(57)【要約】【課題】この発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化装置に関し、リッチスパイクを、少ない燃料で効率良く行うことを目的とする。【解決手段】ディーゼルエンジン１０の減速時に、リッチスパイク要求の有無を判別する（ステップ１００，１０２）。リッチスパイク要求がある場合には、排気弁５６のバルブタイミングを進角することで、排気弁閉時期を早くする（ステップ１０４）。インジェクタから筒内への燃料噴射を実行し（ステップ１０６）、筒内で燃焼させる。リッチスパイクに要求される燃料量に足りない分がある場合は、排気系に燃料添加する（ステップ１０８）。排気弁閉時期の進角により大きなポンピングロスが発生するので、筒内での燃料の燃焼によって発生した正トルクが相殺され、所期のエンジンブレーキ力を発生させることができる。【選択図】図４
2007309147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンの排気通路に設けられ、空燃比が理論空燃比より大きい雰囲気中ではＮＯｘを吸蔵し、空燃比が理論空燃比以下の雰囲気中では吸蔵されたＮＯｘを還元浄化して放出する機能を有するＮＯｘ触媒と、
ディーゼルエンジンの排気弁の少なくとも閉時期を可変とする可変動弁機構と、
前記ディーゼルエンジンの減速時に、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的に理論空燃比以下とする減速時リッチスパイク制御を行うか否かを判断する減速時リッチスパイク要求判断手段と、
前記ディーゼルエンジンの筒内で燃焼させるように作動ガス中に燃料を噴射可能な第１の燃料噴射手段と、
前記ディーゼルエンジンの筒内で燃焼させないように作動ガス中に燃料を噴射可能な第２の燃料噴射手段と、
前記減速時リッチスパイク制御の実行時に排気空燃比を理論空燃比以下の目標空燃比とするために必要な要求燃料噴射量を前記第１、第２の燃料噴射手段により噴射する際の両者の噴射量の配分を決定する噴射配分決定手段と、
前記減速時リッチスパイク制御の実行時に、前記排気弁が上死点よりも前に閉じて燃焼ガスが筒内で圧縮されるようにすることによって前記ディーゼルエンジンに制動力を発生させるべく、前記可変動弁機構を制御して排気弁閉時期を進角させる排気弁進角手段と、
を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項２】
前記噴射配分決定手段は、前記減速時リッチスパイク制御実行時の前記第１の燃料噴射手段の燃料噴射量を、所定の減速感が得られるような燃料噴射量として決定し、前記要求燃料噴射量に足りない分を前記第２の燃料噴射手段に配分することを特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項３】
前記噴射配分決定手段は、前記減速時リッチスパイク制御の実行時の排気弁閉時期の進角度合いが大きいほど、前記第１の燃料噴射手段に対する燃料噴射量の配分を多くすることを特徴とする請求項１または２記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項４】
排気系温度を検出または推定する排気系温度取得手段を更に備え、
前記排気弁進角手段は、前記排気系温度が低いほど、前記減速時リッチスパイク制御の実行時の排気弁閉時期の進角度合いを大きくし、
前記噴射配分決定手段は、前記排気系温度が低いほど、前記第１の燃料噴射手段に対する燃料噴射量の配分を多くすることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項５】
排気系温度を検出または推定する排気系温度取得手段と、
前記排気系温度が低いほど、前記減速時リッチスパイク制御の実行時における前記第１の燃料噴射手段の噴射時期を遅らせる噴射時期遅延手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項６】
前記可変動弁機構は、前記排気弁の開時期をも可変とするものであり、
前記排気弁進角手段は、前記減速時リッチスパイク制御の実行時、排気弁閉時期とともに排気弁開時期をも進角させることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【請求項７】
前記ディーゼルエンジンの吸気通路に配置された吸気絞り弁と、
前記減速時リッチスパイク制御の実行時に、前記吸気絞り弁の開度を非減速時に比して小さくすることで吸入空気量を少なくする減速時空気量減量手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載のディーゼルエンジンの排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン（圧縮着火内燃機関）では、通常、排気ガス中に多量の酸素が含まれているため、三元触媒でＮＯｘを浄化することができない。そこで、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒や、ＤＰＮＲ(Diesel Particulate-NOx-Reduction system)など（以下、これらを総称して「ＮＯｘ触媒」と言う）を利用して、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵するようにした排気浄化システムが用いられている。
【０００３】
ＮＯｘ触媒にＮＯｘを効率良く吸蔵させるには、ＮＯｘ触媒の温度が、ある範囲内に入っていることが必要となる。減速時等の燃料カット中には、高温の既燃ガスが排気通路に流通しなくなるため、ＮＯｘ触媒が上記の温度範囲より低い温度にまで冷えてしまい易い。ＮＯｘ触媒が冷えると、燃料カットからの復帰後、ＮＯｘがＮＯｘ触媒の下流に吹き抜けてしまうこととなる。
【０００４】
