JP2003184593A

JP2003184593A - 内燃機関の燃料噴射量制御装置

Info

Publication number: JP2003184593A
Application number: JP2001389070A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tominaga; 浩之冨永
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2003-07-03

Abstract

(57)【要約】【課題】内燃機関の燃料噴射量制御装置において、内燃
機関の燃焼騒音を容易に抑制する技術を提供する。【解決手段】内燃機関１へ機関出力のための燃料を噴射
させる主噴射手段３と、主噴射の後に再度燃料を噴射さ
せる副噴射手段３と、排気再循環通路２５と、排気再循
環通路２６内を流れる排気の流量を調整する排気再循環
弁２６と、内燃機関１の運転状態に応じて排気再循環弁
２６の開閉制御を行う排気再循環弁制御手段３５と、を
備え、副噴射手段３から噴射される噴射量は、吸気系に
還流させることを前提に燃焼騒音を抑制するように予め
設定された所定値とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の燃料噴
射量制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年環境に対する配慮から、内燃機関か
ら発生する騒音は低減されてはきているが、さらなる騒
音の低減が求められている。このような騒音には様々な
要因で発生するものが含まれているが、そのうちの一つ
に燃焼騒音がある。この燃焼騒音は、燃料の急激な燃焼
により圧力上昇率が高くなると発生するものである。こ
の燃焼騒音を抑制する方法として、例えば燃料噴射時期
を通常よりも遅延させて初期燃焼時期を膨張行程に移行
することにより、燃料の燃焼を緩慢にさせる方法が知ら
れている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、燃料噴射時期
をあまり遅延しすぎると、機関出力に関与しない燃焼が
多くなり、内燃機関の運転状態が悪化する虞がある。従
って、燃料噴射時期を遅延させることができる期間には
限りがあり、それ以上の燃焼騒音の低減が困難となる。

【０００４】本発明は、上記したような問題点に鑑みて
なされたものであり、内燃機関の燃料噴射量制御装置に
おいて、内燃機関の燃焼騒音を容易に抑制する技術を提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に本発明の内燃機関の燃料噴射量制御装置は、以下の手
段を採用した。即ち、内燃機関へ機関出力のための燃料
を噴射させる主噴射手段と、前記主噴射の後に、再度燃
料を噴射させる副噴射手段と、内燃機関から排出された
排気の一部を内燃機関の吸気系へ還流させる排気再循環
通路と、前記排気再循環通路内を流れる排気の流量を調
整する排気再循環弁と、前記内燃機関の運転状態に応じ
て前記排気再循環弁の開閉制御を行う排気再循環弁制御
手段と、を備え、前記副噴射手段から噴射される噴射量
は、吸気系に還流させることを前提に燃焼騒音を抑制す
るように予め設定された所定値とすることを特徴とす
る。

【０００６】本発明の最大の特徴は、内燃機関の燃料噴
射量制御装置において、副噴射により炭化水素（ＨＣ）
を多く含有した排気を還流させ、このときの副噴射量を
燃焼騒音を抑制可能な量とすることで、内燃機関から発
生する燃焼騒音を抑制することにある。

【０００７】このように構成された内燃機関の燃料噴射
量制御装置では、内燃機関へ機関出力のための燃料を噴
射させる主噴射の後の機関出力とはならない時期に再度
燃料を噴射させる副噴射が行われる。副噴射が行われる
と、多量の炭化水素（ＨＣ）が発生し排気と共に排出さ
れる。一方、ＥＧＲ装置は、副噴射により発生した炭化
水素（ＨＣ）を含んだ排気を吸気系へ還流させる。排気
再循環弁制御手段は、排気再循環弁を制御して、ＥＧＲ
ガスの流通量を調整することが可能である。排気再循環
通路から吸気系へ流入したＥＧＲガスは、その後内燃機
関に吸入される。そして、ＥＧＲガスに含まれた炭化水
素（ＨＣ）により機関内の燃焼が緩慢となるため燃焼騒
音の発生を抑制することが可能となる。

【０００８】本発明においては、前記内燃機関の気筒内
圧力を検出する圧力センサと、該圧力センサの出力に応
じて燃焼騒音が抑制されるように副噴射量を補正する副
噴射量補正手段と、を備えることができる。

【０００９】このように構成された内燃機関の燃料噴射
量制御装置では、気筒内の圧力に基づいて燃焼騒音の発
生を検出することができる。従って、気筒内の圧力に基
づいて副噴射させる燃料量を補正することにより燃焼騒
音を低減することが可能となる。

【００１０】本発明においては、前記内燃機関の気筒内
圧力を検出する圧力センサと、該圧力センサの出力に応
じて燃焼騒音が抑制されるように排気再循環弁開度を補
正する排気再循環弁制御補正手段と、を備えることがで
きる。

【００１１】このように構成された内燃機関の燃料噴射
量制御装置では、気筒内の圧力に基づいて燃焼騒音の発
生を検出することができる。また、排気再循環弁開度を
変更すると、内燃機関に吸入されるＥＧＲガス量が変動
する。従って、排気再循環弁開度を補正することにより
内燃機関に吸入される炭化水素（ＨＣ）の量を調整する
ことが可能となり、燃焼騒音の発生が検出された場合に
は排気再循環弁を開弁することにより燃焼騒音を低減す
ることが可能となる。

【００１２】本発明においては、排気通路に設けた酸化
機能を有する排気浄化触媒と、前記排気浄化触媒の温度
を検出する触媒温度検出手段と、を備え、前記触媒温度
検出手段により検出された温度が、前記排気浄化触媒の
処理温度以外となった場合には、燃焼騒音の抑制よりも
優先して前記排気浄化触媒の温度が処理温度内になるよ
うに副噴射量を補正することができる。

