JP3870517B2

JP3870517B2 - ディーゼルエンジンの燃料制御装置

Info

Publication number: JP3870517B2
Application number: JP32115097A
Authority: JP
Inventors: 英二相吉澤; 修二木村; 暁白河
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-11-21
Filing date: 1997-11-21
Publication date: 2007-01-17
Anticipated expiration: 2017-11-21
Also published as: JPH11153022A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ディーゼルエンジンの燃料制御装置に関し、特に排気系にＮＯｘ還元触媒を設置しているものにおいて、還元剤としてのＨＣを効率よくＮＯｘ還元触媒に供給するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から酸素過剰な排気条件であるディーゼルエンジンにおいても、ＮＯｘ還元触媒を排気系に装着し、排気中のＮＯｘを還元浄化しようとする試みが行われている。ＮＯｘ還元触媒としてはＰｔ−ゼオライト、Ｐｄ−ゼオライト、あるいはＣｕ−ゼオライト系の触媒が種々提案されている。
【０００３】
これらの触媒はＮＯｘの還元効率を高めるために還元剤としてのＨＣを必要とするが、一般的にディーゼルエンジンはＮＯｘの排出量に対してＨＣの排出量が比較的少ない。
【０００４】
このＮＯｘ還元触媒の還元効率を維持するために、燃料の主噴射とは別に、排気行程の後半などに燃料を補助的に噴射し、排気中のＨＣ量を増やすものがある（特開平６−１５９０４１参照）。
【０００５】
あるいは、ゼオライト系のＨＣ吸着材をＮＯｘ還元触媒の前に配置して、排気温度が低いときにＨＣをＨＣ吸着材に吸着させ、排気温度が高くなって吸着材から脱離するＨＣを還元剤として利用することで、二次噴射燃料の供給量を少なくすることが提案されている（特開平７−１９０３１参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者によれば二次的に噴射された燃料は、エンジンの燃焼（熱効率）には寄与することはなく、二次噴射量が多くなるほど燃費が悪化するのは避けられない。
【０００７】
これに対して後者は主として低温時などＨＣ吸着材によりＨＣを保持し、排気高温時に脱離させる分だけ、二次噴射の供給量を減らすことはできるが、実際にはＨＣ吸着材についてのＨＣの吸着と脱離特性を正確に把握して二次噴射量を制御しないと、ＮＯｘ還元触媒に対するＨＣの供給量を過不足なく維持することは難しく、必ずしも燃費の向上にはつながらないことがある。
【０００８】
とくに、いずれの場合にも、必要なＨＣ量については二次噴射に頼っているため、そのまま燃費の悪化につながるという問題があった。また、従来の燃料噴射制御方式では、二次噴射で必要とするような微少な噴射量を精度よく制御することは実質的に困難で、このことも燃費を悪化させる要因となっている。
【０００９】
本発明はこのような問題を解決するために提案されたもので、ＮＯｘ還元触媒に必要なＨＣ量を正確に把握し、かつ要求に応じて精度よくＨＣを供給することにより、燃費の悪化を最小限に留めるようにしたディーゼルエンジンの燃料制御装置を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、燃料ポンプから圧送される高圧燃料を蓄える燃料蓄圧室と、前記燃料蓄圧室の燃料圧力を運転状態に応じた目標値に制御する手段と、前記燃料蓄圧室と接続し各気筒に燃料を噴射する燃料噴射弁と、運転状態に応じた噴射量並びに噴射時期となるように前記燃料噴射弁を開閉させる噴射制御手段と、排気通路に設けられエンジンから排出されるＨＣを吸着・脱離するＨＣ吸着材と、前記ＨＣ吸着材の下流の排気通路に設けたＮＯｘ還元触媒と、を備えたディーゼルエンジンにおいて、前記ＨＣ吸着材の温度を直接または間接的に検出する手段と、運転状態に応じてＨＣ発生量を演算する手段と、運転状態に応じてＮＯｘ発生量を演算する手段と、前記ＨＣ吸着材の温度に基づいてＨＣ吸着材に吸着されるＨＣ吸着量、及び同じく温度に基づいてＨＣ吸着材から脱離するＨＣの脱離量とを算出し、前記運転状態に応じてのＨＣの発生量と前記ＨＣ吸着材へのＨＣ吸着量との差から求めたＨＣ吸着材を通過するＨＣの通過量、及び前記ＨＣ脱離量から前記ＮＯｘ触媒に流入するＨＣの流入量を算出する手段と、前記ＮＯｘ発生量とＨＣの流入量からＮＯｘ還元に必要なＨＣ量が不足しているかどうかを判定する手段と、ＨＣ量の不足が判定された場合に前記燃料蓄圧室の燃料圧力を前記目標値より減圧補正する手段と備える。