JP2005061309A - 圧縮着火内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを排気通路に備えると共に、予混合気を形成した後に燃焼を行う圧縮着火内燃機関の排気浄化装置において、フィルタに堆積した粒子状物質をより好適に除去することが可能な技術を提供することを課題とする。
【解決手段】 排気通路に設けられ排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、該フィルタに堆積した粒子状物質の量を推定する堆積量推定手段と、を備え、吸気行程から圧縮行程後期までの時期に第1の燃料供給が行われると共に、圧縮行程上死点近傍で第２の燃料供給が行われ、第１の燃料供給によって供給された燃料により、気筒内に吸気と燃料との予混合気が形成され、該予混合気が形成された後に燃焼が行われる圧縮着火内燃機関の排気浄化装置であって、フィルタに堆積した粒子状物質の量が規定量以上となったときは（Ｓ１０１）、第１の燃料供給において供給される燃料を増量する（Ｓ１０２）ことで予混合気における燃料濃度を高くする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、圧縮着火内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置に関し、特に、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備えた圧縮着火内燃機関の排気浄化装置に関する。

圧縮着火内燃機関の排気中には煤等の粒子状物質が含まれている。そのため、圧縮着火内燃機関の排気通路にフィルタを設け、該フィルタに粒子状物質を捕集することで排気を浄化する圧縮着火内燃機関の排気浄化装置が開発されている。

一方、圧縮着火内燃機関においては、粒子状物質やＮＯｘの発生低減を目的として、圧縮行程上死点近傍よりも前の時期に気筒内に吸気と燃料との予混合気を形成し、該予混合気を形成した後に燃焼を行う技術が開発されている。例えば、特許文献１には、低・中負荷では吸気行程から圧縮行程後期までの時期に気筒内の燃焼室に第1の燃料噴射を行うことで予混合気を形成し、高負荷では第1の燃料噴射後にさらに第２の燃料噴射を行うことで予混合気を形成する技術が開示されている。以下、このように予混合気を形成した後に行われる燃焼を予混合燃焼と称する。

また、上述したような、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを備えた圧縮着火内燃機関の排気浄化装置において、所定量以上の粒子状物質がフィルタに堆積した場合は、内燃機関の燃焼状態を、通常の燃焼（予混合気を形成せずに行う燃焼）から予混合燃焼に切り換える技術が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平９−３２４６３１号公報 特開２００３−１３７２６号公報 特開平８−２１８９２０号公報

排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを排気通路に備えた圧縮着火内燃機関の排気浄化装置においては、フィルタに捕集され堆積した粒子状物質が過剰な量となると、該フィルタの粒子状物質捕集能力が大きく低下したり、該フィルタより上流側の排気の圧力が上昇して内燃機関の出力低下を招いたりする虞がある。また、過剰に堆積した粒子状物質が酸化するときの熱によってフィルタ自体が過昇温し、該フィルタの劣化が促進されたり溶損が発生したりする虞もある。このような問題は、予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関の排気浄化装置においても起こり得る。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを排気通路に備えると共に、予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関の排気浄化装置において、フィルタに堆積した粒子状物質をより好適に除去することが可能な技術を提供することを課題とする。

本発明では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

即ち、本発明は、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを排気通路に備えると共に、予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関において、フィルタに堆積した粒子状物質の量が規定量以上となったときは、予混合気における燃料濃度を高くするものである。

より詳しくは、本発明に係る圧縮着火内燃機関は、
気筒内に燃料を供給する燃料供給手段と、
排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
該フィルタに堆積した粒子状物質の量を推定する堆積量推定手段と、を備え、
前記燃料供給手段によって、吸気行程から圧縮行程後期までの時期に第１の燃料供給が行われると共に、該第１の燃料供給よりも後であって且つ圧縮行程中期から圧縮行程上死点近傍までの時期に第２の燃料供給が行われ、
前記第１の燃料供給と前記第２の燃料供給とのうち少なくとも前記第１の燃料供給によって供給された燃料により、前記気筒内に吸気と燃料との予混合気が形成され、該予混合気が形成された後に燃焼が行われる圧縮着火内燃機関の排気浄化装置であって、
前記堆積量推定手段によって推定された前記フィルタに堆積した粒子状物質の量が規定量以上となったときは、前記第１の燃料供給において供給される燃料を増量することを特徴とする。

本発明においては、第1の燃料供給によって気筒内に予混合気を形成すると共に、第２の燃料供給を圧縮行程上死点近傍の時期に行うことによって着火源となる燃料を気筒内の燃焼室に供給することで燃焼を行っても良い。また、第1の燃料供給に加え、第２の燃料供給を圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期に行うことによって、気筒内に予混合気を形成し、該予混合気を圧縮して自着火させることで燃焼を行っても良い。

