内燃機関の触媒昇温システム
【課題】 本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒を昇温させる内燃機関の触媒昇温システムにおいて、触媒を昇温させるときに、該触媒の温度をより精度良く目標温度に制御する。
【解決手段】 内燃機関の排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒を昇温させるべくポスト燃料噴射を実行するときに、排気絞りが行われている場合は、排気絞りが行われていない場合に比べて、ポスト燃料噴射によって噴射する単位時間当たりの燃料噴射量を多くするものである（Ｓ１０４〜Ｓ１０６）。
【解決手段】 内燃機関の排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒を昇温させるべくポスト燃料噴射を実行するときに、排気絞りが行われている場合は、排気絞りが行われていない場合に比べて、ポスト燃料噴射によって噴射する単位時間当たりの燃料噴射量を多くするものである（Ｓ１０４〜Ｓ１０６）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
内燃機関の排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒を昇温させる内燃機関の触媒昇温システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒を昇温させる内燃機関の触媒昇温システムとしては、内燃機関において主燃料噴射に加え副燃料噴射を実行することで触媒を昇温させるものがある。
【０００３】
このような内燃機関の触媒昇温システムにおいては、酸化触媒を担持しているパティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質を酸化・除去するときに、酸化触媒およびパティキュレートフィルタを昇温させるべく、主燃料噴射より遅い時期であって、且つ、非着火の時期に副燃料噴射を実行する場合がある。また、このような副燃料噴射をアイドル運転状態のときに行う場合、排気通路に設けられた排気絞り弁によって排気流量を絞る技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−１５０４１５号公報
【特許文献２】特許第３５３６７３９号公報
【特許文献３】特開２０００−１７９３２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒を昇温させる内燃機関の触媒昇温システムにおいては、触媒が活性状態にあるときに、燃焼サイクルにおける、主燃料噴射より遅い時期であって、且つ、非着火の時期に、気筒内で副燃料噴射を噴射する場合がある。以下、このような時期に行われる副燃料噴射をポスト燃料噴射と称する。
【０００５】
ポスト燃料噴射によって噴射された燃料の少なくとも一部は、気筒内から未燃の状態で排出されるため、未燃燃料が触媒に供給されることになる。そして、該未燃燃料が触媒で酸化され、そのときに発生する酸化熱によって触媒が昇温する。このとき、ポスト燃料噴射による燃料噴射量を調整することによって触媒の温度を目標温度に制御する。
【０００６】
また、触媒より下流側の排気通路に排気絞り弁が設けられている場合、触媒を昇温させるときに、排気絞り弁を閉弁方向に制御することで排気流量を絞る、所謂排気絞りを行う場合がある。
【０００７】
排気絞り弁によって排気絞りが行われると、該排気絞り弁より上流側の排気通路内の圧力（以下、上流側排気通路内圧力と称する）が上昇するため内燃機関の機関負荷が高くなる。そのため、内燃機関から排出される排気、即ち、触媒を通る排気の温度が上昇することになる。その結果、触媒を昇温させることが出来る。
【０００８】
しかしながら、排気絞り弁による排気絞りが行われている状態で、さらにポスト燃料噴射を実行する場合、上流側排気通路内圧力が上昇しているために、ポスト燃料噴射によって噴射された燃料が気筒内から未燃の状態で排出され難くなる。そのため、排気絞り弁による排気絞りが行われていない状態でポスト燃料噴射を実行する場合に比べて、触媒に供給される未燃燃料が少なくなる場合がある。その結果、触媒を目標温度にまで昇温させるために必要な量の未燃燃料が該触媒に供給されず、該触媒の温度が目標温度にまで上昇しない虞がある。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、内燃機関の排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒を昇温させる内燃機関の触媒昇温システムにおいて、触媒を昇温させるときに、該触媒の温度をより精度良く目標温度に制御することが可能な技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒を昇温させるべくポスト燃料噴射を実行するときに、排気絞りが行われている場合は、排気絞りが行われていない場合に比べて、ポスト燃料噴射によって噴射する単位時間当たりの燃料噴射量（以下、単位ポスト燃料噴射量と称する）を多くするものである。
【００１１】
より詳しくは、本発明に係る内燃機関の触媒昇温システムは、
内燃機関の燃焼サイクルにおける、主燃料噴射より遅い時期であって、且つ、非着火の時期に、気筒内で副燃料噴射を実行するポスト燃料噴射手段を備え、
前記内燃機関の排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒が活性状態にあるときに、前記ポスト燃料噴射手段によって副燃料噴射を実行することで前記触媒に未燃燃料を供給し、それによって前記触媒を目標温度に昇温させる内燃機関の触媒昇温システムにおいて、
前記触媒よりも下流側の排気通路に設けられた排気絞り弁をさらに備え、
該排気絞り弁による排気絞りが行われている状態で前記ポスト燃料噴射手段によって副燃料噴射を実行するときは、前記排気絞り弁による排気絞りが行われていない状態で前記ポスト燃料噴射手段によって副燃料噴射を実行するときに比べて、前記ポスト燃料噴射手段によって噴射する単位時間当たりの副燃料噴射量を多くすることを特徴とする。
【００１２】
ここで、目標温度は、触媒の種類や触媒を昇温させる目的等に応じて異なる値であって、実験等によって予め定められた値であっても良い。
【００１３】
本発明では、触媒を目標温度に昇温させるときであって、該触媒が活性状態にあるときには、ポスト燃料噴射手段によってポスト燃料噴射が実行される。このポスト燃料噴射は、内燃機関の燃焼サイクルにおける、主燃料噴射より遅い時期であって、且つ、非着火の時期に行われる。ここで、非着火の時期とは、気筒内に燃料が噴射されたときに、噴射された燃料のほとんどが着火しない時期のことである。
【００１４】
また、本発明では、触媒よりも下流側の排気通路に排気絞り弁が設けられている。上述したように、ポスト燃料噴射が実行されるときに、排気絞り弁によって排気絞りが行われている場合、排気絞り弁による排気絞りが行われていない場合に比べて、触媒に供給される未燃燃料が少なくなる場合がある。
【００１５】
そこで、本発明では、ポスト燃料噴射を実行するときに排気絞り弁によって排気絞りが行われている場合は、排気絞り弁による排気絞りが行われていない場合に比べて、単位ポスト燃料噴射量を多くする。
【００１６】
これによって、排気絞りが行われている状態でポスト燃料噴射を実行する場合であっても、触媒を目標温度にまで昇温させるために必要な量の未燃燃料を該触媒に供給することが可能となる。
【００１７】
従って、本発明によれば、内燃機関の排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒を昇温させるときに、該触媒の温度をより精度良く目標温度に制御することが出来る。
【００１８】
本発明においては、上流側排気通路内圧力を検出する排気通路内圧力検出手段をさらに備えた場合、排気絞り弁による排気絞りが行われている状態でポスト燃料噴射を実行するときは、排気通路内圧力検出手段によって検出される上流側排気通路内圧力が高いほど単位ポスト燃料噴射量をより多くしても良い。
【００１９】
ポスト燃料噴射を実行する場合、上流側排気通路内圧力が高いほど、ポスト燃料噴射によって噴射された燃料が気筒内から未燃の状態で排出され難くなる。そのため、触媒に供給される未燃燃料量がより少なくなる虞がある。