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、前記ＨＣ量の不足判定手段は、ＨＣ流入量に対するＮＯｘ発生量の比率であるＨＣ／ＮＯｘが所定値以下の場合にＨＣの不足を判定する。
【００１２】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記減圧補正手段は、判定されたＨＣの不足量が大きくなるほど前記燃料圧力の減圧補正値を大きくする。
【００１３】
第４の発明は、第１から第３の発明において、前記ＨＣ流入量算出手段は、前記演算されたＨＣの発生量と前記ＨＣ吸着材の温度とに基づいて、単位時間当たりのＨＣ吸着材へのＨＣの吸着量と脱離量との差を積算して求めた累積吸着量と、同じくＨＣ発生量と吸着量との差から求めたＨＣ吸着材を通過するＨＣ通過量と、同じくＨＣ吸着材に対する累積吸着量と温度から求めたＨＣ脱離量とを演算し、これらＨＣの通過量と脱離量との和としてＨＣ流入量を算出する。
【００１４】
第５の発明は、第１から第４の発明において、前記ＮＯｘ還元触媒の温度を検出する手段と、前記ＮＯｘ還元触媒の温度が所定値以上であれば前記ＨＣ不足量に応じての減圧補正を許可する補正許可手段とを備える。
【００１５】
第６の発明は、第１から第５の発明において、前記燃料圧力の減圧補正手段が燃料圧力を所定値だけ減圧した状態において前記不足判定手段がＨＣ量の不足を判定している場合に、前記燃料噴射とは別に二次噴射を行う噴射補正手段を備える。
【００１６】
第７の発明は、第６の発明において、前記噴射補正手段は燃料噴射弁を膨張行程あるいは排気行程において所定の期間だけ開いて二次噴射を行う。
【００１７】
【作用・効果】
第１の発明において、排気中のＮＯｘ量に応じてＮＯｘ還元触媒で必要なＨＣ量が決まる。運転状態に応じてＮＯｘの排出量を演算により求め、さらにＨＣ吸着材からＮＯｘ還元触媒に流入するＨＣ量を演算により求める。ＮＯｘ還元触媒へ流入するＨＣの流入量は、エンジンからのＨＣの発生量とＨＣ吸着材の温度に応じて変化する。これらに基づいて算出されたＨＣの流入量は、ＮＯｘ還元触媒でＮＯｘを還元するのに必要な適正値と比較される。ＨＣ量が適正値を下回っているときにはＨＣ量が不足するものと判定され、燃料噴射圧力の減圧補正が行われる。
【００１８】
燃料噴射圧力が低下すると、噴射期間が長くなり、排気中のＨＣ量が相対的に増加し、したがって燃料噴射圧力を減圧補正することでＨＣの発生量を必要量まで増やすことができる。ＨＣ量の不足分については正確に判定できるので、ＨＣの増加量についても必要最小限だけ無駄なく増やせる。これにより、ＮＯｘ還元触媒におけるＮＯｘの還元効率を良好に維持できる。
【００１９】
この場合、燃料噴射弁から気筒内に圧縮上死点付近において直接的に噴射される燃料噴射圧力を制御することでＨＣ量を制御しているため、排気行程などで後噴射するのに比較して噴射燃料が無駄になることが少なく、かつ相対的に噴射期間が長くなることから微少噴射するのに比べて噴射量の制御精度も高く、燃費の悪化を最小限に抑制できる。
【００２０】
第２の発明では、ＨＣの不足判定を、ＨＣ流入量とＮＯｘ発生量の比率を予め設定した適正比との比較で行うので、簡単かつ正確に判定することができる。
【００２１】
第３の発明では、ＨＣの不足量が大きくなるほど燃料圧力の減圧補正が大きくなり、速やかにＨＣを増量でき、応答性のよい制御が可能となる。
【００２２】
第４の発明では、ＨＣの発生量とＨＣ吸着材の温度とに基づいて、ＨＣの累積吸着量を求め、さらにＨＣ吸着材を通過するＨＣ通過量と、ＨＣ脱離量とを求め、これらに基づいてＨＣ流入量を算出しているので、正確に流入量を算出することができ、この結果燃費の悪化を確実に抑制できる。
