(57)【要約】【課題】内燃機関の制御装置において、主噴射を行うと共にビゴム噴射を行う場合に、ボアフラッシングを抑制しつつ、ビゴム噴射を行う技術を提供する。【解決手段】気筒２内で燃料を噴射する第１燃料噴射弁６によって圧縮上死点近傍で主噴射を行うと共に、気筒２外の排気通路１０から気筒２内へ燃料を噴射する第２燃料噴射弁１２によって排気行程又は吸気行程の上死点近傍でビゴム噴射を行う。【選択図】図１
2008169747.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内で燃料を噴射する第１燃料噴射手段と、
前記気筒外の排気通路から前記気筒内へ燃料を噴射する第２燃料噴射手段と、
前記第１燃料噴射手段によって圧縮上死点近傍で主噴射を行うと共に、前記第２燃料噴射手段によって排気行程又は吸気行程の上死点近傍で副噴射を行う燃料噴射制御手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
排気弁のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構と、
前記燃料噴射制御手段が前記第２燃料噴射手段によって排気行程又は吸気行程の上死点近傍で副噴射を行う時に、前記可変バルブタイミング機構によって前記排気弁を開弁状態にするバルブタイミング制御手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１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、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関では、気筒内で燃料を噴射する燃料噴射弁によって、圧縮上死点近傍で主噴射を行うと共に、排気行程又は吸気行程の上死点近傍で気筒内に燃料を噴射する副噴射（いわゆるビゴム噴射）を行う。これにより、気筒内の未燃炭化水素を増加させ、その未燃炭化水素を含んだ混合気を圧縮することにより、燃料噴射時期を遅らせることができるようになり、内燃機関から排出される排気の温度を比較的高くできる。
【０００３】
そして、このビゴム噴射が行われるタイミングでの気筒内圧を高くし、ビゴム噴射による噴霧の勢いを抑え、ピストンに与えるダメージを抑制する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１６３５４８号公報
【特許文献２】特開２００６−２２７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、気筒内で燃料を噴射する燃料噴射手段によってビゴム噴射が行われる場合には、特許文献１のように気筒内圧を高めていようとも、高圧で噴射される燃料の噴霧の勢いは未だ強く、噴射後に拡散する燃料は液状のまま気筒内壁面に付着し易い。このため、燃料が気筒内壁面のオイルを洗い流し油膜切れ（いわゆるボアフラッシング）が発生する場合がある。
【０００５】
本発明の目的は、内燃機関の制御装置において、主噴射を行うと共にビゴム噴射を行う場合に、ボアフラッシングを抑制しつつ、ビゴム噴射を行う技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
気筒内で燃料を噴射する第１燃料噴射手段と、
前記気筒外の排気通路から前記気筒内へ燃料を噴射する第２燃料噴射手段と、
前記第１燃料噴射手段によって圧縮上死点近傍で主噴射を行うと共に、前記第２燃料噴射手段によって排気行程又は吸気行程の上死点近傍で副噴射を行う燃料噴射制御手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置である。
【０００７】
ビゴム噴射は、排気行程又は吸気行程の上死点近傍で気筒内へ副噴射を行うものである。ビゴム噴射は、主として、気筒内の未燃炭化水素を増加させ、その未燃炭化水素を含んだ混合気を圧縮することにより、燃料噴射時期を遅らせることができるようになり、これによって、内燃機関から排出される排気の温度を比較的高くし、排気系に設けられる排気浄化装置の温度を上昇させる目的で行われる。排気浄化装置の温度を上昇させる場合としては、排気浄化装置としての吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の硫黄被毒回復制御の昇温制御時や、排気浄化装置としてのパティキュレートフィルタに捕集されている粒子状物質（ＰＭ）を除去するＰＭ再生処理制御の昇温制御時を例示することができる。
