JP2006097641A

JP2006097641A - ディーゼルエンジン

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Publication number: JP2006097641A
Application number: JP2004286952A
Authority: JP
Inventors: Eiji Nakai; 英二中井; Shinichi Morinaga; 真一森永; Masanori Sawara; 正憲佐原
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2024-09-30
Also published as: EP1647687A1; JP4438588B2; DE602005002908T2; DE602005002908D1; EP1647687B1

Abstract

【課題】未燃燃料がディーゼルスモーク浄化手段の下流側へ排出されるのを防止し、併せて燃費の低下を抑制すること。
【解決手段】再生処理手段に活性良否判定部を設ける。活性良否判定部は、予め設定された限界酸素濃度と酸素濃度検出手段が検出した酸素濃度との比較に基づいて、ディーゼルスモーク浄化手段の触媒浄化性能を判定する。この活性良否判定部の判定に基づいて、当該フィルタ再生処理の実行を禁止可能に制御する禁止部を設ける。所定の場合には禁止部がフィルタ再生処理の実行を禁止するので、ディーゼルスモーク浄化手段による再生能力が低下しているときに再生処理が実行されるのを回避することが可能になる。
【選択図】図７

Description

本発明はディーゼルエンジンに関し、特に、触媒機能を有し、かつディーゼルスモークの排気微粒子を捕集するディーゼルスモーク浄化手段を採用したディーゼルエンジンに関する。

ディーゼルエンジンから排出される排気ガスは、燃焼時に生じた遊離カーボンによるディーゼルスモークを含んでいる。このディーゼルスモークの原因となるパティキュレートを捕集するため、ディーゼルエンジンの排気系統には、触媒機能を有し、かつディーゼルスモークの排気微粒子を捕集するディーゼルスモーク浄化手段が設けられている。

このディーゼルスモーク浄化手段を再生する方法としては、特許文献１に示すように、所定タイミングで未燃焼の燃料を排気系統に供給し、ディーゼルスモーク浄化手段の触媒機能による酸化作用で燃料を燃焼し、その熱でディーゼルスモーク浄化手段を再生する構成が知られている。
特開平０８−０４２３２６号公報

しかしながら、上述のように未燃焼の燃料を排気系統に供給してディーゼルスモーク浄化手段を再生する場合、ディーゼルスモーク浄化手段の触媒活性度が低下するとそのまま後噴射で供給した燃料が排出されることになり、好ましくない。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、未燃燃料がディーゼルスモーク浄化手段の下流側へ排出されるのを防止し、併せて燃費の低下を抑制することのできるディーゼルエンジンを提供することを課題としている。

上記課題を解決するために本発明は、触媒機能を有し、かつディーゼルスモークの排気微粒子を捕集するディーゼルスモーク浄化手段と、このディーゼルスモーク浄化手段に排気ガスを排出するエンジン本体と、このエンジン本体の各気筒に設けられた燃料噴射装置と、燃料噴射装置の少なくとも燃料噴射量と燃料噴射タイミングとを制御する燃料噴射制御手段と、前記ディーゼルスモーク浄化手段に捕集された排気微粒子の捕集排気微粒子量を検出する捕集排気微粒子量検出手段と、捕集排気微粒子量検出手段に検出された捕集排気微粒子量が予め設定された再生開始閾値以上の場合には、未燃焼の燃料を排気系統に供給するために燃料噴射装置が膨張行程から排気行程の間に燃料を噴射する後噴射を実行するように燃料噴射制御手段を制御する再生処理手段とを備えているディーゼルエンジンであって、前記ディーゼルスモーク浄化手段の排気下流における酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を設け、前記再生処理手段は、予め設定された限界酸素濃度と酸素濃度検出手段が検出した酸素濃度との比較に基づいて、ディーゼルスモーク浄化手段の触媒浄化性能を判定する活性良否判定部と、活性良否判定部の判定に基づいて、当該フィルタ再生処理の実行を禁止可能に制御する禁止部とを有しているものであることを特徴とするディーゼルエンジンである。

この態様では、再生処理手段が捕集排気微粒子量検出手段に検出された捕集排気微粒子量に基づいてディーゼルスモーク浄化手段を再生するに当たり、まず、酸素濃度検出手段がディーゼルスモーク浄化手段の排気下流における酸素濃度を検出する。そして、前記再生処理手段の活性良否判定部は、酸素濃度検出手段が検出した酸素濃度を予め設定された限界酸素濃度と比較し、その比較結果に基づいてディーゼルスモーク浄化手段の触媒浄化性能を判定し、この判定に基づき、所定の場合には禁止部がフィルタ再生処理の実行を禁止するので、ディーゼルスモーク浄化手段による再生能力が低下しているときに再生処理が実行されるのを回避することが可能になる。

