JP2008128195A - 燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ポスト噴射の実行に伴う排気性状の悪化を抑制することのできる燃料噴射装置を提供する。
【解決手段】この装置は、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と過給機と排気浄化装置とを有する内燃機関に適用される。燃料噴射弁からの燃料噴射として、トルク発生のための燃料噴射とは別にポスト噴射を実行する。吸気通路における過給機より空気流れ方向上流側に設けられる空気量センサと、吸気通路における過給機より空気流れ方向下流側に設けられる圧力センサとを備える。圧力センサにより検出した空気圧力Ｐの変化速度ΔＰに基づいて補正項Ｋｇを算出する（Ｓ１０３）。機関回転速度ＮＥ、空気量センサによって検出された通路空気量ＧＡｐ、補正項Ｋｇおよびメイン噴射量Ｑｍに基づいて上限噴射量Ｑｇｄを設定し（Ｓ１０４，Ｓ１０５）、上限噴射量Ｑｇｄによって目標ポスト噴射量を制限する（Ｓ１０６，Ｓ１０７）。
【選択図】図２

Description

本発明は、過給機を備えた内燃機関に適用されて燃料噴射弁からの燃料噴射としてトルク発生のための燃料噴射とは別に膨張行程あるいは排気行程における燃料噴射であるポスト噴射を実行する燃料噴射装置に関するものである。

従来、燃焼室に強制的に空気を送り込むための過給機を備えた内燃機関が広く知られている（特許文献１や特許文献２参照）。
また、燃焼室に直接燃料を噴射するタイプの内燃機関が多用されており、そうした内燃機関において、その運転状態に応じて燃料噴射弁を開閉制御することにより、運転状態に見合う量の燃料を供給するようにした装置が知られている。

さらに、内燃機関の排気通路には触媒コンバータや排気フィルタなどを備えて排気を浄化する排気浄化装置が設けられており、同排気浄化装置の機能を十分に発揮させるために、ポスト噴射を実行する装置が知られている。このポスト噴射は、膨張行程あるいは排気行程において実行される燃料噴射弁からの燃料噴射であり、トルク発生のための燃料噴射とは別に実行される。

また近年、内燃機関に吸気通路を流れる空気の量を検出するためのセンサ（例えば吸気量センサや圧力センサなど）を設け、同センサによって検出される空気量（通路空気量）に基づいて内燃機関の運転に関わる各種制御（例えば燃料噴射弁の開閉制御など）を実行することも多用されている。
特開平４−１９１４５２号公報 特開平２−２１８９２１号公報

ここで、過給機を備えた内燃機関にあっては、その急加速時において、通路空気量が急速に増加するようになる。このとき通路空気量の増加分の一部が吸気圧力の上昇によって消費されるために、吸気通路内の空気圧力（吸気圧力）が機関運転状態に見合う圧力に上昇するまでの期間、上記通路空気量の増加度合いと比較して実際に燃焼室に吸入される空気量（筒内空気量）の増加度合いが小さくなり、それら通路空気量と筒内空気量との間にずれが生じてしまう。

こうしたずれを考慮することなく機関制御が実行されると、筒内空気量がさほど増加していないにもかかわらず、これよりも増加度合いの大きい通路空気量に応じたかたちで機関制御が実行されてしまう。そのため、例えば通路空気量に応じた量の燃料が燃料噴射弁から噴射されると、不要に多い量の燃料が内燃機関に供給されて、燃焼室内における空燃比（＝空気量／燃料量）が不要にリッチ側の比率になってしまう。

また、そうした急加速時において前述したポスト噴射が実行されると、もともと燃焼室内における空燃比がリッチ側の比率になり易い運転状態である上に、ポスト噴射によって燃料が添加されるために、排気中の未燃燃料成分の過度の増加を招き易くなってしまう。

そして、実際に排気中の未燃燃料成分が過度に多くなってしまうと、排気中の未燃燃料成分の一部が未反応のまま排気浄化装置を通過して排気通路の外部に排出されて、例えば白煙の発生を招くなど、排気性状の悪化を招いてしまう。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ポスト噴射の実行に伴う排気性状の悪化を抑制することのできる燃料噴射装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の発明は、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と前記燃焼室に強制的に空気を送り込む過給機と排気通路に設けられた排気浄化装置とを有する内燃機関に適用され、前記燃料噴射弁からの燃料噴射として、トルク発生のための燃料噴射とは別に膨張行程あるいは排気行程における燃料噴射であるポスト噴射を実行する燃料噴射装置において、機関出力軸の回転速度を検出するための回転速度センサと、吸気通路における前記過給機より空気流れ方向上流側に設けられて同吸気通路を流れる空気量を検出する空気量センサと、前記吸気通路における前記過給機より空気流れ方向下流側に設けられて同吸気通路内部の空気圧力を検出する圧力センサと、同圧力センサにより検出した空気圧力の変化速度に基づいて補正項を算出する補正項算出手段と、前記機関出力軸の回転速度、および前記空気量、および前記補正項、および前記トルク発生のための燃料噴射における燃料噴射量に基づいて上限噴射量を設定する設定手段と、前記上限噴射量によって前記ポスト噴射における燃料噴射量を制限する制限手段とを備えることをその要旨とする。

