JP2013136985A

JP2013136985A - ディーゼルエンジンの制御装置

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Publication number: JP2013136985A
Application number: JP2011288575A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Nishimura; 博幸西村
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2013-07-11
Anticipated expiration: 2031-12-28
Also published as: JP5862292B2; DE102012023524B4; CN103184947A; US9334784B2; DE102012023524A1; CN103184947B; US20130167508A1

Abstract

【課題】ディーゼルエンジンが減速状態にある場合のＤＰＦ再生時間の短縮を図り、延いては、ポスト噴射によるＤＰＦ再生に伴う、エンジンオイルの希釈化及び燃費低下を抑制する。
【解決手段】エンジンが減速状態にあり且つ所定のＤＰＦ再生条件が成立する減速時再生状態において、気筒の吸気行程における吸気弁の開弁及び排気行程における排気弁の開弁に加えて、吸気行程にて排気弁を開弁する二度開き制御を実行する（ステップＳ１３の処理を実行する）。
【選択図】図４

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの制御装置に関する技術分野に属する。

従来より、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＦ」という）が排気通路に設けられたディーゼルエンジンがよく知られている。このＤＰＦは、排気中の粒子状物質（ＰＭ：Particulate matter）を捕捉するものであり、粒子状物質の堆積量が増加すると、再生する必要がある。このようなＤＰＦの上流側には、通常、酸化機能を有する触媒、例えば、酸化触媒が設けられており、ＤＰＦの再生には、この触媒が利用される。例えば、特許文献１に係るディーゼルエンジンでは、気筒内にトルク発生のための燃料を噴射するメイン噴射を行った後に、ポスト噴射を行って、未燃状態の燃料を排気通路へ導入している。未燃燃料が触媒まで到達すると、そこで酸化反応して、排気温度を上昇させる。その結果、ＤＰＦに堆積したＰＭが高温の排気によって焼却除去される。こうして、ＤＰＦの再生が行われる。

特開２００４-３１６４４１号公報

ところで、エンジンが減速状態にある場合には、通常、気筒の圧縮工程での燃料噴射（メイン噴射）が禁止されるため（燃料カットされるため）、酸化触媒に供給される排気ガスの温度が著しく低下し、酸化触媒を活性状態に維持することが困難になる。このため、ＤＰＦ再生を実行するためにポスト噴射を行っても、噴射された未燃燃料が酸化触媒で酸化反応を起こさないので、酸化反応熱を利用した排気の昇温効果が失われて、ＤＰＦ再生時間が長くなってしまう。ＤＰＦ再生時間が長くなると、燃費の悪化を招くとともに、ポスト噴射により気筒内壁面に付着する燃料が増加して、エンジンオイルの希釈化を招くという問題がある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ディーゼルエンジンの制御装置に対して、その構成に工夫を凝らすことで、エンジンが減速状態にある場合のＤＰＦ再生時間の短縮を図り、延いては、エンジンの燃費低下及びエンジンオイルの希釈化を抑制しようとすることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、軽油を主成分とする燃料が供給される気筒を有するエンジン本体と、該気筒に設けられた吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開閉タイミングを変更可能にするバルブタイミング制御手段と、該エンジン本体に接続された排気通路内に配設され、該エンジン本体の気筒内から排出されるＨＣを浄化する酸化触媒と、該酸化触媒の下流に配設され、排気中の煤を捕集するＤＰＦと備えたディーゼルエンジンの制御装置を対象として、所定のＤＰＦ再生条件が成立した場合に、上記酸化触媒にＨＣを供給して該ＨＣの酸化反応熱によりＤＰＦ再生を実行するＤＰＦ再生手段と、上記ディーゼルエンジンが減速状態にある場合に、上記気筒の圧縮工程における燃料噴射であるメイン噴射を停止する燃料カット手段と、を備え、上記バルブタイミング制御手段は、上記ディーゼルエンジンが減速状態にあり且つ上記所定のＤＰＦ再生条件が成立する減速時再生状態において、上記気筒の吸気行程にて排気弁を開弁するか若しくは排気行程にて吸気弁を開弁する二度開き制御、又は、排気行程若しくは吸気行程において吸気弁及び排気弁の双方が閉弁される期間を設けるネガティブオーバーラップ制御を実行するように構成されているものとする。

この構成によれば、エンジンが減速状態あり且つ所定のＤＰＦ再生条件が成立した場合には（エンジンが減速時再生状態にあるときには）、ＤＰＦ再生手段によって上記酸化触媒に未燃燃料（ＨＣ）が供給されて、その酸化反応熱によりＤＰＦ再生（ＤＰＦに堆積したＰＭの燃焼）が実行される。

しかしながら、この減速時再生状態では、燃料カット手段により燃料のメイン噴射が禁止されるため（燃料カットされるため）、エンジン本体の気筒から排出される排気ガスの温度が十分に上がらない。このため、酸化触媒やＤＰＦに供給される排気ガスの温度が低下し、ＤＰＦ再生時間（ＤＰＦに堆積したＰＭを燃焼除去するために必要な時間）が長くなるという問題がある。

これに対して、本発明では、上記減速時再生状態では、バルブタイミング制御手段により、排気弁若しくは吸気弁の二度開き制御、又は、排気行程若しくは吸気行程で吸気弁及び排気弁の双方を閉じる期間を設けるネガティブオーバーラップ制御を実行するようにした。これにより、吸気行程で気筒内に流入する新気（低温の空気）の流量を低減することができるため、燃料カット後の気筒内の温度低下を極力抑制することができる。

