(57)【要約】【課題】内燃機関の排出ガス浄化システムにおいて、有害物質の排出を抑え、フィルタ再生時における触媒の損傷を防止し、フィルタを効率的に再生する。【解決手段】本発明は、燃料及び空気を含む未燃混合気と触媒４１との接触により生じる酸化熱を利用して、フィルタ４２に堆積された粒子状物質を燃焼除去し、これによって、フィルタ４２を再生する内燃機関１，１０１，２０１の排出ガス浄化システムに関する。かかる浄化システムは、車両が減速状態にあるか又は気筒１１が休止状態にあり、かつフィルタ４２を再生する必要がある場合に、気筒１１に対するフィルタ再生制御を実行指示する再生指示部７４ｈと、フィルタ再生制御モードにて、吸気バルブ２０ａ及び排気バルブ２１ａの両方を閉じ、かつ燃焼を行わない状態の燃焼室１４内で所定の期間Ｑ保持された未燃混合気を触媒４１に送るように排気バルブ２１ａを開く再生用排気制御部７５ｂとを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される内燃機関と、
前記内燃機関からの排出ガスを浄化する浄化装置と
を備え、
前記内燃機関が、気筒と、前記気筒内の燃焼室に連通する吸気ポートを開閉可能とする吸気バルブと、前記燃焼室に連通する排気ポートを開閉可能とする排気バルブと、前燃焼室に燃料を供給可能とするインジェクタとを有し、
前記浄化装置が、前記排出ガス中の有害物質を酸化可能とする触媒と、前記触媒に対して前記排出ガスの流れの下流側に配置され、かつ前記排出ガス中の粒子状物質を捕集可能とするフィルタとを有し、
前記吸気ポートを通って前記燃焼室内に送られた空気及び前記インジェクタから前記燃焼室内に供給された前記燃料を含む未燃混合気と前記触媒との接触により生じる酸化熱を利用して、前記フィルタに堆積された前記粒子状物質を燃焼除去し、これによって、前記フィルタを再生する内燃機関の排出ガス浄化システムであって、
前記車両が減速状態にあるか否かを判定する減速判定部、又は前記気筒が少なくとも前記排気バルブを閉じた休止状態にあるか否かを判定する気筒休止判定部と、
前記フィルタを再生する必要があるか否かを判定する再生判定部と、
前記車両が減速状態にあると前記減速判定部が判定するか、又は前記気筒が前記休止状態にあると前記気筒休止判定部が判定し、これに加えて、前記フィルタを再生する必要があると前記再生判定部が判定した場合に、前記気筒に対するフィルタ再生制御を実行指示する再生指示部と、
前記再生指示部が前記気筒に対する前記フィルタ再生制御を実行指示したフィルタ再生制御モードにて、前記吸気バルブ及び排気バルブの両方を閉じ、かつ前記燃焼室内の燃焼を行わない状態の前記燃焼室内で所定の期間保持された前記未燃混合気を、前記排気ポートを通って前記触媒に送るように前記排気バルブを開く再生用排気制御部と
を備える内燃機関の排出ガス浄化システム。
【請求項２】
前記フィルタ再生制御モードにて前記排気バルブを開いた後に、前記フィルタの再生を継続する必要があるか否かを判定する再生継続判定部と、
前記フィルタを再生する必要があると前記再生継続判定部が判定した場合に、前記気筒に対する前記フィルタ再生制御を再度実行指示する再生継続指示部と
をさらに備える請求項１に記載の内燃機関の排出ガス浄化システム。
【請求項３】
アクセル開度に応じたドライバ要求トルクを算出するドライバ要求トルク算出部と、
前記アクセル開度と前記内燃機関の回転速度とに応じた判定トルクを算出する判定トルク算出部と、
前記ドライバ要求トルク算出部により算出されるドライバ要求トルクの算出値が、前記判定トルク算出部により算出される前記判定トルクの算出値よりも小さいか否かを判定するトルク判定部と
をさらに備え、
前記再生指示部は、前記車両が減速状態にあると前記減速判定部が判定し、前記ドライバ要求トルクの算出値が前記判定トルクの算出値よりも小さいと前記トルク判定部が判定し、かつ前記フィルタを再生する必要があると前記再生判定部が判定した場合に、前記気筒に対する前記フィルタ再生制御を実行指示するように構成される、請求項１又は２に記載の内燃機関の排出ガス浄化システム。
【請求項４】
前記フィルタ再生制御モードにて、前記気筒内のピストンが前記燃料の噴霧方向にて前記インジェクタと前記気筒のライナ壁との間に介在している期間にて前記燃焼室内に前記燃料を供給するように前記インジェクタを制御する再生用インジェクタ制御部をさらに備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の排出ガス浄化システム。
【請求項５】
前記フィルタ再生制御モードにて、前記吸気ポートを通って前記燃焼室内に送られる空気の流入量を調節するように前記吸気バルブのリフト量を調節可能とする再生用吸気制御部をさらに備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の排出ガス浄化システム。
【請求項６】
前記減速判定部及び前記気筒休止判定部の両方を備え、
前記内燃機関が複数の前記気筒を有し、
前記気筒休止判定部が、前記複数の気筒のうち少なくとも１つの気筒が前記休止状態にあるか否かを判定するように構成され、
前記再生指示部は、前記車両が減速状態にあると前記減速判定部が判定し、かつ前記複数の気筒のうち少なくとも１つの気筒が前記休止状態にあると前記気筒休止判定部が判定した場合には、前記休止状態にある少なくとも１つの気筒に対する前記フィルタ再生制御を実行指示せず、かつ前記複数の気筒のうち前記休止状態にない残りの気筒に対する前記フィルタ再生制御を実行指示するように構成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の排出ガス浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の内燃機関からの排出ガス中の粒子状物質をフィルタによって捕集し、さらに、フィルタを再生すべく、フィルタに堆積された粒子状物質を燃焼除去するように構成された内燃機関の排出ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排出ガス中には、スート（soot）、ＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）、サルフェート（硫黄酸化物）等の粒子状物質（ＰＭ、Particulate Matter）が含まれ、さらに、排出ガス中には、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯＸ）等の有害物質が含まれる。そのため、特に、自動車等の車両においては、排出ガス中の粒子状物質、有害物質等を低減可能とする排出ガス浄化装置が搭載されている。
【０００３】
排出ガス浄化装置は、排出ガス中の粒子状物質を捕集可能とするＧＰＦ（Gasoline Particulate Filter）、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）等のフィルタを有する。さらに、排出ガス浄化装置は、排出ガス中の有害物質を酸化可能とする酸化触媒、三元触媒等の触媒を有する。主に、触媒はフィルタに対して排出ガス流の上流側に配置される。しかしながら、フィルタに捕集された粒子状物質が堆積すると、目詰まりが発生するおそれがある。そのため、目詰まりを解消してフィルタを再生すべく、フィルタに堆積した粒子状物質を燃焼除去する様々なフィルタ再生技術が存在する。
【０００４】
フィルタ再生技術の一例としては、排気行程にて排気バルブを開いた状態で気筒内に追加的に燃料を噴射することによって、触媒を担持したフィルタに未燃燃料を供給し、触媒にて酸化反応を発生させ、フィルタに送られる気体の温度を酸化熱によって上昇させ、これによって、フィルタの粒子状物質を燃焼除去するものが挙げられる。（例えば、特許文献１、特に、その段落［００５９］及び［００６０］を参照。）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３４００７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したフィルタ再生技術の一例のように、排気行程にて追加的に燃料を噴射する場合、燃料が噴射された直後に液滴状態で触媒に到達するおそれがある。この場合、触媒にて十分な酸化反応が得られないおそれがあり、その結果、有害物質がフィルタを通過した後マフラーのテールパイプ部から大気中に放出されるおそれがある。また、液滴状態の燃料が触媒に均一に当たらずに、触媒にて局所的な温度上昇が発生するおそれがあり、その結果、触媒の一部において溶損等の損傷が生じるおそれがある。また、触媒の局所的な温度上昇のために、フィルタを効率的に再生できないおそれがある。
