JP5332816B2 - ディーゼル機関用制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ディーゼル機関の制御技術に関し、特に、還元剤の供給を要する排気後処理装置と、気筒内に燃料を噴射可能な燃料噴射弁と、当該排気後処理装置と気筒との間にある排気通路を流れる排出ガスに燃料を添加可能な排気燃料添加弁と、を備えたディーゼル機関用の制御技術に関する。

ディーゼル式の内燃機関（以下、単に「ディーゼル機関」と記す）には、一般的に、排出ガス中の有害成分を触媒反応により浄化する排気浄化触媒コンバータや、排出ガス中のすす等の粒子状物質を捕集するディーゼル・パティキュレート・フィルタ等の排気後処理装置が設けられている。このような排気後処理装置には、還元剤として、燃料等の炭化水素（ＨＣ）や、一酸化炭素（ＣＯ）が供給されることを必要とするものがあり、例えば、排出ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、還元剤の供給を受けて窒素に還元するＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ等がある。このような還元剤の供給を要する排気後処理装置を備えたディーゼル機関においては、還元剤を供給するため、排気後処理装置において還元剤を含んだ雰囲気（以下、還元雰囲気と記す）を形成する必要がある。

排気後処理装置において還元雰囲気を形成するために、ディーゼル機関においては、気筒内に燃料を噴射して供給する燃料噴射弁とは別に、排気後処理装置と気筒との間にある排気通路、すなわち排気後処理装置より上流側の排気通路内に燃料を噴射して、排出ガスに燃料を添加する「排気燃料添加弁」が設けられたものが知られている。また、理論空燃比に比べて低い空燃比となるよう燃料噴射弁から気筒内に燃料を噴射し、噴射燃料のうち少なくとも一部を燃焼させることで、気筒内において還元剤を含んだ排出ガスを生じさせる、いわゆる「リッチ燃焼」を行うことが知られている（例えば、特許文献１参照）。

ところで、近年、天然ガスなどを、水素と一酸化炭素の混合ガス（合成ガス）に変換した後に、フィッシャー・トロプシュ反応により直鎖の炭化水素を合成し、合成された液体燃料から取り出されたディーゼル燃料であるＦＴＤ（Fischer Tropsch Diesel）燃料が知られている。このようなＦＴＤ燃料のうち、天然ガスを原料として製造されたものを、特にＧＴＬ（Gas to Liquid）燃料という。ＧＴＬ燃料等のＦＴＤ燃料は、鉱物油である原油を分留して製造されたディーゼル燃料（以下、単に「軽油」と記す）に比べて、セタン価（又はセタン指数）が高く、良好に着火することが知られている。例えば、下記の特許文献２には、着火用燃料であるＧＴＬ燃料と、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）とを燃料として用いる内燃機関が開示されている。特許文献２には、ＧＴＬ燃料の燃料タンク残量が多い場合には、排気通路内に燃料を噴射して、排出ガスに燃料を添加する「排気添加」を行い、ＣＮＧの燃料タンク残量が多い場合には、気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁に、いわゆる「ポスト噴射」を行わせることで、排気後処理装置に還元剤を供給する技術が提案されている。

特開２００２−２４２７２８号公報 特開２００７−２３９６００号公報

ところで、軽油に比べてセタン価が高いＧＴＬ燃料が燃料タンクに給油されることを前提として、ディーゼル機関の圧縮比が設定されていたり、また、ディーゼル機関用制御装置の各種制御定数が適合されている場合がある。このようにＧＴＬ燃料専用に、ディーゼル機関及び制御装置が構成されている場合、気筒内において「リッチ燃焼」を行うことで、還元剤としてＣＯを多く含んだ還元雰囲気を、排気後処理装置に供給することができる。

しかし、ディーゼル機関の燃料タンクには、ＧＴＬ燃料のみならず、ＧＴＬ燃料に比べてセタン価の低い「軽油」や、当該「軽油」よりもさらにセタン価の低い「分解軽油」等が給油される場合がある。このようにＧＴＬ燃料に比べてセタン価が低い燃料が、燃料タンクに給油された場合、ディーゼル機関用制御装置が、ＧＴＬ燃料の給油を前提として適合された制御定数に従って「リッチ燃焼」を行うと、気筒内において燃料噴射弁からの噴射燃料が着火しない、いわゆる「失火」が生じる虞がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、気筒内において失火が生じることを抑制しつつ、排気後処理装置に還元剤を供給可能なディーゼル機関用の制御技術を提供することを目的とする。

本発明に係るディーゼル機関用制御装置は、還元剤の供給を要する排気後処理装置と、気筒内に燃料を噴射可能な燃料噴射弁と、当該排気後処理装置と気筒との間にある排気通路を流れる排出ガスに燃料を添加可能な排気燃料添加弁と、を備えたディーゼル機関に用いられ、燃料噴射弁及び排気燃料添加弁を制御可能な制御装置であって、燃料噴射弁に供給される燃料のセタン価に応じて、排気燃料添加弁により排出ガスに燃料を添加することで、排出ガス中に還元剤を含ませる排気添加と、理論空燃比に比べて低い空燃比となるよう燃料噴射弁から気筒内に燃料を噴射し、噴射燃料のうち少なくとも一部を燃焼させることで、気筒内において還元剤を含んだ排出ガスを生じさせるリッチ燃焼とを、併用又は選択使用することで、排気後処理装置に還元剤を供給し、前記セタン価が、第１要求セタン価を下回る場合には、排気添加を選択使用し、前記セタン価が、第１要求セタン価に比べて高い値に設定された第２要求セタン価を上回る場合には、リッチ燃焼を選択使用し、前記セタン価が、第１要求セタン価以上であり、且つ第２要求セタン価以下である場合には、排気添加とリッチ燃焼を併用し、第１要求セタン価及び第２要求セタン価は、気筒内に充填される新気を含むガスである筒内充填ガスの着火性に基づいて設定されるものであり、筒内充填ガスの着火性が低くなるに従って、第１要求セタン価及び第２要求セタン価が高くなるよう設定することを特徴とする。

上記のディーゼル機関用制御装置において、前記セタン価が、最も低い場合には、排気添加を選択使用し、前記セタン価が、最も高い場合には、リッチ燃焼を選択使用するものとすることができる。

上記のディーゼル機関用制御装置において、前記セタン価が、第１要求セタン価を下回る場合には、排気添加を選択使用し、前記セタン価が、第１要求セタン価に比べて高い値に設定された第２要求セタン価を上回る場合には、リッチ燃焼を選択使用し、前記セタン価が、第１要求セタン価以上であり、且つ第２要求セタン価以下である場合には、排気添加とリッチ燃焼を併用するものとすることができる。

上記のディーゼル機関用制御装置において、第１要求セタン価及び第２要求セタン価は、気筒内に充填される新気を含むガスである筒内充填ガスの着火性に基づいて設定されるものであり、筒内充填ガスの着火性が低くなるに従って、第１要求セタン価及び第２要求セタン価が高くなるよう設定するものとすることができる。

