内燃機関の排気浄化システム
【課題】エンジン始動直後などの暖機運転時において、エンジンの安定燃焼を確保しつつ、ＨＣ排出量の増加を抑制し、早期に排気浄化装置の昇温を図ることができる内燃機関の排気浄化システムを提供すること。
【解決手段】エンジン（１）に供給される空気流量を低減することでエンジン（１）から排出される排気ガスの昇温を図る空気流量制御手段（５０）と、空気流量制御手段（５０）が作動するタイミングを制御する作動タイミング制御手段（５２）とを有し、作動タイミング制御手段（５２）は、空気流量制御手段（５０）が作動してエンジン（１）に供給される空気流量が低減されても、エンジン（１）の燃焼状態が不安定とならないように、空気流量制御手段（５０）が作動するタイミングを制御するように構成されている。
【解決手段】エンジン（１）に供給される空気流量を低減することでエンジン（１）から排出される排気ガスの昇温を図る空気流量制御手段（５０）と、空気流量制御手段（５０）が作動するタイミングを制御する作動タイミング制御手段（５２）とを有し、作動タイミング制御手段（５２）は、空気流量制御手段（５０）が作動してエンジン（１）に供給される空気流量が低減されても、エンジン（１）の燃焼状態が不安定とならないように、空気流量制御手段（５０）が作動するタイミングを制御するように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＯＣ、ＤＰＦ、ＳＣＲなどの排気浄化装置を備えた内燃機関の排気浄化システムに関し、詳しくは、エンジン始動直後などの暖機運転時において、早期に排気浄化装置を昇温させるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化触媒（ＤＯＣ）、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）、選択的還元触媒（ＳＣＲ）などの排気浄化装置は、所定以上の温度環境にならないと浄化機能が十分に発揮されない。例えば、図１８は、窒素酸化物（ＮＯＸ）を還元して浄化するＳＣＲ装置において、ＳＣＲ触媒担体温度、ＳＣＲ入出口におけるＮＯＸ濃度、およびエンジン運転時間との関係を示した図である。この図１８からも分かるように、ＳＣＲ装置の触媒担体温度が活性温度に達するまでの間は、ＳＣＲ出口のＮＯＸ濃度が相対的に高くなっており、ＳＣＲ装置によるＮＯＸ浄化機能が十分に発揮されていないことが分かる。よって、エンジン始動直後などの暖機運転時において、早期に排気浄化が行われるようにするためには、ＳＣＲ装置などの排気浄化装置を早期に昇温する必要がある。
【０００３】
従来、排気浄化装置を早期に昇温するために、燃料を噴射するタイミングを変更することや、可変過給機や吸気スロットルを制御してエンジンに供給される空気流量を制御（低減）することが行われている。例えば、特許文献１には、燃料を噴射するタイミングを変更する噴射タイミング制御の一例が開示されている。また特許文献２には、エンジンに供給される空気流量を制御（低減）する空気流量制御の一例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−６５１２１号公報
【特許文献２】特許第３９７２６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した排気浄化装置の早期昇温技術の中で、空気流量制御は昇温効果が比較的大きいものである。しかしながら、エンジンに供給する空気流量を制御（低減）すると、気筒内の圧力が低下するため、暖機運転時の早い時期に空気流量制御を実施すると、エンジンの燃焼が不安定となる場合がある。
【０００６】
図１９は、従来技術において、空気流量制御を開始するタイミングと、エンジン燃焼状態との関係を説明するための図である。エンジン燃焼状態の安定／不安定は、燃料の噴射タイミングにおける気筒内温度（Ｔｃｙｌ）と気筒内圧力（Ｐｃｙｌ）によって評価することができ、気筒内の温度および圧力が高いほど、エンジンの燃焼状態が安定していると評価することができる。そして図１９に示すように、エンジン始動直後のまだエンジンの燃焼状態が不安定な状態において、すぐに空気流量制御（ｉｉ）を実施すると、エンジンの燃焼状態がより不安定になってしまう。また、空気流量制御（ｉｉ）に先立って噴射タイミング制御（ｉ）を実施して気筒内を昇温した場合でも、気筒内の昇温が不十分だと、空気流量制御（ｉｉ´）によって気筒内の圧力が低下し、エンジンの燃焼状態が不安定になってしまう。
【０００７】
エンジンの燃焼状態が不安定になると、炭化水素（ＨＣ）排出量が増加するとともに、最悪の場合には、失火に至ってエンジンが停止してしまう。排気ガスに対する規制が年々厳しくなる中、エンジン始動直後などの暖機運転時において、エンジンの安定燃焼を確保しつつ、早期に排気浄化装置の昇温を図ることのできる排気浄化システムの開発が強く望まれている。
【０００８】
本発明はこのような従来技術の課題に鑑みなされた発明であって、エンジン始動直後などの暖機運転時において、エンジンの安定燃焼を確保しつつ、ＨＣ排出量の増加を抑制し、早期に排気浄化装置の昇温を図ることができる内燃機関の排気浄化システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、
本発明の内燃機関の排気浄化システムは、
エンジンと、該エンジンから排出される排気ガスが通過する排気通路と、該排気通路に設置された排気浄化装置とを備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、
前記エンジンに供給される空気流量を低減することで前記エンジンから排出される排気ガスの昇温を図る空気流量制御手段と、該空気流量制御手段が作動するタイミングを制御する作動タイミング制御手段とを有し、
前記作動タイミング制御手段は、前記空気流量制御手段が作動して前記エンジンに供給される空気流量が低減されても、前記エンジンの燃焼状態が不安定とならないように、前記空気流量制御手段が作動するタイミングを制御するように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
このように本発明では、空気流量制御手段が作動してエンジンに供給される空気流量が低減されても、エンジンの燃焼状態が不安定とならないように、空気流量制御手段が作動するタイミングを作動タイミング制御手段によって制御している。空気流量制御は昇温効果が大きいものの、エンジンの燃焼を不安定にする恐れがあるとの欠点があったが、本発明によれば、エンジンの安定燃焼を確保しつつ、ＨＣ排出量の増加を抑制し、早期に排気浄化装置の昇温を図ることができる内燃機関の排気浄化システムとすることができる。
【００１１】
上記発明において、
前記作動タイミング制御手段は、エンジンの始動から所定時間が経過した後に、前記空気流量制御手段を作動させるように構成されており、当該所定時間は、前記エンジンのエンジン回転数および燃料噴射量と対応して算出される。この際、前記所定時間は、前記エンジンが作動している状態における外気温および大気圧の少なくともいずれか一つに対応して補正されることが望ましい。
【００１２】
このような本発明によれば、エンジン始動直後における排気浄化装置の昇温と、ＨＣ排出量の増加抑制とを、簡易的な方法で制御することができる。またこの際、外気温および／または大気圧に応じて、空気流量制御手段が作動するまでの所定時間を補正することで、外気温や大気圧に応じて精度よく空気流量制御手段を作動させるタイミングを決定することができる。
【００１３】
また上記発明において、
前記作動タイミング制御手段は、前記エンジンを冷却するエンジン冷却水もしくは前記エンジン内部を通過する潤滑油の温度が閾値以上になった場合に、前記空気流量制御手段を作動させるように構成することができる。この際、前記冷却水温度もしくは潤滑油温度の閾値は、前記エンジンが作動している状態における外気温および大気圧の少なくともいずれか一つに対応して補正されることが望ましい。
【００１４】
このような本発明によれば、エンジン冷却水もしくは潤滑油の温度からエンジンの燃焼状態を把握することで、空気流量制御手段が作動するタイミングを制御することができる。よって、エンジンの安定燃焼を確保しつつ、早期に排気浄化装置の昇温を図ることができる。またこの際、外気温および／または大気圧に応じて冷却水温度もしくは潤滑油温度の閾値を補正することで、外気温や大気圧に応じて精度よく空気流量制御手段を作動させるタイミングを決定することができる。
【００１５】
また上記発明において、
前記作動タイミング制御手段は、前記エンジンの気筒内の温度および圧力を推定し、該推定された気筒内の温度および圧力に基づいて、前記空気流量制御手段が作動するタイミングを制御するように構成することができる。
【００１６】
このような本発明によれば、空気流量制御を実施した後のエンジンの燃焼状態を精度よく推定した上で、空気流量制御手段が作動するタイミングを制御するため、エンジンの安定燃焼を確保しつつ、早期に排気浄化装置の昇温を図ることができる。
【００１７】
また上記発明において、
前記作動タイミング制御手段は、前記エンジンの気筒内の圧力を測定する気筒内圧測定手段を有しており、該気筒内圧測定手段によって測定された気筒内の圧力に基づいて、前記空気流量制御手段が作動するタイミングを制御するように構成することができる。
【００１８】
このような本発明によれば、気筒内圧測定手段によって気筒内圧を直接測定することで、エンジンの燃焼安定性を直接的に把握しながら、空気流量制御手段の作動タイミングを制御することができる。よって、エンジンの燃焼状態をリアルタイムで計測しながら空気流量制御を実施することができるため、エンジンの安定燃焼を確保しつつ、早期に排気浄化装置の昇温を図ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、エンジン始動直後などの暖機運転時において、エンジンの安定燃焼を確保しつつ、ＨＣ排出量の増加を抑制し、早期に排気浄化装置の昇温を図ることができる内燃機関の排気浄化システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の排気浄化システムを備えたディーゼルエンジンの全体構成図である。
【図２】本発明の空気流量制御手段を示したブロック図である。
【図３】第１の実施形態を説明するための概念図である。
【図４】空気流量制御を開始する時間（所定時間：ｔ１）を算出するためのマップであり、（Ａ）は標準マップ、（Ｂ）は気温補正マップ、（Ｃ）は気圧補正マップである。