【０００８】
本発明では、このビゴム噴射を、気筒内で燃料を噴射する第１燃料噴射手段によって行わず、気筒外の排気通路から気筒内へ燃料を噴射する第２燃料噴射手段によって行うこととした。
【０００９】
本発明によると、気筒外の排気通路に配置された第２燃料噴射手段から気筒内へ燃料を噴射するので、気筒内で燃料を噴射する場合よりも燃料が気筒内へ到達するまでの距離が長くなり、気筒内へ到達する燃料の噴霧の勢いが弱くなる。また、排気通路には高温の排気が存在し、この排気中に燃料を噴射するので、燃料の霧化が促進される。このため、気筒内へ到達した燃料は、勢いが弱く霧化した状態で浮遊しており、気筒内の空気と混ざり合い易い。
【００１０】
よって、本発明によりビゴム噴射された燃料は、液状のまま気筒内壁面に付着し難くなり、ボアフラッシングが抑制できる。したがって、本発明によると、主噴射を行うと共にビゴム噴射を行う場合に、ボアフラッシングを抑制しつつ、ビゴム噴射を行うことができる。
【００１１】
排気弁のバルブタイミングを変更する可変バルブタイミング機構と、
前記燃料噴射制御手段が前記第２燃料噴射手段によって排気行程又は吸気行程の上死点近傍で前記気筒内へ副噴射を行う時に、前記可変バルブタイミング機構によって前記排気弁を開弁状態にするバルブタイミング制御手段と、
を備えるとよい。
【００１２】
ここで、第２燃料噴射手段は気筒外の排気通路に配置されるため、排気弁が閉弁状態であると気筒内へ燃料を噴射できない。本発明によると、第２燃料噴射手段によってビゴム噴射を行う時に可変バルブタイミング機構によって排気弁が開弁状態にされる。このため、気筒外の排気通路に配置された第２燃料噴射手段から噴射された燃料は、開弁状態の排気弁を通過して気筒内へ到達できる。これにより、第２燃料噴射手段からビゴム噴射を可能としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、内燃機関の制御装置において、主噴射を行うと共にビゴム噴射を行う場合に、ボアフラッシングを抑制しつつ、ビゴム噴射を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に本発明の具体的な実施例を説明する。
【００１５】
＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の制御装置を適用する内燃機関及びその吸気系・排気系の概略構成を示す図である。
【００１６】
図１に示す内燃機関１は、車両駆動用のディーゼル機関である。内燃機関１の気筒２内には、ピストン３が摺動自在に設けられている。気筒２内上部の燃焼室には、吸気ポート４及び排気ポート５が接続されている。
【００１７】
また、気筒２には、気筒２内の燃焼室に燃料を直接噴射する第１燃料噴射弁６が設けられている。この第１燃料噴射弁６が本発明の第１燃料噴射手段に相当する。
【００１８】
吸気ポート４の燃焼室への開口部は吸気弁７によって開閉され、排気ポート５の燃焼室への開口部は排気弁８によって開閉される。吸気ポート４は吸気通路９に接続され、排気ポート５は排気通路１０に接続されている。
【００１９】
吸気通路９には、気筒２に導入される外部からの吸気（以下、新気という）量を調節する吸気絞り弁１１が配置されている。
【００２０】
最上流部の排気通路１０には、気筒２外の排気通路１０から気筒２内の燃焼室へ燃料を噴射する第２燃料噴射弁１２が設けられている。この第２燃料噴射弁１２が本発明の第２燃料噴射手段に相当する。
【００２１】
