JPWO2002066813A1 - ディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法と排気ガス後処理装置の再生制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射制御と、この燃料噴射制御を使用した排気ガス後処理装置の再生制御方法に関するものであり、この燃料噴射制御により、排気ガスの温度を上昇させたり、又は排気ガス中の酸素濃度を低下させて、排気ガス処理装置の活性化及び再生を行うために、主噴射（Ｆｍ）の後に後噴射（Ｆａｓ，Ｆａｍ）を行うエンジンの燃料噴射制御において、前記後噴射（Ｆａｓ，Ｆａｍ）をクランク角度の４０°ＡＴＤＣ〜９０°ＡＴＤＣの範囲で行うように構成する。これにより、主噴射を大きく遅延しても、また、噴射量を増減しても、失火することなく、主噴射も燃焼させることができ、エンジンの燃焼を良好な状態に維持して、エンジンの運転を継続できる。

Description

技 術 分 野
本発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法と排気ガス後処理装置の再生制御方法に関する。
より詳細には、ディーゼルエンジンの排気温度上昇又は排気ガス中の酸素減少のためのエンジンの燃料噴射制御方法と、これらの燃料噴射制御方法を利用した、粒子状物質を捕集して排気ガスを浄化する連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタシテスム等の排気ガス後処理装置の再生制御方法に関するものである。
背 景 技 術
最近の燃料噴射制御技術においては、主噴射を行う際に、蓄圧式タイプの燃料噴射装置等では、噴射圧力が高いために、１回で噴射すると、クランク角度に対する噴射率が最初から高く、燃焼室に噴射される燃料量が急激に増加し、一気に燃料が吹き込まれてしまい、窒素酸化物（以下ＮＯｘ）や粒子状物質（ＰＭ：パティキュレート：以下ＰＭ）の排出量が増加するので、図１４（ａ）に示すように、燃料噴射開始時の噴射量の立ち上がりを緩慢にするために、噴射回数を増加して多段噴射する技術がさかんに開発されている。
また、主噴射した燃料の燃焼を早く終わらせＰＭを減少させるために、図１４（ｂ）に示すように、主噴射した後に少しのインターバルで後噴射して、この後噴射のエネルギーにより、主噴射で噴射された燃料と吸気との混合を促進する燃料噴射制御技術が開発されている。
その他にも、エンジン始動時に、図１４（ｃ）に示すような、パイロット噴射を多段で行う多段噴射モードを採用して、燃料噴霧の着火性を改良することが、特開２０００−９７０７７号公報の燃料噴射モードの制御方法で提案されている。
これらの燃料噴射制御技術は、ＮＯｘやＰＭの排出を低減し燃料の燃焼を早く終了して、熱エネルギーを出来るだけ多くエンジン出力に変換することを目的としており、結果的に排気温度は低くなる。
一方、ディーゼルエンジンにおいては、近年、エンジンから排出されるＰＭやＮＯｘ，ＳＯｘ等の有害成分を除去するために、酸化触媒やＮＯｘ触媒や、さらにＰＭを捕集するためのディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ：以下ＤＰＦ）等を備えた排気ガス後処理装置を排気通路に配設している。
このＰＭを直接捕集するＤＰＦにはセラミック製のモノリスハニカム型ウォールフロータイプのフィルタや、セラミックや金属を繊維状にした繊維型タイプのフィルタ等があり、これらのＤＰＦを用いた排気ガス浄化装置は、エンジンの排気管の途中に設置され、排気ガスを浄化して排出している。
しかし、このＰＭ捕集用のフィルタは、ＰＭの捕集に伴って目詰まりが進行し、ＰＭの捕集量の増加に伴って排気ガス圧力（排圧）が上昇するので、このＤＰＦからＰＭを除去する必要があり、幾つかの方法及びシステムが開発されている。
そのうちの一つに、電気ヒータやバーナーでフィルタを加熱して、ＰＭを燃焼除去したり、エアを逆方向に流して逆洗したりするシステムがあるが、これらのシステムの場合には、外部から加熱用のエネルギーを供給してＰＭ燃焼を行うので、燃費の悪化を招くという問題や再生制御が難しいという問題がある。
また、これらのシステムを採用する場合には、ＤＰＦを備えた２系統の排気通路を設け、交互に、ＰＭの捕集とフィルタの再生を繰り返す場合が多く、そのため、システムが大きくなり、コストも高くなり易い。
これらの問題に対処するために、図１５〜図１７に示すような連続再生型ＤＰＦシステムが提案されている。
図１５は、二酸化窒素（以下ＮＯ_２）による連続再生型ＤＰＦシステム（ＮＯ_２再生型ＤＰＦシステム）の例であり、この連続再生型ＤＰＦシステム１Ａは、ウオールフロータイプのフィルタ３Ａｂとその上流側に配置された酸化触媒３Ａａとから構成される。この上流側の白金等を担持した酸化触媒３Ａａにより、排気ガス中の一酸化窒素（以下ＮＯ）を酸化（２ＮＯ＋Ｏ_２→２ＮＯ_２）してＮＯ_２とし、このＮＯ_２で、下流側のフィルタ３Ａｂに捕集されたＰＭを酸化（２ＮＯ_２＋Ｃ→２ＮＯ＋ＣＯ_２）して二酸化炭素（以下ＣＯ_２）とし、ＰＭを除去している。
このＮＯ_２によるＰＭの酸化は、酸素（以下Ｏ_２）によるＰＭの酸化より、エネルギー障壁が低く低温で行われるため、外部からのエネルギーの供給が低減されるので、排気ガス中の熱エネルギーを利用することで連続的にＰＭを捕集しながらＰＭを酸化除去してフィルタの再生を行うことができる。
また、図１６に示す連続再生型ＤＰＦシステム（一体型ＮＯ_２再生ＤＰＦシステム）１Ｂは、図１５のシステム１Ａを改良したものであり、酸化触媒３２Ａをウオールフロータイプの触媒付フィルタ３Ｂの壁表面に塗布し、この壁表面で、排気ガス中のＮＯの酸化とＮＯ_２によるＰＭの酸化を行うようにしている。これにより、システムを簡素化している。
そして、図１７に示す連続再生型ＤＰＦシステム（ＰＭ酸化触媒付ＤＰＦシステム）１Ｃは、白金（Ｐｔ）等の貴金属酸化触媒３２Ａと、ＰＭ酸化触媒３２ＢをウオールフロータイプのＰＭ酸化触媒付フィルタ３Ｃの壁表面に塗布し、この壁表面でより低い温度からＰＭの酸化を行うようにしている。
このＰＭ酸化触媒３２Ｂは排気ガス中のＯ_２で直接ＰＭを酸化する触媒であり、二酸化セリウム（ＣｅＯ_２）等で形成される。
そして、この連続再生型ＤＰＦシステム１Ｃは、低温酸化域（３５０℃〜４５０℃程度）では主に酸化触媒３２ＡのＮＯをＮＯ_２に酸化する反応を利用してＰＭをＮＯ_２で酸化し、中温酸化域（４００℃〜６００℃程度）では、ＰＭ酸化触媒３２Ｂの排気ガス中のＯ_２でＰＭを直接酸化する反応（４ＣｅＯ_２＋Ｃ→２Ｃｅ_２Ｏ_３＋ＣＯ_２，２Ｃｅ_２Ｏ_３＋Ｏ_２→４ＣｅＯ_２等）によりＰＭを酸化し、ＰＭが排気ガス中のＯ_２で燃焼する温度より高い高温酸化域（６００℃程度以上）では、排気ガス中のＯ_２によりＰＭを酸化している。
これらの連続再生型ＤＰＦシステムにおいては、触媒や、二酸化窒素によるＰＭの酸化を利用することによって、ＰＭを酸化できる温度を下げて、ＰＭを捕集しながらＰＭを酸化除去している。
しかしながら、これらの連続再生型ＤＰＦシステムにおいても、まだ、排気ガス温度を３５０℃程度に昇温させる必要があるため、排気温度が低いアイドル運転や極低負荷運転等のエンジンの運転状態においては、触媒の温度が低下して触媒活性が低下するので、上記の反応が生ぜず、ＰＭを酸化してフィルタを再生できないため、ＰＭのフィルタへの堆積が継続されて、フィルタが目詰まりするという問題がある。
例えば、アイドル運転時や下り坂におけるエンジンブレーキ作動運転時等の低速や極低負荷運転においては、燃料が殆ど燃焼しない状態となり、低温の排気ガスが連続再生型ＤＰＦ装置に流れ込むため、触媒の温度が低下して触媒活性が低下してしまう。
そして、アイドルや極低負荷のエンジン運転状態を継続すると、ＰＭの捕集が進行するにもかかわらず、ＰＭを酸化除去できる温度の高い排気ガスを供給できないため、ＰＭを酸化除去できず、そのままＰＭの捕集が継続されるので、フィルタの目詰まりが進行してしまう。
このフィルタの目詰まりの進行により、排圧が上昇するので、燃費が悪化し、また、更に目詰まりが進行し排圧が高くなり過ぎると、エンジンの停止となり、最悪の場合には、再始動の不能に発展する。