【図５】第１の実施形態において、空気流量制御を開始する時間（所定時間：ｔ１）の算出方法を示したブロック図である。
【図６】第１の実施形態における制御フロー図である。
【図７】第２の実施形態を説明するための概念図である。
【図８】第２の実施形態における標準マップ、温度補正マップ、気圧補正マップを説明するための図である。
【図９】第２の実施形態において、所定の冷却水温度（ｔｗ１）の算出方法を示したブロック図である。
【図１０】第２の実施形態における制御フロー図である。
【図１１】第３の実施形態を説明するための概念図である。
【図１２】第３の実施形態において、安定燃焼可否の判断方法を示したブロック図である。
【図１３】第３の実施形態における制御フロー図である。
【図１４】第４の実施形態を説明するための概念図である。
【図１５】第４の実施形態における制御フロー図である。
【図１６】第４の実施形態の変形例を説明するための図である。
【図１７】第４の実施形態の変形例における制御フロー図である。
【図１８】ＳＣＲ装置の触媒担体温度、ＳＣＲ入出口におけるＮＯＸ濃度、および運転時間との関係を示した図である。
【図１９】従来技術において、空気流量制御を開始するタイミングと、エンジン燃焼状態との関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限り、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２２】
図１は、本発明の内燃機関の排気浄化システムを備えたディーゼルエンジンの全体構成図である。まず、図１を参照して、本発明の内燃機関の排気浄化装置の全体構成について説明する。
【００２３】
図１に示すように、本発明の排気浄化システムを備えたディーゼルエンジンは、エンジン１、排気通路３、給気通路１３、可変ターボ過給機１１、コモンレール燃料噴射装置１８、ＥＧＲ管２３などの各種装置・配管、酸化触媒（ＤＯＣ装置）５、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ装置）７、選択的還元触媒（ＳＣＲ装置）９などの各種排気浄化装置、およびこれらを制御するエンジンコントローラユニット（ＥＣＵ）１９と各種センサなどから構成されている。
【００２４】
エンジン１の下流側には排気通路３が接続されており、排気通路３には、ＤＯＣ装置５およびＤＰＦ装置７が設けられている。ＤＯＣ装置５は、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化除去するとともに、排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ２）を生成する機能を有する。ＤＰＦ装置７は、ＤＯＣ装置５の下流側に設けられ、排気ガス中に含まれるススなどの排気微粒子（ＰＭ）をフィルタで捕集し、排気ガスから除去する装置である。
【００２５】
また、ＤＰＦ装置７の下流側には尿素水噴射装置８が設けられ、該尿素水噴射装置８の直下流にはＳＣＲ装置９が設けられている。尿素水噴射装置８は、ＥＣＵ１９からの制御信号に基づいて、尿素水タンク８ｂに貯留されている尿素水を噴射ノズル８ａから排気通路３に向けて噴射する。排気通路３に噴射された尿素水は、排気ガス２７の熱により加水分解されてアンモニア（ＮＨ３）を生成し、この生成されたアンモニア（ＮＨ３）が還元剤となって、ＳＣＲ装置９において排気ガス２７に含まれるＮＯＸの還元が行われる。
【００２６】
これらＤＯＣ装置５およびＳＣＲ装置９において排気ガスの浄化を進行させるためには、ＤＯＣ装置５およびＳＣＲ装置９に担持されている触媒を活性温度以上に加熱する必要がある。また、ＤＰＦ装置７において、フィルタに捕集されたＰＭを除去してフィルタを再生するためには、ＤＰＦ装置７を所定以上の温度に加熱する必要がある。すなわち、これら排気浄化装置において十分な浄化機能が発揮されるためには、排気浄化装置を所定以上の温度に加熱する必要がある。本発明の内燃機関の排気浄化システムでは、これら排気浄化装置の昇温を図る手段として、後述する空気流量制御手段５０を有している。
【００２７】
一方、エンジン１の上流側には、給気通路１３が接続されている。そして、給気通路１３と排気通路３との間には、可変ターボ過給機１１が設けられている。この可変ターボ過給機１１は、排気通路３に配置されている排気タービン１１ｂと、給気通路１３に配置されているコンプレッサ１１ａとを有しており、該コンプレッサ１１ａは排気タービン１１ｂによって同軸駆動されるようになっている。また、この可変ターボ過給機１１は、ＥＣＵ１９からの制御信号に基づいて、可変ノズルベーン（不図示）の開度や、ウエストゲートバルブ（不図示）の開度が調整されることで、コンプレッサ１１ａから吐出される空気２６の流量を制御できるようになっている。
【００２８】
また、給気通路１３にはインタークーラ１５および給気スロットルバルブ１７が設けられている。そして、コンプレッサ１１ａから吐出された空気２６は、インタークーラ１５で冷却された後、給気スロットバルブ１７を通過して、エンジン１の各気筒内の燃焼室１ａに流入するようになっている。この際、給気スロットルバルブ１７は、ＥＣＵ１９からの制御信号に基づいてその開度が調整されることで、エンジン１に供給される給気流量を制御するようになっている。
【００２９】
また、エンジン１には、燃焼室１ａに燃料を噴射するコモンレール燃料噴射装置１８が設けられている。このコモンレール燃料噴射装置１８は、ＥＣＵ１９からの制御信号に基づいて、噴射時期および噴射量が制御されるようになっている。後述する噴射タイミング制御は、ＥＣＵ１９からの制御信号に基づき、コモンレール燃料噴射装置１８から燃焼室１ａに噴射する燃料の噴射量および噴射時期を、通常運転モードとは異なるように制御することで行われる。
【００３０】
また、排気通路３の排気タービン１１ｂの上流側よりＥＧＲ管２３が分岐し、給気スロットルバルブ１７の下流側に接続している。また、ＥＧＲ管２３には、ＥＧＲクーラ２４とともに、ＥＧＲバルブ２５が配置されている。そして、ＥＧＲバルブ２５を開閉制御することにより、エンジン１から排出された排気ガス２７の一部が、ＥＧＲ管２３を通ってエンジン１を再循環するようになっている。
【００３１】
エンジン１から排出された排気ガス２７は、排気通路３を通って、上述した排気タービン１１ｂを駆動してコンプレッサ１１ａを同軸駆動させる。そして、排気通路３を通過し、上述したＤＯＣ装置５、ＤＰＦ装置７、ＳＣＲ装置９を通過する。また、給気通路１３には、コンプレッサ１１ａへ流入する空気流量を検出するエアフローメータ３１が配置されており、該エアフローメータ３１にて測定された給気流量に関する信号が、ＥＣＵ１９へと入力されるようになっている。
【００３２】
また、排気通路３には、ＤＯＣ入口温度センサ３５、ＤＰＦ入口圧力センサ３６、ＤＰＦ入口温度センサ３７、ＤＰＦ差圧センサ３８、およびＤＰＦ出口温度センサ３９が配置されている。そして、これらセンサ類で測定されたＤＯＣ入口温度、ＤＰＦ入口温度、ＤＰＦ出口温度などに関する信号が、ＥＣＵ１９へと入力されるようになっている。また、ＳＣＲ装置９の下流側にも、ＳＣＲ出口温度センサ３３およびＮＯＸセンサ３４が配置されている。そして、これらＳＣＲ出口温度センサ３３およびＮＯＸセンサ３４で測定されたＳＣＲ装置９の下流側における温度およびＮＯＸ濃度に関する信号が、ＥＣＵ１９へと入力されるようになっている。
【００３３】
また、給気スロットルバルブ１７の下流側には、給気温度センサ４１および給気圧力センサ４３が配置されている。そして、該給気温度センサ４１にて測定された給気温度、および該給気圧力センサ４３で測定された給気圧力に関する信号が、ＥＣＵ１９へと入力されるようになっている。そして、ＥＣＵ１９において、これら給気温度、給気圧力などに基づいて最適なＥＧＲ量を算出することで、上述したＥＧＲバルブ２５の開閉制御が行われるようになっている。
【００３４】
また、ＥＣＵ１９では、不図示のクランクセンサ、カムセンサ、アクセルセンサ、スロットルセンサ等の各種センサからの入力信号を基に、エンジン回転数および燃料噴射量が算出されるようになっている。また、エンジン１の周囲には不図示の冷却水通路が形成されるとともに、該冷却水通路を流れるエンジン冷却水の水温を測定する冷却水温度測定手段（不図示）が配置されている。
【００３５】
ＥＣＵ１９は、中央処理装置（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、およびＩ／Ｏインターフェイスなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。上述したセンサ類からの各種信号は、Ｉ／Ｏインターフェイスを介してＣＰＵに入力される。ＣＰＵでは、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムに従って、各種制御を実行するように構成されている。そして、図１に示すように、該ＥＣＵ１９によって、本発明の空気流量制御手段５０、および作動タイミング制御手段５２が構成されている。
【００３６】
図２は、本発明の空気流量制御手段５０を示したブロック図である。本実施形態の空気流量制御手段５０は、作動タイミング制御手段５２からの指令に基づいて、上述した給気スロットル１７および可変ターボ過給機１１の開度を制御し、エンジン１に供給される空気流量を制御（低減）することができるように構成されている。なお、本発明の空気流量制御手段５０は、必ずしも給気スロットル１７および可変ターボ過給機１１の両方を制御するように構成されていなくともよく、エンジン１に供給される空気流量を制御（低減）することが可能であれば、いずれか一方だけを制御するように構成されていてもよいものである。
【００３７】
空気流量制御は昇温効果が高く、エンジン始動直後などの暖機運転時において、排気浄化装置の早期の昇温を図る上で極めて有効である。その一方、上述した図１９において説明したように、空気流量制御を行うと気筒内の圧力が低下するため、エンジン始動後のあまり早いタイミングで空気流量制御を実施すると、エンジンの燃焼状態が不安定になってしまう。
【００３８】
このため本発明では、作動タイミング制御手段５２によって空気流量制御手段５０が作動するタイミングを制御することで、空気流量制御が実施されても、エンジン１の燃焼状態が不安定とならないように構成されている。
以下、本発明の作動タイミング制御手段５２の実施形態について、具体的に説明する。
【００３９】
＜第１の実施形態＞
図３は、第１の実施形態を説明するための概念図であり、図３（Ａ）は、空気流量制御を開始するタイミングとエンジン燃焼状態との関係を示した図、図３（Ｂ）は、エンジン運転時間と、ＳＣＲ触媒担体温度との関係を示した図である。