好ましい態様において、前記ディーゼルスモーク浄化手段は、エンジンから排出される排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタと、このパティキュレートフィルタよりも排気通路の上流側に配置された酸化触媒とを含んでいる。この態様において、パティキュレートフィルタは、触媒がコーティングされているものが好ましい。他方、触媒がコーティングされているパティキュレートフィルタを採用した場合、酸化触媒を省略することも可能になる。

別の態様において、前記再生処理手段の禁止部は、酸素濃度検出手段が検出した酸素濃度が予め設定された限界酸素濃度を下回った場合には、フィルタ再生処理の実行を禁止するものである。この態様では、酸素濃度が予め設定された限界酸素濃度を下回った場合には、禁止部が再生処理を禁止するので、ディーゼルスモーク浄化手段の触媒活性度が低下しているときには、後燃焼の燃料供給を阻止し、未燃燃料が排出されるのを確実に防止することができる。この場合、前記禁止部は、酸素濃度検出手段が検出した酸素濃度が、予め限界酸素濃度よりも高く設定された再開酸素濃度以上になった場合には、フィルタ再生処理の実行禁止を解除するものであることが好ましい。この態様では、排気温度の上昇等によって、ディーゼルスモーク浄化手段の活性度があるレベル以上で高まった場合には、再生処理を再開することができるので、ディーゼルスモーク浄化手段に対して必要充分な再生処理を施すことが可能になる。

以上説明したように、本発明によれば、酸素濃度検出手段が検出した酸素濃度を予め設定された限界酸素濃度と比較し、その比較結果に基づいてフィルタ再生処理の実行可否を判別するので、ディーゼルスモーク浄化手段による再生能力が低下しているときに再生処理が実行されるのを回避することが可能になり、未燃燃料がディーゼルスモーク浄化手段の下流側へ排出されるのを防止し、併せて燃費の低下を抑制することができるという顕著な効果を奏する。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施の一形態に係るディーゼルエンジン１０の概略構成を示す図である。

同図を参照して、図示のディーゼルエンジン１０は、エンジン本体２０を備えている。エンジン本体２０は、クランク軸２１を回転自在に支持するシリンダブロック２２と、シリンダブロック２２の上部に固定されるシリンダヘッド２３とを一体的に有している。シリンダブロック２２には、ウォータジャケット２２ａが設けられている。

シリンダブロック２２には、複数の気筒２４が設けられている。各気筒２４には、クランク軸２１に連結されたピストン２５と、ピストン２５が気筒２４内に形成する燃焼室２６とが公知の構成と同様に設けられている。なお、エンジン本体２０のシリンダブロック２２には、ウォータジャケット２２ａの水温を検出する水温センサ２７と、クランク軸２１の回転数を検出するクランク角センサ２８とが設けられている。

各燃焼室２６に燃料を噴射するために、エンジン本体２０には、コモンレール式燃料噴射システム３０が設けられている。コモンレール式燃料噴射システム３０は、各燃焼室２６毎に設けられ、燃料を噴射するためのインジェクタ３１と、各インジェクタ３１が接続されるコモンレール３２と、コモンレール３２に設けられた圧力レギュレータ３３と、圧力レギュレータ３３を制御するための圧力センサ３４と、コモンレール３２に接続される高圧ポンプ３５と、この高圧ポンプ３５によってコモンレール３２を介し、インジェクタ３１から噴射される燃料を蓄える燃料タンク（不図示）とを有している。このコモンレール式燃料噴射システム３０の詳細な構成は、例えば特許文献１に開示されているものと原理的には同様であるので、その詳細は省略するが、本実施形態では、このコモンレール式燃料噴射システム３０を採用することにより、各インジェクタ３１からの燃料噴射タイミングや噴射圧力を自由に設定することが可能になっている。

エンジン本体２０の気筒２４には、当該燃焼室２６に対して新気を供給する吸気システム４０と、気筒２４の燃焼室２６で燃焼した既燃ガスを排気する排気システム５０とが設けられている。

