(57)【要約】【課題】燃料の後噴射実行によるフィルタ再生中であっても、エンジンの異常燃焼を招くことなく、排気還流を行なう。【解決手段】第１及び第２の気筒１１，１２に接続した第１排気通路１５と、第３及び第４の気筒１３，１４に接続した第２排気通路１６とが合流した第３排気通路１７に酸化触媒２４及び排気微粒子捕集用フィルタ２５を配置し、フィルタ再生時には、第３及び第４の気筒１３，１４に燃料の後噴射を実行し、後噴射が行なわれない第１及び第２の気筒１１，１２からの排気を吸気通路に還流させる。【選択図】図１
2007255252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有するエンジンの別個の気筒に接続された第１及び第２の排気通路と、
上記第１及び第２の排気通路が互いの下流端で合流する第３の排気通路と、
上記第１の排気通路から上記エンジンの吸気通路に排気を還流する排気還流通路と、
上記第３の排気通路に設けられ、上記エンジンから排出される排気中の微粒子を捕集するフィルタと、
上記第２の排気通路に又は上記フィルタよりも上流側の上記第３の排気通路に又は上記フィルタに設けられた酸化触媒と、
上記フィルタに捕集される上記微粒子の量に関連するパラメータ値を検出する手段と、
上記エンジンの気筒内燃焼室に噴射する燃料の噴射量及び噴射時期を制御する噴射制御手段と、
上記パラメータ値に基いて上記フィルタの捕集微粒子量が所定量以上になったと判定したときに、上記噴射制御手段による上記第２の排気通路が接続された気筒に対する燃料噴射制御により、上記酸化触媒に未燃燃料を供給し該未燃燃料の酸化反応熱により上記フィルタの温度を上昇させて該フィルタに捕集されている微粒子を燃焼させるフィルタ再生手段と、
上記フィルタ再生手段の作動中は、上記エンジンの運転状態に基いて、上記第１の排気通路と吸気通路とを結ぶ排気還流通路によって該吸気通路への排気還流量を制御する排気還流制御手段とを備えていることを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記フィルタ再生手段の非作動中に上記エンジンの運転状態に基いて排気還流量を制御するための、上記第２の排気通路から上記吸気通路に排気を還流する第２の排気還流通路を備えていることを特徴とするエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンにおいて、その排気の一部を吸気通路に還流する排気還流（ＥＧＲ）制御を行なうことが、ＮＯｘ排出量の低減に有効であることは知られている。しかし、排気中の微粒子（微粒子状物質、特にカーボン）を捕集するフィルタを排気通路に設けた場合、このフィルタに捕集された微粒子を燃焼除去するフィルタ再生中は上記排気還流がエンジン等に悪影響を及ぼす懸念がある。
【０００３】
それは、フィルタよりも上流側の排気通路に又は該フィルタに酸化触媒を設け、この酸化触媒に未燃燃料を供給し該未燃燃料の酸化反応熱を利用してフィルタ温度を上昇させることにより、フィルタの再生を行なう場合である。すなわち、このフィルタ再生中に上記排気還流が行なわれると、フィルタ再生のための未燃燃料が排気と共に排気還流通路を通って気筒に送られ、エンジンの異常燃焼を招く懸念があり、或いは未燃燃料が排気還流通路壁に付着してその閉塞を招く懸念もある。この問題に対して、上記フィルタ再生中は排気還流を停止するという提案はある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−２８２４７７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、排気還流の停止はＮＯｘ排出量の増大に結びつくことから、たとえ排気通路にＮＯｘ浄化触媒を配置したとしても、ＮＯｘ排出を可能な限り抑制するという要求を満たすことは難しくなる。