【０００７】
そのため、フィルタを再生可能に構成される内燃機関の排出ガス浄化システムにおいては、有害物質の排出を抑え、フィルタ再生時における触媒の損傷を防止し、フィルタを効率的に再生することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
課題を解決するために、本発明の一態様に係る内燃機関の排出ガス浄化システムは、車両に搭載される内燃機関と、前記内燃機関からの排出ガスを浄化する浄化装置とを備え、前記内燃機関が、気筒と、前記気筒内の燃焼室に連通する吸気ポートを開閉可能とする吸気バルブと、前記燃焼室に連通する排気ポートを開閉可能とする排気バルブと、前燃焼室に燃料を供給可能とするインジェクタとを有し、前記浄化装置が、前記排出ガス中の有害物質を酸化可能とする触媒と、前記触媒に対して前記排出ガスの流れの下流側に配置され、かつ前記排出ガス中の粒子状物質を捕集可能とするフィルタとを有し、前記吸気ポートを通って前記燃焼室内に送られた空気及び前記インジェクタから前記燃焼室内に供給された前記燃料を含む未燃混合気と前記触媒との接触により生じる酸化熱を利用して、前記フィルタに堆積された前記粒子状物質を燃焼除去し、これによって、前記フィルタを再生する内燃機関の排出ガス浄化システムであって、前記車両が減速状態にあるか否かを判定する減速判定部、又は前記気筒が少なくとも前記排気バルブを閉じた休止状態にあるか否かを判定する気筒休止判定部と、前記フィルタを再生する必要があるか否かを判定する再生判定部と、前記車両が減速状態にあると前記減速判定部が判定するか、又は前記気筒が前記休止状態にあると前記気筒休止判定部が判定し、これに加えて、前記フィルタを再生する必要があると前記再生判定部が判定した場合に、前記気筒に対するフィルタ再生制御を実行指示する再生指示部と、前記再生指示部が前記気筒に対する前記フィルタ再生制御を実行指示したフィルタ再生制御モードにて、前記吸気バルブ及び排気バルブの両方を閉じ、かつ前記燃焼室内の燃焼を行わない状態の前記燃焼室内で所定の期間保持された前記未燃混合気を、前記排気ポートを通って前記触媒に送るように前記排気バルブを開く再生用排気制御部とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様に係る内燃機関の排出ガス浄化システムによれば、有害物質の排出を抑えることができ、フィルタ再生時における触媒の損傷を防止することができ、フィルタを効率的に再生することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る排出ガス浄化システムを示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る排出ガス浄化システムにおける直噴エンジンの一部及び制御装置の構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る排出ガス浄化システムの制御の一例を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態に係る排出ガス浄化システムの制御の一例を説明するためのタイミング図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る排出ガス浄化システムの制御の一例を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の第３実施形態に係る排出ガス浄化システムのポート噴射式ガソリンエンジンのシリンダヘッド周辺を部分的に示す模式図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る排出ガス浄化システムの制御の一例を説明するためのタイミング図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る排出ガス浄化システムのディーゼルエンジンのシリンダヘッド周辺を部分的に示す模式図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係る排出ガス浄化システムの制御の一例を説明するためのタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の第１〜第４実施形態に係る排出ガス浄化システム（以下、単に「浄化システム」という）について以下に説明する。これらの実施形態に係る浄化システムは、自動車等の車両を走行駆動すべく車両に搭載される内燃機関、具体的には、４ストローク方式のレシプロエンジンに適用される。特に、第１及び第２実施形態に係る浄化システムは車両の直噴式ガソリンエンジン（以下、「直噴エンジン」という）に適用され、第３実施形態に係る浄化システムは車両のポート噴射式ガソリンエンジン（以下、「ポート噴射エンジン」という）に適用され、第４実施形態に係る浄化システムは車両のディーゼルエンジンに適用される。
【００１２】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る直噴エンジンの浄化システムについて説明する。
【００１３】
［浄化システムの概略について］
図１を参照して本実施形態に係る浄化システムの概略について説明する。浄化システムは、直噴エンジン１と、この直噴エンジン１に送られる空気を通す吸気経路２と、直噴エンジン１から排出される排出ガスを通す排気経路３とを有する。図１において、吸気経路２を通過する空気の流れを矢印Ｆ１により示し、排気経路３を通過する空気の流れを矢印Ｆ２により示す。特に図示はしないが、直噴エンジン１は複数の気筒１１を有する。なお、図１においては、直噴エンジン１における複数の気筒１１のうち１つの断面が模式的に示されている。また、直噴エンジンは１つの気筒を有するように構成することもできる。
【００１４】
浄化システムは、直噴エンジン１からの排出ガスを浄化する浄化装置４を有する。浄化装置４は、炭化水素、一酸化炭素等のような排出ガス中の有害物質を酸化可能とする酸化触媒４１と、スート、ＳＯＦ、サルフェート等のような排出ガス中の粒子状物質を捕集可能とするパティキュレートフィルタ（以下、単に「フィルタ」という）４２とを有する。酸化触媒４１は、フィルタ４２に対して排出ガス流の上流側に配置される。なお、浄化装置は、酸化触媒の代わりに、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物等のような排出ガス中の有害物質を酸化還元可能とする三元触媒を有してもよい。
【００１５】
かかる浄化システムは、少なくとも直噴エンジン１を制御可能とする制御装置５を有する。浄化システムは、制御装置５の制御によって直噴エンジン１にて生成される未燃混合気と酸化触媒４１との接触により生じる酸化熱を利用して、フィルタ４２に堆積された粒子状物質を燃焼除去し、これによって、フィルタ４２を再生するようになっている。
【００１６】
［直噴エンジン、吸気経路、及び排気経路の詳細について］
図１を参照して直噴エンジン１、吸気経路２及び排気経路３の詳細について説明する。直噴エンジン１の各気筒１１の内周には筒形状のライナ壁１１ａが配置されている。直噴エンジン１は、各気筒１１内にてその軸線方向に往復運動可能に構成されるピストン１２と、各気筒１１の頂部側に配置されるシリンダヘッド１３とを有する。このような気筒１１のライナ壁１１ａとピストン１２とシリンダヘッド１３とが燃焼室１４を画定している。ピストン１２は、その頂部を形成するトップランド１２ａを有し、ピストン１２の外周面にはピストンリング１２ｂが配置される。気筒１１のライナ壁１１ａとピストン１２のトップランド１２ａ及びピストンリング１２ｂとはクレビス部１１ｂを画定している。
【００１７】
