時における主燃焼は、拡散燃焼を主体とした燃焼であることを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項３】
請求項２に記載のディーゼルエンジンにおいて、
上記再生制御部は、上記フィルタ再生時には、主燃焼の開始時又は開始前に拡散燃焼に繋がる前段燃焼が発生するように燃料を噴射する前段噴射を上記燃料噴射弁に行わせることを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１つに記載のディーゼルエンジンにおいて、
上記第２後段噴射の回数は、上記第１後段噴射の回数よりも多いことを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１つに記載のディーゼルエンジンにおいて、
上記排気通路において上記ディーゼルパティキュレートフィルタの上流側に配設されたタービンを有するターボ過給機をさらに備えることを特徴とするディーゼルエンジン。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１つに記載のディーゼルエンジンにおいて、
上記エンジン本体は、幾何学的圧縮比が１５以下であることを特徴とするディーゼルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化機能を有する触媒とディーゼルパティキュレートフィルタとを排気通路に備えたディーゼルエンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＦ」ともいう）が排気通路に設けられたディーゼルエンジンがよく知られている。このＤＰＦは、排気中の粒子状物質（ＰＭ：Particulate matter）を捕捉するものであり、粒子状物質の堆積量が増加すると、再生する必要がある。このようなＤＰＦの上流側には、通常、酸化機能を有する触媒、例えば、酸化触媒が設けられており、ＤＰＦの再生には、この触媒が利用される。例えば、特許文献１に係るディーゼルエンジンでは、気筒内にトルク発生のための燃料を噴射する主噴射を行った後に、ポスト噴射を行って、未燃状態の燃料を排気通路へ導入している。未燃燃料が触媒まで到達すると、そこで酸化反応して、排気温度を上昇させる。その結果、ＤＰＦに堆積したＰＭが高温の排気によって焼却除去される。こうして、ＤＰＦの再生が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２９３３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のようなＤＰＦの再生においては、触媒における未燃燃料の酸化反応が必須であるが、排気温度が低いと、触媒での未燃燃料の反応が不十分となる虞がある。その結果、排気温度が十分に上昇せず、ＤＰＦの再生が困難となる。
【０００５】
ここに開示された技術は、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、排気温度が低い状況下においてもＤＰＦの再生を実行可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ここに開示された技術は、軽油を主成分とする燃料が供給されるエンジン本体と、該エンジン本体の気筒内に臨んで配設され且つ該気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、該エンジン本体の吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開閉時期を変更可能な可変動弁機構と、該エンジン本体に接続された排気通路内に配設される酸化機能を有する触媒と、該排気通路内において該触媒の下流に配設されるＤＰＦとを備えたディーゼルエンジンが対象である。そして、このディーゼルエンジンは、主燃焼を発生させるための燃料を噴射する主噴射と該主燃焼後に燃料を噴射する第２後段噴射とを上記燃料噴射弁に行わせることによって上記ＤＰＦのフィルタ再生を実行する再生制御部をさらに備え、上記再生制御部は、上記エンジン本体が相対的に低負荷の領域にあるときに、上記主噴射及び第２後段噴射に加えて、該第２後段噴射の前であって且つ主燃焼期間中に燃料を噴射する第１後段噴射を上記燃料噴射弁に行わせる低負荷モードと、上記エンジン本体が相対的に高負荷の領域にあるときに、上記燃料噴射弁に上記第１後段噴射を行わせることなく、上記主噴射及び第２後段噴射を行わせる高負荷モードとを有し、上記低負荷モードには、上記エンジン本体が相対的に低回転の領域にあるときに、上記可変動弁機構を介して内部ＥＧＲを行うＥＧＲモードと、上記エンジン本体が相対的に高回転の領域にあるときに、上記内部ＥＧＲを行わない非ＥＧＲモードとを含むものとする。
