(57)【要約】【課題】圧縮着火内燃機関の排気浄化において、粒子状物質を捕集するフィルタの昇温に要する時間の短縮を図るとともに、燃焼トルクの変動を可及的に抑制する。【解決手段】圧縮着火内燃機関の吸気通路の吸気流量を調整する吸気絞り弁と、酸化機能を有する触媒が担持され排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、を備える圧縮着火内燃機関において、吸気絞り弁の開度を絞り側開度（開度１０％）とした状態で主噴射ｉｎｊｍの燃料噴射時期と後噴射ｉｎｊａ１、ｉｎｊａ２の燃料噴射時期を遅角状態としているときに、該吸気絞り弁の開度を絞り側開度（開度１０％）から開き側開度（開度１００％）に変更してフィルタを昇温させる。【選択図】  図２
2006029299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮着火内燃機関の吸気通路の吸気流量を調整する吸気絞り弁と、
酸化機能を有する触媒が担持され、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
圧縮上死点近傍の時期における主噴射の燃料噴射条件、および該主噴射後の燃料噴射であって該主噴射による噴射燃料の燃焼で燃料の少なくとも一部が燃焼される後噴射の燃料噴射条件を制御する燃料噴射制御手段と、
前記吸気絞り弁の開度を制御する吸気絞り弁開度制御手段と、
前記吸気絞り弁開度制御手段によって前記吸気絞り弁の開度を絞り側開度とした状態で前記燃料噴射制御手段によって主噴射の燃料噴射時期と後噴射の燃料噴射時期を遅角状態とすることで前記フィルタを昇温させる第一フィルタ昇温手段と、
前記第一フィルタ昇温手段によって前記フィルタの昇温が行われているときに、前記吸気絞り弁開度制御手段によって該吸気絞り弁の開度を前記絞り側開度から開き側開度に変更して前記フィルタを更に昇温させる第二フィルタ昇温手段と、
を備えることを特徴とする圧縮着火内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記第二フィルタ昇温手段は、前記吸気絞り弁の開度を前記絞り側開度から前記開き側開度に変更することで、前記主噴射の噴射燃料によって発生する燃焼トルクを増加させ且つ前記後噴射の噴射燃料によって発生する燃焼トルクを減少させるとともに、前記フィルタに供給される燃料量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の圧縮着火内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記第二フィルタ昇温手段は、前記吸気絞り弁の開度が前記絞り側開度から前記開き側開度に変更される前後において、前記主噴射における燃料噴射時期および燃料噴射量と、前記後噴射における燃料噴射時期および燃料噴射量とを変更しないことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の圧縮着火内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
吸気通路の吸気流量を調整する吸気絞り弁を有する圧縮着火内燃機関において、圧縮上死点近傍の時期における主噴射と該主噴射後の燃料噴射であって該主噴射による噴射燃料の燃焼で燃料の少なくとも一部が燃焼される後噴射の各燃料噴射条件、および前記吸気絞り弁の開度を制御することで、酸化機能を有する触媒が担持され排気中の粒子状物質を捕集するフィルタの温度を上昇させる圧縮着火内燃機関の排気浄化方法であって、
前記吸気絞り弁の開度を絞り側開度とした状態で主噴射の燃料噴射時期と後噴射の燃料噴射時期を遅角状態としているときに発生する絞り側開度時燃焼トルクと、主噴射の燃料噴射時期と後噴射の燃料噴射時期を前記遅角状態としているときに該吸気絞り弁の開度を該絞り側開度から開き側開度に変更することで発生する開き側開度時燃焼トルクと、が同程度となり、且つ前記フィルタに供給される燃料量が増加すべく、前記主噴射と前記後噴射の各燃料噴射時期および前記吸気絞り弁の開度を制御することを特徴とする圧縮着火内燃機関の排気浄化方法。
【請求項５】
前記吸気絞り弁の開度を前記絞り側開度から前記開き側開度に変更する前後において、前記主噴射における燃料噴射時期および燃料噴射量と、前記後噴射における燃料噴射時期と燃料噴射量とを変更しないことを特徴とする請求項４に記載の圧縮着火内燃機関の排気浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮着火内燃機関の排気浄化を行う排気浄化装置、および排気浄化を行うための排気浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関からの排気に含まれる粒子状物質を捕集するために、排気通路にフィルタが配置される。この場合、フィルタに捕集された粒子状物質を定期的に酸化除去してフィルタの捕集能力を回復させるために、該フィルタの温度を上昇させる必要がある。
【０００３】
ここで、排気通路に設けられたフィルタを昇温させる技術として、主噴射後に行うポスト噴射を制御する技術が公開されている（例えば、特許文献１を参照。）。この技術においては、ポスト噴射の最終的な目標噴射時期および目標噴射量を、機関回転速度や機関負荷に基づいて設定する。そして、該ポスト噴射が開始された時点では目標噴射量より少ない噴射量で、且つ目標噴射量より進角側の時期にポスト噴射を行い、時間の経過とともに、ポスト噴射の噴射量を目標噴射量に向けて徐々に増量し、且つ噴射時期を目標噴射時期に向けて徐々に遅角側に移行させる。
【０００４】
