(57)【要約】【課題】ドライバビリティーの悪化を招くことなく後処理装置で必要な温度を確実に確保し得るようにした排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気管１１の途中に装備した後処理装置１２により排気ガス９を浄化するようにした排気浄化装置に関し、一部の気筒８におけるバルブの開弁動作を不作動とするバルブ動作休止手段と、該バルブ動作休止手段に対し排気温度が低い運転領域で休止指令を出力して当該気筒８の燃料噴射をカットし且つ残りの気筒８の燃料噴射をトルク低下を補償し得るよう増量する制御装置１５とを備える。【選択図】図１
2006152856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管の途中に装備した後処理装置により排気ガスを浄化するようにした排気浄化装置であって、一部の気筒におけるバルブの開弁動作を不作動とするバルブ動作休止手段と、該バルブ動作休止手段に対し排気温度が低い運転領域で休止指令を出力して当該気筒の燃料噴射をカットし且つ残りの気筒の燃料噴射をトルク低下を補償し得るよう増量する制御手段とを備えたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
一部の気筒におけるバルブの開弁動作を不作動とするバルブ動作休止手段が、各気筒のバルブの開閉タイミング及びリフトを調節し得るようにした可変バルブ機構により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
バルブ動作休止手段を成す可変バルブ機構が、エンジン駆動のカムにより一端を押し上げられて傾動するロッカーアームと、該ロッカーアームの傾動により作動するマスターピストンと、該マスターピストンに対し開弁用油通路を介して接続され且つ該開弁用油通路に前記マスターピストンによる油圧が発生した際に作動してバルブを開弁するスレーブピストンと、前記開弁用油通路の油圧の保持・開放を適宜に切り替えてバルブの開閉タイミング及びリフトを調節する油圧供給手段とにより構成されていることを特徴とする請求項２に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。
【０００３】
この種のパティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。
【０００４】
そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積するので、目詰まりにより排気抵抗が増加しないうちにパティキュレートを適宜に燃焼除去してパティキュレートフィルタの再生を図る必要があるが、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ないため、例えばアルミナに白金を担持させたものに適宜な量のセリウム等の希土類元素を添加して成る酸化触媒をパティキュレートフィルタに一体的に担持させたり、パティキュレートフィルタの前段に酸化触媒を別体で配置するようにした触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用することが検討されている。
【０００５】
即ち、このような触媒再生型のパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となるのである。
【０００６】
また、前述したパティキュレートフィルタ以外にも、排気ガス中のＮＯxの除去を目的としたＮＯx選択還元触媒やＮＯx吸蔵還元触媒等を後処理装置として排気管の途中に装備することも提案されており、特に近年においては、パティキュレートフィルタにＮＯx吸蔵還元触媒を組み合わせた後処理装置も開発されてきている。
【０００７】
ただし、これらの何れの後処理装置を採用した場合であっても、パティキュレートの確実な燃焼除去や十分な触媒活性を得るために所定温度以上の比較的高い排気温度が必要となるので、排気温度の低い運転状態（一般的に軽負荷の運転領域に排気温度が低い領域が拡がっている）が続くと、後処理装置を十分に機能させることができない。
【０００８】
そこで、排気温度の低い運転状態にて適宜に吸気流量を絞り込んで気筒内燃焼での排気ガスの発生量を抑制し、これにより熱容量を下げて排気温度を上昇させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−８３１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このように吸気流量の絞り込みを行うと、気筒内の作動空気量が減ることによりポンピングロスが増大してトルクが低下し、通常より深くアクセルを踏み込まないと必要なトルクが得られなくなってしまうため、ドライバビリティー（運転者の意志にかなった応答性や円滑性が得られるかどうかのフィーリング）の悪化を招くという問題があった。