本発明における規定量とは、フィルタに堆積した粒子状物質の量が該規定量以上となると、粒子状物質の堆積量が過剰であると判断される量、もしくは粒子状物質の堆積量が過剰となる可能性があると判断される量である。

フィルタに堆積した粒子状物質を除去するためには、該フィルタに流入する排気の温度を上昇させ、該粒子状物質を酸化（燃焼）させる必要がある。本発明によれば、フィルタに堆積した粒子状物質の量が規定量以上となったときは、第１の燃料供給において供給される燃料（以下、第１供給燃料と称する）を増量することで、予混合気における燃料濃度を高くする。その結果、混合気が燃焼するときの燃焼温度が上昇するため、フィルタに流入する排気の温度も上昇し、フィルタに堆積した粒子状物質を酸化し除去することが出来る。

ここで、第２の燃料供給において供給される燃料（以下、第２供給燃料と称する）を増量しても燃焼温度は上昇するが、第２の燃料供給は第１の燃料供給に比べて着火時期までの期間が短いため、第２供給燃料は吸気と混合されにくい。そのため、第２供給燃料を増量すると、第１供給燃料を増量した場合に比べて粒子状物質の生成量がより増加する虞があり、また、第１供給燃料を増量した場合に比べて燃焼温度の上昇率も小さくなる。即ち、第２供給燃料を増量するよりも、第１供給燃料を増量する方が、粒子状物質の生成を抑制しつつ、より排気温度を高くすることが出来るため、フィルタに堆積した粒子状物質をより好適に除去することが出来る。

尚、第１の燃料供給は、吸気行程から圧縮行程後期までの時期に燃焼室に燃料を噴射することで行っても良く、また、吸気行程以前における吸気ポートへの燃料噴射を介して吸気とともに燃料を気筒内に吸入することで行っても良い。一方、第２の燃料供給は、圧縮行程中期から圧縮行程上死点近傍までの時期に燃焼室に燃料を噴射することで行っても良い。

本発明において、フィルタに堆積した粒子状物質の量が規定量以上となったときに、第１供給燃料を増量する場合、フィルタに堆積した粒子状物質の量が多い程、該燃料の増量分を多くし、フィルタに堆積した粒子状物質の量が少ない程、該燃料の増量分を少なくし
ても良い。

気筒内に供給される燃料の増加分をこのように補正することによって、供給燃料を過剰に増加することよる燃費の悪化を抑制しつつ、フィルタに堆積した粒子状物質を酸化し除去するために必要な温度にまで排気温度を上昇させることが出来る。

本発明においては、フィルタに堆積した粒子状物質の量が規定量以上となったときに、第１供給燃料を増量すると共に、該燃料の増量分に応じて第２供給燃料を減量しても良い。

上述したように、第２供給燃料は吸気と混合されにくいため、燃焼時に粒子状物質を生成し易い。上記のような制御によれば、吸気と混合されやすい第１供給燃料を増量することで、該燃料によって形成される予混合気における燃料濃度を高くして燃焼温度を上昇させることが出来ると共に、第２供給燃料を減量することで、粒子状物質の生成をより抑制することが出来る。即ち、粒子状物質の生成をより抑制しつつ、フィルタに流入する排気の温度を上昇させることが出来る。また、第２供給燃料を減量しない場合と比べて、燃焼に供される燃料全体としての量の変化は小さいため、内燃機関の運転状態への影響を小さくすることが出来る。さらに、燃費の悪化をより抑制することが出来る。

尚、上記のような制御において、第２の燃料供給が圧縮行程上死点近傍の時期に行われる場合、第２供給燃料は予混合気の形成に寄与しないため、第２供給燃料を減量しても予混合気における燃料濃度は変化しない。一方、第２の燃料供給が圧縮行程中期から圧縮行程後期までに行われる場合、第２供給燃料によっても予混合気が形成される。そのため、第１供給燃料を増量すると共に、第２供給燃料を減量すると、予混合気全体における燃料濃度の上昇率は低くなる。しかしながら、第２の燃料供給よりも着火時期までの期間が長い第１の燃料供給によって気筒内に供給される第１供給燃料は第２供給燃料よりも吸気と混合され易く、また、第１供給燃料によって形成される予混合気は、第２供給燃料によって形成される予混合気よりも、燃焼室内においてより広く分布し易い。そのため、第２供給燃料を減量した場合であっても、第１供給燃料を増量し該燃料によって形成される予混合気における燃料濃度を高くすることで燃焼温度を上昇させることが出来る。

本発明において、燃料供給手段は、気筒上部の中心近傍に設けられ燃料を放射状に噴射する燃料噴射弁を有しており、吸気行程前期から圧縮行程後期までの時期に、該燃料噴射弁から燃料を噴射することで、第１の燃料供給を行い、且つ第１供給燃料を増量する場合は、燃料噴射弁からの燃料の噴射圧を低下させても良い。