また、同様にフィルタを昇温させる技術として、フィルタに流入する排気の酸素濃度を制御する技術が公開されている（例えば、特許文献２を参照。）。この技術においては、フィルタの温度が所定温度以下のときは排気の酸素濃度を低く保ち、所定温度を超えると排気の酸素濃度を高くすることで、フィルタに捕集された粒子状物質を一気に短時間で酸化除去する。
【特許文献１】特開２００２−２８５８９６号公報
【特許文献２】特開２００２−２１３２２９号公報
【特許文献３】特開２００３−２３９７８９号公報
【特許文献４】特開２００３−１５５９１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧縮着火内燃機関の排気通路に設置されたフィルタにおいて、フィルタに捕集された粒子状物質を酸化除去するために、主噴射後の後噴射によって排気温度が上昇され、以てフィルタの昇温が図られる。更に、フィルタに流入する排気量を制限することで、排気による熱エネルギーの持ち去り量を低減させて、フィルタの昇温が図られる。
【０００６】
このような場合、フィルタに流入する排気量が比較的少量であるため、フィルタでの熱の伝播速度が低く、フィルタの昇温に要する時間が長くなる。また、後噴射によって排気温度を上昇させると、後噴射による噴射燃料が燃焼されて燃焼トルクが変動し、ドライバビリティの悪化が懸念される。
【０００７】
本発明では、上記した問題に鑑み、圧縮着火内燃機関の排気浄化において、粒子状物質を捕集するフィルタの昇温に要する時間の短縮を図るとともに、該フィルタの昇温時に燃焼トルクの変動を可及的に抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、上記した問題を解決するために、第一に、圧縮着火内燃機関の排気浄化装置に関する発明において、フィルタを昇温させて捕集された粒子状物質を酸化除去すると
きに行われる、主噴射と後噴射の噴射時期および吸気流量に着目した。これは、主噴射と後噴射の噴射時期を遅角状態とするとともに吸気流量を制御することで、圧縮着火内燃機関の燃焼トルク変動を抑制しつつ、フィルタの昇温を促進し、又はフィルタを高温状態に維持することが可能となるからである。
【０００９】
そこで、本発明は、圧縮着火内燃機関の排気浄化装置であって、圧縮着火内燃機関の吸気通路の吸気流量を調整する吸気絞り弁と、酸化機能を有する触媒が担持され、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、圧縮上死点近傍の時期における主噴射の燃料噴射条件、および該主噴射後の燃料噴射であって該主噴射による噴射燃料の燃焼で燃料の少なくとも一部が燃焼される後噴射の燃料噴射条件を制御する燃料噴射制御手段と、前記吸気絞り弁の開度を制御する吸気絞り弁開度制御手段と、前記吸気絞り弁開度制御手段によって前記吸気絞り弁の開度を絞り側開度とした状態で前記燃料噴射制御手段によって主噴射の燃料噴射時期と後噴射の燃料噴射時期を遅角状態とすることで前記フィルタを昇温させる第一フィルタ昇温手段と、前記第一フィルタ昇温手段によって前記フィルタの昇温が行われているときに、前記吸気絞り弁開度制御手段によって該吸気絞り弁の開度を前記絞り側開度から開き側開度に変更して前記フィルタを更に昇温させる第二フィルタ昇温手段と、を備える。
【００１０】
上記の燃料噴射制御手段は、主噴射および後噴射の燃料噴射条件を制御する。これらの噴射によって噴射された燃料が燃焼することで排気温度が上昇され、その排気によってフィルタが昇温される。ここでいう燃料噴射条件とは、燃料噴射に関するパラメータであり、例えば燃料噴射時期や燃料噴射量等が挙げられる。
【００１１】
上記の後噴射は、圧縮着火内燃機関における主噴射の後に行われる噴射であって、且つ後噴射によって噴射された燃料が、主噴射による噴射燃料の燃焼で発生する燃焼熱に曝されることで、少なくともその一部が燃焼に供される。従って、後噴射による噴射燃料でも燃焼トルクが発生する。
【００１２】
また、該フィルタは、酸化機能を有している触媒が担持されているため、排気に含まれる燃料がその酸化機能で酸化されて発生する酸化熱で、該フィルタは昇温される。この酸化機能を有する触媒として、いわゆる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等が挙げられる。上述の後噴射によって噴射された燃料であって燃焼に供されなかった燃料は、排気を介してフィルタに供されて、フィルタに担持された触媒によって生じる酸化熱で、フィルタの昇温に寄与することになる。
【００１３】
ここで、上記のフィルタは、圧縮着火内燃機関の排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集する能力を有している。この捕集能力は無限のものではないため、所定量の粒子状物質が捕集されると、フィルタを昇温させて捕集された粒子状物質を酸化除去してフィルタの捕集能力の再生を図る必要がある。
【００１４】
そこで、先ず、第一フィルタ昇温手段によるフィルタの昇温が実行される。該フィルタの昇温においては、吸気絞り弁の開度を絞り側開度とした状態で、主噴射と後噴射の燃料噴射時期を遅角状態とする。ここで、絞り側開度とは、フィルタに流れ込む排気量を抑制し、フィルタの有する熱エネルギーが排気によって持ち去られるのを回避し得る程度の、吸気絞り弁の開度である。即ち、絞り側開度とは、フィルタの有する熱エネルギーの低下を抑制することを目的として、圧縮着火内燃機関の機関負荷や機関回転速度等の運転状態に対応して通常設定される吸気絞り弁の開度より更に絞られた開度である。また、遅角状態とは、フィルタの昇温が行われていない場合と比べて、主噴射および後噴射の燃料噴射時期が遅角側に移行された状態であることを意味する。そして、主噴射および後噴射の燃料噴射時期が遅角状態とされると、燃焼ガスが圧縮着火内燃機関から排出されるまでに要
