(57)【要約】【課題】ポスト噴射された燃料が気筒内壁面に付着することを防止しつつ、ポスト噴射により排気フィルタの再生に必要な燃料量を噴射する燃料噴射制御装置を提供する。【解決手段】排気フィルタの再生条件が成立すると、ポスト噴射を実施する目標噴射量Ｑ、目標噴射時期Ｔ、目標コモンレール圧Ｐｃを算出する（Ｓ３０２）。目標噴射時期Ｔによりポスト噴射を実施する行程が膨張行程または排気行程であるかを判定し、ポスト噴射を実施する行程中の気筒内圧に適した目標コモンレール圧Ｐｃを算出する。圧力センサ等から検出する実コモンレール圧Ｐｃが目標コモンレール圧Ｐｃよりも大きい場合、実コモンレール圧を減圧する必要があると判断し、エンジン回転数ＮＥ、目標噴射量Ｑ、目標噴射時期Ｔおよび目標コモンレール圧Ｐｃから、実コモンレール圧を減圧する減圧値ΔＰｃを算出する。実コモンレール圧が減圧値ΔＰｃ分減圧すると、ポスト噴射を実施する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コモンレールで蓄圧された燃料を内燃機関の気筒内に噴射する燃料噴射弁が排気フィルタを再生するためにメイン噴射後に実施するポスト噴射を制御する燃料噴射制御装置において、
前記排気フィルタの再生条件が成立しているかを判定する再生判定手段と、
前記排気フィルタの再生条件が成立して前記ポスト噴射を実施する場合、前記メイン噴射後の前記コモンレールの圧力を減圧する噴射圧制御手段と、
備えることを特徴とする燃料噴射制御装置。
【請求項２】
膨張行程中に前記ポスト噴射を実施する場合、前記噴射圧制御手段は膨張行程中の前記気筒内の圧力に適した膨張行程減圧値で前記メイン噴射後の前記コモンレールの圧力を減圧することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項３】
排気行程中にポスト噴射を実施する場合、前記噴射圧制御手段は排気行程中の前記気筒内の圧力に適した排気行程減圧値で前記メイン噴射後の前記コモンレールの圧力を減圧することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射制御装置。
【請求項４】
前記噴射圧制御手段は、排気行程中に前記ポスト噴射を実施する場合に前記メイン噴射後の前記コモンレールの圧力を排気行程中の前記気筒内の圧力に適した圧力に減圧する排気行程減圧値を、膨張行程中に前記ポスト噴射を実施する場合に前記メイン噴射後の前記コモンレールの圧力を膨張行程中の前記気筒内の圧力に適した圧力に減圧する膨張行程減圧値よりも大きくすることを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気フィルタを再生するために燃料噴射弁がメイン噴射後に実施するポスト噴射を制御する燃料噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気通路に排気フィルタを設置し、排気中の異物であるパティキュレート等を捕集することが知られている。排気フィルタに捕集され堆積したパティキュレートを焼却除去して排気フィルタを再生することにより、排気フィルタの連続的な使用が可能である。
【０００３】
そこで、内燃機関の気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁の燃料噴射を制御し、主な機関出力となるメイン噴射後にポスト噴射を実施することにより、排気フィルタに堆積しているパティキュレートを焼却する技術が公知である（例えば、特許文献１、２参照。）。
【０００４】
ただし、気筒内にポスト噴射された燃料が気筒内壁面に付着すると、付着した燃料によりオイルが希釈されて潤滑不良が発生し、ピストンまたは気筒が焼き付くおそれがある。
そこで、特許文献１では、排気ポートに排気流れが生じている排気行程後半にポスト噴射を実施し、ポスト噴射された燃料が気筒内壁面に付着することを防止しようとしている。
【０００５】
また、特許文献２では、ポスト噴射する噴射量を減らすことにより、ポスト噴射された燃料が気筒内壁面に付着することを防止しようとしている。
