JPWO2009090941A1 - Fuel injection control device for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

インジェクタからのメイン噴射が行われた後、気筒内温度が、燃料の自着火温度以上であって、且つエキゾーストヒート噴射を実行した際における燃料の燃焼速度が所定速度以下である期間内に、エキゾーストヒート噴射を実行する。エキゾーストヒート噴射として、複数回のエキゾーストヒート分割噴射を行い、エキゾーストヒート分割噴射1回当たりの噴射量をインジェクタの最小限界噴射量に設定することで、各エキゾーストヒート分割噴射量を抑制し、燃料の着火性を良好に確保する。After the main injection from the injector is performed, the exhaust temperature is within a period in which the temperature in the cylinder is equal to or higher than the self-ignition temperature of the fuel and the combustion speed of the fuel when the exhaust heat injection is performed is equal to or lower than a predetermined speed. Perform heat injection. As exhaust heat injection, multiple exhaust heat split injections are performed, and by setting the injection amount per exhaust heat split injection to the minimum limit injection amount of the injector, each exhaust heat split injection amount is suppressed, Ensure good ignitability.

Description

本発明は、ディーゼルエンジンに代表される内燃機関の燃料噴射制御装置に係る。特に、本発明は、内燃機関の排気系に備えられた排気浄化用触媒を活性温度まで上昇させるために燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射形態の改良に関する。   The present invention relates to a fuel injection control device for an internal combustion engine represented by a diesel engine. In particular, the present invention relates to an improvement in the injection mode of fuel injected from a fuel injection valve in order to raise an exhaust purification catalyst provided in an exhaust system of an internal combustion engine to an activation temperature.

従来から周知のように、自動車用エンジン等として使用されるディーゼルエンジンでは、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じて、燃料噴射弁(以下、インジェクタと呼ぶ場合もある)からの燃料噴射時期や燃料噴射量を調整する燃料噴射制御が行われている。   2. Description of the Related Art As is well known, in a diesel engine used as an automobile engine or the like, a fuel injection valve (hereinafter referred to as an injector) is selected in accordance with operating conditions such as engine speed, accelerator operation amount, cooling water temperature, and intake air temperature. In some cases, fuel injection control is performed to adjust the fuel injection timing and fuel injection amount.

上記ディーゼルエンジンの燃焼は、予混合燃焼と拡散燃焼とによって成り立っている。燃料噴射弁からの燃料噴射が開始されると、まず燃料の気化拡散により可燃混合気が生成される(着火遅れ期間)。次に、この可燃混合気が燃焼室の数ヶ所でほぼ同時に自己着火し、急速に燃焼が進む(予混合燃焼)。さらに、燃焼室内への燃料噴射が継続され、燃焼が継続的に行われる(拡散燃焼)。その後、燃料噴射が終了した後にも未燃燃料が存在するため、しばらくの間、熱発生が続けられる(後燃え期間)。   The combustion of the diesel engine is composed of premixed combustion and diffusion combustion. When fuel injection from the fuel injection valve is started, a combustible air-fuel mixture is first generated by fuel vaporization and diffusion (ignition delay period). Next, this combustible air-fuel mixture self-ignites almost simultaneously in several places in the combustion chamber, and the combustion proceeds rapidly (premixed combustion). Further, fuel injection into the combustion chamber is continued, and combustion is continuously performed (diffusion combustion). Thereafter, since unburned fuel exists even after the fuel injection is completed, heat generation is continued for a while (afterburn period).

ところで、この種のディーゼルエンジンの排気系には、排気浄化のための触媒が配設されている。この排気浄化用の触媒としては、例えば酸化触媒や三元触媒やリーンNOx触媒などが知られているが、いずれの触媒の場合も、高い浄化率を得るためには所定の活性温度以上に昇温されている必要がある。つまり、この活性温度よりも低温である状況では、触媒の浄化率が極めて低くなったり、排気浄化機能が発揮されないことになる。   Incidentally, an exhaust system of this type of diesel engine is provided with a catalyst for exhaust purification. As the exhaust purification catalyst, for example, an oxidation catalyst, a three-way catalyst, a lean NOx catalyst, and the like are known. In any case, in order to obtain a high purification rate, the temperature is raised to a predetermined activation temperature or higher. It needs to be warm. That is, in a situation where the temperature is lower than the activation temperature, the catalyst purification rate becomes extremely low, and the exhaust purification function is not exhibited.

そのため、エンジンの冷間始動時や軽負荷運転時などのように排気ガス温度が比較的低い運転状態では、十分な排気浄化が行えないといった状況に陥ってしまう可能性がある。特に、ディーゼルエンジンの場合、気筒内の空燃比はリーン(例えばA/F=30程度)であって膨張行程では希薄燃焼が行われているために、ガソリンエンジンに比べて排気温度が低くなっている。このため、触媒の昇温速度が緩慢であって、上記触媒の活性化が迅速に行われない状況が生じやすいものである。   Therefore, there is a possibility that a sufficient exhaust purification cannot be performed in an operation state in which the exhaust gas temperature is relatively low, such as when the engine is cold started or during a light load operation. In particular, in the case of a diesel engine, the air-fuel ratio in the cylinder is lean (for example, about A / F = 30), and lean combustion is performed in the expansion stroke, so the exhaust temperature is lower than that in a gasoline engine. Yes. For this reason, the rate of temperature increase of the catalyst is slow, and a situation in which activation of the catalyst is not performed quickly tends to occur.

この点に鑑み、例えば下記の特許文献1に開示されているように、排気系における触媒の上流側に還元剤添加弁を設けておき、この還元剤添加弁から触媒に向けて燃料を供給(燃料添加)することにより、この燃料を触媒上やその周辺部で燃焼させ、触媒温度(触媒床温)を活性温度まで昇温させる技術が知られている。また、下記の特許文献2に開示されているように、エンジンの膨張行程の後に、インジェクタから燃料噴射(一般にポスト噴射と呼ばれている)を行って、この燃料を噴霧状態で排気系に供給し、上述した燃料添加の場合と同様に、燃料を触媒上やその周辺部で燃焼させて触媒温度を活性温度まで昇温させることも知られている。
特開2001−327838号公報 特開2004−308509号公報 特開2004−68606号公報
In view of this point, for example, as disclosed in Patent Document 1 below, a reducing agent addition valve is provided upstream of the catalyst in the exhaust system, and fuel is supplied from the reducing agent addition valve toward the catalyst ( A technique is known in which the fuel is burned on or around the catalyst to increase the catalyst temperature (catalyst bed temperature) to the activation temperature. Further, as disclosed in Patent Document 2 below, after the expansion stroke of the engine, fuel injection (generally called post injection) is performed from the injector, and this fuel is supplied to the exhaust system in a sprayed state. As in the case of the fuel addition described above, it is also known that the fuel is burned on or around the catalyst to raise the catalyst temperature to the activation temperature.
JP 2001-327838 A JP 2004-308509 A JP 2004-68606 A

上述した燃料添加やポスト噴射によって触媒温度を昇温させるためには、この供給された燃料が着火できるだけの熱量が排気系に存在していることが必要である。ところが、エンジンの冷間始動直後などにあっては、排気系に存在する熱エネルギは僅かであって、この状態で上記燃料添加やポスト噴射によって排気系に燃料(噴霧)を供給しても、この燃料は着火することがない。その結果、触媒温度を活性温度まで昇温することができないばかりでなく、無駄な燃料供給が行われることで、燃料消費率の悪化を招いたり、この燃料がそのまま大気中に放出され、排気エミッションの悪化に繋がってしまうことも懸念される。   In order to raise the catalyst temperature by the above-described fuel addition or post-injection, it is necessary for the exhaust system to have a quantity of heat sufficient to ignite the supplied fuel. However, immediately after the cold start of the engine or the like, the heat energy existing in the exhaust system is very small. Even if fuel (spray) is supplied to the exhaust system by the fuel addition or post injection in this state, This fuel does not ignite. As a result, not only the catalyst temperature cannot be raised to the activation temperature, but also wasteful fuel supply causes a deterioration in the fuel consumption rate, or this fuel is released into the atmosphere as it is and exhaust emissions are reduced. There is also concern that this will lead to deterioration.

このような燃料添加やポスト噴射によって排気系に供給された燃料の着火性を良好に確保するための対策として、燃焼室内から排出される排気(燃焼ガス)の温度が高く得られるようにしておくことが考えられる。例えば、メイン噴射での燃料噴射量を多く設定するものである。   As a measure for ensuring good ignitability of the fuel supplied to the exhaust system by such fuel addition or post injection, the temperature of the exhaust gas (combustion gas) exhausted from the combustion chamber is made high. It is possible. For example, a large amount of fuel injection in the main injection is set.

しかしながら、このメイン噴射での燃料噴射量を増量した場合、この燃料の燃焼に伴って発生する運動エネルギがエンジンのトルクを必要以上に増大させることになり、つまり、燃料増量分だけエンジンのトルクが増大することになり、エンジンに適切なトルクを得ることができなくなってしまう。その結果、ドライバビリティが悪化するなどの不具合を生じてしまう。また、この燃料噴射量の増量に伴い、噴射燃料の貫徹力(ペネトレーション)が高くなって、シリンダ内壁面にまで達する可能性があり、この場合、シリンダ内壁面に達した燃料による潤滑油の希釈や、燃料の着火性の悪化に起因したスモークの発生が懸念される状況となる。   However, when the fuel injection amount in the main injection is increased, the kinetic energy generated by the combustion of the fuel increases the engine torque more than necessary, that is, the engine torque is increased by the fuel increase amount. As a result, the engine torque cannot be obtained. As a result, problems such as deterioration of drivability occur. In addition, as the fuel injection amount increases, the penetration force (penetration) of the injected fuel increases and may reach the inner wall surface of the cylinder. In this case, the lubricating oil is diluted by the fuel that has reached the inner wall surface of the cylinder. In addition, the occurrence of smoke due to deterioration of the ignitability of fuel is a concern.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、触媒温度が比較的低い状況において、内燃機関のトルク増大を殆ど招くことなしに、触媒温度を活性温度まで急速に昇温させることが可能な内燃機関の燃料噴射制御装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a point, and the object of the present invention is to rapidly increase the catalyst temperature to the activation temperature in a situation where the catalyst temperature is relatively low, with almost no increase in torque of the internal combustion engine. An object of the present invention is to provide a fuel injection control device for an internal combustion engine that can be heated up to a high temperature.

−課題の解決原理−
上記の目的を達成するために講じられた本発明の解決原理は、燃料噴射弁からの主噴射が行われた後に、気筒内の熱エネルギによって着火する燃料として触媒昇温に特化した燃料の噴射(触媒昇温用噴射)を行うようにする。そして、この触媒昇温用噴射で噴射された燃料の燃焼により発生するエネルギの大部分が熱エネルギとして排気系に供給されるようにすることで、触媒の迅速な昇温を図っている。
-Principle of solving the problem-
The solution principle of the present invention taken in order to achieve the above object is that a fuel specializing in raising the temperature of a catalyst as a fuel ignited by thermal energy in a cylinder after main injection from a fuel injection valve is performed. Injection (catalyst temperature rising injection) is performed. Then, most of the energy generated by the combustion of the fuel injected by the catalyst temperature rising injection is supplied as heat energy to the exhaust system, so that the temperature of the catalyst can be raised quickly.

−解決手段−
具体的に、本発明は、内燃機関の1サイクル中に、燃料噴射弁から、トルク発生のための燃料噴射である主噴射を含む複数回の燃料噴射が可能な圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置を前提とする。この燃料噴射制御装置に対し、上記主噴射の実行後に、この主噴射で噴射された燃料の燃焼によって発生した気筒内の熱エネルギを利用して着火する触媒昇温用噴射を実行することにより、この触媒昇温用噴射で噴射された燃料の燃焼ガスのエネルギの大部分を排気系の触媒昇温用の熱エネルギとして排気系に送る触媒昇温用噴射実行手段を備えさせている。
-Solution-
Specifically, the present invention relates to a compression ignition type internal combustion engine capable of performing multiple fuel injections including a main injection that is a fuel injection for generating torque from a fuel injection valve during one cycle of the internal combustion engine. A fuel injection control device is assumed. For this fuel injection control device, after executing the main injection, by performing the catalyst temperature rising injection that ignites using the thermal energy in the cylinder generated by the combustion of the fuel injected in the main injection, There is provided a catalyst temperature increase injection execution means for sending most of the energy of the combustion gas of the fuel injected by the catalyst temperature increase injection to the exhaust system as heat energy for exhaust gas catalyst temperature increase.

この特定事項により、燃料噴射弁から主噴射が実行された後の所定タイミングで触媒昇温用噴射が実行される。この触媒昇温用噴射は、上記主噴射で噴射された燃料の燃焼に伴う熱エネルギを受けて着火する。そして、この触媒昇温用噴射で噴射された燃料の燃焼ガスは、その大部分が熱エネルギとして排気系に送られる。つまり、この触媒昇温用噴射で噴射された燃料の燃焼ガスが内燃機関のトルクを増大させるものとしては殆ど作用することなく、この燃焼ガスのエネルギは触媒を昇温させるための熱エネルギとして費やされる。このため、例えば、内燃機関の冷間始動時や軽負荷運転時などのように触媒床温が比較的低い状況であっても、排気系、特に触媒の周囲においては、高温度の燃焼ガスを存在させることができ、触媒温度を活性温度まで急速に上昇させることが可能となる。また、触媒昇温用噴射が実行されたことによって内燃機関のトルクが大幅に増大するといった状況は招かないため、内燃機関より適切なトルクを得ることができ、ドライバビリティが悪化することもない。   Due to this specific matter, the catalyst temperature increase injection is executed at a predetermined timing after the main injection is executed from the fuel injection valve. This catalyst temperature rising injection is ignited by receiving thermal energy accompanying combustion of the fuel injected in the main injection. And most of the combustion gas of the fuel injected by this catalyst temperature rising injection is sent to the exhaust system as thermal energy. That is, the combustion gas of the fuel injected by the catalyst temperature rising injection hardly acts as an increase in the torque of the internal combustion engine, and the energy of the combustion gas is consumed as heat energy for raising the temperature of the catalyst. It is. For this reason, for example, even when the catalyst bed temperature is relatively low, such as during cold start of an internal combustion engine or during light load operation, high temperature combustion gas is generated in the exhaust system, particularly around the catalyst. It can be present and the catalyst temperature can be rapidly raised to the activation temperature. Moreover, since the situation in which the torque of the internal combustion engine greatly increases due to the execution of the catalyst temperature rise injection is performed, an appropriate torque can be obtained from the internal combustion engine, and drivability does not deteriorate.

上記触媒昇温用噴射の噴射形態として具体的には以下のように設定される。つまり、上記触媒昇温用噴射で要求される総触媒昇温用噴射量を求める総触媒昇温用噴射量算出手段を備えさせ、上記触媒昇温用噴射実行手段が、上記総触媒昇温用噴射量算出手段によって求められた総触媒昇温用噴射量を、複数回の触媒昇温用分割噴射によって分割することで間欠的に上記燃料噴射弁から噴射させるようにする。そして、上記触媒昇温用分割噴射の1回当たりにおける触媒昇温用分割噴射量を、燃料噴射弁の最小限界噴射量に設定している。また、上記触媒昇温用分割噴射の1回当たりにおける燃料噴射弁の開弁期間を、燃料噴射弁の最短開弁期間に設定することも挙げられる。   Specifically, the injection form of the catalyst temperature increase injection is set as follows. That is, a total catalyst temperature increase injection amount calculating means for obtaining a total catalyst temperature increase injection amount required for the catalyst temperature increase injection is provided, and the catalyst temperature increase injection execution means is provided for the total catalyst temperature increase injection means. The total catalyst temperature increase injection amount obtained by the injection amount calculation means is divided by a plurality of divided catalyst temperature increase injections so as to be intermittently injected from the fuel injection valve. The catalyst temperature increase divided injection amount per time of the catalyst temperature increase divided injection is set to the minimum limit injection amount of the fuel injection valve. In addition, the opening period of the fuel injection valve per one of the catalyst temperature increase divided injection may be set to the shortest opening period of the fuel injection valve.

このように、1回当たりの触媒昇温用分割噴射の噴射量を燃料噴射弁の最小限界噴射量に設定したり、または、1回当たりの触媒昇温用分割噴射における燃料噴射弁の開弁期間を燃料噴射弁の最短開弁期間に設定した場合、この1回当たりにおける触媒昇温用分割噴射の噴射量は極少量となっており、この触媒昇温用分割噴射時における燃料の吸熱反応による吸熱量は僅かである。従って、触媒昇温用分割噴射の着火遅れが発生することはなく、迅速に着火して排気系に送られることになる。そして、第1回目の触媒昇温用分割噴射によって噴射された燃料が燃焼することによって得られた熱エネルギは、その後の第2回目の触媒昇温用分割噴射によって噴射された燃料の着火性を良好にするための熱エネルギとして利用される。このように複数段階で触媒昇温用分割噴射を行うことで、連鎖的な燃料の燃焼動作を得ることができる。このため、触媒昇温用噴射を行ったことの効果(触媒温度を活性温度まで急速に上昇させること)を十分に確保することができる。   In this way, the injection amount of the catalyst temperature increase divided injection per time is set to the minimum limit injection amount of the fuel injection valve, or the fuel injection valve opening in the catalyst temperature increase divided injection per time When the period is set to the shortest valve opening period of the fuel injection valve, the injection amount of the catalyst temperature rising divided injection per one time is extremely small, and the endothermic reaction of the fuel during the catalyst temperature rising divided injection is The endothermic amount due to is small. Therefore, there is no ignition delay of the catalyst temperature division split injection, and the catalyst is quickly ignited and sent to the exhaust system. The thermal energy obtained by the combustion of the fuel injected by the first catalyst temperature-raising split injection shows the ignitability of the fuel injected by the second catalyst temperature-raising split injection. It is used as heat energy to make it good. In this way, by performing split injection for raising the catalyst temperature in a plurality of stages, a chain fuel combustion operation can be obtained. For this reason, it is possible to sufficiently ensure the effect of performing the catalyst temperature increase injection (rapidly raising the catalyst temperature to the activation temperature).