する時間が短くなるため、燃料噴射時期が遅角状態でない場合と比べて排気温度が上昇する。従って、遅角状態とは、排気温度を上昇させることを目的として、圧縮着火内燃機関の機関負荷や機関回転速度等の運転状態に対応して通常設定される燃料噴射時期より更に燃料噴射時期が遅角側に移行された状態と言い得る。
【００１５】
従って、吸気絞り弁の開度が絞り側開度とされ、且つ主噴射および後噴射の燃料噴射時期が遅角状態とされることで、排気からフィルタに供給される熱エネルギーが増え、且つ排気によってフィルタから持ち去られる熱エネルギーが減るため、結果的にフィルタの温度が上昇する。しかし、このままでは、フィルタに流れ込む排気流量が少ないため、フィルタにおける熱伝播速度が低く、フィルタ全体が昇温するには長時間を要する。
【００１６】
そこで、第一フィルタ昇温手段によるフィルタの昇温が行われているときに、第二フィルタ昇温手段によるフィルタの昇温が実行される。即ち、主噴射と後噴射の燃料噴射時期が遅角状態である状態で、第二フィルタ昇温手段によって、吸気絞り弁の開度が絞り側開度から開き側開度に変更される。ここで、開き側開度とは、フィルタにおける熱伝播速度を上昇させるために、前記絞り側開度より吸気流量が増加する方向の開度である。そして、吸気絞り弁の開度が開き側開度とされて吸気流量が増加することで、主噴射および後噴射での燃料の燃焼状態が変化する。即ち、主噴射による噴射燃料は多量の吸気によって燃焼が促進される一方で、該燃料の燃焼促進によって後噴射による噴射燃料が燃焼に供されにくくなる。
【００１７】
この結果、吸気絞り弁の開度を開き側開度とすることで、フィルタにおける熱伝播速度を上昇させるとともに、主噴射および後噴射による噴射燃料が燃焼されることで発生する燃焼トルクには、大きな変動は生じない。従って、前記開き側開度は、圧縮着火内燃機関での燃焼トルクに変動を生じにくい吸気絞り弁の開度でもある。
【００１８】
更に、後噴射による噴射燃料が燃焼に供されにくくなったため、排気を介してフィルタに供給される燃料量は増加する。その結果、フィルタに担持された触媒によって発生する酸化熱を増加させることができ、これはフィルタの昇温に寄与し得る。
【００１９】
以上より、上記の圧縮着火内燃機関の排気浄化装置においては、主噴射および後噴射を遅角状態としているときに吸気絞り弁の開度を開き側開度とすることで、フィルタでの熱伝播速度を上昇させて粒子状物質を捕集するフィルタの昇温に要する時間の短縮を図るとともに、該フィルタの昇温時に燃焼トルクの変動を可及的に抑制することが可能となる。
【００２０】
また、上記の圧縮着火内燃機関の排気浄化装置において、前記第二フィルタ昇温手段は、前記吸気絞り弁の開度を前記絞り側開度から前記開き側開度に変更することで、前記主噴射の噴射燃料によって発生する燃焼トルクを増加させ且つ前記後噴射の噴射燃料によって発生する燃焼トルクを減少させるとともに、前記フィルタに供給される燃料量を増加させてもよい。
【００２１】
上述したように、主噴射および後噴射を遅角状態としているときに吸気絞り弁の開度を開き側開度とすることで、主噴射による噴射燃料は多量の吸気によって燃焼が促進される一方で、該燃料の燃焼促進によって後噴射による噴射燃料が燃焼に供されにくくなる。これを換言すると、吸気絞り弁の開度を開き側開度とすることで、主噴射による噴射燃料で発生する燃焼トルクは増加し、後噴射による噴射燃料で発生する燃焼トルクは減少する。この結果、主噴射と後噴射を併せた全体の噴射による噴射燃料の燃焼トルクの変動は抑制され得る。
【００２２】
更に、後噴射による噴射燃料が燃焼に供されにくくなることで、排気中に含まれる燃料
量が増加する。その結果、フィルタに供給される燃料量が増加し、フィルタの触媒によって発生する酸化熱量も増加することになる。
【００２３】
ここで、上述までの圧縮着火内燃機関の排気浄化装置において、前記第二フィルタ昇温手段は、前記吸気絞り弁の開度が前記絞り側開度から前記開き側開度に変更される前後において、前記主噴射における燃料噴射時期および燃料噴射量と、前記後噴射における燃料噴射時期および燃料噴射量とを変更しないようにしてもよい。
【００２４】
即ち、吸気絞り弁の開き側開度を好適な開度とすることで、前記第二フィルタ昇温手段によって吸気絞り弁の開度を変更する前後において、主噴射および後噴射の燃料噴射量および燃料噴射時期を一切変更することなく、吸気絞り弁の開度を変更するという単一の動作のみでフィルタの昇温を図ることが可能となる。従って、主噴射および後噴射の燃料噴射条件を逐次若しくは段階的に制御することなくフィルタの昇温が図られるために、該昇温に要する時間の短縮を図るとともに、該フィルタの昇温時に燃焼トルクの変動を可及的に抑制することが可能となる。
【００２５】
第二に、本発明では、上記した問題を解決するために、圧縮着火内燃機関の排気浄化方法に関する発明において、主噴射と後噴射の燃料噴射時期および吸気流量に着目した。これは、主噴射と後噴射の噴射時期を遅角状態とするとともに吸気流量を制御することで、圧縮着火内燃機関の燃焼トルク変動を抑制しつつ、フィルタの昇温を促進し、又はフィルタを高温状態に維持することが可能となるからである。
【００２６】