この第１の実施形態の作動タイミング制御手段５２は、図３に示したように、エンジン１の始動後、噴射タイミング制御（ｉ）を実施するとともに、エンジン１の暖機運転（ｉｉ）を行うようになっている。そして、エンジン１の始動から所定時間（ｔ１）が経過した後に、空気流量制御（ｉｉｉ）を実施するように構成されている。
【００４０】
上記所定時間（ｔ１）は、図５に示すように、エンジン１のエンジン回転数（Ｎｅ）および燃料噴射量（Ｑｆ）を入力データとする標準マップ５６によって算出された標準時間（ｔ１´）に、外気温を入力データとする温度補正マップ５７によって算出される温度補正係数、および大気圧を入力データとする気圧補正マップ５８によって算出される気圧補正係数を乗じて算出される（温度・気圧補正）。これら標準マップ５６、温度補正マップ５７、気圧補正マップ５８は、実験等を行うことによって作成され、予めＥＣＵ１９のＲＯＭに記憶されている。
【００４１】
本実施形態において、上述した温度補正および気圧補正は、いずれか一方だけ実施するようにしてもよく、また両方とも実施しなくてもよいものである。温度補正および気圧補正の両方とも実施しない場合は、図５において、標準時間（ｔ１´）がそのまま所定時間（ｔ１）となる。
【００４２】
ここで、エンジン回転数（Ｎｅ）と標準時間（ｔ１´）との関係は、図４（Ａ）に示すように、エンジン回転数（Ｎｅ）が高いほど標準時間（ｔ１´）は短くなり、反対に、エンジン回転数（Ｎｅ）が低いほど標準時間（ｔ１´）は長くなる。また、燃料噴射量（Ｑｆ）と標準時間（ｔ１´）との関係は、燃料噴射量（Ｑｆ）が多いほど標準時間（ｔ１´）は短くなり、反対に、燃料噴射量（Ｑｆ）が少ないほど標準時間（ｔ１´）は長くなる。また、図４（Ｂ）に示すように、外気温が高いほど気温補正係数は小さくなり、図４（Ｃ）に示すように、大気圧が高いほど気圧補正係数は小さくなる。
【００４３】
図６は、第１の実施形態における制御フロー図である。この図６に示したように、第１の実施形態における作動タイミング制御手段５２は、エンジン始動後（Ｓ１０）、噴射タイミング制御を実施し（Ｓ１１）、エンジンの昇温を行う。そして、上述した図５に示したように、空気流量制御を開始する時間（所定時間：ｔ１）を算出する（Ｓ１２）。そして、算出された所定時間（ｔ１）を記憶するとともに（Ｓ１３）、記憶した所定時間（ｔ１）と経過時間（ｔ）とを比較し（Ｓ１４）、ｔ≧ｔ１の場合（Ｓ１４においてＹｅｓ）には、空気流量制御を実施する（Ｓ１５）。一方、ｔ＜ｔ１の場合（Ｓ１４においてＮｏ）は、空気流量制御は実施せずに、Ｓ１２に戻る。
【００４４】
このように、第１の実施形態における作動タイミング制御手段５２は、エンジン１の始動から所定時間（ｔ１）が経過した後に、空気流量制御手段５０を作動させるように構成されている。当該所定時間（ｔ１）は、図５に示したように、エンジン１のエンジン回転数（Ｎｅ）および燃料噴射量（Ｑｆ）を入力データとする標準マップ５６によって算出される。また、必要に応じて、エンジン１が作動している状態の外気温および大気圧によって補正されることで算出される。
【００４５】
このような第１の実施形態によれば、エンジン始動直後における排気浄化装置の昇温と、ＨＣ排出量の増加抑制とを、簡易的な方法で制御することができる。またこの際、外気温および／または大気圧に応じて所定時間を補正するため、外気温や大気圧に応じて精度よく空気流量制御手段５０を作動させるタイミングを決定することができる。
【００４６】
＜第２の実施形態＞
図７は、第２の実施形態を説明するための概念図であり、図７（Ａ）は、空気流量制御を開始するタイミングとエンジン燃焼状態との関係を示した図、図７（Ｂ）は、エンジン運転時間と、ＳＣＲ触媒担体温度および冷却水温度との関係を示した図である。第２の実施形態の作動タイミング制御手段５２は、図７に示したように、エンジン１の始動後、噴射タイミング制御（ｉ）を実施するとともに、エンジン１の暖機運転（ｉｉ）を行うようになっている。そして、エンジン冷却水が所定の冷却水温度（ｔｗ１）に到達した後に、空気流量制御（ｉｉｉ）を実施するように構成されている。なお、エンジン冷却水温度は、上述した不図示の冷却水温測定手段などによって把握することができる。
【００４７】
上記所定の冷却水温度（ｔｗ１）は、図９に示すように、エンジン１のエンジン回転数（Ｎｅ）および燃料噴射量（Ｑｆ）を入力データとする標準マップ６６によって算出された標準冷却水温度（ｔｗ１´）に、外気温を入力データとする温度補正マップ６７によって算出される温度補正係数、および大気圧を入力データとする気圧補正マップ６８によって算出される気圧補正係数を乗じて算出される（温度・気圧補正）。これら標準マップ６６、温度補正マップ６７、気圧補正マップ６８は、実験等を行うことによって作成され、予めＥＣＵ１９のＲＯＭに記憶されている。
【００４８】
本実施形態においても、上述した温度補正および気圧補正は、いずれか一方だけ実施するようにしてもよく、また両方とも実施しなくてもよいものである。温度補正および気圧補正の両方とも実施しない場合は、図９において、標準冷却水温度（ｔｗ１´）がそのまま所定の冷却水温度（ｔｗ１）となる。
【００４９】
ここで、エンジン回転数（Ｎｅ）と標準冷却水温度（ｔｗ１´）との関係は、図８（Ａ）に示すように、所定の燃料噴射量までは、エンジン回転数（Ｎｅ）が高いほど標準冷却水温度（ｔｗ１´）は低くなり、反対に、エンジン回転数（Ｎｅ）が低いほど標準冷却水温度（ｔｗ１´）は高くなる。また、燃料噴射量（Ｑｆ）と標準冷却水温度（ｔｗ１´）との関係は、所定の燃料噴射量までは、燃料噴射量（Ｑｆ）が多いほど標準冷却水温度（ｔｗ１´）は低くなり、反対に、燃料噴射量（Ｑｆ）が少ないほど標準冷却水温度（ｔｗ１´）は高くなる。燃料噴射量（Ｑｆ）が前記所定値を超えると、エンジン回転数（Ｎｅ）に関わらず、標準冷却水温度（ｔｗ１´）はほぼ一定となる。また、図８（Ｂ）に示すように、外気温が高いほど気温補正係数は小さくなり、図８（Ｃ）に示すように、大気圧が高いほど気圧補正係数は小さくなる。
【００５０】
図１０は、第２の実施形態における制御フロー図である。この図１０に示したように、第２の実施形態における作動タイミング制御手段５２は、エンジン始動後（Ｓ２０）、噴射タイミング制御を実施し（Ｓ２１）、エンジンの昇温を行う。そして、上述した図９に示したように、空気流量制御を開始する所定の冷却水温度（ｔｗ１）を算出する（Ｓ２２）。そして、算出された所定の冷却水温度（ｔｗ１）と不図示の冷却水温度測定手段で測定した冷却水温度（ｔｗ）とを比較する（Ｓ２３）。そして、ｔｗ≧ｔｗ１の場合（Ｓ２３においてＹｅｓ）に、空気流量制御を実施する（Ｓ２４）。一方、ｔｗ＜ｔｗ１の場合（Ｓ２３においてＮｏ）は、空気流量制御は実施せずに、Ｓ２２に戻る。
【００５１】
このように、第２の実施形態における作動タイミング制御手段５２は、エンジン１を冷却するエンジン冷却水の温度が閾値（所定の冷却水温度：ｔｗ１）以上になった場合に、空気流量制御手段５０を作動させるように構成されている。所定の冷却水温度（ｔｗ１）は、図９に示したように、エンジン１のエンジン回転数（Ｎｅ）および燃料噴射量（Ｑｆ）を入力データとする標準マップ６６によって算出される。また、必要に応じて、エンジン１が作動している状態の外気温および大気圧によって補正されることで算出される。また、エンジン冷却水温度は、上述した冷却水温測定手段などによって把握することができる。
【００５２】
また、上述したエンジン冷却水の温度に替えて、前記エンジン内部を通過する潤滑油の温度によって、エンジン１の燃焼状態を把握することもできる。すなわち、エンジン１の内部を通過する潤滑油の温度が閾値以上になった場合に、空気流量制御手段５０を作動させるように構成することもできる。この際、所定の潤滑油温度（閾値）は、上述したエンジン冷却水の場合と同様、エンジン１のエンジン回転数（Ｎｅ）および燃料噴射量（Ｑｆ）を入力データとする標準マップによって算出することができる。また、上述したエンジン冷却水の場合と同様、必要に応じて、エンジン１が作動している状態の外気温および大気圧によって補正することで算出してもよい。また、潤滑油温度は、潤滑経路上の適当な位置に配置された温度センサー（不図示）などによって把握することができる。
【００５３】
このような第２の実施形態によれば、エンジン冷却水の温度もしくは潤滑油温度からエンジン１の燃焼状態を把握することで、空気流量制御手段５０が作動するタイミングを制御することができる。よって、エンジン１の安定燃焼を確保しつつ、早期に排気浄化装置の昇温を図ることができる。またこの際、外気温および／または大気圧に応じて冷却水温度もしくは潤滑油温度の閾値を補正することで、外気温や大気圧に応じて精度よく空気流量制御手段５０を作動させるタイミングを決定することができる。
【００５４】
＜第３の実施形態＞
図１１は、第３の実施形態を説明するための概念図であり、空気流量制御を開始するタイミングとエンジン燃焼状態との関係を示している。この第３の実施形態の作動タイミング制御手段５２は、エンジン１の始動後、噴射タイミング制御（ｉ）を実施するとともに、エンジン１の暖機運転（ｉｉ）を行うようになっている。そして、エンジン１の燃焼状態が「安定燃焼」にあることを確認した後に、空気流量制御（ｉｉｉ）を実施するように構成されている。
【００５５】
ここで本実施形態における「安定燃焼」とは、空気流量制御（ｉｉｉ）を実施しても、エンジン１の燃焼状態が安定状態にあることを言う。すなわち、図１１において符号ａ´で示したエンジンの燃焼状態は本実施形態で言うところの安定燃焼ではなく、符号ａで示したエンジンの燃焼状態において、はじめて本実施形態で言うところの安定燃焼と判断される。
【００５６】
エンジン１の燃焼状態が「安定燃焼」にあるか否かの判断は、図１２に示したように、燃料噴射タイミング（θ）における気筒内温度（Ｔｃｙｌ）および気筒内圧力（Ｐｃｙｌ）を入力データとする安定燃焼判断マップ７６によって判断される。燃料噴射タイミング（θ）における気筒内温度（Ｔｃｙｌ）は、給気温度センサ４１で測定された給気温度と、燃料噴射タイミング（θ）とから演算（推定）される。また、燃料噴射タイミング（θ）における気筒内圧力（Ｐｃｙｌ）は、給気圧力センサ４３で測定された給気圧力と、燃料噴射タイミング（θ）とから演算（推定）される。また、燃料噴射タイミング（θ）は、エンジン回転数（Ｎｅ）と燃料噴射量（Ｑｆ）とを入力データとするマップ７８によって算出される。
【００５７】
