以下、本発明の実施形態に係る内燃機関について添付図面を参照して、詳細に説明する。図1は、本実施形態に係る内燃機関1の概略構成図である。内燃機関1は、ディーゼル機関であり、出力軸11は、被駆動機構100に接続されている。被駆動機構100は、例えば、内燃機関1によって駆動される走行装置、及び作業装置を含む。内燃機関1、及び被駆動装置100は、例えば、フォークリフト等の作業車両に搭載される。
内燃機関1は、吸気通路2、吸気スロットル弁3、シリンダブロック4、排気通路5、排気スロットル弁6、フィルタユニット7、EGR通路8、EGR弁9、過給機10、燃料噴射装置13、及び制御装置(以下「ECU」という。)50を備える。
本実施形態に係る内燃機関1は4気筒であり、シリンダブロック4は4つの燃焼室12を備えている。吸気通路2は、吸気管2aと、吸気管2aを4つの燃焼室12に接続する吸気マニホールド2bとからなっている。矢印INで示すように、吸気ガス(外気)が吸気通路2を介して燃焼室12に導入される。吸気スロットル弁3は、吸気管2a上に配設されており、吸気通路2の開度を調整する。排気通路5は、排気管5aと、4つの燃焼室12を排気管5aに接続する排気マニホールド5bとからなっている。排気ガスは、矢印EXで示すように、燃焼室12から排出された後、排気通路5を介して大気中に排出される。排気スロットル弁6は、排気管5aに設けられており、排気通路5の開度を変更する。EGR通路8は、排気通路5を吸気通路2に接続する。EGR通路8には、EGRガスクーラ8A、及びEGR弁9を備える。燃焼室12から排気通路5に排出された排気ガスの一部が、EGR通路8を介して吸気通路2に導入され、吸気ガスと共に燃焼室12に導入される。過給機10は、排気管5a上に配置される排気タービン10aと、吸気管2a上に配置される圧縮機10bと、を備えている。吸気スロットル弁3、排気スロットル弁6、EGR弁9は、点線で示すように、ECU50に接続されている。吸気スロットル弁3、排気スロットル弁6、EGR弁9は、運転条件に応じて、ECU50から出力される制御信号に基づいてその開度が適宜制御される。
フィルタユニット7は、排気通路5上に設けられている。フィルタユニット7は、酸化触媒14と、フィルタ15を備えている。酸化触媒14は、排気通路5上においてフィルタ15に対して上流側に配設されている。排気ガスは、酸化触媒14を通過した後、フィルタ15を通過する。排気ガスに含まれる粒子状物質(以下、「PM」という。)は、フィルタ15によって捕捉される。
内燃機関1に備えられた燃焼噴射装置13は、コモンレールシステムを採用している。燃料噴射装置13は、燃料を蓄圧して所定の目標圧力で保持するコモンレール13Aと、コモンレール13Aに接続され4つの燃焼室12毎に配設されるインジェクタ13Bを備える。コモンレール13Aには、コモンレール13A内の圧力を検出する圧力センサ13Cが配設されている。ECU50は、各種の運転条件、及び圧力センサ13Cの検出値に基づいて図示しないサプライポンプからコモンレール13Aに供給される燃料の量を調整し、コモンレール13A内の圧力が、所定の圧力になるように制御する。この所定の圧力は、運転条件に応じて調整されるものであるが、一定の圧力に制御されるものであってもよい。インジェクタ13Bは、任意の噴射パターンで燃料を噴射することが可能な電磁ソレノイド弁であり、ECU50からの出力信号に基づいて作動する。
図2には、燃料噴射装置13によって実行される燃料噴射パターンの一例を示している。図2において、横軸は噴射時期(CA°)を示しており、縦軸は、噴射量(Q)を示している。燃料噴射パターンは、噴射時期、及び噴射量によって規定される燃料噴射の形態を示すものである。図2に示す燃料噴射パターンは、プレ噴射P1、メイン噴射P2、アフター噴射P3、及びポスト噴射P4を含んでいる。プレ噴射P1は、圧縮行程中に実行される。メイン噴射P2は、圧縮行程の上死点(TDC)に跨って噴射時期が設定される。アフター噴射P3は、膨張行程中に実行される。ポスト噴射P4は、排気行程中に実行される。プレ噴射P1は、着火性確保のために実行される。メイン噴射P2は、内燃機関1の出力軸11が所望の出力を発揮する主燃焼のために実行される。アフター噴射P3は、フィルタユニット7の入口、すなわち、酸化触媒14の入口温度を上昇させるために実行される。ポスト噴射P4は、フィルタ15の入口温度を上昇させるために実行される。アフター噴射P3、及びポスト噴射P4は、主に後述するフィルタ再生制御が実施される場合に実行される。フィルタ再生制御が実行されていない通常の運転状態にある場合は、プレ噴射P1と、メイン噴射P2とを合わせた噴射量を総噴射量Qtとする燃料噴射が実行される。
