JP2005042661A - 内燃機関の燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＤＰＦの再生や、ＮＯｘトラップ触媒のＳ被毒解除などに際し、これらに見合った目標排気温度と目標空燃比とを実現でき、かつトルクの低下を抑制する。
【解決手段】 主トルクを発生させる主燃焼と、主燃焼に先立ってなされる予備燃焼とを行わせる。予備燃焼は、圧縮上死点近傍で起こるように、また、主燃焼は、予備燃焼が終了した後に開始するように、燃料噴射を制御する。その一方、エンジンへの目標空気量をトルク補正値により増量補正し、実空気量と目標空燃比とから目標燃料噴射量を算出する。
【選択図】 図１５

Description

本発明は、内燃機関の燃焼制御装置に関する。

従来、特許文献１に開示されているように、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置において、触媒の昇温を促す時などに、エンジンの要求トルクに対応する基本燃料噴射量の燃料を、燃料噴射弁により、各気筒の圧縮上死点近傍で３回に分割して噴射することが知られている。これに併せて、燃料噴射量を増量することも知られている。
特開２０００−３２０３８６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の装置においては、分割噴射された燃料の燃焼が継続するように燃料を噴射しているため、最初に噴射された燃料の火炎中に燃料を噴射していくこととなり、２回目以降に噴射された燃料が拡散燃焼主体の燃焼となってしまう。このような燃焼状態で空燃比をリッチ化していくと、スモークの大幅な悪化は避けられない。

本発明は、このような実情を踏まえ、排気温度を上昇させるときなどに、空燃比をリッチ化しても、スモークの悪化を招くことのない燃焼を実現することを目的とする。また、燃焼を切換える際に、トルク変化を生じさせることなく、目標とする空燃比を実現できるようにすることを目的とする。

このため、本発明では、排気浄化装置の状態に基づく所定の条件のときに、主トルクを発生させる主燃焼と、主燃焼に先立ってなされる少なくとも１回の予備燃焼とを行わせ、前記予備燃焼は、少なくとも１つが圧縮上死点近傍で起こるように、また、前記主燃焼は、前記予備燃焼が終了した後に開始するように、燃料噴射を制御する。

その一方、機関への空気量をトルク補正値により増量補正し、実空気量と目標空燃比とから目標燃料噴射量を算出して制御する。

本発明によれば、予備燃焼により筒内温度を高め、予備燃焼が終了した後に主燃焼が開始することで、主燃焼は予混合燃焼となり、スモークの悪化を招くことなく、排気温度の上昇やリッチ空燃比を実現できる。また、リタード燃焼であることから、トルクの低下は避けられないが、機関への目標空気量をトルク補正値により増量補正する一方、実空気量と目標空燃比とから目標燃料噴射量を算出して、目標燃料噴射量も実質的に増量補正するので、目標空燃比を実現したままトルクの低下を抑制できる。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態を示す内燃機関（ここではディーゼルエンジン）のシステム図である。

ディーゼルエンジン１の吸気通路２には可変ノズル型のターボチャージャ３の吸気コンプレッサが備えられ、吸入空気は吸気コンプレッサによって過給され、インタークーラ４で冷却され、吸気絞り弁５を通過した後、コレクタ６を経て、各気筒の燃焼室内へ流入する。燃料は、コモンレール式燃料噴射装置により、すなわち、高圧燃料ポンプ７により高圧化されてコモンレール８に送られ、各気筒の燃料噴射弁９から燃焼室内へ直接噴射される。燃焼室内に流入した空気と噴射された燃料はここで圧縮着火により燃焼し、排気は排気通路１０へ流出する。

排気通路１０へ流出した排気の一部は、ＥＧＲガスとして、ＥＧＲ通路１１によりＥＧＲ弁１２を介して吸気側へ還流される。排気の残りは、可変ノズル型のターボチャージャ３の排気タービンを通り、これを駆動する。

ここで、排気通路１０の排気タービン下流には、排気浄化のため、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップし、トラップしたＮＯｘを排気空燃比がリッチのときに脱離浄化することのできるＮＯｘトラップ触媒１３を配置してある。また、このＮＯｘトラップ触媒１３には、酸化触媒（貴金属）を担持させて、流入する排気成分（ＨＣ、ＣＯ）を酸化する機能を持たせてある。

更に、このＮＯｘトラップ触媒１３の下流には、排気中の粒子状物質であるＰＭ（Particulate Matter）を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタ（以下ＤＰＦという）１４を配置してある。また、このＤＰＦ１４にも、酸化触媒（貴金属）を担持させて、流入する排気成分（ＨＣ、ＣＯ）を酸化する機能を持たせてある。尚、ＮＯｘトラップ触媒１３とＤＰＦ１４とは、逆に配置してもよいし、ＤＰＦにＮＯｘトラップ触媒を担持させて一体に構成してもよい。

コントロールユニット２０には、エンジン１の制御のため、エンジン回転数Ｎｅ検出用の回転数センサ２１、アクセル開度ＡＰＯ検出用のアクセル開度センサ２２、吸入空気量Ｑａｃ検出用のエアフローメータ２３、エンジン冷却水温Ｔｗ検出用の水温センサ２４から、信号が入力されている。