吸気システム４０の吸気経路４１には、吸気フィルタ４２と、後述するターボチャージャ７６の下流側に配置されるインタークーラ４３と、インテークマニホールド４４とが上流側からこの順番で接続されており、インテークマニホールド４４から各燃焼室２６毎に設けられた分岐吸気通路４５を経由して、外気が気筒２４内に供給されるようになっている。また、４１ａは、インタークーラ４３とインテークマニホールド４４との間に設けられたスロットル弁であり、このスロットル弁４１ａによって、吸気経路４１からインテークマニホールド４４へ供給される吸気量が制御されるようになっている。各分岐吸気通路４５には、吸気弁４６が設けられている。また、吸気経路４１には、吸気フィルタ４２の下流端に設けられた吸気量センサ４７と、インタークーラ４３とインテークマニホールド４４の間に設けられた吸気温度センサ４８および吸気圧センサ４９とが設けられている。

排気システム５０には、燃焼室２６と連通する分岐排気通路５１と、この分岐排気通路５１毎に設けられた排気弁５２と、排気弁５２の下流側に設けられたエキゾーストマニホールド５３と、このエキゾーストマニホールド５３の下流側に設けられたディーゼルスモーク浄化手段６０とが設けられている。

ディーゼルスモーク浄化手段６０は、触媒機能を有し、かつディーゼルスモークの排気微粒子を捕集するためのものであり、具体的には、酸化触媒６１とこの酸化触媒６１の下流側に配置されたパティキュレートフィルタユニット６２とによって構成されている。パティキュレートフィルタユニット６２は、触媒がコーティングされたパティキュレートフィルタ６３を有している。なお、ディーゼルスモーク浄化手段６０としては、この例に限らず、酸化触媒６１を省略したもの、或いは触媒がコーティングされていないフィルタを有するパティキュレートフィルタユニットと酸化触媒６１とを組み合わせたものであってもよい。ディーゼルスモーク浄化手段６０には、酸化触媒６１の上流側と下流側並びにパティキュレートフィルタユニット６２の下流側に配置された排気温度センサ６５、６６、６７と、パティキュレートフィルタユニット６２の上流側と下流側に配置された排気圧力センサ６８、６９と、パティキュレートフィルタユニット６２の下流側に配置された酸素濃度検出手段としての酸素濃度センサ７０とが設けられている。

このうち、排気温度センサ６６は、本実施形態において、排気温度を検出する排気温度検出手段を構成するものである。

吸気システム４０および排気システム５０の各吸気弁４６および排気弁５２は、それぞれ図略のバルブ開閉機構が後述するＥＣＵ１００の制御によって駆動されることにより、所定のタイミングで対応する分岐吸気通路４５、５１を開閉するように構成されている。

図示のディーゼルエンジン１０には、吸気システム４０と排気システム５０の間に、ＥＧＲシステム７５と、ターボチャージャ７６が設けられている。これらも基本的には公知の構成と同様であるので、その詳細については説明を省略する。

ディーゼルエンジン１０の各部を制御するために、ディーゼルエンジン１０には、ＥＣＵ１００が設けられている。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、入出力装置１０３、並びにこれらを電気的に接続するバス１０４を有している。

前記メモリ１０２は、ディーゼルエンジン１０の運転制御を行うためのプログラム並びにパラメータが記憶されるＲＯＭや、データ処理の記憶領域となるＲＡＭを有している。図示の実施形態では、メモリ１０２に不揮発性メモリ１０５が設けられており、この不揮発性メモリ１０５に所定のデータやパラメータの記憶領域を設けることにより、後述するフローチャートを実現することができるようになっている。

前記入出力装置１０３には、エンジン本体２０の水温センサ２７およびクランク角センサ２８と、コモンレール式燃料噴射システム３０のコモンレール３２に設けられた圧力センサ３４と、吸気システム４０の吸気量センサ４７、吸気温度センサ４８、および吸気圧センサ４９と、ディーゼルスモーク浄化手段６０に設けられた排気温度センサ６５、６６、６７、排気圧力センサ６８、６９、および酸素濃度センサ７０とが接続されている（図２参照）。

図２は図１の実施形態に係るＥＣＵ１００のブロック図である。

同図を参照して、ＥＣＵ１００は、エンジン本体２０の運転を制御する運転制御手段１１０、燃料噴射制御を行うための燃料噴射制御手段１２０を機能的に備えている他、前記ディーゼルスモーク浄化手段６０の再生処理を行う再生処理手段１４０とを機能的に構成している。

