(57)【要約】【課題】排気ガス流量の増大時でもバーナー装置の十分な着火燃焼性能を確保する。【解決手段】本発明に係る内燃機関は、排気通路に設けられた排気処理装置と、排気処理装置の上流側に設けられ、排気温度を昇温させるためのバーナー装置とを備える。バーナー装置を通過する排気ガスの流量が所定値以上のとき、１気筒当たりに設けられた複数の排気弁のバルブタイミングを異ならせる。排気ガスの脈動を平滑化し、排気ガスの最大流量を低減して失火や吹き消えを防止する。【選択図】図１０
2011236851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられた排気処理装置と、
前記排気処理装置の上流側に設けられ、排気温度を昇温させるためのバーナー装置と、
前記バーナー装置を通過する排気ガスの流量が所定値以上のとき、１気筒当たりに設けられた複数の排気弁のバルブタイミングを異ならせるバルブ駆動制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記バルブ駆動制御手段は、前記複数の排気弁のバルブタイミングを異ならせるとき、一部の排気弁のバルブタイミングを不変とし、残部の排気弁のバルブタイミングを前記一部の排気弁のバルブタイミングに対してずらす
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記バルブ駆動制御手段は、前記残部の排気弁のバルブタイミングを前記一部の排気弁のバルブタイミングに対して遅らせる
ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記バルブ駆動制御手段は、一の気筒の残部の排気弁のバルブタイミングを遅らせるとき、前記一の気筒の一部の排気弁のバルブタイミングと、排気順序において次の気筒の一部の排気弁のバルブタイミングとの中間に、前記一の気筒の残部の排気弁のバルブタイミングを設定する
ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記バルブ駆動制御手段は、前記排気ガス流量が前記所定値未満のとき前記複数の排気弁のバルブタイミングを同一とする
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の内燃機関。
【請求項６】
吸入空気量を検出する検出手段をさらに備え、
前記バルブ駆動制御手段は、前記排気ガス流量の代用値として、前記検出手段によって検出された吸入空気量の値を用いる
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記バーナー装置が、燃料添加弁、着火手段および前処理触媒コンバータを含む
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関に係り、特に、排気通路内の排気処理装置の上流側に、排気温度を昇温させるためのバーナー装置を設けた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路において、排気処理装置（触媒等）の上流側にバーナー装置を設け、バーナー装置で生成された加熱ガスを利用して排気温度を昇温し、排気処理装置を加熱し、排気処理装置の暖機を促進する場合がある。バーナー装置は、典型的に、排気通路内に添加された燃料を適宜な着火手段によって着火し、燃焼させるものである。
【０００３】
特許文献１には、燃料を噴射する添加弁と、噴射燃料を着火させるための発熱部を有する着火手段とを備えた触媒昇温装置が開示されている。添加弁と着火手段とは、添加弁から噴射された燃料が発熱部に直接接触するような位置に配設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１１２４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、バーナー装置の着火性能および燃焼性能は、バーナー装置を通過する排気ガスの流量が増大したときに低下する傾向にある。その理由は次の通りである。
【０００６】
バーナー装置に供給される排気ガスの流量ひいては流速が増大すると、添加燃料が着火手段の周りに滞留する間もなく下流側に流されてしまい、着火自体を良好に行えない（失火状態に陥る）ことがある。あるいは、着火が行われたとしても、その着火直後に火炎が排気ガスによって吹き消されてしまい、火炎を十分に成長させることができないことがある。さらに十分に成長した火炎を比較的高速の排気ガスによって吹き消してしまうこともある。排気ガス流量の増大時には、通常、排気ガス温度が低下するので、添加燃料の気化が悪化し、このことが上記問題を助長させる。
【０００７】
そこで本発明の一の目的は、バーナー装置を通過する排気ガスの流量が増大したときでもバーナー装置の十分な着火性能および燃焼性能を確保することができる内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一の態様によれば、