また、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度（触媒温度）を検出する触媒温度センサ２５、排気通路１０のＤＰＦ１４入口側にて排気圧力を検出する排気圧力センサ２６、ＤＰＦ１４の温度（ＤＰＦ温度）を検出するＤＰＦ温度センサ２７、更に排気通路１０のＤＰＦ１４出口側にて排気空燃比（以下排気λといい、数値としては空気過剰率で表す）を検出する空燃比センサ２８が設けられ、これらの信号もコントロールユニット２０に入力されている。但し、ＮＯｘトラップ触媒１３の温度やＤＰＦ１４の温度はこれらの下流側などに排気温度センサを設けて、排気温度より間接的に検出するようにしてもよい。

コントロールユニット２０は、これらの入力信号に基づいて、燃料噴射弁９による燃料噴射の燃料噴射量及び噴射時期制御のための燃料噴射弁９への燃料噴射指令信号、吸気絞り弁５への開度指令信号、ＥＧＲ弁１２への開度指令信号等を出力する。

ここにおいて、コントロールユニット２０では、ＤＰＦ１４に捕集されて堆積したＰＭの燃焼除去によるＤＰＦ１４の再生、ＮＯｘトラップ触媒１３にトラップされたＮＯｘの脱離浄化、ＮＯｘトラップ触媒１３のＳ（硫黄）被毒解除を含む、排気浄化制御を行うようにしており、かかる排気浄化制御について、以下に詳細に説明する。

図２〜図１２はコントロールユニット２０にて実行される排気浄化制御のフローチャートである。

先ず図２のフローに沿って説明する。

Ｓ１では、各種センサ信号を読込み、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度ＡＰＯ、吸入空気量Ｑａｃ、触媒温度、ＤＰＦ入口側排気圧力、ＤＰＦ温度、ＤＰＦ出口側排気λを検出する。

Ｓ２では、排気系のＮＯｘトラップ触媒の暖機・冷機状態を判定する。触媒温度がその活性温度であるＴ５以下の場合は、冷機状態と判定して、後述する図１２の暖機促進モードの制御へ移行する。暖機状態（暖機完了後）と判定した場合は、Ｓ３へ進む。

Ｓ３では、ＮＯｘトラップ触媒にトラップされて堆積したＮＯｘ堆積量を計算する。例えば特許第２６００４９２号公報第６頁に記載されているＮＯｘ吸収量の計算のようにエンジン回転数の積算値から推測してもよいし、走行距離から推測してもよい。尚、積算値を用いる場合は、ＮＯｘ脱離浄化が完了した時点（Ｓ被毒解除の実施によりＮＯｘ脱離浄化が同時になされた時点も含む）で、その積算値をリセットする。

Ｓ４では、ＮＯｘトラップ触媒にＳ被毒により堆積したＳ堆積量を計算する。ここでも、上記ＮＯｘ堆積量の計算と同様に、エンジン回転数積算値や走行距離から推測すればよい。尚、積算値を用いる場合は、Ｓ被毒解除が完了した時点で、その積算値をリセットする。

Ｓ５では、ＤＰＦに捕集されて堆積しているＰＭ堆積量を次のように計算する。ＤＰＦのＰＭ堆積量が増えれば、当然ＤＰＦ入口側排気圧力が上昇することから、排気圧力センサにより、ＤＰＦ入口側排気圧力を検出し、現在の運転状態（エンジン回転数、負荷）での基準排気圧力との比較により、ＰＭ堆積量を推定する。尚、前回のＤＰＦ再生からのエンジン回転数積算値や走行距離と、排気圧力とを組み合わせて、ＰＭ堆積量を推定するようにしてもよい。

Ｓ６では、ＤＰＦ再生モード中であることを示すｒｅｇフラグが立っているか否かを判定する。ｒｅｇフラグ＝１の場合は、後述する図３のＤＰＦ再生モードの制御へ進む。

Ｓ７では、ＮＯｘトラップ触媒のＳ被毒解除モード中であることを示すｄｅｓｕｌフラグが立っているか否かを判定する。ｄｅｓｕｌフラグ＝１の場合は、後述する図４のＳ被毒解除モードの制御へ進む。

Ｓ８では、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ脱離浄化のためのリッチスパイクモード中であることを示すｓｐフラグが立っているか否かを判定する。ｓｐフラグ＝１の場合は、後述する図５のリッチスパイクモードの制御へ進む。

Ｓ９では、ＤＰＦ再生及びＳ被毒解除後の溶損防止モード中であることを示すｒｅｃフラグが立っているか否かを判定する。ｒｅｃフラグ＝１の場合は、後述する図６の溶損防止モードの制御へ進む。

Ｓ１０では、ＤＰＦ再生要求が出ていることを示すｒｑ−ＤＰＦフラグが立っているか否かを判定する。ＤＰＦ再生要求が出ていてｒｑ−ＤＰＦフラグ＝１の場合は、後述する図７のフローへ進み、ＤＰＦ再生要求が出ている場合の再生の優先順位を決定する。

Ｓ１１では、Ｓ被毒解除要求が出ていることを示すｒｑ−ｄｅｓｕｌフラグが立っているか否かを判定する。Ｓ被毒解除要求が出ていてｒｑ−ｄｅｓｕｌフラグ＝１の場合は、後述する図８のフローへ進み、Ｓ被毒解除要求が出ている場合の再生の優先順位を決定する。