運転制御手段１１０は、エンジン本体２０を作動させるために、コモンレール式燃料噴射システム３０の燃料噴射量Ｑや燃料噴射タイミング、吸気システム４０のスロットル弁４１ａの開度、吸気弁４６や排気弁５２の開閉タイミング、ＥＧＲシステム７５のバルブ開閉動作等の制御を司るものである。

燃料噴射制御手段１２０は、図略の運転制御手段の制御に基づき、コモンレール式燃料噴射システム３０の圧力センサ３４の検出信号を受けてコモンレール式燃料噴射システム３０のインジェクタ３１から噴射される燃料の噴射タイミングと噴射量との制御を司るものである。

再生処理手段１４０は、メモリ１０２のデータ領域に設定されるフラグＦの値に基づき、前記運転制御手段による制御とは別個に所定のタイミングで燃料噴射制御手段１２０を駆動し、ディーゼルスモーク浄化手段６０のパティキュレートフィルタ６３を再生するための燃料噴射（この実施形態において「後噴射」という）を実行させるためのものであり、パティキュレートフィルタ６３に捕集された排気微粒子量Ｍを推定する捕集量推定部１４１と、ディーゼルエンジン１０の始動期間を判定する始動期間判定部１４４と、始動期間判定部１４４の判定基準となる始動基準値Ｔ_stdを所定の条件で変更する始動基準値変更部１４５と、所定の場合にフィルタ再生処理を禁止する禁止部１４６と、酸素濃度センサ７０の出力に基づいて、ディーゼルスモーク浄化手段６０の下流側に排出されるガスの酸素濃度Ｃを演算するとともに、ディーゼルスモーク浄化手段６０の触媒浄化性能を判定する活性良否判定部１４７とを機能的に有している。

図３は、図２に示す再生処理手段１４０の制御に用いられる差圧と微粒子量の関係を示す特性図である。

図３を参照して、パティキュレートフィルタ６３に捕集された微粒子量Ｍは、当該パティキュレートフィルタ６３の上流側と下流側とのフィルタ前後差圧ΔＰと相関関係を有している。本実施形態においては、この相関関係を実験等で集積して特性Ａを導出し、マップとしてメモリ１０２に登録している。そして、再生開始閾値Ｍα、再生終了閾値Ｍβをそれぞれ設定し、再生処理手段１４０は、フィルタ前後差圧ΔＰが再生開始閾値Ｍα以上となった場合にはパティキュレートフィルタ６３を再生開始し、フィルタ前後差圧ΔＰが再生終了閾値Ｍβ以下になった場合には、再生処理を終了するようにプログラムされている。

捕集量推定部１４１は、前記排気圧力センサ６８、６９の検出信号に基づいて、パティキュレートフィルタ６３の上流側と下流側とのフィルタ前後差圧ΔＰを演算し、その演算値に基づいて、予めメモリ１０２に登録されているマップからパティキュレートフィルタ６３に捕集された捕集排気微粒子量Ｍを推定するものである。

次に、始動期間判定部１４４は、ディーゼルエンジン１０が運転を開始してカウントされるカウント値（エンジン始動後の経過時間）Ｔが予め設定された始動基準値Ｔ_std以上であるか否かを判定するためのものである。ディーゼルエンジン１０の運転初期状態においては、パティキュレートフィルタ６３の触媒活性度に比べて多くの燃料が運転時に噴射されるので、未燃燃料がミスト状にパティキュレートフィルタ６３に残存し、その場合に後噴射が行われると、残存する未燃燃料と排気微粒子との燃焼が相俟ってパティキュレートフィルタ６３にて過剰な燃焼が生じるので、これを回避するためにパティキュレートフィルタ６３に残存する未燃燃料が蒸発してパティキュレートフィルタ６３から排出されるまでの期間を判定するための始動期間判定部１４４を設け、所定の場合には、禁止部１４６によって再生処理を禁止するようにしている。

始動基準値変更部１４５は、前記始動基準値Ｔ_stdを所定の条件で変更することにより、後噴射された燃料の燃焼を最適化するためのものである。

禁止部１４６は、所定の制御ロジックによってフィルタ再生フラグＦを０に更新することにより、フィルタ再生処理を禁止するためのものである。

活性良否判定部１４７は、酸素濃度センサ７０の出力に基づいて、ディーゼルスモーク浄化手段６０の下流側に排出されるガスの酸素濃度Ｃを演算するとともに、算出された酸素濃度Ｃと、予めメモリ１０２に記録されている閾値Ｃ_std1、Ｃ_std2に基づいて、ディーゼルスモーク浄化手段６０の触媒活性度の良否を判定するためのものである。