図１３は、第３の実施形態における制御フロー図である。この図１３に示したように、第３の実施形態における作動タイミング制御手段５２は、エンジン始動後（Ｓ３０）、噴射タイミング制御を実施し（Ｓ３１）、エンジンの昇温を行う。そして、上述した図１２に示したように、燃料噴射タイミング（θ）における気筒内温度（Ｔｃｙｌ）、および気筒内圧力（Ｐｃｙｌ）を算出する（Ｓ３２、Ｓ３３）。なお、Ｓ３２とＳ３３は、その順番が逆でも構わないし、同時であってもよいものである。そして、上述した安定燃焼マップ７６によって、給気流量制御後のエンジン１の「安定燃焼」の可否を判断する（Ｓ３４）。安定燃焼可と判断された場合（Ｓ３４においてＹｅｓ）は、空気流量制御を実施する（Ｓ３５）。一方、安定燃焼否と判断された場合（Ｓ３４においてＮｏ）は、空気流量制御は実施せず、Ｓ３２に戻る。
【００５８】
このように、第３の実施形態における作動タイミング制御手段５２は、エンジン１の気筒内の温度および圧力を推定し、この推定された気筒内の温度および圧力に基づいて、空気流量制御後の気筒内が「安定燃焼」状態にあるか否かを判断した後に、空気流量制御手段５０を作動させるようになっている。
【００５９】
したがって、このような第３の実施形態によれば、空気流量制御を実施した後のエンジン１の燃焼状態を精度よく推定した上で、空気流量制御手段５０が作動するタイミングを制御するため、エンジン１の安定燃焼を確保しつつ、早期に排気浄化装置の昇温を図ることができるようになっている。
【００６０】
＜第４の実施形態＞
図１４は、第４の実施形態を説明するための概念図であり、図１４（Ａ）は、空気流量制御を開始するタイミングとエンジン燃焼状態との関係を示した図、図１４（Ｂ）は、エンジン運転時間と、気筒内最高圧力変動率（Ｐｍａｘ−ＣＯＶ）、可変ターボ過給機のベーン開度、ＳＣＲ触媒担体温度との関係を示した図であり、可変ターボ過給機１１のベーン開度を調整することで、空気流量制御を行っている例を示している。
この第４の実施形態の作動タイミング制御手段５２は、気筒内の圧力を測定する気筒内圧測定手段（不図示）を有している。そして、エンジン１の始動後、噴射タイミング制御（ｉ）を実施した後に、気筒内圧測定手段によって気筒内の圧力をセンシングし、エンジン１の燃焼状態を安定状態に保ちながら、空気流量制御（ｉｉ）を実施するように構成されている。
【００６１】
エンジン１の燃焼状態が安定状態か否かの判断は、例えば、気筒内最高圧力（Ｐｍａｘ）の変動率（ｃｏｖ）から判断することができる。すなわち、ある特定期間のサイクルにおける気筒内最高圧力の標準偏差σ(Ｐｍａｘ)と、気筒内最高圧力の算術平均値（Ｐｍａｘ_ａｖｇ）とから、気筒内最高圧力変動率（Ｐｍａｘ−ＣＯＶ）を下記式（１）により求め、この気筒内最高圧力変動率（Ｐｍａｘ−ＣＯＶ）が、あらかじめＥＣＵ１９のＲＯＭに記憶されている閾値（例えば１％）を超えない場合は、燃焼状態が安定状態にあると判断することができる。
Ｐｍａｘ−ＣＯＶ＝（σ(Ｐｍａｘ)）／（Ｐｍａｘ_ａｖｇ） ・・・（１）
【００６２】
図１５は、第４の実施形態における制御フロー図である。この図１５に示したように、第４の実施形態における作動タイミング制御手段５２は、エンジン始動後（Ｓ４０）、噴射タイミング制御を実施し（Ｓ４１）、エンジンの昇温を行う。そして、上述した気筒内圧測定手段によって気筒内最高圧力（Ｐｍａｘ）を検出するとともに（Ｓ４２）、気筒内最高圧力変動率（Ｐｍａｘ−ＣＯＶ）を算出する（Ｓ４３）。そして、算出した気筒内最高圧力変動率（Ｐｍａｘ−ＣＯＶ）が閾値以下の場合（Ｓ４４においてＹｅｓ）は、空気流量制御が開始される（Ｓ４５）。空気流量制御では、例えば可変ターボ過給機１１のベーン開度が徐々に調整されることで、エンジン１に供給される空気流量が緩やかに低減される。一方、算出した気筒内最高圧力変動率（Ｐｍａｘ−ＣＯＶ）が閾値より大きい場合（Ｓ４４においてＮｏ）は、空気流量制御は実施せずに、Ｓ４２に戻る。
【００６３】
空気流量制御（Ｓ４５）の開始後は、空気流量制御中の気筒内最高圧力変動率（Ｐｍａｘ−ＣＯＶ）を算出して閾値との比較を行う（Ｓ４６）。そして、気筒内最高圧力変動率（Ｐｍａｘ−ＣＯＶ）が閾値を下回る場合（Ｓ４６においてＹｅｓ）は、空気流量が目標制御量に到達したか否かが判定され（Ｓ４７）、目標制御量に到達した場合は、そこで空気流量制御が終了（Ｓ４８）し、空気流量が目標制御量に到達していない場合は、Ｓ４５に戻って空気流量制御が継続される。一方、気筒内最高圧力変動率（Ｐｍａｘ−ＣＯＶ）が閾値より大きい場合（Ｓ４６においてＮｏ）は、空気流量制御を中断（Ｓ４９）してＳ４２に戻る。
【００６４】
なお、上記説明では、可変ターボ過給機１１のベーン開度を徐々に調整することで、エンジン１に供給される空気流量が緩やかに低減される場合を例に説明した。しかしながら本実施形態はこれに限定されず、例えば、図１６に示したように、給気スロットルバルブ１７の開度を段階的に絞ることで、エンジン１に供給される空気流量を階段状に制御することも可能である。この場合の制御フローは、図１７に示すとおりである。すなわち、空気流量制御が段階的に行われるため、図１５における空気流量制御の開始（Ｓ４５）および空気流量制御を中断（Ｓ４９）が、図１７では一つのステップとして表記され、空気流量制御の実施（Ｓ４５´）として表される。
【００６５】
また、上記説明では、エンジン１の燃焼状態の判断を、気筒内最高圧力変動率（Ｐｍａｘ−ｃｏｖ）から判断していたが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、上述した気筒内圧測定手段によって図示平均圧力（ＩＭＥＰ）を算出し、このＩＭＥＰの変動率によって、エンジンの燃焼状態を判断するようにしてもよいものである。
【００６６】
このように、第４の実施形態における作動タイミング制御手段５２は、エンジン１の気筒内の圧力を測定する気筒内圧測定手段（不図示）を有しており、該気筒内圧測定手段によって測定された気筒内の圧力に基づいて、エンジン１の燃焼状態をリアルタイムで計測しながら、空気流量制御手段５０が作動するタイミングが制御されるようになっている。
【００６７】
したがって、このような第４の実施形態によれば、気筒内圧測定手段によってエンジン１の燃焼安定性をリアルタイムに直接的に把握しながら、空気流量制御手段５０の作動タイミングを制御することができるため、エンジン１の安定燃焼を確保しつつ、早期に排気浄化装置の昇温を図ることができるようになっている。
【００６８】
以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。
【００６９】
例えば、上述した実施形態の説明では、空気流量制御手段５０によって昇温される排気浄化装置として、ＳＣＲ装置９を例に説明した。しかしながら、本発明の排気浄化装置としては、ＳＣＲ装置の他に、ＤＯＣ装置５やＤＰＦ装置７などが挙げられる。本発明は、これらＤＯＣ装置５およびＤＰＦ装置７を備える内燃機関の排気浄化システムとしても、好適に用いられるものである。
【００７０】
また、上述した実施形態の説明では、空気流量制御の実施に先立って、噴射タイミング制御が実施されるものとして説明したが、本発明において、噴射タイミング制御の実施は必須ではない。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明によれば、ＤＯＣやＤＰＦ、ＳＣＲなどの排気浄化装置を備えたディーゼルエンジンの排気浄化システムとして、好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００７２】
１ エンジン
３ 排気通路
５ ＤＯＣ装置
７ ＤＰＦ装置
８ 尿素水噴射装置
９ ＳＣＲ装置
１１ 可変ターボ過給機
１３ 給気通路
１５ インタークーラ
１７ 給気スロットルバルブ
１８ コモンレール燃料噴射装置
１９ ＥＣＵ
２３ ＥＧＲ管
２４ ＥＧＲクーラ
２５ ＥＧＲバルブ
２６ 空気
２７ 排気ガス
３１ エアフローメータ
３３ ＳＣＲ出口温度センサ
３４ ＮＯＸセンサ
３５ ＤＯＣ入口温度センサ
３６ ＤＰＦ入口圧力センサ
３７ ＤＰＦ入口温度センサ
３８ ＤＰＦ差圧センサ
３９ ＤＰＦ出口温度センサ
４１ 給気温度センサ
４３ 給気圧力センサ
５０ 空気流量制御手段
５２ 作動タイミング制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＯＣ、ＤＰＦ、ＳＣＲなどの排気浄化装置を備えた内燃機関の排気浄化システムに関し、詳しくは、エンジン始動直後などの暖機運転時において、早期に排気浄化装置を昇温させるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化触媒（ＤＯＣ）、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）、選択的還元触媒（ＳＣＲ）などの排気浄化装置は、所定以上の温度環境にならないと浄化機能が十分に発揮されない。例えば、図１８は、窒素酸化物（ＮＯＸ）を還元して浄化するＳＣＲ装置において、ＳＣＲ触媒担体温度、ＳＣＲ入出口におけるＮＯＸ濃度、およびエンジン運転時間との関係を示した図である。この図１８からも分かるように、ＳＣＲ装置の触媒担体温度が活性温度に達するまでの間は、ＳＣＲ出口のＮＯＸ濃度が相対的に高くなっており、ＳＣＲ装置によるＮＯＸ浄化機能が十分に発揮されていないことが分かる。よって、エンジン始動直後などの暖機運転時において、早期に排気浄化が行われるようにするためには、ＳＣＲ装置などの排気浄化装置を早期に昇温する必要がある。
【０００３】
従来、排気浄化装置を早期に昇温するために、燃料を噴射するタイミングを変更することや、可変過給機や吸気スロットルを制御してエンジンに供給される空気流量を制御（低減）することが行われている。例えば、特許文献１には、燃料を噴射するタイミングを変更する噴射タイミング制御の一例が開示されている。また特許文献２には、エンジンに供給される空気流量を制御（低減）する空気流量制御の一例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−６５１２１号公報
【特許文献２】特許第３９７２６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した排気浄化装置の早期昇温技術の中で、空気流量制御は昇温効果が比較的大きいものである。しかしながら、エンジンに供給する空気流量を制御（低減）すると、気筒内の圧力が低下するため、暖機運転時の早い時期に空気流量制御を実施すると、エンジンの燃焼が不安定となる場合がある。
【０００６】