Ｓ１２では、Ｓ５で計算したＤＰＦのＰＭ堆積量が所定量ＰＭ１に達して、ＤＰＦ再生時期になったか否かを判定する。

ＰＭ堆積量＞ＰＭ１で、ＤＰＦ再生時期と判定された場合は、図９のフローへ進み、Ｓ７０１でｒｑ−ＤＥＦフラグを１にして、ＤＰＦ再生要求を出す。

Ｓ１３では、Ｓ４で計算したＮＯｘトラップ触媒のＳ堆積量が所定量Ｓ１に達して、Ｓ被毒解除時期になったか否かを判定する。

Ｓ堆積量＞Ｓ１で、ＮＯｘトラップ触媒のＳ被毒解除時期と判定された場合は、図１０のフローへ進み、Ｓ８０１でｒｑ−ｄｅｓｕｌフラグを１にして、Ｓ被毒解除要求を出す。

Ｓ１４では、Ｓ３で計算したＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ堆積量が所定量ＮＯｘ１に達して、ＮＯｘ脱離浄化時期になったか否かを判定する。

ＮＯｘ堆積量＞ＮＯｘ１で、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ脱離浄化時期と判定された場合は、図１１のフローへ進み、Ｓ９０１でｒｑ−ｓｐフラグを１にして、ＮＯｘ脱離浄化要求（リッチスパイク要求）を出す。

次に図３のＤＰＦ再生モードの制御について説明する。ＰＭ堆積量が所定量ＰＭ１に達してｒｑ−ＤＰＦフラグ＝１となり、これを受けて後述する図７のフローによりｒｅｇフラグ＝１となると、図３のフローが開始される。

Ｓ１０１では、ＤＰＦの再生のため、エンジンの燃焼を、通常のリーン燃焼から、本発明に係る分割リタード燃焼に切換える。

ここで、本発明に係る分割リタード燃焼について説明する。尚、本燃焼はＤＰＦ再生の他、Ｓ被毒解除、ＮＯｘ脱離浄化（リッチスパイク）、暖機促進にも用いられる。

ＤＰＦの再生を行う場合、排気λを１〜1.4 の間で制御し、且つＤＰＦの温度を６００℃以上にする必要がある。また、Ｓ被毒解除を行う場合、λ≦１、且つ排温≧６００℃を実現する必要がある。

リーン条件の常用運転領域では、通常、パイロット噴射を行っており、パイロット噴射時期は４０〜１０°BTDC、パイロット噴射量は１〜３mm³/st、主噴射時期は１０〜−５°BTDC程度で、パイロット噴射と主噴射との間隔は１０〜３０°CA程度の設定である。

通常の運転から、ＤＰＦ再生やＳ被毒解除等の低λで且つ高排温を実現するためには、吸気量を絞る必要がある。ところが、吸気量を絞った場合、筒内の圧縮端温度が低下してしまうことから、燃焼が不安定となり、通常のリーン燃焼と同じようなパイロット噴射の設定では、主噴射の噴射時期を進角する必要がある（図１３；参考例（１））。このような燃料噴射量と噴射時期の設定では、排温を上げるために噴射時期をリタードさせたくとも、燃焼が不安定になってしまうことから、リタードにも限界があり、低λ、高排温を実現することは難しい。

そこで 特許文献１では、主噴射を分割することで噴射時期のリタード限界を広げ、低λ、高排温の実現を図っている（図１４；参考例（２））。

しかしながら、前に吹いた燃料の燃焼が活発な状態で次の燃料を噴射しているため、燃焼は図１４に示すように連続したものとなる。すなわち、主燃焼のために分割された燃料は、前に噴かれた燃焼の火炎中に噴射されることから、噴射されるや否や燃焼が開始し、拡散燃焼割合が増え、部分的な当量比は非常にリッチとなり、スモークが大幅に悪化してしまう。

そこで、本発明では、図１５に示すように、主トルクを発生させる主燃焼と、主燃焼に先立ってなされる予備燃焼とを行わせ、前記予備燃焼は、圧縮上死点（ＴＤＣ）近傍で起き、また、前記主燃焼は、前記予備燃焼が終了した後に開始するように、燃料噴射（ａ、ｂ）を制御する。

すなわち、圧縮行程でまず燃料を噴射し（ａ）、ＴＤＣ近傍での筒内温度（圧縮端温度）を高めるための予備燃焼を行う。運転条件に応じて、予備燃焼の熱発生が起こる噴射量は異なるが、少なくとも予備燃焼の熱発生が確認でき、主燃焼のための燃料噴射時の筒内温度が自己着火可能な温度を上回るために必要な量の燃料を噴射する。また、各運転条件において予想される圧縮端温度に応じて予備燃焼のための燃料噴射量、及び時期を変えることで、予備燃焼の安定性を向上できる。

続いて、予備燃焼が終了してから、主燃焼が開始するように、主燃焼のための燃料をＴＤＣ以降に噴射する（ｂ）。

つまり、予備燃焼によって筒内温度を高めることで、主燃焼のリタード限界を広げて、目標温度への制御性を向上させる一方、予備燃焼が確実に終了した後に主燃焼の燃料を噴射することで、主燃焼のための着火遅れ期間を確保し、主燃焼の予混合燃焼割合を高くして、スモークの排出を抑制する。

予備燃焼の開始時期から主燃焼の開始時期までの間隔は、エンジン回転数にもよるが、少なくとも２０°CA以上は離れていないと、予備燃焼（予備燃焼による熱発生）が完全には終了しない。このような間隔の設定により、主燃焼の悪化を抑制して、スモークの悪化を防ぐことができる。また、膨張行程で主燃焼が開始することから、燃焼速度は非常に遅く、主燃焼の燃焼終了は５０°ATDC以降となる。主燃焼の終了時期をできるだけ遅くすることで、主燃焼が緩慢になり、燃焼騒音の悪化を抑制できる。

