(57)【要約】【課題】排気温度を上昇させることができ、かつ排気温度を上昇させる際に出力トルクの変動が発生しない燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】触媒の作用により排気ガスを浄化する後処理装置３０と、排気温度を検出する排気温度検出手段３４と、内燃機関Ｅの運転状態から基本燃料噴射量及び基本燃料噴射時期を決定する手段と、実際の燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御する制御手段１２とを備え、制御手段１２は、排気温度が後処理装置３０の触媒の活性温度よりも低いときには、実際の燃料噴射時期を基本燃料噴射時期よりもリタードさせて排気温度を上昇させる燃料噴射制御装置であって、制御手段１２は、実際の燃料噴射時期を基本噴射時期よりもリタードさせるときに、リタードに伴う出力トルクの減少を補うべく実際の燃料噴射量を基本燃料噴射量よりも増量するものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられ、触媒の作用により排気ガスを浄化する後処理装置と、上記後処理装置を通過する排気ガスの温度を検出又は演算する排気温度検出手段と、内燃機関の負荷及び回転速度等の運転状態から基本燃料噴射量及び基本燃料噴射時期を決定する手段と、内燃機関の燃料噴射弁による実際の燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記排気温度検出手段により検出又は演算された排気温度が上記後処理装置の触媒の活性温度まで上昇しているときには上記実際の燃料噴射量及び燃料噴射時期を上記基本燃料噴射量及び基本燃料噴射時期と等しくなるように制御し、上記排気温度検出手段により検出又は演算された排気温度が上記後処理装置の触媒の活性温度よりも低いときには、上記実際の燃料噴射時期を上記基本燃料噴射時期よりもリタードさせて排気温度を上昇させる燃料噴射制御装置であって、
上記制御手段は、上記実際の燃料噴射時期を上記基本燃料噴射時期よりもリタードさせるときに、そのリタードに伴う内燃機関の出力トルクの減少を補うべく上記実際の燃料噴射量を上記基本燃料噴射量よりも増量することを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項２】
上記制御手段は、上記内燃機関の負荷及び回転速度に応じて上記リタード量を決定すると共に、上記内燃機関の負荷及び回転速度に応じて上記基本燃料噴射量よりも増量された上記実際の燃料噴射量を決定する請求項１記載の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
上記制御手段に、上記内燃機関の負荷及び回転速度に対する上記リタード量、および上記内燃機関の負荷及び回転速度に対する上記基本燃料噴射量よりも増量された燃料噴射量がそれぞれマップとして予め入力され、上記制御手段はそれらマップに従って上記実際の燃料噴射時期及び上記実際の燃料噴射量を制御する請求項２記載の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガスの後処理装置を備えたディーゼルエンジンの燃料噴射制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンでは、排気ガスに含まれる粒子状物質（パティキュレート：以下ＰＭという）、窒素酸化物（ＮＯｘ）及びＨＣ等の低減が大きな課題であり、これらを低減するために様々な後処理装置が提案されている。
【０００３】
例えば、連続再生型ＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルター）と称されるものは、セラミック製のモノリスハニカム型ウォールフロータイプのフィルタや、セラミックや金属を繊維状にした繊維型フィルタなどにゼオライト等の触媒を担持させたものを備え、排気ガス中のＰＭをフィルタで捕集し、その捕集したＰＭを触媒の作用により焼却・除去するものである。