【００２３】
第５の発明では、燃料圧力の減圧制御はＮＯｘ還元触媒の温度が活性温度よりも高いときにのみ行われ、低いときには中止される。このため、触媒還元効率が低くＮＯｘが浄化されないときには、不必要にＨＣを増量することがなく、いたずらに燃費を悪化させることがない。
【００２４】
第６の発明では、燃料圧力の減圧補正量が所定値に達したときには、同時に二次噴射を行うようにしたので、要求ＨＣ量が大きいときには、燃料噴射圧力を許容範囲に維持したままＨＣ量を増やすことができ、エンジン運転特性を悪化させることなく、必要量のＨＣ量を確保できる。
【００２５】
第７の発明では、膨張行程あるいは排気行程において燃料を二次噴射するが、減圧状態を維持したまま噴射するため、制御精度を高く維持でき、燃費の悪化を最小限にくい止めることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
図１は全体的な構成を示すもので、エンジン５１の排気通路５２にはＨＣ吸着材５３が配置され、このＨＣ吸着材５３の下流側にはＮＯｘ還元触媒５４が配置される。ＨＣ吸着材５３はＺＳＭ５タイプゼオライトや、ＺＳＭ５タイプゼオライトを脱アルミ処理したもの等が用いられ、また、ＮＯｘ還元触媒５４としてはＰｔ−ゼオライト系、Ｐｄ−ゼオライト系、Ｃｕ−ゼオライト系のもの、あるいはそれらを複合したものが用いられる。
【００２８】
エンジン５１の各気筒に燃料を噴射する燃料噴射弁１が設けられ、これら燃料噴射弁１には後述するように、高圧燃料が蓄圧されるコモンレール（燃料蓄圧室）２６からの高圧燃料が供給される。燃料噴射弁１は運転状態（アクセル開度などに）に応じて所定のタイミングで開閉制御され、これにより各気筒に燃料を噴射供給し、圧縮着火する。
【００２９】
燃料噴射弁１の燃料噴射量及び噴射時期を制御するためのコントローラ５０が設けられ、このコントローラ５０にはエンジン運転状態を代表する信号として、アクセル開度、エンジン回転数などが入力する。さらに、コントローラ５０はＮＯｘ還元触媒５４に流入する還元用のＨＣ量を制御するためにコモンレール２６に蓄圧される燃料噴射圧力を制御する。
【００３０】
本発明では、運転状態に応じて変動するＨＣ吸着材５３から下流のＮＯｘ還元触媒５４に流入するＨＣ量と、ＮＯｘ発生量を演算し、ＮＯｘ還元触媒５４においてＮＯｘを還元するのに必要なＨＣ量が不足するときには、ＨＣの供給量を増やすように燃料噴射圧力を低下させる。
【００３１】
燃料噴射圧力が低下するほど、運転状態に応じて決まる燃料噴射量を確保するのに必要な噴射期間は相対的に長くなり、このように噴射圧力が低く、噴射期間が長くなればなるほどＨＣの排出量は増加する傾向にある。
【００３２】
そこでＨＣ吸着材５３からＮＯｘ還元触媒５４に流入するＨＣ量が、そのとき発生したＮＯｘを還元するのに必要な量よりも少ないときに、燃料噴射圧力を下げ、ＨＣの不足量を補うのである。なお、この場合、ＮＯｘ還元触媒５４での還元効率を最良に維持するには、触媒に流入するＨＣ量をＮＯｘ発生量との関係で、所定の比率、好ましくはＨＣ／ＮＯｘ＝１〜１．５（重量比）の範囲（ただし濃度比ではおよそ３〜５）に制御することが好ましい。
【００３３】
エンジンからのＨＣ発生量やＨＣ吸着材５３のＨＣの吸着量、脱離量などを求めるため、コントローラ５０にはエンジン冷却水温センサ５６からの冷却水温Ｔｗや、ＨＣ吸着材５３の入口温度Ｔ１を検出する温度センサ５７、ＮＯｘ還元触媒５４の入口温度Ｔ２を検出する温度センサ５８からの信号が入力する。
【００３４】
図４にも示すように、ＨＣ吸着材５３におけるＨＣの吸着率を見ると、ＨＣはおおよそ２００℃以上で気化するためＨＣ吸着率は著しく低下する。２００℃以下では吸着率が高く、ＨＣ吸着量は吸着材に流入するＨＣ量（エンジンのＨＣ発生量）に依存する。
【００３５】
逆に図５に示すように、吸着材温度が２００℃以上になるとＨＣ吸着材５３に吸着されていたＨＣの脱離量が多くなる。ＨＣ吸着材５３からの単位時間当たりのＨＣ脱離量は、吸着材のＨＣ吸着量と吸着材温度が高いほど多い。
【００３６】
