(57)【要約】【課題】排気中のスモークを抑えつつ確実にディーゼルパティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を燃焼させ得るディーゼルエンジンの制御装置を提供する。【解決手段】本発明に係るディーゼルエンジンの制御装置は、複数気筒の排気ガスを集合させて排気経路に導き、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタを通過させることにより前記粒子状物質が除去された前記排気ガスを大気に排出するディーゼルエンジンにおいて、燃料噴射タイミングを遅角させることで排気ガス温度を上昇させ前記フィルタに捕集された前記粒子状物質を燃焼させる再生運転を行う際に、前記一度の再生運転期間中に各気筒から排出されるスモークの総量を制御すべく気筒又は燃焼噴射の機会毎に燃料噴射タイミング遅角量を異ならせるようにした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数気筒の排気ガスを集合させて排気経路に導き、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタを通過させるディーゼルエンジンの制御装置であって、
燃料噴射タイミングを遅角させることで排気ガス温度を上昇させ前記フィルタに捕集された前記粒子状物質を処理させる再生運転を行う際に、
一度の前記再生運転期間中に各気筒から排出されるスモークの総量を制御すべく気筒又は燃焼噴射の機会毎に燃料噴射タイミング遅角量を異ならせるディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項２】
前記再生運転を行う際に燃料噴射タイミングに対するスモークの排出量が他の気筒よりも低い特定気筒を予め選定し、
当該特定気筒に対し前記他の気筒よりも燃料噴射タイミングを遅角させる請求項１記載のディーゼル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、ディーゼルエンジンの燃料噴射タイミングを制御する制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンでは排気中の粒子状物質を捕集して、排気を浄化するフィルタであるディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと記す）を備えた態様が周知である。当該ＤＰＦは、排気中の粒子状物質を捕集し続けると次第に目詰まりし、排気浄化能力が低下する。そのため、このようなディーゼルエンジンでは、ＤＰＦにある程度の粒子状物質が堆積したときに排気の温度を上昇させる制御を行う。これにより、高温の排気をＤＰＦに供給し、粒子状物質を強制的に酸化（又は燃焼させて）除去するという、所謂、再生を実行し、ＤＰＦの排気浄化能力の低下を抑制するようにしている(例えば、下記特許文献参照)。
【０００３】
上述したＤＰＦの再生のためのディーゼルエンジンの制御としては、具体的には、（ａ）通常運転時よりも燃料噴射の開始時期の遅角化、（ｂ）当該遅角化に伴うトルク減少を補う為の燃料噴射量の増量、及び（ｃ）燃焼を促すための燃料噴射であるメイン噴射後のさらなる燃料噴射としてのポスト噴射の実施、が行われている。そしてこれらの制御のうち（ａ）の制御、すなわち燃料噴射の開始時期を遅角化する制御が、排気温上昇に大きく寄与している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１９６７０４号公報
【特許文献２】特開２００８−２６７２８７号公報
【特許文献３】特開２００５−０７６６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、燃料噴射タイミングを遅角させる制御を実施すると、燃焼温度の低下及び、所要のタイミングでの燃焼よりも遅く燃焼する所謂「後燃え」の増加により排気中のスモークが増加するという不具合を招来する。そして許容される排気の質を確保すべく通常、排気中のスモークの量を、所定量（スモーク限界）までに抑えなければならない。それ故現状では、燃料噴射タイミングを遅角させる量が制限されてしまっている。そして斯かる遅角制御の制限により、運転状態によっては前記再生に必要な所要の排気温が得られないといった不具合も招来し得る。