本発明に係る分割リタード燃焼を実現すれば、図１６の（３）に示すように、参考例（１）、（２）と比較して、リッチ条件を実現した際にも、高排温で、且つ低スモークな燃焼が実現できている。更に、ＨＣについても非常に低い値を示している。

また、予備燃焼によって主燃焼のリタード限界が広がることから、主噴射の噴射時期をリタードしても低λ条件での燃焼は安定し、高い排気温度の実現が可能となった。

図１７を参照し、主燃焼の時期がリタードすれば、主燃焼の予混合割合が増えるため、λが小さい条件であってもリタードすればするだけ、スモークが抑制されている。また、主燃焼の時期がリタードすれば、より高い排気温度を実現でき、主燃焼のための燃料噴射時期を変えることで、排気温度を制御できる。

図１８は、エンジン運転条件（エンジン回転数Ｎｅ、負荷Ｑ）をパラメータとして、予備燃焼のための目標燃料噴射時期を示している。

図１９は、エンジン運転条件（エンジン回転数Ｎｅ、負荷Ｑ）をパラメータとして、予備燃焼のための目標燃料噴射量を示している。

図２０は、エンジン運転条件（エンジン回転数Ｎｅ、負荷Ｑ）をパラメータとして、ある目標排気温度を実現するための、主燃焼のための目標燃料噴射時期（主噴射時期）を示している。主燃焼のための目標燃料噴射量は、トルク補正のため、後述のように決定される。

尚、負荷が低い状態では、目標排温を達成するための主燃焼の燃焼時期が非常にリタードするため、予備燃焼が一度だけでは主燃焼の噴射時期の筒内温度を高く維持できない場合もある。その場合は図２１に示すように予備燃焼を複数回行い、それぞれの熱発生が重ならないようにすることで、低負荷条件であっても低スモークと高排温の両立を図ることができる。

以上から、ＤＰＦ再生やＳ被毒解除などで、低λ、高排温が要求される場合は、本発明に係る分割リタード燃焼への切換えを行う。具体的には、図２２のフローチャートに示すように、Ｓ１１０１で、予備燃焼のための燃料噴射時期（図１８）に、予備燃焼のための燃料噴射量（図１９）で、燃料噴射を行う。そして、Ｓ１１０２で、主燃焼のための燃料噴射を、燃料噴射時期をリタードさせて行う（図２０）。

Ｓ１０１でＤＰＦ再生のためにエンジンの燃焼を通常のリーン燃焼から本発明に係る分割リタード燃焼に切換えた後は、Ｓ１０２へ進む。

Ｓ１０２では、排気λを目標値に制御する。ＤＰＦの再生では排気λの目標値はＰＭ堆積量によって異なる。従って、ＤＰＦ入口側排気圧力を検出し、現在の運転状態（エンジン回転数、負荷）での基準排気圧力との比較により、ＰＭ堆積量を推定し、図２３に示すＰＭ堆積量に対応した目標λを設定して、制御する。

目標λへの制御について、詳細は後述するが、リタード燃焼によりトルクが低下することから、トルク補正を行いつつ、目標λへの制御を行う。

Ｓ１０３では、ＤＰＦ温度が再生中の目標上限値Ｔ２２を超えたか否かを判定する。

ＤＰＦ温度＞Ｔ２２の場合は、再生中に上限値を超えたため、Ｓ１１０へ進んで、主燃焼の燃料噴射時期を進角して、排気温度を低下させる。

Ｓ１０４では、ＤＰＦ温度が再生中の目標下限値Ｔ２１を下回ったか否かを判定する。

ＤＰＦ温度＜Ｔ２１の場合は、再生中に下限値を下回ったため、Ｓ１０９へ進んで、主燃焼の燃料噴射時期を遅角して、排気温度を上昇させる。

Ｓ１０５では、ＤＰＦの再生開始から所定時間ｔdpfreg経過したかを否かを判定する。所定時間経過すれば、ＤＰＦに堆積したＰＭは確実に燃焼除去されるので、Ｓ１０６へ進む。

Ｓ１０６では、ＤＰＦの再生が完了したので、本発明に係る分割リタード燃焼から通常の燃焼に切換えて、ＤＰＦの加熱を停止する。

Ｓ１０７では、ＤＰＦの再生が完了したので、ｒｅｇフラグを０にする
Ｓ１０８では、ＤＰＦの再生は完了したものの、ＤＰＦにＰＭの燃え残りがあった場合に排気λを急に大きくすると、ＤＰＦでＰＭが一気に燃えてしまい溶損する恐れがあることから、溶損防止モードに入るために、ｒｅｃフラグを１にする。

次に図４のＳ被毒解除モードの制御について説明する。ＮＯｘトラップ触媒のＳ堆積量が所定値Ｓ１に達してｒｑ−ｄｅｓｕｌフラグ＝１となり、これを受けて後述する図８のフローによりｄｅｓｕｌフラグ＝１となると、図４のフローが開始される。

Ｓ２０１では、ＮＯｘトラップ触媒のＳ被毒解除のため、エンジンの燃焼を、通常のリーン燃焼から、本発明に係る分割リタード燃焼に切換える。

Ｓ２０２では、排気λをストイキに制御する。すなわち、目標λをストイキに設定して、制御する。目標λへの制御については、詳細は後述するが、リタード燃焼によりトルクが低下することから、トルク補正を行いつつ、目標λへの制御を行う。

