(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数気筒の各気筒に設けられ、燃料を燃焼室内に直接噴射する燃料噴射ノズルと、
排気通路に介装された触媒コンバータと、
前記触媒コンバータの状態に基づき、前記燃料噴射ノズルによる燃料の主噴射の後、該燃料噴射ノズルにより燃料を追加噴射するポスト噴射手段と、
前記ポスト噴射手段により燃料を追加噴射する際、前記複数気筒の少なくとも一つの気筒の燃料噴射ノズルからの燃料の主噴射を休止し、該主噴射を休止した気筒に対しても燃料を追加噴射するとともに、該主噴射を休止する気筒を休止気筒が連続しないようにしながら所定サイクル毎に順次変更する主噴射休止手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
さらに、吸気弁の開弁時期を変更する吸気弁開弁時期変更手段を有し、
前記吸気弁開弁時期変更手段は、前記ポスト噴射手段により燃料を追加噴射する際、吸気弁の開弁時期を遅角させることを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主噴射の後に副噴射（ポスト噴射）を行う内燃機関の排気浄化装置に係り、詳しくは、副噴射の効率化を図る技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
バス、トラック等に搭載されるディーゼルエンジンから排出される排ガスには、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等のほか、パティキュレートマター（ＰＭと略す）が多く含まれている。そこで、ディーゼルエンジンの後処理装置として、ＰＭを捕捉し外部熱源により焼却除去するディーゼル・パティキュレートフィルタ（ＤＰＦと略す）やＨＣ、ＣＯを処理する酸化触媒が実用化されている。また、最近では、外部熱源の代わりにＤＰＦの上流側にＰＭを酸化除去するための酸化剤を供給する酸化触媒を設け、連続的にＤＰＦ上のＰＭを処理する連続再生式ＤＰＦが開発されている。
【０００３】
ところで、連続再生式ＤＰＦであっても、酸化触媒やＤＰＦの温度が低い不活性状況下では、ＰＭが十分に処理されず堆積量が増大することがあり、このようにＰＭの堆積量が増大すると、ＤＰＦのフィルタ圧損の増大により排気圧が上昇してポンピングロス等を招き、燃費悪化や排ガス悪化等を起こすという問題がある。
【０００４】
そこで、このような場合には、ＤＰＦに捕捉されたＰＭが所定量に達すると、当該ＰＭを強制的に燃焼除去すべく強制再生を行うようにしている。
強制再生の手法として、例えば、主燃焼用の燃料供給を行った後、排気行程において燃料噴射ノズルにより燃料の追加供給を行うポスト噴射の技術がある。
このようなポスト噴射による強制再生では、酸化触媒が活性状態にあるときに、排気行程においてポスト噴射を行うと、追加燃料は未燃燃料として排出され、当該追加燃料は主として酸化触媒上で排気中の酸素と反応し、この反応熱によりＤＰＦに供給される排気の温度が高温となり、ＤＰＦ上のＰＭが強制的にして良好に燃焼除去されることになる。
【０００５】
また、エンジンからの排ガスの温度が低い場合に、酸化触媒を活性温度に上昇させるべく膨張行程におけるポスト噴射も考えられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記の如く酸化触媒が活性状態になった後にポスト噴射を行う場合、追加燃料をできるだけ排気上死点近傍で行い、追加燃料を膨張仕事に寄与させずに確実に排気通路に排出させ、ＰＭの燃焼除去に寄与させることが望ましい。
