(57)【要約】【課題】この発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、燃料添加弁から噴射する燃料量を節減することを目的とする。【解決手段】ディーゼル機関１０の少なくとも一つの気筒には、排気弁５６の下流側の排気通路内に燃料を噴射する燃料添加弁４６が設置されている。このディーゼル機関１０は、燃料添加弁４６が設置された添加弁設置気筒が備える複数の排気弁５６のうち、燃料添加弁４６のノズル部に当たり易い排気ガス流を作る添加弁側排気弁５６ａの開弁特性と、燃料添加弁４６のノズル部に当たりにくい排気ガス流を作る非添加弁側排気弁５６ｂの開弁特性とを異なる特性にすることのできる可変動弁機構を備える。そして、ディーゼル機関１０の運転状態および／または燃料添加弁４６からの燃料噴射状態に応じて、その可変動弁機構を制御することにより、燃料添加弁４６のノズル部へ当たる排気ガス流の強さを制御する。【選択図】図２
2008069657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の少なくとも一つの気筒に対して設置され、排気弁の下流側の排気通路内に燃料を噴射する燃料添加弁と、
前記燃料添加弁が設置された添加弁設置気筒が備える複数の排気弁のうち、前記燃料添加弁のノズル部に当たり易い排気ガス流を作る添加弁側排気弁の開弁特性と、前記燃料添加弁のノズル部に当たりにくい排気ガス流を作る非添加弁側排気弁の開弁特性とを異なる特性にすることのできる可変動弁機構と、
前記内燃機関の運転状態および／または前記燃料添加弁からの燃料噴射状態に応じて前記可変動弁機構を制御することにより、前記燃料添加弁のノズル部へ当たる排気ガス流の強さを制御する排気ガス流制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記排気ガス流制御手段は、前記燃料添加弁からの燃料噴射時に、前記添加弁側排気弁を通過する排気ガス量が前記非添加弁側排気弁を通過する排気ガス量より多くなるように、前記可変動弁機構を制御する燃料拡散促進手段を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記燃料拡散促進手段は、排気ガス量が少ない運転状態であるほど、前記添加弁設置気筒から排出される全排気ガスのうちで前記添加弁側排気弁を通過する割合が多くなるように、前記可変動弁機構を制御することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記排気ガス流制御手段は、前記内燃機関の減速時に、前記添加弁側排気弁を通過する排気ガス量が前記非添加弁側排気弁を通過する排気ガス量より多くなるように、前記可変動弁機構を制御するデポジット除去手段を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記排気ガス流制御手段は、前記燃料添加弁からの燃料非噴射時に、前記添加弁側排気弁を通過する排気ガス量が前記非添加弁側排気弁を通過する排気ガス量より少なくなるように前記可変動弁機構を制御するデポジット堆積抑制手段を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記デポジット堆積抑制手段は、機関回転数および機関負荷が所定値より低い場合に、前記添加弁側排気弁を通過する排気ガス量が前記非添加弁側排気弁を通過する排気ガス量より少なくなるように、前記可変動弁機構を制御することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ガスを浄化するため、ＰＭ(Particulate Matter)を捕集するＤＰＦ(Diesel Particulate Filter)や、ＮＯｘを吸蔵するＮＯｘ触媒、あるいはＰＭとＮＯｘを同時に低減するＤＰＮＲ(Diesel Particulate-NOx-Reduction system)などの排気処理装置を排気通路に設置することが行われている。それらの排気処理装置は、定期的に再生処理を必要とする。再生処理を行う際には、未燃燃料を含む排気ガスを排気処理装置に供給する必要がある。そこで、排気系に燃料添加弁を設置し、再生処理の際、その燃料添加弁から排気ガス中に燃料を噴射することが行われている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２８０１２５号公報
【特許文献２】実開平６−２８２１８号公報
【特許文献３】特開２００３−２７８５３１号公報
【特許文献４】特開２００６−２２７８８号公報
【特許文献５】特開２００５−１６４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料添加弁を備えた内燃機関において、排気ガス流量の少ない運転状態（低中回転域など）では、噴射された燃料の貫徹力に比して排気ガス流れが弱いので、噴射された燃料が壁面に付着し易くなったり、噴射された燃料が微粒化しにくかったりする。燃料が壁面に付着したり、微粒化が不足したりすると、より多くの燃料を燃料添加弁から噴射しなければならなくなり、燃費が悪化するという問題がある。
【０００５】
このような問題を解決するべく、特開２００１−２８０１２５号公報には、燃料添加弁に近接する排気弁の開弁期間中に燃料添加弁から燃料を噴射するようにする装置が開示されている。しかしながら、近接する排気弁の開弁期間中に燃料添加弁から燃料を噴射するようにした場合であっても、排気ガス流量の少ないでは、燃料の壁面付着や微粒化不足を十分に解消できないのが実情である。
【０００６】
また、排気ガスに晒されている燃料添加弁のノズル部には、排気ガス中のすすやＨＣなどが混ざり合ったものが堆積するという現象が生ずる。この堆積物（以下「デポジット」という）によってノズル部の噴射孔が塞がれると、燃料添加弁から燃料を噴射できなくなるという問題がある。
【０００７】