上記のディーゼル機関用制御装置において、筒内充填ガスの着火性を、少なくとも気筒内に充填される新気の体積に基づいて推定するものとすることができる。

また本発明に係るディーゼル機関用制御装置は、還元剤の供給を要する排気後処理装置と、気筒内に燃料を噴射可能な燃料噴射弁と、当該排気後処理装置と気筒との間にある排気通路を流れる排出ガスに燃料を添加可能な排気燃料添加弁と、を備えたディーゼル機関に用いられ、燃料噴射弁及び排気燃料添加弁を制御可能な制御装置であって、燃料噴射弁に供給される燃料のセタン価が、気筒内に充填される新気を含むガスである筒内充填ガスの着火性に応じて設定された第１要求セタン価を下回る場合には、排気燃料添加弁により排出ガスに燃料を添加することで、排出ガス中に還元剤を含ませる排気添加を選択使用して、排気後処理装置に還元剤を供給し、燃料噴射弁に供給される燃料のセタン価が、筒内充填ガスの着火性に応じて設定された第２要求セタン価を上回る場合には、理論空燃比に比べて低い空燃比となるよう燃料噴射弁から気筒内に燃料を噴射し、噴射燃料のうち少なくとも一部を燃焼させることで、気筒内において還元剤を含んだ排出ガスを生じさせるリッチ燃焼を選択使用して、排気後処理装置に還元剤を供給し、第１要求セタン価及び第２要求セタン価は、気筒内に充填される新気を含むガスである筒内充填ガスの着火性に基づいて設定されるものであり、筒内充填ガスの着火性が低くなるに従って、第１要求セタン価及び第２要求セタン価が高くなるよう設定することを特徴とする。

本発明によれば、気筒内において失火が生じることを抑制しつつ、還元剤を排気後処理装置に供給することができる。

図１は、ディーゼル機関を含む車両用エンジンシステムの概略構成を示す模式図である。 図２は、本実施形態に係るディーゼル機関用制御装置（ＥＣＵ）が実行するＮＯｘ還元制御を示すフローチャートである。 図３は、本実施形態に係るＮＯｘ還元制御において、筒内充填ガスの着火性に対する、第１及び第２要求セタン価の値を示す図である。 図４は、本実施形態に係るＮＯｘ還元制御が実行されたディーゼル機関の動作の一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態と記す）について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。

まず、本実施形態に係るディーゼル機関及び車両用エンジンシステムの概略構成について、図１を用いて説明する。図１は、ディーゼル機関を含む車両用エンジンシステムの概略構成を示す模式図である。なお、図１において、ディーゼル機関及び車両用エンジンシステムについては、本発明に関連する要部のみを模式的に示している。

本実施形態に係るディーゼル機関は、圧縮されて高温となった燃焼室内の雰囲気に、燃料を供給することで、燃料を自然着火させる圧縮自着火式の内燃機関である。ディーゼル機関は、原動機として自動車に搭載されるものであり、自動車には、ディーゼル機関を含む車両用エンジンシステムを制御する制御手段として、ディーゼル機関用の電子制御装置（以下、ＥＣＵと記す）が設けられている。以下、ディーゼル機関が有する複数の気筒のうち一つの気筒について説明する。

図１に示すように、ディーゼル機関１０は、気筒ごとに設けられた燃料噴射弁８０が気筒に燃料を直接噴射する、いわゆる直接噴射式のディーゼル機関１０である。ディーゼル機関１０には、気筒から排出される排出ガスの運動エネルギにより吸入空気を圧縮するターボ過給機６０と、気筒から排出された排出ガスの一部を排気通路から取り入れて吸気通路に流入させる、いわゆる排出ガス再循環装置７０（以下、ＥＧＲ装置と記す）が設けられている。このように構成されたディーゼル機関１０を制御するために、車両用エンジンシステム１には、ディーゼル機関１０用のＥＣＵ１００が設けられている。

ディーゼル機関１０には、内部に気筒が形成される機関本体系の部品として、図示しないシリンダブロック、ピストン、コンロッド、クランク軸、及びシリンダヘッド２０が設けられている。シリンダブロックには、シリンダボアが形成されており、ピストンは、シリンダボアの内壁面（以下、シリンダ壁と記す）にピストンリング（図示せず）が摺接しており、シリンダボア内を往復運動する。

シリンダブロックには、ピストンの頂面に対向して、シリンダボアを塞ぐようにシリンダヘッド２０が結合されている。これらシリンダボア、ピストン、及びシリンダヘッド２０により囲まれた空間が「気筒」となる。なお、本実施形態に係るディーゼル機関１０の気筒配列は、直列４気筒となっている。

クランク軸が回転すると、ピストンが往復運動し、気筒には、空気が吸入される。さらに、気筒には、燃料噴射弁８０により燃料が供給される。供給された燃料は、気筒内にある高温の雰囲気に曝されて着火する。燃料の着火・燃焼により生じるピストンの往復運動は、コンロッドを介して回転運動に変換されてクランク軸から出力される。クランク軸の近傍には、クランク軸の回転角位置（以下、クランク角と記す）を検出するクランク角センサが設けられており、検出したクランク角に係る信号をＥＣＵ１００に送出している。

シリンダヘッド２０には、シリンダボアの軸心を挟んで、一方の側には、後述する吸気通路からの吸入空気を気筒に導く吸気ポート２４が形成されており、他方の側には、気筒からの排出ガスを後述する排気通路に排出する排気ポート２６が形成されている。

シリンダヘッド２０には、吸気ポート２４及び排気ポート２６の気筒側の開口に対応して、図示しない吸気弁及び排気弁が設けられている。これら吸気弁及び排気弁は、図示しないカムシャフトからの機械的動力を受けて駆動される。吸気弁及び排気弁は、クランク角に応じて所定のタイミングで開閉可能に構成されている。

吸気弁が開弁すると、吸気ポート２４と気筒内が連通し、ディーゼル機関１０は、後述する吸気通路の空気を、吸気ポート２４から気筒内に吸入することが可能となっている。また、排気弁が開弁すると、排気ポート２６と気筒内が連通し、ディーゼル機関１０は、気筒内にある排出ガスを、排気ポート２６から後述する排気通路に排出することが可能となっている。

また、ディーゼル機関１０には、外気から気筒に空気を導く吸気系の部品として、外気から空気を導入する外気ダクト４１と、吸入した空気（以下、吸入空気と記す）から塵芥を除去するエアクリーナ４２と、吸入空気の流量を計測するエアフロメータ９０と、ターボ過給機６０により圧縮された空気を冷却するインタークーラ４５と、吸入空気の流量を調整するスロットル弁４６と、吸入空気を各気筒に分配する分配管である吸気マニホールド４８が設けられている。なお、以下の説明において、吸入空気の流動方向の上流側を、単に「上流側」と記し、流動方向の下流側を、単に「下流側」と記す。

吸気マニホールド４８は、その下流側がシリンダヘッド２０に接続されており、ブランチ通路４９が吸気ポート２４に連通している。ブランチ通路４９より上流側には、これに連通するサージ室４０ａが形成されている。

一方、吸気マニホールド４８のうちサージ室４０ａの上流側には、スロットル弁４６が設けられている。スロットル弁４６は、気筒に吸入される吸入空気の流量（以下、吸入空気量と記す）を調整する。スロットル弁４６の開度は、ＥＣＵ１００により制御される。

また、スロットル弁４６の上流側には、吸気配管４７が接続されている。吸気配管４７内に形成された通路４０ｃは、吸気マニホールド４８内のサージ室４０ａに連通している。吸気配管４７の上流側には、インタークーラ４５が接続されている。インタークーラ４５は、熱交換器として構成されており、後述するターボ過給機６０のコンプレッサ６２により圧縮されて高温となった吸入空気を冷却する。

インタークーラ４５の上流側には、吸気配管４４が接続されている。吸気配管４４内に形成された通路４０ｅは、インタークーラ４５内の通路（図示せず）を介して、吸気配管４７内の通路４０ｃに連通している。吸気配管４４の上流側には、ターボ過給機６０のコンプレッサ６２が接続されている。吸気配管４４内の通路４０ｅは、ターボ過給機６０のコンプレッサ６２内に連通している。

ターボ過給機６０のコンプレッサ６２の上流側には、吸気配管４３が接続されている。吸気配管４３内に形成された通路４０ｇは、ターボ過給機６０のコンプレッサ６２内に連通している。吸気配管４３の上流側には、エアクリーナ４２が接続されており、エアクリーナ４２の上流側には、外気ダクト４１が設けられている。吸気配管４３内の通路４０ｇは、エアクリーナ４２を介して外気ダクト４１内に連通している。