しかしながら、ポスト噴射を極力排気上死点近傍で行ったとしても、追加燃料は実際には燃焼室内に残留し、吸気通路に吹き返され、或いは吸気行程に移行した際に燃焼室内に吸い戻され、完全には排気通路に排出されない。このように追加燃料が燃焼室内に残留し、排気通路に排出されないことになると、追加燃料が有効に触媒昇温やＰＭの燃焼除去に寄与しないばかりか、残留燃料が次回の主燃焼時に燃焼して膨張仕事に寄与してしまい、好ましいことではない。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ポスト噴射の効率化を図った内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の発明では、複数気筒の各気筒に設けられ、燃料を燃焼室内に直接噴射する燃料噴射ノズルと、排気通路に介装された触媒コンバータと、前記触媒コンバータの状態に基づき、前記燃料噴射ノズルによる燃料の主噴射の後、該燃料噴射ノズルにより燃料を追加噴射するポスト噴射手段と、前記ポスト噴射手段により燃料を追加噴射する際、前記複数気筒の少なくとも一つの気筒の燃料噴射ノズルからの燃料の主噴射を休止し、該主噴射を休止した気筒に対しても燃料を追加噴射するとともに、該主噴射を休止する気筒を休止気筒が連続しないようにしながら所定サイクル毎に順次変更する主噴射休止手段とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
従って、ポスト噴射手段により燃料が追加噴射されるときには、複数気筒の少なくとも一つの気筒の燃料噴射ノズルからの燃料の主噴射が休止されるが、この主噴射を休止する気筒は、主噴射休止手段により休止気筒が連続しないようにしながら所定サイクル毎に順次変更される。
例えば、内燃機関が＃１気筒、＃２気筒、＃３気筒、＃４気筒からなる４気筒エンジンである場合には、＃１気筒から＃４気筒までのサイクルにおいて、１サイクル目で＃１気筒の主噴射を休止し、２サイクル目では＃２気筒の主噴射を休止し、３サイクル目では＃３気筒の主噴射を休止するというようにして主噴射が順次休止気筒を変更しながら休止される。
【００１０】
これにより、主噴射が休止された気筒では、主噴射が実施されないために主燃焼が起こらず、前回ポスト噴射された追加燃料は、燃焼することなく膨張仕事に寄与することなくそのまま排気通路に排出されて触媒昇温やＰＭの燃焼除去に使用されることになり、ポスト噴射の効率化が図られる。
また、請求項２の発明では、さらに、吸気弁の開弁時期を変更する吸気弁開弁時期変更手段を有し、前記吸気弁開弁時期変更手段は、前記ポスト噴射手段により燃料を追加噴射する際、吸気弁の開弁時期を遅角させることを特徴としている。
【００１１】
従って、ポスト噴射手段により燃料が追加噴射されるときには、吸気弁開弁時期変更手段によって吸気弁の開弁時期が遅角され、排気弁の開弁期間とのオーバラップが減少してポスト噴射による追加燃料の吸気通路への吹き返しが防止される。
これにより、吸気通路へ吹き返された追加燃料が再度燃焼室内に吸引されて燃焼することが抑制され、より一層ポスト噴射による追加燃料が膨張仕事に寄与することが防止され、ポスト噴射の効率化が図られる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の実施例を説明する。
図１を参照すると、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図が示されており、以下同図に基づき説明する。
【００１３】
エンジン１としては、ここでは直列４気筒ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと記す）が採用される。
エンジン１の燃料供給系は例えばコモンレールシステムからなり、このシステムでは、各気筒（＃１気筒、＃２気筒、＃３気筒、＃４気筒）毎にインジェクタ（燃料噴射ノズル）２が設けられており、これらのインジェクタ２はコモンレール４に接続されている。そして、各インジェクタ２は、電子コントロールユニット（ＥＣＵ）３０に接続されており、ＥＣＵ３０からの燃料噴射指令に基づいて開閉弁し、コモンレール４内の燃料を所望のタイミングで各燃焼室に高圧で噴射可能である。即ち、当該インジェクタ２は、主燃焼用の主噴射の他、追加燃料のポスト噴射や燃料噴射の休止等を自在に実施可能である。また、当該エンジン１の場合、噴射順序は例えば＃１気筒→＃３気筒→＃４気筒→＃２気筒である。なお、当該コモンレールシステムは公知であり、該コモンレールシステムの構成の詳細についてはここでは説明を省略する。
【００１４】
エンジン１の吸気ポートには、吸気マニホールド６を介して吸気管８が接続されており、一方、排気ポートには、排気マニホールド１０を介して排気管１２が接続されている。