【０００５】
そこで、本発明は、フィルタ再生中であっても、上述のエンジンの異常燃焼や未燃燃料の排気還流通路への付着等の問題を招くことなく、排気還流を行なうことができるようにする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、このような課題に対して、互いに異なる気筒に接続した２つの排気通路を設け、フィルタ再生中には一方の排気通路から酸化触媒に未燃燃料を供給し、排気還流は他方の排気通路から行なうようにして、未燃燃料が還流排気に混入されないようにした。
【０００７】
すなわち、請求項１に係る発明は、複数の気筒を有するエンジンの別個の気筒に接続された第１及び第２の排気通路と、
上記第１及び第２の排気通路が互いの下流端で合流する第３の排気通路と、
上記第１の排気通路から上記エンジンの吸気通路に排気を還流する排気還流通路と、
上記第３の排気通路に設けられ、上記エンジンから排出される排気中の微粒子を捕集するフィルタと、
上記第２の排気通路に又は上記フィルタよりも上流側の上記第３の排気通路に又は上記フィルタに設けられた酸化触媒と、
上記フィルタに捕集される上記微粒子の量に関連するパラメータ値を検出する手段と、
上記エンジンの気筒内燃焼室に噴射する燃料の噴射量及び噴射時期を制御する噴射制御手段と、
上記パラメータ値に基いて上記フィルタの捕集微粒子量が所定量以上になったと判定したときに、上記噴射制御手段による上記第２の排気通路が接続された気筒に対する燃料噴射制御により、上記酸化触媒に未燃燃料を供給し該未燃燃料の酸化反応熱により上記フィルタの温度を上昇させて該フィルタに捕集されている微粒子を燃焼させるフィルタ再生手段と、
上記フィルタ再生手段の作動中は、上記エンジンの運転状態に基いて、上記第１の排気通路と吸気通路とを結ぶ排気還流通路によって該吸気通路への排気還流量を制御する排気還流制御手段とを備えていることを特徴とするエンジンの制御装置である。
【０００８】
従って、フィルタの捕集微粒子量が所定量以上になったとき、フィルタ再生のための未燃燃料は、第２の排気通路が接続された気筒に対する燃料噴射制御により、第１の排気通路を通らず、第２の排気通路を通して酸化触媒に供給される。一方、このフィルタ再生時の排気還流は、上記未燃燃料が供給されない第１の排気通路と吸気通路とを結ぶ排気還流通路を通して行なわれる。よって、この還流される排気への未燃燃料の混入が避けられ、エンジンの異常燃焼や未燃燃料の排気還流通路への付着等の問題を招くことなく、排気還流によるＮＯｘの低減を図ることができる。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１において、
上記フィルタ再生手段の非作動中に上記エンジンの運転状態に基いて排気還流量を制御するための、上記第２の排気通路から上記吸気通路に排気を還流する第２の排気還流通路を備えていることを特徴とする。
【００１０】
従って、フィルタ再生中でないときは、第１の排気通路から吸気通路に排気を還流する第１の排気還流通路の他に、第２の排気通路から吸気通路に排気を還流する第２の排気還流通路を利用して、排気還流を行なうことができる。