【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガスの後処理装置を備えた内燃機関に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンでは、排気ガスに含まれる粒子状物質（パティキュレート：以下ＰＭという）、窒素酸化物（ＮＯｘ）及びＨＣ等の低減が大きな課題であり、これらを低減するために様々な後処理装置が提案されている。
【０００３】
例えば、連続再生型ＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルター）と称されるものは、排気ガス中のＨＣを酸化させるための酸化触媒と、その酸化触媒の下流側に配設され、排気ガス中のＰＭを捕集して酸化除去するための触媒付フィルタとを備えたものである。かかる連続再生型ＤＰＦでは、まず酸化触媒により排気ガス中のＨＣを酸化除去し、続いて、触媒付フィルタで排気ガス中のＰＭを捕集する。そして、フィルタに担持された触媒の作用によって捕集したＰＭを酸化除去して自己再生するものである。
【０００４】
ところで、この連続再生型ＤＰＦ等のように触媒の作用を利用する後処理装置では、排気ガスの温度が触媒の活性温度（例えば、３００°以上）に達していなければ充分な排気浄化効果を得ることができない。つまり、エンジンの始動直後や低負荷走行時などのように排気温度が低いときは、触媒付フィルタで捕集したＰＭを酸化除去することができず、フィルタが目詰まりするおそれがある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０７−１７４０１６号公報
【特許文献２】
特開平１０−３７７７３号公報
【特許文献３】
特開２００２−３４９２３９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、排気通路に排気絞り弁を設け、排気温度が低いときにはその排気絞り弁により排気を絞って排気温度を上昇させる装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００７】
しかしながら、この装置は構造が複雑となる欠点があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、よりシンプルな構造で排気温度を上昇させることができる内燃機関を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、排気通路に設けられ、触媒を備えた後処理装置と、排気弁を任意に開閉させる排気弁開閉制御手段と、燃料の噴射時期及び噴射量を制御する燃料噴射制御手段とを備え、上記後処理装置を通過する排気ガスの温度が所定値よりも低いときに、上記排気弁開閉制御手段は、上記排気ガスの温度を少なくとも上記所定値まで上昇させる様に膨張行程で上記排気弁を開弁して、上記燃料噴射制御手段は、通常のメイン噴射よりも後、かつ上記排気弁の開弁時期よりも前にアフター噴射を実行し、該アフター噴射の噴射時期及び噴射量は、アフター噴射により得られる出力が、上記膨張行程の途中で排気弁を開弁することにより生じる出力損失とほぼ等しくなるように設定されるものである。
【００１０】
ここで、上記排気弁開閉制御手段が、上記後処理装置を通過する排気ガスの温度が所定値よりも低いときに、膨張行程の途中で行う排気温度上昇用のサブ排気と、排気行程で行う通常のメイン排気とに分けて、上記排気弁を複数回開弁するようにしても良い。
【００１１】
また、上記排気弁が、上記サブ排気を実行するサブ排気弁と、上記メイン排気を実行するメイン排気弁とを備えても良い。
【００１２】
また、上記排気弁開閉制御手段が、上記後処理装置を通過する排気ガスの温度が所定値よりも低いときに、上記排気弁の開弁時期を通常時よりも進角化して膨張行程とするようにしても良い。
【００１３】
また、上記排気弁開閉制御手段が、電気信号に応じて上記排気弁を開閉制御する電磁式アクチュエータを備えても良い。
【００１４】
また、上記燃料噴射制御手段がコモンレール式燃料噴射システムを備えても良い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１６】
図１は、本実施形態の内燃機関の概略図である。
【００１７】
本実施形態の内燃機関は、コモンレール式燃料噴射システムを備える。この燃料噴射システムは、図示しない燃料タンクからの燃料をコモンレール７に供給するためのサプライポンプ５と、コモンレール７に複数接続され、エンジンＥの各気筒の燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）６とを備える。
【００１８】
サプライポンプ５は吐出圧力を調整可能な調圧ポンプであり、コントローラ１２によってその吐出圧力が制御される。