排気通路に設けられた排気処理装置と、
前記排気処理装置の上流側に設けられ、排気温度を昇温させるためのバーナー装置と、
前記バーナー装置を通過する排気ガスの流量が所定値以上のとき、１気筒当たりに設けられた複数の排気弁のバルブタイミングを異ならせるバルブ駆動制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関が提供される。
【０００９】
これによれば、排気ガスの脈動を平滑化し、排気ガスの最大流量ひいては最大流速を低減して、上記の失火や吹き消えを防止あるいは抑制することができる。そして着火および燃焼が向上するので、排気ガス温度が低下してもその影響を大幅に低減することができる。こうして、バーナー装置を通過する排気ガスの流量が増大したときでもバーナー装置の十分な着火性能および燃焼性能を確保することが可能となる。
【００１０】
好ましくは、前記バルブ駆動制御手段は、前記複数の排気弁のバルブタイミングを異ならせるとき、一部の排気弁のバルブタイミングを不変とし、残部の排気弁のバルブタイミングを前記一部の排気弁のバルブタイミングに対してずらす。
【００１１】
好ましくは、前記バルブ駆動制御手段は、前記残部の排気弁のバルブタイミングを前記一部の排気弁のバルブタイミングに対して遅らせる。
【００１２】
好ましくは、前記バルブ駆動制御手段は、一の気筒の残部の排気弁のバルブタイミングを遅らせるとき、前記一の気筒の一部の排気弁のバルブタイミングと、排気順序において次の気筒の一部の排気弁のバルブタイミングとの中間に、前記一の気筒の残部の排気弁のバルブタイミングを設定する。
【００１３】
好ましくは、前記バルブ駆動制御手段は、前記排気ガス流量が前記所定値未満のとき前記複数の排気弁のバルブタイミングを同一とする。
【００１４】
好ましくは、前記内燃機関が、吸入空気量を検出する検出手段をさらに備え、前記バルブ駆動制御手段は、前記排気ガス流量の代用値として、前記検出手段によって検出された吸入空気量の値を用いる。
【００１５】
好ましくは、前記バーナー装置が、燃料添加弁、着火手段および前処理触媒コンバータを含む。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、バーナー装置を通過する排気ガスの流量が増大したときでもバーナー装置の十分な着火性能および燃焼性能を確保することができるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態の概略図である。
【図２】バーナー装置を示す縦断側面図である。
【図３】バーナー装置を上流側から見たときの縦断正面図である。
【図４】吸排気弁の配置を示す概略平面図である。
【図５】排気弁駆動装置を示す縦断面図であり、基本状態を示す。
【図６】排気弁駆動装置を示す縦断面図であり、片弁遅れ状態を示す。
【図７】排気カム切替機構を示す縦断面図である。
【図８】基本状態におけるクランク角と排気ガス流量の関係を示すグラフである。
【図９】各気筒の第１排気弁のバルブタイミングを示す図である。
【図１０】片弁遅れ状態におけるクランク角と排気ガス流量の関係を示すグラフである。
【図１１】本実施形態の制御に関するルーチンのフローチャートである。
【図１２】排気弁の変形例を示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の好適な実施形態について、以下に詳細に説明する。ただし、本発明の実施態様は下記の各態様のみに限らず、本発明は、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例を含むことに注意しなければならない。実施形態に記載されている構成要素の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に特定的な記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１９】
図１は実施形態におけるエンジン本体１と、その吸排気系の概略構成を示す。エンジン本体１は、車載の直列４気筒４サイクルディーゼルエンジンをなす。エンジン本体１には、吸気管２（吸気通路）および排気管３（排気通路）が接続されている。吸気管２の途中には、吸気管２内を流通する吸気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ４が設けられている。このエアフローメータ４により、エンジン本体１に単位時間当たりに流入する吸入空気量（すなわち吸気流量）が検出される。なお、エンジン本体１は複数の気筒を有し、各気筒には筒内燃料噴射弁９が設けられているが、図１では単一の筒内燃料噴射弁９のみを示している。
【００２０】
排気管３の終端は、図示しない消音器に接続され、消音器の出口で大気に開放されている。排気管３の途中には、酸化触媒コンバータ６及びＮＯｘ触媒コンバータ２６が、上流側からこの順番で直列に配置されている。