特に、この連続再生型ＤＰＦシステムを搭載した自動車が、宅配便等に使用され市街地走行が多い場合には、排気ガスの温度が低いエンジンの運転状態が多いため、再生モード運転において、排気ガスを昇温させるための制御を行う必要が生じる場合が多い。
そのため、エンジンの燃料噴射において、噴射時期の遅延操作を行って、排気ガス温度の上昇を図っているが、この噴射時期の大幅な遅延操作で排気ガス温度を上昇させようとすると、噴射燃料の失火を誘発してしまうために、噴射時期遅角量に限界が生じ、強いては、排気ガスの昇温に限界が生じ、昇温可能な範囲が小さくなってしまうという問題がある。
また、上記のＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼除去するフィルタを再生するため以外にも、排気ガス対策に使用される酸化触媒、ＮＯｘ触媒の温度を上げて活性化したり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の吸蔵物質を再生したりするために、一時的ではあるが、エンジンの出力を増加させずに、排気ガスの温度を上昇させたり、排気ガス中の酸素濃度を殆どゼロに減少させて還元雰囲気の排気ガスを一時的に生成することが要求されてきている。
つまり、一時的ではあるが、従来技術で必要とされていた、燃焼室内へ噴射された燃料をできるだけ早く燃焼して、エンジン出力を大きくし、結果的に排気ガスの温度が下がる燃料噴射制御とは反対の燃料噴射制御が求められてきている。
この排気ガス温度の上昇や酸素濃度の低下の一つの方法として、主噴射（メインインジェクション）のリタード（遅延）という方法がある。この主噴射のリタードにおいては、タイミングが後になればなる程、即ち、リタード量が大きくなる程、噴射された燃料のエネルギーはエンジンの出力に変換されずに、排気エネルギーが増加する。即ち、出力の変化が少なく、排気ガス温度が上昇する。また、主噴射における燃料噴射量を増加することにより、排気ガス中の酸素濃度も低減できる。
この主噴射のリタードでは、一般に上死点（ＴＤＣ）付近で行われている主噴射を遅らせるために、主噴射のみでは、上死点から離れるに従って圧力と温度がさがり、着火し難い状態となるので、これを避けるために、圧力と温度が高い上死点付近でパイロット噴射して、この燃料を燃焼させて火種を確保して、主噴射の燃料が確実に燃焼するようにしている。
しかしながら、この主噴射のリタードに関しては、次に述べるような失火や出力トルクや燃費の悪化という問題がある。
失火に関しては、主噴射のリタードにおいて、従来技術では要求されなかったパイロット噴射と主噴射のインターバルを大きくして、できるだけ燃焼時間を延ばしたいという要請が生じて来ており、この要請に対して、単純にパイロット噴射と主噴射のリタードだけの噴射制御で、主噴射のリタード量を大きくしようとすると、失火してしまう。
また、燃費改善のために、要求排気ガス温度に対する主噴射量の最適化を図るために噴射量を少なくする場合があるが、その際パイロット噴射量が一定であると火種が不十分で失火してしまう。
これらの失火の問題があるため、排気ガスの温度の上昇に限界が生じ、また、酸素濃度の低下も達成できなくなる。
また、トルク出力に関しては、この主噴射のリタード制御を行うと、主噴射の燃焼が遅延するためエンジンの出力トルクが低下し、高い出力トルクを維持できなくなるので、出力トルクを維持したい場合においては、この主噴射のリタード制御を使用できないという問題がある。
そして、この主噴射のリタード操作に関して、特願２０００−２９１４６２号では、排気温度を上げるために、大きく主噴射の噴射時期を遅延させる際に、１回だけの補助噴射を行って（第２の噴射パターン）、失火を防いでいる。
しかしながら、一回だけの補助噴射によって、燃焼火炎を主噴射が噴射される時期まで維持しようとすると、この補助噴射における燃料噴射量の増加が必要になるので、燃費が悪化するという問題が生じる。
また、それと共に、この補助噴射によってトルクが発生することになり、ドライバビリティが悪化するという問題がある。その上、１回の補助噴射では、主噴射の遅延量に限界が生じ、排気温度の昇温できる範囲が小さいという問題もある。
発 明 の 開 示
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ディーゼルエンジンの燃料噴射において、燃料噴射制御により、排気ガスの温度上昇させたり、又は排気ガス中の酸素濃度を低下させて、排気ガス後処理装置の活性化及び再生を行うことができるディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法を提供することにある。
また、更なる目的は、連続再生型ＤＰＦシステムにおいて、アイドル運転や極低負荷運転等の排気ガス温度が低いエンジン運転状態であっても、エンジンの燃料噴射制御により、排気ガス温度の昇温を行うことができて、ＰＭの酸化除去が可能となる連続再生型ＤＰＦシステムの再生制御方法を提供することにある。
上記の目的を達成するためのディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法は、主噴射の後に後噴射を行う燃料噴射制御であり、次のように構成される。
１）ディーゼルエンジンの排気ガス温度の上昇、または、排気ガス中の酸素濃度の低下の少なくとも一方のために、主噴射の後に後噴射を行うエンジンの燃料噴射制御において、前記後噴射をクランク角度の４０°ＡＴＤＣ〜９０°ＡＴＤＣの範囲で行うように構成される。
つまり、上死点ＴＤＣを通過した後（ＡＴＤＣ）のクランク角度で実験的に求められた４０°〜９０°の範囲という、通常の後噴射よりも大きなＡＴＤＣクランク角度で後噴射して、燃焼を後まで長引かせて燃焼熱を排気ガスに取り入れて、排気ガス温度を高める。
この後噴射を主噴射の後に行うことにより、排気ガス温度を上昇させることができ、又、排気ガス中における酸素濃度を低下することができる。
その結果、このディーゼルエンジンの後流側に配置される排気ガス後処理装置において、酸化触媒、ＮＯｘ触媒を活性化あるいは再生したり、ＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼除去してフィルタを再生したりすることができるようになる。
２）上記のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法において、前記後噴射を副後噴射と主後噴射の多段噴射で行うと共に、前記副後噴射をクランク角度の４０°ＡＴＤＣ〜７０°ＡＴＤＣの範囲で、前記主後噴射をクランク角度の７０°ＡＴＤＣ〜９０°ＡＴＤＣの範囲で行うように構成される。
この主噴射と主後噴射（メイン・アフター・インジェクション）の間に副後噴射（サブ・アフター・インジェクション）を入れて、実験的に求められた副後噴射の４０°〜７０°と主後噴射の７０°〜９０°の範囲で行うことにより、主後噴射のタイミングが上死点ＴＤＣより大きく後にずれても、主後噴射まで火種を保つことができるので、失火することなく主後噴射を燃焼させることができ、触媒の再生等に必要な排気ガスの状態を発生できる。
３）上記のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法において、前記主後噴射の噴射量と噴射タイミングを、予め得られた、エンジンの各運転状態における前記主後噴射の噴射量と噴射タイミングとの関係に従って算定して、前記主後噴射を行うように構成される。
この主後噴射の噴射データは、例えば、エンジンの各運転状態を示すトルクＱとエンジン回転数Ｎｅに対するマップデータＭＶａｍ（Ｑ，Ｎｅ），ＭＴａｍ（Ｑ，Ｎｅ）等であり、予め実験や計算などで求めておいて、この噴射制御を行う制御装置に予め入力されているデータである。
この構成によれば、適切な主後噴射の噴射量と噴射タイミングを選択して後噴射制御を行うことができるので、比較的簡単なアルゴリズムで、適切な主後噴射を行うことができる。
４）上記のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法において、前記副後噴射の噴射量と噴射タイミングを、予め得られた、エンジンの各運転状態における前記副後噴射の噴射量と噴射タイミングとの関係に従って算定して、前記副後噴射を行うように構成される。