【００１９】
コモンレール７には圧力センサ１１が設けられており、コモンレール７内の燃料圧力が圧力センサ１１により検出され、その検出値がコントローラ１２に入力される。
【００２０】
各燃料噴射弁６はコントローラ１２に接続されており、コントローラ１２から出力される駆動信号によって制御（駆動）される。コントローラ１２には、エンジンＥの回転速度を検出するエンジン回転センサ１６、車両のアクセル開度（エンジン負荷）を検出するアクセル開度センサ１７等の検出手段が接続されており、各検出手段１６，１７の検出値がコントローラ１２に入力される。コントローラ１２は、エンジン回転センサ１６により検出された実際のエンジン回転速度と、アクセル開度センサ１７により検出された実際のアクセル開度とに基づいて、予め入力された燃料噴射マップ（メイン噴射マップ）から燃料の噴射量及び噴射時期を決定する。そして、コントローラ１２は、決定した燃料噴射量及び燃料噴射時期に従って各燃料噴射弁６に駆動信号を出力する。コモンレール式燃料噴射システムでは、燃料噴射弁６による燃料の噴射量及び噴射時期を高精度で制御することができるため、燃料の噴射量及び噴射時期の設定の自由度が高い。なお、「特許請求の範囲」における燃料噴射制御手段とは、本実施形態では、コントローラ１２を含むコモンレール式燃料噴射システム全体を包括したものを意味する。
【００２１】
本実施形態の内燃機関の吸排気弁開閉システムは、図には示されていないが、コントローラ１２から出力された電気信号に応じて吸排気弁を開閉制御する電磁式可変動弁システムが適用される。つまり、各吸排気弁には電磁式アクチュエータとしてのソレノイドが設けられており、このソレノイドをＯＮ／ＯＦＦすることで吸排気弁が任意の時期に開閉制御される。電磁式可変動弁システムによれば、吸排気弁の開閉時期を高精度かつ任意に制御することができるため、吸気及び排気弁の開閉時期の設定の自由度が高い。このような電磁式可変動弁システムは、例えば特許文献２にも記載されている。なお、「特許請求の範囲」における排気弁開閉制御手段とは、本実施形態ではコントローラ１２や、各排気弁のソレノイド等を包括したものを意味する。排気弁開閉制御手段は、後述する排気温度上昇制御を実行するとき以外は、通常、内燃機関の排気行程で排気弁を開弁する。
【００２２】
エンジンＥの各気筒の排気ポートは排気マニホールド２３を介して１本の集合排気管（排気通路）２４に接続され、その集合排気管２４の途中に排気ガスを浄化するための後処理装置３０が設けられる。本実施形態の後処理装置３０は、集合排気管２４に連続して形成されたケーシング３１内に配設され、排気ガス中のＨＣを酸化させるための酸化触媒３２と、酸化触媒３２よりも下流側に形成されたケーシング３５内に配設され、排気ガス中のＰＭを捕集して酸化除去する触媒付フィルタ３３とを備えた、所謂、連続再生型ＤＰＦと称されるものである。触媒付フィルタ３３は、例えばセラミック製のモノリスハニカム型ウォールフロータイプのフィルタや、セラミックや金属を繊維状にした繊維型フィルタなどにゼオライト等の触媒を担持させたものが用いられる。
【００２３】
排気ガスがＤＰＦ３０内を通過すると、まず酸化触媒３２の作用により排気ガス中のＨＣが酸化除去される。続いて、フィルタ３３で排気ガス中のＰＭが捕集され、触媒の作用によりその捕集されたＰＭが酸化除去される。
【００２４】
触媒付フィルタ３３には、触媒付フィルタ３３入口部の排気ガスの温度を検出するためのセンサ（排気温度検出手段）３４が設けられ、そのセンサ３４の検出値がコントローラ１２に送信される。
【００２５】
なお、図１ではエンジンＥの吸気管は省略されている。
【００２６】
さて、「従来の技術」の欄で説明したように、触媒の作用を利用するＤＰＦ３０は、ＤＰＦ３０を通過する排気ガスの温度（以下、単に排気温度という）が触媒の活性温度（例えば３００°）に達していなければ、触媒付フィルタ３３で捕集したＰＭを酸化除去することができず、自己再生することができない。
【００２７】
そこで、本実施形態の排気弁開閉制御手段は、排気温度検出手段３４により検出された排気温度が所定値（例えば３００°）よりも低いときに、膨張行程で排気弁を開弁して排気温度を少なくとも所定値まで上昇させる排気温度上昇制御を実行する。
【００２８】
これを図２を用いて説明する。
【００２９】
図２に示すように、排気弁開閉制御手段は、排気温度上昇制御を実行するときには、内燃機関の排気行程で行う通常のメイン排気とは別に、排気行程よりも前の膨張行程の途中で、排気ガスの一部を排気通路２４に排出するサブ排気を行う。つまり、一回の燃焼につき排気弁が２回開弁されることになる。このサブ排気によって、比較的高いエネルギを持った（つまり高温の）排気ガスが排気通路２４に排出されるため、当然排気温度が上昇する。従って、低負荷・低回転領域などでもＤＰＦ３０が自己再生でき、高い排気浄化効果を得ることができる。