図１９は、従来技術において、空気流量制御を開始するタイミングと、エンジン燃焼状態との関係を説明するための図である。エンジン燃焼状態の安定／不安定は、燃料の噴射タイミングにおける気筒内温度（Ｔｃｙｌ）と気筒内圧力（Ｐｃｙｌ）によって評価することができ、気筒内の温度および圧力が高いほど、エンジンの燃焼状態が安定していると評価することができる。そして図１９に示すように、エンジン始動直後のまだエンジンの燃焼状態が不安定な状態において、すぐに空気流量制御（ｉｉ）を実施すると、エンジンの燃焼状態がより不安定になってしまう。また、空気流量制御（ｉｉ）に先立って噴射タイミング制御（ｉ）を実施して気筒内を昇温した場合でも、気筒内の昇温が不十分だと、空気流量制御（ｉｉ´）によって気筒内の圧力が低下し、エンジンの燃焼状態が不安定になってしまう。
【０００７】
エンジンの燃焼状態が不安定になると、炭化水素（ＨＣ）排出量が増加するとともに、最悪の場合には、失火に至ってエンジンが停止してしまう。排気ガスに対する規制が年々厳しくなる中、エンジン始動直後などの暖機運転時において、エンジンの安定燃焼を確保しつつ、早期に排気浄化装置の昇温を図ることのできる排気浄化システムの開発が強く望まれている。
【０００８】
本発明はこのような従来技術の課題に鑑みなされた発明であって、エンジン始動直後などの暖機運転時において、エンジンの安定燃焼を確保しつつ、ＨＣ排出量の増加を抑制し、早期に排気浄化装置の昇温を図ることができる内燃機関の排気浄化システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述したような従来技術における課題及び目的を達成するために発明されたものであって、
本発明の内燃機関の排気浄化システムは、
エンジンと、該エンジンから排出される排気ガスが通過する排気通路と、該排気通路に設置された排気浄化装置とを備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、
前記エンジンに供給される空気流量を低減することで前記エンジンから排出される排気ガスの昇温を図る空気流量制御手段と、該空気流量制御手段が作動するタイミングを制御する作動タイミング制御手段とを有し、
前記作動タイミング制御手段は、前記空気流量制御手段が作動して前記エンジンに供給される空気流量が低減されても、前記エンジンの燃焼状態が不安定とならないように、前記空気流量制御手段が作動するタイミングを制御するように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
このように本発明では、空気流量制御手段が作動してエンジンに供給される空気流量が低減されても、エンジンの燃焼状態が不安定とならないように、空気流量制御手段が作動するタイミングを作動タイミング制御手段によって制御している。空気流量制御は昇温効果が大きいものの、エンジンの燃焼を不安定にする恐れがあるとの欠点があったが、本発明によれば、エンジンの安定燃焼を確保しつつ、ＨＣ排出量の増加を抑制し、早期に排気浄化装置の昇温を図ることができる内燃機関の排気浄化システムとすることができる。
【００１１】
上記発明において、
前記作動タイミング制御手段は、エンジンの始動から所定時間が経過した後に、前記空気流量制御手段を作動させるように構成されており、当該所定時間は、前記エンジンのエンジン回転数および燃料噴射量と対応して算出される。この際、前記所定時間は、前記エンジンが作動している状態における外気温および大気圧の少なくともいずれか一つに対応して補正されることが望ましい。
【００１２】
このような本発明によれば、エンジン始動直後における排気浄化装置の昇温と、ＨＣ排出量の増加抑制とを、簡易的な方法で制御することができる。またこの際、外気温および／または大気圧に応じて、空気流量制御手段が作動するまでの所定時間を補正することで、外気温や大気圧に応じて精度よく空気流量制御手段を作動させるタイミングを決定することができる。
【００１３】
また上記発明において、
前記作動タイミング制御手段は、前記エンジンを冷却するエンジン冷却水もしくは前記エンジン内部を通過する潤滑油の温度が閾値以上になった場合に、前記空気流量制御手段を作動させるように構成することができる。この際、前記冷却水温度もしくは潤滑油温度の閾値は、前記エンジンが作動している状態における外気温および大気圧の少なくともいずれか一つに対応して補正されることが望ましい。
【００１４】
このような本発明によれば、エンジン冷却水もしくは潤滑油の温度からエンジンの燃焼状態を把握することで、空気流量制御手段が作動するタイミングを制御することができる。よって、エンジンの安定燃焼を確保しつつ、早期に排気浄化装置の昇温を図ることができる。またこの際、外気温および／または大気圧に応じて冷却水温度もしくは潤滑油温度の閾値を補正することで、外気温や大気圧に応じて精度よく空気流量制御手段を作動させるタイミングを決定することができる。
【００１５】
また上記発明において、
前記作動タイミング制御手段は、前記エンジンの気筒内の温度および圧力を推定し、該推定された気筒内の温度および圧力に基づいて、前記空気流量制御手段が作動するタイミングを制御するように構成することができる。
【００１６】
このような本発明によれば、空気流量制御を実施した後のエンジンの燃焼状態を精度よく推定した上で、空気流量制御手段が作動するタイミングを制御するため、エンジンの安定燃焼を確保しつつ、早期に排気浄化装置の昇温を図ることができる。
【００１７】
また上記発明において、
前記作動タイミング制御手段は、前記エンジンの気筒内の圧力を測定する気筒内圧測定手段を有しており、該気筒内圧測定手段によって測定された気筒内の圧力に基づいて、前記空気流量制御手段が作動するタイミングを制御するように構成することができる。
【００１８】
このような本発明によれば、気筒内圧測定手段によって気筒内圧を直接測定することで、エンジンの燃焼安定性を直接的に把握しながら、空気流量制御手段の作動タイミングを制御することができる。よって、エンジンの燃焼状態をリアルタイムで計測しながら空気流量制御を実施することができるため、エンジンの安定燃焼を確保しつつ、早期に排気浄化装置の昇温を図ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、エンジン始動直後などの暖機運転時において、エンジンの安定燃焼を確保しつつ、ＨＣ排出量の増加を抑制し、早期に排気浄化装置の昇温を図ることができる内燃機関の排気浄化システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の排気浄化システムを備えたディーゼルエンジンの全体構成図である。
【図２】本発明の空気流量制御手段を示したブロック図である。
【図３】第１の実施形態を説明するための概念図である。
【図４】空気流量制御を開始する時間（所定時間：ｔ１）を算出するためのマップであり、（Ａ）は標準マップ、（Ｂ）は気温補正マップ、（Ｃ）は気圧補正マップである。
【図５】第１の実施形態において、空気流量制御を開始する時間（所定時間：ｔ１）の算出方法を示したブロック図である。
【図６】第１の実施形態における制御フロー図である。
【図７】第２の実施形態を説明するための概念図である。
【図８】第２の実施形態における標準マップ、温度補正マップ、気圧補正マップを説明するための図である。
【図９】第２の実施形態において、所定の冷却水温度（ｔｗ１）の算出方法を示したブロック図である。
【図１０】第２の実施形態における制御フロー図である。
【図１１】第３の実施形態を説明するための概念図である。
【図１２】第３の実施形態において、安定燃焼可否の判断方法を示したブロック図である。
【図１３】第３の実施形態における制御フロー図である。
【図１４】第４の実施形態を説明するための概念図である。
【図１５】第４の実施形態における制御フロー図である。
【図１６】第４の実施形態の変形例を説明するための図である。
【図１７】第４の実施形態の変形例における制御フロー図である。
【図１８】ＳＣＲ装置の触媒担体温度、ＳＣＲ入出口におけるＮＯＸ濃度、および運転時間との関係を示した図である。
【図１９】従来技術において、空気流量制御を開始するタイミングと、エンジン燃焼状態との関係を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限り、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２２】
図１は、本発明の内燃機関の排気浄化システムを備えたディーゼルエンジンの全体構成図である。まず、図１を参照して、本発明の内燃機関の排気浄化装置の全体構成について説明する。
【００２３】
図１に示すように、本発明の排気浄化システムを備えたディーゼルエンジンは、エンジン１、排気通路３、給気通路１３、可変ターボ過給機１１、コモンレール燃料噴射装置１８、ＥＧＲ管２３などの各種装置・配管、酸化触媒（ＤＯＣ装置）５、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ装置）７、選択的還元触媒（ＳＣＲ装置）９などの各種排気浄化装置、およびこれらを制御するエンジンコントローラユニット（ＥＣＵ）１９と各種センサなどから構成されている。
【００２４】
エンジン１の下流側には排気通路３が接続されており、排気通路３には、ＤＯＣ装置５およびＤＰＦ装置７が設けられている。ＤＯＣ装置５は、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化除去するとともに、排気ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）を酸化して二酸化窒素（ＮＯ２）を生成する機能を有する。ＤＰＦ装置７は、ＤＯＣ装置５の下流側に設けられ、排気ガス中に含まれるススなどの排気微粒子（ＰＭ）をフィルタで捕集し、排気ガスから除去する装置である。
【００２５】
また、ＤＰＦ装置７の下流側には尿素水噴射装置８が設けられ、該尿素水噴射装置８の直下流にはＳＣＲ装置９が設けられている。尿素水噴射装置８は、ＥＣＵ１９からの制御信号に基づいて、尿素水タンク８ｂに貯留されている尿素水を噴射ノズル８ａから排気通路３に向けて噴射する。排気通路３に噴射された尿素水は、排気ガス２７の熱により加水分解されてアンモニア（ＮＨ３）を生成し、この生成されたアンモニア（ＮＨ３）が還元剤となって、ＳＣＲ装置９において排気ガス２７に含まれるＮＯＸの還元が行われる。
【００２６】
