WO2002066813A1

WO2002066813A1 - Fuel injection control method for diesel engine and regenerative control method for exhaust gas after treatment device

Info

Publication number: WO2002066813A1
Application number: PCT/JP2002/001438
Authority: WO
Inventors: Yoshihisa Tashiro; Takehito Imai; Tsuneo Suzuki; Naofumi Ochi; Masashi Gabe
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2003-08-20
Also published as: US20030145581A1; DE60212079D1; EP1363009B1; EP1553279A1; DE60221913T2; JPWO2002066813A1; EP1363009A1; US6901747B2; EP1553279B1; EP1363009A4; DE60221913D1; DE60212079T2

Description

明糸田書

ディ一ゼルェ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

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ェ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一トフィル夕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 N O x ) や粒子状物質（P M :パティキユレ一ト：以下 P M) の排出量が増加するので、図 1 4 ( 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 P Mを減少させるために、図 1 4 ( b ) に示すように、主噴射した後に少しのイン夕一バルで後噴射して、この後噴射のエネルギーにより、主噴射で噴射ざ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、ェンジン女台動時に、図 1 4 ( c ) に示すような、パイ口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、 N〇 Xや P M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ェ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 N〇x, S Ox等の有害成分を除去するために、酸化触媒や N 〇x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 DP F)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 DP F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、セラミックゃ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 D P F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 DP F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、電気ヒ一夕やバーナーでフィルタを加熱して、 P

M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、 DP F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 1 5〜図 1 7に示すような連続再生型 DP Fシステムが提案されている。

図 1 5は、二酸化窒素（以下 N〇₂ ) による連続再生型 DP Fシステム（N〇₂ 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 1 Aは、ウォールフロータイプのフィルタ 3 Ab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 3 Aaにより、排気ガス中の一酸化窒素（以下 NO) を酸ィ匕（2N〇 +〇₂ →2N0₂ ) して N0₂ とし、この N〇₂ で、下流側のフィルタ 3 Abに捕集された PMを酸化（2N〇₂ +C→2 NO + C0₂ ) して二酸化炭素（以下 C0₂ ) とし、 PMを除去している。この N0₂ による PMの酸化は、酸素（以下 0₂ ) による PMの酸化より、エネルギ一障壁が低く低温で行われるため、外部からのエネルギ一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 P Mを捕集しながら P M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 1 6に示す連続再生型 DP Fシステム（一体型 N0₂ 再生 D PFシステム） 1 Bは、図 1 5のシステム 1 Aを改良したものであり、酸化触媒 32 Aをウォールフロータイプの触媒付フィル夕 3 B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 1 7に示す連続再生型 DP Fシステム（PM酸化触媒付D PFシステム） 1 Cは、白金（P t)等の貴金属酸化触媒 32 Aと、 P M酸化触媒 3 2 Bをウォールフロータイプの PM酸化触媒付フィル夕 3 C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 32 Bは排気ガス中の〇₂ で直接 PMを酸ィ匕する触媒であり、二酸化セリウム（Ce〇₂ )等で形成される。

そして、この連続再生型 DP Fシステム 1 ま、低温酸化域 (3 50 °C〜 450°C程度）では主に酸化触媒 3 2 の1^0を〇₂ に酸化する反応を利用して PMを N0₂ で酸化し、中温酸化域 (400 °C〜6 00 °C程度）では、 PM酸化触媒 32 Bの排気ガス中の〇₂ で PMを直接酸化する反応（4 Ce〇₂ +C→2 C e ₂ 0₃ +C〇₂ ， 2 C e ₂ 0₃ + 0₂ →4 C e 0₂ 等）により PMを酸化し、 PMが排気ガス中の〇₂ で燃焼する温度より高い高温酸化域 (600 °C程度以上）では、排気ガス中の〇₂ により PMを酸化している。

