排気管噴射制御装置
【課題】エンジン回転数によらず適正な燃料噴射量が制御できる排気管噴射制御装置を提供する。
【解決手段】排気管インジェクタ１４１から１回に噴射する目標噴射量をエンジン回転数と排気ガス流量に応じて設定する目標噴射量設定部１７２と、目標噴射量と排気管噴射燃圧に対して目標噴射量どおりの燃料が噴射されるよう排気管インジェクタ１４１の燃料噴射時間が設定されたＢＰＷマップ１７３と、ＢＰＷマップ１７３を目標噴射量と排気管噴射燃圧で参照して排気管インジェクタ１４１からの噴射を行う排気管噴射実行部１７４とを備えた。
【解決手段】排気管インジェクタ１４１から１回に噴射する目標噴射量をエンジン回転数と排気ガス流量に応じて設定する目標噴射量設定部１７２と、目標噴射量と排気管噴射燃圧に対して目標噴射量どおりの燃料が噴射されるよう排気管インジェクタ１４１の燃料噴射時間が設定されたＢＰＷマップ１７３と、ＢＰＷマップ１７３を目標噴射量と排気管噴射燃圧で参照して排気管インジェクタ１４１からの噴射を行う排気管噴射実行部１７４とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＰＦ再生用の燃料を排気管に噴射する排気管噴射制御装置に係り、エンジン回転数によらず適正な燃料噴射量が制御できる排気管噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気ガスから粒子状物質（Particurate Matter；以下、ＰＭという）を除去して排気ガスを浄化するために、排気管にディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate FilterまたはDefuser；以下、ＤＰＦという）が設けられる。ＤＰＦは、多孔質のセラミックで構成したハニカム構造体にＰＭを捕集するものである。捕集されたＰＭが過剰に蓄積されると排気ガスの流通の障害となるが、ＤＰＦに蓄積されたＰＭは排気ガス温度を高めることで、焼却除去することができる。これをＤＰＦ再生という。
【０００３】
ＰＭが焼却できる温度まで排気ガス温度を高める方式として、従来は、ＤＰＦの上流に白金等からなる酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst；以下、ＤＯＣという）を設置し、エンジンの推進力を得るために複数回に分けて燃料噴射を行うマルチ噴射において、燃料噴射量を多くすることで排気ガス温度をＤＯＣの活性化温度まで高め、その後の適宜なクランク角でＤＰＦ再生用の燃料噴射（ポスト噴射）を行い、このポスト噴射によって炭化水素（Hydrocarbon；以下、ＨＣという）をＤＯＣに供給し、ＨＣの酸化熱で排気ガス温度を高める方式がある。しかし、ポスト噴射を行うと、噴射された燃料がエンジンの潤滑油に混入して潤滑油が希釈されるオイルダイリューションが発生する。また、ポスト噴射による未燃燃料が排気再循環（Exhaust Gas Recirculation；以下、ＥＧＲという）に混入すると、ＥＧＲクーラの性能低下やピストンリングの不具合の原因となる。
【０００４】
そこで、近年では、排気管内に燃料を噴射する排気管噴射を行ってＨＣをＤＯＣに供給し、ＨＣの酸化熱で排気ガス温度を高める方式が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１０６６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
排気管噴射では、シリンダ内に燃料を噴射するポスト噴射と異なりクランク角に依存せずに噴射時期が決められると共に、燃料噴射量も任意に決められる。しかしながら、排気管噴射は新規な技術であり、燃料の無駄がなく効果的に排気ガス温度が高められる噴射時期及び燃料噴射量を見いだすには、実験に相当多くの時間を費やさなくてはならない。これに対し、ポスト噴射の技術は既に多くの実験を経て確立されており、適切な噴射時期及び燃料噴射量がマップ化されている。そこで、本発明者らは、排気管噴射における燃料噴射量の目標噴射量をポスト噴射における目標噴射量を基礎にして設定することを考えた。エンジンの１燃焼サイクルに各気筒でポスト噴射する燃料噴射量に見合う量の燃料を１燃焼サイクルに相当する所定時間内に排気管噴射するよう、排気管噴射における目標噴射量のマップを設定する。このように、既に確立されたポスト噴射の噴射時期と目標噴射量を排気管噴射に変換して使うことで、いわゆるゼロベースから始めるのに比べ、実験に費やされる時間を短縮することができる。
【０００７】
ところが、エンジンにおける燃料噴射は、コモンレールに高圧の燃料が蓄えられており、そのコモンレールから各気筒のインジェクタに分配されて行われる。インジェクタは、コイルの電磁力で駆動される弁体を有し、コイルに通電するパルス電流の時間幅（以下、通電時間という）により燃料噴射時間を制御して燃料噴射量が制御できるように構成されている。
【０００８】
これに対し、排気管噴射に用いるインジェクタ（排気管インジェクタ）は、コモンレールから高圧の燃料の分配を受けるようにはできない。よって、排気管インジェクタに対しては、コモンレールとは別の供給源から燃料を供給することになる。具体的には、フィードポンプが用いられる。フィードポンプは、クランクシャフトに連結されており、エンジンに随伴して回転されエンジン回転数に応じた送り出し力で燃料を供給する。
【０００９】