特開２００３−８３０５４号公報には、燃料カット時に、ＮＯｘ触媒の温度が低下するのを防止するべく、触媒保温制御を行うようにした排気浄化装置が開示されている。この触媒保温制御とは、排気系に設けた燃料添加弁から排気ガス中に燃料を添加する制御のことである。この触媒保温制御を行うと、排気ガス中に添加された燃料がＮＯｘ触媒で反応（燃焼）することにより、ＮＯｘ触媒の温度低下が防止される。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−８３０５４号公報
【特許文献２】特開２００２−２２７６７２号公報
【特許文献３】特開２００４−１１６３９３号公報
【特許文献４】特開２００２−３８９３２号公報
【特許文献５】特開２００６−９６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘは、排気空燃比を一時的に理論空燃比以下のリッチとするリッチスパイクを行うことにより、Ｎ２に還元浄化して、放出することができる。ＮＯｘ触媒に吸蔵できるＮＯｘの量には限界があるため、ＮＯｘ触媒を備えたシステムにおいては、このリッチスパイクを時々行うことが必要である。
【０００７】
上記従来の技術では、減速時等の燃料カット中はＮＯｘ触媒の保温制御を行うのみであり、リッチスパイクは通常の運転中に行うようにしている（上記公報の段落００４５〜００５３等参照）。
【０００８】
一方、本発明者らの知見によれば、ディーゼルエンジンの減速時にリッチスパイクを行うようにすれば、燃費性能の向上が図れると考えられる。すなわち、減速時は、正トルクを出力する必要がないので、吸入空気量を減量することが可能である。吸入空気量が少なくなれば、排気空燃比をリッチスパイクに必要な理論空燃比以下の空燃比にするために要する燃料量も少なくて済む。よって、ディーゼルエンジンの減速時に、排気ガス中に排気系燃料添加弁などから燃料を添加することでリッチスパイクを行うようにすれば、リッチスパイクに要する燃料量を節減することができる。つまり、燃費性能を向上することができる。
【０００９】
しかしながら、減速時にリッチスパイクを行うようにした場合には、次のような問題が生ずると考えられる。第１の問題は、酸素が豊富に存在することによるリッチスパイクの効き目の低下である。減速時は、通常、燃料カットが行われるので、ディーゼルエンジンから排出されるガスは空気そのものである。このような空気に燃料が添加された状態のガスが流入したＮＯｘ触媒内では、全体としては空燃比がリッチになってはいても、局所的には酸素が多量に存在している。このような場合、その酸素が優先してＨＣ等の還元剤と反応することになるため、吸蔵されたＮＯｘが還元剤と反応しにくくなる。その結果、リッチスパイクの効き目が悪くなる。
【００１０】
第２の問題は、ＮＯｘ触媒の温度低下によるリッチスパイクの効き目の低下である。ＮＯｘ触媒に吸蔵されたＮＯｘをリッチスパイクによって還元浄化する際にも、高い浄化率を得るためには、ＮＯｘ触媒がある温度範囲内に入っている必要がある。減速時には、低温の空気がＮＯｘ触媒を流通するため、ＮＯｘ触媒の温度が急激に低下し、その温度範囲より低い温度にまで冷えてしまい易い。このようにしてＮＯｘ触媒の温度が低下すると、リッチスパイクの効き目が悪くなる。
【００１１】
第３の問題は、ＨＣ被毒の発生である。未燃燃料を含んだ空気が、温度の低くなったＮＯｘ触媒に流入すると、触媒表面の活性面がＨＣで覆われたような状態になり、ＮＯｘ触媒の活性が低下してしまう。これをＨＣ被毒という。ＨＣ被毒が発生すると、リッチスパイクの効き目が低下したり、リッチスパイク終了後のＮＯｘ吸蔵能力が低下したりしてしまう。
【００１２】
この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、リッチスパイクを、少ない燃料で効率良く行うことのできるディーゼルエンジン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】
【００１３】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、ディーゼルエンジンの排気浄化装置であって、
ディーゼルエンジンの排気通路に設けられ、空燃比が理論空燃比より大きい雰囲気中ではＮＯｘを吸蔵し、空燃比が理論空燃比以下の雰囲気中では吸蔵されたＮＯｘを還元浄化して放出する機能を有するＮＯｘ触媒と、
ディーゼルエンジンの排気弁の少なくとも閉時期を可変とする可変動弁機構と、
前記ディーゼルエンジンの減速時に、前記ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的に理論空燃比以下とする減速時リッチスパイク制御を行うか否かを判断する減速時リッチスパイク要求判断手段と、
前記ディーゼルエンジンの筒内で燃焼させるように作動ガス中に燃料を噴射可能な第１の燃料噴射手段と、
前記ディーゼルエンジンの筒内で燃焼させないように作動ガス中に燃料を噴射可能な第２の燃料噴射手段と、
前記減速時リッチスパイク制御の実行時に排気空燃比を理論空燃比以下の目標空燃比とするために必要な要求燃料噴射量を前記第１、第２の燃料噴射手段により噴射する際の両者の噴射量の配分を決定する噴射配分決定手段と、
前記減速時リッチスパイク制御の実行時に、前記排気弁が上死点よりも前に閉じて燃焼ガスが筒内で圧縮されるようにすることによって前記ディーゼルエンジンに制動力を発生させるべく、前記可変動弁機構を制御して排気弁閉時期を進角させる排気弁進角手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記噴射配分決定手段は、前記減速時リッチスパイク制御実行時の前記第１の燃料噴射手段の燃料噴射量を、所定の減速感が得られるような燃料噴射量として決定し、前記要求燃料噴射量に足りない分を前記第２の燃料噴射手段に配分することを特徴とする。
【００１５】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記噴射配分決定手段は、前記減速時リッチスパイク制御の実行時の排気弁閉時期の進角度合いが大きいほど、前記第１の燃料噴射手段に対する燃料噴射量の配分を多くすることを特徴とする。