よって、エンジンの運転状態に応じて必要な排気還流量を確保する上で、換言すれば、ＮＯｘを効率良く低減する上で有利になる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、互いに異なる気筒に接続した２つの排気通路を設け、フィルタ再生のための未燃燃料は一方の排気通路から酸化触媒に供給し、排気還流は他方の排気通路から行なうようにして、未燃燃料が還流される排気に混入されないようにしたから、エンジンの異常燃焼や未燃燃料の排気還流通路への付着等の問題を招くことなく、排気還流によるＮＯｘの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１において、１は自動車のディーゼルエンジンであって、第１から第４の気筒１１〜１４を有する。この符号１１〜１４の各気筒には、その気筒内燃焼室に燃料を噴射するための燃料噴射弁２が設けられている。第１気筒１１及び第２気筒１２には第１排気通路１５の上流端が分岐して接続され、第３気筒１３及び第４気筒１４には第２排気通路１６の上流端が分岐して接続されている。この両排気通路１５，１６はその下流端で合流するように第３排気通路１７に接続されている。
【００１４】
第１排気通路１５の分岐部よりも下流側部位から第１排気還流通路１８が延設され、第２排気通路１６の分岐部よりも下流側部位から第２排気還流通路１９が延設されている。この両排気還流通路１８，１９はその下流端がエンジン１の吸気通路（図示省略）に接続されている。第１排気還流通路１８には排気還流量を調節するための第１ＥＧＲ弁２１が設けられ、第２排気還流通路１９にも排気還流量を調節するための第２ＥＧＲ弁２２が設けられている。
【００１５】
第３排気通路１７には、その上流側から順にＶＧＴ(バリアブル・ジオメトリー・ターボチャージャー)２３、酸化触媒２４及び酸化触媒付きフィルタ（ディーゼルパティキュレートフィルタＤＰＦ）２５が配置されている。酸化触媒２４は、排気中の未燃燃料、その他のＨＣ（炭化水素）やＣＯを酸化させるものであって、例えば、コーディエライト製のハニカム状担体にＰｔやＰｄ等の触媒金属をアルミナ等の触媒金属サポート材と共に担持させて構成されている。フィルタ２５は、排気中の微粒子を捕集するための、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）やコーディエライト等の耐熱性セラミック材によって形成されたウォールフロー型フィルタ、或いは耐熱性セラミックス繊維によって形成された三次元網目状フィルタである。本実施形態では、フィルタ本体にＰｔやＰｄ等の触媒金属をアルミナ等の触媒金属サポート材と共に担持させてフィルタ２５が構成されている。
【００１６】
上記エンジン１には、上記気筒１１〜１４の各燃料噴射弁２及びＥＧＲ弁２１，２２の作動を制御するためのマイクロコンピュータを利用したコントロールユニット２６が設けられている。すなわち、このコントロールユニット２６は、気筒１１〜１４の各々に対する燃料噴射弁２による燃料の噴射量及び噴射時期を制御する噴射制御手段、並びに上記ＥＧＲ弁２１，２２による排気還流量を制御する排気還流制御手段を構成しているとともに、フィルタ２５の捕集微粒子量が多くなったときにその微粒子を燃焼除去して該フィルタ２５を再生するフィルタ再生手段を構成している。
【００１７】
そうして、コントロールユニット２６による燃料噴射弁２及びＥＧＲ弁２１，２２の制御のために、クランクシャフトに設けられたエンジン回転速度センサ２７、カムシャフトに設けられた気筒判別センサ２８、エンジン１のシリンダブロックに設けられた冷却水温センサ２９、アクセルペダルの踏み込み量（所謂アクセル開度θ）を検出するアクセルセンサ（図示省略）、フィルタ２５に流入する排気温度Ｔ１を検出する排気温度センサ３１、酸化触媒２４の入口側の排気温度Ｔ２を検出する排気温度センサ３２、フィルタ２５の上流側と下流側との排気圧力差を検出するための該上流側と下流側とに設けられた排圧センサ３３，３４の各信号が、コントロールユニット２６に与えられる。
【００１８】