Ｓ２０３では、触媒温度が所定値Ｔ４より高くなっているか否かを判定する。例えばＢａ系のＮＯｘトラップ触媒の場合は、リッチ〜ストイキ雰囲気で６００℃以上にする必要があることから、Ｔ４は６００℃以上に設定される。

触媒温度が所定値Ｔ４より低い場合は、Ｓ２１０へ進んで、主燃焼の燃料噴射時期を遅角して、排気温度を上昇させる。

Ｓ２０４では、Ｓ被毒解除モードで所定時間ｔdesul 経過したか否かを判定する。所定時間経過すれば、Ｓ被毒が解除されるので、Ｓ２０５へ進む。

Ｓ２０５では、Ｓ被毒解除が完了したので、本発明に係る分割リタード燃焼から通常の燃焼に切換えて、ＮＯｘトラップ触媒の加熱を停止する。もちろん同時に、ストイキ運転を解除する
Ｓ２０６では、Ｓ被毒解除が完了したので、ｄｅｓｕｌフラグを０にする。

Ｓ２０７では、Ｓ被毒解除は完了したものの、このような高温の条件下でＤＰＦにＰＭが堆積している場合に排気λを急に大きくすると、ＤＰＦでＰＭが一気に燃えてしまい溶損する恐れがあることから、溶損防止モードに入るために、ｒｅｃフラグを１にする。

Ｓ２０８では、ｒｑ−ｓｐフラグを０にする。Ｓ被毒解除を行うと、ＮＯｘトラップ触媒が長時間ストイキにさらされることで、ＮＯｘ脱離浄化が同時に行われるので、ＮＯｘ脱離浄化要求（リッチスパイク要求）が出ていた場合に、これを取下げるためである。

次に図５のリッチスパイクモード（ＮＯｘ脱離浄化モード）の制御について説明する。ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ堆積量が所定値ＮＯｘ１に達してｒｑ−ｓｐフラグ＝１となり、これを受けて後述する図７又は図８のフローによりｓｐフラグ＝１となると、図５のフローが開始される。

Ｓ３０１では、ＮＯｘトラップ触媒のＮＯｘ脱離浄化のため、エンジンの燃焼を、通常のリーン燃焼から、本発明に係る分割リタード燃焼に切換える。

Ｓ３０２では、排気λをリッチに制御する。すなわち、目標λをリッチに設定して、制御する。目標λへの制御については、詳細は後述するが、リタード燃焼によりトルクが低下することから、トルク補正を行いつつ、目標λへの制御を行う。

Ｓ３０３では、リッチスパイクモードにて所定時間ｔspike 経過したか否かを判定し、経過した場合は、ＮＯｘ脱離浄化完了と見なして、Ｓ３０４へ進む。

Ｓ３０４では、ＮＯｘ脱離浄化が完了したので、本発明に係る分割リタード燃焼から通常の燃焼に切換える。もちろん同時に、リッチ運転を解除する
Ｓ３０５では、ＮＯｘ脱離浄化が完了したので、ｓｐフラグを０にする。

次に図６の溶損防止モードの制御について説明する。ＤＰＦ再生又はＳ被毒解除が終了し、図３又は図４のフローによりｒｅｃフラグ＝１となると、図６のフローが開始される。

Ｓ４０１では、ＤＰＦ再生直後などは未だ高温状態にあり、排気λを急激にリーン化すると、ＤＰＦ内の燃え残ったＰＭが一気に燃焼して溶損する恐れがあるため、排気λを目標値、例えばλ≦1.4 に制御する。尚、溶損防止モードでは、排気温度は低いことが望ましいので、本発明に係る分割リタード燃焼ではなく、通常燃焼で排気λを目標値に制御する。

Ｓ４０２では、ＤＰＦ温度がＰＭの急激な酸化が開始する恐れのない所定温度Ｔ３（例えば５００℃）より低くなったか否かを判定する。Ｔ３より高い場合は、排気λ制御を続行する。Ｔ３より低くなれば、酸素濃度が大気並になってもＤＰＦの溶損は回避可能となるので、Ｓ４０３へ進む。。

Ｓ４０３では、ＤＰＦの溶損の恐れがないことから、排気λ制御を止める。

Ｓ４０４では、溶損防止モードが終了したので、ｒｅｃフラグを０にする。

次に図７の再生優先順位決定フロー（１）について説明する。ＤＰＦ再生要求（ｒｑ−ＤＰＦフラグ＝１）が出されると、図７のフローが開始される。尚、本フローは、ＤＰＦ再生要求と、Ｓ被毒解除要求又はＮＯｘ脱離浄化要求とが、同時におきたときの優先順位についての規定するものである。

Ｓ５０１では、ＤＰＦ再生要求が出た後に、Ｓ堆積量が所定値Ｓ１に達してＳ被毒解除時期になっているか否かを、Ｓ１３と同様の手法で、判定する。

Ｓ堆積量＞Ｓ１の場合は、図１０のフローのＳ８０１へ進んで、ｒｑ−ｄｅｓｕｌフラグ＝１とし、Ｓ被毒解除要求を出す。この場合、後述する図８のフローにより優先順位が決定される。