【００２０】
そこで、上記のように、排気絞り弁による排気絞りが行われている状態でポスト燃料噴射を実行するときは、上流側排気通路内圧力が高いほど単位ポスト燃料噴射量をより多くする。これによって、触媒を目標温度にまで昇温させるために必要な量の未燃燃料を該触媒に供給することが可能となる。
【００２１】
本発明においては、触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、上流側排気通路内圧力を検出する排気通路内圧力検出手段と、排気絞り弁より上流側の排気温度を検出する排気温度検出手段と、をさらに備えた場合、排気通路内圧力検出手段によって検出される上流側排気通路内圧力および排気温度検出手段によって検出される排気温度に基づいて、作動ガス量算出手段によって気筒内の作動ガス量を算出しても良い。そして、ポスト燃料噴射を実行するときは、触媒温度検出手段によって検出される触媒の温度と目標温度との差、および、作動ガス量算出手段によって算出される作動ガス量に基づいて、単位ポスト燃料噴射量を決定しても良い。
【００２２】
排気絞りを行っていない場合は、気筒内の作動ガス量は吸入空気量とほぼ同量となる。そのため、触媒の温度を目標温度にまで上昇させるために必要な単位ポスト燃料噴射量を、ポスト燃料噴射を実行する時点での触媒の温度と目標温度との差、および、吸入空気量に基づいて算出することが出来る。
【００２３】
しかしながら、排気絞りを行った場合、上流側排気通路内圧力が上昇するために、気筒内からガス（排気）が排出され難くなり、該気筒内に残留するガス（以下、単に残留ガスと称する）が増加し易くなる。そのため、排気絞りを行っているときの作動ガス量は、吸入空気量よりも残量ガス量分多くなる虞がある。
【００２４】
従って、排気絞りが行われている状態でポスト燃料噴射を実行するときに、排気絞りが行われていない状態でポスト燃料噴射を実行するときと同様、ポスト燃料噴射を実行する時点での触媒の温度と目標温度との差、および、吸入空気量に基づいて単位ポスト燃料噴射量を決定した場合、作動ガス量に対してポスト燃料噴射によって噴射される燃料が不足する場合がある。
【００２５】
そこで、排気絞りが行われている状態でポスト燃料噴射を実行するときは、排気通路内圧力検出手段によって検出される上流側排気通路内圧力および排気温度検出手段によって検出される排気温度に基づいて気筒内の作動ガス量を算出する。そして、触媒温度検出手段によって検出される触媒の温度（即ち、ポスト燃料噴射を実行する時点での触媒の温度）と目標温度との差、および、作動ガス量に基づいて単位ポスト燃料噴射量を決定する。
【００２６】
これにより、ポスト燃料噴射を実行するときに排気絞り弁によって排気絞りが行われている場合は、排気絞り弁による排気絞りが行われていない場合に比べて、単位ポスト燃料噴射量を多くすることが出来る。その結果、ポスト燃料噴射を実行するときに排気絞りが行われている場合であっても、触媒を目標温度にまで昇温させるために必要な量の未燃燃料を該触媒に供給することが可能となる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る内燃機関の触媒昇温システムによれば、内燃機関の排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒を昇温させるときに、該触媒の温度をより精度良く目標温度に制御することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの実施の形態について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２９】
＜内燃機関及びその吸排気系の概略構成＞
図１は、本実施例に係る内燃機関及びその吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は４つの気筒２を有する車両駆動用のディーゼル機関である。内燃機関１の気筒２内にはピストン３が摺動自在に設けられている。気筒２内上部の燃焼室には、吸気ポート４と排気ポート５とが接続されている。吸気ポート４および排気ポート５の燃焼室への開口部は、それぞれ吸気弁６および排気弁７によって開閉される。吸気ポート４および排気ポート５は、それぞれ吸気通路８および排気通路９に接続されている。また、気筒２には、該気筒２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１０が設けられている。
【００３０】
吸気通路８には、吸入空気量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１６、および、吸入空気量を制御するスロットル弁１７が設けられている。排気通路９には、排気中のＰＭを捕集するフィルタ１１が設けられており、該フィルタ１１より上流側には酸化触媒１２が設けられている。
【００３１】
また、酸化触媒１２より上流側の排気通路９には、該排気通路９内の排気温度に対応した電気信号を出力する上流側排気温度センサ１３および該排気通路９内の圧力に対応した電気信号を出力する排気圧センサ１８が設けられている。また、酸化触媒１２より下流側且つフィルタより上流側の排気通路９には、該排気通路９内の排気温度に対応した電気信号を出力する下流側排気温度センサ１４がそれぞれ設けられている。また、フィルタ１１より下流側の排気通路９には、排気流量を制御する排気絞り弁１５が設けられている。尚、酸化触媒１２は酸化機能を有していれば良く、例えば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等であっても良い。
【００３２】
以上述べたように構成された内燃機関１には、この内燃機関１を制御するためのＥＣＵ２０が併設されている。ＥＣＵ２０には、エアフローメータ１６や、上流側排気温度センサ１３、下流側排気温度センサ１４、排気圧センサ１８、大気圧に対応した電気信号を出力する大気圧センサ１９等の各種センサが電気的に接続されている。各種センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。そして、ＥＣＵ２０は、上流側排気温度センサ１３および／または下流側排気温度センサ１４の出力値に基づいて酸化触媒１２の温度を推定する。また、ＥＣＵ２０には、燃料噴射弁１０や、スロットル弁１７、排気絞り弁１５が電気的に接続されている。ＥＣＵ２０によってこれらが制御される。
【００３３】
＜触媒昇温制御＞
次に、本実施例に係る、酸化触媒１２を昇温させるときの触媒昇温制御について説明する。本実施例では、フィルタ１１に堆積したＰＭを酸化・除去するときの触媒昇温制御を例に挙げて説明する。この場合、触媒昇温制御を実行することで酸化触媒１２を昇温させ、それによって、フィルタ１１に流入する排気を昇温させることでフィルタ１１の温度をＰＭの酸化・除去が可能となる温度にまで上昇させる。
【００３４】
尚、触媒昇温制御を実行するのは、フィルタ１１に堆積したＰＭを酸化・除去するときに限るものではない。例えば、酸化触媒１２またはフィルタ１１を吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に置換えた場合、この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元するときに、本実施例に係る触媒昇温制御を適用しても良い。
【００３５】
本実施例に係る触媒昇温制御においては、酸化触媒１２の温度が活性温度の下限値Ｔ１より低いときは、内燃機関１から排出される排気を昇温させる排気昇温制御を実行することで酸化触媒１２の温度を上昇させる。
【００３６】
排気昇温制御では、排気絞り弁１５を閉弁方向に制御することで排気流量を制御する排気絞りを行っても良い。また、内燃機関１において、内燃機関１の燃焼サイクルにおける、主燃料噴射より遅い時期であって、且つ、着火時期に、燃料噴射弁１０から副燃料噴射を実行するアフター燃料噴射を行っても良い。ここでの着火時期とは、燃料噴射弁１０から燃料が噴射されたときに、噴射された燃料のほとんどが着火する時期のことである。排気昇温制御を実行するときの排気の昇温方法は、そのときの内燃機関１の運転状態等に応じて決定される。
【００３７】
