(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気が酸化雰囲気にあるとき排気中のＮＯｘを吸着し、排気が還元雰囲気にあるとき吸着したＮＯｘを還元するＮＯｘ吸着触媒が排気系に設けられた内燃機関の制御装置において、
前記機関の要求トルクに応じて前記機関に燃料を供給する燃料供給手段と、
前記燃料供給手段による燃料供給の後に、前記ＮＯｘ吸着触媒の吸着されたＮＯｘを還元すべく前記機関の燃焼室または前記排気系の前記ＮＯｘ吸着触媒の上流側に還元成分を供給する還元成分供給手段と、
前記機関により駆動される車両の運転モードが前記機関の出力を低減する所定運転モードであることを判別する運転モード判別手段と、
排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段とを備え、
前記燃料供給手段は、燃料の主噴射及び該主噴射に先行するパイロット噴射によって前記要求トルクに応じた燃料供給を実行し、前記運転モード判別手段により、前記車両の運転モードが前記所定運転モードであると判別されたときに、前記パイロット噴射及び主噴射における燃料噴射量を減量し、
前記還元成分供給手段は、検出される酸素濃度が還元成分供給時における目標酸素濃度と一致するように総燃料噴射量を算出し、該総燃料噴射量から前記パイロット噴射及び主噴射における燃料噴射量を減算することにより、前記主噴射の後に実行するポスト噴射における燃料噴射量を算出し、前記ポスト噴射によって前記還元成分の供給を実行し、前記運転モード判別手段により、前記車両の運転モードが前記所定運転モードであると判別されたときに、還元成分の供給量を前記所定運転モードであると判別される直前の値以下であってかつ「０」より大きい値に設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記所定運転モードは、前記機関の出力軸に接続された変速機の変速段を変更する運転モードまたは前記車両の駆動輪スリップを低減する運転モードであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気系にＮＯｘ吸着触媒を備える内燃機関の制御装置に関し、特にＮＯｘ吸着触媒に吸着されたＮＯｘを還元するための制御を行うものに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、排気系にＮＯｘ吸着触媒を備える内燃機関の制御装置を開示する。この装置によれば、現在から所定時間経過するまでの間に自動変速機の変速操作が実施されると予想されるときは、ＮＯｘ吸着触媒に吸着されたＮＯｘを還元するための空燃比リッチ化が禁止される。これにより、変速によるトルクショックと、空燃比リッチ化によるトルクショックとが連続して発生することが回避される。
【０００３】
特許文献２は、ＮＯｘ吸着触媒に堆積した硫黄酸化物を除去するための燃料供給制御（以下「再生制御」という）を行う際に、自動変速機の変速動作と、通常の燃料供給制御から再生制御への切換またはその逆の切換とを同時に行わないようにする技術を開示する。これにより、燃料供給制御の切換と自動変速機の変速との干渉によって生じるトルクショックが防止される。
【０００４】
【特許文献１】特許第３０８５０６５号公報
【特許文献２】特開２００７−９９０７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１及び２に示された技術は、ＮＯｘ吸着触媒の再生制御（吸着されたＮＯｘの還元あるい硫黄酸化物の除去のための燃料供給制御）を開始するときあるいは終了するときに、機関出力トルクが変動することを前提とし、自動変速機の変速に伴うトルク変動と、燃料供給制御切換に伴うトルク変動とが短時間のうちに連続して発生すること、あるいは両者が同時に発生することを防止するものである。
【０００６】
しかしながら、機関の要求トルクに応じた燃料噴射の後に、排気系に還元成分を供給することを目的とした燃料噴射（ポスト噴射）を行うことにより、ＮＯｘ吸着触媒の再生制御を行うことも可能であり、このような再生制御手法を採用する場合には、再生制御を行うか否かによって機関のトルク変動は発生しない。
【０００７】
ところが、ポスト噴射による再生制御を行う場合でも、変速機の変速時におけるトルクショックを抑制するために機関出力トルクを一時的に低減するトルク低減制御を行うときには、以下のような課題がある。
【０００８】