吸気行程前期から圧縮行程後期までの時期では、ピストンが気筒内において上死点近傍よりも低い位置にある。そのため、このような時期に、気筒の略中心から放射状に噴射される燃料を増量すると、ボアフラッシングが発生し易くなる。そこで、上記制御のように、第１供給燃料を増量する場合、即ち、吸気行程前期から圧縮行程後期までの時期に燃料噴射弁から噴射される燃料を増量する場合は、燃料の噴射圧を低下させる。このように燃料の噴射圧を低下させると、燃料の飛距離が短くなるため、ボアフラッシングの発生を抑制することが出来る。

尚、本発明においては、燃料供給手段が、気筒上部の中心近傍に設けられ燃料を放射状に噴射する第１の燃料噴射弁と、気筒上部の外周付近に設けられ該気筒の略中心方向へ斜め下向きに燃料を噴射する第２の燃料噴射弁とを有する場合、吸気行程から圧縮行程後期までの時期に第１の燃料噴射弁と第２の燃料噴射弁とのうち少なくとも一方から燃料を噴射することで第１の燃料供給を行い、圧縮行程上死点近傍の時期に第１の燃料噴射弁から燃料を噴射することで第２の燃料供給を行っても良い。

このような場合、吸気と混合され易い第１供給燃料によって、気筒内に略均質な予混合気が形成され、その後、燃焼室に供給される第２供給燃料を着火源とすることで予混合燃焼が行われる。このような予混合燃焼では、略均質な予混合気を形成することで粒子状物質の生成を抑制することが出来る。さらに、予混合気を形成する第１供給燃料の量を過早着火が発生する量よりも少ない量に抑え、要求される機関負荷を得るために必要となる残りの燃料を、圧縮上死点近傍の時期に着火源である第２供給燃料として供給して予混合燃焼を行うことで、予混合気を圧縮し自着火させて予混合燃焼を行う場合と比べて、過早着火の発生を抑制し易くなる。そのため、内燃機関が高負荷運転領域で運転されているときのように気筒内の温度が比較的高い場合でも、過早着火の発生を抑制することが出来る。

また、本発明においては、燃料供給手段が、気筒上部の中心近傍に設けられ燃料を放射状に噴射する第１の燃料噴射弁と、気筒上部の外周付近に設けられ該気筒の略中心方向へ斜め下向きに燃料を噴射する第２の燃料噴射弁とを有する場合、吸気行程から圧縮行程中期までの時期に第１の燃料噴射弁と第２の燃料噴射弁とのうち少なくとも一方から燃料を噴射することで第１の燃料供給を行い、該第１の燃料供給よりも後であって且つ圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期に第２の燃料噴射弁から燃料を噴射することで前記第２の燃料供給を行っても良い。

圧縮行程中期から圧縮行程後期までの時期は、気筒内においてピストンは比較的高い位置にあり、また、この時期は着火時期までの期間が短い。そのため、この時期に第２の燃料噴射弁から燃料を噴射すると、噴射された燃料はピストン頂面に当たると共に、広い範囲には拡散せず気筒内上方の略中心付近（燃焼室の略中心付近）に留まることになる。そのため、上記のような場合、第１供給燃料によって、気筒内に略均質な予混合気が形成され、その後、第２供給燃料が供給されることによって、気筒内上方の略中心付近に周囲よりも燃料濃度の高い予混合気が形成される。即ち、成層化された予混合気が形成される。そして、この成層化された予混合気が圧縮されて自着火することで予混合燃焼が行われる。このような予混合燃焼では、略均質な予混合気のみを形成し該予混合気を圧縮して自着火させることで予混合燃焼を行う場合と比べて、燃料濃度の高い部分を形成することで混合気の着火性を確保することが出来る。そのため、内燃機関が低負荷運転領域で運転されているときのように燃料供給量が少ない場合でも、安定した燃焼を行うことが出来る。

以上説明した構成は、可能な限り組み合わせることが出来る。

本発明によれば、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタを排気通路に備えると共に、予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関の排気浄化装置において、フィルタに粒子状物質が過剰に堆積することを抑制することが出来る。

以下、本発明に係る圧縮着火内燃機関の排気浄化装置の具体的な実施の形態について図面に基づいて説明する。

先ず、本発明に係る圧縮着火内燃機関の排気浄化装置の実施例１について説明する。ここでは、本発明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。図１は、本実施例に係る内燃機関１およびその吸排気系とその制御系の概略構成を示す図である。

内燃機関１は、気筒２を有しており、気筒２内にはピストン１１が摺動自在に設けられ
ている。気筒２の上部には、吸気ポート５と排気ポート６とが開口している。吸気ポート５および排気ポート６の気筒２内への開口部は、それぞれ吸気弁９および排気弁１０によって開閉される。吸気ポート５は吸気通路７に接続されており、排気ポート６は排気通路８に接続されている。