燃料噴射制御について説明すると、この制御では、エンジン回転速度Ｎとアクセル開度θとに基づいてエンジン１の目標トルクを設定する。この目標トルクは、アクセル開度θが大きいほど、またエンジン回転速度Ｎが高いほど、目標トルクＴrが大きくなるようにしている。目標トルクとエンジン回転速度Ｎとに基づいて燃料の主噴射量を設定するとともに、主噴射時期を設定する。主噴射量は目標トルクが高くなるほど、またエンジン回転速度Ｎが高くなるほど大きくなるようにしている。主噴射時期は各気筒の圧縮行程上死点付近に設定しているが、エンジン水温やエンジン回転速度Ｎが異なれば、燃料噴霧の着火遅れ時間が異なるので、そのことを考慮して定めるようにしている。
【００１９】
フィルタ再生制御について説明すると、この制御では、排圧センサ３３，３４により検出されるフィルタ２５の上流側の排気圧力と下流側の排気圧力との差ΔＰに基いてフィルタ２５の捕集微粒子量Ｍ１を算出する。捕集微粒子量Ｍ１が多くなるほどフィルタ２５での排気の流れが悪くなり、上記差圧ΔＰが大きくなるから、この差圧ΔＰから捕集微粒子量Ｍ１を算出することができる。この微粒子量Ｍ１が所定値α以上であるときに、フィルタ再生要と判定する。
【００２０】
フィルタ２５の再生（捕集微粒子の燃焼除去）は、酸化触媒２４に未燃燃料を供給し、該酸化触媒２４で生ずる未燃燃料の酸化反応熱によってフィルタ２５に流入する排気温度を高め、そのことによってフィルタ２５を加熱することにより行なう。従って、酸化触媒２４で未燃燃料の酸化反応を生ずることがフィルタ再生の前提になることから、酸化触媒２４が活性になっていること、つまり触媒温度が高くなっていることを条件として、当該再生を実行する。例えば、車速又はエンジン負荷又はエンジン回転速度が所定値以上あるときに、エンジン１から排出される排気温度が高く、酸化触媒２４が活性になっているとして、再生を実行する。酸化触媒２４の入口側の排気温度センサ３２によって検出される排気温度Ｔ２に基いて再生実行の可否を決定することもできる。
【００２１】
酸化触媒２４への未燃燃料の供給は、エンジン１に要求されるトルクを得るための上記圧縮行程上死点付近の主噴射後の、膨張行程又は排気行程において、例えばＡＴＤＣ（圧縮行程上死点後）３０゜ＣＡ（クランク角度）以降の時期において、燃料を気筒内燃焼室に噴射する後噴射を実行することにより行なう。
【００２２】
本発明の特徴は、フィルタ再生時には第１排気通路１５から排気還流を行ない、フィルタ再生のための後噴射を、排気還流が行なわれない第２排気通路１６が接続された気筒（この実施形態では第３気筒１３及び第４気筒１４）に対して行なうようにした点にある。つまり、第１排気通路１５が接続された第１気筒１１及び第２気筒１２に対してはフィルタ再生のための後噴射は行なわれない。
【００２３】
フィルタ再生制御は、フィルタ２５の捕集微粒子量Ｍが所定値β以下になったことを判定したときに終了する。すなわち、フィルタ再生制御の実行により、フィルタ２５に捕集されている微粒子が燃焼除去されていくが、このフィルタ再生中においてもエンジン１から排出される微粒子がフィルタ２５に堆積していく。そこで、フィルタ再生要の判定を行なったときの微粒子量Ｍ１と、エンジン１から排出される微粒子量Ｍ２と、フィルタ再生制御実行による微粒子燃焼量Ｍ３とに基いて、フィルタ２５の捕集微粒子量Ｍ（＝Ｍ１＋Ｍ２−Ｍ３）を算出し、これと所定値βとの比較により、再生制御を終了すべきか否かを決定するものである。なお、β＜αである。
【００２４】
エンジン１から排出される微粒子量Ｍ２は、エンジン回転速度Ｎとアクセル開度θとに基づいて、アクセル開度θが大きくなるほど多くなり、エンジン回転速度Ｎが大きくなるほど、また、小さくなるほど多くなり、中間の回転速度Ｎで少なくなるように、予め設定した微粒子量データを参照して算出する。一方、微粒子燃焼量Ｍ３は、フィルタ２５に流入する排気温度Ｔ１に基いて、該排気温度Ｔ１が高くなるほど多くなるように予め設定した微粒子燃焼量データを参照して算出する。