また、ＮＯｘ還元触媒５４の活性温度に関して、Ｐｔ−ゼオライト系で２００〜２５０℃で最も活性が高く、Ｐｄ−ゼオライト系やＣｕ−ゼオライト系は３００℃以上で活性が高く、したがって、ＨＣ吸着材５３から脱離するＨＣを還元剤として利用し、ＮＯｘ触媒５３のＮＯｘ浄化効率を高めるには、触媒温度との関係において、ＨＣの流入量を制御する必要がある。
【００３７】
コントローラ５０はこれらを考慮して後述するように、燃料噴射圧力を変化させ、ＮＯｘ還元触媒５４に流入させるＨＣ量を最適に制御する。
【００３８】
次に図２に燃料噴射弁１、図３に燃料噴射システムのそれぞれ詳細を示す。
【００３９】
図２において、燃料噴射弁１は、噴射ノズルホルダ２、噴射ノズル３および噴射弁駆動部４から構成されており、リテーニングナット５により、噴射ノズルホルダ２と噴射ノズル３が一体化されている。噴射ノズル３内には針弁摺動孔６及び燃料溜まり室７が形成され、先端には燃料溜まり室７に連通するノズル孔８が形成されている。
【００４０】
針弁摺動孔６には、針弁９の大径部１０が摺動自在に嵌合される。この針弁９の大径部１０には連結部１１が形成されるとともに、下方先端部には小径部１２及び弁体部１３が一体形成されている。そして、この弁体部１３によって、シート部Ｘが開閉され、ノズル孔８からの燃料噴射がオン・オフされる。
【００４１】
針弁９の連結部１１の先端にはプッシュロッド１４が当接し、さらにバネ１６により閉弁方向に付勢される。また、ピン１７は噴射ノズル３と噴射ノズルホルダ２の位置決めを行う。前記プッシュロッド１４は噴射ノズルホルダ２に形成されたシリンダ１５内に摺動自在に嵌合されている。
【００４２】
噴射ノズルホルダ２の上部には、針弁９及びプッシュロッド１４を駆動する噴射弁駆動部４が配設され、噴射弁駆動部４内には圧電素子２２が積層されており、コネクタ部２３を介して電源が供給される。
【００４３】
圧電素子２２にはプッシャー２０が当接し、プッシャー２０は圧電素子２２への通電時にプッシュロッド１４を押圧し、通電解除により圧電素子２２が収縮するときにリターンスプリング２１により引き上げられる。
【００４４】
なお、噴射弁制御駆動部４はロックナット２５により、噴射ノズルホルダ２に結合される。なお、燃料噴射弁１内のリーク燃料は燃料出口２４より、燃料タンク内に戻される。
【００４５】
噴射ノズルホルダ２には高圧燃料の燃料供給通路１９が形成され、その一端が噴射ノズルホルダ２のインレット１８に接続し、他端が前記燃料溜まり室７に連通する。前記コモンレール２６の高圧燃料は、前記インレット１８、燃料供給通路１９を介して燃料溜まり室７に供給される。
【００４６】
通常、針弁９はプッシュロッド１４及びプッシャー２０により閉方向に付勢されているが、この状態から圧電素子２２への通電が制御され、つまり通電が解除されると、プッシャー２０がリターンスプリング２１を押し縮めながら戻り、プッシュロッド１４は背部からの押力がなくなるため、燃料溜まり室７に付加されている燃料圧力により針弁９がリフトして開弁し、燃料が噴射される。
【００４７】
圧電素子２２へ通電すると圧電素子２２が伸び、プッシャー２０を介してプッシュロッド１４を押圧するため針弁９が閉弁し、燃料の噴射が停止する。
【００４８】
したがって、前記コントローラ５０は、アクセル開度、エンジン回転数等の信号から判断されるエンジン状態に応じて決定される最適の噴射量、噴射時期となるように圧電素子２２に制御信号を出力する。この場合、各気筒の１燃焼サイクルにつき、圧電素子２２への開閉信号を２回送ることにより、パイロット噴射もしくは後噴射を実現することができる。
【００４９】
次に図３において、各気筒毎の燃料噴射弁１は噴射管２７を介して各気筒共通の高圧蓄圧配管、いわゆるコモンレール２６に接続されている。このコモンレール２６には供給管２８、チェック弁２９を介して高圧供給ポンプ３０が接続される。この高圧供給ポンプ３０は燃料タンク３１から燃料フィルタ３２を介して、燃料フィードポンプ３３を経て吸入された燃料を所定の高圧にまで昇圧制御する。この場合、エンジン回転に同期してカムを有するドライブシャフト３４が回転し、高圧供給ポンプ３０内のピストンが往復運動し、燃料フィードポンプ３３からの燃料が加圧され、コモンレール２６に供給される。また、高圧供給ポンプ３０には常にコモンレール圧を所望の圧力に制御するための吐出量制御用の電磁弁３５を備えている。