上記総触媒昇温用噴射量算出手段によって求められる総触媒昇温用噴射量として具体的には、上記触媒の温度が、その活性温度よりも低いほど総触媒昇温用噴射量を多く設定するようにしている。   Specifically, as the total catalyst temperature increase injection amount obtained by the total catalyst temperature increase injection amount calculation means, the total catalyst temperature increase injection amount is set to be larger as the catalyst temperature is lower than the activation temperature. I am doing so.

つまり、触媒温度を活性温度まで到達させるための熱量を多く必要とする場合ほど総触媒昇温用噴射量を多く設定し、触媒昇温用として排気系に与える熱エネルギが多く得られるようにしている。この場合にも、1回当たりにおける触媒昇温用分割噴射の噴射量は少量であることが好ましいため、総触媒昇温用噴射量が多く設定されるほど、この総触媒昇温用噴射量に対する分割回数(触媒昇温用分割噴射の回数)は多くなる。   In other words, the larger the amount of heat required to reach the catalyst temperature to the activation temperature, the more the total catalyst temperature increase injection amount is set so that more heat energy is given to the exhaust system for catalyst temperature increase. Yes. Also in this case, since it is preferable that the injection amount of the catalyst temperature increase divided injection per one time is small, the larger the total catalyst temperature increase injection amount is set, the more the total catalyst temperature increase injection amount is set. The number of divisions (the number of divided injections for raising the catalyst temperature) increases.

上記触媒昇温用噴射を実行する期間としては以下のように設定される。つまり、気筒内温度が、燃料の自着火温度以上であって且つ触媒昇温用噴射を実行した際における燃料の燃焼速度が所定速度以下である触媒昇温用噴射可能期間内に、上記触媒昇温用噴射実行手段によって触媒昇温用噴射を実行する構成となっている。   The period for executing the catalyst temperature raising injection is set as follows. In other words, the catalyst temperature rise is within a catalyst temperature rise injection period in which the cylinder combustion temperature is equal to or higher than the fuel self-ignition temperature and the fuel combustion speed is equal to or lower than a predetermined speed when the catalyst temperature rise injection is executed. The catalyst temperature increase injection is executed by the temperature injection execution means.

この触媒昇温用噴射可能期間中に触媒昇温用噴射を実行することにより、この噴射された燃料を確実に着火させることができ、且つ、その際の燃焼速度は比較的低くなるため、内燃機関のトルクが大幅に増大するといった状況を招くこともない。つまり、ドライバビリティの悪化を防止しながら、触媒温度を活性温度まで急速に上昇させることが可能となる。   By performing the catalyst temperature increase injection during the catalyst temperature increase injection possible period, the injected fuel can be reliably ignited and the combustion speed at that time is relatively low. It does not lead to a situation where the torque of the engine greatly increases. That is, it is possible to rapidly increase the catalyst temperature to the activation temperature while preventing deterioration of drivability.

上述した如く触媒昇温用分割噴射の1回当たりにおける触媒昇温用分割噴射量を燃料噴射弁の最小限界噴射量に設定したり、触媒昇温用分割噴射の1回当たりにおける燃料噴射弁の開弁期間を燃料噴射弁の最短開弁期間に設定したりする場合に、上記触媒昇温用噴射可能期間内では必要回数の触媒昇温用分割噴射が実行できなくなる可能性がある。特に、上記触媒昇温用噴射可能期間が短い場合である。この場合の対策として、触媒昇温用分割噴射の1回当たりにおける触媒昇温用分割噴射量を燃料噴射弁の最小限界噴射量よりも多く設定したり、触媒昇温用分割噴射の1回当たりにおける燃料噴射弁の開弁期間を燃料噴射弁の最短開弁期間よりも長く設定したりすることになるが、この場合の具体的な制御動作としては以下のものが挙げられる。   As described above, the catalyst temperature increase divided injection amount per one of the catalyst temperature increase divided injection is set to the minimum limit injection amount of the fuel injection valve, or the fuel injection valve per time of the catalyst temperature increase divided injection is set. When the valve opening period is set to the shortest valve opening period of the fuel injection valve, there is a possibility that the required number of times of catalyst temperature division split injection cannot be executed within the catalyst temperature increase injection possible period. This is particularly the case when the above-mentioned catalyst temperature raising injection possible period is short. As a countermeasure in this case, the catalyst temperature increase divided injection amount per time of the catalyst temperature increase divided injection is set to be larger than the minimum limit injection amount of the fuel injection valve, or the catalyst temperature increase divided injection per time In this case, the opening period of the fuel injection valve is set longer than the shortest opening period of the fuel injection valve. Specific control operations in this case include the following.

先ず、燃焼室に噴射される燃料を加熱して着火を補助するグロープラグを備えさせ、上記触媒昇温用噴射可能期間内で複数回の触媒昇温用分割噴射を実行する場合の触媒昇温用分割噴射の1回当たりにおける触媒昇温用分割噴射量が、燃料噴射弁の最小限界噴射量よりも多く設定されている場合には、上記グロープラグによる燃料加熱動作を実行するようにした構成である。   First, the temperature of the catalyst is increased when the fuel injected into the combustion chamber is provided with a glow plug for assisting ignition and when a plurality of divided injections for increasing the temperature of the catalyst are executed within the above-described period of possible injection for increasing the temperature of the catalyst. The fuel heating operation by the glow plug is executed when the divided temperature injection amount for raising the catalyst per divided fuel injection is set larger than the minimum limit injection amount of the fuel injection valve. It is.

また、上記触媒昇温用噴射可能期間内で複数回の触媒昇温用分割噴射を実行する場合の触媒昇温用分割噴射の1回当たりにおける燃料噴射弁の開弁期間が、燃料噴射弁の最短開弁期間よりも長く設定されている場合には、上記グロープラグによる燃料加熱動作を実行するようにした構成である。   In addition, when the catalyst temperature rising split injection is executed a plurality of times within the catalyst temperature rising injection possible period, the opening period of the fuel injection valve per one catalyst temperature rising divided injection is When it is set longer than the shortest valve opening period, the fuel heating operation by the glow plug is executed.

これらによれば、触媒昇温用噴射可能期間内に必要回数の触媒昇温用分割噴射を実行しながらも、この触媒昇温用分割噴射で噴射された燃料を確実に着火させることが可能となる。つまり、触媒昇温用噴射で噴射された燃料を確実に着火させることと、内燃機関のトルクが大幅に増大するといった状況を回避することと、触媒温度を活性温度まで上昇させるのに必要な熱エネルギを排気系に供給することとを連立することが可能になる。   According to these, it is possible to reliably ignite the fuel injected by the catalyst temperature increase divided injection while executing the required number of times of catalyst temperature increase divided injection within the catalyst temperature increase injection possible period. Become. In other words, it is necessary to reliably ignite the fuel injected by the catalyst temperature rising injection, to avoid a situation in which the torque of the internal combustion engine greatly increases, and to generate heat necessary for raising the catalyst temperature to the activation temperature. It is possible to simultaneously supply energy to the exhaust system.

また、上記触媒昇温用噴射は、本来は内燃機関のトルクを増大させることのないものであることが理想であるが、内燃機関の負荷領域や温度環境等によっては一部がトルクに変換されてしまう可能性がある。この場合の対策として以下のものが挙げられる。   In addition, it is ideal that the above-mentioned catalyst temperature raising injection does not increase the torque of the internal combustion engine. However, a part of the injection is converted into torque depending on the load region of the internal combustion engine and the temperature environment. There is a possibility that. The following can be cited as countermeasures in this case.

つまり、上記内燃機関の発生トルクとして上記触媒昇温用噴射に起因する余剰トルクが生じる場合、この触媒昇温用噴射に起因する余剰トルクと略同等のトルクが主噴射に起因するトルクから減じられるように主噴射の噴射量を減量補正する噴射量補正手段を備えさせる。   That is, when a surplus torque resulting from the catalyst temperature raising injection occurs as the generated torque of the internal combustion engine, a torque substantially equal to the surplus torque resulting from the catalyst temperature raising injection is subtracted from the torque resulting from the main injection. In this way, there is provided an injection amount correction means for correcting the decrease in the injection amount of the main injection.

これによれば、上記触媒昇温用噴射に起因するトルクの上昇分と、主噴射の減量補正によるトルクの減少分とを相殺することができ、触媒昇温用噴射の開始時におけるトルク段差は殆ど生じないことになる。つまり、触媒昇温用噴射に起因して発生するトルクと減量後のメイン噴射に起因して発生するトルクとを合算したトルクが目標トルクと略同等のトルクとして得られることになる。その結果、上述した如く触媒温度を活性温度まで急速に上昇させることを可能としながらも、内燃機関のトルクを適正に得ることができて良好なドライバビリティを得ることができる。   According to this, it is possible to cancel the torque increase caused by the catalyst temperature increase injection and the torque decrease due to the main fuel reduction correction, and the torque step at the start of the catalyst temperature increase injection is It will hardly occur. That is, a torque obtained by adding the torque generated due to the catalyst temperature increase injection and the torque generated due to the main injection after the reduction is obtained as a torque substantially equal to the target torque. As a result, the torque of the internal combustion engine can be appropriately obtained and good drivability can be obtained while the catalyst temperature can be rapidly raised to the activation temperature as described above.

また、上記噴射量補正手段は、触媒昇温用噴射の実行に伴って、予め設定された減量補正量だけ主噴射の噴射量を減量補正すると共に、この減量補正を行っても上記触媒昇温用噴射に起因する余剰トルクが残存する場合、この残存している余剰トルクの大きさに応じた追加減量補正量を求め、この追加減量補正量だけ主噴射の噴射量を更に減量補正するよう構成されている。また、この噴射量補正手段は、上記予め設定された減量補正量だけ主噴射の噴射量を減量補正した場合に、この減量補正を行ったことでトルク不足が生じた場合、このトルクの不足量に応じた増量補正量を求め、この増量補正量だけ主噴射の噴射量を増量補正するよう構成されている。   Further, the injection amount correction means corrects the injection amount of the main injection by a predetermined reduction correction amount in accordance with the execution of the catalyst temperature increase injection, and even if this reduction correction is performed, the catalyst temperature increase When the surplus torque resulting from the injection for the engine remains, the additional reduction correction amount corresponding to the remaining surplus torque is obtained, and the injection amount of the main injection is further reduced by this additional reduction correction amount. Has been. Further, when the injection amount correction means corrects the injection amount of the main injection by the preset reduction correction amount, and the torque shortage occurs due to the reduction correction, the torque shortage amount An increase correction amount corresponding to the above is obtained, and the injection amount of the main injection is increased and corrected by this increase correction amount.

これによれば、主噴射の噴射量に対する減量補正量を適切に得ることができ、触媒昇温用噴射の開始時におけるトルク段差を無くすことが可能になり、よりいっそうのドライバビリティの改善を図ることができる。   According to this, it is possible to appropriately obtain a reduction correction amount with respect to the injection amount of the main injection, it is possible to eliminate a torque step at the start of the catalyst temperature increase injection, and further improve drivability. be able to.

この場合、上記噴射量補正手段は、内燃機関の各気筒毎に上記触媒昇温用噴射に起因する余剰トルクが生じているか否かを判定し、この余剰トルクが生じている気筒に対してのみ主噴射の減量補正を実行するよう構成されている。また、この減量補正を行ったことでトルク不足が生じた場合には、このトルクの不足量に応じた増量補正量を求め、この増量補正量だけ主噴射の噴射量を増量補正するよう構成されている。   In this case, the injection amount correcting means determines whether or not surplus torque resulting from the catalyst temperature increase injection is generated for each cylinder of the internal combustion engine, and only for the cylinder in which the surplus torque is generated. It is configured to perform main fuel reduction correction. Further, when a torque shortage occurs due to this reduction correction, an increase correction amount corresponding to the torque shortage is obtained, and the main injection amount is increased and corrected by this increase correction amount. ing.

各気筒に対し同タイミングで且つ同量の触媒昇温用噴射を行ったとしても、各気筒それぞれにおける仕事量にバラツキが生じることがある。本解決手段によれば、このような気筒毎の仕事量のバラツキが生じている場合であっても、余剰トルクを無くすることが可能である。   Even if the same amount of catalyst temperature increase injection is performed for each cylinder at the same timing, the work amount in each cylinder may vary. According to this means for solving the problem, it is possible to eliminate the surplus torque even when such a variation in the work amount between the cylinders occurs.

本発明では、圧縮自着火式の内燃機関において、主噴射が行われた後に、触媒昇温に特化した触媒昇温用噴射を行うようにし、この触媒昇温用噴射で噴射された燃料が燃焼した際に発生するエネルギの大部分が熱エネルギとして排気系に供給されるようにしている。これにより、内燃機関の冷間始動時や軽負荷運転時などのように触媒床温が比較的低い状況であっても、排気系、特に触媒の周囲においては高温度の燃焼ガスを存在させることができ、触媒温度を活性温度まで急速に上昇させることが可能となる。また、触媒昇温用噴射が実行されたことによって内燃機関のトルクが大幅に増大するといった状況は招かないため、内燃機関の適切なトルクを得ることができ、ドライバビリティが悪化することもない。   In the present invention, in the compression ignition type internal combustion engine, after the main injection is performed, the catalyst temperature increase injection specialized for the catalyst temperature increase is performed, and the fuel injected by the catalyst temperature increase injection is Most of the energy generated upon combustion is supplied as heat energy to the exhaust system. As a result, even when the catalyst bed temperature is relatively low, such as during cold start of an internal combustion engine or during light load operation, high temperature combustion gas should be present in the exhaust system, especially around the catalyst. And the catalyst temperature can be rapidly raised to the activation temperature. In addition, since the situation where the torque of the internal combustion engine greatly increases due to the execution of the catalyst temperature raising injection is not caused, an appropriate torque of the internal combustion engine can be obtained, and the drivability is not deteriorated.

図1は、実施形態に係るエンジンおよびその制御系統の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine and its control system according to the embodiment. 図2は、ディーゼルエンジンの燃焼室およびその周辺部を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a combustion chamber of a diesel engine and its peripheral portion. 図3は、ECU等の制御系の構成を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a control system such as an ECU. 図4は、3回のエキゾーストヒート分割噴射が実行される場合におけるパイロット噴射、メイン噴射、エキゾーストヒート噴射の各噴射パターン、および、その際の筒内圧力、筒内温度の変化を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing each injection pattern of pilot injection, main injection, and exhaust heat injection, and changes in in-cylinder pressure and in-cylinder temperature in the case where three exhaust heat split injections are executed. . 図5は、変形例1におけるパイロット噴射、メイン噴射、エキゾーストヒート分割噴射の各噴射パターンを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing each injection pattern of pilot injection, main injection, and exhaust heat split injection in Modification 1. 図6は、変形例2におけるパイロット噴射、メイン噴射、エキゾーストヒート分割噴射の各噴射パターンを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing each injection pattern of pilot injection, main injection, and exhaust heat split injection in Modification 2. 図7は、変形例4におけるパイロット噴射、メイン噴射、エキゾーストヒート噴射の各噴射パターンを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing each injection pattern of pilot injection, main injection, and exhaust heat injection in Modification 4. 図8は、変形例4における昇温制御の実行タイミングとエンジンの仕事量の変化とを示すタイミングチャート図である。FIG. 8 is a timing chart showing the execution timing of the temperature increase control and the change in the engine work amount in Modification 4. 図9は、変形例5におけるパイロット噴射、メイン噴射、エキゾーストヒート噴射の各噴射パターンを示す図である。FIG. 9 is a diagram showing each injection pattern of pilot injection, main injection, and exhaust heat injection in Modification 5. 図10は、メイン噴射追加減量補正マップを示す図である。FIG. 10 is a view showing a main injection additional reduction correction map. 図11は、変形例5における昇温制御の実行タイミングとエンジンの仕事量の変化とを示すタイミングチャート図である。FIG. 11 is a timing chart showing an execution timing of temperature increase control and a change in engine work amount in Modification 5.

符号の説明Explanation of symbols

1 エンジン(内燃機関)
12 シリンダボア
19 グロープラグ
23 インジェクタ(燃料噴射弁)
77 マニバータ(触媒)
1 engine (internal combustion engine)
12 Cylinder bore 19 Glow plug 23 Injector (fuel injection valve)
77 Maniverter (catalyst)

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車に搭載されたコモンレール式筒内直噴型多気筒(例えば直列4気筒)ディーゼルエンジン(圧縮自着火式内燃機関)に本発明を適用した場合について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a case where the present invention is applied to a common rail in-cylinder direct injection multi-cylinder (for example, in-line 4-cylinder) diesel engine (compression self-ignition internal combustion engine) mounted on an automobile will be described.

−エンジンの構成−
先ず、本実施形態に係るディーゼルエンジン(以下、単にエンジンという)の概略構成について説明する。図1は本実施形態に係るエンジン1およびその制御系統の概略構成図である。また、図2は、ディーゼルエンジンの燃焼室3およびその周辺部を示す断面図である。
-Engine configuration-
First, a schematic configuration of a diesel engine (hereinafter simply referred to as an engine) according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine 1 and its control system according to the present embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the combustion chamber 3 of the diesel engine and its periphery.

図1に示すように、本実施形態に係るエンジン1は、燃料供給系2、燃焼室3、吸気系6、排気系7等を主要部として構成されるディーゼルエンジンシステムである。   As shown in FIG. 1, the engine 1 according to the present embodiment is a diesel engine system that includes a fuel supply system 2, a combustion chamber 3, an intake system 6, an exhaust system 7, and the like as main parts.