このように、排気管インジェクタに対してはフィードポンプから燃料を供給することになるが、フィードポンプによる燃圧は一定ではなく、エンジン回転数に依存する。このため、通電時間（＝燃料噴射時間）のみでは燃料噴射量を制御できない。エンジン回転数が低いときにある通電時間で噴射した場合と、エンジン回転数が高いときに同じ通電時間で噴射した場合とを比べると、エンジン回転数が高いときの方が、フィードポンプによる燃圧が高いため、燃料噴射量が多くなる。したがって、単に目標噴射量に比例した通電時間を設定するだけでは、目標噴射量どおりの噴射ができないことになる。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、エンジン回転数によらず適正な燃料噴射量が制御できる排気管噴射制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は、エンジンの排気管に設置されて粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタと、前記ディーゼルパティキュレートフィルタより上流に設置されて前記排気管に燃料を噴射する排気管インジェクタと、燃料を前記排気管インジェクタに供給するフィードポンプと、前記排気管インジェクタから１回に噴射する目標噴射量をエンジン回転数と排気ガス流量に応じて設定する目標噴射量設定部と、目標噴射量と前記排気管インジェクタに加わる燃料の圧力である排気管噴射燃圧に対して、目標噴射量どおりの燃料が噴射されるよう前記排気管インジェクタの燃料噴射時間が設定された噴射時間マップと、前記噴射時間マップを目標噴射量と排気管噴射燃圧で参照して前記排気管インジェクタからの噴射を行う排気管噴射実行部とを備えたものである。
【００１２】
前記フィードポンプが前記エンジンに随伴して回転されエンジン回転数に応じた送り出し力で燃料を前記排気管インジェクタに供給し、前記フィードポンプと前記排気管インジェクタとの間に排気管噴射燃圧を検出する排気管噴射燃圧センサを備えてもよい。
【００１３】
あらかじめエンジン回転数に対して排気管噴射燃圧が設定された排気管噴射燃圧マップと、前記排気管噴射燃圧マップをエンジン回転数で参照する仮想排気管噴射燃圧検出部とを備えてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１５】
（１）エンジン回転数によらず適正な燃料噴射量が制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の排気管噴射制御装置が適応される車両におけるエンジン、吸排気系統及び燃料噴射系統のシステム構成図である。
【図２】本発明において、排気管インジェクタの燃料噴射時間を決定する手順を回路イメージで示した図である。
【図３】本発明に用いるＢＰＷマップの三次元グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
図１に、本発明の排気管噴射制御装置が適応される車両におけるエンジン、吸排気系統及び燃料噴射系統のシステム構成を示す。
【００１９】
まず、排気系統の構成を説明すると、エンジン１０１の排気マニホールド１０２には、エンジン１０１の排気ガスを大気に排出するための排気管１０３が接続され、排気管１０３の最上流には、排気マニホールド１０２から吸気マニホールド１０４へ排気ガスを循環させるためのＥＧＲ配管１０５が設けられている。ＥＧＲ配管１０５には、排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ１０６と、ＥＧＲ量（またはＥＧＲ率）を調整するためのＥＧＲ弁１０７が設けられている。
【００２０】
排気管１０３の下流には、高圧段ターボチャージャ１０８のタービン１０９が設けられ、さらに下流には、低圧段ターボチャージャ１１０のタービン１１１が設けられている。タービン１１１の下流には、排気管１０３を閉鎖する排気ブレーキ弁１１２が設けられ、さらに下流には、ＤＰＦユニット１１３が設けられている。ＤＰＦユニット１１３は、ＤＰＦ再生時に排気管１０３に噴射された燃料の酸化を促進するＤＯＣ１１４とＰＭを捕集するＤＰＦ１１５とからなる。ＤＰＦユニット１１３の下流に排気スロットル１１６が設けられ、排気スロットル１１６の下流にて排気管１０３が大気に開放されている。なお、排気管１０３には、図示しないがＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction；選択還元触媒）装置を設けてもよい。
【００２１】
次に、吸気系統の構成を説明すると、吸気マニホールド１０４には、大気からエンジン１０１に空気を取り込むための吸気管１１７が接続されている。吸気管１１７の最上流は大気に開放されており、その下流に塵埃等の異物を除去するエアクリーナ１１８が設けられている。エアクリーナ１１８の下流には、低圧段ターボチャージャ１１０のコンプレッサ１１９が設けられ、さらに下流には、高圧段ターボチャージャ１０８のコンプレッサ１２０が設けられている。コンプレッサ１２０の下流には、低圧段ターボチャージャ１１０と高圧段ターボチャージャ１０８で圧縮された吸気を冷却するインタークーラ１２１が設けられ、さらに下流には、吸気量を制限するための吸気スロットル１２２が設けられている。吸気スロットル１２２の下流で、吸気管１１７が吸気マニホールド１０４に接続されている。
【００２２】
次に、燃料噴射系統の構成を説明すると、エンジン１０１の一部を破断して示したシリンダ１３１内をピストンヘッド１３２がストロークするように構成されており、シリンダ１３１には、燃料を噴射するためのインジェクタ１３３が取り付けられ、ピストンヘッド１３２の上死点位置より上部に、インジェクタ１３３の噴射口が配置されている。図は簡略に示したが、エンジン１０１は、複数個のシリンダ１３１を有し、各シリンダ１３１にそれぞれインジェクタ１３３が設けられる。各インジェクタ１３３は、コモンレール１３４から高圧の燃料を供給される。インジェクタ１３３は、詳しくは図示しないがコイルの電磁力で駆動される弁体を有し、コイルに通電するパルス電流の時間幅（通電時間）に応じて噴射口が開放されるものである。
【００２３】
コモンレール１３４には、高圧ポンプ１３５から高圧（コモンレール燃圧）の燃料を供給する高圧燃料管１３６が接続される。高圧ポンプ１３５には、フィードポンプ１３７からコモンレール燃圧より低く大気圧より高い中間圧（排気管噴射燃圧）の燃料を供給する中間圧燃料管１３８が接続される。フィードポンプ１３７は、大気圧の燃料タンク１３９から低圧燃料管１４０を介して燃料を取り込むようになっている。フィードポンプ１３７は、図示しないクランクシャフトに連結されており、エンジン１０１に随伴して回転されエンジン回転数に応じた送り出し力で燃料を送り出すことにより、エンジン回転数に応じた排気管噴射燃圧の燃料を中間圧燃料管１３８に供給することができる。