すなわち、吸気弁の二度開き制御では、排気行程で吸気弁が開いたときに、気筒内の既燃ガスの一部が吸気系に戻され、この戻された既燃ガスがその後の吸気行程で気筒内に流入するので、その分だけ吸気行程で気筒内に流入する新気の流量は減少する。また、排気弁の二度開き制御では、排気行程で排気系に排出された既燃ガスが、その後の吸気行程で排気弁が開弁されたときに気筒内に戻されるため、その分だけ吸気行程で気筒内に流入する新気の流量は減少する。また、ネガティブオーバーラップ制御では、吸気行程若しくは排気行程で吸気弁及び排気弁の双方が閉じる期間があるため、気筒内に既燃ガスが残留し、その分だけ吸気行程で気筒内に流入する新気の流量が減少する。

したがって、エンジンが減速時再生状態にあるために燃料カット（メイン噴射の停止）が実行された後も、気筒内の温度を高温に維持して、気筒からＤＰＦに供給される排気ガスの温度を高温に維持することができる。よって、エンジンが減速状態にある場合のＤＰＦ再生時間を短縮して、エンジンの燃費向上を図るとともにエンジンオイルの希釈化を抑制することができる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記ＤＰＦ再生手段は、上記気筒の膨張行程にてポスト噴射を実行することにより、上記酸化触媒に供給される排気ガス中にＨＣを供給するようになっていて、上記ディーゼルエンジンが減速時再生状態にある場合であっても、上記酸化触媒の温度が所定温度未満であるときには、上記ポスト噴射の実行を禁止するように構成され、上記バルブタイミング制御手段は、上記ディーゼルエンジンの減速時再生状態において、上記ＤＰＦ再生手段によるポスト噴射が実行されている場合には、上記二度開き制御及び上記ネガティブオーバーラップ制御の実行を禁止する一方、上記ＤＰＦ再生手段によるポスト噴射の実行が禁止されている場合には、上記二度開き制御又はネガティブオーバーラップ制御を実行するように構成されているものとする。

この構成によれば、上記ディーゼルエンジンが減速時再生状態にある場合であっても、上記酸化触媒の温度が所定温度（例えば、活性化温度）未満であるときには、ＤＰＦ再生手段によるポスト噴射の実行が禁止される。したがって、例えば、酸化触媒が未活性状態にある（酸化触媒の温度が活性化温度を下回っている）場合にまでポスト噴射が実行されて、燃料が無駄に消費されるのを防止することができる。そして、このＤＰＦ再生手段によるポスト噴射の実行が禁止されているときには、ポスト噴射に代えて、バルブタイミング制御手段により上述の二度開き制御又はネガティブオーバーラップ制御が実行される。これにより、ポスト噴射が禁止されて酸化触媒での酸化反応熱が殆ど得られなくなった後も、気筒内の温度を高温に維持することで、ＤＰＦに供給される排気ガスの温度低下を抑制することができる。こうして、ポスト噴射が禁止された後も、ＤＰＦ再生を継続させることができる。よって、ポスト噴射により燃料が無駄に消費されるのを防止しつつ、ＤＰＦ再生を確実に実行することができる。

一方、上記減速時再生状態において酸化触媒の温度が所定温度以上である場合には、ＤＰＦ再生手段によるポスト噴射が実行され、これにより、酸化触媒における未燃燃料（ＨＣ）の酸化反応熱を利用して、ＤＰＦ再生を確実に実行することができる。そして、このＤＰＦ再生手段によるポスト噴射が実行されている間は、バルブタイミング制御手段による二度開き制御及びネガティブオーバラップ制御の実行が禁止される。これにより、気筒内に未燃燃料が還流して半燃焼する（トルク生成する）のを防止することができる。よって、エンジン減速時にエンジンブレーキの効きが低下することもない。

請求項３の発明では、請求項１の発明において、上記ＤＰＦ再生手段は、上記気筒の膨張行程にてポスト噴射を実行することにより、上記酸化触媒に供給される排気ガス中にＨＣを供給するようになっていて、上記ディーゼルエンジンが減速時再生状態にある場合であっても、該エンジンの減速開始時点から予め設定した設定時間が経過した以後は、上記ポスト噴射の実行を禁止するように構成され、上記バルブタイミング制御手段は、上記ディーゼルエンジンの減速時再生状態において、上記ＤＰＦ再生手段によるポスト噴射が実行されている場合には、上記二度開き制御及び上記ネガティブオーバーラップ制御の実行を禁止する一方、上記ＤＰＦ再生手段によるポスト噴射の実行が禁止されている場合には、上記二度開き制御又は上記ネガティブオーバーラップ制御を実行するように構成されているものとした。

この構成によれば、上記ディーゼルエンジンが減速時再生状態にある場合であっても、該エンジンの減速開始時点から予め設定した設定時間が経過するまでの間は、ＤＰＦ再生手段によるポスト噴射が実行される。そして、このＤＰＦ再生手段によりポスト噴射が実行されている間は、バルブタイミング制御手段による二度開き制御の実行が禁止される。

一方、上記ディーゼルエンジンが減速時再生状態にある場合において、該エンジンの減速開始時点から上記設定時間が経過した以後は、ＤＰＦ再生手段によるポスト噴射の実行が禁止される。そして、このＤＰＦ再生手段によるポスト噴射の実行が禁止されている間は、ポスト噴射に代えて、バルブタイミング制御手段により上述の二度開き制御又はネガティブオーバーラップ制御が実行される。

そして、上記設定時間は、例えば、エンジンが減速運転を開始してから酸化触媒の温度が活性化温度を下回るまでの時間として予め設定される。これにより、請求項２の発明と同様の作用効果をタイマ制御によって容易に得ることができる。

請求項４の発明では、請求項１の発明において、上記エンジン本体に接続された吸気通路内に配設されたスロットル弁と、上記スロットル弁の開閉を制御するスロットル弁制御手段と、を備え、上記スロットル弁制御手段は、上記ディーゼルエンジンが減速状態にある場合には、該エンジンが減速状態にない場合に比べて、スロットル弁を閉じ側に制御するように構成されているものとする。