また、第２燃料噴射弁１２が配置された部位よりも下流の排気通路１０には、パティキュレートフィルタ（以下、フィルタという）１３が設けられている。このフィルタ１３には、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（以下、ＮＯｘ触媒という）が担持されていてもよい。フィルタ１３は、排気中のＰＭを捕集する。また、ＮＯｘ触媒が担持されている場合には、該ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、一方、該ＮＯｘ触媒に流入する排気の酸素濃度が低下したときは吸蔵していたＮＯｘを放出する。その放出の際、排気中に未燃炭化水素や一酸化炭素等の還元成分が存在していれば、該ＮＯｘ触媒から放出されたＮＯｘが還元される。
【００２２】
以上述べたように構成された内燃機関１には、電子制御ユニットであるＥＣＵ１４が併設されている。ＥＣＵ１４には、アクセル開度センサ１５及びクランクポジションセンサ１６が電気的に接続されている。アクセル開度センサ１５は内燃機関１を搭載した車両のアクセル開度を検出する。クランクポジションセンサ１６は内燃機関１のクランクシャフトのクランク角を検出する。これらの出力値がＥＣＵ１４に入力される。そして、ＥＣＵ１４はアクセル開度センサ１５の検出値に基づいて内燃機関１の機関負荷を推定し、クランクポジションセンサ１６の検出値に基づいて内燃機関１の機関回転数を算出する。
【００２３】
また、ＥＣＵ１４には、第１燃料噴射弁６、第２燃料噴射弁１２、及び吸気絞り弁１１が電気的に接続されている。ＥＣＵ１４によってこれらが制御される。
【００２４】
また、本実施例では、可変バルブタイミング機構（以下、ＶＶＴという）１７を用いている。ＶＶＴ１７は、排気弁８の開閉動作を行う排気側カムシャフト１８と、排気側カムシャフト１８に取り付けられた排気側プーリ１９と、の相対的な回転位相を変更可能としており、ＥＣＵ１４からの指令に従って排気側カムシャフト１８と排気側プーリ１９との相対的な回転位相を制御する。排気側プーリ１９の回転駆動は、内燃機関１のクランクシャフトの駆動力によって行われる。これにより、排気側カムシャフト１８が回転駆動されて、排気弁８の開閉動作が行われる。そして、このＶＶＴ１７を用い、排気弁８のバルブタイミング（閉弁時期）を遅角することによって、排気弁８を開弁状態に維持することが可能である。
【００２５】
そして、ＥＣＵ１４は、各種センサの検出信号から把握される内燃機関１の運転状態に基づき燃料噴射制御を実施する。燃料噴射制御では、第１、第２燃料噴射弁６，１２を通じた気筒２内への燃料噴射の実施に関し、燃料の噴射量、噴射時期、噴射パターンといったパラメータを設定し、設定したパラメータに基づいて第１、第２燃料噴射弁６，１２の開閉弁操作を実行する。
【００２６】
ＥＣＵ１４は、このような燃料噴射制御を、内燃機関１の運転中所定時間毎に繰り返し行う。燃料の噴射量及び噴射時期は、基本的にはアクセル開度センサ１５の検出値から導かれる機関負荷及びクランクポジションセンサ１６の検出値から導かれる機関回転数に基づき、予め設定されたマップを参照して決定する。また、燃料の噴射パターンとしては、圧縮上死点近傍での燃料噴射を主噴射として行うことで機関出力を得る他、主噴射に加えて排気行程又は吸気行程の上死点近傍での副噴射をビゴム噴射として行う場合がある。
【００２７】
このビゴム噴射は、排気系に設けられるフィルタ１３の温度を上昇させる目的で行われる。フィルタ１３の温度を上昇させる場合とは、例えば、ＮＯｘ触媒の硫黄被毒回復制御
の昇温制御時や、フィルタ１３に捕集されているＰＭを除去するＰＭ再生処理制御の昇温制御時である。
【００２８】
ここで、硫黄被毒回復制御について説明する。内燃機関１の燃料には硫黄成分が含まれているのが通常であり、排気中にはＮＯｘの他、燃料中の硫黄成分を起源とする硫黄成分（ＳＯｘ（硫黄酸化物）やＳなど）も存在する。排気中に存在する硫黄成分は、ＮＯｘに比べてより高い効率でＮＯｘ触媒に吸収され、しかも、ＮＯｘ触媒に吸蔵されているＮＯｘを放出するために十分な排気中の酸素濃度が所定値を下回る条件下においてもＮＯｘ触媒から容易には放出されない。このため、機関運転の継続に伴い、排気中の硫黄成分が徐々にＮＯｘ触媒に堆積して硫黄被毒が生じる。そこで、硫黄被毒を回復するための方策として、ＮＯｘ触媒の温度を上昇させ、排気の空燃比を理論空燃比若しくはそれより少し濃いリッチにする制御（硫黄被毒回復制御）が行われる。
