(57)【要約】【課題】この発明は、圧縮着火内燃機関の制御装置に関し、吸気上死点噴射によってピストンがダメージを受けるのを有効に抑制するとともに、吸気上死点噴射を効果的に行うことを目的とする。【解決手段】圧縮上死点付近でのメイン噴射のほかに、補助的な吸気上死点噴射を行う。吸気上死点噴射の際には、吸気弁および排気弁が吸気上死点付近で共に閉じている負のバルブオーバーラップ期間が生ずるように可変動弁機構を制御することで、吸気上死点付近の筒内圧を高める。吸気上死点噴射の開始時期および終了時期が共に負のバルブオーバーラップ期間内に入るようにする。このような吸気上死点噴射により、アイドル時や軽負荷域であっても大幅なメイン噴射のタイミングリタードが可能となり、排気浄化装置の再生を行うのに必要な高い排気温度にすることができる。【選択図】図２
2007255211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮着火内燃機関の筒内に直接燃料を噴射するインジェクタと、
圧縮上死点付近で前記インジェクタに主たる燃料噴射であるメイン噴射を行わせるメイン噴射手段と、
吸気上死点付近で前記インジェクタに補助的な燃料噴射である吸気上死点噴射を行わせる吸気上死点噴射手段と、
前記内燃機関の吸気弁および排気弁が吸気上死点付近で共に開いている正のバルブオーバーラップ期間が生ずるように前記吸気弁および排気弁を駆動する正オーバーラップ状態と、前記吸気弁および排気弁が吸気上死点付近で共に閉じている負のバルブオーバーラップ期間が生ずるように前記吸気弁および排気弁を駆動する負オーバーラップ状態とをとり得る可変動弁機構と、
前記吸気上死点噴射が行われる場合に、前記可変動弁機構を前記負オーバーラップ状態とし、前記吸気上死点噴射の開始時期および終了時期が共に前記負のバルブオーバーラップ期間内に入るように制御する弁制御手段と、
を備えることを特徴とする圧縮着火内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記可変動弁機構が前記負オーバーラップ状態とされて前記負のバルブオーバーラップ期間内に前記吸気上死点噴射が実行される場合に、前記メイン噴射のタイミングを通常のタイミングよりも遅らせるメイン噴射遅延手段を更に備えることを特徴とする請求項１記載の圧縮着火内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記弁制御手段は、前記吸気上死点噴射の噴射量が所定値以上である場合には、前記可変動弁機構を前記負オーバーラップ状態とし、前記吸気上死点噴射の噴射量が前記所定値より小さい場合には、前記可変動弁機構を前記正オーバーラップ状態とすることを特徴とする請求項１または２記載の圧縮着火内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記吸気上死点噴射は、前記メイン噴射と同じ噴射圧力で行われるものであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の圧縮着火内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記吸気上死点噴射手段は、吸気上死点前に前記吸気上死点噴射を開始し、吸気上死点後に前記吸気上死点噴射を終了することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の圧縮着火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、圧縮着火内燃機関の制御装置に係り、特に、吸気上死点付近で補助的な燃料噴射を行う圧縮着火内燃機関を制御する装置として好適な圧縮着火内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車などに搭載されるディーゼルエンジン（圧縮着火内燃機関）に対し、煤などに代表される粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）や窒素酸化物（ＮＯｘ）の大気中への放出を一層抑制することが要求されている。このような要求に応えるため、ディーゼルエンジンの排気系に、ＰＭを捕集するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）やＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx-Reduction system）、ＮＯｘ吸蔵還元型あるいはＮＯｘ選択還元型のＮＯｘ触媒などの排気浄化装置を設置することが行われている。
