(57)【要約】【課題】ＮＯ2量が減少するような車両運転領域においても、エンジン排出ＮＯ2を増加させて、ＰＭ再生を促進できる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】  エンジン１の排気通路８に配置され、排気中のＮＯをＮＯ2に酸化するＤＯＣ２と、ＤＯＣ２の下流に位置して排気通路８に設けられ、排気中のパティキュレートマターを捕集するＤＰＦ３と、エンジン１の一部の気筒４（＃２、＃４、＃６）の燃料噴射量を減量することで燃焼空燃比をリーン化してＮＯ2の生成を促進すると共に、他の気筒４（＃１、＃３、＃５）の燃料噴射量を増量して、気筒４（＃２、＃４、＃６）の燃料噴射量の減量に伴う出力低下を補償するＮＯ2生成促進運転を実行可能な制御手段とを備えた内燃機関の制御装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置され、排気中のＮＯをＮＯ2に酸化する酸化触媒と、
前記酸化触媒の下流に位置して前記排気通路に設けられ、排気中のパティキュレートマターを捕集するパティキュレートフィルタと、
前記内燃機関の一部の気筒の燃料噴射量を減量することで燃焼空燃比をリーン化してＮＯ2の生成を促進すると共に、他の気筒の燃料噴射量を増量して前記一部の気筒の燃料噴射量の減量に伴う出力低下を補償するＮＯ2生成促進運転を実行可能な制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、前記ＮＯ2生成促進運転の実行時に、前記一部の気筒のＥＧＲ量を減量する一方、前記他の気筒のＥＧＲ量を増量することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、前記内燃機関が所定の高負荷以上で、通常運転では前記内燃機関からの排出ＮＯ2が少ない運転状態、あるいは、前記酸化触媒の温度が所定温度以上で、前記酸化触媒のＮＯ2生成効率が低下した状態にあることが検出された場合に、前記ＮＯ2生成促進運転を実行することを特徴とする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、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
主に液体燃料の拡散燃焼により出力を取り出すディーゼル機関などでは、パティキュレートマター（ＰＭ；Particulate Matter）の排出が問題となる。このＰＭ排出を抑制する手段として、排気系にディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ；Diesel Particulate Filter）を設置するものがある。このＤＰＦには、捕集したＰＭを定期的もしくは連続的に燃焼させることで、フィルタ目詰りによる圧損の過上昇を回避しなければならない構造のものがある。
【０００３】
定期的にＰＭを燃焼させる手法としては、ＤＰＦ上流に配置したディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ；Diesel Oxidation Catalyst）等の触媒に、燃料を供給・燃焼させることで発熱させ、その発熱を利用して、ＰＭと酸化剤であるＯ2との反応（＝燃焼）開始温度以上に、ＤＰＦを昇温させるものがある（ＰＭ強制再生）。
【０００４】
連続的にＰＭを燃焼させる手法としては、ＤＰＦ上流に配置した触媒で酸化反応性がＯ2よりも高いＮＯ2を、エンジン排出ＮＯから生成し、通常運転温度域において、ＮＯ2を酸化剤としてＰＭを燃焼させるものがある（ＰＭ自然再生）。
【０００５】