気筒２の上部の中心部には、気筒２内へ燃料を放射状に噴射する主燃料噴射弁３が設けられている。また、気筒２の上部の外周付近には、気筒２内の略中心方向へ斜め下向きに燃料を噴射する副燃料噴射弁４が設けられている。例えば、この副燃料噴射弁４は、圧縮行程の中期から後期（例えば、圧縮行程上死点前５０°ＣＡ〜圧縮行程上死点前２０°ＣＡ程度の時期）において燃料を噴射する場合、ピストン１１の頂部中央付近（図１中、Ｐで表される領域）に向かって燃料を噴射する。以下、主燃料噴射弁３から噴射される燃料を「主燃料」と称し、副燃料噴射弁４から噴射される燃料を「副燃料」と称する。尚、主燃料としては軽油を使用し、副燃料としては軽油またはガソリンを使用しても良い。

排気通路８には、該排気通路８を流通する排気中に含まれる煤等の粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を捕集するパティキュレートフィルタ１２（以下、単にフィルタ１２と称する）が設けられている。該フィルタ１２は、酸化触媒や吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持したものでも良い。また、これらの触媒を担持せず、単にＰＭを捕集するフィルタでも良い。さらに、排気通路８には、フィルタ１２の前後における排気の差圧（以下、フィルタ前後差圧と称する）に対応した電気信号を出力する排気差圧センサ１３が設けられている。

また、内燃機関１には、ピストン１１の往復運動と連動して回転するクランクシャフトの回転角に対応した電気信号を出力するクランクポジションセンサ１４や、アクセル開度に対応した電気信号を出力するアクセル開度センサ１５が設けられている。

以上述べたように構成された内燃機関１には、この内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２０が併設されている。このＥＣＵ２０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。ＥＣＵ２０は、排気差圧センサ１３、クランクポジションセンサ１４、アクセル開度センサ１５等の各種センサと電気的に接続されており、各種センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。また、ＥＣＵ２０は、主燃料噴射弁３や、副燃料噴射弁４等と電気的に接続されており、各燃料噴射弁３，４を制御することが可能になっている。また、ＥＣＵ２０は各種アプリケーションプログラム及び各種制御マップを記憶している。例えば、ＥＣＵ２０は、クランクポジションセンサ１４の出力信号から機関回転数を算出し、アクセル開度センサ１５の出力信号から機関負荷を算出する。そして、算出された機関回転数や機関負荷等に基づき各燃料噴射弁３，４からの燃料噴射時期や燃料噴射量を制御する。

次に、本実施例における、主燃料噴射弁３および副燃料噴射弁４の燃料噴射時期について説明する。図２は、本実施の形態における、主燃料噴射弁３および副燃料噴射弁４の燃料噴射時期を示すタイミング図である。図２の横軸は、内燃機関１のクランクシャフトのクランク角を示し、例えば、クランク角が０°ＣＡのとき、ピストンの位置は圧縮行程上死点にあり、クランク角が−１８０°ＣＡのとき、ピストンの位置は圧縮行程下死点にあり、クランク角が−３６０°ＣＡのとき、ピストンの位置は吸気行程上死点にある。

本実施例においては、図２に示すように、クランク角が−３５０°ＣＡ〜−２１０°ＣＡの時期および−１５０°ＣＡ〜−５０°ＣＡの時期において副燃料噴射弁４から副燃料が噴射され、クランク角が−１５°ＣＡ〜１０°ＣＡの時期において主燃料噴射弁３から主燃料が噴射される。即ち、副燃料噴射弁４からの燃料噴射は、吸気行程初期から吸気行
程中期までの時期および圧縮行程中期において行われ、主燃料噴射弁３からの燃料噴射は、圧縮行程上死点近傍の時期において行われる。

吸気行程初期から吸気行程中期までの時期および圧縮行程中期の時期は、内燃機関１における着火時期である圧縮行程上死点近傍の時期までの期間は比較的長い。そのため、この時期に噴射された副燃料は、気筒２内に吸入された吸気と混合され易く、また、該副燃料によって形成された予混合気は気筒２内に広がり易い。従って、この副燃料は略均質な予混合気を形成し、また、この略均質な予混合気は気筒２内に広がって、圧縮行程上死点近傍の時期には気筒２内の上壁面とピストン１１の頂面との間に形成された燃焼室全体に分布する。そして、本実施例では、圧縮行程上死点近傍の時期に噴射される主燃料を着火源として混合気が燃焼され、予混合燃焼が行われる。