【０００６】
以上のような点を鑑みてなされた本発明は、排気中のスモークを抑えつつ確実にフィルタに捕集された粒子状物質を処理し得るディーゼルエンジンの制御装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【０００８】
すなわち本発明に係るディーゼルエンジンの制御装置は、複数気筒の排気ガスを集合させて排気経路に導き、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタを通過させるディーゼルエンジンの制御装置であって、燃料噴射タイミングを遅角させることで排気ガス温度を上昇させ前記フィルタに捕集された前記粒子状物質を処理させる再生運転を行う際に、一度の前記再生運転期間中に各気筒から排出されるスモークの総量を制御すべく気筒又は燃焼噴射の機会毎に燃料噴射タイミング遅角量を異ならせることを特徴とする。
【０００９】
このようなものであれば、気筒毎に再生運転中の燃料噴射タイミングの遅角量を異なるよう制御することにより、スモークの量をより精密に調整しながら排気温を上昇させることができる。その結果、スモークが過度に発生してしまう不具合を抑えながら、排気ガスを再生運転に要求される所要温度まで有効に上昇させることができる。
【００１０】
そして、スモーク発生量の抑制及び排気ガスの温度の上昇をより促すためには、再生運転を行う際に燃料噴射タイミングに対するスモークの排出量が他の気筒よりも低い特定気筒を予め選定し、当該特定気筒に対し前記他の気筒よりも燃料噴射タイミングを遅角させることが望ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、排気中のスモークを抑えつつ確実にディーゼルパティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質を処理し得るディーゼルエンジンの制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジンの概略構成図。
【図２】同上。
【図３】同実施形態に係る作用説明図。
【図４】同上。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態が適用される車両用内燃機関０の概要を示す。本実施形態における内燃機関０はディーゼルエンジンであり、複数の、図示例では３つの気筒１と、各気筒１内に燃料を噴射するインジェクタ２と、各気筒１に吸気を供給するための吸気系路３と、各気筒１から排気を排出するための排気系路４と、吸気系路３を流通する吸気を過給するターボチャージャ５と、排気系路４を流通する排気の一部を吸気系路３に還流する外部ＥＧＲ（排気ガス再循環）通路６とを有している。
【００１５】
吸気系路３は、外部から空気を取り入れて気筒１の吸気ポートへと導く。吸気系路３上には、エアクリーナ３１、ターボチャージャ５のコンプレッサ５１、インタクーラ３２を、上流からこの順序に配置している。
【００１６】
排気系路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒１の排気ポートから外部へと導く。換言すれば、複数の気筒１の排気ガスを集合させた排気ガスを導くためのものである。この排気系路４上には、ターボチャージャ５の駆動タービン５２及び排気中の粒子状物質を捕集して、排気を浄化するフィルタたるディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと記す）４１と、このＤＰＦ４１に流入する排気ガスの温度を検出するための温度センサ４２と、ＤＰＦ４１の上流側に隣接させて設けた排気ガス浄化用の触媒４３とを配置している。すなわちこの排気経路４は、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタたるＤＰＦ４１を通過させることにより粒子状物質が除去された排気ガスを大気に排出するためのものである。ＤＰＦ４１は、例えばコージェライト等のセラミックからなるハニカム構造体であって、排気が流れる流路を多孔質壁によって格子状に仕切るという形状をなす。当該ＤＰＦ４１が流入した排気ガスに含まれる粒子状物質は多孔質壁に沿って通過する際にその内側表面で捕集される。これにより、ＤＰＦ４１は、気筒１から排気された排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集し、粒子状物質が除去された排気ガスを下流へ流す。