例えば、特許文献１においては、ＤＰＦ上流に配置したＤＯＣの温度を、ＮＯからＮＯ2への転換が活発に行われる温度に制御し、ＮＯ2を利用して、ＤＰＦの連続再生燃焼を確実化する技術が開示されている。しかしながら、特許文献１の技術においては、ポスト噴射等の副噴射を積極的に行って、ＤＯＣの温度を制御するものであるため、燃費の悪化を招き易い問題がある。
【０００６】
そのため、ＰＭ強制再生とＰＭ自然再生を組み合わせることで、ＰＭ強制再生の実施頻度を低下させ、ＤＰＦ昇温に要する燃費悪化を抑制するシステムも存在する。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−８９３２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ＰＭ燃焼の酸化剤として、反応性の高いＮＯ2を利用した場合の利点は、Ｏ2を利用した場合（＞６００℃）よりも低温（＞２５０℃）で反応が開始されることである。しかし、基本的にＮＯ2はエンジン排出ＮＯを触媒上で酸化することで得られるため、その生成は触媒温度に左右される（図５参照）。図５に示すように、触媒温度３００℃あたりをピークとして、高温であっても低温であってもＮＯ2生成効率は低下する。
【０００９】
一方、ディーゼルエンジンのように拡散燃焼により出力を取り出す内燃機関においては、その運転負荷に応じて、排気ＮＯｘ中に占めるＮＯ／ＮＯ2比が変化する（図６参照）。図６に示すように、低負荷時にはＮＯ2排出割合が多く、高負荷になるに従ってＮＯ2排出割合が減少していくことがわかる。これは燃焼ガス中のＮＯ2平衡濃度が、１０００℃以上ではほぼゼロであるのに対して、１０００℃以下の酸素過剰領域において高くなるためである。
【００１０】
例えば、ガソリンのような予混合気の火炎伝播によるストイキ燃焼においては、燃焼室全域で余剰Ｏ2はほぼゼロかつ燃焼温度も少なくとも１０００℃以上になるため、排出されるＮＯｘ中のＮＯ2割合はほぼゼロとなる（つまりＮＯのみ）。それに対して、ディーゼルのような拡散燃焼では、燃焼室内でリッチ〜リーンの空燃比分布が生じた状態で燃焼が進行するため、空燃比がオーバーリーンの領域（つまり、燃焼温度が低い領域）ではＮＯ2生成が進行し、低負荷ほどそのような領域が増加することによって、ＮＯ2排出割合が増加する。
【００１１】
以上のように考えると、触媒上でのＮＯ2生成量も減少し、エンジンからのＮＯ2排出も減少し、もちろんＰＭとＯ2との反応が進行することもない領域が、内燃機関の中負荷〜高負荷の間で存在することがわかる（図５、図６中に示す領域Ａ）。このような領域Ａでは、比較的高い温度が確保されているため、ＮＯ2さえ存在すればＰＭ自然再生速度は非常に速いものとなるが、現状では実現できていない。
【００１２】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、ＮＯ2量が減少するような車両運転領域においても、エンジン排出ＮＯ2を増加させて、ＤＰＦのＰＭ自然再生を促進できる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】
【００１３】
上記課題を解決する第１の発明に係る内燃機関の制御装置は、
内燃機関の排気通路に配置され、排気中のＮＯをＮＯ2に酸化する酸化触媒と、
前記酸化触媒の下流に位置して前記排気通路に設けられ、排気中のパティキュレートマターを捕集するパティキュレートフィルタと、
前記内燃機関の一部の気筒の燃料噴射量を減量することで燃焼空燃比をリーン化してＮＯ2の生成を促進すると共に、他の気筒の燃料噴射量を増量して前記一部の気筒の燃料噴射量の減量に伴う出力低下を補償するＮＯ2生成促進運転を実行可能な制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する第２の発明に係る内燃機関の制御装置は、