【０００３】
ＮＯｘ触媒は、排気ガス中に含まれるＳＯｘ（硫黄酸化物）が吸着されていくことにより、その浄化能力が低下する。このため、時折、ＮＯｘ触媒に蓄積した硫黄分を離脱させる処理（Ｓ再生）を行う必要がある。Ｓ再生を行うには、ＮＯｘ触媒を例えば６５０〜７００℃程度の高温にする必要がある。また、ＤＰＦ、ＤＰＮＲ等に蓄積したＰＭを酸化して除去する処理（ＰＭ再生）を行うには、ＤＰＦ、ＤＰＮＲ等を例えば６００℃程度の高温にする必要がある。
【０００４】
このように、排気浄化装置の再生処理を行う場合には、排気浄化装置を高温にすることが求められるので、排気温度を高くすることが必要となる。このため、排気温度の低いアイドル時や軽負荷時には、ＰＭ再生やＳ再生を行うことが困難である。排気温度を高くする方法として、燃料噴射時期を遅くする方法（タイミングリタード）がある。ところが、アイドル時や軽負荷時では、筒内の温度および圧力が低いため、燃料噴射時期を遅くすると、排気中のＨＣの増加や、失火を招き易い。このため、十分なタイミングリタードをすることができない。
【０００５】
特開２０００−２９１４６２号公報には、アイドル時や軽負荷時にも大幅なタイミングリタードを行うことができるようにするため、吸気上死点付近において補助的な燃料噴射（以下「吸気上死点噴射」と称する）を行う技術が開示されている。吸気上死点噴射を行うことにより、この吸気上死点噴射で噴射された燃料が火種となって、メイン噴射で噴射された燃料が燃え易くなり、確実に燃焼させることができる。このため、メイン噴射の時期を大幅に遅らせることが可能となる。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２９１４６２号公報
【特許文献２】特開平１１−３２４７７８号公報
【特許文献３】特開２００５−１５５４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、吸気上死点噴射を行うと、次のような問題が発生する。吸気上死点付近では、圧縮上死点付近と比べ、筒内圧力が大幅に低い。筒内圧力が低いと、高圧で噴射された燃料が筒内の空気中を貫徹して進む力が強くなる。このため、吸気上死点噴射を行うと、噴射された燃料が強い勢いで大量にピストンに衝突するので、ピストンが傷み易い。また、ピストンに衝突した燃料は液体のままピストン壁面に残ってしまう。このため、吸気上死点噴射された燃料の多くがピストンに付着すると、吸気上死点噴射の効果が減殺されてしまう。近年では、コモンレールシステムの進化等に伴い、燃料噴射圧力の高圧化が進行しているため、上記のような問題が更に生じ易くなっている。
【０００８】
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、吸気上死点噴射によってピストンがダメージを受けるのを有効に抑制することができるとともに、吸気上死点噴射を効果的に行うことのできる圧縮着火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】
【０００９】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、圧縮着火内燃機関の制御装置であって、
圧縮着火内燃機関の筒内に直接燃料を噴射するインジェクタと、
圧縮上死点付近で前記インジェクタに主たる燃料噴射であるメイン噴射を行わせるメイン噴射手段と、
吸気上死点付近で前記インジェクタに補助的な燃料噴射である吸気上死点噴射を行わせる吸気上死点噴射手段と、
前記内燃機関の吸気弁および排気弁が吸気上死点付近で共に開いている正のバルブオーバーラップ期間が生ずるように前記吸気弁および排気弁を駆動する正オーバーラップ状態と、前記吸気弁および排気弁が吸気上死点付近で共に閉じている負のバルブオーバーラップ期間が生ずるように前記吸気弁および排気弁を駆動する負オーバーラップ状態とをとり得る可変動弁機構と、