この副後噴射の噴射量と噴射タイミングのデータは、主後噴射の噴射量と噴射タイミングのデータと同様に、エンジンの各運転状態を示すトルクＱとエンジン回転数Ｎｅに対するマップデータＭＶａｓ（Ｑ，Ｎｅ），ＭＴａｓ（Ｑ，Ｎｅ）等であり、予め実験や計算などで求めておいて、この噴射制御を行う制御装置に予め入力されているデータである。
なお、ここで、副後噴射を行わない範囲ではＭＶａｓ（Ｑ，Ｎｅ）＝０とすることにより、副後噴射を行うか否かの情報データを含ませることができ、全てをゼロとした場合には、副後噴射を行わない後噴射制御となる。
この構成によれば、適切な副後噴射の噴射量と噴射タイミングを選択して後噴射制御を行うことができるので、比較的簡単なアルゴリズムで、燃料を節約しながら、効率よく主後噴射の燃料を燃焼させることができる。
５）前記のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法において、エンジンの燃焼室における燃料の燃焼状態を燃焼状態検出手段により監視しながら、該燃焼状態検出手段の出力値に基づいて、前記副後噴射を行うか否かを判定し、該判定に基づいて、前記副後噴射を行うように構成する。
このエンジンの燃焼室における燃料の燃焼状態を監視する燃焼状態検出手段としてはイオンギャップセンサがある。このイオンギャップセンサは、ＨＣ等の燃料が燃焼すると電子が発生することを利用したもので、燃焼室内に面し、適当な間隔（例えば、１ｍｍ程度）離れた導電部分に５０〜２００Ｖ程度の電圧を加えておき、この導電部分の電気抵抗の変化を検知することにより、この燃焼による電子の発生を電気抵抗の変化として捉えることができ、燃焼状態を電気抵抗の変化として監視できる。
つまり、主噴射の燃料が燃え尽きても主後噴射の燃料が着火しない時は、主噴射の燃料が燃え尽きる際にイオン濃度が下がり抵抗が上がるので、この抵抗の変化を検知して、副後噴射を行えばよく、逆にイオン濃度が高く抵抗が低下する場合には、副後噴射を行わないように構成される。
この構成によれば、燃焼室内の燃焼状態を監視しながら、副後噴射を行うか否かを判定するので、確実に、主後噴射を燃焼させることができる。
６）前記のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法において、エンジンの燃焼室における燃料の燃焼状態を燃焼状態検出手段により監視しながら、該燃焼状態検出手段の出力値に基づいて、前記副後噴射の噴射量と噴射タイミングの少なくとも一方を調整制御するように構成する。
つまり、燃焼状態検出手段であるイオンギャップセンサの出力を目標値とし、副後噴射の噴射量または噴射タイミングの少なくとも一方を制御量としてフィードバック制御する。
この構成により、最適な副後噴射制御を行って主後噴射を燃焼させることができ、消費燃料を必要最小限にしながら、後噴射制御を行うことができるようになる。
また、前記の目的を達成するためのディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法は、パイロット噴射と主噴射の関係が、次のように構成される。
７）ディーゼルエンジンの燃料噴射を制御して、パイロット噴射と主噴射を行い、排気ガス温度の上昇または排気ガス中の酸素濃度の低下の少なくとも一方のために、該主噴射をリタードまたは噴射量の増減の少なくとも一方のエンジンの燃料噴射を行うディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法において、前記主噴射のリタード量または噴射量の少なくとも一方の量の増減に応じて、前記パイロット噴射の噴射量を増減させるように構成される。
この主噴射のリタードまたは噴射量の増減は、通常の運転で恒常的にではなく、排気ガス後処理装置の酸化触媒の活性化、ＮＯｘ触媒やＤＰＦフィルタの再生処理の間だけ、エンジンの出力を増加させずに、排気ガス温度を上昇させたり、排気ガス組成をリッチ条件にするために行うものである。
そして、この主噴射のリタード量の増減に対応させて、パイロット噴射における噴射量を増減させることにより、主噴射を大きなリタード量で噴射しても、失火することなく主噴射を燃焼させることができ、触媒の再生等に必要な排気ガス組成、温度を確保できる。
また、この主噴射の噴射量の増加・減少に対応させて、パイロット噴射における噴射量を減少・増加させることにより、主噴射の噴射量が減少しても、失火することなく主噴射を燃焼させることができ、触媒の再生等に必要な排気ガス組成、温度を確保できる。
８）上記のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法において、前記パイロット噴射の前記噴射量が、予め得られた前記主噴射の前記リタード量または前記噴射量の少なくとも一方の量と前記パイロット噴射の前記噴射量との関係に従って算定されるように構成する。
この構成によれば、パイロット噴射の噴射量は予め実験などで求められた関係に従って、主噴射のリタード量や噴射量に対応して増減するため、比較的簡単なアルゴリズムで主噴射のリタード量、噴射量に対応して増減させることができる。
また、パイロット噴射の噴射量は主噴射のリタード量、噴射量に対応して増減するため、燃料の不必要な消費がなくなるので、パイロット噴射の量を単純に増加した場合に比べて、燃料の節約になり、燃費の増加を最低限に留めることができる。
なお、この増減量は主噴射のリタード量の増加に伴って、パイロット噴射の噴射量も増加し、主噴射の噴射量の増加に伴って、パイロット噴射の噴射量は減少するが、実際に増減する量はエンジンの種類等によっても異なるため、一律に決めることはできず、それぞれの種類のエンジンに対しては実験的に求めることができる。
９）あるいは、前記のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法において、前記主噴射の前記リタード量または前記噴射量の少なくとも一方の量を増減させる際に、エンジンの燃焼室における燃料の燃焼状態を燃焼状態検出手段により監視しながら、該燃焼状態検出手段の出力値に基づいて前記パイロット噴射の前記噴射量を増減させるように構成される。
このエンジンの燃焼室における燃料の燃焼状態を監視する燃焼状態検出手段としては、前述のイオンギャップセンサを使用することができ、このイオンギャップセンサの出力（電流値）を目標値とし、パイロット噴射の噴射量を制御量としてフィードバック制御することにより、最適な噴射量でパイロット噴射することができるようになる。
従って、必要最小量のパイロット噴射の噴射量で確実に主噴射を燃焼させることができる。また、予め、実験などで主噴射のリタード量、噴射量とパイロット噴射の噴射量との関係を得る必要が無くなる。
また、前記の目的を達成するためのディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法は、主噴射のリタードと２回以上の補助噴射を含んで、次のように構成される。
１０）ディーゼルエンジンの排気温度を昇温させるために、主噴射の噴射時期を遅延させると共に、該主噴射の噴射時期より前の時期に補助噴射を２回以上行うように構成され、前記補助噴射の第１回目の噴射を着火可能な時期に行うと共に、前記補助噴射の第２回目以降の噴射により、燃焼火炎を主噴射の噴射時期まで継続させる。
１１）そして、このディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法によって、より高温の排気ガスが得られるように、前記主噴射の噴射時期を２５°ＡＴＤＣ〜４５°ＡＴＤＣとする。この主噴射の噴射時期の大幅な遅延により、排気温度を大幅（例えば、２００℃程度）に昇温させることができる。
この主噴射の噴射時期の２５°ＡＴＤＣは、多段補助噴射の効果が発揮できる下限値であり、上限値の４５°ＡＴＤＣは燃費との兼ね合いで実質的な効果が薄れ始める境界である。
１２）そして、このディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法の前記補助噴射に関し、噴射時期の遅い補助噴射の燃料噴射量を、噴射時期の早い補助噴射の燃料噴射量よりも順次増量させることにより、トルクの増加無しに排気温度を昇温し、この排気温度昇温制御を行う前の通常運転（排気温度を特に考慮しないで、所望のエンジン回転数とトルクを発生させる運転）で発生しているトルクからの変動を少なくできる。