【０００７】
上記の構成によれば、エンジン本体が所定の運転領域、例えば、排気温度が上昇し難い運転領域にあるときには、内部ＥＧＲを行いつつ上記第２後段噴射を行うことによって上記フィルタ再生が行われる。すなわち、内部ＥＧＲを行うことによって、気筒内の排気温度が上昇し、触媒の活性化ないし活性維持に有利になる。この状態で第２後段噴射を行うことによって、排気通路へ排出される未燃燃料が触媒において効率良く酸化され、これに伴って発生する酸化反応熱によってＤＰＦを加熱することができる。これにより、ＤＰＦに捕集されているＰＭを燃焼除去することができる。こうして、フィルタ再生が行われる。
【０００８】
つまり、排気温度が低い場合には、第２後段噴射だけでは、未燃燃料を触媒において十分に酸化させることができず、フィルタ再生が困難となる。そこで、第２後段噴射に加えて、内部ＥＧＲを行うことによって、排気温度を上昇させ、触媒における未燃燃料の酸化を促進させることができ、ひいては、フィルタ再生を行うことができるようになる。
【０００９】
尚、上記ＥＧＲモードを行う上記所定の運転領域は、排気温度が、第２後段噴射だけでは未燃燃料を触媒において十分に酸化させることができない温度になると想定される運転領域に設定し得る。
【００１０】
ところが、運転領域によっては、内部ＥＧＲだけでは、排気温度を十分に上昇させることができない場合もある。つまり、上記ＥＧＲモードを行う上記所定の運転領域のうち相対的に低負荷領域においては、燃料噴射量が相対的に少なく、排気温度が高くない。そのため、内部ＥＧＲだけでは、排気温度を、未燃燃料が触媒において十分に酸化する程度まで上昇させることができない虞がある。
【００１１】
そこで、上記再生制御部は、上記ＥＧＲモードを行う上記所定の運転領域のうち相対的に低負荷の領域では、内部ＥＧＲを行いつつ、上記第１後段噴射及び第２後段噴射を行うことによって上記フィルタ再生を行う。この第１後段噴射は、前述の通り、第２後段噴射の前であって且つ主燃焼期間中に行われる燃料噴射である。つまり、第１後段噴射は、主燃焼を継続させるための後段噴射であって、膨張行程中の気筒内の温度低下を抑制する機能を有している。したがって、内部ＥＧＲだけでは排気温度を十分に上昇させることができない場合でっても、第１後段噴射を行うことによって、排気温度を、未燃燃料が触媒において十分に酸化する程度まで上昇させ得る。その結果、フィルタ再生を行うことができるようになる。
【００１２】
一方、上記ＥＧＲモードを行う上記所定の運転領域のうち相対的に高負荷の領域では、内部ＥＧＲだけでも、排気温度を、未燃燃料が触媒において十分に酸化する程度まで上昇させることができるので、上記第１後段噴射を行うことなく、内部ＥＧＲ及び第２後段噴射によって上記フィルタ再生を行う。
【００１３】
上記フィルタ再生時における主燃焼は、拡散燃焼を主体とした燃焼であることが好ましい。
【００１４】
拡散燃焼は、予混合燃焼と比較して、燃焼期間が長くなる。つまり、拡散燃焼は、上記第１後段噴射を組み合わせることによって、より効果的に燃焼期間を長期化させて、膨張行程中の気筒内の温度低下を抑制することができる。
【００１５】
また、上記再生制御部は、上記フィルタ再生時には、主燃焼の開始時又は開始前に拡散燃焼に繋がる前段燃焼が発生するように燃料を噴射する前段噴射を上記燃料噴射弁に行わせることが好ましい。
【００１６】
この前段噴射は、主噴射による燃料の着火遅れを抑制し、安定した拡散燃焼に導くことができる。つまり、主燃焼が不安定な場合には、上記第１後段噴射を所定のタイミングで行っても、主燃焼期間から外れてしまう虞もある。特に、ガス温が低く且つ低負荷領域においては、着火性が悪く、主燃焼が不安定となり得る。それに対して、前段噴射を行うことによって、例えば、ガス温が低く且つ低負荷領域であっても、主燃焼を安定させることができる。主燃焼が安定すると、該第１後段噴射を主燃焼期間内に確実に行うことができる。
【００１７】
さらに、上記第２後段噴射の回数は、上記第１後段噴射の回数よりも多いことが好ましい。
【００１８】
上記第２後段噴射による総噴射量は、フィルタ再生に要する量として決定される。そのため、第２後段噴射の回数が増えるということは、第２後段噴射の１回当たりの噴射量が少なくなることを意味する。そして、１回当たりの噴射量は、燃料の到達距離に影響する。すなわち、１回当たりの噴射量が多くなるほど、燃料の到達距離が長くなる。第２後段噴射により噴射された燃料は、気筒内で燃焼しないため、１回当たりの噴射量が多くなると、燃料が気筒の内壁まで容易に到達し、内壁に付着してしまう。気筒壁の内壁に付着した燃料は、ピストンの往復動によってオイルと混合され得る。すなわち、１回当たりの噴射量が多すぎると、噴霧された燃料がオイル希釈を引き起こし得る。つまり、第２後段噴射の回数を相対的に多くすることによって、第２後段噴射の１回当たりの噴射量を低減することができ、その結果、オイル希釈を抑制することができる。
