特許 7635815 再生システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-17

(45)【発行日】2025-02-26

(54)【発明の名称】再生システム

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/025 20060101AFI20250218BHJP

   F02D 13/02 20060101ALI20250218BHJP

   F02D 41/38 20060101ALI20250218BHJP

   F02D 43/00 20060101ALI20250218BHJP

   F02M 26/05 20160101ALI20250218BHJP

   F02M 26/42 20160101ALI20250218BHJP

【ＦＩ】

F01N3/025 101

F02D13/02 Z

F02D41/38

F02D43/00 301H

F02D43/00 301N

F02D43/00 301R

F02D43/00 301Z

F02M26/05

F02M26/42

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023202681

(22)【出願日】2023-11-30

【審査請求日】2023-11-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110004222

【氏名又は名称】弁理士法人創光国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大橋 伸匡

【審査官】小関 峰夫

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６２－１１３８１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１１２２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１１２２８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１７４４６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１３６９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１１３９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１９３９５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第７４１６１９４（ＪＰ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｎ ３／０２１

Ｆ０２Ｄ １３／０２

Ｆ０２Ｄ １７／００

Ｆ０２Ｄ ４１／００－４５／００

Ｆ０２Ｍ ２６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンの排気を外部に排出する排気管路に設けられ、前記排気に含まれる物質を捕集するフィルタと、
前記エンジンの複数の気筒のうちの一部の気筒の圧縮工程中に前記一部の気筒の排気弁の開閉を制御する排気弁制御部と、
前記一部の気筒の燃焼室に燃料を噴射する噴射部を制御する噴射制御部と、
前記エンジンに供給される新気を圧縮する過給機の前記排気管路に設けられたタービンと、
前記排気管路における前記エンジンと前記タービンとの間から、前記排気管路における前記タービンの下流に前記一部の気筒の排気を供給可能なバイパス管路と、
前記一部の気筒の排気を前記バイパス管路に供給させる流路制御部と、
を有し、
前記排気管路には、前記一部の気筒の排気を前記タービンに供給する第一管路と、前記一部の気筒と異なる他の気筒の排気を前記タービンに供給する第二管路とが含まれ、
前記バイパス管路は、前記第一管路における前記エンジンと前記タービンとの間から、前記排気管路における前記タービンの下流に前記一部の気筒の排気を供給し、
前記排気弁制御部は、前記フィルタに捕集された前記物質を除去する場合に、前記一部の気筒の圧縮工程中に排気弁を開き、
前記噴射制御部は、圧縮工程中に前記排気弁が開いた状態の前記一部の気筒の燃焼室に、前記一部の気筒の圧縮工程中に前記排気弁が閉じている状態で前記一部の気筒の燃焼室に噴射させる燃料の第一噴射量よりも少ない第二噴射量の燃料を噴射させ
前記流路制御部は、前記圧縮工程中に前記排気弁が開いた状態の前記一部の気筒の燃焼室に燃料が噴射される場合、前記一部の気筒の排気を前記バイパス管路に供給させる、
再生システム。

【請求項2】

前記噴射制御部は、圧縮工程中に前記排気弁が閉じている状態の前記一部の気筒の燃焼室に燃料を噴射するタイミングと同じタイミングで、圧縮工程中に前記排気弁が開いた状態の前記一部の気筒の燃焼室に前記第二噴射量の燃料を噴射させる、
請求項１に記載の再生システム。

【請求項3】

前記一部の気筒の排気を前記エンジンの吸気管路に還流する第一還流管路と、
前記他の気筒の排気を前記吸気管路に還流する第二還流管路と、を有し、
前記流路制御部は、前記圧縮工程中に前記排気弁が開いた状態の前記一部の気筒の燃焼室に燃料が噴射される場合、前記他の気筒の排気の一部を前記第二還流管路に供給して前記吸気管路に還流させ、前記一部の気筒の排気を前記第一還流管路に供給しない、
請求項１に記載の再生システム。

【請求項4】

前記噴射制御部は、前記圧縮工程中に前記排気弁が開いた状態の前記一部の気筒の燃焼室に燃料を噴射させる場合、前記一部の気筒の圧縮工程中に前記一部の気筒の排気弁が閉じている状態で前記一部の気筒と異なる他の気筒の燃焼室に噴射させる燃料の第三噴射量よりも多い第四噴射量の燃料を、前記他の気筒の燃焼室に噴射させる、
請求項１に記載の再生システム。

【請求項5】

前記噴射制御部は、前記一部の気筒の圧縮工程中に前記排気弁が開く場合、前記一部の気筒の圧縮工程中に前記排気弁が開いている状態の前記エンジンに生じる負荷に応じた量だけ前記第三噴射量よりも多い前記第四噴射量の燃料を前記他の気筒の燃焼室に噴射させる、
請求項４に記載の再生システム。

【請求項6】

前記排気弁制御部は、前記フィルタに捕集された前記物質の除去が必要であり、前記エンジンの回転数が所定回転数以下であり、かつ前記燃焼室に噴射する燃料の指示噴射量が所定値以下である場合に、前記一部の気筒の圧縮工程中に排気弁を開く、
請求項１に記載の再生システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排気に含まれる物質を捕集するフィルタを再生する再生システムに関する。

