WO2018043339A1 - 車両用の後処理システムおよび車両の後処理方法 - Google Patents

車両用の後処理システムおよび車両の後処理方法 Download PDF

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    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present disclosure relates to a vehicle post-processing system and a vehicle post-processing method.
  • Exhaust gas generated in the internal combustion engine of the vehicle is processed by a post-processing device provided in the middle of the exhaust flow path before being discharged from the vehicle into the atmosphere.
  • DPF Diesel Particulate Filter
  • urea SCR Selective Catalytic Reduction
  • the DPF (hereinafter referred to as a filter) collects particulate matter (hereinafter referred to as PM) contained in the exhaust gas.
  • PM particulate matter
  • the amount of PM accumulated on the filter is estimated based on the operating state of the internal combustion engine, and when the estimated amount of PM accumulated reaches a predetermined amount, post-injection for injecting fuel into the cylinder after combustion or exhaust flow is performed.
  • a technique has been proposed in which the PM accumulated on the filter is burned and removed (so-called forced regeneration) with the heat obtained by injecting the fuel into the road and injecting the fuel into the exhaust pipe. (For example, refer to Patent Document 1).
  • An object of the present disclosure is to provide a vehicle post-processing system and a vehicle post-processing method capable of realizing fuel consumption reduction.
  • a vehicle post-processing system includes: A filter that is provided in an exhaust system that leads to an exhaust valve that opens and closes an exhaust port provided in the cylinder, and that collects particulate matter in the exhaust discharged from the exhaust port; A variable valve mechanism for adjusting the opening timing of the exhaust valve between a maximum advance opening timing and a maximum retard opening timing; A temperature detector for detecting an exhaust temperature in the exhaust system; A first temperature calculation unit that calculates a first temperature as an exhaust temperature when the opening timing of the exhaust valve is adjusted to a maximum advance opening timing; When the detected exhaust temperature is lower than the combustion temperature of the particulate matter, it is determined whether the first temperature is equal to or higher than the combustion temperature, and the first temperature is equal to or higher than the combustion temperature. A control unit that controls the variable valve mechanism to adjust the opening timing of the exhaust valve to the maximum advance opening timing; Is provided.
  • the vehicle post-processing method includes: A filter that collects particulate matter in the exhaust discharged from the exhaust port is provided in an exhaust system that communicates with an exhaust valve that opens and closes an exhaust port provided in the cylinder.
  • a vehicle post-processing method provided with a variable valve mechanism that adjusts between a timing and a maximum retard opening timing, Detecting the exhaust temperature in the exhaust system; Calculating a first temperature as an exhaust temperature when the opening timing of the exhaust valve is adjusted to a maximum advance opening timing; If the detected exhaust temperature is less than the combustion temperature of the particulate matter, determine whether the first temperature is greater than or equal to the combustion temperature; When the first temperature is equal to or higher than the combustion temperature, the variable valve mechanism is controlled to adjust the opening timing of the exhaust valve to the maximum advance opening timing.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a vehicle post-processing system according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a flowchart showing the operation of the post-processing system.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a partial configuration of the post-processing system according to the modified example of the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the post-processing system in the modified example.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a vehicle post-processing system 1 according to an embodiment of the present disclosure.
  • an aftertreatment system 1 is mounted on a vehicle, and is an internal combustion engine 100, an exhaust system 200, an intake system 300, and an engine control unit (hereinafter referred to as an ECU) 400 (a control object of the present disclosure). Corresponding to “part”).
  • the internal combustion engine 100 is, for example, a four-stroke cycle diesel engine having an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke (combustion stroke), and an exhaust stroke, and includes a combustion chamber 102, an injector 104, an intake valve 106, and an exhaust gas.
  • a valve 108 and a variable valve mechanism 110 are provided.
  • the combustion chamber 102 is a space surrounded by the top of the piston 112, a cylinder (cylinder) 114, a cylinder head 116, and the like.
  • the injector 104 injects fuel into the combustion chamber 102.
  • the present invention is not limited to this, and the injector 104 may inject fuel into the intake port.
  • Each of the intake valve 106 and the exhaust valve 108 is configured to be openable and closable. In the intake stroke, when the intake valve 106 is opened and the piston 112 moves from the top dead center to the bottom dead center, fresh air from the intake system 300 (specifically, the intake flow path 302) is drawn into the combustion chamber 102. .
  • variable valve mechanism 110 drives the vane with hydraulic pressure to rotate the exhaust camshaft (not shown) for opening and closing the exhaust valve 108 to the advance side or the retard side.
  • the variable valve mechanism 110 adjusts the opening timing of the exhaust valve 108 between the maximum advance angle opening timing and the maximum retard angle opening timing, and sets the closing timing of the exhaust valve 108 to the maximum advance angle closing timing and the maximum timing. Adjust between the retarded closing timing.
  • the variable valve mechanism 110 is not limited to the phase change type as described above, and may be a cam switching type or the like.
  • the exhaust system 200 includes an exhaust passage 202 that guides exhaust generated in the combustion chamber 102 to the atmosphere (outside the vehicle).
  • an oxidation catalyst 206, a DPF (Diesel Particulate Filter) 208, and an SCR (Selective Catalytic Reduction) catalyst 210 are provided in the exhaust passage 202 as examples of the post-treatment device 204.
  • a urea water addition valve 212 is provided immediately before the SCR catalyst 210 (that is, immediately upstream).
  • the oxidation catalyst 206 converts a part of nitrogen oxide (hereinafter referred to as NOx) in the exhaust gas flowing into itself into nitrogen dioxide to increase the ratio of nitrogen dioxide in the exhaust gas (NOx).
  • NOx nitrogen oxide
  • the DPF 208 is provided in the exhaust passage 202 and collects particulate matter (hereinafter referred to as PM) contained in the exhaust gas flowing into the DPF 208. Further, the DPF 208 burns and removes PM using exhaust heat having an exhaust temperature equal to or higher than the combustion temperature of PM (so-called self-regeneration).
  • PM particulate matter
  • the exhaust flow path 202 is provided with a temperature sensor 203 (corresponding to the “temperature detection unit” of the present disclosure).