【００２４】
本発明では、低圧段ターボチャージャ１１０のタービン１１１の下流で排気ブレーキ弁１１２より上流に、排気管１０３内に燃料を噴射するための排気管インジェクタ１４１が設けられている。排気管インジェクタ１４１には、中間圧燃料管１３８を介してフィードポンプ１３７からの燃料が供給されるようになっている。
【００２５】
高圧ポンプ１３５、コモンレール１３４、インジェクタ１３３のそれぞれには、燃料タンク１３９へ余剰の燃料を回収する回収燃料管１４２が接続されている。
【００２６】
次に、センサ類を説明する。
【００２７】
エンジン１０１には、冷却水温を検出する水温センサ１５１、図示しないクランクシャフト上の指標をクランク角の基準位置として検出するクランク角センサ１５２、エンジンオイルの残量を検出するオイルレベルセンサ１５３等が設けられる。排気マニホールド１０２には、エンジン排気温度センサ１５４が設けられる。吸気マニホールド１０４には、ブースト圧センサ１５５が設けられる。
【００２８】
ＤＰＦユニット１１３には、ＤＯＣ１１４の入口における排気ガス温度を検出するＤＯＣ入口排気ガス温度センサ１５６と、ＤＰＦ１１５の入口における排気ガス温度を検出するＤＰＦ入口排気ガス温度センサ１５７と、ＤＰＦ１１５の入口と出口間の排気ガスの圧力差である差圧を検出する差圧センサ１５８が設けられる。ＤＰＦ１１５にＰＭが蓄積すると、その蓄積量の増加に伴って差圧が大きくなるので、差圧に基づいてＤＰＦ再生時期を判定することができる。ＤＰＦ入口排気ガス温度センサ１５７が検出するＤＰＦ入口排気ガス温度により、ＤＰＦ再生時等におけるＤＰＦ１１５の温度を確認することができる。
【００２９】
中間圧燃料管１３８には、排気管インジェクタ１４１に加わる燃料圧力である排気管噴射燃圧を検出する排気管噴射燃圧センサ１５９が設けられる。高圧ポンプ１３５の入口には、燃料の温度を検出する燃料温度センサ１６０が設けられる。コモンレール１３４には、各シリンダ１３１のインジェクタ１３３に加わる燃料圧力であるコモンレール燃圧を検出するコモンレール燃圧センサ１６１が設けられる。吸気管１１７のエアクリーナ１１８の下流には、吸気管１１７に吸い込まれた空気の流量を検出する空気流量センサ（Mass Airflow sensor；ＭＡＦセンサ）１６２が設けられる。
【００３０】
図示説明した以外にも、エンジン１０１、吸排気系統及び燃料噴射系統には、従来公知のあらゆるセンサが設けられているものとする。
【００３１】
次に、制御系統の構成を説明する。
【００３２】
高圧段ターボチャージャ１０８は、可変ノズル式ターボチャージャ（Variable Nozzle Turbocharger）であり、タービン１０９の上流にタービン１０９の開口面積を調節するノズルアクチュエータ１６４が設けられる。ターボコントローラ１６５は、ブースト圧センサ１５５が検出するブースト圧を参照しつつ、ノズルアクチュエータ１６４を駆動することにより、過給量または過給圧を制御するものである。
【００３３】
エンジン１０１への燃料噴射を含む車両の各部を制御する手段は、電子制御装置（Electronical Control Unit；ＥＣＵ）１７１にプログラムとして組み込まれている。ＥＣＵ１７１は、エンジン状態を表すエンジンパラメータとして、エンジン回転数、アクセル開度、負荷トルク、空気量などを常時検出して燃料噴射制御等の制御を行うようになっている。ＥＣＵ１７１は、エンジン１０１の推進力を得るべく、各シリンダ１３１の１燃焼サイクル内に、適宜なクランク角でインジェクタ１３３から複数回の燃料噴射を行うマルチ噴射制御を行うようになっている。
【００３４】
本発明の排気管噴射は、ＥＣＵ１７１において制御される。すなわち、ＥＣＵ１７１には、排気管インジェクタ１４１から１回に噴射する目標噴射量をエンジン回転数と排気ガス流量に応じて設定する目標噴射量設定部１７２と、目標噴射量と排気管噴射燃圧に対して目標噴射量どおりの燃料が噴射されるよう排気管インジェクタ１４１の燃料噴射時間が設定された噴射時間（ここでは通電時間で制御するので、ＢＰＷ；Base Pulse Widthという）マップ１７３と、ＢＰＷマップ１７３を目標噴射量と排気管噴射燃圧で参照して排気管インジェクタ１４１からの噴射を行う排気管噴射実行部１７４とが設けられている。さらに、ＥＣＵ１７１には、あらかじめエンジン回転数に対して排気管噴射燃圧が設定された排気管噴射燃圧マップ１７５と、排気管噴射燃圧マップ１７５をエンジン回転数で参照する仮想排気管噴射燃圧検出部１７６とが設けられている。
【００３５】
ＥＣＵ１７１では、車両の走行距離が所定距離に達するごとに、ＤＰＦ再生を行うようになっており、かつ、差圧センサ１５８が検出する差圧が所定値以上になったときＤＰＦ再生を行うようになっている。
【００３６】
図２に示されるように、ＥＣＵ１７１において排気管インジェクタ１４１の燃料噴射時間となる通電時間を決定する手順を回路イメージで示すと、エンジン回転数が排気管噴射燃圧マップ１７５に入力され、排気管噴射燃圧マップ１７５の出力である排気管噴射燃圧（仮想値）が切り替え器２０１の一方の入力端子に入力されている。一方、排気管噴射燃圧センサ１５９からの排気管噴射燃圧（センサ値）が切り替え器２０１の他方の入力端子に入力されている。排気管噴射燃圧センサ１５９が不具合であることを示すセンサ失陥の信号が切り替え器２０１の制御端子に入力されている。切り替え器２０１の出力である排気管噴射燃圧と、目標噴射量とがＢＰＷマップ１７３に入力され、ＢＰＷマップ１７３からは通電時間が出力されるようになっている。
【００３７】
