(57)【要約】【課題】気筒の壁面への燃料の付着を防ぎ、オイル希釈を抑制するとともに、排気浄化触媒を再生するエンジンを提供する。【解決手段】エンジン１は、複数の気筒２１が形成されたシリンダブロック２２と、気筒２１内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁３０と、気筒２１から排出される排気を浄化する排気浄化装置４１と、気筒２１の吸気弁２８の最大リフト量を一定のまま、作用角を変更する作用角可変機構５と、排気浄化装置４１の再生時に、一部の気筒２１における吸気弁２８の作用角を縮小するように作用角可変機構５を制御するＥＣＵ６と、を備える。この構成により、排気時に失火した気筒２１から未燃の混合気が排気浄化装置４１へ供給され、排気浄化装置４１の触媒が再生される。このとき、排気浄化装置４１の再生のためのポスト噴射を行わないため、気筒２１の壁面へ燃料が付着することが防がれ、オイル希釈が抑制される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒が形成されたシリンダブロックと、
前記気筒内に燃料を直接噴射する噴射弁と、
前記気筒から排出される排気を浄化する排気浄化装置と、
前記気筒の吸気弁の最大リフト量を一定のまま、作用角を変更する作用角可変機構と、
前記排気浄化装置の再生時に、前記作用角可変機構により一部の気筒における吸気弁の作用角を縮小させる制御部と、
を備えたことを特徴とするエンジン。
【請求項２】
作用角が変更される吸気弁が設けられた前記気筒内の圧力を計測する圧力計測器を備え、
前記制御部は、前記気筒における吸気弁の作用角の縮小時に前記圧力計測器が計測した平均有効圧と、作用角の縮小をしない場合の前記気筒内の平均有効圧との差分に相当する燃料量を、
作用角が変更されない吸気弁が設けられた気筒に設けられた前記噴射弁の噴射量に増加することを特徴とする請求項１記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの膨張行程または排気工程中に筒内へ燃料のポスト噴射をし、混合気の一部を排気浄化触媒へ供給して燃焼させることにより、排気浄化触媒の昇温を促進し、その機能を再生する。特許文献１では、エンジンの膨張行程中に可変バルブタイミングで排気バルブの開弁量を増大させた状態で燃料のポスト噴射を行い、シリンダ壁面への燃料の付着を防ぎ、オイル希釈を防止する。
【０００３】
また、本発明に関連のある技術として、例えば、特許文献２では、カムとバルブの間に介在する制御軸を駆動源で回転させることにより、カムの回転位置に対するバルブのリフト量を変化させ、バルブの作用角を変化させる内燃機関の可変動弁システムが開示されている。また、特許文献３では、吸気弁や排気弁の開閉時期や作動角を可変制御する可変動弁装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１８３４９１号公報
【特許文献２】特開２００９−２９９６５５号公報
【特許文献３】特開２００６−３３６６５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１において、ポスト噴射された燃料が気筒に付着することを完全に防ぐには、燃焼室内に燃料を噴射できるタイミングで燃料を噴射しなければならない。燃焼室内に燃料を噴射できるタイミングとは、ピストンが上死点付近に位置する場合を指すが、ピストンが上死点付近に位置するときに排気弁を開弁すると、排気弁がピストンヘッドに衝突してしまうことが考えられる。したがって、シリンダ壁面への燃料の付着を防ぎ、オイル希釈を防止しつつ、排気浄化触媒を再生する技術は依然として改善の余地がある。
【０００６】
そこで、本発明は上記の課題を鑑み、気筒の壁面への燃料の付着を防ぎ、オイル希釈を抑制するとともに、排気浄化触媒を再生するエンジンを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる課題を解決する本発明のエンジンは、複数の気筒が形成されたシリンダブロックと、前記気筒内に燃料を直接噴射する噴射弁と、前記気筒から排出される排気を浄化する排気浄化装置と、前記気筒の吸気弁の最大リフト量を一定のまま、作用角を変更する作用角可変機構と、前記排気浄化装置の再生時に、前記作用角可変機構により一部の気筒における吸気弁の作用角を縮小させる制御部と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
