(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有するエンジンの排気経路に設けたＮＯｘ還元触媒と、前記ＮＯｘ還元触媒に還元剤として前記エンジンの燃料を主噴射後にアフタ噴射するアフタ噴射手段とを備えた燃料噴射装置において、
前記アフタ噴射手段は、前記エンジンの運転状態により前記複数の気筒の内アフタ噴射を行う気筒数とその組合せを指定し、且つ前記指定した気筒数に応じたクランク軸の回転が一巡する毎に前記組合せ順序を順次変更する
ことを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記アフタ噴射手段は、前記エンジン負荷の増加と共にアフタ噴射を行う気筒数を増加することを特徴とする請求項１記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気ガス中のＮＯｘを除去する方法の１つとして、触媒を使用してＮＯｘを還元し除去する方法がある。この場合、排気ガスの雰囲気に還元性ガスであるＣＯ、Ｈ２、ＨＣ等の還元剤が多いほど還元反応が容易に行われる。しかしながら、ディーゼルエンジンは、空気過剰状態で燃焼が行われるために排気ガス中のＨＣやＣＯ濃度が低く、且つ排気ガス中にＯ２が存在するために還元触媒による排気浄化の効果は期待できない。
【０００３】
従って、還元触媒の効果を引き出すためには、排気ガス中に還元剤としてＨＣを添加する必要がある。そこで、従来、コモンレールシステムにおいて、図５に示すように主噴射Ｉの後にアフタ噴射（二次噴射）ＩＩを行い、燃料を還元触媒に供給して還元性雰囲気とし、排気ガス中のＮＯｘの還元反応を促進するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、還元触媒を還元性雰囲気とするために主噴射の後にアフタ噴射を行って還元触媒に燃料を供給するとその分だけ燃料消費量が増加し、燃費が悪化する。しかも、ＮＯｘが増加するとこれに応じてＨＣを増加させる（モル比で約３倍位）ことが必要となり、従って、アフタ噴射による燃料噴射量をできる限り低減することが燃費の低減を図る上で必要である。
【０００５】
しかしながら、現状では、燃料噴射弁の作動可能時間の関係で、アフタ噴射の燃料量は、最小量５ｍｍ３／ストロークが限度であり、エンジンの部分負荷の運転領域においてアフタ噴射の燃料量を主噴射の燃料量に対して１０％よりも低くすることができない。このため特に、エンジンの部分負荷運転領域において必要以上のアフタ噴射による燃料噴射により燃費の悪化を来しているという問題がある。
【０００６】
このため、本発明では、エンジンの運転状態に応じてアフタ噴射を行う気筒を指定する制御を行うことにより、不要なアフタ噴射を防止して燃費の悪化を防止するようにした燃料噴射装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１では、複数の気筒を有するエンジンの排気経路に設けたＮＯｘ還元触媒に還元剤として燃料を主噴射後にアフタ噴射し、ＮＯx浄化率を向上させる燃料噴射装置において、エンジンの運転状態により前記複数の気筒の内アフタ噴射を行う気筒数とその組合せを指定し、且つ前記指定した気筒数に応じたクランク軸の回転が一巡する毎に前記組合せ順序を順次変更する。これにより、不要なアフタ噴射を防止して燃費の悪化を防止する。
【０００８】
請求項２の発明では、エンジン負荷が増加するに伴いアフタ噴射を行う気筒数を増加させることで、低負荷運転状態におけるアフタ噴射燃料量を必要最小限に抑え、高負荷運転状態では十分なアフタ噴射燃料量を供給する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。
図１は、本発明の実施形態としてディーゼルエンジンの概略構成図を示す。
図１において、ディーゼルエンジン（以下「エンジン」という）１は、燃料噴射装置として蓄圧式燃料噴射装置を適用したもので、エンジン１は、多気筒例えば、６気筒のエンジンで、各気筒の燃料噴射弁２は、夫々燃料圧送ポンプ１０の蓄圧室（コモンレール）１１に接続されている。燃料圧送ポンプ１０は、エンジン１により駆動されて燃料タンク７から燃料を吸入して圧縮し、蓄圧室１１に供給する。エンジン１の排気マニホールド３は、排気経路４に接続されており、当該排気経路４の途中にはＮＯｘ還元触媒５が接続されている。このＮＯｘ還元触媒装置５としては、Ｏ２共存下でも機能する例えば、（Ｃｕ−ＺＳＭ５）により構成されている。
【００１０】