Ｓ堆積量＜Ｓ１の場合は、Ｓ５０２へ進む。

Ｓ５０２では、ｒｑ−ｓｐフラグ＝１、すなわちＮＯｘ脱離浄化要求（リッチスパイク要求）が出ているか否かを判定し、出ていない場合は、Ｓ５０３へ進む。

Ｓ５０３では、ＤＰＦ再生要求が出された後に、ＮＯｘ堆積量が所定値ＮＯｘ１に達してＮＯｘ脱離浄化時期になっているか否かを、Ｓ１４と同様の手法で、判定する。

ＮＯｘ堆積量＞ＮＯｘ１の場合は、図１１のフローのＳ９０１へ進んで、ｒｑ−ｓｐフラグ＝１とし、ＮＯｘ脱離浄化要求（リッチスパイク要求）を出す。

Ｓ５０３での判定で、ＮＯｘ堆積量＜ＮＯｘ１の場合は、ＤＰＦ再生要求のみが出ている場合であり、この場合は、Ｓ５０４へ進む。

Ｓ５０４では、図２４に示すＤＰＦ再生及びＳ被毒解除の可能領域（低回転・低負荷以外の領域；昇温代が比較的少なく、排気性能の悪化代が許容値を超えない領域）であるか否かを判定する。ＤＰＦ再生可能領域の場合は、Ｓ５０５へ進み、ｒｅｇフラグ＝１として、ＤＰＦの再生に移行する。

Ｓ５０２での判定で、ｒｑ−ｓｐフラグ＝１の場合は、ＤＰＦ再生要求とＮＯｘ脱離浄化要求とが同時に出ている場合であり、この場合は、Ｓ５０６へ進む。

Ｓ５０６では、エンジンの運転条件がＮＯｘ排出量の少ない条件（例えば定常条件）であるか否かを判定する。ＮＯｘ排出量が少ない条件であれば、ＮＯｘトラップ触媒の再生を多少遅らせても、テールパイプでの排気の悪化は殆ど無いため、運転性に影響を大きく及ぼすＤＰＦの再生を優先させるのが望ましい。従って、この場合はＳ５０７へ進む。

ＮＯｘ排出量が多い条件（例えば加速条件等）ではテールパイプでの排気悪化を防止するためにＮＯｘトラップ触媒の再生を優先させるのが望ましい。従って、この場合はＳ５０８へ進み、ｓｐフラグ＝１として、ＮＯｘ脱離浄化（リッチスパイク）に移行する。

Ｓ５０７では、ＤＰＦ温度がＤＰＦに担持させた酸化触媒が活性化する温度Ｔ６より高いか否かを判定する。昇温を開始するにあたり、ＤＰＦに担持させた酸化触媒が活性化する温度Ｔ６よりも低い場合は、昇温開始しても、再生可能温度に到達するまで時間がかかり、昇温中にテールパイプでのＮＯｘの悪化も懸念されるため、ＮＯｘトラップ触媒の再生を優先させるのが望ましい。従って、この場合もＳ５０８へ進み、ｓｐフラグ＝１として、ＮＯｘ脱離浄化（リッチスパイク）に移行する。

Ｓ５０７での判定で、ＤＰＦ温度＞Ｔ６の場合は、ＤＰＦの再生を優先させるため、前述のＳ５０４、５０５へ進む。

次に図８の再生優先順位決定フロー（２）について説明する。Ｓ被毒解除要求（ｒｑ−ｄｅｓｕｌフラグ＝１）が出されると、図８のフローが開始される。尚、本フローは、Ｓ被毒解除要求とＮＯｘ脱離浄化要求とが同時におきたときの優先順位について規定するものである。

Ｓ６０１では、Ｓ被毒解除要求が出た後に、ＰＭ堆積量が所定値ＰＭ１に達してＤＰＦ再生時期になっているか否かを、Ｓ１２と同様の手法で、判定する。

ＰＭ堆積量＞ＰＭ１の場合は、図９のフローのＳ７０１へ進んで、ｒｑ−ＤＰＦフラグ＝１とし、ＤＰＦ再生要求を出す。この場合、前述の図７のフローにより優先順位が決定される。

ＰＭ堆積量＜ＰＭ１の場合は、Ｓ６０２へ進む。

Ｓ６０２では、触媒温度が所定温度Ｔ１より高いか否かを判定し、高い場合には、Ｓ６０３へ進む。

Ｓ６０３では、図２４に示すＤＰＦ再生及びＳ被毒解除の可能領域（低回転・低負荷以外の領域；昇温代が比較的少なく、排気性能の悪化代が許容値を超えない領域）であるか否かを判定する。Ｓ被毒解除可能領域の場合は、Ｓ６０４へ進み、ｄｅｓｕｌフラグ＝１として、Ｓ被毒解除に移行する。

Ｓ６０２での判定で、触媒温度＜Ｔ１の場合は、昇温を開始しても、Ｓ被毒解除の可能温度に到達するまで時間がかかり、昇温中にテールパイプでのＮＯｘの悪化も懸念されることから、ＮＯｘ脱離浄化を優先させるのが望ましい。このため、Ｓ６０５へ進む。

Ｓ６０５では、ｒｑ−ｓｐフラグ＝１、すなわちＮＯｘ脱離浄化要求が出ているか否かを判定し、出ている場合は、Ｓ６０７へ進み、ｓｐフラグ＝１として、ＮＯｘ脱離浄化（リッチスパイク）に移行する。