【００１６】
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、
排気系温度を検出または推定する排気系温度取得手段を更に備え、
前記排気弁進角手段は、前記排気系温度が低いほど、前記減速時リッチスパイク制御の実行時の排気弁閉時期の進角度合いを大きくし、
前記噴射配分決定手段は、前記排気系温度が低いほど、前記第１の燃料噴射手段に対する燃料噴射量の配分を多くすることを特徴とする。
【００１７】
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、
排気系温度を検出または推定する排気系温度取得手段と、
前記排気系温度が低いほど、前記減速時リッチスパイク制御の実行時における前記第１の燃料噴射手段の噴射時期を遅らせる噴射時期遅延手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【００１８】
また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記可変動弁機構は、前記排気弁の開時期をも可変とするものであり、
前記排気弁進角手段は、前記減速時リッチスパイク制御の実行時、排気弁閉時期とともに排気弁開時期をも進角させることを特徴とする。
【００１９】
また、第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、
前記ディーゼルエンジンの吸気通路に配置された吸気絞り弁と、
前記減速時リッチスパイク制御の実行時に、前記吸気絞り弁の開度を非減速時に比して小さくすることで吸入空気量を少なくする減速時空気量減量手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
第１の発明によれば、ディーゼルエンジンの減速時に、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比を一時的に理論空燃比以下とする減速時リッチスパイク制御を行うことができる。減速時にリッチスパイクを行うことで、少ない燃料量でリッチスパイクを行うことができ、燃費性能を向上することができる。また、減速時リッチスパイク制御の実行時、筒内で燃焼させる燃料噴射を行うことにより、ＮＯｘ触媒に流入する酸素量を少なくすることができるとともに、ＮＯｘ触媒をリッチスパイクに適した温度に保つことができる。このため、リッチスパイクの効き目の低下やＨＣ被毒を回避することができ、高い効率でリッチスパイクを行うことができる。更に、第１の発明によれば、減速時リッチスパイク制御の実行時、排気弁閉時期を進角することで大きなポンピングロスを発生させるようにしたので、筒内での燃料の燃焼によってエンジンブレーキの効きが低下するような事態を確実に回避することができる。つまり、所期の減速感を確実に得ることができる。
【００２１】
第２の発明によれば、減速時リッチスパイク制御実行時、筒内で燃焼させる分の燃料噴射量を、所定の減速感が得られるような燃料噴射量として決定し、要求される燃料噴射量に足りない分を、筒内で燃焼させない燃料噴射に配分することができる。これにより、所定の減速感が得られる限りにおいて、筒内で燃焼させる分の燃料噴射量を多くすることができる。このため、リッチスパイクの効き目が更に向上し、より高い効率でリッチスパイクを行うことができる。
【００２２】
第３の発明によれば、減速時リッチスパイク制御の実行時の排気弁閉時期の進角度合いが大きいほど、筒内で燃焼させる分の燃料噴射量の配分を多くすることができる。排気弁閉時期の進角度合いが大きいほど、より大きなポンピングロスを発生させることができる。このため、第３の発明によれば、所期のエンジンブレーキ力を確保しつつ、筒内で燃焼させる分の燃料噴射量の配分を多くすることができる。よって、リッチスパイクの効き目を更に向上させることができる。
【００２３】
第４の発明によれば、排気系温度が低いほど、減速時リッチスパイク制御の実行時の排気弁閉時期の進角度合いを大きくするとともに、筒内で燃焼させる分の燃料噴射量の配分を多くすることができる。これにより、排気系温度が低いほど、排気温度を高くすることができる。このため、減速時リッチスパイク制御の実行時に、ＮＯｘ触媒の温度が最適な温度域により確実に入るようにすることができる。よって、リッチスパイクをより高い効率で行うことができる。
【００２４】
第５の発明によれば、排気系温度が低いほど、筒内燃焼燃料の噴射時期を遅らせて、排気温度を高くすることができる。このため、減速時リッチスパイク制御の実行時に、ＮＯｘ触媒の温度が最適な温度域により確実に入るようにすることができる。よって、リッチスパイクをより高い効率で行うことができる。
【００２５】
第６の発明によれば、減速時リッチスパイク制御の実行時、排気弁閉時期とともに排気弁開時期をも進角させることができる。これにより、排気弁を膨張行程の途中で開いて、燃焼ガスの膨張仕事を少なくすることができる。よって、所期のエンジンブレーキ力をより確実に発生させることができる。
【００２６】
第７の発明によれば、減速時リッチスパイク制御の実行時に、吸入空気量を少なくすることができる。このため、リッチスパイクに必要な燃料量、すなわち、ＮＯｘ触媒に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比以下とするために必要な燃料量を少なくすることができる。よって、燃料を節約することができ、燃費性能の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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。
【００２８】