図４は本実施形態における酸素濃度と時間の関係を示す特性図である。

同図を参照して、ディーゼルスモーク浄化手段６０の触媒活性度は、酸素濃度Ｃが所定の限界値（「限界酸素濃度」という）Ｃ_std1を下回ると、殆ど触媒として機能しなくなり、ある下限値（「再開酸素濃度」という）Ｃ_std2以上になると、触媒として燃料と反応し得ることが、実験でわかっている。そこで、本実施形態においては、前記不揮発性メモリ１０５に限界酸素濃度Ｃ_std1と再開酸素濃度Ｃ_std2とを閾値として予め記憶させておき、後述するフローに基づいて、活性良否判定部１４７が酸素濃度Ｃに基づいて触媒活性度の良否を判定するとともに、この判定に基づいて前記禁止部１４６がフィルタ再生処理の可否を決定するようにプログラムされている。

図５は、図１の実施形態におけるフィルタ再生処理のフローを示すフローチャートである。

同図を参照して、エンジンの運転が開始されると、ＥＣＵ１００は、データ用のメモリ領域に、運転開始時点を０とするカウント値Ｔと、フィルタ再生フラグＦとをそれぞれ０に初期化して記憶する（ステップＳ１）。

次いで、本実施形態において、ＥＣＵ１００は、カウント値Ｔと比較される始動基準値Ｔ_stdを設定する設定制御サブルーチンを実行する（ステップＳ２）。このステップＳ２により、始動基準値Ｔ_stdが決定される。このサブルーチンを実行することにより、ＥＣＵ１００は、始動基準値変更部１４５を機能的に構成し、ディーゼルエンジン１０の運転状態に適した始動基準値Ｔ_stdを設定することが可能になっている。

次いで、ＥＣＵ１００の始動期間判定部１４４は、決定された始動基準値Ｔ_stdとカウント値Ｔとを比較し、カウント値Ｔが始動基準値Ｔ_std以上になるまでは、パティキュレートフィルタの再生判断処理に移行するのを留保する（ステップＳ３）このステップＳ３により、ＥＣＵ１００は、始動期間判定部１４４が検出したカウント値（経過時間）Ｔが予め設定された始動基準値Ｔ_stdを経過するまでは、再生処理手段によるフィルタ再生処理の実行を禁止する禁止部を機能的に構成し、大量に燃料が噴射されるエンジン始動時の直後において、過度の再生処理が実行されるのを回避するようにしている。

カウント値Ｔが始動基準値Ｔ_stdに達すると、パティキュレートフィルタ再生判断処理サブルーチンに遷移する（ステップＳ１０）。このサブルーチンでは、詳しくは後述するように、フィルタの再生処理をすべきか否かが判別され、再生が必要と判断された場合には、フィルタ再生フラグＦの値が１に更新される。また、所定の条件で、１に設定されたフィルタ再生フラグＦが０に設定されることにより、再生処理が捕集排気微粒子量Ｍに拘わらず禁止される。

ステップＳ１０のサブルーチンが終了すると、フィルタ再生フラグＦが参照され（ステップＳ１１）、フィルタ再生フラグＦが１に更新された場合には、後噴射が実行され（ステップＳ２０）、ステップＳ１０に遷移する。この後噴射は、ＥＣＵ１００がエンジン本体２０を作動させる燃料噴射をコモンレール式燃料噴射システム３０に実行させた後、改めてコモンレール式燃料噴射システム３０を駆動し、膨張行程から排気行程の間にインジェクタ３１から燃料を噴射することにより実行される。

他方、フィルタ再生フラグＦが０の場合には、後噴射を実行せずに、ステップＳ１０に遷移する。これら各ステップＳ１〜Ｓ２０を実行することにより、ＥＣＵ１００は、再生処理手段１４０または再生処理手段１４０の禁止部１４６を機能的に構成し、適切なタイミングで後噴射を実行し、ディーゼルスモーク浄化手段６０の再生処理を行うことが可能になる。

図６は、図５のフローチャートにおける始動基準値Ｔ_stdを設定する設定制御サブルーチンの制御フローを示すフローチャートである。

同図を参照して、始動基準値Ｔ_stdの設定制御に移行すると、まず、ＥＣＵ１００は、排気温度センサ６６の出力に基づいて排気温度Ｔｐを検出するとともに（ステップＳ２１）、エンジン本体２０を作動させるために噴射した燃料噴射量Ｑを参照する（ステップＳ２２）。