【００１９】
一方、第１後段噴射は、主燃焼に継続する燃焼を生じさせるものであるため、トルクに影響を与える。そのため、第１後段噴射の噴射量は少ないことが好ましい。つまり、第１後段噴射の回数を相対的に少なくすることによって、第１後段噴射により噴射される燃料の総量を低減することができ、トルクに与える影響を低減することができる。
【００２０】
また、上記ディーゼルエンジンは、上記排気通路において上記ＤＰＦの上流側に配設されたタービンを有するターボ過給機をさらに備えるものとしてもよい。
【００２１】
上記の構成によれば、排気ガスの熱量がタービンによって吸収されるため、上記触媒及びＤＰＦにおける排気温度が低くなる傾向にある。すなわち、排気通路にタービンが存在することは、未燃燃料の触媒における酸化を促進させる観点からは不利である。そのため、ターボ過給機を備えるディーゼルエンジンにおいては、上記ＥＧＲモードや、さらには上記低負荷モードを設けることが特に有効となる。
【００２２】
また、上記エンジン本体の幾何学的圧縮比が１５以下であってもよい。
【００２３】
上記のような、いわゆる低圧縮比のディーゼルエンジンにおいては、排気温度が低くなる。すなわち、エンジン本体が低圧縮比であることは、未燃燃料の触媒における酸化を促進させる観点からは不利である。そのため、低圧縮比のディーゼルエンジンにおいては、上記ＥＧＲモードや、さらには上記低負荷モードを設けることが特に有効となる。
【発明の効果】
【００２４】
上記ディーゼルエンジンによれば、排気温度が低い場合であっても、内部ＥＧＲに加えて第１後段噴射を行うことによって、気筒内の温度、ひいては、排気温度を上昇させることができ、第２後段噴射による未燃燃料を触媒において十分に酸化させることができる。その結果、排気温度が低い場合であっても、早期に排気温度を上昇させて、上記フィルタ再生を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ターボ過給機付ディーゼルエンジンの構成を示す概略図である。
【図２】ディーゼルエンジンの制御に係るブロック図である。
【図３】ディーゼルエンジンの状態に応じた、ＤＰＦの再生モードのマップの一例である。
【図４】領域ａ１における燃料噴射形態の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例とを示す図である。
【図５】領域ａ２における燃料噴射形態の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例とを示す図である。
【図６】領域Ｂにおける燃料噴射形態の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例とを示す図である。
【図７】領域Ｃにおける燃料噴射形態の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例とを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、実施形態に係るディーゼルエンジンを図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。図１，２は、実施形態に係るエンジン（エンジン本体）１の概略構成を示す。このエンジン１は、車両に搭載されると共に、軽油を主成分とした燃料が供給されるディーゼルエンジンであって、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の頂面にはリエントラント形燃焼室１４ａを区画するキャビティが形成されている。このピストン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。
【００２７】
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１４ａ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。
【００２８】