上記構成では、吸気通路内の空気圧力（吸気圧力）の変化速度に基づいて、内燃機関の急加速時において吸気通路を流れる空気量（通路空気量）のうちの吸気圧力を上昇させるために消費される空気量に相当する値（補正項）を算出することができる。しかも、この補正項、通路空気量および機関出力軸の回転速度に基づいて実際に燃焼室に吸入される空気量（筒内空気量）を特定することが可能になる。したがって上記構成によれば、そうした筒内空気量とトルク発生のための燃料噴射における燃料噴射量とに応じたかたちで、排気の空燃比を所定比率より高い比率に維持することの可能なポスト噴射についての上限噴射量を精度良く設定することができ、ポスト噴射の実行に伴う排気性状の悪化を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料噴射装置において、前記空気量および前記機関出力軸の回転速度に基づいて同機関出力軸の単位回転当たりに前記吸気通路を流れる空気量を算出する空気量算出手段と、該空気量算出手段により算出した空気量を前記補正項によって減量補正する補正手段とをさらに備え、前記設定手段は、前記補正手段により補正した空気量および前記トルク発生のための燃料噴射における燃料噴射量に基づいて前記上限噴射量を設定するものであることをその要旨とする。

上記構成によれば、機関出力軸の単位回転当たりに吸気通路を通過する空気量（基準通路空気量）と補正項とに基づいて、機関出力軸の単位回転当たりの筒内空気量（基準筒内空気量）に相当する値（補正手段により減量補正された空気量）を算出することができる。しかも、そうした基準筒内空気量に相当する値とトルク発生のための燃料噴射における燃料噴射量とに応じたかたちで、排気の空燃比を所定比率より高い比率に維持することの可能なポスト噴射についての上限噴射量を精度良く設定することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の燃料噴射装置において、前記補正手段は、前記補正項として、前記圧力センサにより検出した空気圧力の変化速度が高いときほど、前記算出手段によって算出される空気量を大きく減少させる値を算出することをその要旨とする。

吸気圧力の変化速度が高いときほど、通路空気量や筒内空気量が急速に変化しており、基準通路空気量と基準筒内空気量との差が大きくなる。上記構成によれば、上記差が大きいときほど基準通路空気量を大きく減量補正するといったように、同差の発生傾向に合わせて基準通路空気量を減量補正して、これを基準筒内空気量に相当する値として算出することができるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の燃料噴射装置において、前記補正手段は、前記補正項の算出パラメータとして機関回転速度を用い、同機関回転速度が低いときほど前記算出手段によって算出される空気量を大きく減少させる値を前記補正項として算出することをその要旨とする。

吸気圧力の変化速度（すなわち、単位時間当たりの変化量）が同一であっても、機関回転速度が低いときほど、一回の吸気行程当たりの上記吸気圧力の変化量が多くなるために、通路空気量の増加分のうちの吸気圧力の上昇により消費される空気量であって、一回の吸気行程当たりに消費される空気量が多くなる。そのため、機関回転速度が低いほど、一回の吸気行程当たりの基準通路空気量と基準筒内空気量との差が大きくなる。

上記構成によれば、上記差の発生傾向に合わせて基準通路空気量を減量補正して、これを基準筒内空気量に相当する値として算出することができるようになる。
なお前記設定手段による上限噴射量の設定は、請求項５によるように、前記補正手段により減量補正された空気量が多いときほど多い量を設定し、前記トルク発生のための燃料噴射にかかる燃料噴射量が少ないときほど多い量を設定する、といったように行うことができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置において、前記ポスト噴射は前記排気浄化装置に未燃燃料成分を供給するべく実行される燃料噴射であり、前記排気浄化装置は酸化触媒を備えてなることをその要旨とする。

上記構成によれば、酸化触媒の処理能力を超える分の未燃燃料成分が未反応のまま排気通路の外部に排出されることを抑制することができ、これにより排気性状の悪化を抑制することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の燃料噴射装置において、前記排気浄化装置は、前記酸化触媒より排気流れ方向下流側に配設されて排気中の微粒子状物質を捕集する排気フィルタをさらに備えてなることをその要旨とする。