【特許文献１】特開２００２−３７１９００号公報
【特許文献２】特開２００６−１３２３７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のように気筒内圧が低下している排気行程後半にポスト噴射を実施すると、排気ポートへの排気流れが生じているとはいえ、気筒内壁面に噴射燃料が付着しやすい。
【０００７】
また、特許文献２のように、燃料が気筒内壁面に付着しないようにポスト噴射時の噴射量を減らすと、排気フィルタの再生に必要な燃料量を噴射できないことがある。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、ポスト噴射された燃料が気筒内壁面に付着することを防止しつつ、ポスト噴射により排気フィルタの再生に必要な燃料量を噴射する燃料噴射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】
【０００８】
請求項１から４に記載の発明では、ポスト噴射を実施する場合、メイン噴射後のコモンレールの圧力を減圧する。
コモンレール圧を減圧することによりポスト噴射時の噴射圧が低下するので、メイン噴射後のコモンレールの圧力のままポスト噴射を実施する場合に比べ、ポスト噴射時の噴射貫徹力が低下し、噴射燃料の到達距離が短くなる。これにより、ポスト噴射時に噴射燃料が気筒内壁面に付着することを極力防止できる。また、ポスト噴射時の噴射圧に応じて噴射期間を調整することにより、排気フィルタを再生するために必要な燃料量を噴射できる。
【０００９】
ところで、気筒内圧は、燃焼サイクルの各行程における気筒内容積の変化、ならびに吸気弁および排気弁の開閉状態によって変化する。気筒内圧が高い方がポスト噴射時の噴射圧を高圧にしても気筒内壁面への燃料の付着を防止できる。
【００１０】
そこで、請求項２に記載の発明では、膨張行程中にポスト噴射を実施する場合、膨張行程中の気筒内圧に適した膨張行程減圧値でメイン噴射後のコモンレールの圧力を減圧する。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明では、排気行程中にポスト噴射を実施する場合、排気行程中の気筒内圧に適した排気行程減圧値でメイン噴射後のコモンレールの圧力を減圧する。
このように、膨張行程中または排気行程中の気筒内圧に適した減圧値でメイン噴射後のコモンレールの圧力を減圧してポスト噴射を実施することにより、ポスト噴射時に燃料が気筒内壁面に付着することを防止できる。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、排気行程中にポスト噴射を実施する場合にメイン噴射後のコモンレールの圧力を排気行程中の気筒内圧に適した圧力に減圧する排気行程減圧値を、膨張行程中にポスト噴射を実施する場合にメイン噴射後のコモンレールの圧力を膨張行程中の気筒内圧に適した圧力に減圧する膨張行程減圧値よりも大きくする。
【００１３】
排気行程中の気筒内圧は膨張行程中の気筒内圧よりも低いので、気筒内壁面に燃料が付着することを防止するために、膨張行程における減圧値よりも減圧値を大きくして噴射圧を減圧する。
【００１４】
尚、本発明に備わる複数の手段の各機能は、構成自体で機能が特定されるハードウェア資源、プログラムにより機能が特定されるハードウェア資源、またはそれらの組み合わせにより実現される。また、これら複数の手段の各機能は、各々が物理的に互いに独立したハードウェア資源で実現されるものに限定されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１の燃料噴射システムに示すように、内燃機関としてのディーゼルエンジン１０の各気筒１２には燃料噴射弁１６が設置されている。燃料噴射弁１６は、気筒１２の内壁面１２ａとピストン１４の上端面とで囲まれた燃焼室にコモンレール１８で蓄圧された燃料を噴射する。
【００１６】