この補助噴射の回数、噴射時期、噴射量と主噴射の噴射時期の遅延量や排気温度の昇温量の関係は、実験的に求めることができ、この実験から得られるデータをマップデータ等で、燃料噴射制御装置に記憶させておき、この燃料噴射制御を行う時に、必要に応じて、このデータから補助噴射と主噴射の噴射制御値を求めることで、容易にこの燃料噴射制御を行うことができる。
従って、このディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法によれば、複数回の補助噴射の噴射量と噴射タイミングの制御により、トルクの変動の発生を抑制して、通常運転で発生するトルクと同じ発生トルクを発生させながら、シリンダ内の燃焼火炎を維持できるので、主噴射を大幅に遅延でき、排気温度を大幅に昇温することができる。
そして、上記の燃料噴射制御方法を、連続再生型ＤＰＦシステム等の排気ガス後処理装置の再生制御方法に組み入れて利用することができる。
この排気ガス後処理装置の再生制御方法は、エンジンの排気ガス中の有害物質を除外するための排気ガス後処理装置において、該排気ガス後処理装置の再生処理の際に行う再生制御に、上記のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法を含んで構成される。
この再生制御方法により、ディーゼルエンジンの後流側に配置される排気ガス後処理装置の酸化触媒やＮＯｘ触媒やＮＯｘ吸蔵還元型触媒の吸蔵物質やＰＭを捕集するＤＰＦの再生時に、排気ガスの温度上昇させたり、又は排気ガス中の酸素濃度を低下させたりして、排気ガス後処理装置の活性化及び再生を行うことができる。
また、本発明の排気ガス後処理装置の再生制御方法は、前記排気ガス後処理装置が、エンジンの排気ガス中の粒子状物質を捕集すると共に捕集した粒子状物質を触媒作用により酸化除去するフィルタを備えた連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタシステムである場合に、次のような効果を奏することができる。
上記の噴射制御方法を使用することにより、フィルタの再生が必要になった時が、アイドル運転や極低負荷運転などの排気ガス温度が低くＰＭの酸化によるフィルタの再生が困難なエンジン運転状態であっても、排気ガス温度の昇温を行って、フィルタに堆積したＰＭを酸化除去してフィルタを再生することが可能となる。
しかも、再生開始前の通常のエンジン運転における回転数及びトルクからの変動を抑制しながら、排気温度を上昇することができるので、ドライバビリティを損なうことなく、フィルタを再生できる。
従って、何時でもフィルタを再生できるので、排圧の上昇を抑えることができる。そのため、排圧上昇に起因するエンジンストールの発生等の不具合が回避できる。更に、ＰＭの過剰蓄積も回避できるので、このＰＭの過剰蓄積の次に続くＰＭ酸化時に発生し易いフィルタ溶損も防止できる。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面に基づき本発明によるディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法及び連続再生型ＤＰＦシステムの再生制御方法の実施の形態について説明する。
ディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法における第１の実施の形態は、後噴射に関係し、第２の実施の形態は、パイロット噴射の噴射量と主噴射のリタードに関係し、第３の実施の形態は、パイロット噴射の噴射量と主噴射の噴射量に関係し、第４の実施の形態は、主噴射と多段補助噴射に関係する。
〔第１の実施の形態〕
先ず、後噴射に関係する第１の実施の形態のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法について説明する。
このディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法においては、通常の運転時は、図１（ａ）に示すような、パイロット噴射Ｆｐと、主噴射Ｆｍを行う。このパイロット噴射Ｆｐの噴射量は規定量であり、予め設定された一定量である。
そして、酸化触媒を活性化したり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒の吸着・吸蔵物質を再生したり、ＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼除去してフィルタを再生するために、排気ガスの温度を上昇させたり、あるいは、排気ガス中の酸素濃度を減少して還元雰囲気の排気ガスを一時的に生成させたりする必要が生じた時に、後噴射を行う。
この後噴射に際しては、排気ガス中の酸素濃度や排気ガス温度を所定の目標の値にするために、予め設定された主後噴射Ｆａｍの噴射量Ｖａｍや噴射タイミングＴａｍで燃料噴射制御を行ったり、酸素濃度や排気ガス温度を酸素濃度センサや温度センサ等により検出して、フィードバック制御により、主後噴射Ｆａｍの噴射量Ｖａｍや噴射タイミングＴａｍを変更し、得られた最適な噴射量Ｖａｍや噴射タイミングＴａｍで主後噴射Ｆａｍを行う。
そして、主後噴射Ｆａｍのみの後噴射で燃焼を確保できる場合には、図１（ｂ）に示すように、この主後噴射Ｆａｍをクランク角度の４０°ＡＴＤＣ〜９０°ＡＴＤＣの範囲で行う。つまり、上死点ＴＤＣを通過した後（ＡＴＤＣ）のクランク角度で４０°〜９０°の範囲で後噴射する。
この主後噴射Ｆａｍのみの後噴射の４０°ＡＴＤＣ〜９０°ＡＴＤＣの範囲は実験的に求められたものである。つまり、図２に示すように、エンジンの運転状態を高エンジン回転速度で運転した場合（Ａ）と、低エンジン回転速度で運転した場合（Ｂ）において、それぞれ、主後噴射（後噴射）Ｆａｍの噴射時期を変化させた時の排気ガス温度が高温となる範囲から決めている。
この高エンジン回転速度とは、トルク点と呼ばれる最大トルクを発生する回転速度以上の回転速度をいい、低エンジン回転速度とはこのトルク点以下の回転速度のことをいう。アイドル運転はこの低エンジン回転速度に含まれる。このトルク点は、エンジンの種類にもよるが、例えば、２５００ｒｐｍ程度の回転速度である。
また、この１回の主後噴射Ｆａｍのみでは燃焼を確保できない場合には、後噴射を図１（ｃ）に示すように、副後噴射Ｆａｓと主後噴射Ｆａｍの２段噴射で行い、副後噴射Ｆａｓをクランク角度の４０°ＡＴＤＣ〜７０°ＡＴＤＣの範囲で、主後噴射Ｆａｍをクランク角度の７０°ＡＴＤＣ〜９０°ＡＴＤＣの範囲で行う。なお、この副後噴射Ｆａｓの噴射量Ｖａｓは、主後噴射Ｆａｍの噴射量Ｖａｍの約５％〜５０％程度である。
この主後噴射Ｆａｍの噴射時期７０°ＡＴＤＣ〜９０°ＡＴＤＣの範囲は実験的に求められたもので，副後噴射Ｆａｓを４０°ＡＴＤＣ〜７０°ＡＴＤＣの所定値に固定して運転して、主後噴射Ｆａｍの噴射時期を変化させた時の排気ガスの温度が高温となる範囲から決めている。
図３に、副後噴射Ｆａｓを４０°ＡＴＤＣにして運転した場合（Ｃ）と、７０°ＡＴＤＣに固定して運転した場合（Ｄ）において、主後噴射Ｆａｍの噴射時期を変化させた時のそれぞれの排気ガスの温度を示す。この図３の排気ガスが高温となる範囲（７０°〜９０°）を選定し、主後噴射Ｆａｍの噴射時期としている。
また、副後噴射Ｆａｓの４０°〜７０°の範囲も実験的に求められたもので，主後噴射Ｆａを７０°ＡＴＤＣ〜９０°ＡＴＤＣの範囲内の所定値にした場合において、副後噴射Ｆａｓの噴射時期を変化させた時の排気ガスの温度が高温となる範囲から決めている。図４に、この主後噴射Ｆａｍを７０°ＡＴＤＣ〜９０°ＡＴＤＣの範囲内の所定値にして、副後噴射Ｆａｓの噴射時期を変化させた時（Ｅ）の排気ガス温度を示す。この図４の排気ガスが高温となる範囲（４０°〜７０°）を選定し、副後噴射Ｆａｓの噴射時期としている。
そして、これらの副後噴射Ｆａｓ、主後噴射Ｆａｍの噴射制御については、様々な方法があるが、そのうちの２つの方法について、以下に説明する。
第１の方法では、次のように後噴射Ｆａｓ，Ｆａｍが行われる。
先ず、主後噴射Ｆａｍの噴射量Ｖａｍと噴射タイミングＴａｍを、予め得られた、エンジンの各運転状態を示すトルクＱとエンジン回転数Ｎｅに対する主後噴射Ｆａｍの噴射量Ｖａｍと噴射タイミングＴａｍとの関係を示すマップデータＭＶａｍ（Ｑ，Ｎｅ），ＭＴａｍ（Ｑ，Ｎｅ）等から算定する。これらのマップデータＭＶａｍ，ＭＴａｍ等は、予め実験や計算などで求めておいて、この噴射制御を行う制御装置に予め入力されているデータである。