近年、酸化触媒の排気流れ方向下流側に排気フィルタを配設するようにした装置が提案されている。この装置では、先ず酸化触媒における未燃燃料成分の酸化によって排気が高温になり、さらに高温の排気の流入によって同排気フィルタが高温になり、これに伴って排気フィルタに捕集された微粒子状物質が酸化して除去されるといったように、排気フィルタの機能回復が図られる。

上記構成によれば、そうした装置にあって、排気中の未燃燃料成分の一部が未反応のまま排気浄化装置を通過して排気通路の外部に排出されることを抑制することができる。

以下、本発明にかかる燃料噴射装置を具体化した一実施形態について説明する。
図１は、本実施の形態にかかる燃料噴射装置が適用される内燃機関、およびその周辺機器を示す概略構成図である。

同図１に示すように、本実施の形態にかかる燃料噴射装置は、複数の気筒＃１〜＃４を有する内燃機関１０に搭載されている。内燃機関１０には複数の燃料噴射弁１１が取り付けられている。これら燃料噴射弁１１は、各気筒＃１〜＃４の燃焼室に直接燃料を噴射するように設けられている。また各燃料噴射弁１１は蓄圧配管としてのコモンレール１２に接続されており、同コモンレール１２はサプライポンプ１３に接続されている。そして、このサプライポンプ１３により、燃料タンク（図示略）内に備蓄された燃料が吸入されるとともにコモンレール１２に向けて圧送される。これにより、コモンレール１２の内部には高圧の燃料が満たされている。そして、本実施の形態にかかる燃料噴射装置では、各燃料噴射弁１１の開閉駆動を通じて、コモンレール１２内の高圧燃料が各気筒＃１〜＃４の燃焼室内に直接噴射される。

また、内燃機関１０の各気筒＃１〜＃４はインテークマニホールド１４を介して吸気通路１５に接続されている。内燃機関１０では、これらインテークマニホールド１４および吸気通路１５を通じて、外部の空気（外気）が各気筒＃１〜＃４の燃焼室内に吸入される。吸気通路１５には、同吸気通路１５の通路断面積の変更するスロットル弁１６が設けられている。そして、このスロットル弁１６の開度制御を通じて、吸気通路１５を通過する空気の量（吸入空気量）が調整される。

一方、内燃機関１０の各気筒＃１〜＃４はエキゾーストマニホールド１７を介して排気通路１８に接続されている。内燃機関１０では、これらエキゾーストマニホールド１７および排気通路１８を通じて、各気筒＃１〜＃４の燃焼室において燃焼した後のガス（排気）が外部に排出される。

内燃機関１０には、排気駆動式の過給機１９が設けられている。この過給機１９は、吸気通路１５における上記スロットル弁１６より吸気流れ方向上流側に設けられたコンプレッサ２０と、排気通路１８に設けられたタービン２１とにより構成される。

この過給機１９は、内燃機関１０の負荷が小さく排気量が少ないときには作動せず（仕事量≒「０」）、内燃機関１０の負荷が大きくなって排気量が多くなると作動する（仕事量≫「０」）。過給機１９の作動時には、タービン２１を多量の排気が通過することによってコンプレッサ２０が作動し、吸気通路１５を流れる空気が圧送されて内燃機関１０の燃焼室に強制的に送り込まれる。

なお、吸気通路１５におけるスロットル弁１６とコンプレッサ２０との間にはインタークーラ２２が設けられている。このインタークーラ２２により、過給機１９による過給に伴って高温になった空気が冷却される。

また、排気通路１８におけるタービン２１より排気流れ方向下流側には排気浄化装置３０が設けられている。この排気浄化装置３０により、微粒子状物質（ＰＭ）や、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）などといった排気中の大気汚染物質が捕集あるいは変換されて、同排気が浄化される。

排気浄化装置３０は、詳しくは、二つの触媒コンバータ３１，３２と一つのフィルタ３３とを備えている。二つの触媒コンバータ３１，３２は、共に酸化触媒が内部に担持されたものであり、排気流れ方向において間隔を置いて直列に並ぶように配設されている。これら触媒コンバータ３１，３２により、排気中のＣＯやＨＣが無害の二酸化炭素（ＣＯ２）や水分（Ｈ２Ｏ）に変換される。上記フィルタ３３は、それら触媒コンバータ３１，３２より排気流れ方向下流側に配設されている。このフィルタ３３によって、排気中のＰＭが捕集される。