エンジン１の負荷Ｌを検出する負荷検出手段として、アクセル開度センサを設け、アクセル開度θｔｈを検出して対応するアクセル開度信号を検出する。アクセル開度は、エンジン負荷Ｌに対応しており、以後アクセルセンサの出力信号をエンジン負荷信号として説明する。エンジン１には、エンジン回転数Ｎｅを検出して対応するエンジン回転数信号を出力するエンジン回転数センサ、クランク軸の回転角度θＣＲＫを検出して各気筒の上死点位置（ＴＤＣ）に対応するクランク角度信号を出力するクランク角センサ等（何れも図示せず）が設けられている。また、燃料圧送ポンプ１０の蓄圧室１１には圧力センサ１４が設けられており、噴射圧力（燃圧）ＰＦを検出して対応する圧力信号を出力する。
【００１１】
電子制御装置（ＥＣＵ）１５は、前記エンジン１の負荷信号、回転数信号、クランク角度信号、燃料圧送ポンプ１０の蓄圧室１１の圧力（燃料圧）信号、及びその他のエンジン冷却水温Ｔｗ、吸気圧Ｐｂ等の情報信号等が入力される。
電子制御装置１５は、圧力セン１４からの信号により燃料圧送ポンプ１０の運転を制御する制御信号を出力して当該燃料圧送ポンプ１０の電磁弁１２を作動させ、吐出量を調整して噴射圧力を制御する。
【００１２】
電子制御装置１５は、前記エンジン負荷Ｌ、エンジン回転数Ｎｅ、クランク角度θＣＲＫ、その他の情報に基づいて燃料噴射量を演算算出して燃料噴射弁駆動信号を出力し、各燃料噴射弁２を開弁制御して蓄圧室１１から高圧燃料をエンジン１の対応する気筒に噴射させる。更に、電子制御装置１５は、アフタ噴射制御手段としてのアフタ噴射制御用のマップを備えており、エンジン負荷Ｌ、エンジン回転数Ｎｅによりエンジン１の運転条件に基づいてアフタ噴射を行う気筒を指定して、当該指定した気筒の燃料噴射弁２にアフタ噴射駆動信号を出力して開弁制御する。即ち、電子制御装置１５は、アフタ噴射を行う気筒数を制御する。図２は、アフタ噴射制御手段としてのアフタ噴射制御データが格納されているマップの一例を示し、アフタ噴射は、エンジン負荷の増加と共にアフタ噴射を行う気筒数を１気筒から６気筒まで増加するように制御される。
【００１３】
以下に図３及び図４を参照して作用を説明する。
エンジン１は、前述したように６気筒とし、第１気筒〜第６気筒への主燃料噴射順序は、１−５−３−６−２−４とする。
図３において電子制御装置１５は、エンジン回転数Ｎｅ、及びエンジン負荷Ｌを検出し（ステップＳ１）、アフタ噴射制御マップからエンジン１の運転条件に応じたアフタ噴射を実行する気筒数ｎを判断する（ステップＳ２）。電子制御装置１５は、先ず、アフタ噴射の気筒数ｎが０であるか否かを判別し（ステップＳ３）、気筒数ｎが０と判別されたときにはステップＳ４に進む。このステップＳ４では、全気筒でアフタ噴射を行わない。エンジン１が全気筒でアフタ噴射を行わない運転状態は、アイドル運転状態、及びＮＯｘ還元触媒５の温度が所定温度例えば、３００℃以下の場合である。エンジン１は、アイドル運転状態においては、燃料噴射量が少ないためにＮＯｘの発生が少なく、アフタ噴射による浄化の効果が少ない。また、エンジン負荷が小さい（例えば、１／４負荷以下）運転状態では、排気温度が低く（３００℃以下）、ＮＯｘ還元触媒５は、触媒温度（略排気温度）が３００℃以下のときにはＮＯｘの浄化率が低い。従って、エンジン１がこのような負荷の小さい運転条件にあるときには、アフタ噴射を実行しないで燃費の低減を図る。
【００１４】
アフタ噴射の気筒数ｎが１と判別されたときには（ステップＳ５）、ステップＳ６に進む。このステップＳ６においてアフタ噴射を行う気筒は、クランク軸の２回転毎に第１気筒、第５気筒、第３気筒、第６気筒、第２気筒、第４気筒（以下単に「１、５、３、６、２、４」という）の順序で実行される。このアフタ噴射の順序は、クランク軸の１２回転で一巡する。そして、前記アフタ噴射の順序（１、５、３、６、２、４）が一巡したら、最初にアフタ噴射を行う気筒を例えば、第１気筒から第５気筒に変更して５、３、６、２、４、１の順序で行う。以後一巡する毎に最初にアフタ噴射を行う気筒を順次３、６、２、４の順序で変更し、前記順序で繰り返して１気筒のみアフタ噴射を続行する。このように６気筒の中の１気筒のみをアフタ噴射することで、不要なアフタ噴射燃料量を無くすことが可能となり、燃費の向上が図られる。また、アフタ噴射を行う気筒を順次変更することで、全気筒（６気筒）に均等にアフタ噴射を分担することができ、特定の気筒のみによるアフタ噴射を防止することができ、エンジンの耐久性の向上が図られる。
【００１５】
アフタ噴射の気筒数ｎが２と判別されたときには（ステップＳ７）、ステップＳ８に進む。このステップＳ８においてアフタ噴射する２つの気筒の組み合わせは、（１、６）、（５、２）、（３、４）の３種類とされ、クランク軸の２回転毎に順次組み合わせが変わる。即ち、最初の組み合わせが（１、６）、（５、２）、（３、４）とされ、クランク軸が６回転して前記組み合わせが１巡した後、次に最初のアフタ噴射を行う２気筒を（１、６）から（５、２）に変更して、（５、２）、（３、４）、（１、６）の組み合わせとする。このようにしてクランク軸が６回転する毎に３種類の組み合わせ順序を変更する。