同図に示すように、排気管１２には後処理装置２０が介装されている。後処理装置２０は、排ガスに含まれる有害成分（ＨＣ、ＣＯ、ＮＯx等）やＰＭ（パティキュレートマター）を浄化処理するための触媒コンバータやディーゼル・パティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）からなる排気浄化装置であり、ここでは、ＤＰＦ２４の上流に酸化触媒２６を備えた、所謂、連続再生式ディーゼル・パティキュレートフィルタ（連続再生式ＤＰＦ）２２として構成されている（触媒コンバータ）。
【００１５】
連続再生式ＤＰＦ２２は、酸化触媒２６によって酸化剤（ＮＯ2）を生成し、このＮＯ2をＤＰＦ２４に供給することで連続的にＤＰＦ２４上に堆積するＰＭを酸化反応させ、浄化処理するような装置である。
また、当該エンジン１では、吸気弁開弁時期可変装置（吸気弁開弁時期変更手段）１６が設けられており、吸気弁の開弁時期を進角或いは遅角可能である。詳しくは、エンジン１には吸気弁を開閉操作するカムプロフィールを有したカムシャフト（いずれも図示せず）が設けられ、当該吸気弁開弁時期可変装置１６は当該カムシャフトを回動可能に構成されており、一方でＥＣＵ３０に接続されている。これにより、吸気弁開弁時期可変装置１６がＥＣＵ３０から開弁時期可変情報を受けると、当該開弁時期可変情報に応じてカムシャフトが所定角度だけ回動し、吸気弁開弁時期が変更される。なお、当該吸気弁開弁時期可変装置１６は所謂公知の可変バルブタイミング機構を利用したものであってもよい。
【００１６】
また、排気管１２のＤＰＦ２４の下流の部分には、排気温度、ひいてはＤＰＦ２４や酸化触媒２６の温度を検出する排気温度センサ３２が設けられている。
ＥＣＵ３０は、エンジン１を含めた本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の総合的な制御を行うための制御装置である。
ＥＣＵ３０の入力側には、エンジン１に設けられたエンジン回転速度等を検出する各種センサ類とともに、上記排気温度センサ３２が接続されている。また、アクセルペダル３４の操作量、即ちアクセル開度を検出するアクセル開度センサ３６が接続されている。
【００１７】
一方、ＥＣＵ３０の出力側には、各種デバイスとともに、上記燃料噴射弁２や吸気弁開弁時期可変装置１６が接続されている。
以下、上記のように構成された本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の作用について説明する。
連続再生式ＤＰＦ２２では、触媒温度Ｔcatが所定温度Ｔ0（例えば、３５０℃）以上であって、酸化触媒２６が活性化した状態にある場合には、排気中のＰＭがＤＰＦ２４に捕捉され、さらに酸化触媒２６において、酸化反応により、ＣＯやＨＣが酸化除去されるとともに、酸化剤として例えば排気中の窒素成分Ｎの酸化物であるＮＯ2が生成される。
【００１８】
そして、酸化触媒２６で生成されたＮＯ2は、ＤＰＦ２４に供給されることになり、ＤＰＦ２４に捕捉されたＰＭがＮＯ2によって酸化処理される。つまり、連続再生式ＤＰＦ２２では、ＤＰＦ２４に捕捉されたＰＭは、酸化触媒２６で生成された酸化剤としてのＮＯ2によって連続的に酸化され、除去される。
一方、触媒温度Ｔcatが所定温度Ｔ0（例えば、３５０℃）未満であって、酸化触媒２６が十分に活性化していないような場合には、ＰＭがＮＯ2によって酸化処理されず、そのままではＤＰＦ２４にＰＭが堆積する一方なので、ＤＰＦ２４の強制再生を行う。
【００１９】
図２を参照すると、ＥＣＵ３０が実行する、本発明に係る強制再生制御、即ちポスト噴射制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており（ポスト噴射手段）、以下当該フローチャートに基づき説明する。
先ず、ステップＳ１０では、強制再生をスタートするか否かを判別する。ここでは、例えば、エンジン１の運転状況等に基づき、ＤＰＦ２４に捕捉されたＰＭの堆積量が所定量に達したか否かで判別する。
【００２０】
ステップＳ１０の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、強制再生スタートと判定された場合には、次にステップＳ１２に進む。なお、ここでは、触媒温度が活性温度に達していない場合には、触媒自体の温度を上昇させるべくポスト噴射を行う。