このような問題に対して、排気処理装置の再生時以外にも燃料添加弁から定期的に燃料を噴射するようにし、燃料噴射の機会を増やすことで、デポジットの堆積を防止する技術が知られている。しかしながら、この場合には、その分だけ燃料消費量が多くなり、燃費が悪化するという問題が生ずる。
【０００８】
また、実開平６−２８２１８号公報には、デポジットを除去するため、燃料添加弁のノズル部の周辺にエアーを噴射する装置を設置する技術が開示されている。しかしながら、この場合には、エアー噴射装置を設置するために製造コストが増大するという問題が生ずる。
【０００９】
この発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、燃料添加弁から噴射する燃料量を節減することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気浄化装置であって、
内燃機関の少なくとも一つの気筒に対して設置され、排気弁の下流側の排気通路内に燃料を噴射する燃料添加弁と、
前記燃料添加弁が設置された添加弁設置気筒が備える複数の排気弁のうち、前記燃料添加弁のノズル部に当たり易い排気ガス流を作る添加弁側排気弁の開弁特性と、前記燃料添加弁のノズル部に当たりにくい排気ガス流を作る非添加弁側排気弁の開弁特性とを異なる特性にすることのできる可変動弁機構と、
前記内燃機関の運転状態および／または前記燃料添加弁からの燃料噴射状態に応じて前記可変動弁機構を制御することにより、前記燃料添加弁のノズル部へ当たる排気ガス流の強さを制御する排気ガス流制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記排気ガス流制御手段は、前記燃料添加弁からの燃料噴射時に、前記添加弁側排気弁を通過する排気ガス量が前記非添加弁側排気弁を通過する排気ガス量より多くなるように、前記可変動弁機構を制御する燃料拡散促進手段を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、第３の発明は、第２の発明において、
前記燃料拡散促進手段は、排気ガス量が少ない運転状態であるほど、前記添加弁設置気筒から排出される全排気ガスのうちで前記添加弁側排気弁を通過する割合が多くなるように、前記可変動弁機構を制御することを特徴とする。
【００１３】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記排気ガス流制御手段は、前記内燃機関の減速時に、前記添加弁側排気弁を通過する排気ガス量が前記非添加弁側排気弁を通過する排気ガス量より多くなるように、前記可変動弁機構を制御するデポジット除去手段を含むことを特徴とする。
【００１４】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記排気ガス流制御手段は、前記燃料添加弁からの燃料非噴射時に、前記添加弁側排気弁を通過する排気ガス量が前記非添加弁側排気弁を通過する排気ガス量より少なくなるように前記可変動弁機構を制御するデポジット堆積抑制手段を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、第６の発明は、第５の発明において、
前記デポジット堆積抑制手段は、機関回転数および機関負荷が所定値より低い場合に、前記添加弁側排気弁を通過する排気ガス量が前記非添加弁側排気弁を通過する排気ガス量より少なくなるように、前記可変動弁機構を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、排気弁の下流側の排気通路内に燃料を噴射する燃料添加弁が設置された添加弁設置気筒が備える複数の排気弁のうち、燃料添加弁のノズル部に当たり易い排気ガス流を作る添加弁側排気弁の開弁特性と、燃料添加弁のノズル部に当たりにくい排気ガス流を作る非添加弁側排気弁の開弁特性とを、可変動弁機構によって、異なる特性にすることができる。そして、内燃機関の運転状態および／または燃料添加弁からの燃料噴射状態に応じて、その可変動弁機構を制御することにより、燃料添加弁のノズル部へ当たる排気ガス流の強さを制御することができる。このため、第１の発明によれば、燃料添加弁のノズル部へ当たる排気ガス流の強さを状況に応じて好適に制御することができる。その結果、噴射された燃料の拡散促進や、デポジットの堆積防止を図ることができ、ひいては、燃料添加弁から噴射する燃料を節減することができる。
【００１７】
第２の発明によれば、燃料添加弁からの燃料噴射時に、添加弁側排気弁を通過する排気ガス量を、非添加弁側排気弁を通過する排気ガス量より多くすることができる。これにより、燃料添加弁からの燃料噴射時に、燃料添加弁のノズル部に当たる排気ガス流を強くすることができる。よって、排気ガス流量の少ない低中回転域などの運転状態であっても、燃料添加弁から噴射された燃料が通路壁面に付着するのを防止することができ、また、噴射された燃料の微粒化（拡散）を促進することができる。このため、燃料添加弁から噴射された燃料を高効率で利用することができるので、燃料添加弁から噴射する燃料を節減することができる。
【００１８】
第３の発明によれば、燃料添加弁からの燃料噴射時に、排気ガス量が少ない運転状態であるほど、添加弁設置気筒から排出される全排気ガスのうちで添加弁側排気弁を通過する割合が多くなるようにすることができる。これにより、排気ガス量が少ない低中回転域などの運転状態であっても、燃料添加弁のノズル部に当たる排気ガス流をより確実に強くすることができる。よって、燃料添加弁から噴射された燃料が通路壁面に付着するのをより確実に防止することができ、また、噴射された燃料の微粒化（拡散）を更に促進することができる。また、第３の発明によれば、排気ガス量が多い運転状態であるほど、非添加弁側排気弁を通過する排気ガスの割合を多くすることができる。このため、排気ガス量が多いときでも、排気ガスを円滑に排気ポートへ排出することができるので、排気損失の低減が図れる。また、排気ガス量が多いときでも、内部ＥＧＲ量（残留ガス量）が多くなり過ぎることを回避することができ、吸入空気量不足を招くことがないので、スモークの増加を確実に防止することができる。