そして、酸化触媒１２の温度が活性温度となり、該酸化触媒１２が活性状態となると、内燃機関１の燃焼サイクルにおける、主燃料噴射より遅い時期であって、且つ、非着火時期に、燃料噴射弁１０から副燃料噴射を実行することでポスト燃料噴射を行う。このポスト燃料噴射によって、酸化触媒１２に未燃燃料を供給し、酸化触媒１２の温度を目標温度Ｔｔにまで上昇させる。
【００３８】
本実施例において、この目標温度Ｔｔは、酸化触媒１２の温度が該目標温度Ｔｔに達していれば、フィルタ１１の温度が、ＰＭの酸化・除去が可能であって且つフィルタ１１の過昇温が抑制される温度となる温度である。目標温度Ｔｔは、実験等によって予め定められている。
【００３９】
＜ポスト燃料噴射を実行したときの酸化触媒温度＞
ここで、触媒昇温制御において、排気絞り弁１５によって排気絞りを行っている状態でポスト燃料噴射を実行したときの酸化触媒１２の温度について図２に基づいて説明する。図２は、単位ポスト燃料噴射量と酸化触媒１２の温度との関係を示す図である。図２において、縦軸は酸化触媒１２の温度と表しており、横軸は単位ポスト燃料噴射量を表している。また、実線ａは、排気絞り弁１５による排気絞りが行われている状態でポスト燃料噴射を実行した場合を示しており、破線ｂは、排気絞り弁１５による排気絞りが行われていない状態でポスト燃料噴射を実行した場合を示している。
【００４０】
排気絞り弁１５によって排気絞りが行われると、該排気絞り弁１５より上流側の排気通路９内の圧力が上昇するため、ポスト燃料噴射によって噴射された燃料が未燃の状態で気筒２から排出し難くなる。そして、ポスト燃料噴射によって噴射された燃料のうち気筒内２内に残留した燃料は、次の燃焼サイクル中に気筒２内で燃焼するため、酸化触媒１２に供給される未燃燃料が、排気絞り弁１５による排気絞りが行われていない場合に比べて少なくなる場合がある。
【００４１】
このような場合、図２に示すように、単位ポスト燃料噴射量を同量としてポスト燃料噴射を実行すると、排気絞り弁１５によって排気絞りが行われている場合の酸化触媒１２の温度は、排気絞り弁１５による排気絞りが行われていない場合に比べて低くなる。
【００４２】
＜単位ポスト燃料噴射量制御＞
そこで、本実施例では、触媒昇温制御においてポスト燃料噴射を実行する場合、排気絞
り弁１５によって排気絞りが行われているときは、排気絞り弁１５による排気絞りが行われていないときに比べて、単位ポスト燃料噴射量を多くする。
【００４３】
以下、本実施例に係る、触媒昇温制御においてポスト燃料噴射量を実行するときの単位ポスト燃料噴射量制御について図３に基づいて説明する。図３は、本実施例に係る単位ポスト燃料噴射量制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、クランクシャフトが規定クランク角回転する毎に実行される。
【００４４】
本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ１０１において、ポスト燃料噴射の実行条件が成立しているか否かを判別する。ここで、ポスト燃料噴射の実行条件とは、上述したように、触媒昇温制御が実行されており、且つ、酸化触媒１２が活性状態となっている場合のことである。Ｓ１０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０２に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００４５】
Ｓ１０２おいて、ＥＣＵ２０は、目標温度Ｔｔと現時点の酸化触媒１２の温度Ｔｃとの差、および、吸入空気量Ｇｎに基づいて、基準となる単位ポスト燃料噴射量である基準単位ポスト燃料噴射量Ｑｐｓを算出する。ここでは、目標温度Ｔｔと現時点の酸化触媒１２の温度Ｔｃとの差、および、吸入空気量Ｇｎと、基準単位ポスト燃料噴射量Ｑｐｓとの関係を実験等によって予め定めてマップとして記憶しておき、該マップから基準単位ポスト燃料噴射量Ｑｐｓを算出しても良い。
【００４６】
次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０３に進み、排気絞り弁１５によって排気絞りが行われているか否かを判別する。このＳ１０３において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０４に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０７に進む。
【００４７】
Ｓ１０７に進んだＥＣＵ２０は、単位ポスト燃料噴射量を基準単位ポスト燃料噴射量Ｑｐｓとしてポスト燃料噴射を実行し、本ルーチンの実行を終了する。
【００４８】
一方、Ｓ１０４に進んだＥＣＵ２０は、上流側排気通路内圧力Ｐｅから、後述するＳ１０５において補正単位ポスト燃料噴射量Ｑｐａを算出するための補正係数ａを導出する。ここでは、図４に示すような、上流側排気通路内圧力Ｐｅと補正係数ａとの関係を示すマップがＥＣＵ２０に予め記憶されており、該マップから補正係数ａを導出する。該マップにおいて、補正係数ａは正の値であって、上流側排気通路内圧力Ｐｅが高いほど大きい値となっている。
【００４９】
次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０５に進み、基準単位ポスト燃料噴射量Ｑｐｓと補正係数ａとを乗算することで補正単位ポスト燃料噴射量Ｑｐａを算出する。
【００５０】
次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０６に進み、単位ポスト燃料噴射量を補正単位ポスト燃料噴射量Ｑｐａとしてポスト燃料噴射を実行し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００５１】
以上説明した制御ルーチンによれば、ポスト燃料噴射を実行するときに排気絞り弁１５によって排気絞りが行われている場合は、排気絞り弁１５による排気絞りが行われていない場合に比べて、単位ポスト燃料噴射量が多くなる。
【００５２】
また、排気絞り弁１５による排気絞りが行われている状態では、排気絞り弁１５の開度や内燃機関１の運転状態等に応じて上流側排気通路内圧力Ｐｅは異なる値となるが、この状態でポスト燃料噴射を実行するときは、上流側排気通路内圧力Ｐｅが高いほど単位ポスト燃料噴射量が多くなる。
【００５３】
従って、本実施例によれば、排気絞りが行われている状態でポスト燃料噴射を実行する場合であっても、酸化触媒１２を目標温度Ｔｔにまで昇温させるために必要な量の未燃燃料を該酸化触媒１２に供給することが可能となる。そのため、触媒昇温制御において、酸化触媒１２をより精度良く目標温度Ｔｔに制御することが出来る。
【００５４】
尚、本実施例において、排気圧センサ１８が設けられておらず、スロットル弁１７より下流側の吸気通路８に、該吸気通路８内の圧力に対応した電気信号を出力する吸気圧センサが設けられている場合、この吸気圧センサの出力値から上流側排気通路内圧力Ｐｅを推定し、その推定値に基づいて補正係数ａを導出しても良い。
【実施例２】
【００５５】
本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成は、上述した実施例１と同様であるためその説明を省略する。また、本実施例においても、上述した実施例１と同様の触媒昇温制御が行われる。
【００５６】
＜単位ポスト燃料噴射量制御＞
ここで、本実施例に係る、触媒昇温制御においてポスト燃料噴射量を実行するときの単位ポスト燃料噴射量制御について図５に基づいて説明する。図５は、本実施例に係る単位ポスト燃料噴射量制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本実施例においては、単位ポスト燃料噴射量を、１燃焼サイクル当たりのポスト燃料噴射量とする。本ルーチンは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、クランクシャフトが規定クランク角回転する毎に実行される。
【００５７】
本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ２０１において、ポスト燃料噴射の実行条件が成立しているか否かを判別する。ここでのポスト燃料噴射の実行条件は、上述した実施例１におけるポスト燃料噴射の実行条件と同様である。Ｓ２０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０２に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００５８】