【００２１】
酸化触媒コンバータ６は、ＨＣ，ＣＯなどの未燃成分をＯ2と反応させてＣＯ，ＣＯ2，Ｈ2Ｏ等とする。触媒物質としては例えばＰｔ／ＣｅＯ2、Ｍｎ／ＣｅＯ2、Ｆｅ／ＣｅＯ2、Ｎｉ／ＣｅＯ2、Ｃｕ／ＣｅＯ2等を用いることができる。
【００２２】
ＮＯｘ触媒コンバータ２６は、好ましくは、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒コンバータ（NSR: NOx Storage Reduction）からなる。ＮＯｘ触媒コンバータ２６は、流入する排気の酸素濃度が高いときは排気中のＮＯｘを吸蔵し、流入する排気の酸素濃度が低下し且つ還元成分（例えば、燃料等）が存在するときは吸蔵していたＮＯｘを還元する機能を有する。ＮＯｘ触媒コンバータ２６は、アルミナＡｌ2Ｏ3等の酸化物からなる基材表面に、触媒成分としての白金Ｐｔのような貴金属と、ＮＯｘ吸収成分とが担持されて構成されている。ＮＯｘ吸収成分は、例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた少なくとも一つから成る。なお、ＮＯｘ触媒コンバータ２６は選択還元型ＮＯｘ触媒コンバータ（SCR: Selective Catalytic Reduction）であってもよい。
【００２３】
これら酸化触媒コンバータ６およびＮＯｘ触媒コンバータ２６に加えて、排気中の煤等の微粒子（ＰＭ、パティキュレート）を捕集するパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）が設けられてもよい。好ましくはＤＰＦは、貴金属からなる触媒が担持され、捕集した微粒子を連続的に酸化燃焼する連続再生式のものである。好ましくはＤＰＦは、少なくとも酸化触媒コンバータ６の下流側であって、且つＮＯｘ触媒コンバータ２６の上流側若しくは下流側に配置される。なお火花点火式内燃機関の場合、排気通路に三元触媒が設けられるのが好ましい。これら酸化触媒コンバータ６、ＮＯｘ触媒コンバータ２６、ＤＰＦおよび三元触媒が、本発明の排気処理装置に該当する。
【００２４】
排気管３における酸化触媒コンバータ６の上流側にはバーナー装置３０が配置されている。バーナー装置３０は、燃料添加弁７と、着火手段あるいは着火装置としてのグロープラグ２１とを含む。また本実施形態のバーナー装置３０は、前処理触媒コンバータ８をも含む。バーナー装置３０は、エンジン本体１に接続された排気マニホールド（不図示）の集合部よりも下流側に配置されている。
【００２５】
なお排気マニホールドの集合部の下流側にターボチャージャが設けられてもよい。この場合、バーナー装置３０は、ターボチャージャの下流側で且つ酸化触媒コンバータ６の上流側に設けるのが好ましい。
【００２６】
図２および図３に詳しく示すように、燃料添加弁７は、排気中に液体の燃料（軽油）を添加或いは噴射することができる。燃料添加弁７は単一の噴孔７ａを有している。噴孔７ａの中心軸は、排気管３を横断する方向の成分を含み、且つ排気管３の下流に向けて斜め下に傾斜している。なお噴孔は複数であってもよい。
【００２７】
排気管３における燃料添加弁７と酸化触媒コンバータ６との間の部分に、燃料添加弁７から噴射された燃料を改質する前処理触媒コンバータ８が設けられている。この前処理触媒コンバータ８は、例えばゼオライト製の担体にロジウム等を担持させた酸化触媒コンバータとして構成することができる。
【００２８】
燃料が前処理触媒コンバータ８に供給されると、そのとき前処理触媒コンバータ８が活性化していれば、前処理触媒コンバータ８内で燃料が酸化させられ、このとき発生する酸化反応熱によって、前処理触媒コンバータ８が昇温させられる。よって前処理触媒コンバータ８を通過する排気ガスを昇温することができる。
【００２９】
また、前処理触媒コンバータ８の温度が高くなると、燃料中の炭素数の多い炭化水素が分解して、炭素数が少なく反応性の高い炭化水素が生成され、これによって燃料が反応性の高い燃料に改質される。
【００３０】
換言すれば、前処理触媒コンバータ８は、一方では急速に発熱する急速発熱器を構成し、他方では、改質された燃料を排出する改質燃料排出器を構成する。また、燃料添加弁７から添加された燃料の一部又は全部は、グロープラグ２１により着火され、これによっても排気ガスの昇温が促進される。
【００３１】
前処理触媒コンバータ８の外径は、排気管３の内径よりも小さく、前処理触媒コンバータ８が排気管３に収容されると、前処理触媒コンバータ８の外周面と排気管３の内周面との隙間である触媒迂回路３ａに排気が通過することが可能になる。前処理触媒コンバータ８は、個々のセルが上流から下流へと連通した所謂ストレートフロー型である。前処理触媒コンバータ８は概ね円筒状の外枠８ａ内に配置されており、この外枠８ａは、概ね放射状に配置された複数のステー８ｂによって排気管３内に支持されている。前処理触媒コンバータ８は、ステー８ｂの取付部を除く実質的に全周にわたって、触媒迂回路３ａに囲まれている。