【００５０】
さらに、コモンレール内の燃料圧力（コモンレール圧）を検出する圧力センサ３７がコモンレール２６に配設され、コントローラ５０はこの検出圧力が予め負荷やエンジン回転数に応じて設定した最適値、あるいは前記したＨＣの排出量を制御するために必要な圧力値となるように、電磁弁３５を介して吐出量をフィードバック制御する。
【００５１】
以下コントローラ５０で実行される上記した制御内容について、図６に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。
【００５２】
Ｓ１ではエンジン回転数Ｎｅ、エンジン負荷Ｑ、冷却水温Ｔｗ、ＨＣ吸着材入口温度Ｔ１、およびＮＯｘ還元触媒入口温度Ｔ２、コモンレール圧Ｐｃを読み込む。
【００５３】
Ｓ２ではＮＯｘ還元触媒に流入する必要なＨＣ量を求めるための履歴判定が終了したか否かをみて、判定が終了していない場合はＳ３に進む。この場合フラグＦの値にて判定が終了したか否かを判断するようにしてあり、判定が終了していない場合はＦ＝０となっている。また履歴判定は一定の時間間隔△Ｔｊｕｄ（例えば１秒）で行われる。
【００５４】
Ｓ３ではＨＣの履歴計算が終了したかどうかをみて、終了していなければＳ４に進む。
【００５５】
Ｓ４ではエンジンのＨＣ発生量ＨＣｇｅｎをマップ（エンジン回転数Ｎｅとアクセル開度（負荷）Ｑを軸にしたエンジンの暖機完了状態での単位時間当たりのＨＣ発生重量ｇ／ｓｅｃの特性データ）から検索して求め、次いでＳ５に進みＨＣ発生量ＨＣｇｅｎを補正する。図７に示すように、冷却水温が低いときにはエンジンの燃焼状態が悪く、未燃焼のＨＣが増加するため、補正係数ＫＨＣでＨＣｇｅｎを次式のように補正し、真の発生量を求める。
【００５６】
ＨＣ・Ｇ＝ＨＣｇｅｎ×ＫＨＣ
図８に示すように、吸着材へのＨＣ吸着率と吸着材からのＨＣ脱離率は、吸着材入口温度（吸着材温度）Ｔ１にそれぞれ依存している。このため、吸着材入口温度Ｔ１によるＨＣ吸着率Ｋａｄｓと脱離率Ｋｄｅｓを実験により求めテーブルデータとして設定する。
【００５７】
そしてまず、Ｓ６では吸着材への単位時間当たりのＨＣ吸着量ＨＣａｄｓを次式のように計算して求める。
【００５８】
ＨＣａｄｓ＝ＨＣ・Ｇ×Ｋａｄｓ
Ｓ７ではＨＣ吸着材へのＨＣ累積吸着量ＨＣａｃｃを、一定時間毎にＨＣ吸着量ＨＣａｄｓとＨＣ脱離量ＨＣｄｅｓとの差を積算して求める。
【００５９】
ＨＣａｃｃ＝ＨＣａｃｃ＋ＨＣａｄｓ−ＨＣｄｅｓ
なお、累積吸着量のライフ第１回の計算ではＨＣａｃｃ＝ＨＣａｄｓとなる。ここでＨＣ累積吸着量データＨＣａｃｃは不揮発メモリに記憶され、エンジンが停止されても消去されないようにしてある。
【００６０】
Ｓ８ではＨＣ吸着材からの単位時間当たりのＨＣ脱離量ＨＣｄｅｓを、上記した脱離率Ｋｄｅｓを用いて次式のように計算して求める。
【００６１】
ＨＣｄｅｓ＝ＨＣａｃｃ×Ｋｄｅｓ
Ｓ９ではＨＣ吸着材を通り抜ける単位時間当たりのＨＣ通過ＨＣｐａｓを、ＨＣの発生量と吸着量とから次式のようして求める。
【００６２】
ＨＣｐａｓ＝ＨＣ・Ｇ−ＨＣａｄｓ
Ｓ１０ではＨＣの履歴に関する計算処理が終了した記号として、計算終了フラグをＦ＝１とする。Ｓ３で上述のＨＣ計算が終了している場合はＳ１１に進む。
【００６３】
そしてＳ１１ではＮＯｘの発生量計算が終了したかどうかをみて、終了していなければＳ１２に進む。
【００６４】
Ｓ１２ではエンジンのＮＯｘ発生量ＮＯｘｇｅｎをマップ（エンジン回転数Ｎｅと負荷Ｑを軸にしたエンジンの暖機完了状態での単位時間当たりのＮＯｘ発生重量ｇ／ｓｅｃの特性データ）から検索して求め、次いでＳ１３に進み、ＮＯｘ発生量ＮＯｘｇｅｎを補正する。図７に示すように、冷却水温が低いときにはエンジンの燃焼状態が悪く、ＮＯｘ発生量が減少するため、補正係数ＫＮＯｘでＮＯｘｇｅｎを次式のように補正し、真の発生量を求める。
【００６５】
ＮＯｘＧ＝ＮＯｘｇｅｎ×ＫＮＯｘ
Ｓ１４ではＮＯｘ発生量に関する計算処理が終了した記号として、計算終了フラグをＦ＝１とする。
【００６６】
前記したＳ１１で上述のＮＯｘ計算が終了している場合はＳ１５に進む。
【００６７】
そしてＳ１５ではＨＣとＮＯｘの重量比計算が終了したかどうかをみて、終了していなければ重量比計算をするためにＳ１６に進む。
