(57)【要約】【課題】この発明は、内燃機関の制御装置に関し、排気弁近傍の排気通路に燃料添加弁が配置される内燃機関において、排気ガスの逆流に起因する燃焼の悪化を良好に回避することを目的とする。【解決手段】＃４気筒の排気通路１６の排気ポート２０に、当該排気通路１６内に燃料を添加する燃料添加弁２６を備える。排気弁５６のバルブタイミングを変更可能とする排気可変動弁機構５８を備える（図２参照）。燃料添加弁２６による燃料添加実施要求が検知され、かつ、排気可変動弁機構５８を用いた排気弁早開き制御の実施要求が検知された場合には、燃料添加弁２６に近接する気筒については、排気早開き制御を行わないようにする。【選択図】図１
2008038825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全気筒ではない少なくとも１つの気筒における排気弁近傍の排気通路に配置され、当該排気通路に燃料を添加する燃料添加弁と、
前記燃料添加弁による燃料添加実施要求を検知する燃料添加要求検知手段と、
排気弁のバルブタイミングを変更可能とする可変動弁機構と、
前記燃料添加実施要求が検知された場合には、前記燃料添加弁に近接する気筒において前記排気通路から筒内への排気ガスの逆流が生じないように、前記燃料添加弁に近接する前記気筒の排気弁のバルブタイミングを、他の気筒とは独立したバルブタイミングとなるように制御する排気バルブタイミング制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
排気弁の開き時期を調整する排気弁開き時期制御手段と、
排気弁の開き時期を進角する排気弁早開き制御の実施要求を検知する排気弁早開き要求検知手段とを更に備え、
前記排気バルブタイミング制御手段は、前記燃料添加実施要求が検知され、かつ、前記排気弁早開き制御の実施要求が検知された場合には、前記燃料添加弁に近接する前記気筒については、前記排気弁早開き制御を行わないことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
排気弁の開き時期を調整する排気弁開き時期制御手段と、
排気弁の開き時期を進角する排気弁早開き制御の実施要求を検知する排気弁早開き要求検知手段とを更に備え、
前記排気バルブタイミング制御手段は、前記燃料添加実施要求が検知され、かつ、前記排気弁早開き制御の実施要求が検知された場合には、前記燃料添加弁に近接する前記気筒については、他の気筒よりも排気弁の開き時期の進角量を小さくすることを特徴とする請求項１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】
この発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、排気通路に排気ガス中の粒子状物質を捕集する捕集手段を備える内燃機関の排気微粒子除去装置が開示されている。この従来の装置は、排気弁の開閉タイミングを変更可能とする可変動弁機構を備えている。そして、上記従来の装置は、捕集手段の捕集能力を再生させる目的で、排気弁の開弁時期を進角させるようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２２７６３０号公報
【特許文献２】特開２００３−２７８５３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、排気通路に配置される触媒を昇温或いは還元させる目的で、排気通路内に燃料を噴射する燃料添加弁を備える内燃機関が知られている。このような燃料添加弁が排気弁に近接して排気ポート内に配置される場合においては、上記従来の装置のように排気弁の開弁時期の進角が実行されると、排気ガスが筒内に逆流する事態が生じ得る。排気通路に添加された燃料を含む排気ガスが筒内に逆流すると、内燃機関の燃焼安定性が損なわれることがある。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、排気弁近傍の排気通路に燃料添加弁が配置される内燃機関において、排気ガスの逆流に起因する燃焼の悪化を良好に回避し得る内燃機関の制御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】
【０００６】
第１の発明は、全気筒ではない少なくとも１つの気筒における排気弁近傍の排気通路に配置され、当該排気通路に燃料を添加する燃料添加弁と、
前記燃料添加弁による燃料添加実施要求を検知する燃料添加要求検知手段と、
排気弁のバルブタイミングを変更可能とする可変動弁機構と、
前記燃料添加実施要求が検知された場合には、前記燃料添加弁に近接する気筒において前記排気通路から筒内への排気ガスの逆流が生じないように、前記燃料添加弁に近接する前記気筒の排気弁のバルブタイミングを、他の気筒とは独立したバルブタイミングとなるように制御する排気バルブタイミング制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、排気弁の開き時期を調整する排気弁開き時期制御手段と、
排気弁の開き時期を進角する排気弁早開き制御の実施要求を検知する排気弁早開き要求検知手段とを更に備え、