【００１３】このように構成された内燃機関の燃料噴射
量制御装置では、触媒の温度が触媒温度検出手段により
検出される。ここで、排気浄化触媒には有効に作用する
温度領域があり、該温度領域以外では触媒の効果が薄く
なる。また、触媒の温度が高くなりすぎると触媒が劣化
する虞がある。従って、排気浄化触媒を所定の温度に維
持することが重要となる。前記した燃焼騒音の抑制より
も排気浄化触媒の温度を所定の領域に維持することを優
先させることにより、排気浄化触媒の熱劣化を抑制し、
排気エミッションの悪化を抑制することが可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】＜第１の実施の形態＞以下、本発
明に係る内燃機関の燃料噴射量制御装置の具体的な実施
態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発
明に係る内燃機関の燃料噴射量制御装置を車両駆動用の
ディーゼル機関に適用した場合を例に挙げて説明する。

【００１５】図１は、本実施の形態に係る内燃機関の燃
料噴射量制御装置を適用するエンジン１とその吸排気系
の概略構成を示す図である。

【００１６】図１に示すエンジン１は、４つの気筒２を
有する水冷式の４サイクル・ディーゼル機関である。

【００１７】エンジン１は、各気筒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。各燃料噴射弁
３は、燃料を所定圧まで蓄圧する蓄圧室（コモンレー
ル）４と接続されている。このコモンレール４には、該
コモンレール４内の燃料の圧力に対応した電気信号を出
力するコモンレール圧センサ４ａが取り付けられてい
る。各気筒２の燃焼室には、気筒２内の圧力に対応した
電気信号を出力する筒内圧センサ３８が取り付けられて
いる。

【００１８】前記コモンレール４は、燃料供給管５を介
して燃料ポンプ６と連通している。この燃料ポンプ６
は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）の回転ト
ルクを駆動源として作動するポンプであり、該燃料ポン
プ６の入力軸に取り付けられたポンププーリ６ａがエン
ジン１の出力軸（クランクシャフト）に取り付けられた
クランクプーリ１ａとベルト７を介して連結されてい
る。

【００１９】このように構成された燃料噴射系では、ク
ランクシャフトの回転トルクが燃料ポンプ６の入力軸へ
伝達されると、燃料ポンプ６は、クランクシャフトから
該燃料ポンプ６の入力軸へ伝達された回転トルクに応じ
た圧力で燃料を吐出する。

【００２０】前記燃料ポンプ６から吐出された燃料は、
燃料供給管５を介してコモンレール４へ供給され、コモ
ンレール４にて所定圧まで蓄圧されて各気筒２の燃料噴
射弁３へ分配される。そして、燃料噴射弁３に駆動電流
が印加されると、燃料噴射弁３が開弁し、その結果、燃
料噴射弁３から気筒２内へ燃料が噴射される。

【００２１】次に、エンジン１には、吸気枝管８が接続
されており、吸気枝管８の各枝管は、各気筒２の燃焼室
と吸気ポート（図示省略）を介して連通している。

【００２２】前記吸気枝管８は、吸気管９に接続され、
この吸気管９は、エアクリーナボックス１０に接続され
ている。前記エアクリーナボックス１０より下流の吸気
管９には、該吸気管９内を流通する吸気の質量に対応し
た電気信号を出力するエアフローメータ１１が取り付け
られている。

【００２３】前記吸気管９における吸気枝管８の直上流
に位置する部位には、該吸気管９内を流通する吸気の流
量を調節する吸気絞り弁１３が設けられている。この吸
気絞り弁１３には、ステップモータ等で構成されて該吸
気絞り弁１３を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ
１４が取り付けられている。

【００２４】前記エアフローメータ１１と前記吸気絞り
弁１３との間に位置する吸気管９には、排気のエネルギ
を駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージ
ャ）１５のコンプレッサハウジング１５ａが設けられ、
コンプレッサハウジング１５ａより下流の吸気管９に
は、前記コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて
高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ１６
が設けられている。

【００２５】このように構成された吸気系では、エアク
リーナボックス１０に流入した吸気は、該エアクリーナ
ボックス１０内のフィルタ（図示省略）によって吸気中
の塵や埃等が除去された後、吸気管９を介してコンプレ
ッサハウジング１５ａに流入する。

【００２６】コンプレッサハウジング１５ａに流入した
吸気は、該コンプレッサハウジング１５ａに内装された
コンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記
コンプレッサハウジング１５ａ内で圧縮されて高温とな
った吸気は、インタークーラ１６にて冷却された後、必
要に応じて吸気絞り弁１３によって流量を調節されて吸
気枝管８に流入する。吸気枝管８に流入した吸気は、各
枝管を介して各気筒２の燃焼室へ分配され、各気筒２の
燃料噴射弁３から噴射された燃料を着火源として燃焼さ
れる。

【００２７】一方、エンジン１には、排気枝管１８が接
続され、排気枝管１８の各枝管が排気ポート（図示省
略）を介して各気筒２の燃焼室と連通している。

【００２８】前記排気枝管１８は、前記遠心過給機１５
のタービンハウジング１５ｂと接続されている。前記タ
ービンハウジング１５ｂは、排気管１９と接続され、こ
の排気管１９は、下流にてマフラー（図示省略）に接続
されている。

【００２９】前記排気管１９の途中には、吸蔵還元型Ｎ
Ｏx触媒を担持したパティキュレートフィルタ（以下、
単にフィルタという。）２０が設けられている。フィル
タ２０より上流の排気管１９には、該排気管１９内を流
通する排気の温度に対応した電気信号を出力する排気温
度センサ２４が取り付けられている。

【００３０】前記したフィルタ２０の下流の排気管１９
には、該排気管１９内を流通する排気の流量を調節する
排気絞り弁２１が設けられている。この排気絞り弁２１
には、ステップモータ等で構成されて該排気絞り弁２１
を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ２２が取り付
けられている。