  • the temperature sensor 203 detects the exhaust temperature in the exhaust passage 202.
  • An exhaust pipe injection device 220 (corresponding to “regeneration fuel injection unit” of the present disclosure) and an exhaust throttle 230 are provided on the exhaust upstream side of the DPF 208 in the exhaust flow path 202.
  • the exhaust pipe injection device 220 injects unburned fuel (mainly HC) into the exhaust passage 202 in accordance with an instruction signal input from the ECU 400 (injection in the exhaust pipe), and the exhaust passage with the injected unburned fuel.
  • the exhaust in 202 is heated, and PM deposited on the DPF 208 is burned and removed (forced regeneration).
  • an injector 104 (corresponding to the “regeneration fuel injection unit” of the present disclosure) is used as the forced regeneration device.
  • the injector 104 performs unburned fuel (mainly in the combustion chamber 102) in response to an instruction signal input from the ECU 400 after the fuel in the combustion chamber 102 is combusted.
  • HC is injected (post injection).
  • post-injection the exhaust temperature is raised with unburned fuel sent from the combustion chamber 102 to the exhaust passage 202, and the PM deposited on the DPF 208 is burned and removed.
  • the exhaust throttle 230 is for adjusting the flow rate of the exhaust discharged from the combustion chamber 102, and includes a throttle valve (not shown) that opens and closes the exhaust passage 202, a stepping motor that drives the throttle valve, and the like. And an actuator (not shown).
  • Exhaust gas processed by the post-processing device 204 is discharged into the atmosphere via a muffler (not shown) or the like.
  • the outer periphery of the exhaust passage 202 (more specifically, the section of the exhaust passage 202 from the internal combustion engine 100 to the aftertreatment device 204) is covered with a heat insulating material 214.
  • the heat insulating performance of the heat insulating material 214 is appropriately determined based on the exhaust temperature, cost, etc. required by the post-processing device 204.
  • a section covered with the heat insulating material 214 is indicated by hatching in FIG.
  • the intake system 300 has an intake passage 302 that guides fresh air to the combustion chamber 102.
  • the intake passage 302 is provided with an intake throttle 330 for adjusting the amount of fresh air taken into the combustion chamber 102.
  • the intake throttle 330 has a throttle valve (not shown) that opens and closes the intake passage 302 and an actuator (not shown) such as a stepping motor that drives the throttle valve.
  • the opening timing of the exhaust valve 108 is usually before the piston 112 reaches the bottom dead center of the expansion stroke (combustion stroke).
  • the exhaust in the cylinder 114 is discharged to the exhaust system 200 (exhaust flow path 202).
  • the exhaust rising temperature by advancing the opening timing of the exhaust valve 108 is lower than the exhaust rising temperature of the forced regeneration device that performs the above-mentioned exhaust pipe injection and post injection, and therefore, depending on the operating state of the internal combustion engine 100, There are cases where the exhaust temperature can be raised above the combustion temperature of PM and where it cannot be raised. However, when the DPF 208 is regenerated, a large amount of unburned fuel is not injected unlike the forced regeneration device, which is effective for realizing a reduction in fuel consumption.
  • the exhaust passage 202 is provided with a differential pressure sensor (not shown) for detecting a differential pressure between the exhaust pressure upstream of the DPF 208 and the exhaust pressure downstream of the DPF 208 in the exhaust passage 202.
  • ECU 400 estimates the amount of PM deposited on DPF 208 based on the detected differential pressure. ECU 400 determines whether or not to regenerate DPF 208 based on the estimated PM accumulation amount. The ECU 400 may determine whether to regenerate the DPF 208 based on the PM accumulation amount estimated from the PM generation amount and the PM combustion amount.
  • ECU 400 has a relationship table representing the correspondence relationship between engine speed, fuel injection amount, and exhaust exhaust temperature.
  • the exhaust rising temperature means the temperature of the exhaust rising when the opening timing of the exhaust valve 108 is adjusted to the maximum advance opening timing.
  • ECU 400 has a function as a first temperature calculation unit that calculates a first temperature as an exhaust temperature when the opening timing of the exhaust valve 108 is adjusted to the maximum advance opening timing.
  • the first temperature is obtained by adding the exhaust temperature (the temperature of the increase) when the opening timing of the exhaust valve 108 is advanced to the exhaust temperature detected by the temperature sensor 203.
  • the ECU 400 is based on the engine speed and the fuel injection amount.
  • the exhaust temperature is calculated with reference to the relation table, and the calculated temperature is added to the exhaust temperature detected by the temperature sensor 203 to calculate the first temperature.
  • ECU 400 may calculate the rising temperature of the exhaust gas based on a predetermined calculation formula based on the engine speed and the fuel injection amount.
  • the ECU 400 determines whether or not the calculated first temperature is equal to or higher than the combustion temperature of PM, and when the first temperature is equal to or higher than the combustion temperature, the opening timing of the exhaust valve 108 is adjusted to the maximum advance angle opening timing.
  • the variable valve mechanism 110 is controlled so that
  • This operation is started when the engine is started (for example, when a key is turned on).
  • ECU 400 determines whether or not to regenerate DPF 208 based on the estimated PM accumulation amount (step S100).
  • step S100 YES
  • the ECU 400 acquires the exhaust temperature in the exhaust flow path 202 detected by the temperature sensor 203 (step S110), proceeds to step S120, and does not regenerate the DPF 208 (step S100).
  • Step S100: NO) After a predetermined time has elapsed, the process returns to Step S100.
  • step S120 ECU 400 determines whether or not the exhaust temperature is lower than the combustion temperature of PM.
  • the exhaust gas temperature is equal to or higher than the combustion temperature of PM (step S120: NO)
  • this process ends.
  • the exhaust temperature is equal to or higher than the combustion temperature of PM
  • the PM deposited on the DPF 208 burns. Thereby, PM can be removed from the DPF 208.
  • step S120 If the exhaust temperature is lower than the combustion temperature of PM (step S120: YES), the ECU 400 advances the process to step S130.