【００１７】
ターボチャージャ５は、駆動タービン５２とコンプレッサ５１とを同軸で連結し連動するように構成してなる。そして、駆動タービン５２を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサ５１にポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。
【００１８】
ＥＧＲ通路６は、排気系路４におけるＤＰＦ４１の下流と吸気系路３におけるコンプレッサ５１の上流とを連通し、いわゆる低圧ＥＧＲを実行するものである。ＥＧＲ通路６上には、ＥＧＲバルブ６１を設けている。
【００１９】
ＥＣＵ９は、図２に示すように、プロセッサ９１、メモリ９２、入力インタフェース９３、出力インタフェース９４等を有したマイクロコンピュータシステムである。入力インタフェース９３には、車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、エンジン回転数を検出する回転数センサから出力される回転数信号ｂ、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセルセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、燃料の圧力を検出する圧力センサから出力される圧力信号ｄ、ＤＰＦ４１の排気上流側に配置された温度センサ４２から出力される排気温信号ｅ等が入力される。出力インタフェース９４からは、インジェクタ２に対して燃料噴射信号ｆ、ＥＧＲバルブ６１に対して開弁信号ｇ等を出力する。
【００２０】
プロセッサ９１は、予めメモリ９２に格納されているプログラムを解釈、実行して、内燃機関０の運転を制御する。プロセッサ９１は、内燃機関０の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅを入力インタフェース９３を介して取得し、それらに基づいて燃料噴射量や燃料圧送量等を演算する。そして、演算結果に対応した各種制御信号ｆ、ｇを出力インタフェース９４を介して印加する。
【００２１】
そして通常運転中、上記ＤＰＦ４１への排気ガスの流入が継続して行われると、捕集される粒子状物質が逓増してゆき、一定以上の量の粒子状物質が捕集されてしまうとＤＰＦ４１の捕集能力が低下してしまう。そこで本実施形態に係るディーゼルエンジンたる内燃機関０の制御装置たるＥＣＵ９は、定期的に通常運転とは異なり、排気ガスの温度を、例えば６５０°以上といった高温にすることで、ＤＰＦ４１に捕集された粒子状物質を酸化（或いは燃焼）させるという、所謂再生運転を行うようプログラミングされている。
【００２２】
ここで、本実施形態に係るディーゼルエンジンである内燃機関０の制御装置であるＥＣＵ９は、燃料噴射タイミングを遅角させることで排気ガス温度を上昇させフィルタたるＤＰＦ４１に捕集された粒子状物質を燃焼させる再生運転を行う際に、一度の再生運転期間中に各気筒１から排出されるスモークの計を制御すべく気筒１毎に燃料噴射タイミング遅角量を異ならせることを特徴とするものである。
【００２３】
以下、本実施形態に係る制御について図３に示して説明する。ここで、同図で示す燃料噴射タイミングは、通常気筒１に対する１回の燃焼において複数回実施される燃料噴射のうち、最も燃料に貢献する所謂メイン噴射を行うタイミングを一例として示している。
【００２４】
当該図３の上部は、燃料噴射タイミングＴ（α）、Ｔ（β）、Ｔ（ｓｒ）と燃焼室から排出される排気ガスの温度、具体的には排気バルブ開弁時にて計測される燃焼室内温度との相関を示している。同図に示すように、燃料を噴射しない場合の排気ガス温度ｔ（ｎ）は、圧縮上死点を境に概略線対称形状の挙動を示す。そして同図は排気バルブ開弁時の燃料室内温度すなわち排気ガスの温度ｔが、進角側燃料噴射タイミングＴ（α）に対応する進角側温度ｔ（α）では遅角側燃料噴射タイミングＴ（β）に対応する遅角側温度ｔ（β）よりも低いことをもって、排気ガスの温度ｔ（ｎ）の挙動が燃料噴射タイミングが遅角側へ移行するにつれ上昇することを示している。