【００６８】
Ｓ１６ではＮＯｘ還元触媒に流入するＨＣ（ＨＣ吸着材を通過した量と脱離した量の合計）とＮＯｘの比Ｒｍを次のように計算して求める。
【００６９】
Ｒｍ＝（ＨＣｄｅｓ＋ＨＣｐａｓ）／ＮＯｘＧ
Ｓ１７ではＨＣ／ＮＯｘ比に関する計算終了が終了した記号として、計算終了フラグをＦ＝１とする。
【００７０】
Ｓ１８では、ＨＣ／ＮＯｘの比Ｒｍを所定値ＲＴ（ＮＯｘ還元作用を効果的に行うための重量比で、例えば１．２５、濃度比ではおおよそ４に相当する）と比較し、所定値ＲＴ以上である場合はＨＣ量が十分であると判定し、次のＳ２２に進む。Ｓ２２ではコモンレール圧の減圧補正圧力に０をメモリする（つまり、減圧補正する必要がない）。
【００７１】
Ｓ１８で、ＨＣ／ＮＯｘの比Ｒｍが所定値ＲＴ以下である場合は、減圧補正をするためにＳ１９に進む。
【００７２】
Ｓ１９では所定値ＲＴに対してＲｍの不足量（△Ｒ＝ＲＴ−Ｒｍ）を求め、ＮＯｘを効果的に還元するのに不足しているＨＣ量（△ＨＣ）を次式のように計算して求める。
【００７３】
△ＨＣ＝△Ｒ×ＮＯｘＧ
Ｓ２０ではＮＯｘ還元触媒入口温度Ｔ２が触媒が活性化し、ＮＯｘ浄化可能な温度Ｔｒｅｄ（例えば３００℃）以上であるかどうかを判定し、ＮＯｘ浄化可能温度Ｔｒｅｄ以上のときはＳ２１に進むが、以下である場合はＳ２２に移り、コモンレール圧の減圧補正圧力を０にする。この場合は、ＨＣ量が不足していてもＮＯｘ還元ができないため、コモンレール圧を減圧しても無駄になり、かつＨＣがそのままテールパイプから排出されてしまうので、減圧補正を行わない。
【００７４】
Ｓ２０でＮＯｘ浄化可能温度Ｔｒｅｄ以上であればＳ２１に進む。ここでは、△ＨＣに応じたコモンレール圧の減圧補正量を、たとえば図９のように予め設定したテーブルデータから検索してメモリする。この場合、ＨＣ不足量が大きいほど減圧補正量も大きくなる。また、この補正量はそのときの燃料噴射量が大きいときほど相対的に大きくなる。
【００７５】
Ｓ１５で上述のＨＣ／ＮＯｘの重量比計算が終了していれば、Ｓ２３に進み全ての判定が終了した記号として判定終了フラグをＦ＝１とする。
【００７６】
Ｓ２４では判定が終了してからの時間カウントを開始する。
【００７７】
Ｓ２５では前述したＳ３〜Ｓ２２の判定によって決定されたコモンレール圧の減圧用補正圧力ΔＰｃを出力する。
【００７８】
そして、Ｓ２６で判定が終了してからの時間が所定時間△Ｔｊｕｄ（例えば１秒）に達したか否かを判定し、インターバルが所定時間△Ｔｊｕｄに達していなければＳ１→Ｓ２→Ｓ２５→Ｓ２６→Ｓ２７のルーチンが繰り返される。
【００７９】
Ｓ２６で時間が△Ｔｊｕｄに達した場合はＳ２７に進む。
【００８０】
そしてＳ２７で各計算終了フラグ、判定終了フラグ、および時間カウントデータをキャンセルして０にする。このことにより△Ｔｊｕｄ毎に前述の機能が繰り返し行われる。
【００８１】
以上のように構成され、ここで全体的な作用について説明する。
【００８２】
エンジンから排出されるＮＯｘ量はＨＣ量は運転状態によって変動し、一般的に高負荷になるほどＮＯｘ量が増え、ＨＣ量は減り、また低負荷になるほどＮＯｘ量は減り、ＨＣ量は増える傾向にある。
【００８３】
上記のとおり、ＮＯｘ還元触媒５４では排気中のＮＯｘをＨＣの存在のもとで還元処理するが、排気中のＮＯｘ量に応じて還元処理に必要なＨＣ量が決まり、したがって、効率よくＮＯｘを還元処理するには、ＨＣ量を正確に制御する必要がある。
【００８４】
そこで、まず本発明では、運転状態に応じてＮＯｘの排出量を演算により求め、さらにＨＣ吸着材５３からＮＯｘ還元触媒５４に流入するＨＣ量を演算により求める。この場合、ＮＯｘ還元触媒５４へ流入するＨＣの流入量は、エンジンからのＨＣの発生量とＨＣ吸着材５３の温度に応じて変化する。ＨＣ吸着材５３には温度に応じてＨＣが吸着されると共に、吸着されていたＨＣが脱離する。また、ＨＣ発生量から吸着量を差し引いた量がＨＣ吸着材５３を通過するＨＣの通過量となる。
【００８５】
したがって、ＮＯｘ還元触媒５４には、これらＨＣの脱離量と通過量との合計量が流入する。
【００８６】
そしてＮＯｘ還元触媒５４での還元効率を最良に維持するのに必要なＨＣ量が、予め設定されたＮＯｘ量とＨＣ量との適正比との関係に基づいて判定される。
【００８７】