図３に示されるように、ＢＰＷマップ１７３は、目標噴射量と排気管噴射燃圧と通電時間（燃料噴射時間）の三次元グラフでイメージされる。通電時間は、目標噴射量にほぼ比例しており、目標噴射量が多くなるほど通電時間が長くなる。一方、通電時間は、排気管噴射燃圧にほぼ反比例しており、排気管噴射燃圧が低いときには通電時間が長く、排気管噴射燃圧が高いときには通電時間が短い。
【００３８】
以下、本発明の排気管噴射制御装置の動作を説明する。
【００３９】
ＤＰＦ再生時に排気ガス温度を所望の温度まで高めるために、図１の目標噴射量設定部１７２は、排気管インジェクタ１４１から１回に噴射する目標噴射量をエンジン回転数と排気ガス流量に応じて設定する。排気管噴射実行部１７４は、ＢＰＷマップ１７３を目標噴射量と排気管噴射燃圧で参照して排気管インジェクタ１４１からの噴射を行う。ＢＰＷマップ１７３では、通電時間（燃料噴射時間）が図３のように設定されており、このＢＰＷマップ１７３の目標噴射量と排気管噴射燃圧との交点座標における通電時間が読み出される。したがって、例えば、エンジン回転数が低いときには、排気管噴射燃圧が低いために、同じ目標噴射量に対して長い通電時間が出力される。この結果、排気管インジェクタ１４１が長時間通電され、燃料噴射時間が長くなるので排気管噴射燃圧が低くても目標噴射量どおりの燃料が噴射される。エンジン回転数が高いときには、排気管噴射燃圧が高いために、同じ目標噴射量に対して短い通電時間が出力される。この結果、排気管インジェクタ１４１が短時間通電され、燃料噴射時間が短いので、排気管噴射燃圧が高くても目標噴射量どおりの燃料が噴射される。
【００４０】
排気管噴射燃圧は、排気管噴射燃圧センサ１５９で検出されると共に、仮想排気管噴射燃圧検出部１７６でも排気管噴射燃圧マップ１７５をエンジン回転数で参照して求められる。排気管噴射燃圧センサ１５９が健全時には、排気管噴射燃圧センサ１５９の出力であるセンサ値が排気管噴射実行部１７４に提供され、排気管噴射燃圧センサ１５９が不具合を起こしている失陥時には、仮想排気管噴射燃圧検出部１７６の出力である仮想値が排気管噴射実行部１７４に提供される。
【００４１】
ここで、仮想排気管噴射燃圧検出部１７６による仮想値は、センサ失陥に関係なく、常時利用することができる。よって、この仮想値を使用して排気管噴射を行うことにより、センサ失陥のために排気管噴射が不能となってＤＰＦ再生が不能となり車両が走行できないという事態を回避することができる。
【００４２】
一方、排気管噴射燃圧センサ１５９は、車両ごとの性能ばらつきや経時変化に対応できる。すなわち、排気管噴射燃圧マップ１７５は、車両によらず一律に設定されるため、排気管噴射燃圧マップ１７５から求めた仮想値は、フィードポンプ１３７をはじめとする燃料噴射系統の性能ばらつきや経時変化には対応しない。排気管噴射燃圧センサ１５９によるセンサ値は、実際に排気管インジェクタ１４１に加わっている燃圧を表しているので、より正確な通電時間を得ることに寄与する。
【００４３】
以上説明したように、本発明の排気管噴射制御装置によれば、目標噴射量と排気管噴射燃圧に対して目標噴射量どおりの燃料が噴射されるよう排気管インジェクタ１４１の燃料噴射時間が設定されたＢＰＷマップ１７３と、ＢＰＷマップ１７３を目標噴射量と排気管噴射燃圧で参照して排気管インジェクタ１４１からの噴射を行う排気管噴射実行部１７４とを有することにより、エンジン回転数によって排気管噴射燃圧が変動しても、目標噴射量どおりの燃料が排気管インジェクタ１４１から噴射される。
【００４４】
本発明の排気管噴射制御装置によれば、排気管噴射燃圧センサ１５９を有するので、実際に排気管インジェクタ１４１に加わっている燃圧を検出して、より正確な燃料噴射時間を得ることができる。
【００４５】
本発明の排気管噴射制御装置によれば、エンジン回転数に対して排気管噴射燃圧が設定された排気管噴射燃圧マップ１７５と、排気管噴射燃圧マップ１７５をエンジン回転数で参照する仮想排気管噴射燃圧検出部１７６とを有するので、センサ失陥に関係なく、常時、排気管噴射燃圧を知ることができ、ＤＰＦ再生不能になることがない。また、排気管噴射燃圧センサ１５９を装備しない廉価な車種を提供することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１１５ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
１３７ フィードポンプ
１４１ 排気管インジェクタ
１５９ 排気管噴射燃圧センサ
１７２ 目標噴射量設定部
１７３ 噴射時間マップ（ＢＰＷマップ）
１７４ 排気管噴射実行部
１７５ 排気管噴射燃圧マップ
１７６ 仮想排気管噴射燃圧検出部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＰＦ再生用の燃料を排気管に噴射する排気管噴射制御装置に係り、エンジン回転数によらず適正な燃料噴射量が制御できる排気管噴射制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排気ガスから粒子状物質（Particurate Matter；以下、ＰＭという）を除去して排気ガスを浄化するために、排気管にディーゼルパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate FilterまたはDefuser；以下、ＤＰＦという）が設けられる。ＤＰＦは、多孔質のセラミックで構成したハニカム構造体にＰＭを捕集するものである。捕集されたＰＭが過剰に蓄積されると排気ガスの流通の障害となるが、ＤＰＦに蓄積されたＰＭは排気ガス温度を高めることで、焼却除去することができる。これをＤＰＦ再生という。
【０００３】