【００１９】
第４の発明によれば、内燃機関の減速時に、添加弁側排気弁を通過する排気ガス量を、非添加弁側排気弁を通過する排気ガス量より多くすることができる。これにより、減速時に、燃料添加弁のノズル部に強い排気ガス流を当てることができるので、付着しているデポジットを吹き飛ばすことができる。よって、燃料添加弁の噴射孔が詰まるのを防止するためだけに実施される燃料噴射が不要となるか、またはその頻度を削減することができる。このため、燃費を改善することができる。また、このような制御を減速時に実施するので、内燃機関の燃焼に影響を及ぼすこと（例えば内部ＥＧＲ量の増大）がなく、内燃機関の運転に悪影響が出ることもない。
【００２０】
第５の発明によれば、燃料添加弁からの燃料非噴射時に、添加弁側排気弁を通過する排気ガス量を、非添加弁側排気弁を通過する排気ガス量より少なくすることができる。これにより、燃料添加弁のノズル部に排気ガス流が当たる機会を減らすことができるので、燃料添加弁にデポジットが堆積することを効果的に抑制することができる。その結果、燃料添加弁の噴射孔がデポジットによって詰まるのを防止するためだけに実施される燃料噴射が不要となるか、またはその頻度を削減することができる。このため、燃費を改善することができる。
【００２１】
第６の発明によれば、燃料添加弁からの燃料非噴射時に、機関回転数および機関負荷が所定値より低い場合に、添加弁側排気弁を通過する排気ガス量を、非添加弁側排気弁を通過する排気ガス量より少なくすることができる。これにより、デポジットの堆積し易い運転域において燃料添加弁のノズル部に排気ガス流が当たることを抑制することができる。よって、燃料添加弁にデポジットが堆積することをより効果的に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、４サイクルのディーゼル機関１０を備えている。ディーゼル機関１０は、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。本実施形態のディーゼル機関１０は、直列４気筒型であるが、本発明におけるディーゼル機関の気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
【００２３】
以下、本実施形態では、本発明をディーゼル機関（圧縮着火内燃機関）の制御に適用した場合について説明するが、本発明は、ディーゼル機関の制御に限定されるものではなく、ガソリン機関（火花点火内燃機関）その他の各種の内燃機関の制御に適用することが可能である。
【００２４】
ディーゼル機関１０の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射するインジェクタ１２が設置されている。各気筒のインジェクタ１２は、共通のコモンレール１４に接続されている。コモンレール１４内には、サプライポンプ１６によって加圧された高圧の燃料が貯留されている。そして、コモンレール１４内から、各インジェクタ１２へ、燃料が供給される。
【００２５】
インジェクタ１２は、１サイクル中に複数回、任意のタイミングで燃料を筒内に噴射することができるものであってもよい。すなわち、１サイクル中に、主たる燃料噴射であるメイン噴射のほかに、メイン噴射に先立つパイロット噴射などを実施するようにしてもよい。
【００２６】
本実施形態のディーゼル機関１０には、ターボ過給機２４が設置されている。すなわち、ディーゼル機関１０の各気筒の排気ポート２２から排出された排気ガスは、排気マニホールド２０にて合流し、ターボ過給機２４のタービンに流入するようになっている。
【００２７】
ターボ過給機２４より下流側の排気通路１８には、排気ガスを浄化するための排気処理装置として、触媒(触媒付きフィルター)２６が設けられている。本実施形態では、触媒２６は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒としての機能と、ＰＭ(Particulate Matter)を捕集する機能との双方を備えているものとする。
【００２８】
ディーゼル機関１０の吸気通路２８の入口付近には、エアクリーナ３０が設けられている。エアクリーナ３０を通って吸入された空気は、ターボ過給機２４のコンプレッサで圧縮された後、インタークーラ３２で冷却される。インタークーラ３２を通過した吸入空気は、吸気マニホールド３４により、各気筒の吸気ポート３５に分配される。
【００２９】
吸気通路２８の、インタークーラ３２と吸気マニホールド３４との間には、吸気絞り弁３６が設置されている。また、吸気通路２８の、エアクリーナ３０の下流近傍には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３８が設置されている。
【００３０】
吸気通路２８の吸気マニホールド３４の近傍には、外部ＥＧＲ通路４０の一端が接続されている。外部ＥＧＲ通路４０の他端は、排気通路１８の排気マニホールド２０近傍に接続されている。本システムでは、この外部ＥＧＲ通路４０を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部を吸気通路２８に還流させること、つまり外部ＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)を行うことができる。
【００３１】
外部ＥＧＲ通路４０の途中には、外部ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４２が設けられている。外部ＥＧＲ通路４０におけるＥＧＲクーラ４２の下流には、ＥＧＲ弁４４が設けられている。このＥＧＲ弁４４の開度を変えることにより、外部ＥＧＲ通路４０を通る排気ガス量、すなわち外部ＥＧＲ量を調整することができる。
【００３２】