図1に戻り説明を続けると、ECU50は、内燃機関1の運転に関係する各種装置を制御する制御装置である。ECU50は、内燃機関1に配設された各種センサを含む各種装置に接続されている。ECU50は、コンピュータにより構成され、制御プログラムに従って演算処理する中央演算処理装置(CPU)と、制御プログラム、各種マップ、各種センサによって検出した検出値、及び演算結果を格納する各種メモリを備えている。
さらに、内燃機関1のECU50には、アクセルレバー16のアクセル開度信号と、手動再生ボタン17の再生有無の信号とが電気的に接続されている。アクセルレバー16は、内燃機関1の運転状態、例えば目標回転速度を変更するためのレバーである。また、手動再生ボタン17は、手動の操作によって、フィルタユニット7のフィルタ15を再生させるフィルタ再生制御を実行させる指示を行う入力装置である。
図1において、内燃機関1は、排気通路5における酸化触媒14の上流側に配設された第一の排気温度センサとしての初期排気温度センサ31及び触媒入口温度センサ32を備えている。内燃機関1は更に、排気通路5における酸化触媒14とフィルタ15との間に配設された第二の排気温度センサとしてのフィルタ入口温度センサ33をも備えている。初期排気温度センサ31は、排気スロットル弁6の上流側で排気通路5の排気ガス温度(以下、「初期排気温度T1」という。)を検出する。触媒入口温度センサ32は、初期排気温度センサ31の下流側で、フィルタユニット7の上流側に配置される。より具体的には、触媒入口温度センサ32は、排気タービン10aの下流側で、且つ酸化触媒14の上流側で、排気通路5内の排気ガスの温度(以下「触媒入口温度TC」という。)を検出する。フィルタ入口温度センサ33は、酸化触媒14の下流側、且つフィルタ15の上流側の排気ガスの温度(以下「フィルタ入口温度T2」という。)を検出する。なお、内燃機関1は、上記した温度センサの他、吸気ガス温度、EGRガス温度、冷却水温度、環境(外気)温度等を検出する各種温度センサも備えるが、ここでは省略している。
図1において、内燃機関1は、差圧センサ40を備えている。差圧センサ40は、フィルタ入口圧力センサ40a、及びフィルタ出口圧力センサ40bを備えている。フィルタ入口圧力センサ40aは、酸化触媒14の下流側且つフィルタ15の上流側で、排気通路5内の圧力を検出する。フィルタ出口圧力センサ40bは、フィルタ15の下流側で、排気通路5内の圧力を検出する。差圧センサ40は、フィルタ入口圧力センサ40a及びフィルタ出口圧力センサ40bに基づいて、フィルタ15の上流及び下流間の差圧を検出する。差圧センサ40によって検出される圧力値はECU50に伝達される。なお、内燃機関1は、前記差圧センサ40の他、吸気圧力センサ等も備えているが、ここでは省略している。
図1において、内燃機関1は、回転速度センサ51を備えている。回転速度センサ51は、出力軸11の回転速度(Ne)を検出する。
内燃機関1のフィルタ15に堆積するPMの堆積量を推定する方法について説明する。ECU50は、2通りの推定方法に基づいて、堆積量を推定することができる。2通りの推定方法は、計算式推定方法、及び差圧式推定方法である。
計算式推定方法は、内燃機関1の運転条件に基づいて、堆積量を推定する方法である。計算式推定方法では、内燃機関1の運転条件に基づいてPM排出量、及びPM再生量が推定され、得られたPM排出量、及びPM再生量に基づいて堆積量が推定される。PM排出量は、単位時間において、内燃機関1から排出されるPMの量を示している。PM再生量は、単位時間において、アフター噴射、及びポスト噴射を伴わずにフィルタ15の再生がなされる自己再生によりフィルタ15から除去されるPMの量を示している。よって、堆積量は、PM排出量からPM再生量を減じることによって得られる。PM排出量、及びPM再生量は、いずれも、内燃機関の運転条件に基づいて推定される。PM排出量は基本的に、回転速度Ne及び1サイクルの総噴射量Qtに基づいて推定される。PM再生量は排気ガスの流量、及びフィルタ入口温度センサ33によって検出されるフィルタ入口温度T2に基づいて推定される。
上記したPM排出量、PM再生量を推定する際には、内燃機関の運転条件として各種温度パラメータ、各種圧力パラメータを考慮することができる。各種温度パラメータには、初期排気温度センサ31、触媒入口温度センサ32、及びフィルタ入口温度センサ33に加え、図示しない環境(外気)温度センサ、吸気ガス温度センサ、及びEGRガス温度センサ等によって検出される温度情報を含むことができる。各種圧力パラメータには、差圧センサ40に加え、図示しない環境(外気)圧力センサ、吸気マニホールド2b内の吸気圧力センサ、排気マニホールド5b内の排気圧力センサ、及びフィルタユニット7の入口圧力センサ等によって検出される圧力情報を含むことができる。フィルタ入口温度T2が、フィルタ15が再生される温度(例えば400℃)以上である場合には、フィルタ15が再生されることから、フィルタが再生されている運転条件の継続時間等に基づいて、PM再生量を算出することができる。