以上説明したような噴射時期に主燃料噴射弁３および副燃料噴射弁４から燃料を噴射することで行われる予混合燃焼では、略均質な予混合気を形成することで粒子状物質の生成を抑制することが出来る。さらに、予混合気を形成するために噴射される燃料の量を過早着火が発生する量よりも少ない量に抑え、要求される機関負荷を得るために必要となる残りの燃料を、圧縮上死点近傍の時期に着火源として噴射して燃焼を行うことで、予混合気を圧縮し自着火させて燃焼を行う場合と比べて、過早着火の発生を抑制し易くなる。そのため、内燃機関１が高負荷運転領域で運転されているときのように気筒２内の温度が比較的高い場合でも、過早着火の発生を抑制することが出来る。

次に、本実施例において、フィルタ１２に堆積したＰＭを酸化し除去するフィルタ再生制御について説明する。

フィルタ１２に捕集され堆積したＰＭの量（以下、ＰＭ堆積量と称する）が過剰になると、該フィルタ１２のＰＭ捕集能力が大きく低下したり、該フィルタ１２より上流側の排気の圧力が上昇して内燃機関１の出力低下を招いたりする虞がある。また、過剰に堆積したＰＭが酸化するときの熱によってフィルタ１２自体が過昇温し、該フィルタ１２の劣化が促進されたり溶損が発生したりする虞もある。そこで、本実施例においては、フィルタ１２に堆積したＰＭを除去するために、図３に示すフィルタ再生制御を行う。図３は、本実施例におけるフィルタ再生制御ルーチンを示すフローチャート図である。本ルーチンは、内燃機関１の運転中、所定時間毎に実行されるルーチンであり、ＥＣＵ２０に予め記憶されている。

本ルーチンでは、先ず、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０１において、排気差圧センサ１３の出力信号からフィルタ前後差圧が、予め定められた規定差圧ΔＰ以上であるか否かを判別する。

ＰＭ堆積量が増加するとフィルタ前後差圧は上昇し、また、ＰＭ堆積量が減少するとフィルタ前後差圧は低下する。このように、両者は相関性が高いため、フィルタ前後差圧からＰＭ堆積量を推定することが出来る。ここで、規定差圧ΔＰは、ＰＭ堆積量が予め定められた規定量となったときの、フィルタ前後差圧である。該規定量とは、ＰＭ堆積量が該規定量以上となると、ＰＭ堆積量が過剰となる可能性があると判断される量である。

Ｓ１０１において、フィルタ前後差圧が規定差圧ΔＰより小さいと判定された場合、ＰＭ堆積量が過剰となる可能性は低いため、ＥＣＵ２０は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、Ｓ１０１において、フィルタ前後差圧が規定差圧ΔＰ以上と判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０２に進む。

Ｓ１０２において、ＥＣＵ２０は、吸気行程初期から吸気行程中期までの時期および圧
縮行程中期に噴射される副燃料を増量すると共に、圧縮行程上死点近傍の時期に噴射される主燃料を減量する燃料噴射量の補正を行う。このとき、副燃料噴射量および主燃料噴射量の補正は、それぞれ以下に示す式１および式２に基づいて行われる。

副燃料噴射量 ＝ 基本副燃料噴射量 × （１＋差圧補正係数Ａ）・・・（式１）
主燃料噴射量 ＝ 基本主燃料噴射量 × （１−差圧補正係数Ａ）・・・（式２）
式１および式２において、差圧補正係数Ａは正の値で、フィルタ前後差圧が大きくなるに従い、その値も増加する。このとき、差圧補正係数Ａは、フィルタ前後差圧が大きくなるに従い、段階的に増加しても良い。また、基本副燃料噴射量および基本主燃料噴射量とは、内燃機関１の機関負荷に応じて、副燃料噴射弁４と主燃料噴射弁３とから本来噴射される燃料量であって、ＰＭ堆積量が過剰となる虞がないときに、それぞれの燃料噴射弁から噴射される燃料量を示す値である。

このように、吸気行程中期までの時期および圧縮行程中期に噴射される副燃料を増量すると、該副燃料によって形成される予混合気における燃料濃度が高くなる。その結果、混合気が燃焼するときの燃焼温度が上昇し、フィルタ１２に流入する排気の温度も上昇する。従って、フィルタ１２に堆積した粒子状物質が酸化し除去される。