この構成によれば、エンジンが減速状態にある場合には、スロットル弁制御手段によって、上記エンジンの吸気通路内に配設されたスロットル弁が閉じ側に制御される。これにより、エンジンが減速状態にある場合に気筒内に流入する新気の流量を抑制して、燃料カット（メイン噴射の停止）後の気筒内の温度低下を極力抑制することができる。よって、燃料カットが実行された後も、気筒から酸化触媒及びＤＰＦに供給される排気ガスの温度を高温に維持し、エンジンが減速状態にある場合のＤＰＦ再生時間をより一層確実に短縮することができる。

請求項５の発明では、請求項２又は３の発明において、上記ＤＰＦ再生手段は、エンジンが減速状態にある場合には、エンジンが定速状態又は加速状態にある場合に比べて、上記ＤＰＦ再生条件が成立した場合に行うポスト噴射の噴射時期を進角させるように構成されているものとする。

この構成によれば、エンジンオイルの希釈化をより一層確実に抑制することができる。すなわち、ポスト噴射の目的は未燃燃料を排気系に供給することであるため、その噴射時期は、気筒内の温度が低い膨張行程の後半であることが好ましい。しかし、エンジンが減速状態にあるときには、燃料カットにより気筒内の温度が著しく低下するため、膨張行程の後半でポスト噴射を行うと、気筒の内壁面に付着した未燃燃料が蒸発せずに液体のまま残ってしまう。この結果、気筒内壁面に付着した未燃燃料でエンジンオイルが希釈化されるという問題がある。これに対して、上記実施形態では、エンジンが減速状態にあるときに行うポスト噴射の噴射時期を、定速状態又は加速状態でのポスト噴射時期よりも進角させるようにしたことで、気筒内壁面に付着した未燃燃料の蒸発を促し、上述したエンジンオイルの希釈化の問題を極力回避することができる。

以上説明したように、本発明のディーゼルエンジンの制御装置によると、該エンジンが減速状態にあり且つ所定のＤＰＦ再生条件が成立する減速時再生状態において、気筒の吸気行程における吸気弁の開弁及び排気行程における排気弁の開弁に加えて、吸気行程にて排気弁を開弁するか若しくは排気行程において吸気弁を開弁する二度開き制御、又は、排気行程若しくは吸気行程において吸気弁及び排気弁の双方が閉弁される期間を設けるネガティブオーバーラップ制御を実行するようにしたことで、エンジンが減速状態にある場合のＤＰＦ再生時間の短縮を図り、延いては、ポスト噴射（ＤＰＦ再生）によるエンジンオイルの希釈化及び燃費低下を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る制御装置を備えたディーゼルエンジンを示す概略図である。ディーゼルエンジンの制御に係るブロック図である。ＰＣＭによる減速時再生制御の内容を模式的に示したタイミングチャートである。ＰＣＭによるＤＰＦ再生制御を示すフローチャートである。ＰＣＭによるＤＰＦ再生制御の具体的な実施例を示すタイムチャートであって、（ａ）は車両の車速、（ｂ）はエンジン回転数、（ｃ）は減速ポストフラグ、（ｄ）はＶＶＬ作動フラグ、（ｅ）は吸入空気量、（ｆ）はＤＯＦ入口排気ガス温度、（ｇ）はＤＰＦ入口排気ガス温度、（ｈ）は通常ポスト噴射量を示している。図５（ｇ）のＡ部拡大図である。

以下、実施形態に係るディーゼルエンジンを図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。

図１は、実施形態に係るエンジン（エンジン本体）１の概略構成を示す。このエンジン１は、車両に搭載されると共に、軽油を主成分とした燃料が供給されるディーゼルエンジンであって、複数の気筒１１ａ（１つのみ図示）が設けられたシリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、潤滑油が貯溜されたオイルパン１３とを有している。このエンジン１の各気筒１１ａ内には、ピストン１４が往復動可能にそれぞれ嵌挿されていて、このピストン１４の頂面にはリエントラント形燃焼室１４ａを区画するキャビティが形成されている。このピストン１４は、コンロッド１４ｂを介してクランクシャフト１５と連結されている。

上記シリンダヘッド１２には、各気筒１１ａ毎に吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されているとともに、これら吸気ポート１６及び排気ポート１７の燃焼室１４ａ側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。

これら吸排気弁２１，２２をそれぞれ駆動する動弁系において、排気弁側には、当該排気弁２２の開閉タイミングを変更可能にする油圧作動式の可変機構（図２参照。以下、ＶＶＬ（Variable Valve Lift and timing）と称する）７１が設けられている。

このＶＶＬ７１は、その構成の詳細な図示は省略するが、カム山を１つ有する第１カムとカム山を２つ有する第２カムとの、カムプロファイルの異なる２種類のカム、及び、その第１及び第２カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁に伝達するロストモーション機構を含んで構成されており、第１カムの回転動作を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２は、排気行程中において一度だけ開弁されるのに対し、第２カムの回転動作を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２が、排気行程中において開弁すると共に、吸気行程中においても開弁するような、いわゆる排気の二度開きを行う。以下の説明において、ＶＶＬ７１が作動している状態とは、第１カムによって排気弁２２の二度開き制御が実行されている状態を意味し、ＶＶＬ７１の非作動状態とは、この二度開き制御が実行されていない通常の状態、すなわち、第２カムによって排気弁２２が排気行程中において一度だけ開弁される状態を意味するものとする。