【００３２】
排気管３は、概ね円筒形状に形成されている。前処理触媒コンバータ８における排気流れ方向の軸心は、排気管３の排気流れ方向の軸心よりも図中下方に偏在している。このため、前述した触媒迂回路３ａは、図中上側が広い広大側迂回路３ｂであり、かつ下側が狭い狭小側迂回路３ｃとなっている。
【００３３】
グロープラグ２１は、その発熱部２１ａが、燃料添加弁７よりも下流側で且つ前処理触媒コンバータ８よりも上流側に位置するように設置されている。グロープラグ２１は、図示しない昇圧回路を経て車載直流電源に接続されており、通電された際に発熱部２１ａが発熱する。発熱部２１ａで発生した熱により、燃料添加弁７から添加された燃料に着火して火炎Ｆを生じさせることが可能である。グロープラグ２１は、その軸心が排気管３の上流に向けて傾斜しているが、例えば流れ方向に直交させたり、後に述べる衝突板２０の長手方向と平行に配置するなど、任意の姿勢で配置することができる。なお、着火手段としては、セラミックヒータやスパークプラグなどの他の装置、とくに電熱式または火花着火式の装置を用いることができる。
【００３４】
前処理触媒コンバータ８を収容している外枠８ａの前端部の下部は、上流側に向けて突出した樋状の突出部８ｃになっている。突出部８ｃの先端部（上流端部）且つ上端部には、平板からなる衝突板２０が固定されている。衝突板２０は、排気管３の軸心より下側に位置され、且つ上流端より下流端が下側に位置するよう若干傾斜させられている。
【００３５】
衝突板２０は、ＳＵＳなどの耐熱性及び耐衝撃性に優れた材料から形成することができる。燃料添加弁７は、衝突板２０に向けて、斜め後方下向きに燃料を噴射する。燃料添加弁７の噴孔７ａの中心軸は、衝突板２０の上面の中心２０ａに向けられている。燃料添加弁７から供給される燃料の軌道は、排気管３を横断する方向の成分を含む。衝突板２０は、燃料が衝突することによって燃料の微粒化、霧化を促進させ、分散性、拡散性を向上させる。衝突板２０に衝突した燃料は、排気流によって下流側に偏向される。衝突板２０に衝突した燃料は、前処理触媒コンバータ８及びグロープラグ２１の発熱部２１ａに供給される。
【００３６】
グロープラグ２１の発熱部２１ａは、前処理触媒コンバータ８の近傍、かつ前処理触媒コンバータ８の前端面に対しやや上流側且つ上方に配置され、これによって前処理触媒コンバータ８と熱交換可能にされている。すなわち、グロープラグ２１は、前処理触媒コンバータ８が昇温するとその熱輻射および対流よりその発熱部２１ａの近傍が昇温されて、燃料添加弁７から供給された燃料の着火が促進されるような位置に配置されている。ただし、グロープラグ２１の発熱部２１ａの流れ方向の位置は、前処理触媒コンバータ８の前端面と同じであっても、これより下流側であってもよい。
【００３７】
図１に示すように、エンジン本体１には、エンジン本体１の運転状態や運転者の要求等に応じて各種デバイスを制御するための電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、エンジン制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータを記憶するＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等を一時記憶するＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等を備えて構成される。
【００３８】
ＥＣＵ１０には、上述したエアフローメータ４の他、エンジン本体１のクランク角を検出するクランク角センサ２４、アクセル開度に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ２５、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサ２７を含む各種センサ類が、電気配線を介して接続され、これらの出力信号がＥＣＵ１０に入力される。またＥＣＵ１０には、筒内燃料噴射弁９、燃料添加弁７、及びグロープラグ２１を含む各種デバイスが電気配線を介して接続され、これらがＥＣＵ１０によって制御される。ＥＣＵ１０は、エアフローメータ４の出力値に基づいて吸入空気量を検出し、クランク角センサ２４の出力値に基づいて機関回転数を検出し、アクセル開度センサ２５の出力値に基づいてエンジン本体１の要求負荷を検出することができる。
【００３９】
本実施形態では、バーナー装置３０を用いた昇温制御を実施する際に、ＥＣＵ１０が燃料添加弁７およびグロープラグ２１を作動させる。すなわち、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁７を適宜開弁駆動（オン）し、燃料添加弁７から適宜燃料を噴射させる。またＥＣＵ１０は、グロープラグ２１を適宜通電して十分な高温とする。噴射燃料はグロープラグ２１により着火、燃焼され、これによって火炎Ｆが生成され、高温の加熱ガスが生成される。この加熱ガスが酸化触媒コンバータ６及びＮＯｘ触媒コンバータ２６に供給される。また火炎Ｆや加熱ガスを利用して、前処理触媒コンバータ８の出口から排出された改質燃料を燃焼させることもできる。