ＰＭが焼却できる温度まで排気ガス温度を高める方式として、従来は、ＤＰＦの上流に白金等からなる酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst；以下、ＤＯＣという）を設置し、エンジンの推進力を得るために複数回に分けて燃料噴射を行うマルチ噴射において、燃料噴射量を多くすることで排気ガス温度をＤＯＣの活性化温度まで高め、その後の適宜なクランク角でＤＰＦ再生用の燃料噴射（ポスト噴射）を行い、このポスト噴射によって炭化水素（Hydrocarbon；以下、ＨＣという）をＤＯＣに供給し、ＨＣの酸化熱で排気ガス温度を高める方式がある。しかし、ポスト噴射を行うと、噴射された燃料がエンジンの潤滑油に混入して潤滑油が希釈されるオイルダイリューションが発生する。また、ポスト噴射による未燃燃料が排気再循環（Exhaust Gas Recirculation；以下、ＥＧＲという）に混入すると、ＥＧＲクーラの性能低下やピストンリングの不具合の原因となる。
【０００４】
そこで、近年では、排気管内に燃料を噴射する排気管噴射を行ってＨＣをＤＯＣに供給し、ＨＣの酸化熱で排気ガス温度を高める方式が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１０６６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
排気管噴射では、シリンダ内に燃料を噴射するポスト噴射と異なりクランク角に依存せずに噴射時期が決められると共に、燃料噴射量も任意に決められる。しかしながら、排気管噴射は新規な技術であり、燃料の無駄がなく効果的に排気ガス温度が高められる噴射時期及び燃料噴射量を見いだすには、実験に相当多くの時間を費やさなくてはならない。これに対し、ポスト噴射の技術は既に多くの実験を経て確立されており、適切な噴射時期及び燃料噴射量がマップ化されている。そこで、本発明者らは、排気管噴射における燃料噴射量の目標噴射量をポスト噴射における目標噴射量を基礎にして設定することを考えた。エンジンの１燃焼サイクルに各気筒でポスト噴射する燃料噴射量に見合う量の燃料を１燃焼サイクルに相当する所定時間内に排気管噴射するよう、排気管噴射における目標噴射量のマップを設定する。このように、既に確立されたポスト噴射の噴射時期と目標噴射量を排気管噴射に変換して使うことで、いわゆるゼロベースから始めるのに比べ、実験に費やされる時間を短縮することができる。
【０００７】
ところが、エンジンにおける燃料噴射は、コモンレールに高圧の燃料が蓄えられており、そのコモンレールから各気筒のインジェクタに分配されて行われる。インジェクタは、コイルの電磁力で駆動される弁体を有し、コイルに通電するパルス電流の時間幅（以下、通電時間という）により燃料噴射時間を制御して燃料噴射量が制御できるように構成されている。
【０００８】
これに対し、排気管噴射に用いるインジェクタ（排気管インジェクタ）は、コモンレールから高圧の燃料の分配を受けるようにはできない。よって、排気管インジェクタに対しては、コモンレールとは別の供給源から燃料を供給することになる。具体的には、フィードポンプが用いられる。フィードポンプは、クランクシャフトに連結されており、エンジンに随伴して回転されエンジン回転数に応じた送り出し力で燃料を供給する。
【０００９】
このように、排気管インジェクタに対してはフィードポンプから燃料を供給することになるが、フィードポンプによる燃圧は一定ではなく、エンジン回転数に依存する。このため、通電時間（＝燃料噴射時間）のみでは燃料噴射量を制御できない。エンジン回転数が低いときにある通電時間で噴射した場合と、エンジン回転数が高いときに同じ通電時間で噴射した場合とを比べると、エンジン回転数が高いときの方が、フィードポンプによる燃圧が高いため、燃料噴射量が多くなる。したがって、単に目標噴射量に比例した通電時間を設定するだけでは、目標噴射量どおりの噴射ができないことになる。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、エンジン回転数によらず適正な燃料噴射量が制御できる排気管噴射制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は、エンジンの排気管に設置されて粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタと、前記ディーゼルパティキュレートフィルタより上流に設置されて前記排気管に燃料を噴射する排気管インジェクタと、燃料を前記排気管インジェクタに供給するフィードポンプと、前記排気管インジェクタから１回に噴射する目標噴射量をエンジン回転数と排気ガス流量に応じて設定する目標噴射量設定部と、目標噴射量と前記排気管インジェクタに加わる燃料の圧力である排気管噴射燃圧に対して、目標噴射量どおりの燃料が噴射されるよう前記排気管インジェクタの燃料噴射時間が設定された噴射時間マップと、前記噴射時間マップを目標噴射量と排気管噴射燃圧で参照して前記排気管インジェクタからの噴射を行う排気管噴射実行部とを備えたものである。
【００１２】
前記フィードポンプが前記エンジンに随伴して回転されエンジン回転数に応じた送り出し力で燃料を前記排気管インジェクタに供給し、前記フィードポンプと前記排気管インジェクタとの間に排気管噴射燃圧を検出する排気管噴射燃圧センサを備えてもよい。
【００１３】
あらかじめエンジン回転数に対して排気管噴射燃圧が設定された排気管噴射燃圧マップと、前記排気管噴射燃圧マップをエンジン回転数で参照する仮想排気管噴射燃圧検出部とを備えてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００１５】
（１）エンジン回転数によらず適正な燃料噴射量が制御できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の排気管噴射制御装置が適応される車両におけるエンジン、吸排気系統及び燃料噴射系統のシステム構成図である。
【図２】本発明において、排気管インジェクタの燃料噴射時間を決定する手順を回路イメージで示した図である。
【図３】本発明に用いるＢＰＷマップの三次元グラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
図１に、本発明の排気管噴射制御装置が適応される車両におけるエンジン、吸排気系統及び燃料噴射系統のシステム構成を示す。
【００１９】