そこで、本発明は、吸気通路の吸気流量を調整する吸気絞り弁を有する圧縮着火内燃機関において、圧縮上死点近傍の時期における主噴射と該主噴射後の燃料噴射であって該主噴射による噴射燃料の燃焼で燃料の少なくとも一部が燃焼される後噴射の各燃料噴射条件、および前記吸気絞り弁の開度を制御することで、酸化機能を有する触媒が担持され排気中の粒子状物質を捕集するフィルタの温度を上昇させる圧縮着火内燃機関の排気浄化方法であって、前記吸気絞り弁の開度を絞り側開度とした状態で主噴射の燃料噴射時期と後噴射の燃料噴射時期を遅角状態としているときに発生する絞り側開度時燃焼トルクと、主噴射の燃料噴射時期と後噴射の燃料噴射時期を前記遅角状態としているときに該吸気絞り弁の開度を該絞り側開度から開き側開度に変更することで発生する開き側開度時燃焼トルクと、が同程度となり、且つ前記フィルタに供給される燃料量が増加すべく、前記主噴射と前記後噴射の各燃料噴射時期および前記吸気絞り弁の開度を制御する。
【００２７】
吸気絞り弁の開度を絞り側開度とした状態で主噴射および後噴射の燃料噴射時期を遅角状態とすることで、フィルタの昇温を図る点については、上述の通りである。この状態から更に吸気絞り弁の開度を開き開度とすることで生じる、主噴射による噴射燃料の燃焼トルクの増加量と、後噴射による噴射燃料の燃焼トルクの減少量とを相殺させて、開き側開度時燃焼トルクを絞り側開度時燃焼トルクと同程度として、フィルタにおける熱伝播速度の上昇時におけるトルク変動を抑制し得る。また、同様に上述したように、吸気絞り弁の開度を開き側開度とすることで、後噴射による噴射燃料の一部をフィルタに供給し、酸化熱によるフィルタの昇温を図り得る。
【００２８】
そこで、主噴射と後噴射の各噴射時期および吸気絞り弁の開度である前記絞り側開度と前記開き側開度を好適に設定することで、絞り側開度時燃焼トルクと開き側開度時燃焼トルクとの間にトルク差によるトルク変動が生じるのを可及的に抑制するとともに、フィルタに燃料を供給しつつ排気量を増加させてフィルタにおける熱伝播速度を上昇させて、フィルタの昇温に要する時間の短縮を図ることが可能となる。
【００２９】
また、上記の圧縮着火内燃機関の排気浄化方法において、前記吸気絞り弁の開度を前記
絞り側開度から前記開き側開度に変更する前後において、前記主噴射における燃料噴射時期および燃料噴射量と、前記後噴射における燃料噴射時期と燃料噴射量とを変更しないようにしてもよい。
【００３０】
即ち、吸気絞り弁の開き側開度を好適な開度とすることで、吸気絞り弁の開度を変更する前後において、主噴射および後噴射の燃料噴射量および燃料噴射時期を一切変更することなく、フィルタの昇温に要する時間の短縮を図るとともに、該フィルタの昇温時に燃焼トルクの変動を可及的に抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００３１】
圧縮着火内燃機関の排気浄化において、粒子状物質を捕集するフィルタの昇温に要する時間の短縮を図るとともに、該フィルタの昇温時に燃焼トルクの変動を可及的に抑制し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
ここで、本発明に係る圧縮着火内燃機関の排気浄化装置および圧縮着火内燃機関の排気浄化方法の実施例について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００３３】
図１は、本発明が適用される圧縮着火内燃機関（以下、「内燃機関」という。）１およびその制御系統の概略構成を表す図である。内燃機関１は、４つの気筒２を有する圧縮着火式の内燃機関である。また、気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３を備えている。燃料噴射弁３は、燃料を所定圧に蓄圧する蓄圧室４と接続されている。内燃機関１には吸気枝管７が接続されており、吸気枝管７の各枝管は、吸気ポートを介して燃焼室に接続される。同様に、内燃機関１には排気枝管１２が接続され、排気枝管１２の各枝管は排気ポートを介して燃焼室に接続される。ここで、吸気ポートおよび排気ポートには、各々吸気弁および排気弁が設けられている。
【００３４】
また、吸気枝管７は吸気管８に接続されている。更に、吸気管８における吸気枝管７の直上流に位置する部位には、吸気管８内を流れる吸気の流量を調節する吸気絞り弁１０が、更に吸気絞り弁１０の上流側には、吸気管８を流れる吸入空気量を検出するエアフローメータ９が設けられている。この吸気絞り弁１０には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１０を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１１が取り付けられている。一方、内燃機関１には、ＥＧＲ装置２１が設けられている。ＥＧＲ装置２１は排気枝管１２を流れる排気の一部を吸気枝管７へ再循環させる。ＥＧＲ装置２１は、排気枝管１２（上流側）から吸気枝管７（下流側）へ延出しているＥＧＲ通路２２と、ＥＧＲ通路２２上に上流側から順に設けられたＥＧＲガス冷却用のＥＧＲクーラ２３と、ＥＧＲガスの流量調整用のＥＧＲ弁２４と、から構成される。
【００３５】
エアフローメータ９と吸気絞り弁１０との間に位置する吸気管８には、排気のエネルギーを駆動源として作動する過給機１６のコンプレッサ側が設けられ、排気枝管１２には過給機１６のタービン側が設けられている。更に、過給機１６より下流の吸気管８には、過給機１６によって加圧されて高温となった吸入空気を冷却するためのインタークーラ１５が設けられている。また、過給機１６のタービン側は、排気管１３と接続され、この排気管１３は、下流にてマフラーに接続されている。そして、排気管１３の途中には、内燃機関１からの排気を浄化するフィルタ１４が設けられている。
【００３６】
フィルタ１４は、排気中の粒子状物質を捕集する能力を有する。更に、その表面には酸化機能を有する触媒の一種であって、排気中のＮＯｘを吸蔵、還元することで浄化するいわゆる吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＮＯｘ触媒」という。）が担持されている。尚、