上記第１の発明に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、前記ＮＯ2生成促進運転の実行時に、前記一部の気筒のＥＧＲ量を減量する一方、前記他の気筒のＥＧＲ量を増量することを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する第３の発明に係る内燃機関の制御装置は、
上記第１又は第２の発明に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、前記内燃機関が所定の高負荷以上で、通常運転では前記内燃機関からの排出ＮＯ2が少ない運転状態、あるいは、前記酸化触媒の温度が所定温度以上で、前記酸化触媒のＮＯ2生成効率が低下した状態にあることが検出された場合に、前記ＮＯ2生成促進運転を実行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、排気通路における排気温度が高いとき、内燃機関の一部の気筒の燃料噴射量を減量することで燃焼空燃比をリーン化してＮＯ2の生成を促進する一方、他の気筒の燃料噴射量を増量して一部の気筒の燃料噴射量の減量に伴う出力低下を補償する（リッチ化する）ので、エンジン出力の平均値を変化させることなく、エンジン排気ＮＯ2を効率良く増量させることができる。このとき、酸化触媒がＮＯからＮＯ2への転換に適さない温度であっても、増量されたエンジン排気ＮＯ2の供給により、パティキュレートフィルタのＰＭ自然再生を促進することができる。特に、排気温度が比較的高い領域では、酸化触媒がＮＯからＮＯ2への転換に適さない温度となるが、排気温度が比較的高いことから、増量されたエンジン排気ＮＯ2の供給により、パティキュレートフィルタのＰＭ自然再生をより促進することができる。その結果、ＰＭ強制再生の頻度を低いものにして、ＰＭ強制再生による燃費悪化や走行フィーリングの悪化も抑制することができる。又、新たな機器等を追加する必要もなく、装置の複雑化を招くことがない。
【００１７】
第２の発明によれば、燃焼空燃比をリーン化した気筒のＥＧＲ量を減量する一方、燃焼空燃比をリッチ化した気筒のＥＧＲ量を増量するので、リーン化した気筒におけるＮＯ2の大幅減量を抑制すると共に、リッチ化した気筒におけるＮＯの大幅増量を抑制して、燃料噴射量の増減によるＮＯｘ排出量の変動を効率良く抑制することができる。
【００１８】
第３の発明によれば、内燃機関が所定の高負荷以上で、通常運転（例えば、燃料空燃比をストイキオ近傍とする運転）では内燃機関からの排出ＮＯ2が少ない運転状態、あるいは、酸化触媒の温度が所定温度以上で酸化触媒のＮＯ2生成効率が低下した状態において、ＮＯ2生成促進運転を実行するので、効率良くパティキュレートフィルタのＰＭ自然再生を促進することができる。更に、このＮＯ2生成促進運転は、一部の気筒の燃料噴射量の減量に伴う出力低下を補償するべく、他の気筒の燃料噴射量を増量できる場合に実行することが望ましい。そして、このような条件が定常的に満たされる走行状態、例えば、中負荷〜高負荷の間で、一定速度で走行するときに、このＮＯ2生成促進運転が実行される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
車両の中〜高速定常走行域では、比較的排気系温度（４００〜５００℃）が高く、ＮＯ2によるＰＭ自然再生の促進も期待される。しかしながら、前述したように、そのような温度域では、触媒によるＮＯ2生成効率は低下し、かつ、エンジンからの排出ＮＯ2も少ない。そこで、本発明においては、従来はＮＯ2量が減少する車両運転領域でも、エンジン排出ＮＯ2を増加させて、ＤＰＦに多量のＮＯ2を供給可能な構成とすることにより、ＰＭ自然再生をより促進させる一方、ＰＭ強制再生の頻度を低下させて、その結果、ＰＭ強制再生に要する燃料を低減して、燃費悪化も抑制できるものである。以下、図１〜図４を用いて、本発明に係る内燃機関の制御装置を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明における内燃機関を示す概略図であり、図２は、本発明に係る内燃機関の制御装置の一例を示す構成図である。又、図３は、本発明に係る内燃機関の制御装置おける制御を説明するフローチャートであり、図４は、本発明に係る内燃機関の制御装置における制御動作を説明する図である。