直噴エンジン１はまた、複数の気筒１１に対してそれらの底部側に配置されるクランクケース１５と、このクランクケース１５内のクランク室１５ａに配置されるクランクシャフト１６とを有する。クランクシャフト１６は、その長手方向に沿ったクランク軸線１６ａを中心に回転可能になっている。各ピストン１２は、コネクティングロッド１７を介してクランクシャフト１６に連結されている。直噴エンジン１は、複数のピストン１２それぞれに対応する複数のコネクティングロッド１７を有する。かかる直噴エンジン１において、各ピストン１２の往復運動がクランクシャフト１６の回転運動に変換される。
【００１８】
吸気経路２の長手方向の一端は、吸気ポート１８を介して直噴エンジン１のシリンダヘッド１３の吸気開口１３ａに接続され、空気は吸気経路２から吸気ポート１８を通って燃焼室１４に送られる。排気経路３の長手方向の一端は、排気ポート１９を介してシリンダヘッド１３の排気開口１３ｂに接続され、排出ガスは燃焼室１４から排気ポート１９を通って排気経路３に送られる。排気経路３の長手方向の他端側にマフラー（図示せず）が配置され、かかるマフラーのテールパイプ部（図示せず）は排気経路３の長手方向の他端に位置する。詳細は後述するが、浄化装置４は、排気経路３の長手方向の中間部に配置される。
【００１９】
直噴エンジン１は、各気筒１１の吸気ポート１８に配置される吸気バルブ２０ａを有する吸気バルブ可変動機構２０と、各気筒１１の排気ポート１９に配置される排気バルブ２１ａを有する排気バルブ可変動機構２１とを含む。
【００２０】
吸気バルブ可変動機構２０は、吸気バルブ２０ａを、空気を通過可能とするように吸気ポート１８を開いた開放状態と、空気の通過を遮断するように吸気ポート１８を閉じた閉鎖状態との間でリフト移動させるように構成されている。吸気バルブ可変動機構２０は、吸気バルブ２０ａのリフト量を調節可能するように回転移動するカム（図示せず）を有する。一例として、吸気バルブ可変動機構２０はソレノイド方式とすることができ、この場合、カムは吸気バルブ２０ａの開閉に用いる油圧を制御することに用いられる。別の一例として、吸気バルブ可変動機構２０は、カムの回転移動により生じる力を吸気バルブ２０ａに伝えることによって、吸気バルブ２０ａを開閉させるように構成されてもよい。
【００２１】
排気バルブ可変動機構２１は、排気バルブ２１ａを、排出ガスを通過可能とするように排気ポート１９を開いた開放状態と、排出ガスの通過を遮断するように排気ポート１９を閉じた閉鎖状態との間でリフト移動させるように構成されている。吸気バルブ可変動機構２０は、排気バルブ２１ａのリフト量を調節するように回転移動するカム（図示せず）を有する。一例として、排気バルブ可変動機構２１もまたソレノイド方式とすることができ、この場合、カムは排気バルブ２１ａの開閉に用いる油圧を制御することに用いられる。別の一例として、排気バルブ可変動機構２１は、カムの回転移動により生じる力を排気バルブ２１ａに伝えることによって、排気バルブ２１ａを開閉させるように構成されてもよい。
【００２２】
直噴エンジン１は、各気筒１１の燃焼室１４内に燃料を直接噴射可能とする直噴式のインジェクタ２２を有する。インジェクタ２２はシリンダヘッド１３に取り付けられる。特に、インジェクタ２２は、吸気ポート１８に対して気筒１１の外周側に配置されるとよい。直噴エンジン１はまた、各気筒１１の燃焼室１４内で火花放電を可能とする点火プラグ２３を有する。点火プラグ２３はシリンダヘッド１３に取り付けられる。特に、点火プラグ２３は、吸気及び排気ポート１８，１９間に位置するとよい。さらに、吸気経路２の長手方向の中間にはスロットルバルブ２４が配置されている。スロットルバルブ２４は、吸気経路２から吸気ポート１８を通って燃焼室１４に送られる空気の流量を調節可能とする。
【００２３】
４ストローク方式である直噴エンジン１の１回の燃焼サイクルにおいては、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程がかかる順番にて行われる。１回の燃焼サイクルにおいて、クランクシャフト１６は２回転する。そのため、１回の燃焼サイクルにおいて、クランク角は原則的には７２０°変化し、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、及び排気行程のそれぞれにおいて、クランク角は原則的には１８０°変化する。
【００２４】
［浄化装置の詳細について］
図１を参照して浄化装置４の詳細について説明する。浄化装置４は、上述した酸化触媒４１及びフィルタ４２を収容する浄化ケース４３を有する。かかる浄化ケース４３が排気経路３の中間部に配置される。また、酸化触媒４１は、排出ガス流の上流側及び下流側それぞれで開口する上流側及び下流側開口部４１ａ，４１ｂを有する。酸化触媒４１とフィルタ４２とは排出ガス流の方向にて互いに間隔を空けて配置されるとよい。
【００２５】
浄化装置４において、未燃混合気が、酸化触媒４１の上流側開口部４１ａに吹き付けられ、未燃混合気と酸化触媒４１との接触によって酸化反応が生ずる。この酸化反応の熱によって酸化触媒４１を通過するガスの温度が上昇し、さらに、温度上昇したガスが酸化触媒４１の下流側開口部４２ｂからフィルタ４２に送られる。かかるガスがフィルタ４２に到達したとき、ガスの温度は、フィルタ４２に堆積された粒子状物質、特に、スートを燃焼可能とする温度になっていると好ましい。例えば、フィルタ４２に到達したガスの温度の下限は約６００℃〜約６５０℃であると好ましい。温度上昇したガスによって粒子状物質、特に、スートが燃焼除去され、これによって、フィルタ４２が再生されることとなる。
【００２６】
［制御装置の詳細について］
図１及び図２を参照して制御装置５の詳細について説明する。制御装置５は、直噴エンジン１を制御可能な制御ユニットであるＥＣＵ（Engine Control Unit）５１を有する。特に、図示はしないが、ＥＣＵ５１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、入力インターフェース、出力インターフェース等の電子部品、かかる電子部品等を配置した電気回路等を含むとよい。
【００２７】
制御装置５は、ドライバのアクセルペダル６の踏込量（以下、「アクセル開度」という）を検出可能なアクセル開度センサ５２と、クランクシャフト１６のクランク角を検出可能なクランク角センサ５３とを有する。クランク角センサ５３は、クランクシャフト１６のクランク回転速度、すなわち、直噴エンジン１のエンジン回転速度もまた検出できる。
【００２８】
制御装置５は、車速を検出可能な車速センサ５４と、直噴エンジン１の冷却水の温度を検出可能な水温センサ５５とを有する。水温センサ５５は、例えば、シリンダヘッド１３に設けられるウォータージャケット（図示せず）に取り付けられるとよい。制御装置５はまた、吸気バルブ可変動機構２０のカム角（以下、「吸気側カム角」という）を検出可能な吸気側カム角センサ５６と、排気バルブ可変動機構２１のカム角（以下、「排気側カム角」という）を検出可能な排気側カム角センサ５７とを有する。
【００２９】
制御装置５は、排出ガスの温度を検出可能な排気温度センサ５８を有する。排気温度センサ５８は、浄化ケース４３内の酸化触媒４１及びフィルタ４２間の領域に配置される。なお、排気温度センサ５８はフィルタ４２に取り付けられてもよい。制御装置５はまた、フィルタ４２を通過する前後の排出ガスの圧力差を検出可能な差圧センサ５９を有する。
【００３０】
［ＥＣＵの詳細について］
図１及び図２を参照してＥＣＵ５１の詳細について説明する。ＥＣＵ５１は、吸気バルブ可変動機構２０と、排気バルブ可変動機構２１と、インジェクタ２２と、点火プラグ２３と、スロットルバルブ２４とに電気的に接続されている。ＥＣＵ５１は、アクセル開度センサ５２と、クランク角センサ５３と、車速センサ５４と、水温センサ５５と、吸気側カム角センサ５６と、排気側カム角センサ５７と、排気温度センサ５８と、差圧センサ５９とに電気的に接続されている。さらに、ＥＣＵ５１は、後述する各種マップ、各種計算式等を格納する格納部５１ａと、後述する各種検出値、各種算出値、各種推定値、各種閾値等を記憶可能とする記憶部５１ｂとを有する。格納部５１ａはＲＯＭ等であるとよく、記憶部５１ｂはＲＡＭ等であるとよい。
【００３１】
さらに、ＥＣＵ５１は、直噴エンジン１に対するトルクベース制御を実行するトルクベース制御部７１と、少なくとも１つの気筒１１に対する気筒休止制御を実行する気筒休止制御部７２と、少なくとも１つの気筒１１に対する燃料カット制御を実行する燃料カット制御部７３と、フィルタ４２を再生する必要があるか否かを判定する第１判定部７４と、少なくとも１つの気筒１１に対するフィルタ再生制御を実行する再生制御部７５と、フィルタ再生制御を継続する必要があるか否かを判定する第２判定部７６とを有する。
