(57)【要約】【課題】大幅な燃費悪化を招くことなく、排気後処理システムの温度（触媒温度）を一定水準に維持する。【解決手段】内燃機関１０の制御装置は、内燃機関１０の排気系１４に配設された排気後処理システム１１と、内燃機関１０の吸気弁の閉弁時期を可変とする可変動弁機構１２と、内燃機関１０の低負荷領域及び中負荷領域において、排気後処理システム１１に流入する排気ガスの温度低下を抑制するために圧縮比が膨張比よりも小さくなるように可変動弁機構１２により吸気弁の閉弁時期を下死点よりも遅くする制御手段２１とを備え、制御手段２１は、内燃機関１０の負荷が低いほど、予め設定された基準時期に対する吸気弁の閉弁時期の遅れが大きくなるように可変動弁機構１２を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気系に配設された排気後処理システムと、前記内燃機関の吸気弁の閉弁時期を可変とする可変動弁機構と、前記内燃機関の低負荷領域及び中負荷領域において、前記排気後処理システムに流入する排気ガスの温度低下を抑制するために圧縮比が膨張比よりも小さくなるように前記可変動弁機構により前記吸気弁の閉弁時期を下死点よりも遅くする制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記内燃機関の負荷が低いほど、予め設定された基準時期に対する前記吸気弁の閉弁時期の遅れが大きくなるように前記可変動弁機構を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記内燃機関の無負荷領域においても、前記可変動弁機構により前記吸気弁の閉弁時期を下死点よりも遅くする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記排気後処理システムの温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段により検知した前記排気後処理システムの温度が予め設定された上限温度以上のとき、前記内燃機関の負荷に応じた前記吸気弁の閉弁時期を小側に補正する補正手段とをさらに備える請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気系に配設された排気後処理システムを備える内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両用のディーゼル機関においては、排気ガス規制に適合するために高度な排気後処理システムの採用が必須となっている。
【０００３】
しかしながら、排気後処理システムにおいて、十分な排気浄化率を確保し、或いは捕集した煤分等を燃焼させて触媒或いはフィルタの機能を再生させるためには、排気後処理システムの温度（触媒温度）を一定水準に維持する必要があり、一般的には排気後処理システムの温度を昇温させる制御が必要となる。
【０００４】
排気後処理システムの温度を昇温させる方法としては、排気管内噴射やポスト噴射、或いは吸気スロットルを使用した吸気絞りや排気スロットルを使用した排気絞り等が公知である（例えば、特許文献１参照）。また、排気弁２段リフトのように吸気行程において高温の排気ガスを筒内に再導入する方法（内部ＥＧＲ）も提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１６３９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
排気管内噴射やポスト噴射、或いは吸気スロットルを使用した吸気絞りや排気スロットルを使用した排気絞り等の公知の方法では、いずれの方法も大幅な燃費悪化を招くという課題がある。
【０００７】
排気温度の昇温について、吸気スロットルを使用した吸気絞りでは、吸気管内圧力を低減させて内燃機関の吸気量を低減することにより、排気温度の昇温効果を得ることができる。しかしながら、同時に吸排気圧力差の増加によりポンプ損失も増加するため、燃費が悪化する。特に、内燃機関の低負荷領域において排気温度の昇温効果を十分に得るためには、内燃機関の吸気量を大幅に低減することが必要であり、そのためには吸気管内を負圧にする必要が生じ、結果として燃費が大幅に悪化する。当然、ある種の蓋を内燃機関の吸気系にするような行為は、過給機の作動を妨げることから過給機の作動回転速度も著しく低下し、負荷変動時の過給応答性に問題が生じ得る。また、排気スロットルを使用した排気絞りでも吸気絞りと同様の結果（大幅な燃費悪化）となる。
【０００８】