これらの連続再生型 DP F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 DP Fシステムにおいても、まだ、排気ガス温度を 350°C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ェ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、 P Mを酸 ί匕してフィル夕を再生できないため、 ΡΜ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一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 DP F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、フィル夕の目詰まりが進 fi¹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、ェ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 D P Fシステムを搭載した自動車が、宅配便等に使用され巿街地走行が多い場合には、排気ガスの温度が低いェ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つて、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、強いてほ、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つてしまうという問題がある。

また、上記の D P Fに捕集された P M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、 N O x触媒の温度を上げて活性化したり、 N 0 X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（メインインジヱクシヨン）のリタード（遅延）という方法がある。この主噴射のリタ一ドにおいては、タイミングが後になればなる程、即ち、リタ一ド量が大きくなる程、噴射された燃料のエネルギ一はェ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（T D C ) 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つ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、この主噴射のリタ一ドに関しては、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、主噴射のリタ一ドにおいて、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一バルを大きくして、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一ドだけの噴射制御で、主噴射のリタ一ド量を大きくしょうとすると、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、この主噴射のリ夕ード制御を使用できないという問題がある。

そして、この主噴射のリタ一ド操作に関して、特願 2 0 0 0— 2 9 1 4 6 2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、燃費が悪ィ匕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、ドライバピ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ィ匕及び再生を行うことができるディーゼルェ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 D P F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ェンジン運転状態であつても、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、 P Mの酸化除去が可能となる連続再生型 D P F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一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、このディーゼルェ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、 N〇x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夕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° ATD C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 'インジヱクション）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 MV am (Q, N e) , 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一夕と同様に、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 MV a s (Q, Ne)

MTa s (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 MV a s (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 ) 前記のディ一ゼルェンジンの燃料噴射制御方法において、ェ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、 H C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、 1 mm程度）離れた導電部分に 5 0〜2 0 0 V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【ま、主噴射の燃料が燃え尽きる際にィォ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、ェ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、該主噴射をリタ一ドまたは噴射量の増減の少なくとも一方のェンジンの燃料噴射を行うディ一ゼルェ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、前記パイ口ット噴射の噴射量を増減させるように構成される。

この主噴射のリタ一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、 N 0 X触媒や D P F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、この主噴射のリタ一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、前記パィ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一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、主噴射のリタ一ド量ゃ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夕一ド量、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一ド量、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一ド量の増加に伴って、パイロット噴射の噴射量も増カ卩し、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、実際に増減する暈はェンジンの種類等によつても異なるため、一律に決めることはできず、それぞれの種類のェ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夕一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。このェ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一ドバック制御することにより、最適な噴射量でゾ、。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一ド量、噴射量とパイ口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ェンジンの燃料噴射制御方法は、主噴射のリタ一ドと 2回以上の補助噴射を含んで、次のように構成される。

1 0 ) 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。

1 1 ) そして、このディ一ゼルェ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 2 5 ° AT D C〜4 5 ° AT D C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、 0 0 °C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 2 5 ° A T D C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 4 5 ° AT D C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。

1 2 ) 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、噴射時期の早レ、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ツプデータ等で、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 D P F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、ェ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、上記のディ一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 N 0 X触媒や N 0 X吸蔵還元型触媒の吸蔵物質や P Mを捕集する D P F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 ί 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、ェ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 P Mの酸化によるフィルタの再生が困難なェンジン運転状態であつても、排気ガス温度の昇温を行って、フィル夕に堆積した P Mを酸化除去してフィル夕を再生することが可能となる。

し力、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、 P Mの過剰蓄積も回避できるので、この P Mの過剰蓄積の次に続く P M酸化時に発生し易いフィルタ溶損も防止できる。

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、パイ口ット噴射と主噴射との関係を示す図で、（a ) は主噴射をリ夕一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 ) は主噴射のリタ一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 1 0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 1 1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口一図である。

図 1 2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 1 3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 1 4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 1 5は、従来技術の酸化触媒を配設した連続再生型 D P Fシステムの一例を示す構成図である。