差圧式推定方法は、差圧センサ40によって検出されるフィルタ15の上流の圧力と下流の圧力との差圧に基づいて、堆積量を推定する方法である。堆積量が増加するにつれてフィルタ15の目詰まりが増加し、フィルタ15の差圧が大きくなる。逆に、堆積量が低下するにつれてフィルタ15の差圧が小さくなる。つまり、差圧式推定方法は、差圧と堆積量との間の相関関係を利用して、堆積量を推定する。なお、厳密には、堆積量は、差圧センサ40によって得られる差圧に、排気ガスの流量による補正を加えることによって、より正確に推定される。排気ガスの流量は、内燃機関の運転条件に基づいて推定される。なお、上記した計算式推定方法、及び差圧式推定方法は、周知技術であることから、ここでは、その詳細についての説明は省略する。
フィルタ15の再生について説明する。フィルタ15の再生は、酸素によるPMの燃焼、及び二酸化窒素によるPMの酸化によって行われる。燃焼または酸化により、フィルタ15に堆積したPMが除去される。酸素によるPMの燃焼は、PMの自己着火による燃焼を示している。自己着火は、PMの温度がPMの燃焼温度(例えば600℃)を超える場合に発生する。二酸化窒素はPMに対して酸化剤として機能する。酸化触媒14の温度が所定の活性化温度(例えば300℃)を超えると、酸化触媒14が活性化し、排気ガス中の窒素酸化物から高活性な二酸化窒素が生成される。フィルタ15は酸化触媒14の下流側に設けられているので、酸化触媒14の周辺で生成された二酸化窒素がフィルタ15を通過する。このため、フィルタ15に堆積したPMが酸化され、除去される。なお、触媒入口温度TCが高温(例えば550℃)以上になると、二酸化窒素が生成されなくなるため、酸素による燃焼のみによって再生が行われる。
触媒入口温度TCが触媒14の活性化温度よりも低い場合、二酸化窒素による酸化、及び酸素による燃焼は発生しない。したがって、フィルタ入口温度T2も、PMの燃焼温度まで高められない。このため、この状態においてフィルタ15の堆積量が所定の限界値に達した場合は、強制的にフィルタ15の再生を行うためのフィルタ再生制御が必要となる。フィルタ再生制御が必要になった場合、内燃機関1は、触媒入口温度TC、及びフィルタ入口温度T2を高めるために、燃料噴射パターンの変更を行う。具体的には、膨張行程において燃焼室12に燃料を噴射するアフター噴射P3を実行する。この結果、燃焼室12から排出される排気ガスの温度が高められ、触媒入口温度TCを上昇させることができる。さらに、アフター噴射P3の後、膨張行程後半に燃焼室12に燃料を噴射するポスト噴射P4を実行する。これにより、ポスト噴射P4によって供給された燃料が、酸化触媒14において燃焼し、フィルタ入口温度T2を、触媒入口温度TCに対して大きく上昇させることができる。
図3は、運転条件に応じたフィルタ15の自己再生領域R3、再生可能領域R2、及び再生不可能領域R1を例示的に示す図である。図3において、横軸は内燃機関1の回転速度Neを示しており、縦軸は負荷(トルク)を示している。図3には、内燃機関1の出力特性カーブが描かれており、この出力特性カーブ内の領域が、自己再生領域R3、再生可能領域R2、及び再生不可能領域R1に分割されている。第1境界線L1は、自己再生領域R3と再生可能領域R2との境界を示している。第2境界線L2は、再生可能領域R2と再生不可能領域R1との境界を示している。第1境界線L1は、プレ噴射P1、メイン噴射P2のみに基づく通常運転における触媒入口温度TCが活性化温度(例えば300℃)となる回転速度−トルクカーブを示している。つまり、自己再生領域R3は、触媒入口温度TCが活性化温度以上となる領域を示している。回転速度Ne、及び負荷が自己再生領域R3内にあるときは、特別な制御を行うことなくフィルタ15が自己再生される。つまり、自己再生領域R3は、フィルタ再生制御を実施せずともフィルタ15が再生される領域を示している。第2境界線L2は、通常運転における触媒入口温度TCが再生下限限界温度にあるときの回転速度−トルクカーブを示している。再生可能領域R2は、触媒入口温度TCが酸化触媒14の活性化温度よりも低く、再生下限限界温度以上である領域を示している。すなわち、回転速度Ne及び負荷が再生可能領域R2内にあるとき、アフター噴射P3、及びポスト噴射P4のいずれかを実行することにより、フィルタ15を再生することができる。回転速度Ne及び負荷が再生不可能領域R1内にあるとき、アフター噴射P3、ポスト噴射P4のいずれを実行しても、フィルタ15の再生は不可能である。なお、回転速度NeがNr以上である領域には、再生不可能領域は存在せず、自己再生、フィルタ再生制御のいずれかによって再生が可能である。