【００３１】このように構成された排気系では、エンジ
ン１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気
ポートを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝
管１８から遠心過給機１５のタービンハウジング１５ｂ
へ流入する。タービンハウジング１５ｂに流入した排気
は、該排気が持つエネルギを利用してタービンハウジン
グ１５ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを
回転させる。その際、タービンホイールの回転トルク
は、前述したコンプレッサハウジング１５ａのコンプレ
ッサホイールへ伝達される。

【００３２】前記タービンハウジング１５ｂから排出さ
れた排気は、排気管１９を介してフィルタ２０へ流入
し、排気中のパティキュレートマター（以下、単にＰＭ
という。）が捕集され且つ有害ガス成分が除去又は浄化
される。フィルタ２０にてＰＭを捕集され且つ有害ガス
成分を除去又は浄化された排気はマフラーを介して大気
中に放出される。

【００３３】また、排気枝管１８と吸気枝管８とは、排
気枝管１８内を流通する排気の一部を吸気枝管８へ再循
環させる排気再循環通路（以下、ＥＧＲ通路とする。）
２５を介して連通されている。このＥＧＲ通路２５の途
中には、電磁弁などで構成され、印加電力の大きさに応
じて前記ＥＧＲ通路２５内を流通する排気（以下、ＥＧ
Ｒガスとする。）の流量を変更する流量調整弁（以下、
ＥＧＲ弁とする。）２６が設けられている。

【００３４】前記ＥＧＲ通路２５の途中でＥＧＲ弁２６
より上流には、該ＥＧＲ通路２５内を流通するＥＧＲガ
スを冷却するＥＧＲクーラ２７が設けられている。前記
ＥＧＲクーラ２７には、冷却水通路（図示省略）が設け
られエンジン１を冷却するための冷却水の一部が循環す
る。

【００３５】このように構成された排気再循環機構で
は、ＥＧＲ弁２６が開弁されると、ＥＧＲ通路２５が導
通状態となり、排気枝管１８内を流通する排気の一部が
前記ＥＧＲ通路２５へ流入し、ＥＧＲクーラ２７を経て
吸気枝管８へ導かれる。

【００３６】その際、ＥＧＲクーラ２７では、ＥＧＲ通
路２５内を流通するＥＧＲガスとエンジン１の冷却水と
の間で熱交換が行われ、ＥＧＲガスが冷却される。

【００３７】ＥＧＲ通路２５を介して排気枝管１８から
吸気枝管８へ還流されたＥＧＲガスは、吸気枝管８の上
流から流れてきた新気と混ざり合いつつ各気筒２の燃焼
室へ導かれる。

【００３８】ここで、ＥＧＲガスには、水（Ｈ₂Ｏ）や
二酸化炭素（ＣＯ₂）などのように、自らが燃焼するこ
とがなく、且つ、熱容量が高い不活性ガス成分が含まれ
ているため、ＥＧＲガスが混合気中に含有されると、混
合気の燃焼温度が低められ、以て窒素酸化物（ＮＯx）
の発生量が抑制される。

【００３９】更に、ＥＧＲクーラ２７においてＥＧＲガ
スが冷却されると、ＥＧＲガス自体の温度が低下すると
ともにＥＧＲガスの体積が縮小されるため、ＥＧＲガス
が燃焼室内に供給されたときに該燃焼室内の雰囲気温度
が不要に上昇することがなくなるとともに、燃焼室内に
供給される新気の量（新気の体積）が不要に減少するこ
ともない。

【００４０】次に、本実施の形態に係るフィルタ２０に
ついて説明する。

【００４１】図２は、フィルタ２０の断面図である。図
２（Ａ）は、フィルタ２０の横方向断面を示す図であ
る。図２（Ｂ）は、フィルタ２０の縦方向断面を示す図
である。

【００４２】図２（Ａ）及び（Ｂ）に示されるようにフ
ィルタ２０は、互いに平行をなして延びる複数個の排気
流通路５０、５１を具備するいわゆるウォールフロー型
である。これら排気流通路は下流端が栓５２により閉塞
された排気流入通路５０と、上流端が栓５３により閉塞
された排気流出通路５１とにより構成される。なお、図
２（Ａ）においてハッチングを付した部分は栓５３を示
している。従って、排気流入通路５０および排気流出通
路５１は薄肉の隔壁５４を介して交互に配置される。換
言すると排気流入通路５０および排気流出通路５１は各
排気流入通路５０が４つの排気流出通路５１によって包
囲され、各排気流出通路５１が４つの排気流入通路５０
によって包囲されるように配置される。

【００４３】フィルタ２０は例えばコージェライトのよ
うな多孔質材料から形成されており、従って排気流入通
路５０内に流入した排気は図２（Ｂ）において矢印で示
されるように周囲の隔壁５４内を通って隣接する排気流
出通路５１内に流出する。

【００４４】本発明による実施例では各排気流入通路５
０および各排気流出通路５１の周壁面、即ち各隔壁５４
の両側表面上および隔壁５４内の細孔内壁面上には例え
ばアルミナからなる担体の層が形成されており、この担
体上にＮＯx吸蔵剤としての吸蔵還元型ＮＯx触媒が坦持
されている。

【００４５】次に、本実施の形態に係るフィルタ２０に
担持された吸蔵還元型ＮＯx触媒の働きについて説明す
る。

【００４６】フィルタ２０は、例えば、アルミナを担体
とし、その担体上に、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎ
ａ）、リチウム（Ｌｉ）、もしくはセシウム（Ｃｓ）等
のアルカリ金属と、バリウム（Ｂａ）もしくはカルシウ
ム（Ｃａ）等のアルカリ土類と、ランタン（Ｌａ）もし
くはイットリウム（Ｙ）等の希土類とから選択された少
なくとも１つと、白金（Ｐｔ）等の貴金属とを担持して
構成されている。尚、本実施の形態では、アルミナから
なる担体上にバリウム（Ｂａ）と白金（Ｐｔ）とを担持
し、更にＯ₂ストレージ能力のあるセリア（Ｃｅ₂Ｏ₃）
を添加して構成される吸蔵還元型ＮＯx触媒を採用し
た。