ｒｑ−ｓｐフラグ＝１でない場合は、Ｓ６０６へ進む。

Ｓ６０６では、Ｓ被毒解除要求が出された後に、ＮＯｘ堆積量が所定値ＮＯｘ１に達してＮＯｘ脱離浄化時期になっているか否かを、Ｓ１４と同様の手法で、判定する。

ＮＯｘ堆積量＞ＮＯｘ１の場合は、図１１のフローのＳ９０１へ進み、ｒｑ−ｓｐフラグ＝１とする。

次に図１２の暖機促進モードの制御について説明する。これは触媒温度がＴ５以下のときに実行される。

Ｓ１００１では、暖機促進運転可能領域か否かを判定する。ここでの暖機促進運転は、本発明に係る分割リタード燃焼により行うため、この燃焼が可能な領域か否かを判定する。具体的には、図２４に示したＤＰＦ再生及びＳ被毒解除の可能領域を、暖機促進運転可能領域とし、この領域の場合に、Ｓ１００２へ進む。

Ｓ１００２では、暖機促進のため、エンジンの燃焼を、通常のリーン燃焼から、本発明に係る分割リタード燃焼に切換える。本燃焼への切換えにより、高排温となり、触媒の暖機を促進することができる。

ここでも、目標λを設定して、制御する。目標λへの制御については、詳細は後述するが、リタード燃焼によりトルクが低下することから、トルク補正を行いつつ、目標λへの制御を行う。

Ｓ１００３では、触媒温度がその活性温度であるＴ５より高くなったか否かを判定し、触媒温度＞Ｔ５の場合に、Ｓ１００４へ進んで、本発明に係る分割リタード燃焼から通常の燃焼に切換えて、暖機促進運転を終了する。

次に、本発明に係る分割リタード燃焼中の目標λへの制御、及び、トルク補正について説明する。

リタード燃焼の場合、トルクが低下するので、目標λを維持しつつ、トルクをいかに補償するかが問題となる。また、主燃焼のための燃料噴射時期を遅角して、排気温度を上昇させるほど、より大きくトルクが低下するので、これに対処する必要がある。また、特に、暖機促進運転の場合は、主燃焼のための燃料噴射時期が同じでも、各部の温度が低いと、燃焼効率が低下する分、より大きくトルクが低下するので、これにも対処する必要がある。

図２５はトルク補正を含む空気量制御のフローチャートである。

Ｓ２００１では、アクセル開度ＡＰＯ、エンジン回転数Ｎｅから、要求エンジントルク相当の要求燃料噴射量ＱＦＤＲＶを算出する。

Ｓ２００２では、要求燃料噴射量ＱＦＤＲＶと目標λとから、基本目標空気量ｔＱａｃｂを算出する。尚、目標λは、既に述べたように、ＤＰＦ再生、Ｓ被毒解除、ＮＯｘ脱離浄化、暖機促進等のそれぞれに合わせて設定されている。

Ｓ２００３では、分割リタード燃焼中か否かを判定し、分割リタード燃焼中の場合は、Ｓ２００４へ進む。

Ｓ２００４では、目標λとエンジン回転数Ｎｅとから、図２７のようなマップを参照し、基本トルク補正値Ｋａ１を算出する。ここで、目標λが１より小さくなると、トルクが低下するので、目標λが１より小さくなるに従って、Ｋａ１を大きくする。また、エンジン回転数Ｎｅが高くなると、燃焼時間が同じでも、クランク角が変化して、トルクが低下するので、エンジン回転数Ｎｅが高くなるに従って、Ｋａ１を大きくする。

Ｓ２００５では、分割リタード燃焼中の主燃焼のための燃料噴射時期（主噴射時期）から、基本トルク補正値に対する補正係数Ｋａ２を算出する。具体的には、図２８のようなテーブルを参照し、主噴射時期が遅角するほど、補正係数Ｋａ２を大きくする。主噴射時期が遅角するほど、トルク低下が大きくなるからである。

Ｓ２００６では、エンジン温度を代表するパラメータである水温Ｔｗから、基本トルク補正値に対する補正係数Ｋａ３を算出する。具体的には、図２９のようなテーブルを参照し、水温Ｔｗが低いほど、補正係数Ｋａ３を大きくする。水温Ｔｗが低いほど、燃焼効率が悪化して、トルク低下が大きくなるからである。この補正は、特に、暖機促進運転の際に有効である。

Ｓ２００７では、基本トルク補正値Ｋａ１と、補正係数Ｋａ２、Ｋａ３とから、最終的なトルク補正値Ｋａ＝Ｋａ１×Ｋａ２×Ｋａ３を求める。

Ｓ２００８では、トルク補正のため、基本目標空気量Ｑａｃｂにトルク補正値Ｋａを乗じて、目標空気量ｔＱａｃ＝ｔＱａｃｂ×Ｋａを算出する。

一方、Ｓ２００３での判定で、分割リタード燃焼中でない場合は、Ｓ２００９へ進んで、基本目標空気量Ｑａｃｂをそのまま最終的な目標空気量ｔＱａｃ＝ｔＱａｃｂとする。

Ｓ２００８又はＳ２００９の後は、Ｓ２０１０へ進み、目標空気量ｔＱａｃを実現するように、吸気絞り弁及びＥＧＲ弁を制御する。より具体的には、目標空気量ｔＱａｃを実現するように、吸気絞り弁を制御し、その上で、微調整のため、エアフローメータにより実空気量Ｑａｃを検出し、Ｑａｃ＝ｔＱａｃとなるように、ＥＧＲ弁でフィードバック制御を行う。