【００３０】
なお、排気温度検出手段３４により検出された排気温度が所定値よりも高いときには、メイン排気のみが行われる。
【００３１】
サブ排気の開始時期（排気弁の開弁時期）と、排気期間又は終了時期（閉弁時期）とは、コントローラ１２に予め入力されたマップや演算式などから決定される。コントローラ１２は決定したサブ排気の開始時期及び排気期間に従って排気弁のソレノイドをＯＮ／ＯＦＦする。本実施形態では、サブ排気の開始時期及び排気期間は、上記燃料噴射マップにより決定される燃料の噴射時期及び噴射量とをパラメータとして決定される。
【００３２】
具体的に説明すると、燃料噴射弁６による燃料の噴射時期が遅いほど排気温度は高くなり、また、燃料の噴射量が多いほど排気温度は高くなる傾向にある。一方、サブ排気の開始時期が早いほど排気温度上昇効果は高くなり、また、サブ排気の排気期間が長いほど排気温度上昇効果は高くなる。以上のことから、燃料噴射時期が早いとき、および燃料噴射量が少ないときは、実際の排気温度と目標とする排気温度（触媒活性温度）との差が比較的大きいと考えられるので、サブ排気の開始時期は早めに設定され、排気期間は長めに設定される。逆に、燃料噴射時期が遅いとき、および燃料噴射量が多いときは、実際の排気温度と目標とする排気温度との差が比較的小さいと考えられるので、サブ排気の開始時期は遅めに設定され、排気期間は短めに設定される。
【００３３】
なお、サブ排気の開始時期及び排気期間（終了時期）は、排気温度検出手段３４により検出された実際の排気温度と目標とする排気温度との差に基づいて決定するようにしても良い。
【００３４】
さて、このように本実施形態の内燃機関によれば、非常にシンプルな構造で、排気温度を触媒の活性温度まで上昇させることができるのであるが、膨張行程で排気弁を開くため、燃焼室内の圧力が低下し、内燃機関の出力が低下することが考えられる。そこで、本実施形態の燃料噴射制御手段は、排気弁開閉制御手段が上述した排気温度上昇制御を実行するとき（サブ排気を行うとき）には、図２に示すように、通常のメイン噴射（上述した燃料噴射マップに従って実行される噴射）の噴射終了後、サブ排気の排気開始時期（排気弁の開弁時期）よりも前に、比較的小量のアフター噴射を実行する。このアフター噴射によって、サブ排気により生じる出力損失を補うことができる。結果として、内燃機関の出力は排気温度上昇制御の実行前後でほぼ同じに維持できる。
【００３５】
図３は本実施形態の内燃機関の概略的なＰ−Ｖ線図であり、ラインＬ１がサブ排気（排気温度上昇制御）及びアフター噴射を実行しない通常の運転状態を示している。
【００３６】
ここで、排気温度を上昇させるべくサブ排気を実行すると、膨張行程の途中で排気弁が開くため燃焼室内の圧力Ｐが低下し、その線図は点線Ｌ２で示すように変化する。従って、領域Ａの分だけ出力損失が生じる。言い換えれば、領域Ａのエネルギが排気温度上昇のために用いられる。そこで、サブ排気の排気開始時期よりも前にアフター噴射を実行することで、点線Ｌ３に示すようにシリンダ内の圧力Ｐが上昇する。これによって、アフター噴射を実行しない場合と比べて、領域Ｂの分だけ出力が増加する。この領域Ｂが領域Ａとほぼ等しくなるように、つまりアフター噴射により得られる出力がサブ排気により生じる出力損失とほぼ等しくなるように、アフター噴射の噴射量及び噴射時期を定めれば、内燃機関の出力をサブ排気の実行前と同等にできる。
【００３７】
アフター噴射の噴射量及び噴射時期は、サブ排気の開始時期及び排気期間（終了時期）をパラメータとするアフター噴射用マップとして予めコントローラ１２に入力される。コントローラ１２は、そのマップに従ってアフター噴射の噴射量及び噴射時期を決定し、燃料噴射弁６に駆動信号を出力する。
【００３８】
ここで、サブ排気の開始時期が早い、またサブ排気の排気期間が長いほどサブ排気による出力損失は大きくなる。一方、アフター噴射の噴射量を多く、また噴射時期（開始時期）を早くするほどアフター噴射により得られる出力は高くなる。従って、サブ排気の開始時期が早いとき、および排気期間が長いときは、アフター噴射の噴射量は多く（噴射期間を長く）、噴射時期は早く設定される。逆に、サブ排気の開始時期が遅いとき、および排気期間が短いときは、アフター噴射の噴射量は少なく（噴射期間を短く）、噴射開始時期は遅く設定される。
【００３９】
次に、図４を用いて排気弁及び排気弁開閉システムの他の実施形態を説明する。
【００４０】
本実施形態では、燃焼室５０に連通するメイン排気孔５１と、メイン排気孔５１から分岐して燃焼室５０に連通するサブ排気孔５２とがシリンダヘッド５３に形成される。そして、メイン排気孔５１内にメイン排気を行うためのメイン排気弁５４が設けられ、サブ排気孔５２内にサブ排気を行うためのサブ排気弁５５が設けられる。
【００４１】