【００４０】
さて、上述したように、バーナー装置３０の着火性能および燃焼性能は、バーナー装置３０を通過する排気ガスの流量が増大したときに低下する傾向にある。その理由は次の通りである。
【００４１】
バーナー装置３０に供給される排気ガスの流量ひいては流速が増大すると、添加燃料がグロープラグ２１の発熱部２１ａの周りに滞留する間もなく下流側に流されてしまい、着火自体を良好に行えない（失火状態に陥る）ことがある。あるいは、着火が行われたとしても、その着火直後に火炎Ｆが排気ガスによって吹き消されてしまい、火炎Ｆを十分に成長させることができないことがある。さらに十分に成長した火炎Ｆを比較的高速の排気ガスによって吹き消してしまうこともある。排気ガス流量の増大時には、通常、排気ガス温度が低下するので、添加燃料の気化が悪化し、このことが上記問題を助長させる。
【００４２】
そこで本実施形態では、この対策として、バーナー装置３０の作動時、バーナー装置３０を通過する排気ガスの流量が所定値以上のとき、１気筒当たりに設けられた複数の排気弁のバルブタイミングを異ならせることとしている。
【００４３】
詳しくは後述するが、こうすると排気ガスの脈動を平滑化し、バーナー装置３０を通過する排気ガスの最大流量ひいては最大流速を低減して、上記の失火や吹き消えを防止あるいは抑制することができる。このように着火および燃焼が向上するので、排気ガス温度が低下してもその影響を大幅に低減することができる。こうして、バーナー装置３０を通過する排気ガスの流量が増大したときでもバーナー装置３０の十分な着火性能および燃焼性能を確保することが可能となる。
【００４４】
図４には本実施形態における１気筒当たりの吸気弁１１および排気弁１２の配置を示す。なお以下に述べる１気筒当たりの構成は、全気筒すなわち四つの気筒に対して同一である。
【００４５】
図中、Ｃｙは、シリンダ１３の中心を通り且つクランクシャフト（図示せず）の中心線に平行なクランク軸線を示し、Ｃｘは、シリンダ１３の中心を通り且つクランクシャフトの中心線に垂直なクランク垂線を示す。図示するように、１気筒当たりに複数ずつの吸気弁１１と排気弁１２とが設けられている。本実施形態では、１気筒当たりに、二つの吸気弁すなわち第１吸気弁１１Ａおよび第２吸気弁１１Ｂと、二つの排気弁すなわち第１排気弁１２Ａおよび第２排気弁１２Ｂとが設けられている。所謂４バルブ形式である。第１排気弁１２Ａが本発明における一部の排気弁に相当し、第２排気弁１２Ｂが本発明における残部の排気弁に相当する。
【００４６】
図示例において、第１吸気弁１１Ａおよび第２吸気弁１１Ｂは同一径であり、従って各吸気弁によって開閉される第１吸気ポートおよび第２吸気ポート（図示せず）の出口も同一径である。同様に、第１排気弁１２Ａおよび第２排気弁１２Ｂは同一径であり、従って各排気弁によって開閉される第１排気ポート１４Ａおよび第２排気ポート１４Ｂ（図５参照）の出口も同一径である。第１排気弁１２Ａおよび第２排気弁１２Ｂは、第１吸気弁１１Ａおよび第２吸気弁１１Ｂよりも小径である。なお各気筒の第１吸気ポートおよび第２吸気ポートは、それらの上流側で、集合通路としての吸気管２に連通される。同様に、各気筒の第１排気ポートおよび第２排気ポートも、それらの下流側で、集合通路としての排気管３に連通される。
【００４７】
図５には、本実施形態における１気筒当たりの排気弁１２の駆動装置を示す。この駆動装置は、全気筒の全排気弁１２に共通な排気カムシャフト１５と、第１排気弁１２Ａおよび第２排気弁１２Ｂのステム頭部にそれぞれ設けられたバケットタイプの第１弁リフタ１６Ａおよび第２弁リフタ１６Ｂと、これら第１弁リフタ１６Ａおよび第２弁リフタ１６Ｂとシリンダヘッド１９との間に介設され、第１排気弁１２Ａおよび第２排気弁１２Ｂをそれぞれ閉弁方向に付勢する第１バルブスプリング１７Ａおよび第２バルブスプリング１７Ｂとを備える。
【００４８】
排気カムシャフト１５には、第１排気弁１２Ａを開弁方向に駆動するための第１カム１８Ａが固定され、また、第２排気弁１２Ｂを開弁方向に駆動するための第２カム１８Ｂが軸方向スライド可能に設けられている。これら第１カム１８Ａおよび第２カム１８Ｂがそれぞれ第１弁リフタ１６Ａおよび第２弁リフタ１６Ｂに接触して第１排気弁１２Ａおよび第２排気弁１２Ｂを押し下げ、開弁する。所謂直動式の構成である。
【００４９】
第２カム１８Ｂは、互いに結合された第２メインカム１８Ｂｍと第２サブカム１８Ｂｓとからなる。これら第２メインカム１８Ｂｍと第２サブカム１８Ｂｓとは互いに所定角度だけ位相がずらされている。第２メインカム１８Ｂｍの位相は第１カム１８Ａの位相と同じである。これに対し、第２サブカム１８Ｂｓの位相は、第２メインカム１８Ｂｍおよび第１カム１８Ａの位相に対し遅れており、本実施形態ではクランク角度にして９０°（９０°ＣＡ）遅れている。なお第１カム１８Ａ、第２メインカム１８Ｂｍおよび第２サブカム１８Ｂｓのプロフィールは同じである。