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（図２参照。以下、ＶＶＭ（Variable Valve Motion）と称する）７１が設けられている。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共に、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。このＶＶＭ７１が可変動弁機構を構成する。
【００２９】
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。
【００３０】
上記シリンダヘッド１２には、燃料を噴射するインジェクタ１８と、エンジン１の冷間時に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とが設けられている。上記インジェクタ１８は、その燃料噴射口が燃焼室１４ａの天井面から該燃焼室１４ａに臨むように配設されていて、基本的には圧縮行程上死点付近で、燃焼室１４ａに燃料を直接噴射供給するようになっている。このインジェクタ１８が燃焼噴射弁を構成する。
【００３１】
上記エンジン１の一側面には、各気筒１１ａの吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている。一方、上記エンジン１の他側面には、各気筒１１ａの燃焼室１４ａからの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４０が接続されている。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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、大型及び小型ターボ過給機６１，６２のコンプレッサ６１ａ，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の燃焼室１４ａへの吸入空気量を調節するスロットル弁３６とが配設されている。このスロットル弁３６は、基本的には全開状態とされるが、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。
【００３４】
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。
【００３５】
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、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。
【００３６】
この排気浄化装置４１は、酸化触媒４１ａと、ＤＰＦ４１ｂ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ＣＯ及びＨＣが酸化されてＣＯ２及びＨ２Ｏが生成する反応を促すものである。この酸化触媒４１ａが、酸化機能を有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。
【００３７】
上記吸気通路３０における上記サージタンク３３とスロットル弁３６との間の部分（つまり小型ターボ過給機６２の小型コンプレッサ６２ａよりも下流側部分）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（つまり小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂよりも上流側部分）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。
【００３８】
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。
【００３９】
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における大型タービン６１ｂの上流側に配設されている。
【００４０】
すなわち、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、これら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がそれぞれ作動する。
【００４１】
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。
【００４２】
そして、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。
【００４３】
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。
【００４４】