【００３２】
［トルクベース制御部、気筒休止制御部、及び燃料カット制御部の詳細について］
図２を参照してトルクベース制御部７１、気筒休止制御部７２、及び燃料カット制御部７３の詳細について説明する。トルクベース制御部７１により実行されるトルクベース制御においては、直噴エンジン１が車両の運転状態に応じた目標トルクを出力するように制御される。特に、トルクベース制御においては、トルクベース制御部７１が、吸気バルブ可変動機構２０、排気バルブ可変動機構２１、インジェクタ２２、点火プラグ２３、スロットルバルブ２４等を制御する。原則的に、トルクベース制御においては、各気筒１１にて通常の燃焼行程、排気行程、吸気行程、及び圧縮行程が行われる。
【００３３】
気筒休止制御部７２により実行される気筒休止制御においては、複数の気筒１１のうち少なくとも１つの気筒１１が休止状態となるように制御される。休止状態の気筒１１では、吸気バルブ２０ａが閉じ、排気バルブ２１ａが閉じ、インジェクタ２２からの燃料供給が停止され、かつ点火プラグ２３の点火が停止される。なお、休止状態の気筒においては、少なくとも排気バルブ２１ａが閉じていればよい。また、気筒休止制御はトルクベース制御と同時に実行可能である。特に、気筒休止制御は、低負荷運転時、アイドリング時等に実行されるとよい。
【００３４】
燃料カット制御部７３による燃料カット制御においては、複数の気筒１１のうち少なくとも１つの気筒１１にてインジェクタ２２からの燃料噴射が停止される。
【００３５】
［第１判定部の詳細について］
図２を参照して第１判定部７４の詳細について説明する。第１判定部７４は、ドライバ要求トルクを算出するドライバ要求トルク算出部７４ａを有する。具体的には、ドライバ要求トルク算出部７４ａは、アクセル開度センサ５２から得られるアクセル開度の検出値Ｐに応じたドライバ要求トルクを算出する。特に、ドライバ要求トルク算出部７４ａは、予め設定されたドライバ要求トルクマップ又は計算式に基づいて、アクセル開度の検出値Ｐに応じたドライバ要求トルクを算出するとよい。
【００３６】
第１判定部７４は、ドライバ要求トルク算出部７４ａから得られるドライバ要求トルクの算出値Ｄに基づいて、車両が減速状態にあるか否かを判定する減速判定部７４ｂを有する。一例として、減速判定部７４ｂは、ドライバ要求トルクの算出値Ｄが０Ｎ・ｍである場合に、車両が減速状態にあると判定するとよい。別の一例として、減速判定部７４ｂは、ドライバ要求トルクの算出値Ｄの単位時間当たりの変化量ΔＤが予め設定された変化量の閾値ΔＤ０以上であった場合に、車両が減速状態にあると判定するとよい。さらに、減速判定部７４ｂは、ドライバ要求トルクの算出値Ｄと、クランク角センサ５３から得られるエンジン回転速度の検出値ω、車速センサ５４から得られる車速の検出値Ｖ、及び水温センサ５５から得られる水温の検出値Ｌのうち少なくとも１つとに基づいて、車両が減速状態にあるか否かを判定してもよい。
【００３７】
第１判定部７４は、判定トルクを算出する判定トルク算出部７４ｃを有する。本実施形態において、判定トルクは、車両がドライバ要求トルクに応じた直噴エンジン１からのトルク出力を得る必要があるか否かを判定するためのトルクとして定義する。判定トルク算出部７４ｃは、予め設定された判定トルクマップ又は計算式に基づいて、アクセル開度の検出値Ｐと、エンジン回転速度の検出値ωとに応じた判定トルクを算出するとよい。
【００３８】
第１判定部７４は、車両が減速状態にあると減速判定部７４ｂが判定した場合に、ドライバ要求トルクの算出値Ｄが判定トルク算出部７４ｃにより得られる判定トルクの算出値Ｊよりも小さいか否かを判定するトルク判定部７４ｄを有する。さらに、第１判定部７４は、複数の気筒１１のうち少なくとも１つの気筒１１が休止状態にあるか否かを判定する気筒休止判定部７４ｅを有する。気筒休止判定部７４ｅは、クランク角センサ５３から得られるエンジン回転速度の検出値ωと、吸気側カム角センサ５６から得られる吸気側カム角の検出値Ｍ、及び排気側カム角センサ５７から得られる排気側カム角の検出値Ｎの少なくとも一方とに基づいて、複数の気筒１１のいずれが休止状態にあるかを判定する。
【００３９】
例えば、気筒休止判定部７４ｅは、エンジン回転速度の検出値ωの変化量Δωが予め設定されたエンジン回転速度の変化量の閾値Δω０以上であった場合に、少なくとも１つの気筒１１が休止状態にあると判定するとよい。さらに、気筒休止判定部７４ｅは、このような変化量Δωに基づく判定に加えて、吸気側カム角センサ５６から得られる吸気側カム角の検出値Ｍに基づいて吸気バルブ２０ａの閉鎖位置を判定すること、及び排気側カム角センサ５７から得られる排気側カム角の検出値Ｎに基づいて排気バルブ２１ａの閉鎖位置を判定することの少なくとも一方によって、複数の気筒１１のいずれが休止状態にあるかを判定するとよい。
【００４０】
第１判定部７４は、フィルタ４２におけるスートの堆積量を推定するスート堆積量推定部７４ｆを有する。スート堆積量推定部７４ｆは、予め作成されたスート堆積量マップ又は計算式に基づいて、車両の運転条件、特に、直噴エンジン１の運転条件とこの運転条件の継続時間とに応じたスート堆積量を推定するとよい。例えば、スート堆積量マップ又は計算式は、車両の運転条件、特に、直噴エンジン１の各種運転条件、直噴エンジン１の冷却水の温度、車両外部の大気圧等の環境要因等に応じて予め実験等により求めた単位時間当たりのスート堆積量等を用いて作成されるとよい。なお、スート堆積量推定部７４ｆは、予め作成されたスート堆積用マップ又は計算式に基づいて、差圧センサ５９から得られた排出ガス圧力差の検出値Ｇに応じたスート堆積量を推定してもよい。
【００４１】
第１判定部７４は、フィルタ４２を再生する必要があるか否かを判定する再生判定部７４ｇを有する。具体的には、再生判定部７４ｇは、スート堆積量推定部７４ｆにより得られたスート堆積量の推定値Ｃが所定のスート堆積量の閾値Ｃ０以上であるかを判定するとよい。スート堆積量の閾値Ｃ０は、実験等により得られたスート堆積量の実測値、フィルタ４２を通って車両外部に放出することを許容される粒子状物質の基準量、車両の運転条件、直噴エンジン１の運転条件等に基づいて予め定められるとよい。
【００４２】
なお、再生判定部７４ｇは、車両が減速状態にあると減速判定部７４ｂが判定した場合に、フィルタ４２を再生する必要があるか否かを判定してもよい。また、再生判定部７４ｇは、車両が減速状態にあると減速判定部７４ｂが判定し、かつドライバ要求トルクの算出値Ｄが判定トルクの算出値Ｊよりも小さいとトルク判定部７４ｄが判定した場合に、フィルタ４２を再生する必要があるか否かを判定してもよい。
【００４３】
第１判定部７４は、車両が減速状態にあると減速判定部７４ｂが判定し、かつフィルタ４２を再生する必要があると再生判定部７４ｇが判定した場合に、少なくとも１つの気筒１１に対するフィルタ再生制御を実行指示する再生指示部７４ｈを有する。このような再生指示部７４ｈがフィルタ再生制御を実行指示した場合に、直噴エンジン１がトルクベース制御モードからフィルタ再生制御モードに移行し、さらに、再生制御部７５が、後述のような少なくとも１つの気筒１１に対するフィルタ再生制御を実行する。特に、再生指示部７４ｈは、車両が減速状態にあると減速判定部７４ｂが判定し、ドライバ要求トルクの算出値Ｄが判定トルクの算出値Ｊよりも小さいとトルク判定部７４ｄが判定し、かつフィルタ４２を再生する必要があると再生判定部７４ｇが判定した場合に、少なくとも１つの気筒１１に対するフィルタ再生制御を実行指示すると好ましい。
【００４４】
再生指示部７４ｈはまた、フィルタ４２を再生する必要があると再生判定部７４ｇが判定したタイミングから所定の猶予期間経過後に、少なくとも１つの気筒１１に対するフィルタ再生制御を実行指示するとよい。かかる猶予期間は、直噴エンジン１及び浄化装置４の状態に応じて定められるとよい。特に、猶予期間は、直噴エンジン１及び浄化装置４の状態に応じて変更可能であるとよい。例えば、猶予期間は、排気温度センサ５８から得られる排出ガス温度の検出値Ｅがフィルタ４２を再生するための適切な温度となるまでの時間とすることができる。例えば、フィルタ４２を再生するための適切な温度は、未燃混合気を酸化できる下限温度以上であると好ましい。フィルタ４２を再生するための適切な温度はまた、未燃混合気による酸化に関連して、酸化触媒４１及びその下流に位置するフィルタ４２の耐熱温度未満であると好ましい。あくまでも一例であるが、未燃混合気を酸化できる下限温度は３００℃であるものとして定義されると好ましく、かつ酸化触媒４１及びフィルタ４２の耐熱温度は８５０℃であるものとして定義されると好ましい。また、猶予期間は、直噴エンジン１における１サイクル以上とすることができ、特に、猶予期間は、複数サイクル以上であると好ましい。