【背景技術】

【0002】

排気中に含まれる煤等を捕集するＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）を再生する技術が知られている。特許文献１には、蓄積された煤等が所定量になったときに、ＤＰＦの上流側の噴射部から排気管路内に燃料（軽油）を直接噴射することで供給し、フィルタ近傍で燃料を燃焼させてフィルタに捕集されている煤等を焼却してフィルタを再生する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００６－２３３９３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、フィルタの上流側の排気管路内に燃料を供給するためには、排気管路に燃料を噴射する噴射部や、噴射部に燃料を供給する配管及びポンプ等が必要であり、排気管路内に燃料を供給するための構成が複雑になっていた。

【0005】

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で排気管路に燃料を供給することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の態様においては、エンジンの排気を外部に排出する排気管路に設けられ、前記排気に含まれる物質を捕集するフィルタと、前記エンジンの複数の気筒のうちの一部の気筒の圧縮工程中に前記一部の気筒の排気弁の開閉を制御する排気弁制御部と、前記一部の気筒の燃焼室に燃料を噴射する噴射部を制御する噴射制御部と、を有し、前記排気弁制御部は、前記フィルタに捕集された前記物質を除去する場合に、前記一部の気筒の圧縮工程中に排気弁を開き、前記噴射制御部は、圧縮工程中に前記排気弁が開いた状態の前記一部の気筒の燃焼室に、前記一部の気筒の圧縮工程中に前記排気弁が閉じている状態で前記一部の気筒の燃焼室に噴射させる燃料の第一噴射量よりも少ない第二噴射量の燃料を噴射させる、再生システムを提供する。

【0007】

前記噴射制御部は、圧縮工程中に前記排気弁が閉じている状態の前記一部の気筒の燃焼室に燃料を噴射するタイミングと同じタイミングで、圧縮工程中に前記排気弁が開いた状態の前記一部の気筒の燃焼室に前記第二噴射量の燃料を噴射させてもよい。

【0008】

前記エンジンに供給される新気を圧縮する過給機の前記排気管路に設けられたタービンと、前記排気管路における前記エンジンと前記タービンとの間から、前記排気管路における前記タービンの下流に前記一部の気筒の排気を供給可能なバイパス管路と、前記圧縮工程中に前記排気弁が開いた状態の前記一部の気筒の燃焼室に燃料が噴射される場合、前記一部の気筒の排気を前記バイパス管路に供給させる流路制御部と、を有してもよい。

【0009】

前記排気管路には、前記一部の気筒の排気を前記タービンに供給する第一管路と、前記一部の気筒と異なる他の気筒の排気を前記タービンに供給する第二管路とが含まれ、前記バイパス管路は、前記第一管路における前記エンジンと前記タービンとの間から、前記排気管路における前記タービンの下流に前記一部の気筒の排気を供給してもよい。

【0010】

前記一部の気筒の排気を前記エンジンの吸気管路に還流する第一還流管路と、前記他の気筒の排気を前記吸気管路に還流する第二還流管路と、を有し、前記流路制御部は、前記圧縮工程中に前記排気弁が開いた状態の前記一部の気筒の燃焼室に燃料が噴射される場合、前記他の気筒の排気の一部を前記第二還流管路に供給して前記吸気管路に還流させ、前記一部の気筒の排気を前記第一還流管路に供給しなくてもよい。

【0011】

前記噴射制御部は、前記圧縮工程中に前記排気弁が開いた状態の前記一部の気筒の燃焼室に燃料を噴射させる場合、前記一部の気筒の圧縮工程中に前記一部の気筒の排気弁が閉じている状態で前記一部の気筒と異なる他の気筒の燃焼室に噴射させる燃料の第三噴射量よりも多い第四噴射量の燃料を、前記他の気筒の燃焼室に噴射させてもよい。

【0012】

前記噴射制御部は、前記一部の気筒の圧縮工程中に前記排気弁が開く場合、前記一部の気筒の圧縮工程中に前記排気弁が開いている状態の前記エンジンに生じる負荷に応じた量だけ前記第三噴射量よりも多い前記第四噴射量の燃料を前記他の気筒の燃焼室に噴射させてもよい。

【0013】

前記排気弁制御部は、前記フィルタに捕集された前記物質の除去が必要であり、前記エンジンの回転数が所定回転数以下であり、かつ前記燃焼室に噴射する燃料の指示噴射量が所定値以下である場合に、前記一部の気筒の圧縮工程中に排気弁を開いてもよい。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、簡易な構成で排気管路に燃料を供給できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】再生システムの構成を説明するための図である。

【図2】エンジンの気筒の模式図である。

【図3】エンジン制御装置の構成を説明するための図である。

【図4】気筒から排出される排気の流れを説明するための図である。

【図5】フィルタを再生する処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

再生システムＳは、エンジン１の排気に含まれる物質を捕集するフィルタ３５に堆積した物質を除去するためのシステムである。再生システムＳの構成を、図１、図２及び図３を用いて説明する。図１は、再生システムＳの構成を説明するための図である。図２は、エンジン１の気筒の模式図である。図３は、エンジン制御装置６の構成を説明するための図である。再生システムＳは、エンジン１と、複数の気筒２と、排気管路３と、エンジン制御装置６と、吸気管路１２と、フィルタ３５とを有する。複数の気筒２の各々は、排気弁４２と、気筒２の燃焼室２４２に燃料を噴射する噴射部４３とを有する。