図 1 6は、従来技術の酸化触媒付フィル夕を備えた連続再生型 D P F システムの一例を示す構成図である。

図 1 7は、従来技術の P M酸化触媒付フィルタを備えた連続再生型 D P Fシステムの一例を示す構成図である。

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一ゼルェンジンの燃料噴射制御方法及び連続再生型 D P F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ェ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 F pと、主噴射 F mを行う。このパイロット噴射 F p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、 N〇 X吸蔵還元型触媒の吸着 -吸蔵物質を再生したり、 D P Fに捕集された P M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 F amの噴射量 V a mや噴射タイミング T a mで燃料噴射制御を行つたり、酸素濃度や排気ガス温度を酸素濃度センサゃ温度センサ等により検出して、フィ一ドバック制御により、主後噴射 F amの噴射量 V amや噴射夕イミング T a mを変更し、得られた最適な噴射量 V amや噴射タイミング T amで主後噴射 F amを行う。

そして、主後噴射 F am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 F amをクランク角度の 40° ATDC〜90° ATDCの範囲で行う。つまり、上死点 TD C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 F am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） F am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。

この高工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、 2500 r pm程度の回転速度である。

また、この 1回の主後噴射 F am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 F a sと主後噴射 F a mの 2段噴射で行い、副後噴射 F a sをクランク角度の 40° AT D C 〜70° ATDCの範囲で、主後噴射 F amをクランク角度の 70° A TDC〜90° ATDCの範囲で行う。なお、この副後噴射 F a sの噴射量 V a sは、主後噴射 F a mの噴射量 V a mの約 5 %〜 50 %程度である。

この主後噴射 F a m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 F a sを 40° ATDC〜7 0° ATDCの所定値に固定して運転して、主後噴射 F am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 F a s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 F am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 F amの噴射時期としている。

また、副後噴射 F a sの 40° 〜70° の範囲も実験的に求められたもので，主後噴射 F aを 70° ATDC〜90° AT DCの範囲内の所定値にした場合において、副後噴射 F a s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 F a mを 70° ATDC〜90° AT D Cの範囲内の所定値にして、副後噴射 F a s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 F a sの噴射時期としている。

そして、これらの副後噴射 F a s、主後噴射 F am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 F a s , F amが行われる。

先ず、主後噴射 F amの噴射量 V amと噴射タイミング T am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 N eに対する主後噴射 F a mの噴射量 V a mと噴射タイミング T a mとの関係を示すマップデータ MV am (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 F amの噴射量 V amと噴射タイミング T amを選択して後噴射制御を行うことができるので、比較的簡単なァルゴリズムで、適切な主後噴射 F amを行うことができるようになる。また、副後噴射 F a sの噴射量 V a sと噴射タイミング T a s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 F a sの噴射量 V a sと噴射タイミング T a sとの関係を示すマップデータ MV a s (Q， Ne) ， MTa s (Q, Ne)等から算定する。これらのマップデータ MVa s, MTa s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 F a sを行わない範囲では MVa s (Q, Ne) =0とすることにより、副後噴射 F a s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 F a s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 F a sの噴射量 V a sと噴射タイミング T a s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 F a sを行つて主後噴射 F am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 F a sの噴射量 V a sと噴射タイミング T a sを、エンジンの各運転状態（Q, G) に対して求めることにしているが、主後噴射 F amの噴射量 V amと噴射タイミング T am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 MVa s 2 (Vam, Tarn) , MTa s 2 (Vam, Tarn) となる。

また、第 2の方法では、主後噴射 F am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 F a mの噴射量 V a mと噴射タイミング T a m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 F am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、