【００４５】
かかる再生指示部７４ｈにおけるフィルタ再生制御の実行指示について、少なくとも１つの気筒１１が休止状態にあると気筒休止判定部７４ｅが判定した場合には、再生指示部７４ｈは、休止状態にあった少なくとも１つの気筒１１に対するフィルタ再生制御を実行指示せず、かつ複数の気筒１１のうち非休止状態にあった残りの気筒１１に対するフィルタ再生制御を実行指示する。その一方で、少なくとも１つの気筒１１が休止状態にないと気筒休止判定部７４ｅが判定した場合、すなわち、全ての気筒１１が非休止状態にあると気筒休止判定部７４ｅが判定した場合、再生指示部７４ｈは、非休止状態にあった全ての気筒１１に対するフィルタ再生制御を実行指示する。しかしながら、再生指示部７４ｈにおけるフィルタ再生制御の実行指示については、気筒休止判定部７４ｅの判定が行われず、全ての気筒１１に対するフィルタ再生制御の実行指示が成されてもよい。
【００４６】
第１判定部７４は、フィルタ再生制御を継続する必要がないと再生判定部７４ｇが判定した場合に、少なくとも１つの気筒１１に対する燃料カット制御を実行指示する第１燃料カット指示部７４ｉをさらに有する。かかる第１燃料カット指示部７４ｉが燃料カット制御を実行指示した場合に、直噴エンジン１がトルクベース制御モードから燃料カット制御モードに移行し、さらに、燃料カット制御部７３が、少なくとも１つの気筒１１に対する燃料カット制御を実行する。なお、第１燃料カット指示部７４ｉは、フィルタ再生制御を継続する必要がないと再生判定部７４ｇが判定した場合に、全ての気筒１１に対する燃料カット制御を実行指示してもよい。
【００４７】
［再生制御部について］
図２を参照して再生制御部７５について説明する。再生制御部７５は、フィルタ再生制御モードにて吸気バルブ可変動機構２０を制御可能とする再生用吸気制御部７５ａと、フィルタ再生制御モードにて排気バルブ可変動機構２１を制御可能とする再生用排気制御部７５ｂと、フィルタ再生制御モードにてインジェクタ２２を制御可能とする再生用インジェクタ制御部７５ｃと、フィルタ再生制御モードにて点火プラグ２３を点火させないように制御する再生用点火制御部７５ｄとを有する。
【００４８】
再生用吸気制御部７５ａは、フィルタ再生制御モードの開始後、吸気バルブ２０ａを開くか又は吸気バルブ２０ａを開いた状態を維持するように吸気バルブ可変動機構２０を制御する。吸気バルブ２０ａが開いた状態で、未燃混合気を生成するための空気が、吸気経路２から吸気ポート１８を通って燃焼室１４内に送られる。再生用吸気制御部７５ａは、吸気バルブ２０ａが開いている間に、吸気バルブ２０ａのリフト量を調節するように吸気バルブ可変動機構２０を制御することができる。吸気バルブ２０ａのリフト量の調節によって、燃焼室１４内に送られる空気の流入量を調節することができる。再生用吸気制御部７５ａは、フィルタ４２を再生することに適した未燃混合気を生成するための適切な量の空気が燃焼室１４内に供給されたときに吸気バルブ２０ａを閉じるように吸気バルブ可変動機構２０を制御する。なお、再生用吸気制御部７５ａは、吸気側カム角センサ５６から得られる吸気側カム角の検出値Ｍに基づく吸気バルブ２０ａの位置を基準として、吸気バルブ可変動機構２０を制御するとよい。
【００４９】
再生用排気制御部７５ｂは、フィルタ再生制御モードの開始後、排気バルブ２１ａを閉じるか又は排気バルブ２１ａを閉じた状態を維持するように排気バルブ可変動機構２１を制御する。排気バルブ２１ａが閉じた状態では、未燃混合気を生成するために用いられる燃料及び空気を燃焼室１４内に充填することができる。再生用排気制御部７５ｂはまた、フィルタ４２を再生することに適した均質な未燃混合気が燃焼室１４内にて生成された状態で、排気バルブ２１ａを開くように排気バルブ可変動機構２１を制御する。このように排気バルブ２１ａを開くことによって、未燃混合気が、燃焼室１４から排気ポート１９を通って触媒４１に送られることとなる。再生用排気制御部７５ｂは、排気側カム角センサ５７から得られる排気側カム角の検出値Ｎに基づく排気バルブ２１ａの位置を基準として、排気バルブ可変動機構２１を制御するとよい。
【００５０】
再生用インジェクタ制御部７５ｃは、フィルタ再生制御モードの開始後、燃焼室１４内への燃料の供給を開始するか又は燃焼室１４内への燃料の供給を継続するようにインジェクタ２２を制御することができる。再生用インジェクタ制御部７５ｃは、フィルタ４２を再生することに適した未燃混合気を生成するための適切な量の燃料が燃焼室１４内に供給されたときに燃焼室１４内への燃料の供給を停止するようにインジェクタ２２を制御する。再生用インジェクタ制御部７５ｃは、燃料噴射の開始から停止までの間に燃料を連続的又は間欠的に噴射するようにインジェクタ２２を制御する。特に、フィルタ再生制御モードにて、再生用インジェクタ制御部７５ｃは、気筒１１内のピストン１２が燃料の噴霧方向にてインジェクタ２２と気筒１１のライナ壁１１ａとの間に介在している期間で燃焼室１４内に燃料を供給するようにインジェクタ２２を制御すると好ましい。
【００５１】
再生制御部７５においては、未燃混合気を、吸気バルブ２０ａ及び排気バルブ２１ａの両方を閉じ、かつ燃焼室１４内の燃焼を行わない状態の燃焼室１４内で所定の保持期間Ｑ保持し、その後、排気バルブ２１ａを開くことによって、均質な未燃混合気を燃焼室１４から排気ポート１９を通って酸化触媒４１に送ることができる。保持期間Ｑは、フィルタ４２を再生することに適した未燃混合気を生成可能とするように定められる。
【００５２】
さらに、保持期間Ｑは、クランク角の変化量Ｋ（°）に基づいて定めることができる。すなわち、保持期間Ｑは、クランク角の変化量Ｋ（°）が変化する時間とすることができる。保持期間Ｑを定めるクランク角の変化量Ｋは３６０°以上であるとよく、さらに、クランク角の変化量Ｋは７２０°以上であると好ましい。特に、保持期間Ｑを一定にする場合には、保持期間Ｑを定めるクランク角の変化量Ｋを、エンジン回転速度の検出値ωに応じて変更するとよい。例えば、エンジン回転速度の検出値ωが１０００ｒｐｍである場合、クランク角の変化量Ｋを７２０°に変更し、かつエンジン回転速度の検出値ωが３０００ｒｐｍである場合、クランク角の変化量Ｋを２１６０°に変更するとよい。
【００５３】
［第２判定部について］
図２を参照して第２判定部７６の詳細について説明する。第２判定部７６は、フィルタ再生制御モードにて、フィルタ４２におけるスートの燃焼量を推定するスート燃焼量推定部７６ａを有する。スート燃焼量推定部７６ａは、フィルタ４２に堆積したスートが燃焼するために要する時間、排気温度センサ５８から得られる排出ガス温度の検出値Ｅ等に基づいてスートの燃焼量を推定するとよい。第２判定部７６はまた、スート堆積量推定部７４ｆにより得られたスート堆積量の推定値Ｃとスート燃焼量推定部７６ａにより得られたスートの燃焼量の推定値Ｂとの比率であるスート燃焼比率を算出するスート燃焼比率算出部７６ｂを有する。
【００５４】
第２判定部７６は、フィルタ再生制御モードにて排気バルブ２１ａを開いた後に、フィルタ４２を再生する必要があるか否かを判定する再生継続判定部７６ｃを有する。具体的には、再生継続判定部７６ｃは、スート燃焼比率算出部７６ｂにより得られたスートの燃焼比率の算出値Ｒ（＝Ｂ／Ｃ）が所定のスート燃焼比率の閾値Ｒ０よりも小さいか否かを判定する。例えば、スート燃焼比率の閾値Ｒ０は９０％とすることができる。
【００５５】
第２判定部７６はまた、フィルタ４２の再生を継続する必要があると再生継続判定部７６ｃが判定した場合に、少なくとも１つの気筒１１に対するフィルタ再生制御を再び実行指示する再生継続指示部７６ｄを有する。このような再生継続判定部７６ｃがフィルタ再生制御を実行指示した場合、直噴エンジン１がフィルタ再生制御モードに維持され、さらに、再生制御部７５が、フィルタ再生制御を実行していた少なくとも１つの気筒１１に対するフィルタ再生制御を再び実行する。