これらＤＯＣ装置５およびＳＣＲ装置９において排気ガスの浄化を進行させるためには、ＤＯＣ装置５およびＳＣＲ装置９に担持されている触媒を活性温度以上に加熱する必要がある。また、ＤＰＦ装置７において、フィルタに捕集されたＰＭを除去してフィルタを再生するためには、ＤＰＦ装置７を所定以上の温度に加熱する必要がある。すなわち、これら排気浄化装置において十分な浄化機能が発揮されるためには、排気浄化装置を所定以上の温度に加熱する必要がある。本発明の内燃機関の排気浄化システムでは、これら排気浄化装置の昇温を図る手段として、後述する空気流量制御手段５０を有している。
【００２７】
一方、エンジン１の上流側には、給気通路１３が接続されている。そして、給気通路１３と排気通路３との間には、可変ターボ過給機１１が設けられている。この可変ターボ過給機１１は、排気通路３に配置されている排気タービン１１ｂと、給気通路１３に配置されているコンプレッサ１１ａとを有しており、該コンプレッサ１１ａは排気タービン１１ｂによって同軸駆動されるようになっている。また、この可変ターボ過給機１１は、ＥＣＵ１９からの制御信号に基づいて、可変ノズルベーン（不図示）の開度や、ウエストゲートバルブ（不図示）の開度が調整されることで、コンプレッサ１１ａから吐出される空気２６の流量を制御できるようになっている。
【００２８】
また、給気通路１３にはインタークーラ１５および給気スロットルバルブ１７が設けられている。そして、コンプレッサ１１ａから吐出された空気２６は、インタークーラ１５で冷却された後、給気スロットバルブ１７を通過して、エンジン１の各気筒内の燃焼室１ａに流入するようになっている。この際、給気スロットルバルブ１７は、ＥＣＵ１９からの制御信号に基づいてその開度が調整されることで、エンジン１に供給される給気流量を制御するようになっている。
【００２９】
また、エンジン１には、燃焼室１ａに燃料を噴射するコモンレール燃料噴射装置１８が設けられている。このコモンレール燃料噴射装置１８は、ＥＣＵ１９からの制御信号に基づいて、噴射時期および噴射量が制御されるようになっている。後述する噴射タイミング制御は、ＥＣＵ１９からの制御信号に基づき、コモンレール燃料噴射装置１８から燃焼室１ａに噴射する燃料の噴射量および噴射時期を、通常運転モードとは異なるように制御することで行われる。
【００３０】
また、排気通路３の排気タービン１１ｂの上流側よりＥＧＲ管２３が分岐し、給気スロットルバルブ１７の下流側に接続している。また、ＥＧＲ管２３には、ＥＧＲクーラ２４とともに、ＥＧＲバルブ２５が配置されている。そして、ＥＧＲバルブ２５を開閉制御することにより、エンジン１から排出された排気ガス２７の一部が、ＥＧＲ管２３を通ってエンジン１を再循環するようになっている。
【００３１】
エンジン１から排出された排気ガス２７は、排気通路３を通って、上述した排気タービン１１ｂを駆動してコンプレッサ１１ａを同軸駆動させる。そして、排気通路３を通過し、上述したＤＯＣ装置５、ＤＰＦ装置７、ＳＣＲ装置９を通過する。また、給気通路１３には、コンプレッサ１１ａへ流入する空気流量を検出するエアフローメータ３１が配置されており、該エアフローメータ３１にて測定された給気流量に関する信号が、ＥＣＵ１９へと入力されるようになっている。
【００３２】
また、排気通路３には、ＤＯＣ入口温度センサ３５、ＤＰＦ入口圧力センサ３６、ＤＰＦ入口温度センサ３７、ＤＰＦ差圧センサ３８、およびＤＰＦ出口温度センサ３９が配置されている。そして、これらセンサ類で測定されたＤＯＣ入口温度、ＤＰＦ入口温度、ＤＰＦ出口温度などに関する信号が、ＥＣＵ１９へと入力されるようになっている。また、ＳＣＲ装置９の下流側にも、ＳＣＲ出口温度センサ３３およびＮＯＸセンサ３４が配置されている。そして、これらＳＣＲ出口温度センサ３３およびＮＯＸセンサ３４で測定されたＳＣＲ装置９の下流側における温度およびＮＯＸ濃度に関する信号が、ＥＣＵ１９へと入力されるようになっている。
【００３３】
また、給気スロットルバルブ１７の下流側には、給気温度センサ４１および給気圧力センサ４３が配置されている。そして、該給気温度センサ４１にて測定された給気温度、および該給気圧力センサ４３で測定された給気圧力に関する信号が、ＥＣＵ１９へと入力されるようになっている。そして、ＥＣＵ１９において、これら給気温度、給気圧力などに基づいて最適なＥＧＲ量を算出することで、上述したＥＧＲバルブ２５の開閉制御が行われるようになっている。
【００３４】
また、ＥＣＵ１９では、不図示のクランクセンサ、カムセンサ、アクセルセンサ、スロットルセンサ等の各種センサからの入力信号を基に、エンジン回転数および燃料噴射量が算出されるようになっている。また、エンジン１の周囲には不図示の冷却水通路が形成されるとともに、該冷却水通路を流れるエンジン冷却水の水温を測定する冷却水温度測定手段（不図示）が配置されている。
【００３５】
ＥＣＵ１９は、中央処理装置（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、およびＩ／Ｏインターフェイスなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。上述したセンサ類からの各種信号は、Ｉ／Ｏインターフェイスを介してＣＰＵに入力される。ＣＰＵでは、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムに従って、各種制御を実行するように構成されている。そして、図１に示すように、該ＥＣＵ１９によって、本発明の空気流量制御手段５０、および作動タイミング制御手段５２が構成されている。
【００３６】
図２は、本発明の空気流量制御手段５０を示したブロック図である。本実施形態の空気流量制御手段５０は、作動タイミング制御手段５２からの指令に基づいて、上述した給気スロットル１７および可変ターボ過給機１１の開度を制御し、エンジン１に供給される空気流量を制御（低減）することができるように構成されている。なお、本発明の空気流量制御手段５０は、必ずしも給気スロットル１７および可変ターボ過給機１１の両方を制御するように構成されていなくともよく、エンジン１に供給される空気流量を制御（低減）することが可能であれば、いずれか一方だけを制御するように構成されていてもよいものである。
【００３７】
空気流量制御は昇温効果が高く、エンジン始動直後などの暖機運転時において、排気浄化装置の早期の昇温を図る上で極めて有効である。その一方、上述した図１９において説明したように、空気流量制御を行うと気筒内の圧力が低下するため、エンジン始動後のあまり早いタイミングで空気流量制御を実施すると、エンジンの燃焼状態が不安定になってしまう。
【００３８】
このため本発明では、作動タイミング制御手段５２によって空気流量制御手段５０が作動するタイミングを制御することで、空気流量制御が実施されても、エンジン１の燃焼状態が不安定とならないように構成されている。
以下、本発明の作動タイミング制御手段５２の実施形態について、具体的に説明する。
【００３９】
＜第１の実施形態＞
図３は、第１の実施形態を説明するための概念図であり、図３（Ａ）は、空気流量制御を開始するタイミングとエンジン燃焼状態との関係を示した図、図３（Ｂ）は、エンジン運転時間と、ＳＣＲ触媒担体温度との関係を示した図である。
この第１の実施形態の作動タイミング制御手段５２は、図３に示したように、エンジン１の始動後、噴射タイミング制御（ｉ）を実施するとともに、エンジン１の暖機運転（ｉｉ）を行うようになっている。そして、エンジン１の始動から所定時間（ｔ１）が経過した後に、空気流量制御（ｉｉｉ）を実施するように構成されている。
【００４０】
上記所定時間（ｔ１）は、図５に示すように、エンジン１のエンジン回転数（Ｎｅ）および燃料噴射量（Ｑｆ）を入力データとする標準マップ５６によって算出された標準時間（ｔ１´）に、外気温を入力データとする温度補正マップ５７によって算出される温度補正係数、および大気圧を入力データとする気圧補正マップ５８によって算出される気圧補正係数を乗じて算出される（温度・気圧補正）。これら標準マップ５６、温度補正マップ５７、気圧補正マップ５８は、実験等を行うことによって作成され、予めＥＣＵ１９のＲＯＭに記憶されている。
【００４１】
本実施形態において、上述した温度補正および気圧補正は、いずれか一方だけ実施するようにしてもよく、また両方とも実施しなくてもよいものである。温度補正および気圧補正の両方とも実施しない場合は、図５において、標準時間（ｔ１´）がそのまま所定時間（ｔ１）となる。
【００４２】
ここで、エンジン回転数（Ｎｅ）と標準時間（ｔ１´）との関係は、図４（Ａ）に示すように、エンジン回転数（Ｎｅ）が高いほど標準時間（ｔ１´）は短くなり、反対に、エンジン回転数（Ｎｅ）が低いほど標準時間（ｔ１´）は長くなる。また、燃料噴射量（Ｑｆ）と標準時間（ｔ１´）との関係は、燃料噴射量（Ｑｆ）が多いほど標準時間（ｔ１´）は短くなり、反対に、燃料噴射量（Ｑｆ）が少ないほど標準時間（ｔ１´）は長くなる。また、図４（Ｂ）に示すように、外気温が高いほど気温補正係数は小さくなり、図４（Ｃ）に示すように、大気圧が高いほど気圧補正係数は小さくなる。
【００４３】
図６は、第１の実施形態における制御フロー図である。この図６に示したように、第１の実施形態における作動タイミング制御手段５２は、エンジン始動後（Ｓ１０）、噴射タイミング制御を実施し（Ｓ１１）、エンジンの昇温を行う。そして、上述した図５に示したように、空気流量制御を開始する時間（所定時間：ｔ１）を算出する（Ｓ１２）。そして、算出された所定時間（ｔ１）を記憶するとともに（Ｓ１３）、記憶した所定時間（ｔ１）と経過時間（ｔ）とを比較し（Ｓ１４）、ｔ≧ｔ１の場合（Ｓ１４においてＹｅｓ）には、空気流量制御を実施する（Ｓ１５）。一方、ｔ＜ｔ１の場合（Ｓ１４においてＮｏ）は、空気流量制御は実施せずに、Ｓ１２に戻る。
【００４４】
このように、第１の実施形態における作動タイミング制御手段５２は、エンジン１の始動から所定時間（ｔ１）が経過した後に、空気流量制御手段５０を作動させるように構成されている。当該所定時間（ｔ１）は、図５に示したように、エンジン１のエンジン回転数（Ｎｅ）および燃料噴射量（Ｑｆ）を入力データとする標準マップ５６によって算出される。また、必要に応じて、エンジン１が作動している状態の外気温および大気圧によって補正されることで算出される。
【００４５】
このような第１の実施形態によれば、エンジン始動直後における排気浄化装置の昇温と、ＨＣ排出量の増加抑制とを、簡易的な方法で制御することができる。またこの際、外気温および／または大気圧に応じて所定時間を補正するため、外気温や大気圧に応じて精度よく空気流量制御手段５０を作動させるタイミングを決定することができる。
【００４６】
＜第２の実施形態＞