エアクリーナ４２のエレメントより下流側には、エアフロメータ９０が設けられている。エアフロメータは、外気ダクト４１から導入された単位時間当たりの吸入空気量を検出する。エアフロメータは、検出した吸入空気量に係る信号を、ＥＣＵ１００に送出している。

外気ダクト４１から導入された空気（fresh air 以下、新気と記す）は、エアクリーナ４２を通過し、エアフロメータで流量が検出されて、ターボ過給機６０のコンプレッサ６２で圧縮される。圧縮されて高温となった新気は、インタークーラ４５で冷却されて、スロットル弁４６に流れる。スロットル弁４６で流量が調整された新気は、吸気マニホールド４８のサージ室４０ａに流入し、ブランチ通路４９から各気筒に分配され、吸気ポート２４を経て気筒に流入する。

なお、「吸気通路」とは、前述の吸気系の部品と、吸気配管により形成され、外気ダクト４１から導入された吸入空気が気筒に流入するまでに通過する流路を意味している。本実施形態において、吸気通路には、吸気マニホールド４８内のサージ室４０ａだけでなく、シリンダヘッド２０の吸気ポート２４が含まれている。

また、ディーゼル機関１０には、気筒からの排出ガスを外気に排出する排気系の部品として、各気筒からの排出ガスを合流させてターボ過給機６０に導く排気マニホールド５２と、排出ガス中のＮＯｘ（以下、単に「ＮＯｘ」と記す）、及び粒子状物質（以下、単に「ＰＭ」と記す）等の有害成分を処理する排気後処理装置５５と、排気後処理装置５５からの排出ガスを酸化反応により浄化する酸化触媒コンバータ５８が設けられている。なお、以下の説明において、排出ガスの流動方向の上流側を、単に「上流側」と記し、流動方向の下流側を、単に「下流側」と記す。

排気マニホールド５２内には、マニホールド通路５０ａが形成されており、マニホールド通路５０ａのうち上流側には、各気筒に対応してブランチ部５１が設けられている。排気マニホールド５２内に形成されたブランチ部５１は、各気筒の排気ポート２６に連通している。また、マニホールド通路５０ａのうち下流側には、各気筒からの排出ガスが合流する合流部５０ｃが設けられている。排気マニホールド５２に形成されたマニホールド通路５０ａは、ディーゼル機関１０が有する複数の気筒から吸気ポート２６を経て排出された排出ガスを、合流部５０ｃで合流させて後述するターボ過給機６０のタービン６４に導く。

ターボ過給機６０は、吸気配管４３と吸気配管４４との間に介在して設けられたコンプレッサ６２と、排気マニホールド５２と排気管５４との間に介在して設けられたタービン６４とを有している。コンプレッサ６２のハウジング内には、回転することで空気を圧縮するコンプレッサホイール（図示せず）が収容されており、タービン６４のハウジング内には、排出ガスの流れにより回転駆動されるタービンホイール（図示せず）が収容されている。コンプレッサホイールとタービンホイールは一体に結合されている。

ターボ過給機６０は、マニホールド通路５０ａの合流部５０ｃからタービン６４内に流入する排出ガス流の運動エネルギによりタービンホイール及びコンプレッサホイールが回転駆動され、コンプレッサ６２内にある空気を圧縮してインタークーラ４５に給送する。タービン６４内の排出ガスは、排気管５４内の通路５０ｅを下流側に流れ、排気後処理装置５５に流入する。

排気後処理装置５５の前段（上流側）には、排出ガス中のＮＯｘを吸蔵し、窒素に還元する排気浄化触媒コンバータであるＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ５５ａが設けられている。一方、後段（下流側）には、フィルタ機構付き排気浄化触媒コンバータであり、ＰＭとＮＯｘを同時に浄化するＤＰＮＲ触媒システム５５ｃが設けられている。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ５５ａ及びＤＰＮＲ触媒システム５５ｃは、還元剤の供給を必要とする排気浄化触媒コンバータであり、以下に詳細を説明する。なお、還元剤には、未燃の炭化水素（以下、単に「ＨＣ」と記す）や、一酸化炭素（以下、単に「ＣＯ」と記す）などが用いられる。

ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ５５ａは、これを流れる排出ガスが、酸素を多く含む酸素過剰雰囲気（リーン雰囲気）となっている場合、排出ガス中のＮＯｘを硝酸化合物（硝酸塩）の形で吸蔵する。一方、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ５５ａを流れる排出ガスが、還元剤を多く含む還元雰囲気（リッチ雰囲気）となっている場合には、排出ガス中に含まれる還元剤により、吸蔵された硝酸化合物（ＮＯｘ）を窒素に還元する。このようにして、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ５５ａは、排出ガス中のＮＯｘを浄化することが可能となっている。

一方、ＤＰＮＲ触媒システム５５ｃは、ＰＭを捕集し、捕集したＰＭを燃焼させて二酸化炭素として放出することでフィルタを再生するディーゼル・パティキュレート・フィルタ（以下、ＤＰＦと記す）の機能と、上述のＮＯｘ吸蔵還元型触媒の機能を組み合わせたものであり、ＰＭとＮＯｘとを同時に浄化することが可能となっている。

詳細には、ＤＰＮＲ触媒システム５５ｃは、これを流れる排出ガス中のＰＭをフィルタに捕集すると共に、排出ガスが酸素過剰雰囲気となっている場合、ＮＯｘを硝酸塩に変化させて吸蔵し、このとき生じた活性酸素と、排出ガス中の酸素により、捕集したＰＭを酸化する。一方、ＤＰＮＲ触媒システム５５ｃを流れる排出ガスが、還元雰囲気（リッチ雰囲気）となっている場合には、排出ガス中に含まれる還元剤により、吸蔵された硝酸化合物（ＮＯｘ）を窒素に還元する共に、このとき生じた活性酸素によりＰＭを酸化する。このようにして、ＤＰＮＲ触媒システム５５ｃは、連続してＰＭを酸化・燃焼させて、ＰＭが捕集されたフィルタを再生することが可能となっている。

また、排気後処理装置５５の下流側には、排気管５６を介して酸化触媒５８が設けられている。酸化触媒コンバータ５８は、排気後処理装置５５を通過した排出ガスに含まれている炭化水素や一酸化炭素を、酸化して浄化する。酸化触媒コンバータ５８で浄化された排出ガスは、外気に放出されることとなる。

なお、「排気通路」とは、気筒から排出された排出ガスが、排気後処理装置５５に流入するまでに通過する流路を意味している。本実施形態において、排気通路には、排気マニホールド５２内に形成されたマニホールド通路５０ａ（ブランチ部５１，合流部５０ｃ）に加えて、シリンダヘッド２０の排気ポート２６、タービン６４内の流路、排気管５４に形成された通路５０ｅ、及び排気後処理装置５５内の通路が含まれている。

また、ディーゼル機関１０には、気筒から排出された排出ガスの一部を、排気通路から取り入れて吸気通路に流す、いわゆる排出ガス再循環装置７０（以下、ＥＧＲ装置と記す）が設けられている。ＥＧＲ装置７０は、排気通路と吸気通路を連通させるＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路を流れる排出ガス（以下、ＥＧＲガスと記す）の流量を調整するＥＧＲ弁７７と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ７４とを有しており、以下に詳細を説明する。

上述した排気マニホールド５２には、ＥＧＲガスの取入口７１が設けられており、取入口７１には、ＥＧＲ配管７２が接続されている。ＥＧＲ配管７２のうち、ＥＧＲガスの流動方向の下流側（以下、単に「下流側」と記す）には、ＥＧＲクーラ７４が接続されている。ＥＧＲクーラ７４は、熱交換器で構成されており、流入したＥＧＲガスを冷却することが可能となっている。ＥＧＲクーラ７４の下流側には、ＥＧＲ配管７６が接続されている。