【００２１】
本発明における内燃機関は、主に燃料の拡散燃焼により出力を得るディーゼルエンジン（以降、エンジンと呼ぶ。）１であり、図１に示すように、その排気通路８に配置され、排気中のＮＯをＮＯ2に酸化するＤＯＣ２と、ＤＯＣ２の下流に位置して排気通路８に設けられ、排気中のＰＭを捕集するＤＰＦ３を備える。
【００２２】
更に詳細には、図２に示すように、エンジン１は、複数の気筒４を有しており、バンクＡ側とバンクＢ側に分かれて配置されている、なお、ここでは、一例として、Ｖ６エンジンを示し、＃１、＃３、＃５の気筒４をバンクＡ側に、＃２、＃４、＃６の気筒４をバンクＢ側に配置しているが、他の多気筒エンジンへも適用可能である。
【００２３】
各気筒４には、吸気通路が接続されているが、吸気通路５が吸気通路６Ａ、６Ｂに分岐された後、吸気通路６Ａは、バンクＡ側の＃１、＃３、＃５の気筒４各々に接続され、吸気通路６Ｂは、バンクＢ側の＃２、＃４、＃６の気筒４各々に接続される。
【００２４】
又、各気筒４には、排気通路が接続されているが、バンクＡ側の＃１、＃３、＃５の気筒４各々に排気通路７Ａが接続され、バンクＢ側の＃２、＃４、＃６の気筒４各々に排気通路７Ｂが接続されており、排気通路７Ａ、７Ｂは、排気通路８に集合されている。そして、この排気通路８に、ＤＯＣ２、ＤＰＦ３が設けられている。
【００２５】
又、排気通路８には、排気通路７Ａ、７Ｂが集合された集合部Ｂより下流の位置であり、ＤＯＣ２、ＤＰＦ３より上流側の位置において、再循環通路９Ａ、９Ｂが接続されている。そして、再循環通路９Ａは、ＥＧＲバルブ１０Ａを介して、吸気通路６Ａに、又、再循環通路９Ｂは、ＥＧＲバルブ１０Ｂを介して、吸気通路６Ｂに接続されている。つまり、排気通路７Ａ、７Ｂを集合した集合部Ｂ以降の排気通路８に、再循環通路９Ａ、９Ｂを接続しており、ここから、ＥＧＲガスを吸気通路６Ａ、６Ｂに導入する構成としている。これは、平均的な既燃ガスを得るためである。
【００２６】
そして、ＥＧＲバルブ１０Ａ、１０Ｂの制御は、電子制御装置（制御手段；以降、ＥＣＵ（Electronics Control Unit）と略す。）１１により、後述する図３のフローチャートに基づいて、制御される。このとき、ＥＣＵ１１は、エンジン１から運転条件（エンジン回転数Ｎｅ、エンジントルクＴｒ等）を取得しており、又、ＤＯＣ２からＤＯＣ温度Ｔｄを取得しており、これらの条件に基づいて、燃料噴射装置（図示省略）、ＥＧＲバルブ１０Ａ、１０Ｂの制御を行っている。
【００２７】
以降、図３、図４を参照して、本発明に係る内燃機関の制御装置おける制御、具体的には、ＮＯ2生成を促進するための制御を説明する。
【００２８】
最初に、ＥＣＵ１１により、エンジン１の運転条件（例えば、エンジン回転数Ｎｅ、エンジントルクＴｒ等）、ＤＯＣ２の温度Ｔｄをモニタし、これらの数値を取得する（ステップＳ１〜Ｓ２）。
【００２９】
次に、取得したエンジン１の運転条件（例えば、エンジン回転数Ｎｅ、エンジントルクＴｒ等）、ＤＯＣ２の温度Ｔｄに基づいて、ＤＰＦ３へのＮＯ2流入量を推定する（ステップＳ３）。具体的には、前述した図５、図６のデータを用いて、エンジン１の運転条件（例えば、エンジン回転数Ｎｅ、エンジントルクＴｒ等）に基づいて、エンジン１自体から排出されるＮＯｘ（ＮＯ、ＮＯ2等）量を求め、更に、ＤＯＣ２の温度Ｔｄに基づいて、ＮＯ2の生成効率を求め、これらのことから、ＤＰＦ３へ流入するＮＯ2流入量を推定している。
【００３０】