1 mm程度）離れた導電部分に 50〜 200 V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ィォンギャップセンサを設けてェ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 F a sを行うか否かを判定し、この判定に基づいて副後噴射 F a s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 F a sを行い、所定の判定値を超えない時は副後噴射 F a s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 F amの燃料が着火し難い状態になっているとして、副後噴射 F a s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 F am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 F a s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 F a sの噴射量 V a sと噴射タイミング T a s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 F amの噴射量 V amと噴射タイミング Tamが決まって、この噴射量 V a mと噴射タイミング T a mで主後噴射 F a mすると共に、このフィードバック制御により、噴射量 Va sと噴射夕イミング Ta sで副後噴射 F a sする。これにより、主後噴射 F amに応じて、副後噴射 F a sの噴射量 V a sと噴射タイミング T a s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 F amの噴射タイミング T amに対応した副後噴射 F a sの噴射量 V a sや噴射タイミング T a s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 F am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 F a sの噴射量 V a s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 1の実施の形態〕

また、パイ口ット噴射の噴射量と主噴射のリタ一ドに関係する第 1の実施の形態のディ一ゼルェ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、 N〇x吸蔵還元型触媒を再生する、あるいは、 D P Fに捕集された P M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 F mのリタ一ドの増減を行う。 ·

この主噴射 F mのリ夕一ドに際しては、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一ド量 R m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、リタ一ド量 Rmが求められて、これらのリ夕ード量 Rmで主噴射 F mを行う。

この第 1の実施の形態の第 1の方法では、この主噴射 F mのリタ一ド量 R mに対して、予め、実験などで、求めておいたリタ一ド量 Rmとパイロット噴射 F pの噴射量 V pとの関係から、パイロット噴射 F pの噴射量 V pを算定して、図 5 ( b ) 及び図 5 ( c ) に示すように、この噴射量 V pでパイロット噴射 F pする。

この燃料噴射制御により、主噴射 F mにおいて、大きなリタード量 R mを取っても、失火することなく主噴射 F m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 F pの噴射量 V pは予め実験などで求められた関係に従って、主噴射 F mのリタード量 R m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（例えばグロ一プラグ一燃焼室壁間）離れた導電部分に 5 0〜2 0 0 V程度の電圧を加えておき、この導電部分に流れる電流検知するィォンギヤップセンサを設けてェ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、このィォンギヤップセンサの出力 (電圧値）を目標値とし、パイロット噴射 F の噴射量 V p c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 F mのリタ一ド量 Rmと噴射量が決まって、このリタ ―ド量 Rmで主噴射 F mすると共に、このフィードバック制御により、パイ口ット噴射 F pの噴射量 V pを制御する。

つまり、パイ口ット噴射 F p後にィォ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 F pの燃料が燃尽きて主噴射 F m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 F pの噴射量 V p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 F pの燃料が十分にあり、主噴射 F m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口ット噴射 F pの噴射量 V pを減少するように制御する。

このパイ口ット噴射 F pの噴射量 V p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、パイロッ卜噴射の量を増減させて、その時の主噴射 F pのリタード量 Rmに対してパイロット噴射 F pの噴射量 V pを最適な量とすることができる。

つまり、主噴射 F pのリタ一ド量 Rmの増減に応じて、パイロット噴射 F p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 F pにおいて、大きなリタ一ド量 R mを取っても、失火することなく主噴射 F p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、従来技術のパイ口ット噴射 F pの噴射量 V p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 のリタ一ド量 Rmがクランク角で 40° ATDCから 50° ATDCになるまでリタ一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、フィ一ドバック制御なので、パイ口ット噴射 F p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は変ィ匕させずに、主噴射 F mのリ夕一ド量 Rmの増減に対応させて、パイ口ット噴射 F p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 t p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口ット噴射 F p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ィン噴射 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ェ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 F pと、主噴射 Fmを行う。このパイ口ット噴射 F p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、 N Ox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 F m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 V m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ぁ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 F m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 F pの噴射量 V p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 F mの噴射量 Vmに対応してパイ口ット噴射 F p の噴射量 Vpを変ィ匕させる場合においても、第 2の実施の形態の第 1の方法と同様に、ィォンギヤ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 F の噴射量 V p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一ゼルェンジンの燃料噴射制御方法について説明する。