【0017】

エンジン１は、燃料と新気（空気）との混合気を燃焼、膨張させて、動力を発生させる内燃機関である。エンジン１は、例えば自動車や船舶に搭載されたディーゼルエンジンである。複数の気筒２は、第１気筒２１１、第２気筒２１２、第３気筒２１３及び第４気筒２１４の４つの気筒を含む。以下、第１気筒２１１、第２気筒２１２、第３気筒２１３及び第４気筒２１４を区別する必要がない場合、気筒２と言う。エンジン１の複数の気筒２のうちの一部の気筒である第１気筒２１１及び第４気筒２１４は、第一気筒群２１である。エンジン１の複数の気筒２のうちの一部の気筒と異なる他の気筒である第２気筒２１２及び第３気筒２１３は、第二気筒群２２である。

【0018】

気筒２は、吸気弁４１、排気弁４２、噴射部４３及びピストン２４１を有する。吸気弁４１及び排気弁４２は、エンジン１の動作サイクルの開始時において閉じている。まず、ピストン２４１が下がるときに吸気弁４１が開かれて、新気が気筒２内に吸い込まれる（吸気工程）。次に、ピストン２４１が下死点に至るときに吸気弁４１が閉じて、ピストン２４１が上死点まで上昇するときに空気が圧縮される（圧縮工程）。続いて、噴射部４３により燃料が噴射され、圧縮加熱された空気と混合した燃料が燃焼し、膨張した燃焼ガスによりピストン２４１が下死点まで押し下げられる（燃焼工程）。そして、慣性や他の気筒２での膨張に伴い、ピストン２４１が再度上死点まで上昇するときに排気弁４２を開くことにより、燃焼ガスが気筒２外に押し出されて排気ガスとして排気管路３に排出される（排気工程）。

【0019】

吸気管路１２は、エンジン１に新気を供給する管路である。吸気管路１２は、各気筒２に対応するように分岐して、新気を各気筒２に供給するための管路である。吸気管路１２には、インタークーラ１４３が設けられている。インタークーラ１４３は、エンジン１に供給される新気を冷却する。インタークーラ１４３は、エンジン１の冷却水又は外気と、新気とを熱交換させることで新気を冷却する熱交換器である。

【0020】

排気管路３は、エンジン１の排気を外部に排出する管路である。排気管路３には、エンジン１に供給される新気を圧縮する過給機１６のタービン１６２が設けられている。タービン１６２は、排気が通過することで回転する。タービン１６２は、過給機１６のコンプレッサ１６１に連結されている。コンプレッサ１６１は、吸気管路１２に設けられている。コンプレッサ１６１は、タービン１６２の回転に連動して回転することで、新気を圧縮して過給する。

【0021】

排気管路３は、第一管路３１と、第二管路３２と、第三管路３３とを有する。第一管路３１は、第一気筒群２１と接続し、第一気筒群２１の排気をタービン１６２に供給するための管路である。第二管路３２は、第二気筒群２２と接続し、第二気筒群２２の排気をタービン１６２に供給するための管路である。第三管路３３は、タービン１６２を通過した排気を外部に排出するための管路である。

【0022】

第一還流管路１３１は、第一管路３１と吸気管路１２を接続し、第一気筒群２１の排気を吸気管路１２に還流するための管路である。第一還流管路１３１には、排気冷却器１４１が設けられている。排気冷却器１４１は、第一気筒群２１の排気と、エンジン１の冷却水又は外気とを熱交換させることで、第一気筒群２１の排気を冷却する熱交換器である。第一還流管路１３１における吸気管路１２と排気冷却器１４１の間には、第一制御弁１５１が設けられている。第一制御弁１５１は、吸気管路１２へ流れる第一気筒群２１の排気の流量を調整する。第一制御弁１５１は、エンジン制御装置６の制御により、流路の面積を調整する調整弁が作動することにより、流路の面積が調整されて第一制御弁１５１を通過する第一気筒群２１の排気の流量が調整される。

【0023】

第二還流管路１３２は、第二管路３２と吸気管路１２を接続し、第二気筒群２２の排気を吸気管路１２に還流するための管路である。第二還流管路１３２には、排気冷却器１４２が設けられている。排気冷却器１４２は、第二気筒群２２の排気と、エンジン１の冷却水又は外気とを熱交換させることで、第二気筒群２２の排気を冷却する熱交換器である。第二還流管路１３２における吸気管路１２と排気冷却器１４２の間には、第二制御弁１５２が設けられている。第二制御弁１５２は、吸気管路１２へ流れる第二気筒群２２の排気の流量を調整する。第二制御弁１５２は、エンジン制御装置６の制御により、流路の面積を調整する調整弁が作動することにより、流路の面積が調整されて第二制御弁１５２を通過する第二気筒群２２の排気の流量が調整される。

【0024】

第三管路３３には、浄化装置３４及びフィルタ３５が設けられている。浄化装置３４は、タービン１６２とフィルタ３５の間に設けられている。浄化装置３４は、エンジン１の排気を浄化する。浄化装置３４は、例えばディーゼル酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst; ＤＯＣ）であるが、これに限定するものではない。