このように構成されたディーゼルエンジン１は、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によって制御される。ＰＣＭ１０は、ＣＰＵ、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。このＰＣＭ１０が制御装置を構成する。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、燃焼室１４ａ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，及び、ＤＰＦ４１ｂの下流側の排気圧力を検出する下流側排圧センサＳＷ７の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、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。
【００４５】
そうして、このエンジン１は、その幾何学的圧縮比を１２以上１５以下とした、比較的低圧縮比となるように構成されており、これによって排気エミッション性能の向上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、前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。
【００４６】
（エンジンの燃焼制御の概要）
上記ＰＣＭ１０は、エンジン１の基本的な制御として、主にエンジン回転数及びアクセル開度に基づいて目標トルク（目標となる負荷）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。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。
【００４７】
また、ＰＣＭ１０は、スロットル弁３６や排気ガス還流弁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。
【００４８】
さらに、ＰＣＭ１０は、ＤＰＦ４１ｂの再生条件が成立したときに、インジェクタ１８及びＶＶＭ７１を作動制御することによって、ＤＰＦ４１ｂのフィルタ再生を実行する。ここで、ＤＰＦ４１ｂの再生条件とは、ＤＰＦ４１ｂの再生が必要と判定し得る所定の条件である。一例として、本実施形態では、上流側及び下流側排圧センサＳＷ６，ＳＷ７より検出されるＤＰＦ４１ｂの上流側の排気圧力と下流側の排気圧力との差圧ΔＰが所定値以上となることをもって、ＤＰＦ４１ｂの再生条件成立としている。すなわち、ＤＰＦ４１ｂのＰＭ捕集量が多くなるほど、ＤＰＦ４１ｂでの排気の流れが悪くなり、上記差圧ΔＰが上昇する。尚、フィルタ再生は、上記差圧ΔＰが、再生条件としての所定値よりも小さい所定の下限値を下回ることをもって、終了する。
【００４９】
図３は、エンジン１の温間時における、エンジン１の状態に応じたＤＰＦ４１ｂの再生モードを示すマップである。つまり、エンジン１の温間時において上記フィルタ再生条件が成立したときには、ＰＣＭ１０は、図３に示すマップに基づいてフィルタ再生を実行する。図３に示すように、エンジン１の温間時には、エンジン回転数とエンジン負荷（燃料の実総噴射量）とに応じて、複数の運転領域が設定されており、各運転領域毎に再生モードが設定されている。
【００５０】
以下、各運転領域の再生モードについて、図４〜７を参照しながら説明する。尚、図４〜図７に示す燃料噴射量や熱発生率は、これらの図を相互に比較したときに、必ずしも、相対的な燃料噴射量の大小や熱発生率の大小を示してはいない。
【００５１】
先ず、エンジン１の運転領域を、エンジン負荷に応じて３つに分割したときの３つの運転領域Ａ〜Ｃについて説明する。
【００５２】
図４は、運転領域Ａ中の運転領域ａ１における燃料噴射形態（上図）及びそれに伴う気筒１１ａ内の熱発生率の履歴の一例（下図）を、図５は、運転領域Ａ中の運転領域ａ２における燃料噴射形態（上図）及びそれに伴う気筒１１ａ内の熱発生率の履歴の一例（下図）を示している。運転領域Ａは、高負荷のうちでも最大負荷の９０％以上となるような極めて高負荷の運転領域であって、運転領域ａ１，ａ２を含んでいる。運転領域ａ２は、運転領域Ａのうち相対的に高回転の運転領域である。運転領域ａ１は、運転領域Ａのうち運転領域ａ２以外の領域である。
【００５３】
運転領域ａ１では、圧縮行程中において、１回の燃料噴射（パイロット噴射）を実行すると共に、圧縮上死点付近で主噴射を１回実行することによって、この運転領域ａ１では、合計２回の燃料噴射を実行する。運転領域ａ１では、前段噴射としてパイロット噴射を実行することにより、燃料の予混合性を高めて煤の発生の点で有利にしつつ、燃料噴射回数を、パイロット噴射及び主噴射の２回だけにすることで、主噴射時の燃料噴射量を十分に確保して、高トルクを確保し得る。一方、運転領域ａ２では、圧縮上死点付近で主噴射を１回だけ実行する。つまり、この運転領域ａ２では、特にロバスト性を高めつつ、出力を高めて最高トルクを確保する。