【０００４】
ところで、この連続再生型ＤＰＦ等のように触媒の作用を利用する後処理装置では、排気ガスの温度が触媒の活性温度（例えば、２５０°以上）でなければ充分な排気浄化効果を得ることができない。
【０００５】
このため、エンジンの始動直後や低負荷走行時などのように排気温度が低いときは、後処理装置による排気ガスの浄化ができないおそれがある。
【０００６】
そこで従来、排気温度が後処理装置の触媒の活性温度に達していないときには、エンジンの吸気絞り弁を絞って吸入空気量を低減し、空燃比をリッチにして排気温度を上昇させていた。しかしながら、この方法では、排気ガスの量そのものが低減するため、排気温度の上昇効果が小さかった。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−２５２５４３号公報
【特許文献２】
特開平１１−８１９９２号公報
【特許文献３】
特開平１０−２８８０６７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、排気温度を上昇させる他の手段として、燃料の噴射時期（タイミング）を通常の噴射タイミングよりもリタード（遅角）させることが提案されている。この方法では、排気温度を比較的大きく上昇させることができる。
【０００９】
ところが、燃料の噴射タイミングをリタードさせると、エンジンの出力トルクが減少してしまう問題があった。
【００１０】
これを、図５を用いて説明する。
【００１１】
図中、横軸が燃料噴射量であり、縦軸がエンジンのクランク軸の出力トルクである。また、ラインＡは燃料を通常の噴射タイミングで噴射したときの出力線図であり、ラインＢは燃料の噴射タイミングを所定量リタードしたときの出力線図である。
【００１２】
図から分かるように、燃料噴射量を同一とした場合、噴射タイミングをリタードさせたときの出力トルクは、通常のタイミングで燃料を噴射したときと比較して小さくなる。従って、例えば、図中点Ｃの状態から、排気温度を上昇させるために燃料噴射タイミングをリタードさせると、出力トルクがＰ１からＰ２へと減少し、これがドライバにショックを感じさせてしまうおそれがある。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、後処理装置の浄化能力を確保すべく排気温度を上昇させることができ、かつ排気温度を上昇させる際に出力トルクの変動が発生しない燃料噴射制御装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、触媒の作用により排気ガスを浄化する後処理装置と、上記後処理装置を通過する排気ガスの温度を検出又は演算する排気温度検出手段と、内燃機関の負荷及び回転速度等の運転状態から基本燃料噴射量及び基本燃料噴射時期を決定する手段と、内燃機関の燃料噴射弁による実際の燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記排気温度検出手段により検出又は演算された排気温度が上記後処理装置の触媒の活性温度まで上昇しているときには上記実際の燃料噴射量及び燃料噴射時期を上記基本燃料噴射量及び基本燃料噴射時期と等しくなるように制御し、上記排気温度検出手段により検出又は演算された排気温度が上記後処理装置の触媒の活性温度よりも低いときには、上記実際の燃料噴射時期を上記基本燃料噴射時期よりもリタードさせて排気温度を上昇させる燃料噴射制御装置であって、上記制御手段は、上記実際の燃料噴射時期を上記基本燃料噴射時期よりもリタードさせるときに、そのリタードに伴う内燃機関の出力トルクの減少を補うべく上記実際の燃料噴射量を上記基本燃料噴射量よりも増量するものである。
【００１５】