本実施形態の内燃機関1におけるフィルタ再生制御について、以下に説明する。ECU50によって実行されるフィルタ再生制御は、リセット再生モード、手動指示再生モード、を含む。リセット再生モードは、上記したフィルタ15に堆積するPMの堆積量を推定する方法(計算式推定方法、及び差圧式推定方法)に基づいて捕捉限界に達したことが検知された場合、或いは、フィルタ再生制御が実施されずになされた連続運転時間が所定の時間(例えば100時間)を超えた場合等において、ECU50によりフィルタ再生制御が必要である旨判断され、フィルタ再生制御が実行される。また、手動指示再生モードは、オペレータが操作する手動再生ボタン17がONになることにより開始する。
リセット再生モードは、アフター噴射P3、ポスト噴射P4を使用してフィルタ15を急速に再生するための制御モードである。リセット再生モードでは、フィルタ入口温度T2を上昇させるように燃料噴射パターンが設定される。図2に示されるように、リセット再生モードにおける燃料噴射パターンは、プレ噴射P1、メイン噴射P2、アフター噴射P3、及びポスト噴射P4からなっている。アフター噴射P3が実行されることにより触媒入口温度TCが活性化温度まで上昇させられ、ポスト噴射P4が実行されることで、酸化触媒14で燃料が燃焼する。この結果、排気ガスが更に加熱され、触媒入口温度TCに対して、さらにフィルタ入口温度T2が上昇して、フィルタ15に堆積したPMが除去され、フィルタ15が再生される。
リセット再生モードは、堆積量がほとんどゼロになるように、PMの燃焼開始温度よりも高いリセット目標温度(例えば600℃)にフィルタ入口温度T2を到達させることを目的とする。フィルタ入口温度T2がリセット目標温度に到達すると、フィルタ15が比較的短時間で再生される。ただし、フィルタ入口温度T2が高くなりすぎると、フィルタ15が溶けたり、割れてしまったりするおそれがある。このため、リセット再生モードの実行時間は短時間である所定時間(例えば30分)になるように設定される。なお、リセット再生モードでは、内燃機関1の搭載車両の作業の実行が許可されており、回転速度Neの変動が想定される。このため、回転速度Neが低く保たれている場合、フィルタ入口温度T2がリセット目標温度に到達しない場合が想定され、フィルタ15の再生が不十分のまま完了する場合がある。
手動指示再生モードは、オペレータが手動再生ボタン17を操作してフィルタ再生制御が実行されるモードである。上記したフィルタ15に堆積するPMの堆積量を推定する方法によってフィルタに捕捉されるPMが限界値に達した場合は、オペレータに図示しない報知手段により報知される。これに基づき、オペレータは、適宜のタイミングで作業車両を停止し、手動再生ボタン17を操作して、手動指示再生モードを実行する。
手動指示再生モードは、内燃機関1の回転速度Neを所定回転速度Nrに維持し、且つアフター噴射P3、ポスト噴射P4を使用して、フィルタ15を急速に再生するための制御モードである。手動指示再生モードでは、フィルタ入口温度T2を上昇させるように燃料噴射パターンが設定され、かつ目標回転速度が所定回転速度Nrに維持される。つまり、手動指示再生モードでは、リセット再生モードにおいて実行される制御に加えて、回転速度Neが固定される。所定回転速度Nrは、図3に示す回転速度Nrであり、例えば2200rpmである。手動指示再生モードでの制御条件は、フィルタ入口温度T2が燃焼温度(例えば400℃)よりも高い手動再生時目標温度(例えば600℃)に到達するように設定されている。本実施形態では、手動再生時目標温度は、上記したリセット目標温度に等しい。
手動指示再生モードの実行時間は、上記したリセット再生モードと同様の理由により、実行時間が比較的短い所定時間(例えば30分)に設定される。手動指示再生モードでは、内燃機関1の回転速度NeがNrに固定されるため、フィルタ15に堆積していたPMをリセット再生モードに対してより確実に除去することが可能である。
上記した、リセット再生モード、及び手動指示再生モードにおいては、上記したような燃料噴射パターンが実施されると共に、吸気スロットル弁3の開度を絞る吸気絞りも併せて実行されることが好ましい。吸気絞りを実施することで、内燃機関1に掛かる負荷が増大され、メイン噴射P2の量が増大させられる。これにより、触媒入口温度TCの温度をより上昇させることができる。また、リセット再生モード、及び手動指示再生モードが実施されている状態では、EGR弁9を閉弁し、EGR通路8に燃料(未燃炭化水素)が付着することを防止する。なお、フィルタ再生制御は、上記したリセット再生モード、及び手動指示再生モードを備えることに限定されるものではなく、リセット再生モード、及び手動指示再生モードに加えて、運転条件、PM堆積量を考慮して、アフター噴射P3、及びポスト噴射P4のいずれかのみを実施する別のモードを設定することを妨げない。