【００５４】
運転領域Ａでは、排気温度が高く、ＤＰＦ４１ｂに捕集されたＰＭを自然に焼却除去し得るため、後述するポスト噴射のようなフィルタ再生のための特別な制御を行っていない。
【００５５】
図６は、運転領域Ｂにおける燃料噴射形態（上図）及びそれに伴う気筒１１ａ内の熱発生率の履歴の一例（下図）を示している。運転領域Ｂは、部分負荷（中負荷）及び高負荷（領域領域Ａを除く）の運転領域である。この運転領域Ｂでは、圧縮上死点前の圧縮行程中において、プレ噴射を１回実行し、その後の圧縮上死点付近において主噴射を１回実行し、主噴射の後にポスト噴射を２回実行する。ここで、プレ噴射は、圧縮上死点前の所定の時期にプレ燃焼を発生させて、主噴射による燃料の着火遅れを抑制するための燃料噴射である。主噴射は、エンジン１のトルクを発生させるための燃焼である主燃焼を発生させるための燃料噴射である。ポスト噴射は、主燃焼後に噴射され、未燃燃料を排気通路４０に導入するための燃料噴射である。換言すれば、ポスト噴射は、気筒１１ａ内で燃焼を発生させない燃料噴射である。
【００５６】
運転領域Ｂでは、主噴射による主燃焼前に十分な熱発生率を有するプレ燃焼を、圧縮上死点前の所定の時期に発生させる。これにより、それに続く主燃焼を安定して発生させることができる。尚、プレ燃焼は、主燃焼の熱発生率の上昇を緩慢にさせる効果もある。このように熱発生率の急上昇を回避することは、燃焼音を低減して、ＮＶＨ性能を高める上で有利になり得る。そして、主噴射による主燃焼の後に、ポスト噴射が実行される。その結果、未燃燃料が排気通路４０に導入され、酸化触媒４１ａに到達する。この運転領域Ｂでは、排気温度が酸化触媒４１ａを活性化させるのに十分な温度となっているため、未燃燃料が酸化触媒４１ａにおいて良好に酸化される。そして、これに伴って発生する酸化反応熱によってＤＰＦ４１ｂに捕集されているＰＭが燃焼除去される。つまり、フィルタ再生が行われる。
【００５７】
図７は、運転領域Ｃにおける燃料噴射形態（上図）及びそれに伴う気筒１１ａ内の熱発生率の履歴の一例（下図）を示している。運転領域Ｃは、相対的に低負荷の運転領域である。この運転領域Ｃでは、圧縮上死点前の圧縮行程中において、プレ噴射を１回実行し、その後の圧縮上死点付近において主噴射を１回実行し、主噴射の後にアフタ噴射を１回実行し、アフタ噴射の後にポスト噴射を２回実行する。ここで、アフタ噴射は、主燃焼期間中に噴射され、主燃焼に継続して燃焼を発生させるための燃料噴射である。主燃焼期間は、少なくともＴＤＣを含み、主燃焼による熱発生が開始してから終了するまでの期間である。アフタ噴射は、主燃焼期間の比較的遅いタイミング（主燃焼期間を二分割した場合の少なくとも後半に含まれるタイミング）で実行される。さらに詳しくは、アフタ噴射は、主燃焼を継続させるようなタイミング（遅角限界）でかつ、燃料噴霧が、下降しているピストン１４のキャビティ外に至るようなタイミング（進角限界）で実行される。アフタ噴射は、主燃焼を継続させて、燃焼期間を長期化させる。尚、図７中の破線は、アフタ噴射をしない場合の主燃焼による熱発生率を表している。これにより、気筒１１ａ内の温度（以下、単に筒内温度ともいう）の低下を抑制して、膨張行程中の筒内温度を高い温度のままに保持する。これによって、排気温度も上昇する。
【００５８】
運転領域Ｃは、低負荷の運転領域であるため、燃料噴射量が少なく、排気温度が相対的に低くなる。すなわち、運転領域Ｃは、ポスト噴射による未燃燃料を酸化触媒４１ａで酸化反応させるには不利な領域である。そこで、アフタ噴射を行うことによって、筒内温度及び排気温度を上昇させている。これにより、未燃燃料が酸化触媒４１ａにおいて良好に酸化され、その酸化反応熱によってＤＰＦ４１ｂに捕集されているＰＭを適切に燃焼除去することができる。つまり、フィルタ再生を良好に行うことができるようになる。
【００５９】
尚、運転領域Ｃのうち、アイドル領域を含む、極めて低回転でかつ低負荷の運転領域ｃ１は、極めて低回転且つ低負荷の運転領域であるため、排気温度が非常に低い領域であることに加えて、上記ＶＶＭ７１を駆動するのに必要な油圧を確保することができない。つまり、内部ＥＧＲを行うことができない。そのため、この運転領域ｃ１では、排気温度を十分に上昇させることができない領域であるため、フィルタ再生を実行しない。
【００６０】