燃料供給系2は、サプライポンプ21、コモンレール22、インジェクタ(燃料噴射弁)23、遮断弁24、燃料添加弁26、機関燃料通路27、添加燃料通路28等を備えて構成されている。   The fuel supply system 2 includes a supply pump 21, a common rail 22, an injector (fuel injection valve) 23, a shutoff valve 24, a fuel addition valve 26, an engine fuel passage 27, an addition fuel passage 28, and the like.

上記サプライポンプ21は、燃料タンクから燃料を汲み上げ、この汲み上げた燃料を高圧にした後、機関燃料通路27を介してコモンレール22に供給する。コモンレール22は、サプライポンプ21から供給された高圧燃料を所定圧力に保持(蓄圧)する蓄圧室としての機能を有し、この蓄圧した燃料を各インジェクタ23に分配する。インジェクタ23は、その内部に圧電素子(ピエゾ素子)を備え、適宜開弁して燃焼室3内に燃料を噴射供給するピエゾインジェクタにより構成されている。このインジェクタ23からの燃料噴射制御の詳細については後述する。   The supply pump 21 pumps fuel from the fuel tank, makes the pumped fuel high pressure, and supplies it to the common rail 22 via the engine fuel passage 27. The common rail 22 has a function as a pressure accumulation chamber that holds (accumulates) the high-pressure fuel supplied from the supply pump 21 at a predetermined pressure, and distributes the accumulated fuel to the injectors 23. The injector 23 includes a piezoelectric element (piezo element) therein, and is configured by a piezo injector that is appropriately opened to supply fuel into the combustion chamber 3. Details of the fuel injection control from the injector 23 will be described later.

また、上記サプライポンプ21は、燃料タンクから汲み上げた燃料の一部を、添加燃料通路28を介して燃料添加弁26に供給する。添加燃料通路28には、緊急時において添加燃料通路28を遮断して燃料添加を停止するための上記遮断弁24が備えられている。   The supply pump 21 supplies a part of the fuel pumped from the fuel tank to the fuel addition valve 26 via the addition fuel passage 28. The added fuel passage 28 is provided with the shutoff valve 24 for shutting off the added fuel passage 28 and stopping fuel addition in an emergency.

また、上記燃料添加弁26は、後述するECU100による添加制御動作によって排気系7への燃料添加量が目標添加量(排気A/Fが目標A/Fとなるような添加量)となるように、また、燃料添加タイミングが所定タイミングとなるように開弁時期が制御される電子制御式の開閉弁により構成されている。つまり、この燃料添加弁26から所望の燃料が適宜のタイミングで排気系7(排気ポート71から排気マニホールド72)に噴射供給される構成となっている。   The fuel addition valve 26 is configured so that the fuel addition amount to the exhaust system 7 becomes a target addition amount (addition amount that makes the exhaust A / F become the target A / F) by an addition control operation by the ECU 100 described later. In addition, it is constituted by an electronically controlled on-off valve whose valve opening timing is controlled so that the fuel addition timing becomes a predetermined timing. That is, a desired fuel is injected and supplied from the fuel addition valve 26 to the exhaust system 7 (from the exhaust port 71 to the exhaust manifold 72) at an appropriate timing.

吸気系6は、シリンダヘッド15(図2参照)に形成された吸気ポート15aに接続される吸気マニホールド63を備え、この吸気マニホールド63に、吸気通路を構成する吸気管64が接続されている。また、この吸気通路には、上流側から順にエアクリーナ65、エアフローメータ43、スロットルバルブ62が配設されている。上記エアフローメータ43は、エアクリーナ65を介して吸気通路に流入される空気量に応じた電気信号を出力するようになっている。   The intake system 6 includes an intake manifold 63 connected to an intake port 15a formed in the cylinder head 15 (see FIG. 2), and an intake pipe 64 that constitutes an intake passage is connected to the intake manifold 63. Further, an air cleaner 65, an air flow meter 43, and a throttle valve 62 are arranged in this intake passage in order from the upstream side. The air flow meter 43 outputs an electrical signal corresponding to the amount of air flowing into the intake passage via the air cleaner 65.

排気系7は、シリンダヘッド15に形成された排気ポート71に接続される排気マニホールド72を備え、この排気マニホールド72に対して、排気通路を構成する排気管73,74が接続されている。また、この排気通路には、後述するNOx吸蔵触媒(NSR触媒:NOx Storage Reduction触媒)75およびDPNR触媒(Diesel Paticulate−NOx Reduction触媒)76を備えたマニバータ(排気浄化装置)77が配設されている。以下、これらNSR触媒75およびDPNR触媒76について説明する。   The exhaust system 7 includes an exhaust manifold 72 connected to an exhaust port 71 formed in the cylinder head 15, and exhaust pipes 73 and 74 constituting an exhaust passage are connected to the exhaust manifold 72. In addition, a maniverter (exhaust gas purification device) 77 including a NOx storage catalyst (NSR catalyst: NOx Storage Reduction catalyst) 75 and a DPNR catalyst (Diesel Particle-NOx Reduction catalyst) 76, which will be described later, is disposed in the exhaust passage. Yes. Hereinafter, the NSR catalyst 75 and the DPNR catalyst 76 will be described.

NSR触媒75は、吸蔵還元型NOx触媒であって、例えばアルミナ(Al23)を担体とし、この担体上に例えばカリウム(K)、ナトリウム(Na)、リチウム(Li)、セシウム(Cs)のようなアルカリ金属、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)のようなアルカリ土類、ランタン(La)、イットリウム(Y)のような希土類と、白金(Pt)のような貴金属とが担持された構成となっている。The NSR catalyst 75 is an NOx storage reduction catalyst. For example, alumina (Al 2 O 3 ) is used as a support, and potassium (K), sodium (Na), lithium (Li), cesium (Cs), for example, is supported on this support. Alkali metal such as barium (Ba), alkaline earth such as calcium (Ca), rare earth such as lanthanum (La) and yttrium (Y), and noble metal such as platinum (Pt) were supported. It has a configuration.

このNSR触媒75は、排気中に多量の酸素が存在している状態においてはNOxを吸蔵し、排気中の酸素濃度が低く、かつ還元成分(例えば燃料の未燃成分(HC))が多量に存在している状態においてはNOxをNO2若しくはNOに還元して放出する。NO2やNOとして放出されたNOxは、排気中のHCやCOと速やかに反応することによってさらに還元されてN2となる。また、HCやCOは、NO2やNOを還元することで、自身は酸化されてH2OやCO2となる。すなわち、NSR触媒75に導入される排気中の酸素濃度やHC成分を適宜調整することにより、排気中のHC、CO、NOxを浄化することができるようになっている。本実施形態のものでは、この排気中の酸素濃度やHC成分の調整を上記燃料添加弁26からの燃料添加動作によって行うことが可能となっている。The NSR catalyst 75 stores NOx in a state where a large amount of oxygen is present in the exhaust gas, has a low oxygen concentration in the exhaust gas, and has a large amount of reducing component (for example, unburned component (HC) of fuel). In the existing state, NOx is reduced to NO 2 or NO and released. NO NOx released as NO 2 or NO, the N 2 is further reduced due to quickly reacting with HC or CO in the exhaust. Further, HC and CO are oxidized to H 2 O and CO 2 by reducing NO 2 and NO. That is, by appropriately adjusting the oxygen concentration and HC component in the exhaust gas introduced into the NSR catalyst 75, HC, CO, and NOx in the exhaust gas can be purified. In the present embodiment, the oxygen concentration and HC component in the exhaust gas can be adjusted by the fuel addition operation from the fuel addition valve 26.

一方、DPNR触媒76は、例えば多孔質セラミック構造体にNOx吸蔵還元型触媒を担持させたものであり、排気ガス中のPMは多孔質の壁を通過する際に捕集される。また、排気ガスの空燃比がリーンの場合、排気ガス中のNOxはNOx吸蔵還元型触媒に吸蔵され、空燃比がリッチになると、吸蔵したNOxは還元・放出される。さらに、DPNR触媒76には、捕集したPMを酸化・燃焼する触媒(例えば白金等の貴金属を主成分とする酸化触媒)が担持されている。   On the other hand, the DPNR catalyst 76 is, for example, a porous ceramic structure carrying a NOx storage reduction catalyst, and PM in the exhaust gas is collected when passing through the porous wall. Further, when the air-fuel ratio of the exhaust gas is lean, NOx in the exhaust gas is stored in the NOx storage reduction catalyst, and when the air-fuel ratio becomes rich, the stored NOx is reduced and released. Further, the DPNR catalyst 76 carries a catalyst that oxidizes and burns the collected PM (for example, an oxidation catalyst mainly composed of a noble metal such as platinum).

ここで、ディーゼルエンジンの燃焼室3およびその周辺部の構成について、図2を用いて説明する。この図2に示すように、エンジン本体の一部を構成するシリンダブロック11には、各気筒(4気筒)毎に円筒状のシリンダボア12が形成されており、各シリンダボア12の内部にはピストン13が上下方向に摺動可能に収容されている。   Here, the structure of the combustion chamber 3 of a diesel engine and its peripheral part is demonstrated using FIG. As shown in FIG. 2, a cylinder block 11 constituting a part of the engine body is formed with a cylindrical cylinder bore 12 for each cylinder (four cylinders), and a piston 13 is formed inside each cylinder bore 12. Is accommodated so as to be slidable in the vertical direction.

ピストン13の頂面13aの上側には上記燃焼室3が形成されている。つまり、この燃焼室3は、シリンダブロック11の上部にガスケット14を介して取り付けられたシリンダヘッド15の下面と、シリンダボア12の内壁面と、ピストン13の頂面13aとにより区画形成されている。そして、ピストン13の頂面13aの略中央部には、キャビティ13bが凹設されており、このキャビティ13bも燃焼室3の一部を構成している。   The combustion chamber 3 is formed above the top surface 13 a of the piston 13. That is, the combustion chamber 3 is defined by the lower surface of the cylinder head 15 attached to the upper part of the cylinder block 11 via the gasket 14, the inner wall surface of the cylinder bore 12, and the top surface 13 a of the piston 13. A cavity 13 b is formed in a substantially central portion of the top surface 13 a of the piston 13, and this cavity 13 b also constitutes a part of the combustion chamber 3.

このピストン13は、コネクティングロッド18の小端部18aがピストンピン13cにより連結されており、このコネクティングロッド18の大端部はエンジン出力軸であるクランクシャフトに連結されている。これにより、シリンダボア12内でのピストン13の往復移動がコネクティングロッド18を介してクランクシャフトに伝達され、このクランクシャフトが回転することでエンジン出力が得られるようになっている。また、燃焼室3に向けてグロープラグ19が配設されている。このグロープラグ19は、エンジン1の始動直前に電流が流されることにより赤熱し、これに燃料噴霧の一部が吹きつけられることで着火・燃焼が促進される始動補助装置として機能する。   The piston 13 has a small end portion 18a of a connecting rod 18 connected by a piston pin 13c, and a large end portion of the connecting rod 18 is connected to a crankshaft that is an engine output shaft. As a result, the reciprocating movement of the piston 13 in the cylinder bore 12 is transmitted to the crankshaft via the connecting rod 18, and the engine output is obtained by rotating the crankshaft. Further, a glow plug 19 is disposed toward the combustion chamber 3. The glow plug 19 functions as a start-up assisting device that is heated red when an electric current is applied immediately before the engine 1 is started and a part of the fuel spray is blown onto the glow plug 19 to promote ignition and combustion.

上記シリンダヘッド15には、燃焼室3へ空気を導入する吸気ポート15aと、燃焼室3から排気ガスを排出する上記排気ポート71とがそれぞれ形成されていると共に、吸気ポート15aを開閉する吸気バルブ16および排気ポート71を開閉する排気バルブ17が配設されている。これら吸気バルブ16および排気バルブ17はシリンダ中心線Pを挟んで対向配置されている。つまり、本エンジンはクロスフロータイプとして構成されている。また、シリンダヘッド15には、燃焼室3の内部へ直接的に燃料を噴射する上記インジェクタ23が取り付けられている。このインジェクタ23は、シリンダ中心線Pに沿う起立姿勢で燃焼室3の略中央上部に配設されており、上記コモンレール22から導入される燃料を燃焼室3に向けて所定のタイミングで噴射するようになっている。   The cylinder head 15 is formed with an intake port 15a for introducing air into the combustion chamber 3 and an exhaust port 71 for discharging exhaust gas from the combustion chamber 3, and an intake valve for opening and closing the intake port 15a. 16 and an exhaust valve 17 for opening and closing the exhaust port 71 are provided. The intake valve 16 and the exhaust valve 17 are disposed to face each other with the cylinder center line P interposed therebetween. That is, this engine is configured as a cross flow type. The cylinder head 15 is provided with the injector 23 that directly injects fuel into the combustion chamber 3. The injector 23 is disposed at a substantially upper center of the combustion chamber 3 in a standing posture along the cylinder center line P, and injects fuel introduced from the common rail 22 toward the combustion chamber 3 at a predetermined timing. It has become.

更に、図1に示す如く、このエンジン1には、過給機(ターボチャージャ)5が設けられている。このターボチャージャ5は、タービンシャフト5Aを介して連結されたタービンホイール5Bおよびコンプレッサホイール5Cを備えている。コンプレッサホイール5Cは吸気管64内部に臨んで配置され、タービンホイール5Bは排気管73内部に臨んで配置されている。このため、ターボチャージャ5は、タービンホイール5Bが受ける排気流(排気圧)を利用してコンプレッサホイール5Cを回転させ、吸気圧を高めるといった所謂過給動作を行うようになっている。本実施形態におけるターボチャージャ5は、可変ノズル式ターボチャージャであって、タービンホイール5B側に可変ノズルベーン機構(図示省略)が設けられており、この可変ノズルベーン機構の開度を調整することにより、エンジン1の過給圧を調整することができる。   Furthermore, as shown in FIG. 1, the engine 1 is provided with a supercharger (turbocharger) 5. The turbocharger 5 includes a turbine wheel 5B and a compressor wheel 5C that are connected via a turbine shaft 5A. The compressor wheel 5C is disposed facing the inside of the intake pipe 64, and the turbine wheel 5B is disposed facing the inside of the exhaust pipe 73. Therefore, the turbocharger 5 performs a so-called supercharging operation in which the compressor wheel 5C is rotated using the exhaust flow (exhaust pressure) received by the turbine wheel 5B to increase the intake pressure. The turbocharger 5 in the present embodiment is a variable nozzle type turbocharger, and a variable nozzle vane mechanism (not shown) is provided on the turbine wheel 5B side. By adjusting the opening of the variable nozzle vane mechanism, the engine 1 supercharging pressure can be adjusted.

吸気系6の吸気管64には、ターボチャージャ5での過給によって昇温した吸入空気を強制冷却するためのインタークーラ61が設けられている。このインタークーラ61よりも更に下流側に設けられた上記スロットルバルブ62は、その開度を無段階に調整することができる電子制御式の開閉弁であり、所定の条件下において吸入空気の流路面積を絞り、この吸入空気の供給量を調整(低減)する機能を有している。   An intake pipe 64 of the intake system 6 is provided with an intercooler 61 for forcibly cooling the intake air whose temperature has been raised by supercharging in the turbocharger 5. The throttle valve 62 provided further downstream than the intercooler 61 is an electronically controlled on-off valve whose opening degree can be adjusted steplessly. It has a function of narrowing down the area and adjusting (reducing) the supply amount of the intake air.

また、エンジン1には、吸気系6と排気系7とを接続する排気還流通路(EGR通路)8が設けられている。このEGR通路8は、排気の一部を適宜吸気系6に還流させて燃焼室3へ再度供給することにより燃焼温度を低下させ、これによってNOx発生量を低減させるものである。また、このEGR通路8には、電子制御によって無段階に開閉され、同通路を流れる排気流量を自在に調整することができるEGRバルブ81と、EGR通路8を通過(還流)する排気を冷却するためのEGRクーラ82とが設けられている。   Further, the engine 1 is provided with an exhaust gas recirculation passage (EGR passage) 8 that connects the intake system 6 and the exhaust system 7. The EGR passage 8 is configured to reduce the combustion temperature by recirculating a part of the exhaust gas to the intake system 6 and supplying it again to the combustion chamber 3, thereby reducing the amount of NOx generated. In addition, the EGR passage 8 is opened and closed steplessly by electronic control, and the exhaust gas passing through the EGR passage 8 (recirculating) is cooled by an EGR valve 81 that can freely adjust the exhaust flow rate flowing through the passage. An EGR cooler 82 is provided.

−センサ類−
エンジン1の各部位には、各種センサが取り付けられており、それぞれの部位の環境条件や、エンジン1の運転状態に関する信号を出力する。
-Sensors-
Various sensors are attached to each part of the engine 1, and signals related to the environmental conditions of each part and the operating state of the engine 1 are output.

例えば、上記エアフローメータ43は、吸気系6内のスロットルバルブ62上流において吸入空気の流量(吸入空気量)に応じた検出信号を出力する。吸気温センサ49は、吸気マニホールド63に配置され、吸入空気の温度に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ48は、吸気マニホールド63に配置され、吸入空気圧力に応じた検出信号を出力する。A/F(空燃比)センサ44は、排気系7のマニバータ77の下流において排気中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。排気温センサ45は、同じく排気系7のマニバータ77の下流において排気ガスの温度(排気温度)に応じた検出信号を出力する。レール圧センサ41はコモンレール22内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。スロットル開度センサ42はスロットルバルブ62の開度を検出する。   For example, the air flow meter 43 outputs a detection signal corresponding to the flow rate of intake air (intake air amount) upstream of the throttle valve 62 in the intake system 6. The intake air temperature sensor 49 is disposed in the intake manifold 63 and outputs a detection signal corresponding to the temperature of the intake air. The intake pressure sensor 48 is disposed in the intake manifold 63 and outputs a detection signal corresponding to the intake air pressure. The A / F (air-fuel ratio) sensor 44 outputs a detection signal that continuously changes in accordance with the oxygen concentration in the exhaust gas downstream of the manipulator 77 of the exhaust system 7. Similarly, the exhaust temperature sensor 45 outputs a detection signal corresponding to the temperature of the exhaust gas (exhaust temperature) downstream of the manipulator 77 of the exhaust system 7. The rail pressure sensor 41 outputs a detection signal corresponding to the fuel pressure stored in the common rail 22. The throttle opening sensor 42 detects the opening of the throttle valve 62.