メイン排気弁５４は、吸気弁５６と同様に、エンジンのクランク軸と連動するカムシャフト５７によって機械的に開閉される。一方、サブ排気弁５５には電磁式アクチュエータとしてのソレノイド５８が設けられる。コントローラ１２（図１参照）からの電気信号によりソレノイド５８がＯＮ／ＯＦＦされることで、サブ排気弁５５が任意の時期に開閉される。
【００４２】
排気温度が所定値よりも高い通常運転時は、ソレノイド５８が常時ＯＦＦとされ、サブ排気弁５５は常に閉となる。そして、排気温度上昇制御を実行するときには、ソレノイド５８がサブ排気の開始時期及び排気期間に合わせてＯＮ／ＯＦＦされ、サブ排気弁５５が開閉する。この形態によれば、コントローラ１２はサブ排気のみを制御するため、制御プログラムなどをシンプルにできる。
【００４３】
図４に示す排気弁開閉システムは、圧縮行程中にサブ排気弁５５を開弁して、排気ガスの一部を燃焼室５０内に戻す圧縮開放動弁システムとして知られているものと同様の構成である。圧縮開放動弁システムは例えば、特許文献３にも記載されている。本実施形態ではこの圧縮開放動弁システムを、膨張行程でサブ排気を行うために適用したものである。
【００４４】
本実施形態は以上説明した実施形態に限定されず、様々な変形例が考えられるものである。
【００４５】
例えば、排気弁を開閉させるカムとして、メイン排気のみを実行するシングルカムと、サブ排気＋メイン排気を実行するダブルカムとを設けておき、排気温度上昇制御の実行・非実行に応じて、排気弁の開閉に用いるカムを選択するようにしても良い。
【００４６】
また、排気ガスの温度をセンサ３４で検出する代わりに、燃料噴射弁６による燃料の噴射量及び噴射時期に基づいてマップから決定したり、あるいはそれら噴射量及び噴射時期に基づいて演算するようにしても良い。
【００４７】
また、アフター噴射の噴射量及び噴射時期を、マップではなく演算式から算出するようにしても良い。
【００４８】
また、後処理装置は上述したものに限定されず、触媒の作用を利用するものであれば、他のタイプの後処理装置でも良い。
【００４９】
また、排気温度上昇制御は、排気温度が所定値よりも低く、かつ触媒付フィルタ３３に捕集されたＰＭの量が一定量に達したときに実行するようにしても良い。
【００５０】
また、排気温度上昇制御において、膨張行程で行うサブ排気を２回以上行うようにしても良い。
【００５１】
更に、排気温度上昇制御において、排気弁の開閉をサブ排気とメイン排気とに分けて複数回行うのではなく、膨張行程から排気行程にかけて１回の排気を行うようにしても良い。
【００５２】
つまり、図５に示すように、マップから決定されたサブ排気の閉弁時期がメイン排気の開弁時期よりも遅くなった場合などは、膨張行程から排気行程にかけて比較的長期の排気を１回行う。つまり、排気弁の開弁時期を通常時よりも進角化して膨張行程とするのである。この場合も、通常のメイン噴射よりも後、かつ排気弁の開弁時期よりも前にアフター噴射を行うことで、膨張行程で排気弁を開弁することにより生じる出力損失を補うことができる。図５に示す排気温度上昇制御を行ったときの、Ｐ−Ｖ線図の概略を図６に示す。図中、領域Ａが膨張行程で排気弁を開弁することにより生じる出力損失であり、領域Ｂがアフター噴射により得られる出力上昇である。この領域Ａと領域Ｂとがほぼ等しくなるように、アフター噴射の噴射時期及び噴射量が設定される。
【００５３】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、シンプルな構造で排気温度を上昇させることができるという優れた効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るサブ排気、メイン排気、メイン噴射及びアフター噴射のタイミングを説明する図である。
【図３】図２の排気温度上昇制御を行ったときの、サブ排気による出力損失とアフター噴射による出力増加を説明するＰ−Ｖ線図である。
【図４】他の実施形態に係る排気弁開閉システムを示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係るサブ排気、メイン排気、メイン噴射及びアフター噴射のタイミングを説明する図である。
【図６】図５の排気温度上昇制御を行ったときの、サブ排気による出力損失とアフター噴射による出力増加を説明するＰ−Ｖ線図である。
【符号の説明】
６ 燃料噴射弁
７ コモンレール
１２ コントローラ
２４ 排気通路
３０ 後処理装置
３２ 酸化触媒
３３ 触媒付フィルタ
３４ 排気温度検出手段（センサ）
５４ メイン排気弁
５５ サブ排気弁
５８ 電磁式アクチュエータ
Ｅ 内燃機関[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal combustion engine provided with an exhaust gas aftertreatment device.