  • step S130 ECU 400 refers to the relation table based on the fuel injection amount and the engine speed, and the first temperature as the exhaust temperature when the opening timing of exhaust valve 108 is adjusted to the maximum advance opening timing. Is calculated.
  • ECU 400 determines whether or not the calculated first temperature is equal to or higher than the combustion temperature of PM (step S140). ECU 400 proceeds to step S150 when the first temperature is equal to or higher than the combustion temperature of PM (step S140: YES), and performs the process when the first temperature is lower than the combustion temperature of PM (step S140: NO). Proceed to step S160.
  • step S150 the ECU 400 controls the variable valve mechanism 110 so as to adjust the opening timing of the exhaust valve 108 to the maximum advance timing.
  • the exhaust temperature becomes equal to or higher than the combustion temperature of PM, so that PM deposited on the DPF 208 is burned and removed from the DPF 208.
  • step S160 the ECU 400 controls the exhaust pipe injection device 220 (or post injection) so that unburned fuel is injected into the exhaust passage 202.
  • the exhaust temperature in the exhaust flow path 202 is raised to a temperature equal to or higher than the combustion temperature of PM, and the PM deposited on the DPF 208 is burned and removed from the DPF 208 (forced regeneration).
  • the aftertreatment system 1 for a vehicle in the above embodiment when the first temperature as the exhaust temperature when the opening timing of the exhaust valve 108 is adjusted to the maximum advance opening timing is equal to or higher than the combustion temperature of PM.
  • the ECU 400 controls the variable valve mechanism 110 so that the opening timing of the exhaust valve 108 is adjusted to the maximum advance angle opening timing, so that PM accumulated in the DPF 208 is burned, removed from the DPF 208, and regenerated. be able to.
  • fuel consumption can be reduced.
  • the DPF 208 is regenerated by adjusting the opening timing of the exhaust valve 108 to the maximum advance opening timing to raise the exhaust temperature to be higher than the combustion temperature of PM. Therefore, fuel consumption can be reduced in the middle load region.
  • FIG. 3 is a diagram showing a partial configuration of the post-processing system 1.
  • the ECU 400 when the first temperature as the exhaust temperature when the opening timing of the exhaust valve 108 is adjusted to the maximum advance angle opening timing is equal to or higher than the combustion temperature of PM, the ECU 400 increases the opening timing of the exhaust valve 108 to the maximum.
  • the variable valve mechanism 110 is controlled to be adjusted at the angle opening timing.
  • the ECU 400 when the operating state of the internal combustion engine 100 is in the low load region and the first temperature is lower than the combustion temperature of PM, the ECU 400 does not set the opening timing of the exhaust valve 108 to the maximum advance opening timing, and the ECU 400
  • the exhaust pipe injection device 220 (or post injection) is controlled so that unburned fuel is injected into the exhaust passage 202.
  • the opening timing of the exhaust valve 108 is adjusted to the maximum advance opening timing, and fresh air sucked into the combustion chamber 102
  • the ECU 400 adjusts the opening timing of the exhaust valve 108 to the maximum advance opening timing.
  • the intake throttle 330 is controlled so that the amount of fresh air taken into the combustion chamber 102 is minimized.
  • the amount of fuel injected into the combustion chamber 102 for maintaining a predetermined rotational speed under an increased load of the internal combustion engine 100 is increased, and the opening timing of the exhaust valve 108 is increased.
  • the exhaust temperature which could not be raised above the combustion temperature of PM simply by advancing, is raised above the combustion temperature of PM.
  • the PM deposited on the DPF 208 can be burned to regenerate the DPF 208.
  • ECU 400 also has a function as a second temperature calculation unit that calculates the second temperature based on the fuel injection amount and the engine speed.
  • steps S100 to S160 shown in FIG. 4 are the same as those in the above-described embodiment, and a description thereof will be omitted.
  • step S140 shown in FIG. 4 when the first temperature is not equal to or higher than the combustion temperature of PM (step S140: NO), ECU 400 sets the opening timing of exhaust valve 108 to the maximum advance angle based on the fuel injection amount and the engine speed.
  • the second temperature is calculated as the exhaust temperature when the opening time is adjusted and the amount of fresh air taken into the combustion chamber 102 is minimized, and whether the calculated second temperature is equal to or higher than the combustion temperature of PM. Is determined (step S170).
  • ECU 400 controls variable valve mechanism 110 so that the opening timing of exhaust valve 108 is adjusted to the maximum advance opening timing, and combustion is performed.
  • the intake throttle 330 is controlled so as to minimize the amount of fresh air drawn into the chamber 102 (step S180).
  • ECU400 is forcedly regenerated when the second temperature is lower than the combustion temperature of PM (step S170: NO) (step S160).
  • the DPF 208 can be regenerated by adjusting the opening timing of the exhaust valve 108 to the maximum advance opening timing and minimizing the amount of fresh air. Since it is not necessary to forcibly regenerate the DPF 208 by in-pipe injection or post-injection, fuel consumption can be reduced.
  • the DPF 208 can be regenerated by adjusting the opening timing of the exhaust valve 108 to the maximum advance opening timing and minimizing the amount of fresh air. Reduction of fuel consumption in the area can be realized.
  • the exhaust temperature is raised by controlling the intake throttle 330 so as to minimize the amount of fresh air drawn into the combustion chamber 102.
  • the present disclosure is not limited to this.
  • the ECU 400 controls the exhaust throttle so as to minimize the amount of exhaust discharged from the combustion chamber 102 when the first temperature is lower than the combustion temperature of PM and the second temperature is equal to or higher than the combustion temperature of PM. 230 is controlled. Thereby, the passage cross-sectional area of the exhaust passage 202 is narrowed, the exhaust pressure is increased, and the exhaust temperature is raised.
  • the exhaust throttle 230 By closing the exhaust throttle 230 to a predetermined opening degree, the passage cross-sectional area of the exhaust passage 202 is reduced, the exhaust pressure is increased, and the exhaust throttle 230 is controlled to increase the exhaust temperature (see FIG. 3). .