【００４７】このように構成されたＮＯx触媒は、該Ｎ
Ｏx触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中
の窒素酸化物（ＮＯx）を吸蔵（吸収、吸着）する。

【００４８】一方、ＮＯx触媒は、該ＮＯx触媒に流入す
る排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していた窒素酸
化物（ＮＯx）を放出する。その際、排気中に炭化水素
（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）等の還元成分が存在して
いれば、ＮＯx触媒は、該ＮＯx触媒から放出された窒素
酸化物（ＮＯx）を窒素（Ｎ₂）に還元せしめることがで
きる。

【００４９】ところで、エンジン１が希薄燃焼運転され
ている場合は、エンジン１から排出される排気の空燃比
がリーン雰囲気となり排気の酸素濃度が高くなるため、
排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒に吸
蔵されることになるが、エンジン１の希薄燃焼運転が長
期間継続されると、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和
し、排気中の窒素酸化物（ＮＯx）がＮＯx触媒にて除去
されずに大気中へ放出されてしまう。

【００５０】特に、エンジン１のようなディーゼル機関
では、大部分の運転領域においてリーン空燃比の混合気
が燃焼され、それに応じて大部分の運転領域において排
気の空燃比がリーン空燃比となるため、ＮＯx触媒のＮ
Ｏx吸蔵能力が飽和し易い。尚、ここでリーン空燃比と
は、ディーゼル機関にあっては例えば２０乃至５０で、
三元触媒ではＮＯxを浄化できない領域を意味する。

【００５１】従って、エンジン１が希薄燃焼運転されて
いる場合は、ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が飽和する前に
ＮＯx触媒に流入する排気中の酸素濃度を低下させると
ともに還元剤の濃度を高め、ＮＯx触媒に吸蔵された窒
素酸化物（ＮＯx）を還元させる必要がある。

【００５２】このように酸素濃度を低下させる方法とし
ては、排気中の燃料添加や、再循環するＥＧＲガス量を
増大させて煤の発生量が増加して最大となった後に、更
にＥＧＲガス量を増大させる低温燃焼（特許第３１１６
８７６号）、機関出力のための燃料を噴射させる主噴射
の後の機関出力とはならない膨張行程中に再度燃料を噴
射させる副噴射等の方法が考えられる。本実施の形態で
は、フィルタ２０より上流の排気管１９を流通する排気
中に還元剤たる燃料（軽油）を添加する還元剤供給機構
を備え、この還元剤供給機構から排気中へ燃料を添加す
ることにより、フィルタ２０に流入する排気の酸素濃度
を低下させるとともに還元剤の濃度を高めるようにし
た。

【００５３】還元剤供給機構は、図１に示されるよう
に、その噴孔が排気枝管１８内に臨むように取り付けら
れ、ＥＣＵ３５からの信号により開弁して燃料を噴射す
る還元剤噴射弁２８と、前述した燃料ポンプ６から吐出
された燃料を前記還元剤噴射弁２８へ導く還元剤供給路
２９と、還元剤供給路２９に設けられて該還元剤供給路
２９内の燃料の流通を遮断する遮断弁３１と、を備えて
いる。

【００５４】このような還元剤供給機構では、燃料ポン
プ６から吐出された高圧の燃料が還元剤供給路２９を介
して還元剤噴射弁２８へ印加される。そして、ＥＣＵ３
５からの信号により該還元剤噴射弁２８が開弁して排気
枝管１８内へ還元剤としての燃料が噴射される。

【００５５】還元剤噴射弁２８から排気枝管１８内へ噴
射された還元剤は、排気枝管１８の上流から流れてきた
排気の酸素濃度を低下させる。

【００５６】このようにして形成された酸素濃度の低い
排気はフィルタ２０に流入し、フィルタ２０に吸蔵され
ていた窒素酸化物（ＮＯx）を窒素（Ｎ₂）に還元するこ
とになる。

【００５７】その後、ＥＣＵ３５からの信号により還元
剤噴射弁２８が閉弁し、排気枝管１８内への還元剤の添
加が停止されることになる。

【００５８】以上述べたように構成されたエンジン１に
は、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット
（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）３５が併設され
ている。このＥＣＵ３５は、エンジン１の運転条件や運
転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユ
ニットである。

【００５９】ＥＣＵ３５には、コモンレール圧センサ４
ａ、エアフローメータ１１、排気温度センサ２４、クラ
ンクポジションセンサ３３、アクセル開度センサ３６、
筒内圧センサ３８等の各種センサが電気配線を介して接
続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ３５に
入力されるようになっている。

【００６０】一方、ＥＣＵ３５には、燃料噴射弁３、吸
気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエー
タ２２、還元剤噴射弁２８、ＥＧＲ弁２６、遮断弁３１
等が電気配線を介して接続され、上記した各部をＥＣＵ
３５が制御することが可能になっている。

【００６１】ここで、ＥＣＵ３５は、図３に示すよう
に、双方向性バス３５０によって相互に接続された、Ｃ
ＰＵ３５１と、ＲＯＭ３５２と、ＲＡＭ３５３と、バッ
クアップＲＡＭ３５４と、入力ポート３５６と、出力ポ
ート３５７とを備えるとともに、前記入力ポート３５６
に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）３５５を備え
ている。

【００６２】前記入力ポート３５６は、クランクポジシ
ョンセンサ３３のようにデジタル信号形式の信号を出力
するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をＣ
ＰＵ３５１やＲＡＭ３５３へ送信する。

【００６３】前記入力ポート３５６は、コモンレール圧
センサ４ａ、エアフローメータ１１、排気温度センサ２
４、アクセル開度センサ３６、筒内圧センサ３８等のよ
うに、アナログ信号形式の信号を出力するセンサのＡ／
Ｄ３５５を介して入力し、それらの出力信号をＣＰＵ３
５１やＲＡＭ３５３へ送信する。