この構成によると、吸気弁の作用角を小さくした一部の気筒では、吸入空気量が減少し、圧縮端温度が低下することにより失火する。失火した未燃混合気は、排気弁の開弁時に排気通路へ排出されて、排気浄化触媒へ供給され燃焼する。これにより、排気浄化触媒を昇温するので、排気浄化触媒を再生することができる。また、この構成は、排気浄化触媒の再生のためのポスト噴射をする必要がないので、シリンダ（気筒）の壁面への燃料の付着が防がれ、オイル希釈が抑制される。
【０００９】
上記のエンジンにおいて、作用角が変更される吸気弁が設けられた前記気筒内の圧力を計測する圧力計測器を備え、前記制御部は、前記気筒における吸気弁の作用角の縮小時に前記圧力計測器が計測した平均有効圧に対応する噴射量と、作用角の縮小をしない場合の前記気筒内の平均有効圧に対応する噴射量との差分に相当する燃料量を、作用角が変更されない吸気弁が設けられた気筒に設けられた前記噴射弁の噴射量に増加することとしてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のエンジンによると、気筒の壁面への燃料の付着を防ぎ、オイル希釈を抑制するとともに、排気浄化触媒を再生することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例のエンジンを示した図である。
【図２】エンジン本体の気筒の１つの断面図である。
【図３】作用角可変機構により変更する吸気弁の作用角の変更前後のバルブ特性を示した図である。
【図４】排気浄化装置の触媒の再生にかかる制御のフローチャートである。
【図５】失火させる気筒数を決定するマップの一例である。
【図６】平均有効圧の差分に相当する燃料量を算出するマップの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００１３】
図１は本実施例のエンジン１を示した図である。図１に示すように、エンジン１は、エンジン本体２、吸気通路３、排気通路４、作用角可変機構５、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）６を備えている。エンジン本体２は、シリンダブロック２２とシリンダヘッド２３とを備える。シリンダブロック２２には、複数（ここでは４つ）の気筒２１が直列に配置されている。吸気通路３はエンジン本体２の気筒２１内へ吸気を供給する。排気通路４はエンジン本体２の気筒２１内から燃焼後のガス（排気）を排出する。排気通路４には、気筒２１から排出される排気を浄化する排気浄化装置４１が設けられている。この排気浄化装置４１は、例えば、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）である。また、排気浄化装置４１として、ＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx Reduction System）、ＮＯｘ吸蔵還元触媒を採用してもよい。
【００１４】
図２はエンジン本体２の気筒２１の１つを断面にして示した図である。なお、他の３つの気筒も図２で示す気筒と同様の構成を成している。図２に示すように、エンジン本体２はシリンダブロック２２と、シリンダヘッド２３と、ピストン２４とを備えている。シリンダヘッド２３は、シリンダブロック２２の上側に固定され、ピストン２４はシリンダブロック２２に形成された気筒２１内を摺動可能にシリンダブロック２２内に収容されている。シリンダブロック２２、シリンダヘッド２３、ピストン２４が囲む空間として燃焼室２５が形成されている。
【００１５】
シリンダヘッド２３には吸気ポート２６、排気ポート２７が形成されている。吸気ポート２６、排気ポート２７はそれぞれ１つでもよいし、複数設けられていてもよい。吸気ポート２６には吸気弁２８が設けられている。排気ポート２７には排気弁２９が設けられている。さらには、シリンダヘッド２３には燃料噴射弁３０が燃焼室２５に臨むように設けられている。燃料噴射弁３０は、気筒２１内に燃料を噴射する。
【００１６】
シリンダブロック２２には、筒内圧センサ３２が設けられている。筒内圧センサ３２は、燃焼室２５に望むように設けられている。筒内圧センサ３２は、気筒内の圧力を計測する。図１に示すように、本実施例では、筒内圧センサ３２は４つの気筒２１の全てに装着されている。ただし、筒内圧センサ３２は全ての気筒２１に設けなくてもよい。筒内圧センサ３２は、後述する、作用角が変更される吸気弁２８が設けられた気筒２１に装着されていればよい。