ＮＯｘ触媒以外の触媒であって酸化機能を有する酸化触媒をフィルタ１４に担持してもよい。
【００３７】
また、内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、ＣＰＵの他、後述する各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態等を制御するユニットである。
【００３８】
ここで、燃料噴射弁３は、ＥＣＵ２０からの制御信号によって開閉動作を行う。即ち、ＥＣＵ２０からの指令によって、燃料噴射弁３における燃料の噴射時期および噴射量が、内燃機関１の機関負荷や機関回転速度等の運転状態に応じて、噴射弁毎に制御される。また、ＥＧＲ弁２４、アクチュエータ１１等も、ＥＣＵ２０からの指令に従って制御され、以てＥＧＲガス量や吸気流量が調整される。
【００３９】
更に、アクセル開度センサ２６がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０はアクセル開度に応じた信号を受け取り、それより内燃機関１に要求される機関負荷等を算出する。また、クランクポジションセンサ２５がＥＣＵ２０と電気的に接続されており、ＥＣＵ２０は内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、内燃機関１の機関回転速度や、該機関回転速度とギア比等から内燃機関１が搭載されている車両の車両速度等を算出する。更に、フィルタ１４の上流側の排気通路に設けられた排気温度センサ２７がＥＣＵ２０と電気的に接続され、ＥＣＵ２０はフィルタ１４に流入する排気の温度を取得する。
【００４０】
このように構成される内燃機関１において、フィルタ１４によって排気中の粒子状物質が捕集されることで、粒子状物質の大気への放出が抑制される。しかし、フィルタ１４に捕集された粒子状物質量が増加すると、排気管１３における背圧が増加し内燃機関１の燃焼に影響を及ぼす。特に、内燃機関１の機関負荷が低い場合には排気温度が低いため、フィルタ１４における粒子状物質の酸化除去が促進されず、粒子状物質の捕集量が増加する。従って、フィルタ１４に捕集された粒子状物質を酸化除去するために、フィルタ１４の温度を上昇させて粒子状物質が酸化除去される温度に維持する必要がある。
【００４１】
そこで、燃料噴射弁３からの主噴射後に行われる後噴射によって排気温度の上昇を図る。更に、フィルタ１４に流入する排気量を制限することで、排気による熱エネルギーの持ち去り量を低減させて、フィルタ１４の昇温が図られる。
【００４２】
しかし、このような場合、フィルタ１４に流入する排気量が比較的少量であるため、フィルタ１４での熱の伝播速度が低く、フィルタ１４の昇温に要する時間が長くなる。また、後噴射によって排気温度を上昇させると、後噴射による噴射燃料が燃焼されて燃焼トルクが変動し、ドライバビリティの悪化が懸念される。
【００４３】
そこで、フィルタ１４の昇温に要する時間を可及的に短くするとともに、該昇温時のトルク変動を抑制するための内燃機関１の排気浄化装置、および内燃機関１の排気浄化方法について、以下に説明する。尚、内燃機関１の排気浄化装置は、内燃機関１の燃料噴射弁３、フィルタ１４、吸気絞り弁１０、およびＥＣＵ２０に格納され後述するこれらの制御を実行する制御プログラム等によって構成される。
【００４４】
図２は、フィルタ１４の昇温時における、吸気絞り弁１０の開度に応じた燃料噴射弁３からの燃料噴射の様子を示す図である。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各図において、上段が燃料噴射のタイミングを表し、下段は吸気絞り弁の開度を表している。ここで、燃料噴射において、ｉｎｊｍで表される燃料噴射は、いわゆる主噴射であって、内燃機関１に
おいて通常の燃焼が行われるとき、圧縮上死点近傍の時期において行われる燃料噴射である。また、主噴射ｉｎｊｍより早い時期に行われる燃料噴射ｉｎｊｐは、前噴射であって、主噴射ｉｎｊｍより遅い時期に行われる燃料噴射ｉｎｊａは、後噴射である。
【００４５】
また、図３は、図２に示す燃料噴射制御、吸気絞り弁１０の開度制御が行われたときの、フィルタ１４の温度推移（図３中、Ｌ１で示される。）線およびフィルタ１４に流入する排気の温度推移（図３中、線Ｌ２で示される。）を示す図である。
【００４６】
図２（ａ）は、ＥＣＵ２０が諸条件からフィルタ１４の温度を上昇させる判断したとき（図３に示すＴ１の時期）に、第一に行われる燃料噴射等の制御（以下、「第一昇温制御」という。）を表す図である。このとき、吸気絞り弁１０の開度は、全開の開度を１００％とした場合、１０％程度の開度（以下、「絞り側開度」という。）に固定され、吸気管８を流れる吸気の流量は比較的少量に制限される。これにより、フィルタ１４に流入する排気流量が減少するため、排気による熱の持ち去り量が減少する。この絞り側開度は、内燃機関１の機関負荷や機関回転速度等の運転状態に対応して通常設定される吸気絞り弁１０の開度より、更に絞られた開度である。
【００４７】
更に、燃料噴射弁３からの燃料噴射においては、時期Ｔ１を迎えることで、後噴射ｉｎｊａが行われる。この後噴射ｉｎｊａでは、主噴射による噴射燃料が燃焼されることで発生する燃焼熱によって、後噴射ｉｎｊａによる噴射燃料の少なくとも一部が燃焼されるタイミングにおいて燃料噴射弁３から噴射される。尚、第一昇温制御が行われているときの燃料噴射時期は、内燃機関１の機関負荷や機関回転速度等の運転状態に対応して通常設定される燃料噴射時期である。
【００４８】