【００５６】
再生継続指示部７６ｄは、フィルタ４２の再生を継続する必要があると再生継続判定部７６ｃが判定したタイミングから所定の継続猶予期間経過後に、少なくとも１つの気筒１１に対するフィルタ再生制御を再び実行指示するとよい。継続猶予期間は、直噴エンジン１及び浄化装置４の状態に応じて定められる。特に、継続猶予期間は、直噴エンジン１及び浄化装置４の状態に応じて変更可能であるとよい。例えば、継続猶予期間は、排気温度センサ５８から得られる排出ガス温度の検出値Ｅがフィルタ４２を再生するための適切な温度となるまでの時間とすることができる。例えば、フィルタ４２を再生するための適切な温度は約６００℃〜約６５０℃とすることができる。また、継続猶予期間は、直噴エンジン１における１サイクル以上とすることができ、特に、継続猶予期間は、複数サイクル以上であると好ましい。
【００５７】
かかる再生継続指示部７６ｄにおけるフィルタ再生制御の実行指示については、少なくとも１つの気筒１１が休止状態にあると気筒休止判定部７４ｅが判定した場合には、再生継続指示部７６ｄは、休止状態にあった少なくとも１つの気筒１１に対するフィルタ再生制御を実行指示せず、かつ複数の気筒１１のうち非休止状態にあった残りの気筒１１に対するフィルタ再生制御を実行指示する。その一方で、少なくとも１つの気筒１１が休止状態にないと気筒休止判定部７４ｅが判定した場合、すなわち、全ての気筒１１が非休止状態にあると気筒休止判定部７４ｅが判定した場合、再生継続指示部７６ｄは、非休止状態にあった全ての気筒１１に対するフィルタ再生制御を実行指示する。
【００５８】
第２判定部７６は、フィルタ再生制御を継続する必要がないと再生継続判定部７６ｃが判定した場合に、フィルタ再生制御を実行していた少なくとも１つの気筒１１に対する燃料カット制御を実行指示する第２燃料カット指示部７６ｅをさらに有する。かかる第２燃料カット指示部７６ｅが燃料カット制御を実行指示した場合に、直噴エンジン１がフィルタ再生制御モードから燃料カット制御モードに移行し、さらに、燃料カット制御部７３が、少なくとも１つの気筒１１に対する燃料カット制御を実行する。なお、第２燃料カット指示部７６ｅは、フィルタ再生制御を継続する必要がないと再生継続判定部７６ｃが判定した場合に、全ての気筒１１に対する燃料カット制御を実行指示してもよい。
【００５９】
［浄化システムの制御の一例について］
図３を参照して本実施形態に係る浄化システムの制御の一例について説明する。最初に、直噴エンジン１はトルクベース制御モードにある（ステップＳ１）。次に、車両が減速状態にあるか否かを判定する（ステップＳ２）。車両が減速状態にない場合（ＮＯ）、トルクベース制御モードを維持する（ステップＳ１）。車両が減速状態にある場合（ＹＥＳ）、ドライバ要求トルクの算出値Ｄが判定トルクの算出値Ｊよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ３）。ドライバ要求トルクの算出値Ｄが判定トルクの算出値Ｊ以上である場合（ＮＯ）、トルクベース制御モードを維持する（ステップＳ１）。ドライバ要求トルクの算出値Ｄが判定トルクの算出値Ｊよりも小さい場合（ＹＥＳ）、フィルタ４２を再生する必要があるか否かを判定する（ステップＳ４）。フィルタ４２を再生する必要がない場合（ＮＯ）、トルクベース制御モードから燃料カット制御モードに移行する（ステップＳ５）。フィルタ４２を再生する必要がある場合（ＹＥＳ）、複数の気筒１１のうち少なくとも１つの気筒１１が休止状態にあるか否かを判定する（ステップＳ６）。
【００６０】
複数の気筒１１のうち少なくとも１つの気筒１１が休止状態にない場合、すなわち、全ての気筒１１が非休止状態にある場合（ＮＯ）、非休止状態にあった全ての気筒１１に対するフィルタ再生制御を実行指示し、トルクベース制御モードからフィルタ再生制御モードに移行する（ステップＳ７）。全ての気筒１１において、所定の保持期間Ｑ、吸気バルブ２０ａ及び排気バルブ２１ａの両方を閉じ、かつ燃焼を行わない状態の燃焼室１４内で未燃混合気を保持する（ステップＳ８）。未燃混合気を、排気ポート１９を通って酸化触媒４１に送るように排気バルブ２１ａを開く（ステップＳ９）。未燃混合気を用いて酸化触媒４１の温度を上昇させることによって、フィルタ４２に堆積された粒子状物質を燃焼除去する（ステップＳ１０）。フィルタ４２の再生を継続する必要があるか否かを判定する（ステップＳ１１）。フィルタ４２の再生を継続する必要がある場合（ＹＥＳ）、非休止状態にあった全ての気筒１１に対するフィルタ再生制御を再び実行指示し、フィルタ再生制御モードを継続する（ステップＳ７）。フィルタ４２の再生を継続する必要がない場合（ＮＯ）、フィルタ再生制御モードから燃料カット制御モードに移行する（ステップＳ５）。
【００６１】
その一方で、複数の気筒１１のうち少なくとも１つの気筒１１が休止状態にある場合（ＹＥＳ）、休止状態にあった少なくとも１つの気筒に対するフィルタ再生制御を実行せず、複数の気筒１１のうち非休止状態にあった残りの気筒１１に対するフィルタ再生制御を実行指示して、トルクベース制御モードからフィルタ再生制御モードに移行する（ステップＳ１２）。非休止状態にあった気筒１１において、所定の保持期間Ｑ、吸気バルブ２０ａ及び排気バルブ２１ａの両方を閉じ、かつ燃焼を行わない状態の燃焼室１４内で未燃混合気を保持する（ステップＳ１３）。未燃混合気を、排気ポート１９を通って酸化触媒４１に送るように排気バルブ２１ａを開く（ステップＳ１４）。未燃混合気を用いて酸化触媒４１の温度を上昇させることによって、フィルタ４２に堆積された粒子状物質を燃焼除去する（ステップＳ１５）。フィルタ４２の再生を継続する必要があるか否かを判定する（ステップＳ１６）。フィルタ４２の再生を継続する必要がある場合（ＹＥＳ）、非休止状態にあった気筒１１のみに対するフィルタ再生制御を再び実行指示し、フィルタ再生制御モードを継続する（ステップＳ１２）。フィルタ４２の再生を継続する必要がない場合（ＮＯ）、トルクベース制御モードから燃料カット制御モードに移行する（ステップＳ５）。
【００６２】
ここで、図４を参照して、トルクベース制御モード及びフィルタ再生制御モードにおける吸気バルブ２０ａ、排気バルブ２１ａ、インジェクタ２２及び点火プラグ２３の動作の一例を説明する。トルクベース制御モードの１サイクル中において、吸気バルブ２０ａは、吸気行程で開き、かつ圧縮行程から排気行程までの間にて閉じられる。排気バルブ２１ａは、吸気行程から燃焼行程までの間にて閉じられ、かつ排気行程で開く。インジェクタ２２は、吸気行程から圧縮行程までの間にて燃焼室１４内に燃料を供給する。点火プラグ２３は、燃焼行程にて点火を行う。
【００６３】
次に、フィルタ再生制御モードにおいて、吸気バルブ２０ａは、１回目の吸気行程で開き、かつそれに続く１回目の圧縮行程から２回目の排気行程までの間で閉じられる。排気バルブ２１ａは、１回目の吸気行程から２回目の燃焼行程までの間で閉じられ、かつ２回目の排気行程で開く。インジェクタ２２は、１回目の吸気行程から１回目の燃焼行程までの間で燃焼室１４内に燃料を供給する。点火プラグ２３は、フィルタ再生制御モードでは点火を行わない。この場合、保持期間Ｑは、７２０°のクランク角の変化量Ｋに基づいて定められる。すなわち、保持期間Ｑは、クランク角が７２０°変化する時間となっている。
【００６４】
以上、本実施形態に係る浄化システムにおいては、直噴エンジン１が気筒１１内での燃焼を定常的に行う必要がない車両の減速状態にて、フィルタ再生制御が実行されるので、直噴エンジン１からのトルク出力を得るために気筒１１内での燃焼を行う必要がある状況を避けながら、フィルタ４２に堆積されたスート等の粒子状物質を効率的に除去することができる。よって、フィルタ４２を効率的に再生することができる。また、フィルタ再生制御モードにおいては、未燃混合気が、吸気バルブ２０ａ及び排気バルブ２１ａの両方を閉じ、かつ燃焼を行わない状態の気筒１１の燃焼室１４内で所定の保持期間Ｑ保持されるので、気筒１１のライナ壁１１ａ、気筒１１内のピストン１２の頂部等に付着した未燃燃料を燃焼室１４内で十分に気化及び霧化できて、その結果、かかる未燃混合気を燃料室１４内にて均質にすることができる。そして、均質な未燃混合気を、排出ガスの流れの上流側で開口する酸化触媒４１の上流側開口部４１ａ全体に吹き付けることができるので、酸化触媒４１全体にて酸化反応を生じさせることができ、その結果、酸化触媒４１全体を均一に温度上昇させることができる。よって、酸化触媒４１の局所的な温度上昇を防ぐことができ、これによって、酸化触媒４１の一部において溶損等の損傷が生じることを防止できる。さらには、酸化触媒４１全体にて炭化水素、一酸化炭素等の有害物質に対する酸化反応を生じさせることができるので、有害物質の排出を抑えることができる。