  • ECU 400 may control at least one of intake throttle 330 and exhaust throttle 230 when the first temperature is lower than the combustion temperature of PM and the second temperature is equal to or higher than the combustion temperature of PM. Both may be controlled. When both are controlled, the second temperature is the exhaust temperature when the opening timing of the exhaust valve 108 is adjusted to the maximum advance opening timing and both are controlled.
  • the ECU 400 controls the variable valve mechanism 110 so that the opening timing of the exhaust valve 108 is adjusted to the maximum advance angle opening timing, whereby the exhaust temperature is set to the PM combustion temperature.
  • the ECU 400 adjusts the closing timing of the exhaust valve 108 to the maximum advance closing timing.
  • the configuration may be such that the variable valve mechanism 110 is controlled to raise the exhaust gas temperature so that PM is burned and removed.
  • variable valve mechanism 110 adjusts the closing timing of the exhaust valve 108 to the maximum advance closing timing, a large amount of residual gas is trapped in the cylinder 114, and fresh air and fuel are sucked into the cylinder 114, thereby mixing at high temperature.
  • the combustion temperature is increased accordingly, and the temperature of the exhaust gas discharged from the cylinder 114 can be increased.
  • the fuel injection amount into the cylinder 114 by the injector 104 determines that the opening timing of the exhaust valve 108 is not the opening timing other than the maximum advance angle opening timing. You may make it control the injector 104 so that it may increase rather than the case where it is made to adjust at time. Thereby, the fluctuation
  • the exhaust pipe injection device 220 is controlled so that the ECU 400 performs injection in the exhaust pipe.
  • the present disclosure is not limited to this, and the injector 104 is configured so that the ECU 400 performs post injection. May be controlled.
  • the vehicle post-processing system and the vehicle post-processing method according to the present disclosure are useful for a vehicle including a diesel engine or the like that is required to achieve a reduction in fuel consumption.

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Abstract

燃費低減を実現することが可能な車両用の後処理システムは、気筒に設けられた排気口を開閉する排気弁に通じる排気系に設けられ、排気口から排出された排気中の粒子状物質を捕集するフィルターと、排気弁の開時期を最大進角開時期と最大遅角開時期との間で調整する可変動弁機構と、排気系における排気温度を検出する温度検出部と、排気弁の開時期が最大進角開時期に調整された場合における排気温度としての第１温度を算出する第１温度算出部と、検出された排気温度が粒子状物質の燃焼温度未満である場合に、第１温度が燃焼温度以上であるか否かを判断し、第１温度が燃焼温度以上であるときに、排気弁の開時期を最大進角開時期に調整させるように可変動弁機構を制御する制御部と、を備える。

Description

車両用の後処理システムおよび車両の後処理方法
　本開示は、車両用の後処理システムおよび車両の後処理方法に関する。
　車両の内燃機関で生じた排気は、車両から大気中へと排出される前に、排気流路の途中に設けられた後処理装置で処理される。
　後処理装置としては、内燃機関がディーゼルエンジンの場合、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｆｉｌｔｅｒ）や、尿素ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ｃａｔａｌｙｔｉｃ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）が例示される。