また、排気弁２段リフトのように吸気行程において高温の排気ガスを筒内に再導入する方法（内部ＥＧＲ）では、筒内温度の上昇による充填効率の低下及び筒内熱損失の増加を招くため、暖機性向上や冷間始動時の白煙抑制のための手段としては効果的であるが、燃費悪化に対して得られる排気温度の昇温効果という観点での費用対効果は最適とは言い難い。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、大幅な燃費悪化を招くことなく、排気後処理システムの温度を一定水準に維持することができる内燃機関の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】
【００１０】
前述の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気系に配設された排気後処理システムと、前記内燃機関の吸気弁の閉弁時期を可変とする可変動弁機構と、前記内燃機関の低負荷領域及び中負荷領域において、前記排気後処理システムに流入する排気ガスの温度低下を抑制するために圧縮比が膨張比よりも小さくなるように前記可変動弁機構により前記吸気弁の閉弁時期を下死点よりも遅くする制御手段とを備え、前記制御手段は、前記内燃機関の負荷が低いほど、予め設定された基準時期に対する前記吸気弁の閉弁時期の遅れが大きくなるように前記可変動弁機構を制御するものである。
【００１１】
前記制御手段は、前記内燃機関の無負荷領域においても、前記可変動弁機構により前記吸気弁の閉弁時期を下死点よりも遅くするものであっても良い。
【００１２】
前記制御装置は、前記排気後処理システムの温度を検知する温度検知手段と、前記温度検知手段により検知した前記排気後処理システムの温度が予め設定された上限温度以上のとき、前記内燃機関の負荷に応じた前記吸気弁の閉弁時期を小側に補正する補正手段とをさらに備えるものであっても良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、大幅な燃費悪化を招くことなく、排気後処理システムの温度を一定水準に維持することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置の模式的な全体構成図である。
【図２】吸気弁遅閉じの適用領域を示す模式図である。
【図３】吸気弁及び排気弁のリフトパターンを示す模式図である。
【図４】内燃機関の低負荷領域における燃費悪化率とタービン出口温度の上昇温度との関係を示す図である。
【図５】内燃機関の低負荷領域における筒内温度履歴を示す図である。
【図６】内燃機関の無負荷領域における吸気量低減率とタービン出口温度の上昇温度との関係を示す図である。
【図７】内燃機関の無負荷領域における吸気量低減率とモータリングトルク変化率との関係を示す図である。
【図８】内燃機関の無負荷領域における吸気弁遅閉じ量と吸気量低減率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態に係る内燃機関１０の制御装置は、排気後処理システム１１と、可変動弁機構１２と、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）１３とを備える。
【００１７】
内燃機関１０は、例えば、車両用のディーゼル機関であり、内燃機関１０の排気系１４に過給機のタービン１５が配設されており、内燃機関１０の吸気系１６には過給機のコンプレッサ１７が配設されている。
【００１８】
排気後処理システム１１は、内燃機関１０の排気系１４にタービン１５よりも排気下流側あるいは上流側に位置させて配設されている。排気後処理システム１１は、例えば、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）を備えて構成される。また、排気後処理システム１１は、ＤＰＦに加えて或いは代えて、ＳＣＲ（選択型還元触媒）又はＬＮＴ（ＮＯｘ吸蔵還元触媒）等を備えて構成されていても良い。
【００１９】
可変動弁機構１２は、内燃機関１０の吸気弁の閉弁時期を可変とするものである。可変動弁機構１２は、吸気弁の閉弁時期を任意に変更することが可能な公知の可変バルブタイミング機構を備えている。
【００２０】
ＥＣＵ１３は、内燃機関１０及び可変動弁機構１２等の各種制御を行うものである。この各種制御を行うため、ＥＣＵ１３には、機関回転速度センサ１８、アクセル開度センサ１９や排気温度センサ２０等の各種センサの出力信号が入力される。
【００２１】