まず、排気系統の構成を説明すると、エンジン１０１の排気マニホールド１０２には、エンジン１０１の排気ガスを大気に排出するための排気管１０３が接続され、排気管１０３の最上流には、排気マニホールド１０２から吸気マニホールド１０４へ排気ガスを循環させるためのＥＧＲ配管１０５が設けられている。ＥＧＲ配管１０５には、排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ１０６と、ＥＧＲ量（またはＥＧＲ率）を調整するためのＥＧＲ弁１０７が設けられている。
【００２０】
排気管１０３の下流には、高圧段ターボチャージャ１０８のタービン１０９が設けられ、さらに下流には、低圧段ターボチャージャ１１０のタービン１１１が設けられている。タービン１１１の下流には、排気管１０３を閉鎖する排気ブレーキ弁１１２が設けられ、さらに下流には、ＤＰＦユニット１１３が設けられている。ＤＰＦユニット１１３は、ＤＰＦ再生時に排気管１０３に噴射された燃料の酸化を促進するＤＯＣ１１４とＰＭを捕集するＤＰＦ１１５とからなる。ＤＰＦユニット１１３の下流に排気スロットル１１６が設けられ、排気スロットル１１６の下流にて排気管１０３が大気に開放されている。なお、排気管１０３には、図示しないがＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction；選択還元触媒）装置を設けてもよい。
【００２１】
次に、吸気系統の構成を説明すると、吸気マニホールド１０４には、大気からエンジン１０１に空気を取り込むための吸気管１１７が接続されている。吸気管１１７の最上流は大気に開放されており、その下流に塵埃等の異物を除去するエアクリーナ１１８が設けられている。エアクリーナ１１８の下流には、低圧段ターボチャージャ１１０のコンプレッサ１１９が設けられ、さらに下流には、高圧段ターボチャージャ１０８のコンプレッサ１２０が設けられている。コンプレッサ１２０の下流には、低圧段ターボチャージャ１１０と高圧段ターボチャージャ１０８で圧縮された吸気を冷却するインタークーラ１２１が設けられ、さらに下流には、吸気量を制限するための吸気スロットル１２２が設けられている。吸気スロットル１２２の下流で、吸気管１１７が吸気マニホールド１０４に接続されている。
【００２２】
次に、燃料噴射系統の構成を説明すると、エンジン１０１の一部を破断して示したシリンダ１３１内をピストンヘッド１３２がストロークするように構成されており、シリンダ１３１には、燃料を噴射するためのインジェクタ１３３が取り付けられ、ピストンヘッド１３２の上死点位置より上部に、インジェクタ１３３の噴射口が配置されている。図は簡略に示したが、エンジン１０１は、複数個のシリンダ１３１を有し、各シリンダ１３１にそれぞれインジェクタ１３３が設けられる。各インジェクタ１３３は、コモンレール１３４から高圧の燃料を供給される。インジェクタ１３３は、詳しくは図示しないがコイルの電磁力で駆動される弁体を有し、コイルに通電するパルス電流の時間幅（通電時間）に応じて噴射口が開放されるものである。
【００２３】
コモンレール１３４には、高圧ポンプ１３５から高圧（コモンレール燃圧）の燃料を供給する高圧燃料管１３６が接続される。高圧ポンプ１３５には、フィードポンプ１３７からコモンレール燃圧より低く大気圧より高い中間圧（排気管噴射燃圧）の燃料を供給する中間圧燃料管１３８が接続される。フィードポンプ１３７は、大気圧の燃料タンク１３９から低圧燃料管１４０を介して燃料を取り込むようになっている。フィードポンプ１３７は、図示しないクランクシャフトに連結されており、エンジン１０１に随伴して回転されエンジン回転数に応じた送り出し力で燃料を送り出すことにより、エンジン回転数に応じた排気管噴射燃圧の燃料を中間圧燃料管１３８に供給することができる。
【００２４】
本発明では、低圧段ターボチャージャ１１０のタービン１１１の下流で排気ブレーキ弁１１２より上流に、排気管１０３内に燃料を噴射するための排気管インジェクタ１４１が設けられている。排気管インジェクタ１４１には、中間圧燃料管１３８を介してフィードポンプ１３７からの燃料が供給されるようになっている。
【００２５】
高圧ポンプ１３５、コモンレール１３４、インジェクタ１３３のそれぞれには、燃料タンク１３９へ余剰の燃料を回収する回収燃料管１４２が接続されている。
【００２６】
次に、センサ類を説明する。
【００２７】
エンジン１０１には、冷却水温を検出する水温センサ１５１、図示しないクランクシャフト上の指標をクランク角の基準位置として検出するクランク角センサ１５２、エンジンオイルの残量を検出するオイルレベルセンサ１５３等が設けられる。排気マニホールド１０２には、エンジン排気温度センサ１５４が設けられる。吸気マニホールド１０４には、ブースト圧センサ１５５が設けられる。
【００２８】
ＤＰＦユニット１１３には、ＤＯＣ１１４の入口における排気ガス温度を検出するＤＯＣ入口排気ガス温度センサ１５６と、ＤＰＦ１１５の入口における排気ガス温度を検出するＤＰＦ入口排気ガス温度センサ１５７と、ＤＰＦ１１５の入口と出口間の排気ガスの圧力差である差圧を検出する差圧センサ１５８が設けられる。ＤＰＦ１１５にＰＭが蓄積すると、その蓄積量の増加に伴って差圧が大きくなるので、差圧に基づいてＤＰＦ再生時期を判定することができる。ＤＰＦ入口排気ガス温度センサ１５７が検出するＤＰＦ入口排気ガス温度により、ＤＰＦ再生時等におけるＤＰＦ１１５の温度を確認することができる。
【００２９】
中間圧燃料管１３８には、排気管インジェクタ１４１に加わる燃料圧力である排気管噴射燃圧を検出する排気管噴射燃圧センサ１５９が設けられる。高圧ポンプ１３５の入口には、燃料の温度を検出する燃料温度センサ１６０が設けられる。コモンレール１３４には、各シリンダ１３１のインジェクタ１３３に加わる燃料圧力であるコモンレール燃圧を検出するコモンレール燃圧センサ１６１が設けられる。吸気管１１７のエアクリーナ１１８の下流には、吸気管１１７に吸い込まれた空気の流量を検出する空気流量センサ（Mass Airflow sensor；ＭＡＦセンサ）１６２が設けられる。