ＶＶＬ７１の作動／非作動の切り替えは、エンジン駆動の油圧ポンプ（図示省略）から供給される油圧によって行われ、ＶＶＬ７１が作動することで内部ＥＧＲが可能になる。尚、こうしたＶＶＬの作動／非作動の切り替えを可能にする上で、排気弁２２を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。また、内部ＥＧＲの実行としては、排気の二度開きに限定されるものではなく、例えば吸気弁２１を吸気行程において開弁すると共に、排気行程中においても開弁するような、いわゆる吸気の二度開きによって内部ＥＧＲ制御を行ってもよいし、排気行程若しくは吸気行程において吸気弁２１及び排気弁２２の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間を設けて気筒（１１ａ）内に既燃ガスを残留させることで内部ＥＧＲ制御を行ってもよい。

上記シリンダヘッド１２には、燃料を噴射するインジェクタ１８と、エンジン１の冷間時に吸入空気を暖めて燃料の着火性を高めるためのグロープラグ１９とが設けられている。上記インジェクタ１８は、その燃料噴射口が燃焼室１４ａの天井面から該燃焼室１４ａに臨むように配設されていて、基本的には圧縮行程上死点付近で、燃焼室１４ａに燃料を直接噴射供給するようになっている。

上記エンジン１の一側面には、各気筒１１ａの吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている。一方、上記エンジン１の他側面には、各気筒１１ａの燃焼室１４ａからの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４０が接続されている。これら吸気通路３０及び排気通路４０には、詳しくは後述するが、吸入空気の過給を行う大型ターボ過給機６１と小型ターボ過給機６２とが配設されている。

吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設されている。一方、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３３が配設されている。このサージタンク３３よりも下流側の吸気通路３０は、各気筒１１ａ毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒１１ａの吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。

吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とサージタンク３３との間には、大型及び小型ターボ過給機６１，６２のコンプレッサ６１ａ，６２ａと、該コンプレッサ６１ａ，６２ａにより圧縮された空気を冷却するインタークーラ３５と、上記各気筒１１ａの燃焼室１４ａへの吸入空気量を調節するスロットル弁３６とが配設されている。このスロットル弁３６は、基本的には全開状態とされるが、エンジン１の停止時には、ショックが生じないように全閉状態とされる。

上記排気通路４０の上流側の部分は、各気筒１１ａ毎に分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。

この排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、上流側から順に、小型ターボ過給機６２のタービン６２ｂ、大型ターボ過給機６１のタービン６１ｂと、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置４１と、サイレンサ４２とが配設されている。

この排気浄化装置４１は、酸化触媒４１ａと、ＤＰＦ４１ｂとを有しており、上流側から、この順に並んでいる。酸化触媒４１ａ及びＤＰＦ４１ｂは１つのケース内に収容されている。上記酸化触媒４１ａは、白金又は白金にパラジウムを加えたもの等を担持した酸化触媒を有していて、排気ガス中のＣＯ及びＨＣが酸化されてＣＯ_２及びＨ_２Ｏが生成する反応を促すものである。この酸化触媒４１ａが、酸化機能を有する触媒を構成する。また、上記ＤＰＦ４１ｂは、エンジン１の排気ガス中に含まれる煤等のＰＭを捕集するものであって、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）やコーディエライト等の耐熱性セラミック材によって形成されたウォールフロー型フィルタ、或いは耐熱性セラミックス繊維によって形成された三次元網目状フィルタである。尚、ＤＰＦ４１ｂに酸化触媒をコーティングしてもよい。

上記吸気通路３０における上記サージタンク３３とスロットル弁３６との間の部分（つまり小型ターボ過給機６２の小型コンプレッサ６２ａよりも下流側部分）と、上記排気通路４０における上記排気マニホールドと小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂとの間の部分（つまり小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂよりも上流側部分）とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するためのＥＧＲ通路５１によって接続されている。このＥＧＲ通路５１には、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整するためのＥＧＲ弁５１ａ及び排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのＥＧＲクーラ５２とが配設されている。

大型ターボ過給機６１は、吸気通路３０に配設された大型コンプレッサ６１ａと、排気通路４０に配設された大型タービン６１ｂとを有している。大型コンプレッサ６１ａは、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とインタークーラ３５との間に配設されている。一方、大型タービン６１ｂは、排気通路４０における排気マニホールドと酸化触媒４１ａとの間に配設されている。

小型ターボ過給機６２は、吸気通路３０に配設された小型コンプレッサ６２ａと、排気通路４０に配設された小型タービン６２ｂとを有している。小型コンプレッサ６２ａは、吸気通路３０における大型コンプレッサ６１ａの下流側に配設されている。一方、小型タービン６２ｂは、排気通路４０における大型タービン６１ｂの上流側に配設されている。

すなわち、吸気通路３０においては、上流側から順に大型コンプレッサ６１ａと小型コンプレッサ６２ａとが直列に配設され、排気通路４０においては、上流側から順に小型タービン６２ｂと大型タービン６１ｂとが直列に配設されている。これら大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂが排気ガス流により回転し、これら大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂの回転により、該大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂとそれぞれ連結された上記大型及び小型コンプレッサ６１ａ，６２ａがそれぞれ作動する。

小型ターボ過給機６２は、相対的に小型のものであり、大型ターボ過給機６１は、相対的に大型のものである。すなわち、大型ターボ過給機６１の大型タービン６１ｂの方が小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂよりもイナーシャが大きい。

そして、吸気通路３０には、小型コンプレッサ６２ａをバイパスする小型吸気バイパス通路６３が接続されている。この小型吸気バイパス通路６３には、該小型吸気バイパス通路６３へ流れる空気量を調整するための小型吸気バイパス弁６３ａが配設されている。この小型吸気バイパス弁６３ａは、無通電時には全閉状態（ノーマルクローズ）となるように構成されている。