また、本システムにおいて、外部ＥＧＲ量は、ＥＧＲ弁４４の開度だけでなく、吸気絞り弁３６の開度によっても調整することができる。吸気絞り弁３６の開度を小さくして吸気を絞ると、吸気圧が小さくなるので、背圧（排気圧）との差圧が大きくなる。つまり、外部ＥＧＲ通路４０の前後の差圧が大きくなる。このため、外部ＥＧＲ量を多くすることができる。
【００３３】
ディーゼル機関１０の一つの気筒（図１中で左端の気筒）の排気ポート２２の近傍には、排気ガス中に燃料を噴射（添加）する燃料添加弁４６が設置されている。以下、燃料添加弁４６が設置されている気筒を「添加弁設置気筒」という。
【００３４】
そして、本実施形態のシステムは、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ４８と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０とを更に備えている。ＥＣＵ５０には、上述した各種のセンサおよびアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、各センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、ディーゼル機関１０の運転状態を制御する。
【００３５】
図２は、ディーゼル機関１０の添加弁設置気筒付近の模式的な平面図である。図２に示すように、ディーゼル機関１０には、一気筒当たり、吸気弁５２および排気弁５６が２個ずつ設けられている。その二つの排気弁５６の各々に対応して、排気ポート２２も独立して形成されている。そして、燃料添加弁４６は、そのノズル部が添加弁設置気筒の一方の排気ポート２２内に臨むように配置されている。以下、添加弁設置気筒の二つの排気弁５６および排気ポート２２を区別して述べる必要のある場合には、燃料添加弁４６が設置されている方の排気弁５６および排気ポート２２を「添加弁側排気弁５６ａ」および「添加弁側排気ポート２２ａ」と呼び、燃料添加弁が設置されていない方の排気弁５６および排気ポート２２を「非添加弁側排気弁５６ｂ」および「非添加弁側排気ポート２２ｂ」と呼ぶことにする。
【００３６】
このような添加弁設置気筒において、添加弁側排気弁５６ａを出た排気ガス流は、添加弁側排気ポート２２ａを通過するので、燃料添加弁４６のノズル部に当たり易い。これに対し、非添加弁側排気弁５６ｂを出た排気ガス流は、非添加弁側排気ポート２２ｂを通過するので、燃料添加弁４６のノズル部に当たりにくい。
【００３７】
図３は、図１に示すシステムにおけるディーゼル機関１０の一つの気筒の断面を示す図である。以下、ディーゼル機関１０について更に説明する。図３に示すように、ディーゼル機関１０のクランク軸６０の近傍には、クランク軸６０の回転角度を検出するクランク角センサ６２が取り付けられている。このクランク角センサ６２は、ＥＣＵ５０に接続されている。クランク角センサ６２によれば、機関回転速度を検出することができる。
【００３８】
また、ディーゼル機関１０には、吸気弁５２のバルブタイミングを可変とする吸気可変動弁機構５４と、排気弁５６のバルブタイミングを可変とする排気可変動弁機構５８とが備えられている。吸気可変動弁機構５４および排気可変動弁機構５８は、それぞれ、ＥＣＵ５０に接続されている。
【００３９】
本実施形態の排気可変動弁機構５８は、添加弁設置気筒の二つの排気弁５６を共に駆動する両弁駆動状態と、非添加弁側排気弁５６ｂを閉状態で休止させ、添加弁側排気弁５６ａのみを駆動する片弁駆動状態とに切り換え可能なものであるとする。なお、排気可変動弁機構５８は、そのような動作を添加弁設置気筒についてのみ実施するように構成されたものでも、全気筒共通に実施するように構成されたものでも、何れでもよい。
【００４０】
排気可変動弁機構５８の具体的な構造は、特に限定されず、いかなる機構によって上記の機能を実現するものでもよい。例えば、両弁駆動状態と片弁駆動状態とを、油圧などを利用して機械的に切り換える機構や、添加弁側排気弁５６ａと非添加弁側排気弁５６ｂとを別々の電磁駆動弁で構成する機構などを採用することができる。
【００４１】
吸気可変動弁機構５４は、吸気弁５２の開弁位相、作用角、およびリフト量の少なくとも一つを変化させることができる。なお、本発明における内燃機関は、吸気可変動弁機構５４を備えないもの、すなわち、通常の吸気弁動弁機構で吸気弁５２を駆動するものであってもよい。
【００４２】
本システムでは、前述したように、排気ガス中のＰＭを触媒２６によって捕集することができる。ＰＭが触媒２６に蓄積すると、触媒２６の通気抵抗が増大する。このため、本システムでは、触媒２６に捕集されたＰＭを燃焼させて除去するＰＭ再生制御を定期的に実施する。ＰＭ再生制御では、燃料添加弁４６から燃料を噴射することにより、排気ガス中に燃料を添加する。排気ガス中に添加された燃料は、触媒２６において反応（燃焼）し、触媒２６の温度を例えば６００℃程度まで上昇させる。これにより、触媒２６のＰＭを燃焼させることができる。
【００４３】
［実施の形態１の特徴］
一般に、排気ガス中に燃料を添加する燃料添加弁を備えた内燃機関においては、排気ガス流量の少ない低中回転域などの運転状態では、噴射された燃料の貫徹力に比して燃料添加弁付近の排気ガス流が弱くなるため、噴射された燃料が通路壁面に付着し易くなったり、噴射された燃料が微粒化しにくかったりする。燃料が壁面に付着したり、微粒化が不足したりすると、より多くの燃料を燃料添加弁から噴射しなければならなくなり、燃費が悪化するという問題がある。また、壁面に付着した燃料が事後的に蒸発することで、排気空燃比が乱れるという問題もある。
【００４４】
そこで、本実施形態では、燃料添加弁４６から燃料を噴射する際には、非添加弁側排気弁５６ｂを閉状態で休止させ、添加弁側排気弁５６ａのみを駆動することとした。これにより、添加弁設置気筒から排出される排気ガスは、その全部が添加弁側排気ポート２２ａに集中して流れるため、燃料添加弁４６のノズル部に当たる排気ガス流を強くすることができる。よって、排気ガス流量の少ない低中回転域などの運転状態であっても、燃料添加弁４６から噴射された燃料が壁面に付着するのを防止することができ、また、噴射された燃料の微粒化（拡散）を促進することができる。