Ｓ２０２おいて、ＥＣＵ２０は、排気絞り弁１５によって排気絞りが行われているか否かを判別する。このＳ２０２において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０３に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０６に進む。
【００５９】
Ｓ２０６に進んだＥＣＵ２０は、下記式（１）によって単位ポスト燃料噴射量Ｑｐを算出する。
Ｑｐ＝Ｇｎ×ΔＴ×Ｃ・・・（１）
【００６０】
式（１）において、Ｇｎは吸入空気量を表し、ΔＴは、目標温度Ｔｔと現時点の酸化触媒１２の温度Ｔｃとの差（以下、単に、触媒温度差と称する）を表している。また、Ｃは、吸入空気量Ｇｎと触媒温度差ΔＴとの積を単位ポスト燃料噴射量Ｑｐに変換する換算係数である。この換算係数Ｃは実験等に基づいて予め定められた値である。ＥＣＵ２０は、Ｓ２０６において単位ポスト燃料噴射量Ｑｐを算出した後、Ｓ２０７に進む。
【００６１】
Ｓ２０７において、ＥＣＵ２０は、単位ポスト燃料噴射量を単位ポスト燃料噴射量Ｑｐとしてポスト燃料噴射を実行し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００６２】
一方、Ｓ２０３に進んだＥＣＵ２０は、下記式（２）によって、気筒２内の作動ガス量Ｑｗを算出する。
Ｑｗ＝（Ｐｅ／Ｐａ）×（２７３／（２７３＋Ｔｅ））×ηｖ×（Ｖｈ／２）×γ・・
・（２）
【００６３】
式（２）において、Ｐｅは、上述した実施例１と同様、上流側排気通路内圧力を表しており、Ｐａは、大気圧センサ１９によって検出される大気圧を表している。また、Ｔｅは、上流側排気温度センサ１３によって検出される、酸化触媒１２より上流側の排気通路９内の排気温度を表しているおり、ηｖは、体積効率を表している。また、Ｖｈは、行程容積を表し、γは、空気密度を表している。
【００６４】
次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０４に進み、下記式（３）によって単位ポスト燃料噴射量Ｑｐ´を算出する。
Ｑｐ´＝Ｑｗ×ΔＴ×Ｃ・・・（３）
【００６５】
式（３）において、ΔＴおよびＣは、式（１）と同様、触媒温度差ΔＴおよび換算係数Ｃをそれぞれ表している。ＥＣＵ２０は、Ｓ２０４において単位ポスト燃料噴射量Ｑｐ´を算出した後、Ｓ２０５に進む。
【００６６】
Ｓ２０５において、ＥＣＵ２０は、単位ポスト燃料噴射量を単位ポスト燃料噴射量Ｑｐ´としてポスト燃料噴射を実行し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００６７】
上記説明した制御ルーチンによれば、排気絞り弁１５による排気絞りが行なわれていない状態でポスト燃料噴射を実行するときは、吸入空気量Ｇｎおよび触媒温度差ΔＴに基づいて単位ポスト燃料噴射量Ｑｐが決定される。これは、排気絞り弁１５による排気絞りが行なわれていないときは、気筒２内の作動ガス量Ｑｗは吸入空気量Ｇｎとほぼ同量となるためである。
【００６８】
一方、排気絞り弁１５によって排気絞りが行なわれているときは、残留ガスが増加し易くなるため、気筒２内の作動ガス量Ｑｗが吸入空気量Ｇｎよりも残量ガス量分多くなる虞がある。そのため、上記説明した制御ルーチンによれば、排気絞り弁１５によって排気絞りが行なわれている状態でポスト燃料噴射を実行するときは、上流側排気通路内圧力Ｐｅおよび上流側排気温度Ｔｅに基づいて気筒２内の作動ガス量Ｑｗが算出される。そして、この作動ガス量Ｑｗおよび触媒温度差ΔＴに基づいて単位ポスト燃料噴射量Ｑｐ´が決定される。
【００６９】
従って、本実施例によれば、ポスト燃料噴射を実行するときに排気絞り弁１５によって排気絞りが行われている場合は、排気絞り弁１５による排気絞りが行われていない場合に比べて、単位ポスト燃料噴射量を多くすることが出来る。その結果、ポスト燃料噴射を実行するときに排気絞りが行われている場合であっても、酸化触媒１２を目標温度Ｔｔにまで昇温させるために必要な量の未燃燃料を該酸化触媒１２に供給することが可能となる。そのため、触媒昇温制御において、酸化触媒１２をより精度良く目標温度Ｔｔに制御することが出来る。
【００７０】
尚、本実施例において、排気圧センサ１８および上流側排気温度センサ１３が設けられておらず、スロットル弁１７より下流側の吸気通路８に、該吸気通路８内の圧力に対応した電気信号を出力する吸気圧センサ、および、該吸気通路８内の吸気温度に対応した電気信号を出力する吸気温度センサが設けられている場合、吸気圧センサの出力値から上流側排気通路内圧力Ｐｅを推定し、また、吸気温度センサの出力値から上流側排気温度Ｔｅを推定し、それらの推定値に基づいて作動ガス量Ｑｗを算出しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成図。
【図２】単位ポスト燃料噴射量と酸化触媒の温度との関係を示す図。
【図３】本発明の実施例１に係る単位ポスト燃料噴射量制御の制御ルーチンを示すフローチャート。
【図４】本発明の実施例１に係る、上流側排気通路内圧力と補正係数との関係を示すマップ。
【図５】本発明の実施例２に係る単位ポスト燃料噴射量制御の制御ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００７２】
１・・・内燃機関
２・・・気筒
９・・・排気通路
１０・・燃料噴射弁
１１・・パティキュレートフィルタ
１２・・酸化触媒
１３・・上流側排気温度センサ
１４・・下流側排気温度センサ
１５・・排気絞り弁
１６・・エアフローメータ
１７・・スロットル弁
１８・・排気温センサ
１９・・大気圧センサ
２０・・ＥＣＵ
【技術分野】
【０００１】
内燃機関の排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒を昇温させる内燃機関の触媒昇温システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒を昇温させる内燃機関の触媒昇温システムとしては、内燃機関において主燃料噴射に加え副燃料噴射を実行することで触媒を昇温させるものがある。
【０００３】
このような内燃機関の触媒昇温システムにおいては、酸化触媒を担持しているパティキュレートフィルタに堆積した粒子状物質を酸化・除去するときに、酸化触媒およびパティキュレートフィルタを昇温させるべく、主燃料噴射より遅い時期であって、且つ、非着火の時期に副燃料噴射を実行する場合がある。また、このような副燃料噴射をアイドル運転状態のときに行う場合、排気通路に設けられた排気絞り弁によって排気流量を絞る技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−１５０４１５号公報
【特許文献２】特許第３５３６７３９号公報
【特許文献３】特開２０００−１７９３２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関の排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒を昇温させる内燃機関の触媒昇温システムにおいては、触媒が活性状態にあるときに、燃焼サイクルにおける、主燃料噴射より遅い時期であって、且つ、非着火の時期に、気筒内で副燃料噴射を噴射する場合がある。以下、このような時期に行われる副燃料噴射をポスト燃料噴射と称する。
【０００５】
ポスト燃料噴射によって噴射された燃料の少なくとも一部は、気筒内から未燃の状態で排出されるため、未燃燃料が触媒に供給されることになる。そして、該未燃燃料が触媒で酸化され、そのときに発生する酸化熱によって触媒が昇温する。このとき、ポスト燃料噴射による燃料噴射量を調整することによって触媒の温度を目標温度に制御する。
【０００６】
また、触媒より下流側の排気通路に排気絞り弁が設けられている場合、触媒を昇温させるときに、排気絞り弁を閉弁方向に制御することで排気流量を絞る、所謂排気絞りを行う場合がある。
【０００７】