図７は、第２の実施形態を説明するための概念図であり、図７（Ａ）は、空気流量制御を開始するタイミングとエンジン燃焼状態との関係を示した図、図７（Ｂ）は、エンジン運転時間と、ＳＣＲ触媒担体温度および冷却水温度との関係を示した図である。第２の実施形態の作動タイミング制御手段５２は、図７に示したように、エンジン１の始動後、噴射タイミング制御（ｉ）を実施するとともに、エンジン１の暖機運転（ｉｉ）を行うようになっている。そして、エンジン冷却水が所定の冷却水温度（ｔｗ１）に到達した後に、空気流量制御（ｉｉｉ）を実施するように構成されている。なお、エンジン冷却水温度は、上述した不図示の冷却水温測定手段などによって把握することができる。
【００４７】
上記所定の冷却水温度（ｔｗ１）は、図９に示すように、エンジン１のエンジン回転数（Ｎｅ）および燃料噴射量（Ｑｆ）を入力データとする標準マップ６６によって算出された標準冷却水温度（ｔｗ１´）に、外気温を入力データとする温度補正マップ６７によって算出される温度補正係数、および大気圧を入力データとする気圧補正マップ６８によって算出される気圧補正係数を乗じて算出される（温度・気圧補正）。これら標準マップ６６、温度補正マップ６７、気圧補正マップ６８は、実験等を行うことによって作成され、予めＥＣＵ１９のＲＯＭに記憶されている。
【００４８】
本実施形態においても、上述した温度補正および気圧補正は、いずれか一方だけ実施するようにしてもよく、また両方とも実施しなくてもよいものである。温度補正および気圧補正の両方とも実施しない場合は、図９において、標準冷却水温度（ｔｗ１´）がそのまま所定の冷却水温度（ｔｗ１）となる。
【００４９】
ここで、エンジン回転数（Ｎｅ）と標準冷却水温度（ｔｗ１´）との関係は、図８（Ａ）に示すように、所定の燃料噴射量までは、エンジン回転数（Ｎｅ）が高いほど標準冷却水温度（ｔｗ１´）は低くなり、反対に、エンジン回転数（Ｎｅ）が低いほど標準冷却水温度（ｔｗ１´）は高くなる。また、燃料噴射量（Ｑｆ）と標準冷却水温度（ｔｗ１´）との関係は、所定の燃料噴射量までは、燃料噴射量（Ｑｆ）が多いほど標準冷却水温度（ｔｗ１´）は低くなり、反対に、燃料噴射量（Ｑｆ）が少ないほど標準冷却水温度（ｔｗ１´）は高くなる。燃料噴射量（Ｑｆ）が前記所定値を超えると、エンジン回転数（Ｎｅ）に関わらず、標準冷却水温度（ｔｗ１´）はほぼ一定となる。また、図８（Ｂ）に示すように、外気温が高いほど気温補正係数は小さくなり、図８（Ｃ）に示すように、大気圧が高いほど気圧補正係数は小さくなる。
【００５０】
図１０は、第２の実施形態における制御フロー図である。この図１０に示したように、第２の実施形態における作動タイミング制御手段５２は、エンジン始動後（Ｓ２０）、噴射タイミング制御を実施し（Ｓ２１）、エンジンの昇温を行う。そして、上述した図９に示したように、空気流量制御を開始する所定の冷却水温度（ｔｗ１）を算出する（Ｓ２２）。そして、算出された所定の冷却水温度（ｔｗ１）と不図示の冷却水温度測定手段で測定した冷却水温度（ｔｗ）とを比較する（Ｓ２３）。そして、ｔｗ≧ｔｗ１の場合（Ｓ２３においてＹｅｓ）に、空気流量制御を実施する（Ｓ２４）。一方、ｔｗ＜ｔｗ１の場合（Ｓ２３においてＮｏ）は、空気流量制御は実施せずに、Ｓ２２に戻る。
【００５１】
このように、第２の実施形態における作動タイミング制御手段５２は、エンジン１を冷却するエンジン冷却水の温度が閾値（所定の冷却水温度：ｔｗ１）以上になった場合に、空気流量制御手段５０を作動させるように構成されている。所定の冷却水温度（ｔｗ１）は、図９に示したように、エンジン１のエンジン回転数（Ｎｅ）および燃料噴射量（Ｑｆ）を入力データとする標準マップ６６によって算出される。また、必要に応じて、エンジン１が作動している状態の外気温および大気圧によって補正されることで算出される。また、エンジン冷却水温度は、上述した冷却水温測定手段などによって把握することができる。
【００５２】
また、上述したエンジン冷却水の温度に替えて、前記エンジン内部を通過する潤滑油の温度によって、エンジン１の燃焼状態を把握することもできる。すなわち、エンジン１の内部を通過する潤滑油の温度が閾値以上になった場合に、空気流量制御手段５０を作動させるように構成することもできる。この際、所定の潤滑油温度（閾値）は、上述したエンジン冷却水の場合と同様、エンジン１のエンジン回転数（Ｎｅ）および燃料噴射量（Ｑｆ）を入力データとする標準マップによって算出することができる。また、上述したエンジン冷却水の場合と同様、必要に応じて、エンジン１が作動している状態の外気温および大気圧によって補正することで算出してもよい。また、潤滑油温度は、潤滑経路上の適当な位置に配置された温度センサー（不図示）などによって把握することができる。
【００５３】
このような第２の実施形態によれば、エンジン冷却水の温度もしくは潤滑油温度からエンジン１の燃焼状態を把握することで、空気流量制御手段５０が作動するタイミングを制御することができる。よって、エンジン１の安定燃焼を確保しつつ、早期に排気浄化装置の昇温を図ることができる。またこの際、外気温および／または大気圧に応じて冷却水温度もしくは潤滑油温度の閾値を補正することで、外気温や大気圧に応じて精度よく空気流量制御手段５０を作動させるタイミングを決定することができる。
【００５４】
＜第３の実施形態＞
図１１は、第３の実施形態を説明するための概念図であり、空気流量制御を開始するタイミングとエンジン燃焼状態との関係を示している。この第３の実施形態の作動タイミング制御手段５２は、エンジン１の始動後、噴射タイミング制御（ｉ）を実施するとともに、エンジン１の暖機運転（ｉｉ）を行うようになっている。そして、エンジン１の燃焼状態が「安定燃焼」にあることを確認した後に、空気流量制御（ｉｉｉ）を実施するように構成されている。
【００５５】
ここで本実施形態における「安定燃焼」とは、空気流量制御（ｉｉｉ）を実施しても、エンジン１の燃焼状態が安定状態にあることを言う。すなわち、図１１において符号ａ´で示したエンジンの燃焼状態は本実施形態で言うところの安定燃焼ではなく、符号ａで示したエンジンの燃焼状態において、はじめて本実施形態で言うところの安定燃焼と判断される。
【００５６】
エンジン１の燃焼状態が「安定燃焼」にあるか否かの判断は、図１２に示したように、燃料噴射タイミング（θ）における気筒内温度（Ｔｃｙｌ）および気筒内圧力（Ｐｃｙｌ）を入力データとする安定燃焼判断マップ７６によって判断される。燃料噴射タイミング（θ）における気筒内温度（Ｔｃｙｌ）は、給気温度センサ４１で測定された給気温度と、燃料噴射タイミング（θ）とから演算（推定）される。また、燃料噴射タイミング（θ）における気筒内圧力（Ｐｃｙｌ）は、給気圧力センサ４３で測定された給気圧力と、燃料噴射タイミング（θ）とから演算（推定）される。また、燃料噴射タイミング（θ）は、エンジン回転数（Ｎｅ）と燃料噴射量（Ｑｆ）とを入力データとするマップ７８によって算出される。
【００５７】
図１３は、第３の実施形態における制御フロー図である。この図１３に示したように、第３の実施形態における作動タイミング制御手段５２は、エンジン始動後（Ｓ３０）、噴射タイミング制御を実施し（Ｓ３１）、エンジンの昇温を行う。そして、上述した図１２に示したように、燃料噴射タイミング（θ）における気筒内温度（Ｔｃｙｌ）、および気筒内圧力（Ｐｃｙｌ）を算出する（Ｓ３２、Ｓ３３）。なお、Ｓ３２とＳ３３は、その順番が逆でも構わないし、同時であってもよいものである。そして、上述した安定燃焼マップ７６によって、給気流量制御後のエンジン１の「安定燃焼」の可否を判断する（Ｓ３４）。安定燃焼可と判断された場合（Ｓ３４においてＹｅｓ）は、空気流量制御を実施する（Ｓ３５）。一方、安定燃焼否と判断された場合（Ｓ３４においてＮｏ）は、空気流量制御は実施せず、Ｓ３２に戻る。
【００５８】
このように、第３の実施形態における作動タイミング制御手段５２は、エンジン１の気筒内の温度および圧力を推定し、この推定された気筒内の温度および圧力に基づいて、空気流量制御後の気筒内が「安定燃焼」状態にあるか否かを判断した後に、空気流量制御手段５０を作動させるようになっている。
【００５９】
したがって、このような第３の実施形態によれば、空気流量制御を実施した後のエンジン１の燃焼状態を精度よく推定した上で、空気流量制御手段５０が作動するタイミングを制御するため、エンジン１の安定燃焼を確保しつつ、早期に排気浄化装置の昇温を図ることができるようになっている。
【００６０】
＜第４の実施形態＞
図１４は、第４の実施形態を説明するための概念図であり、図１４（Ａ）は、空気流量制御を開始するタイミングとエンジン燃焼状態との関係を示した図、図１４（Ｂ）は、エンジン運転時間と、気筒内最高圧力変動率（Ｐｍａｘ−ＣＯＶ）、可変ターボ過給機のベーン開度、ＳＣＲ触媒担体温度との関係を示した図であり、可変ターボ過給機１１のベーン開度を調整することで、空気流量制御を行っている例を示している。
この第４の実施形態の作動タイミング制御手段５２は、気筒内の圧力を測定する気筒内圧測定手段（不図示）を有している。そして、エンジン１の始動後、噴射タイミング制御（ｉ）を実施した後に、気筒内圧測定手段によって気筒内の圧力をセンシングし、エンジン１の燃焼状態を安定状態に保ちながら、空気流量制御（ｉｉ）を実施するように構成されている。
【００６１】
エンジン１の燃焼状態が安定状態か否かの判断は、例えば、気筒内最高圧力（Ｐｍａｘ）の変動率（ｃｏｖ）から判断することができる。すなわち、ある特定期間のサイクルにおける気筒内最高圧力の標準偏差σ(Ｐｍａｘ)と、気筒内最高圧力の算術平均値（Ｐｍａｘ_ａｖｇ）とから、気筒内最高圧力変動率（Ｐｍａｘ−ＣＯＶ）を下記式（１）により求め、この気筒内最高圧力変動率（Ｐｍａｘ−ＣＯＶ）が、あらかじめＥＣＵ１９のＲＯＭに記憶されている閾値（例えば１％）を超えない場合は、燃焼状態が安定状態にあると判断することができる。
Ｐｍａｘ−ＣＯＶ＝（σ(Ｐｍａｘ)）／（Ｐｍａｘ_ａｖｇ） ・・・（１）
【００６２】
図１５は、第４の実施形態における制御フロー図である。この図１５に示したように、第４の実施形態における作動タイミング制御手段５２は、エンジン始動後（Ｓ４０）、噴射タイミング制御を実施し（Ｓ４１）、エンジンの昇温を行う。そして、上述した気筒内圧測定手段によって気筒内最高圧力（Ｐｍａｘ）を検出するとともに（Ｓ４２）、気筒内最高圧力変動率（Ｐｍａｘ−ＣＯＶ）を算出する（Ｓ４３）。そして、算出した気筒内最高圧力変動率（Ｐｍａｘ−ＣＯＶ）が閾値以下の場合（Ｓ４４においてＹｅｓ）は、空気流量制御が開始される（Ｓ４５）。空気流量制御では、例えば可変ターボ過給機１１のベーン開度が徐々に調整されることで、エンジン１に供給される空気流量が緩やかに低減される。一方、算出した気筒内最高圧力変動率（Ｐｍａｘ−ＣＯＶ）が閾値より大きい場合（Ｓ４４においてＮｏ）は、空気流量制御は実施せずに、Ｓ４２に戻る。