【００２５】
排気還流制御について説明すると、排気還流は、エンジン１の定常運転時及び緩加速運転時に行なわれ、急加速運転時には行なわれない。この排気還流制御は、アクセル開度θ（又は目標トルク）とエンジン回転速度Ｎとに基いて、アクセル開度θが大きいほど少なくなり、また、エンジン回転速度Ｎが大きいほど少なくなるように予め設定した排気還流量データを参照して行なう。また、エンジンの燃焼安定性を確保するために、エンジン水温が低くなるほど排気還流量が少なくなるように設定する。さらに、同じエンジン運転状態であっても、フィルタ再生時は非再生時よりも排気還流量が少なくなるようにして酸化触媒２４及びフィルタ２５の加熱を図る。
【００２６】
先に説明したように、フィルタ再生時には、第１ＥＧＲ弁２１の作動を制御することにより、上記後噴射がなされない第１気筒１１及び第２気筒１２に接続された第１排気通路１５から排気還流が行なわれ、第２排気通路１６からの排気還流は行なわれない。フィルタ非再生時には、基本的には第１ＥＧＲ弁２１の制御によって排気還流が行なわれ、還流すべき排気量が多い運転領域では、第１ＥＧＲ弁２１に加えて第２ＥＧＲ弁２２を作動させて、必要な排気還流量が賄われる。
【００２７】
図２は上記燃料噴射制御（フィルタ再生のための燃料噴射制御を含む）及び排気還流制御の流れを示す。スタート後のステップＳ１において、エンジン回転速度Ｎ、アクセル開度θ、フィルタ上流側と下流側との差圧ΔＰ、フィルタ上流側の排気温度Ｔ１、酸化触媒上流側の排気温度Ｔ２、気筒判別信号Ｃを読み込む。続くステップＳ２で、差圧ΔＰに基いてフィルタ２５の捕集微粒子量Ｍ１を算出し、ステップＳ３で捕集微粒量Ｍ１が所定値α（フィルタ再生制御開始閾値）以上になっているか否かを判定する。
【００２８】
微粒子捕集量Ｍ１が所定値α以上になっているときはステップＳ４に進み、フィルタ再生実行フラグをオンにし、続くステップＳ５で燃料噴射すべき気筒が第１気筒（＃１）１１又は第２気筒（＃２）１２のいずれかであるか否かを判定する。第１気筒１１又は第２気筒１２あるときはステップＳ６に進み、当該気筒に対して圧縮行程上死点付近での主噴射を実行し、続くステップＳ７でエンジンの運転状態に応じて第１ＥＧＲ弁２１を制御し、第１排気通路１５から第１排気還流通路１８を介して排気の一部を吸気通路に還流する。
【００２９】
ステップＳ５で燃料噴射すべき気筒が第１気筒１１又は第２気筒１２のいずれでもないとき（第３気筒（＃３）１３又は第４気筒（＃４）１４であるとき）はステップＳ１２に進み、当該気筒に対して圧縮行程上死点付近での主噴射を実行し、ステップＳ１３で当該気筒に対して膨張行程又は排気行程での後噴射を実行する。この後噴射はフィルタ再生のための未燃燃料を酸化触媒２４に供給するためのものである。また、ステップＳ１４において、第２ＥＧＲ弁２２の制御は停止させる。すなわち、第２排気還流通路１９による排気還流量を零とする。
【００３０】
続くステップＳ８では、エンジン回転速度Ｎ及びアクセル開度θに基いて、エンジン１から排出される微粒子量Ｍ２を算出し、さらに、ステップＳ９でフィルタ上流側の排気温度Ｔ１に基いて微粒子燃焼量Ｍ３を算出する。続くステップＳ１０において、フィルタ２５の微粒子量Ｍ（Ｍ１＋Ｍ２−Ｍ３）が所定値β（フィルタ再生終了閾値）以下になっているか否かを判定し、所定値β以下になっているときはステップＳ１１に進んでフィルタ再生実行フラグをオフにし、当該フィルタ２５の再生制御を終了する。
【００３１】