排気絞り弁によって排気絞りが行われると、該排気絞り弁より上流側の排気通路内の圧力（以下、上流側排気通路内圧力と称する）が上昇するため内燃機関の機関負荷が高くなる。そのため、内燃機関から排出される排気、即ち、触媒を通る排気の温度が上昇することになる。その結果、触媒を昇温させることが出来る。
【０００８】
しかしながら、排気絞り弁による排気絞りが行われている状態で、さらにポスト燃料噴射を実行する場合、上流側排気通路内圧力が上昇しているために、ポスト燃料噴射によって噴射された燃料が気筒内から未燃の状態で排出され難くなる。そのため、排気絞り弁による排気絞りが行われていない状態でポスト燃料噴射を実行する場合に比べて、触媒に供給される未燃燃料が少なくなる場合がある。その結果、触媒を目標温度にまで昇温させるために必要な量の未燃燃料が該触媒に供給されず、該触媒の温度が目標温度にまで上昇しない虞がある。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、内燃機関の排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒を昇温させる内燃機関の触媒昇温システムにおいて、触媒を昇温させるときに、該触媒の温度をより精度良く目標温度に制御することが可能な技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒を昇温させるべくポスト燃料噴射を実行するときに、排気絞りが行われている場合は、排気絞りが行われていない場合に比べて、ポスト燃料噴射によって噴射する単位時間当たりの燃料噴射量（以下、単位ポスト燃料噴射量と称する）を多くするものである。
【００１１】
より詳しくは、本発明に係る内燃機関の触媒昇温システムは、
内燃機関の燃焼サイクルにおける、主燃料噴射より遅い時期であって、且つ、非着火の時期に、気筒内で副燃料噴射を実行するポスト燃料噴射手段を備え、
前記内燃機関の排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒が活性状態にあるときに、前記ポスト燃料噴射手段によって副燃料噴射を実行することで前記触媒に未燃燃料を供給し、それによって前記触媒を目標温度に昇温させる内燃機関の触媒昇温システムにおいて、
前記触媒よりも下流側の排気通路に設けられた排気絞り弁をさらに備え、
該排気絞り弁による排気絞りが行われている状態で前記ポスト燃料噴射手段によって副燃料噴射を実行するときは、前記排気絞り弁による排気絞りが行われていない状態で前記ポスト燃料噴射手段によって副燃料噴射を実行するときに比べて、前記ポスト燃料噴射手段によって噴射する単位時間当たりの副燃料噴射量を多くすることを特徴とする。
【００１２】
ここで、目標温度は、触媒の種類や触媒を昇温させる目的等に応じて異なる値であって、実験等によって予め定められた値であっても良い。
【００１３】
本発明では、触媒を目標温度に昇温させるときであって、該触媒が活性状態にあるときには、ポスト燃料噴射手段によってポスト燃料噴射が実行される。このポスト燃料噴射は、内燃機関の燃焼サイクルにおける、主燃料噴射より遅い時期であって、且つ、非着火の時期に行われる。ここで、非着火の時期とは、気筒内に燃料が噴射されたときに、噴射された燃料のほとんどが着火しない時期のことである。
【００１４】
また、本発明では、触媒よりも下流側の排気通路に排気絞り弁が設けられている。上述したように、ポスト燃料噴射が実行されるときに、排気絞り弁によって排気絞りが行われている場合、排気絞り弁による排気絞りが行われていない場合に比べて、触媒に供給される未燃燃料が少なくなる場合がある。
【００１５】
そこで、本発明では、ポスト燃料噴射を実行するときに排気絞り弁によって排気絞りが行われている場合は、排気絞り弁による排気絞りが行われていない場合に比べて、単位ポスト燃料噴射量を多くする。
【００１６】
これによって、排気絞りが行われている状態でポスト燃料噴射を実行する場合であっても、触媒を目標温度にまで昇温させるために必要な量の未燃燃料を該触媒に供給することが可能となる。
【００１７】
従って、本発明によれば、内燃機関の排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒を昇温させるときに、該触媒の温度をより精度良く目標温度に制御することが出来る。
【００１８】
本発明においては、上流側排気通路内圧力を検出する排気通路内圧力検出手段をさらに備えた場合、排気絞り弁による排気絞りが行われている状態でポスト燃料噴射を実行するときは、排気通路内圧力検出手段によって検出される上流側排気通路内圧力が高いほど単位ポスト燃料噴射量をより多くしても良い。
【００１９】
ポスト燃料噴射を実行する場合、上流側排気通路内圧力が高いほど、ポスト燃料噴射によって噴射された燃料が気筒内から未燃の状態で排出され難くなる。そのため、触媒に供給される未燃燃料量がより少なくなる虞がある。
【００２０】
そこで、上記のように、排気絞り弁による排気絞りが行われている状態でポスト燃料噴射を実行するときは、上流側排気通路内圧力が高いほど単位ポスト燃料噴射量をより多くする。これによって、触媒を目標温度にまで昇温させるために必要な量の未燃燃料を該触媒に供給することが可能となる。
【００２１】
本発明においては、触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、上流側排気通路内圧力を検出する排気通路内圧力検出手段と、排気絞り弁より上流側の排気温度を検出する排気温度検出手段と、をさらに備えた場合、排気通路内圧力検出手段によって検出される上流側排気通路内圧力および排気温度検出手段によって検出される排気温度に基づいて、作動ガス量算出手段によって気筒内の作動ガス量を算出しても良い。そして、ポスト燃料噴射を実行するときは、触媒温度検出手段によって検出される触媒の温度と目標温度との差、および、作動ガス量算出手段によって算出される作動ガス量に基づいて、単位ポスト燃料噴射量を決定しても良い。
【００２２】
排気絞りを行っていない場合は、気筒内の作動ガス量は吸入空気量とほぼ同量となる。そのため、触媒の温度を目標温度にまで上昇させるために必要な単位ポスト燃料噴射量を、ポスト燃料噴射を実行する時点での触媒の温度と目標温度との差、および、吸入空気量に基づいて算出することが出来る。
【００２３】
しかしながら、排気絞りを行った場合、上流側排気通路内圧力が上昇するために、気筒内からガス（排気）が排出され難くなり、該気筒内に残留するガス（以下、単に残留ガスと称する）が増加し易くなる。そのため、排気絞りを行っているときの作動ガス量は、吸入空気量よりも残量ガス量分多くなる虞がある。
【００２４】
従って、排気絞りが行われている状態でポスト燃料噴射を実行するときに、排気絞りが行われていない状態でポスト燃料噴射を実行するときと同様、ポスト燃料噴射を実行する時点での触媒の温度と目標温度との差、および、吸入空気量に基づいて単位ポスト燃料噴射量を決定した場合、作動ガス量に対してポスト燃料噴射によって噴射される燃料が不足する場合がある。
【００２５】
そこで、排気絞りが行われている状態でポスト燃料噴射を実行するときは、排気通路内圧力検出手段によって検出される上流側排気通路内圧力および排気温度検出手段によって検出される排気温度に基づいて気筒内の作動ガス量を算出する。そして、触媒温度検出手段によって検出される触媒の温度（即ち、ポスト燃料噴射を実行する時点での触媒の温度）と目標温度との差、および、作動ガス量に基づいて単位ポスト燃料噴射量を決定する。
【００２６】
これにより、ポスト燃料噴射を実行するときに排気絞り弁によって排気絞りが行われている場合は、排気絞り弁による排気絞りが行われていない場合に比べて、単位ポスト燃料噴射量を多くすることが出来る。その結果、ポスト燃料噴射を実行するときに排気絞りが行われている場合であっても、触媒を目標温度にまで昇温させるために必要な量の未燃燃料を該触媒に供給することが可能となる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る内燃機関の触媒昇温システムによれば、内燃機関の排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒を昇温させるときに、該触媒の温度をより精度良く目標温度に制御することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明に係る内燃機関の排気浄化システムの実施の形態について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２９】