【００５０】
図５は、第２排気弁１２Ｂの開弁駆動に第２メインカム１８Ｂｍを用いる基本状態を示す。このとき、第１排気弁１２Ａおよび第２排気弁１２Ｂは同一のタイミングおよびリフトで開弁する。
【００５１】
これに対し、図６は、第２排気弁１２Ｂの開弁駆動に第２サブカム１８Ｂｓを用いる片弁遅れ状態あるいは部分遅れ状態を示す。このとき、第２カム１８Ｂは、第２サブカム１８Ｂｓが第２弁リフタ１６Ｂに接触するよう、基本状態から軸方向にスライド移動される。図示例では第２カム１８Ｂが第１カム１８Ａに近づくようスライド移動されている。これにより、第２排気弁１２Ｂは、バルブタイミングが不変の第１排気弁１２Ａに対し、バルブタイミングがずらされ、９０°ＣＡ遅れて開弁するようになる。但し最大リフトは同じである。
【００５２】
このような排気カムの切り替えを行う切替手段たる排気カム切替機構の一例を図７に示す。排気カムシャフト１５の外周面と第２カム１８Ｂの内周面とにはそれぞれスプライン（排気カムシャフト側のみ４０で示す）が設けられ、これらスプライン同士が嵌合されることにより、第２カム１８Ｂは排気カムシャフト１５に軸方向スライド可能に且つ相対回転不能に連結される。
【００５３】
第１カム１８Ａと第２カム１８Ｂの間にコイルスプリング４１が圧縮状態で配設される。コイルスプリング４１は、排気カムシャフト１５の外周部に配置されると共に、第２カム１８Ｂを、第１カム１８Ａに対し離反させる第１の方向（図中右方向）、すなわち基本状態へと付勢する。
【００５４】
他方、排気カムシャフト１５の外周部には、第１の方向における第２カム１８Ｂの隣にスラストボールベアリング４２が設けられ、さらにこのスラストボールベアリング４２の隣に駆動ピストン４３が設けられる。
【００５５】
駆動ピストン４３は、排気カムシャフト１５を軸支するジャーナル軸受４４の内周部に軸方向スライド可能に設けられている。そしてジャーナル軸受４４の内部には、駆動ピストン４３の第１の方向の端面に駆動油圧を選択的に供給するための油室４５と、油室４５に連通された油路４６とが設けられている。油路４６は、図示しない油圧制御弁に接続され、この油圧制御弁をＥＣＵ１０が制御することにより、油室４５に対し駆動油圧が給排される。
【００５６】
図７は基本状態を示す。このとき油室４５には駆動油圧が供給されておらず、駆動ピストン４３はコイルスプリング４１に押されて基準位置にある。
【００５７】
この状態から油室４５に駆動油圧が供給されると、駆動ピストン４３が、第１の方向とは反対方向の第２の方向にスライド移動され、これにより第２カム１８Ｂおよびスラストボールベアリング４２が第２の方向にスライド移動される。こうして第２カム１８Ｂは基本状態から片弁遅れ状態に切り替えられることとなる。
【００５８】
なお、上述の駆動装置および切替機構は一例であり、種々の変形例、応用例が可能である。例えば駆動装置についてはロッカーアームを用いた機構等を採用できるし、切替機構についても、ロッカーアームの位置変更によるカム位相切替等が可能である。
【００５９】
次に、本実施形態におけるクランク角と、バーナー装置３０を通過する排気ガスの流量との関係について説明する。図８は、基本状態における当該関係を示す。図示するように、排気順序は＃１、＃３、＃４、＃２の各気筒順である。ここでクランクシャフトの前端部から後端部に向かう順で、＃１、＃２、＃３、＃４の各気筒が配列されている。
【００６０】
図９には各気筒の第１排気弁１２Ａのバルブタイミングを示す。図示するように、各気筒の第１排気弁１２Ａは、排気下死点（排気ＢＤＣ）のやや手前のタイミングで開弁を開始し、排気上死点（排気ＴＤＣ）の若干後のタイミングで開弁を終了する。図８では、＃１気筒の排気ＢＤＣを基準すなわち０°ＣＡとしてクランク角の値を記載している。
【００６１】
基本状態では、各気筒の第１排気弁１２Ａおよび第２排気弁１２Ｂのバルブタイミングが同じである。従って、図８に示すように、各気筒の両排気弁の同時開弁および同時閉弁に伴って、排気ガスの流量および流速は大きく増減し、排気ガスの脈動は大きくなっている。また排気ガスの流量および流速の最大値も大きい。流量の最大値はＱｍａｘ１である。
【００６２】
これに対し、図１０に示すように、片弁遅れ状態であると、各気筒において、第２排気弁１２Ｂのバルブタイミングが第１排気弁１２Ａのバルブタイミングに対して所定クランク角α（本実施形態ではα＝９０°ＣＡ）だけ遅らせられる。従って、各気筒の両排気弁が互いに異なるタイミングで開弁および閉弁され、排気ガスの流量および流速の増減幅が減少する。即ち、排気ガスの脈動が小さくなり、平滑化され、排気ガスの流量および流速の最大値も減少される。流量の最大値はＱｍａｘ１からＱｍａｘ２へと減少させられる。