ＥＧＲ配管７６の下流側の端には、ＥＧＲ弁７７が配設されている。ＥＧＲ弁７７は、電磁式のバルブで構成されている。ＥＧＲ弁７７の下流側には、ＥＧＲ配管７８が接続されている。ＥＧＲ配管７８は、吸気マニホールド４８に設けられたＥＧＲガスの流出口７９と、ＥＧＲ弁７７とを接続している。ＥＧＲ弁７７の開度、すなわちＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量は、ＥＣＵ１００により制御される。

なお、「ＥＧＲ通路」とは、ＥＧＲ配管７２，７６，７８と、ＥＧＲクーラ７４及びＥＧＲ弁７７により形成され、取入口７１から導入された排出ガスすなわち不活性ガスが、流出口７９に至るまでに通過する流路を意味している。本実施形態において、ＥＧＲ通路には、ＥＧＲ配管７２，７６，７８内の通路だけでなく、ＥＧＲクーラ７４及びＥＧＲ弁７７内に形成された通路を含んでいる。

また、ディーゼル機関１０には、気筒に燃料を供給する燃料供給系の部品として、気筒ごとに設けられ、気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁８０と、各燃料噴射弁８０に燃料を分配する燃料分配管８２と、燃料分配管８２に燃料を圧送する高圧燃料ポンプ８４が設けられている。高圧燃料ポンプ８４から燃料分配管８２に圧送された燃料は、燃料分配管８２で分配されて各燃料噴射弁８０に供給される。

高圧燃料ポンプ８４は、ディーゼル機関１０のカムシャフト（図示せず）からの機械的動力を受けて作動し、燃料タンク１２０からの燃料を吸入して昇圧する。高圧燃料ポンプ８４は、昇圧して高圧となった燃料を、燃料配管８３から燃料分配管８２に供給する。高圧燃料ポンプ８４の作動は、ＥＣＵ１００により制御される。

燃料分配管８２は、内部に燃料室（燃料レール）が形成されており、当該燃料室において所定の燃圧で蓄圧可能に構成されている。燃料分配管８２は、各燃料噴射弁８０に燃料を分配して供給する。燃料分配管８２には、高圧燃料ポンプ８４から高圧（例えば、１８０ＭＰａ）の燃料が供給されている。

燃料噴射弁８０は、開弁用のアクチュエータとしてピエゾスタック（圧電素子）が用いられた燃料噴射装置であり、１サイクル中に複数回の燃料噴射、いわゆる多段噴射を行うことが可能なものである。各燃料噴射弁８０は、共通の燃料分配管８２内に形成された燃料レールから所定の燃料圧力（例えば、１２０ＭＰａ）で燃料の供給を受けている。各サイクルにおける燃料噴射弁８０の開弁期間、すなわち燃料噴射弁８０が噴射する燃料噴射量は、図示しないドライバユニットを介して、ＥＣＵ１００により制御される。

燃料噴射弁８０からの噴射燃料は、排気燃料添加弁８８に比べて高い燃圧で噴射されており、排気燃料添加弁８８から排出ガス中に噴射（添加）された燃料に比べて微粒化されている。加えて、燃料噴射弁８０からの噴射燃料は、気筒内に形成された高温の雰囲気に噴射されて、少なくとも一部、実質的には大部分が燃焼するため、気筒から排出される排出ガスに、還元剤としてのＣＯを生じさせることが可能となっている。気筒内において生じた還元剤は、排気通路を流れて排気後処理装置５５に供給される。

また、ディーゼル機関１０のシリンダヘッド２０には、気筒内に燃料を供給する燃料噴射弁８０とは別に、排気通路を流れる排出ガスに燃料を添加することが可能な排気燃料添加弁８８が設けられている。排気燃料添加弁８８は、電磁駆動式の燃料噴射弁で構成されており、高圧燃料ポンプ８４から燃料通路８６を介して、所定の燃料圧力（例えば、１ＭＰａ）で燃料の供給を受けている。排気燃料添加弁８８は、ディーゼル機関１０に複数ある気筒のうち、排気ポート２６からタービン６４までの排気経路が最も短い気筒の排気ポート２６近傍に設けられている。排気燃料添加弁８８は、排気ポート２６内に露出している噴孔から排気通路５０ｃ内に燃料を噴射することで、排気通路を流れる排出ガスに燃料を添加することが可能となっている。排気燃料添加弁８８が排気通路内に噴射する燃料量（以下、燃料添加量と記す）は、ＥＣＵ１００により制御される。

また、ディーゼル機関１０のうちシリンダヘッド２０には、４つある気筒のうち一つの気筒について、当該気筒内のガス圧力（以下、単に「筒内圧」と記す）を検出する筒内圧センサ９２が設けられている。筒内圧センサ９２は、検出した筒内圧に係る信号をＥＣＵ１００に送出している。

なお、本実施形態においては、４つある気筒のうち一つの気筒に、筒内圧センサ９２が設けられているものとしたが、これに限定されるものではない。各気筒ごとに、それぞれの気筒の筒内圧を検出する筒内圧センサを設けるものとしても良い。

また、ディーゼル機関１０のうち吸気マニホールド４８には、新気（fresh air）とＥＧＲガスを含んでサージ室４０ａから気筒内に充填されるガスの温度（以下、筒内充填ガス温度と記す）を検出する筒内充填ガス温度センサ９６が設けられている。筒内充填ガス温度センサ９６は、検出した筒内充填ガス温度に係る信号をＥＣＵ１００に送出している。

なお、吸気温に基づいて筒内充填ガス温度を推定するものとしても良い。
なお、本実施形態においては、サージ室４０ａを流れるガスの温度である吸入ガス温を直接検出して、ＥＣＵ１００により制御変数として推定するものとしたが、吸入ガス温を推定する手法は、これに限定されるものではない。例えば、エアフロメータ９０の近傍に吸入空気（新気）の温度である「吸気温」を検出する吸気温センサを設けて、検出した吸気温に係る信号をＥＣＵ１００に送出し、当該吸気温と、吸入空気量、およびＥＧＲガス量に基づいて、筒内充填ガス温度を推定するものとしても良い。

このように構成されたディーゼル機関１０を含む車両用エンジンシステム１には、給油された燃料を貯蔵する燃料タンク１２０が設けられており、上述の高圧燃料ポンプ８４は、当該燃料タンク１２０から燃料を吸入する。燃料タンク１２０からの燃料は、燃料フィルタ１２４で不純物を濾過されて、高圧燃料ポンプ８４に供給される。

車両用エンジンシステム１において、ＥＣＵ１００は、クランク角センサからのクランク角に係る信号と、エアフロメータ９０からの吸入空気量（新気量）に係る信号と、筒内圧センサからの筒内圧に係る信号とを検出している。

これら検出信号に基づいて、ＥＣＵ１００は、クランク軸の回転角位置（以下、クランク角と記す）、クランク軸の回転速度（以下、機関回転速度と記す）、ディーゼル機関１０がクランク軸から出力している機械的動力（以下、機関負荷と記す）、吸入空気量、ＥＧＲガス量、筒内圧などを制御変数として推定している。

ＥＣＵ１００は、これら制御変数から把握されるディーゼル機関１０の運転状態に基づいて、燃料噴射弁８０の燃料噴射量を決定し、当該燃料噴射量及び機関回転速度に応じて、スロットル弁４６の開度、及びＥＧＲ弁７７の開度を制御する。