＜内燃機関及びその吸排気系の概略構成＞
図１は、本実施例に係る内燃機関及びその吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は４つの気筒２を有する車両駆動用のディーゼル機関である。内燃機関１の気筒２内にはピストン３が摺動自在に設けられている。気筒２内上部の燃焼室には、吸気ポート４と排気ポート５とが接続されている。吸気ポート４および排気ポート５の燃焼室への開口部は、それぞれ吸気弁６および排気弁７によって開閉される。吸気ポート４および排気ポート５は、それぞれ吸気通路８および排気通路９に接続されている。また、気筒２には、該気筒２内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１０が設けられている。
【００３０】
吸気通路８には、吸入空気量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１６、および、吸入空気量を制御するスロットル弁１７が設けられている。排気通路９には、排気中のＰＭを捕集するフィルタ１１が設けられており、該フィルタ１１より上流側には酸化触媒１２が設けられている。
【００３１】
また、酸化触媒１２より上流側の排気通路９には、該排気通路９内の排気温度に対応した電気信号を出力する上流側排気温度センサ１３および該排気通路９内の圧力に対応した電気信号を出力する排気圧センサ１８が設けられている。また、酸化触媒１２より下流側且つフィルタより上流側の排気通路９には、該排気通路９内の排気温度に対応した電気信号を出力する下流側排気温度センサ１４がそれぞれ設けられている。また、フィルタ１１より下流側の排気通路９には、排気流量を制御する排気絞り弁１５が設けられている。尚、酸化触媒１２は酸化機能を有していれば良く、例えば、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等であっても良い。
【００３２】
以上述べたように構成された内燃機関１には、この内燃機関１を制御するためのＥＣＵ２０が併設されている。ＥＣＵ２０には、エアフローメータ１６や、上流側排気温度センサ１３、下流側排気温度センサ１４、排気圧センサ１８、大気圧に対応した電気信号を出力する大気圧センサ１９等の各種センサが電気的に接続されている。各種センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力される。そして、ＥＣＵ２０は、上流側排気温度センサ１３および／または下流側排気温度センサ１４の出力値に基づいて酸化触媒１２の温度を推定する。また、ＥＣＵ２０には、燃料噴射弁１０や、スロットル弁１７、排気絞り弁１５が電気的に接続されている。ＥＣＵ２０によってこれらが制御される。
【００３３】
＜触媒昇温制御＞
次に、本実施例に係る、酸化触媒１２を昇温させるときの触媒昇温制御について説明する。本実施例では、フィルタ１１に堆積したＰＭを酸化・除去するときの触媒昇温制御を例に挙げて説明する。この場合、触媒昇温制御を実行することで酸化触媒１２を昇温させ、それによって、フィルタ１１に流入する排気を昇温させることでフィルタ１１の温度をＰＭの酸化・除去が可能となる温度にまで上昇させる。
【００３４】
尚、触媒昇温制御を実行するのは、フィルタ１１に堆積したＰＭを酸化・除去するときに限るものではない。例えば、酸化触媒１２またはフィルタ１１を吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に置換えた場合、この吸蔵還元型ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＳＯｘを還元するときに、本実施例に係る触媒昇温制御を適用しても良い。
【００３５】
本実施例に係る触媒昇温制御においては、酸化触媒１２の温度が活性温度の下限値Ｔ１より低いときは、内燃機関１から排出される排気を昇温させる排気昇温制御を実行することで酸化触媒１２の温度を上昇させる。
【００３６】
排気昇温制御では、排気絞り弁１５を閉弁方向に制御することで排気流量を制御する排気絞りを行っても良い。また、内燃機関１において、内燃機関１の燃焼サイクルにおける、主燃料噴射より遅い時期であって、且つ、着火時期に、燃料噴射弁１０から副燃料噴射を実行するアフター燃料噴射を行っても良い。ここでの着火時期とは、燃料噴射弁１０から燃料が噴射されたときに、噴射された燃料のほとんどが着火する時期のことである。排気昇温制御を実行するときの排気の昇温方法は、そのときの内燃機関１の運転状態等に応じて決定される。
【００３７】
そして、酸化触媒１２の温度が活性温度となり、該酸化触媒１２が活性状態となると、内燃機関１の燃焼サイクルにおける、主燃料噴射より遅い時期であって、且つ、非着火時期に、燃料噴射弁１０から副燃料噴射を実行することでポスト燃料噴射を行う。このポスト燃料噴射によって、酸化触媒１２に未燃燃料を供給し、酸化触媒１２の温度を目標温度Ｔｔにまで上昇させる。
【００３８】
本実施例において、この目標温度Ｔｔは、酸化触媒１２の温度が該目標温度Ｔｔに達していれば、フィルタ１１の温度が、ＰＭの酸化・除去が可能であって且つフィルタ１１の過昇温が抑制される温度となる温度である。目標温度Ｔｔは、実験等によって予め定められている。
【００３９】
＜ポスト燃料噴射を実行したときの酸化触媒温度＞
ここで、触媒昇温制御において、排気絞り弁１５によって排気絞りを行っている状態でポスト燃料噴射を実行したときの酸化触媒１２の温度について図２に基づいて説明する。図２は、単位ポスト燃料噴射量と酸化触媒１２の温度との関係を示す図である。図２において、縦軸は酸化触媒１２の温度と表しており、横軸は単位ポスト燃料噴射量を表している。また、実線ａは、排気絞り弁１５による排気絞りが行われている状態でポスト燃料噴射を実行した場合を示しており、破線ｂは、排気絞り弁１５による排気絞りが行われていない状態でポスト燃料噴射を実行した場合を示している。
【００４０】
排気絞り弁１５によって排気絞りが行われると、該排気絞り弁１５より上流側の排気通路９内の圧力が上昇するため、ポスト燃料噴射によって噴射された燃料が未燃の状態で気筒２から排出し難くなる。そして、ポスト燃料噴射によって噴射された燃料のうち気筒内２内に残留した燃料は、次の燃焼サイクル中に気筒２内で燃焼するため、酸化触媒１２に供給される未燃燃料が、排気絞り弁１５による排気絞りが行われていない場合に比べて少なくなる場合がある。
【００４１】
このような場合、図２に示すように、単位ポスト燃料噴射量を同量としてポスト燃料噴射を実行すると、排気絞り弁１５によって排気絞りが行われている場合の酸化触媒１２の温度は、排気絞り弁１５による排気絞りが行われていない場合に比べて低くなる。
【００４２】
＜単位ポスト燃料噴射量制御＞
そこで、本実施例では、触媒昇温制御においてポスト燃料噴射を実行する場合、排気絞
り弁１５によって排気絞りが行われているときは、排気絞り弁１５による排気絞りが行われていないときに比べて、単位ポスト燃料噴射量を多くする。
【００４３】
以下、本実施例に係る、触媒昇温制御においてポスト燃料噴射量を実行するときの単位ポスト燃料噴射量制御について図３に基づいて説明する。図３は、本実施例に係る単位ポスト燃料噴射量制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、クランクシャフトが規定クランク角回転する毎に実行される。
【００４４】
本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ１０１において、ポスト燃料噴射の実行条件が成立しているか否かを判別する。ここで、ポスト燃料噴射の実行条件とは、上述したように、触媒昇温制御が実行されており、且つ、酸化触媒１２が活性状態となっている場合のことである。Ｓ１０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０２に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００４５】