【００３０】
図示説明した以外にも、エンジン１０１、吸排気系統及び燃料噴射系統には、従来公知のあらゆるセンサが設けられているものとする。
【００３１】
次に、制御系統の構成を説明する。
【００３２】
高圧段ターボチャージャ１０８は、可変ノズル式ターボチャージャ（Variable Nozzle Turbocharger）であり、タービン１０９の上流にタービン１０９の開口面積を調節するノズルアクチュエータ１６４が設けられる。ターボコントローラ１６５は、ブースト圧センサ１５５が検出するブースト圧を参照しつつ、ノズルアクチュエータ１６４を駆動することにより、過給量または過給圧を制御するものである。
【００３３】
エンジン１０１への燃料噴射を含む車両の各部を制御する手段は、電子制御装置（Electronical Control Unit；ＥＣＵ）１７１にプログラムとして組み込まれている。ＥＣＵ１７１は、エンジン状態を表すエンジンパラメータとして、エンジン回転数、アクセル開度、負荷トルク、空気量などを常時検出して燃料噴射制御等の制御を行うようになっている。ＥＣＵ１７１は、エンジン１０１の推進力を得るべく、各シリンダ１３１の１燃焼サイクル内に、適宜なクランク角でインジェクタ１３３から複数回の燃料噴射を行うマルチ噴射制御を行うようになっている。
【００３４】
本発明の排気管噴射は、ＥＣＵ１７１において制御される。すなわち、ＥＣＵ１７１には、排気管インジェクタ１４１から１回に噴射する目標噴射量をエンジン回転数と排気ガス流量に応じて設定する目標噴射量設定部１７２と、目標噴射量と排気管噴射燃圧に対して目標噴射量どおりの燃料が噴射されるよう排気管インジェクタ１４１の燃料噴射時間が設定された噴射時間（ここでは通電時間で制御するので、ＢＰＷ；Base Pulse Widthという）マップ１７３と、ＢＰＷマップ１７３を目標噴射量と排気管噴射燃圧で参照して排気管インジェクタ１４１からの噴射を行う排気管噴射実行部１７４とが設けられている。さらに、ＥＣＵ１７１には、あらかじめエンジン回転数に対して排気管噴射燃圧が設定された排気管噴射燃圧マップ１７５と、排気管噴射燃圧マップ１７５をエンジン回転数で参照する仮想排気管噴射燃圧検出部１７６とが設けられている。
【００３５】
ＥＣＵ１７１では、車両の走行距離が所定距離に達するごとに、ＤＰＦ再生を行うようになっており、かつ、差圧センサ１５８が検出する差圧が所定値以上になったときＤＰＦ再生を行うようになっている。
【００３６】
図２に示されるように、ＥＣＵ１７１において排気管インジェクタ１４１の燃料噴射時間となる通電時間を決定する手順を回路イメージで示すと、エンジン回転数が排気管噴射燃圧マップ１７５に入力され、排気管噴射燃圧マップ１７５の出力である排気管噴射燃圧（仮想値）が切り替え器２０１の一方の入力端子に入力されている。一方、排気管噴射燃圧センサ１５９からの排気管噴射燃圧（センサ値）が切り替え器２０１の他方の入力端子に入力されている。排気管噴射燃圧センサ１５９が不具合であることを示すセンサ失陥の信号が切り替え器２０１の制御端子に入力されている。切り替え器２０１の出力である排気管噴射燃圧と、目標噴射量とがＢＰＷマップ１７３に入力され、ＢＰＷマップ１７３からは通電時間が出力されるようになっている。
【００３７】
図３に示されるように、ＢＰＷマップ１７３は、目標噴射量と排気管噴射燃圧と通電時間（燃料噴射時間）の三次元グラフでイメージされる。通電時間は、目標噴射量にほぼ比例しており、目標噴射量が多くなるほど通電時間が長くなる。一方、通電時間は、排気管噴射燃圧にほぼ反比例しており、排気管噴射燃圧が低いときには通電時間が長く、排気管噴射燃圧が高いときには通電時間が短い。
【００３８】
以下、本発明の排気管噴射制御装置の動作を説明する。
【００３９】
ＤＰＦ再生時に排気ガス温度を所望の温度まで高めるために、図１の目標噴射量設定部１７２は、排気管インジェクタ１４１から１回に噴射する目標噴射量をエンジン回転数と排気ガス流量に応じて設定する。排気管噴射実行部１７４は、ＢＰＷマップ１７３を目標噴射量と排気管噴射燃圧で参照して排気管インジェクタ１４１からの噴射を行う。ＢＰＷマップ１７３では、通電時間（燃料噴射時間）が図３のように設定されており、このＢＰＷマップ１７３の目標噴射量と排気管噴射燃圧との交点座標における通電時間が読み出される。したがって、例えば、エンジン回転数が低いときには、排気管噴射燃圧が低いために、同じ目標噴射量に対して長い通電時間が出力される。この結果、排気管インジェクタ１４１が長時間通電され、燃料噴射時間が長くなるので排気管噴射燃圧が低くても目標噴射量どおりの燃料が噴射される。エンジン回転数が高いときには、排気管噴射燃圧が高いために、同じ目標噴射量に対して短い通電時間が出力される。この結果、排気管インジェクタ１４１が短時間通電され、燃料噴射時間が短いので、排気管噴射燃圧が高くても目標噴射量どおりの燃料が噴射される。
【００４０】
排気管噴射燃圧は、排気管噴射燃圧センサ１５９で検出されると共に、仮想排気管噴射燃圧検出部１７６でも排気管噴射燃圧マップ１７５をエンジン回転数で参照して求められる。排気管噴射燃圧センサ１５９が健全時には、排気管噴射燃圧センサ１５９の出力であるセンサ値が排気管噴射実行部１７４に提供され、排気管噴射燃圧センサ１５９が不具合を起こしている失陥時には、仮想排気管噴射燃圧検出部１７６の出力である仮想値が排気管噴射実行部１７４に提供される。
【００４１】
ここで、仮想排気管噴射燃圧検出部１７６による仮想値は、センサ失陥に関係なく、常時利用することができる。よって、この仮想値を使用して排気管噴射を行うことにより、センサ失陥のために排気管噴射が不能となってＤＰＦ再生が不能となり車両が走行できないという事態を回避することができる。
【００４２】