内燃機関１０はその周辺機器として各種センサを備えている。各種センサとしては、例えばアクセルペダル（図示略）の操作量（アクセル踏み込み量ＡＣ）を検出するためのアクセルセンサ４１や、機関出力軸（図示略）の回転速度（機関回転速度ＮＥ）を検出するための速度センサ４２が設けられている。また、吸気通路１５におけるスロットル弁１６より吸気流れ方向下流側に設けられて同吸気通路１５内の空気圧力（吸気圧力Ｐ）を検出するための圧力センサ４３や、吸気通路１５におけるコンプレッサ２０より吸気流れ方向上流側に設けられて同吸気通路１５を流れる空気量（通路空気量ＧＡｐ）を検出するための空気量センサ４４を備えている。その他、排気通路１８における上記二つの触媒コンバータ３１，３２の間の部分を通過する排気の温度Ｔａを検出するための温度センサ４５や、上記二つの触媒コンバータ３１，３２を通過した後の排気の温度Ｔｂを検出するための温度センサ４６等も設けられている。

また内燃機関１０はその周辺機器として、例えばマイクロコンピュータを有して構成される電子制御装置４０を備えている。この電子制御装置４０は、上記各種センサの出力信号を取り込むとともに各種の演算を行い、その演算結果に基づいて燃料噴射弁１１の駆動制御やスロットル弁１６の開度制御など、内燃機関１０の運転に関わる各種制御を実行する。

燃料噴射弁１１の駆動制御では、トルク発生のための燃料噴射（メイン噴射）における燃料噴射量が調節される。具体的には先ず、メイン噴射における燃料噴射量についての制御目標値（メイン噴射量Ｑｍ）がアクセル踏み込み量ＡＣおよび機関回転速度ＮＥに基づき設定される。このメイン噴射量Ｑｍとしては、アクセル踏み込み量ＡＣが大きいほど、また機関回転速度ＮＥが高いほど、多い量が算出される。そして、そうしたメイン噴射量Ｑｍに応じた時間だけ燃料噴射弁１１が開弁駆動されて、内燃機関１０の運転状態に見合う量の燃料が噴射供給される。

また燃料噴射弁１１の駆動制御では、前記メイン噴射とは別に、内燃機関１０の膨張行程の終期（例えば、圧縮上死点後（ＡＴＤＣ）の１２０°ＣＡ〜１６０°ＣＡ）における燃料噴射（ポスト噴射）が実行される。このポスト噴射は、上記フィルタ３３の機能回復を図るべく実行される。詳しくは、ポスト噴射の実行によって排気中に未燃燃料成分が添加され、その未燃燃料成分が二つの触媒コンバータ３１，３２において酸化して排気温度が上昇する。そして、これにより高温となった排気がフィルタ３３を通過することによって同フィルタ３３が高温になり、フィルタ３３に捕集されたＰＭが酸化する。

ポスト噴射は、実行条件が成立していることを条件に実行される。この実行条件が成立していることは、以下の条件（イ）および（ロ）が共に満たされることをもって判断される。
（イ）フィルタ３３に捕集されているＰＭの量（ＰＭ堆積量）が所定量以上になったこと。なお本実施の形態では、その時々におけるＰＭ堆積量が内燃機関１０の運転状態やフィルタ３３の温度などに基づき推定されて電子制御装置４０に記憶されている。
（ロ）排気流れ方向下流側の触媒コンバータ３２の温度が所定温度以上であること。なお本実施の形態では、その時々における触媒コンバータ３２の温度が排気温度Ｔａに基づき推定されて電子制御装置４０に記憶されている。

また、ポスト噴射における燃料噴射量についての制御目標値（目標ポスト噴射量Ｑｐ）は、メイン噴射量Ｑｍおよび機関回転速度ＮＥに基づいて設定される。
ここで、メイン噴射量Ｑｍが少ないときほど、燃焼室から排気通路１８に排出されるガスの温度が低いことから、フィルタ３３の温度を所定温度で維持するために多くの燃料が必要になる。また、機関回転速度ＮＥが低いときほど、フィルタ３３を排気が通過する時間、言い換えれば、排気が有する熱がフィルタ３３に伝達される時間が短いことから、フィルタ３３の温度を所定温度で維持するために多くの燃料が必要になる。

こうした実情をふまえ、予め定められた目標温度（例えば６００〜７００℃）にフィルタ３３の温度を維持することの可能な噴射量が目標ポスト噴射量Ｑｐとして設定される。詳しくは、メイン噴射量Ｑｍおよび機関回転速度ＮＥにより定まる機関運転領域と同機関運転領域に適した目標ポスト噴射量Ｑｐとの関係が実験結果などに基づき求められ、その求められた関係が演算マップとして電子制御装置４０に記憶されており、この演算マップを参照して目標ポスト噴射量Ｑｐが設定される。