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（圧縮着火内燃機関）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。図示のディーゼルエンジン１０は、直列４気筒型であるが、本発明において、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。
【００２９】
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、サプライポンプ１６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。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。
【００３０】
ディーゼルエンジン１０の排気通路１８は、排気マニホールド２０により枝分かれして、各気筒の排気ポート２２（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、ターボ過給機２４を備えている。排気通路１８は、ターボ過給機２４の排気タービンに接続されている。
【００３１】
排気通路１８の、ターボ過給機２４より下流側には、ＮＯｘ触媒２６が設けられている。ＮＯｘ触媒２６は、空燃比が理論空燃比より大きい雰囲気中、つまり理論空燃比よりリーンな雰囲気中では排気ガス中のＮＯｘを吸蔵し、空燃比が理論空燃比以下の雰囲気中、つまり理論空燃比以下のリッチの雰囲気中では吸蔵されたＮＯｘを還元浄化して放出する機能を有している。このＮＯｘ触媒２６は、ＮＯｘを吸蔵還元する機能のみを有するものでもよく、あるいは、排気ガス中のすすを捕集する機能を併せ持つＤＰＮＲ(Diesel Particulate-NOx-Reduction system)のようなものでもよい。また、ＮＯｘ触媒２６は、すすを捕集すること以外の機能を併せ持つものでもよい。
【００３２】
ディーゼルエンジン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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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の開度を大きくするほど、外部ＥＧＲ通路４０を通る排気ガス量、すなわち外部ＥＧＲ量を多くすることができる。また、外部ＥＧＲ量や外部ＥＧＲ率は、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。
【００３６】
また、本システムは、吸気圧を検出する吸気圧センサ４６と、ディーゼルエンジン１０が搭載された車両の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、排気ガス中に燃料を噴射する燃料添加弁６６と、ＮＯｘ触媒２６の床温を検出する触媒温度センサ６８とを備えている。上記吸気圧センサ４６は、吸気絞り弁３６の下流側の吸気通路２８に配置されている。また、上記燃料添加弁６６は、ＮＯｘ触媒２４の上流側であってターボ過給機２４の下流側の排気通路１８に設置されている。
【００３７】
更に、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を備えている。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、各センサからの信号に基づき、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、ディーゼルエンジン１０の運転状態を制御する。
【００３８】
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。図２に示すように、ディーゼルエンジン１０のクランク軸６０の近傍には、クランク軸６０の回転角度（クランク角）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からの信号によれば、機関回転数などを検出することができる。
【００３９】
また、ディーゼルエンジン１０には、排気弁５６を駆動するカムの位相を連続的に可変とする排気可変動弁機構５８が備えられている。排気可変動弁機構５８によれば、排気弁５６の開弁位相を連続的に変化させることができる。なお、吸気弁５２側にも可変動弁機構が設けられていてもよい。
【００４０】
図３は、ディーゼルエンジン１０における吸気弁５２および排気弁５６のバルブリフトの一例を示す図である。図３中の細い実線は、通常制御時における吸気弁５２および排気弁５６のバルブリフト線図である。一方、図３中の太い実線は、排気弁５６の開弁位相を進角させた場合の排気弁５６のバルブリフト線図である。このように、排気可変動弁機構５８によれば、排気弁５６のバルブタイミングを進角して（早くして）、排気弁５６の閉時期（以下、「排気弁閉時期」と称する）が上死点(TDC)より前になるようにすることができる。
【００４１】
また、本実施形態の排気可変動弁機構５８では、排気弁閉時期の進角に伴って、排気弁５６の開時期（以下、「排気弁開時期」と称する）も同じだけ進角される。
【００４２】
なお、本発明における排気可変動弁機構５８の具体的な構成は、カムの位相可変機構に限定されるものではなく、排気弁閉時期を可変とするものであれば、いかなるものでもよい。例えば、排気可変動弁機構５８は、任意のタイミングで排気弁５６を開閉可能な電磁駆動弁や油圧駆動弁などで構成されていてもよい。また、排気可変動弁機構５８は、図３中の破線で示すように、排気弁開時期はそのままで、排気弁閉時期のみを連続的に可変とする作用角可変機構で構成されていてもよい。
【００４３】
［実施の形態１の特徴］
本発明では、ＮＯｘ触媒２６に吸蔵されたＮＯｘを還元浄化して放出するためのリッチスパイク制御を、ディーゼルエンジン１０の減速時（以下、単に「減速時」と称する）に実行することとした。本明細書では、減速時に行う本発明のリッチスパイク制御を「減速時リッチスパイク制御」と称する。
【００４４】