一方、排気通路４０には、小型タービン６２ｂをバイパスする小型排気バイパス通路６４と、大型タービン６１ｂをバイパスする大型排気バイパス通路６５とが接続されている。小型排気バイパス通路６４には、該小型排気バイパス通路６４へ流れる排気量を調整するためのレギュレートバルブ（Ｒ／Ｖ）６４ａが配設され、大型排気バイパス通路６５には、該大型排気バイパス通路６５へ流れる排気量を調整するためのウエストゲートバルブ（ＷＧ／Ｖ）６５ａが配設されている。レギュレートバルブ６４ａ及びウエストゲートバルブ６５ａは共に、無通電時には全開状態（ノーマルオープン）となるように構成されている。

このように構成されたディーゼルエンジン１の制御装置は、パワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）１０を備えている。ＰＣＭ１０は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。ＰＣＭ１０には、図２に示すように、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１、サージタンク３３に取り付けられて、燃焼室１４ａに供給される空気の圧力を検出する過給圧センサＳＷ２、吸入空気の温度を検出する吸気温度センサＳＷ３、クランクシャフト１５の回転角を検出するクランク角センサＳＷ４、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ５、ＤＰＦ４１ｂの上流側の排気圧力を検出する上流側排圧センサＳＷ６、ＤＰＦ４１ｂの下流側の排気圧力を検出する下流側排圧センサＳＷ７、酸化触媒４１ａの温度を検出する触媒温度センサＳＷ８の検出信号が入力され、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じてインジェクタ１８、グロープラグ１９，動弁系のＶＶＬ７１、各種の弁３６、５１ａ、６３ａ、６４ａ、６５ａの駆動アクチュエータへ制御信号を出力する。

そうして、このエンジン１は、その幾何学的圧縮比を１２以上１５以下とした、比較的低圧縮比となるように構成されており、これによって排気エミッション性能の向上及び熱効率の向上を図るようにしている。一方で、このエンジン１では、前述した大型及び小型ターボ過給機６１，６２によってトルクを高めるようにして、幾何学的圧縮比の低圧縮比化を補っている。

（エンジン制御の概要）
上記ＰＣＭ１０は、エンジン１の基本的な制御として、主にエンジン回転数及びアクセル開度に基づいて目標トルク（目標となる負荷）を決定し、この目標トルクを発生するように、圧縮上死点付近でインジェクタ１８による燃料噴射（メイン噴射）を実行する。但し、ＰＣＭ１０は、エンジン１が減速状態にある場合には、圧縮上死点付近での燃料のメイン噴射を停止（禁止）する燃料カット制御を実行する。

さらに、ＰＣＭ１０は、ＤＰＦ再生条件が成立したときには、ＤＰＦ４１ｂを再生させるべく、インジェクタ１８により気筒１１ａの膨張行程で燃焼に寄与しない（トルクを発生しない）ポスト噴射を実行する。ポスト噴射された燃料は、排気ガスと共に酸化触媒４１ａに供給されて酸化反応を起こし、このとき生じる酸化反応熱によってＤＰＦ４１ｂに供給される排気ガスが昇温され、該昇温された排気ガスによってＤＰＦ４１ｂに堆積した排気微粒子が燃焼除去される。こうして、ＤＰＦ４１ｂの再生が行われる。

ここで、ＤＰＦ再生条件とは、ＤＰＦ４１ｂの再生が必要と判定し得る所定の条件である。本実施形態では、ＤＰＦ４１ｂのＰＭ堆積量をＤＰＦ４１ｂの上流側の排気圧力と下流側の排気圧力との差圧ΔＰにより評価(推定）し、この差圧ΔＰが所定値Ｘ以上となることをもって、ＤＰＦ４１ｂの再生条件成立としている。このＤＰＦ再生は、上記差圧ΔＰが、再生条件としての所定値Ｘよりも小さい所定の下限値Ｙ（＜Ｘ）を下回ることをもって、終了する。よって、ＤＰＦ４１ｂのＰＭ堆積量Ｍが所定値Ｘ以上になってＤＰＦ再生制御が開始された場合は、ＰＭ堆積量が所定値Ｘ未満になっても、下限値Ｙ未満にならない限り、ＤＰＦ再生条件が成立しているとして当該制御が継続される。

本実施形態では、ＰＣＭ１０によるＤＰＦ再生制御は、エンジン１の加速時又は定速時に実行される通常時再制制御と、エンジン１の減速運転時に実行される減速時再生制御とからなる。すなわち、ＰＣＭ１０は、フィルタ再生条件がエンジン１の減速運転状態で成立している判定したときには、減速時再生制御を実行する一方、フィルタ再生条件がエンジン１の加速状態又は定速状態で成立していると判定したときには、通常時再生制御を実行する。

この通常時再生制御では、ポスト噴射の噴射時期が、ＡＴＤＣ８０°〜１２０°に設定されており、以下の説明では、このポスト噴射を通常ポスト噴射という。

一方、減速時再生制御では、燃料のポスト噴射に加えて、ＶＶＬ７１による排気二度開き制御を実行する。このポスト噴射の噴射時期は、通常ポスト噴射の噴射時期に比べて進角側に設定されていて、本実施形態では、ＡＴＤＣ３０℃〜４０℃に設定されている。

減速時再生制御では、このポスト噴射と排気二度開き制御とをそれぞれ、タイマ制御により所定のタイミングで実行する。詳しくは、エンジン１の減速開始から予め設定した設定時間Ｌｔが経過するまでの間は、図３（ａ）に示すように、ポスト噴射を実行し且つＶＶＬ７１による排気二度開き制御を禁止する一方、この設定時間Ｌｔが経過した以後は、図３（ｂ）に示すように、インジェクタ１８によるポスト噴射の実行を禁止し且つＶＶＬ７１による排気二度開き制御を実行する。この設定時間Ｌｔは、エンジン１が減速を開始してから酸化触媒４１ａの温度が活性化温度を下回るまでの時間として、例えば、エンジントルク及びエンジン回転数との関係で予めマップ化されてＲＯＭに記憶されている。