また、ＥＣＵ１３は、制御部２１と、補正部２２とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアであるＥＣＵ１３に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
【００２２】
制御部２１は、内燃機関１０の無負荷領域（０％負荷）、低負荷領域及び中負荷領域において、吸気弁の閉弁時期がピストンの下死点よりも遅くなるように可変動弁機構１２を制御するように構成されている（図２及び図３参照）。可変動弁機構１２による排気温度昇温を目的とした吸気弁の遅閉じ（所謂ミラーサイクル方式）を行う機関負荷の上限は、例えば、５０％負荷〜７５％負荷とすることが好ましい。なお、図２に示す例では、吸気弁の遅閉じを行う機関負荷の上限を７５％負荷としている。
【００２３】
また、制御部２１は、内燃機関１０の負荷（機関負荷）が低いほど、予め設定された基準時期に対する吸気弁の閉弁時期の遅れ（吸気弁遅閉じ量）が大きくなるように可変動弁機構１２を制御するように構成されている。そのため、本実施形態では、内燃機関１０の無負荷領域（０％負荷）において、吸気弁遅閉じ量が全ての負荷領域を通して最大となるようになっている。
【００２４】
具体的には、制御部２１には、予め実験等で作成した内燃機関１０の機関回転速度、機関負荷と吸気弁の閉弁時期との関係を示す吸気弁閉弁時期マップが記憶、あるいはセンサーにより検出される吸入新気量並びに過給圧等を使用し、内燃機関が吸入する全ガス量を評価し、同ガス量をあらかじめマップで決められた目標値に追従させる制御系などが組み込まれている。また、当該吸気弁閉弁時期マップにおいては、内燃機関１０の中負荷領域から無負荷領域まで、吸気弁遅閉じ量が機関負荷が低くなるに従い小側（進角側）から大側（遅角側）へと連続的に変化するように設定されている。そして、制御部２１は、吸気弁閉弁時期マップからアクセル開度センサ１９の検出値（機関負荷）に応じた吸気弁の閉弁時期（クランク角度）を読み取ると共に、読み取った吸気弁の閉弁時期に応じた制御信号を可変動弁機構１２に出力するようになっている。なお、本実施形態においては、制御部２１が本発明の制御手段に相当する。
【００２５】
補正部２２は、内燃機関１０の無負荷領域、低負荷領域及び中負荷領域において、排気後処理システム１１の温度（触媒温度）が予め設定された上限温度以上のときには、前述の吸気弁閉弁時期マップから読み取った吸気弁の閉弁時期を小側に補正するようになっている。当該上限温度は、排気後処理システム１１の温度が適正温度に昇温されたか否かを判定するためのものであり、例えば、排気後処理システム１１の各触媒の触媒活性温度に基づいて決定することが考えられる。なお、本実施形態においては、補正部２２が本発明の補正手段に相当する。
【００２６】
本実施形態では、排気後処理システム１１よりも排気上流側で内燃機関１０の排気系１４に配設された排気温度センサ２０の検出値（触媒入口温度）を排気後処理システム１１の温度（触媒温度）の代用値として使用するようにしており、排気温度センサ２０が本発明の温度検知手段に相当する。なお、吸気弁の閉弁時期の小側への補正度合いについては、機関負荷に関わらず一定であっても良く、機関負荷が低いほど小側への補正度合いが大きくなるようにしても良い。また、排気後処理システム１１に触媒温度を測定する温度センサを設けてその温度センサの測定値（触媒温度）を使用するようにしても良く、所謂モデルベース制御によって排気後処理システム１１の温度（触媒温度）を推定してその推定値を使用するようにしても良い。
【００２７】
次に、本実施形態に係る制御装置による作用効果を説明する。
【００２８】
本実施形態に係る制御装置は、可変動弁機構１２により吸気弁をピストンの下死点よりも遅く閉じることで圧縮比を膨張比よりも小さくし、内燃機関が吸入する全ガス量を減少させる所謂ミラーサイクル化によって、燃費悪化を抑制しつつ、内燃機関１０の無負荷領域、低負荷領域及び中負荷領域での排気温度の昇温を確実に実現し、排気後処理システム１１の温度を適正温度に維持可能な運転領域を拡大することが可能である。
【００２９】
また、本実施形態に係る制御装置は、特に内燃機関と近接配置され保温（断熱）処理された排気後処理ユニットにおいて最大の効果を発揮するものである。前述の排気後処理ユニットにおいて、排気後処理ユニットの温度を低下させる最大の要因は、自己温度よりも低い温度の排気ガスの流入である。特に内燃機関の無負荷領域（モータリング条件）及び低負荷領域では、内燃機関の排気温度が高負荷領域よりも大幅に低下するため、適正温度に一度昇温された排気後処理ユニットの温度を大幅に低下させる要因となる。
【００３０】