この構成によれば、排気温度を上昇させるべく燃料の噴射時期をリタードしたときに、そのリタードに伴うトルク変動を補うように燃料噴射量が増量されるため、結果として燃料噴射時期のリタードを実行する前後でほぼ同一の出力トルクを得られることになり、ドライバにショックを感じさせるおそれがない。
【００１６】
ここで、上記制御手段が、上記内燃機関の負荷及び回転速度に応じて上記リタード量を決定すると共に、上記内燃機関の負荷及び回転速度に応じて上記基本燃料噴射量よりも増量された上記実際の燃料噴射量を決定するようにしても良い。
【００１７】
また、上記制御手段に、上記内燃機関の負荷及び回転速度に対する上記リタード量、および上記内燃機関の負荷及び回転速度に対する上記基本燃料噴射量よりも増量された燃料噴射量をそれぞれマップとして予め入力しておき、上記制御手段がそれらマップに従って上記実際の燃料噴射時期及び上記実際の燃料噴射量を制御するようにしても良い。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１９】
図１は、本実施形態の燃料噴射制御装置及び後処理装置の概略図である。
【００２０】
本実施形態の燃料噴射制御装置を適用するエンジン（内燃機関）Ｅは、コモンレール式燃料噴射装置を備えた６気筒ディーゼルエンジンである。
【００２１】
本実施形態の燃料噴射制御装置は、図示しない燃料タンクからの燃料をコモンレール７に供給するためのサプライポンプ５と、コモンレール７に複数接続され、エンジンＥの各気筒の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）６とを備える。
【００２２】
サプライポンプ５は吐出圧力を調整可能な調圧ポンプであり、コントローラ（制御手段）１２によってその吐出圧力が制御される。
【００２３】
コモンレール７には圧力センサ１１が設けられており、コモンレール７内の燃料圧力が圧力センサ１１により検出され、その検出値がコントローラ１２に入力される。
【００２４】
各燃料噴射弁６はコントローラ１２に接続されており、コントローラ１２から出力される駆動信号によって制御（駆動）される。コントローラ１２には、エンジンＥの回転速度を検出するエンジン回転センサ１６、車両のアクセル開度（エンジン負荷）を検出するアクセル開度センサ１７等の検出手段が接続されており、各検出手段１６，１７の検出値がコントローラ１２に入力される。コントローラ１２は、エンジン回転センサ１６により検出された実際のエンジン回転速度と、アクセル開度センサ１７により検出された実際のアクセル開度とに基づいて、予め入力された基本燃料噴射マップから基本燃料噴射量及び基本燃料噴射時期（タイミング）を決定する。そして、コントローラ１２は、基本的にはこの基本燃料噴射量及び基本燃料噴射タイミングに従って各燃料噴射弁６に駆動信号を出力する。
【００２５】
エンジンＥの各気筒の排気ポートは排気マニホールド２３を介して１本の集合排気管（排気通路）２４に接続され、その集合排気管２４の途中に排気ガスを浄化するための後処理装置３０が設けられる。本実施形態の後処理装置３０は、集合排気管２４に連続して形成されたケーシング３１と、そのケーシング３１内に設けられ、排気ガス中のＰＭを捕集して焼却・除去する触媒付フィルタ３２とを備えた、所謂、ＤＰＦと称されるものである。触媒付フィルタ３２は、例えばセラミック製のモノリスハニカム型ウォールフロータイプのフィルタや、セラミックや金属を繊維状にした繊維型フィルタなどにゼオライト等の触媒を担持させたものが用いられる。
【００２６】
排気ガスが後処理装置３０内を通過すると、触媒付フィルタ３２で排気ガス中のＰＭが捕集され、触媒の作用によりその捕集されたＰＭが酸化・除去される。
【００２７】
後処理装置３０には、後処理装置３０を通過する排気ガスの温度を検出するためのセンサ（排気温度検出手段）３４が設けられ、そのセンサ３４の検出値はコントローラ１２に送信される。
【００２８】
なお、図１ではエンジンＥの吸気管は省略されている。
【００２９】