ここで、圧縮上死点近傍付近の時期に噴射される主燃料は減量されるが、該主燃料は予混合気の形成に寄与しないため、予混合気における燃料濃度に影響はない。また、この時期に噴射された主燃料は、着火までの期間が短いため、吸気と混合されにくく、燃焼時にＰＭを生成し易い。そのため、圧縮行程上死点近傍の時期に噴射される主燃料を減量することで、ＰＭの生成が抑制される。従って、Ｓ１０２における主燃料噴射量と副燃料噴射量との制御によって、ＰＭ堆積量は減少する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０３に進み、排気差圧センサ１３の出力信号からフィルタ前後差圧が、規定差圧ΔＰより小さいか否かを判別する。Ｓ１０３において、フィルタ前後差圧が規定差圧ΔＰより小さいと判定された場合、ＰＭ堆積量は過剰となる可能性が低い量にまで減少したと判断できるため、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０４に進む。Ｓ１０４において、ＥＣＵ２０は、主燃料と副燃料との噴射量をそれぞれ基本主燃料噴射量と基本副燃料噴射量とに戻し、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、Ｓ１０３において、フィルタ前後差圧がΔＰ以上であると判定された場合、ＥＣＵ２０は、フィルタ前後差圧がΔＰより小さくなるまで、Ｓ１０２の制御を継続する。

このようなフィルタ再生制御によれば、燃費の悪化や内燃機関１の運転状態への影響、ＰＭの生成を抑制しつつ、フィルタ１２に堆積したＰＭを酸化し除去するために必要な温度にまで排気温度を上昇させることが出来る。従って、フィルタ１２に堆積したＰＭをより好適に酸化し除去することが出来る。

尚、本実施例において、燃料噴射弁を主燃料噴射弁３のみとし、吸気行程初期から圧縮行程中期までにおいて主燃料噴射弁３から燃料噴射を行うことで予混合気を形成しても良い。この場合、上述したフィルタ再生制御ルーチンにおけるＳ１０２では、吸気行程初期から圧縮行程中期までにおいて主燃料噴射弁３から噴射される燃料を増量し、圧縮行程上死点近傍において主燃料噴射弁３から噴射される燃料を減量する。

次に、本発明に係る圧縮着火内燃機関の排気浄化装置の実施例２について説明する。

本実施例における内燃機関１およびその吸排気系とその制御系の概略構成は、上述した図１に示すものと同様である。

次に、本実施例における、主燃料噴射弁３および副燃料噴射弁４の燃料噴射時期について説明する。図４は、本実施の形態における、主燃料噴射弁３および副燃料噴射弁４の燃料噴射時期を示すタイミング図である。図４の横軸の表記は、図２の横軸と同様である。

本実施例においては、図４に示すように、クランク角が−３５０°ＣＡ〜−３００°ＣＡの時期および−５０°ＣＡ〜−２０°ＣＡの時期において副燃料噴射弁４から副燃料が噴射され、クランク角が−９０°ＣＡ〜−８０°ＣＡの時期において主燃料噴射弁３から主燃料が噴射される。即ち、副燃料噴射弁４からの燃料噴射は、吸気行程初期の時期および圧縮行程中期であって、実施例１で説明した均質な予混合気を形成するための副燃料の噴射時期より遅い時期（以下、圧縮行程後中期と称する）から圧縮行程後期までの時期において行われ、主燃料噴射弁３からの燃料噴射は、圧縮行程中期であって圧縮行程後中期より早い時期（即ち、均質な予混合気を形成する時期。以下、圧縮行程前中期と称する）において行われる。

吸気行程初期および圧縮行程前中期の時期は、内燃機関１における着火時期である圧縮行程上死点近傍の時期までの期間は比較的長い。そのため、吸気行程初期に噴射された副燃料（以下、第１副燃料と称する）と圧縮行程前中期に噴射された主燃料とは、気筒２内に吸入された吸気と混合され易く、また、該第１副燃料と該主燃料とによって形成された予混合気は気筒２内に広がり易い。従って、この第１副燃料と主燃料とは略均質な予混合気を形成し、また、この略均質な予混合気は気筒２内に広がって、圧縮行程上死点近傍の時期には気筒２内の上壁面とピストン１１の頂面との間に形成された燃焼室全体に分布する。また、圧縮行程後中期では、気筒内においてピストンは比較的高い位置にあり、且つ、この時期は着火時期までの期間は比較的短い。そのため、この時期に副燃料噴射弁４によって噴射された副燃料（以下、第２副燃料と称する）は、その指向性によりピストン１１の頂面に当たると共に、広い範囲には拡散せず気筒２内上方の略中心付近（燃焼室の略中心付近）に留まる。従って、上記のような燃料噴射制御によれば、均質な予混合気が形成された後、気筒２内上方の略中心付近に周囲よりも燃料濃度の高い予混合気が形成される。即ち、成層化された予混合気が形成される。そして、本実施例では、この成層化された予混合気が圧縮され自着火することで混合気が燃焼され、予混合燃焼が行われる。

以上説明したような噴射時期に主燃料噴射弁３および副燃料噴射弁４から燃料を噴射することで行われる予混合燃焼では、略均質な予混合気のみを形成し該予混合気を圧縮して自着火させることで燃焼を行う場合と比べて、燃料濃度の高い部分を形成することで混合気の着火性を確保することが出来る。そのため、内燃機関１が低負荷運転領域で運転されているときのように燃料噴射量が少ない場合でも、安定した燃焼を行うことが出来る。