−ECU−
ECU100は、図3に示すように、CPU101、ROM102、RAM103およびバックアップRAM104などを備えている。ROM102は、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。CPU101は、ROM102に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、RAM103は、CPU101での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップRAM104は、例えばエンジン1の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。
-ECU-
As shown in FIG. 3, the ECU 100 includes a CPU 101, a ROM 102, a RAM 103, a backup RAM 104, and the like. The ROM 102 stores various control programs, maps that are referred to when the various control programs are executed, and the like. The CPU 101 executes various arithmetic processes based on various control programs and maps stored in the ROM 102. The RAM 103 is a memory that temporarily stores calculation results of the CPU 101, data input from each sensor, and the like. The backup RAM 104 is a nonvolatile memory that stores data to be saved when the engine 1 is stopped, for example. Memory.

以上のCPU101、ROM102、RAM103およびバックアップRAM104は、バス107を介して互いに接続されるとともに、入力インターフェース105および出力インターフェース106と接続されている。   The CPU 101, the ROM 102, the RAM 103, and the backup RAM 104 are connected to each other via the bus 107, and are connected to the input interface 105 and the output interface 106.

入力インターフェース105には、上記レール圧センサ41、スロットル開度センサ42、エアフローメータ43、A/Fセンサ44、排気温センサ45、吸気圧センサ48、吸気温センサ49が接続されている。さらに、この入力インターフェース105には、エンジン1の冷却水温に応じた検出信号を出力する水温センサ46、アクセルペダルの踏み込み量に応じた検出信号を出力するアクセル開度センサ47、および、エンジン1の出力軸(クランクシャフト)が一定角度回転する毎に検出信号(パルス)を出力するクランクポジションセンサ40などが接続されている。一方、出力インターフェース106には、上記インジェクタ23、燃料添加弁26、スロットルバルブ62、および、EGRバルブ81などが接続されている。   The input interface 105 is connected with the rail pressure sensor 41, the throttle opening sensor 42, the air flow meter 43, the A / F sensor 44, the exhaust temperature sensor 45, the intake pressure sensor 48, and the intake temperature sensor 49. Further, the input interface 105 includes a water temperature sensor 46 that outputs a detection signal corresponding to the cooling water temperature of the engine 1, an accelerator opening sensor 47 that outputs a detection signal corresponding to the depression amount of the accelerator pedal, and the engine 1. A crank position sensor 40 that outputs a detection signal (pulse) each time the output shaft (crankshaft) rotates by a certain angle is connected. On the other hand, the injector 23, the fuel addition valve 26, the throttle valve 62, the EGR valve 81, and the like are connected to the output interface 106.

そして、ECU100は、上記した各種センサの出力に基づいて、エンジン1の各種制御を実行する。さらに、ECU100は、後述するインジェクタ23の燃料噴射制御も実行する。   The ECU 100 executes various controls of the engine 1 based on the outputs of the various sensors described above. Further, the ECU 100 also executes fuel injection control of an injector 23 described later.

上記インジェクタ23の燃料噴射を実行する際の燃料噴射圧は、コモンレール22の内圧により決定される。このコモンレール内圧としては、一般に、コモンレール22からインジェクタ23へ供給される燃料圧力の目標値、すなわち目標レール圧が、エンジン負荷(機関負荷)が高くなるほど、および、エンジン回転数(機関回転数)が高くなるほど高いものとされる。すなわち、エンジン負荷が高い場合には燃焼室3内に吸入される空気量が多いため、インジェクタ23における燃焼室3内の圧力が高いと共に多量の燃料を噴射しなければならず、よってインジェクタ23からの噴射圧力を高いものとする必要がある。また、エンジン回転数が高い場合には噴射時間が短いため、単位時間当たりに噴射される燃料量を多くしなければならず、よってインジェクタ23からの噴射圧力を高いものとする必要がある。このように、目標レール圧は一般にエンジン負荷およびエンジン回転数に基づいて設定される。   The fuel injection pressure at the time of executing the fuel injection of the injector 23 is determined by the internal pressure of the common rail 22. As the common rail internal pressure, generally, the target value of the fuel pressure supplied from the common rail 22 to the injector 23, that is, the target rail pressure, the higher the engine load (engine load), and the engine speed (engine speed). The higher the value, the higher. That is, when the engine load is high, the amount of air sucked into the combustion chamber 3 is large, so that the pressure in the combustion chamber 3 in the injector 23 must be high and a large amount of fuel must be injected. It is necessary to increase the injection pressure. Further, since the injection time is short when the engine speed is high, the amount of fuel injected per unit time must be increased, and therefore the injection pressure from the injector 23 must be increased. Thus, the target rail pressure is generally set based on the engine load and the engine speed.

後述するメイン噴射などの燃料噴射における燃料噴射パラメータについて、その最適値はエンジンや吸入空気等の温度条件によって異なるものとなる。   As for fuel injection parameters in fuel injection such as main injection, which will be described later, the optimum values vary depending on the temperature conditions of the engine, intake air, and the like.

例えば、上記ECU100は、コモンレール圧がエンジン運転状態に基づいて設定される目標レール圧と等しくなるように、即ち燃料噴射圧が目標噴射圧と一致するように、サプライポンプ21の燃料吐出量を調量する。また、ECU100はエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量および燃料噴射形態を決定する。具体的には、ECU100は、クランクポジションセンサ40の検出値に基づいてエンジン回転速度を算出するとともに、アクセル開度センサ47の検出値に基づいてアクセルペダルへの踏み込み量(アクセル開度)を求め、このエンジン回転速度およびアクセル開度に基づいて燃料噴射量を決定する。   For example, the ECU 100 adjusts the fuel discharge amount of the supply pump 21 so that the common rail pressure becomes equal to the target rail pressure set based on the engine operating state, that is, the fuel injection pressure matches the target injection pressure. To measure. Further, the ECU 100 determines the fuel injection amount and the fuel injection form based on the engine operating state. Specifically, the ECU 100 calculates the engine rotation speed based on the detection value of the crank position sensor 40 and obtains the depression amount (accelerator opening) to the accelerator pedal based on the detection value of the accelerator opening sensor 47. The fuel injection amount is determined based on the engine speed and the accelerator opening.

更に、ECU100は、これらエンジン回転速度および燃料噴射量等に基づいて、インジェクタ23からの燃料噴射形態(パイロット噴射やメイン噴射など)を設定する。以下、本実施形態における各噴射形態の概略について説明する。   Further, the ECU 100 sets the fuel injection mode (pilot injection, main injection, etc.) from the injector 23 based on the engine speed and the fuel injection amount. Hereinafter, the outline of each injection form in the present embodiment will be described.

(パイロット噴射)
パイロット噴射(副噴射)とは、インジェクタ23からのメイン噴射(主噴射)に先立ち、予め少量の燃料を噴射する噴射動作である。つまり、このパイロット噴射の実行後、燃料噴射を一旦中断し、メイン噴射が開始されるまでの間に圧縮ガス温度(気筒内温度)を十分に高めて燃料の自着火温度に到達させるようにし、これによってメイン噴射で噴射される燃料の着火性を良好に確保するための噴射動作(予熱用燃料の供給動作)である。つまり、本実施形態におけるパイロット噴射の機能は、気筒内の予熱に特化したものとなっている。
(Pilot injection)
Pilot injection (sub-injection) is an injection operation that injects a small amount of fuel in advance prior to main injection (main injection) from the injector 23. That is, after the pilot injection is performed, the fuel injection is temporarily interrupted, and the compressed gas temperature (in-cylinder temperature) is sufficiently increased until the main injection is started to reach the fuel self-ignition temperature. This is an injection operation (preheating fuel supply operation) for ensuring good ignitability of the fuel injected in the main injection. That is, the function of pilot injection in the present embodiment is specialized for preheating in the cylinder.

具体的に、本実施形態におけるパイロット噴射では、噴霧の分配や局所濃度の適正化を図るために、噴射率としては、最小噴射率(例えば1回当たりの噴射量1.5mm3)とし、複数回数のパイロット噴射を実行することで、このパイロット噴射で必要な総パイロット噴射量を確保するようにしている。より具体的に、パイロット噴射回数としては以下の式(1)により決定される。Specifically, in the pilot injection in the present embodiment, in order to optimize the distribution of the spray and the local concentration, the injection rate is set to the minimum injection rate (for example, the injection amount per injection 1.5 mm 3 ), and a plurality of injection rates are used. By executing the number of pilot injections, the total pilot injection amount necessary for this pilot injection is ensured. More specifically, the number of pilot injections is determined by the following equation (1).

N={(Ca・ΔT)・Kc・Kv}/(J・η) …(1)
(N:パイロット噴射の噴射回数、Ca:気筒内に導入された空気の熱容量、ΔT:自着火温度の未達分の温度、Kc:EGR率による熱容量補正係数、Kv:燃焼寄与の対象空間、J:1.5mm3の理論発熱量、η:燃料効率)
ここで、自着火温度の未達分の温度ΔTとは、メイン噴射時における燃料の目標着火時期(例えばピストン13が圧縮上死点に達した時期)での圧縮ガス温度と、燃料の自着火温度との差であって、この目標着火時期での圧縮ガス温度を燃料の自着火温度に到達させるのに必要な熱量に相当する。尚、上記式(1)は、1回当たりのパイロット噴射量を固定値(例えば1.5mm3)とし、噴射回数を設定することで必要な総パイロット噴射量を確保するようにしたものである。このパイロット噴射量の固定値は上記値に限定されるものではない。
N = {(Ca · ΔT) · Kc · Kv} / (J · η) (1)
(N: number of pilot injections, Ca: heat capacity of air introduced into the cylinder, ΔT: temperature of unsatisfied auto-ignition temperature, Kc: heat capacity correction coefficient based on EGR rate, Kv: target space for combustion contribution, J: theoretical calorific value of 1.5 mm 3 , η: fuel efficiency)
Here, the temperature ΔT that does not reach the self-ignition temperature is the target gas fuel ignition timing at the time of main injection (for example, the time when the piston 13 reaches compression top dead center) and the fuel self-ignition. This is a difference from the temperature, and corresponds to the amount of heat necessary to make the compressed gas temperature at the target ignition timing reach the self-ignition temperature of the fuel. Note that the above formula (1) sets the pilot injection amount per time to a fixed value (for example, 1.5 mm 3 ), and secures the necessary total pilot injection amount by setting the number of injections. . The fixed value of the pilot injection amount is not limited to the above value.

また、このようにして分割噴射されるパイロット噴射のインターバルは、インジェクタ23の応答性(開閉動作の速さ)によって決定される。本実施形態のものでは、例えば200μsに設定される。このパイロット噴射のインターバルは上記値に限定されるものではない。   In addition, the interval of the pilot injection that is divided and injected in this way is determined by the responsiveness of the injector 23 (speed of opening and closing operation). In the present embodiment, it is set to 200 μs, for example. The pilot injection interval is not limited to the above value.

更に、このパイロット噴射の噴射開始タイミングとしては、例えばクランク角度で、ピストン13の圧縮上死点前(BTDC)80°以降であって、以下の式(2)によって設定される。尚、以下で言う角度とは、クランクシャフトの回転角度に換算した値を意味している。   Further, the injection start timing of this pilot injection is set by the following equation (2), for example, at a crank angle and before 80 ° of compression top dead center (BTDC) of the piston 13. In addition, the angle said below means the value converted into the rotation angle of the crankshaft.

パイロット噴射開始角度=パイロット燃焼終了角度+パイロット噴射期間作用角+(1回のパイロット噴射における燃焼所要時間のクランク角度換算値×N+着火遅れ時間のクランク角度換算値−オーバラップ時間のクランク角度換算値) …(2)
ここで、パイロット燃焼終了角度は、プレ噴射の開始前にパイロット噴射による燃焼を完了するために設定される角度である。また、着火遅れ時間は、パイロット噴射が実行されてからその燃料が着火するまでの時間遅れである。また、オーバラップ時間は、先行して実行されるパイロット噴射による燃料の燃焼期間と、後続して実行されるパイロット噴射による燃料の燃焼期間とのオーバラップ時間(2つの燃焼が同時に行われている時間)および最終のパイロット噴射による燃料の燃焼期間と、後続して実行されるプレ噴射による燃料の燃焼期間とのオーバラップ時間である。
Pilot injection start angle = Pilot combustion end angle + Pilot injection period working angle + (Crank angle converted value of required combustion time in one pilot injection × N + Crank angle converted value of ignition delay time−Crank angle converted value of overlap time) (2)
Here, the pilot combustion end angle is an angle set in order to complete combustion by pilot injection before the start of pre-injection. The ignition delay time is a time delay from when the pilot injection is executed until the fuel is ignited. Further, the overlap time is the overlap time between the fuel combustion period by the pilot injection executed in advance and the fuel combustion period by the pilot injection executed subsequently (two combustions are performed simultaneously). Time) and the combustion period of the fuel from the final pilot injection and the combustion period of the fuel from the subsequent pre-injection.

(プレ噴射)
プレ噴射は、メイン噴射による初期燃焼速度を抑制し、安定した拡散燃焼に導くための噴射動作(トルク発生用燃料の供給動作)である。具体的に、本実施形態では、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じて決定される要求トルクを得るための総噴射量(プレ噴射での噴射量とメイン噴射での噴射量との和)に対して10%としてプレ噴射量が設定される。
(Pre-injection)
The pre-injection is an injection operation (torque generating fuel supply operation) for suppressing the initial combustion speed by the main injection and leading to stable diffusion combustion. Specifically, in the present embodiment, the total injection amount (the injection amount in the pre-injection and the total injection amount for obtaining the required torque determined according to the operating state such as the engine speed, the accelerator operation amount, the coolant temperature, the intake air temperature, etc. The pre-injection amount is set to 10% with respect to the injection amount in the main injection).

この場合、上記総噴射量が15mm3未満であった場合には、プレ噴射での噴射量が、インジェクタ23の最小限界噴射量(1.5mm3)未満となるため、プレ噴射は実行しないことになる。尚、この場合、インジェクタ23の最小限界噴射量(1.5mm3)だけプレ噴射での燃料噴射を行うようにしてもよい。一方、プレ噴射の噴射総量としてインジェクタ23の最小限界噴射量の2倍以上(例えば3mm3以上)が要求される場合には、複数回数のプレ噴射を実行することで、このプレ噴射で必要な総噴射量を確保するようにしている。これにより、プレ噴射の着火遅れを抑制し、メイン噴射による初期燃焼速度の抑制を確実に行って、安定した拡散燃焼に導くことができる。In this case, when the total injection amount is less than 15 mm 3 , the injection amount in the pre-injection is less than the minimum limit injection amount (1.5 mm 3 ) of the injector 23, so the pre-injection is not executed. become. In this case, the fuel injection in the pre-injection may be performed by the minimum limit injection amount (1.5 mm 3 ) of the injector 23. On the other hand, when the total injection amount of the pre-injection is required to be at least twice the minimum limit injection amount of the injector 23 (for example, 3 mm 3 or more), it is necessary for this pre-injection by executing a plurality of pre-injections. The total injection amount is secured. Thereby, the ignition delay of the pre-injection can be suppressed, the initial combustion speed by the main injection can be surely suppressed, and the stable diffusion combustion can be led.

また、このプレ噴射の噴射開始角度としては、以下の式(3)によって設定される。   Further, the injection start angle of this pre-injection is set by the following equation (3).

プレ噴射開始角度=プレ燃焼終了角度+プレ噴射期間作用角+(プレ噴射における燃焼所要時間のクランク角度換算値+着火遅れ時間のクランク角度換算値−オーバラップ時間のクランク角度換算値) …(3)
ここで、着火遅れ時間は、プレ噴射が実行されてからその燃料が着火するまでの時間遅れである。また、オーバラップ時間は、複数回のプレ噴射が行われる場合において、先行して実行されるプレ噴射による燃料の燃焼期間と、後続して実行されるプレ噴射による燃料の燃焼期間とのオーバラップ時間(2つの燃焼が同時に行われている時間)、および、最終のプレ噴射による燃料の燃焼期間と、後続して実行されるメイン噴射による燃料の燃焼期間とのオーバラップ時間、並びに、最終のパイロット噴射による燃料の燃焼期間と、プレ噴射による燃料の燃焼期間とのオーバラップ時間である。
Pre-injection start angle = Pre-combustion end angle + Pre-injection period working angle + (Crank angle conversion value of combustion required time in pre-injection + Crank angle conversion value of ignition delay time−Crank angle conversion value of overlap time) (3) )
Here, the ignition delay time is a time delay from when the pre-injection is executed until the fuel is ignited. Further, the overlap time is an overlap between the fuel combustion period by the pre-injection executed in advance and the fuel combustion period by the pre-injection executed subsequently in the case where a plurality of pre-injections are performed. Time (time during which two combustions are performed simultaneously), and the overlap time between the combustion period of the fuel by the final pre-injection and the combustion period of the fuel by the subsequent main injection, and the final This is the overlap time between the fuel combustion period by pilot injection and the fuel combustion period by pre-injection.