前記吸気上死点噴射が行われる場合に、前記可変動弁機構を前記負オーバーラップ状態とし、前記吸気上死点噴射の開始時期および終了時期が共に前記負のバルブオーバーラップ期間内に入るように制御する弁制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記可変動弁機構が前記負オーバーラップ状態とされて前記負のバルブオーバーラップ期間内に前記吸気上死点噴射が実行される場合に、前記メイン噴射のタイミングを通常のタイミングよりも遅らせるメイン噴射遅延手段を更に備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記弁制御手段は、前記吸気上死点噴射の噴射量が所定値以上である場合には、前記可変動弁機構を前記負オーバーラップ状態とし、前記吸気上死点噴射の噴射量が前記所定値より小さい場合には、前記可変動弁機構を前記正オーバーラップ状態とすることを特徴とする。
【００１２】
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、
前記吸気上死点噴射は、前記メイン噴射と同じ噴射圧力で行われるものであることを特徴とする。
【００１３】
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、
前記吸気上死点噴射手段は、吸気上死点前に前記吸気上死点噴射を開始し、吸気上死点後に前記吸気上死点噴射を終了することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、吸気上死点付近で補助的な燃料噴射である吸気上死点噴射を行うことができる。そして、吸気上死点噴射を行う場合には、吸気弁および排気弁が吸気上死点付近で共に閉じている負のバルブオーバーラップ期間が生ずるように可変動弁機構を制御し、その負のバルブオーバーラップ期間内に吸気上死点噴射を開始および終了することができる。負のバルブオーバーラップ期間においては、筒内に残留ガスが閉じ込められて圧縮された状態となるため、筒内圧を高くすることができる。よって、吸気上死点噴射された燃料の貫徹力を弱めることができ、ピストンへのダメージを有効に抑制することができる。その結果、大量の吸気上死点噴射が可能となる。また、吸気上死点噴射された燃料がピストンに付着するのを抑制することもできる。更に、噴射時の筒内温度も高いので、噴射された燃料の蒸発を促進することができる。このようなことから、吸気上死点噴射を極めて有効に行うことができ、メイン噴射で噴射された燃料を極めて燃え易くすることができる。
【００１５】
第２の発明によれば、負のバルブオーバーラップ期間内に吸気上死点噴射が実行される場合に、メイン噴射のタイミングリタードを行うことができる。負のバルブオーバーラップ期間内における吸気上死点噴射によれば、メイン噴射で噴射された燃料を極めて燃え易くすることができる。このため、アイドル時や軽負荷域でタイミングリタードしても、排気中のＨＣ濃度増大や失火などの弊害を生じにくく、大幅なタイミングリタードが可能となる。よって、アイドル時や軽負荷域においても、タイミングリタードによって排気温度を十分に高くすることができ、ＰＭ再生やＳ再生を行うことが可能となる。
【００１６】
第３の発明によれば、吸気上死点噴射の噴射量が所定値以上である場合には、負のバルブオーバーラップ期間が生ずるように可変動弁機構を制御し、吸気上死点噴射の噴射量が前記所定値より小さい場合には、通常通りに正のバルブオーバーラップ期間が生ずるように可変動弁機構を制御することができる。このため、吸気上死点噴射の噴射量が多く、貫徹力の大きい場合にのみ負のバルブオーバーラップ期間が生ずるようにすることができる。
【００１７】
第４の発明によれば、吸気上死点噴射をメイン噴射と同じ高い噴射圧力で行うことができる。このため、吸気上死点噴射のときだけ噴射圧力を下げるような複雑かつ困難な噴射圧制御を行う必要がなく、システムの簡素化が図れる。
【００１８】
第５の発明によれば、吸気上死点前に吸気上死点噴射を開始し、吸気上死点後に吸気上死点噴射を終了することができる。このため、最も筒内圧の高いタイミングで吸気上死点噴射を行うことができ、ピストンへのダメージをより確実に抑制することができるとともに、吸気上死点噴射の効果を更に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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、圧縮着火式の内燃機関（ディーゼルエンジン）１０を備えている。図１に示す内燃機関１０は、内部にピストン８が配置されたシリンダブロック４と、シリンダブロック４に組み付けられたシリンダヘッド６を備えている。シリンダヘッド６内には、吸気ポート１２と排気ポート１４とが形成されている。吸気ポート１２には新気を筒内に導入するための吸気通路２２が接続され、排気ポート１４には排気ガスを排出するための排気通路２４が接続されている。