【００１６】
アフタ噴射の気筒数ｎが３と判別されたときには（ステップＳ９）、ステップＳ１０に進む。このステップＳ１０においてアフタ噴射する３つの気筒の組み合わせは、（１、３、２）、（５、６、４）の２種類とされ、クランク軸の２回転毎に順次組み合わせが変わる。即ち、最初の組み合わせが（１、３、２）、（５、６、４）とされ、クランク軸が４回転して前記組み合わせが１巡した後、次に最初のアフタ噴射を行う３気筒を（１、３、２）から（５、６、４）に変更して（５、６、４）、（１、３、２）の組み合わせとする。このようにしてクランク軸が４回転する毎に２種類の組み合わせ順序を変更する。
【００１７】
アフタ噴射の気筒数ｎが４と判別されたときには（ステップＳ１１）、ステップＳ１２に進む。このステップＳ１２においてアフタ噴射する４つの気筒の組み合わせは、（５、３、２、４）、（１、３、６、４）、（１、５、６、２）の３種類とされ、クランク軸の２回転毎に組み合わせが変わる。即ち、最初の組み合わせが（５、３、２、４）、（１、３、６、４）、（１、５、６、２）とされ、クランク軸が６回転して組み合わせが一巡した後、次に最初のアフタ噴射を行う４気筒を（５、３、２、４）から（１、３、６、４）に変更して（１、３、６、４）、（１、５、６、２）、（５、３、２、４）の組み合わせとする。このようにしてクランク軸が６回転する毎に３種類の組み合わせ順序を変更する。
【００１８】
アフタ噴射の気筒数ｎが５と判別されたときには（ステップＳ１３）、ステップＳ１４に進む。この場合アフタ噴射をしない気筒は、１気筒であり、ステップＳ１４においては、２回転毎に１、５、３、６、２、４の気筒の順序でアフタ噴射を行わないようにする。そして、クランク軸の１２回転でこの順序が一巡したら、次のアフタ噴射を行わない気筒を第１気筒から第５気筒に変更して、５、３、６、２、４、１の順序でアフタ噴射を行わないようにする。以後一巡する毎にアフタ噴射を行わない気筒を順次３、６、２、４の順序で変更し、前記順序で繰り返して１気筒のみアフタ噴射を行わないようにする。エンジン負荷が増大してアフタ噴射の気筒数ｎが６と判別されたときには（ステップＳ１５）、ステップＳ１６に進む。このステップＳ１６においては、全気筒でアフタ噴射が行われる。
【００１９】
このようにしてエンジンの運転条件によりアフタ噴射を行う気筒数を指定することで、触媒の浄化率を低下させることなく、燃費の向上が図られる。
尚、上記実施例では、燃料噴射装置として蓄圧式（コモンレール式）燃料噴射装置を使用した場合について記述したが、これに限るものではなく他のタイプの燃料噴射装置を使用することもできる。しかしながら、実施例のように蓄圧式の燃料噴射装置を使用することで燃料噴射装置や制御系の構成が簡単となり、コストの低減も図られて好ましい。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、エンジン回転数及びエンジン負荷の運転条件に基づいてＮＯx還元触媒を還元性の雰囲気とするために排気経路に供給する燃料を噴射するアフタ噴射を行う気筒数とその組合せを指定し、且つ前記指定した気筒数に応じたクランク軸の回転が一巡する毎に前記組合せ順序を順次変更することで、エンジン負荷が低い運転状態におけるアフタ噴射による燃料の無駄な使用を防止することができ、ＮＯx還元触媒の効率を低下させることなく、燃費の低減を図ることが可能となる。
【００２１】
また、請求項２の発明では、エンジン負荷が増加するに伴いアフタ噴射を行う気筒数を増加させることで、低負荷運転状態におけるアフタ噴射燃料量を最小限に抑え、高負荷運転状態では十分なアフタ噴射燃料量を供給することが可能となり、ＮＯｘの浄化を図ると共に燃費の低減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料噴射装置の実施の形態を示す構成図である。
【図２】本発明に係る燃料噴射装置におけるアフタ噴射制御の制御マップの一例を示す図である。
【図３】本発明に係る燃料噴射装置のアフタ噴射制御の手順を示すフローチャートの一部である。
【図４】図３に示すフローチャートの残部である。
【図５】燃料噴射装置による主噴射とアフタ噴射との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１  ディーゼルエンジン
２  燃料噴射弁
４  排気経路
５  ＮＯｘ還元触媒
１０  燃料圧送ポンプ
１１  蓄圧室
１５  電子制御装置（ＥＣＵ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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