次いで、メモリ１０２に記録されている設定マップに基づき、燃料噴射量Ｑが多いほど、始動基準値Ｔ_stdを長く設定する（ステップＳ２３）。これにより、燃料噴射量Ｑが比較的多いエンジンの始動初期においては、再生処理が禁止されるとともに、そのエンジンの始動初期を判定する始動基準値Ｔ_stdが、燃料噴射量Ｑに比例して長く設定されるので、より確実に後噴射によるパティキュレートフィルタ６３の過剰燃焼を防止し、燃費の低下を抑制することが可能になる。

さらに、このステップＳ２３においては、ステップＳ２１で検出された排気温度Ｔｐが関連づけられており、排気温度Ｔｐが低いほど、換言すれば、ディーゼルスモーク浄化手段６０に残存する未燃燃料が蒸発しにくいほど、始動基準値Ｔ_stdが長くなるように補正される。これにより、触媒反応が生じにくい低温時においても、再生処理が禁止されるので、未燃燃料がディーゼルスモーク浄化手段６０に残留し、過剰燃焼の原因となることを防止することが可能になる。

次に、図７を参照して、ステップＳ１０のパティキュレートフィルタ再生判断処理サブルーチンについて説明する。図７は、図５のメインフローにおけるパティキュレートフィルタ再生判断処理サブルーチンのフローチャートである。

同図を参照して、ステップＳ１０のパティキュレートフィルタ再生判断処理サブルーチンが実行されると、ＥＣＵ１００は、前記酸素濃度センサ７０の出力から酸素濃度Ｃを算出する（ステップＳ１０１）。これにより、ＥＣＵ１００は、機能的に活性良否判定部１４７を構成し、酸素濃度Ｃを制御パラメータとすることが可能になる。

これとともに、前記排気圧力センサ６８、６９の検出信号に基づいて、パティキュレートフィルタ６３の上流側と下流側とのフィルタ前後差圧ΔＰを演算する（ステップＳ１０２）。次いで、その演算値に基づいて、予めメモリ１０２に登録されている図３に基づいたマップからパティキュレートフィルタ６３に捕集された捕集排気微粒子量Ｍを推定する（ステップＳ１０３）。これらのステップＳ１０２、Ｓ１０３により、ＥＣＵ１００は、機能的に捕集量推定部１４１を構成し、パティキュレートフィルタ６３に捕集された捕集排気微粒子量Ｍを特定することが可能になる。

次に、ＥＣＵ１００は、図３の特性図に基づくマップに対応して、ステップＳ１０３で算出された捕集排気微粒子量Ｍが再生開始閾値Ｍα以上であるか否かを判別する（ステップＳ１０４）。

仮に、再生開始閾値Ｍαに満たない場合、さらに、捕集排気微粒子量Ｍは、再生終了閾値Ｍβと比較される（ステップＳ１０５）。このステップＳ１０５において、仮に捕集排気微粒子量Ｍが再生終了閾値Ｍβを越えている場合、ＥＣＵ１００は、フィルタ再生フラグＦを更新せずにメインルーチンに戻る。このため、パティキュレートフィルタ再生判断処理サブルーチンが繰り返されることにより、フィルタ再生フラグＦが１のときは、再生処理が繰り返され、フィルタ再生フラグＦが０のときは、再生処理が開始されないことになる。この結果、再生処理が開始されない間は、排気微粒子量Ｍが再生開始閾値Ｍαに達するまで、再生処理は実行されない。他方、一度再生処理が開始された後は、捕集排気微粒子量Ｍが再生終了閾値Ｍβ以下になるまで、再生処理が続行されることになる。

他方、仮に捕集排気微粒子量Ｍが再生開始閾値Ｍα以上である場合には、ＥＣＵ１００は、不揮発性メモリ１０５から限界酸素濃度Ｃ_std1を読取り、ステップＳ１０１で算出した酸素濃度Ｃと比較する（ステップＳ１０７）。ここで、酸素濃度Ｃが限界酸素濃度Ｃ_std1に満たない場合、ＥＣＵ１００は、フィルタ再生フラグＦを０に更新して、メインルーチンに復帰する。これにより、ＥＣＵ１００は、機能的に活性良否判定部１４７、禁止部１４６を構成し、図４で示したように、酸素濃度Ｃが限界酸素濃度Ｃ_std1に満たない場合にフィルタ再生処理を禁止する。