減速時は、トルク（正のトルク）を出力する必要がないので、吸気絞り弁３６の開度を小さくすることにより、吸入空気量を少なくすることが可能である。よって、減速時であれば、リッチスパイクに必要な燃料量、すなわち、ＮＯｘ触媒２６に流入する排気ガスの空燃比を理論空燃比以下とするために必要な燃料量が少なくて済む。このため、燃料を節約することができ、燃費性能の向上が図れる。
【００４５】
減速時には、一般に、筒内で燃焼させるためのインジェクタ１２からの燃料噴射（トルクになるような噴射）を停止する制御、すなわち燃料カットが行われる。減速時にリッチスパイクを行う場合、燃料カットを行うとともに、必要な燃料量のすべてを燃料添加弁６６から噴射することにした場合には、前述したように、リッチスパイクの効き目が低下したり、ＨＣ被毒が生じたりするという問題がある。
【００４６】
そこで、本実施形態では、減速時リッチスパイク制御を行う際、燃料カットを禁止し、筒内で燃焼させるためのインジェクタ１２からの燃料噴射を行うこととした。これにより、排気ガス中の酸素量を少なくすることができるので、酸素が豊富に存在することによるリッチスパイクの効き目の低下を確実に防止することができる。また、筒内での燃焼を継続することにより、高温の排気ガスをＮＯｘ触媒２６に流入させることができる。このため、ＮＯｘ触媒２６の冷え過ぎによってリッチスパイクの効き目が低下したり、ＨＣ被毒が生じたりすることを確実に防止することができる。
【００４７】
上記のようにして、減速時に筒内で燃焼させるためのインジェクタ１２からの燃料噴射を行った場合、排気弁５６のバルブタイミングが通常制御時と同じであったとすると、エンジンブレーキの効きが悪くなったり、更にはディーゼルエンジン１０が正のトルクを発生したりするという不都合がある。そこで、本実施形態では、減速時リッチスパイク制御時には、図３中の太い実線で示すように排気弁５６のバルブタイミングを進角することとした。排気弁５６のバルブタイミングを進角すると、排気弁５６が上死点よりも前に閉じて、燃焼ガス（既燃ガス）が筒内で圧縮されるようになる。このため、圧縮行程において大きなポンピングロスが発生する。このポンピングロスの増大により、膨張行程において生じた正のトルクを相殺することができるので、エンジンブレーキを確実に発生させることができる。よって、運転者から期待される減速感を確実に満足させることができる。
【００４８】
また、本実施形態では、排気弁閉時期の進角に伴って、排気弁開時期も進角される。これにより、排気弁５６が膨張行程の途中で開くようになるので、燃焼ガスの膨張仕事を少なくすることができる。よって、要求されるエンジンブレーキ力をより確実に発生させることができる。
【００４９】
［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。なお、本ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行されるものとする。図４に示すルーチンによれば、まず、減速時であるか否かが判別される（ステップ１００）。具体的には、アクセル開度がゼロであり、機関回転数が所定値以上である場合には、ディーゼルエンジン１０が減速状態にあると判別される。
【００５０】
上記ステップ１００において、減速時でないと判別された場合には、今回の処理サイクルをそのまま終了する。一方、減速時であると判別された場合には、次に、リッチスパイクが必要であるか否かが判別される（ステップ１０２）。この判別の方法は、特に限定されず、公知の手法により行うことができる。例えば、ディーゼルエンジン１０の運転状態とＮＯｘ排出量との関係をマップとしてＥＣＵ５０に記憶しておき、前回のリッチスパイク以後にＮＯｘ触媒２６に流入したＮＯｘの量をそのマップに従って積算していき、その積算値が所定値を超えた場合には、リッチスパイクが必要であると判別することができる。
【００５１】
上記ステップ１０２において、リッチスパイクが必要でないと判別された場合には、今回の処理サイクルをそのまま終了する。一方、リッチスパイクが必要であると判別された場合には、以下に述べるように、減速時リッチスパイク制御が実行される。
【００５２】
すなわち、まず、排気弁５６のバルブタイミングが図３に例示されるようにして進角される（ステップ１０４）。このとき、本実施形態では、排気弁５６のバルブタイミングは、予め定められた位置まで進角されるものとする。以下では、排気弁５６のバルブタイミング（排気弁閉時期）の進角の度合い（進角量）を「進角度」と称する。また、ステップ１０４では、吸気絞り弁３６の開度を非減速時よりも小さくする処理も併せて行われるものとする。これにより、吸入空気量を少なくすることができる。
【００５３】
上記ステップ１０４の処理に続いて、インジェクタ１２から筒内への燃料噴射が実行される（ステップ１０６）。ここでの燃料噴射とは、燃料を筒内で燃焼させるようにして行う燃料噴射を言うものとする。この燃料噴射は、１サイクル中で複数回に分けて実施するようにしてもよい。例えば、メイン噴射と、それに先立つパイロット噴射とに分けて実施するようにしてもよい。
【００５４】
上記ステップ１０６における燃料噴射量（複数回に分けて実施される場合にはその総量）は、所定の減速感が得られるような量として、予め設定されている。つまり、燃焼ガスが膨張仕事を行うことによって生ずる正トルクと、排気弁５６の進角（早閉じ）によって生ずるポンピングロスによる負トルクとを考慮した上で、ディーゼルエンジン１０が所期の制動力を発揮するような燃料噴射量に設定されている。
【００５５】
上記ポンピングロス、つまり燃焼ガスが筒内で圧縮されることで生ずるポンピングロスは、排気弁５６の進角度が大きいほど、大きくなる。このため、排気弁５６の進角度が大きい場合ほど、上記ステップ１０６での燃料噴射量を多くすることができる。
【００５６】
なお、上記ステップ１０６での燃料噴射量の決定に際しては、機関回転数等の他の情報に基づいて補正を施すようにしてもよい。
【００５７】