また、ＰＣＭ１０は、エンジン１の運転状態に応じて、スロットル弁３６及びＥＧＲ弁５１ａの開度を制御する。具体的には、ＰＣＭ１０は、減速時再生制御の実行中以外は、スロットル弁３６を全開に制御する一方、減速時再生制御の実行中は、スロットル弁３６の開度を相対的に閉じ側に制御する絞り制御を実行する。このスロットル弁３６の絞り開度は、エンジン１が停止しない範囲で全閉に近い開度に設定される。この絞り開度については、エンジン回転数及びエンジントルクとの関係で予めマップ化されてＲＯＭに記憶されている。

また、ＰＣＭ１０は、インジェクタ１８によるポスト噴射の非実行中は、エンジン１の運転状態に応じて目標ＥＧＲ率を算出して、この目標ＥＧＲ率になるようにＥＧＲ弁５１ａの開度を制御する一方、インジェクタ１８によるポスト噴射の実行中は、ＥＧＲ弁５１ａを全閉状態に制御する。

次に、ＰＣＭ１０におけるＤＰＦ再生制御の詳細を図４のフローチャートに基づいて説明する。

最初のステップＳ１では、ＤＰＦ再生条件が成立しているか否かを判定し、この判定がＮＯであるときにはリターンする一方、ＹＥＳであるときにはステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、ＥＧＲ弁５１ａによりＥＧＲ通路５１を全閉するべく（外部ＥＧＲを禁止するべく）、その駆動アクチュエータに対して制御信号を出力する。

ステップＳ３では、クランク角センサ（エンジン回転数センサ）ＳＷ４及びアクセル開度センサＳＷ５からの信号を基に、エンジン１が減速状態にあるか否かを判定し、この判定がＮＯであるときにはステップ１１に進む一方、ＹＥＳであるときにはステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、燃料カット制御を実行するべく、インジェクタ１８に対してメイン噴射を停止するよう制御信号を出力する。

ステップＳ５では、スロットル弁３６の絞り制御を実行するべく、その駆動アクチュエータに対して制御信号を出力することで、スロットル弁３６を略全閉に近い開度に制御する。

ステップＳ６では、触媒温度センサＳＷ９からの信号を基に、酸化触媒４１ａの温度が目標温度（例えば、活性化温度）以上であるか否かを判定し、この判定がＮＯであるときにはステップＳ１２に進む一方、ＹＥＳであるときにはステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、上記減速ポスト噴射を実行するべく、インジェクタ１８に対して制御信号を出力する。

ステップＳ８では、エンジン１が減速を開始してから設定時間Ｌｔが経過したか否かを判定し、この判定がＮＯであるときにはステップＳ１４に進む一方、ＹＥＳであるときにはステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、燃料復帰条件が成立しているか否かを判定し、この判定がＮＯであるときにはステップＳ１２に進む一方、ＹＥＳであるときにはステップＳ１０に進む。具体的には、本実施形態では、クランク角センサＳＷ４からの信号を基に、エンジン回転数が予め設定されたアイドル回転数以下となったことをもって燃料復帰条件が成立したものと判定する。

ステップＳ１０では、燃料のメイン噴射を再開するべく、インジェクタ１８に対して制御信号を出力し、しかる後にリターンする。

ステップＳ３の判定がＮＯであるときに進むステップＳ１１では、上記通常ポスト噴射を実行するべく、インジェクタ１８に対して制御信号を出力する。

ステップＳ６及びステップＳ９の判定がＮＯであるときに進むステップＳ１２では、減速ポスト噴射の実行を禁止する。

ステップＳ１３では、ＶＶＬ７１を作動させて排気弁２２の二度開き制御を実行し、しかる後にリターンする。

ステップＳ８の判定がＮＯであるときに進むステップＳ１４では、ＶＶＬ７１の作動を禁止し、しかる後にステップＳ８に戻る。

図５は、ＤＰＦ再生制御の具体例な実施例を示すタイムチャートである。同図の（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、車両の車速（ｋｍ／ｈ）、エンジン回転数（ｒｐｍ）、減速ポストフラグ、ＶＶＬ作動フラグ、吸入空気量（ｍｇ／ｃｙｌ）、酸化触媒４１ａの入口の排気ガス温度（以下、ＤＯＣ入口排気ガス温度という）（℃）、ＤＰＦ４１ｂの入口排気ガス温度（以下、ＤＰＦ入口排気ガス温度という）（℃）、及び、通常ポスト噴射量（ｍｍ^３／ｓｔ）を示している。減速ポストフラグは、エンジン１の減速状態でポスト噴射を実行するか否かを決定するフラグであり、ＶＶＬ作動フラグは、ＶＶＬ７１を作動させるか否かを決定するフラグである。