次に、本実施例におけるフィルタ再生制御について説明する。本実施例においても、フィルタ１２に堆積したＰＭを除去するために、図５に示すフィルタ再生制御を行う。図５は、本実施例におけるフィルタ再生制御ルーチンを示すフローチャート図である。本ルーチンは、内燃機関１の運転中、所定時間毎に実行されるルーチンであり、ＥＣＵ２０に予め記憶されている。尚、本ルーチンにおいて、Ｓ１０１とＳ１０３とは、実施例１において説明した図３に示すフィルタ再生制御ルーチンと同様であるため、その説明を省略する。

本ルーチンでは、Ｓ１０１において、フィルタ前後差圧が規定差圧ΔＰ以上と判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０２に進む。Ｓ２０２において、ＥＣＵ２０は、圧縮行程前中期に噴射される主燃料を増量すると共に、圧縮行程後中期に噴射される第２副燃料を減量する燃料噴射量の補正を行う。このとき、第２副燃料噴射量および主燃料噴射量の補正は、それぞれ以下に示す式３および式４に基づいて行われる。

第２副燃料噴射量 ＝ 基本第２副燃料噴射量×（１−差圧補正係数Ａ）・・・（式３）
主燃料噴射量 ＝ 基本主燃料噴射量 × （１＋差圧補正係数Ａ）・・・（式４）
式３および式４において、差圧補正係数Ａは上述した実施例１において説明した差圧補正係数Ａと同様の値である。また、基本第２副燃料噴射量および基本主燃料噴射量とは、内燃機関１の機関負荷に応じて、副燃料噴射弁４と主燃料噴射弁３とから本来噴射される燃料量であって、ＰＭ堆積量が過剰となる虞がないときに、それぞれの燃料噴射弁から噴射される燃料量を示す値である。

このように、圧縮行程前中期に噴射される主燃料を増量すると、該主燃料と、吸気行程初期に噴射される第１副燃料とによって形成される予混合気における燃料濃度が高くなる。一方、圧縮行程後中期に噴射される第２副燃料を減量すると、該副燃料によって形成される予混合気における燃料濃度は低くなる。このとき、上述したように、圧縮行程前中期に噴射される主燃料と、吸気行程初期に噴射される第１副燃料とによって形成される予混合気は燃焼室全体に分布し、圧縮行程後中期に噴射される第２副燃料によって形成される予混合気は燃焼室の略中心付近に留まる。そのため、燃料濃度が成層化された予混合気において、燃焼室における略中心部では予混合気の燃料濃度は低くなるが、燃焼室における略中心部以外のより広い範囲では予混合気の燃料濃度は高くなる。その結果、上述した実施例１と同様、混合気が燃焼するときの燃焼温度は上昇し、フィルタ１２に流入する排気の温度も上昇する。従って、フィルタ１２に堆積した粒子状物質が酸化し除去される。

また、圧縮行程後中期に噴射される第２副燃料は、吸気行程初期に噴射される第１副噴射や圧縮行程前中期に噴射される主燃料と比べて、着火までの期間が短いため、吸気と混合されにくく、燃焼時にＰＭを生成し易い。そのため、圧縮行程後中期に噴射される第２副燃料を減量することで、ＰＭの生成が抑制される。従って、Ｓ２０２における主燃料噴射量と第２副燃料噴射量との制御によって、ＰＭ堆積量は減少する。

次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０３に進み、圧縮行程前中期に主燃料噴射弁３から噴射される主燃料の噴射圧である主燃料噴射圧を低下させる。このとき主燃料噴射圧の補正は、以下に示す式（５）に基づいて行われる。

主燃料噴射圧 ＝ 基本主燃料噴射圧 × 噴射圧補正係数Ｂ・・・（式５）
式５において、噴射圧補正係数Ｂは１以下の正の値であり、前記（式２）によって補正された主燃料噴射量と基本主燃料噴射量との差が大きくなるに従い、その値は減少する。このとき、噴射圧補正係数Ｂは、前記（式２）によって補正された主燃料噴射量と基本主燃料噴射量との差が大きくなるに従い、段階的に減少しても良い。また、基本主燃料噴射圧とは、主燃料噴射弁３から燃料が噴射されるときの本来の燃料噴射圧であって、ＰＭ堆積量が過剰となる虞がないときの主燃料噴射弁３の燃料噴射圧を示す値である。

圧縮行程前中期では、ピストン１１が気筒２内において上死点近傍よりも低い位置にある。そのため、このような時期に、主燃料噴射弁３から放射状に噴射されるの主燃料を増量すると、ボアフラッシングが発生し易くなる。そこで、本実施例では、Ｓ２０３において、主燃料噴射量が増加するほど主燃料噴射圧を低下させる。このように主燃料噴射圧を低下させると、主燃料の飛距離が短くなるため、ボアフラッシングの発生を抑制することが出来る。