【００１０】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、ドライバビリティーの悪化を招くことなく後処理装置で必要な温度を確実に確保し得るようにした排気浄化装置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】
【００１１】
本発明は、排気管の途中に装備した後処理装置により排気ガスを浄化するようにした排気浄化装置であって、一部の気筒におけるバルブの開弁動作を不作動とするバルブ動作休止手段と、該バルブ動作休止手段に対し排気温度が低い運転領域で休止指令を出力して当該気筒の燃料噴射をカットし且つ残りの気筒の燃料噴射をトルク低下を補償し得るよう増量する制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
而して、後処理装置で必要な温度を下まわる排気温度で運転が行われている場合に、制御手段からの休止指令を受けたバルブ動作休止手段により一部の気筒におけるバルブの開弁動作が不作動となり、しかも、バルブの開弁動作が不作動となった気筒の燃料噴射が制御手段によりカットされるので、これら一部の気筒が完全に休止状態となって残りの気筒だけで減筒運転が成されることになる。
【００１３】
他方、稼働している気筒においては、減筒運転によるトルク低下を補償し得るよう燃料噴射が増量して行われるので、これらの稼働している気筒にて空気過剰率が低下して排気温度が上昇し、これにより排気管の途中の後処理装置で必要な温度が確保されることになり、しかも、同じアクセル開度に対してトルク変動が起こらなくなってドライバビリティーの悪化が回避される。
【００１４】
この際、休止している気筒では、バルブが閉じた状態に保持されて内部に空気が封止されることになるが、この空気は気筒内で拡縮されるだけで出力を下げる作用が生じることはなく（圧縮時の抵抗が膨張時に相殺されるため）、寧ろバルブの開弁動作を継続させたた場合（燃料噴射だけをカットした場合）に空気が出入りすることで生じる抵抗が回避されることになる。
【００１５】
また、本発明をより具体的に実施するに際しては、一部の気筒におけるバルブの開弁動作を不作動とするバルブ動作休止手段を、各気筒のバルブの開閉タイミング及びリフトを調節し得るようにした可変バルブ機構により構成することが可能であり、この種の可変バルブ機構には、エンジン駆動のカムにより一端を押し上げられて傾動するロッカーアームと、該ロッカーアームの傾動により作動するマスターピストンと、該マスターピストンに対し開弁用油通路を介して接続され且つ該開弁用油通路に前記マスターピストンによる油圧が発生した際に作動してバルブを開弁するスレーブピストンと、前記開弁用油通路の油圧の保持・開放を適宜に切り替えてバルブの開閉タイミング及びリフトを調節する油圧供給手段とにより構成したものを採用することが可能である。
【発明の効果】
【００１６】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、後処理装置で必要な温度を下まわる排気温度で運転が行われていても、一部の気筒を完全に休止状態として残りの気筒だけで減筒運転を行うことで排気温度を上昇させることができ、しかも、その減筒運転によるトルク低下を稼働中の気筒にて燃料噴射を増量して補償することもできるので、ドライバビリティーの悪化を招くことなく後処理装置で必要な温度を確実に確保することができ、後処理装置の有効運転領域を従来より著しく拡大することができるという優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１８】
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中１はディーゼル機関であるエンジンを示し、該エンジン１はターボチャージャ２を備えたものとなっていて、エアクリーナ３から導かれた吸気４が吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気４がインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から更に吸気マニホールド７へと吸気４が導かれてエンジン１の各気筒８に分配されるようになっている。
【００１９】
そして、このエンジン１の各気筒８から排出された排気ガス９は、排気マニホールド１０を介しターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した排気ガス９が排気管１１を介し車外へ排出されるようになっているが、この排気管１１の途中には、排気ガス中のパティキュレートの除去を目的としたパティキュレートフィルタや、排気ガス中のＮＯxの除去を目的としたＮＯx選択還元触媒、ＮＯx吸蔵還元触媒等といった後処理装置１２が装備されている。
【００２０】