次に、推定したＮＯ2流入量が予め定めた所定値以下であるか確認する（ステップＳ４）。所定値以下である場合、つまり、ＰＭ自然再生に不十分な量である場合には、ステップＳ５へ進み、所定値を越える場合、つまり、ＰＭ自然再生に十分な量である場合には、本制御を終了する。
【００３１】
次に、所定気筒をリーン化するときに、他の気筒でトルク補償が可能な領域かどうか、つまり、他の気筒をリッチ化できるかどうか判断する（ステップＳ５）。トルク補償が可能な領域である場合には、ステップＳ６へ進み、トルク補償が可能な領域でない場合には、本制御を終了する。例えば、エンジン１を最大出力で運転しているときには、所定気筒をリーン化しても、リーン化に伴う出力低下を他の気筒で補償することはできない。従って、このような場合には、本制御は行わない。一方、通常の走行時、例えば、一定速度で走行している場合には、エンジン１を最大出力で運転することはないため、所定気筒をリーン化しても、リーン化に伴う出力低下を他の気筒で補償することができ、以降の本制御を実施可能である。
【００３２】
次に、定常判定を行う（ステップＳ６）。定常判定が成立する場合には、ステップＳ７へ進み、定常判定が成立しない場合には、本制御を終了する。ここでは、所定の条件下において、定常的に走行しているかどうかを判定しており、定常的に走行していると判定したとき、ステップＳ７、Ｓ８の制御を行うことになる。具体的には、エンジン１が所定の高負荷以上であり、通常運転ではエンジン排出ＮＯ2が少ない状態で定常的に走行する場合、あるいは、ＤＯＣ２の温度が所定温度以上であり、ＮＯ2生成効率が低下した状態で走行する場合において、トルク補正が可能なときに、ＮＯ2生成を促進するための制御を行うことになる。更に具体的には、上記条件が定常的に満たされる走行状態、つまり、中負荷〜高負荷の間で、一定速度で走行するときに、ＮＯ2生成を促進するための制御が実行されることになる。
【００３３】
次に、所定気筒において、多量のＮＯ2の生成が促進される燃焼状態にするため、燃料噴射量を大幅に減量することにより、燃焼空燃比をリーン化すると共に、他気筒において、前述の所定気筒における燃料減量に伴う出力トルクの低下を補償するため、燃料噴射量を増量することにより、燃焼空燃比をリッチ化する（ステップＳ７）。例えば、図２に示すように、バンクＢ側の＃２、＃４、＃６気筒をリーン化すると共に、バンクＡ側の＃１、＃３、＃５気筒をリッチ化する。
【００３４】
そして、リーン化した気筒に対して、所定値までＥＧＲ量を減量させると共に、リッチ化した気筒に対して、所定値までＥＧＲ量を増量させる（ステップＳ８）。例えば、図２において、リーン化したバンクＢ側の＃２、＃４、＃６気筒に対して、ＥＧＲバルブ１０Ｂの開度を減少させることにより、所定値までＥＧＲ量を減少させると共に、リッチ化したバンクＡ側の＃１、＃３、＃５気筒に対して、ＥＧＲバルブ１０Ａの開度を増加させることにより、所定値までＥＧＲ量を増加させる。
【００３５】
これは、単に、燃焼空燃比をリーン化したり、燃焼空燃比をリッチ化したりするだけでは、リーン化した気筒では、排出するＮＯ2が大幅に減量するおそれがあり、リッチ化した気筒では、ＮＯが大幅に増量するおそれがあるからである。そこで、リーン化した気筒のＥＧＲ量を減量すると共に、リッチ化した気筒のＥＧＲ量を増量することにより、リーン化した気筒におけるＮＯ2の大幅減量を抑制すると共に、リッチ化した気筒におけるＮＯの大幅増量を抑制するようにしている。このように、各気筒に対するＥＧＲ量を制御することにより、燃料噴射量の増減によるＮＯｘ排出量の変動を効率良く抑制することになる。
【００３６】
なお、本実施例では、図２に示すように、バンク毎にＥＧＲ量を制御可能な構成としているが、気筒毎に個別にＥＧＲ量を制御可能な構成としてもよい。例えば、全６気筒の内、１気筒のみリーン化し、この気筒のトルク低下を補償するために１気筒のみリッチ化するように制御し、リーン化した１つの気筒、リッチ化した１つの気筒に対してのみ、ＥＧＲ量を制御するようにしてもよい。