【００１７】
作用角可変機構５はシリンダヘッド２３に設けられている。作用角可変機構５は、吸気弁２８の最大リフト量を一定のまま、吸気弁２８の作用角を変更可能にする機構である。図３は、作用角可変機構５により変更する吸気弁２８の作用角の変更前後のバルブ特性を示した図である。図３中、作用角変更前のバルブ特性を破線で示し、作用角変更後のバルブ特性を実線で示している。作用角可変機構５は、作用角可変機構５の駆動軸とカムシャフトとを不等速で連動させるように構成されている。例えば、作用角可変機構５には、前述の特許文献３で開示されているような、中心を偏心させることにより、カム速度を可変にする偏心部材（環状ディスク）を駆動軸、カムシャフト間に備える構造を適用できる。
【００１８】
ＥＣＵ６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の形式のディジタルコンピュータからなり、エンジン１の制御のために設けられている各種センサや作動装置と信号をやり取りしてエンジン１を制御するようになっている。本実施例においては、ＥＣＵ６は、筒内圧センサ３２、アクセル開度センサ６１、及びクランクシャフトの角速度センサ６２と電気的に接続している。ＥＣＵ６は、筒内圧センサ３２が検出する気筒２１内の圧力、アクセル開度センサ６１が検出するアクセル開度、及び角速度センサ６２が検出するエンジン回転数を取得する。また、ＥＣＵ６は、作用角可変機構５、燃料噴射弁３０と電気的に接続されている。ＥＣＵ６は、吸気弁２８の作用角を縮小するように作用角可変機構５へ制御信号を送信し、制御する。ＥＣＵ６は、アクセル開度、エンジン回転数に応じた燃料の噴射量を決定し、決定した噴射量を実現するように燃料噴射弁３０を制御する。
【００１９】
なお、筒内圧センサ３２、アクセル開度センサ６１、及び角速度センサ６２は、各センサが検出する情報を検出できる他の計器に代替してもよいし、各センサが検出する情報を算出することのできる情報を検出する計器に代替してもよい。また、ここで説明したセンサや機器は本実施例の説明に関するものであり、ＥＣＵ６にこれ以外のセンサや機器が接続することを妨げない。
【００２０】
次に、排気浄化装置４１の触媒の再生についてＥＣＵ６が行う制御処理とともに説明する。本実施例のエンジン１は、排気浄化装置４１の触媒の再生のために、未燃の混合気を排気浄化装置４１へ供給する。未燃の混合気が排気浄化装置４１において燃焼することにより、排気浄化装置４１の触媒が加熱されて再生する。具体的な処理について説明すると、エンジン１では、４つの気筒の中の一部の気筒を失火させることにより、未燃の混合気を排気通路４の排気浄化装置４１へ供給する。この具体的な処理は、ＥＣＵ６により実行される。
【００２１】
図４は排気浄化装置４１の触媒の再生にかかる制御のフローチャートである。以下、排気浄化装置４１の触媒の再生にかかる制御について、図４を参照しつつ説明する。
【００２２】
まず、ＥＣＵ６は、排気浄化装置４１の触媒の再生を開始する（ステップＳ１）。次に、ＥＣＵ６は、アクセル開度からエンジン１の負荷を算出し、エンジン１のトルクを取得する（ステップＳ２）。続いて、ＥＣＵ６は、ステップＳ２で算出したトルクに基づいて、排気浄化装置４１の触媒の再生ために失火させる気筒数（失火気筒数）を決定する（ステップＳ３）。ＥＣＵ６はステップＳ３の気筒数の算出について、例えば、図５で示すマップを参照して決定する。図５は失火させる気筒数を決定するマップの一例である。図５に示すように、トルクが小さい場合（低負荷の場合）、還元剤（燃料）を増やすため、失火気筒数が多めに設定されている。そして、トルクが大きくなると（高負荷になると）、トルクの維持のために失火気筒数を減らし、燃焼気筒（失火しない気筒、燃料を燃焼させる気筒）の数を増加する。そして、さらにトルクが大きくなると失火気筒数を０にする。
【００２３】
次に、ＥＣＵ６は失火させる気筒（以下、「失火気筒」という。）における吸気弁２８の作用角を縮小させる（ステップＳ４）。作用角縮小時の吸気弁２８のバルブ特性は、図３の作用角変更後のバルブ特性（実線）のようになる。作用角可変機構５により吸気弁２８の作用角を縮小する場合、吸気弁２８の最大リフト量を一定のまま、開弁期間を縮小する。また、吸気弁２８の開弁期間の縮小は、開弁時期を遅角するとともに閉弁時期を進角する。このように吸気弁の作用角を縮小することにより、気筒２１内に取り込まれる吸入空気量が減少するため失火が生じる。
