(57)【要約】      （修正有）【課題】ポスト噴射時のオイルダイリューションを効果的に抑制させる。【解決手段】フィルタから堆積したＰＭを燃焼除去させるフィルタ再生を実施すると判定されると、排気バルブの開弁時期をエンジンの定常運転時の開弁時期よりも進角させると共に、排気バルブの閉弁時期をエンジンの定常運転時の閉弁時期と略同じ閉弁時期で閉弁させることで、排気バルブの開弁期間を延長する開弁期間延長制御を実施する開弁期間延長制御部１２０と、開弁期間延長制御の実施により延長された開弁期間中において、筒内インジェクタにポスト噴射を複数回分割して実施させることにより、未燃燃料を酸化触媒に供給することで、フィルタに流入する排気の温度をＰＭ燃焼温度まで上昇させてＰＭを燃焼除去するフィルタ再生制御を実施するフィルタ再生制御部１３０とを備えるようにした。【選択図】図２
2018178930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されたエンジンの排気バルブの少なくとも開弁時期を調整可能な可変バルブタイミング機構と、
前記エンジンの気筒内に燃料を直噴する筒内インジェクタと、
前記エンジンの排気系に設けられ、未燃燃料を酸化して前記エンジンから排出される排気の温度を上昇させる酸化触媒と、
前記エンジンの前記酸化触媒よりも下流側の排気系に設けられ、前記エンジンから排出される排気中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、
前記フィルタから堆積した前記粒子状物質を燃焼除去させるフィルタ再生を実施すると判定されると、前記排気バルブの開弁時期を前記エンジンの定常運転時の開弁時期よりも進角させると共に、前記排気バルブの閉弁時期を前記エンジンの定常運転時の閉弁時期と略同じ閉弁時期で閉弁させることで、前記排気バルブの開弁期間を延長する開弁期間延長制御を実施する第１制御手段と、
前記開弁期間延長制御の実施により延長された開弁期間中において、前記筒内インジェクタにポスト噴射を複数回分割して実施させることにより、前記未燃燃料を前記酸化触媒に供給することで、前記フィルタに流入する排気の温度を前記粒子状物質の燃焼温度まで上昇させて前記粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生制御を実施する第２制御手段と
を備えることを特徴とするエンジンシステム。
【請求項２】
前記エンジンは複数の気筒を有する多気筒エンジンであり、
前記第２制御手段は、前記エンジンにおける他の気筒の噴射タイミングとは異なる噴射タイミングでポスト噴射を複数回分割して実施させる
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンシステム。
【請求項３】
前記酸化触媒を通過した排気の温度を取得する排気温度取得手段をさらに備え、
前記第２制御手段は、前記酸化触媒を通過した排気の目標温度と前記酸化触媒を通過した排気の現在の温度との差分に基づいてフィードバック制御を実行して、調整すべき排気の温度に関するフィードバック値を決定し、該フィードバック値に対応するポスト噴射量及びポスト噴射分割回数でポスト噴射を複数回分割して実施させる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンシステム。
【請求項４】
前記第２制御手段は、前記差分が大きいときは、ポスト噴射量及びポスト噴射分割回数が多くなるようにポスト噴射を複数回分割して実施させる
ことを特徴とする請求項３に記載のエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンシステムに関し、特に、排気後処理装置を備えたエンジンシステムの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの排気系に排気上流側から順に、ＨＣ・ＣＯ酸化能を有する酸化触媒及び、排気中に含まれる粒子状物質（以下、ＰＭ）を捕集するパティキュレイト・フィルタ（以下、フィルタ）を備える排気後処理装置が広く実用化されている。
【０００３】