(メイン噴射)
メイン噴射は、エンジン1のトルク発生のための噴射動作(トルク発生用燃料の供給動作)である。具体的に、本実施形態では、エンジン回転数、アクセル操作量、冷却水温度、吸気温度等の運転状態に応じて決定される要求トルクを得るための上記総噴射量から上記プレ噴射での噴射量を減算した噴射量として設定される。
(Main injection)
The main injection is an injection operation (torque generation fuel supply operation) for generating torque of the engine 1. Specifically, in the present embodiment, the injection in the pre-injection is performed from the total injection amount for obtaining the required torque that is determined according to the operating state such as the engine speed, the accelerator operation amount, the cooling water temperature, the intake air temperature, and the like. It is set as the injection amount obtained by subtracting the amount.

また、このメイン噴射の噴射開始角度としては、以下の式(4)によって設定される。   Further, the injection start angle of the main injection is set by the following equation (4).

メイン噴射開始角度=メイン着火時期+メイン噴射期間作用角+(メイン噴射における燃焼所要時間のクランク角度換算値+着火遅れ時間のクランク角度換算値−オーバラップ時間のクランク角度換算値) …(4)
ここで、着火遅れ時間は、メイン噴射が実行されてからその燃料が着火するまでの時間遅れである。また、オーバラップ時間は、上記プレ噴射による燃料の燃焼期間とメイン噴射による燃料の燃焼期間とのオーバラップ時間、および、メイン噴射による燃料の燃焼期間と、アフタ噴射による燃料の燃焼期間とのオーバラップ時間である。
Main injection start angle = Main ignition timing + Main injection period working angle + (Crank angle conversion value of combustion required time in main injection + Crank angle conversion value of ignition delay time−Crank angle conversion value of overlap time) (4)
Here, the ignition delay time is a time delay from when the main injection is executed until the fuel is ignited. The overlap time is defined as the overlap time between the fuel combustion period by the pre-injection and the fuel combustion period by the main injection, and the overlap between the fuel combustion period by the main injection and the fuel combustion period by the after injection. Lap time.

(エキゾーストヒート噴射)
本実施形態では、従来の噴射形態(パイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射、ポスト噴射)とは異なる噴射形態として触媒昇温用噴射(以下、エキゾーストヒート噴射と呼ぶ)を実行することを特徴としている。このエキゾーストヒート噴射は、排気系に備えられた上記マニバータ77の温度を上昇させるための噴射動作である。このエキゾーストヒート噴射の具体的な噴射制御動作については後述する。
(Exhaust heat injection)
In the present embodiment, the catalyst temperature raising injection (hereinafter referred to as exhaust heat injection) is executed as an injection mode different from the conventional injection mode (pilot injection, pre-injection, main injection, after-injection, post-injection). It is a feature. This exhaust heat injection is an injection operation for increasing the temperature of the maniverter 77 provided in the exhaust system. A specific injection control operation of the exhaust heat injection will be described later.

(ポスト噴射)
ポスト噴射は、排気系7に燃料を直接的に導入して上記マニバータ77の昇温を図るための噴射動作である。例えば、DPNR触媒76に捕集されているPMの堆積量が所定量を超えた場合(例えばマニバータ77の前後の差圧を検出することにより検知)、ポスト噴射が実行されるようになっている。
(Post injection)
The post-injection is an injection operation for directly introducing fuel into the exhaust system 7 to increase the temperature of the manipulator 77. For example, when the accumulated amount of PM trapped in the DPNR catalyst 76 exceeds a predetermined amount (for example, detected by detecting a differential pressure before and after the manipulator 77), post injection is performed. .

尚、上述した燃料噴射形態の説明では、従来から周知のアフタ噴射については説明していないが、必要に応じてメイン噴射の着後にアフタ噴射を実行してもよい。この場合、上記エキゾーストヒート噴射は、このアフタ噴射が実行された後に行われることになる。   In the description of the fuel injection mode described above, conventionally well-known after-injection has not been described, but after-injection may be executed after the main injection, if necessary. In this case, the exhaust heat injection is performed after the after injection is executed.

−エキゾーストヒート噴射の制御動作−
本実施形態の特徴とする噴射動作である上記エキゾーストヒート噴射の制御動作について以下に具体的に説明する。
-Control operation of exhaust heat injection-
The exhaust heat injection control operation, which is an injection operation characteristic of the present embodiment, will be specifically described below.

上述した如く、このエキゾーストヒート噴射は、排気系に備えられた上記マニバータ77の温度を上昇させるための噴射動作である。具体的に、本実施形態では、このエキゾーストヒート噴射により供給された燃料の燃焼エネルギがエンジンのトルクに殆ど変換されることなく、その大部分が排気の熱エネルギとして得られるタイミングでエキゾーストヒート噴射を実行するようにしている。また、このエキゾーストヒート噴射においても、上述したパイロット噴射やプレ噴射の場合と同様に、基本的には、最小噴射率(例えば1回当たりの噴射量1.5mm3)とし、複数回数のエキゾーストヒート噴射(以下、この分割されたエキゾーストヒート噴射をエキゾーストヒート分割噴射と呼ぶ)を実行することで、このエキゾーストヒート噴射で必要な総エキゾーストヒート噴射量を確保するようにしている。As described above, the exhaust heat injection is an injection operation for increasing the temperature of the maniverter 77 provided in the exhaust system. Specifically, in the present embodiment, the exhaust heat injection is performed at a timing at which most of the combustion energy of the fuel supplied by the exhaust heat injection is obtained as the heat energy of the exhaust gas without being almost converted into the engine torque. I am trying to do it. Also in this exhaust heat injection, as in the case of the pilot injection and the pre-injection described above, basically, the minimum injection rate (for example, the injection amount per injection is 1.5 mm 3 ), and the exhaust heat is repeated a plurality of times. By executing injection (hereinafter, this divided exhaust heat injection is referred to as “exhaust heat split injection”), a total exhaust heat injection amount necessary for this exhaust heat injection is ensured.

以下、このエキゾーストヒート噴射を実行するための制御動作について具体的に説明する。   Hereinafter, the control operation for executing the exhaust heat injection will be specifically described.

(噴射率)
本実施形態では、噴霧の分配や局所濃度の適正化を図るために、エキゾーストヒート分割噴射の噴射率としては、最小噴射率(例えば1回当たりの噴射量1.5mm3)とし、複数回数のエキゾーストヒート分割噴射を実行することで、エキゾーストヒート噴射で必要な総エキゾーストヒート噴射量を確保するようにしている。
(Injection rate)
In the present embodiment, in order to optimize spray distribution and local concentration, the injection rate of the exhaust heat split injection is set to a minimum injection rate (for example, an injection amount of 1.5 mm 3 per time), and a plurality of times By executing the exhaust heat division injection, the total exhaust heat injection amount necessary for the exhaust heat injection is ensured.

例えば、総エキゾーストヒート噴射量が3mm3であった場合には、インジェクタ23の最小限界噴射量である1.5mm3のエキゾーストヒート分割噴射が2回行われる。また、総エキゾーストヒート噴射量が4.5mm3であった場合には、インジェクタ23の最小限界噴射量である1.5mm3のエキゾーストヒート分割噴射が3回行われる。更に、総エキゾーストヒート噴射量が5mm3であった場合には、インジェクタ23の最小限界噴射量である1.5mm3のエキゾーストヒート分割噴射が2回行われ、その後、2.0mm3のエキゾーストヒート分割噴射が1回行われることになる。また、総エキゾーストヒート噴射量が2.0mm3であった場合には、インジェクタ23の最小限界噴射量である1.5mm3のエキゾーストヒート分割噴射が2回行われ、必要噴射量以上のエキゾーストヒート噴射量が確保されるようにしている。For example, when the total exhaust heat injection amount is 3 mm 3 , 1.5 mm 3 exhaust heat division injection that is the minimum limit injection amount of the injector 23 is performed twice. When the total exhaust heat injection amount is 4.5 mm 3 , 1.5 mm 3 exhaust heat split injection, which is the minimum limit injection amount of the injector 23, is performed three times. Further, when the total exhaust heat injection amount is 5 mm 3 , 1.5 mm 3 exhaust heat split injection that is the minimum limit injection amount of the injector 23 is performed twice, and then 2.0 mm 3 exhaust heat is performed. Split injection is performed once. Further, when the total exhaust heat injection amount was 2.0 mm 3, the exhaust heat split injection of 1.5 mm 3 which is the minimum limit injection amount of the injectors 23 is performed twice, required injection amount or the exhaust heat The injection amount is ensured.

図4は、3回のエキゾーストヒート分割噴射が実行される場合(例えば総エキゾーストヒート噴射量が4.5mm3である場合)におけるパイロット噴射、メイン噴射、エキゾーストヒート噴射の各噴射パターン、および、その際の筒内圧力、筒内温度の変化を示している。尚、必要に応じて上記プレ噴射やアフタ噴射が行われる場合もある。FIG. 4 shows each injection pattern of pilot injection, main injection, and exhaust heat injection when exhaust heat split injection is executed three times (for example, when the total exhaust heat injection amount is 4.5 mm 3 ), and The changes in the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature are shown. The pre-injection or after-injection may be performed as necessary.

この図に示すように、エキゾーストヒート噴射を構成する各エキゾーストヒート分割噴射では、インジェクタ23に備えられているニードルバルブのリフト量が制限されて上記最小噴射率での噴射が行われている。   As shown in this figure, in each exhaust heat split injection constituting the exhaust heat injection, the lift amount of the needle valve provided in the injector 23 is limited and the injection at the minimum injection rate is performed.

このようにして、最小限界噴射量でのエキゾーストヒート分割噴射が複数回実行されることで総エキゾーストヒート噴射量を確保するようにしている。   In this way, the exhaust heat split injection at the minimum limit injection amount is executed a plurality of times to ensure the total exhaust heat injection amount.

尚、エキゾーストヒート分割噴射の1回当たりにおける噴射形態を、インジェクタ23の最小限界噴射量(1.5mm3)とするものに代えて、エキゾーストヒート分割噴射の1回当たりにおける噴射形態を、インジェクタ23の最短開弁期間(例えば200μs)に設定してもよい。In addition, it replaces with what makes the injection form at the time of exhaust heat division | segmentation injection the minimum limit injection amount (1.5mm < 3 >) of the injector 23, and the injection form at once of exhaust heat division | segmentation injection is the injector 23 The shortest valve opening period (for example, 200 μs) may be set.

(総エキゾーストヒート噴射量)
また、上記総エキゾーストヒート噴射量は、上記マニバータ77の温度とその活性温度とに基づいて算出される。つまり、マニバータ77の温度がその活性温度よりも低いほど総エキゾーストヒート噴射量としては多く設定されるようになっている(総触媒昇温用噴射量算出手段による総触媒昇温用噴射量の算出動作)。具体的には、マニバータ77の温度を検出するための温度センサからのセンシング値と、予め記憶された触媒活性温度とを比較することにより総エキゾーストヒート噴射量を算出する。
(Total exhaust heat injection amount)
Further, the total exhaust heat injection amount is calculated based on the temperature of the manipulator 77 and its activation temperature. That is, the total exhaust heat injection amount is set to be larger as the temperature of the manipulator 77 is lower than the activation temperature (calculation of the total catalyst temperature increase injection amount by the total catalyst temperature increase injection amount calculation means). Operation). Specifically, the total exhaust heat injection amount is calculated by comparing the sensing value from the temperature sensor for detecting the temperature of the manipulator 77 with the catalyst activation temperature stored in advance.

尚、マニバータ77の温度を推定し、この推定された温度と、予め記憶された触媒活性温度とを比較することにより総エキゾーストヒート噴射量を算出するようにしてもよい。この場合のマニバータ77の温度推定動作としては、エンジン回転数とエンジン負荷(スロットルバルブ開度等)とからマニバータ77の温度を推定する触媒温度推定マップを上記ROM102に記憶させておき、この触媒温度推定マップに、現在のエンジン回転数およびエンジン負荷を当て嵌めることでマニバータ77の温度を推定する。また、排気ガス温度からマニバータ77の温度を推定するようにしてもよい。例えば、マニバータ77の上流側にも排気温センサを備えさせ、マニバータ77の上下流の排気温センサ45で検出された排気ガス温度に基づいてマニバータ77の温度を推定するものである。   The total exhaust heat injection amount may be calculated by estimating the temperature of the manipulator 77 and comparing the estimated temperature with a pre-stored catalyst activation temperature. In this case, as a temperature estimation operation of the manipulator 77, a catalyst temperature estimation map for estimating the temperature of the maniverter 77 from the engine speed and the engine load (throttle valve opening etc.) is stored in the ROM 102, and this catalyst temperature is stored. The temperature of the manipulator 77 is estimated by fitting the current engine speed and engine load to the estimation map. Further, the temperature of the manipulator 77 may be estimated from the exhaust gas temperature. For example, an exhaust temperature sensor is also provided on the upstream side of the manipulator 77, and the temperature of the maniverter 77 is estimated based on the exhaust gas temperature detected by the exhaust temperature sensor 45 upstream and downstream of the manipulator 77.

(噴射インターバル)
更に、複数回のエキゾーストヒート分割噴射を行う場合、各エキゾーストヒート分割噴射同士の間の時間間隔である噴射インターバルは以下のようにして求められる。つまり、この各エキゾーストヒート分割噴射のインターバルとしては、インジェクタ23の応答性(開閉動作の速さ)によって決定する。例えば、インジェクタ23の性能によって決定される最短開閉期間として例えば200μsに設定される。このエキゾーストヒート分割噴射のインターバルは上記値に限定されるものではない。
(Injection interval)
Furthermore, when performing multiple times of exhaust heat division | segmentation injection, the injection interval which is a time interval between each exhaust heat division | segmentation injection is calculated | required as follows. That is, the interval of each exhaust heat split injection is determined by the responsiveness of the injector 23 (speed of opening / closing operation). For example, the shortest opening / closing period determined by the performance of the injector 23 is set to 200 μs, for example. The interval of this exhaust heat division injection is not limited to the above value.

(噴射期間)
エキゾーストヒート噴射の噴射期間としては、以下の2つの条件が共に成立している期間に設定される。
(1)気筒内温度が、燃料の自着火温度以上となっていること。
(2)エキゾーストヒート噴射を実行した際における燃料の燃焼速度が所定速度以下であること。
(Injection period)
The injection period of the exhaust heat injection is set to a period in which the following two conditions are both satisfied.
(1) The in-cylinder temperature is equal to or higher than the fuel self-ignition temperature.
(2) The combustion speed of the fuel when exhaust heat injection is executed is not more than a predetermined speed.

ここで、燃料の自着火温度は、燃焼室3内の圧力に応じて変化する。つまり、燃焼室3内の圧力が高いほど燃料の自着火温度は低くなる。このため、例えば燃焼室3内の圧力に応じた自着火温度を求めるためのマップを上記ROM102に記憶させておき、このマップを参照することで燃料の自着火温度を取得する。   Here, the self-ignition temperature of the fuel changes according to the pressure in the combustion chamber 3. That is, the higher the pressure in the combustion chamber 3, the lower the fuel self-ignition temperature. For this reason, for example, a map for obtaining the self-ignition temperature corresponding to the pressure in the combustion chamber 3 is stored in the ROM 102, and the self-ignition temperature of the fuel is obtained by referring to this map.

また、エキゾーストヒート噴射を実行した際における燃料の燃焼速度は、その燃焼のエネルギがエンジン1のトルク(運動エネルギ)として取り出される量に相関がある。つまり、燃焼速度が高いほど、燃焼のエネルギの総量に対する運動エネルギへの変換量の割合は大きくなる。逆に、排気系に与えられる熱エネルギへの変換量の割合は小さくなる。このため、排気系に与えられる熱エネルギの量を大きく確保するためには、燃料の燃焼速度を所定速度以下に抑える必要がある。   Further, the combustion speed of the fuel when exhaust heat injection is performed has a correlation with the amount by which the combustion energy is extracted as torque (kinetic energy) of the engine 1. That is, the higher the combustion speed, the larger the ratio of the conversion amount to kinetic energy with respect to the total amount of combustion energy. Conversely, the ratio of the amount of conversion to heat energy given to the exhaust system becomes small. For this reason, in order to ensure a large amount of heat energy given to the exhaust system, it is necessary to suppress the combustion speed of the fuel to a predetermined speed or less.

上記2つの条件が共に成立している期間にエキゾーストヒート噴射を実行することにより、エキゾーストヒート噴射で噴射された燃料の燃焼によるエネルギの大部分を排気系に与えられる熱エネルギとして変換することが可能となる。図4における筒内温度の変化を示すグラフにあっては、破線で示すように、筒内温度が燃料の自着火温度(自着火温度の下限値)以上であって、且つ燃焼速度が所定速度以下となるための筒内温度上限値以下である範囲内の期間(以下、触媒昇温用噴射可能期間と呼ぶ)で3回のエキゾーストヒート分割噴射を実行している。   By executing the exhaust heat injection during the period when both of the above two conditions are satisfied, it is possible to convert most of the energy generated by the combustion of the fuel injected by the exhaust heat injection as heat energy given to the exhaust system. It becomes. In the graph showing the change in the in-cylinder temperature in FIG. 4, as shown by the broken line, the in-cylinder temperature is equal to or higher than the self-ignition temperature of the fuel (the lower limit value of the self-ignition temperature), and the combustion speed is a predetermined speed. Exhaust heat split injection is executed three times in a period (hereinafter referred to as “catalyst temperature increase injection possible period”) that is equal to or less than the upper limit value of the in-cylinder temperature.