時刻Ｔ１〜時刻Ｔ２では、エンジン１が定速状態又は加速状態にあるため、ＰＣＭ１０により通常時再生制御が実行され、インジェクタ１８により通常ポスト噴射が実行される（図５（ｈ）参照）。時刻Ｔ２〜時刻Ｔ４では、エンジン１が減速状態にあるため、ＰＣＭ１０により減速時再生制御が実行される。具体的には、先ず、時刻Ｔ２では、エンジン１の減速状態への移行と共に、ＰＣＭ１０によりスロットル弁３６が閉じ側に制御され、これに伴い、吸入空気量が急激に減少する（図５（e）参照）。また、時刻Ｔ２では、減速ポスト噴射フラグがオンされて、減速ポスト噴射が開始される（図５（ｃ）参照）。この減速ポスト噴射は、時刻Ｔ２から予め設定した設定時間Ｌｔが経過した刻Ｔ３まで実行される。時刻Ｔ３からは、ＶＶＬ作動フラグがオンして、ＶＶＬ７１による排気二度開き制御が実行される（図５（ｄ）参照）。そして、時刻Ｔ４では、減速状態が終了するのに伴い排気二度開き制御が停止される。ＤОＣ入口排気ガス温度は、時刻Ｔ２でエンジン１が減速状態に移行するのに伴い低下し始める（図５（ｆ）参照）。これは、エンジン１の減速状態ではＰＣＭ１０により燃料カット制御が実行されて、気筒１１ａ内の温度が低下することによる。ＤＰＦ入口排気ガス温度は、このＤОＣ入口排気ガス温度の低下を受けて、時刻Ｔ５から低下し始める（図５（ｇ）参照）。図６は、この温度低下部分を拡大して示したものである。グラフの実線で示すラインは、減速時再生制御でＶＶＬ７１を作動させた場合（本実施形態に係る制御装置を使用した場合）を示し、二点鎖線で示すラインはＶＶＬ７１を作動させない場合を示す。これによれば、減速時再生制御でＶＶＬ７１を作動させることにより、ＤＰＦ入口排気ガス温度が従来よりも２０℃近く上昇していることがわかる。これは、ＶＶＬ７１の作動により排気弁２２の二度開き制御が実行されることで、吸気行程で気筒１１ａ内に流入する新気の流量が減少して、燃料カット後（時刻Ｔ２後）の気筒１１ａ内の温度低下が抑制されたためと考えられる。

以上の如く上記実施形態では、エンジン１が減速状態にあり且つ上記ＤＰＦ再生条件が成立する状態（減速時再生状態）では、気筒１１ａの膨張行程におけるポスト噴射に加えて（ステップＳ７）、ＶＶＬ７１による排気弁２２の二度開き制御を実行するようにしたことで（ステップＳ１３）、エンジン１が減速状態になって燃料カットされた後も、ＤＰＦ４１ｂに供給される排気ガスの温度を高温に維持して(気筒１１ａ内の温度を高温に維持して）、ＤＰＦ再生を継続させることができる。よって、エンジン１が減速状態にある場合のＤＰＦ再生時間を短縮することができ、延いては、エンジン１の燃費向上を図ることができるとともに、ポスト噴射された燃料が気筒内壁面に付着することによるオイルの希釈化を抑制することができる。

具体的には、上記実施形態では、ＰＣＭ１０は、減速開始時点から設定時間Ｌｔが経過するまでの間は（ステップＳ８でＮＯ）、減速ポスト噴射を実行する一方（ステップＳ７）、該設定時間Ｌｔが経過した以後は（ステップＳ８でＹＥＳ）、減速ポスト噴射の実行を禁止する代わりにＶＶＬ７１を作動させて排気二度開き制御を実行する（ステップＳ１２及びＳ１３）。そして、上記実施形態では、この設定時間Ｌｔは、エンジン１が減速を開始してから酸化触媒４１ａの温度が活性化温度を下回るまでの時間として予め設定されている。

したがって、減速開始直後の触媒が活性化状態にある間は、ポスト噴射を実行することにより、酸化触媒４１ａでの燃料の酸化反応熱を利用してＤＰＦ４１ｂを確実に再生させることができる一方、酸化触媒４１ａが未活性状態になった後は、ポスト噴射の実行を禁止して無駄なポスト噴射を抑制しつつ、ＶＶＬ７１を作動させて排気二度開き制御を実行することで、ポスト噴射が禁止された後も、ＤＰＦ４１ｂに供給される排気ガスの温度を高温に維持することができる。よって、燃料の無駄な消費を抑制しつつ、ＤＰＦ４１ｂを短時間で効率良く再生させることができる。

また、上記実施形態では、ＰＣＭ１０は、減速開始時点から設定時間Ｌｔが経過するまでの間、つまり、燃料のポスト噴射が実行されている間は、ＶＶＬ７１の作動を禁行するように構成されている（ステップＳ１４）。

これにより、ポスト噴射された燃料が排気弁２２の二度開き制御により気筒１１ａ内に戻されて半燃焼する（トルク生成する）のを防止することができる。したがって、エンジンの減速状態においてエンジンブレーキの効きが低下することもない。

また、上記実施形態では、ＰＣＭ１０は、エンジン１が減速状態にある場合には、絞り制御を実行することにより、エンジン１が加速状態又は定速状態にある場合に比べて、スロットル弁３６を閉じ側に制御するように構成されている（ステップＳ５）。

これによれば、エンジン１が減速状態にある場合に気筒１１ａ内に流入する新気（低温の空気）の流量を抑制し、減速開始に伴う燃料カット後（メイン噴射停止後）の筒内温度の低下を抑制することができる。よって、エンジン１が減速状態ある場合に気筒１１ａからＤＰＦに供給される排気ガスの温度を高温に維持し、これにより、エンジン１が減速状態にある場合のＤＰＦ再生時間をより一層確実に短縮することが可能となる。

さらに、上記実施形態では、減速ポスト噴射の噴射時期を、通常ポスト噴射の噴射時期よりも進角させるようにしている。これにより、エンジンオイルの希釈化をより一層確実に抑制することができる。すなわち、ポスト噴射は未燃燃料を排気系に供給することが目的であるため、その噴射時期は気筒１１ａ内の温度が低い膨張行程の後半であることが好ましい。しかし、減速ポスト噴射が実行されるエンジン１の減速状態では、燃料カットにより気筒１１ａ内の温度が著しく低下するため、膨張行程の後半でポスト噴射を行うと、気筒１１ａの内壁面に付着した燃料が蒸発せずに液体のまま残ってしまう。この結果、気筒内壁面に付着した燃料でエンジンオイルが希釈化されるという問題がある。これに対して、上記実施形態では、減速ポスト噴射の噴射時期を、通常ポスト噴射の噴射時期よりも進角させて、気筒１１ａ内の温度が比較的高い膨張行程の前半に設定するようにしたので、上述したエンジンオイルの希釈化の問題を回避することができる。