【００６３】
従って、バーナー装置３０の作動時、バーナー装置３０を通過する排気ガスの流量が所定値以上のときに、片弁遅れ状態として各気筒の第１排気弁１２Ａおよび第２排気弁１２Ｂのバルブタイミングを異ならせると、排気ガスの脈動を平滑化することができる。そしてバーナー装置３０を通過する排気ガスの最大流量ひいては最大流速を低減し、上記の失火や吹き消えを防止あるいは抑制することができる。こうして、バーナー装置３０の十分な着火性能および燃焼性能を確保することが可能となる。
【００６４】
特に本実施形態では、図１０に示すように、片弁遅れ状態であるとき、すなわち一の気筒（例えば＃１気筒）の第２排気弁１２Ｂのバルブタイミングを遅らせるとき、当該一の気筒の第１排気弁１２Ａのバルブタイミングと、排気順序において次の気筒（例えば＃３気筒）の第１排気弁１２Ａのバルブタイミングとの中間に、一の気筒の第２排気弁１２Ｂのバルブタイミングを設定している。言い換えれば、一の気筒の第２排気弁１２Ｂのバルブタイミングがそのような中間タイミングに設定されるよう、一の気筒の第２排気弁１２Ｂのバルブタイミングを所定クランク角α（＝９０°ＣＡ）だけ遅らせている。
【００６５】
こうすることにより、排気脈動の平滑化を最大限行うことができ、最大限の失火および吹き消え抑制効果を得ることが可能になる。
【００６６】
ところで本実施形態によれば、図１０に示すような片弁遅れ状態であるとき、図８に示すような基本状態に比べ、吸排気弁のバルブオーバーラップ量を増大することができる。すなわち、図１０に示すような片弁遅れ状態では、図８に示すような基本状態に比べ、一の気筒（例えば＃１気筒）の第２排気弁１２Ｂの開弁期間が、次の気筒（例えば＃３気筒）の第１および第２吸気弁１１Ａ，１１Ｂの開弁期間とより多く重なるようになる。なお各気筒の第１および第２吸気弁１１Ａ，１１Ｂのバルブタイミングは同一であり、且つ一定である。
【００６７】
バルブオーバーラップ期間中では、第１および第２吸気ポートからシリンダ１３内に入ってきた新気を排気管３ひいてはバーナー装置３０に送ることができる。よって片弁遅れ状態によりバルブオーバーラップ量を増大することで、排気ガスの酸素濃度を増し、バーナー装置３０の着火性能および燃焼性能を向上することが可能である。
【００６８】
本実施形態では、吸入空気量を検出する検出手段としてのエアフローメータ４およびＥＣＵ１０が備えられる。そしてＥＣＵ１０は、バーナー装置３０を通過する排気ガス流量の代用値として、検出された吸入空気量の値を用いる。但し、排気管３にエアフローメータを設けて排気ガス流量を直接検出してもよい。
【００６９】
図１１には、本実施形態の制御に関するルーチンのフローチャートを示す。当該ルーチンはＥＣＵ１０により所定の演算周期（例えば１６ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行される。
【００７０】
まずステップＳ１０１では、バーナー装置３０が作動中か否かが判断される。ＥＣＵ１０は、例えば水温センサ２７によって検出された水温が、暖機完了時相当の温度に近い所定の目標温度に到達していないときに、バーナー装置３０を作動させ、酸化触媒コンバータ６及びＮＯｘ触媒コンバータ２６の暖機を促進する。また他の条件によってバーナー装置３０を作動させる必要があると判断したとき、バーナー装置３０を作動させる。よってＥＣＵ１０は、典型的には、検出された水温が目標温度未満のときバーナー装置３０が作動中と判断し、検出された水温が目標温度以上のときバーナー装置３０が作動中でないと判断する。
【００７１】
バーナー装置３０が作動中と判断された場合、ステップＳ１０２に進んで、アクセル開度センサ２５によって検出されたアクセル開度Ａｃが所定値Ａｃ１以下であるか否かが判断される。すなわち、アクセル開度Ａｃが小さく且つ排気ガス流量が大であるときに上記失火および吹き消えが起こりやすいので、アクセル開度Ａｃの大小もバルブタイミング切替判断に含めるようにしている。ここで所定値Ａｃ１以下のアクセル開度には、アクセルペダルが踏み込まれていない減速時（特に減速フューエルカット時）のアクセル開度、およびその近傍のアクセル開度が含まれる。
【００７２】
アクセル開度Ａｃが所定値Ａｃ１以下と判断された場合、ステップＳ１０３に進んで、エアフローメータ４によって検出された吸入空気量Ｇａが、比較的大きい所定値Ｇａ１（例えば１４ｇ／ｓ）以上であるか否かが判断される。
【００７３】
吸入空気量Ｇａが所定値Ｇａ１以上と判断された場合、ステップＳ１０４に進んで、排気カム切替機構が片弁遅れ状態に制御される。すなわちＥＣＵ１０は油圧制御弁を供給側に切り替える。すると図６および図７に示したように、駆動油圧が油路４６を通じて油室４５に供給され、駆動ピストン４３、スラストボールベアリング４２および第２カム１８Ｂがコイルスプリング４１の付勢力に抗じて第２の方向にスライド移動される。すると第２カム１８Ｂの第２サブカム１８Ｂｓが第２弁リフタ１６Ｂを介して第２排気弁１２Ｂを駆動し、第２排気弁１２Ｂが第１排気弁１２Ａに対し９０°ＣＡ遅れて開弁するようになる。これによりルーチンが終了する。