【００２５】
翻って図３の下部は、燃料噴射タイミングと、排気ガスに含まれるスモークの量すなわちスモーク発生量ｓｍとの相関を示している。このように、燃料噴射タイミングが遅角側に移行するにつれ、スモーク発生量ｓｍが増大するという挙動を示す。
【００２６】
また本実施形態では、気筒１から発生するスモーク発生量ｓｍについて、大気へ排出される排気ガスの質が許容され得るまでのスモーク発生量ｓｍをスモーク限界ｓｒとして図示している。そして従来のように、全ての気筒１について同じスモーク耐性であると仮定し且つスモーク限界ｓｒに相当する限界燃料噴射タイミングＴ（ｓｒ）で燃料を噴射した場合の燃焼室内温度の挙動を破線にて示し、排気バルブ通過時の燃焼室内温度すなわち排気ガスの温度ｔ（ｓｒ）を示している。そして当該温度ｔ（ｓｒ）は運転状態如何によって種々変動することにより、場合によっては再生運転に供給されるまでの温度に達していない場合がある。
【００２７】
そこで本実施形態に係る燃料噴射タイミングの制御は図３の下部に示すように、特定の気筒１の燃料噴射タイミングを所定の遅角側燃料噴射タイミングＴ（β）として排気ガスの温度を遅角側温度ｔ（β）にまで上昇させるとともに、他の気筒１を進角側燃料噴射タイミングＴ（α）とすることで、これら複数の気筒１から排出される排気ガス温度の平均ｔ（ａｖ）を、上記スモーク限界ｓｒでの排気ガス温度ｔ（ｓｒ）よりも高くなるようにしている。同図の下部で示すように、遅角側燃料噴射タイミングＴ（β）で燃料噴射を行った気筒１のスモーク量はスモーク限界ｓｒよりも多くなる。しかし複数の気筒１から排出されるスモークの総量はスモーク限界ｓｒよりも僅かに低いか、図示の通りに同等とすることができる。なお上記他の２つの気筒１の燃料噴射タイミングは、スモーク発生量ｓｍがスモーク限界ｓｒを超えなければ圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも進角側であっても遅角側であっても良い。また遅角側燃料噴射タイミングＴ（β）とする気筒１は、燃料毎に変更するようにしても良い。
【００２８】
しかして本実施形態に係る燃料噴射タイミングの制御は図４の如く実行することもできる。すなわち同図の下部に示すように当該制御は、同じ燃料噴射タイミングであっても、気筒１によってはスモーク発生量ｓｍ（♯１）、ｓｍ（♯２、♯３）の挙動が異なることに着目してなされたものである。
【００２９】
このようなスモーク発生量ｓｍの違いすなわち気筒１別の個体差が表れる要因としては、内燃機関０の設計上、気筒１により体積効率が異なるという要因が挙げられる。ここで本実施形態では３つある気筒１のうち、スモーク耐性が良い、すなわち同じ燃料噴射タイミング或いは排気ガスの温度であってもスモーク発生量ｓｍが低い気筒１を特定気筒１（♯１）として予め選出する。その他の気筒１を気筒１（♯２、♯３）として示す。
【００３０】
そして本実施形態では、特定気筒１（♯１）の燃料噴射タイミングを、スモーク限界ｓｒを超える程度に遅角側燃料噴射タイミングＴ（β：♯１）に制御するとともに、他の２つの気筒１（♯２、♯３）に対しては例えばスモーク発生量ｓｍ（♯２、♯３）がスモーク限界ｓｒを超えないタイミングの一例である進角側燃料噴射タイミングＴ（α：♯２、♯３）に設定する。つまり気筒１毎にそのスモーク耐性に応じて燃料噴射タイミングＴを異ならせるという制御を実行している。
【００３１】
これにより排気バルブ開弁時の燃焼室内温度の平均ｔ（ａｖ）は上記図３の制御同様、上述したスモーク限界ｓｒにおける温度ｔ（ｓｒ）よりも高い値をとる。特に図４に示す当該制御では、このときのスモーク発生量ｓｍを表す平均ｓｍ（ａｖ）は、スモーク限界ｓｒよりも明確に低く抑えられている。なお上記他の２つの気筒１（♯２、♯３）の燃料噴射タイミングは、スモーク発生量ｓｍがスモーク限界ｓｒを超えなければ圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも進角側であっても遅角側であっても良い。すなわち本実施形態では、燃料噴射タイミングが気筒１によってばらつくように設定し、スモーク発生量ｓｍの計すなわち平均ｓｍ（ａｖ）が、スモーク限界ｓｒよりも低く薄くなるように燃料噴射タイミングを設定する制御を行っている。