【００４５】
［実施の形態１における具体的処理］
図４は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図４に示すルーチンによれば、まず、触媒２６の詰まり具合が、ＰＭ再生制御を実施すべき程度に達しているか否か（以下単に「触媒２６の詰まりの有無」という）が判断される（ステップ１００）。触媒２６の詰まりの有無は、例えば、差圧センサ（図示せず）によって検出される触媒２６の上流側と下流側との差圧や、前回のＰＭ再生制御以降の走行距離などに基づいて判断することができる。
【００４６】
上記ステップ１００において、触媒２６の詰まりが有ると判断された場合には、ＰＭ再生制御を実施する必要がある。そこで、この場合には、まず、非添加弁側排気弁５６ｂを閉状態で休止させ、添加弁側排気弁５６ａのみを駆動する片弁駆動状態となるように、排気可変動弁機構５８を制御する（ステップ１０２）。これにより、添加弁設置気筒から排出される排気ガスの全部が、添加弁側排気ポート２２ａに集中して流れる状態となる。続いて、燃料添加弁４６から燃料が噴射され、排気ガス中に燃料が添加される（ステップ１０４）。これにより、排気ガス中の未燃燃料が触媒２６で反応して触媒２６が高温になり、触媒２６に蓄積したＰＭを燃焼させて除去することができる。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態によれば、燃料添加弁４６からの燃料噴射時に、添加弁設置気筒から排出される排気ガスの全部を添加弁側排気ポート２２ａに集中して流すことにより、燃料添加弁４６のノズル部に当たる排気ガス流を強くすることができる。よって、排気ガス流量の少ない低中回転域などの運転状態であっても、燃料添加弁４６から噴射された燃料が通路壁面に付着するのを防止することができ、また、噴射された燃料の微粒化（拡散）を促進することができる。このため、燃料添加弁４６から噴射された燃料を高効率でＰＭ再生に利用することができるので、燃料添加弁４６から噴射する燃料を節減することができる。また、通路壁面への燃料付着を防止することができるので、壁面に付着した燃料が事後的に蒸発することで排気空燃比が乱れるような事態を回避することができる。
【００４８】
なお、上述した実施の形態１では、ＰＭ再生制御の場合について説明したが、リッチスパイク制御やＳ再生制御の際にも、燃料添加弁４６から燃料を噴射することが行われる。リッチスパイク制御は、触媒２６に吸蔵されたＮＯｘを、排気ガス中の未燃燃料を還元剤として、Ｎ２に還元浄化して離脱させるための制御である。Ｓ再生制御は、触媒２６にＳＯｘ（硫黄酸化物）が吸着することで生ずる硫黄被毒を回復させるための制御である。本発明は、このリッチスパイク制御やＳ再生制御を実行する際にも適用することができる。
【００４９】
また、図２に示す構成では、添加弁側排気ポート２２ａと非添加弁側排気ポート２２ｂとが隔壁２２ｃを介してシリンダヘッドの端面付近まで分離されているが、この隔壁２２ｃがこれより短いもの、あるいはほとんど無いものであっても、添加弁側排気弁５６ａと非添加弁側排気弁５６ｂとの開弁特性を異ならせることで、燃料添加弁４６のノズル部に当たる排気ガス流の強さは変化する。よって、本発明は、隔壁２２ｃが図２に示す構成より短い場合や、ほとんど無い場合であっても、適用することが可能である。
【００５０】
また、上述した実施の形態１においては、排気可変動弁機構５６が前記第１の発明における「可変動弁機構」に相当している。また、ＥＣＵ５０が、図４に示すルーチンの処理を実行することにより前記第１の発明における「排気ガス流制御手段」が、上記ステップ１０２および１０４の処理を実行することにより前記第２の発明における「燃料拡散促進手段」が、それぞれ実現されている。
【００５１】
実施の形態２．
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のシステムは、図１乃至図３に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図５に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００５２】
本実施形態の排気可変動弁機構５８は、非添加弁側排気弁５６ｂを閉状態で休止させる機能に加えて、非添加弁側排気弁５６ｂのみのリフト量および作用角の一方または両方（以下、便宜的に単に「リフト量」と表記する。）を連続的または段階的に変化させる機能を有しているものとする。
【００５３】
［実施の形態２における具体的処理］
図５は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。以下、図５において、図４に示すステップと同様のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
【００５４】
図５に示すルーチンによれば、まず、触媒２６の詰まりの有無が判断され（ステップ１００）、触媒２６の詰まりが有ると判断された場合には、以下のようにしてＰＭ再生制御が実施される。まず、現在の機関回転数が、予め区分けされた低回転域、中回転域、高回転域の何れにあるかが判別される（ステップ１０６）。
【００５５】
上記ステップ１０６で、低回転域にあると判別された場合には、排気ガス量が少ないと判断できる。この場合には、実施の形態１と同様に、非添加弁側排気弁５６ｂを閉状態で休止させ、添加弁側排気弁５６ａのみを駆動する片弁駆動状態となるように、排気可変動弁機構５８が制御される（ステップ１０８）。
【００５６】