図4乃至図7に基づいて、フィルタ再生制御時に実行される噴射パターンの設定と、アフター噴射量、ポスト噴射量の学習について説明する。
図4は、フィルタ再生制御が実行される際にアフター噴射量QA、及びポスト噴射量QPを設定する制御ロジックの概略を示すブロック図である。ECU50は、図4に示される制御ロジックに基づいて、アフター噴射量QA、及びポスト噴射量QPを算出する。概略的には、アフター噴射量QAは、アフター基本量QA0にアフター補正量QA1を加えることによって得られる。同様に、ポスト噴射量QPは、ポスト基本量QP0にポスト補正量QP1を加えることによって得られる。図4に示す制御ロジックに記載の通り、排気温度ガバナ部150は、アフター補正量QA1、及びポスト補正量QP1を作成する。なお、図示は省略するが、アフター噴射量QA、及びポスト噴射量QPは、適宜リミット処理を受ける。つまり、アフター噴射量QA、及びポスト噴射量QPのそれぞれに対して、フィルタ入口温度T2の過剰な昇温を防止するために、又はTHC(炭化水素)の放出を防止するために、上限値が設定される。
アフター噴射量QAの設定について説明する。まず、アフター基本量QA0が、内燃機関1の回転速度Neと、通常運転時の総噴射量Qtとに基づいてアフター噴射量マップM1を参照して決定される。総噴射量Qtは、通常運転時に設定される燃料噴射パターンにおける燃料の総噴射量を意味している。通常運転時には、アフター噴射P3、及びポスト噴射P4は行われないため、総噴射量Qtは、プレ噴射P1、及びメイン噴射P2によって噴射される噴射量の和であり、内燃機関1の出力トルクに対応する。
ECU50は、アフター噴射量マップM1を記憶している。アフター噴射量マップM1の例を図5に示す。アフター噴射量マップM1は、回転速度Neと、総噴射量Qtと、A1、A2、A3で示されるアフター基本量QA0との対応関係を示している。アフター基本量QA0は、例えば、5−10mm3/stの間で設定される。また、A1、A2、A3は、A1>A2>A3のような大小関係をもって設定される。アフター噴射量マップM1は、内燃機関1の排気通路5上において、排気マニホールド5bにフィルタユニット7が最も近づけられた状態、すなわち、最も酸化触媒14、フィルタ15が昇温しやすい構成を想定して定められる基本マップである。
排気温度ガバナ部150には、上述した各種センサの検出値を含む各種運転条件パラメータが入力され、各種運転条件パラメータに基づく算出値に基づいて、アフター補正量QA1を特定する。各種運転条件パラメータは、初期排気温度T1、触媒入口温度TC、及びフィルタ入口温度T2、環境(外気)温度、及び大気圧、さらには、ECU50によって算出される排気ガスの空気過剰率、及び排気ガス流量等を含むことができる。これらの運転条件と実験等によって定めたマップ等を用いてアフター補正量QA1が算出される。なお、排気ガスの空気過剰率の演算、排気ガス流量の演算は、周知であるため、ここではその詳細については省略する。このようにして算出されたアフター補正量QA1が、アフター基本量QA0に加算され、アフター噴射量QAが設定される。なお、アフター補正量QA1にも適宜上限値が設定され、最終的に算出されるアフター噴射量QAが所定の上限値を超えないように制限を受けるようにすることが好ましい。
ポスト噴射量QPの設定について説明する。まず、ポスト基本量QP0が、内燃機関1の回転速度Neと、通常運転時の総噴射量Qtとに基づいてポスト噴射量マップM2を参照して決定される。ECU50は、ポスト噴射量マップM2を記憶している。ポスト噴射量マップM2の例を図6に示す。ポスト噴射量マップM2は、回転速度Neと、総噴射量Qtと、B1、B2、B3で示すポスト基本量QP0との対応関係を示している。ポスト基本量QP0を示すB1、B2、B3は、例えば、5−10mm3/stの間で設定される。また、B1、B2、B3は、B1>B2>B3のような大小関係をもって設定される。ポスト噴射量マップM2は、アフター噴射量マップM1と同様に、内燃機関1の排気通路5上において、排気マニホールド5bにフィルタユニット7が最も近づけられた状態、すなわち、最も酸化触媒14、フィルタ15が昇温しやすい構成を想定して定められる基本マップである。