もし、ＨＣ量が適正比を上回っていれば、ＮＯｘ還元触媒５４での還元が良好に行われるものと判断され、そのままの状態が維持される。
【００８８】
しかし、ＨＣ量が適正比を下回っているときには、ＨＣ量が不足するものと判定され、燃料噴射圧力の減圧補正が行われる。
【００８９】
燃料噴射圧力が低下すると、噴射期間が長くなり、排気中のＨＣ量が相対的に増加する。したがって、ＨＣ量の不足時に燃料噴射圧力を減圧補正することにより、ＨＣの発生量が増え、これにより、ＮＯｘ還元触媒５４での還元効率が良好に維持され、ＮＯｘの排出量を低減することができる。
【００９０】
この場合、燃料噴射弁１から気筒内に圧縮上死点付近において直接的に噴射される燃料噴射圧力を制御することで、ＨＣ量を制御しているため、排気行程などで後噴射するのに比較して、噴射燃料が無駄になることが少なく、つまり燃料噴射圧力が低下し、噴射期間が延びたことによるわずかな熱効率の低下はあるものの、熱効率に寄与しない排気行程などでの後噴射に比較すると、熱効率の低下代は少なく、燃費の悪化も小さくなる。
【００９１】
また、後噴射などによりＨＣの必要量を確保しようとすると、主噴射に比較するとはるかに微少な噴射となり、このような微少噴射量に正確に制御することが非常に難しいため、このことも燃費の悪化につながるのだが、主噴射における燃料噴射圧力を下げることにより、ＨＣの発生量を制御するときには、噴射量の制御精度が高く、それだけ余分な燃料を無駄に噴射することを少なくできる。
【００９２】
このようなＨＣ量の制御はＮＯｘ還元触媒５４の温度が活性温度よりも低いときには中止される。この状態でＨＣ量を増加させても、触媒での浄化効率は上がらず、ＨＣもそのまま外部に排出されてしまい、いたずらに燃費を悪化させるだけのため、燃料噴射圧力の減圧補正は行わないのである。
【００９３】
次に他の実施の形態について図１０に基づいて説明する。
【００９４】
この実施形態は、燃料噴射圧力の減圧補正をしたにもかかわらず、ＨＣ量が不足する場合に、主噴射とは別に排気行程などで後噴射（二次噴射）を行い、不足分を補うようにしたものである。
【００９５】
図１０において、図６と相違する部分についてのみ説明する。
【００９６】
Ｓ２０で触媒温度がＮＯｘ浄化可能温度Ｔｒｅｄ以上であればＳ２１に進み、△ＨＣに応じたコモンレール圧減圧補正量を予め設定したテーブルデータから検索してメモリする。
【００９７】
次のＳ２８で、このコモンレール圧減圧補正量があらかじめ設定した最大値かどうか判断し、最大値となっている場合には、これ以上コモンレール圧の減圧補正をせず、Ｓ２９で△ＨＣの不足分に応じて、二次燃料噴射量をあらかじめ設定したテーブルデータから検索してメモリする。
【００９８】
そしてＳ２５では、コモンレール圧を最大値での減圧補正を行うと共に、検索された二次噴射量でもって燃料噴射を行わせる。この二次噴射は排気行程あるいは膨張行程などで行うことができる。
【００９９】
こうすることにより、主燃料噴射の燃料噴射圧力が減圧補正され、さらに二次噴射により例えば排気行程で燃料が補助的に噴射されるため、排気中のＨＣ量は後噴射による増量が行われ、ＮＯｘ還元触媒５４に要求されるＨＣ量の不足分を適正に補うことができる。
【０１００】
主噴射での燃料噴射圧力の減圧制御でのみ、必要とするＨＣの全量を供給することも可能であるが、あまり減圧補正量が大きくなりすぎると、主噴射による燃焼効率が低下し、エンジン出力や燃費に跳ね返ることが予想されるので、減圧補正量が所定の最大値に達したら、それ以上の減圧補正は止め、ＨＣの不足分については、後噴射により補うことで、運転性能の低下を許容範囲に抑制する。
【０１０１】
この場合に、実質的に後噴射を必要とするような状態が発生する頻度は少ないし、燃料噴射圧力を下げた状態での後噴射のため、燃料噴射期間も相対的に大きくなり、後噴射の制御精度は高く、燃費の悪化も最小限に抑えられる。
このように、本発明ではＨＣ吸着材のＨＣ吸着量と脱離量を正確に判定し、かつＮＯｘ触媒の活性状況を正確に判定し、これに応じてコモンレール圧力を減圧補正制御することにより、ＮＯｘ還元触媒での要求量に応じてＨＣ排出量を適切に制御でき、燃費の悪化を防止しつつ、高いＮＯｘ還元効率を維持できる。また、必要に応じて後噴射を追加することにより、運転性能を悪化させることなくＨＣの不足分を確実に補うことも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す全体構成図。