上記ステップ１０６の処理に続いて、燃料添加弁６６から排気ガス中に燃料を添加する処理が実行される（ステップ１０８）。ここでは、ＮＯｘ触媒２６に流入する排気ガスの空燃比を、リッチスパイク用の目標空燃比（理論空燃比以下の値）に一致させるために必要な量の燃料が燃料添加弁６６から噴射される。すなわち、エアフローメータ３８で検出される吸入空気量と目標空燃比等から算出される要求燃料噴射量から、上記ステップ１０６での燃料噴射量を差し引くことで、このステップ１０８で燃料添加弁６６から噴射すべき燃料量を算出することができる。
【００５８】
以上説明したような処理により、本実施形態の減速時リッチスパイク制御を実施することができる。減速時リッチスパイク制御によれば、吸入空気量を少なくした状態でリッチスパイクを済ませることができるので、ＮＯｘ触媒２６に流入する排気ガスの空燃比を目標空燃比とするのに必要な燃料量が少なくて済む。このため、少ない燃料量でリッチスパイクを行うことができ、燃費性能を向上することができる。
【００５９】
また、上記減速時リッチスパイク制御によれば、燃料カットを行わず、筒内で燃焼させる燃料噴射を行うようにしたことにより、燃料カット中にリッチスパイクを行う場合のような弊害、つまり、リッチスパイクの効き目の低下や、ＨＣ被毒の発生を確実に回避することができる。すなわち、ＮＯｘ触媒２６に流入する酸素量を少なくすることができ、また、ＮＯｘ触媒２６の温度が低くなり過ぎることを確実に防止することができる。このため、ＮＯｘ触媒２６に吸蔵されたＮＯｘを効率良く還元浄化して放出することができる。そして、ＮＯｘ触媒２６の温度低下に起因するＨＣ被毒が生ずることもない。
【００６０】
また、上記減速時リッチスパイク制御によれば、排気弁５６のバルブタイミングを進角することで大きなポンピングロスを発生させるようにしたので、筒内で燃料を燃焼させることで生ずる正トルクを相殺することができる。このため、エンジンブレーキの効きが悪くなるようなことを確実に防止することができ、所期の減速感を確実に得ることができる。
【００６１】
ところで、上述した実施の形態１では、上記ステップ１０４において排気弁５６の閉時期と開時期との双方を進角することとしているが、本発明では、少なくとも排気弁閉時期を進角すればよい。つまり、排気弁開時期を進角しなくてもよい。
【００６２】
また、本発明では、減速時リッチスパイク制御の実行時に、ＮＯｘ触媒２６の前または後に設けた図示しない空燃比センサ（酸素センサ）の出力に基づいて、上記ステップ１０６での燃料噴射量、あるいは上記ステップ１０８での燃料噴射量を補正する空燃比フィードバック制御を行うようにしてもよい。
【００６３】
また、上述した実施の形態１では、上記ステップ１０８において、燃料添加弁６６を用いて燃料を噴射するようにしているが、ここでの燃料噴射は、筒内で燃焼しないように噴射することができる方法であれば、いかなる方法で行ってもよい。例えば、上記ステップ１０８での燃料噴射は、筒内での燃焼が終了した後にインジェクタ１２から燃料を噴射するポスト噴射によって行うことにしてもよい。
【００６４】
更に、上記ステップ１０６での燃料噴射のみによってリッチスパイク用の目標空燃比を達成することができる場合には、上記ステップ１０８の燃料噴射量をゼロにしてもよい。例えば、大量ＥＧＲを行うことで空燃比をリッチ化させるとともに燃焼温度を低下させていくと、スモークを排出することなく、理論空燃比以下の空燃比で筒内燃焼させることができる。そのような筒内燃焼が可能である場合には、上記ステップ１０８の燃料噴射量をゼロとしても、本発明の減速時リッチスパイク制御を行うことができる。
【００６５】
また、上述した実施の形態１においては、ＮＯｘ触媒２６が前記第１の発明における「ＮＯｘ触媒」に、排気可変動弁機構５８が前記第１および第６の発明における「可変動弁機構」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１００および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「減速時リッチスパイク要求判断手段」が、上記ステップ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「第１の燃料噴射手段」が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記第１の発明における「第２の燃料噴射手段」が、上記ステップ１０６および１０８の処理を実行することにより前記第１および第２の発明における「噴射配分決定手段」が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第１および第６の発明における「排気弁進角手段」が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第７の発明における「減速時空気量減量手段」が、それぞれ実現されている。
【００６６】
実施の形態２．
次に、図５および図６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１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化ないし省略する。本実施形態は、実施の形態１と同様のハードウェア構成を用いて実現することができる。
【００６７】
［実施の形態２の特徴］
減速時リッチスパイク制御の実行時においては、前述した通り、排気弁５６の進角度を大きくするほど、減速感（エンジンブレーキ力）を保ったままで、上記ステップ１０６での燃料噴射量（以下、「筒内燃焼燃料量」と称する）を多くすることができる。そして、筒内燃焼燃料量を多くするほど、排気温度が高くなるので、ＮＯｘ触媒２６の温度を上昇させることができる。
【００６８】
ＮＯｘ触媒２６に吸蔵されたＮＯｘを効率良く還元浄化して放出させるためには、前述した通り、ＮＯｘ触媒２６の温度がある範囲内（以下、「高浄化率温度域」と称する）に入っていることが重要である。換言すれば、減速時リッチスパイク制御の実行時、ＮＯｘ触媒２６の温度は、高浄化率温度域を超えて高くなり過ぎても好ましくなく、高浄化率温度域未満に低くなり過ぎても好ましくない。