Ｓ１０２おいて、ＥＣＵ２０は、目標温度Ｔｔと現時点の酸化触媒１２の温度Ｔｃとの差、および、吸入空気量Ｇｎに基づいて、基準となる単位ポスト燃料噴射量である基準単位ポスト燃料噴射量Ｑｐｓを算出する。ここでは、目標温度Ｔｔと現時点の酸化触媒１２の温度Ｔｃとの差、および、吸入空気量Ｇｎと、基準単位ポスト燃料噴射量Ｑｐｓとの関係を実験等によって予め定めてマップとして記憶しておき、該マップから基準単位ポスト燃料噴射量Ｑｐｓを算出しても良い。
【００４６】
次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０３に進み、排気絞り弁１５によって排気絞りが行われているか否かを判別する。このＳ１０３において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０４に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ１０７に進む。
【００４７】
Ｓ１０７に進んだＥＣＵ２０は、単位ポスト燃料噴射量を基準単位ポスト燃料噴射量Ｑｐｓとしてポスト燃料噴射を実行し、本ルーチンの実行を終了する。
【００４８】
一方、Ｓ１０４に進んだＥＣＵ２０は、上流側排気通路内圧力Ｐｅから、後述するＳ１０５において補正単位ポスト燃料噴射量Ｑｐａを算出するための補正係数ａを導出する。ここでは、図４に示すような、上流側排気通路内圧力Ｐｅと補正係数ａとの関係を示すマップがＥＣＵ２０に予め記憶されており、該マップから補正係数ａを導出する。該マップにおいて、補正係数ａは正の値であって、上流側排気通路内圧力Ｐｅが高いほど大きい値となっている。
【００４９】
次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０５に進み、基準単位ポスト燃料噴射量Ｑｐｓと補正係数ａとを乗算することで補正単位ポスト燃料噴射量Ｑｐａを算出する。
【００５０】
次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ１０６に進み、単位ポスト燃料噴射量を補正単位ポスト燃料噴射量Ｑｐａとしてポスト燃料噴射を実行し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００５１】
以上説明した制御ルーチンによれば、ポスト燃料噴射を実行するときに排気絞り弁１５によって排気絞りが行われている場合は、排気絞り弁１５による排気絞りが行われていない場合に比べて、単位ポスト燃料噴射量が多くなる。
【００５２】
また、排気絞り弁１５による排気絞りが行われている状態では、排気絞り弁１５の開度や内燃機関１の運転状態等に応じて上流側排気通路内圧力Ｐｅは異なる値となるが、この状態でポスト燃料噴射を実行するときは、上流側排気通路内圧力Ｐｅが高いほど単位ポスト燃料噴射量が多くなる。
【００５３】
従って、本実施例によれば、排気絞りが行われている状態でポスト燃料噴射を実行する場合であっても、酸化触媒１２を目標温度Ｔｔにまで昇温させるために必要な量の未燃燃料を該酸化触媒１２に供給することが可能となる。そのため、触媒昇温制御において、酸化触媒１２をより精度良く目標温度Ｔｔに制御することが出来る。
【００５４】
尚、本実施例において、排気圧センサ１８が設けられておらず、スロットル弁１７より下流側の吸気通路８に、該吸気通路８内の圧力に対応した電気信号を出力する吸気圧センサが設けられている場合、この吸気圧センサの出力値から上流側排気通路内圧力Ｐｅを推定し、その推定値に基づいて補正係数ａを導出しても良い。
【実施例２】
【００５５】
本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成は、上述した実施例１と同様であるためその説明を省略する。また、本実施例においても、上述した実施例１と同様の触媒昇温制御が行われる。
【００５６】
＜単位ポスト燃料噴射量制御＞
ここで、本実施例に係る、触媒昇温制御においてポスト燃料噴射量を実行するときの単位ポスト燃料噴射量制御について図５に基づいて説明する。図５は、本実施例に係る単位ポスト燃料噴射量制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、本実施例においては、単位ポスト燃料噴射量を、１燃焼サイクル当たりのポスト燃料噴射量とする。本ルーチンは、ＥＣＵ２０に予め記憶されており、内燃機関１の運転中、クランクシャフトが規定クランク角回転する毎に実行される。
【００５７】
本ルーチンでは、ＥＣＵ２０は、先ずＳ２０１において、ポスト燃料噴射の実行条件が成立しているか否かを判別する。ここでのポスト燃料噴射の実行条件は、上述した実施例１におけるポスト燃料噴射の実行条件と同様である。Ｓ２０１において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０２に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０は本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００５８】
Ｓ２０２おいて、ＥＣＵ２０は、排気絞り弁１５によって排気絞りが行われているか否かを判別する。このＳ２０２において、肯定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０３に進み、否定判定された場合、ＥＣＵ２０はＳ２０６に進む。
【００５９】
Ｓ２０６に進んだＥＣＵ２０は、下記式（１）によって単位ポスト燃料噴射量Ｑｐを算出する。
Ｑｐ＝Ｇｎ×ΔＴ×Ｃ・・・（１）
【００６０】
式（１）において、Ｇｎは吸入空気量を表し、ΔＴは、目標温度Ｔｔと現時点の酸化触媒１２の温度Ｔｃとの差（以下、単に、触媒温度差と称する）を表している。また、Ｃは、吸入空気量Ｇｎと触媒温度差ΔＴとの積を単位ポスト燃料噴射量Ｑｐに変換する換算係数である。この換算係数Ｃは実験等に基づいて予め定められた値である。ＥＣＵ２０は、Ｓ２０６において単位ポスト燃料噴射量Ｑｐを算出した後、Ｓ２０７に進む。
【００６１】
Ｓ２０７において、ＥＣＵ２０は、単位ポスト燃料噴射量を単位ポスト燃料噴射量Ｑｐとしてポスト燃料噴射を実行し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００６２】
一方、Ｓ２０３に進んだＥＣＵ２０は、下記式（２）によって、気筒２内の作動ガス量Ｑｗを算出する。
Ｑｗ＝（Ｐｅ／Ｐａ）×（２７３／（２７３＋Ｔｅ））×ηｖ×（Ｖｈ／２）×γ・・
・（２）
【００６３】
式（２）において、Ｐｅは、上述した実施例１と同様、上流側排気通路内圧力を表しており、Ｐａは、大気圧センサ１９によって検出される大気圧を表している。また、Ｔｅは、上流側排気温度センサ１３によって検出される、酸化触媒１２より上流側の排気通路９内の排気温度を表しているおり、ηｖは、体積効率を表している。また、Ｖｈは、行程容積を表し、γは、空気密度を表している。
【００６４】
次に、ＥＣＵ２０は、Ｓ２０４に進み、下記式（３）によって単位ポスト燃料噴射量Ｑｐ´を算出する。
Ｑｐ´＝Ｑｗ×ΔＴ×Ｃ・・・（３）
【００６５】
式（３）において、ΔＴおよびＣは、式（１）と同様、触媒温度差ΔＴおよび換算係数Ｃをそれぞれ表している。ＥＣＵ２０は、Ｓ２０４において単位ポスト燃料噴射量Ｑｐ´を算出した後、Ｓ２０５に進む。
【００６６】
Ｓ２０５において、ＥＣＵ２０は、単位ポスト燃料噴射量を単位ポスト燃料噴射量Ｑｐ´としてポスト燃料噴射を実行し、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００６７】
上記説明した制御ルーチンによれば、排気絞り弁１５による排気絞りが行なわれていない状態でポスト燃料噴射を実行するときは、吸入空気量Ｇｎおよび触媒温度差ΔＴに基づいて単位ポスト燃料噴射量Ｑｐが決定される。これは、排気絞り弁１５による排気絞りが行なわれていないときは、気筒２内の作動ガス量Ｑｗは吸入空気量Ｇｎとほぼ同量となるためである。
【００６８】
一方、排気絞り弁１５によって排気絞りが行なわれているときは、残留ガスが増加し易くなるため、気筒２内の作動ガス量Ｑｗが吸入空気量Ｇｎよりも残量ガス量分多くなる虞がある。そのため、上記説明した制御ルーチンによれば、排気絞り弁１５によって排気絞りが行なわれている状態でポスト燃料噴射を実行するときは、上流側排気通路内圧力Ｐｅおよび上流側排気温度Ｔｅに基づいて気筒２内の作動ガス量Ｑｗが算出される。そして、この作動ガス量Ｑｗおよび触媒温度差ΔＴに基づいて単位ポスト燃料噴射量Ｑｐ´が決定される。