この種の排気後処理装置においては、フィルタ上流の酸化触媒に筒内インジェクタのポスト噴射や排気インジェクタの排気管噴射によって未燃燃料（以下、ＨＣ）を供給し、フィルタに流入する排気の温度をＰＭ燃焼温度まで上昇させることで、フィルタに堆積したＰＭを燃焼除去する所謂フィルタ再生が定期的に実施されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２８５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、筒内インジェクタのポスト噴射は筒内での燃焼後に燃料を噴射するため、多量のポスト噴射を実施すると、ポスト噴射された燃料がエンジンのシリンダ内壁に付着してシリンダ内壁面のエンジンオイルに混入することで、オイルダイリューションが発生するという課題がある。また、多量のポスト噴射を実施すると、酸化触媒にＨＣが供給されることなくシリンダ内壁面のエンジンオイルに混入することで、酸化触媒にＨＣが効率よく供給されないこととなる。一方、排気インジェクタを排気通路に設けて排気管噴射を実施すると、酸化触媒にＨＣが効率よく供給されることとなるが、部品点数が増加することに起因してコストの上昇等を招くこととなる。
【０００６】
本開示の技術は、ポスト噴射時のオイルダイリューションを効果的に抑制させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の技術は、車両に搭載されたエンジンの排気バルブの少なくとも開弁時期を調整可能な可変バルブタイミング機構と、前記エンジンの気筒内に燃料を直噴する筒内インジェクタと、前記エンジンの排気系に設けられ、未燃燃料を酸化して前記エンジンから排出される排気の温度を上昇させる酸化触媒と、前記エンジンの前記酸化触媒よりも下流側の排気系に設けられ、前記エンジンから排出される排気中に含まれる粒子状物質を捕集するフィルタと、前記フィルタから堆積した前記粒子状物質を燃焼除去させるフィルタ再生を実施すると判定されると、前記排気バルブの開弁時期を前記エンジンの定常運転時の開弁時期よりも進角させると共に、前記排気バルブの閉弁時期を前記エンジンの定常運転時の閉弁時期と略同じ閉弁時期で閉弁させることで、前記排気バルブの開弁期間を延長する開弁期間延長制御を実施する第１制御手段と、前記開弁期間延長制御の実施により延長された開弁期間中において、前記筒内インジェクタにポスト噴射を複数回分割して実施させることにより、前記未燃燃料を前記酸化触媒に供給することで、前記フィルタに流入する排気の温度を前記粒子状物質の燃焼温度まで上昇させて前記粒子状物質を燃焼除去するフィルタ再生制御を実施する第２制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、前記エンジンは複数の気筒を有する多気筒エンジンであり、前記第２制御手段は、前記エンジンにおける他の気筒の噴射タイミングとは異なる噴射タイミングでポスト噴射を複数回分割して実施させることが好ましい。
【０００９】
さらに、前記酸化触媒を通過した排気の温度を取得する排気温度取得手段をさらに備え、前記第２制御手段は、前記酸化触媒を通過した排気の目標温度と前記酸化触媒を通過した排気の現在の温度との差分に基づいてフィードバック制御を実行して、調整すべき排気の温度に関するフィードバック値を決定し、該フィードバック値に対応するポスト噴射量及びポスト噴射分割回数でポスト噴射を複数回分割して実施させることが好ましい。
【００１０】
さらに、前記第２制御手段は、前記差分が大きいときは、ポスト噴射量及びポスト噴射分割回数が多くなるようにポスト噴射を複数回分割して実施させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本開示の技術によれば、ポスト噴射時のオイルダイリューションを効果的に抑制させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの吸排気系を示す模式的な全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る電子制御ユニットの機能ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る排気バルブの開弁時期及びポスト噴射タイミングを説明する図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るフィルタ再生処理を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係るエンジンシステムについて説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１４】
[エンジン吸排気系]
図１に示すように、車両に搭載されたエンジン１０のシリンダヘッド１１には、吸気バルブ１２、吸気マニホールド１３、排気バルブ１４、排気マニホールド１５、筒内インジェクタ１６等が設けられている。なお、図示の関係上、図１にはエンジン１０の複数気筒のうち１気筒のみを示し、他の気筒については図示を省略している。