また、ＥＣＵ１００は、燃料噴射弁８０により気筒内に噴射される燃料噴射量と、気筒内に充填される新気量及びＥＧＲガス量を制御することで、気筒内の空燃比を、理論空燃比に比べて低い空燃比（例えば、１３〜１４）にして、燃料噴射弁８０が噴射した噴射燃料を燃焼させることが可能となっている。理論空燃比に比べて低い空燃比での気筒内における噴射燃料の燃焼を、以下の説明において「リッチ燃焼」と記す。また、気筒内においてリッチ燃焼を行うために、ＥＣＵ１００が実行する燃料噴射弁８０、スロットル弁４６、及びＥＧＲ弁７７の協調制御を「リッチ燃焼制御」と記す。

気筒内においてリッチ燃焼を行うことにより、当該気筒内において、還元剤としてＣＯを多く含んだ排出ガスを生じさせて、当該気筒内から排気後処理装置５５に供給することが可能となっている。このように、ディーゼル機関１０においては、ＥＣＵ１００が、燃料噴射弁８０の燃料噴射量、スロットル弁４６の開度すなわち吸入空気量、及びＥＧＲ弁７７の開度すなわちＥＧＲガス量を協調して制御することで、還元剤としてＣＯを多く含んだ還元雰囲気を、排気後処理装置５５において瞬間的に形成する、つまり、排気後処理装置５５に還元剤としてＣＯを供給することが可能となっている。

また、ＥＣＵ１００は、排気燃料添加弁８８を制御して、排気通路内に燃料を噴射して、排気通路を流れる排出ガスに燃料を添加することで、還元剤としてのＨＣを気化させた状態で排気後処理装置５５に供給することが可能となっている。

このように、ＥＣＵ１００は、燃料噴射弁８０及び排気燃料添加弁８８を制御することで、燃料噴射弁８０からの噴射燃料、又は排気燃料添加弁８８からの添加燃料により、還元剤の供給を必要とする排気後処理装置５５（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ５５ａ及びＤＰＮＲ触媒システム５５ｃ）において、還元剤を含んだ還元雰囲気を瞬間的に形成する、いわゆるリッチスパイクを行うことが可能となっている。還元剤を排気後処理装置に供給することで、吸蔵されている硝酸化合物（ＮＯｘ）を窒素に還元することができる。このように、排気後処理装置５５に吸蔵された硝酸化合物（ＮＯｘ）を還元するために、ＥＣＵ１００が実行する制御を、以下の説明において「ＮＯｘ還元制御」と記す。

ところで、以上のように構成された車両用エンジンシステム１においては、軽油に比べてセタン価が高いＧＴＬ燃料が燃料タンク１２０に給油されることを前提として、ディーゼル機関１０の圧縮比が設定されており、且つＥＣＵ１００の各種制御定数が適合されている場合がある。このようにＧＴＬ燃料専用に、ディーゼル機関１０及びＥＣＵ１００が構成されている場合、気筒内においてリッチ燃焼を行うことで、還元剤としてＣＯを多く含んだ還元雰囲気を、排気後処理装置５５に供給することができる。この場合、排気燃料添加弁８８により排出ガス中に燃料を添加して還元剤としてＨＣを多く含んだ還元雰囲気を供給する場合に比べて、より高い効率（ＮＯｘ浄化率）で、排気後処理装置５５に吸蔵されたＮＯｘすなわち硝酸化合物を還元することができる。

しかし、燃料タンク１２０には、ＧＴＬ燃料のみならず、ＧＴＬ燃料に比べてセタン価の低い「軽油」や、当該「軽油」よりもさらにセタン価の低い「分解軽油」等が給油される場合がある。このようにＧＴＬ燃料に比べてセタン価が低い燃料が、燃料タンク１２０に給油された場合、ＥＣＵ１００が、ＧＴＬ燃料の給油を前提として適合された制御定数に従って上述した「リッチ燃焼」を行うと、気筒内において燃料噴射弁８０からの噴射燃料が着火しない、いわゆる「失火」が生じる虞がある。

そこで、本実施形態においては、燃料噴射弁に供給される燃料のセタン価に応じて、排気燃料添加弁８８から排出ガスに燃料を添加することで、排出ガス中に還元剤を含ませる「排気添加」と、理論空燃比に比べ低い空燃比となるよう燃料噴射弁８０から燃料を噴射し、噴射燃料のうち少なくとも一部を燃焼させることで、気筒内において還元剤を含んだ排出ガスを生じさせる「リッチ燃焼」とを、併用又は選択使用することで、排気後処理装置５５に還元剤を供給しており、以下に、図１〜図４を用いて説明する。

図２は、本実施形態に係るディーゼル機関用制御装置（ＥＣＵ）が実行するＮＯｘ還元制御を示すフローチャートである。図３は、本実施形態に係るＮＯｘ還元制御において、筒内充填ガスの着火性に対する、第１及び第２要求セタン価の値を示す図である。図４は、本実施形態に係るＮＯｘ還元制御が実行されたディーゼル機関の動作の一例を示す図である。なお、図４には、ディーゼル機関（車両用エンジンシステム）のおかれている周囲の環境条件が変化して、時間経過に応じて筒内充填ガスの着火性が高くなる場合を一例として示している。

図１に示す車両用エンジンシステム１において、ＥＣＵ１００は、排気後処理装置５５に還元剤を含んだ還元雰囲気を形成して、吸蔵されている硝酸化合物（ＮＯｘ）を還元する必要がある、すなわち「排気添加」又は「リッチ燃焼」により、排気後処理装置５５に還元剤を供給する必要があると判定した場合に、以下の「ＮＯｘ還元制御」を実行する。

なお、ＮＯｘ還元制御を実行するか否かの判定は、ＥＣＵ１００が、ディーゼル機関１０の運転状態に応じて、気筒から排出されるＮＯｘの時間あたりの排出量を推定し、推定されたＮＯｘの排出量の時間積算値が、排気後処理装置５５すなわちＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ５５ａ及びＤＰＮＲ触媒システム５５ｃの硝酸化合物（ＮＯｘ）の吸蔵能力に応じて設定された閾値に達した場合に、排気後処理装置５５において硝酸化合物（ＮＯｘ）の還元が必要であると判定することができる。この場合、ディーゼル機関１０の運転状態（機関回転速度及び機関負荷）と、ＮＯｘの排出量との関係を示すマップ、及び排気後処理装置５５（ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ５５ａ及びＤＰＮＲ触媒システム５５ｃ）におけるＮＯｘの吸蔵能力は、予め適合実験等により求められており、制御定数としてＥＣＵ１００のＲＯＭ（図示せず）に記憶されている。

「ＮＯｘ還元制御」を行う場合、図２に示すように、まず、ステップＳ１００において、ＥＣＵ１００は、吸入空気量（新気量）、筒内圧、筒内充填ガス温度等の各種の制御変数を取得する。また、ＥＣＵ１００は、クランク角、機関回転速度、機関負荷、燃料噴射弁８０の燃料噴射量、吸入空気量、ＥＧＲガス量等を制御変数として取得している。これら制御変数を取得することで、ＥＣＵ１００は、ディーゼル機関１０の運転状態を把握している。

なお、ＥＣＵ１００は、リッチ燃焼を行わない場合、すなわち通常燃焼を行う場合においては、気筒内の空燃比を酸素過剰状態（例えば、空燃比２０〜７０）に設定して、ディーゼル機関１０を作動させている。排気通路を流れる排出ガス中には、酸素が多く含まれており、排気後処理装置５５においては、酸素過剰雰囲気（リーン雰囲気）が形成されている。

そして、ステップＳ１０２において、ＥＣＵ１００は、燃料噴射弁８０及び排気燃料添加弁８８に実際に供給される燃料のセタン価、すなわち燃料タンク１２０に実際に給油されている燃料のセタン価Ｃｆを、制御変数として推定する。