本ルーチンでは、Ｓ２０３において、主燃料噴射圧を低下させた後、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０３に進む。そして、Ｓ１０３において、フィルタ前後差圧が規定差圧ΔＰよりも小さいと判定された場合、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０４に進み、主燃料と第２副燃料との噴射量をそれぞれ基本主燃料噴射量と基本第２副燃料噴射量とに戻し、本ルーチンの実行を一旦終
了する。

このようなフィルタ再生制御によれば、実施例１と同様、燃費の悪化や内燃機関１の運転状態への影響、ＰＭの生成を抑制しつつ、フィルタ１２に堆積したＰＭを酸化し除去するために必要な温度にまで排気温度を上昇させることが出来る。従って、フィルタ１２に堆積したＰＭをより好適に酸化し除去することが出来る。

尚、本実施例において、主燃料噴射弁３および副燃料噴射弁４からの燃料噴射時期を、内燃機関１が高負荷運転領域で運転されているときは、上述した実施例１の図２に示すような時期に切り換え、内燃機関１が低負荷運転領域で運転されているときは、上述した図４に示すような時期に切り換えても良い。この場合、内燃機関１が高負荷運転領域で運転されているときは、上述した図３に示すフィルタ再生制御ルーチンを実行することで、フィルタ１２に堆積したＰＭを除去し、内燃機関１が低負荷運転領域で運転されているときは、上述した図５に示すフィルタ再生制御ルーチンを実行することで、フィルタ１２に堆積したＰＭを除去する。

本発明に係る内燃機関およびその吸排気系とその制御系の概略構成を示す図。 実施例１に係る主燃料噴射弁および副燃料噴射弁の燃料噴射時期を示すタイミング図。 実施例１に係るフィルタ再生制御ルーチンを示すフローチャート図。 実施例２に係る主燃料噴射弁および副燃料噴射弁の燃料噴射時期を示すタイミング図。 実施例２に係るフィルタ再生制御ルーチンを示すフローチャート図。

符号の説明

１・・・内燃機関
２・・・気筒
３・・・主燃料噴射弁
４・・・副燃料噴射弁
５・・・吸気ポート
６・・・排気ポート
７・・・吸気通路
８・・・排気通路
９・・・吸気弁
１０・・排気弁
１１・・ピストン
１２・・パティキュレートフィルタ
１３・・排気差圧センサ
１４・・クランクポジションセンサ
１５・・アクセル開度センサ
２０・・ＥＣＵ

Claims (4)

1. 気筒内に燃料を供給する燃料供給手段と、
   排気通路に設けられ、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタと、
   該フィルタに堆積した粒子状物質の量を推定する堆積量推定手段と、を備え、
   前記燃料供給手段によって、吸気行程から圧縮行程後期までの時期に第１の燃料供給が行われると共に、該第１の燃料供給よりも後であって且つ圧縮行程中期から圧縮行程上死点近傍までの時期に第２の燃料供給が行われ、
   前記第１の燃料供給と前記第２の燃料供給とのうち少なくとも前記第１の燃料供給によって供給された燃料により、前記気筒内に吸気と燃料との予混合気が形成され、該予混合気が形成された後に燃焼が行われる圧縮着火内燃機関の排気浄化装置において、
   前記堆積量推定手段によって推定された前記フィルタに堆積した粒子状物質の量が規定量以上となったときは、前記第１の燃料供給において供給される燃料を増量することを特徴とする圧縮着火内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記堆積量推定手段によって推定された前記フィルタに堆積した粒子状物質の量が規定量以上となったときに、前記第１の燃料供給において供給される燃料を増量する場合、フィルタに堆積した粒子状物質の量が多い程、該燃料の増量分を多くすることを特徴とする請求項１記載の圧縮着火内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記堆積量推定手段によって推定された前記フィルタに堆積した粒子状物質の量が規定量以上となったときは、前記第１の燃料供給において供給される燃料を増量すると共に、該燃料の増量分に応じて前記第２の燃料供給において供給される燃料を減量することを特徴とする請求項１または２に記載の圧縮着火内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記燃料供給手段は、少なくとも前記気筒上部の中心近傍に設けられ燃料を放射状に噴射する燃料噴射弁を有し、
   吸気行程前期から圧縮行程後期までの時期に前記燃料噴射弁から燃料を噴射することで前記第１の燃料供給が行われ、且つ該第１の燃料供給において供給される燃料を増量する場合は、前記燃料噴射弁からの燃料の噴射圧を低下させることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の圧縮着火内燃機関の排気浄化装置。

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