【0025】

フィルタ３５は、第三管路３３における浄化装置３４の下流に設けられている。フィルタ３５は、例えばＤＰＤ（ディーゼル・パティキュレート・ディフューザー）である。フィルタ３５は、排気に含まれる物質を捕集する。排気に含まれる物質は、例えば粒子状物質であり、具体例を挙げると煤である。フィルタ３５が捕集した物質の量が、フィルタ３５が捕集可能な許容量を超えると、フィルタ３５の捕集性能が低下する。そのため、フィルタ３５が捕集した物質の量が許容量を超えた場合、フィルタ３５に捕集された物質を除去して捕集性能を再生する再生制御を実行する必要がある。

【0026】

バイパス管路３６は、排気管路３におけるエンジン１とタービン１６２との間から、排気管路３におけるタービン１６２の下流に第一気筒群２１の排気を供給可能な管路である。具体的には、バイパス管路３６は、第一管路３１と第三管路とを接続し、第一管路におけるエンジン１とタービン１６２との間から、排気管路３におけるタービン１６２の下流に第一気筒群２１の排気を供給する。言い換えると、バイパス管路３６は、第一気筒群２１の排気にタービン１６２を迂回（バイパス）させる。

【0027】

三方弁１５３は、バイパス管路３６が第一管路３１から分岐する分岐点に設けられている。三方弁１５３は、第一気筒群２１の排気にタービン１６２を迂回させるか否かを切り替える。具体的には、三方弁１５３は、第一気筒群２１の排気をタービン１６２に供給するか、第一気筒群２１の排気をバイパス管路３６に供給するかを切り替える。

【0028】

エンジン制御装置６は、エンジン１を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。エンジン制御装置６は、フィルタ３５の再生制御が必要な場合に、排気管路３に未燃焼の燃料を供給し、フィルタ３５の近傍で燃焼させることで、フィルタ３５に捕集された物質を焼却することで除去できる。
以下、エンジン制御装置６の具体的な構成を説明する。

【0029】

エンジン制御装置６は、記憶部６１及び制御部６２を有する。記憶部６１は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びハードディスク等を含む記憶媒体である。記憶部６１は、制御部６２が実行するプログラムを記憶する。

【0030】

制御部６２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサを含む計算リソースである。制御部６２は、記憶部６１に記憶されたプログラムを実行することにより、取得部６２１、判定部６２２、排気弁制御部６２３、噴射制御部６２４及び流路制御部６２５としての機能を実現する。

【0031】

取得部６２１は、再生システムＳに関する情報を検出するセンサ群１１から、当該情報を取得する。例えば、センサ群１１は、第三管路３３におけるフィルタ３５の上流と下流の圧力を検出するセンサを含む。取得部６２１は、フィルタ３５の上流と下流の圧力をセンサ群１１から取得する。また、センサ群１１は、エンジン１の回転数を取得するセンサ、及びエンジン１の冷却水の温度を取得するセンサを含む。取得部６２１は、エンジン１の回転数とエンジン１の冷却水の温度とをセンサ群１１から取得する。

【0032】

取得部６２１は、燃焼室２４２に噴射する燃料の指示噴射量を取得する。例えば、取得部６２１は、エンジン１の出力を制御する操作部の操作量に応じた指示噴射量を取得する。具体例を挙げると、エンジン１が車両に搭載されている場合、取得部６２１は、操作部であるアクセルペダルの踏込量が大きいほど大きい指示噴射量を取得する。また、取得部６２１は、エンジン１に対する要求トルクに応じた指示噴射量を取得してもよい。この場合、取得部６２１は、要求トルクが大きいほど大きい指示噴射量を取得する。

【0033】

判定部６２２は、フィルタ３５に捕集された物質の除去する再生制御が必要か否かを判定する。判定部６２２は、フィルタ３５が捕集した物質の量が許容量を超えたか否かを判定することで、再生制御が必要か否かを判定する。フィルタ３５が捕集した物質の量が許容量を超えると、排気がフィルタ３５を通過しにくくなるので、フィルタ３５の上流を流れる排気の圧力が高くなり、フィルタ３５の下流を流れる排気の圧力が小さくなる。そのため、フィルタ３５が捕集した物質の量が許容量を超えると、２つの排気の圧力の差が大きくなる。そこで、判定部６２２は、フィルタ３５の上流の排気の圧力と下流の排気の圧力との圧力差に基づいて、フィルタ３５が捕集した物質の量が許容量を超えたか否かを判定し、再生制御の要否を判定する。

【0034】

判定部６２２は、圧力差が所定の圧力未満の場合、フィルタ３５が捕集した物質の量が許容量を超えておらず、再生制御が不要であると判定する。所定の圧力は、フィルタ３５の性能や仕様、実験によって定めればよい。排気弁制御部６２３は、圧力差が所定の圧力以上の場合、フィルタ３５が捕集した物質の量が許容量を超えており、再生制御が必要であると判定する。

【0035】

排気弁制御部６２３は、複数の気筒２の排気弁４２の開閉を制御する。排気弁制御部６２３は、エンジン１の動作サイクルの工程に応じて、複数の気筒２の各々の排気弁４２の開閉制御を行う。例えば、排気弁制御部６２３は、フィルタ３５の再生制御が不要である場合、第一気筒群２１の圧縮工程中に第一気筒群２１の排気弁４２を閉じた状態にする。以下の説明において、圧縮工程中に排気弁４２が閉じている状態の第一気筒群２１を、通常稼働時の第一気筒群２１と言うことがある。