セタン価Ｃｆは、ディーゼル機関１０の運転状態が、所定の測定条件（例えば、機関負荷が略ゼロ（無負荷）であり、且つ機関回転速度が所定のアイドル回転速度）にある場合において、燃料噴射弁８０が燃料噴射を行ってから、噴射燃料が着火するまでに要する時間を検出することにより、推定することができる。ここで、噴射燃料が着火したか否かの判定は、筒内圧の時間変化を検出することで、判定することができる。例えば、燃料噴射弁８０が燃料噴射を行った後に、筒内圧が所定の判定値を超えた場合に、噴射燃料が着火したものと判定する。つまり、ディーゼル機関１０の運転状態が、所定の測定条件にある場合、燃料噴射弁８０が燃料噴射を行ってから、噴射燃料が着火するまでの時間が長い場合は、セタン価が低く、噴射燃料が着火するまでの時間が短い場合には、セタン価が高いこととなる。所定の測定条件における、噴射燃料が着火するまでの時間と、セタン価との関係は、予め適合実験等により求められており、制御定数としてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。このように、ディーゼル機関１０の筒内圧に基づいて、燃料噴射弁８０に供給される燃料のセタン価Ｃｆを推定することができる。

そして、ステップＳ１０４において、ＥＣＵ１００は、筒内充填ガスの着火性を示す指数（以下、着火性指数と記す）Ａを、制御変数として推定する。つまり、気筒内に充填される新気を含んだ筒内充填ガスの体積、圧力、温度等に基づいて、筒内充填ガスが、どの程度、着火し易いものであるかを推定する。

着火性指数Ａは、その値が高くなるに従って、新気及びＥＧＲガスを含んだ筒内充填ガスが着火し易いものであることを示すものであり、例えば、下記の式（１）により求めることができる。
着火性指数Ａ＝ａ×Ｔ＋ｂ×Ｐ＋ｃ×Ｖ ・・・（１）
式（１）において、
Ｔ：筒内充填ガス温度（制御変数）
Ｐ：筒内充填ガス圧力（制御変数）
Ｖ：筒内充填新気体積（制御変数）
ａ，ｂ，ｃ：係数（制御定数）
である。

筒内充填ガス温度Ｔは、上述のように筒内充填ガス温度センサ９６により検出された値を用いることができる。一方、筒内充填ガス圧力Ｐは、ディーゼル機関１０の運転状態、吸入空気量、ＥＧＲガス量等に基づいて算出することができる。また、筒内充填新気体積Ｖは、ディーゼル機関１０の運転状態（機関回転速度及び機関負荷）と、吸入空気量に基づいて算出することができる。また、式（１）の係数ａ，ｂ，ｃは、予め適合実験等により求められており、制御定数としてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。

なお、筒内充填ガス温度Ｔが高くなるに従って、着火性指数Ａは大きくなる、すなわち着火し易くなる傾向がある。加えて、筒内充填ガス圧力Ｐが増大するに従って、着火し易くなる傾向がある。さらに、筒内充填新気体積Ｖが大きくなるに従って、筒内に充填される酸素量が多くなって、着火し易くなる傾向がある。このように、ディーゼル機関１０の運転状態（機関回転速度及び機関負荷）、吸入空気量、ＥＧＲガス量、筒内充填ガス温度等に基づいて、筒内充填ガスの着火のし易さを、着火性指数Ａとして推定することができる。

そして、ステップＳ１０６において、ＥＣＵ１００は、筒内充填ガスの着火性指数Ａに基づいて、図３に示すように、「排気添加」及び「リッチ燃焼」を行うか否かの閾値である、第１要求セタン価Ｃｄ１及び第２要求セタン価Ｃｄ２とを設定する。

第１要求セタン価Ｃｄ１は、気筒内において失火を生じさせることなく、上述した「リッチ燃焼」を行うために必要なセタン価の下限値（閾値）である。すなわち、セタン価Ｃｆが、第１要求セタン価Ｃｄ１を下回る場合、リッチ燃焼を行うと失火する虞があり、第１要求セタン価Ｃｄ１以上である場合には、失火を生じさせることなくリッチ燃焼を行うことが可能である。つまり、セタン価Ｃｆが、第１要求セタン価Ｃｄ１を下回る場合には、失火が生じやすいものと判定して「リッチ燃焼」を禁止して「排気添加」のみを行う。

一方、第２要求セタン価Ｃｄ２は、排気後処理装置５５に還元剤を供給するにあたって、上述した「排気添加」を行うことなく「リッチ燃焼」のみを行うのに必要なセタン価の下限値（閾値）である。すなわち、セタン価Ｃｆが、第２要求セタン価Ｃｄ２を上回る場合、リッチ燃焼のみを行っても、気筒内において失火を生じさせることなく、還元剤としてのＣＯを多く含んだ排出ガスを生じさせることが可能である。第２要求セタン価Ｃｄ２の値は、第１要求セタン価Ｃｄ１に比べて高い値に設定される。つまり、セタン価Ｃｆが、第２要求セタン価Ｃｄ２を上回る場合には、「リッチ燃焼」のみを行う。

このような、第１要求セタン価Ｃｄ１、及び第２要求セタン価Ｃｄ２の値は、筒内充填ガスの着火性（着火性指数Ａ）が低くなるに従って、高くなるように設定されている。つまり、低温又は低圧な環境でディーゼル機関を作動させる場合など筒内充填ガスの着火性が低下する場合には、第１要求セタン価Ｃｄ１及び第２要求セタン価Ｃｄ２の値は、通常の環境で作動させる場合に比べて、高い値に設定される。当該充填ガスの各着火性指数に対する第１要求セタン価Ｃｄ１の値（図３に「Ｃｄ１ライン」で示す）、及び第２要求セタン価Ｃｄ２の値（図３に「Ｃｄ２ライン」で示す）は、予め適合実験等により求められており、制御定数としてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。

そして、ステップＳ１０８において、ＥＣＵ１００は、燃料噴射弁８０に実際に供給される燃料のセタン価Ｃｆを、筒内充填ガスの着火性に応じて設定された第１要求セタン価Ｃｄ１及び第２要求セタン価Ｃｄ２と比較する。

図４に時点ｔ１〜ｔ２で示すように、セタン価Ｃｆが第１要求セタン価Ｃｄ１を下回る場合（ステップＳ１０８：Ｃｆ＜Ｃｄ１）、ＥＣＵ１００は、仮にリッチ燃焼を行うと気筒内において失火が生じるものと判断して、排気燃料添加弁により排気通路５０ｃを流れる排出ガスに燃料を添加して還元剤としてのＨＣを含ませる「排気添加」を選択使用して、排気後処理装置５５に還元剤を供給する（Ｓ１１０）。つまり、セタン価Ｃｆが最も高い場合には、ＥＣＵ１００は、「排気添加」を選択使用する。この場合、ＥＣＵ１００は、ディーゼル機関１０の運転状態に応じて予め設定された燃料添加量を添加するよう排気燃料添加弁８８を制御する。ディーゼル機関１０の各運転状態に対する燃料添加量の値（排気添加ＭＡＰ）は、予め適合実験等により求められており、制御定数としてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。このように、排気後処理装置５５に還元剤を供給する場合に「排気添加」を選択使用することにより、気筒内において失火を生じさせることなく、還元剤としてＨＣを含んだ還元雰囲気を排気後処理装置５５に形成することができる。