【００１５】
吸気マニホールド１３には吸気を導入する吸気通路２０が接続され、排気マニホールド１５には排気を大気に放出する排気通路２１が接続されている。吸気通路２０には、吸気上流側から順に、エアクリーナ２２、吸入空気流量センサ（以下、ＭＡＦセンサ）９３、過給機３０のコンプレッサ３２、インタークーラ２３、ブースト圧センサ９４等が設けられている。排気通路２１には、排気上流側から順に、過給機３０のタービン３１、排気後処理装置２５等が設けられている。
【００１６】
筒内インジェクタ１６は、図示しないコモンレールに蓄圧された高圧燃料を各気筒内に直接噴射する。筒内インジェクタ１６の燃料噴射量や燃料噴射タイミングは、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ）１００から入力される指示信号に応じて制御される。例えば、ＥＣＵ１００は、各筒内インジェクタ１６に、パイロット噴射、プレ噴射、メイン噴射、アフタ噴射、ポスト噴射を実施させることができる。
【００１７】
排気後処理装置２５は、排気上流側から順に、酸化触媒２６と、フィルタ２７とを備えている。また、酸化触媒２６の直下流には排気温度センサ９５が設けられ、フィルタ２７の前後には差圧センサ９６が設けられている。
【００１８】
酸化触媒２６は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体表面に酸化触媒成分等を担持して形成されている。酸化触媒２６は、筒内インジェクタ１６のポスト噴射によって未燃状態のＨＣが供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。
【００１９】
フィルタ２７は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気の流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。フィルタ２７は、排気中に含まれるＰＭ等を隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、ＰＭ堆積量が所定の上限閾値に達すると、これを燃焼除去するフィルタ再生が実施されるようになっている。
【００２０】
排気再循環装置（以下、ＥＧＲ装置）４０は、タービン３１よりも上流側の排気通路２１とコンプレッサ３２よりも下流側の吸気通路２０とを接続するＥＧＲ通路４１と、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ４２と、ＥＧＲ量を調整可能なＥＧＲバルブ４３とを備えている。
【００２１】
本実施形態のエンジン１０は、排気バルブ１４の開閉時期を任意の時期に調整可能な可変バルブタイミング機構５０を備えている。可変バルブタイミング機構５０としては、例えば、カムプロフィールの異なる複数のカム（不図示）を選択的に切り替え可能なカム切替式バルブタイミング機構や、電磁ソレノイドの電磁力により排気バルブ１４を直接的に開閉動作させる電磁駆動式バルブタイミング機構を用いることができる。可変バルブタイミング機構５０は、ＥＣＵ１００から入力される指示信号に応じて制御される。
【００２２】
エンジン回転数センサ９０は、エンジン１０の図示しないクランクシャフトからエンジン回転数Ｎｅ（クランク角）を取得する。アクセル開度センサ９１は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量からエンジン１０の燃料噴射量Ｑを取得する。車速センサ９２は、図示しないプロペラシャフト又は変速機の出力シャフトから車両の車速Ｖを取得する。ＭＡＦセンサ９３は、エアクリーナ２２から吸気通路２０に導入される吸入空気流量ｑを取得する。ブースト圧センサ９４は、コンプレッサ３２により圧送される吸気の圧力（以下、ブースト圧ＰＢ）を取得する。排気温度センサ９５は、酸化触媒２６を通過した排気の温度（以下、酸化触媒出口温度Ｔ＿ＤＯＣ＿ｅｘ）を取得する。差圧センサ９６は、フィルタ２７の前後差圧ＰＦを取得する。これら各種センサ類９０〜９６は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されている。
【００２３】
[制御部]