再生制御を行う際にＮＯｘ吸着触媒に流入する排気中の還元成分濃度を適切なものとするために、ＮＯｘ吸着触媒の上流側に酸素濃度センサを設け、酸素濃度センサ出力に応じてポスト噴射における燃料噴射量を含めた全燃料噴射量を設定するフィードバック制御を行う場合がある。その場合には、トルク低減制御実行中は、主燃料噴射量（及びパイロット燃料噴射量）が低減されるため、ポスト噴射における燃料噴射量が増加する。そのため、ポスト噴射された燃料の一部がＮＯｘ吸着触媒の吸着されたＮＯｘの還元に使用されずにそのまま排出され、排気特性を悪化させる可能性がある。
【０００９】
本発明はこの点に着目してなされたものであり、ＮＯｘ吸着触媒を備える内燃機関におけるＮＯｘ還元のための制御を適切に行い、機関出力トルクの低減制御を行う際に排気特性が悪化することを抑制できる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気が酸化雰囲気にあるとき排気中のＮＯｘを吸着し、排気が還元雰囲気にあるとき吸着したＮＯｘを還元するＮＯｘ吸着触媒（１１）が排気系に設けられた内燃機関の制御装置において、前記機関の要求トルク（ＴＲＱ）に応じて前記機関に燃料を供給する燃料供給手段と、前記燃料供給手段による燃料供給の後に、前記ＮＯｘ吸着触媒の吸着されたＮＯｘを還元すべく前記機関の燃焼室または前記排気系の前記ＮＯｘ吸着触媒の上流側に還元成分を供給する還元成分供給手段と、前記機関により駆動される車両の運転モードが前記機関の出力を低減する所定運転モードであることを判別する運転モード判別手段と、排気中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段とを備え、前記燃料供給手段は、燃料の主噴射及び該主噴射に先行するパイロット噴射によって前記要求トルクに応じた燃料供給を実行し、前記運転モード判別手段により、前記車両の運転モードが前記所定運転モードであると判別されたときに、前記パイロット噴射及び主噴射における燃料噴射量を減量し、前記還元成分供給手段は、検出される酸素濃度（Ｏ２Ｃ）が還元成分供給時における目標酸素濃度（Ｏ２ＣＯＢＪ）と一致するように総燃料噴射量（ＱＴＯＴＡＬ）を算出し、該総燃料噴射量（ＱＴＯＴＡＬ）から前記パイロット噴射及び主噴射における燃料噴射量（ＱＰ，ＱＭ）を減算することにより、前記主噴射の後に実行するポスト噴射における燃料噴射量（ＱＰＳＴ）を算出し、前記ポスト噴射によって前記還元成分の供給を実行し、前記運転モード判別手段により、前記車両の運転モードが前記所定運転モードであると判別されたときに、還元成分の供給量（ＱＰＳＴ）を前記所定運転モードであると判別される直前の値以下であってかつ「０」より大きい値（ＱＰＳＴＬ）に設定することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の燃料供給制御装置において、前記所定運転モードは、前記機関の出力軸に接続された変速機の変速段を変更する運転モードまたは前記車両の駆動輪スリップを低減する運転モードであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、機関により駆動される車両の運転モードが機関の出力を低減する所定運転モードである判別されたときに、還元成分供給手段による還元成分供給量が所定運転モードである判別される直前の値以下であってかつ「０」より大きい値に設定される。また燃料の主噴射及び該主噴射に先行するパイロット噴射によって要求トルクに応じた燃料供給が実行され、車両の運転モードが所定運転モードであると判別されたときに、パイロット噴射及び主噴射における燃料噴射量が減量され、検出される酸素濃度が還元成分供給時における目標酸素濃度と一致するように総燃料噴射量が算出され、該総燃料噴射量からパイロット噴射及び主噴射における燃料噴射量を減算することにより、主噴射の後に実行するポスト噴射における燃料噴射量が算出され、ポスト噴射によって還元成分の供給が実行される。これにより、所定運転モードにおいてＮＯｘ吸着触媒に供給される排気中の還元成分濃度が抑制され、排気特性の悪化を抑制することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、変速機の変速段を変更する運転モードであるとき、または車両の駆動輪スリップを低減する運転モードであるときに、還元成分供給手段による還元成分供給量が減量されるので、変速段の変更時あるいは駆動輪スリップ低減制御実行時に、排気特性の悪化を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる車両の制御系の構成を示す図である。内燃機関（以下「エンジン」という）１は、燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒に燃料噴射弁１６が設けられている。燃料噴射弁１６は、エンジン制御電子制御ユニット（以下「ＥＣ−ＥＣＵ」という）２０に電気的に接続されており、燃料噴射弁１６の開弁時間及び開弁時期は、ＥＣ−ＥＣＵ２０により制御される。