【００２０】
内燃機関１０の吸気弁３２は、吸気可変動弁機構４２により駆動される。吸気可変動弁機構４２は、吸気弁３２の少なくとも開時期を連続的または段階的に可変とするものである。この吸気可変動弁機構４２は、吸気弁３２の閉時期やリフト量を更に可変とするものであってもよい。吸気可変動弁機構４２の構造は特に限定されず、例えば、機械的な可変機構のほか、電磁駆動弁や油圧駆動弁などを用いるものであってもよい。
【００２１】
内燃機関１０の排気弁３４は、排気可変動弁機構４４により駆動される。排気可変動弁機構４４は、排気弁３４の少なくとも閉時期を連続的または段階的に可変とするものである。この排気可変動弁機構４４は、排気弁３４の開時期やリフト量を更に可変とするものであってもよい。排気可変動弁機構４４の構造は特に限定されず、例えば、機械的な可変機構のほか、電磁駆動弁や油圧駆動弁などを用いるものであってもよい。
【００２２】
シリンダヘッド６には、燃料を筒内に直接噴射するためのインジェクタ３０が設置されている。インジェクタ３０は、図示しないコモンレールに接続され、コモンレールから高圧燃料の供給を受けている。コモンレールにはサプライポンプで圧縮された高圧燃料が常に蓄えられている。インジェクタ３０は、１サイクル中に複数回、任意のタイミングで燃料を噴射することができる。
【００２３】
内燃機関１０のクランク軸１６の近傍には、クランク軸１６の回転角度（クランク角）を検出するクランク角センサ５６が取り付けられている。
【００２４】
排気通路２４には、排気浄化装置２８が配置されている。排気浄化装置２８としては、例えば、酸化触媒、ＮＯｘ吸蔵還元型あるいはＮＯｘ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を用いることができる。
【００２５】
吸気通路２２には、吸気絞り弁３６が設けられている。吸気通路２２における吸気絞り弁３６の下流には、ＥＧＲ通路２６が接続されている。ＥＧＲ通路２６の逆側の端部は排気通路２４における排気浄化装置２８の上流に接続されている。ＥＧＲ通路２６を通して、一部の排気ガス（ＥＧＲガス）を吸気通路２２に導入することができる。ＥＧＲ通路２６の途中には、ＥＧＲ通路２６を開閉するＥＧＲ弁３８が設けられている。また、排気通路２４には、排気絞り弁４６が設けられている。
【００２６】
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。ＥＣＵ５０の出力側には、前述のインジェクタ３０、吸気絞り弁３６、ＥＧＲ弁３８、吸気可変動弁機構４２および排気可変動弁機構４４、排気絞り弁４６等の各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０の入力側には、クランク角センサ５６、アクセル開度センサ５８等の各種センサ類が接続されている。アクセル開度センサ５８は、アクセルペダル（図示略）の開度に応じた信号を出力するセンサである。ＥＣＵ５０は、各センサの出力に基づき、所定の制御プログラムにしたがって各アクチュエータを駆動するようになっている。
【００２７】
［実施の形態１の動作］
図２は、本実施形態のシステムにおける吸気上死点噴射を説明するための図である。より詳しくは、図２（Ａ）は、吸気弁３２および排気弁３４のリフト線図であり、図２（Ｂ）は、インジェクタ３０を作動させるための噴射用駆動パルスを示す図である。
【００２８】
図２（Ｂ）に示すように、内燃機関１０は、インジェクタ３０による燃料噴射として、圧縮上死点付近で行われる主たる燃料噴射（以下「メイン噴射」と称する）のほか、必要に応じて、パイロット噴射、ポスト噴射、吸気上死点噴射を行うことができる。パイロット噴射は、メイン噴射に先立って行われる燃料噴射であり、メイン噴射の燃料を燃え易くし、騒音等を防止する効果を奏する。ポスト噴射は、燃焼が終了した後に行われる燃料噴射であり、内燃機関１０の出力に寄与しない燃料噴射である。ポスト噴射を行うことにより、排気浄化装置２８に未燃燃料（ＨＣ）を供給することができ、排気浄化装置を昇温したり還元したりすることができる。吸気上死点噴射については後述する。