【0036】

排気弁制御部６２３は、再生制御が必要である場合に、第一気筒群２１（第１気筒２１１及び第４気筒２１４）の圧縮工程中に第一気筒群２１の排気弁４２を開く。具体的には、排気弁制御部６２３は、再生制御が必要でありフィルタ３５に捕集された物質を除去する場合に、第一気筒群２１の圧縮工程中に第一気筒群２１の排気弁４２を開く。この場合、排気弁制御部６２３は、第二気筒群２２（第２気筒２１２及び第３気筒２１３）の圧縮工程中に、第二気筒群２２の排気弁４２を閉じた状態にする。以下の説明において、第一気筒群２１の圧縮工程中に第一気筒群２１の排気弁４２を開くことを、第一気筒群２１を圧縮開放すると言うことがある。また、圧縮工程中に第一気筒群２１の排気弁４２が開いた状態の第一気筒群２１を、圧縮開放時の第一気筒群２１と言うことがある。

【0037】

噴射制御部６２４は、第一気筒群２１及び第二気筒群２２の各噴射部４３を制御して、第一気筒群２１及び第二気筒群２２の燃焼室２４２への燃料の噴射を制御する。例えば、噴射制御部６２４は、噴射部４３を制御して、圧縮開放時の第一気筒群２１の燃焼室２４２に燃料を噴射させる。つまり、噴射制御部６２４は、圧縮工程中に排気弁４２が開くことで混合気の温度が燃焼可能な温度にならない第一気筒群２１の燃焼室２４２に燃料を噴射する。

【0038】

噴射制御部６２４は、圧縮開放時の第一気筒群２１の燃焼室２４２に燃料を噴射させる場合、第一噴射量よりも少ない第二噴射量の燃料を噴射させる。第一噴射量は、通常稼働時の第一気筒群２１の燃焼室２４２に噴射させる燃料の量である。噴射制御部６２４は、通常稼働時の第一気筒群２１の燃焼室２４２に燃料を噴射するタイミングと同じタイミングで、圧縮開放時の第一気筒群２１の燃焼室２４２に第二噴射量の燃料を噴射させる。言い換えると、噴射制御部６２４は、圧縮開放時の第一気筒群２１に燃料を噴射させる場合、通常稼働時と同様に、ピストン２４１が上死点付近である状態の圧縮開放時の第一気筒群２１の燃焼室２４２に燃料Ｎを噴射させる（図２を参照）。

【0039】

ところで、燃焼室２４２は、圧縮工程中に噴射された燃料Ｎの内壁への付着が抑制されるような気流が生じるように設計されているが、排気工程中に燃料Ｎが噴射されることを想定して設計されていない。そのため、排気工程中の燃焼室２４２内に生じる気流は、圧縮工程中の燃焼室２４２の気流と異なり、噴射された燃料Ｎの内壁への付着が抑制されるような気流にならない。これにより、排気工程中の燃焼室２４２に燃料Ｎが噴射部４３から噴射されると、燃料Ｎが燃焼室２４２の内壁に付着してしまうことがある。この場合、内壁に付着した燃料Ｎが、ピストン２４１を潤滑する潤滑油に混入してエンジン１が故障してしまうおそれがある。一方、本実施の形態に係る噴射制御部６２４は、通常燃焼時と同様に圧縮工程中の燃焼室２４２に、噴射部４３に燃料Ｎを噴射させる。このようにすることで、圧縮開放時の第一気筒群２１の燃焼室２４２に噴射された燃料Ｎは、通常稼働時と同様に燃焼室２４２内で拡散して新気と混合される。つまり、燃料Ｎは、圧縮工程中の燃焼室２４２内で生じている、燃料Ｎの内壁への付着が抑制されるような気流に乗って拡散するので、燃焼室２４２の内壁への付着が抑制される。その結果、ピストン２４１を潤滑する潤滑油への燃料Ｎの混入が抑制されるためエンジン１の故障が抑制される。

【0040】

このとき、第一気筒群２１を圧縮開放することにより第一気筒群２１の燃焼室２４２内の圧力が低下しているので、燃焼室２４２内で圧縮された空気の温度は、混合気が燃焼可能な温度未満である。そのため、圧縮開放時の第一気筒群２１の燃焼室２４２に燃料Ｎを噴射した場合、新気と燃料Ｎの混合気は燃焼しない。そして、混合気は、第一気筒群２１の排気工程において未燃焼の状態で燃焼室２４２から第一管路３１に排出される。つまり、噴射制御部６２４は、未燃焼の燃料Ｎを排気管路３に供給することができる。

【0041】

第一管路３１に供給された未燃焼の燃料Ｎと空気の混合気は、第三管路３３で第二気筒群２２の排気と合流し、第二気筒群２２の排気の熱により分解して炭化水素になる。炭化水素は、酸化触媒である浄化装置３４に供給される。炭化水素が浄化装置３４に供給されることで浄化装置３４の酸化反応が促進されて、炭化水素が燃焼する。そして、炭化水素の燃焼により、フィルタ３５に流入する排気の温度が上昇する。具体的には、排気の温度は、フィルタ３５が捕集している物質（煤）を焼却可能な温度（例えば摂氏５００度）になる。そして、フィルタ３５が捕集している物質を焼却可能な温度になった排気がフィルタ３５に到達することで、フィルタ３５に捕集されている物質（煤等）が焼却される。