一方、図４に時点ｔ３以降に示すように、セタン価Ｃｆが第２要求セタン価Ｃｄ２を上回る場合（ステップＳ１０８：Ｃｆ＞Ｃｄ２）ＥＣＵ１００は、理論空燃比に比べて低い空燃比（例えば、１３〜１４）となるよう燃料噴射弁８０から気筒内に燃料を噴射し、噴射燃料のうち少なくとも一部を燃焼させることで、気筒内において還元剤としてのＣＯを多く含んだ排出ガスを生じさせる「リッチ燃焼」を選択使用して、排気後処理装置５５に還元剤を供給する（Ｓ１１２）。つまり、セタン価Ｃｆが最も低い場合には、ＥＣＵ１００は、「リッチ燃焼」を選択使用する。この場合、ＥＣＵ１００は、ディーゼル機関１０の運転状態に応じて予め設定された、燃料噴射弁８０の燃料噴射量、スロットル弁４６の開度、ＥＧＲ弁７７の開度に従って、それぞれ燃料噴射弁８０、スロットル弁４６及びＥＧＲ弁７７を協調して制御する。ディーゼル機関１０の各運転状態に対する、燃料噴射量、スロットル弁４６の開度、及びＥＧＲ弁７７の開度の値（リッチ燃焼ＭＡＰ）は、予め適合実験等により求められており、制御定数としてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。このように、排気後処理装置５５に還元剤を供給する場合に「リッチ燃焼」を選択使用することにより、ＨＣに比べて反応性が高いＣＯを還元剤として多く含んだ還元雰囲気を排気後処理装置５５に形成することができる。

また、図４に時点ｔ２〜ｔ３で示すように、セタン価Ｃｆが、第１要求セタン価Ｃｄ１以上であり、且つ第２要求セタン価Ｃｄ２以下である場合（ステップＳ１０８：Ｃｄ１≦Ｃｆ≦Ｃｄ２）、ＥＣＵ１００は、「リッチ燃焼」と「排気添加」とを併用して、排気後処理装置５５に還元剤を供給する（Ｓ１１４）。この場合、ＥＣＵ１００は、ディーゼル機関１０の運転状態に応じて予め設定された、排気燃料添加弁８８の燃料添加量、燃料噴射弁８０の燃料噴射量、スロットル弁４６の開度、ＥＧＲ弁７７の開度に従って、それぞれ排気燃料添加弁８８、燃料噴射弁８０、スロットル弁４６及びＥＧＲ弁７７を協調して制御する。ディーゼル機関１０の各運転状態に対する、燃料添加量、燃料噴射量、スロットル弁４６の開度、及びＥＧＲ弁７７の開度の値（リッチ燃焼＋排気添加併用ＭＡＰ）は、予め適合実験等により求められており、制御定数としてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶されている。このように、排気後処理装置５５に還元剤を供給する場合に、「リッチ燃焼」と「排気添加」を併用することにより、気筒内において失火が生じることを抑制しつつ、還元剤として十分な量のＨＣとＣＯを含んだ還元雰囲気を排気後処理装置５５に形成することができる。

以上に説明したように本実施形態に係るディーゼル機関用制御装置（ＥＣＵ）１００は、還元剤の供給を要する排気後処理装置５５と、気筒内に燃料を噴射可能な燃料噴射弁８０と、当該排気後処理装置５５と気筒との間にある排気通路５０ｃを流れる排出ガスに燃料を添加可能な排気燃料添加弁８８と、を備えたディーゼル機関１０に用いられ、燃料噴射弁８０及び排気燃料添加弁８８を制御可能なものである。ＥＣＵ１００は、燃料噴射弁８０に供給される燃料のセタン価Ｃｆに応じて、排気燃料添加弁８８により排出ガスに燃料を添加することで、排出ガス中に還元剤（ＨＣ）を含ませる「排気添加」と、理論空燃比に比べて低い空燃比（例えば、１３〜１４）となるよう燃料噴射弁８０から気筒内に燃料を噴射し、噴射燃料のうち少なくとも一部を燃焼させることで、気筒内において還元剤を含んだ排出ガスを生じさせる「リッチ燃焼」とを併用又は選択使用することで、排気後処理装置５５に還元剤を供給するものとした。

セタン価Ｃｆが比較的高い場合には、「リッチ燃焼」を用いることで、還元剤としてＨＣに比べて反応性の高いＣＯを多く含んだ排出ガスを気筒内において生じさせて、排気後処理装置５５に供給することができる。一方、セタン価Ｃｆが比較的低い場合には、「排気添加」を用いて排気後処理装置５５に還元剤としてのＨＣを供給することで、気筒内においては、空燃比を酸素過剰状態（例えば、空燃比２０〜７０）にする「通常燃焼」を行わせることができる。これにより、燃料噴射弁８０に供給される燃料のセタン価Ｃｆが低くても、気筒内において失火が生じることを抑制しつつ、排気後処理装置５５に還元剤を供給することができる。

また、本実施形態に係るディーゼル機関用制御装置（ＥＣＵ）１００において、前記セタン価が、最も低い場合には、排気添加を選択使用し、前記セタン価が、最も高い場合には、リッチ燃焼を選択使用するものとしたので、セタン価Ｃｆが最も高い場合には、リッチ燃焼を用いることで、還元剤としてＨＣに比べて反応性の高いＣＯを排気後処理装置５５に供給することができ、セタン価Ｃｆが最も低い場合には、「排気添加」を用いて排気後処理装置５５に還元剤を排気後処理装置５５に供給することで、「通常燃焼」を行わせることができ気筒内において失火が生じることを抑制することができる。

また、本実施形態において、前記セタン価Ｃｆが、第１要求セタン価Ｃｄ１を下回る場合には、「排気添加」を選択使用し、前記セタン価Ｃｆが、第１要求セタン価Ｃｄ１に比べて高い値に設定された第２要求セタン価Ｃｄ２を上回る場合には、「リッチ燃焼」を選択使用し、前記セタン価Ｃｆが、第１要求セタン価Ｃｄ１以上であり、且つ第２要求セタン価Ｃｄ２以下である場合には、「排気添加」と「リッチ燃焼」を併用するものとした。セタン価Ｃｆが第１要求セタン価Ｃｄ１より低く、リッチ燃焼を行うと気筒内において失火が生じる虞があると判断した場合には、「排気添加」を選択使用することにより、気筒内において失火を生じさせることなく、還元剤としてのＨＣを排気後処理装置５５に供給することができる。セタン価Ｃｆが、第２要求セタン価Ｃｄ２より高く、「リッチ燃焼」を行っても気筒内において失火が生じる虞がないと判断される場合には、「リッチ燃焼」を選択使用することにより、ＨＣに比べて反応性が高いＣＯを還元剤として排気後処理装置５５に供給することができる。セタン価Ｃｆが、第１要求セタン価Ｃｄ１以上であり、且つ第２要求セタン価Ｃｄ２以下である中程度においては、「リッチ燃焼」と「排気添加」を併用することにより、気筒内において失火が生じることを抑制しつつ、還元剤として十分な量のＨＣとＣＯを排気後処理装置５５に供給することができる。

また、本実施形態において、第１要求セタン価Ｃｄ１及び第２要求セタン価Ｃｄ２は、気筒内に充填される新気を含むガスである筒内充填ガスの着火性（着火性指数Ａ）に基づいて設定されるものであり、筒内充填ガスの着火性が低くなるに従って、第１要求セタン価Ｃｄ１及び第２要求セタン価Ｃｄ２が高くなるよう設定するものとした。燃料噴射弁８０に供給される燃料のセタン価Ｃｆが同じでも、筒内充填ガスの温度が低い場合や圧力が低い場合など、筒内充填ガスが着火しにくいものである場合には、第１要求セタン価Ｃｄ１及び第２要求セタン価Ｃｄ２が高く設定されるため、「リッチ燃焼」が選択される運転領域が狭くなり、「リッチ燃焼」により気筒内において失火が生じることを抑制することができる。

なお、本実施形態においては、筒内充填ガスの着火性を、少なくとも、気筒内に充填される新気の体積に基づいて推定するものとしたので、気筒内に充填されるガスの酸素濃度に応じて筒内充填ガスの着火性を推定することができる。