このディ一ゼルェ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 t mより前の時期に、補助噴射の噴射を 1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 F si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 t siに噴射し着火させる。この 1回目の補助噴射 Fslの燃料噴射量 Vsl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 Fslの噴射燃料の燃焼が終了する前の時期 t s2に 2回目の補助噴射 Fs2を行う。この 1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 Fslよりも多い燃料噴射量 V s2を噴射しても、トルクの発生は抑制される。

この第 1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 t s3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 Fsl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 t mまで継続させ、大幅に遅延した主噴射 F m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 F mの遅延操作を行つても、確実に主噴射 F m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 P M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 F siの回数を 3回にし、第 1回目の燃料噴射量 Vsl、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 F si 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つてもよい。

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、連続再生型ディ一ゼルパティキユレ一トフィル夕システム（以下連続再生型 D P F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 D P F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 D P Fシステム 1の構成を示す。この連続再生型 D P Fシステム 1は、エンジン Eの排気通路 1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 4 0とからなる。

この触媒付フィルタ 3は、図 1 0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ォ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 3 0に、触媒 3 を担持する多孔質触媒コート層 3 1を設ける。

この触媒 3 2は、 H C， C O及び P Mに対して酸化活性を持つ、白金

( P t ) やパラジウム（P d ) や銅（C u ) 等の貴金属酸化触媒 3 2 A と二酸化セリウム（Ce〇₂ ) 等の PM酸化触媒 3 2 B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ュニット） 50に含めて構成され、触媒付フィル夕 3の排気入口側の D P F入口排気ガス温度センサ 5 1と、触媒付フィルタ 3の前後の差圧を検出する DP F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。

次に、上記の構成の連続再生型 DP F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 1 1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の制御フ口一と並行して、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、ェンジン 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一では、図 1 1に示すように、ステップ S 1 0 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 P M累積推定値 P M sが所定の判定値 P M s max を超えた場合には、ステップ S 20で再生 Aモ一ド運転や再生 Bモード運転を ί亍って、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 S 10の再生開始の判定に入り、ステップ S 1 1で、 PM捕集値PMtを算出する。この ΡΜ捕集値 PMtは、エンジン Eの運転状態を示すトルク Qとェン '回転数 Ne、及び、 DPF入口排気ガス温度センサ 5 1で計測される D P F入口排気ガス温度 T e等を基にして、予め入力された Ρ Μ排出マップのマップデータ等から算出される Ρ Μ排出量と Ρ Μ浄化量との差から算出する。

あるいは、 DPF差圧センサ 5 2で検出された DP F損失差圧と、予め入力された D P F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 PM tを算出する。

そして、次のステップ S 1 2で、この PM堆積量 PM tの時間を考慮して累積計算することにより、 P M累積推定値 P M sを算出する。

このステップ S 1 3の判定では、 P M累積推定値 P M sが所定の判定値 PM smax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 S 2 0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、そのままリ夕一ンする。

このステップ S 2 0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 S 2 1で、 DPF入口排気ガス温度 T eをチェックし、所定の排気温度 T e 1より高いか否かを判定する。

このステップ S 2 1で、 0? 入ロ排気ガス温度丁6が、所定の排気温度 Te 1 (例えば 3 5 0°C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 S 2 2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 1 1では多段補助噴射を伴う燃料噴射制御である）を ί亍ぃ、排気ガス温度を上昇させるので、 ΡΜを酸化して除去することができる。

そして、スナップ S 2 1に戻り、 0??入ロ排気ガス温度丁6が、所定の排気温度 Te 1より高くなるまで、ステップ S 2 2とステップ S 2 1を繰り返す。このスナップ S 2 1で、 0??入ロ排気ガス温度丁6が、所定の排気温度 Te 1より高くなつた場合、又は最初から高い場合には、ステップ S 2 3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 4 0 0°C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

P Mを酸化できる温度以上になつているので、それぞれの温度にあつ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 T eが低温酸化温度域（3 5 0°C〜4 5 0 °C程度）にある場合には、酸化触媒 3 2Aにより、 NOを N〇₂ に酸ィ匕し、この N0₂ で PMを酸化除去できる。