以上より、図３に示すように、時期Ｔ１を迎え第一昇温制御が行われると、フィルタ１４に流入する排気の温度は上昇するとともに、フィルタ１４の温度も上昇する。
【００４９】
次に、図２（ｂ）は、時期Ｔ１から所定時間経過後の時期Ｔ２において、上述の第一昇温制御に代わって行われる第二昇温制御時の燃料噴射等の制御を表す図である。第二昇温制御においては、第一昇温制御で行われていた前噴射ｉｎｊｐ、主噴射ｉｎｊｍ、後噴射ｉｎｊａの噴射時期を遅角側に移行するとともに、後噴射ｉｎｊａを第一後噴射ｉｎｊａ１と後噴射ｉｎｊａ２とに分割して行っている。また、このときの吸気絞り弁１０の開度は、第一昇温制御時と同様に、絞り側開度に設定されている。
【００５０】
ここで、第一後噴射ｉｎｊａ１の噴射時期は、第一後噴射ｉｎｊａ１による噴射燃料の少なくとも一部が、遅角側に移行された主噴射ｉｎｊｍによる噴射燃料の燃焼に供される時期である。更に、第二後噴射ｉｎｊａ２の噴射時期は、第二後噴射ｉｎｊａ２による噴射燃料の少なくとも一部が、第一後噴射ｉｎｊａ１による噴射燃料の燃焼に供される時期である。
【００５１】
これら第一後噴射ｉｎｊａ１および第二後噴射ｉｎｊａ２によって、気筒２内における燃料の燃焼が比較的遅い時期に行われることになる。そのため、図３に示すように、第二昇温制御が行われた時期Ｔ２以降においては、排気温度が急激に上昇する。尚、後噴射が第一後噴射ｉｎｊａ１のみの場合でも、排気温度の上昇の程度は低下するが、ある程度の排気温度の上昇は得られる。
【００５２】
また、このとき吸気絞り弁１０の開度は絞り側開度に設定されているため、排気によるフィルタ１４の熱の持ち去り量は抑制されている。
【００５３】
以上の第一昇温制御および第二昇温制御を経て行われるフィルタ１４の昇温が、本発明
における前記第一フィルタ昇温手段によって実行されるフィルタの昇温に相当する。そして、この第二昇温制御によって、排気温度が急激に上昇し、且つ排気によるフィルタ１４の熱の持ち去り量が抑制されることで、図３に示すように、フィルタ１４の温度は５００度近くまで上昇する。しかし、排気流量が抑制されているため、フィルタ１４における熱伝播速度が低く、いずれフィルタ１４の昇温の程度が緩慢となり、フィルタ１４に捕集された粒子状物質を効率的に酸化除去し得る温度（例えば、６００度）にまでフィルタ１４の温度を上昇させるには、比較的長時間を要する。
【００５４】
そこで、フィルタ１４の温度が比較的高温となり、その温度変化が緩やかとなったとき（図３中の時期Ｔ３）に、上述の第二昇温制御に代えて以下に説明する第三昇温制御が行われる。第三昇温制御は、図２（ｃ）に示す制御であり、燃料噴射弁３からの燃料噴射量、燃料噴射時期等の燃料噴射に関する制御は、第二昇温制御時から変更されない。第三昇温制御と第二昇温制御との相違点は、吸気絞り弁１０の開度が、絞り側開度から開き側開度に設定される点である。本実施例では、開き側開度は吸気絞り弁１０が全開となる状態である。
【００５５】
第三昇温制御によって、吸気絞り弁１０の開度が絞り側開度から開き側開度に変更されると、気筒２内への吸気流量が変更される。これにより、前噴射ｉｎｊｐおよび主噴射ｉｎｊｍによる噴射燃料の燃焼具合が改善されるため、これらの燃料による燃焼トルクが増加する一方で、これらの燃料の燃焼速度が上昇する。そのため、主噴射ｉｎｊｍによる燃料の燃焼に供される第一後噴射ｉｎｊａ１による噴射燃料量が減少し、同様に第一後噴射ｉｎｊａ１による燃料の燃焼に供される第二後噴射ｉｎｊａ２による噴射燃料量が減少する。
【００５６】
この結果、第一後噴射ｉｎｊａ１および第二後噴射ｉｎｊａ２による燃焼トルクは減少するが、この反面、これらの後噴射による噴射燃料のうち燃焼に供される燃料量が減少することで、排気中の燃料量が増加する。そして、排気中の燃料がフィルタ１４に担持されたＮＯｘ触媒で酸化されることで、フィルタ１４の昇温が図られる。尚、第三昇温制御が行われているとき、吸気絞り弁１０の開度が開き側開度とされたことで、排気温度は図３に示すように低下するが、前記ＮＯｘ触媒での酸化熱によって、フィルタ１４の温度は高温に維持される。尚、以上の第三昇温制御を経て行われるフィルタ１４の昇温が、本発明における前記第二フィルタ昇温手段によって実行されるフィルタの昇温に相当する。
【００５７】
以上をまとめると、第三昇温制御によって、前噴射ｉｎｊｐおよび主噴射ｉｎｊｍによる燃焼トルクの増加分と、第一後噴射ｉｎｊａ１および第二後噴射ｉｎｊａ２による燃焼トルクの減少分とを相殺させることで、燃焼トルク自体の変動量を可及的に抑制することが可能となる。そして、フィルタ１４に供給される燃料量を増加させることで、酸化熱によりフィルタ１４の温度を上昇、高温に維持する。このとき、吸気絞り弁１０の開度が開き側開度に設定されているため排気流量が多くなり、フィルタ１４での熱伝播速度が高くなる。従って、フィルタ１４の温度を、捕集された粒子状物質を酸化除去できる温度にまで可及的に早く上昇させることが可能となる。
【００５８】
更に、第二昇温制御から第三昇温制御に移行するに際して、燃料噴射弁３からの燃料噴射に関するパラメータ（燃料噴射量、燃料噴射時期等）を変更していない。即ち、燃料噴射に関する煩雑な制御をすることなく、フィルタ１４の早急な昇温を行うことが可能となる。
【００５９】
ここで、図４に、上記の第二昇温制御から第三昇温制御に移行する際の、燃焼トルク（図４（ａ）に示す。）、排気温度（図４（ｂ）に示す。）、排気中の燃料濃度（以下、「ＨＣ濃度」という。）（図４（ｃ）に示す。）の変化を検証したデータを示す。
【００６０】