【0042】

ところで、未燃焼の燃料が吸気管路１２に還流されると、フィルタ３５に到達する燃料の量が少なくなってしまい、フィルタ３５が捕集した物質を燃焼するのに十分な燃焼温度にならないことがある。また、未燃焼の燃料が吸気管路１２に還流されると、第二気筒群２２の燃焼室２４２に過剰な燃料が供給されてしまうおそれがある。

【0043】

そこで、流路制御部６２５は、圧縮開放時の第一気筒群２１の燃焼室２４２に燃料が噴射される場合、第一気筒群２１から排出される未燃焼の燃料と空気の混合気を第一還流管路１３１に供給しない。図４は、気筒２から排出される排気の流れを説明するための図である。図４の白く塗りつぶした矢印は、第一気筒群２１から排出される未燃焼の燃料と空気の混合気の流れを示す。図４の黒く塗りつぶした矢印は、第二気筒群２２から排出される排気の流れを示す。丸の中にバツが入った記号は、管路に気体が流れないことを示す。

【0044】

流路制御部６２５は、第一制御弁１５１を閉じることで未燃焼の燃料と空気の混合気を第一還流管路１３１に供給されないようにし、未燃焼の燃料と空気の混合気を吸気管路１２に還流させない。図４に示すように、白く塗りつぶした矢印で示される混合気は、第一管路３１と第一還流管路１３１の分岐点で第一還流管路１３１に向かわず、三方弁１５３に向かう。これにより、流路制御部６２５は、未燃焼の燃料と空気の混合気を全て第三管路３３に供給でき、第二気筒群２２の燃焼室２４２に過剰な燃料が供給されることを抑制できる。

【0045】

タービン１６２に未燃焼の燃料が供給されると、タービン１６２の羽やモータに燃料が付着することによりタービン１６２が故障してしまうおそれがある。そこで、流路制御部６２５は、未燃焼の燃料をタービン１６２に供給させない。具体的には、流路制御部６２５は、圧縮開放時の第一気筒群２１の燃焼室２４２に燃料が噴射される場合、第一気筒群２１のから排出される未燃焼の燃料と空気の混合気をバイパス管路３６に供給させる。より具体的には、流路制御部６２５は、三方弁１５３を制御して、第一管路３１とバイパス管路３６を接続し、第一管路３１とタービン１６２の接続を遮断することで、第一気筒群２１から排出される未燃焼の燃料と空気の混合気をバイパス管路３６に供給させる。

【0046】

図４に示すように、白く塗りつぶした矢印で示される混合気は、タービン１６２に向かわず、全て三方弁１５３を通過してバイパス管路３６に向かう。このようにすることで、未燃焼の燃料と空気の混合気は、タービン１６２を迂回するバイパス管路３６を通過してフィルタ３５に到達する。つまり、流路制御部６２５は、タービン１６２に混合気が供給されることを抑制できる。

【0047】

流路制御部６２５は、未燃焼の燃料と空気の混合気をエンジン１に還流させないが、第二気筒群２２の排気をエンジン１に還流させる。具体的には、流路制御部６２５は、第二気筒群２２の排気の一部を第二還流管路１３２に供給して吸気管路１２に還流させる。より具体的には、流路制御部６２５は、第二制御弁１５２を開いて第二気筒群２２の排気を第二還流管路１３２に供給させることで、第二気筒群２２の排気をエンジン１に還流させる。

【0048】

図４に示すとおり、第二気筒群２２から排出された排気は、第二管路３２から第二還流管路１３２に分岐する分岐点で、第二管路３２及び第二還流管路１３２の各々に向かう。第二管路３２を流れる排気は、タービン１６２を通過して第三管路３３に到達する。第二還流管路１３２を流れる排気は、排気冷却器１４２及び第二制御弁１５２を通過して吸気管路１２に到達する。これにより、流路制御部６２５は、第二気筒群２２に供給される吸気（新気と排気の混合気体）の酸素濃度を低下させることが可能になるので、第二気筒群２２の燃焼室２４２での燃焼時に生成される窒素酸化物の量を低減することができる。

【0049】

第一気筒群２１を圧縮開放する場合、エンジン１に負荷がかかる。つまり、燃焼室内の空気の圧力が減少した状態で膨張行程が行われることにより、エンジン１に負の仕事が発生するため、エンジン１に負荷がかかる。第一気筒群２１を圧縮開放する場合にエンジン１の出力を所望の出力にするためには、第二気筒群２２に噴射する燃料の量を増やす必要がある。

【0050】

そのため、噴射制御部６２４は、第一気筒群２１を圧縮開放する場合、第三噴射量よりも多い第四噴射量の燃料を、第二気筒群２２の燃焼室２４２に噴射させる。第三噴射量は、第一気筒群２１を通常稼働する場合に第二気筒群２２の燃焼室２４２に噴射させる燃料の量である。具体的には、噴射制御部６２４は、第一気筒群２１を圧縮開放する場合にエンジン１に生じる負荷に応じて第四噴射量を決定する。より具体的には、噴射制御部６２４は、第一気筒群２１を圧縮開放する場合にエンジン１に生じる負荷に応じた燃料の量を第三噴射量に加えた値を第四噴射量として決定する。噴射制御部６２４は、噴射部４３を制御して、決定した第四噴射量の燃料を第二気筒群２２の燃焼室２４２に噴射させる。