これにより、適切な主後噴射Ｆａｍの噴射量Ｖａｍと噴射タイミングＴａｍを選択して後噴射制御を行うことができるので、比較的簡単なアルゴリズムで、適切な主後噴射Ｆａｍを行うことができるようになる。
また、副後噴射Ｆａｓの噴射量Ｖａｓと噴射タイミングＴａｓを、予め得られた、エンジンの各運転状態を示すトルクＱとエンジン回転数Ｎｅに対する副後噴射Ｆａｓの噴射量Ｖａｓと噴射タイミングＴａｓとの関係を示すマップデータＭＶａｓ（Ｑ，Ｎｅ），ＭＴａｓ（Ｑ，Ｎｅ）等から算定する。これらのマップデータＭＶａｓ，ＭＴａｓ等は、予め実験や計算などで求めておいて、この噴射制御を行う制御装置に予め入力されているデータである。
なお、ここで、副後噴射Ｆａｓを行わない範囲ではＭＶａｓ（Ｑ，Ｎｅ）＝０とすることにより、副後噴射Ｆａｓを行うか否かの情報データを含ませることができ、全てをゼロとした場合には、副後噴射Ｆａｓを行わない後噴射制御となる。
この構成により、適切な副後噴射Ｆａｓの噴射量Ｖａｓと噴射タイミングＴａｓを選択して後噴射制御を行うことができるので、比較的簡単なアルゴリズムで、燃料を節約しながら、効率よく副後噴射Ｆａｓを行って主後噴射Ｆａｍの燃料を燃焼させることができる。
また、ここでは、副後噴射Ｆａｓの噴射量Ｖａｓと噴射タイミングＴａｓを、エンジンの各運転状態（Ｑ，Ｎｅ）に対して求めることにしているが、主後噴射Ｆａｍの噴射量Ｖａｍと噴射タイミングＴａｍに対して求めるように構成することもできる。この場合には、マップデータの形はＭＶａｓ２（Ｖａｍ，Ｔａｍ），ＭＴａｓ２（Ｖａｍ，Ｔａｍ）となる。
また、第２の方法では、主後噴射Ｆａｍの噴射制御に関しては第１の方法と同じように行われる。
つまり、主後噴射Ｆａｍの噴射量Ｖａｍと噴射タイミングＴａｍは、予め得られた、エンジンの各運転状態における主後噴射Ｆａｍの噴射量ＭＶａｍ（Ｑ，Ｎｅ）と噴射タイミングＭＴａｍ（Ｑ，Ｎｅ）との関係に従って算定される。
そして、この第２の方法では、燃焼室内に面し、適当な間隔（例えば、１ｍｍ程度）離れた導電部分に５０〜２００Ｖ程度の電圧を加えておき、この導電部分の電気抵抗を検知するイオンギャップセンサを設けてエンジンの燃焼室における燃料の燃焼状態を監視するように構成する。
このイオンギャップセンサにより、エンジンの燃焼室における燃料の燃焼状態を監視しながら、このイオンギャップセンサの出力値に基づいて、副後噴射Ｆａｓを行うか否かを判定し、この判定に基づいて副後噴射Ｆａｓを行う。即ち、イオンギャップセンサの出力が所定の判定値を超えると、副後噴射Ｆａｓを行い、所定の判定値を超えない時は副後噴射Ｆａｓを行わないように構成する。
より詳細には、主噴射Ｆｍ後にイオン濃度が下がり電気抵抗が所定の判定値よりも高くなる時には、主噴射Ｆｍの燃料が燃尽きて主後噴射Ｆａｍの燃料が着火し難い状態になっているとして、副後噴射Ｆａｓを行い、逆にイオン濃度が高く電気抵抗が所定の判定値よりも低い時には、主噴射Ｆｍの燃焼が持続し、主後噴射Ｆａｍの燃料は十分に着火できる状態になっているとして副後噴射Ｆａｓを行わないように制御する。
そして、更に、このイオンギャップセンサの出力を目標値とし、副後噴射Ｆａｓの噴射量Ｖａｓと噴射タイミングＴａｓの少なくとも一方を制御量としてフィードバック制御するように構成する。なお、この場合に制御量とならない方は規定の一定量とする。
つまり、主後噴射Ｆａｍの噴射量Ｖａｍと噴射タイミングＴａｍが決まって、この噴射量Ｖａｍと噴射タイミングＴａｍで主後噴射Ｆａｍすると共に、このフィードバック制御により、噴射量Ｖａｓと噴射タイミングＴａｓで副後噴射Ｆａｓする。これにより、主後噴射Ｆａｍに応じて、副後噴射Ｆａｓの噴射量Ｖａｓと噴射タイミングＴａｓの少なくとも一方を自動的に増減させるように構成する。
このイオンギャップセンサを使用する場合には、予め、エンジンの運転状態や主後噴射Ｆａｍの噴射タイミングＴａｍに対応した副後噴射Ｆａｓの噴射量Ｖａｓや噴射タイミングＴａｓを予め実験などで求める必要がなく、また、確実に主後噴射Ｆａｍの燃料を燃焼させることができる。
更に、フィードバック制御なので、副後噴射Ｆａｓの噴射量Ｖａｓを必要最小限にすることができるので、一層燃料の節約ができる。
〔第２の実施の形態〕
また、パイロット噴射の噴射量と主噴射のリタードに関係する第２の実施の形態のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法においては、通常のパイロット噴射実行時は、図５（ａ）に示すような、パイロット噴射Ｆｐと、主噴射Ｆｍを行う。このパイロット噴射Ｆｐの噴射量は規定量であり、予め設定された一定量である。
そして、排気ガス後処理装置の触媒を昇温させたり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を再生する、あるいは、ＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼除去してフィルタを再生するために、排気ガスの温度を上昇したり、排気ガス中の酸素濃度を減少して還元雰囲気の排気ガスを一時的に生成する必要が生じた時に、主噴射Ｆｍのリタードの増減を行う。
この主噴射Ｆｍのリタードに際しては、排気ガス中の酸素濃度や排気ガス温度を所定の目標の値にするために、予め設定されたリタード量Ｒｍにしたり、これらの酸素濃度や排気ガス温度を酸素濃度センサや温度センサあるいはその他の検出手段により検出し、フィードバック制御により、リタード量Ｒｍが求められて、これらのリタード量Ｒｍで主噴射Ｆｍを行う。
この第２の実施の形態の第１の方法では、この主噴射Ｆｍのリタード量Ｒｍに対して、予め、実験などで、求めておいたリタード量Ｒｍとパイロット噴射Ｆｐの噴射量Ｖｐとの関係から、パイロット噴射Ｆｐの噴射量Ｖｐを算定して、図５（ｂ）及び図５（ｃ）に示すように、この噴射量Ｖｐでパイロット噴射Ｆｐする。
この燃料噴射制御により、主噴射Ｆｍにおいて、大きなリタード量Ｒｍを取っても、失火することなく主噴射Ｆｍを燃焼させることができるので、触媒の再生等に必要な排気ガスの状態を発生できる。
しかも、このパイロット噴射Ｆｐの噴射量Ｖｐは予め実験などで求められた関係に従って、主噴射Ｆｍのリタード量Ｒｍに対応して増減するため、燃料を不必要に消費することなく、燃費の悪化を最低限に留めることができる。
また、第２の実施の形態の第２の方法では、燃焼室内に面し、適当な間隔（例えばグロープラグー燃焼室壁間）離れた導電部分に５０〜２００Ｖ程度の電圧を加えておき、この導電部分に流れる電流を検知するイオンギャップセンサを設けてエンジンの燃焼室における燃料の燃焼状態を監視するように構成する。
そして、更に、このイオンギャップセンサの出力（電圧値）を目標値とし、パイロット噴射Ｆｐの噴射量Ｖｐｃを制御量としてフィードバック制御するように構成する。
そして、主噴射Ｆｍのリタード量Ｒｍと噴射量が決まって、このリタード量Ｒｍで主噴射Ｆｍすると共に、このフィードバック制御により、パイロット噴射Ｆｐの噴射量Ｖｐを制御する。
つまり、パイロット噴射Ｆｐ後にイオン濃度が下がり電圧低下が小さい時には、パイロット噴射Ｆｐの燃料が燃尽きて主噴射Ｆｍの燃料が着火し難い状態になっているとして、パイロット噴射Ｆｐの噴射量Ｖｐを増加し、逆にイオン濃度が高く電圧低下が大きい時には、パイロット噴射Ｆｐの燃料が十分にあり、主噴射Ｆｍの燃料は十分に着火できる状態になっているとしてパイロット噴射Ｆｐの噴射量Ｖｐを減少するように制御する。
このパイロット噴射Ｆｐの噴射量Ｖｐの増減の燃料噴射制御により、失火の発生や失火の可能性を検知しながら、パイロット噴射の量を増減させて、その時の主噴射Ｆｐのリタード量Ｒｍに対してパイロット噴射Ｆｐの噴射量Ｖｐを最適な量とすることができる。
つまり、主噴射Ｆｐのリタード量Ｒｍの増減に応じて、パイロット噴射Ｆｐの噴射量Ｖｐを自動的に増減させるように構成される。
この燃料噴射制御により、主噴射Ｆｐにおいて、大きなリタード量Ｒｍを取っても、失火することなく主噴射Ｆｐを燃焼させることができるので、触媒の作動に必要な排気ガス組成を発生できる。