【００６４】前記出力ポート３５７は、燃料噴射弁３、
吸気絞り用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエ
ータ２２、ＥＧＲ弁２６、還元剤噴射弁２８、遮断弁３
１等と電気配線を介して接続され、ＣＰＵ３５１から出
力される制御信号を、前記した燃料噴射弁３、吸気絞り
用アクチュエータ１４、排気絞り用アクチュエータ２
２、ＥＧＲ弁２６、還元剤噴射弁２８、あるいは遮断弁
３１へ送信する。

【００６５】前記ＲＯＭ３５２は燃料噴射弁３を制御す
るための燃料噴射制御ルーチン、吸気絞り弁１３を制御
するための吸気絞り制御ルーチン、排気絞り弁２１を制
御するための排気絞り制御ルーチン、ＥＧＲ弁２６を制
御するためのＥＧＲ制御ルーチン、フィルタ２０に還元
剤を添加して吸蔵されたＮＯxを還元させるＮＯx浄化制
御ルーチン等のアプリケーションプログラムを記憶して
いる。

【００６６】前記ＲＯＭ３５２は、上記したアプリケー
ションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶して
いる。前記制御マップは、例えば、エンジン１の運転状
態と基本燃料噴射量（基本燃料噴射時間）との関係を示
す燃料噴射量制御マップ、エンジン１の運転状態と基本
燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、
エンジン１の運転状態と吸気絞り弁１３の目標開度との
関係を示す吸気絞り弁開度制御マップ、エンジン１の運
転状態と排気絞り弁２１の目標開度との関係を示す排気
絞り弁開度制御マップ、エンジン１の運転状態とＥＧＲ
弁２６の目標開度との関係を示すＥＧＲ弁開度制御マッ
プ、エンジン１の運転状態と還元剤の目標添加量（若し
くは排気の目標空燃比）との関係を示す還元剤添加量制
御マップ、還元剤の目標添加量と還元剤噴射弁２８の開
弁時間との関係を示す還元剤噴射弁制御マップ等であ
る。

【００６７】前記ＲＡＭ３５３は、各センサからの出力
信号やＣＰＵ３５１の演算結果等を格納する。前記演算
結果は、例えば、クランクポジションセンサ３３がパル
ス信号を出力する時間的な間隔に基づいて算出される機
関回転数である。これらのデータは、クランクポジショ
ンセンサ３３がパルス信号を出力する都度、最新のデー
タに書き換えられる。

【００６８】前記バックアップＲＡＭ３５４は、エンジ
ン１の運転停止後もデータを記憶可能な不揮発性のメモ
リである。

【００６９】前記ＣＰＵ３５１は、前記ＲＯＭ３５２に
記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作し
て、燃料噴射弁制御、吸気絞り制御、排気絞り制御、Ｅ
ＧＲ制御、ＮＯx浄化制御等を実行する。

【００７０】例えば、ＮＯx浄化制御では、ＣＰＵ３５
１は、フィルタ２０に流入する排気中の酸素濃度を比較
的に短い周期でスパイク的（短時間）に低くする、所謂
リッチスパイク制御を実行する。

【００７１】リッチスパイク制御では、ＣＰＵ３５１
は、所定の周期毎にリッチスパイク制御実行条件が成立
しているか否かを判別する。このリッチスパイク制御実
行条件としては、例えば、フィルタ２０が活性状態にあ
る、排気温度センサ２４の出力信号値（排気温度）が所
定の上限値以下である、被毒回復制御が実行されていな
い、等の条件を例示することができる。

【００７２】上記したようなリッチスパイク制御実行条
件が成立していると判定された場合は、ＣＰＵ３５１
は、還元剤噴射弁２８からスパイク的に還元剤たる燃料
を噴射させるべく当該還元剤噴射弁２８を制御すること
により、フィルタ２０に流入する排気の空燃比を一時的
に所定の目標リッチ空燃比とする。

【００７３】具体的には、ＣＰＵ３５１は、ＲＡＭ３５
３に記憶されている機関回転数、アクセル開度センサ３
６の出力信号（アクセル開度）、エアフローメータ１１
の出力信号値（吸入空気量）、空燃比センサ（図示省
略）の出力信号、燃料噴射量等を読み出す。

【００７４】ＣＰＵ３５１は、前記した機関回転数とア
クセル開度と吸入空気量と燃料噴射量とをパラメータと
してＲＯＭ３５２の還元剤添加量制御マップへアクセス
し、排気の空燃比を予め設定された目標空燃比とする上
で必要となる還元剤の添加量（目標添加量）を算出す
る。

【００７５】続いて、ＣＰＵ３５１は、前記目標添加量
をパラメータとしてＲＯＭ３５２の還元剤噴射弁制御マ
ップへアクセスし、還元剤噴射弁２８から目標添加量の
還元剤を噴射させる上で必要となる還元剤噴射弁２８の
開弁時間（目標開弁時間）を算出する。

【００７６】還元剤噴射弁２８の目標開弁時間が算出さ
れると、ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８を開弁させ
る。

【００７７】ＣＰＵ３５１は、還元剤噴射弁２８を開弁
させた時点から前記目標開弁時間が経過すると、還元剤
噴射弁２８を閉弁させる。

【００７８】このように還元剤噴射弁２８が目標開弁時
間だけ開弁されると、目標添加量の燃料が還元剤噴射弁
２８から排気枝管１８内へ噴射されることになる。そし
て、還元剤噴射弁２８から噴射された還元剤は、排気枝
管１８の上流から流れてきた排気と混ざり合って目標空
燃比の混合気を形成してフィルタ２０に流入する。