　ＤＰＦ（以下、ここでは、フィルターという）は、排気中に含まれる粒子状物質（以下、ＰＭという）を捕集する。例えば、高速走行時のように内燃機関の運転状態が高負荷領域にあって、排気温度がＰＭの燃焼温度以上である場合、フィルターに堆積したＰＭが燃焼して除去される（いわゆる、自己再生）。
　しかし、例えば、中速以下での走行時のように内燃機関の運転状態が中負荷領域や低負荷領域にあって、排気温度がＰＭの燃焼温度未満である場合、自己再生されず、フィルターにＰＭが堆積していく。
　フィルターにＰＭが堆積しすぎると、フィルターが目詰まりを起こして、浄化機能が低下するため、ＰＭの堆積状態に基づいて、フィルターに堆積したＰＭを燃焼させ、フィルターを再生する必要がある。
　そこで、内燃機関の運転状態に基づいてフィルターに堆積したＰＭ堆積量を推定し、推定ＰＭ堆積量が所定量に達した場合、燃焼後にシリンダー内に燃料を噴射するポスト噴射を行ったり、排気流路内に燃料を噴射する排気管内噴射を行ったりして、燃料を燃焼させることにより得られた熱で、フィルターに堆積したＰＭを燃焼させて除去する（いわゆる、強制再生）技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
日本国特開２０１３－１６００５６号公報
　しかしながら、上記特許文献に記載された技術では、強制再生を行う際に燃料が使われるため、燃費低減を実現する上で支障になるという問題点がある。
　本開示の目的は、燃費低減を実現することが可能な車両用の後処理システムおよび車両の後処理方法を提供することにある。
　本開示における車両用の後処理システムは、
　気筒に設けられた排気口を開閉する排気弁に通じる排気系に設けられ、前記排気口から排出された排気中の粒子状物質を捕集するフィルターと、
　前記排気弁の開時期を最大進角開時期と最大遅角開時期との間で調整する可変動弁機構と、
　前記排気系における排気温度を検出する温度検出部と、
　前記排気弁の開時期が最大進角開時期に調整された場合における排気温度としての第１温度を算出する第１温度算出部と、
　前記検出された前記排気温度が前記粒子状物質の燃焼温度未満である場合に、前記第１温度が前記燃焼温度以上であるか否かを判断し、前記第１温度が前記燃焼温度以上であるときに、前記排気弁の開時期を最大進角開時期に調整させるように前記可変動弁機構を制御する制御部と、
　を備える。
　また、本開示における車両の後処理方法は、
　気筒に設けられた排気口を開閉する排気弁に通じる排気系に前記排気口から排出された排気中の粒子状物質を捕集するフィルターが設けられ、前記排気弁の開時期を最大進角開時期と最大遅角開時期との間で調整する可変動弁機構が設けられた車両の後処理方法において、
　前記排気系における排気温度を検出し、
　前記排気弁の開時期が最大進角開時期に調整された場合における排気温度としての第１温度を算出し、
　前記検出された前記排気温度が前記粒子状物質の燃焼温度未満である場合に、前記第１温度が前記燃焼温度以上であるか否かを判断し、
　前記第１温度が前記燃焼温度以上であるときに、前記排気弁の開時期を最大進角開時期に調整させるように前記可変動弁機構を制御する。
　本開示によれば、燃費低減を実現することができる。
図１は、本開示の実施の形態における車両用の後処理システムの全体構成を示す図である。 図２は、後処理システムの動作を示すフローチャートである。 図３は、本開示の実施の形態の変形例における後処理システムの部分構成を示す図である。 図４は、変形例における後処理システムの動作を示すフローチャートである。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
　図１は、本開示の実施の形態における車両用の後処理システム１の全体構成を示す図である。
　図１において、後処理システム１は、車両に搭載され、制御対象としての内燃機関１００と、排気系２００と、吸気系３００と、エンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵという）４００（本開示の「制御部」に対応）と、を備えている。
　内燃機関１００は、例えば、吸気行程、圧縮行程、膨張行程（燃焼行程）、および、排気行程の４ストロークサイクルのディーゼルエンジンであって、燃焼室１０２と、インジェクター１０４と、吸気弁１０６と、排気弁１０８と、可変動弁機構１１０と、を備えている。
　燃焼室１０２は、ピストン１１２の頂部、シリンダー（気筒）１１４およびシリンダーヘッド１１６等で囲まれた空間である。
　インジェクター１０４は、本説明では、燃焼室１０２内に燃料を噴射する。しかし、これに限らず、インジェクター１０４は、吸気ポートに燃料を噴射しても構わない。
　吸気弁１０６および排気弁１０８のそれぞれは開閉可能に構成される。吸気行程において、吸気弁１０６が開き、ピストン１１２が上死点から下死点に移動すると、吸気系３００（具体的には、吸気流路３０２）からの新気が燃焼室１０２に吸入される。
　排気行程において、排気弁１０８が開き、ピストン１１２が下死点から上死点に移動すると、燃焼室１０２で生じた排気が、排気系２００（具体的には、排気流路２０２）に送り出される。
　可変動弁機構１１０は、本説明では、油圧によりベーンを駆動することで、上記排気弁１０８を開閉させるための排気カムシャフト（図示略）を進角側または遅角側に回転させる。可変動弁機構１１０は、これによって、排気弁１０８の開時期を最大進角開時期と最大遅角開時期との間で調整したり、排気弁１０８の閉時期を最大進角閉時期と最大遅角閉時期との間で調整したりする。なお、可変動弁機構１１０は、上記のような位相変化型に限らず、カム切り替え型等であっても構わない。
　排気系２００は、燃焼室１０２で生じた排気を大気中（車外）に導く排気流路２０２を有する。本説明では、排気流路２０２の中には、後処理装置２０４の例示として、酸化触媒２０６と、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｆｉｌｔｅｒ）２０８と、ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ｃａｔａｌｙｔｉｃ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒２１０とが、設けられる。また、ＳＣＲ触媒２１０の直前（即ち、すぐ上流側）に尿素水添加弁２１２が設けられている。