燃料噴射弁１６は、ノズルニードルに閉弁方向に燃料圧力を加える制御室の圧力を制御することにより燃料噴射量を制御する公知の電磁駆動式の弁である。図２に示すように、燃料噴射弁１６は、主な機関出力となるメイン噴射の前にＮＯｘおよび燃焼騒音を低減するパイロット噴射を実施する。そして、パティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter：ＤＰＦ）４０の再生が必要になった場合、燃料噴射弁１６はメイン噴射の後にポスト噴射を実施する。
【００１７】
図１に示す吸気弁２０は吸気管２４から気筒内への吸気流れを開閉制御し、排気弁２２は気筒内から排気管２６への排気流れを開閉制御する。吸気管２４と排気管２６とはＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)管３０により接続されている。ＥＧＲ弁３２は、排気管２６から吸気管２４に環流する排気量（ＥＧＲ量）を制御する。
【００１８】
排気管２６のＥＧＲ管３０との接続箇所の下流側に、排気フィルタとしてＤＰＦ４０が設置されている。ＤＰＦ４０の上流側には、図示しない酸化触媒(Diesel Oxidation Catalyst:ＤＯＣ)が設置されている。
【００１９】
酸化触媒は、コーディエライトのハニカム構造体等よりなるセラミック製担体の表面に酸化触媒を担持して形成されている。酸化触媒は、ポスト噴射により排気管２６に供給される未燃燃料である炭化水素（ＨＣ）を触媒反応により燃焼させて排気温度を上昇させ、ＤＰＦ４０を昇温する。
【００２０】
ＤＰＦ４０は公知の構造のセラミック製フィルタであり、例えば、コーディエライト等の耐熱性セラミックスをハニカム構造に成形し、ガス流路となる多数のセルの入口側と出口側とを互い違いに目封じして形成されている。ＤＰＦ４０には酸化触媒が担持されていても、担持されていなくてもよい。気筒内から排出された排気はＤＰＦ４０の多孔性の隔壁を通過しながら下流へ流れ、その間にパティキュレート（Particulate Matter：ＰＭ）が捕集されてＤＰＦ４０に堆積する。
【００２１】
燃料噴射制御装置としてのＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等を中心とするマイクロコンピュータからなる。ＥＣＵ５０は、アクセル開度センサや回転数センサといった図示しない各種センサからの検出信号に基づいてディーゼルエンジン１０の運転状態を検出し、エンジン運転状態に応じた最適な噴射量、噴射時期、噴射圧等を算出して燃料噴射弁１６の燃料噴射を制御する。ＥＣＵ５０は、噴射指令信号である噴射パルス信号のパルス幅により燃料噴射弁１６の噴射量を制御する。また、ＥＣＵ５０は、ＥＧＲ弁３２の弁開度を調整することによりＥＧＲ量を制御する。
【００２２】
ＤＰＦ４０に関してＥＣＵ５０は、ＤＰＦ４０の上流側および下流側の少なくとも一方に設置されている図示しない排気温センサの検出信号を読み込み、ＤＰＦ４０の推定温度を算出する。また、ＥＣＵ５０は、ＤＰＦ４０の上流側と下流側との差圧を図示しない差圧センサの検出信号から読み込み、ＤＰＦ４０に堆積しているＰＭの推定堆積量を算出してもよい。
【００２３】
（ＥＣＵ５０の手段）
ＥＣＵ５０は、ＲＯＭまたはフラッシュメモリ等の記憶装置に記憶されている制御プログラムにより以下の各手段として機能する。
【００２４】
（１）再生判定手段
ＥＣＵ５０は、ＤＰＦ４０に堆積しているＰＭを焼却除去し、ＤＰＦ４０を再生する必要があるかを判定する。例えば、ＤＰＦ４０の上流側と下流側との差圧が所定圧よりも大きくなったか、車両の走行距離が所定距離よりも長くなったか、燃料消費量が所定量を超えたか、あるいはこれらを組み合わせた条件が成立している場合、ＥＣＵ５０は、ＤＰＦ４０に堆積しているＰＭ堆積量が多くなっているので、ポスト噴射を実施してＰＭを焼却除去しＤＰＦ４０を再生する必要があると判断する。
【００２５】
（２）噴射圧制御手段
（２ａ）行程毎の噴射圧制御
ＥＣＵ５０は、ポスト噴射を実施する膨張行程中または排気行程中における気筒内圧に適した圧力にメイン噴射後のコモンレール圧を減圧する。