【図２】同じく燃料供給系統の構成図。
【図３】同じく燃料噴射弁の断面図。
【図４】ＨＣ吸着材のＨＣ吸着特性を示す説明図。
【図５】ＨＣ吸着材のＨＣの脱離特性を示す説明図。
【図６】制御動作を示すフローチャート。
【図７】ＨＣとＮＯｘの排出量の補正特性を示す説明図。
【図８】ＨＣ吸着材のＨＣ吸着、脱離率特性を示す説明図。
【図９】ＨＣ不足量と燃料減圧補正量の関係を示す説明図。
【図１０】他の実施形態の制御動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
１燃料噴射弁
２６コモンレール
５０コントローラ
５１ディーゼルエンジン
５３ＨＣ吸着材
５４ＮＯｘ還元触媒
５７ＨＣ吸着材温度センサ
５８ＮＯｘ還元触媒温度センサ

Claims

燃料ポンプから圧送される高圧燃料を蓄える燃料蓄圧室と、前記燃料蓄圧室の燃料圧力を運転状態に応じた目標値に制御する手段と、
前記燃料蓄圧室と接続し各気筒に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
運転状態に応じた噴射量並びに噴射時期となるように前記燃料噴射弁を開閉させる噴射制御手段と、
排気通路に設けられエンジンから排出されるＨＣを吸着・脱離するＨＣ吸着材と、
前記ＨＣ吸着材の下流の排気通路に設けたＮＯｘ還元触媒と、を備えたディーゼルエンジンにおいて、
前記ＨＣ吸着材の温度を直接または間接的に検出する手段と、
運転状態に応じてＨＣ発生量を演算する手段と、
運転状態に応じてＮＯｘ発生量を演算する手段と、
前記ＨＣ吸着材の温度に基づいてＨＣ吸着材に吸着されるＨＣ吸着量、及び同じく温度に基づいてＨＣ吸着材から脱離するＨＣの脱離量とを算出し、前記運転状態に応じてのＨＣの発生量と前記ＨＣ吸着材へのＨＣ吸着量との差から求めたＨＣ吸着材を通過するＨＣの通過量、及び前記ＨＣ脱離量から前記ＮＯｘ触媒に流入するＨＣの流入量を算出する手段と、
前記ＮＯｘ発生量とＨＣの流入量からＮＯｘ還元に必要なＨＣ量が不足しているかどうかを判定する手段と、
ＨＣ量の不足が判定された場合に前記燃料蓄圧室の燃料圧力を前記目標値より減圧補正する手段と備えることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料制御装置。
前記ＨＣ量の不足判定手段は、ＨＣ流入量に対するＮＯｘ発生量の比率であるＨＣ／ＮＯｘ比率が所定値以下の場合にＨＣの不足を判定する請求項１に記載のディーゼルエンジンの燃料制御装置。
前記減圧補正手段は、判定されたＨＣの不足量が大きくなるほど前記燃料圧力の減圧補正値を大きくする請求項１または２に記載のディーゼルエンジンの燃料制御装置。
前記ＨＣ流入量算出手段は、前記演算されたＨＣの発生量と前記ＨＣ吸着材の温度とに基づいて、単位時間当たりのＨＣ吸着材へのＨＣの吸着量と脱離量との差を積算して求めた累積吸着量と、同じくＨＣ発生量と吸着量との差から求めたＨＣ吸着材を通過するＨＣ通過量と、同じくＨＣ吸着材に対する累積吸着量と温度から求めたＨＣ脱離量とを演算し、これらＨＣの通過量と脱離量との和としてＨＣ流入量を算出する請求項１〜３のいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの燃料制御装置。
前記ＮＯｘ還元触媒の温度を検出する手段と、
前記ＮＯｘ還元触媒の温度が所定値以上であれば前記ＨＣ不足量に応じての減圧補正を許可する補正許可手段とを備える請求項１〜４のいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの燃料制御装置。
前記燃料圧力の減圧補正手段が燃料圧力を所定値だけ減圧した状態において前記不足判定手段がＨＣ量の不足を判定している場合に、前記燃料噴射とは別に二次噴射を行う噴射補正手段を備える請求項１〜５のいずれか一つに記載のディーゼルエンジンの燃料制御装置。
前記噴射補正手段は燃料噴射弁を膨張行程あるいは排気行程において所定の期間だけ開いて二次噴射を行う請求項６に記載のディーゼルエンジンの燃料制御装置。