また、図示しない運転席のアクセルには、アクセル開度をエンジン１の負荷として検出するアクセルセンサ１３（負荷センサ）が備えられていると共に、エンジン１の適宜位置には、その回転数を検出する回転センサ１４が装備されており、これらアクセルセンサ１３及び回転センサ１４からのアクセル開度信号１３ａ及び回転数信号１４ａがエンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置１５（制御手段）に対し入力されるようになっている。
【００２１】
一方、前記制御装置１５においては、各気筒８に燃料を噴射する燃料噴射装置１６に向け燃料の噴射タイミング及び噴射量を指令する燃料噴射信号１６ａが出力されるようになっている。
【００２２】
ここで、前記燃料噴射装置１６は、各気筒８毎に装備される図示しない複数のインジェクタにより構成されており、これら各インジェクタの電磁弁が前記制御装置１５からの燃料噴射信号１６ａにより適宜に開弁制御されて燃料の噴射タイミング及び噴射量（開弁時間）が適切に制御されるようになっている。
【００２３】
ただし、本形態例においては、制御装置１５でアクセル開度信号１３ａ及び回転数信号１４ａに基づき通常モードの燃料噴射信号１６ａが決定されるようになっている一方、アクセル開度信号１３ａ及び回転数信号１４ａに基づきエンジン１が低負荷運転状態にあると判定された時に通常モードから昇温モードに切り替わり、この昇温モードに切り替わった際には、半分の気筒８の燃料噴射をカットし且つ残り半分の気筒８の燃料噴射をトルク低下を補償し得るよう約２倍に増量する燃料噴射信号１６ａ（燃料噴射指令）が出力されるようになっている。
【００２４】
例えば、ここで例示しているエンジン１が、図２に＃１〜＃６で示す如き６つの気筒８から成る直列６気筒エンジンであって、その着火順序が＃１→＃４→＃２→＃６→＃３→＃５である場合には、半分の気筒の燃料噴射をカットした後も燃焼が等間隔で行われるよう＃１，＃２，＃３の気筒８と＃４，＃５，＃６の気筒８とにグループ分けし、何れか一方のグループ（例えば＃１，＃２，＃３の気筒８）の燃料噴射をカットし且つ他方のグループ（例えば＃４，＃５，＃６の気筒８）の燃料噴射を約２倍に増量するようにすれば良い。
【００２５】
また、本形態例におけるエンジン１では、その回転数に応じた最適な熱効率を実現して燃費の向上を図ること等を目的として、図３に示す如きバルブ１７（図中には吸気弁を図示）の開閉タイミング及びリフトを変化させ得るようにした可変バルブ機構１８が採用されており、前述の昇温モードで燃料噴射をカットされるグループの気筒８（例えば＃１，＃２，＃３の気筒８）について、そのバルブ１７の開弁動作を昇温モードの間だけ不作動とするバルブ動作休止手段として前記可変バルブ機構１８が利用されるようになっている。
【００２６】
即ち、図３は現在において未だ検討段階に置かれている油圧式の可変バルブ機構１８の一例を示し、気筒８の並び方向に延びるカムシャフト２０に、各気筒８に対応して吸気用と排気用のカム２１（図中では吸気用のカムを図示）が並設されており、前記カムシャフト２０の近傍を平行に延びるロッカーシャフト２２には、前記カム２１により一端をローラ２３ａを介し押し上げられて傾動するロッカーアーム２３が装備されている。
【００２７】
そして、このロッカーアーム２３の一端が上方の油圧ユニット２４に備えられたマスターピストン２５を押し上げ、前記油圧ユニット２４内に穿設された開弁用油通路２６に油圧を発生させてブリッジ１９直上のスレーブピストン２７を下降せしめ、このスレーブピストン２７によりブリッジ１９を介し両バルブ１７を押し下げて開弁し得るようになっている。
【００２８】
ここで、前記油圧ユニット２４内の開弁用油通路２６には、該開弁用油通路２６の油圧の保持・開放を切り替えるための３ウェイ式のソレノイドバルブ２８（油圧供給手段）を介して給油通路２９が接続されており、図示しないエンジン駆動のオイルポンプにより送り込まれる作動油３０を開弁用油通路２６に導き入れて該開弁用油通路２６内を満たし、マスターピストン２５の作動時には、前述の制御装置１５からの制御信号２８ａに基づき、開弁用油通路２６の油圧の保持・開放を適宜に切り替えてスレーブピストン２７の追従時期や作動量を制御することでバルブ１７の開閉タイミングやリフトを調節し得るようにしてある。
【００２９】
即ち、マスターピストン２５の作動時において、ソレノイドバルブ２８により開弁用油通路２６の油圧を保持すれば、マスターピストン２５の作動に直ちに追従してスレーブピストン２７が作動することになるが、マスターピストン２５の作動により生じる開弁用油通路２６の油圧をソレノイドバルブ２８の切り替えでアキュームレータ等へ逃がせば、マスターピストン２５が作動していてもスレーブピストン２７が追従しなくなるので、その追従時期を遅らせたり作動量を減らしたりすることが可能となり、更には、バルブ１７の開弁動作を全く不作動とすることも可能となる。
【００３０】