また、排気ガス温度 T eが中温酸化温度域（4 00°C〜 600。C程度）にある場合には、 PM酸化触媒により、排気ガス中の〇₂ 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、 P M酸化触媒 3 2 B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 0₂ で酸化し除去する。

そして、排気温度 T eが高温酸化域以上（例えば、 6 0 (TC以上）の温度である場合には、排気ガス中の〇 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 Pe 1 より小さくなつ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ユックする。

フィルタの再生が終了していない場合には、ステップ S 23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、再生モ一ド運転を終了して、ステップ S 2 5で、燃料噴射を元の噴射モ一ドに戻したり、 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、フィル夕の再生が必要になつた時が、アイドルゃ極低負荷のェ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夕に捕集されて堆積した P M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 DP F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 1 5〜図 1 7に示す連続再生型 DPFシステムにも、本発明の連続再生型 DP F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 D P Fシステムは図 9の連続再生型 D P Fシステムに限定されるものではない。

C実施例 3

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 1 1に、従来技術のパイ口ツト噴射を伴う燃料噴射制御の比較例を図 1 3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， 000 r p mで、無負荷である。

図 1 1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. 0 mm³ /s t ) を 8° ATDCに、第 2 回目の補助噴射（3. 5mm³ /s t) を 20° ATDCに行い、主噴射（4. 6 mm³ /s t) を 33° AT DCで行って、 DPF装置の入口排気温度で 3 50°C. 出口排気温度で 4 1 0°Cとなった。

一方、図 1 3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. 5mm³ /s t) を上死点 (TDC) に、主噴射 ( 1 4. 8 mm³ /s t) を 23° AT DCに行い、入口排気温度が 1

0 1°C、出口排気温度が 96°C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 2 0 0 °C以上も排気ガスを昇温できることが分かつた。

なお、パイロット噴射の噴射時期 t p ( 0 ° AT D C ) に対して 1回目の補助噴射の時期 ( t sl) を 8 ° AT D Cにしても、着火可能な理由は、この複数回の補助噴射（F si) 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一ド、多段補助噴射と主噴射のリタ一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、ディ一ゼルェ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 N O X触媒の温度を上昇して活性化したり、 P Mを捕集する D P F装置のフィルタに捕集された P Mを燃焼してフィル夕の再生をしたり、排気ガス中の酸素濃度低下により、 N 〇 X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 D P F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ェ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一ゼルェンジンから排出される、 N〇x、 P M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 N〇x、 P M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。

Claims

請求の範囲

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〜9 0° ATDCの範囲で行うことを特徴とするディーゼルェ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ェ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、ェ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 1項に記載のディーゼルェ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、ェ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 1項に記載のディ一ゼルェ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、ェ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ェ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、該半啶に基づいて、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項に記載のディ一ゼルェ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 項に記載のディ一ゼルェ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、該主噴射のリタ一ドまたは噴射量の増減の少なくとも一方のェンジンの燃料噴射を行うディーゼルェンジンの燃料噴射制御方法において、前記主噴射のリタ一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。

1 0 . 前記パイロット «寸の前記噴射量が、予め得られた前記主噴射の前記リ夕一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口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ェンジンの燃料噴射制御方法。

1 1 . 前記主噴射の前記リタ一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口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ェンジンの燃料噴射制御方法。

1 . 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 1回以上行うことを特徴とするディ一ゼルェンジンの燃料噴射制 ' 御方法。

1 3 . 前記主噴射の噴射時期を 2 5 ° A T D C〜4 5 ° A T D Cとすることを特徴とする請求の範囲第 1 2項に記載のディーゼルェンジンの燃料噴射制御方法。

1 4 . 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 1 2項に記載のディ一ゼルェンジンの燃料噴射制御方法。

1 5 . 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 1 3項に記載のディーゼルェンジンの燃料噴射制御方法。

1 6 . 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 1 5項、のいずれか 1項に記載のディ一ゼルェ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。

1 7 . 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 1 6項に記載の排気ガス後処理装置の再生制御方法。