排気温度ガバナ部150には、上述した各センサ入力値を含む各種運転条件パラメータが入力され、各種運転条件パラメータに基づく算出値に基づいて、ポスト補正量QP1を作成する。各種運転条件パラメータには、初期排気温度T1、触媒入口温度TC、及びフィルタ入口温度T2、環境(外気)温度、及び大気圧、さらには、ECU50によって算出される排気ガスの空気過剰率、及び排気ガス流量を含むことができる。最後に、ポスト噴射量QPが、ポスト基本量QP0にポスト補正量QP1を加えることによって得られる量に設定される。なお、ポスト補正量QP1にも適宜上限値が設定され、最終的に算出されるポスト噴射量QPが所定の上限値を超えないように制限を受けるようにすることが好ましい。
ECU50によって、リセット再生モード、手動指示再生モードのいずれかが実施される際には、図4に示された制御ロジックに基づいてアフター噴射量QA、ポスト噴射量QPが算出され、プレ噴射P1、メイン噴射P2と共に、アフター噴射P3、ポスト噴射P4が実行される。
図7を参照しながら、アフター噴射量QA、及びポスト噴射量QPの学習について説明する。図7は、アフター噴射量QA、及びポスト噴射量QPを算出するために参照されるアフター噴射量マップM1、ポスト噴射量マップM2の学習を実施する制御フローである。この制御フローは、上記した燃料噴射パターンに基づく燃料噴射制御とは別に、所定時間毎に繰り返し実施されるものであり、ECU50によって実行される。図7に示す制御フローが開始される際には、制御フローで使用される学習フラグF1、F2はいずれも0に設定されている。
図7に示す学習制御が開始されると、ステップS1が実行される。ステップS1では、内燃機関1の運転状態が、フィルタ再生制御を実施している再生運転中か否か、が判定される。再生運転中でない場合(No)と判定されたならば、ステップS1に戻る。ステップS1で、再生運転中である(Yes)と判定されたならば、ステップS2が実行される。ステップS2では、フィルタ再生制御中の初期排気温度T1が、初期排気温度T1の目標値として設定される所定の第一温度(以下、T1目標値という)未満であるか否か、が判定される。なお、このステップS2において使用される初期排気温度T1は、フィルタ再生制御が開始されてから、初期排気温度T1がある程度安定する所定時間、例えば、5分程度経過した状態の初期排気温度T1が採用される。初期排気温度T1が、T1目標値(Yes)未満であると判定されたならば、ステップS8が実行される。ステップS8では、アフター噴射量マップM1を更新するための学習フラグF1を1とする。ステップS8が実行されたならば、ステップS6が実行される。ステップS6では、オペレータにより内燃機関停止の指示がなされた(内燃機関停止)か否か、が判定される。ステップS6で内燃機関停止の指示がなされていない(No)と判定されたならば、ステップS1に戻る。
ステップS6が実行され、内燃機関停止(Yes)と判定されたならば、ステップS7のマップ学習が実行される。ステップS7では、現在のアフター噴射量マップM1に関する学習フラグF1、及びポスト噴射量マップM2に関する学習フラグF2の値が参照される。ステップS7は、学習フラグF1が0である場合はマップM1の学習を実施せず、F2が0である場合は、ポスト噴射量マップM2の学習を実施しない。一方で、学習フラグF1が1である場合はアフター噴射量マップM1の学習を実施し、F2が1である場合は、ポスト噴射量マップM2の学習を実施する処理を行う。上記したように、ステップS8においてアフター噴射量マップM1に関する学習フラグF1が1とされている場合は、アフター噴射量マップM1の学習を実施する。アフター噴射量マップM1の学習は、アフター噴射量QAが増量されるようにアフター噴射量マップM1を更新する。より具体的には、アフター噴射量マップM1に規定されているアフター基本量QA0の各値、すなわち、A1、A2、A3に対して、例えば、0.5mm3/stが加算され、ECU50に格納されているアフター噴射量マップM1の値が更新される。1回の学習によって増量される量は、元々A1、A2、A3として設定される値に対して微少な値、例えば10%程度の値に制限されることが好ましい。これによって、図4に基づいて説明した制御ロジックによって参照されるアフター噴射量マップM1の値が少しずつ増量されるように学習され、アフター噴射量マップM1を参照して得られるアフター基本量QA0の値が変更される。また、ここでは、ポスト噴射量マップM2を更新するための学習フラグF2は0であるので、ポスト噴射量マップM2は更新されない。