[0002]
[Prior art]
In diesel engines, the reduction of particulate matter (hereinafter referred to as PM), nitrogen oxides (NOx), HC, and the like contained in exhaust gas is a major issue, and various aftertreatment devices are used to reduce these. Proposed.
[0003]
For example, a so-called continuous regeneration type DPF (diesel particulate filter) is disposed on the downstream side of an oxidation catalyst for oxidizing HC in exhaust gas, and in the exhaust gas. A filter with a catalyst for collecting and oxidizing and removing PM is provided. In such a continuous regeneration type DPF, HC in exhaust gas is first oxidized and removed by an oxidation catalyst, and then PM in exhaust gas is collected by a filter with catalyst. The PM collected by the action of the catalyst carried on the filter is oxidized and removed to regenerate itself.
[0004]
By the way, in an aftertreatment device using the action of a catalyst such as this continuous regeneration type DPF, a sufficient exhaust purification effect is obtained unless the temperature of the exhaust gas reaches the activation temperature of the catalyst (for example, 300 ° or more). I can't. That is, when the exhaust gas temperature is low, such as immediately after starting the engine or during low-load running, the PM collected by the filter with catalyst cannot be removed by oxidation, and the filter may be clogged.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 07-174016 [Patent Document 2]
JP 10-37773 A [Patent Document 3]
JP-A-2002-349239 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, an apparatus has been proposed in which an exhaust throttle valve is provided in the exhaust passage, and when the exhaust temperature is low, exhaust gas is throttled by the exhaust throttle valve to raise the exhaust temperature (for example, Patent Document 1).
[0007]
However, this apparatus has a drawback that the structure is complicated.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to provide an internal combustion engine that can solve the above-described problems and can raise the exhaust gas temperature with a simpler structure.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention controls an aftertreatment device provided in an exhaust passage and provided with a catalyst, exhaust valve opening / closing control means for arbitrarily opening and closing an exhaust valve, and fuel injection timing and injection amount. Fuel injection control means, and when the temperature of the exhaust gas passing through the aftertreatment device is lower than a predetermined value, the exhaust valve opening / closing control means increases the temperature of the exhaust gas to at least the predetermined value. The exhaust valve is opened during the expansion stroke, and the fuel injection control means executes after injection after the normal main injection and before the opening timing of the exhaust valve. The injection timing and the injection amount are set so that the output obtained by the after injection becomes substantially equal to the output loss caused by opening the exhaust valve during the expansion stroke.
[0010]
Here, when the temperature of the exhaust gas passing through the aftertreatment device is lower than a predetermined value, the exhaust valve opening / closing control means performs the sub exhaust for increasing the exhaust gas temperature during the expansion stroke and the exhaust stroke. The exhaust valve may be opened a plurality of times separately from normal main exhaust.
[0011]
The exhaust valve may include a sub exhaust valve that performs the sub exhaust and a main exhaust valve that performs the main exhaust.
[0012]
Further, when the temperature of the exhaust gas passing through the post-treatment device is lower than a predetermined value, the exhaust valve opening / closing control means advances the opening timing of the exhaust valve from the normal time to obtain an expansion stroke. You may do it.
[0013]
The exhaust valve opening / closing control means may include an electromagnetic actuator that controls opening / closing of the exhaust valve in accordance with an electrical signal.
[0014]
The fuel injection control means may include a common rail fuel injection system.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0016]
FIG. 1 is a schematic view of the internal combustion engine of the present embodiment.
[0017]
The internal combustion engine of the present embodiment includes a common rail fuel injection system. This fuel injection system includes a supply pump 5 for supplying fuel from a fuel tank (not shown) to a common rail 7 and a plurality of fuel injection valves that are connected to the common rail 7 and inject fuel into the combustion chamber of each cylinder of the engine E ( Injector) 6.
[0018]
The supply pump 5 is a pressure regulating pump capable of adjusting the discharge pressure, and the discharge pressure is controlled by the controller 12.
[0019]
The common rail 7 is provided with a pressure sensor 11. The fuel pressure in the common rail 7 is detected by the pressure sensor 11, and the detected value is input to the controller 12.