一方、上記ステップ１０６で、中回転域にあると判別された場合には、排気ガス量が中程度であると判断できる。この場合には、添加弁設置気筒から排出される排気ガスの一部を非添加弁側排気ポート２２ｂに流しても、燃料添加弁４６のノズル部に当たる排気ガス流は十分に強くなると判断できる。そこで、この場合には、添加弁側排気弁５６ａを通常のリフト（大リフト）で駆動しつつ、非添加弁側排気弁５６ｂを低リフトで駆動する状態となるように、排気可変動弁機構５８が制御される。これにより、添加弁設置気筒から排出される排気ガスの一部は、非添加弁側排気ポート２２ｂに流れる状態となる。
【００５７】
また、上記ステップ１０６で、高回転域にあると判別された場合には、排気ガス量が多いと判断できる。この場合には、添加弁設置気筒から排出される排気ガスのうち、上記中回転域よりも多くの割合を非添加弁側排気ポート２２ｂに流しても、燃料添加弁４６のノズル部に当たる排気ガス流は十分に強くなると判断できる。そこで、この場合には、添加弁側排気弁５６ａを通常のリフトで駆動しつつ、非添加弁側排気弁５６ｂを中リフトで駆動する状態となるように、排気可変動弁機構５８が制御される。これにより、添加弁設置気筒から排出される排気ガスのうち、中回転域より多くの割合が、非添加弁側排気ポート２２ｂに流れる状態となる。
【００５８】
上述したステップ１０８，１１０または１１２の処理に続いて、燃料添加弁４６から燃料が噴射され、排気ガス中に燃料が添加される（ステップ１０４）。
【００５９】
以上説明した本実施形態の処理によれば、燃料添加弁４６からの燃料噴射時、低、中、高回転域の何れにおいても、非添加弁側排気ポート２２ｂを通常のリフト（大リフト）で駆動する場合に比して、燃料添加弁４６のノズル部に当たる排気ガス流を強くすることができる。このため、実施の形態１と同様に、燃料添加弁４６から噴射された燃料が通路壁面に付着するのを防止することができ、また、噴射された燃料の微粒化（拡散）を促進することができる。
【００６０】
更に、本実施形態によれば、機関回転数が高いほど、つまり排気ガス量が多いほど、非添加弁側排気弁５６ｂを通過させる排気ガスの割合を多くすることができる。このため、排気ガス量が多いときでも、排気ガスを円滑に排気ポート２２へ排出することができるので、排気損失の低減が図れる。また、排気ガス量が多いときでも、内部ＥＧＲ量（残留ガス量）が多くなり過ぎることを回避することができ、吸入空気量不足を招くことがないので、スモークの増加を確実に防止することができる。
【００６１】
なお、図５に示すルーチンでは、非添加弁側排気弁５６ｂのリフト量を機関回転数に応じて３段階に変化させているが、機関回転数に応じて連続的に変化させるようにしてもよい。また、図５に示すルーチンでは、高回転域で非添加弁側排気弁５６ｂのリフト量を中リフトにしているが、高回転域で非添加弁側排気弁５６ｂを大リフトにしても添加弁側排気ポート２２ａの排気ガス流が十分に強い場合には、高回転域で添加弁側排気弁５６ａおよび非添加弁側排気弁５６ｂのリフト量を共に大リフトにしてもよい。
【００６２】
また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、図５に示すルーチンの処理を実行することにより前記第３の発明における「燃料拡散促進手段」が実現されている。
【００６３】
実施の形態３．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態３について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のシステムは、図１乃至図３に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図６に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００６４】
本実施形態の排気可変動弁機構５８は、実施の形態１と同様に、添加弁設置気筒の二つの排気弁５６を共に駆動する両弁駆動状態と、非添加弁側排気弁５６ｂを閉状態で休止させ、添加弁側排気弁５６ａのみを駆動する片弁駆動状態とに切り換え可能なものであるとする。
【００６５】
［実施の形態３の特徴］
本実施形態では、ディーゼル機関１０の減速時、すなわち機関回転数が所定値より高く、且つアクセルがＯＦＦされているときに、非添加弁側排気弁５６ｂを閉状態で休止させ、添加弁側排気弁５６ａのみを駆動する片弁駆動状態となるように排気可変動弁機構５８を制御することとした。これにより、減速時、添加弁設置気筒から排出される排気ガス（空気）の全部が添加弁側排気ポート２２ａに集中して流れるため、燃料添加弁４６のノズル部に強い排気ガス流を当てることができる。この強い排気ガス流により、燃料添加弁４６のノズル部に付着しているデポジットを吹き飛ばすことができ、デポジットの堆積による噴射孔の詰まりを防止することができる。
【００６６】
［実施の形態３における具体的処理］
図６は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図６に示すルーチンによれば、まず、ディーゼル機関１０が減速状態にあるか否かが判別される（ステップ１１４）。具体的には、機関回転数が所定値より高く、且つアクセルがＯＦＦされている場合には、減速状態であると判別される。
【００６７】
上記ステップ１１４で減速状態であると判別された場合には、次に、非添加弁側排気弁５６ｂを閉状態で休止させ、添加弁側排気弁５６ａのみを駆動する片弁駆動状態となるように、排気可変動弁機構５８が制御される（ステップ１１６）。これにより、添加弁設置気筒から排出される排気ガス（空気）の全部が、添加弁側排気ポート２２ａに集中して流れる状態となる。その結果、燃料添加弁４６のノズル部に強い排気ガス流が当たるので、燃料添加弁４６のノズル部に付着しているデポジットを吹き飛ばすことができる。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態によれば、ディーゼル機関１０の減速時に、燃料添加弁４６のノズル部に付着しているデポジットを吹き飛ばすことができる。よって、燃料添加弁４６の噴射孔が詰まるのを防止するためだけに実施される燃料噴射が不要となるか、またはその頻度を削減することができる。このため、燃費を改善することができる。