また、ポスト噴射における燃料噴射時期についての制御目標値（目標ポスト噴射時期Ｔｐ）は、メイン噴射量Ｑｍおよび機関回転速度ＮＥに基づいて設定される。この目標ポスト噴射時期Ｔｐとしては、噴射燃料の燃焼と燃焼室壁面への付着とを共に抑えることの可能な時期が設定される。詳しくは、メイン噴射量Ｑｍおよび機関回転速度ＮＥにより定まる機関運転領域と同機関運転領域に適した目標ポスト噴射時期Ｔｐとの関係が実験結果などに基づき求められ、その求められた関係が演算マップとして電子制御装置４０に記憶されており、この演算マップを参照して目標ポスト噴射時期Ｔｐが設定される。

そして、本実施の形態にかかる燃料噴射弁１１の開閉制御では、上記目標ポスト噴射量Ｑｐに応じた時間だけ目標ポスト噴射時期Ｔｐにおいて燃料噴射弁１１が開弁駆動されてポスト噴射が実行される。なお、本実施の形態では、排気温度Ｔｂに基づいて排気流れ方向下流側の触媒コンバータ３２の下流端の温度、言い換えれば、フィルタ３３の上流端の温度（フィルタ温度Ｔｆ）が推定されて、電子制御装置４０に記憶されている。そしてポスト噴射の実行に際しては、このフィルタ温度Ｔｆと予め定められた目標温度（例えば６００〜７００℃）とが一致するように、目標ポスト噴射量Ｑｐがフィードバック制御される。

本実施の形態では、ポスト噴射の実行に際して、目標ポスト噴射量Ｑｐについての上限噴射量Ｑｇｄが算出され、この上限噴射量Ｑｇｄによって目標ポスト噴射量Ｑｐが制限される。これにより、内燃機関１０の急加速時において排気の空燃比が過度にリッチ側の比率になることを抑制して、触媒コンバータ３１，３２の処理能力を超える分の未燃燃料成分が未反応のまま排気通路１８の外部に排出されることを抑制することにより、排気性状の悪化を抑えるようにしている。

以下、そのように目標ポスト噴射量Ｑｐを上限噴射量Ｑｇｄによって制限する処理（制限処理）の実行手順について、図２を参照しつつ説明する。
図２は上記制限処理の具体的な処理手順を示すフローチャートであり、同フローチャートに示される一連の処理は、所定時間（例えば、数ミリ秒）毎の処理として、電子制御装置４０により実行される。

同図２に示すように、この処理では、前記実行条件が成立していることを条件に（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、以下の処理が実行される（ステップＳ１０２〜Ｓ１０７）。
実行条件が成立している場合には先ず、吸気圧力Ｐの変化速度ΔＰが算出される（ステップＳ１０２）。この変化速度ΔＰとしては、具体的には、本処理の前回の実行周期において検出された吸気圧力Ｐ（ｉ−１）と今回の実行周期において検出された吸気圧力Ｐ（ｉ）との差（＝Ｐ（ｉ−１）−Ｐ（ｉ））が算出される。

その後、上記変化速度ΔＰおよび機関回転速度ＮＥに基づいてＡマップから補正項Ｋｇが算出される（ステップＳ１０３）。本実施の形態では、補正項Ｋｇとして、機関出力軸の一回転当たりの通路空気量（基準通路空気量ＧＮｐ（＝ＧＡｐ／ＮＥ））のうちの吸気圧力Ｐを上昇させるために消費される空気量に相当する値が算出される。

図３に、上記Ａマップのマップ構造を示す。同図３に示すように、Ａマップには、変化速度ΔＰおよび機関回転速度ＮＥにより定まる機関運転領域と同機関運転領域に適した補正項Ｋｇとの関係が実験結果などに基づき求められ、記憶されている。

ここで、吸気圧力Ｐの変化速度ΔＰが高いときほど、通路空気量ＧＡｐや実際に燃焼室内に吸入される空気量（筒内空気量ＧＡｓ）が急速に変化しており、それら通路空気量ＧＡｐと筒内空気量ＧＡｓとのずれが大きくなる。また、吸気圧力Ｐの変化速度ΔＰ（すなわち、吸気圧力Ｐの単位時間当たりの変化量）が同一であっても、機関回転速度ＮＥが低いときほど、一回の吸気行程当たりの上記吸気圧力Ｐの変化量が多くなるために、通路空気量ＧＡｐの増加分のうちの吸気圧力Ｐの上昇により消費される空気量であって、一回の吸気行程当たりに消費される空気量が多くなる。そのため、機関回転速度ＮＥが低いほど、一回の吸気行程当たりの通路空気量ＧＡｐと筒内空気量ＧＡｓとのずれが大きくなる。こうした実情をふまえ、本実施の形態では、補正項Ｋｇとして、変化速度ΔＰが高いときほど、また機関回転速度ＮＥが低いときほど小さい負の値が算出される。なお本実施の形態では、ステップＳ１０３の処理が補正項算出手段として機能する。