【００７９】この結果、フィルタ２０に流入する排気の
空燃比は、比較的に短い周期で酸素濃度が変化すること
になり、以て、フィルタ２０が窒素酸化物（ＮＯx）の
吸蔵と還元とを交互に短周期的に繰り返すことになる。

【００８０】このように、フィルタ２０に流入する排気
の空燃比をスパイク的に目標リッチ空燃比とし、吸蔵還
元型ＮＯx触媒に吸収された窒素酸化物（ＮＯx）を還元
することが可能となる。

【００８１】本実施の形態においては、フィルタ２０へ
還元剤を供給する場合に還元剤噴射弁２８から排気中へ
の燃料添加に代わり、前記エンジン１の気筒２内へ機関
出力のための燃料が主噴射された後の機関出力とはなら
ない時期に再度燃料を噴射させる副噴射を行ってもよ
い。

【００８２】このようにエンジン１の気筒２内へ機関出
力のための燃料が主噴射された後の機関出力とはならな
い時期に再度燃料を噴射させるのは、主噴射のみにより
空燃比をリッチ空燃比側へずらそうとするとスモーク等
の問題が発生する虞があるからである。また、主噴射を
増量すると燃料の燃焼が機関出力になるのでトルクの変
動が発生し運転状態が悪化する。そこで、主噴射の後の
機関出力に影響しにくい膨張行程等で副噴射を行う。

【００８３】副噴射により噴射された燃料は気筒２内で
燃焼し気筒２内のガス温度を上昇させると共に気筒２内
の酸素濃度を低下させる。気筒２内で燃焼し温度が上昇
したガスは排気となって排気管１９を通り吸蔵還元型Ｎ
Ｏx触媒に到達し、吸蔵還元型ＮＯx触媒の温度を上昇さ
せると共に吸蔵還元型ＮＯx触媒に還元剤たる炭化水素
（ＨＣ）を供給する。

【００８４】このように副噴射を用いるとＮＯx触媒の
温度を早期に上昇させることができ、また、吸蔵還元型
ＮＯx触媒に還元剤を供給することができる。

【００８５】副噴射の量及び噴射時期は、アクセル開度
と機関回転数と副噴射量又は副噴射時期との関係を予め
マップ化しておきＲＯＭ３５２に記憶させておけば、そ
のマップとアクセル開度と機関回転数とから算出するこ
とができる。更に、パラメータとしてエンジン１の冷却
水温度を加えてもよい。

【００８６】ここで、従来の内燃機関の燃料噴射量制御
装置では、燃焼騒音の発生を抑制するために燃料噴射時
期を通常よりも遅延させて行っていた。燃料噴射時期を
遅延させると、燃料の燃焼が緩慢となり燃焼圧の急激な
上昇を抑制することができるので、燃焼騒音の抑制が可
能となる。しかし、燃料噴射時期を遅延していくと運転
状態が悪化するため、内燃機関の運転状態が悪化しない
範囲で燃料噴射時期の遅延が行われていた。従って、運
転状態が悪化した場合には、それ以上燃料噴射時期の遅
延を行うことができず、燃焼騒音の抑制が困難となっ
た。

【００８７】その点、本実施の形態では、副噴射及びＥ
ＧＲを利用して内燃機関の燃料の燃焼を緩慢にさせ燃焼
騒音の低減を行う。燃焼騒音は、燃料の着火遅れ期間が
長くなると気筒２内の燃料が急激に燃焼して圧力上昇率
が高くなることにより発生する。従って、副噴射により
炭化水素（ＨＣ）を多く含有した排気を還流させること
により燃焼を緩慢に行わせ燃焼騒音を抑制することが可
能となる。

【００８８】次に、図４は、ＥＧＲ制御中の副噴射量と
燃焼騒音との関係を示した図である。図４より、副噴射
量と燃焼騒音との間には相関関係があり、副噴射量が多
くなるほど燃焼騒音が減少する。従って、燃焼騒音が増
大した場合には、副噴射量を増加させてＥＧＲガスを還
流させると燃焼騒音を減少させることができる。

【００８９】また、図５は、クランク角度に対する燃料
噴射量及び気筒内の空燃比の推移を示した図である。

【００９０】例えば、同量の新気とＥＧＲガス（副噴射
により空燃比１６となっているもの）とが気筒２内へ流
入すると、そのときの空燃比は（５０＋５０）／（５０
／１６）＝３２となる。この新気及びＥＧＲガスは、吸
気行程及び圧縮行程において十分に混合される。その
後、主噴射により空燃比が低下され、更に副噴射により
空燃比が低下される。そして、最終的に排出される排気
の空燃比が１６となるように副噴射量を制御することに
より空燃比３２にてエンジン１の運転を行うことが可能
となる。

【００９１】このようにして行われる燃焼は、主噴射の
みにより同様の空燃比とされた場合と比較して、着火遅
れ期間が短くなることにより燃焼が緩やかに行われ燃焼
騒音が低減される。

【００９２】副噴射量は、筒内圧センサ３８の出力信号
に基づいて、気筒２内の圧力が所定圧力以上の場合には
燃焼騒音が発生しているとして、燃焼騒音を低減すべく
増量される。判定条件となる所定の筒内圧は予め実験等
により求めＲＯＭ３５２に記憶させておく。また、副噴
射される燃料量は、筒内圧センサ３８の出力信号に基づ
いてフィードバック制御される。更に、このときにＥＧ
Ｒ量をフィードバック制御しても良い。即ち、ＥＧＲ量
を増減させると吸気系に還流する炭化水素（ＨＣ）の量
も増減させることができる。従って、副噴射を行ってい
るときにＥＧＲ量を増量することにより燃焼室に供給さ
れる炭化水素（ＨＣ）の量を増量することができる。Ｅ
ＧＲ量を増量する手段には、例えばＥＧＲ弁１９を開弁
する、吸気絞り弁を閉弁する、排気絞り弁を閉弁する、
可変ノズル型ターボチャージャのノズルベーン（図示省
略）を閉側へ回動する等を挙げることができる。このＥ
ＧＲ量は、筒内圧センサ３８の出力信号に基づいてフィ
ードバック制御される。即ち、燃焼騒音が増大した場合
にはＥＧＲ弁１９を所定量開弁させる等によりＥＧＲ量
が増量される。尚、ＥＧＲ量の増量は、副噴射の増量と
共に行うことができ、また副噴射の増量を行わずに独立
して行うこともできる。