【００２９】
なお、内燃機関１０は、メイン噴射の直前のプレ噴射や、メイン噴射の直後のアフター噴射などを必要に応じて更に実行するものであってもよい。
【００３０】
本実施形態のシステムでは、排気浄化装置２８にＰＭ（Particulate Matter）や硫黄分が蓄積した場合に、ＰＭを燃焼させて除去するＰＭ再生処理や、硫黄分を還元させて離脱させるＳ再生処理が行われる。ＰＭ再生やＳ再生を行うには、排気浄化装置２８を例えば６００〜７００℃程度の高温にする必要がある。
【００３１】
ところが、アイドル時や軽負荷域においては、排気温度が例えば１００〜１５０℃程度と低いため、ポスト噴射等を行ったとしても、ＰＭ再生やＳ再生に必要な温度まで排気浄化装置２８を昇温するのが従来は困難であった。排気温度は、メイン噴射の噴射タイミングを遅らせる（以下、「タイミングリタード」ともいう）ほど、高くすることができる。しかしながら、タイミングリタードするほど、燃料が燃えにくくなるので、排気中のＨＣ濃度が増加し、更には失火に至る。そして、アイドル時や軽負荷域においては、筒内の温度および圧力が低いため、タイミングリタードによるＨＣ濃度の増大や失火が生じ易く、大幅なタイミングリタードはできない。このため、従来、アイドル時や軽負荷域においては、ＰＭ再生やＳ再生を行うのに必要な排気温度が得られるまでタイミングリタードすることができず、ポスト噴射等を併用しても、ＰＭ再生やＳ再生を行うことは困難であった。
【００３２】
これに対し、本実施形態では、アイドル時や軽負荷域においても十分なタイミングリタードを可能とするべく、吸気上死点噴射を行うこととした。本明細書において、吸気上死点噴射とは、吸気上死点（排気行程の終了点、吸気行程の開始点）の付近で行う補助的な燃料噴射のことを言う。この吸気上死点噴射を行うと、噴射された燃料が吸気行程および圧縮行程の間に十分に蒸発して燃焼し易い混合気が形成される。そして、この混合気が着火し、火種のできたところにパイロット噴射やメイン噴射が行われることとなるので、パイロット噴射やメイン噴射で噴射された燃料が燃え易くなり、確実に燃焼させることができる。
【００３３】
吸気上死点噴射を行うことによって、メイン噴射で噴射された燃料を燃え易くすることができれば、メイン噴射をタイミングリタードしても、ＨＣ濃度の増大や失火が起こりにくくすることができる。このため、アイドル時や軽負荷域であっても、十分なタイミングリタードが可能となる。その結果、アイドル時や軽負荷域であっても、排気温度を十分に高くすることができ、ＰＭ再生やＳ再生を行うことが可能となる。
【００３４】
なお、本明細書において「吸気上死点付近」とは、インジェクタ３０からの燃料噴霧が、ピストン８の頂面に形成された燃焼室内に収まる程度にピストン８が上死点に近い位置にあるクランク角範囲を言い、通常は、吸気上死点の前後３０°CA程度の範囲である。このような範囲内で吸気上死点噴射が行われるので、噴射された燃料は、シリンダ内壁（ボア壁面）に当たることはない。このため、シリンダ内壁の油膜が洗い流されるボアフラッシングや、オイル希釈などの問題が生ずることを防止することができる。
【００３５】
ところで、本実施形態の内燃機関１０において、通常運転時は、一般的な内燃機関と同様に、吸気弁３２は吸気上死点の前から開き始め、排気弁３４は吸気上死点を過ぎた後に完全に閉じることとされる。このときの吸気弁３２および排気弁３４のバルブリフト曲線を図２（Ａ）中の破線で示す。このように、内燃機関１０の通常運転時は、吸気弁３２および排気弁３４が吸気上死点付近で共に開いている期間（以下、「正のバルブオーバーラップ期間」と称する）が生ずるように、吸気可変動弁機構４２および排気可変動弁機構４４が制御される。吸気可変動弁機構４２および排気可変動弁機構４４がこのように作動する状態を以下「正オーバーラップ状態」と称する。
【００３６】
このように、吸気上死点付近においては、通常は吸気弁３２および排気弁３４が共に開いた状態とされている。このため、吸気上死点付近における筒内圧力は、通常、吸気管圧力と同程度の低いレベルにある。このように筒内圧が低い状態で吸気上死点噴射が行われると、インジェクタ３０から噴射された高圧の燃料は筒内の空気中を容易に貫徹し、ピストン８の頂面に形成された燃焼室の壁に勢い良く大量に衝突し易い。