また、本実施形態においては、燃料噴射弁８０に供給される燃料のセタン価Ｃｆが、気筒内に充填される新気を含むガスである筒内充填ガスの着火性（着火性指数Ａ）に応じて設定された第１要求セタン価Ｃｄ１を下回る場合には、排気燃料添加弁８８により排出ガスに燃料を添加することで、排出ガス中に還元剤を含ませる「排気添加」を選択使用して、排気後処理装置５５に還元剤を供給し、一方、セタン価Ｃｆが、筒内充填ガスの着火性（着火性指数Ａ）に応じて設定された第２要求セタン価Ｃｄ２を上回る場合には、理論空燃比に比べて低い空燃比（例えば１３〜１４）となるよう燃料噴射弁８０から気筒内に燃料を噴射し、噴射燃料のうち少なくとも一部を燃焼させることで、気筒内において還元剤を含んだ排出ガスを生じさせる「リッチ燃焼」を選択使用して、排気後処理装置５５に還元剤を供給するものとした。

筒内充填ガスの着火し易さ（着火性）に対して燃料噴射弁８０の噴射燃料のセタン価Ｃｆが比較的高い場合には、「リッチ燃焼」を選択使用することで、還元剤として反応性の高いＣＯを多く含んだ排出ガスを気筒内において生じさせて、排気後処理装置５５に供給することができる。一方、筒内充填ガスの着火し易さに対して前記セタン価Ｃｆが低く、「リッチ燃焼」を行うと失火が生じる虞がある場合には、「排気添加」を選択使用して、排気後処理装置５５に還元剤としてＨＣを供給することで、気筒内においては、空燃比を酸素過剰状態（例えば、空燃比２０〜７０）にする「通常燃焼」を行わせることができ、気筒内において失火が生じることを抑制しつつ、排気後処理装置５５に還元剤を供給することができる。

なお、本実施形態に係るディーゼル機関用制御装置（ＥＣＵ）１００は、排気後処理装置に還元剤を供給する場合、燃料噴射弁８０に供給される燃料のセタン価Ｃｆと、筒内充填ガスの着火性に応じて、排気添加を選択使用する場合と、リッチ燃焼を選択使用する場合と、排気添加とリッチ燃焼とを併用する場合との３つを切替えるものとしたが、排気添加とリッチ燃焼を併用又は選択使用する態様は、これに限定されるものではない。例えば、燃料のセタン価が高いと判定した場合には、リッチ燃焼のみを選択使用して排気後処理装置に還元剤を供給し、燃料のセタン価が低いと判定した場合には、排気添加のみを選択使用して排気後処理装置に還元剤を供給するものとしても良い。

また、本実施形態において、ディーゼル機関１０は、排気後処理装置５５として、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ５５ａと、ＤＰＮＲ触媒システム５５ｃを備えたものとしたが、本発明が適用可能なディーゼル機関の排気後処理装置５５は、これに限定されるものではない。還元剤の供給を必要とする排気後処理装置を備えたディーゼル機関であれば適用することができ、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒とＤＰＮＲ触媒システムのうちいずれか一方を備えたディーゼル機関にも本発明を適用することができる。

また、本実施形態において、ディーゼル機関は、ＥＧＲ装置やターボ過給機を備えるものとしたが、本発明を適用可能なディーゼル機関の構成は、この態様に限定されるものではない。還元剤の供給を要する排気後処理装置と、当該排気後処理装置と気筒との間にある排気通路を流れる排出ガスに燃料を添加可能な排気燃料添加弁を備えたディーゼル機関であれば本発明を適用することができる。

以上のように、本発明に係るディーゼル機関用制御装置は、還元剤の供給を要する排気後処理装置を備えたディーゼル機関に適している。

１ 車両用エンジンシステム
１０ ディーゼル機関
４６ スロットル弁
４８ 吸気マニホールド
５０ａ マニホールド通路（排気通路）
５０ｃ 合流部（排気通路）
５２ 排気マニホールド
５５ 排気後処理装置
５５ａ ＮＯｘ吸蔵還元型触媒コンバータ（排気後処理装置）
５５ｃ ＤＰＮＲ触媒システム（排気後処理装置）
６０ ターボ過給機
７７ ＥＧＲ弁
８０ 燃料噴射弁
８２ 燃料分配管
８４ 高圧燃料ポンプ
８８ 排気燃料添加弁
９０ エアフロメータ
９２ 筒内圧センサ
９６ 筒内充填ガス温度センサ
１００ ディーゼル機関用の電子制御装置（ディーゼル機関用制御装置、ＥＣＵ、制御手段、記憶手段）
１２０ 燃料タンク

Claims (3)

1. 還元剤の供給を要する排気後処理装置と、気筒内に燃料を噴射可能な燃料噴射弁と、当該排気後処理装置と気筒との間にある排気通路を流れる排出ガスに燃料を添加可能な排気燃料添加弁と、を備えたディーゼル機関に用いられ、燃料噴射弁及び排気燃料添加弁を制御可能な制御装置であって、
   燃料噴射弁に供給される燃料のセタン価に応じて、
   排気燃料添加弁により排出ガスに燃料を添加することで、排出ガス中に還元剤を含ませる排気添加と、
   理論空燃比に比べて低い空燃比となるよう燃料噴射弁から気筒内に燃料を噴射し、噴射燃料のうち少なくとも一部を燃焼させることで、気筒内において還元剤を含んだ排出ガスを生じさせるリッチ燃焼とを、
   併用又は選択使用することで、排気後処理装置に還元剤を供給し、
   前記セタン価が、第１要求セタン価を下回る場合には、排気添加を選択使用し、
   前記セタン価が、第１要求セタン価に比べて高い値に設定された第２要求セタン価を上回る場合には、リッチ燃焼を選択使用し、
   前記セタン価が、第１要求セタン価以上であり、且つ第２要求セタン価以下である場合には、排気添加とリッチ燃焼を併用し、
   第１要求セタン価及び第２要求セタン価は、気筒内に充填される新気を含むガスである筒内充填ガスの着火性に基づいて設定されるものであり、
   筒内充填ガスの着火性が低くなるに従って、第１要求セタン価及び第２要求セタン価が高くなるよう設定する
   ことを特徴とするディーゼル機関用制御装置。
2. 請求項１に記載のディーゼル機関用制御装置において、
   筒内充填ガスの着火性を、気筒内に充填される新気の体積に基づいて推定する
   ディーゼル機関用制御装置。
3. 還元剤の供給を要する排気後処理装置と、気筒内に燃料を噴射可能な燃料噴射弁と、当該排気後処理装置と気筒との間にある排気通路を流れる排出ガスに燃料を添加可能な排気燃料添加弁と、を備えたディーゼル機関に用いられ、燃料噴射弁及び排気燃料添加弁を制御可能な制御装置であって、
   燃料噴射弁に供給される燃料のセタン価が、気筒内に充填される新気を含むガスである筒内充填ガスの着火性に応じて設定された第１要求セタン価を下回る場合には、
   排気燃料添加弁により排出ガスに燃料を添加することで、排出ガス中に還元剤を含ませる排気添加を選択使用して、排気後処理装置に還元剤を供給し、
   燃料噴射弁に供給される燃料のセタン価が、筒内充填ガスの着火性に応じて設定された第２要求セタン価を上回る場合には、
   理論空燃比に比べて低い空燃比となるよう燃料噴射弁から気筒内に燃料を噴射し、噴射燃料のうち少なくとも一部を燃焼させることで、気筒内において還元剤を含んだ排出ガスを生じさせるリッチ燃焼を選択使用して、排気後処理装置に還元剤を供給し、
   第１要求セタン価及び第２要求セタン価は、気筒内に充填される新気を含むガスである筒内充填ガスの着火性に基づいて設定されるものであり、
   筒内充填ガスの着火性が低くなるに従って、第１要求セタン価及び第２要求セタン価が高くなるよう設定する
   ことを特徴とするディーゼル機関用制御装置。

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