【００２９】
また、ＰＭ再生処理制御について説明する。フィルタ１３は、内燃機関１の排気通路１０に設けられて、排気中に含まれるＰＭを捕集するものであるが、フィルタ１３が捕集可能なＰＭ量には限りがあるため、フィルタ１３に捕集されているＰＭを適宜除去させる必要がある。そこで、フィルタ１３に捕集されているＰＭを除去する方法として、フィルタ１３内が酸化雰囲気の状態で、ＰＭが酸化可能な温度域までフィルタ１３を昇温させることにより、ＰＭを酸化・除去している。
【００３０】
ところで、従来、第１燃料噴射弁６のように気筒２内で燃料を噴射する燃料噴射弁によってビゴム噴射が行われていた。この場合には、気筒２の内圧を高めていようとも、高圧で噴射される燃料の噴霧の勢いは未だ強く、噴射後に拡散する燃料は液状のまま気筒２の内壁面に付着し易い。このため、燃料が気筒２の内壁面のオイルを洗い流し油膜切れ（いわゆるボアフラッシング）が発生する場合があった。
【００３１】
そこで、本実施例では、ビゴム噴射を、気筒２内で燃料を噴射する第１燃料噴射弁６によって行わず、気筒２外の排気通路１０から気筒２内の燃焼室へ燃料を噴射する第２燃料噴射弁１２によって行うこととした。
【００３２】
上記のように、第２燃料噴射弁１２を用いて、気筒２外の排気通路１０から気筒２内の燃焼室へ燃料を噴射させるため、第２燃料噴射弁１２は、排気通路１０の最上流部に、図１に示すように燃料の噴射方向が気筒２内へ向いて（排気流れ方向に逆流する向きで）配置されている。
【００３３】
ここで、図２を用いて本実施例の場合の主噴射及びビゴム噴射の噴射時期を説明する。（ａ）は内燃機関１における吸気行程、圧縮行程、膨張行程（爆発行程）及び排気行程の４ストロークサイクルを示し、（ｂ）は吸気弁７及び排気弁８の開弁状態を示し、（ｃ）は主噴射及びビゴム噴射の噴射時期を示す。
【００３４】
第２燃料噴射弁１２によって行われるビゴム噴射の噴射時期は、排気行程又は吸気行程の上死点近傍である。特に本実施例では、吸気行程で気筒２内に吸気通路９の新気が吸入される際の吸引力で排気通路１０から燃料も気筒２内へ吸引されるよう、排気上死点の後に遅角してビゴム噴射が行われる。
【００３５】
この排気上死点の後は、通常であれば排気弁８は閉弁されてしまい、第２燃料噴射弁１２から燃料噴射を行っても、気筒２内へ燃料は届かず、気筒２外の閉弁状態の排気弁８や排気ポート５に燃料が噴きつけられるだけとなってしまう。そこで、本実施例では、ＶＶＴ１７を用いて排気弁８の閉弁時期を遅角することとした。このため、本実施例では、排気上死点の後にビゴム噴射が行われるタイミングでは排気弁８は未だ開弁状態に維持され
る。これにより、気筒２外の排気通路１０に配置された第２燃料噴射弁１２から噴射された燃料は、開弁状態の排気弁８を通過して気筒２内へ到達できる。
【００３６】
なお、本実施例では、燃料がより効率よく気筒２内へ吸い込まれるよう、排気上死点の後にビゴム噴射を行うタイミングとしているが、本発明としては、ＶＶＴ１７を用いないで通常の排気弁８が開弁状態の間に第２燃料噴射弁１２からビゴム噴射を行うものでもよい。
【００３７】
第１燃料噴射弁６によって行われる主噴射の噴射時期は、圧縮上死点近傍である。特に本実施例では、ビゴム噴射による燃料がその後の行程で蒸発して着火し易いものとなり燃焼を安定させるので、圧縮上死点の後に遅角して主噴射が行われる。これにより、排気エネルギが増加し、それに伴い温度上昇した排気が排気通路１０へ排出されフィルタ１３に到達することによりフィルタ１３の温度を上昇させることができる。
【００３８】
以上の本実施例によると、ビゴム噴射として、気筒２外の排気通路１０に配置された第２燃料噴射弁１２から気筒２内の燃焼室へ燃料を噴射するので、気筒２内で燃料を噴射する場合よりも燃料が気筒２内へ到達するまでの距離が長くなり、気筒２内へ到達する燃料の噴霧の勢いが弱くなる。また、排気通路１０には高温の排気が存在し、この排気中に燃料を噴射するので、燃料の霧化が促進される。このため、気筒２内へ到達した燃料は、勢いが弱く霧化した状態で浮遊し、気筒２内の空気と混ざり合い易い。
【００３９】