ステップS2に戻り説明を続けると、ステップS2において、フィルタ再生制御中の初期排気温度T1の温度がT1目標値以上であると判定された(Yes)の場合は、ステップS3が実行され、アフター噴射量マップM1の学習フラグF1を0とする。ここで、フィルタ再生制御中の初期排気温度T1の温度がT1目標値以上になることは、アフター噴射量の学習が完了したことを意味する。仮に前回制御フローが実施された際に学習フラグF1が1であったとしても、ステップS3が実行されることにより、学習フラグF1は0に更新される。こうして、アフター噴射量の学習が完了していることが判定され、ステップS3が実行されたならば、ステップS4が実施される。ステップS4では、フィルタ入口温度T2が、フィルタ入口温度T2の目標値として設定される所定の第二温度(以下、T2目標値という)未満であるか否か、が判定される。なお、このステップS4において使用されるフィルタ入口温度T2は、フィルタ再生制御が開始されてから、フィルタ入口温度T2がある程度安定する所定時間、例えば5分程度経過した状態のフィルタ入口温度T2が採用される。フィルタ入口温度T2が、T2目標値未満である(Yes)と判定されたならば、ステップS9が実行される。ステップS9では、ポスト噴射量マップM2の学習フラグF2を1とする。ステップS9が実行されたならば、ステップS6が実行される。ステップS6では、オペレータにより内燃機関停止の指示がなされた(内燃機関停止)か否か、を判定する。ステップS6で内燃機関停止の指示がなされていない(No)と判定されたならば、ステップS1に戻る。
ステップS6が実行され、内燃機関停止(Yes)と判定されたならば、上記したステップS7のマップ学習が実行される。ステップS4、ステップS9を経てステップS7が実行される場合、アフター噴射量マップM1に関する学習フラグF1はステップS3において0とされていることから、アフター噴射量マップM1の学習は実施されない。他方、ポスト噴射量マップM2の学習フラグF2は、ステップS9において1とされていることから、ポスト噴射量マップM2は、ポスト噴射量QPが増量されるように学習される。より具体的には、ポスト噴射量マップM2に規定されているポスト基本量QP0の値、B1、B2、B3の各値に対して、例えば、0.5mm3/stが加算され、ECU50に格納されているポスト噴射量マップM2の値が更新される。上記したアフター噴射量マップM1の学習と同様に、1回の更新によって増量される量は、元々B1、B2、B3として設定される値に対して微少な値、例えば10%程度の値に制限されることが好ましい。これによって、図4に基づいて説明した制御ロジックによって参照されるポスト噴射量マップM2の値が少しずつ増量されるように更新され、以降、ポスト噴射量マップM2を参照して得られるポスト基本量QP0の値が徐々に変更される。ステップS7が実行されたならば、制御フローは一旦終了(END)する。
上記したように、本実施形態に係る内燃機関1のアフター噴射量マップM1、及びポスト噴射量マップM2の学習は、内燃機関停止を待って実行されることが好ましい。図4に基づき説明したように、アフター噴射量QA、ポスト噴射量QPの制御ロジックにおいて、初期排気温度T1、触媒入口温度TC、及びフィルタ入口温度T2等を含む運転条件パラメータに基づきアフター補正量QA1、ポスト補正量QP1を算出し、アフター補正量QA1、ポスト補正量QP1に基づいて、アフター基本量QA0、ポスト基本量QP0が補正される。仮に、内燃機関停止を待たずにアフター噴射量マップM1、ポスト噴射量マップM2の値を更新する場合、アフター基本量QA0、ポスト基本量QP0が再生制御中に変更され、所望の温度に制御することが困難になるおそれがある。その点、本実施形態では、内燃機関停止を待ってアフター噴射量マップM1、ポスト噴射量マップM2が少しずつ増量されるように更新されるため、そのような問題が生じることが防止される。
本実施形態に係る内燃機関1によれば、内燃機関の運転、停止が複数回繰り返されることで、徐々にアフター噴射量マップM1、ポスト噴射量マップM2が学習によって更新され、内燃機関1を含んで構成される作業車両の排気通路のレイアウト、フィルタユニットの配置に関わらず、アフター噴射量マップM1、ポスト噴射量マップM2が自動的に適合される。これにより、アフター基本量QA0、ポスト基本量QP0を特定するためのマップを、排気通路のレイアウト、フィルタユニットの配置に応じて、その都度適合させる工程を省略することができる。
本実施形態では、図7に示す制御フローから理解されるように、ポスト噴射量マップM2の学習は、ステップS2によって、初期排気温度T1が、T1目標値以上となった後に実行可能になる。すなわち、ポスト噴射量マップM2の学習は、アフター噴射量マップM1の学習が完了した後に実施される。これにより、アフター噴射量QAが不十分で酸化触媒14の昇温が十分になされないまま、ポスト噴射量QPが増量される学習が実行されることが防止される。