【００６５】
本実施形態に係る浄化システムにおいては、フィルタ４２を再生する必要がある場合には、気筒１１におけるフィルタ再生制御を再度実行するので、フィルタ４２に堆積された粒子状物質が適切に除去されるまで、フィルタ４２の再生を継続することができる。よって、フィルタ４２を効率的に再生することができる。
【００６６】
ここで、特に、車両が登坂する場合、車両が減速する一方で、直噴エンジン１からのトルク出力を得る必要があり、このような状況下では、ドライバのアクセルペダル６の踏み込み量が急激に増加する。その一方で、アクセル開度とエンジン回転速度とに応じた判定トルクが、このようなドライバ要求トルクの急激な変化に対応して十分に変化せずに、ドライバ要求トルクが判定トルクよりも小さくなる状態が少なくとも瞬間的に生じ得る。このような状態で、直噴エンジン１がフィルタ再生制御モードとなり、かつ気筒１１内の燃焼が行われないと、直噴エンジン１からのトルク出力が十分に得られずに、車両が登坂できないおそれがある。これに対して、本実施形態に係る浄化システムにおいては、車両が減速状態にあると減速判定部７４ｂが判定し、ドライバ要求トルクの算出値Ｄが判定トルクの算出値Ｊよりも小さいとトルク判定部７４ｄが判定し、かつフィルタ４２を再生する必要があると再生判定部７２ｇが判定した場合に、再生指示部７４ｈが、気筒１１におけるフィルタ再生制御を実行指示するので、車両が登坂する場合等のように、車両の減速状態で直噴エンジン１からのトルク出力を必要とする場合には、フィルタ再生制御が実行されず、直噴エンジン１からのトルク出力を十分に得ることができる。よって、車両の運転状態に応じてフィルタ４２を効率的に再生することができる。
【００６７】
本実施形態に係る浄化システムにおいては、フィルタ再生制御モードで、再生用インジェクタ制御部７５ｃが、気筒１１内のピストン１２が燃料の噴霧方向にてインジェクタ２２と気筒１１のライナ壁１１ａとの間に介在している期間に燃焼室１４内に燃料を供給するようにインジェクタ２２を制御するので、インジェクタ２２から噴霧される燃料を気筒１１内のライナ壁１１ａに直接当たり難くできる。その結果、燃料が液滴状態でライナ壁１１ａに付着することを防止できる。また、ライナ壁１１ａに付着した燃料がピストンリング１２ｂによって掻き集められることを防止でき、さらには、気筒１１とピストン１２のトップランド１２ａとの間に位置するクレビス部１１ｂに燃料が溜まることを防止できる。よって、インジェクタ２２から噴霧される燃料の気化及び霧化が促され、かつ燃料と空気とが混ざり易くなって、均質な未燃混合気を生成することができる。さらには、ピストンリング１２ｂのリング合口隙間等から燃料がクランク室１５ａに流入することを防止でき、かつ直噴エンジン１におけるオイル性能の悪化を防止できる。
【００６８】
本実施形態に係る浄化システムにおいては、吸気バルブ２０ａのリフト量を調節することによって、燃焼室１４内への空気の流入量を適切に調節することができるので、均質な未燃混合気を燃焼室１４内にて生成することができる。その結果、かかる均質な未燃混合気を用いてフィルタ４２を効率的に再生することができる。
【００６９】
ここで、休止状態の気筒１１ではライナ壁１１ａ、ピストン１２等の温度が低下している一方で、非休止状態の気筒１１ではライナ壁１１ａ、ピストン１２等の温度が十分に確保されているので、休止状態の気筒１１と比較して、非休止状態の気筒１１は燃料を気化させ易くなっている。そこで、本実施形態に係る浄化システムにおいては、休止状態の気筒１１ではフィルタ再生制御を実行せず、非休止状態の気筒１１に対するフィルタ再生制御を実行して、適切な環境の気筒１１に対するフィルタ再生制御を実行する。そのため、より適切な環境の気筒１１の燃焼室１４内で均質な未燃混合気が効率的に生成され、かかる均質な未燃混合気を用いてフィルタ４２を効率的に再生することができる。
【００７０】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態に係る直噴エンジンの浄化システムについて説明する。第２実施形態に係る浄化システムは、以下に述べる点を除いて第１実施形態に係る浄化システムと同様である。
【００７１】
［第１及び第２判定部について］
図２を参照して本実施形態に係る第１及び第２判定部７４，７６について説明する。第１判定部７４の再生指示部７４ｈは、複数の気筒１１のうち少なくとも１つの気筒１１が休止状態にあると気筒休止判定部７４ｅが判定し、かつフィルタ４２を再生する必要があると再生判定部７４ｇが判定した場合に、全ての気筒１１に対するフィルタ再生制御を実行指示する。なお、第１判定部７４は、減速判定部７４ｂ及びトルク判定部７４ｄを第１実施形態に係る浄化システムから取り除いたものとすることができる。さらに、第２判定部７６の再生継続指示部７６ｄにおけるフィルタ再生制御の実行指示については、全ての気筒１１に対するフィルタ再生制御を実行指示する。
【００７２】
［浄化システムの制御の一例について］
図５を参照して本実施形態に係る浄化システムの制御の一例について説明する。複数の気筒１１のうち少なくとも１つの気筒１１が休止状態にあるか否かを判定する（ステップＳ２１）。複数の気筒１１のうち少なくとも１つの気筒１１が休止状態にない場合、すなわち、全ての気筒１１が非休止状態にある場合（ＮＯ）、直噴エンジン１は、それまでの運転モードを継続する。複数の気筒１１のうち少なくとも１つの気筒１１が休止状態にある場合（ＹＥＳ）、フィルタ４２を再生する必要があるか否かを判定する（ステップＳ２２）。フィルタ４２を再生する必要がない場合（ＮＯ）、それまでの運転モードを継続する。
【００７３】
フィルタ４２を再生する必要がある場合（ＹＥＳ）、全ての気筒１１に対するフィルタ再生制御を実行指示し、フィルタ再生制御モードに移行する（ステップＳ２３）。全ての気筒１１において、未燃混合気を、吸気バルブ２０ａ及び排気バルブ２１ａの両方を閉じ、かつ燃焼を行わない状態の燃焼室１４内で所定の期間Ｑ保持する（ステップＳ２４）。未燃混合気を、排気ポート１９を通って酸化触媒４１に送るように排気バルブ２１ａを開く（ステップＳ２５）。未燃混合気を用いて酸化触媒４１の温度を上昇させることによって、フィルタ４２に堆積された粒子状物質を燃焼除去する（ステップＳ２６）。フィルタ４２の再生を継続する必要があるか否かを判定する（ステップＳ２７）。フィルタ４２の再生を継続する必要がある場合（ＹＥＳ）、全ての気筒１１に対するフィルタ再生制御を再び実行指示し、フィルタ再生制御モードを継続する（ステップＳ２３）。フィルタ４２の再生を継続する必要がない場合（ＮＯ）、フィルタ再生制御モードからフィルタ再生制御を実行する前の運転モードに移行する。
【００７４】
以上、本実施形態に係る浄化システムにおいては、減速判定部７４ｂの判定及びトルク判定部７４ｄの判定両方を行うことによって得られる効果と、減速判定部７４ｂ及び気筒休止判定部７４ｅの判定両方を行うことによって得られる効果と除いて、第１実施形態に係る浄化システムと同様の効果を得ることができる。特に、本実施形態に係る浄化システムにおいては、気筒１１が燃焼を定常的に行わない休止状態にある場合にフィルタ再生制御が実行されるので、直噴エンジン１からのトルク出力を得るために気筒１１内での燃焼を行う必要がある状況を避けながら、フィルタ４２に堆積されたスート等の粒子状物質を効率的に除去することができる。よって、フィルタ４２を効率的に再生することができる。
【００７５】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態に係るポート噴射エンジンの浄化システムについて説明する。第３実施形態に係る浄化システムは、以下に述べる点を除いて第１又は第２実施形態に係る浄化システムと同様である。
【００７６】
［ポート噴射エンジンについて］