【0051】

このように、噴射制御部６２４は、第一気筒群２１の圧縮開放時による負荷がかかったエンジン１の第二気筒群２２に噴射する燃料の量を増量する。これにより、噴射制御部６２４は、実質的なエンジン１の出力を増加させることなく、第二気筒群２２の燃焼室２４２に噴射させる燃料の量を増加できる。その結果、混合気の燃焼温度が上昇するので排気の温度が上昇し、第一気筒群２１から排出された未燃焼の燃料を排気管路３内で燃焼しやすくできる。

【0052】

エンジン制御装置６は、エンジン１の状態が所定の条件を満たしている場合に、フィルタ３５の再生制御を実行してもよい。例えば、エンジン１の回転数が所定回転数以下の場合、回転数が所定回転数よりも大きい場合よりも単位時間当たりの燃焼回数が少ないので、排気の温度が上がりにくく、フィルタ３５が捕集した物質が燃焼し難い。そこで、エンジン制御装置６は、フィルタ３５の再生制御が必要であり、エンジン１の回転数が所定回転数以下である場合に、フィルタ３５の再生制御を実行する。具体的には、フィルタ３５の再生制御が必要であり、エンジン１の回転数が所定回転数以下である場合に、排気弁制御部６２３は第一気筒群２１を圧縮開放し、噴射制御部６２４は圧縮開放時の第一気筒群２１に第二噴射量の燃料を噴射させる。

【0053】

所定回転数は、エンジン１の仕様や実験などにより適宜定めればよい。所定回転数の具体的な値は、ディーゼルエンジンの場合、例えば毎分２０００回転であるが、これに限定するものではない。圧縮開放時の第一気筒群２１に燃料が噴射されることで、排気管路３に未燃焼の燃料が供給される。このように、エンジン制御装置６は、排気の温度が上がりにくい状況で、排気管路３に未燃焼の燃料を供給してフィルタ３５の再生制御を適切に実行することが可能になる。

【0054】

なお、エンジン１の回転数が所定回転数よりも大きい場合、回転数が所定回転数以下の場合よりも単位時間当たりの燃焼回数が多くなるので、排気の温度が上昇しやすく、フィルタ３５が捕集した物質が燃焼しやすくなる。そのため、エンジン制御装置６は、フィルタ３５の再生制御が必要であっても、エンジン１の回転数が所定回転数よりも大きい場合、フィルタ３５の再生制御を実行しない。エンジン制御装置６は、フィルタ３５の再生制御が必要であり、かつエンジン１の回転数が所定回転数よりも大きい状態が所定時間継続した場合、フィルタ３５の再生制御を実行してもよい。

【0055】

エンジン１に大きな負荷がかかっている状態で再生制御を行うと、過剰な負荷がエンジン１にかかってしまう。そこで、エンジン制御装置６は、フィルタ３５の再生制御が必要であり、エンジン１の回転数が所定回転数以下であり、かつ指示噴射量が判定閾値以下である場合に、フィルタ３５の再生制御を実行する。具体的には、フィルタ３５の再生制御が必要であり、エンジン１の回転数が所定回転数以下であり、かつ指示噴射量が判定閾値以下である場合に、排気弁制御部６２３は第一気筒群２１を圧縮開放し、噴射制御部６２４は圧縮開放時の第一気筒群２１に第二噴射量の燃料を噴射させる。エンジン制御装置６は、フィルタ３５の再生制御が必要であり、エンジン１の回転数が所定回転数以下であっても、指示噴射量が判定閾値よりも大きい場合、フィルタ３５の再生制御を実行しない。

【0056】

判定閾値は、エンジン１の燃焼室２４２に噴射可能な最大噴射量よりも小さい。具体的には、判定閾値は、最大噴射量よりも所定値だけ小さい。所定値は、例えばエンジン１の仕様や実験などにより定められている。判定閾値Ｎの具体的な値は、最大噴射量Ｍの５分の１（２０パーセント相当）であるがこれに限定するものではない。このようにすることで、エンジン制御装置６は、エンジン１に大きな負荷がかかっている状態での再生制御の実行を抑制できるので、エンジン１に過剰な負荷がかかることを抑制できる。

【0057】

［フィルタ３５を再生する処理］
図５は、フィルタ３５を再生する処理の流れの一例を示すフローチャートである。フィルタ３５を再生する処理は、エンジン１の動作中に所定間隔で実行される。言い換えると、フィルタ３５を再生する処理は、エンジン１が搭載された車両の走行中に自動的に実行される。所定間隔は、適宜定めればよく、例えば１分であるが、これに限定するものではない。また、取得部６２１は、フィルタ３５の上流及び下流の排気の圧力と、エンジン１の指示噴射量と、エンジン１の回転数とを取得しているものとする。

【0058】

判定部６２２は、フィルタ３５の再生制御が必要か否かを判定する（ステップＳ１）。具体的には、排気弁制御部６２３は、フィルタ３５の上流の排気の圧力と下流の排気の圧力との圧力差が判定閾値未満の場合、再生制御が不要であると判定する。判定部６２２は、再生制御が不要である場合（ステップＳ１でＮｏ）、フィルタ３５を再生する処理を終了する。