ステップＳ１２では、排気温度センサ３２からの情報に基づき、触媒温度Ｔcatが所定温度Ｔ1（例えば、３００℃）以上であるか否かを判別する。触媒温度Ｔcatが所定温度Ｔ1以上であることを判別するのは、上述したように、ポスト噴射による追加燃料が酸化触媒２６上で反応し発熱し、ＤＰＦ２４上のＰＭを燃焼除去するのであるが、触媒温度Ｔcatが所定温度Ｔ1よりも低いときには、追加燃料が酸化触媒２６上で良好に反応しないからである。
【００２１】
ステップＳ１２の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、触媒温度Ｔcatが所定温度Ｔ1以上と判定された場合には、ポスト噴射を実施しても問題ないと判断でき、次にステップＳ１４に進む。これにより、ポスト噴射による追加燃料がそのまま酸化触媒２６を通過（ＨＣスリップ）してしまうことが防止される。
ステップＳ１４では、吸気弁の開弁時期を遅角側に制御する。つまり、吸気弁開弁時期可変装置１６に開弁時期可変情報を供給し、当該開弁時期可変情報に応じてカムシャフトを所定角度、即ち吸気弁の開弁時期と排気弁の開弁期間とがオーバラップする期間を小さくする方向に回動させる。
【００２２】
このようにすると、排気行程にある間は吸気弁は開弁しなくなるため、排気行程でポスト噴射を行っても、追加燃料は良好に排気通路側に抜け、吸気弁を介して吸気通路に吹き返されることがない。これにより、吸気通路に吹き返された追加燃料が燃焼室に吸引されて主燃焼時に燃焼することがなくなり、ポスト噴射による追加燃料が意図に反して膨張仕事に寄与してしまうことが好適に防止される。
【００２３】
吸気弁の開弁時期を遅角側に制御したら、ステップＳ１６において、ポスト噴射を行う。このとき、ポスト噴射は排気上死点近傍で行うようにする。このように排気上死点近傍でポスト噴射を行うようにすると、ポスト噴射による追加燃料は一切膨張仕事に寄与することがなくなり、当該追加燃料を良好に排気通路に排出して触媒昇温やＰＭの燃焼除去に使用することが可能となる。また、排気上死点近傍でポスト噴射を行うと、ピストンの燃焼室内に燃料を噴射することになるので、燃料がシリンダライナに付着することが防止され、ライナの油膜切れやオイルのダイリューションが防止される。
【００２４】
次のステップＳ１８では、エンジン１の負荷が所定負荷以下であるか否かを判別する。ここでは、アクセル開度センサ３６からの情報に基づき、アクセル開度が所定開度（例えば、２０％開度）以下であるか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で、エンジン１の負荷が所定負荷以下であると判定された場合には、次にステップＳ２０に進む。
【００２５】
ステップＳ２０では、エンジン１の＃１気筒〜＃４気筒のうちの単数または複数の気筒について所定パターンで主噴射の休止を行う（主噴射休止手段）。
例えば、図３を参照すると主噴射の休止パターンの例が示されており、このように、休止する気筒を一定サイクルで順次変更しながら主噴射の休止を行う。図中○印は主噴射実施を示し、×印は主噴射休止を示す。但し、エンジン回転速度が不安定になることを防止するため、休止気筒が連続することのないようにして休止気筒を順次変更するようにする。
【００２６】
図３（ａ）のパターンでは、１サイクル中に一つの気筒を休止するものとし、＃１気筒から＃４気筒までの１サイクル毎に、休止気筒を休止気筒が連続しないよう噴射順に順次変更させる。つまり、＃１気筒から＃４気筒までのサイクルにおいて、例えば１サイクル目で＃４気筒の主噴射を休止し、２サイクル目では＃３気筒の主噴射を休止し、３サイクル目では＃１気筒の主噴射を休止し、４サイクル目では＃２気筒の主噴射を休止するようにし、これを繰り返す。
【００２７】
また、図３（ｂ）のパターンでは、１サイクル中に二つの気筒を休止するものとし、３サイクル毎に休止気筒を切り換える。つまり、例えば１、２サイクル目で＃２気筒及び＃３気筒の主噴射を休止し、３サイクル目では休止気筒が連続しないよう一旦全気筒で主噴射を行う調整を行い、４、５サイクル目では＃１気筒及び＃４気筒の主噴射を休止するようにし、これを繰り返す。