このように補正項Ｋｇが算出された後、上記基準通路空気量ＧＮｐが求められるとともに、同基準通路空気量ＧＮｐに上記補正項Ｋｇが加算されて補正空気量ＧＮｋが算出される（図２のステップＳ１０４）。これにより、通路空気量ＧＡｐと筒内空気量ＧＡｓとのずれが大きいときほど基準通路空気量ＧＮｐを大きく減量補正するといったように、同差の発生傾向に合わせて基準通路空気量ＧＮｐが減量補正されて、これが機関出力軸の一回転当たりの筒内空気量（基準筒内空気量ＧＮｓ）に相当する値（上記補正空気量ＧＮｋ）として算出される。本実施の形態では、ステップＳ１０４の処理が、空気量算出手段および補正手段として機能する。

その後、補正空気量ＧＮｋおよびメイン噴射量Ｑｍに基づいてＢマップから上限噴射量Ｑｇｄが設定される（ステップＳ１０５）。
図４に、上記Ｂマップのマップ構造を示す。同図４に示すように、Ｂマップには、補正空気量ＧＮｋおよびメイン噴射量Ｑｍにより定まる機関運転領域と同機関運転領域に適した上限噴射量Ｑｇｄとの関係が実験結果などに基づき求められ、記憶されている。

ここでは、補正空気量ＧＮｋによって筒内空気量ＧＡｓを特定可能であることから、同筒内空気量ＧＡｓをふまえた上で、排気の空燃比が所定比率（例えば、１５．５）になる燃料噴射量に相当する値が設定される。具体的には、補正空気量ＧＮｋが多いときほど、またメイン噴射量Ｑｍが少ないときほど多い量が上限噴射量Ｑｇｄとして設定される。なお本実施の形態では、ステップＳ１０５の処理が設定手段として機能する。

このように上限噴射量Ｑｇｄが設定された後、同上限噴射量Ｑｇｄによって目標ポスト噴射量Ｑｐが制限される。具体的には、目標ポスト噴射量Ｑｐが上限噴射量Ｑｇｄより大きいときには（図２のステップＳ１０６：ＮＯ）目標ポスト噴射量Ｑｐとして上限噴射量Ｑｇｄが設定される一方（ステップＳ１０７）、目標ポスト噴射量Ｑｐが上限噴射量Ｑｇｄ以下であるときには（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）目標ポスト噴射量Ｑｐが補正されない。本実施の形態では、ステップＳ１０６およびＳ１０７の処理が制限手段として機能する。

そして、こうした処理の後、本処理は一旦終了される。
以下、上述した制限処理を実行することによる作用について説明する。
図５は、アクセルペダルが踏み込まれていない状態から全開位置まで踏み込まれたときにおける各機関パラメータの推移の一例を示している。

同図５に示すように、時刻ｔ１においてアクセルペダル（同図（ａ））が踏み込まれると、メイン噴射量Ｑｍ（同図（ｂ））が増量されて機関回転速度ＮＥ（同図（ｃ））が上昇し、これに伴って排気量が増加して過給機１９が作動するようになる。

このとき、ポスト噴射の実行条件が成立している場合には、目標ポスト噴射量Ｑｐが算出されるとともに上限噴射量Ｑｇｄが設定され、同上限噴射量Ｑｇｄによって目標ポスト噴射量Ｑｐが制限されつつポスト噴射が実行される。これにより、排気の空燃比（同図（ｄ））が過度にリッチ側の比率になることが抑制される。

ここで、排気の空燃比を所定比率よりも高い比率で維持することの可能な上限噴射量Ｑｇｄは基本的に、基準通路空気量ＧＮｐとメイン噴射量Ｑｍとに基づいて求めることが可能である。

ただし、内燃機関１０の急加速時においては、基準通路空気量ＧＮｐ（同図（ｅ））および基準筒内空気量ＧＮｓが共に増加するものの、基準通路空気量ＧＮｐの増加分の一部が吸気圧力Ｐ（同図（ｆ））の上昇によって消費されるために、その上昇によって消費される空気量の分だけ、基準筒内空気量ＧＮｓより多い量が基準通路空気量ＧＮｐとして検出されてしまう。

そのため、仮に基準通路空気量ＧＮｐに基づいて上限噴射量を設定すると、基準筒内空気量ＧＮｓより多い空気量に見合う値が上限噴射量として設定されてしまい、排気の空燃比が過度にリッチ側の値になることを適正に回避できなくなってしまう（同図（ｄ）中の一点鎖線参照）。