（他の実施形態）
本発明の構成は、上記実施形態に限定されるものではなく、それ以外の種々の構成を包含するものである。

すなわち、上記実施形態では、ＰＣＭ１０は、減速ポスト噴射とＶＶＬ７１による排気二度開き制御との実行タイミングをタイマ制御によりずらすようにしているが、これに限ったものではなく、減速ポスト噴射と排気二度開き制御とを同時に実行するようにしてもよい。

上記実施形態では、ＤＰＦ再生条件が成立したか否かをＤＰＦ４１ｂの差圧ΔＰに基づいて判定するようにしているが、これに限ったものではなく、例えば、ＰＣＭ１０にてエンジン１の運転状態の履歴を基にＤＰＦ４１ｂのＰＭ堆積量を算出して、この算出した堆積量が所定量を超えたことを持ってＤＰＦ再生条件が成立したものと判定するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、ＰＣＭ１０は、減速時再生制御を実行する際に、スロットル弁３６の絞り制御を実行するようにしているが、必ずしも実行する必要はない。

本発明は、ディーゼルエンジンの制御装置に有用であり、特に、気筒内にポスト噴射を行うことで、エンジンの排気通路に設けられたＤＰＦの再生を実行するＤＰＦ再生手段を備えたディーゼルエンジンに有用である。

１ディーゼルエンジン
１０ＰＣＭ（バルブタイミング制御手段、ＤＰＦ再生手段、スロットル弁制御手段、燃料カット手段）
１８インジェクタ
２１吸気弁
２２排気弁
３６スロットル弁
４１ａ酸化触媒
４１ｂＤＰＦ
７１ＶＶＬ（バルブタイミング制御手段）

Claims

軽油を主成分とする燃料が供給される気筒を有するエンジン本体と、該気筒に設けられた吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開閉タイミングを変更可能にするバルブタイミング制御手段と、該エンジン本体に接続された排気通路内に配設され、該エンジン本体の気筒内から排出されるＨＣを浄化する酸化触媒と、該酸化触媒の下流に配設され、排気中の煤を捕集するＤＰＦと備えたディーゼルエンジンの制御装置であって、
所定のＤＰＦ再生条件が成立した場合に、上記酸化触媒にＨＣを供給して該ＨＣの酸化反応熱によりＤＰＦ再生を実行するＤＰＦ再生手段と、
上記ディーゼルエンジンが減速状態にある場合に、上記気筒の圧縮工程における燃料噴射であるメイン噴射を停止する燃料カット手段と、を備え、
上記バルブタイミング制御手段は、上記ディーゼルエンジンが減速状態にあり且つ上記所定のＤＰＦ再生条件が成立する減速時再生状態において、上記気筒の吸気行程における吸気弁の開弁及び排気行程における排気弁の開弁に加えて、吸気行程にて排気弁を開弁するか若しくは排気行程にて吸気弁を開弁する二度開き制御、又は、排気行程若しくは吸気行程で吸気弁及び排気弁の双方が閉弁される期間を設けるネガティブオーバーラップ制御を実行するように構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
請求項１記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
上記ＤＰＦ再生手段は、上記気筒の膨張行程にてポスト噴射を実行することにより、上記酸化触媒に供給される排気ガス中にＨＣを供給するようになっていて、上記ディーゼルエンジンが減速時再生状態にある場合であっても、上記酸化触媒の温度が所定温度未満であるときには、上記ポスト噴射の実行を禁止するように構成され、
上記バルブタイミング制御手段は、上記ディーゼルエンジンの減速時再生状態において、上記ＤＰＦ再生手段によるポスト噴射が実行されている場合には、上記二度開き制御及びネガティブオーバーラップ制御の実行を禁止する一方、上記ＤＰＦ再生手段によるポスト噴射の実行が禁止されている場合には、上記二度開き制御又はネガティブオーバーラップ制御を実行するように構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
請求項１記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
上記ＤＰＦ再生手段は、上記気筒の膨張行程にてポスト噴射を実行することにより、上記酸化触媒に供給される排気ガス中にＨＣを供給するようになっていて、上記ディーゼルエンジンが減速時再生状態にある場合であっても、該エンジンの減速開始時点から予め設定した設定時間が経過した以後は、上記ポスト噴射の実行を禁止するように構成され、
上記バルブタイミング制御手段は、上記ディーゼルエンジンの減速時再生状態において、上記ＤＰＦ再生手段によるポスト噴射が実行されている場合には、上記二度開き制御及びネガティブオーバーラップ制御の実行を禁止する一方、上記ＤＰＦ再生手段によるポスト噴射の実行が禁止されている場合には、上記二度開き制御又はネガティブオーバーラップ制御を実行するように構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
上記エンジン本体に接続された吸気通路内に配設されたスロットル弁と、
上記スロットル弁の開閉を制御するスロットル弁制御手段と、を備え、
上記スロットル弁制御手段は、上記ディーゼルエンジンが減速状態にある場合には、該エンジンが減速状態にない場合に比べて、スロットル弁を閉じ側に制御するように構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
請求項２又は３に記載のディーゼルエンジンの制御装置において、
上記ＤＰＦ再生手段は、エンジンが減速状態にある場合には、エンジンが定速状態又は加速状態にある場合に比べて、上記ＤＰＦ再生条件が成立した場合に行うポスト噴射の噴射時期を進角させるように構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。