【００３７】
そして、定常的に走行している状態が続いていれば、上記のステップＳ７、Ｓ８を続け、例えば、加速等により、定常的に走行している状態でないと判断されたとき、一連の制御を終了して、ＮＯ2生成を促進するための制御を終了する。
【００３８】
ここで、上記ステップＳ７、Ｓ８における動作を、従来における動作も併記して、図４を用いて説明する。
従来は、両バンクＡ、Ｂの気筒は、同一条件で運転しているため、図４に示すように、エンジン負荷は同じであり、そのときのＮＯ2量は、共にＦ1である。従って、全気筒から排出されるＮＯ2量の合計は、Ｆ2＝２×Ｆ1となる。
【００３９】
一方、本発明の場合には、上記ステップＳ７、Ｓ８の制御を行っているため、例えば、図２に示すように、バンクＡ側の気筒（＃１、＃３、＃５）をリッチ化し、バンクＢ側の気筒（＃２、＃４、＃６）をリーン化することになる。この場合には、図４に示すように、バンクＡ側の気筒では、エンジン負荷は高くなり、ＮＯ2量は略０まで減少し、一方、バンクＢ側の気筒では、エンジン負荷は低くなり、ＮＯ2量はＦ3まで増加する。従って、全気筒から排出されるＮＯ2量の合計は、略Ｆ3となる。このＮＯ2量Ｆ3は、低負荷時におけるエンジン排出のＮＯ2量であるため、上述したＮＯ2量Ｆ2より大幅に増加することになる。又、エンジン負荷は、バンクＢ側で低くしたエンジン負荷を、バンクＡ側で高くしたエンジン負荷で補うことになり、エンジン出力の平均値としては変化しないことになる。つまり、上記制御を行うことにより、エンジン出力を変化させることなく、排出ＮＯ2量を大幅に増量させることができることになる。
【００４０】
このように、上記制御を行うことにより、エンジン１が所定の高負荷以上であり、通常運転ではエンジン１からの排出ＮＯ2が少ない状態の走行である場合、あるいは、ＤＯＣ２の温度が所定温度以上であり、ＮＯ2生成効率が低下した状態の走行である場合において、エンジン１側の一部の気筒をリーン化し、ＮＯ2を効率良く生成させて、ＤＰＦ３のＰＭ自然再生を促進することができる。その結果、ＰＭ強制再生の頻度を低いものにして、ＰＭ強制再生による燃費悪化や走行フィーリングの悪化も抑制することができる。又、図２等に示すように、簡単な構成で上記制御を実施できるため、装置の複雑化を招くことはない。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、ＤＯＣ及びＤＰＦを備えたディーゼルエンジンに好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明における内燃機関を示す概略図である。
【図２】本発明に係る内燃機関の制御装置の一例を示す構成図である。
【図３】本発明に係る内燃機関の制御装置おける制御を説明するフローチャートである。
【図４】本発明に係る内燃機関の制御装置における制御動作を説明する図である。
【図５】触媒温度（エンジン負荷）に対する触媒ＮＯ2の生成効率を示すグラフである。
【図６】触媒温度（エンジン負荷）に対するエンジン排出ＮＯｘ中のＮＯ2割合を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４３】
１    ディーゼルエンジン
２    ＤＯＣ
３    ＤＰＦ
４    気筒
５、６Ａ、６Ｂ  吸気通路
７Ａ、７Ｂ、８  排気通路
９Ａ、９Ｂ  ＥＧＲ通路
１０Ａ、１０Ｂ  ＥＧＲバルブ
１１  ＥＣＵ
【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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