また、図4における筒内圧の変化を示すグラフにあっては、上記エキゾーストヒート噴射の噴射期間において噴射された燃料の燃焼がエンジン1のトルクに影響を及ぼす(トルク増大をもたらす)筒内圧の下限値を破線で示している。つまり、筒内圧が、この破線以下であれば、エキゾーストヒート噴射で噴射された燃料がエンジン1のトルクに影響を及ぼすことがなくなる。図4に示すものでは、上記燃焼速度が所定速度以下に抑えられていることで、エキゾーストヒート噴射の噴射期間における筒内圧は低く抑えられており、エキゾーストヒート噴射で噴射された燃料がエンジン1のトルクに影響を及ぼすことがない状態であることが判る。   Further, in the graph showing the change in the in-cylinder pressure in FIG. 4, the combustion of the fuel injected during the injection period of the exhaust heat injection affects the torque of the engine 1 (results in an increase in torque). Values are shown with dashed lines. That is, if the in-cylinder pressure is equal to or less than this broken line, the fuel injected by the exhaust heat injection does not affect the torque of the engine 1. In the case shown in FIG. 4, since the combustion speed is suppressed to a predetermined speed or less, the in-cylinder pressure during the injection period of the exhaust heat injection is suppressed low, and the fuel injected by the exhaust heat injection is It can be seen that the torque is not affected.

以上のようにして、エキゾーストヒート分割噴射の噴射率、総エキゾーストヒート噴射量、エキゾーストヒート分割噴射の噴射インターバル、エキゾーストヒート噴射の噴射期間が求められた後、これら値に従ってエキゾーストヒート噴射が実行されるようにインジェクタ23の燃料噴射制御が行われる。つまり、上述した如く、最小噴射率(例えば1回当たりの噴射量1.5mm3)で複数回に亘ってエキゾーストヒート分割噴射を実行することで(触媒昇温用噴射実行手段による間欠的な燃料噴射動作)、このエキゾーストヒート噴射で必要な総エキゾーストヒート噴射量(Qp)を確保するようにインジェクタ23の制御が行われる。As described above, after determining the injection rate of exhaust heat split injection, the total exhaust heat injection amount, the injection interval of exhaust heat split injection, and the injection period of exhaust heat injection, exhaust heat injection is executed according to these values. Thus, the fuel injection control of the injector 23 is performed. That is, as described above, the exhaust heat split injection is executed a plurality of times at the minimum injection rate (for example, the injection amount per injection 1.5 mm 3 ) (intermittent fuel by the catalyst temperature increase injection execution means). Injecting operation), the injector 23 is controlled so as to secure the total exhaust heat injection amount (Qp) necessary for this exhaust heat injection.

上述したようにエキゾーストヒート分割噴射を実行することにより、このエキゾーストヒート分割噴射の1回当たりの燃料噴射量は僅かである。このため、エキゾーストヒート分割噴射時における燃料の吸熱反応による吸熱量は僅かであり、エキゾーストヒート噴射の着火遅れが発生することはなく、エキゾーストヒート噴射で噴射された燃料の着火性が良好に確保されている。これにより、第1回目のエキゾーストヒート分割噴射によって噴射された燃料が燃焼することによって得られた熱エネルギは、その後の第2回目のエキゾーストヒート分割噴射によって噴射された燃料の着火性を良好にするための熱エネルギとして利用される。更に、この第2回目のエキゾーストヒート分割噴射によって噴射された燃料が燃焼することによって得られた熱エネルギは、その後の第3回目のエキゾーストヒート分割噴射によって噴射された燃料の着火性を良好にするための熱エネルギとして利用される。このように複数段階でエキゾーストヒート分割噴射を行うことで、連鎖的な燃料の燃焼動作を得ることができる。   By executing the exhaust heat split injection as described above, the fuel injection amount per one time of the exhaust heat split injection is small. For this reason, the amount of heat absorbed by the endothermic reaction of the fuel at the time of exhaust heat split injection is small, there is no ignition delay of exhaust heat injection, and the ignitability of the fuel injected by exhaust heat injection is ensured well. ing. Thereby, the thermal energy obtained by burning the fuel injected by the first exhaust heat split injection improves the ignitability of the fuel injected by the second exhaust heat split injection thereafter. It is used as heat energy for Further, the thermal energy obtained by burning the fuel injected by the second exhaust heat split injection improves the ignitability of the fuel injected by the third exhaust heat split injection thereafter. It is used as heat energy for In this way, by performing exhaust heat split injection in a plurality of stages, a chained fuel combustion operation can be obtained.

以上説明したように、本実施形態では、最小噴射率で複数回に亘ってエキゾーストヒート分割噴射を実行することで、エキゾーストヒート噴射で噴射された燃料の燃焼ガスは、その大部分が熱エネルギとして排気系に送られることになる。つまり、このエキゾーストヒート噴射で噴射された燃料の燃焼ガスがエンジン1のトルクを増大させるものとしては殆ど作用することなく、この燃焼ガスのエネルギは上記マニバータ77を昇温させるための熱エネルギとして費やされる。このため、例えば、エンジン1の冷間始動時や軽負荷運転時などのように触媒床温が比較的低い状況であっても、排気系、特に触媒の周囲においては、高温度の燃焼ガスを存在させることができ、触媒温度を活性温度まで急速に上昇させることが可能となる。また、エキゾーストヒート噴射が実行されたことによってエンジン1のトルクが大幅に増大するといった状況は招かないため、エンジン1に適切なトルクを得ることができ、ドライバビリティが悪化することもない。   As described above, in the present embodiment, the exhaust gas split injection is executed a plurality of times at the minimum injection rate, so that most of the combustion gas of the fuel injected by the exhaust heat injection is converted into thermal energy. It will be sent to the exhaust system. In other words, the combustion gas of the fuel injected by the exhaust heat injection hardly acts as an increase in the torque of the engine 1, and the energy of the combustion gas is consumed as the heat energy for raising the temperature of the manipulator 77. It is. For this reason, for example, even when the catalyst bed temperature is relatively low, such as during cold start of the engine 1 or during light load operation, high temperature combustion gas is generated in the exhaust system, particularly around the catalyst. It can be present and the catalyst temperature can be rapidly raised to the activation temperature. Moreover, since the situation where the torque of the engine 1 increases significantly due to the execution of the exhaust heat injection does not occur, an appropriate torque can be obtained for the engine 1, and the drivability does not deteriorate.

尚、上記エキゾーストヒート噴射で噴射された燃料は、気筒内で完全燃焼する必要はなく、排気通路を流れていく間に燃焼が進んで、マニバータ77に達した際に所定の温度上昇(例えば100degの温度上昇)の効果が発揮できるようになっておればよい。   The fuel injected by the exhaust heat injection does not need to be completely combusted in the cylinder, and the combustion proceeds while flowing through the exhaust passage, and when the fuel reaches the manipulator 77, a predetermined temperature rise (for example, 100 deg) It is only necessary that the effect of temperature increase) can be exhibited.

また、エキゾーストヒート噴射で要求される総エキゾーストヒート噴射量を複数回のエキゾーストヒート分割噴射によって分割することにより、このエキゾーストヒート分割噴射で噴射される燃料の貫徹力を低く抑えることができ、これにより、この燃料をシリンダ内壁面に付着させることを回避できる。これにより、燃料による潤滑油の希釈や上記ボアフラッシングの発生が防止できる。また、シリンダ内壁面に付着した燃料が原因で発生していた排気中のHCやCOの発生量を大幅に減少させることができ、また、スモークの発生も抑制でき、排気エミッションの改善が図れる。   Also, by dividing the total exhaust heat injection amount required for exhaust heat injection by multiple exhaust heat split injections, the penetration force of fuel injected by this exhaust heat split injection can be kept low, thereby This fuel can be prevented from adhering to the inner wall surface of the cylinder. Thereby, the dilution of the lubricating oil with the fuel and the occurrence of the bore flushing can be prevented. Further, the amount of HC and CO generated in the exhaust gas caused by the fuel adhering to the inner wall surface of the cylinder can be greatly reduced, and the generation of smoke can be suppressed, so that exhaust emission can be improved.

−変形例1−
次に、エキゾーストヒート噴射の噴射期間の変形例について説明する。上述した実施形態では、エキゾーストヒート噴射の噴射期間としては、(1)気筒内温度が、燃料の自着火温度以上となっていること、(2)エキゾーストヒート噴射を実行した際における燃料の燃焼速度が所定速度以下であること、といった2つの条件が共に成立している期間に設定していた。本変形例では、それに代えて以下に述べるようにエキゾーストヒート噴射の噴射期間を設定している。
-Modification 1-
Next, a modified example of the injection period of the exhaust heat injection will be described. In the embodiment described above, the injection period of the exhaust heat injection includes (1) that the in-cylinder temperature is equal to or higher than the fuel self-ignition temperature, and (2) the fuel combustion speed when the exhaust heat injection is executed. Is set to a period in which both of the two conditions are satisfied. In this modification, instead of that, the injection period of the exhaust heat injection is set as described below.

つまり、図5に示すように、メイン噴射の実行後であって、燃料噴射を行った場合にその燃料の燃焼が可能な領域(図5における一点鎖線よりも下側の領域が燃料の燃焼が可能な領域である)であって、且つエキゾーストヒート噴射で噴射された燃料の燃焼がエンジン1のトルクに変換されない領域(図5における破線よりも下側の領域がエンジン1のトルクに変換されない領域である)の範囲内(両領域が重なり合った領域の範囲内)でエキゾーストヒート分割噴射を実行するようにしたものである。この図5では、上記実施形態の場合と同様に、各エキゾーストヒート分割噴射の噴射量をインジェクタ23の最小限界噴射量に設定したものである。   That is, as shown in FIG. 5, after the main injection is performed, the fuel can be burned when the fuel is injected (the region below the one-dot chain line in FIG. A region where combustion of fuel injected by exhaust heat injection is not converted into torque of the engine 1 (region below the broken line in FIG. 5 is not converted into torque of the engine 1) The exhaust heat split injection is executed within the range (within the range where the two regions overlap). In FIG. 5, as in the case of the above-described embodiment, the injection amount of each exhaust heat division injection is set to the minimum limit injection amount of the injector 23.

このようにしてエキゾーストヒート噴射の噴射期間を設定した場合にも、上述した実施形態と同様に、エキゾーストヒート噴射で噴射された燃料の燃焼によるエネルギの大部分が排気系に与えられる熱エネルギとして変換されることになり、例えば、エンジン1の冷間始動時や軽負荷運転時などのように触媒床温が比較的低い状況であっても、排気系、特に触媒の周囲においては、高温度の燃焼ガスを存在させることができ、触媒温度を活性温度まで急速に上昇させることが可能となる。また、エキゾーストヒート噴射が実行されたことによってエンジン1のトルクが大幅に増大するといった状況は招かないため、エンジン1に適切なトルクを得ることができ、ドライバビリティが悪化することもない。   Even when the injection period of the exhaust heat injection is set in this way, as in the above-described embodiment, most of the energy from the combustion of the fuel injected by the exhaust heat injection is converted as heat energy given to the exhaust system. For example, even when the catalyst bed temperature is relatively low, such as during cold start of the engine 1 or during light load operation, the exhaust system, particularly around the catalyst, has a high temperature. Combustion gas can be present and the catalyst temperature can be rapidly raised to the activation temperature. Moreover, since the situation where the torque of the engine 1 increases significantly due to the execution of the exhaust heat injection does not occur, an appropriate torque can be obtained for the engine 1, and the drivability does not deteriorate.

−変形例2−
図6(a)〜図6(c)は、上述したエキゾーストヒート噴射の噴射期間の更なる変形例におけるエキゾーストヒート噴射の噴射パターンを示している。何れの噴射パターンにおいても、上述の場合と同様に、メイン噴射の実行後であって、燃料噴射を行った場合にその燃料の燃焼が可能な領域(図中の一点鎖線よりも下側の領域)であって、且つエキゾーストヒート噴射で噴射された燃料の燃焼がエンジン1のトルクに変換されない領域(図中の破線よりも下側の領域)の範囲内でエキゾーストヒート分割噴射を実行するようにしている。
-Modification 2-
FIG. 6A to FIG. 6C show an exhaust heat injection pattern in a further modification of the above-described exhaust heat injection period. In any injection pattern, as in the case described above, after the main injection is performed, the fuel can be burned when the fuel is injected (the region below the one-dot chain line in the figure). And the exhaust heat split injection is executed within a range where the combustion of the fuel injected by the exhaust heat injection is not converted into the torque of the engine 1 (a region below the broken line in the figure). ing.

図6(a)では、各エキゾーストヒート分割噴射の噴射タイミングとしては、上述したものと同じであるが、第2回目のエキゾーストヒート分割噴射の噴射量(インジェクタ23のリフト量)が他のエキゾーストヒート分割噴射のものよりも多く設定されている。また、図6(b)に示す噴射パターンは、各エキゾーストヒート分割噴射の噴射タイミングを進角側に移行させると共に、遅角側のエキゾーストヒート分割噴射ほどその噴射量を多く設定したものである。更に、図6(c)に示す噴射パターンは、各エキゾーストヒート分割噴射の噴射タイミングを遅角側に移行させると共に、進角側のエキゾーストヒート分割噴射ほどその噴射量を多く設定したものである。何れの噴射パターンにおいても、各エキゾーストヒート分割噴射は、燃料の燃焼が可能な領域であって、且つエキゾーストヒート噴射で噴射された燃料の燃焼がエンジン1のトルクに変換されない領域の範囲内で実行されるため、エキゾーストヒート噴射で噴射された燃料の燃焼によるエネルギの大部分が排気系に与えられる熱エネルギとして変換されることになり、触媒温度を活性温度まで急速に上昇させることが可能となる。また、エキゾーストヒート噴射が実行されたことによってエンジン1のトルクが大幅に増大するといった状況は招かないため、エンジン1に適切なトルクを得ることができ、ドライバビリティが悪化することもない。   In FIG. 6A, the injection timing of each exhaust heat divided injection is the same as that described above, but the injection amount of the second exhaust heat divided injection (lift amount of the injector 23) is other exhaust heat. It is set more than that of split injection. In the injection pattern shown in FIG. 6B, the injection timing of each exhaust heat division injection is shifted to the advance side, and the injection amount is set to be larger as the exhaust heat division injection on the retard side. Further, in the injection pattern shown in FIG. 6C, the injection timing of each exhaust heat division injection is shifted to the retard side, and the injection amount is set to be larger for the advance side exhaust heat division injection. Regardless of the injection pattern, each exhaust heat split injection is executed in a region where the fuel can be burned and the fuel injected by the exhaust heat injection is not converted into the torque of the engine 1. Therefore, most of the energy generated by combustion of the fuel injected by the exhaust heat injection is converted as heat energy given to the exhaust system, and the catalyst temperature can be rapidly raised to the activation temperature. . Moreover, since the situation where the torque of the engine 1 increases significantly due to the execution of the exhaust heat injection does not occur, an appropriate torque can be obtained for the engine 1, and the drivability does not deteriorate.

−変形例3−
次に、変形例3について説明する。上述した実施形態および変形例の如くエキゾーストヒート分割噴射の1回当たりにおけるエキゾーストヒート分割噴射量をインジェクタ23の最小限界噴射量に設定したり、エキゾーストヒート分割噴射の1回当たりにおけるインジェクタ23の開弁期間を最短開弁期間に設定したりする場合に、上記触媒昇温用噴射可能期間内では必要回数のエキゾーストヒート分割噴射が実行できなくなる可能性がある。特に、この触媒昇温用噴射可能期間が短い場合である。この場合の対策として、エキゾーストヒート分割噴射の1回当たりにおけるエキゾーストヒート噴射量をインジェクタ23の最小限界噴射量よりも多く設定したり、エキゾーストヒート分割噴射の1回当たりにおけるインジェクタ23の開弁期間を最短開弁期間よりも長く設定したりする必要がある。
-Modification 3-
Next, Modification 3 will be described. As in the embodiment and the modification described above, the exhaust heat split injection amount per exhaust heat split injection is set to the minimum limit injection amount of the injector 23, or the injector 23 is opened per exhaust heat split injection. When the period is set to the shortest valve opening period, there is a possibility that the required number of exhaust heat split injections cannot be executed within the above-described catalyst temperature increase injection possible period. In particular, this is a case where the catalyst temperature rising injection possible period is short. As countermeasures in this case, the exhaust heat injection amount per exhaust heat split injection is set to be larger than the minimum limit injection amount of the injector 23, or the valve opening period of the injector 23 per exhaust heat split injection is set. It is necessary to set longer than the shortest valve opening period.

この場合に、エキゾーストヒート噴射量の増量に伴って、その着火性が確保できない可能性があるため、本変形例では、このような状況にある際、上記グロープラグ19による加熱動作を行って、エキゾーストヒート分割噴射で噴射された燃料の着火性を確保するようにしている。つまり、エキゾーストヒート噴射の開始に連動して、または、エキゾーストヒート噴射の開始に先立って、グロープラグ19に通電し、このグロープラグ19を赤熱させるようにする。   In this case, with the increase in the amount of exhaust heat injection, there is a possibility that the ignitability may not be ensured, so in this modification, in such a situation, the heating operation by the glow plug 19 is performed, The ignitability of the fuel injected by the exhaust heat split injection is ensured. That is, in conjunction with the start of the exhaust heat injection or prior to the start of the exhaust heat injection, the glow plug 19 is energized so that the glow plug 19 is heated red.

尚、このグロープラグ19による加熱動作としては、第1回目のエキゾーストヒート分割噴射の実行時にのみ行ってもよいし、全てのエキゾーストヒート分割噴射の実行時に行ってもよい。   The heating operation by the glow plug 19 may be performed only when the first exhaust heat split injection is performed, or may be performed when all the exhaust heat split injections are performed.