【００６３】
空気流量制御（Ｓ４５）の開始後は、空気流量制御中の気筒内最高圧力変動率（Ｐｍａｘ−ＣＯＶ）を算出して閾値との比較を行う（Ｓ４６）。そして、気筒内最高圧力変動率（Ｐｍａｘ−ＣＯＶ）が閾値を下回る場合（Ｓ４６においてＹｅｓ）は、空気流量が目標制御量に到達したか否かが判定され（Ｓ４７）、目標制御量に到達した場合は、そこで空気流量制御が終了（Ｓ４８）し、空気流量が目標制御量に到達していない場合は、Ｓ４５に戻って空気流量制御が継続される。一方、気筒内最高圧力変動率（Ｐｍａｘ−ＣＯＶ）が閾値より大きい場合（Ｓ４６においてＮｏ）は、空気流量制御を中断（Ｓ４９）してＳ４２に戻る。
【００６４】
なお、上記説明では、可変ターボ過給機１１のベーン開度を徐々に調整することで、エンジン１に供給される空気流量が緩やかに低減される場合を例に説明した。しかしながら本実施形態はこれに限定されず、例えば、図１６に示したように、給気スロットルバルブ１７の開度を段階的に絞ることで、エンジン１に供給される空気流量を階段状に制御することも可能である。この場合の制御フローは、図１７に示すとおりである。すなわち、空気流量制御が段階的に行われるため、図１５における空気流量制御の開始（Ｓ４５）および空気流量制御を中断（Ｓ４９）が、図１７では一つのステップとして表記され、空気流量制御の実施（Ｓ４５´）として表される。
【００６５】
また、上記説明では、エンジン１の燃焼状態の判断を、気筒内最高圧力変動率（Ｐｍａｘ−ｃｏｖ）から判断していたが、本実施形態はこれに限定されない。例えば、上述した気筒内圧測定手段によって図示平均圧力（ＩＭＥＰ）を算出し、このＩＭＥＰの変動率によって、エンジンの燃焼状態を判断するようにしてもよいものである。
【００６６】
このように、第４の実施形態における作動タイミング制御手段５２は、エンジン１の気筒内の圧力を測定する気筒内圧測定手段（不図示）を有しており、該気筒内圧測定手段によって測定された気筒内の圧力に基づいて、エンジン１の燃焼状態をリアルタイムで計測しながら、空気流量制御手段５０が作動するタイミングが制御されるようになっている。
【００６７】
したがって、このような第４の実施形態によれば、気筒内圧測定手段によってエンジン１の燃焼安定性をリアルタイムに直接的に把握しながら、空気流量制御手段５０の作動タイミングを制御することができるため、エンジン１の安定燃焼を確保しつつ、早期に排気浄化装置の昇温を図ることができるようになっている。
【００６８】
以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。
【００６９】
例えば、上述した実施形態の説明では、空気流量制御手段５０によって昇温される排気浄化装置として、ＳＣＲ装置９を例に説明した。しかしながら、本発明の排気浄化装置としては、ＳＣＲ装置の他に、ＤＯＣ装置５やＤＰＦ装置７などが挙げられる。本発明は、これらＤＯＣ装置５およびＤＰＦ装置７を備える内燃機関の排気浄化システムとしても、好適に用いられるものである。
【００７０】
また、上述した実施形態の説明では、空気流量制御の実施に先立って、噴射タイミング制御が実施されるものとして説明したが、本発明において、噴射タイミング制御の実施は必須ではない。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明によれば、ＤＯＣやＤＰＦ、ＳＣＲなどの排気浄化装置を備えたディーゼルエンジンの排気浄化システムとして、好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００７２】
１ エンジン
３ 排気通路
５ ＤＯＣ装置
７ ＤＰＦ装置
８ 尿素水噴射装置
９ ＳＣＲ装置
１１ 可変ターボ過給機
１３ 給気通路
１５ インタークーラ
１７ 給気スロットルバルブ
１８ コモンレール燃料噴射装置
１９ ＥＣＵ
２３ ＥＧＲ管
２４ ＥＧＲクーラ
２５ ＥＧＲバルブ
２６ 空気
２７ 排気ガス
３１ エアフローメータ
３３ ＳＣＲ出口温度センサ
３４ ＮＯＸセンサ
３５ ＤＯＣ入口温度センサ
３６ ＤＰＦ入口圧力センサ
３７ ＤＰＦ入口温度センサ
３８ ＤＰＦ差圧センサ
３９ ＤＰＦ出口温度センサ
４１ 給気温度センサ
４３ 給気圧力センサ
５０ 空気流量制御手段
５２ 作動タイミング制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、該エンジンから排出される排気ガスが通過する排気通路と、該排気通路に設置された排気浄化装置とを備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、
前記エンジンに供給される空気流量を低減することで前記エンジンから排出される排気ガスの昇温を図る空気流量制御手段と、該空気流量制御手段が作動するタイミングを制御する作動タイミング制御手段とを有し、
前記作動タイミング制御手段は、前記空気流量制御手段が作動して前記エンジンに供給される空気流量が低減されても、前記エンジンの燃焼状態が不安定とならないように、前記空気流量制御手段が作動するタイミングを制御するように構成されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記作動タイミング制御手段は、エンジンの始動から所定時間が経過した後に、前記空気流量制御手段を作動させるように構成されており、当該所定時間は、前記エンジンのエンジン回転数および燃料噴射量と対応して算出されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
前記所定時間は、前記エンジンが作動している状態における外気温および大気圧の少なくともいずれか一つに対応して補正されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
前記作動タイミング制御手段は、前記エンジンを冷却するエンジン冷却水もしくは前記エンジン内部を通過する潤滑油の温度が閾値以上になった場合に、前記空気流量制御手段を作動させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記冷却水温度もしくは潤滑油温度の閾値は、前記エンジンが作動している状態における外気温および大気圧の少なくともいずれか一つに対応して補正されることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項６】
前記作動タイミング制御手段は、前記エンジンの気筒内の温度および圧力を推定し、該推定された気筒内の温度および圧力に基づいて、前記空気流量制御手段が作動するタイミングを制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項７】
前記作動タイミング制御手段は、前記エンジンの気筒内の圧力を測定する気筒内圧測定手段を有しており、該気筒内圧測定手段によって測定された気筒内の圧力に基づいて、前記空気流量制御手段が作動するタイミングを制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項１】
エンジンと、該エンジンから排出される排気ガスが通過する排気通路と、該排気通路に設置された排気浄化装置とを備えた内燃機関の排気浄化システムにおいて、
前記エンジンに供給される空気流量を低減することで前記エンジンから排出される排気ガスの昇温を図る空気流量制御手段と、該空気流量制御手段が作動するタイミングを制御する作動タイミング制御手段とを有し、
前記作動タイミング制御手段は、前記空気流量制御手段が作動して前記エンジンに供給される空気流量が低減されても、前記エンジンの燃焼状態が不安定とならないように、前記空気流量制御手段が作動するタイミングを制御するように構成されていることを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記作動タイミング制御手段は、エンジンの始動から所定時間が経過した後に、前記空気流量制御手段を作動させるように構成されており、当該所定時間は、前記エンジンのエンジン回転数および燃料噴射量と対応して算出されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
前記所定時間は、前記エンジンが作動している状態における外気温および大気圧の少なくともいずれか一つに対応して補正されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項４】
前記作動タイミング制御手段は、前記エンジンを冷却するエンジン冷却水もしくは前記エンジン内部を通過する潤滑油の温度が閾値以上になった場合に、前記空気流量制御手段を作動させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項５】
前記冷却水温度もしくは潤滑油温度の閾値は、前記エンジンが作動している状態における外気温および大気圧の少なくともいずれか一つに対応して補正されることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項６】
前記作動タイミング制御手段は、前記エンジンの気筒内の温度および圧力を推定し、該推定された気筒内の温度および圧力に基づいて、前記空気流量制御手段が作動するタイミングを制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項７】
前記作動タイミング制御手段は、前記エンジンの気筒内の圧力を測定する気筒内圧測定手段を有しており、該気筒内圧測定手段によって測定された気筒内の圧力に基づいて、前記空気流量制御手段が作動するタイミングを制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１３−１０４４１５（Ｐ２０１３−１０４４１５Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５１０４８（Ｐ２０１１−２５１０４８）
【出願日】平成２３年１１月１６日（２０１１．１１．１６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１６日（２０１１．１１．１６）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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