【００２６】
メイン噴射により気筒内に噴射された燃料が燃焼し、膨張行程においてピストン１４が上死点（ＴＤＣ）から下死点（ＢＤＣ）に向けて下降すると、気筒内の容積が増加するので気筒内圧は低下する。膨張行程の後半で排気弁２２が開弁し、ピストン１４が下死点から上死点に向けて上昇する排気行程において気筒内は排気側に開放されるので、ピストン１４が上昇しても気筒内圧はほぼ一定である。
【００２７】
ポスト噴射は、膨張行程中または排気行程中に実施されるので、メイン噴射と同じコモンレール圧でポスト噴射を実施すると、気筒内圧に対して噴射貫徹力が大きすぎるために内壁面１２ａに燃料が付着することがある。
【００２８】
そこで、図２の点線２００に示すように、ＥＣＵ５０は、メイン噴射後のコモンレール圧を減圧値ΔＰｃ分減圧することによりポスト噴射における噴射貫徹力を低減し、内壁面１２ａに燃料が付着することを防止する。
【００２９】
このとき、前述したように、膨張行程において上死点から下死点にピストン１４が向かい時間が経過するにしたがい気筒内圧が低下するので、図３の（Ａ）に示すように、時間経過にしたがいメイン噴射後のコモンレール圧の減圧値ΔＰｃを増加することが考えられる。これに対し、膨張行程においてメイン噴射後のコモンレール圧を減圧する減圧値ΔＰｃを一定にしてもよい。
【００３０】
排気行程中にポスト噴射を実施する場合、排気行程中の気筒内圧は膨張行程中の気筒内圧以下に低下するので、膨張行程中と同じコモンレール圧で噴射すると噴霧の到達距離が長くなり内壁面１２ａに燃料が付着するおそれがある。そこで、排気行程中にポスト噴射を実施する場合、図３の（Ｂ）に示すように、ＥＣＵ５０は、膨張行程中よりもコモンレール圧の減圧値ΔＰｃを大きくして噴射圧を減圧することにより、燃料が内壁面１２ａに付着することを防止する。
【００３１】
膨張行程中および排気行程中において、メイン噴射後のコモンレール圧を減圧する減圧値ΔＰｃは、予め実験またはシミュレーションにより設定され、ＲＯＭまたはフラッシュメモリの記憶装置に記憶される。
【００３２】
ただし、メイン噴射後のポスト噴射を実施する前のコモンレール圧が内壁面１２ａに燃料が付着しない程度に十分に低下している場合には、コモンレール圧を減圧する必要はない。
【００３３】
（２ｂ）燃料噴射弁１６の特性に応じた噴射圧制御
ＥＣＵ５０は、ポスト噴射を実施する場合、燃料噴射弁１６の噴孔径および噴孔流量に応じてメイン噴射後のコモンレール圧を減圧する。
【００３４】
図４の（Ａ）に示すように、噴孔径が大きくなり貫徹力が大きくなる場合、コモンレール圧の減圧値ΔＰｃは大きくなる。また、図４の（Ｂ）に示すように、噴孔流量が大きくなり貫徹力が小さくなる場合、コモンレール圧の減圧値ΔＰｃは小さくな。この場合の減圧値ΔＰｃも、予め実験またはシミュレーションにより設定され、ＲＯＭまたはフラッシュメモリの記憶装置に記憶される。
【００３５】
（ポスト噴射制御）
次に、ポスト噴射を実施し、ＤＰＦ４０を再生する制御について説明する。図５は、ポスト噴射の制御ルーチンを示すフローチャートである。図５に示す制御ルーチンは、常時実行されている。
【００３６】
まず、Ｓ３００においてＥＣＵ５０は、ＤＰＦ４０の再生が必要か、つまりポスト噴射を実施しＤＰＦ４０を再生する条件が成立しているかを判定する。具体的には、前述したように、ＤＰＦ４０の差圧、走行距離または消費燃料量の大きさ、あるいはこれらを組み合わせた条件を判定する。
【００３７】
図５に示すフローチャートでは、処理の流れを説明するために、ＥＣＵ５０は再生条件が成立するまで待機することになっている。これに対し、再生条件が成立しない場合、ＥＣＵ５０は本ルーチンを終了してもよい。
【００３８】
再生条件が成立すると、Ｓ３０２においてＥＣＵ５０は、ポスト噴射を実施する目標噴射量Ｑ、目標噴射時期Ｔ、噴射圧である目標コモンレール圧Ｐｃを算出する。
ＥＣＵ５０は、ＤＰＦ４０に堆積していると推定されるＰＭ堆積量およびＤＰＦ４０の温度に基づいて目標噴射量Ｑを算出する。ＰＭ堆積量が多いほど、そしてＤＰＦ４０の温度が低いほど目標噴射量Ｑは多くなる。