【００６９】
アイドル運転状態や軽負荷運転状態などの排気温度の低い運転状態のときには、ＮＯｘ触媒２６の温度が低くなり易い。そのようにしてＮＯｘ触媒２６の温度が低くなった状態で減速時リッチスパイク制御が行われる場合には、ＮＯｘ触媒２６の温度を高浄化率温度域内まで確実に上昇させるべく、排気温度を高くすることが好ましい。
【００７０】
一方、排気温度の高い高負荷運転状態のときには、ＮＯｘ触媒２６の温度が高くなり易い。そのようにしてＮＯｘ触媒２６が高温の状態にあるときに減速時リッチスパイク制御が行われる場合には、それほど排気温度を高くする必要はなく、むしろ、ＮＯｘ触媒２６の温度が高浄化率温度域を超えないように、適度な排気温度とすることが好ましい。
【００７１】
そこで、本実施形態では、減速時リッチスパイク制御の実行時、ＮＯｘ触媒２６の床温に応じて、排気弁５６の進角度および筒内燃焼燃料量を変化させることとした。
【００７２】
［実施の形態２における具体的処理］
図５は、本実施形態の減速時リッチスパイク制御の実行時におけるＮＯｘ触媒２６の床温と、排気弁５６の進角度との関係を示す図である。本実施形態において、ＥＣＵ５０には、図５に示す関係がマップとして記憶されているものとする。そして、図４に示すルーチンのステップ１０４の処理を実行する際には、そのマップを参照することにより、触媒温度センサ６８で検出されるＮＯｘ触媒２６の床温に応じた排気弁５６の進角度が決定され、その進角度となるように排気可変動弁機構５８が制御されるものとする。
【００７３】
図６は、本実施形態の減速時リッチスパイク制御の実行時におけるＮＯｘ触媒２６の床温と、筒内燃焼燃料量との関係を示す図である。本実施形態において、ＥＣＵ５０には、図６に示す関係がマップとして記憶されているものとする。そして、図４に示すルーチンのステップ１０６の処理を実行する際には、そのマップを参照することにより、触媒温度センサ６８で検出されるＮＯｘ触媒２６の床温に応じた筒内燃焼燃料量が決定され、その筒内燃焼燃料量が上記ステップ１０６においてインジェクタ１２から噴射されるものとする。
【００７４】
以上説明した処理によれば、減速時リッチスパイク制御の実行時、ＮＯｘ触媒２６の床温が低いほど、筒内燃焼燃料量を多くすることにより、排気温度を高くすることができる。このため、ＮＯｘ触媒２６が冷えている場合であっても、ＮＯｘ触媒２６の温度を高浄化率温度域まで確実に上昇させることができるので、リッチスパイクをより高い効率で行うことができる。また、減速時リッチスパイク制御の実行時、ＮＯｘ触媒２６の床温が高い場合には、筒内燃焼燃料量を少なくすることにより、排気温度を抑えることができる。このため、ＮＯｘ触媒２６の温度が高い場合には、ＮＯｘ触媒２６の温度が高浄化率温度域を超えないように確実に制御することができる。このため、リッチスパイクを高い効率で行うことができる。
【００７５】
なお、図５および図６に示すマップでは、排気弁進角度および筒内燃焼燃料量をＮＯｘ触媒２６の床温に応じて全域に渡りリニアに変化させるようにしているが、このようなマップに限定されるものではない。例えば、ＮＯｘ触媒２６の床温がある範囲にあるときには排気弁進角度および筒内燃焼燃料量を一定とし、その温度範囲の前後においてのみ排気弁進角度および筒内燃焼燃料量を変化させるようにしてもよい。また、排気弁進角度および筒内燃焼燃料量をＮＯｘ触媒２６の床温に応じて段階的に変化させるようにしてもよい。
【００７６】
また、上述した実施の形態２では、ＮＯｘ触媒２６の床温を触媒温度センサ６８で検出することとしているが、ＮＯｘ触媒２６の床温は、ディーゼルエンジン１０の運転条件等に基づいて推定するようにしてもよい。
【００７７】
また、ＮＯｘ触媒２６の床温は、排気系の他の部分の温度（例えば排気マニホールド２０、ターボ過給機２４等の温度）と相関を有している。そこで、本実施形態では、排気系の他の部分の温度を検出または推定し、その温度に応じて排気弁進角度および筒内燃焼燃料量を変化させるようにしてもよい。
【００７８】
なお、上述した実施の形態２においては、触媒温度センサ６８が前記第４の発明における「排気系温度取得手段」に相当している。また、ＥＣＵ５０が、図５のマップを参照して上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第４の発明における「排気弁進角手段」が、図６のマップを参照して上記ステップ１０６および１０８の処理を実行することにより前記第４の発明における「噴射配分決定手段」が、それぞれ実現されている。
【００７９】
実施の形態３．
次に、図７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１および２との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化ないし省略する。本実施形態は、実施の形態１と同様のハードウェア構成を用いて実現することができる。
【００８０】
［実施の形態３の特徴］
一般に、ディーゼルエンジン１０においては、燃料噴射時期を遅くするほど、排気温度を高くすることができる。このため、減速時リッチスパイク制御の実行時においても、上記ステップ１０６で噴射する燃料（以下、「筒内燃焼燃料」と称する）の噴射時期を遅くするほど、排気温度を高くすることができる。
【００８１】
そこで、本実施形態では、実施の形態２と同様に、減速時リッチスパイク制御の実行時のＮＯｘ触媒２６の温度がより確実に高浄化率温度域内に入るようにするため、ＮＯｘ触媒２６の床温に応じて、筒内燃焼燃料の噴射時期を変化させることとした。なお、本実施形態において、筒内燃焼燃料を複数回に分けて噴射する場合には、筒内燃焼燃料の噴射時期とは、メイン噴射の噴射時期を言うものとする。
【００８２】
［実施の形態３における具体的処理］