【００９３】尚、本実施の形態では、副噴射量を決定す
るに際し、エンジン１の運転状態（例えば、回転数、負
荷、水温等）により燃焼騒音が発生しないような予め実
験等により求めた所定の値を用いても良い。この場合、
筒内圧センサ３８によるフィードバック制御を行わなく
ても良く装置の簡略化が可能となる。また、ＥＧＲ量も
同様に、エンジン１の運転状態（例えば、回転数、負
荷、水温等）により燃焼騒音が発生しないような予め実
験等により求めた所定の値を用いても良い。この場合
も、筒内圧センサ３８によるフィードバック制御を行わ
なくても良く装置の簡略化が可能となる。

【００９４】また、本実施の形態では、主噴射に先立っ
て少量の燃料を噴射するパイロット噴射を併用しても良
い。このようにすると、更に燃焼を緩慢にすることがで
き、燃焼騒音を低減することができる。

【００９５】以上述べたように、本実施の形態によれ
ば、副噴射により炭化水素（ＨＣ）を多量に含むＥＧＲ
ガスを還流させることにより燃焼騒音を低減させること
ができる。

【００９６】また、燃焼騒音の発生と副噴射される燃料
量及びＥＧＲ量との関係には急変する領域が存在しない
ため過渡状態においても副噴射及びＥＧＲを利用して燃
焼騒音の発生を抑制することができる。

【００９７】更に、副噴射により触媒の床温を上昇させ
ることができ、低騒音化と触媒昇温とを両立させること
ができる。

【００９８】また、予混合燃焼によりスモークの発生を
低減することもできる。

【００９９】尚、本実施の形態では、吸蔵還元型ＮＯx
触媒を担持したフィルタを用いて説明したが、これに代
えて酸化機能を有する排気浄化触媒を用いても良い。＜第２の実施の形態＞本実施の形態は、第１の実施の形
態と比較して以下の点で相違する。

【０１００】即ち、第１の実施の形態では、副噴射によ
り燃焼騒音の低減を図っているが、本実施の形態では、
燃焼騒音低減よりもフィルタ２０の温度上昇を優先して
副噴射を行う。

【０１０１】排気浄化触媒を用いた排気浄化システムに
おいては、排気浄化触媒の触媒床温の管理も重要であ
る。例えば、排気浄化触媒には活性温度があり、触媒床
温がこの活性温度範囲から外れると、浄化能力が極度に
低下する。一方、触媒の温度が過剰に上昇すると、触媒
の熱劣化を誘発する虞がある。

【０１０２】ここで、吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化に
ついて説明すると、吸蔵還元型ＮＯx触媒におけるＮＯx
の吸蔵は白金Ｐｔ（触媒物質）とカリウムＫ（ＮＯx吸
蔵剤）との界面において行われるが、Ｐｔは熱によって
シンタリングを起こし、成長して粒径が大きくなること
が知られている。車両用内燃機関から排出される排気の
浄化においては、吸蔵還元型ＮＯx触媒に加わる熱負荷
が大きく、白金Ｐｔのシンタリングを避けることはでき
ない。このように白金Ｐｔがシンタリングを起こすと、
白金ＰｔとカリウムＫの接触面積が少なくなり、即ち、
白金ＰｔとカリウムＫの界面が少なくなる。この結果、
吸蔵還元型ＮＯx触媒のＮＯx吸蔵能力が低下し、ＮＯx
浄化能力が低下する。

【０１０３】尚、本実施の形態においては、第１の実施
の形態と比較して、副噴射を行うための条件判断方法が
異なるが、適用対象となるエンジン１やその他ハードウ
ェアの基本構成については、第１の実施の形態と共通な
ので説明を割愛する。

【０１０４】ここで、図６は、副噴射される燃料量とフ
ィルタ２０の床温との関係を示した図である。副噴射さ
れる燃料量を増量するほどフィルタ２０の床温が高くな
る。従って、燃焼騒音の低減を目的として副噴射を行う
と、同時にフィルタ２０の床温が上昇してしまう。しか
し、フィルタ２０に担持された吸蔵還元型ＮＯx触媒に
はＮＯxの吸蔵及び還元を効果的に行うための温度の範
囲があり、この温度の範囲を逸脱するとＮＯxの浄化が
行われないばかりか、高温によりフィルタ２０自体の毀
損をも招く虞がある。また、吸蔵還元型ＮＯx触媒の床
温が低くなると排気中の炭化水素（ＨＣ）が触媒で反応
しないまま該触媒を通過してしまうので、本実施の形態
においては、触媒の温度を所定の範囲内とするために触
媒の温度が低い場合には副噴射を行う一方で、触媒の温
度が高温になった場合には副噴射を停止する。

【０１０５】一方、フィルタ２０に捕集されたＰＭを除
去する必要が生じた場合には、フィルタ２０を高温状態
にする必要がある。また、吸蔵還元型ＮＯx触媒に吸蔵
されたＳＯxを放出させる場合にもフィルタ２０を高温
状態に保持しつつ還元剤を供給する必要がある。