本実施の形態では、上述した吸気圧力Ｐを上昇させるために消費される空気量に相当する値（補正項Ｋｇ（同図（ｇ）））が算出され、同値によって基準通路空気量ＧＮｐを減量補正することによって基準筒内空気量ＧＮｓに相当する値（補正空気量ＧＮｋ（同図（ｈ）））が算出される。そして、この補正空気量ＧＮｋに基づいて、排気の空燃比を所定比率より高い比率に維持することの可能なポスト噴射についての上限噴射量Ｑｇｄが設定される。

そのため、内燃機関１０の急加速に際して筒内空気量ＧＡｓに見合う量よりも多い量が通路空気量ＧＡｐとして検出されるときであっても、筒内空気量ＧＡｓに見合う上限噴射量Ｑｇｄが設定されるとともに、同上限噴射量Ｑｇｄによってポスト噴射にかかる燃料噴射量が制限される。したがって、排気の空燃比が過度にリッチ側の比率になることが適正に抑制され、ポスト噴射の実行に伴う排気性状の悪化が抑制されるようになる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）ポスト噴射の実行に伴う排気性状の悪化を抑制することができるようになる。

（２）補正項Ｋｇとして、吸気圧力Ｐの変化速度ΔＰが高いときほど、補正空気量ＧＮｋの算出に際して基準通路空気量ＧＮｐを大きく減少させる値を算出するようにした。そのため、基準通路空気量ＧＮｐと基準筒内空気量ＧＮｓとの差の発生傾向に合わせて基準通路空気量ＧＮｐを減量補正して、これを補正空気量ＧＮｋとして算出することができる。

（３）補正項Ｋｇとして、補正空気量ＧＮｋの算出に際して基準通路空気量ＧＮｐを大きく減少させる値を算出するようにした。そのため、基準通路空気量ＧＮｐと基準筒内空気量ＧＮｓとの差の発生傾向に合わせて基準通路空気量ＧＮｐを減量補正して、これを補正空気量ＧＮｋとして算出することができる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・吸気圧力Ｐの変化速度ΔＰの算出態様は、例えば前々回の制限処理の実行時に検出された吸気圧力Ｐ（ｉ−２）と今回の制限処理の実行時に検出した吸気圧力Ｐ（ｉ）との差（＝Ｐ（ｉ−２）−Ｐ（ｉ））を変化速度ΔＰとして算出するなど、単位時間当たりの吸気圧力Ｐの変化速度ΔＰを算出可能であれば、任意に変更可能である。

・補正項Ｋｇの算出パラメータとして機関回転速度ＮＥを用いないようにしてもよい。
・以下の（手順１）〜（手順３）を通じて、上限噴射量を設定するようにしてもよい。
（手順１）吸気圧力Ｐの変化速度ΔＰおよび機関回転速度ＮＥに基づいて補正項Ｋｇｉを算出する。ここでは、補正項Ｋｇｉとして、通路空気量ＧＡｐのうちの上記吸気圧力Ｐを上昇させるために消費される空気量に相当する値を算出する。具体的には、変化速度ΔＰが高いときほど、また機関回転速度ＮＥが低いときほど小さい負の値を補正項Ｋｇｉとして算出する。
（手順２）通路空気量ＧＡｐを補正項Ｋｇｉによって減量補正して補正空気量ＧＡｐｋ（＝ＧＡｐ＋Ｋｇｉ）を算出する。ここでは、通路空気量ＧＡｐの増加度合いと筒内空気量ＧＡｓの増加度合いとの差が大きいときほど通路空気量ＧＡｐを大きく減量補正するといったように、同差の発生傾向に合わせて通路空気量ＧＡｐを減量補正して、これを筒内空気量ＧＡｓに見合う値（上記補正空気量ＧＡｐｋ）として算出する。
（手順３）補正空気量ＧＡｐｋ、メイン噴射量Ｑｍ、機関回転速度ＮＥに基づいて上限噴射量Ｑｇｄｉを設定する。ここでは、補正空気量ＧＡｐｋと機関回転速度ＮＥとに基づいて筒内空気量ＧＡｓを特定可能であることから、同筒内空気量ＧＡｓをふまえた上で、排気の空燃比が前記所定比率になる燃料噴射量に相当する値を上限噴射量Ｑｇｄｉとして設定する。この上限噴射量Ｑｇｄｉとしては、具体的には、補正空気量ＧＡｐｋが多いときほど、またメイン噴射量Ｑｍが少ないときほど、さらには機関回転速度ＮＥが低いときほど多い量を設定する。

・本発明は、ポスト噴射として、内燃機関の排気行程の終期における燃料噴射を実行する燃料噴射装置に限らず、内燃機関の排気行程における燃料噴射を実行する燃料噴射装置にも適用することができる。