【００２４】
このように、エンジン１は、エンジン１のトルクに応じて失火させる気筒を決定し、失火させる気筒に設けられた吸気弁の作用角を変更することにより、未燃の混合気を排気浄化装置４１へ供給する。これにより、排気浄化装置４１の再生を実現する。このように、本実施例のエンジン１は、排気浄化装置の再生のためのポスト噴射を行わないため、気筒２１の壁面に燃料が付着することがない。したがって、本実施例のエンジン１は、オイル希釈を抑制するとともに、排気浄化触媒を再生することができる。
【００２５】
ステップＳ４の処理の次に、ＥＣＵ６は、作用角を縮小し、失火気筒（作用角を縮小させた吸気弁が設けられた気筒）に設けられた筒内圧センサ３２が計測した、失火気筒における平均有効圧Ｐｉ＿ｍを取得する（ステップＳ５）。続いて、ＥＣＵ６は、同気筒において失火させなかった場合（作用角を縮小しない場合）の平均有効圧Ｐｉ＿ｂを推定する（ステップＳ６）。ここでは、平均有効圧Ｐｉ＿ｂは、エンジン１の負荷、及び回転数に基づき推定してもよいし、失火させていない別の気筒（燃焼気筒）における平均有効圧から推定してもよい。
【００２６】
続いて、ＥＣＵ６は、失火気筒における失火による平均有効圧の減少相当分の燃料を、失火させていない燃焼気筒の噴射量に増量する（ステップＳ７）。具体的には、ＥＣＵ６は、ステップＳ５で取得した、吸気弁の作用角を縮小して失火気筒における平均有効圧Ｐｉ＿ｍと、ステップＳ６で推定した、作用角の縮小をしない場合の同気筒内の平均有効圧Ｐｉ＿ｂとの差分に相当する燃料量を算出する。図６は、平均有効圧の差分に相当する燃料量を算出するマップの一例である。そして、燃焼気筒、すなわち、作用角が変更されない吸気弁が設けられた気筒に装着された燃料噴射弁３０の噴射量に、算出した平均有効圧の差分に相当する燃料量を増加する。吸気弁の作用角を縮小して失火させた気筒（失火気筒）では、失火させなかった場合に比べて平均有効圧が低下し、その分、エンジン１の出力が低下するが、このステップＳ７の処理により、失火気筒の分の不足する出力を燃焼気筒が補うことになる。これにより、エンジン１全体の出力低下を抑制する。ＥＣＵ６はこのステップＳ7の処理を終えるとリターンとなる。
【００２７】
本実施例によると、エンジン１は、複数の気筒２１が形成されたシリンダブロック２２と、気筒２１内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁３０と、気筒２１から排出される排気を浄化する排気浄化装置４１と、気筒２１の吸気弁２８の最大リフト量を一定のまま、作用角を変更する作用角可変機構５と、排気浄化装置４１の再生時に、一部の気筒２１における吸気弁２８の作用角を縮小するように作用角可変機構５を制御するＥＣＵ６とを備える。本実施例のエンジン１では、排気時（排気弁開弁時）に失火した気筒から未燃の混合気が排気浄化装置４１へ供給されるため、排気浄化装置４１の触媒を再生することができる。このとき、排気浄化装置４１の再生のためのポスト噴射を行わないため、気筒２１の壁面へ燃料が付着することが防がれる。これにより、オイル希釈を抑制する。さらに、エンジン１は、気筒２１の筒内圧を計測する筒内圧センサ３２を備え、ＥＣＵ６は、吸気弁２８の作用角の縮小時に筒内圧センサ３２が計測した平均有効圧Ｐｉ＿ｍと、作用角の縮小をしない場合の気筒２１内の平均有効圧Ｐｉ＿ｂとの差分に相当する燃料量を、作用角が変更されない吸気弁が設けられた燃焼気筒に設けられた燃料噴射弁３０の噴射量に増加する。これにより、オイル希釈の抑制と排気浄化触媒の再生を実現しつつ、トルクの変動を抑制することができる。
【００２８】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【符号の説明】
【００２９】
１  エンジン
５  作用角可変機構
６  ＥＣＵ（制御部）
２１  気筒
２２  シリンダブロック
２３  シリンダヘッド
２８  吸気弁
３０  燃料噴射弁（噴射弁）
３２  筒内圧センサ（圧力計測器）
４１  排気浄化装置
【図１】
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【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】
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