より具体的には、従来技術のパイロット噴射Ｆｐの噴射量Ｖｐを増加しない場合には、主噴射Ｆｐのリタード量Ｒｍがクランク角度で約１０°ＡＴＤＣ程度で失火し、白煙が生じていたのが、本発明では主噴射Ｆｐのリタード量Ｒｍがクランク角で４０°ＡＴＤＣから５０°ＡＴＤＣになるまでリタードできるようになる。
しかも、このイオンギャップセンサを使用する第２の方法の場合には、予め、主噴射Ｆｐのリタード量Ｒｍに対応したパイロット噴射Ｆｐの噴射量Ｖｐを予め実験などで求める必要がなく、また、確実に主噴射Ｆｍの燃料を燃焼させることができる。更に、フィードバック制御なので、パイロット噴射Ｆｐの噴射量Ｖｐを必要最小限にすることができるので、一層燃料の節約ができる。
そして、第１の方法においても、また、第２の方法においても、パイロット噴射Ｆｐの噴射開始のタイミングｔｐは変化させずに、主噴射Ｆｍのリタード量Ｒｍの増減に対応させて、パイロット噴射Ｆｐにおける噴射量Ｖｐを増減させる。このパイロット噴射Ｆｐのタイミングｔｐを固定することにより、常に圧力と温度が高く燃料が燃え易い上死点付近でパイロット噴射Ｆｐの燃料を確実に燃焼でき、火種を確保して、温度が下がらない内にメイン噴射Ｆｍの燃料に点火することができる。
〔第３の実施の形態〕
また、パイロット噴射の噴射量と主噴射の噴射量の増減に関係する第３の実施の形態のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法においては、通常のパイロット噴射実行時は、図６（ａ）に示すような、パイロット噴射Ｆｐと、主噴射Ｆｍを行う。このパイロット噴射Ｆｐの噴射量は規定量であり、予め設定された一定量である。
そして、排気ガス後処理装置の触媒を昇温させたり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒を再生する、あるいは、ＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼除去してフィルタを再生するために、排気ガスの温度を上昇したり、排気ガス中の酸素濃度を減少して還元雰囲気の排気ガスを一時的に生成する必要が生じた時に、主噴射Ｆｍの噴射量の増減を行う。
この主噴射Ｆｍの噴射量の増減に際しては、排気ガス中の酸素濃度や排気ガス温度を所定の目標の値にするために、予め設定された噴射量Ｖｍにしたり、これらの酸素濃度や排気ガス温度を酸素濃度センサや温度センサあるいはその他の検出手段により検出し、フィードバック制御により、噴射量Ｖｍが求められて、これらの噴射量Ｖｍで主噴射Ｆｍを行う。
この第３の実施の形態の第１の方法では、第２の実施の形態の第１の方法と同様に、この主噴射Ｆｍの噴射量Ｖｍに対して、予め、実験などで、求めておいた噴射量Ｖｍとパイロット噴射Ｆｐの噴射量Ｖｐとの関係から、パイロット噴射Ｆｐの噴射量Ｖｐを算定して、この噴射量Ｖｐで、図６（ａ）に示す通常の噴射制御から、図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示すようなパイロット噴射Ｆｐをする。
この燃料噴射制御により、主噴射Ｆｍにおいて、噴射量Ｖｍを減少させても、失火することなく主噴射Ｆｍを燃焼させることができるので、触媒の再生等に必要な排気ガスの状態を発生できる。
しかも、このパイロット噴射Ｆｐの噴射量Ｖｐは予め実験などで求められた関係に従って、主噴射Ｆｍの噴射量Ｖｍに対応して増減するため、燃料を不必要に消費することなく、燃費の悪化を最低限に留めることができる。
そして、この主噴射Ｆｍの噴射量Ｖｍに対応してパイロット噴射Ｆｐの噴射量Ｖｐを変化させる場合においても、第２の実施の形態の第２の方法と同様に、イオンギャップセンサ等の燃焼状態検出手段を使用して、フィードバック制御により、パイロット噴射Ｆｐの噴射量Ｖｐを制御することができる。
〔第４の実施の形態〕
次に、主噴射の前に多段補助噴射を行う第４の実施の形態のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法について説明する。
このディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法では、図７に示すように、エンジンの燃料噴射を、主噴射と主噴射の前の多段補助噴射とに分けて行い、主噴射Ｆｍの噴射時期ｔｍを遅延させると共に、この主噴射Ｆｍの噴射時期ｔｍより前の時期に、補助噴射の噴射を２回以上（図７では３段噴射）の多段で行うように構成される。
先ず、最初の１回目の補助噴射Ｆｓ１は，上死点（ＴＤＣ）付近の、シリンダ内の圧力と温度が高く、着火可能な時期ｔｓ１に噴射し着火させる。この１回目の補助噴射Ｆｓ１の燃料噴射量Ｖｓ１はトルク発生に影響しない程度の少量とする。
この第１回目の補助噴射Ｆｓ１の噴射燃料の燃焼が終了する前の時期ｔｓ２に２回目の補助噴射Ｆｓ２を行う。この２回目の補助噴射Ｆｓ２では、ピストンが下降し始めているので、１回目の補助噴射Ｆｓ１よりも多い燃料噴射量Ｖｓ２を噴射しても、トルクの発生は抑制される。
この第２回目の補助噴射Ｆｓ２の噴射燃料の燃焼が終了する前の時期ｔｓ３に３回目の補助噴射Ｆｓ３を行う。この３回目の補助噴射Ｆｓ３では、２回目の補助噴射の燃料噴射量Ｖｓ２のよりも更に多い燃料噴射量Ｖｓ３を噴射しても、トルクの発生は抑制される。
そして、これらの補助噴射の第１回目の噴射Ｆｓ１で確実に着火させ、第２回目以降の噴射Ｆｓ２，Ｆｓ３により、燃焼火炎を主噴射Ｆｍの噴射時期ｔｍまで継続させ、大幅に遅延した主噴射Ｆｍでも確実に燃焼させることができる。
そのため、この複数回の補助噴射Ｆｓｉによる燃焼火炎の継続により、大幅な主噴射Ｆｍの遅延操作を行っても、確実に主噴射Ｆｍを着火させることができるので、白煙の発生や失火が無く、排気温度を大幅に上昇させることができる。
そのため、発生トルクを低くしたまま排気温度を上昇することができ、このエンジンの燃料噴射制御方法により、低負荷でもＰＭ再生に必要な排気温度を確保できるようになる。
なお、図７の例では、補助噴射Ｆｓｉの回数を３回にし、第１回目の燃料噴射量Ｖｓ１、第２回目の燃料噴射量Ｖｓ２、第３回目の燃料噴射量Ｖｓ３を順次増量させているが、図８に示す他の例のように、各補助噴射Ｆｓｉの燃料噴射量Ｖｓｉを同じにして、より多くの回数で噴射してもよい。また、図示しないが、補助噴射を同じ燃料噴射量で何回か行った後に、燃料噴射量を増量した補助噴射を行ってもよい。
そして、以下、本発明に係る実施の形態の排気ガス後処理装置の再生制御方法について、連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタシステム（以下連続再生型ＤＰＦシステム）を例にして、図面を参照しながら説明する。この連続再生型ＤＰＦシステムの再生制御方法は、上記した燃料噴射制御方法を使用する再生制御方法である。
図９に、この連続再生型ＤＰＦシステム１の構成を示す。この連続再生型ＤＰＦシステム１は、エンジンＥの排気通路２に設けられた触媒付フィルタ（フィルタ）３と、再生制御手段４０とからなる。
この触媒付フィルタ３は、図１０に示すように、多孔質のセラミックのハニカムのチャンネルの入口と出口を交互に千鳥状に目封じしたモノリスハニカム型ウオールフロータイプのフィルタで形成され、このフィルタ３の多孔質壁面３０に、触媒３２を担持する多孔質触媒コート層３１を設ける。
この触媒３２は、ＨＣ，ＣＯ及びＰＭに対して酸化活性を持つ、白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）や銅（Ｃｕ）等の貴金属酸化触媒３２Ａと二酸化セリウム（ＣｅＯ_２）等のＰＭ酸化触媒３２Ｂとで形成される。
また、再生制御手段４０は、通常、エンジンＥの運転の全般的な制御を行う制御装置（ＥＣＵ：エンジンコントロールユニット）５０に含めて構成され、触媒付フィルタ３の排気入口側のＤＰＦ入口排気ガス温度センサ５１と、触媒付フィルタ３の前後の差圧を検出するＤＰＦ差圧センサ５２からの出力を入力して、触媒付フィルタ３の再生用の制御を行う。
次に、上記の構成の連続再生型ＤＰＦシステム１における再生制御方法について説明する。
この再生制御方法は図１１に例示するような再生制御フローに従って行われる。例示したこれらのフローは説明し易いように、エンジンＥの制御フローと並行して、繰り返し呼ばれて実施されるフローとして示している。
つまり、エンジンＥの運転制御中は並行して、このフローが一定時間後に繰り返し呼ばれて実行され、エンジンＥの制御が終了すると、このフローも呼ばれなくなり実質的にこのフィルタ再生制御も終了するものとして構成している。