【００３２】
以上のように本実施形態ではＤＰＦ４１の再生運転を行う際に、再生運転中に各気筒１から排出されるスモークｓｍの計たる平均ｓｍ（ａｖ）を制御すべく気筒１毎に燃料噴射タイミング遅角量を異ならせることによって、スモーク発生量ｓｍをより精密に調整しながら排気ガスの温度ｔ（ａｖ）を上昇させることができる。その結果、スモークｓｍが過度に発生してしまう不具合を抑えながら、排気ガスを再生運転に要求される所要温度まで有効に上昇せしめている。
【００３３】
そして、スモーク発生量ｓｍの抑制及び排気ガスの温度ｔの上昇をより大きく促すために本実施形態では、再生運転を行う際に排気ガス温度ｔに対するスモーク発生量ｓｍが他の気筒１（♯２、♯３）よりも低い特定気筒１（♯１）を予め選定し、当該特定気筒１（♯１）に対し、スモーク発生量ｓｍが所定量たるスモーク限界ｓｒよりも多くなるように燃料噴射タイミングを遅角させるようにしている。
【００３４】
また本実施形態では、上述した図３及び図４に開示した態様とは別に追加し得る一例として、一度の再生運転期間中に各気筒から排出されるスモーク発生量ｓｍを制御すべく気筒１毎の燃料噴射タイミング遅角量は同じであってもよい。すなわち、一度の再生運転期間中に、燃料噴射の機会毎に燃料噴射タイミングを異ならせるような態様をも含まれる。例えば一度の再生運転期間中での各気筒１の燃料噴射タイミングを同じとしつつ、燃料噴射の機会毎に相対的に「進角」「遅角」「進角」「遅角」「進角」「遅角」というように交互に燃料噴射タイミングを変更するようにしても良い。また「進角」「進角」「遅角」「遅角」といったように、複数回ずつ燃料噴射タイミングを変更するようにしても良い。換言すれば、一度の再生運転期間中に、進角側に燃料噴射タイミングの遅角量を補正する期間と、遅角側に燃料噴射タイミングの遅角量を補正する期間とを設けるようにしてもよい。これらのような制御によっても上記図３及び図４同様、所要の排気ガスの温度の平均ｔ（ａｖ）を得ることができるとともに、スモーク発生量ｓｍを表す平均ｓｍ（ａｖ）をスモーク限界ｓｒ程度か、それ以下に抑えることができる。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００３６】
例えば、上記実施形態では気筒毎に燃料噴射タイミングを異ならせる態様として、特定気筒という単一の気筒の燃料噴射タイミングを他の気筒よりも遅角側へ異ならせる態様を開示したが勿論一つの気筒に対し、他の気筒よりも燃料噴射タイミングを進角側、遅角側へと交互に異ならせるような態様であっても、気筒毎に燃料噴射タイミングの遅角量を異ならせるという意味をなす。また上記実施形態では所謂メイン噴射に対する燃料噴射タイミングの制御を行う態様を開示したが勿論、ポスト噴射やアフター噴射と称される燃料噴射といった、メイン噴射とは異なるタイミングで行われる燃料噴射に対して上記同様の制御を適用してもよい。また内燃機関の気筒の数や燃料噴射量といった具体的な態様は上記実施形態のものに限定されることはなく、既存のものを含め、種々の態様のものを適用することができる。
【００３７】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明はディーゼルエンジンの燃料噴射タイミングを制御する制御装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
０…内燃機関（ディーゼルエンジン）
１…気筒
２…インジェクタ
４…排気経路
４１…フィルタ（ディーゼルパティキュレートフィルタ、ＤＰＦ）
９…ディーゼルエンジンの制御装置（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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