【0059】

判定部６２２は、圧力差が所定の圧力以上の場合、再生制御が必要であると判定する。判定部６２２は、再生制御が必要である場合（ステップＳ１でＹｅｓ）、エンジン１の回転数が所定回転数以下か否かを判定する（ステップＳ２）。判定部６２２は、エンジン１の回転数が所定回転数よりも大きい場合（ステップＳ２でＮｏ）、単位時間あたりの燃焼回数が多く排気の温度が高くなりやすい状況であるため、フィルタ３５を再生する処理を終了する。

【0060】

判定部６２２は、エンジン１の回転数が所定回転数以下である場合（ステップＳ２でＹｅｓ）、指示噴射量が判定閾値以下か否かを判定する（ステップＳ３）。判定部６２２は、指示噴射量が判定閾値よりも大きい場合（ステップＳ３でＮｏ）、噴射される燃料の量が多くエンジン１に大きな負荷がかかっている状況であるため、フィルタ３５を再生する処理を終了する。

【0061】

排気弁制御部６２３は、指示噴射量が判定閾値以下である場合（ステップＳ３でＹｅｓ）、第一気筒群２１を圧縮開放する（ステップＳ４）。具体的には、排気弁制御部６２３は、第一気筒群２１の圧縮工程中に第一気筒群２１の排気弁４２を開く。噴射制御部６２４は、噴射部４３を制御して、圧縮開放時の第一気筒群２１の燃焼室２４２に第二噴射量の燃料を噴射させる（ステップＳ５）。エンジン制御装置６は、ステップＳ１からステップＳ５の処理を、フィルタ３５の再生制御が不要であると判定されるまで繰り返し実行する。

【0062】

［再生システムＳの効果］
以上説明したとおり、再生システムＳは、フィルタ３５に捕集された物質を除去する場合に、一部の気筒である第一気筒群２１の圧縮工程中に第一気筒群２１の排気弁４２を開き、第一気筒群２１の排気弁４２が開いた状態で、第二噴射量の燃料を第一気筒群２１の燃焼室２４２に噴射する。第二噴射量は、圧縮工程中に排気弁４２が閉じている状態で燃焼室２４２に噴射する第一噴射量よりも少ない。

【0063】

このように、圧縮工程中に排気弁４２が開くので、燃焼室２４２内の圧力が低下して圧縮空気の温度が低下する。つまり、再生システムＳは、圧縮空気の温度が、空気と燃料の混合気の燃焼温度よりも低くなった状態で、燃焼室２４２に燃料を噴射できる。燃焼室２４２に噴射された燃料は、燃焼室２４２で燃焼せずに未燃の状態で排出されて、排気管路３に供給される。

【0064】

上記のとおり、再生システムＳは、排気管路３に燃料を噴射する噴射装置や、噴射装置に燃料を供給する配管及びポンプを追加することなく、第一気筒群２１の圧縮工程中に排気弁４２を開き、排気弁４２が開いた状態の第一気筒群２１に燃料を噴射すると言う簡易な構成で未燃焼の燃料を排気管路３に供給できる。そして、排気管路３に供給された未燃焼の燃料は、フィルタ３５に達する前に排気管路３内で燃焼する。排気管路３内で燃料が燃焼することで排気の温度がフィルタ３５に捕集されている物質が燃焼する温度まで上昇する。これにより、フィルタ３５に捕集されている物質（煤等）は、焼却されて除去される。

【0065】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

【符号の説明】

【0066】

Ｓ 再生システム
１ エンジン
１１ センサ群
１２ 吸気管路
１６ 過給機
１３１ 第一還流管路
１３２ 第二還流管路
１４１ 排気冷却器
１４２ 排気冷却器
１４３ インタークーラ
１５１ 第一制御弁
１５２ 第二制御弁
１５３ 三方弁
１６１ コンプレッサ
１６２ タービン
２ 気筒
２１ 第一気筒群
２２ 第二気筒群
２１１ 第１気筒
２１２ 第２気筒
２１３ 第３気筒
２１４ 第４気筒
２４１ ピストン
２４２ 燃焼室
３ 排気管路
３１
３２ 第二管路
３３ 第三管路
３４ 浄化装置
３５ フィルタ
３６ バイパス管路
４１ 吸気弁
４２ 排気弁
４３ 噴射部
６ エンジン制御装置
６１ 記憶部
６２ 制御部
６２１ 取得部
６２２ 判定部
６２３ 排気弁制御部
６２４ 噴射制御部
６２５ 流路制御部

【要約】

【課題】簡易な構成で排気管路に燃料を供給する。
【解決手段】再生システムＳは、エンジン１の排気を外部に排出する排気管路３に設けられ、排気に含まれる物質を捕集するフィルタ３５と、エンジン１の複数の気筒のうちの一部の気筒の圧縮工程中に第一気筒群２１の排気弁４２を開く排気弁制御部６２３と、圧縮工程中に排気弁４２が開いた状態の第一気筒群２１の燃焼室２４２に、第一気筒群２１の圧縮工程中に排気弁４２が閉じている状態で第一気筒群２１の燃焼室２４２に噴射させる燃料の第一噴射量よりも少ない第二噴射量の燃料を噴射させる噴射制御部６２４と、を有する。
【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】