【００１７】
エンジン１は、吸気管２、排気管４、及び排気還流通路６を備えている。排気還流通路６は、吸気管２と排気管４の間に設けられており、排気還流通路６には、排気還流量を制御するための排気還流制御弁（以下「ＥＧＲ弁」という）７が設けられている。ＥＧＲ弁７の弁開度はＥＣ−ＥＣＵ２０により制御される。
【００１８】
排気管４には、排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸着触媒１１及びディーゼルパティキュレートフィルタ（以下「ＤＰＦ」という）１２が設けられている。ＮＯｘ吸着触媒１１は、排気中の酸素濃度が比較的高い酸化雰囲気にあるときＮＯｘを吸着し、排気中の還元成分濃度が比較的高い還元雰囲気にあるとき吸着したＮＯｘを脱離及び還元して放出する。ＮＯｘ吸着触媒１１のＮＯｘ吸着容量には限界があるため、ＮＯｘ吸着量が所定量に達すると、排気を還元雰囲気にする還元制御が行われる。通常の燃料噴射制御では、燃料噴射量がエンジン１の運転状態（エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱ）に応じて設定され、燃料噴射弁１６による主噴射及び主噴射に先行するパイロット噴射が行われる。還元制御では主噴射実行後の膨張行程または排気行程で（換言すればエンジン１の出力トルクに寄与しないタイミングで）、燃料噴射（以下「ポスト噴射」という）を実行する。ポスト噴射によって燃料、すなわち還元成分が燃焼室に供給され、排気が還元雰囲気とされる。
【００１９】
ＤＰＦ１２は、排気がフィルタ壁の微細な孔を通過する際、排気中の炭素（Ｃ）を主成分とするパティキュレート（粒子状物質）であるスート（ｓｏｏｔ）を、フィルタ壁の表面及びフィルタ壁中の孔に堆積させることによって捕集する。
【００２０】
吸気管２にはエンジン１に吸入される新気の流量（以下「吸入空気流量」という）ＭＡＩＲを検出する吸入空気流量センサ２１が設けられている。また排気管４のＮＯｘ吸着触媒１１の上流側には、排気中の酸素濃度Ｏ２Ｃを検出する酸素濃度センサ２２が設けられている。さらにエンジン１のクランク軸の回転角度を検出するクランク角度位置センサ２４、及びエンジン１により駆動される車両のアクセルペダルの操作量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ２５が設けられている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣ−ＥＣＵ２０に供給される。エンジン１の回転数ＮＥは、クランク角度位置センサ２４の出力から算出される。またエンジンの要求トルクＴＲＱは、アクセルペダル操作量ＡＰに応じて算出され、アクセルペダル操作量ＡＰが増加するほど増加するように設定される。
【００２１】
ＥＣ−ＥＣＵ２０には、データバス１０を介して変速制御電子制御ユニット（以下「ＡＴ−ＥＣＵ」という）３０及びトラクション制御電子制御ユニット（以下「ＴＣ−ＥＣＴ」という）４０が接続されている。これらのＥＣＵ２０，３０，及び４０は、データバス１０を介して、検出パラメータ及び制御パラメータの伝送を相互に行う。
【００２２】
ＥＣ−ＥＣＵ２０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、燃料噴射弁１６、ＥＧＲ弁７に制御信号を供給する出力回路から構成される。他のＥＣＵ３０及び４０も同様に入力回路、ＣＰＵ、記憶回路、及び出力回路を有する。
【００２３】
ＡＴ−ＥＣＵ３０は、車速ＶＰ及び要求トルクＴＲＱなどの運転パラメータに応じてエンジン１の出力軸に接続された変速機３１の変速制御を行う。ＡＴ−ＥＣＵ３０は、変速機３１のシフト位置（変速段）を変更するときには、変速動作に伴うトルクショックを抑制するためにエンジン１の出力トルクを所定時間ＴＳＦＴ（例えば２００〜３５０ミリ秒）の間低減することを要求するトルク低減要求信号を出力する（具体的には変速トルク低減フラグＦＳＨＣＮＧを所定時間ＴＳＦＴの間「１」に設定する）。