図２６は燃料噴射量制御のフローチャートである。

Ｓ２１０１では、エアフローメータにより実空気量Ｑａｃを検出する。

Ｓ２１０２では、実空気量Ｑａｃと目標λとから、目標燃料噴射量ｔＱＦを算出する。

Ｓ２１０３では、目標燃料噴射量ｔＱＦとなるように、燃料噴射弁を制御する。

以上のように、分割リタード燃焼時は、エンジンへの目標空気量をトルク補正値により増量補正し、実空気量と目標λとから目標燃料噴射量を算出して制御することにより、目標λを実現したままトルクの低下を抑制できる。

また、前記トルク補正値は、主燃焼のための燃料噴射時期（主噴射時期）に応じて補正することにより、主噴射時期の変動によるトルク変化に対応可能となる。

また、前記トルク補正値は、エンジン温度、特にこれを代表する水温に応じて補正することにより、暖機促進運転時の低温ゆえのトルク低下にも対応可能となる。

また、前記トルク補正値の基本値（基本トルク補正値）は、目標λとエンジン回転数とから算出することにより、目標λのリッチ化によるトルク低下や、エンジン回転数の増大によるトルク低下に対処可能となる。

本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図 排気浄化制御のフローチャート（その１） 排気浄化制御のフローチャート（その２） 排気浄化制御のフローチャート（その３） 排気浄化制御のフローチャート（その４） 排気浄化制御のフローチャート（その５） 排気浄化制御のフローチャート（その６） 排気浄化制御のフローチャート（その７） 排気浄化制御のフローチャート（その８） 排気浄化制御のフローチャート（その９） 排気浄化制御のフローチャート（その１０） 排気浄化制御のフローチャート（その１１） 参考例１の燃焼形態を示す 参考例２の燃焼形態を示す図 本発明の燃焼形態を示す図 参考例１、２と本発明の排気ガス状態を比較した図 主燃焼時期と排気ガスの状態との関係を示す図 予備燃焼のための目標燃料噴射時期を示す図 予備燃焼のための目標燃料噴射量を示す図 主燃焼のための目標燃料噴射時期を示す図 本発明の別の燃焼形態を示す図 分割リタード燃焼への切換えのフローチャート ＰＭ堆積量と再生中の目標λとの関係を示す図 ＤＰＦ再生及びＳ被毒解除の可能領域を示す図 トルク補正を含む空気量制御のフローチャート 燃料噴射量制御のフローチャート 基本トルク補正値算出用マップを示す図 主噴射時期とトルク補正係数との関係を示す図 水温とトルク補正係数との関係を示す図

符号の説明

１ ディーゼルエンジン
２ 吸気通路
５ 吸気絞り弁
９ 燃料噴射弁
１０ 排気通路
１１ ＥＧＲ通路
１２ ＥＧＲ弁
１３ ＮＯｘトラップ触媒
１４ ＤＰＦ
２０ コントロールユニット
２１ 回転数センサ
２２ アクセル開度センサ
２３ エアフローメータ
２４ 水温センサ
２５ 触媒温度センサ
２６ 排気圧力センサ
２７ ＤＰＦ温度センサ
２８ 空燃比センサ

Claims (13)

1. 排気通路に排気浄化装置を備える内燃機関において、
   排気浄化装置の状態に基づく所定の条件のときに、主トルクを発生させる主燃焼と、主燃焼に先立ってなされる少なくとも１回の予備燃焼とを行わせ、前記予備燃焼は、少なくとも１つが圧縮上死点近傍で起こるように、また、前記主燃焼は、前記予備燃焼が終了した後に開始するように、機関への燃料噴射を制御する一方、
   機関への目標空気量をトルク補正値により増量補正し、実空気量と目標空燃比とから目標燃料噴射量を算出して制御することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
2. 前記トルク補正値は、前記主燃焼のための燃料噴射時期に応じて補正することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置。
3. 前記トルク補正値は、機関温度に応じて補正することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の燃焼制御装置。
4. 機関温度として、水温を用いることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の燃焼制御装置。
5. 前記トルク補正値の基本値は、目標空燃比と機関回転数とから算出することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
6. 前記予備燃焼の燃料噴射量は、前記主燃焼の燃料噴射時の筒内温度が自己着火可能な温度を上回るために必要な燃料噴射量であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
7. 前記主燃焼の燃焼開始時期は、前記予備燃焼の燃焼開始時期からクランク角で２０度以上離れた時期であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
8. 前記主燃焼の終了時期は、圧縮上死点からクランク角で５０度以上離れた時期であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
9. 前記主燃焼は、前記主燃焼のための燃料噴射時期を変えることで、排気温度を制御することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
10. 排気浄化装置として、排気中のＰＭを捕集するフィルタを備え、
    前記排気浄化装置の状態に基づく所定の条件のときは、少なくとも、排気温度を上昇させて、フィルタに堆積したＰＭを燃焼除去するフィルタの再生時であることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
11. 排気浄化装置として、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップするＮＯｘトラップ触媒を備え、
    前記排気浄化装置の状態に基づく所定の条件のときは、少なくとも、排気空燃比をリッチ化して、ＮＯｘトラップ触媒にトラップしたＮＯｘを脱離浄化する時であることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
12. 排気浄化装置として、排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯｘをトラップするＮＯｘトラップ触媒を備え、
    前記排気浄化装置の状態に基づく所定の条件のときは、少なくとも、排気温度を上昇させて、ＮＯｘトラップ触媒に堆積したＳ分の被毒解除を行う時であることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
13. 前記排気浄化装置の状態に基づく所定の条件のときは、少なくとも、排気浄化装置の冷機時で、排気浄化装置を急速暖機する時であることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。

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