[0020]
Each fuel injection valve 6 is connected to a controller 12 and is controlled (driven) by a drive signal output from the controller 12. The controller 12 is connected to detection means such as an engine rotation sensor 16 that detects the rotational speed of the engine E, an accelerator opening sensor 17 that detects the accelerator opening (engine load) of the vehicle, and the like. 17 detected values are input to the controller 12. Based on the actual engine rotation speed detected by the engine rotation sensor 16 and the actual accelerator opening detected by the accelerator opening sensor 17, the controller 12 inputs a fuel injection map (main injection map) input in advance. From this, the fuel injection amount and injection timing are determined. Then, the controller 12 outputs a drive signal to each fuel injection valve 6 according to the determined fuel injection amount and fuel injection timing. In the common rail fuel injection system, since the fuel injection amount and injection timing by the fuel injection valve 6 can be controlled with high accuracy, the degree of freedom in setting the fuel injection amount and injection timing is high. In the present embodiment, the fuel injection control means in the “Claims” means that which includes the entire common rail fuel injection system including the controller 12.
[0021]
Although the intake / exhaust valve opening / closing system for the internal combustion engine of the present embodiment is not shown in the figure, an electromagnetic variable valve system for opening / closing the intake / exhaust valve in accordance with an electric signal output from the controller 12 is applied. The That is, each intake / exhaust valve is provided with a solenoid as an electromagnetic actuator, and the intake / exhaust valve is controlled to open / close at any time by turning the solenoid on / off. According to the electromagnetic variable valve system, the opening / closing timing of the intake / exhaust valves can be arbitrarily controlled with high accuracy, and therefore the degree of freedom in setting the opening / closing timings of the intake and exhaust valves is high. Such an electromagnetic variable valve system is also described in Patent Document 2, for example. In the present embodiment, the exhaust valve opening / closing control means in “Claims” means a device including the controller 12 and solenoids of the exhaust valves. The exhaust valve opening / closing control means normally opens the exhaust valve during the exhaust stroke of the internal combustion engine except when exhaust gas temperature increase control described later is executed.
[0022]
The exhaust port of each cylinder of the engine E is connected to one collective exhaust pipe (exhaust passage) 24 through an exhaust manifold 23, and a post-processing device 30 for purifying exhaust gas is disposed in the middle of the collective exhaust pipe 24. Provided. The post-treatment device 30 of the present embodiment is disposed in a casing 31 formed continuously with the collective exhaust pipe 24, and an oxidation catalyst 32 for oxidizing HC in the exhaust gas, and downstream of the oxidation catalyst 32. This is a so-called continuous regeneration type DPF, which is provided in a casing 35 formed on the side and includes a filter 33 with a catalyst that collects PM in exhaust gas and oxidizes and removes it. As the filter with catalyst 33, for example, a monolith honeycomb type wall flow type filter made of ceramic, a fiber type filter in which ceramic or metal is made into a fiber, or the like, a catalyst such as zeolite is supported.
[0023]
When the exhaust gas passes through the DPF 30, HC in the exhaust gas is first oxidized and removed by the action of the oxidation catalyst 32. Subsequently, PM in the exhaust gas is collected by the filter 33, and the collected PM is oxidized and removed by the action of the catalyst.
[0024]
The catalyst-equipped filter 33 is provided with a sensor (exhaust temperature detecting means) 34 for detecting the temperature of the exhaust gas at the inlet of the catalyst-equipped filter 33, and the detection value of the sensor 34 is transmitted to the controller 12.
[0025]
In FIG. 1, the intake pipe of the engine E is omitted.
[0026]
Now, as explained in the section of “Prior Art”, in the DPF 30 that uses the action of the catalyst, the temperature of the exhaust gas that passes through the DPF 30 (hereinafter simply referred to as the exhaust temperature) is the catalyst activation temperature (for example, 300 °). If not, PM collected by the filter 33 with catalyst cannot be oxidized and removed and cannot be self-regenerated.
[0027]
Therefore, the exhaust valve opening / closing control means of the present embodiment opens the exhaust valve during the expansion stroke when the exhaust temperature detected by the exhaust temperature detection means 34 is lower than a predetermined value (for example, 300 °). Exhaust temperature rise control is performed to raise the at least to a predetermined value.
[0028]
This will be described with reference to FIG.
[0029]
As shown in FIG. 2, the exhaust valve opening / closing control means, when executing the exhaust gas temperature increase control, separates from the normal main exhaust performed in the exhaust stroke of the internal combustion engine, during the expansion stroke before the exhaust stroke, Sub-exhaust for discharging a part of the exhaust gas to the exhaust passage 24 is performed. That is, the exhaust valve is opened twice for each combustion. Due to this sub exhaust, exhaust gas having relatively high energy (that is, high temperature) is discharged to the exhaust passage 24, so that the exhaust temperature naturally increases. Accordingly, the DPF 30 can self-regenerate even in a low load / low rotation region, and a high exhaust purification effect can be obtained.