上記した図7に示す制御フローでは、ステップS6において、オペレータにより内燃機関停止の指示がなされた(内燃機関停止)と判定した場合に、アフター噴射量、及びポスト噴射量の学習を実行する例について説明を行ったが、これに加え、又はこれに代えて、図8に示す他の制御フローを実施することができる。図8の制御フローは、図7の制御フローに対し、ステップS6において、フィルタ再生制御が終了(再生終了)したか否か、を判定する点のみが異なっている。
図8を参照しながら、他の制御フローについて説明する。図8に示す制御フローも、図7に示す制御フローと同様に、所定時間毎に繰り返し実施されるものであり、ECU50によって実行される。なお、ステップS1−ステップS5、及びステップS7−ステップS9は、図7に示す制御フローと同様であるので、詳細な説明は省略する。
図8に示す制御フローが開始され、ステップS2からステップS8に進み、ステップS8が実行された後、ステップS6が実行される。図8のステップS6では、フィルタ再生制御が終了した(再生終了)か否か、が判定される。ステップS6でフィルタ再生制御が終了していない(No)と判定されたならば、ステップS1に戻る。
ステップS6が実行され、フィルタ再生制御が終了した(Yes)と判定されたならば、ステップS7のマップ学習が実行される。上記したように、ステップS8を経てステップS6が実行される場合は、学習フラグF1が1とされていることから、ステップS7では、ポスト噴射量マップM2の学習は実施されず、アフター噴射量マップM1の学習が実施される。上記したように、アフター噴射量マップM1の学習は、アフター噴射量マップM1で特定される値を少しずつ増量する。これによって、図4に基づいて説明した制御ロジックにおいてアフター噴射量マップM1を参照して得られるアフター基本量QA0の値が徐々に変更される。
ステップS4、及びステップS9を経てステップS6においてフィルタ再生制御が終了した(Yes)と判定された場合は、図7の制御フローと同様に、ステップS7において、アフター噴射量マップM1の学習は実施されず、ポスト噴射量マップM2の学習が実施される。これによって、図4に基づいて説明したポスト噴射量マップM2の値が、フィルタ再生制御が終了する毎に少しずつ増量され、以降、ポスト噴射量マップM2を参照して得られるポスト基本量QP0の値が徐々に変更される。このように、図8に示す他の制御フローに基づいてアフター噴射量マップM1の学習、及びポスト噴射量マップM2の学習が実行されることによっても、アフター噴射量、ポスト噴射量が自動的に適合される。
上記した実施形態に係る内燃機関1に限定されず、本発明の技術的範囲に含まれる限り、種々の変形例が提供される。
上記した内燃機関1において実施される噴射パターンは、4回の噴射(プレ噴P1、メイン噴射P2、アフター噴射P3、ポスト噴射P4)によって構成されている。しかし、これに限定されず、アフター噴射P3、ポスト噴射P4は、さらに分割されて噴射されるものであってもよい。
上記した実施形態によって提供されるアフター噴射量マップM1は、A1、A2、A3によって設定され、ポスト噴射量マップM2は、B1、B2、B3によって設定されていたが、これに限定されず、さらに細分化された噴射量で設定されていてもよい。また、アフター噴射量、及びポスト噴射量の学習は、上記したアフター噴射量マップM1、及びポスト噴射量マップM2に基づいて実施するものに限定されず、例えば、マップ等によらずに、アフター噴射の基本噴射量、及びポスト噴射の基本噴射量を簡易な演算式等により定めるように設定し、学習の実施によって、これら基本噴射量を徐々に増量するものであってもよい。
上記した実施形態では、制御フローによってアフター噴射量マップM1の学習を実施すべく、排気通路5における酸化触媒14の上流側に配設された第一の排気温度センサとして、初期排気温度センサ31を使用し、図7に示す制御フローのステップS2において、初期排気温度センサ31によって検出される初期排気温度T1を用いて判定を行った。しかし、本発明はこれに限定されず、排気通路5における酸化触媒14の上流側に配設された第一の排気温度センサとして、触媒入口温度センサ32を使用し、触媒入口温度センサ32によって検出される触媒入口温度TCによって、ステップS2における判定を行ってもよい。その際は、触媒入口温度TCに対し、所定の第一温度として触媒入口温度TCの目標値(TC目標値)を設定し、触媒入口温度TCがTC目標値未満であるか否かの判定を行うようにすればよい。
図7、及び図8に示す制御フローは本発明を説明するための一実施形態にすぎず、これに限定されない。例えば、ECU50がフィルタ再生制御の終了、内燃機関の停止等の信号を検知した場合に、ECU50が実行している制御プログラムに対して割込処理を実施することにより、図7、及び図8のステップS7に基づき説明した学習を行う様にしてもよい。