【００７４】
他方、ステップＳ１０１でバーナー装置３０が作動中でないと判断された場合、ステップＳ１０２でアクセル開度Ａｃが所定値Ａｃ１より大きいと判断された場合、およびステップＳ１０３で吸入空気量Ｇａが所定値Ｇａ１未満と判断された場合、ステップＳ１０５に進んで、排気カム切替機構が基本状態に制御される。すなわちＥＣＵ１０は油圧制御弁を排出側に切り替える。すると図５および図７に示したように、駆動油圧が油路４６を通じて油室４５から排出され、駆動ピストン４３、スラストボールベアリング４２および第２カム１８Ｂがコイルスプリング４１の付勢力によって第１の方向にスライド移動される。すると第２カム１８Ｂの第２メインカム１８Ｂｍが第２弁リフタ１６Ｂを介して第２排気弁１２Ｂを駆動し、第２排気弁１２Ｂが第１排気弁１２Ａと同一タイミングで開閉するようになる。これによりルーチンが終了する。
【００７５】
以上、本発明の好適実施形態を詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。
【００７６】
例えば、図１２に示すように、第１排気弁１２Ａおよび第２排気弁１２Ｂの直径を異ならせてもよい。従って第１排気ポート１４Ａおよび第２排気ポート１４Ｂの出口の直径を異ならせてもよい。図示例では、第２排気弁１２Ｂが第１排気弁１２Ａよりも小径とされている。このように両弁を異径にすることによって、両弁の開弁に起因する排気脈動をそれぞれ異ならせ、排気脈動をより一層減少、平滑化できる。
【００７７】
本実施形態では、基本状態から片弁遅れ状態に切り替えるとき、第１排気弁１２Ａのバルブタイミングを不変とし、第２排気弁１２Ｂのバルブタイミングを第１排気弁１２Ａのバルブタイミングに対してずらすようにした。しかしながら、これに限らず、第２排気弁１２Ｂのバルブタイミングを不変とし、第１排気弁１２Ａのバルブタイミングを第２排気弁１２Ｂのバルブタイミングに対してずらしてもよい。或いは、第１排気弁１２Ａと第２排気弁１２Ｂの両者のバルブタイミングを、基本状態からずらし、且つ互いにずらすようにしてもよい。
【００７８】
本実施形態では、第１排気弁１２Ａと第２排気弁１２Ｂのバルブタイミングを異ならせるとき、第２排気弁１２Ｂのバルブタイミングを第１排気弁１２Ａのバルブタイミングに対して遅らせるようにした。しかしながら、これに限らず、第２排気弁１２Ｂのバルブタイミングを第１排気弁１２Ａのバルブタイミングに対して早めるようにしてもよい。要は両者のバルブタイミングが異なればよいのであり、その態様は任意である。第２排気弁１２Ｂのバルブタイミングを不変とし、第１排気弁１２Ａのバルブタイミングを早めたり遅らせたりすることも可能である。
【００７９】
１気筒当たりの排気弁の数も二つに限られない。複数であれば、その数は任意であり、例えば三つなどとすることもできる。バルブタイミングをずらすときのずらし量は９０°ＣＡに限らず任意に定め得る。
【００８０】
内燃機関の用途、形式等は任意であり、車載用等に限定されない。上記の各数値も一例であり、適宜変更可能である。
【００８１】
バーナー装置に関して、前処理触媒コンバータ及び排気管のうち少なくとも一方は、断面が楕円形や長円形など、非円形であってもよい。前処理触媒コンバータよりも下流側に存在する排気処理装置の種類や配列順序は任意である。
【００８２】
以上、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、クレームされた発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。本発明の実施態様は上述の各態様のみに限らず、本発明は、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例を含む。したがって本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１  エンジン本体
３  排気管
６  酸化触媒コンバータ
７  燃料添加弁
８  前処理触媒コンバータ
９  筒内燃料噴射弁
１０  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
１２Ａ  第１排気弁
１２Ｂ  第２排気弁
１３  シリンダ
１５  排気カムシャフト
１８Ａ  第１カム
１８Ｂ  第２カム
１８Ｂｍ  第２メインカム
１８Ｂｓ  第２サブカム
２０  衝突板
２１  グロープラグ
２１ａ  発熱部
２６  ＮＯｘ触媒コンバータ
３０  バーナー装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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