【００６９】
また、デポジットを吹き飛ばすための片弁駆動状態を減速時に実施するので、非添加弁側排気弁５６ｂを閉状態で休止させることがディーゼル機関１０の燃焼に影響を及ぼすこと（例えば内部ＥＧＲ量の増大）がないので、ディーゼル機関１０の運転に悪影響が出ることもない。
【００７０】
また、減速時には、通常、インジェクタ１２からの燃料噴射は停止されるので、ディーゼル機関１０からは、デポジットの原因となるＨＣやすすを含まない純粋な空気が排気ガスとして排出されることになる。本実施形態によれば、この空気流によってデポジットを吹き飛ばすことができ、その間にデポジットが堆積することはないので、より高いデポジット除去効果が得られる。
【００７１】
なお、本実施形態では、減速時に非添加弁側排気弁５６ｂを閉状態で休止させるようにしているが、非添加弁側排気弁５６ｂを添加弁側排気弁５６ａより小さいリフト量で駆動するようにしてもよい。すなわち、減速時に、添加弁側排気弁５６ａを通過する排気ガス量が、非添加弁側排気弁５６ｂを通過する排気ガス量より多くなるようにすれば、本実施形態の効果を得ることができる。
【００７２】
また、本実施形態では、減速時にインジェクタ１２からの燃料噴射を必ずしも完全に停止しなくてもよい。
【００７３】
また、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が、図６に示すルーチンの処理を実行することにより前記第４の発明における「デポジット除去手段」が実現されている。
【００７４】
実施の形態４．
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態４について説明するが、上述した実施の形態３との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のシステムは、図１乃至図３に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図７に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００７５】
本実施形態の排気可変動弁機構５８は、実施の形態１と同様に、添加弁設置気筒の二つの排気弁５６を共に駆動する両弁駆動状態と、非添加弁側排気弁５６ｂを閉状態で休止させ、添加弁側排気弁５６ａのみを駆動する片弁駆動状態とに切り換え可能なものであるとする。
【００７６】
［実施の形態４の特徴］
本実施形態では、減速時に、触媒２６の詰まりが有る場合、すなわちＰＭ再生制御の実施が必要な状態である場合には、片弁駆動状態とした上で燃料添加弁４６から燃料を噴射して、ＰＭ再生制御を実施することとした。一方、減速時に、触媒２６が詰まりが無い場合には、実施の形態３と同様に、片弁駆動状態とすることで、燃料添加弁４６のデポジットを吹き飛ばすこととした。
【００７７】
［実施の形態４における具体的処理］
図７は、本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図７に示すルーチンによれば、まず、触媒２６の詰まりの有無が判別される（ステップ１１８）。そして、詰まりが無いと判別された場合には、次に、減速状態であるか否かが判別され（ステップ１２０）、減速状態であると判別された場合には、実施の形態３と同様に、非添加弁側排気弁５６ｂを閉状態で休止させ、添加弁側排気弁５６ａのみを駆動する片弁駆動状態となるように、排気可変動弁機構５８が制御される（ステップ１２２）。これにより、添加弁設置気筒から排出される排気ガス（空気）の全部が、添加弁側排気ポート２２ａに集中して流れる状態となる。その結果、燃料添加弁４６のノズル部に強い排気ガス流が当たるので、燃料添加弁４６のノズル部に付着しているデポジットを吹き飛ばすことができる。すなわち、実施の形態３と同様の効果が得られる。
【００７８】
一方、上記ステップ１１８において、触媒２６の詰まりが有ると判別された場合には、次に、減速状態であるか否かが判別され（ステップ１２４）、減速状態であると判別された場合には、非添加弁側排気弁５６ｂを閉状態で休止させ、添加弁側排気弁５６ａのみを駆動する片弁駆動状態となるように、排気可変動弁機構５８が制御される（ステップ１２６）。これにより、添加弁設置気筒から排出される排気ガス（空気）の全部が、添加弁側排気ポート２２ａに集中して流れる状態となる。この状態で、燃料添加弁４６から燃料が噴射され（ステップ１２８）、ＰＭ再生制御が実施される。このように、強い排気ガス流が燃料添加弁４６のノズル部に当たっている状態で燃料が噴射されるので、噴射された燃料が通路壁面に付着するのを防止することができ、また、噴射された燃料の微粒化（拡散）を促進することができる。すなわち、実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００７９】
上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１２０および１２２の処理を実行することにより前記第４の発明における「デポジット除去手段」が、上記ステップ１２６および１２８の処理を実行することにより前記第２の発明における「燃料拡散促進手段」が、それぞれ実現されている。
【００８０】
実施の形態５．
次に、図８を参照して、本発明の実施の形態５について説明するが、上述した実施の形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。本実施形態のシステムは、図１乃至図３に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に、後述する図８に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