[0030]
When the exhaust temperature detected by the exhaust temperature detecting means 34 is higher than a predetermined value, only main exhaust is performed.
[0031]
The sub-exhaust start timing (exhaust valve opening timing) and the exhaust period or end timing (valve closing timing) are determined from a map or an arithmetic expression input in advance to the controller 12. The controller 12 turns on / off the solenoid of the exhaust valve according to the determined sub-exhaust start timing and exhaust period. In the present embodiment, the sub-exhaust start timing and the exhaust period are determined using the fuel injection timing and the injection amount determined by the fuel injection map as parameters.
[0032]
More specifically, the exhaust temperature tends to increase as the fuel injection timing of the fuel injection valve 6 is delayed, and the exhaust temperature tends to increase as the fuel injection amount increases. On the other hand, the earlier the start timing of the sub exhaust, the higher the exhaust temperature increasing effect, and the longer the sub exhaust time, the higher the exhaust temperature increasing effect. From the above, when the fuel injection timing is early and when the fuel injection amount is small, the difference between the actual exhaust temperature and the target exhaust temperature (catalytic activation temperature) is considered to be relatively large. The start time is set earlier, and the exhaust period is set longer. Conversely, when the fuel injection timing is late and when the amount of fuel injection is large, the difference between the actual exhaust temperature and the target exhaust temperature is considered to be relatively small. The exhaust period is set shorter.
[0033]
The start time and the exhaust period (end time) of the sub exhaust may be determined based on the difference between the actual exhaust temperature detected by the exhaust temperature detection means 34 and the target exhaust temperature.
[0034]
As described above, according to the internal combustion engine of the present embodiment, the exhaust temperature can be raised to the activation temperature of the catalyst with a very simple structure. However, since the exhaust valve is opened in the expansion stroke, It is conceivable that the output pressure of the internal combustion engine decreases due to a decrease in the pressure of the engine. Therefore, when the exhaust valve opening / closing control means executes the above-described exhaust temperature increase control (when sub-exhaust is performed), the fuel injection control means of the present embodiment performs normal main injection ( After the injection of the injection executed according to the above-described fuel injection map), a relatively small amount of after-injection is executed before the sub-exhaust exhaust start timing (exhaust valve opening timing). This after-injection can compensate for the output loss caused by the sub exhaust. As a result, the output of the internal combustion engine can be maintained substantially the same before and after the execution of the exhaust gas temperature increase control.
[0035]
FIG. 3 is a schematic PV diagram of the internal combustion engine of the present embodiment, and shows a normal operating state in which the line L1 does not execute sub exhaust (exhaust temperature rise control) and after injection.
[0036]
Here, when sub-exhaust is executed to raise the exhaust temperature, the exhaust valve opens during the expansion stroke, so the pressure P in the combustion chamber decreases, and the diagram changes as shown by the dotted line L2. Therefore, an output loss is generated for the region A. In other words, the energy in region A is used to raise the exhaust gas temperature. Therefore, by performing after injection before the exhaust start timing of the sub exhaust, the pressure P in the cylinder increases as shown by the dotted line L3. As a result, the output is increased by an amount corresponding to the region B as compared with the case where the after injection is not executed. If the injection amount and the injection timing of the after injection are determined so that the region B is substantially equal to the region A, that is, the output obtained by the after injection is substantially equal to the output loss caused by the sub exhaust, The output can be made the same as before the sub exhaust.
[0037]
The injection amount and the injection timing of the after injection are input in advance to the controller 12 as an after injection map using the start timing and the exhaust period (end timing) of the sub exhaust as parameters. The controller 12 determines the injection amount and injection timing of after injection according to the map, and outputs a drive signal to the fuel injection valve 6.
[0038]
Here, the output loss due to the sub exhaust increases as the start timing of the sub exhaust becomes earlier and the exhaust period of the sub exhaust becomes longer. On the other hand, the output obtained by after-injection becomes higher as the injection amount of after-injection is increased and the injection timing (start timing) is advanced. Therefore, when the start timing of the sub exhaust is early and when the exhaust period is long, the amount of after injection is large (the injection period is long), and the injection timing is set early. Conversely, when the sub-exhaust start timing is late and when the exhaust period is short, the after-injection amount is small (the injection period is short), and the injection start timing is set late.
[0039]
Next, another embodiment of the exhaust valve and the exhaust valve opening / closing system will be described with reference to FIG.
[0040]
In the present embodiment, a main exhaust hole 51 communicating with the combustion chamber 50 and a sub exhaust hole 52 branched from the main exhaust hole 51 and communicating with the combustion chamber 50 are formed in the cylinder head 53. A main exhaust valve 54 for performing main exhaust is provided in the main exhaust hole 51, and a sub exhaust valve 55 for performing sub exhaust is provided in the sub exhaust hole 52.