【００２４】
ＴＣ−ＥＣＵ４０には、当該車両の左右の駆動輪速度ＶＤＬ，ＶＤＲを検出する駆動輪速度センサ４１，４２、及び左右の従動輪速度ＶＮＬ，ＶＮＲを検出する従動輪速度センサ４３，４４が接続されており、これらのセンサの検出信号が、ＴＣ−ＥＣＵ４０に供給される。車速ＶＰは、従動輪速度ＶＮＬ，ＶＮＲの平均値として算出される。ＴＣ−ＥＣＵ４０は、駆動輪速度ＶＤＬ，ＶＤＲ及び従動輪速度ＶＮＬ，ＶＮＲに基づいて、駆動輪のスリップ状態を判別し、過剰なスリップが発生したと判定したとき、エンジン１の出力トルクを低減することを要求するトルク低減要求信号を出力する（具体的にはトラクション制御フラグＦＴＣを過剰スリップ状態が解消するまで「１」に設定する）。
【００２５】
図２は、燃料噴射弁１６による燃料噴射の制御を行う処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣ−ＥＣＵ２０のＣＰＵでエンジン１の回転に同期して実行される。
【００２６】
ステップＳ１１では、還元制御フラグＦＲＩＣＨが「１」であるか否かを判別する。還元制御フラグＦＲＩＣＨ＝０であって還元制御を行わないときは、ステップＳ１２に進み、通常の燃料噴射制御を実行する。
【００２７】
ステップＳ１１でＦＲＩＣＨ＝１であって、還元制御を実行するときは、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱに応じてパイロット噴射における燃料噴射量（以下「パイロット噴射量」という）ＱＰ及び主噴射における燃料噴射量（以下「主噴射量」という）ＱＭを算出する（ステップＳ１３）。
【００２８】
ステップＳ１４では、酸素濃度センサ２２により検出される酸素濃度Ｏ２Ｃが還元制御における目標酸素濃度Ｏ２ＣＯＢＪと一致するように、総燃料噴射量ＱＴＯＴＡＬを決定し、総燃料噴射量ＱＴＯＴＡＬからパイロット噴射量ＱＰ及び主噴射量ＱＭを減算することにより、ポスト噴射における燃料噴射量（以下「ポスト噴射量」という）ＱＰＳＴ（＝ＱＴＯＴＡＬ−ＱＰ−ＱＭ）を算出する。
【００２９】
ステップＳ１５ではトルク低減要求フラグＦＴＤＷＮが「１」であるか否かを判別する。トルク低減要求フラグＦＴＤＷＮは、図３の処理で設定される。
【００３０】
図３のステップＳ３１では、変速トルク低減フラグＦＳＨＣＮＧが「１」であるか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときはトラクション制御フラグＦＴＣが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ３２）。ステップＳ３１及びＳ３２の答がともに否定（ＮＯ）であるときは、トルク低減要求フラグＦＴＤＷＮを「０」に設定する（ステップＳ３３）。一方、ステップＳ３１またはＳ３２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、トルク低減要求フラグＦＴＤＷＮを「１」に設定する（ステップＳ３４）。
【００３１】
図２に戻り、ステップＳ１５の答が否定（ＮＯ）であるときは、ダウンカウントタイマＴＭＴＲの値が「０」であるか否かを判別する（ステップＳ１９）。タイマＴＭＴＲは、ステップＳ１８において所定過渡制御時間ＴＴＲが設定されるので、トルク低減要求フラグＦＴＤＷＮが「１」から「０」に変化した直後以外は、ＴＭＴＲ＝０であり、直ちに本処理を終了する。
【００３２】
トルク低減要求フラグＦＴＤＷＮが「１」に設定されると、ステップＳ１５からステップＳ１６に進み、パイロット噴射量ＱＰ及び主噴射量ＱＭを所定の比率で減量する。これによりエンジン１の出力トルクが低減される。ステップＳ１７ではポスト噴射量ＱＰＳＴを所定噴射量ＱＰＳＴＬに設定する。所定噴射量ＱＰＳＴＬは、トルク低減要求フラグＦＴＤＷＮが「０」であるときに算出された最新のポスト噴射量ＱＰＳＴより小さな値、あるいは「０」に設定される。このようにポスト噴射量ＱＰＳＴを小さな値に固定することにより、還元制御実行中にトルク低減要求が出されたときに、排気中の還元成分量が過剰となり排気特性を悪化させることを防止することができる。
【００３３】
ステップＳ１８ではダウンカウントタイマＴＭＴＲを所定過渡制御時間ＴＴＲ（例えば０．５〜１．５秒程度に設定される）に設定してスタートさせる。
【００３４】