・本発明にかかる燃料噴射装置は、インタークーラの設けられていない内燃機関や、触媒コンバータが一つのみ設けられた内燃機関あるいは触媒コンバータの設けられない内燃機関にも適用することができる。

・本発明は、排気駆動式の過給機が搭載された内燃機関に限らず、機関出力軸によって駆動されるタイプの過給機、いわゆるスーパーチャージャが搭載された内燃機関にも適用可能である。

・本発明にかかる燃料噴射装置は、１〜３気筒の内燃機関や、５気筒以上の内燃機関にも適用することができる。

本発明を具体化した一実施の形態が適用される内燃機関およびその周辺機器の概略構成を示す略図。 制限処理の具体的な処理手順を示すフローチャート。 補正項の算出に用いるＡマップのマップ構造を示す略図。 上限噴射量の設定に用いるＢマップのマップ構造を示す略図。 （ａ）〜（ｈ）制限処理の実行時における各機関パラメータの推移の一例を示すタイミングチャート。

符号の説明

１０…内燃機関、１１…燃料噴射弁、１２…コモンレール、１３…サプライポンプ、１４…インテークマニホールド、１５…吸気通路、１６…スロットル弁、１７…エキゾーストマニホールド、１８…排気通路、１９…過給機、２０…コンプレッサ、２１…タービン、２２…インタークーラ、３０…排気浄化装置、３１，３２…触媒コンバータ、３３…フィルタ、４０…電子制御装置、４１…アクセルセンサ、４２…速度センサ、４３…圧力センサ、４４…空気量センサ、４５，４６…温度センサ。

Claims (7)

1. 燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と前記燃焼室に強制的に空気を送り込む過給機と排気通路に設けられた排気浄化装置とを有する内燃機関に適用され、前記燃料噴射弁からの燃料噴射として、トルク発生のための燃料噴射とは別に膨張行程あるいは排気行程における燃料噴射であるポスト噴射を実行する燃料噴射装置において、
   機関出力軸の回転速度を検出するための回転速度センサと、
   吸気通路における前記過給機より空気流れ方向上流側に設けられて同吸気通路を流れる空気量を検出する空気量センサと、
   前記吸気通路における前記過給機より空気流れ方向下流側に設けられて同吸気通路内部の空気圧力を検出する圧力センサと、
   同圧力センサにより検出した空気圧力の変化速度に基づいて補正項を算出する補正項算出手段と、
   前記機関出力軸の回転速度、および前記空気量、および前記補正項、および前記トルク発生のための燃料噴射における燃料噴射量に基づいて上限噴射量を設定する設定手段と、
   前記上限噴射量によって前記ポスト噴射における燃料噴射量を制限する制限手段と
   を備えることを特徴とする燃料噴射装置。
2. 請求項１に記載の燃料噴射装置において、
   前記空気量および前記機関出力軸の回転速度に基づいて同機関出力軸の単位回転当たりに前記吸気通路を流れる空気量を算出する空気量算出手段と、該空気量算出手段により算出した空気量を前記補正項によって減量補正する補正手段とをさらに備え、
   前記設定手段は、前記補正手段により補正した空気量および前記トルク発生のための燃料噴射における燃料噴射量に基づいて前記上限噴射量を設定するものである
   ことを特徴とする燃料噴射装置。
3. 請求項２に記載の燃料噴射装置において、
   前記補正手段は、前記補正項として、前記圧力センサにより検出した空気圧力の変化速度が高いときほど、前記算出手段によって算出される空気量を大きく減少させる値を算出する
   ことを特徴とする燃料噴射装置。
4. 請求項３に記載の燃料噴射装置において、
   前記補正手段は、前記補正項の算出パラメータとして機関回転速度を用い、同機関回転速度が低いときほど前記算出手段によって算出される空気量を大きく減少させる値を前記補正項として算出する
   ことを特徴とする燃料噴射装置。
5. 請求項２〜４のいずれか一項に記載の燃料噴射装置において、
   前記設定手段は、前記上限噴射量として、前記補正手段により減量補正された空気量が多いときほど多い量を設定し、前記トルク発生のための燃料噴射にかかる燃料噴射量が少ないときほど多い量を設定する
   ことを特徴とする燃料噴射装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の燃料噴射装置において、
   前記ポスト噴射は前記排気浄化装置に未燃燃料成分を供給するべく実行される燃料噴射であり、前記排気浄化装置は酸化触媒を備えてなる
   ことを特徴とする燃料噴射装置。
7. 請求項６に記載の燃料噴射装置において、
   前記排気浄化装置は、前記酸化触媒より排気流れ方向下流側に配設されて排気中の微粒子状物質を捕集する排気フィルタをさらに備えてなる
   ことを特徴とする燃料噴射装置。

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