[0041]
As with the intake valve 56, the main exhaust valve 54 is mechanically opened and closed by a camshaft 57 that interlocks with the crankshaft of the engine. On the other hand, the sub exhaust valve 55 is provided with a solenoid 58 as an electromagnetic actuator. The sub exhaust valve 55 is opened and closed at an arbitrary timing by turning the solenoid 58 ON / OFF by an electric signal from the controller 12 (see FIG. 1).
[0042]
During normal operation in which the exhaust temperature is higher than a predetermined value, the solenoid 58 is always OFF and the sub exhaust valve 55 is always closed. When the exhaust temperature increase control is executed, the solenoid 58 is turned on / off in accordance with the start timing and the exhaust period of the sub exhaust, and the sub exhaust valve 55 is opened and closed. According to this embodiment, since the controller 12 controls only the sub exhaust, the control program can be simplified.
[0043]
The exhaust valve opening / closing system shown in FIG. 4 is the same as that known as a compression opening valve system that opens the sub exhaust valve 55 during the compression stroke and returns a part of the exhaust gas into the combustion chamber 50. It is a configuration. A compression release valve operating system is also described in Patent Document 3, for example. In this embodiment, this compression / release valve operating system is applied to perform sub exhaust in the expansion stroke.
[0044]
The present embodiment is not limited to the embodiment described above, and various modifications can be considered.
[0045]
For example, as a cam for opening and closing the exhaust valve, a single cam that performs only main exhaust and a double cam that performs sub exhaust + main exhaust are provided, and the exhaust valve is controlled depending on whether exhaust temperature rise control is performed or not. You may make it select the cam used for opening and closing.
[0046]
Further, instead of detecting the temperature of the exhaust gas by the sensor 34, it is determined from the map based on the fuel injection amount and the injection timing by the fuel injection valve 6, or is calculated based on the injection amount and the injection timing. May be.
[0047]
Further, the injection amount and injection timing of after injection may be calculated from an arithmetic expression instead of a map.
[0048]
Further, the post-treatment device is not limited to the above-described one, and other types of post-treatment devices may be used as long as they utilize the action of the catalyst.
[0049]
Further, the exhaust gas temperature increase control may be executed when the exhaust gas temperature is lower than a predetermined value and the amount of PM collected by the catalyst-equipped filter 33 reaches a certain amount.
[0050]
Further, in the exhaust temperature increase control, the sub exhaust performed in the expansion stroke may be performed twice or more.
[0051]
Further, in the exhaust temperature rise control, the exhaust valve may be opened and closed once for the expansion stroke and the exhaust stroke, instead of performing the opening and closing of the exhaust valve separately for the sub exhaust and the main exhaust.
[0052]
That is, as shown in FIG. 5, when the closing timing of the sub exhaust determined from the map is later than the opening timing of the main exhaust, etc., a relatively long-term exhaust is performed once from the expansion stroke to the exhaust stroke. Do. That is, the opening timing of the exhaust valve is advanced from the normal time to obtain an expansion stroke. Also in this case, the output loss caused by opening the exhaust valve in the expansion stroke can be compensated by performing the after injection after the normal main injection and before the opening timing of the exhaust valve. FIG. 6 shows an outline of the PV diagram when the exhaust gas temperature increase control shown in FIG. 5 is performed. In the figure, region A is an output loss caused by opening the exhaust valve in the expansion stroke, and region B is an output increase obtained by after-injection. The injection timing and the injection amount of the after injection are set so that the region A and the region B are substantially equal.
[0053]
【The invention's effect】
In short, according to the present invention, an excellent effect that the exhaust temperature can be raised with a simple structure is exhibited.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating timings of sub exhaust, main exhaust, main injection, and after injection according to an embodiment of the present invention.
3 is a PV diagram illustrating output loss due to sub-exhaust and output increase due to after-injection when the exhaust gas temperature increase control of FIG. 2 is performed. FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an exhaust valve opening / closing system according to another embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating timings of sub exhaust, main exhaust, main injection, and after injection according to another embodiment of the present invention.
6 is a PV diagram illustrating output loss due to sub exhaust and output increase due to after-injection when the exhaust gas temperature increase control in FIG. 5 is performed. FIG.
[Explanation of symbols]
6 Fuel injection valve 7 Common rail 12 Controller 24 Exhaust passage 30 Aftertreatment device 32 Oxidation catalyst 33 Filter with catalyst 34 Exhaust temperature detection means (sensor)
54 Main exhaust valve 55 Sub exhaust valve 58 Electromagnetic actuator E Internal combustion engine