ここで、運転領域Ｂ，Ｃにおける、エンジン１の運転状態が相対的に低回転の運転領域（エンジンの運転領域を、低回転側と高回転側との２つに分けた場合の低回転側の領域）には、内部ＥＧＲを行いつつポスト噴射を行う運転領域Ｅが設けられている。運転領域Ｅは、低回転の運転領域であるため、排気温度が相対的に低くなる。すなわち、運転領域Ｅは、ポスト噴射による未燃燃料を酸化触媒４１ａで酸化反応させるには不利な領域である。そこで、運転領域Ｅでは、フィルタ再生時に上記排気の二度開きにより内部ＥＧＲを行うことによって、筒内温度及び排気温度を上昇させている。つまり、内部ＥＧＲを行うと、排気通路４０に一旦排出された排気ガスが気筒１１ａ内に還流するため、筒内温度が上昇する。その状態で、次の燃焼が実行されると、排気温度も上昇する。このように、運転領域Ｅでは、内部ＥＧＲにより筒内温度及び排気温度を上昇させて、未燃燃焼を酸化触媒４１ａで効率良く酸化反応させている。
【００６１】
この運転領域Ｅのうち、相対的に高負荷側の運転領域（エンジンの運転領域を、低負荷側と高負荷側との２つに分けた場合の高負荷側の領域）ｅ１では、上記運転領域Ｂと同様に、圧縮上死点前の圧縮行程中において、プレ噴射を１回実行し、その後の圧縮上死点付近において主噴射を１回実行し、主噴射の後にポスト噴射を２回実行する。この運転領域ｅ１では、内部ＥＧＲが行われているため、筒内温度が高く、排気温度も高くなっている。そのため、ポスト噴射による未燃燃料は、酸化触媒４１ａにおいて十分に酸化反応し、十分な反応熱を発生させる。その結果、ＤＰＦ４１ｂも良好に再生される。尚、運転領域ｅ１は、高負荷及び高回転側に拡大されている。これは、排気ガスの流量が多くなることは、未燃燃料の、酸化触媒４１ａにおける滞留時間が短くなるため、酸化反応の促進の観点からは不利である。そのため、酸化反応を促進させるための排気ガスの要求温度も高くなる。したがって、内部ＥＧＲを行って排気温度を上昇させる運転領域を、排気ガスの流量が多くなる高負荷及び高回転側へ拡大している。上記プレ噴射が前段噴射に相当し、ポスト噴射が第２後段噴射に相当する。
【００６２】
一方、運転領域Ｅのうち、相対的に低負荷側の運転領域（エンジンの運転領域を、低負荷側と高負荷側との２つに分けた場合の低負荷側の領域）ｅ２では、上記運転領域Ｃと同様に、圧縮上死点前の圧縮行程中において、プレ噴射を１回実行し、その後の圧縮上死点付近において主噴射を１回実行し、主噴射の後にアフタ噴射を１回実行し、アフタ噴射の後にポスト噴射を２回実行する。すなわち、運転領域ｅ２は、燃料噴射量が少ないため、運転領域Ｅの中でも排気温度が相対的に上昇し難い。そこで、運転領域ｅ２では、内部ＥＧＲに加えて、アフタ噴射を行うことによって、筒内温度及び排気温度を可及的に上昇させている。つまり、運転領域ｅ２では、アフタ噴射によって、単に排気温度を上昇させるだけでなく、内部ＥＧＲによって気筒１１ａ内に還流されるＥＧＲガスの温度も高くなる。こうして、アフタ噴射と内部ＥＧＲとの相乗効果によって、排気温度をより上昇させることができる。上記アフタ噴射が第１後段噴射に相当する。
【００６３】
ここで、上記運転領域Ｅにおける制御モードがＥＧＲモードに相当し、運転領域ｅ１における制御モードが高負荷モードに相当し、運転領域ｅ２における制御モードが低負荷モードに相当する。
【００６４】
尚、本実施形態では、運転領域ｅ１と運転領域ｅ２とのエンジン負荷の境界が、運転領域Ｂと運転領域Ｃとのエンジン負荷の境界と一致しているが、これに限られるものではない。両者の境界が異なっていてもよい。
【００６５】
したがって、本実施形態によれば、ＤＰＦ４１ｂを再生する際に、エンジン１が相対的に低回転且つ低負荷の運転領域にあるときには、内部ＥＧＲを行いながらポスト噴射を行うことによりフィルタ再生を実行する。こうして、内部ＥＧＲをポスト噴射と並行して行うことによって、排気温度が上昇し難い運転領域であっても、筒内温度及び排気温度を上昇させることで酸化触媒４１ａの活性化を促進させ、酸化触媒４１ａにおける未燃燃料を酸化反応を良好に行わせることができる。
【００６６】
それに加えて、ＥＧＲモードでフィルタ再生を行う運転領域のうち、相対的に低負荷側の運転領域ｅ２では、アフタ噴射を追加している。つまり、この低負荷側の運転領域ｅ２は、燃料噴射量が少ないため排気温度が非常に上昇し難い。そのため、内部ＥＧＲを行っても、排気温度を、酸化触媒４１ａを十分に活性化させる温度まで上昇させ難い。そこで、アフタ噴射を行うことによって、排気温度をさらに上昇させている。このアフタ噴射によれば、気筒１１ａ内での燃焼が長期化され、筒内温度が上昇すると共に排気温度が上昇する。これに内部ＥＧＲが組み合わさることによって、ＥＧＲガスとして還流される排気ガスも高温となるため、内部ＥＧＲによる排気温度の上昇効果をさらに向上させることができる。つまり、低負荷側の運転領域ｅ２では、アフタ噴射と内部ＥＧＲとの相乗効果により排気温度を一段と高めることによって、酸化触媒４１ａの活性化を促進させて、ＤＰＦ４１ｂの再生を良好に行うことができる。