一方、ステップＳ３において差圧ΔＰに基づく捕集微粒子量Ｍ１が所定値αよりも少ないと判定したときはステップＳ１５に進み、フィルタ再生実行フラグがオンになっているか否かを判定する。フィルタ再生実行フラグがオンになっているときは、ステップＳ５に進んでフィルタ２５の再生制御を継続する。フィルタ再生実行フラグがオンになっていないとき、すなわち、フィルタ非再生時には、ステップＳ１６に進んで気筒１１〜１４に対して圧縮行程上死点付近になったときに主噴射を実行し、続くステップＳ１７でエンジン運転状態に応じて第１ＥＧＲ弁２１及び第２ＥＧＲ弁２２による排気還流制御を実行する。この場合はフィルタ再生のための後噴射は実行されない。
【００３２】
従って、上記制御によれば、フィルタ再生時には、第１気筒１１及び第２気筒１２への後噴射により、第１排気通路１５を通して酸化触媒に未燃燃料が供給される。吸気通路への排気還流は、後噴射が実行されない第３気筒１３及び第４気筒１４に接続された第２排気通路１６から行なわれる。よって、この還流排気には上記後噴射による未燃燃料が混入することがない。このため、フィルタ再生中であっても、エンジンの異常燃焼や未燃燃料の排気還流通路への付着等の問題を招くことなく、排気還流を実行することができ、排気還流によるＮＯｘの低減を犠牲にすることなく、フィルタ２５を再生することができる。
【００３３】
なお、上記実施形態では、第１気筒１１及び第２気筒１２の組を排気が吸気通路に還流される排気還流気筒とし、第３気筒１３及び第４気筒１４の組をフィルタ再生のための後噴射実行気筒としたが、前者の組を後噴射実行気筒とし後者の組を排気還流気筒としてもよい。また、気筒の分け方はこれに限らず、第１気筒１１及び第３気筒１３の組と、第２気筒１２及び第４気筒１４の組とに分け、一方の組を後噴射実行気筒とし、他方の組を排気還流気筒としてもよく、或いは、４つの気筒１１〜１４をいずれか一の気筒と残り３つの気筒とに分け、その一方を後噴射実行気筒とし、他方を排気還流気筒としてもよい。さらに、４気筒エンジンに限らず、６気筒エンジン、その他の多気筒エンジンにも本発明は適用することができる。
【００３４】
また、上記実施形態では、第１排気通路１５と第２排気通路１６とが合流した第３排気通路１７に酸化触媒２４を配置したが、第１及び第２の両排気通路１５，１６のうち後噴射実行気筒に接続された方の排気通路に酸化触媒を配置してもよい。
【００３５】
また、上記実施形態のようにフィルタ２５に酸化触媒を設けるケースでは、独立した酸化触媒２４を設けずに、当該フィルタ２５の酸化触媒による酸化反応熱を利用してそのフィルタ温度を高め、捕集微粒子を燃焼除去するようにしてもよい。
【００３６】
また、上記実施形態では、フィルタ２５に捕集される微粒子量に関連するパラメータ値として、フィルタ２５の上流側と下流側との排気圧力差を採用したが、当該自動車の走行距離をパラメータ値とするなど、他のパラメータ値を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジンの制御装置の構成を示す図である。
【図２】同制御装置の制御フロー図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    エンジン
２    燃料噴射弁
１１    第１気筒
１２    第２気筒
１３    第３気筒
１４    第４気筒
１５    第１排気通路
１６    第２排気通路
１７    第３排気通路
１８    第１排気還流通路
１９    第２排気還流通路
２１    第１ＥＧＲ弁
２２    第２ＥＧＲ弁
２４    酸化触媒
２５    フィルタ
【図１】
2007255252.tif 000003
【図２】
2007255252.tif 000004