【００３７】
近年では、コモンレールシステムの進化などに伴い、燃料噴射圧力の高圧化が一層進んでいる。このため、インジェクタ３０からそのような高圧で噴射された燃料がピストンに勢い良く大量に衝突すると、ピストン８を傷め易い。また、ピストン８に衝突してピストン８の表面に付着した燃料は、その後の吸気行程および圧縮行程を経ても蒸発しないまま残ってしまい易く、混合気形成に寄与しにくい。このため、吸気上死点噴射を行っても、ピストン８に付着する燃料量が多いと、効果が減殺されてしまうという問題もある。
【００３８】
吸気上死点噴射のときだけ噴射圧力を下げるようにすれば、上記のような問題を回避することはできるが、吸気上死点噴射とメイン噴射等の他の噴射タイミングとの時間間隔は極めて微小であるため、そのような噴射圧の制御を短時間で行うことは極めて困難である。このため、本実施形態では、吸気上死点噴射は、メイン噴射等と同じ噴射圧力（同じコモンレール圧力）で行うこととしている。
【００３９】
本実施形態では、上述したような吸気上死点噴射に伴う問題を解決するため、吸気上死点噴射の実行時には、吸気弁３２の開時期および排気弁３４の閉時期を変更することとした。図２（Ａ）中の実線は、吸気上死点噴射実行時の吸気弁３２および排気弁３４のバルブリフト曲線を表している。このときには、吸気弁３２の開時期を通常時（正オーバーラップ状態）よりも遅くし、排気弁３４の閉時期を通常時よりも早くすることにより、吸気弁３２および排気弁３４が吸気上死点付近で共に閉じている期間（以下、「負のバルブオーバーラップ期間」と称する）が生ずるように吸気可変動弁機構４２および排気可変動弁機構４４が制御される。吸気可変動弁機構４２および排気可変動弁機構４４がこのように作動する状態を以下「負オーバーラップ状態」と呼ぶ。
【００４０】
そして、吸気上死点噴射を実行する場合には、吸気可変動弁機構４２および排気可変動弁機構４４が負オーバーラップ状態とされ、負のバルブオーバーラップ期間内で吸気上死点噴射が開始および終了される。
【００４１】
負のバルブオーバーラップ期間では、吸気弁３２および排気弁３４が共に閉じられているので、吸気管圧力が筒内に伝わってくることがない。また、排気弁３４が早期に閉じられることにより前サイクルの既燃ガス（残留ガス）が筒内に多く残存し、閉じ込められた状態となる。このため、正のバルブオーバーラップ期間が生ずる場合と比べて、吸気上死点付近の筒内圧を大幅に高くすることができる。この高い筒内圧により、吸気上死点噴射で噴射された燃料の貫徹力を弱めることができる。よって、吸気上死点噴射された燃料がピストン８に勢い良く衝突するのを防止することができ、ピストン８へのダメージを有効に抑制することができる。このため、大量の吸気上死点噴射を行うことが可能となる。また、噴射された燃料の貫徹力が弱まり、ピストン８に当たる量が少なくなるので、ピストン８に付着する燃料量を少なくすることができる。
【００４２】
更に、負のバルブオーバーラップ期間の筒内は、新気がまだ入っておらず、残留ガス、すなわち既燃ガスで満たされているので、筒内温度も高い状態にある。このため、吸気上死点噴射で噴射された燃料の蒸発を促進することができるので、噴射された燃料がピストン８に当たるのがより一層抑制されるとともに、その後の混合気形成を良好に促進することができる。
【００４３】
このようなことから、負のバルブオーバーラップ期間中に吸気上死点噴射を行うことにより、ピストン８を傷めるのを有効に防止することができる。また、大量の吸気上死点噴射が可能となり、また、噴射された燃料の蒸発促進が図れることから、吸気上死点噴射をより効果的に行うことができる。このため、アイドル時や軽負荷域であっても、タイミングリタードによるＨＣ濃度の増大や失火を生じにくく、大幅なタイミングリタードが可能となる。具体的には、メイン噴射のタイミングを圧縮上死点後まで遅らせることができる。その結果、アイドル時や軽負荷域であっても、排気温度を十分に高くすることができ、ＰＭ再生やＳ再生を確実に行うことが可能となる。
【００４４】
特に、本発明では、吸気上死点噴射の開始時期および終了時期が共に負のバルブオーバーラップ期間内に入るようにすることで、上記効果をより確実に発揮させることができる。