【００３９】
また、ポスト噴射された燃料は燃焼することなく排気管２６に排出される必要があるので、ポスト噴射の目標噴射時期Ｔは、気筒内温度が燃料の燃焼温度よりも低下してから以降になる。ＥＣＵ５０は、メイン噴射量、吸気温度等から気筒内温度を推定する。
【００４０】
ＥＣＵ５０は、目標噴射時期Ｔによりポスト噴射を実施する行程が膨張行程または排気行程であるかを判定し、ポスト噴射を実施する行程中の気筒内圧に適した目標コモンレール圧Ｐｃを算出する。燃料噴射弁１６の噴射量を制御する噴射パルス信号のパルス幅は、目標噴射量Ｑと目標コモンレール圧Ｐｃとから算出される。
【００４１】
Ｓ３０４においてＥＣＵ５０は、圧力センサ等から検出する実コモンレール圧Ｐｃが目標コモンレール圧Ｐｃよりも大きいかを判定する。
実コモンレール圧が目標コモンレール圧以下に低下している場合には、実コモンレール圧を減圧せずそのままの圧力でポスト噴射を実施すればよいと判断し、ＥＣＵ５０はＳ３０８に処理を移行する。
【００４２】
実コモンレール圧Ｐｃが目標コモンレール圧Ｐｃよりも大きい場合、実コモンレール圧を減圧する必要があると判断し、Ｓ３０６においてＥＣＵ５０は、エンジン運転状態を示すエンジン回転数ＮＥ、目標噴射量Ｑ、目標噴射時期Ｔおよび目標コモンレール圧Ｐｃから、実コモンレール圧を減圧する減圧値ΔＰｃを算出する。
【００４３】
Ｓ３０８においてＥＣＵ５０は、燃料噴射弁１６のノズルニードルが開弁しない程度に燃料噴射弁１６の制御室の燃料を低圧側に排出する空打ちを実施して実コモンレール圧を減圧する。
【００４４】
実コモンレール圧が減圧値ΔＰｃ分減圧すると、Ｓ３１０においてＥＣＵ５０は、ポスト噴射を実施し、本ルーチンを終了する。
以上説明した本実施形態では、ポスト噴射を実施する場合、メイン噴射後のコモンレール圧を減圧してポスト噴射を実施するので、ポスト噴射における噴射貫徹力が低下する。これにより、ポスト噴射において燃料が気筒１２の内壁面１２ａに付着することを極力防止できる。その結果、オイルが希釈されることを防止するので、気筒１２およびピストン１４の焼き付きを防止できる。
【００４５】
また、内壁面１２ａに付着する燃料量が減少するので、ＤＰＦ４０に堆積しているＰＭを焼却除去してＤＰＦ４０を再生するために必要な燃料量をＤＰＦ４０に供給できる。これにより、ポスト噴射実施後にＤＰＦ４０に残るＰＭ堆積量を極力低減し、ＤＰＦ４０のフィルタ効果を向上することができる。
【００４６】
また、内壁面１２ａに付着する燃料量を加えてポスト噴射量を増加する必要がないので、燃費が向上する。
［他の実施形態］
上記実施形態では、燃料噴射弁１６の空打ちによりコモンレール圧を減圧した。これに対し、コモンレールに減圧弁が設置されている場合には、ＥＣＵ５０は減圧弁を開弁制御することによりコモンレール圧を減圧してもよい。
【００４７】
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施形態による燃料噴射システムを示すブロック図。
【図２】燃料噴射弁の噴射形態を示す説明図。
【図３】（Ａ）は膨張行程のＴＤＣからの経過時間と減圧値ΔＰｃとの関係を示し、（Ｂ）は行程と減圧値ΔＰｃとの関係を示す特性図。
【図４】（Ａ）は噴孔径と減圧値ΔＰｃとの関係を示し、（Ｂ）は噴孔流量と減圧値ΔＰｃとの関係を示す特性図。
【図５】ポスト噴射の制御ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４９】
１０：ディーゼルエンジン（内燃機関）、１２：気筒、１２ａ：内壁面、１４：ピストン、１６：燃料噴射弁、１８：コモンレール、４０：ＤＰＦ（排気フィルタ）、５０：ＥＣＵ（燃料噴射制御装置、再生判定手段、噴射圧制御手段）
【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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