さて、「従来の技術」の欄で説明したように、触媒の作用を利用する後処理装置３０は、その後処理装置３０を通過する排気ガスの温度（以下、単に排気温度という）が触媒の活性温度（例えば２５０°）に達していなければ、充分な排気浄化効果を得ることができない。そこで、センサ３４により検出された排気温度が触媒の活性温度よりも低いときには、実際の燃料噴射タイミングを通常の基本燃料噴射タイミングよりもリタード（遅角）させて排気温度を上昇させるのであるが、本発明は、この排気温度上昇制御を実行するときに、燃料噴射タイミングのリタードに伴うエンジンＥの出力トルクの減少を補うべく、実際の燃料噴射量を基本燃料噴射量に対して増量補正する。
【００３０】
以下、図２及び図３を用いてこの点について説明する。
【００３１】
図２は燃料の噴射タイミングと噴射量とを模式的に示した図である。図２では、主噴射と、主噴射よりも早い予噴射とを実行する２段階噴射の例を示している。
【００３２】
図３（ａ）は排気温度上昇制御の開始前後における主噴射の噴射タイミングを示し、図３（ｂ）は排気温度上昇制御の開始前後における主噴射の噴射量を示し、図３（ｃ）は排気温度上昇制御の開始前後におけるエンジンＥのクランク軸の出力トルクを示している。
【００３３】
まず、センサ３４により検出された排気温度が後処理装置３０の触媒付フィルタ３２の触媒の活性温度まで上昇している場合、コントローラ１２は、上記基本燃料噴射マップから予噴射及び主噴射の基本燃料噴射タイミングと基本燃料噴射量とをそれぞれ決定し、それら基本燃料噴射タイミング及び基本燃料噴射量に従って燃料噴射弁６に駆動信号を出力する。従って、燃料噴射弁６による実際の予噴射の燃料噴射タイミングＴｐ及び燃料噴射量Ｑｐ（図２中三角形の面積に相当）と、主噴射の燃料噴射タイミングＴｍ及び燃料噴射量Ｑｍとは、それぞれ基本燃料噴射タイミング及び基本燃料噴射量と等しくなる。
【００３４】
一方、エンジンＥの始動直後や低負荷走行時などのように排気温度が低く、センサ３４により検出された排気温度が後処理装置３０の触媒付フィルタ３２の触媒の活性温度よりも低い場合、コントローラ１２は排気温度上昇制御を実行する。即ち、エンジン回転センサ１６により検出された実際のエンジン回転速度と、アクセル開度センサ１７により検出された実際のアクセル開度とに基づいて、基本燃料噴射マップから予噴射及び主噴射の基本燃料噴射タイミングを決定すると共に、後述するリタード量決定マップから予噴射及び主噴射のリタード量を決定し、上記基本燃料噴射タイミングにリタード量を加算して予噴射及び主噴射のリタード噴射タイミングをそれぞれ決定する。また、後述する増量燃料噴射マップから予噴射及び主噴射の増量燃料噴射量を決定する。詳しくは後程説明するが、この増量燃料噴射マップにより決定される予噴射及び主噴射の増量燃料噴射量は、同一のエンジン回転速度及びアクセル開度において基本燃料噴射マップから決定される基本燃料噴射量よりも多い。そして、コントローラ１２は、上記リタード噴射タイミング及び増量燃料噴射量に従って燃料噴射弁６に駆動信号を出力する。
【００３５】
従って、燃料噴射弁６による実際の予噴射の燃料噴射タイミングＴｐ’及び主噴射の燃料噴射タイミングＴｍ’はそれぞれ、予噴射及び主噴射の基本燃料噴射タイミングよりも遅くなり、実際の予噴射の燃料噴射量Ｑｐ’及び主噴射の燃料噴射量Ｑｍ’はそれぞれ、予噴射及び主噴射の基本燃料噴射量よりも多くなる。
【００３６】
なお、予噴射及び主噴射の燃料噴射タイミングを基本燃料噴射タイミングよりリタードし、燃料噴射量は基本燃料噴射量と同一とした場合を図２中点線で示す。
【００３７】
このように、本実施形態の燃料噴射制御装置では、燃料噴射タイミングのリタードに伴うエンジンＥの出力トルクの減少を補うように燃料噴射量が増量補正されるので、結果として、図３（ｃ）に示すように、排気温度上昇制御を実行する前後でほぼ同一の出力トルクを得られることなり、ドライバにショックを感じさせるおそれがない。