前記排気バルブタイミング制御手段は、前記燃料添加実施要求が検知され、かつ、前記排気弁早開き制御の実施要求が検知された場合には、前記燃料添加弁に近接する前記気筒については、前記排気弁早開き制御を行わないことを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１の発明において、排気弁の開き時期を調整する排気弁開き時期制御手段と、
排気弁の開き時期を進角する排気弁早開き制御の実施要求を検知する排気弁早開き要求検知手段とを更に備え、
前記排気バルブタイミング制御手段は、前記燃料添加実施要求が検知され、かつ、前記排気弁早開き制御の実施要求が検知された場合には、前記燃料添加弁に近接する前記気筒については、他の気筒よりも排気弁の開き時期の進角量を小さくすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１の発明によれば、予定するバルブタイミングから排気弁のバルブタイミングを変更する気筒を最小限に抑えつつ、排気通路への燃料添加時に、排気ガスの逆流に起因する燃焼の悪化が生ずるのを良好に回避することができる。
【００１０】
第２または第３の発明によれば、排気弁の早開きに伴う排気ガスの逆流に起因して、排気通路への燃料添加時に燃焼の悪化が生ずるのを良好に回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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エンジン１０を備えている。ディーゼルエンジン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エンジン１０は、＃１〜＃４の４つの気筒を有する直列４気筒型であるものとするが、本発明におけるディーゼルエンジン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。
【００１２】
ディーゼルエンジン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。図示しない燃料タンク内の燃料は、図示しないサプライポンプによって所定の燃圧まで加圧されて、コモンレール１４内に蓄えられ、コモンレール１４から各インジェクタ１２に供給される。
【００１３】
ディーゼルエンジン１０の排気通路１６は、排気マニホールド１８により枝分かれして、各気筒の排気ポート２０（図２参照）に接続されている。本実施形態のディーゼルエンジン１０は、電動機付きのターボ過給機２２を備えている。排気通路１６は、ターボ過給機２２の排気タービンに接続されている。
【００１４】
排気通路１６におけるターボ過給機２２の下流側には、排気ガスを浄化する排気浄化装置２４が設けられている。排気浄化装置２４としては、例えば、酸化触媒、吸蔵還元型または選択還元型のＮＯｘ触媒、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）、ＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx-Reduction system）のうちの一つ、またはこれらの組み合わせなどを用いることができる。
【００１５】
また、＃４気筒の排気ポート２０、すなわち、＃４気筒の排気弁５６近傍の排気通路には、排気通路１６内に燃料を噴射する燃料添加弁２６が組み込まれている。このような燃料添加弁２６によれば、排気浄化装置２４の触媒を昇温或いは還元させる必要のあるときに、排気浄化装置２４内の触媒に未燃HCを供給することができる。
【００１６】
ディーゼルエンジン１０の吸気通路２８の入口付近には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３０が設置されている。吸気通路２８に取り込まれた空気は、ターボ過給機２２の吸気圧縮機で圧縮された後、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（図２参照）に分配される。また、吸気通路２８において、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。
【００１７】
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３８の一端が接続されている。外部ＥＧＲ通路３８の他端は、排気通路１６の排気マニホールド１８近傍に接続されている。本システムでは、この外部ＥＧＲ通路３８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。
【００１８】
外部ＥＧＲ通路３８の途中には、外部ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４０が設けられている。外部ＥＧＲ通路３８におけるＥＧＲクーラ４０の下流には、ＥＧＲ弁４２が設けられている。このＥＧＲ弁４２の開度を変えることにより、外部ＥＧＲ通路３８８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。
【００１９】