これにより、上記触媒昇温用噴射可能期間内に必要回数のエキゾーストヒート分割噴射を実行しながらも、このエキゾーストヒート分割噴射で噴射された燃料を確実に着火させることが可能となる。つまり、エキゾーストヒート噴射で噴射された燃料を確実に着火させることと、エンジン1のトルクが大幅に増大するといった状況を回避することと、触媒温度を活性温度まで上昇させるのに必要な熱エネルギを排気系に供給することとを連立することが可能になる。   This makes it possible to reliably ignite the fuel injected by the exhaust heat split injection while executing the required number of exhaust heat split injections within the above-described catalyst temperature increase injection possible period. That is, the fuel injected by the exhaust heat injection is surely ignited, the situation in which the torque of the engine 1 is greatly increased, and the thermal energy required to raise the catalyst temperature to the activation temperature are obtained. It is possible to simultaneously supply the exhaust system.

−変形例4−
次に、変形例4について説明する。本変形例は、上記エキゾーストヒート噴射を実行した際、このエキゾーストヒート噴射に起因するエンジントルクが発生し、総エンジントルクが上記要求トルク(上述した如く、本来、プレ噴射とメイン噴射とで得られるべきトルク)よりも増大してしまう場合の対策に関する。
-Modification 4-
Next, Modification 4 will be described. In this modification, when the exhaust heat injection is executed, an engine torque resulting from the exhaust heat injection is generated, and the total engine torque is obtained by the required torque (as described above, originally the pre-injection and the main injection). The present invention relates to a countermeasure for the case where the torque increases more than the power torque.

本変形例では、このようにエキゾーストヒート噴射に起因してトルクが増大してしまう場合(余剰トルクが発生してしまう場合)、上記メイン噴射の噴射量を減量補正し、この余剰トルクと略同等のトルクがメイン噴射に起因するトルクから減じられるようにしている(噴射量補正手段による噴射量の減量補正動作)。以下、具体的に説明する。   In this modification, when the torque is increased due to the exhaust heat injection (when surplus torque is generated), the injection amount of the main injection is corrected to be reduced and substantially equal to the surplus torque. Is reduced from the torque resulting from the main injection (injection amount reduction correction operation by the injection amount correction means). This will be specifically described below.

図7は、エキゾーストヒート噴射に起因するトルクがエンジン1に発生し、メイン噴射の減量補正を行った場合におけるパイロット噴射、メイン噴射、エキゾーストヒート噴射の各噴射パターンを示している。尚、必要に応じて上記プレ噴射やアフタ噴射が行われる場合もある。   FIG. 7 shows each injection pattern of pilot injection, main injection, and exhaust heat injection when torque due to exhaust heat injection is generated in the engine 1 and the main injection reduction correction is performed. The pre-injection or after-injection may be performed as necessary.

この図7に示す破線は、メイン噴射の噴射量を減量補正する前におけるメイン噴射の噴射パターンを示している。また、図7に実線で示すメイン噴射の噴射パターンは、このメイン噴射の噴射量を減量補正した後の噴射パターンである。このように、メイン噴射の噴射終了タイミングを早める(進角側に補正する)ことによってメイン噴射の噴射量を減量補正するようにしている。尚、この図7に示すものでは、エキゾーストヒート噴射としては1回の噴射のみを行っているが、上述したように、必要な総エキゾーストヒート噴射量を確保するために複数に分割したエキゾーストヒート分割噴射を実行するようにしてもよい。   The broken lines shown in FIG. 7 indicate the injection pattern of the main injection before the injection amount of the main injection is corrected for reduction. In addition, the injection pattern of the main injection indicated by the solid line in FIG. 7 is an injection pattern after the injection amount of the main injection is corrected for reduction. In this way, the injection amount of the main injection is corrected to decrease by advancing the injection end timing of the main injection (correcting to the advance side). In FIG. 7, only one injection is performed as the exhaust heat injection, but as described above, the exhaust heat division is divided into a plurality of parts in order to secure a necessary total exhaust heat injection amount. You may make it perform injection.

このようなメイン噴射の噴射量を減量補正する場合の具体的な制御手順について以下に説明する。   A specific control procedure for correcting the amount of main injection to be reduced will be described below.

先ず、エキゾーストヒート噴射の実行前(昇温制御の実行前)にあっては、所謂気筒間補正制御が行われており、各気筒での混合気の燃焼による仕事量の均等化(発生トルクの均等化)がなされるように燃料噴射量の補正が行われている。つまり、エンジン1の仕事量が、要求されている目標仕事量に略一致するように、燃料噴射制御が行われている。   First, before the exhaust heat injection is performed (before the temperature increase control is performed), so-called inter-cylinder correction control is performed, and work equalization (combustion torque generation) by combustion of the air-fuel mixture in each cylinder is performed. The fuel injection amount is corrected so as to achieve equalization. That is, the fuel injection control is performed so that the work amount of the engine 1 substantially matches the requested target work amount.

そして、例えば軽負荷運転が継続するなどしてマニバータ77の温度が低下し、その昇温が必要となった場合には、エキゾーストヒート噴射が開始されることになる。このエキゾーストヒート噴射は、本来、エンジン1のトルクを増大させることのないものであることが理想であるが、エンジン1の負荷領域や温度環境等によっては、このエキゾーストヒート噴射で噴射された燃料の燃焼に伴って発生するエネルギの一部がトルクに変換されてしまう可能性がある。そして、エキゾーストヒート噴射に起因してトルクが増大し、余剰トルクが発生した場合には、上記エキゾーストヒート噴射での噴射量に応じてメイン噴射の噴射量を減量補正することになる(図7に実線で示すメイン噴射の噴射パターンを参照)。   Then, for example, when the temperature of the manipulator 77 is lowered due to the continued light load operation or the like and the temperature needs to be raised, the exhaust heat injection is started. It is ideal that the exhaust heat injection should not increase the torque of the engine 1. However, depending on the load region of the engine 1, the temperature environment, and the like, the fuel injected by the exhaust heat injection There is a possibility that a part of energy generated by combustion is converted into torque. When the torque increases due to the exhaust heat injection and the surplus torque is generated, the injection amount of the main injection is corrected to decrease according to the injection amount in the exhaust heat injection (FIG. 7). (Refer to the injection pattern of the main injection shown by the solid line).

この場合、エキゾーストヒート噴射に起因するトルクが発生したか(エキゾーストヒート噴射の開始に伴ってトルク段差が発生したか)否かの判定動作としては、エキゾーストヒート噴射の実行前において各気筒での混合気の燃焼により発生した仕事量(トルクへの変換分に相当)の合算値と、エキゾーストヒート噴射の実行後において各気筒での混合気の燃焼により発生した仕事量の合算値との差を検出することにより行われる。この仕事量の算出は、各気筒の1サイクル毎における回転変動差(例えば、ピストンの圧縮上死点前でのエンジン回転速度と、膨張行程開始後においてエンジン回転速度の最高速度(例えばピストンの圧縮上死点後20°CAの位置でのエンジン回転速度)との差)等に基づき算出される。   In this case, the operation of determining whether torque due to exhaust heat injection has occurred (whether a torque step has occurred with the start of exhaust heat injection) or not is performed in each cylinder before the exhaust heat injection is performed. Detects the difference between the total value of the work generated by the combustion of the air (corresponding to the amount converted to torque) and the total value of the work generated by the combustion of the air-fuel mixture in each cylinder after execution of exhaust heat injection Is done. This calculation of the amount of work is based on the difference in rotation fluctuation of each cylinder in each cycle (for example, the engine rotation speed before the compression top dead center of the piston and the maximum engine rotation speed after the expansion stroke starts (for example, compression of the piston). It is calculated on the basis of the difference between the engine speed at a position of 20 ° CA after top dead center.

そして、エキゾーストヒート噴射に起因してトルクが増大した場合には、上記エキゾーストヒート噴射での噴射量に応じてメイン噴射の噴射量を減量補正することになるが、この場合、上記エキゾーストヒート噴射での噴射量とメイン噴射の減量補正量との関係を規定したメイン噴射減量補正マップをROM102に予め記憶させておき、このメイン噴射減量補正マップに従ってメイン噴射の減量補正量を決定することになる。尚、このメイン噴射減量補正マップは、予め実験やシミュレーション等によって作成されている。   When the torque increases due to the exhaust heat injection, the injection amount of the main injection is corrected to decrease in accordance with the injection amount of the exhaust heat injection. In this case, the exhaust heat injection A main injection reduction correction map defining the relationship between the injection amount and the main injection reduction correction amount is stored in advance in the ROM 102, and the main injection reduction correction amount is determined according to the main injection reduction correction map. The main injection reduction correction map is created in advance through experiments, simulations, and the like.

図8は、本変形例における昇温制御(エキゾーストヒート噴射制御)の実行タイミングとエンジン1の仕事量の変化とを示す図である。   FIG. 8 is a diagram showing the execution timing of the temperature increase control (exhaust heat injection control) and the change in the work amount of the engine 1 in the present modification.

先ず、昇温制御の非実行状態(昇温制御OFF)から昇温制御が実行(昇温制御ON)され(タイミングT1)、エキゾーストヒート噴射に起因するトルクが発生した場合には、エンジン1の仕事量が増大する。このことを上述した仕事量算出動作によって検出しておき、次回の昇温制御が実行(昇温制御ON)時(タイミングT2)にあっては、上述したメイン噴射の噴射量の減量補正(メイン噴射減量補正マップから求められた減量補正量によるメイン噴射の減量補正)を行うことで、上記エキゾーストヒート噴射に起因するトルクの上昇分と、メイン噴射の減量補正によるトルクの減少分とが相殺され、昇温制御の開始時におけるトルク段差は殆ど生じないことになる。つまり、エキゾーストヒート噴射に起因して発生するトルクと減量後のメイン噴射に起因して発生するトルクとを合算したトルクが上記目標トルクと略同等のトルク(昇温制御実行前におけるトルク)として得られることになり、仕事量が増大してしまうことが回避できる。その結果、上述した如く触媒温度を活性温度まで急速に上昇させることを可能としながらも、エンジン1のトルクを適正に得ることができて良好なドライバビリティを得ることができる。   First, when the temperature increase control is executed (temperature increase control ON) from the non-execution state of the temperature increase control (temperature increase control OFF) (timing T1), and the torque caused by the exhaust heat injection is generated, Work volume increases. This is detected by the above-described work amount calculation operation, and when the next temperature increase control is executed (temperature increase control ON) (timing T2), the above-described injection amount reduction correction (main By performing the main fuel injection reduction correction amount based on the fuel injection reduction correction map, the torque increase due to the exhaust heat injection is offset from the torque reduction due to the main injection reduction correction. Thus, a torque step at the start of the temperature raising control hardly occurs. In other words, the sum of the torque generated due to the exhaust heat injection and the torque generated due to the main injection after the reduction is obtained as a torque substantially equal to the target torque (torque before the temperature increase control is executed). Therefore, it is possible to avoid an increase in the work amount. As a result, the torque of the engine 1 can be appropriately obtained and good drivability can be obtained while the catalyst temperature can be rapidly raised to the activation temperature as described above.

尚、この変形例4では、エキゾーストヒート噴射に起因するトルクが発生してエンジン1の仕事量が増大した場合、次回の昇温制御実行時にメイン噴射の噴射量の減量補正を行うようにしている。これは、昇温制御の途中でのトルク変動を抑制するためである。これに代えて、エキゾーストヒート噴射に起因するトルクが発生してエンジン1の仕事量が増大した場合、その昇温制御の途中で、上記メイン噴射の噴射量の減量補正を行って適正な仕事量を早期に得るようにしてもよい。   In the fourth modification, when the torque caused by the exhaust heat injection is generated and the work amount of the engine 1 is increased, the injection amount reduction correction of the main injection is performed at the next execution of the temperature raising control. . This is to suppress torque fluctuation during the temperature rise control. Instead, when the torque caused by the exhaust heat injection is generated and the work amount of the engine 1 is increased, the main work injection amount is corrected to be reduced in the middle of the temperature increase control to obtain an appropriate work amount. May be obtained early.

また、本変形例において、上記予め設定された減量補正量(上記メイン噴射減量補正マップから求められた減量補正量)だけメイン噴射の噴射量を減量補正した場合に、この減量補正を行ったことでトルク不足が生じた場合には、このトルクの不足量に応じた増量補正量を求め、この増量補正量だけメイン噴射の噴射量を増量補正するようにしてもよい。   In this modification, when the injection amount of the main injection is reduced and corrected by the preset reduction correction amount (the reduction correction amount obtained from the main injection reduction correction map), the reduction correction is performed. When a torque shortage occurs, an increase correction amount corresponding to the torque shortage amount may be obtained, and the injection amount of the main injection may be increased and corrected by this increase correction amount.

−変形例5−
次に、変形例5について説明する。本変形例も、上記エキゾーストヒート噴射を実行した際、このエキゾーストヒート噴射に起因するエンジントルクが発生し、総エンジントルクが上記要求トルクよりも増大してしまう場合の対策に関する。
-Modification 5-
Next, Modification 5 will be described. This modified example also relates to a countermeasure when the exhaust heat injection is executed and the engine torque resulting from the exhaust heat injection is generated and the total engine torque is increased from the required torque.

本変形例では、上述した変形例4の制御動作を行っても、未だエキゾーストヒート噴射に起因するエンジントルク(余剰トルク)が残存している場合に、上記メイン噴射での噴射量を追加減量補正し、この余剰トルクと略同等のトルクがメイン噴射に起因するトルクから減じられるようにしている。   In this modification, even if the control operation of the modification 4 described above is performed, if the engine torque (surplus torque) due to the exhaust heat injection still remains, the injection amount in the main injection is additionally reduced. Then, a torque substantially equal to this surplus torque is reduced from the torque resulting from the main injection.

図9は、エキゾーストヒート噴射に起因するトルクがエンジン1に発生し、メイン噴射の追加減量補正を行った場合におけるパイロット噴射、メイン噴射、エキゾーストヒート噴射の各噴射パターンを示している。尚、必要に応じて上記プレ噴射やアフタ噴射が行われる場合もある。   FIG. 9 shows each injection pattern of pilot injection, main injection, and exhaust heat injection when torque resulting from exhaust heat injection is generated in the engine 1 and additional reduction correction of main injection is performed. The pre-injection or after-injection may be performed as necessary.

この図9に示す破線は、メイン噴射の噴射量を減量補正する前におけるメイン噴射の噴射パターンを示している。また、図9に示す一点鎖線は、上記変形例4の制御動作によってメイン噴射の噴射量を減量補正した場合におけるメイン噴射の噴射パターンを示している。そして、図9に示す実線は、メイン噴射の噴射量を追加減量補正した後のメイン噴射の噴射パターンを示している。このように、メイン噴射の噴射終了タイミングを早める(進角側に補正する)ことによってメイン噴射の噴射量を追加減量補正するようにしている。尚、この図9に示したものにおいても、エキゾーストヒート噴射としては1回の噴射のみを行っているが、上述したように、必要な総エキゾーストヒート噴射量を確保するために複数に分割したエキゾーストヒート分割噴射を実行するようにしてもよい。   The broken lines shown in FIG. 9 indicate the injection pattern of the main injection before the injection amount of the main injection is corrected for reduction. In addition, an alternate long and short dash line in FIG. 9 indicates the injection pattern of the main injection when the amount of main injection is corrected to be reduced by the control operation of the fourth modification. And the continuous line shown in FIG. 9 has shown the injection pattern of the main injection after carrying out the additional amount reduction correction | amendment of the injection quantity of the main injection. As described above, the injection amount of the main injection is corrected to be further reduced by advancing the injection end timing of the main injection (correcting to the advance side). In the case shown in FIG. 9 as well, only one injection is performed as the exhaust heat injection, but as described above, the exhaust divided into a plurality of parts to ensure the required total exhaust heat injection amount. You may make it perform heat division | segmentation injection.

このようにメイン噴射の噴射量を追加減量補正する場合の具体的な制御手順について以下に説明する。   A specific control procedure for correcting the amount of main injection to be additionally reduced will be described below.

上述した変形例4の制御動作を行っても、未だエキゾーストヒート噴射に起因するエンジントルクが残存している場合、各気筒毎に、目標仕事量に対する実際の仕事量の差を抽出する。つまり、エキゾーストヒート噴射の実行前における各気筒毎の仕事量に対し、エキゾーストヒート噴射が実行された後の仕事量の増加分を、各気筒別に抽出する。各気筒別の仕事量の抽出は、上述した如く、各気筒の1サイクル毎における回転変動差等に基づいて算出することができる。   If engine torque resulting from exhaust heat injection still remains after performing the control operation of the above-described modification 4, the difference in actual work amount with respect to the target work amount is extracted for each cylinder. That is, the increase in the work after the exhaust heat injection is executed is extracted for each cylinder with respect to the work for each cylinder before the exhaust heat injection is executed. As described above, the extraction of the work amount for each cylinder can be calculated based on the rotational fluctuation difference in each cycle of each cylinder.

このようにして、エキゾーストヒート噴射が実行されたことに起因する各気筒毎の仕事量の増加分を個別に求めた後、その増加した仕事量分を減量するように、各気筒毎にメイン噴射の減量補正を行う。この各気筒毎にメイン噴射の減量補正動作は、図10に示すような、仕事量差とメイン噴射の減量補正量(噴射量相当)との関係を規定したメイン噴射追加減量補正マップをROM102に予め記憶させておき、このメイン噴射追加減量補正マップに従ってメイン噴射の追加減量補正量を決定することになる。例えば、上記仕事量差がメイン噴射追加減量補正マップ上のAであった場合、メイン噴射の減量補正量としてはメイン噴射追加減量補正マップ上のBとして得られることになる。尚、このメイン噴射追加減量補正マップは、予め実験やシミュレーション等によって作成されている。   In this way, after individually obtaining an increase in the work amount for each cylinder resulting from the execution of the exhaust heat injection, the main injection is performed for each cylinder so as to reduce the increased work amount. Perform weight loss correction. The main injection reduction correction operation for each cylinder is performed in the ROM 102 by adding a main injection additional reduction correction map that defines the relationship between the work amount difference and the main injection reduction correction amount (equivalent to the injection amount) as shown in FIG. The additional reduction correction amount of the main injection is determined according to the main injection additional reduction correction map stored in advance. For example, when the work difference is A on the main injection additional reduction correction map, the main injection reduction correction amount is obtained as B on the main injection additional reduction correction map. The main injection additional reduction correction map is created in advance by experiments, simulations, or the like.