【００３８】
次に、排気温度上昇制御時の燃料噴射タイミングのリタード量の決定方法を説明する。
【００３９】
まず、エンジンＥの回転速度とエンジンＥの負荷（主にアクセル開度により決定する）とに応じて、基本燃料噴射タイミングに対する適切なリタード量を予め試験などにより求めておき、それをコントローラ１２にリタード量決定マップとして入力しておく。そして、排気温度上昇制御時に、エンジン回転センサ１６により検出された実際のエンジン回転速度と、アクセル開度センサ１７により検出された実際のアクセル開度とに基づいてリタード量決定マップからリタード量を決定し、そのリタード量を基本燃料噴射マップから決定した基本燃料噴射タイミングに加算してリタード噴射タイミングを決定する。
【００４０】
次に、燃料噴射タイミングのリタードに伴う燃料噴射量の増量補正について説明する。
【００４１】
まず、エンジンＥの回転速度とエンジンＥの負荷とに応じて、基本燃料噴射量に対して適切な量だけ増量された増量燃料噴射量を予め試験などにより求めておき、それをコントローラ１２に増量燃料噴射マップとして入力しておく。そして、排気温度上昇制御時に、エンジン回転センサ１６により検出された実際のエンジン回転速度と、アクセル開度センサ１７により検出された実際のアクセル開度とに基づいて増量燃料噴射マップから増量燃料噴射量を決定する。
【００４２】
図４に燃料噴射量を決定するためのブロック図を示す。
【００４３】
図に示すように、エンジン回転センサ１６から入力されたエンジン回転速度ＥＮＧｒｐｍとアクセル開度センサ１７から入力されたエンジン負荷（アクセル開度）ＥＮＧｌｏａｄとに基づいて、基本燃料噴射マップＭ１から基本燃料噴射量Ｑｂａｓｅを決定し、同様にエンジン回転速度ＥＮＧｒｐｍとエンジン負荷ＥＮＧｌｏａｄとに基づいて、増量燃料噴射マップＭ２から増量燃料噴射量Ｑｇａｉｎを決定する。そして、排気温度上昇制御モード（ＤＰＦ  Ｍｏｄｅ）がＯＦＦである場合はスイッチＳが０に切り換えられ、基本燃料噴射量Ｑｂａｓｅが、最終的にコントローラ１２が出力する最終燃料噴射量Ｑｆｉｎａｌとして決定される。一方、排気温度上昇制御モード（ＤＰＦ  Ｍｏｄｅ）がＯＮである場合はスイッチＳが１に切り換えられ、増量燃料噴射量Ｑｇａｉｎが最終燃料噴射量Ｑｆｉｎａｌとして決定される。
【００４４】
ここで、増量燃料噴射量は、排気温度上昇制御を実行する前後でエンジンＥの出力トルクが変化しないような値に設定される。
【００４５】
図５を用いて一例を説明する。図中、横軸が予噴射と主噴射の燃料噴射量を合計した総燃料噴射量であり、縦軸がエンジンＥのクランク軸の出力トルクである。また、ラインＡは燃料を通常の噴射タイミング（基本燃料噴射タイミング）で噴射したときの出力線図であり、ラインＢは燃料の噴射タイミングを基本燃料噴射タイミングから所定量リタードしたときの出力線図である。
【００４６】
今、排気温度上昇制御（燃料噴射タイミングのリタード）が実行されていない点Ｃの状態で車両が走行しているとする。このときの、燃料噴射量はＱ１でありエンジンＥの出力トルクはＰ１である。ここで、排気温度を上昇させるために燃料噴射タイミングをリタードさせたときに、リタード後の出力トルクがリタード前の出力トルクＰ１と等しくなる点Ｑ２まで燃料噴射量を増量補正する。つまり、補正量はＱ２−Ｑ１となる。これによって、排気温度上昇制御の前後でトルク変動の発生を無くすことができる。このように、排気温度上昇制御を実行したときにトルク変動が発生しないような増量燃料噴射量Ｑｇａｉｎの値を予め試験などにより各運転状態毎に求めておき、図４に示すような増量燃料噴射マップＭ２を作成する。
【００４７】
本発明はこれまで説明してきた実施例に限定はされず、様々な変形例が考えられる。
【００４８】