吸気通路２８における吸気絞り弁３６の下流側には、吸気圧を検出する吸気圧センサ４４および吸気温度を検出する吸気温度センサ４６がそれぞれ設置されている。また、排気通路１６における排気浄化装置２４の上流側には、排気空燃比を検知するための空燃比センサ４８および排気圧力を検出する排気圧センサ５０が配置されている。また、排気浄化装置２４には、その内部の触媒の温度を検出する触媒温度センサ５２が組み込まれている。
【００２０】
そして、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５４を備えている。ＥＣＵ５４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。ＥＣＵ５４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駆動させることにより、ディーゼルエンジン１０の運転状態を制御する。
【００２１】
図２は、図１に示すシステムにおけるディーゼルエンジン１０の一つの気筒の断面を示す図である。以下、ディーゼルエンジン１０について更に説明する。ディーゼルエンジン１０には、排気弁５６を駆動する排気可変動弁機構５８と、吸気弁６０を駆動する吸気可変動弁機構６２とが備えられている。これら排気可変動弁機構５８および吸気可変動弁機構６２は、ＥＣＵ５４に接続されている。排気可変動弁機構５８および吸気可変動弁機構６２の具体的構成は、ここでは、排気弁５６や吸気弁６０を駆動するカム（図示せず）の位相を連続的に可変とするＶＶＴ機構であるものとする。但し、このようなＶＶＴ機構に限らず、例えば、任意のタイミングで排気弁５６等を開閉可能な電磁駆動弁などを用いるようにしてもよい。
【００２２】
［排気弁早開き制御］
本実施形態のシステムでは、排気温度を上昇させるために、暖気中などの所定の条件下において、排気弁５６の開き時期を進角側に調整することによって、排気温度を上昇させる排気弁早開き制御が実行されることがある。図３は、そのような排気弁早開き制御中の排気弁５６の開き時期の設定を説明するための図である。
【００２３】
図３中に破線で表された曲線は、通常時の排気弁５６の開閉時期の設定、より具体的には、ディーゼルエンジン１０の運転状態に応じた排気弁５６の開閉時期の設定を示している。また、図３中に実線で表された曲線は、排気弁早開き制御時の排気弁５６の開閉時期の設定を示している。すなわち、本実施形態では、排気可変動弁機構５８によって排気弁５６の開弁位相を進角させることで、排気弁５６の開き時期を進角させることとしている。
【００２４】
［本実施形態の特徴部分］
燃料添加弁２６による燃料添加（以下、単に「排気燃料添加」と略することがある）は、排気浄化装置２４内の触媒の状態に基づいて要求される任意のタイミングで実行されるものである。そのような排気燃料添加が実行されている状況下で、排気弁５６の開き時期の進角による上記排気弁早開き制御が実行された場合、当該燃料添加弁２６が配置された＃４気筒では、排気ポート２０に添加された燃料を含む排気ガスが＃４気筒の筒内に逆流する事態が生じ得る。そのような添加燃料を含む排気ガスの逆流は、エンジンの燃焼変動やスモーク排出増の要因となる。
【００２５】
そこで、本実施形態では、燃料添加弁２６が配置された＃４気筒については、排気燃料添加の実施要求がある場合には、排気ガスの逆流が生じるようなバルブタイミングとしないようにするため、他の気筒とは独立してバルブタイミングの制御を行うこととした。具体的には、排気燃料添加の実施要求がある場合には、排気弁早開き制御の実施要求が発せられた状況下においても、＃４気筒については排気弁５６の早開き制御を行わないようにした。
【００２６】
図４は、上記の機能を実現するために、ＥＣＵ５４が実行するルーチンのフローチャートである。図４に示すルーチンでは、先ず、入力信号処理が実行される（ステップ１００）。すなわち、ＥＣＵ５４が備える各種センサの信号の処理が行われる。
【００２７】
次に、上記ステップ１００における入力信号処理の結果に基づいて、排気燃料添加実施要求があるか否か、より具体的には、排気浄化装置２４の触媒を昇温或いは還元させる必要があるか否かが判別される（ステップ１０２）。その結果、排気燃料添加実施要求がないと判定された場合には、以後、速やかに今回の処理サイクルが終了される。
【００２８】
一方、上記ステップ１０２において、排気燃料添加実施要求があると判定された場合には、次いで、排気弁５６の早開き制御の実施中であるか否かが判別される（ステップ１０４）。その結果、排気弁早開き制御の実施中ではないと判定された場合には、以後、速やかに今回の処理サイクルが終了される。
【００２９】
一方、上記ステップ１０４において、排気弁早開き制御の実施中であると判定された場合には、燃料添加弁２６が配置された＃４気筒のみ排気弁５６の早開き制御の実行が禁止される（ステップ１０６）。具体的には、＃４気筒においては、排気可変動弁機構５８による排気弁５６の開き時期の進角が行われず、他の残りの気筒においてのみ排気弁早開き制御が行われる。
【００３０】