本発明の再生制御フローでは、図１１に示すように、ステップＳ１０で、再生開始の判定をフィルタの目詰まり度をＰＭ累積推定値ＰＭｓでチェックして行い、このＰＭ累積推定値ＰＭｓが所定の判定値ＰＭｓｍａｘを超えた場合には、ステップＳ２０で再生Ａモード運転や再生Ｂモード運転を行って、触媒付フィルタ３を再生する。
先ず、この再生制御フローがスタートすると、ステップＳ１０の再生開始の判定に入り、ステップＳ１１で、ＰＭ捕集値ＰＭｔを算出する。このＰＭ捕集値ＰＭｔは、エンジンＥの運転状態を示すトルクＱとエンジン回転数Ｎｅ、及び、ＤＰＦ入口排気ガス温度センサ５１で計測されるＤＰＦ入口排気ガス温度Ｔｅ等を基にして、予め入力されたＰＭ排出マップのマップデータ等から算出されるＰＭ排出量とＰＭ浄化量との差から算出する。
あるいは、ＤＰＦ差圧センサ５２で検出されたＤＰＦ損失差圧と、予め入力されたＤＰＦ差圧マップとの比較から触媒付フィルタ３に捕集されたＰＭ堆積量ＰＭｔを算出する。
そして、次のステップＳ１２で、このＰＭ堆積量ＰＭｔの時間を考慮して累積計算することにより、ＰＭ累積推定値ＰＭｓを算出する。
このステップＳ１３の判定では、ＰＭ累積推定値ＰＭｓが所定の判定値ＰＭｓｍａｘ以上であるか否かで、再生モード運転開始の要否を判定する。この判定で、再生モード運転開始が必要であると判定された場合には、ステップＳ２０の再生モード運転に移り、再生モード運転が必要では無いと判定された場合には、そのままリターンする。
このステップＳ２０の再生モード運転は次のようにして行われる。
先ず、ステップＳ２１で、ＤＰＦ入口排気ガス温度Ｔｅをチェックし、所定の排気温度Ｔｅ１より高いか否かを判定する。
このステップＳ２１で、ＤＰＦ入口排気ガス温度Ｔｅが、所定の排気温度Ｔｅ１（例えば３５０℃程度）より低い温度、即ち、低温酸化域以下にある場合には、ステップＳ２２の再生Ａモード運転を行う。
本発明では、この低温域における再生Ａモード運転中で、上記のいずれかの燃料噴射制御（図１１では多段補助噴射を伴う燃料噴射制御である）を行い、排気ガス温度を上昇させるので、ＰＭを酸化して除去することができる。
そして、スナップＳ２１に戻り、ＤＰＦ入口排気ガス温度Ｔｅが、所定の排気温度Ｔｅ１より高くなるまで、ステップＳ２２とステップＳ２１を繰り返す。
このスナップＳ２１で、ＤＰＦ入口排気ガス温度Ｔｅが、所定の排気温度Ｔｅ１より高くなった場合、又は最初から高い場合には、ステップＳ２３で再生Ｂモードを行う。
この再生モード運転は、排気ガス温度が低温酸化域以上（例えば４００℃以上）、即ち、酸化触媒やＰＭ酸化触媒、あるいは直接燃焼によりＰＭを酸化できる温度以上になっているので、それぞれの温度にあった燃料噴射制御により、ＰＭを酸化除去する。
そして、排気ガス温度Ｔｅが低温酸化温度域（３５０℃〜４５０℃程度）にある場合には、酸化触媒３２Ａにより、ＮＯをＮＯ_２に酸化し、このＮＯ_２でＰＭを酸化除去できる。
また、排気ガス温度Ｔｅが中温酸化温度域（４００℃〜６００℃程度）にある場合には、ＰＭ酸化触媒により、排気ガス中のＯ_２でＰＭを酸化除去できるので、排気ガス温度を中温酸化域以上に維持するエンジン運転制御を行い、ＰＭ酸化触媒３２Ｂにより、触媒付フィルタ３に捕集されたＰＭを排気ガス中のＯ_２で酸化し除去する。
そして、排気温度Ｔｅが高温酸化域以上（例えば、６００℃以上）の温度である場合には、排気ガス中のＯ_２で直接ＰＭが燃焼する。
そして、この再生Ｂモード運転をし、排圧Ｐｅが所定の排圧値Ｐｅ１より小さくなったか否か等の判定で、フィルタの再生が終了したか否かをチェックする。
フィルタの再生が終了していない場合には、ステップＳ２３に戻り再生Ｂモード運転を続行し、フィルタの再生が終了している場合には、再生モード運転を終了して、ステップＳ２５で、燃料噴射を元の噴射モードに戻したり、ＰＭ累積推定値ＰＭｓをリセットしたりする（ＰＭｓ＝０）等の再生モード終了操作を行い、リターンする。
上記の再生制御方法を使用することにより、フィルタの再生が必要になった時が、アイドルや極低負荷のエンジン運転の排気温度が低い状態であっても、再生Ａモード運転の多段補助噴射を伴う燃料噴射制御等の上記の本発明のいずれかの燃料噴射制御により、排気ガス温度の昇温を行ってフィルタに捕集されて堆積したＰＭを酸化除去することができる。
しかも、通常のエンジン運転における回転数及びトルクを維持しながら、排気温度を上昇することができるので、エンジンのトルクに変動を生させることがない。
なお、連続再生型ＤＰＦシステムの例として、図９に示す連続再生型ＤＰＦシステムを取り上げて説明したが、図１５〜図１７に示す連続再生型ＤＰＦシステムにも、本発明の連続再生型ＤＰＦシステムの再生制御方法を適用でき、本発明の連続再生型ＤＰＦシステムは図９の連続再生型ＤＰＦシステムに限定されるものではない。
〔実施例〕
本発明の第４の実施の形態の多段補助噴射を伴う燃料噴射制御の実施例を図１２に、従来技術のパイロット噴射を伴う燃料噴射制御の比較例を図１３に示す。なお、この時のエンジンの運転条件は、エンジン回転数１，０００ｒｐｍで、無負荷である。
図１２に示す多段補助噴射を伴う燃料噴射制御の実施例では、第１回目の補助噴射（噴射量＝２．０ｍｍ^３／ｓｔ）を８°ＡＴＤＣに、第２回目の補助噴射（３．５ｍｍ^３／ｓｔ）を２０°ＡＴＤＣに行い、主噴射（４．６ｍｍ^３／ｓｔ）を３３°ＡＴＤＣで行って、ＤＰＦ装置の入口排気温度で３５０℃、出口排気温度で４１０℃となった。
一方、図１３に示すパイロット噴射を伴う燃料噴射制御の比較例では、パイロット噴射（１．５ｍｍ^３／ｓｔ）を上死点（ＴＤＣ）に、主噴射（１４．８ｍｍ^３／ｓｔ）を２３°ＡＴＤＣに行い、入口排気温度が１０１℃、出口排気温度が９６℃となった。
従って、多段補助噴射を伴う燃料噴射制御を採用することにより、パイロット噴射を伴う燃料噴射制御の場合に比較して２００℃以上も排気ガスを昇温できることが分かった。
なお、パイロット噴射の噴射時期ｔｐ（０°ＡＴＤＣ）に対して１回目の補助噴射の時期（ｔｓ１）を８°ＡＴＤＣにしても、着火可能な理由は、この複数回の補助噴射（Ｆｓｉ）により、主噴射が確実に着火し燃焼できているために、次回のサイクルにおけるシリンダ内温度が高温になるためである。
産業上の利用可能性
本発明は、自動車等のディーゼルエンジンの燃料噴射制御において、一時的に、主噴射と後噴射、主噴射と副後噴射と主後噴射、パイロット噴射と主噴射リタード、多段補助噴射と主噴射のリタード等の燃料噴射制御をすることにより、一時的に、トルク出力の変動を抑制しながら、排気ガス温度の上昇または排気ガス中の酸素濃度の低下の少なくとも一方を達成する。
この燃料噴射制御を使用した排気ガス後処理装置の再生制御方法により、ディーゼルエンジンの排気ガス後処理装置における再生処理時に、排気ガス温度を上昇して、酸化触媒やＮＯｘ触媒の温度を上昇して活性化したり、ＰＭを捕集するＤＰＦ装置のフィルタに捕集されたＰＭを燃焼してフィルタの再生をしたり、排気ガス中の酸素濃度低下により、ＮＯｘ吸蔵還元触媒の吸蔵物質を再生したりすることができる。
特に、連続再生型ＤＰＦ装置においては、フィルタの目詰まりが進行し易く、フィルタの再生が難しいアイドル運転や極低負荷運転等の排気ガス温度の低いエンジンの運転条件においても、トルク変動を抑制しながら、排気ガス温度を大幅に昇温でき、フィルタを再生することができるようになる。
従って、乗用車やトラック等の車両に搭載したディーゼルエンジンから排出される、ＮＯｘ、ＰＭ等を除去する排気ガス後処理装置の再生処理を、燃費の悪化を抑制しながら、乗り心地性を悪化させることなく、効率よく行うことができるようになる。
そのため、乗用車やトラック等から排出されるＮＯｘ、ＰＭ等を高浄化率で除去することができるようになり、大気汚染を防止できる。
【図面の簡単な説明】
図１は、第１の実施形態の燃料噴射制御における、パイロット噴射、主噴射、副後噴射、主後噴射の関係を示す図で、（ａ）は、後噴射する前の通常の燃料噴射を示す図で、（ｂ）は副後噴射しない場合の主後噴射のみの後噴射を示す図で、（ｃ）は副後噴射と主後噴射を示す図である。
図２は、後噴射の噴射時期と排気ガス温度の関係を示す図である。
図３は、副後噴射の噴射時期を固定し、主後噴射の噴射時期を変化させた場合の、副後噴射と主後噴射の噴射時期と排気ガス温度の関係を示す図である。