例えば、燃料噴射量を図６に示すブロック図に従って決定するようにしても良い。この形態では、基本燃料噴射量Ｑｂａｓｅとエンジン回転速度ＥＮＧｒｐｍとに応じて適切な補正量Ｑｃｏｒｒｅｃｔを設定した補正量マップＭ３が作成される。そして、コントローラ１２はエンジン回転センサ１６から入力されたエンジン回転速度ＥＮＧｒｐｍとアクセル開度センサ１７から入力されたエンジン負荷ＥＮＧｌｏａｄとに基づいて基本燃料噴射マップＭ１から基本燃料噴射量Ｑｂａｓｅを決定し、その基本燃料噴射量Ｑｂａｓｅとエンジン回転速度ＥＮＧｒｐｍとに基づいて補正量マップＭ３から補正量Ｑｃｏｒｒｅｃｔを決定する。そして、排気温度上昇制御モード（ＤＰＦ  Ｍｏｄｅ）がＯＦＦである場合はスイッチＳが０に切り換えられ、基本燃料噴射量Ｑｂａｓｅが最終燃料噴射量Ｑｆｉｎａｌとして決定される。一方、排気温度上昇制御モード（ＤＰＦ  Ｍｏｄｅ）がＯＮである場合はスイッチＳが１に切り換えられ、基本燃料噴射量Ｑｂａｓｅに補正量Ｑｃｏｒｒｅｃｔを加算した値（図４の形態の増量噴射量Ｑｇａｉｎに相当）が最終燃料噴射量Ｑｆｉｎａｌとして決定される。さらに言えば、補正量は水温、吸気温、大気圧等によりさらに補正しても良い。
【００４９】
また、これまで燃料噴射タイミングのリタード量はエンジン回転速度とエンジン負荷とに基づいて決定するとして説明したが、本発明はこの点において限定されず、例えば、センサ３４から検出される実際の排気温度と後処理装置３０の触媒の活性温度との偏差に基づいて決定するようにしても良い。
【００５０】
更に、図２に示した例では予噴射についても燃料噴射タイミングのリタード及び燃料噴射量の増量補正を行っているが、本発明はこの点において限定されず、主噴射についてのみ燃料噴射タイミングのリタード及び燃料噴射量の増量補正を行うようにしても良い。また、燃料噴射方式は２段噴射に限定されず、主噴射のみを行う１段噴射や、２回以上の補助噴射を行うマルチ噴射を行うものにも適用できる。
【００５１】
また、後処理装置３０を通過する排気ガスの温度をセンサ３４で検出するのではなく、エンジンＥの回転速度及び負荷などから演算することも考えられる。
【００５２】
更に、後処理装置は上記ＤＰＦに限定されず、ＮＯｘを酸化・除去するものなど、触媒の作用を利用するものであれば、様々なタイプの後処理装置を備えたエンジンに適用できる。
【００５３】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、後処理装置の浄化能力を確保すべく排気温度を上昇させることができ、かつ排気温度を上昇させる際に出力トルクの変動が発生しないという優れた効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料噴射制御装置及び後処理装置の概略図である。
【図２】燃料の噴射タイミングと噴射量とを模式的に示した図である。
【図３】（ａ）は排気温度上昇制御の開始前後における主噴射の噴射タイミングを示す図である。
（ｂ）は排気温度上昇制御の開始前後における主噴射の噴射量を示す図である。
（ｃ）は排気温度上昇制御の開始前後におけるエンジンＥのクランク軸の出力トルクを示す図である。
【図４】燃料噴射量を決定するためのブロック図である。
【図５】燃料噴射量とエンジン出力トルクとの関係を示す図である。
【図６】燃料噴射量を決定するためのブロック図の他の形態を示す図である。
【符号の説明】
６  燃料噴射弁
７  コモンレール
１２  制御手段（コントローラ）
１６  エンジン回転センサ
１７  アクセル開度センサ
３０  後処理装置
３２  触媒付フィルタ
３４  排気温度検出手段（センサ）
Ｅ  内燃機関
【図１】
2004176657.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004176657.tif 000005
【図４】
2004176657.tif 000006
【図５】
2004176657.tif 000007
【図６】
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