図６を参照してポート噴射エンジン１０１について説明する。なお、図６においては、ポート噴射エンジン１０１における複数の気筒１１のうち１つの断面が模式的に示されている。本実施形態に係る浄化システムはポート噴射エンジン１０１を有していて、かかるポート噴射エンジン１０１は、直噴式のインジェクタ２２の代わりに、ポート噴射式のインジェクタ１０２を有する点を除いて、第１又は第２実施形態に係る直噴エンジン１と同様とする。このインジェクタ１０２は、気筒１１の燃焼室１４の外部から吸気ポート１８に燃料を噴射するように構成されている。
【００７７】
［浄化システムの制御について］
本実施形態に係る浄化システムの制御は、フィルタ再生制御モードにおける吸気バルブ２０ａの開閉タイミング及びインジェクタ１０２の燃料噴射タイミングを除いて第１又は第２実施形態に係る浄化システムの制御と同様である。燃料噴射タイミングについて、具体的には、インジェクタ１０２から噴射された燃料が、吸気バルブ２０ａが開いた状態で燃焼室１４内に供給される。吸気バルブ２０ａの開閉タイミングは、吸気ポート１８を通って燃焼室１４内に送られる空気の流量と、インジェクタ１０２から燃焼室１４内に送られる燃料の流量とを考慮して定められる。
【００７８】
ここで、図７を参照して、トルクベース制御モード及びフィルタ再生制御モードにおける吸気バルブ２０ａ、排気バルブ２１ａ、インジェクタ１０２、及び点火プラグ２３の動作の一例を説明する。トルクベース制御モードの１サイクル中において、吸気バルブ２０ａは、吸気行程で開き、かつ圧縮行程から排気行程までの間にて閉じられる。排気バルブ２１ａは、吸気行程から燃焼行程までの間にて閉じられ、かつ排気行程で開く。インジェクタ１０２は、排気行程から吸気行程までの間にて燃焼室１４内に燃料を供給する。点火プラグ２３は、燃焼行程にて点火を行う。
【００７９】
次に、フィルタ再生制御モードにおいて、吸気バルブ２０ａは、１回目の吸気行程で開き、かつそれに続く１回目の圧縮行程から２回目の排気行程までの間で閉じられる。排気バルブ２１ａは、１回目の吸気行程から２回目の燃焼行程までの間で閉じられ、かつ２回目の排気行程で開く。インジェクタ１０２は、フィルタ再生制御モードに移行する前の排気行程から１回目の吸気行程までの間で燃焼室１４内に燃料を供給する。点火プラグ２３は、フィルタ再生制御モードでは点火を行わない。
【００８０】
以上のような本実施形態に係る浄化システムにおいては、第１又は第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態に係るディーゼルエンジンの浄化システムについて説明する。第３実施形態に係る浄化システムは、以下に述べる点を除いて第１又は第２実施形態に係る浄化システムと同様である。
【００８２】
［ディーゼルエンジンについて］
図８を参照してディーゼルエンジン２０１について説明する。なお、図８においては、ディーゼルエンジン２０１における複数の気筒１１のうち１つの断面が模式的に示されている。本実施形態に係る浄化システムはディーゼルエンジン２０１を有していて、かかるディーゼルエンジン２０１は、インジェクタ２０２の配置位置という点と、点火プラグ２３を有さないという点とを除いて、第１又は第２実施形態に係る直噴エンジン１と同様とする。そのため、本実施形態に係る再生制御部７５は、再生用点火制御部７５ｄを有さない構成とすることもできる。
【００８３】
このようなディーゼルエンジン２０１において、インジェクタ２０２は、吸気ポート１８と排気ポート１９との間で各気筒１１のシリンダヘッド１３に取り付けられている。かかるインジェクタ２０２によって、気筒１１の燃焼室１４内に燃料が直接噴射される。ディーゼルエンジン２０１の通常運転モードにおいては、気筒１１の燃焼室１４内で圧縮着火を発生させ、かかる圧縮着火に基づく燃焼によって、ディーゼルエンジン２０１からのトルク出力が得られる。
【００８４】
［浄化システムの制御について］
本実施形態に係る浄化システムの制御は、フィルタ再生制御モードにて燃焼室１４に送られる燃料及び空気の流量という点を除いて第１又は第２実施形態に係る浄化システムの制御と同様である。具体的には、燃焼室１４に送られる燃料及び空気の流量は、フィルタ再生制御モードにて、燃焼室１４における圧縮着火を防止するように調節される。かかる燃料及び空気の流量を調節するためには、スロットルバルブ２４の開閉量及び開閉タイミングと、インジェクタ２０２からの燃料の供給量及び供給タイミングと、吸気バルブ２０ａのリフト量及び開閉タイミングとが調節されるとよい。
【００８５】
ここで、図９を参照して、トルクベース制御モード及びフィルタ再生制御モードにおける吸気バルブ２０ａ、排気バルブ２１ａ、インジェクタ２０２、及び点火プラグ２３の動作の一例を説明する。トルクベース制御モードの１サイクル中において、吸気バルブ２０ａは、吸気行程で開き、かつ圧縮行程から排気行程までの間にて閉じられる。排気バルブ２１ａは、吸気行程から燃焼行程までの間にて閉じられ、かつ排気行程で開く。インジェクタ２０２は、圧縮行程から燃焼行程までの間にて燃焼室１４内に燃料を供給する。さらに、燃焼行程にて燃焼室１４内での圧縮着火が生じる。
【００８６】
次に、フィルタ再生制御モードにおいて、吸気バルブ２０ａは、１回目の吸気行程で開き、かつそれに続く１回目の圧縮行程から２回目の排気行程までの間で閉じられる。排気バルブ２１ａは、１回目の吸気行程から２回目の燃焼行程までの間で閉じられ、かつ２回目の排気行程で開く。インジェクタ２０２は、１回目の吸気行程から１回目の燃焼行程までの間で燃焼室１４内に燃料を供給する。さらに、フィルタ再生制御モードにおいては、燃焼室１４内での圧縮着火は生じない。
【００８７】
以上のような本実施形態に係る浄化システムにおいては、第１又は第２実施形態と同様の効果を得ることができる。特に、本実施形態に係る浄化システムはディーゼルエンジン２０１に適用されており、かかるディーゼルエンジン２０１においては、インジェクタ２０２から噴霧される燃料は気筒１１の径方向にて気筒１１の中心からライナ壁１１ａに向かって放射状に広がる。これに対して、再生用インジェクタ制御部７５ｃが、フィルタ再生制御モードにて、気筒１１内のピストン１２が燃料の噴霧方向にてインジェクタ２０２とライナ壁１１ａとの間に介在している期間にて燃焼室１４内に燃料を供給するようにインジェクタ２０２を制御するので、インジェクタ２０２から噴霧される燃料をライナ壁１１ａにさらに直接当たり難くできる。その結果、燃料が液滴状態でライナ壁１１ａに付着することを効率的に防止できる。
【００８８】
特に、ディーゼルエンジン２０１においては、吸気バルブ２０ａのリフト量を調節することによって、燃焼室１４内での圧縮着火を防止するように燃焼室１４内への空気の流入量を調節することができ、その結果、均質な未燃混合気を燃焼室１４内にて効率的に生成することができる。
【００８９】
ここまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、その技術的思想に基づいて変形及び変更可能である。
【符号の説明】
【００９０】
１  直噴式ガソリンエンジン（直噴エンジン）、１１  気筒、１１ａ  ライナ壁、１２  ピストン、１４  燃焼室、１８  吸気ポート、１９  排気ポート、２０ａ  吸気バルブ、２１ａ  排気バルブ、２２  インジェクタ
４  浄化装置、４１  酸化触媒、４２  フィルタ
７４ａ  ドライバ要求トルク算出部、７４ｂ  減速判定部、７４ｃ  判定トルク算出部、７４ｄ  トルク判定部、７４ｅ  気筒休止判定部、７４ｇ  再生判定部、７４ｈ  再生指示部
７５ａ  再生用吸気制御部、７５ｂ  再生用排気制御部、７５ｃ  再生用インジェクタ制御部
７６ｃ  再生継続判定部、７６ｄ  再生継続指示部
１０１  ポート噴射式ガソリンエンジン（ポート噴射エンジン）、１０２  インジェクタ
２０１  ディーゼルエンジン、２０２  インジェクタ
Ｄ  ドライバ要求トルクの算出値、Ｊ  判定トルクの算出値、Ｑ  保持期間
Ｓ１〜Ｓ１６、Ｓ２１〜Ｓ２７  ステップ
【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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【図９】
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