次に、ステップＳ１０７において、酸素濃度Ｃが限界酸素濃度Ｃ_std1以上である場合、酸素濃度Ｃは、さらに再開酸素濃度Ｃ_std2と比較される（ステップＳ１０８）。

このステップＳ１０８で酸素濃度Ｃが再開酸素濃度Ｃ_std2以上である場合、ＥＣＵ１００は、フィルタ再生フラグＦを１に更新し、メインルーチンに戻る。他方、酸素濃度Ｃが再開酸素濃度Ｃ_std2未満である場合、ＥＣＵ１００は、フィルタ再生フラグＦを更新せずにメインルーチンに戻る。このため、パティキュレートフィルタ再生判断処理サブルーチンが繰り返されることにより、フィルタ再生フラグＦが１のときは、再生処理が繰り返され、フィルタ再生フラグＦが０のときは、再生処理が開始されないことになる。この結果、再生処理が開始されない間は、酸素濃度Ｃが再開酸素濃度Ｃ_std2に達するまで、再生処理は実行されないことになる。

以上説明したように、本実施形態によれば、再生処理手段１４０が、捕集排気微粒子量Ｍ検出手段としての排気圧力センサ６８、６９に検出された捕集排気微粒子量Ｍに基づいてディーゼルスモーク浄化手段６０を再生するに当たり、まず、酸素濃度Ｃ検出手段としての酸素濃度センサ７０がディーゼルスモーク浄化手段６０の排気下流における酸素濃度Ｃを検出する。そして、前記再生処理手段１４０の活性良否判定部は、酸素濃度センサ７０が検出した酸素濃度Ｃを予め設定された限界酸素濃度Ｃ_std1と比較し、その比較結果に基づいてディーゼルスモーク浄化手段６０の触媒浄化性能を判定し、この判定に基づき、所定の場合には禁止部１４６がフィルタ再生処理の実行を禁止するので、ディーゼルスモーク浄化手段６０による再生能力が低下しているときに再生処理が実行されるのを回避することが可能になる。

特に本実施形態において、酸素濃度Ｃが予め設定された限界酸素濃度Ｃ_std1を下回った場合には、禁止部１４６が再生処理を禁止するので、ディーゼルスモーク浄化手段６０の触媒活性度が低下しているときには、後燃焼の燃料供給を阻止し、未燃燃料が排出されるのを確実に防止することができる。この場合、前記禁止部１４６は、酸素濃度センサ７０が検出した酸素濃度Ｃが、予め限界酸素濃度Ｃ_std1よりも高く設定された再開酸素濃度Ｃ_std1以上になった場合には、フィルタ再生処理の実行禁止を解除するものであることが好ましい。この態様では、排気温度の上昇等によって、ディーゼルスモーク浄化手段６０の活性度があるレベル以上で高まった場合には、再生処理を再開することができるので、ディーゼルスモーク浄化手段６０に対して必要充分な再生処理を施すことが可能になる。

また、本実施形態においては、エンジン本体始動後の経過時間がカウント値Ｔとして始動期間判定部１４４によって判定され、前記禁止部１４６は、前記カウント値（経過時間）Ｔが予め設定された始動初期期間としての基準値Ｔ_stdを経過するまでは、再生処理手段１４０によるフィルタ再生処理の実行を禁止するので、大量に燃料が噴射されるエンジン始動時の直後において、過度の再生処理が実行されるのを回避することが可能になる。

また、本実施形態において、前記再生処理手段１４０は、エンジン運転のために噴射された燃料の噴射量が多いほど前記始動基準値Ｔ_stdを変更する始動基準値変更部１４５を有しているので、エンジンを運転するための燃料の噴射量をパラメータとして、前記始動基準値Ｔ_stdを長く変更することができ、燃料噴射量に基づく制御を行うことが可能になる。

さらに本実施形態においては、エンジンの排気温度を検出する排気温度検出手段としての排気温度センサ６６をさらに備え、前記再生処理手段１４０の始動基準値変更部１４５は、排気温度検出手段が検出した排気温度が低いほど前記始動基準値Ｔ_stdを長く変更するので、排気温度をパラメータとして、前記始動基準値Ｔ_stdを変更することができ、燃料噴射量に基づく制御を行うことが可能になる。