【００４５】
吸気上死点噴射時の筒内圧をより高くする観点からは、負オーバーラップ状態とする場合、排気弁３４の閉時期が吸気上死点より前になるように排気可変動弁機構４４を制御することが好ましい。これにより、筒内の残留ガス量が更に多くなると共に、排気弁３４が閉じられた後でその残留ガスがピストン８によって圧縮されるので、吸気上死点付近の筒内圧をより高くすることができる。
【００４６】
そして、アイドル付近の特に軽負荷の領域においては、残留ガス量を増やすため、排気行程の途中で排気弁３４を閉じるようにするのが好ましい。これにより、そのような運転領域においても、吸気上死点噴射時の筒内圧力を十分に高くすることができる。
【００４７】
また、負オーバーラップ状態とする場合には、吸気弁３２の開時期が吸気上死点後となるように吸気可変動弁機構４２を制御することが好ましい。これにより、吸気上死点付近の筒内圧をより高くすることができ、また、筒内圧が最も高まったタイミングで吸気上死点噴射を行うことができる。
【００４８】
また、吸気上死点噴射は、負のバルブオーバーラップ期間中であれば、吸気上死点前に開始および終了してもよく、あるいは、吸気上死点後に開始および終了してもよいが、筒内圧の最も高いタイミングで行う観点からは、吸気上死点直前に開始し、吸気上死点直後に終了するのが好ましい。
【００４９】
次に、本実施形態におけるＰＭ再生およびＳ再生時の制御例について説明する。図３は、ＰＭ再生およびＳ再生時の制御を説明するための図であり、横軸にエンジン回転数、縦軸に燃料噴射量（負荷）をとった内燃機関１０の運転領域のマップである。図３に示すように、本実施形態では、内燃機関１０の運転領域を低回転・軽負荷の順に１〜５の領域に分け、ＰＭ再生およびＳ再生を行う場合には、各領域毎に次のような制御を行う。
【００５０】
領域１は、アイドル付近の領域であり、最も低回転・軽負荷の領域である。ＰＭ再生およびＳ再生時に領域１にあった場合には、前述したようにして、吸気可変動弁機構４２および排気可変動弁機構４４を負オーバーラップ状態として、負のバルブオーバーラップ期間内に吸気上死点噴射が実行されるとともに、メイン噴射のタイミングリタードが行われる。このタイミングリタードでは、メイン噴射の開始時期を圧縮上死点後まで遅らせることが好ましい。更に、領域１では、ポスト噴射および排気絞りも行われる。排気絞り弁４６の開度を小さくして排気絞りを行うことにより、ポンピングロスが増大し、そのポンピングロスが熱エネルギーに変換されるので、排気温度を更に高めることができる。このように、負のバルブオーバーラップ期間内における吸気上死点噴射、タイミングリタード、ポスト噴射、および排気絞りを組み合わせて行うことにより、最も低回転・軽負荷の領域１においても、排気温度を十分に高くすることができ、ＰＭ再生およびＳ再生が実行可能となる。
【００５１】
領域２では、元々の排気温度が領域１より少し高いので、排気絞りを行わなくても排気温度を十分に高くすることができる。そこで、ＰＭ再生およびＳ再生時に領域２にある場合には、排気絞りは行わずに、負のバルブオーバーラップ期間内における吸気上死点噴射、タイミングリタード、およびポスト噴射を組み合わせて行うこととされる。
【００５２】
領域３では、ポスト噴射および排気絞りは行わず、負のバルブオーバーラップ期間内における吸気上死点噴射と、タイミングリタードとが組み合わせて実行される。これにより、ＰＭ再生およびＳ再生に必要な排気温度が得られる。
【００５３】
領域４では、筒内の温度および圧力が比較的高いので、タイミングリタードをしても、ＨＣ濃度の増加や失火が起こりにくい。このため、吸気上死点噴射を行わなくても、十分にタイミングリタードすることが可能である。そこで、ＰＭ再生およびＳ再生時に領域４にある場合には、吸気可変動弁機構４２および排気可変動弁機構４４を通常の正オーバーラップ状態としたまま、つまり、正のバルブオーバーラップ期間の生じる状態のままで、吸気上死点噴射を行わず、メイン噴射のタイミングリタードのみを行う。これにより、ＰＭ再生およびＳ再生に必要な排気温度が得られる。
【００５４】
領域５では、元々排気温度が高いので、ＰＭ再生およびＳ再生をする場合でも、排気温度を高める措置をとる必要はない。このため、ＰＭ再生およびＳ再生時に領域５にあった場合には、正のバルブオーバーラップ期間の生じる状態のままとされ、タイミングリタードを行わず、通常のタイミングでメイン噴射が実行される。