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示される点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６は、所定の動作を行った際の燃焼トルク、排気温度、ＨＣ濃度を示す。この所定の動作は、上記の第二昇温制御や第三昇温制御とは関係ない動作であり、図４において燃焼トルク等の変化を検証するためだけに行った動作である。
【００６１】
ここで、点Ｐ１は、第二昇温制御が行われているときの燃焼トルク等を表す。点Ｐ２は、点Ｐ１の状態から第二後噴射を中止した際の燃焼トルク等を表す。点Ｐ３は、点Ｐ２の状態から更に第一後噴射を中止した際の燃焼トルク等を表す。点Ｐ４は、点Ｐ３の状態から吸気絞り弁１０の開度を開き側開度に設定した際の燃焼トルク等を表す。点Ｐ５は、点Ｐ４の状態から第一後噴射を再開した際の燃焼トルク等を表す。点Ｐ６は、点Ｐ５の状態から第二後噴射を再開し、第三昇温制御が行われている状態とした際の燃焼トルク等を表す。
【００６２】
点Ｐ１から点Ｐ２、Ｐ３と移行するに従い、噴射燃料が低下することで燃焼トルク、排気温度が低下する。ここで、点Ｐ３から点Ｐ４へ移行すると、即ち、後噴射が行われていない状態で吸気絞り弁１０の開度が開き側開度に設定されることで、図４（ａ）に示すように前噴射および主噴射の燃焼が改善され、その結果として燃焼トルクが５Ｎｍ増加している。このとき、排気温度は最も低い。
【００６３】
そして、点Ｐ４から点Ｐ５、Ｐ６へと移行するに従い、後噴射が順次再開されることで、燃焼トルクが上昇し、点Ｐ１と同程度の燃焼トルクにまで回復する。ここで、点Ｐ１から点Ｐ３に至るときの燃焼トルクの変化量は２５Ｎｍであるのに対し、点Ｐ４から点Ｐ６に至るときの燃焼トルクの変化量は２０Ｎｍに留まる。これは、上述したように、吸気絞り弁１０の開度が開き側開度とされることで、前噴射および主噴射の燃焼速度が上昇し、この燃焼に供される後噴射の燃料量が減少したことによる。そのため、燃焼に供されなかった後噴射による燃料量の増加が、排気中のＨＣ濃度の増加として、図４（ｃ）の点Ｐ５、点Ｐ６として現れる。尚、点Ｐ１から点Ｐ６に至り吸気流量が増加されたことで、後噴射が再開されたときの排気温度は、２００度近く低下する。
【００６４】
以上より、燃焼トルクに関しては、第二昇温制御から第三昇温制御へ移行することで、前噴射および主噴射の噴射燃料による燃焼トルクの増加と、第一後噴射および第二後噴射の噴射燃料による燃焼トルクの減少が相殺されて、結果的に燃焼トルク変動は生じない。また、排気温度に関しては、吸気流量が増加することで、低下する。また、ＨＣ濃度に関しては、第一後噴射および第二後噴射の噴射燃料が燃焼されにくくなることで、増加する。
【００６５】
そして、図４に示すように、第二昇温制御から第三昇温制御へ移行する際に燃焼トルクが変動せず、且つ排気中のＨＣ濃度が増加するように、主噴射、第一後噴射、第二後噴射の燃料噴射時期、および吸気絞り弁１０の開度が決定される。本実施例における燃料噴射時期や吸気絞り弁１０の絞り側開度、開き側開度は、図４に示す結果に基づいている。即ち、これら燃料噴射時期や吸気絞り弁１０の開度については、予め実験等で図４に示すように、第二昇温制御が行われている状態から順次、燃料噴射時期や吸気絞り弁１０の開度を第三昇温制御が行われる状態に変更して、その際の燃焼トルク、排気温度、排気中のＨＣ濃度等を検出し、それらの変動から、より好適な制御状態を決定するようにする。
【００６６】
ここで、上記の第三昇温制御を行ってフィルタ１４の温度を上昇させた場合（ケース１）と、第三昇温制御を使わずに第二昇温制御によってフィルタ１４の温度を上昇させた場合（ケース２）とにおける、フィルタ１４の温度上昇の違いを図６および図７に示す。尚、図５に、フィルタ１４の概略的な構成と、フィルタ１４の温度上昇の測定のための測定
点を示す。
【００６７】
図５に示すように、フィルタ１４における温度上昇の測定点は、フィルタ１４の中心軸Ａ１と周辺近傍Ａ２上の３点で行った。この３点は、フィルタ１４の排気流入側端面１４ａから、それぞれ２０ｍｍ、７５ｍｍ、１３０ｍｍ離れた箇所である。
【００６８】
そして、図６は、中心軸Ａ１上の３点での温度推移を表し、線Ｌ３は排気流入端面１４ａから２０ｍｍ離れた箇所の温度推移を、線Ｌ４は排気流入端面１４ａから７５ｍｍ離れた箇所の温度推移を、線Ｌ５は排気流入端面１４ａから１３０ｍｍ離れた箇所の温度推移を表している。また、図６（ａ）はケース１に、図６（ｂ）はケース２にそれぞれ対応している。図６に示すように、第三昇温制御を行うことで、フィルタ１４の温度が２５０度近傍から６３０度近傍まで上昇するのに要する時間が短縮されている。
【００６９】
また、図７は、周辺近傍Ａ２上の３点での温度推移を表し、線Ｌ６は排気流入端面１４ａから２０ｍｍ離れた箇所の温度推移を、線Ｌ７は排気流入端面１４ａから７５ｍｍ離れた箇所の温度推移を、線Ｌ８は排気流入端面１４ａから１３０ｍｍ離れた箇所の温度推移を表している。また、図７（ａ）はケース１に、図７（ｂ）はケース２にそれぞれ対応している。図７に示すように、第三昇温制御を行うことで、フィルタ１５の周辺部の到達最高温度は上昇し、且つ３点での温度分布がより密な状態となっている。即ち、これは、第三昇温制御を行うことで、フィルタ１４における熱伝播速度が高くなり、フィルタ１４の早急な昇温に寄与していることを意味する。
【００７０】
ここで、図８に、上述したフィルタ１４の昇温制御のフローチャートを示す。以下に、そのフローチャートの説明を行う。このフィルタ昇温制御は、ＥＣＵ２０によって行われる制御である。
【００７１】