図７は、本実施形態の減速時リッチスパイク制御の実行時におけるＮＯｘ触媒２６の床温と、筒内燃焼燃料の噴射時期との関係を示す図である。本実施形態において、ＥＣＵ５０には、図７に示す関係がマップとして記憶されているものとする。そして、図４に示すルーチンのステップ１０６の処理を実行する際には、そのマップを参照することにより、触媒温度センサ６８で検出されるＮＯｘ触媒２６の床温に応じた筒内燃焼燃料の噴射時期が決定され、その噴射時期においてインジェクタ１２から筒内燃焼燃料が噴射されるものとする。
【００８３】
図７に示すマップによれば、ＮＯｘ触媒２６の床温が第１所定温度Ｔ１より高い場合には、ＮＯｘ触媒２６の床温が高いほど、噴射時期が早い時期に（進角側に）設定される。また、ＮＯｘ触媒２６の床温が第２所定温度Ｔ2より低い場合には、ＮＯｘ触媒２６の床温が低いほど、噴射時期が遅い時期に（遅角側に）設定される。そして、ＮＯｘ触媒２６の床温が第２所定温度Ｔ2と第１所定温度Ｔ１との間にある場合には、噴射時期は一定とされる。
【００８４】
以上説明した処理によれば、減速時リッチスパイク制御の実行時、ＮＯｘ触媒２６の床温が低いほど、筒内燃焼燃料の噴射時期をリタード（遅延）することにより、排気温度を高くすることができる。このため、ＮＯｘ触媒２６が冷えている場合であっても、ＮＯｘ触媒２６の温度を高浄化率温度域まで確実に上昇させることができるので、リッチスパイクをより高い効率で行うことができる。特に、本発明の減速時リッチスパイク制御時には、上記ステップ１０４で排気弁５２の閉時期を進角しているので、内部ＥＧＲが増大した状態になっている。内部ＥＧＲでは、高温の既燃ガスがそのまま筒内に還流する。このため、内部ＥＧＲが多いほど、筒内温度は上昇する。そして、筒内温度が高くなるほど、噴射時期をリタードした場合であっても、失火しにくくなるので、リタード限界はより遅い時期になる。このようなことから、排気弁５２の閉時期が進角されている場合には、通常のバルブタイミングのときと比べて、噴射時期をより遅い時期までリタードすることができる。つまり、排気温度をより高い温度まで上昇させることができる。従って、本実施形態の手法によれば、ＮＯｘ触媒２６が冷えている場合であっても、その温度を高浄化率温度域まで迅速かつ確実に上昇させることができ、極めて有効である。
【００８５】
また、本実施形態によれば、減速時リッチスパイク制御の実行時、ＮＯｘ触媒２６の床温が高い場合には、筒内燃焼燃料の噴射時期を比較的早くすることにより、排気温度を抑えることができる。このため、ＮＯｘ触媒２６の温度が高い場合には、ＮＯｘ触媒２６の温度が高浄化率温度域を超えないように確実に制御することができる。このため、リッチスパイクを高い効率で行うことができる。
【００８６】
なお、図７に示すマップでは、ＮＯｘ触媒２６の床温が第２所定温度Ｔ2と第１所定温度Ｔ１との間にある場合には噴射時期を一定としているが、噴射時期をＮＯｘ触媒２６の床温に応じて全域に渡りリニアに変化させるようにしてもよい。また、噴射時期をＮＯｘ触媒２６の床温に応じて段階的に変化させるようにしてもよい。
【００８７】
また、上述した実施の形態２と同様に、ＮＯｘ触媒２６の床温は、ディーゼルエンジン１０の運転条件等に基づいて推定するようにしてもよく、更に、排気系の他の部分の温度に応じて筒内燃焼燃料の噴射時期を変化させるようにしてもよい。
【００８８】
なお、上述した実施の形態３においては、触媒温度センサ６８が前記第５の発明における「排気系温度取得手段」に相当している。また、ＥＣＵ５０が、図７のマップを参照して噴射時期を決定する処理を実行することにより、前記第５の発明における「噴射時期遅延手段」が実現されている。
【００８９】
また、以上説明した各実施の形態においては、ディーゼルエンジン１０の減速時にリッチスパイクを行う場合には常に上記減速時リッチスパイク制御を行うようにしているが、特定の条件が成立した場合に上記減速時リッチスパイク制御を行うようにしてもよい。例えば、ＮＯｘ触媒２６等の排気系の温度が所定値以下である場合に上記減速時リッチスパイク制御を行い、上記所定値を超える場合には燃料カットを伴ってリッチスパイクを行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【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】図１および図２に示すディーゼルエンジンにおける吸気弁および排気弁のバルブリフトの一例を示す図である。
【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の減速時リッチスパイク制御の実行時におけるＮＯｘ触媒の床温と、排気弁の進角度との関係を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態２の減速時リッチスパイク制御の実行時におけるＮＯｘ触媒の床温と、筒内燃焼燃料量との関係を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態３の減速時リッチスパイク制御の実行時におけるＮＯｘ触媒の床温と、筒内燃焼燃料の噴射時期との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００９１】
１０  ディーゼルエンジン
１２  インジェクタ
１４  コモンレール
１８  排気通路
２０  排気マニホールド
２２  排気ポート
２４  ターボ過給機
２６  ＮＯｘ触媒
２８  吸気通路
３４  吸気マニホールド
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  吸気圧センサ
５０  ＥＣＵ
５２  吸気弁
５６  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
６６  燃料添加弁
６８  触媒温度センサ
【図１】
2007309147.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007309147.tif 000008
【図７】
2007309147.tif 000009