次に、図２に基づいて、本実施形態のＥＣＵ１００の詳細について説明する。ＥＣＵ１００は、エンジン１０等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。これら各種制御を行うため、ＥＣＵ１００には、各種センサ類９０〜９６のセンサ値が入力される。また、ＥＣＵ１００は、フィルタ再生判定部１１０と、開弁期間延長制御部１２０と、フィルタ再生制御部１３０とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、一体のハードウェアであるＥＣＵ１００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。
【００２４】
フィルタ再生判定部１１０は、差圧センサ９６により取得されるフィルタ２７の前後差圧ＰＦからフィルタ２７のＰＭ堆積量を推定すると共に、ＰＭ堆積量が所定の上限閾値に達すると、フィルタ２７から堆積したＰＭを燃焼除去させるフィルタ再生を実施すると判定する。なお、フィルタ再生を実施するか否かの判定は、差圧センサ９６のセンサ値に基づいた判定に限定されず、フィルタ再生終了から次のフィルタ再生開始までの再生インターバル（走行時間や走行距離）が所定の閾値に達したか否かで判定してもよい。また、フィルタ再生判定部１１０は、ＰＭ堆積量が所定の下限閾値まで低下すると、フィルタ再生を終了すると判定する。
【００２５】
開弁期間延長制御部１２０は、フィルタ再生判定部１１０によりフィルタ再生を実施すると判定されると、排気バルブ１４の開弁時期をエンジン１０の定常運転時の開弁時期（例えば、膨張行程の下死点近傍）よりも圧縮上死点側に進角させると共に、排気バルブ１４の閉弁時期をエンジン１０の定常運転時の閉弁時期（例えば、排気上死点近傍）と略同じ閉弁時期で閉弁させる（図３参照）ことで、排気バルブ１４の開弁期間を延長する「開弁期間延長制御」を実施する。このように、排気バルブ１４の開弁期間を延長すると、膨張行程の短縮と排気行程の拡大によりポスト噴射の噴射可能時間が増加することとなる。また、開弁期間延長制御部１２０は、フィルタ再生判定部１１０によりフィルタ再生を終了すると判定されると、「開弁期間延長制御」を終了する。
【００２６】
以下、本実施形態の「開弁期間延長制御」の詳細につき、電磁駆動式バルブタイミング機構を用いた場合及び、カム切替式バルブタイミング機構を用いた場合についてそれぞれ説明する。
【００２７】
電磁駆動式バルブタイミング機構の場合には、開弁期間延長制御部１２０は、エンジン回転数センサ９０により取得されるクランク角に基づき、排気バルブ１４の開弁時期進角量（エンジン１０の中高負荷時に対する進角量）が所定の進角量（例えば、４０度）となるように開弁動作させる指示信号を可変バルブタイミング機構５０に出力する。カム切替式バルブタイミング機構の場合には、開弁期間延長制御部１２０は、カム切替式バルブタイミング機構のカムを、排気バルブ１４の開弁時期進角量が所定の進角量となるように開弁動作させるカムプロフィールの進角用カムに切り替える指示信号を可変バルブタイミング機構５０に出力する。
【００２８】
フィルタ再生制御部１３０は、開弁期間延長制御部１２０により「開弁期間延長制御」が実施されると、「開弁期間延長制御」の実施により延長された開弁期間中において、他の気筒の噴射タイミング（特にメイン噴射）とは異なる噴射タイミングでポスト噴射を複数回分割して実施させることにより（図３参照）、酸化触媒２６にＨＣを供給することで、フィルタ２７に流入する排気の温度をＰＭ燃焼温度（例えば、約６００℃）まで上昇させ、フィルタ２７から堆積したＰＭを燃焼除去させる「フィルタ再生制御」を実施する。「フィルタ再生制御」時のＨＣ供給量は、例えば、排気温度センサ９５により取得される酸化触媒出口温度Ｔ＿ＤＯＣ＿ｅｘがＰＭ燃焼温度まで上昇するようにフィードバック制御される。
【００２９】
このように、フィルタ再生時に「開弁期間延長制御」の実施により延長された開弁期間中においてポスト噴射を複数回分割して実施すると、１回あたりのポスト噴射量が少なくなり、ポスト噴射された燃料がエンジン１０のシリンダ内壁に到達しなくなることで、該燃料のシリンダ内壁への付着が抑制されることとなる。また、ポスト噴射を複数回分割することにより総ポスト噴射量が増加して排気管噴射相当のＨＣが酸化触媒２６に供給されることで、排気インジェクタの排気管噴射が不要になることとなる。さらに、他の気筒の噴射タイミングとは異なる噴射タイミングでポスト噴射を複数回分割して実施することで、図示しないコモンレールのレール圧が低下することによって他の気筒の噴射タイミングに干渉することが防止されることとなる。
【００３０】