Ｓ１０１では、フィルタ１４での粒子状物質（以下、「ＰＭ」という。）の堆積量が、所定の堆積量Ｓ１を超えているか否かが判定される。ここで、所定の堆積量Ｓ１とは、フィルタ１４の捕集能力を再生させる必要があると判定されるときのＰＭ堆積量の閾値である。また、フィルタ１４のＰＭ堆積量は、前回行われたフィルタ１４の捕集能力の再生から経過した時間や、その間の内燃機関１の運転状態等から推定される。また、フィルタ１４の上流側と下流側との排気圧力差からＰＭ堆積量を推定してもよい。ＰＭ堆積量が所定の堆積量Ｓ１を超えると判定されるとＳ１０２へ進み、ＰＭ堆積量が所定の堆積量Ｓ１を超えないと判定されると、再びＳ１０１の判定が行われる。
【００７２】
Ｓ１０２では、上述した第一昇温制御が行われる。即ち、吸気絞り弁１０の開度が絞り側開度に設定される。また、燃料噴射弁３からの燃料噴射として、図２（ａ）に示すように、前噴射、主噴射、後噴射の三種類が行われる。Ｓ１０２の処理が終了すると、Ｓ１０３へ進む。
【００７３】
Ｓ１０３では、Ｓ１０２で行われていた第一昇温制御に代わって、上述した第二昇温制御が行われる。即ち、図２（ｂ）に示すように、前噴射、主噴射、後噴射の噴射時期が遅角側に移行されるとともに、後噴射が第一後噴射と第二後噴射に分割される。Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０４へ進む。
【００７４】
Ｓ１０４では、フィルタ１４に流入する排気の温度である入りガス温度が、基準温度Ｔ０を超えるか否かが判定される。基準温度Ｔ０は、第二昇温制御によって上昇した排気温度のその程度が緩やかになったと判定し得る排気温度であり、例えば図３の時期Ｔ３における排気温度を指す。尚、入りガス温度は、排気温度センサ２７によって検出される。入りガス温度が基準温度Ｔ０を超えると判定されるとＳ１０５へ進み、入りガス温度が基準
温度Ｔ０を超えていないと判定されるとＳ１０４の判定が再び行われる。
【００７５】
Ｓ１０５では、吸気絞り弁１０の開度が、開き側開度である全開状態に設定される。即ち、これによって、上述の第三昇温制御が行われる。Ｓ１０５の処理が終了すると、Ｓ１０６へ進む。
【００７６】
Ｓ１０６では、フィルタ１４のＰＭ堆積量が所定の堆積量Ｓ０より少ないか否かが判定される。この所定の堆積量Ｓ０は、第三昇温制御によるフィルタ１４の昇温を中止するか否かを判定するための閾値である。従って、ＰＭ堆積量が所定の堆積量Ｓ０より少ないと判定されると、第三昇温制御を中止して、本制御を終了する。尚、第三昇温制御を中止すると、燃料噴射弁３による燃料噴射および吸気絞り弁１０の開度は、内燃機関１の機関負荷や機関回転速度に応じて、適宜好適な状態に制御される。また、ＰＭ堆積量が所定の堆積量Ｓ０以上であると判定される、第三昇温制御を継続して、フィルタ１４に捕集されたＰＭの酸化除去を行う。
【００７７】
本制御によると、第一昇温制御、第二昇温制御、第三昇温制御を介してフィルタ１４の昇温を図り、捕集されたＰＭの酸化除去が行われる。特に、第三昇温制御によって、内燃機関１での燃焼トルクの変動を伴うことなく、フィルタ１４全体の温度を早急に上昇させて捕集されたＰＭの酸化除去を効率的に、短期間で行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明が適用される圧縮着火内燃機関およびその制御系統の概略構成を表す図である。
【図２】本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の排気浄化装置において行われる、第一昇温制御、第二昇温制御および第三昇温制御における燃料噴射および吸気絞り弁の開度の様子を表す図である。
【図３】本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の排気浄化装置においてフィルタの昇温が行われている際の、排気温度およびフィルタ温度の推移を表す図である。
【図４】本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の排気浄化装置において、第二昇温制御から第三昇温制御への移行が行われる際の、燃焼トルク、排気温度、排気中のＨＣ濃度の変化の検証結果を表す図である。
【図５】本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の排気浄化装置における、フィルタの概略的な構成を表す図である。
【図６】本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の排気浄化装置において、第三昇温制御が行われたときと第三昇温制御が行われていないときのフィルタ温度の推移を表す第一の図である。
【図７】本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の排気浄化装置において、第三昇温制御が行われたときと第三昇温制御が行われていないときのフィルタ温度の推移を表す第二の図である。
【図８】本発明の実施例に係る圧縮着火内燃機関の排気浄化装置において行われるフィルタ昇温制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【００７９】
１・・・・圧縮着火内燃機関（内燃機関）
３・・・・燃料噴射弁
１０・・・・吸気絞り弁
１１・・・・吸気絞り用アクチュエータ
１３・・・・排気管
１４・・・・フィルタ
１６・・・・過給機
２０・・・・ＥＣＵ
２７・・・・排気温度センサ
【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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【図６】
2006029299.tif 000008
【図７】
2006029299.tif 000009
【図８】
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