図４に、吸気弁遅閉じ、吸気絞り及び排気弁２段リフトを利用した場合における、内燃機関の低負荷領域（３０％負荷、機関回転速度４０％）でのタービン出口温度の上昇温度を燃費悪化率で比較した結果を示す。図４を参照すると、本実施形態に係る制御装置（吸気弁遅閉じ）が、燃費悪化を最小限に抑制しつつ、排気温度を最も効果的に昇温可能であることが分かる。
【００３１】
加えて、吸気弁遅閉じでは、排気弁２段リフトと異なり、吸気絞りによる吸気管内圧力低下と同様に、より広いレンジで筒内におけるガス量そのものを低減可能である。吸気弁遅閉じの場合、筒内ガスの熱容量自体が大きく低減可能であることから、投入される一定の燃料量（エネルギー量）に対して膨張行程における筒内ガス温度を効果的に高温化可能であり、結果的に図４に示されるような効果的な排気温度の昇温が可能となる。
【００３２】
また、図５に、吸気弁遅閉じ及び排気弁２段リフトを利用した場合における、内燃機関の低負荷領域での筒内温度履歴を比較した結果を示す。図５を参照すると、吸気弁遅閉じは、排気弁２段リフトを利用した場合と比較して圧縮開始温度が低いことから、熱力的な熱効率低下を回避可能であることが分かる。このことからも、本実施形態に係る制御装置（吸気弁遅閉じ）が、排気弁２段リフトを利用した場合と比較して燃費が悪化し難いことが分かる。
【００３３】
また、図６に、吸気弁遅閉じ及び吸気絞りを利用した場合における、内燃機関の無負荷領域（０％負荷、機関回転速度５０％）でのタービン出口温度の上昇温度を吸気量低減率で比較した結果を示す。図６を参照すると、吸気弁遅閉じは、内燃機関の無負荷領域（モータリング条件）における内燃機関の吸気量を低減可能であると共に、排気温度を昇温可能であることが分かる。このことから、本実施形態に係る制御装置（吸気弁遅閉じ）が、車両のグライド走行（無負荷惰性走行）時の排気後処理システムの温度低下を抑制可能であることが分かる。
【００３４】
また、図７に、吸気弁遅閉じ及び吸気絞りを利用した場合における、内燃機関の無負荷領域（０％負荷、機関回転速度５０％）でのモータリングトルクの変化率を吸気量低減率で比較した結果を示す。図７を参照すると、吸気弁遅閉じは、吸気絞りを利用した場合と比較してモータリングトルクの低減が可能であることが分かる。このことから、本実施形態に係る制御装置（吸気弁遅閉じ）が、車両のグライド走行時の燃費改善やＨＥＶ（ハイブリッド車両）による動力回収量の増加に対して有利であることが分かる。
【００３５】
さらに、図８に、吸気弁遅閉じを利用した場合における、内燃機関の無負荷領域（０％負荷、機関回転速度５０％）での吸気弁遅閉じ量と吸気量低減率との関係を示す。図８を参照すると、吸気弁遅閉じは、内燃機関の無負荷領域において内燃機関の吸気量を低減可能であることが分かる。このことから、本実施形態に係る制御装置（吸気弁遅閉じ）が、内燃機関の温度（筒内温度）低下及び排気後処理システムの温度低下をより効果的に回避することが可能であることが分かる。
【００３６】
内燃機関の吸気量の低減はＥＧＲ弁の開度増加によっても実現可能ではあるが、この方式ではＥＧＲ系統内におけるガスが、新気で掃気されてしまうため酸素濃度が高くなる。その結果、再燃料噴射時の筒内酸素濃度を低減できなくなるため、ＮＯｘ発生量の増加を招く。一方、本実施形態に係る制御装置では、ＥＧＲ弁の制御に頼らず、内燃機関の充填効率を低下させることで吸気量を低減可能であるため、車両のグライド走行時においてＥＧＲ弁の強制開弁制御は行わずに済む。
【００３７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は前述の実施形態には限定はされず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
【００３８】
例えば、内燃機関１０は、ディーゼル機関には限定はされず、ガソリン機関等であっても良い。また、内燃機関１０は、車両用のものには限定はされず、建設機械用、船舶用や定置用のもの等であっても良い。
【符号の説明】
【００３９】
１０  内燃機関
１１  排気後処理システム
１２  可変動弁機構
１３  ＥＣＵ（電子制御ユニット）
１４  排気系
１５  タービン
１６  吸気系
１７  コンプレッサ
１８  機関回転速度センサ
１９  アクセル開度センサ
２０  排気温度センサ（温度検知手段）
２１  制御部（制御手段）
２２  補正部（補正手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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