【００２８】
なお、主噴射を休止した分に相当する燃料は、休止しない他の気筒の主噴射に分配される。これにより、エンジン出力の低下が防止される。
また、主噴射の休止パターンは図３（ａ）、（ｂ）に限られるものではなく、休止気筒が連続しないようなものであれば、他のパターンであってもよい。
このように、ポスト噴射を行う際に、単数または複数の気筒について所定パターンで休止気筒を変更しながら主噴射の休止を行うようにすると、主噴射が休止された気筒では、主噴射が実施されないために主燃焼が起こらず、前回ポスト噴射された追加燃料は、燃焼することなく膨張仕事に寄与することなくそのまま排気通路に排出され、触媒昇温やＰＭの燃焼除去に良好に使用されることになる。これにより、ポスト噴射の効率化が図られる。
【００２９】
また、一部の気筒で主噴射を休止し、他の燃焼している気筒の負荷を増大させることにより、排気昇温が促進され、ＤＰＦ２４の昇温を効率よく行うことができる。
一方、ステップＳ１８の判別結果が偽（Ｎｏ）の場合には、エンジン１の要求負荷が大きいと判断でき、主噴射の休止を行わない。即ち、アクセル開度が所定開度以下でエンジン１の要求負荷が小さいような場合にのみ主噴射の休止を行い、アクセル開度が所定開度より大きく、エンジン１の要求負荷が大きい場合には、排気温度がある程度高いため、エンジン出力を重視して主噴射の休止を行わないようにする。これにより、運転者が意図しないドライバビリティの悪化が防止される。
【００３０】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では、直列４気筒ディーゼルエンジンを例に説明したが、多気筒であってポスト噴射可能なエンジンであれば、如何なるディーゼルエンジンであってもよい。
【００３１】
また、上記実施形態では、触媒温度Ｔcatを排気温度センサ３２からの排気温度情報に基づき判定するようにしたが、ＤＰＦ２４や酸化触媒２６の温度を直接検出するようにしてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１の内燃機関の排気浄化装置によれば、ポスト噴射手段により燃料を追加噴射するときには、複数気筒の少なくとも一つの気筒の燃料噴射ノズルからの燃料の主噴射を休止し、該主噴射を休止した気筒に対しても燃料を追加噴射するとともに、この主噴射を休止する気筒を休止気筒が連続しないようにしながら所定サイクル毎に順次変更するようにしたので、主噴射を休止した気筒では、主噴射が実施されないために主燃焼が起こらず、前回ポスト噴射された追加燃料を膨張仕事に寄与させることなくそのまま排気通路に排出させて触媒昇温やＰＭの燃焼除去に使用するようにでき、ポスト噴射の効率化を図ることができる。
【００３３】
また、請求項２の内燃機関の排気浄化装置によれば、ポスト噴射手段により燃料が追加噴射されるときには、吸気弁の開弁時期を遅角させ、排気弁の開弁期間とのオーバラップを減少させてポスト噴射による追加燃料の吸気通路への吹き返しを防止するようにしたので、吸気通路へ吹き返された追加燃料が再度燃焼室内に吸引されて燃焼することを抑制し、より一層ポスト噴射による追加燃料を膨張仕事に寄与させないようにでき、ポスト噴射の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気浄化装置の概略構成図である。
【図２】本発明に係る強制再生制御、即ちポスト噴射制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３】主噴射の休止パターンの例を示す図である。
【符号の説明】
１  ディーゼルエンジン
２  インジェクタ（燃料噴射ノズル）
４  コモンレール
１２  排気管
１６  吸気弁開弁時期可変装置（吸気弁開弁時期変更手段）
２２  連続再生式ＤＰＦ（触媒コンバータ）
２４  ＤＰＦ
２６  酸化触媒
３０  電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
３２  排気温度センサ
３６  アクセル開度センサ
【図１】
0003968556.tif 000002
【図２】
0003968556.tif 000003
【図３】
0003968556.tif 000004