【０１０６】そこで、本実施の形態では、フィルタ２０
の温度が例えばＮＯxを浄化可能な温度となるように、
若しくは吸蔵還元型ＮＯx触媒の熱劣化が発生しない温
度以下となるように、またはＰＭの除去及びＳＯxの放
出に必要となる温度となるように副噴射量のフィードバ
ック制御を行う。また、このときにＥＧＲ量をフィード
バック制御しても良い。ＥＧＲ量を増量する手段には、
例えばＥＧＲ弁１９を開弁する、吸気絞り弁を閉弁す
る、排気絞り弁を閉弁する、可変ノズル型ターボチャー
ジャが用いられている場合にノズルベーン（図示省略）
を閉側へ回動する等を挙げることができる。尚、ＥＧＲ
量の増減量は、副噴射の増減量と共に行うことができ、
また副噴射の増減量と独立して行うこともできる。

【０１０７】ここで、フィルタ２０の温度は、排気温度
センサ２４の出力信号により推定することができる。ま
た、フィルタ２０に温度計を設けて直接床温を計測して
も良い。更に、フィルタ２０の下流の排気の温度を計測
する温度センサ（図示省略）を更に設けても良い。フィ
ルタ２０の下流側に温度センサを設けることにより排気
温度センサ２４等の異常時にフィルタ２０が過熱しても
検知することができ、フィルタ２０の毀損を防止するこ
とができる。

【０１０８】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、フィルタ２０の温度に基づいて副噴射される燃料量
をフィードバック制御することにより、フィルタ２０の
毀損及び排気エミッションの悪化等を抑制しつつ燃焼騒
音を低減することが可能となる。

【０１０９】尚、本実施の形態では、吸蔵還元型ＮＯx
触媒を担持したフィルタを用いて説明したが、これに代
えて酸化機能を有する排気浄化触媒を用いても良い。

【０１１０】

【発明の効果】本発明に係る内燃機関の燃料噴射量制御
装置では、内燃機関へ機関出力のための燃料を噴射させ
る主噴射の後の機関出力とはならない時期に再度燃料を
噴射させる副噴射及びＥＧＲを利用して、燃焼騒音の発
生を容易に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関の燃料噴
射量制御装置を適用するエンジンとその吸排気系とを併
せ示す概略構成図である。

【図２】（Ａ）は、パティキュレートフィルタの横方
向断面を示す図である。（Ｂ）は、パティキュレートフ
ィルタの縦方向断面を示す図である。

【図３】ＥＣＵの内部構成を示すブロック図である。

【図４】ＥＧＲ制御中の副噴射量と燃焼騒音との関係
を示した図である。

【図５】クランク角度に対する燃料噴射量及び気筒内
の空燃比の推移を示した図である。

【図６】副噴射される燃料量とフィルタの床温との関
係を示した図である。

【符号の説明】

１・・・・エンジン１ａ・・・クランクプーリ２・・・・気筒３・・・・燃料噴射弁４・・・・コモンレール４ａ・・・コモンレール圧センサ５・・・・燃料供給管６・・・・燃料ポンプ６ａ・・・ポンププーリ８・・・・吸気枝管９・・・・吸気管１８・・・排気枝管１９・・・排気管２０・・・パティキュレートフィルタ２１・・・排気絞り弁２４・・・排気温度センサ２６・・・ＥＧＲ弁２７・・・ＥＧＲクーラ２８・・・還元剤噴射弁２９・・・還元剤供給路３１・・・遮断弁３３・・・クランクポジションセンサ３５・・・ＥＣＵ３６・・・アクセル開度センサ３８・・・筒内圧センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６８Ｆ０２Ｄ 45/00 ３６８ＳＦ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｇ５５０Ｒ５７０５７０Ｄ５７０ＪＦターム(参考） 3G062 AA01 AA03 AA05 BA04 BA05 BA06 DA01 DA02 EA12 ED01 ED04 ED08 FA02 FA05 FA06 GA01 GA04 GA06 GA09 GA15 GA17 GA18 3G084 AA01 BA13 BA15 DA10 DA39 EB08 FA07 FA10 FA21 FA29 FA38 3G092 AA02 AA06 BB01 BB06 DC09 EA09 EC09 FA14 FA17 FA18 HA01Z HB03Z HC01Z HD01Z HD02Z HD05Z HE03Z HF08Z 3G301 HA02 HA04 HA11 JA24 JA25 JA37 LA00 LB11 MA11 MA23 MA26 NC02 NE17 PA01Z PB08Z PC01Z PD04Z PD11Z PD12Z PE03Z PF03Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関へ機関出力のための燃料を噴射さ
せる主噴射手段と、前記主噴射の後に、再度燃料を噴射させる副噴射手段
と、内燃機関から排出された排気の一部を内燃機関の吸気系
へ還流させる排気再循環通路と、前記排気再循環通路内を流れる排気の流量を調整する排
気再循環弁と、前記内燃機関の運転状態に応じて前記排気再循環弁の開
閉制御を行う排気再循環弁制御手段と、を備え、前記副噴射手段から噴射される噴射量は、吸気系に還流
させることを前提に燃焼騒音を抑制するように予め設定
された所定値とすることを特徴とする内燃機関の燃料噴
射量制御装置。
【請求項２】前記内燃機関の気筒内圧力を検出する圧力
センサと、該圧力センサの出力に応じて燃焼騒音が抑制
されるように副噴射量を補正する副噴射量補正手段と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の
燃料噴射量制御装置。
【請求項３】前記内燃機関の気筒内圧力を検出する圧力
センサと、該圧力センサの出力に応じて燃焼騒音が抑制
されるように排気再循環弁開度を補正する排気再循環弁
制御補正手段と、を備えることを特徴とする請求項１に
記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。
【請求項４】排気通路に設けた酸化機能を有する排気浄
化触媒と、前記排気浄化触媒の温度を検出する触媒温度検出手段
と、を備え、前記触媒温度検出手段により検出された温度が、前記排
気浄化触媒の処理温度以外となった場合には、燃焼騒音
の抑制よりも優先して前記排気浄化触媒の温度が処理温
度内になるように副噴射量を補正することを特徴とする
請求項１に記載の内燃機関の燃料噴射量制御装置。