トルク低減要求フラグＦＴＤＷＮが「１」から「０」に戻ると、ステップＳ１５からステップＳ１９に進む。そして、ＴＭＴＲ＞０である間は過渡制御を実行する（ステップＳ２０）。ステップＳ２０では、ステップＳ１６で減少方向に修正されていたポスト噴射量ＱＰ及び主噴射量ＱＭを直ちにステップＳ１３で算出される値に戻すとトルク変化が大きくなるため、徐々に戻す制御を行う。タイマＴＭＴＲの値が「０」となると、ステップＳ１９実行後直ちに本処理を終了する。
【００３５】
以上のように本実施形態では、自動変速機の変速動作を行うとき、または駆動輪の過剰スリップ状態が検出されたときにトルク低減要求フラグＦＴＤＷＮが「１」に設定され、還元制御実行中においては、ポスト噴射量ＱＰＳＴがトルク低減要求が行われないときにより減量され、より小さな値に固定される。したがって、トルク低減要求がなされたときにＮＯｘ吸着触媒に供給される排気中の還元成分濃度が抑制され、排気特性の悪化を抑制することができる。
【００３６】
また所定噴射量ＱＰＳＴＬを「０」に設定し、ポスト噴射を実質的に停止することにより、未燃燃料の排出を確実に防止することができる。
【００３７】
本実施形態では、燃料噴射弁１６及びＥＣ−ＥＣＵ２０が燃料供給手段、還元成分供給手段を構成し、ＥＣ−ＥＣＵ２０が運転モード判別手段を構成する。具体的には、図２のステップＳ１３及びＳ１６が燃料供給手段に相当し、ステップＳ１４及びＳ１７が還元成分供給手段に相当し、ステップＳ１５及び図３の処理が運転モード判別手段に相当し、酸素濃度センサ２２が酸素濃度検出手段に相当する。
【００３８】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、燃料噴射弁１６及びＥＣ−ＥＣＵ２０により還元成分供給手段を構成したが、排気管４のＮＯｘ吸着触媒１１の上流側に炭化水素を供給する炭化水素供給装置を設け、この炭化水素供給装置をＥＣ−ＥＣＵ２０によって制御することにより、還元成分供給手段を構成するようにしてもよい。
【００３９】
また上述した実施形態では、還元制御実行中に自動変速機の変速動作を行うとき、あるいは駆動輪の過剰スリップ状態を検出したときに、ポスト噴射量ＱＰＳＴを所定噴射量ＱＰＳＴＬに固定するようにしたが、例えば手動変速機を備えた車両において運転者がシフトアップを行う際にアクセルペダルを戻したときに、ポスト噴射量ＱＰＳＴを所定噴射量ＱＰＳＴＬに固定するようにしてもよい。
【００４０】
また図２に示す処理に代えて図４に示す処理により、燃料噴射制御を行うようにしてもよい。図４の処理は図２の処理のステップＳ１７をステップＳ１７ａに変更し、ステップＳ２１を追加したものである。ステップＳ２１では、ステップＳ１４で算出されたポスト噴射量ＱＰＳＴを記憶値ＱＰＳＴＭとして記憶する。ステップＳ１７ａでは、ポスト噴射量ＱＰＳＴを記憶値ＱＰＳＴＭに設定する。
【００４１】
図４の処理によれば、トルク低減要求フラグＦＴＤＷＮが「０」であるときのポスト噴射量が記憶値ＱＰＳＴＭとして記憶され、トルク低減要求フラグＦＴＤＷＮが「１」となってトルク低減制御を実行するときに、ポスト噴射量ＱＰＳＴが記憶値ＱＰＳＴＭに設定されるので、トルク低減制御中のポスト噴射量が過不足のない適切な値となり、排気特性を悪化させることなく、ＮＯｘ吸着触媒１１に吸着されたＮＯｘの還元を継続することができる。
【００４２】
また本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどの燃料供給制御にも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態にかかる車両の制御系の構成を示す図である。
【図２】車両を駆動する内燃機関の燃料噴射制御処理のフローチャートである。
【図３】図２の処理で参照されるフラグの設定を行う処理のフローチャートである。
【図４】図２の処理の変形例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
１  内燃機関
１１  ＮＯｘ吸着触媒
１６  燃料噴射弁（燃料供給手段、還元成分供給手段）
２０  エンジン制御電子制御ユニット（燃料供給手段、還元成分供給手段、運転モード判別手段）
２２  酸素濃度センサ（酸素濃度検出手段）
３０  変速制御電子制御ユニット
４０  トラクション制御電子制御ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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