　酸化触媒２０６は、自身に流入した排気中の窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）の一部を二酸化窒素にして、排気（ＮＯｘ）における二酸化窒素の比率を高める。
　ＤＰＦ２０８は、排気流路２０２に設けられ、自身に流入した排気中に含まれる粒子状物質（以下、ＰＭという）を捕集する。また、ＤＰＦ２０８は、ＰＭの燃焼温度以上の排気温度を有する排気熱を用いてＰＭを燃焼させて、除去する（いわゆる、自己再生）。
　排気流路２０２には、温度センサー２０３（本開示の「温度検出部」に対応）が設けられている。温度センサー２０３は、排気流路２０２内の排気温度を検出する。
　排気流路２０２におけるＤＰＦ２０８の排気上流側には、排気管内噴射装置２２０（本開示の「再生用燃料噴射部」に対応）、および、排気スロットル２３０が設けられている。
　排気管内噴射装置２２０は、ＥＣＵ４００から入力される指示信号に応じて、排気流路２０２内に未燃燃料（主にＨＣ）を噴射し（排気管内噴射）、噴射した未燃燃料で排気流路２０２内の排気を加熱し、ＤＰＦ２０８に堆積したＰＭを燃焼させて除去する（強制再生）。
　なお、強制再生用の装置としては、上記排気管内噴射装置２２０の他に、インジェクター１０４（本開示の「再生用燃料噴射部」に対応）が用いられる。インジェクター１０４は、通常の燃焼噴射（メイン噴射）の他に、燃焼室１０２内における燃料が燃焼された後に、ＥＣＵ４００から入力される指示信号に応じて、燃焼室１０２内に未燃燃料（主にＨＣ）を噴射する（ポスト噴射）機能を有する。ポスト噴射により、燃焼室１０２から排気流路２０２に送られた未燃燃料で排気温度を上昇させ、ＤＰＦ２０８に堆積したＰＭを燃焼させて除去する。
　排気スロットル２３０は、燃焼室１０２から排出される排気の流量を調整するためのものであって、排気流路２０２を開閉するスロットル弁（図示略）と、そのスロットル弁を駆動するステッピングモーターなどのアクチュエーター（図示略）とを有する。
　上記後処理装置２０４で処理された排気は、マフラー（図示略）等を介して、大気中に排出される。
　排気流路２０２の外周（より具体的には、内燃機関１００から後処理装置２０４に至るまでの排気流路２０２の区間）は断熱材２１４で覆われている。断熱材２１４の断熱性能は、後処理装置２０４が必要とする排気温度やコスト等に基づき適宜適切に定められる。断熱材２１４で覆われた区間を、図１にハッチングで表す。
　吸気系３００は、燃焼室１０２に新気を導く吸気流路３０２を有する。吸気流路３０２には、燃焼室１０２に吸入される新気量を調整するための吸気スロットル３３０が設けられている。吸気スロットル３３０は、吸気流路３０２を開閉するスロットル弁（図示略）と、そのスロットル弁を駆動するステッピングモーターなどのアクチュエーター（図示略）とを有する。
　次に、排気弁１０８の開時期について説明する。
　排気弁１０８の開時期は、通常、ピストン１１２が膨張行程（燃焼行程）の下死点に達する前である。膨張行程後の排気行程において、ピストン１１２が下死点から上死点に移動すると、シリンダー１１４内の排気が排気系２００（排気流路２０２）に排出される。
　ところで、排気弁１０８の開時期を膨張行程の上死点と下死点との中間位置まで進角させた場合、上死点近傍における燃料の燃焼によって発生した熱エネルギーの一部が排気とともに排気流路２０２に排出されるため、排気温度が上昇する。
　排気弁１０８の開時期を進角させることによる排気の上昇温度は、上記の排気管内噴射やポスト噴射を行う強制再生用の装置による排気の上昇温度より低いため、内燃機関１００の運転状態によって、排気温度をＰＭの燃焼温度以上に上昇させることができる場合と、上昇させることができない場合がある。しかしながら、ＤＰＦ２０８を再生させる場合に、強制再生用の装置のように多量の未燃燃料を噴射しないため、燃費低減の実現化には有効である。
　排気流路２０２には、排気流路２０２におけるＤＰＦ２０８の上流側の排気圧力と下流側の排気圧力との差圧を検出するための差圧センサ（図示略）が設けられている。
　ＥＣＵ４００は、上記検出された差圧に基づいて、ＤＰＦ２０８に堆積したＰＭの堆積量を推定する。ＥＣＵ４００は、推定ＰＭ堆積量に基づいて、ＤＰＦ２０８を再生させるか否かを判断する。なお、ＥＣＵ４００は、ＰＭの発生量やＰＭの燃焼量にから推定されたＰＭの堆積量に基づいて、ＤＰＦ２０８を再生させるか否かを判断してもよい。
　ＥＣＵ４００は、エンジン回転数、燃料噴射量と排気の上昇温度との対応関係を表した関係テーブルを有する。ここで、排気の上昇温度とは、排気弁１０８の開時期を最大進角開時期に調整させた場合における排気の上昇分の温度をいう。
　ＥＣＵ４００は、排気弁１０８の開時期が最大進角開時期に調整された場合における排気温度としての第１温度を算出する第１温度算出部としての機能を有する。ここで、第１温度とは、排気弁１０８の開時期を進角させた場合における排気の上昇温度（上昇分の温度）を、温度センサー２０３により検出された排気温度に加算したものである。
　ＥＣＵ４００は、温度センサー２０３により検出された排気温度がＰＭの燃焼温度未満であって、ＤＰＦ２０８を再生させる場合（推定ＰＭ堆積量が閾値を超えた場合）、エンジン回転数および燃料噴射量に基づいて、上記の関係テーブルを参照して、排気の上昇温度を算出し、算出した上昇温度を、温度センサー２０３により検出された排気温度に加算して、第１温度を算出する。なお、ＥＣＵ４００は、エンジン回転数および燃料噴射量に基づいて、予め定められた計算式により、排気の上昇温度を算出するようにしてもよい。
　ＥＣＵ４００は、上記算出した第１温度がＰＭの燃焼温度以上であるか否かを判断し、第１温度が燃焼温度以上である場合に、排気弁１０８の開時期を最大進角開時期に調整させるように可変動弁機構１１０を制御する。
　次に、図２のフローチャートを参照して、車両用の後処理システム１の動作について説明する。本動作は、エンジン始動時（例えばキーオン時）に開始される。
　ＥＣＵ４００は、推定ＰＭ堆積量に基づいて、ＤＰＦ２０８を再生させるか否かを判断する（ステップＳ１００）。
　ＥＣＵ４００は、ＤＰＦ２０８を再生させる場合（ステップＳ１００：ＹＥＳ）、温度センサー２０３により検出された排気流路２０２における排気温度を取得し（ステップＳ１１０）、処理をステップＳ１２０に進め、ＤＰＦ２０８を再生させない場合（ステップＳ１００：ＮＯ）、所定時間を経過した後に、処理をステップＳ１００に戻す。
　ステップＳ１２０において、ＥＣＵ４００は、排気温度がＰＭの燃焼温度未満であるか否かを判断する。排気温度がＰＭの燃焼温度以上である場合（ステップＳ１２０：ＮＯ）、本処理を終了する。この場合は、排気温度がＰＭの燃焼温度以上であるため、ＤＰＦ２０８に堆積したＰＭは燃焼する。これにより、ＰＭをＤＰＦ２０８から除去することができる。