一方、排気管噴射燃圧センサ１５９は、車両ごとの性能ばらつきや経時変化に対応できる。すなわち、排気管噴射燃圧マップ１７５は、車両によらず一律に設定されるため、排気管噴射燃圧マップ１７５から求めた仮想値は、フィードポンプ１３７をはじめとする燃料噴射系統の性能ばらつきや経時変化には対応しない。排気管噴射燃圧センサ１５９によるセンサ値は、実際に排気管インジェクタ１４１に加わっている燃圧を表しているので、より正確な通電時間を得ることに寄与する。
【００４３】
以上説明したように、本発明の排気管噴射制御装置によれば、目標噴射量と排気管噴射燃圧に対して目標噴射量どおりの燃料が噴射されるよう排気管インジェクタ１４１の燃料噴射時間が設定されたＢＰＷマップ１７３と、ＢＰＷマップ１７３を目標噴射量と排気管噴射燃圧で参照して排気管インジェクタ１４１からの噴射を行う排気管噴射実行部１７４とを有することにより、エンジン回転数によって排気管噴射燃圧が変動しても、目標噴射量どおりの燃料が排気管インジェクタ１４１から噴射される。
【００４４】
本発明の排気管噴射制御装置によれば、排気管噴射燃圧センサ１５９を有するので、実際に排気管インジェクタ１４１に加わっている燃圧を検出して、より正確な燃料噴射時間を得ることができる。
【００４５】
本発明の排気管噴射制御装置によれば、エンジン回転数に対して排気管噴射燃圧が設定された排気管噴射燃圧マップ１７５と、排気管噴射燃圧マップ１７５をエンジン回転数で参照する仮想排気管噴射燃圧検出部１７６とを有するので、センサ失陥に関係なく、常時、排気管噴射燃圧を知ることができ、ＤＰＦ再生不能になることがない。また、排気管噴射燃圧センサ１５９を装備しない廉価な車種を提供することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１１５ ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）
１３７ フィードポンプ
１４１ 排気管インジェクタ
１５９ 排気管噴射燃圧センサ
１７２ 目標噴射量設定部
１７３ 噴射時間マップ（ＢＰＷマップ）
１７４ 排気管噴射実行部
１７５ 排気管噴射燃圧マップ
１７６ 仮想排気管噴射燃圧検出部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気管に設置されて粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタと、
前記ディーゼルパティキュレートフィルタより上流に設置されて前記排気管に燃料を噴射する排気管インジェクタと、
燃料を前記排気管インジェクタに供給するフィードポンプと、
前記排気管インジェクタから１回に噴射する目標噴射量をエンジン回転数と排気ガス流量に応じて設定する目標噴射量設定部と、
目標噴射量と前記排気管インジェクタに加わる燃料の圧力である排気管噴射燃圧に対して、目標噴射量どおりの燃料が噴射されるよう前記排気管インジェクタの燃料噴射時間が設定された噴射時間マップと、
前記噴射時間マップを目標噴射量と排気管噴射燃圧で参照して前記排気管インジェクタからの噴射を行う排気管噴射実行部とを備えたことを特徴とする排気管噴射制御装置。
【請求項２】
前記フィードポンプが前記エンジンに随伴して回転されエンジン回転数に応じた送り出し力で燃料を前記排気管インジェクタに供給し、
前記フィードポンプと前記排気管インジェクタとの間に排気管噴射燃圧を検出する排気管噴射燃圧センサを備えたことを特徴とする請求項１記載の排気管噴射制御装置。
【請求項３】
あらかじめエンジン回転数に対して排気管噴射燃圧が設定された排気管噴射燃圧マップと、
前記排気管噴射燃圧マップをエンジン回転数で参照する仮想排気管噴射燃圧検出部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の排気管噴射制御装置。
【請求項１】
エンジンの排気管に設置されて粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタと、
前記ディーゼルパティキュレートフィルタより上流に設置されて前記排気管に燃料を噴射する排気管インジェクタと、
燃料を前記排気管インジェクタに供給するフィードポンプと、
前記排気管インジェクタから１回に噴射する目標噴射量をエンジン回転数と排気ガス流量に応じて設定する目標噴射量設定部と、
目標噴射量と前記排気管インジェクタに加わる燃料の圧力である排気管噴射燃圧に対して、目標噴射量どおりの燃料が噴射されるよう前記排気管インジェクタの燃料噴射時間が設定された噴射時間マップと、
前記噴射時間マップを目標噴射量と排気管噴射燃圧で参照して前記排気管インジェクタからの噴射を行う排気管噴射実行部とを備えたことを特徴とする排気管噴射制御装置。
【請求項２】
前記フィードポンプが前記エンジンに随伴して回転されエンジン回転数に応じた送り出し力で燃料を前記排気管インジェクタに供給し、
前記フィードポンプと前記排気管インジェクタとの間に排気管噴射燃圧を検出する排気管噴射燃圧センサを備えたことを特徴とする請求項１記載の排気管噴射制御装置。
【請求項３】
あらかじめエンジン回転数に対して排気管噴射燃圧が設定された排気管噴射燃圧マップと、
前記排気管噴射燃圧マップをエンジン回転数で参照する仮想排気管噴射燃圧検出部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の排気管噴射制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−２５６８４４（Ｐ２０１１−２５６８４４Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３４５１２（Ｐ２０１０−１３４５１２）
【出願日】平成２２年６月１１日（２０１０．６．１１）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１１日（２０１０．６．１１）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
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