図４は、主後噴射の噴射時期を固定し、副後噴射の噴射時期を変化させた場合の、副後噴射と主後噴射の噴射時期と排気ガス温度の関係を示す図である。
図５は、第２の実施形態の燃料噴射制御における、パイロット噴射と主噴射との関係を示す図で、（ａ）は主噴射をリタードする前の噴射を示す図で、（ｂ）は主噴射のリタード量が小さい時の噴射を示す図で、（ｃ）は主噴射のリタード量が大きい時の噴射を示す図である。
図６は、第３の実施形態の燃料噴射制御における、パイロット噴射と主噴射との関係を示す図で、（ａ）は主噴射の噴射量の増減をする前の噴射を示す図で、（ｂ）は主噴射の噴射量を増加した時の噴射を示す図で、（ｃ）は主噴射の噴射量を減少した時の噴射を示す図である。
図７は、第４の実施の形態の燃料噴射制御の一例を示す模式的な説明図である。
図８は、第４の実施の形態の燃料噴射制御の他の例を示す模式的な説明図である。
図９は、本発明に係る実施の形態の連続再生型パティキュレートフィルタシステムの構成図である。
図１０は、本発明に係る実施の形態の触媒付フィルタの模式的な構成図である。
図１１は、本発明に係る実施の形態の連続再生型パティキュレートフィルタシステムの再生制御方法を示すフロー図である。
図１２は、本発明に係る第４の実施の形態の多段補助噴射を伴う燃料噴射制御の実施例を示す図である。
図１３は、従来技術のパイロット噴射を伴う燃料噴射制御の比較例を示す図である。
図１４は、従来技術における燃料噴射の例を示す図で、（ａ）は、多段噴射の例を示す図で、（ｂ）は後噴射の例を示す図で、（ｃ）は多段噴射モードのパイロット噴射を示す図である。
図１５は、従来技術の酸化触媒を配設した連続再生型ＤＰＦシステムの一例を示す構成図である。
図１６は、従来技術の酸化触媒付フィルタを備えた連続再生型ＤＰＦシステムの一例を示す構成図である。
図１７は、従来技術のＰＭ酸化触媒付フィルタを備えた連続再生型ＤＰＦシステムの一例を示す構成図である。

Claims (17)

1. ディーゼルエンジンの排気ガス温度の上昇、または、排気ガス中の酸素濃度の低下の少なくとも一方のために、主噴射の後に後噴射を行うエンジンの燃料噴射制御において、前記後噴射をクランク角度の４０°ＡＴＤＣ〜９０°ＡＴＤＣの範囲で行うことを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法。
2. 前記後噴射を副後噴射と主後噴射の多段噴射で行うと共に、前記副後噴射をクランク角度の４０°ＡＴＤＣ〜７０°ＡＴＤＣの範囲で、前記主後噴射をクランク角度の７０°ＡＴＤＣ〜９０°ＡＴＤＣの範囲で行うことを特徴とする請求の範囲第１項に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法。
3. 前記主後噴射の噴射量と噴射タイミングを、予め得られた、エンジンの各運転状態における前記主後噴射の噴射量と噴射タイミングとの関係に従って算定して、前記主後噴射を行うことを特徴とする請求の範囲第２項に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法。
4. 前記副後噴射の噴射量と噴射タイミングを、予め得られた、エンジンの各運転状態における前記副後噴射の噴射量と噴射タイミングとの関係に従って算定して、前記副後噴射を行うことを特徴とする請求の範囲第２項に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法。
5. 前記副後噴射の噴射量と噴射タイミングを、予め得られた、エンジンの各運転状態における前記副後噴射の噴射量と噴射タイミングとの関係に従って算定して、前記副後噴射を行うことを特徴とする請求の範囲第３項に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法。
6. エンジンの燃焼室における燃料の燃焼状態を燃焼状態検出手段により監視しながら、該燃焼状態検出手段の出力値に基づいて、前記副後噴射を行うか否かを判定し、該判定に基づいて、前記副後噴射を行うことを特徴とする請求の範囲第２項に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法。
7. エンジンの燃焼室における燃料の燃焼状態を燃焼状態検出手段により監視しながら、該燃焼状態検出手段の出力値に基づいて、前記副後噴射を行うか否かを判定し、該判定に基づいて、前記副後噴射を行うことを特徴とする請求の範囲第３項に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法。
8. エンジンの燃焼室における燃料の燃焼状態を燃焼状態検出手段により監視しながら、該燃焼状態検出手段の出力値に基づいて、前記副後噴射の噴射量と噴射タイミングの少なくとも一方を調整制御することを特徴とする請求の範囲第２項、第３項、第６項又は第７項のいずれか１項に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法。
9. ディーゼルエンジンの燃料噴射を制御して、パイロット噴射と主噴射を行い、排気ガス温度の上昇または排気ガス中の酸素濃度の低下の少なくとも一方のために、該主噴射のリタードまたは噴射量の増減の少なくとも一方のエンジンの燃料噴射を行うディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法において、前記主噴射のリタード量または噴射量の少なくとも一方の量の増減に応じて、前記パイロット噴射の噴射量を増減させることを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法。
10. 前記パイロット噴射の前記噴射量が、予め得られた前記主噴射の前記リタード量または前記噴射量の少なくとも一方の量と前記パイロット噴射の前記噴射量との関係に従って算定されることを特徴とする請求の範囲第９項に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法。
11. 前記主噴射の前記リタード量または前記噴射量の少なくとも一方の量を増減させる際に、シリンダ内における燃料の燃焼状態を燃焼状態検出手段により監視しながら、該燃焼状態検出手段の出力値に基づいて前記パイロット噴射の前記噴射量を増減させることを特徴とする請求の範囲第９項に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法。
12. ディーゼルエンジンの排気温度を昇温させるために、主噴射の噴射時期を遅延させると共に、該主噴射の噴射時期より前の時期に補助噴射を２回以上行うことを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法。
13. 前記主噴射の噴射時期を２５°ＡＴＤＣ〜４５°ＡＴＤＣとすることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法。
14. 前記補助噴射に関し、噴射時期の遅い補助噴射の燃料噴射量を、噴射時期の早い補助噴射の燃料噴射量よりも増量させることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法。
15. 前記補助噴射に関し、噴射時期の遅い補助噴射の燃料噴射量を、噴射時期の早い補助噴射の燃料噴射量よりも増量させることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法。
16. エンジンの排気ガス中の有害物質を除外するための排気ガス後処理装置において、該排気ガス後処理装置の再生処理の際に行う再生制御に、請求の範囲第１項〜第７項、第９項〜第１５項、のいずれか１項に記載のディーゼルエンジンの燃料噴射制御方法を含むことを特徴とする排気ガス後処理装置の再生制御方法。
17. 前記排気ガス後処理装置が、エンジンの排気ガス中の粒子状物質を捕集すると共に捕集した粒子状物質を触媒作用により酸化除去するフィルタを備えた連続再生型ディーゼルパティキュレートフィルタシステムである請求の範囲第１６項に記載の排気ガス後処理装置の再生制御方法。

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