【００６７】
特に、本実施形態のエンジン１は、幾何学的圧縮比が１２以上１５以下と低圧縮比に設定されている。低圧縮比のエンジン１においては、排気温度が上昇し難く、フィルタ再生には不利である。このようにフィルタ再生に不利な状況においても、内部ＥＧＲとアフタ噴射とを組み合わせることによって、フィルタ再生を可能とすることができる。
【００６８】
さらに、本実施形態のエンジン１は、排気通路４０において、酸化触媒４１ａの上流側に、小型ターボ過給機６２のタービン６２ｂ及び大型ターボ過給機６１のタービン６１ｂが設けられている。このような構成の場合、排気ガスの熱量の一部は、タービン６２ｂ，６１ｂに奪われてしまう。つまり、ターボ過給機を備えたエンジン１においては、内部ＥＧＲ及びアフタ噴射により排気温度を上昇させることが、特に有効となる。
【００６９】
また、エンジン１の主燃焼が予混合燃焼ではなく、拡散燃焼を主体とする燃焼であるため、アフタ噴射にによって、気筒１１ａ内の燃焼を良好に長期化させることができる。つまり、予混合燃焼は、燃焼期間が本来的に短く、燃焼期間の長期化に不向きである。それに対して、拡散燃焼は燃焼期間が本来的に長いため、燃焼期間の長期化に向いている。さらに、拡散燃焼は、燃焼期間が長いため、アフタ噴射を適切なタイミングで実行し易く、主燃焼に継続する燃焼を適切に発生させることができる
。
【００７０】
さらに、ＥＧＲモードでは、プレ噴射を行うことによって、主噴射による燃料の着火遅れを抑制して、主燃焼を安定して発生させることができる。アフタ噴射を一定のタイミングで行ったとしても、主燃焼が不安定な場合は、アフタ噴射が主燃焼期間から外れて、主燃焼に継続する燃焼を発生させることができない虞がある。つまり、主燃焼を安定させることによって、それに続く、アフタ噴射による燃焼を安定して発生させて、燃焼の長期化を確実なものとすることができる。
【００７１】
ここで、アフタ噴射及びポスト噴射の回数は、上記の回数に限られるものではない。ただし、ポスト噴射の回数の方がアフタ噴射の回数よりも多いことが好ましい。つまり、ポスト噴射による総噴射量は、フィルタ再生に要する量として決定され、ポスト噴射の回数が増えると、ポスト噴射１回当たりの噴射量が少なくなる。ポスト噴射の噴射量が少なくなると、噴射された燃料の到達距離が短くなる。ここで、ポスト噴射により噴射された燃料は、気筒１１ａ内で燃焼しないため、気筒１１ａ内では未燃燃料として存在する。この未燃燃料は、気筒１１ａ内を漂っている場合には簡単に気筒１１ａ外へ排出されるが、気筒１１ａの内壁に付着してしまうと、気筒１１ａへ排出されずに、該内壁に留まる場合もある。この場合、ピストン１４の往復動によってオイルと混合され、オイル希釈を引き起こし得る。つまり、ポスト噴射の回数を多くすることによって、気筒１１ａの内壁まで到達する燃料を減少させて、オイル希釈を抑制することができる。
【００７２】
一方、アフタ噴射は、主燃焼に継続する燃焼を生じさせるものであるため、トルクに影響を与える。トルクを制御する上で、制御量が増えることは制御を複雑にするため好ましくない。そのため、アフタ噴射の回数は少ないことが好ましい。つまり、アフタ噴射の回数を相対的に少なくすることによって、アフタ噴射により噴射される燃料の総量を低減することができ、トルクに与える影響を低減することができる。
【００７３】
尚、上記の燃料噴射形態は一例に過ぎず、これらに限られるものではない。特に、運転領域ｅ１，ｅ２においては、プレ噴射は、省略してもよく、主噴射、アフタ噴射及びポスト噴射の回数は上記の例に限られるものではない。
【符号の説明】
【００７４】
１      ディーゼルエンジン（エンジン本体）
１０    ＰＣＭ（再生制御部）
１１ａ  気筒
１８    インジェクタ（燃料噴射弁）
２１    吸気弁
２２    排気弁
４０    排気通路
４１ａ  酸化触媒（触媒）
４１ｂ  ＤＰＦ
６１    大型ターボ過給機
６１ｂ  タービン
６２    小型ターボ過給機
６２ｂ  タービン
７１    ＶＶＭ（可変動弁機構）
【図１】
0005464079.tif 000002
【図２】
0005464079.tif 000003
【図３】
0005464079.tif 000004
【図４】
0005464079.tif 000005
【図５】
0005464079.tif 000006
【図６】
0005464079.tif 000007
【図７】
0005464079.tif 000008