従って、前述の昇温モードで燃料噴射をカットされるグループの気筒８（例えば＃１，＃２，＃３の気筒８）に関し、そのバルブ１７の開弁動作を昇温モードの間だけ不作動とするバルブ動作休止手段として可変バルブ機構１８を利用するにあたっては、制御装置１５での制御が通常モードから昇温モードに切り替わった際に、制御装置１５から制御信号２８ａが休止指令として可変バルブ機構１８のソレノイドバルブ２８に出力されて、該ソレノイドバルブ２８がアキュームレータ等へ油圧を開放した状態に保持されるようにしておけば良い。
【００３１】
このように排気浄化装置を構成すれば、後処理装置１２で必要な温度を下まわる排気温度で運転が行われている場合に、制御装置１５にてアクセル開度信号１３ａ及び回転数信号１４ａに基づき排気温度の低い運転領域であることが判断され、これにより制御装置１５での制御が通常モードから昇温モードに切り替わり、制御装置１５からの休止指令として制御信号２８ａを受けた可変バルブ機構１８のソレノイドバルブ２８がアキュームレータ等へ油圧を開放した状態に保持されるので、マスターピストン２５が作動していてもスレーブピストン２７が追従しなくなる結果、一部の気筒８（例えば＃１，＃２，＃３の気筒８）におけるバルブ１７の開弁動作が不作動となり、しかも、バルブ１７の開弁動作が不作動となった気筒８（例えば＃１，＃２，＃３の気筒８）の燃料噴射が制御装置１５から燃料噴射装置１６に向けた燃料噴射信号１６ａによりカットされるので、これら一部の気筒８（例えば＃１，＃２，＃３の気筒８）が完全に休止状態となって残りの気筒８（例えば＃４，＃５，＃６の気筒８）だけで減筒運転が成されることになる。
【００３２】
他方、稼働している気筒８（例えば＃４，＃５，＃６の気筒８）においては、減筒運転によるトルク低下を補償し得るよう燃料噴射が増量して行われるので、これらの稼働している気筒８（例えば＃４，＃５，＃６の気筒８）にて空気過剰率が低下して排気温度が上昇し、これにより排気管１１途中の後処理装置１２で必要な温度が確保されることになり、しかも、同じアクセル開度に対してトルク変動が起こらなくなってドライバビリティーの悪化が回避される。
【００３３】
この際、休止している気筒（例えば＃１，＃２，＃３の気筒８）では、バルブ１７が閉じた状態に保持されて内部に空気が封止されることになるが、この空気は気筒８内で拡縮されるだけで出力を下げる作用が生じることはなく（圧縮時の抵抗が膨張時に相殺されるため）、寧ろバルブ１７の開弁動作を継続させたた場合（燃料噴射だけをカットした場合）に空気が出入りすることで生じる抵抗が回避されることになる。
【００３４】
従って、上記形態例によれば、後処理装置１２で必要な温度を下まわる排気温度で運転が行われていても、一部の気筒８（例えば＃１，＃２，＃３の気筒８）を完全に休止状態として残りの気筒８（例えば＃４，＃５，＃６の気筒８）だけで減筒運転を行うことで排気温度を上昇させることができ、しかも、その減筒運転によるトルク低下を稼働中の気筒８（例えば＃４，＃５，＃６の気筒８）にて燃料噴射を増量して補償することもできるので、ドライバビリティーの悪化を招くことなく後処理装置１２で必要な温度を確実に確保することができ、後処理装置１２の有効運転領域を従来より著しく拡大することができる。
【００３５】
事実、本発明者による検証実験によれば、減筒運転により排気温度が約１００℃上昇するという知見が得られており、後処理装置としてＮＯx選択還元触媒やＮＯx吸蔵還元触媒等を採用した場合に、従来のＮＯx低減率が平均して５０％以下であったものが、約７０〜８０％程度まで向上されることや、後処理装置としてパティキュレートフィルタを採用した場合に、捕集済みパティキュレートの確実な燃焼除去を図り得る再生領域が従来より負荷の低い運転領域まで拡大されることが既に確認されている。
【００３６】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、バルブ動作休止手段には、必ずしも図示例の如き構造の可変バルブ機構を採用しなくても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１のエンジンの減筒気筒について説明する模式図である。
【図３】図１のエンジンに用いられている可変バルブ機構を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  エンジン
８  気筒
９  排気ガス
１１  排気管
１２  後処理装置
１５  制御装置（制御手段）
１６  燃料噴射装置
１６ａ  燃料噴射信号
１７  バルブ
１８  可変バルブ機構（バルブ動作休止手段）
２１  カム
２３  ロッカーアーム
２５  マスターピストン
２６  開弁用油通路
２７  スレーブピストン
２８  ソレノイドバルブ（油圧供給手段）
２８ａ  制御信号（休止指令）
３０  作動油
【図１】
2006152856.tif 000003
【図２】
2006152856.tif 000004
【図３】
2006152856.tif 000005