また、予め設定された始動基準値Ｔ_stdが経過するまでは、再生処理手段１４０によるフィルタ再生処理の実行が禁止されるので、大量に燃料が噴射されるエンジン始動時の直後において、過度の再生処理が実行されるのを回避することが可能になり、エンジン始動初期におけるディーゼルスモーク浄化手段の過昇温を防止することができる。

従って、本実施形態においては、ディーゼルスモーク浄化手段６０による再生能力が低下しているときに再生処理が実行されるのを回避することが可能になり、未燃燃料がディーゼルスモーク浄化手段６０の下流側へ排出されるのを防止し、併せて燃費の低下を抑制することができるという顕著な効果を奏する。

なお上述した実施形態は本発明の好ましい具体例に過ぎず、本発明は上述した実施形態に限定されない。本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

本発明の実施の一形態に係るディーゼルエンジンの概略構成を示す図である。図１の実施形態に係るＥＣＵのブロック図である。図２に示す再生処理手段の制御に用いられる差圧と微粒子量の関係を示す特性図である。図２に示す再生処理手段の制御に用いられる酸素濃度と時間の関係を示す特性図である。図１の実施形態におけるフィルタ再生処理のフローを示すフローチャートである。図５のフローチャートにおける始動初期時間を設定する設定制御サブルーチンの制御フローを示すフローチャートである。図５のメインフローにおけるパティキュレートフィルタ再生判断処理サブルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ディーゼルエンジン
２０エンジン本体
２４気筒
６０システム
６０ディーゼルスモーク浄化手段
６１酸化触媒
６２パティキュレートフィルタユニット
６３パティキュレートフィルタ
７０酸素濃度センサ（酸素濃度検出手段の一例）
１００ＥＣＵ
１１０運転制御手段
１２０燃料噴射制御手段
１４０再生処理手段
１４１捕集量推定部
１４４始動期間判定部
１４５始動基準値変更部
１４６禁止部
１４７活性良否判定部
Ｆフィルタ再生フラグ
Ｍ捕集排気微粒子量
Ｍα 再生開始閾値
Ｍβ 再生終了閾値
Ｑ燃料噴射量
ΔＰフィルタ前後差圧

Claims

触媒機能を有し、かつディーゼルスモークの排気微粒子を捕集するディーゼルスモーク浄化手段と、
このディーゼルスモーク浄化手段に排気ガスを排出するエンジン本体と、
このエンジン本体の各気筒に設けられた燃料噴射装置と、
燃料噴射装置の少なくとも燃料噴射量と燃料噴射タイミングとを制御する燃料噴射制御手段と、
前記ディーゼルスモーク浄化手段に捕集された排気微粒子の捕集排気微粒子量を検出する捕集排気微粒子量検出手段と、
捕集排気微粒子量検出手段に検出された捕集排気微粒子量が予め設定された再生開始閾値以上の場合には、未燃焼の燃料を排気系統に供給するために燃料噴射装置が膨張行程から排気行程の間に燃料を噴射する後噴射を実行するように燃料噴射制御手段を制御する再生処理手段と
を備えているディーゼルエンジンであって、
前記ディーゼルスモーク浄化手段の排気下流における酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を設け、
前記再生処理手段は、予め設定された限界酸素濃度と酸素濃度検出手段が検出した酸素濃度との比較に基づいて、ディーゼルスモーク浄化手段の触媒浄化性能を判定する活性良否判定部と、活性良否判定部の判定に基づいて、当該フィルタ再生処理の実行を禁止可能に制御する禁止部とを有しているものであることを特徴とするディーゼルエンジン。
請求項１記載のディーゼルエンジンにおいて、
前記ディーゼルスモーク浄化手段は、エンジンから排出される排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタと、このパティキュレートフィルタよりも排気経路の上流側に配置された酸化触媒とを含んでいるものであることを特徴とするディーゼルエンジン。
請求項１または２記載のディーゼルエンジンにおいて、
前記再生処理手段の禁止部は、酸素濃度検出手段が検出した酸素濃度が予め設定された限界酸素濃度を下回った場合には、フィルタ再生処理の実行を禁止するものであることを特徴とするディーゼルエンジン。
請求項３記載のディーゼルエンジンにおいて、
前記禁止部は、酸素濃度検出手段が検出した酸素濃度が、予め限界酸素濃度よりも高く設定された再開酸素濃度以上になった場合には、フィルタ再生処理の実行禁止を解除するものであることを特徴とするディーゼルエンジン。