以上説明した図４に示すルーチンによれば、排気燃料添加の実施要求が出された状況下で排気弁早開き制御の実施要求がある場合には、＃４気筒における排気弁早開き制御の実行が禁止される。つまり、＃４気筒については、排気ガスの逆流が生じるようなバルブタイミングとしないようにするため、他の気筒とは独立して排気弁５６のバルブタイミングの制御が行われる。このため、予定するバルブタイミングから排気弁のバルブタイミングを変更する気筒を＃４気筒だけというように最小限に抑えつつ、排気ポート２０に添加された燃料を含む排気ガスが＃４気筒の筒内に逆流する事態を回避することができる。その結果として、そのような添加燃料を含む排気ガスの存在によって、ディーゼルエンジン１０の燃料安定性が損なわれるのを回避することができる。
【００３１】
ところで、上述した実施の形態１においては、排気燃料添加の実施要求が出された状況下で排気弁早開き制御の実施要求がある場合には、燃料添加弁２６が配置された気筒（＃４気筒）では、排気弁５６の早開き制御を実施しないようにしている。しかしながら、本発明において、燃料添加弁２６が配置された気筒に対して、排気ガスの逆流が生じるようなバルブタイミングとしないようにするために、他の気筒とは独立して行う排気弁５６のバルブタイミングの制御は、これに限定されるものではない。すなわち、排気ガスの逆流が生じ得る排気弁５６の開き時期の進角量は、ディーゼルエンジン１０の運転状態に応じて変化する。このため、例えば、排気ガスの逆流が生じない範囲内であれば、燃料添加弁２６が配置された気筒においても、他の気筒よりは小さな開き時期の進角量で排気弁早開き制御を行うようにしてもよい。
【００３２】
また、上述した実施の形態１においては、排気燃料添加の実施要求が出された状況下で排気弁早開き制御の実施要求がある場合には、排気ポート２０に燃料添加弁２６が配置された気筒（＃４気筒）については、排気弁５６の早開き制御を実施しないようにしている。しかしながら、燃料添加弁２６は、排気弁５６近傍の排気通路１６に配置されていれば、上記のように排気弁５６のすぐ近くである排気ポート２０に配置された場合でなくても、添加燃料を含む排気ガスの筒内への逆流が生じ得る。そこで、以下に説明するような位置に燃料添加弁２６が配置される場合には、以下に示すように、燃料添加弁２６に近接する複数の気筒において、他の気筒と排気弁５６のバルブタイミングを異ならせるようにしてもよい。
【００３３】
そのような燃料添加弁２６の配置場所を上記図１を参照して説明する。既述したように、排気通路１６は、排気マニホールド１８によって各気筒に枝分かれしている。そこで、各気筒に対して枝分かれされた排気通路１６の各部位を、それぞれ分岐管路１８＃１〜１８＃４と称する（図１参照）。そして、ここでは、排気弁近傍の吸気通路として、隣接し合う分岐管路１８＃３と分岐管路１８＃４との接続部（図１中に表されたＡ点）に燃料添加弁２６が配置された場合を想定する。このような配置の場合には、燃料添加弁２６に近接する複数の気筒、すなわち、＃３気筒および＃４気筒において排気ガスが筒内に逆流するのを回避すべく、排気燃料添加の実施要求が出された状況下で排気弁早開き制御の実施要求があるときは、＃３気筒および＃４気筒については排気弁早開き制御を行わないようにしてもよい。或いは、他の気筒よりも排気弁の開き時期の進角量を小さくしてもよい。
【００３４】
尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５４が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第１の発明における「燃料添加要求検知手段」が、上記ステップ１０４および１０６の処理を実行することにより前記第１の発明における「排気バルブタイミング制御手段」が、それぞれ実現されている。また、ＥＣＵ５４が、排気可変動弁機構５８を用いて排気弁５６の開き時期を調整することにより前記第２または第３の発明における「排気弁開き時期制御手段」が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第２または第３の発明における「排気弁早開き要求検知手段」が、それぞれ実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【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】図１に示すシステムにおけるディーゼルエンジンの一つの気筒の断面を示す図である。
【図３】排気弁早開き制御中の排気弁の開き時期の設定を説明するための図である。
【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。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ディーゼルエンジン
１２  インジェクタ
１６  排気通路
１８  排気マニホールド
１８＃１〜＃４  分岐管路
２０  排気ポート
２２  ターボ過給機
２４  排気浄化装置
２６  燃料添加弁
２８  吸気通路
３０  エアフローメータ
３６  吸気絞り弁
４４  吸気圧センサ
４６  吸気温度センサ
４８  空燃比センサ
５０  排気圧センサ
５２  触媒温度センサ
５４  ECU(Electronic Control Unit)
５６  排気弁
５８  排気可変動弁機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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