　排気温度がＰＭの燃焼温度未満である場合（ステップＳ１２０：ＹＥＳ）、ＥＣＵ４００は、処理をステップＳ１３０に進める。
　ステップＳ１３０において、ＥＣＵ４００は、燃料噴射量およびエンジンの回転数に基づいて、関係テーブルを参照して、排気弁１０８の開時期を最大進角開時期に調整した場合における排気温度としての第１温度を算出する。
　次に、ＥＣＵ４００は、算出した第１温度がＰＭの燃焼温度以上であるか否かを判断する（ステップＳ１４０）。ＥＣＵ４００は、第１温度がＰＭの燃焼温度以上である場合（ステップＳ１４０：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１５０に進め、第１温度がＰＭの燃焼温度未満である場合（ステップＳ１４０：ＮＯ）、処理をステップＳ１６０に進める。
　ステップＳ１５０において、ＥＣＵ４００は、排気弁１０８の開時期を最大進角時期に調整させるように可変動弁機構１１０を制御する。これにより、排気温度がＰＭの燃焼温度以上になるため、ＤＰＦ２０８に堆積したＰＭを燃焼させ、ＤＰＦ２０８から除去する。
　ステップＳ１６０において、ＥＣＵ４００は、排気流路２０２内に未燃燃料を噴射させるように排気管内噴射装置２２０（もしくはポスト噴射）を制御する。これにより、排気流路２０２内の排気温度をＰＭの燃焼温度以上に上昇させ、ＤＰＦ２０８に堆積したＰＭを燃焼させ、ＤＰＦ２０８から除去する（強制再生）。
　上記実施の形態における車両用の後処理システム１によれば、排気弁１０８の開時期を最大進角開時期に調整した場合における排気温度としての第１温度がＰＭの燃焼温度以上となる場合に、ＥＣＵ４００が排気弁１０８の開時期を最大進角開時期に調整させるように可変動弁機構１１０を制御することで、ＤＰＦ２０８に堆積したＰＭを燃焼させ、ＤＰＦ２０８から除去して、ＤＰＦ２０８を再生させることができる。これにより、排気管内噴射やポスト噴射などによるＤＰＦ２０８の強制再生を行わずに済むため、燃費低減を実現することができる。
　例えば、中速走行時のように内燃機関１００の運転状態が中負荷領域にあって、ＤＰＦ２０８を再生させる場合に、従来では、一律に排気管内噴射などの強制再生を行うため、燃費低減の実現化が困難であったが、上記実施の形態では、排気弁１０８の開時期を最大進角開時期に調整することで、排気温度をＰＭの燃焼温度以上に上昇させて、ＤＰＦ２０８を再生することができるため、中負荷領域における燃費低減を実現することができる。
（変形例）
　次に、変形例における車両用の後処理システム１について図３を参照して説明する。図３は、後処理システム１の部分構成を示す図である。
　上記実施の形態では、排気弁１０８の開時期を最大進角開時期に調整した場合における排気温度としての第１温度がＰＭの燃焼温度以上の場合、ＥＣＵ４００が排気弁１０８の開時期を最大進角開時期に調整させるように可変動弁機構１１０を制御するようにした。しかし、例えば、内燃機関１００の運転状態が低負荷領域であって、第１温度がＰＭの燃焼温度未満の場合、ＥＣＵ４００が排気弁１０８の開時期を最大進角開時期にせずに、ＥＣＵ４００が排気流路２０２内に未燃燃料を噴射させるように排気管内噴射装置２２０（もしくはポスト噴射）を制御するものであった。
　これに対して、変形例では、第１温度がＰＭの燃焼温度未満である場合に、排気弁１０８の開時期を最大進角開時期に調整し、かつ、燃焼室１０２に吸入される新気量を最少にした場合における排気温度としての第２温度がＰＭの燃焼温度以上である場合に、ＥＣＵ４００が、排気弁１０８の開時期を最大進角開時期に調整させるように可変動弁機構１１０を制御し、かつ、燃焼室１０２に吸入される新気量を最少にさせるように吸気スロットル３３０を制御する。
　燃焼室１０２に吸入される新気量を減少させることで、内燃機関１００の負荷増大下で所定回転速度を維持するための燃焼室１０２への燃料噴射量を増加させ、排気弁１０８の開時期を進角させるだけでは、ＰＭの燃焼温度以上に上昇できなかった排気温度を、ＰＭの燃焼温度以上に上昇させる。これにより、ＤＰＦ２０８に堆積したＰＭを燃焼させて、ＤＰＦ２０８を再生させることができる。
　なお、吸気スロットル３３０が本開示の「流量調整部」に対応する。また、ＥＣＵ４００は、燃料噴射量およびエンジン回転数に基づいて、第２温度を算出する第２温度算出部としての機能を有する。
　次に、図４のフローチャートを参照して、変形例における車両用の後処理システム１の動作について説明する。なお、図４に示すステップＳ１００からステップＳ１６０は、上記実施の形態における各ステップを同じであるため、その説明を省略する。
　図４に示すステップＳ１４０において、第１温度がＰＭの燃焼温度以上でない場合（ステップＳ１４０：ＮＯ）、ＥＣＵ４００は、燃料噴射量およびエンジン回転数に基づいて、排気弁１０８の開時期を最大進角開時期に調整し、かつ、燃焼室１０２に吸入される新気量を最少にした場合における排気温度としての第２温度を算出し、算出した第２温度がＰＭの燃焼温度以上であるか否かを判断する（ステップＳ１７０）。
　ＥＣＵ４００は、第２温度がＰＭの燃焼温度以上である場合（ステップＳ１７０：ＹＥＳ）、排気弁１０８の開時期を最大進角開時期に調整させるように可変動弁機構１１０を制御するとともに、燃焼室１０２に吸入される新気量を最少にさせるように吸気スロットル３３０を制御する（ステップＳ１８０）。
　ＥＣＵ４００は、第２温度がＰＭの燃焼温度未満である場合（ステップＳ１７０：ＮＯ）、強制再生させる（ステップＳ１６０）。
　変形例における車両用の後処理システム１によれば、排気弁１０８の開時期を最大進角開時期に調整し、かつ、新気量を最少にするこれにより、ＤＰＦ２０８を再生させることができ、排気管内噴射やポスト噴射などによるＤＰＦ２０８の強制再生を行わずに済むため、燃費低減を実現することができる。
　例えば、低速走行時のように内燃機関１００の運転状態が低負荷領域にあって、ＤＰＦ２０８を再生させる場合に、従来では、一律に排気管内噴射などの強制再生を行うため、燃費低減の実現化が困難であったが、上記実施の形態では、排気弁１０８の開時期を最大進角開時期に調整し、かつ、新気量を最少にすることで、ＤＰＦ２０８を再生するできるため、低負荷領域における燃費低減を実現することができる。
　上記の変形例では、第１温度がＰＭの燃焼温度未満である場合に、燃焼室１０２に吸入される新気量を最少にさせるように吸気スロットル３３０を制御することで、排気温度を上昇させたが、本開示は、これに限らない。例えば、ＥＣＵ４００は、第１温度がＰＭの燃焼温度未満であり、かつ、第２温度がＰＭの燃焼温度以上である場合に、燃焼室１０２から排出される排気量を最少にさせるように排気スロットル２３０を制御する。これによって、排気流路２０２の通路断面積を狭めて、排気圧力を高め、排気温度を上昇させる。