図11は、本変形例における昇温制御(エキゾーストヒート噴射制御)の実行タイミングとエンジン1の仕事量の変化とを示す図である。   FIG. 11 is a diagram showing the execution timing of the temperature increase control (exhaust heat injection control) and the change in the work amount of the engine 1 in the present modification.

先ず、昇温制御の非実行状態(昇温制御OFF)から昇温制御が実行(昇温制御ON)され(タイミングT1)、エキゾーストヒート噴射に起因するトルクが発生した場合には、エンジン1の仕事量が増大する。このことを上述した仕事量算出動作によって検出しておき、次回の昇温制御の実行(昇温制御ON)時(タイミングT2)にあっては、上述したメイン噴射の噴射量の減量補正(メイン噴射減量補正マップから求められた減量補正量によるメイン噴射の減量補正)を行う。   First, when the temperature increase control is executed (temperature increase control ON) from the non-execution state of the temperature increase control (temperature increase control OFF) (timing T1), and the torque caused by the exhaust heat injection is generated, Work volume increases. This is detected by the above-described work amount calculation operation, and when the next temperature increase control is executed (temperature increase control ON) (timing T2), the above-described injection amount reduction correction (main Main fuel injection reduction correction by the reduction correction amount obtained from the injection reduction correction map).

この場合に、未だエキゾーストヒート噴射に起因するエンジントルクが残存している場合(図11における残存余剰仕事量を参照)には、次回の昇温制御の実行(昇温制御ON)時(タイミングT3)にあっては、各気筒毎に、上記メイン噴射追加減量補正マップから求められた追加減量補正量によるメイン噴射の減量補正を個別に行う。これにより、上記エキゾーストヒート噴射に起因するトルクの上昇分と、メイン噴射の減量補正によるトルクの減少分とが各気筒それぞれにおいて共に相殺され、昇温制御の開始時におけるトルク段差は殆ど生じないことになる。つまり、エキゾーストヒート噴射に起因して発生するトルクと減量後のメイン噴射に起因して発生するトルクとを合算したトルクが上記目標トルクと略同等のトルク(昇温制御実行前におけるトルク)として得られることになり、仕事量が増大してしまうことが回避できる。その結果、上述した如く触媒温度を活性温度まで急速に上昇させることを可能としながらも、エンジン1のトルクを適正に得ることができて良好なドライバビリティを得ることができる。   In this case, when the engine torque due to the exhaust heat injection still remains (see the remaining surplus work amount in FIG. 11), the next temperature increase control is executed (temperature increase control ON) (timing T3). ), The main injection reduction correction is performed individually for each cylinder by the additional reduction correction amount obtained from the main injection additional reduction correction map. As a result, the increase in torque caused by the exhaust heat injection and the decrease in torque due to the correction for reducing the amount of main injection cancel each other out, and there is almost no torque step at the start of temperature rise control. become. In other words, the sum of the torque generated due to the exhaust heat injection and the torque generated due to the main injection after the reduction is obtained as a torque substantially equal to the target torque (torque before the temperature increase control is executed). Therefore, it is possible to avoid an increase in the work amount. As a result, the torque of the engine 1 can be appropriately obtained and good drivability can be obtained while the catalyst temperature can be rapidly raised to the activation temperature as described above.

尚、この変形例5においても、エキゾーストヒート噴射に起因するトルクが発生してエンジン1の仕事量が増大した場合、次回の昇温制御実行時にメイン噴射の噴射量の減量補正を行うようにしている。これに代えて、エキゾーストヒート噴射に起因するトルクが発生してエンジン1の仕事量が増大した場合、その昇温制御の途中で、上記メイン噴射の噴射量の減量補正及び追加減量補正を行って適正な仕事量を早期に得るようにしてもよい。   In the fifth modification as well, when torque due to the exhaust heat injection is generated and the work amount of the engine 1 is increased, the injection amount reduction correction of the main injection is performed at the next execution of the temperature raising control. Yes. Instead, when torque due to the exhaust heat injection is generated and the work amount of the engine 1 is increased, the injection amount reduction correction and the additional reduction correction are performed during the temperature increase control. An appropriate amount of work may be obtained early.

また、本変形例においても、上記動作によってメイン噴射の噴射量を減量補正した場合に、この減量補正を行ったことでトルク不足が生じた場合には、このトルクの不足量に応じた増量補正量を求め、この増量補正量だけメイン噴射の噴射量を増量補正するようにしてもよい。   Also in this modified example, when the amount of main injection is reduced by the above operation, if the torque shortage occurs due to the reduction correction, the amount of increase correction corresponding to the amount of torque shortage is performed. The amount may be obtained and the injection amount of the main injection may be increased and corrected by this increase correction amount.

−他の実施形態−
以上説明した実施形態および変形例は、自動車に搭載される直列4気筒ディーゼルエンジンに本発明を適用した場合について説明した。本発明は、自動車用に限らず、その他の用途に使用されるエンジンにも適用可能である。また、気筒数やエンジン形式(直列型エンジン、V型エンジン等の別)についても特に限定されるものではない。
-Other embodiments-
The embodiment and the modification described above have described the case where the present invention is applied to an in-line four-cylinder diesel engine mounted on an automobile. The present invention is applicable not only to automobiles but also to engines used for other purposes. Further, the number of cylinders and the engine type (separate type engine, V-type engine, etc.) are not particularly limited.

また、エキゾーストヒート噴射におけるエキゾーストヒート分割噴射の回数としては特に限定されるものではなく、本発明は、総エキゾーストヒート噴射量の算出値が比較的低い(例えば1.5mm3)場合に、1回の噴射でエキゾーストヒート噴射を完了する場合も含まれる。Further, the number of exhaust heat split injections in the exhaust heat injection is not particularly limited, and the present invention is one time when the calculated value of the total exhaust heat injection amount is relatively low (for example, 1.5 mm 3 ). This also includes the case where exhaust heat injection is completed with the injection.

また、上記実施形態および変形例では、マニバータ77として、NSR触媒75およびDPNR触媒76を備えたものとしたが、NSR触媒75およびDPF(Diesel Paticulate Filter)を備えたものとしてもよい。   In the above-described embodiment and modification, the NSR catalyst 75 and the DPNR catalyst 76 are provided as the manipulator 77. However, the NSR catalyst 75 and a DPF (Diesel Particle Filter) may be provided.

また、上記変形例4及び変形例5では、エキゾーストヒート噴射に起因するエンジントルクが発生している場合には、上記メイン噴射での噴射量を減量補正するようにしていた。これに加えて、エキゾーストヒート噴射での噴射量に対しても減量補正を行うようにしてもよい。これによれば、メイン噴射に対する減量補正量を小さくすることができる。   Moreover, in the said modification 4 and the modification 5, when the engine torque resulting from exhaust heat injection has generate | occur | produced, the injection quantity in the said main injection was reduced correction | amendment. In addition to this, reduction correction may be performed for the injection amount in the exhaust heat injection. According to this, the amount of reduction correction with respect to the main injection can be reduced.

また、上記変形例4及び変形例5では、エンジン1の暖機運転完了後に軽負荷運転が継続するなどしてマニバータ77の温度が低下した場合について説明したが、冷間始動時においても同様の制御を行うことで、マニバータ77を活性温度まで急速に上昇させることが可能である。   Moreover, in the said modification 4 and modification 5, although the case where the light load driving | operation continued after the completion of warming-up operation of the engine 1 was demonstrated, the temperature of the manipulator 77 fell, the same thing also at the time of cold start By performing the control, it is possible to rapidly raise the manipulator 77 to the activation temperature.

本発明は、自動車に搭載されるコモンレール式筒内直噴型多気筒ディーゼルエンジンにおいて、触媒の早期昇温を図る場合の燃料噴射制御に適用することが可能である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to fuel injection control in a case where a catalyst is rapidly raised in a common rail in-cylinder direct injection multi-cylinder diesel engine mounted on an automobile.

Claims (10)

内燃機関の1サイクル中に、燃料噴射弁から、トルク発生のための燃料噴射である主噴射を含む複数回の燃料噴射が可能な圧縮自着火式の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記主噴射の実行後に、この主噴射で噴射された燃料の燃焼によって発生した気筒内の熱エネルギを利用して着火する触媒昇温用噴射を実行することにより、この触媒昇温用噴射で噴射された燃料の燃焼ガスのエネルギの大部分を排気系の触媒昇温用の熱エネルギとして排気系に送る触媒昇温用噴射実行手段を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
In a fuel injection control device for a compression ignition type internal combustion engine capable of performing a plurality of fuel injections including a main injection that is a fuel injection for generating torque from a fuel injection valve during one cycle of the internal combustion engine,
After the execution of the main injection, by performing the catalyst temperature increase injection that ignites using the thermal energy in the cylinder generated by the combustion of the fuel injected in the main injection, the catalyst temperature increase injection is performed. A fuel injection control device for an internal combustion engine, comprising: a catalyst temperature rise injection executing means for sending most of the energy of the combustion gas of the fuel that is supplied to the exhaust system as heat energy for raising the temperature of the exhaust system catalyst .
上記請求項1記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記触媒昇温用噴射で要求される総触媒昇温用噴射量を求める総触媒昇温用噴射量算出手段を備え、
上記触媒昇温用噴射実行手段は、上記総触媒昇温用噴射量算出手段によって求められた総触媒昇温用噴射量を、複数回の触媒昇温用分割噴射によって分割することで間欠的に上記燃料噴射弁から噴射させるよう構成されており、
上記触媒昇温用分割噴射の1回当たりにおける触媒昇温用分割噴射量は、燃料噴射弁の最小限界噴射量に設定されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
In the internal combustion engine fuel injection control apparatus according to claim 1,
A total catalyst temperature increase injection amount calculating means for obtaining a total catalyst temperature increase injection amount required in the catalyst temperature increase injection,
The catalyst temperature increase injection execution means intermittently divides the total catalyst temperature increase injection amount obtained by the total catalyst temperature increase injection amount calculation means by a plurality of catalyst temperature increase injections. It is configured to inject from the fuel injection valve,
The fuel injection control device for an internal combustion engine, wherein the catalyst temperature increase divided injection amount per one of the catalyst temperature increase divided injection is set to a minimum limit injection amount of the fuel injection valve.
上記請求項1記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記触媒昇温用噴射で要求される総触媒昇温用噴射量を求める総触媒昇温用噴射量算出手段を備え、
上記触媒昇温用噴射実行手段は、上記総触媒昇温用噴射量算出手段によって求められた総触媒昇温用噴射量を、複数回の触媒昇温用分割噴射によって分割することで間欠的に上記燃料噴射弁から噴射させるよう構成されており、
上記触媒昇温用分割噴射の1回当たりにおける燃料噴射弁の開弁期間は、燃料噴射弁の最短開弁期間に設定されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
In the internal combustion engine fuel injection control apparatus according to claim 1,
A total catalyst temperature increase injection amount calculating means for obtaining a total catalyst temperature increase injection amount required in the catalyst temperature increase injection,
The catalyst temperature increase injection execution means intermittently divides the total catalyst temperature increase injection amount obtained by the total catalyst temperature increase injection amount calculation means by a plurality of catalyst temperature increase injections. It is configured to inject from the fuel injection valve,
The fuel injection control device for an internal combustion engine, wherein a valve opening period of the fuel injection valve per one of the catalyst temperature increase divided injections is set to a shortest valve opening period of the fuel injection valve.
上記請求項2記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記総触媒昇温用噴射量算出手段は、上記触媒の温度が、その活性温度よりも低いほど総触媒昇温用噴射量を多く設定することを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
In the internal combustion engine fuel injection control apparatus according to claim 2,
The fuel injection control device for an internal combustion engine, wherein the total catalyst temperature increase injection amount calculating means sets the total catalyst temperature increase injection amount as the catalyst temperature is lower than its activation temperature.
上記請求項1〜4のうち何れか一つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記触媒昇温用噴射実行手段は、気筒内温度が、燃料の自着火温度以上であって且つ触媒昇温用噴射を実行した際における燃料の燃焼速度が所定速度以下である触媒昇温用噴射可能期間内に、触媒昇温用噴射を実行するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
In the fuel injection control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4,
The catalyst temperature rise injection execution means is a catalyst temperature rise injection in which the in-cylinder temperature is equal to or higher than the fuel self-ignition temperature and the fuel combustion speed is equal to or lower than a predetermined speed when the catalyst temperature increase injection is executed. A fuel injection control device for an internal combustion engine, characterized in that the injection for raising the catalyst temperature is executed within a possible period.
上記請求項5記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
燃焼室に噴射される燃料を加熱して着火を補助するグロープラグが備えられ、
上記触媒昇温用噴射可能期間内で複数回の触媒昇温用分割噴射を実行する場合の触媒昇温用分割噴射の1回当たりにおける触媒昇温用分割噴射量が、燃料噴射弁の最小限界噴射量よりも多く設定されている場合、上記グロープラグによる燃料加熱動作を実行するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
In the internal combustion engine fuel injection control device according to claim 5,
A glow plug is provided to assist the ignition by heating the fuel injected into the combustion chamber,
The divided injection amount for raising the catalyst temperature per one of the divided injections for raising the temperature of the catalyst when the divided injection for raising the temperature of the catalyst is executed a plurality of times within the above-described possible period of injection for raising the catalyst is the minimum limit of the fuel injection valve A fuel injection control device for an internal combustion engine, wherein the fuel heating operation by the glow plug is executed when the injection amount is set larger than the injection amount.
上記請求項5記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
燃焼室に噴射される燃料を加熱して着火を補助するグロープラグが備えられ、
上記触媒昇温用噴射可能期間内で複数回の触媒昇温用分割噴射を実行する場合の触媒昇温用分割噴射の1回当たりにおける燃料噴射弁の開弁期間が、燃料噴射弁の最短開弁期間よりも長く設定されている場合、上記グロープラグによる燃料加熱動作を実行するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
In the internal combustion engine fuel injection control device according to claim 5,
A glow plug is provided to assist the ignition by heating the fuel injected into the combustion chamber,
The opening period of the fuel injection valve per one of the catalyst temperature increase divided injections when the catalyst temperature increase divided injection is executed a plurality of times within the catalyst temperature increase injection possible period is the shortest opening of the fuel injection valve. A fuel injection control device for an internal combustion engine, wherein the fuel heating operation by the glow plug is executed when set longer than the valve period.
上記請求項1〜7のうち何れか一つに記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記内燃機関の発生トルクとして上記触媒昇温用噴射に起因する余剰トルクが生じる場合、この触媒昇温用噴射に起因する余剰トルクと略同等のトルクが主噴射に起因するトルクから減じられるように主噴射の噴射量を減量補正する噴射量補正手段を備えていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
In the fuel injection control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7,
When a surplus torque resulting from the catalyst temperature rise injection is generated as the generated torque of the internal combustion engine, a torque substantially equal to the surplus torque resulting from the catalyst temperature rise injection is subtracted from the torque resulting from the main injection. A fuel injection control device for an internal combustion engine, comprising an injection amount correction means for correcting a reduction in the injection amount of the main injection.
上記請求項8記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記噴射量補正手段は、触媒昇温用噴射の実行に伴って、予め設定された減量補正量だけ主噴射の噴射量を減量補正すると共に、この減量補正を行っても上記触媒昇温用噴射に起因する余剰トルクが残存する場合、この残存している余剰トルクの大きさに応じた追加減量補正量を求め、この追加減量補正量だけ主噴射の噴射量を更に減量補正する一方、上記予め設定された減量補正量だけ主噴射の噴射量を減量補正した場合に、この減量補正を行ったことでトルク不足が生じた場合、このトルクの不足量に応じた増量補正量を求め、この増量補正量だけ主噴射の噴射量を増量補正するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
In the internal combustion engine fuel injection control apparatus according to claim 8,
The injection amount correction means corrects the injection amount of the main injection by a preset reduction correction amount in accordance with the execution of the catalyst temperature increase injection, and also performs the catalyst temperature increase injection even if this reduction correction is performed. When the surplus torque due to the residual torque remains, an additional reduction correction amount corresponding to the remaining surplus torque is obtained, and the main injection amount is further reduced by the additional reduction correction amount. When the amount of main injection is reduced by the set amount of reduction correction, if the torque shortage occurs as a result of this reduction correction, the amount of increase correction corresponding to this amount of torque shortage is obtained and this increase A fuel injection control device for an internal combustion engine, wherein the fuel injection control device is configured to increase and correct the injection amount of the main injection by a correction amount.
上記請求項8または9記載の内燃機関の燃料噴射制御装置において、
上記噴射量補正手段は、内燃機関の各気筒毎に上記触媒昇温用噴射に起因する余剰トルクが生じているか否かを判定し、この余剰トルクが生じている気筒に対してのみ主噴射の減量補正を実行する一方、この減量補正を行ったことでトルク不足が生じた場合、このトルクの不足量に応じた増量補正量を求め、この増量補正量だけ主噴射の噴射量を増量補正するよう構成されていることを特徴とする内燃機関の燃料噴射制御装置。
In the fuel injection control device for an internal combustion engine according to claim 8 or 9,
The injection amount correcting means determines whether or not surplus torque resulting from the catalyst temperature increase injection is generated for each cylinder of the internal combustion engine, and the main injection is performed only to the cylinder in which the surplus torque is generated. While torque reduction is performed, if torque shortage occurs due to this reduction correction, an increase correction amount corresponding to the torque shortage is obtained, and the main injection amount is increased by this increase correction amount. A fuel injection control device for an internal combustion engine, characterized in that it is configured as described above.
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