【００６９】
従って、本実施例によれば、ポスト燃料噴射を実行するときに排気絞り弁１５によって排気絞りが行われている場合は、排気絞り弁１５による排気絞りが行われていない場合に比べて、単位ポスト燃料噴射量を多くすることが出来る。その結果、ポスト燃料噴射を実行するときに排気絞りが行われている場合であっても、酸化触媒１２を目標温度Ｔｔにまで昇温させるために必要な量の未燃燃料を該酸化触媒１２に供給することが可能となる。そのため、触媒昇温制御において、酸化触媒１２をより精度良く目標温度Ｔｔに制御することが出来る。
【００７０】
尚、本実施例において、排気圧センサ１８および上流側排気温度センサ１３が設けられておらず、スロットル弁１７より下流側の吸気通路８に、該吸気通路８内の圧力に対応した電気信号を出力する吸気圧センサ、および、該吸気通路８内の吸気温度に対応した電気信号を出力する吸気温度センサが設けられている場合、吸気圧センサの出力値から上流側排気通路内圧力Ｐｅを推定し、また、吸気温度センサの出力値から上流側排気温度Ｔｅを推定し、それらの推定値に基づいて作動ガス量Ｑｗを算出しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関およびその吸排気系の概略構成図。
【図２】単位ポスト燃料噴射量と酸化触媒の温度との関係を示す図。
【図３】本発明の実施例１に係る単位ポスト燃料噴射量制御の制御ルーチンを示すフローチャート。
【図４】本発明の実施例１に係る、上流側排気通路内圧力と補正係数との関係を示すマップ。
【図５】本発明の実施例２に係る単位ポスト燃料噴射量制御の制御ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
【００７２】
１・・・内燃機関
２・・・気筒
９・・・排気通路
１０・・燃料噴射弁
１１・・パティキュレートフィルタ
１２・・酸化触媒
１３・・上流側排気温度センサ
１４・・下流側排気温度センサ
１５・・排気絞り弁
１６・・エアフローメータ
１７・・スロットル弁
１８・・排気温センサ
１９・・大気圧センサ
２０・・ＥＣＵ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼サイクルにおける、主燃料噴射より遅い時期であって、且つ、非着火の時期に、気筒内で副燃料噴射を実行するポスト燃料噴射手段を備え、
前記内燃機関の排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒が活性状態にあるときに、前記ポスト燃料噴射手段によって副燃料噴射を実行することで前記触媒に未燃燃料を供給し、それによって前記触媒を目標温度に昇温させる内燃機関の触媒昇温システムにおいて、
前記触媒よりも下流側の排気通路に設けられた排気絞り弁をさらに備え、
該排気絞り弁による排気絞りが行われている状態で前記ポスト燃料噴射手段によって副燃料噴射を実行するときは、前記排気絞り弁による排気絞りが行われていない状態で前記ポスト燃料噴射手段によって副燃料噴射を実行するときに比べて、前記ポスト燃料噴射手段によって噴射する単位時間当たりの副燃料噴射量を多くすることを特徴とする内燃機関の触媒昇温システム。
【請求項２】
前記排気絞り弁より上流側の前記排気通路内の圧力を検出する排気通路内圧力検出手段をさらに備え、
前記排気絞り弁による排気絞りが行われている状態で前記ポスト燃料噴射手段によって副燃料噴射を実行するときは、前記排気通路内圧力検出手段によって検出される前記排気通路内の圧力が高いほど前記ポスト燃料噴射手段によって噴射する単位時間当たりの副燃料噴射量をより多くすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の触媒昇温システム。
【請求項３】
前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記排気絞り弁より上流側の前記排気通路内の圧力を検出する排気通路内圧力検出手段と、
前記排気絞り弁より上流側の排気温度を検出する排気温度検出手段と、
前記排気通路内圧力検出手段によって検出される前記排気通路内の圧力および前記排気温度検出手段によって検出される排気温度に基づいて前記気筒内の作動ガス量を算出する作動ガス量算出手段と、をさらに備え、
前記排気絞り弁による排気絞りが行われている状態で前記ポスト燃料噴射手段によって副燃料噴射を実行するときは、前記触媒温度検出手段によって検出される前記触媒の温度と前記目標温度との差、および、前記作動ガス量算出手段によって算出される作動ガス量に基づいて、前記ポスト燃料噴射手段によって噴射する単位時間当たりの副燃料噴射量を決定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の触媒昇温システム。
【請求項１】
内燃機関の燃焼サイクルにおける、主燃料噴射より遅い時期であって、且つ、非着火の時期に、気筒内で副燃料噴射を実行するポスト燃料噴射手段を備え、
前記内燃機関の排気通路に設けられた酸化機能を有する触媒が活性状態にあるときに、前記ポスト燃料噴射手段によって副燃料噴射を実行することで前記触媒に未燃燃料を供給し、それによって前記触媒を目標温度に昇温させる内燃機関の触媒昇温システムにおいて、
前記触媒よりも下流側の排気通路に設けられた排気絞り弁をさらに備え、
該排気絞り弁による排気絞りが行われている状態で前記ポスト燃料噴射手段によって副燃料噴射を実行するときは、前記排気絞り弁による排気絞りが行われていない状態で前記ポスト燃料噴射手段によって副燃料噴射を実行するときに比べて、前記ポスト燃料噴射手段によって噴射する単位時間当たりの副燃料噴射量を多くすることを特徴とする内燃機関の触媒昇温システム。
【請求項２】
前記排気絞り弁より上流側の前記排気通路内の圧力を検出する排気通路内圧力検出手段をさらに備え、
前記排気絞り弁による排気絞りが行われている状態で前記ポスト燃料噴射手段によって副燃料噴射を実行するときは、前記排気通路内圧力検出手段によって検出される前記排気通路内の圧力が高いほど前記ポスト燃料噴射手段によって噴射する単位時間当たりの副燃料噴射量をより多くすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の触媒昇温システム。
【請求項３】
前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記排気絞り弁より上流側の前記排気通路内の圧力を検出する排気通路内圧力検出手段と、
前記排気絞り弁より上流側の排気温度を検出する排気温度検出手段と、
前記排気通路内圧力検出手段によって検出される前記排気通路内の圧力および前記排気温度検出手段によって検出される排気温度に基づいて前記気筒内の作動ガス量を算出する作動ガス量算出手段と、をさらに備え、
前記排気絞り弁による排気絞りが行われている状態で前記ポスト燃料噴射手段によって副燃料噴射を実行するときは、前記触媒温度検出手段によって検出される前記触媒の温度と前記目標温度との差、および、前記作動ガス量算出手段によって算出される作動ガス量に基づいて、前記ポスト燃料噴射手段によって噴射する単位時間当たりの副燃料噴射量を決定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の触媒昇温システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−１５２８７１（Ｐ２００６−１５２８７１Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４２３９１（Ｐ２００４−３４２３９１）
【出願日】平成１６年１１月２６日（２００４．１１．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月２６日（２００４．１１．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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