【００８１】
本実施形態の排気可変動弁機構５８は、添加弁設置気筒の二つの排気弁５６を共に駆動する両弁駆動状態と、添加弁側排気弁５６ａを閉状態で休止させ、非添加弁側排気弁５６ｂのみを駆動する片弁駆動状態とに切り換え可能なものであるとする。
【００８２】
［実施の形態５の特徴］
一般に、ディーゼル機関１０の低回転域では、空気量が少ないために、排気ガス中のＨＣが増加する。デポジットが堆積する上で、ＨＣは接着剤のような役目を果たす。このため、低回転域では、燃料添加弁４６にデポジットが堆積し易い。また、空気量が少ない低回転域では、燃料添加弁４６に当たる排気ガス流も弱いので、堆積したデポジットが吹き飛びにくい。このようなことから、一般に、燃料添加弁４６のデポジットは、特に低回転域で蓄積し易いと言える。
【００８３】
そこで、本実施形態では、低回転低中負荷域にあるときには、添加弁側排気弁５６ａを閉状態で休止させ、非添加弁側排気弁５６ｂのみを駆動する片弁駆動状態となるように排気可変動弁機構５８を制御することとした。これにより、低回転低中負荷域では、添加弁設置気筒から排出される排気ガスの全部を非添加弁側排気ポート２２ｂに流すことができる。これにより、ＨＣを多く含んだ排気ガスが燃料添加弁４６のノズル部に当たる機会を減らすことができるので、燃料添加弁４６にデポジットが堆積するのを抑制することができる。
【００８４】
また、低回転低中負荷域で添加弁側排気弁５６ａを閉状態で休止させることにより、内部ＥＧＲ量を増加させることができるので、エミッション（ＮＯｘ排出量）を低減する効果も得られる。
【００８５】
なお、低回転高負荷域では、添加弁側排気弁５６ａを閉状態で休止させると、内部ＥＧＲ量の増大に伴う空気量の減少に起因して、すすが出易くなる。このため、低回転高負荷域では、上記の制御は行わないこととした。
【００８６】
［実施の形態５における具体的処理］
図８は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図８に示すルーチンによれば、まず、低回転低中負荷域にあるか否かが判別される（ステップ１３０）。具体的には、機関回転数および機関負荷がそれぞれ予め設定された所定値より低い場合に、低回転低中負荷域にあると判別される。
【００８７】
上記ステップ１３０で低回転低中負荷域にあると判別された場合には、次に、添加弁側排気弁５６ａを閉状態で休止させ、非添加弁側排気弁５６ｂのみを駆動する片弁駆動状態となるように、排気可変動弁機構５８が制御される（ステップ１３０）。これにより、添加弁側排気ポート２２ａに排気ガスが流れない状態となるので、燃料添加弁４６のノズル部にデポジットが堆積するのを防止することができる。
【００８８】
以上説明したように、図８に示すルーチンの処理によれば、デポジットの堆積し易い低回転低中負荷域において燃料添加弁４６に排気ガス流が当たらないようにすることができるので、燃料添加弁４６にデポジットが堆積することを効果的に抑制することができる。その結果、燃料添加弁４６の噴射孔がデポジットによって詰まるのを防止するためだけに実施される燃料噴射が不要となるか、またはその頻度を削減することができる。このため、燃費を改善することができる。
【００８９】
なお、上述した実施の形態５では、添加弁側排気弁５６ａの閉状態での休止を低回転低中負荷域で実行するようにしているが、他の運転域においても実行できる場合には、実行してもよい。
【００９０】
また、添加弁側排気弁５６ａを閉状態で休止することに代えて、添加弁側排気弁５６ａのリフト量を非添加弁側排気弁５６ｂのリフト量より小さくするようにしてもよい。この場合でも、両排気弁５６が等リフトである場合と比べ、燃料添加弁４６に当たる排気ガス量を少なくすることができるので、デポジットの堆積抑制効果が得られる。
【００９１】
また、上述した実施の形態５においては、ＥＣＵ５０が、図８に示すルーチンの処理を実行することにより前記第５および第６の発明における「デポジット堆積抑制手段」が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるディーゼル機関の添加弁設置気筒付近の模式的な平面図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるディーゼル機関の一つの気筒の断面を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態４において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態５において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００９３】
１０  ディーゼル機関
１２  インジェクタ
１４  コモンレール
１８  排気通路
１９  排気温センサ
２０  排気マニホールド
２２  排気ポート
２２ａ  添加弁側排気ポート
２２ｂ  非添加弁側排気ポート
２２ｃ  隔壁
２４  ターボ過給機
２６  触媒
２８  吸気通路
３４  吸気マニホールド
３５  吸気ポート
３６  吸気絞り弁
３８  エアフローメータ
４０  外部ＥＧＲ通路
４４  ＥＧＲ弁
４６  燃料添加弁
４８  アクセル開度センサ
５０  ＥＣＵ
５２  吸気弁
５４  吸気可変動弁機構
５６  排気弁
５６ａ  添加弁側排気弁
５６ｂ  非添加弁側排気弁
５８  排気可変動弁機構
６２  クランク角センサ
６４  ピストン
【図１】
2008069657.tif 000003
【図２】
2008069657.tif 000004
【図３】
2008069657.tif 000005
【図４】
2008069657.tif 000006
【図５】
2008069657.tif 000007
【図６】
2008069657.tif 000008
【図７】
2008069657.tif 000009
【図８】
2008069657.tif 000010