【００５５】
なお、負のバルブオーバーラップ期間が生ずる状態とする場合には、負のバルブオーバーラップ期間の長さを、負荷や排気温度に応じて変化させるようにしてもよい。
【００５６】
以上説明したように、本発明によれば、アイドル時や軽負荷域であっても、吸気上死点噴射を行うことにより、タイミングリタードによるＨＣ濃度の増加や失火を回避することができ、十分にタイミングリタードを行うことができる。その結果、アイドル時や軽負荷域であっても、排気温度を十分に高めることができ、ＰＭ再生やＳ再生を行うことが可能となる。そして、アイドル時や軽負荷域でＰＭ再生やＳ再生を行うことにより、再生時の燃費悪化を有効に抑制することができる。
【００５７】
また、本発明によれば、吸気弁３２および排気弁３４が共に閉じる負のバルブオーバーラップ期間が生ずるように吸気可変動弁機構４２および排気可変動弁機構４４を作動させ、その負のバルブオーバーラップ期間内に吸気上死点噴射を行うことにより、吸気上死点噴射によりピストン８が傷むのを有効に抑制することができる。このため、大量の吸気上死点噴射が可能となり、また、噴射された燃料がピストン８に付着することも抑制することができる。このため、吸気上死点噴射を、弊害を伴うことなく、効果的に行うことができ、アイドル時や軽負荷域での大幅なタイミングリタードが可能となる。
【００５８】
なお、上述した実施の形態１では、吸気上死点噴射を行う場合には常に負のバルブオーバーラップ期間内に行うものとして説明したが、本発明では、吸気上死点噴射の噴射量が多く、貫徹力の強い場合だけ負のバルブオーバーラップ期間内に行うようにしてもよい。つまり、吸気上死点噴射量が所定値以上であり、燃料の貫徹力が強いと判断できる場合には、吸気可変動弁機構４２および排気可変動弁機構４４を負オーバーラップ状態として負のバルブオーバーラップ期間内に吸気上死点噴射を行い、吸気上死点噴射量が前記所定値より小さく、燃料の貫徹力が小さいと判断できる場合には、吸気可変動弁機構４２および排気可変動弁機構４４を正のバルブオーバーラップ期間の生ずる状態としたままで吸気上死点噴射を行うようにしてもよい。
【００５９】
また、上述した実施の形態１では、吸気上死点噴射と組み合わせてメイン噴射のタイミングリタードを行う場合について説明したが、本発明は、タイミングリタード以外の目的で吸気上死点噴射を行う場合にも適用することが可能である。
【００６０】
また、上述した実施の形態１においては、吸気可変動弁機構４２および排気可変動弁機構４４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、メイン噴射を行うための信号を発することにより前記第１の発明における「メイン噴射手段」が、吸気上死点噴射を行うための信号を発することにより前記第１の発明における「吸気上死点噴射手段」が、吸気上死点噴射の実行時に吸気上死点噴射の開始時期および終了時期が負のバルブオーバーラップ期間内に入るように吸気可変動弁機構４２および排気可変動弁機構４４を制御することにより前記第１の発明における「弁制御手段」が、図３中の領域１〜３の場合にメイン噴射のタイミングリタードを行うことにより前記第２の発明における「メイン噴射遅延手段」が、それぞれ実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【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】吸気上死点噴射を説明するための図である。
【図３】ＰＭ再生およびＳ再生時の制御を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６２】
８  ピストン
１０  内燃機関
１６  クランク軸
２２  吸気通路
２４  排気通路
２６  ＥＧＲ通路
２８  排気浄化装置
３０  インジェクタ
３２  吸気弁
３４  排気弁
３６  吸気絞り弁
３８  ＥＧＲ弁
４２  吸気可変動弁機構
４４  排気可変動弁機構
４６  排気絞り弁
５０  ＥＣＵ
５６  クランク角センサ
５８  アクセル開度センサ
【図１】
2007255211.tif 000003
【図２】
2007255211.tif 000004
【図３】
2007255211.tif 000005