よって、本実施例によりビゴム噴射された燃料は、液状のまま気筒２の内壁面に付着し難くなり、ボアフラッシングが抑制できる。したがって、本実施例によると、主噴射を行うと共にビゴム噴射を行う場合に、ボアフラッシングを抑制しつつ、ビゴム噴射を行うことができる。
【００４０】
加えて、ボアフラッシングを抑制できるため、ボアフラッシングの発生をおそれてビゴム噴射の燃料噴射量を制限する必要もなくなる。
【００４１】
図３は、ＥＣＵ１４を通じて所定時間毎に実行される主噴射及びビゴム噴射の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【００４２】
本ルーチンに処理が移行すると、ＥＣＵ１４は先ずステップＳ１０１において、排気系の昇温制御が必要であるか否かを判断する。昇温制御が必要であると判定された場合にはステップＳ１０２に移行し、必要ないと判定された場合には本ルーチンを一旦終了する。
【００４３】
ステップＳ１０２においては、ＥＣＵ１４は内燃機関１の運転状態が低・中負荷域にあるか否かを判断する。機関運転状態が高負荷域の場合には、主噴射に加えてビゴム噴射が行われると、機関燃焼に供される混合気の空燃比が過濃なリッチとなってスモークが発生してしまうことが懸念される。そこで、スモークが発生しないような機関運転状態のとき、すなわち機関運転状態が低・中負荷域の場合に、主噴射及びビゴム噴射を行うようにしている。
【００４４】
内燃機関の運転状態が低・中負荷域にあると判定された場合にはステップＳ１０３に移行し、内燃機関の運転状態が低・中負荷域にないと判定された場合には本ルーチンを一旦終了する。
【００４５】
ステップＳ１０３においては、ＥＣＵ１４は主噴射及びビゴム噴射を行う。具体的には、第１燃料噴射弁６によって圧縮上死点の後で主噴射を行うと共に、第２燃料噴射弁１２によって排気上死点の後でビゴム噴射を行う。また、第２燃料噴射弁１２によってビゴム
噴射を行う時に、ＶＶＴ１７によって排気弁８を開弁状態にするよう、排気弁８の閉弁時期を遅角する。その後、本ルーチンを一旦終了する。
【００４６】
なお、本ステップを実行するＥＣＵ１４が本発明の燃料噴射制御手段及びバルブタイミング制御手段に相当する。
【００４７】
以上述べたルーチンにより、主噴射及びビゴム噴射が制御される。
【００４８】
なお、本実施例においては、第２燃料噴射弁１２は、ビゴム噴射を行うために排気弁８が開弁状態の時に気筒２内へ燃料噴射していた。しかし、排気弁８が閉弁状態の時に燃料噴射し、噴射した燃料を気筒２外の閉弁状態の排気弁８や排気ポート５に噴きつけて、排気中への燃料添加を実施するものとしてもよい。排気中への燃料添加は、いわゆるＮＯｘ還元処理制御や硫黄被毒回復制御において、排気の空燃比を理論空燃比若しくはそれより少し濃いリッチにするために行われる。
【００４９】
また、本実施例においては、最上流部の排気通路１０に第２燃料噴射弁１２を配置するものであったが、本発明としては、排気ポート５も気筒２外の排気通路の一部とみなし、排気ポート５に第２燃料噴射弁１２を配置するものであってもよい。
【００５０】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施例１に係る内燃機関とその吸気系・排気系を示す図である。
【図２】実施例１に係る主噴射及びビゴム噴射の噴射時期を説明するための図である。
【図３】実施例１に係る主噴射及びビゴム噴射の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５２】
１     内燃機関
２     気筒
３     ピストン
４     吸気ポート
５     排気ポート
６     第１燃料噴射弁
７     吸気弁
８     排気弁
９     吸気通路
１０   排気通路
１１   吸気絞り弁
１２   第２燃料噴射弁
１３   フィルタ
１４   ＥＣＵ
１５   アクセル開度センサ
１６   クランクポジションセンサ
１７   ＶＶＴ
１８   排気側カムシャフト
１９   排気側プーリ
【図１】
2008169747.tif 000003
【図２】
2008169747.tif 000004
【図３】
2008169747.tif 000005