より詳しくは、フィルタ再生制御部１３０は、目標とする酸化触媒出口温度Ｔ＿ＤＯＣ＿Ｔｒｇｔと排気温度センサ９５により取得される現在の酸化触媒出口温度Ｔ＿ＤＯＣ＿ｅｘとの差分ΔＴに基づいてフィードバック制御を実行して、調整すべき酸化触媒出口温度に関するフィードバック値を決定し、該フィードバック値に対応するポスト噴射量及びポスト噴射分割回数により他の気筒の噴射タイミングとは異なる噴射タイミングでポスト噴射を複数回分割して実施させる指示信号を筒内インジェクタ１６に出力する。これにより、差分ΔＴが大きいときは、比較的多くのポスト噴射量及びポスト噴射分割回数でポスト噴射が複数回分割して実施され、差分ΔＴが小さくなるにつれ、次第にポスト噴射量及び／又はポスト噴射分割回数が減少されることとなる。
【００３１】
また、フィルタ再生制御部１３０は、フィルタ再生判定部１１０によりフィルタ再生を終了すると判定されると、「フィルタ再生制御」を終了する。
【００３２】
次に、図４のフローチャートに基づいて、本実施形態に係るフィルタ再生処理について説明する。
【００３３】
ステップＳ１００では、差圧センサ９６のセンサ値に基づいて、ＰＭ堆積量が所定の上限閾値に達したか否かが判定される。ＰＭ堆積量が上限閾値に達すれば（肯定）、本制御はステップＳ１１０に進む。一方、否定の場合、すなわち、ＰＭ堆積量が上限閾値に達していなければ、本制御はリターンされる。
【００３４】
ステップＳ１１０では、排気バルブ１４の開弁時期をエンジン１０の定常運転時の開弁時期よりも圧縮上死点側に進角させると共に、排気バルブ１４の閉弁時期をエンジン１０の定常運転時の閉弁時期と略同じ閉弁時期で閉弁させることで、排気バルブ１４の開弁期間を長くする「開弁期間延長制御」が実施される。
【００３５】
ステップＳ１２０では、「開弁期間延長制御」の実施により延長された開弁期間中において、他の気筒の噴射タイミングとは異なる噴射タイミングでポスト噴射を複数回分割して実施させることにより、酸化触媒２６にＨＣを供給することで、フィルタ２７に流入する排気の温度をＰＭ燃焼温度まで上昇させ、フィルタ２７から堆積したＰＭを燃焼除去させる「フィルタ再生制御」が実施される。
【００３６】
ステップＳ１３０では、差圧センサ９６のセンサ値に基づいて、ＰＭ堆積量が所定の下限閾値まで低下したか否かが判定される。ＰＭ堆積量が下限閾値まで低下すれば（肯定）、本制御はステップＳ１４０に進む。一方、否定の場合、すなわち、ＰＭ堆積量が下限閾値まで低下していなければ、本制御はステップＳ１１０に戻される。
【００３７】
ステップＳ１４０では、「開弁期間延長制御」、「フィルタ再生制御」の実施が終了される。
【００３８】
以上詳述したように、本実施形態によれば、フィルタ再生を実施すると判定されると、排気バルブ１４の開弁時期をエンジン１０の定常運転時の開弁時期よりも圧縮上死点側に進角させると共に、排気バルブ１４の閉弁時期をエンジン１０の定常運転時の閉弁時期と略同じ閉弁時期で閉弁させ、開弁期間延長制御の実施により延長された開弁期間中において、他の気筒の噴射タイミングとは異なる噴射タイミングでポスト噴射を複数回分割して実施させる。これにより、１回あたりのポスト噴射量が少なくなり、ポスト噴射された燃料がエンジン１０のシリンダ内壁に到達しなくなることで、該燃料のシリンダ内壁への付着が抑制されることとなり、ポスト噴射時のオイルダイリューションを効果的に抑制させることができる。
【００３９】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【００４０】
例えば、可変バルブタイミング機構５０は、カム切替式バルブタイミング機構や電磁駆動式バルブタイミング機構に限定されず、排気バルブ１４の開弁時期を調整可能な機構であれば、公知のベーン式可変バルブタイミング機構等の位相変化式バルブタイミング機構や、位相変化式バルブタイミング機構とカム切替式バルブタイミング機構とを組み合わせた機構等、他の公知の機構を用いることができる。
【００４１】
また、エンジン１０の気筒数は、単気筒又は複数気筒のいずれであってもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１０  エンジン
１４  排気バルブ
１６  筒内インジェクタ
２１  排気通路
２６  酸化触媒
２７  フィルタ
５０  可変バルブタイミング機構
９５  排気温度センサ
１００  ＥＣＵ
１１０  フィルタ再生判定部
１２０  開弁期間延長制御部
１３０  フィルタ再生制御部
【図１】
2018178930.tif 000003
【図２】
2018178930.tif 000004
【図３】
2018178930.tif 000005
【図４】
2018178930.tif 000006