　排気スロットル２３０を所定開度まで閉弁させることで、排気流路２０２の通路断面積を減少させ、排気圧力を上げて、排気温度を上昇させるように排気スロットル２３０を制御する（図３参照）。
　なお、ＥＣＵ４００は、第１温度がＰＭの燃焼温度未満であり、かつ、第２温度がＰＭの燃焼温度以上である場合に、吸気スロットル３３０および排気スロットル２３０の少なくとも１つを制御してもよく、両方を制御してもよい。なお、両方を制御する場合、第２温度は、排気弁１０８の開時期を最大進角開時期に調整し、かつ、両方を制御した場合における排気温度となる。
　なお、上記実施の形態における後処理システム１では、ＥＣＵ４００が排気弁１０８の開時期を最大進角開時期に調整させるように可変動弁機構１１０を制御することで、排気温度をＰＭの燃焼温度以上に上昇させ、ＤＰＦ２０８に堆積したＰＭを燃焼させて除去する構成を説明したが、本開示は、これに限らず、ＥＣＵ４００が排気弁１０８の閉時期を最大進角閉時期に調整させるように可変動弁機構１１０を制御することで、排気温度を上昇させ、ＰＭを燃焼させて除去する構成であってもよい。可変動弁機構１１０が排気弁１０８の閉時期を最大進角閉時期に調整すると、大量の残留ガスがシリンダー１１４内に閉じ込められ、そこに、新気と燃料が吸入されることで、高温混合気が形成される可能性があり、高温混合気が形成されると、それに応じて燃焼温度が高められ、シリンダー１１４から排出される排気の温度を高めることが可能となる。
　また、ＥＣＵ４００は、排気弁１０８の開時期を最大進角開時期に調整させる場合、インジェクター１０４によるシリンダー１１４内への燃料噴射量が、排気弁１０８の開時期を最大進角開時期以外の開時期に調整させる場合より多くなるようにインジェクター１０４を制御するようにしてもよい。これにより、エンジン回転数の変動を抑えることができる。
　また、上記実施の形態では、強制再生の場合、ＥＣＵ４００が排気管内噴射をさせるように排気管内噴射装置２２０を制御したが、本開示はこれに限らず、ＥＣＵ４００がポスト噴射をさせるようにインジェクター１０４を制御してもよい。
　本出願は、２０１６年８月３１日付で出願された日本国特許出願（特願２０１６－１６９９４１）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本開示における車両用の後処理システムおよび車両の後処理方法は、燃費低減を実現することが要求されるディーゼルエンジン等を備えた車両に有用である。
　１　後処理システム
　１００　内燃機関
　１０２　燃焼室
　１０４　インジェクター
　１０６　吸気弁
　１０８　排気弁
　１１０　可変動弁機構
　１１２　ピストン
　１１４　シリンダー
　１１６　シリンダーヘッド
　２００　排気系
　２０２　排気流路
　２０３　温度センサー
　２０４　後処理装置
　２０６　酸化触媒
　２０８　ＤＰＦ
　２１０　ＳＣＲ触媒
　２１２　尿素水添加弁
　２１４　断熱材
　２２０　排気管内噴射装置
　２３０　排気スロットル
　３００　吸気系
　３０２　吸気流路
　３３０　吸気スロットル
　４００　ＥＣＵ

Claims (7)

  1. 　気筒に設けられた排気口を開閉する排気弁に通じる排気系に設けられ、前記排気口から排出された排気中の粒子状物質を捕集するフィルターと、
    　前記排気弁の開時期を最大進角開時期と最大遅角開時期との間で調整する可変動弁機構と、
    　前記排気系における排気温度を検出する温度検出部と、
    　前記排気弁の開時期が最大進角開時期に調整された場合における排気温度としての第１温度を算出する第１温度算出部と、
    　前記検出された前記排気温度が前記粒子状物質の燃焼温度未満である場合に、前記第１温度が前記燃焼温度以上であるか否かを判断し、前記第１温度が前記燃焼温度以上であるときに、前記排気弁の開時期を最大進角開時期に調整させるように前記可変動弁機構を制御する制御部と、
    　を備える、車両用の後処理システム。
  2. 　前記フィルターに堆積した前記粒子状物質を強制的に燃焼させるための燃料を噴射する再生用燃料噴射部をさらに備え、
    　前記制御部は、前記第１温度が前記燃焼温度未満である場合、前記燃料を噴射させるように前記再生用燃料噴射部を制御する、
    　請求項１に記載の車両用の後処理システム。
  3. 　前記気筒内に吸引される新気、または、前記気筒内から排出される排気のうちの少なくとも１つの流量を調整するための流量調整部と、前記排気弁の開時期が最大進角開時期に調整され、かつ、前記流量が最少にされた場合における排気温度としての第２温度を算出する第２温度算出部と、
    　をさらに備え、
    　前記制御部は、前記第１温度が前記燃焼温度未満であり、かつ、前記第２温度が前記燃焼温度以上である場合に、前記可変動弁機構の制御に加えて、前記流量を最少にするように前記流量調整部を制御する、
    　請求項１に記載の車両用の後処理システム。
  4. 　前記流量調整部は、前記新気の流量を調整するための吸気スロットルである、
    　請求項３に記載の車両用の後処理システム。
  5. 　前記流量調整部は、前記排気の流量を調整するための排気スロットルである、
    　請求項３に記載の車両用の後処理システム。
  6. 　前記フィルターに堆積した前記粒子状物質を強制的に燃焼させるための燃料を噴射する再生用燃料噴射部をさらに備え、
    　前記制御部は、前記第２温度が前記燃焼温度未満である場合、前記燃料を噴射させるように前記再生用燃料噴射部を制御する、
    　請求項３から５のいずれかに記載の車両用の後処理システム。
  7. 　気筒に設けられた排気口を開閉する排気弁に通じる排気系に前記排気口から排出された排気中の粒子状物質を捕集するフィルターが設けられ、前記排気弁の開時期を最大進角開時期と最大遅角開時期との間で調整する可変動弁機構が設けられた車両の後処理方法において、
    　前記排気系における排気温度を検出し、
    　前記排気弁の開時期が最大進角開時期に調整された場合における排気温度としての第１温度を算出し、
    　前記検出された前記排気温度が前記粒子状物質の燃焼温度未満である場合に、前記第１温度が前記燃焼温度以上であるか否かを判断し、
    　前記第１温度が前記燃焼温度以上であるときに、前記排気弁の開時期を最大進角開時期に調整させるように前記可変動弁機構を制御する、
    　車両の後処理方法。
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