(57)【要約】【課題】アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒が排気浄化機能を発揮可能な温度まで排気温度を迅速に上昇させると共に、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の排気浄化効率の低下を防止することが可能なディーゼルエンジンの制御装置を提供することにある。【解決手段】アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒３６に流入する排気の温度が所定温度より低いとＥＣＵ４８が判断したときには、排気バルブ７８の開弁期間の一部が排気バルブ７８と同一気筒の吸気バルブの開弁期間にオーバラップすると共に、開弁開始時期と閉弁完了時期とのうち開弁開始時期のみが、第２開閉時期に対して遅角側又は進角側に変更された第１開閉時期で排気バルブ７８を開閉する。【選択図】図７
2009103092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンの排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒と、
上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側の上記排気通路に配設された前段酸化触媒と、
上記ディーゼルエンジンの排気バルブの開閉時期を第１開閉時期と第２開閉時期とのいずれかに選択的に切り換え可能であって、上記第２開閉時期は開弁期間の一部が上記排気バルブと同一気筒の吸気バルブの開弁期間にオーバラップするように設定され、上記第１開閉時期は上記排気バルブの開弁開始時期のみを、上記第２開閉時期に対して遅角側に変更して設定されたバルブタイミング切換機構と、
上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度が所定温度より低いと判断したときには、上記第１開閉時期で上記排気バルブが開閉するように上記バルブタイミング切換機構を制御する制御手段と
を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
【請求項２】
ディーゼルエンジンの排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒と、
上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側の上記排気通路に配設された前段酸化触媒と、
上記ディーゼルエンジンの排気バルブの開閉時期を第１開閉時期と第２開閉時期とのいずれかに選択的に切り換え可能であって、上記第２開閉時期は開弁期間の一部が上記排気バルブと同一気筒の吸気バルブの開弁期間にオーバラップするように設定され、上記第１開閉時期は上記排気バルブの開弁開始時期のみを、上記第２開閉時期に対して進角側に変更して設定されたバルブタイミング切換機構と、
上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度が所定温度より低いと判断したときには、上記第１開閉時期で上記排気バルブが開閉するように上記バルブタイミング切換機構を制御する制御手段と
を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はディーゼルエンジンの制御装置に関し、特にアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒と排気バルブの開閉時期を変更可能なバルブタイミング切換機構とを備えたディーゼルエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン（以下エンジンという）の排気中に含まれる汚染物質の１つであるＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するための排気浄化装置として、エンジンの排気通路にアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒（以下ＳＣＲ触媒という）を配設し、還元剤としてアンモニアをＳＣＲ触媒に供給することにより、排気中のＮＯｘを浄化するようにした排気浄化装置が用いられている。
【０００３】
このＳＣＲ触媒を用いた排気後処理装置では、ＳＣＲ触媒の上流側に尿素水を供給し、この尿素水が排気の熱により加水分解して生じたアンモニアがＳＣＲ触媒に供給される。ＳＣＲ触媒に供給されたアンモニアは一旦ＳＣＲ触媒に吸着し、このアンモニアと排気中のＮＯｘとの間の脱硝反応がＳＣＲ触媒によって促進されることによりＮＯｘの還元が行われる。
【０００４】
ＳＣＲ触媒がこのような排気浄化機能を良好に発揮するためには、ＳＣＲ触媒が活性化するような温度まで、ＳＣＲ触媒に流入する排気の温度が上昇している必要がある。
しかし、エンジン冷態運転時や減速運転時においてはエンジンから排出される排気の温度が低い上、ＳＣＲ触媒の上流側にある排気管、前段酸化触媒、及びパティキュレートフィルタなどが十分に暖まっておらず、これらによって排気の熱が奪われてしまうため、ＳＣＲ触媒に流入する排気の温度は著しく低下してしまうことになる。このような排気温度の低下により、ＳＣＲ触媒は上述したような排気浄化機能を良好に発揮することができなくなる。
【０００５】
このような排気温度低下時の問題を解消するため、主噴射より遅いタイミングでポスト噴射を行うと共に吸気絞り弁により吸入空気量を減少させることにより排気温度を上昇させるようにしたエンジンの制御装置が特許文献１により提案されている。
特許文献１の制御装置では、主噴射の後のポスト噴射で供給される燃料がエンジンの出力に転換されにくいタイミングで燃焼することによって、燃料の発熱量のうちの動力に利用されない熱量が増加し、エンジンの排気温度が上昇する。更に、吸気絞り弁により吸入空気量が減少されることによって、排気後処理装置を流動する排気の量が減少するため、排気後処理装置の熱容量が増大して排気温度がより一層上昇する。
【０００６】
また、排気中のアンモニアを還元剤としてＮＯｘを選択還元するＳＣＲ触媒では、排気中に含まれるＮＯ（一酸化窒素）とＮＯ２（二酸化窒素）との割合がほぼ１対１の場合に最も高い浄化効率を得ることができる。そこで、ＳＣＲ触媒の上流側に前段酸化触媒を設け、この前段酸化触媒により排気中のＮＯの一部をＮＯ２に転化してＳＣＲ触媒に供給するようにしている。
【０００７】
上述のようにして吸入空気量を減少させると共にポスト噴射を行うことによって排気中に含まれるＨＣ（炭化水素）の濃度が増大するが、このようにＳＣＲ触媒の上流側には前段酸化触媒が設けられているので、排気中に含まれるＨＣを前段酸化触媒で酸化させることにより更なる排気の昇温を図ることが可能となる。
【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】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１の制御装置のように、吸入空気量の減少とポスト噴射とにより排気の昇温を行うようにした場合、前段酸化触媒の酸化機能は排気中に多く含まれるＨＣに対して発揮されてしまうため、前段酸化触媒による排気中のＮＯの酸化が阻害されることになる。
この結果、排気の昇温によってＳＣＲ触媒が活性化して良好な選択還元機能を発揮できるようになっても、しばらくの間は排気中のＮＯに対するＮＯ２の割合が不足してＳＣＲ触媒の浄化効率が低下してしまうという問題が生じる。
【０００９】
本発明は以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＳＣＲ触媒が排気浄化機能を発揮可能な温度まで排気温度を迅速に上昇させると共に、ＳＣＲ触媒の排気浄化効率の低下を防止することが可能なディーゼルエンジンの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明によるディーゼルエンジンの制御装置は、ディーゼルエンジンの排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒と、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の上流側の上記排気通路に配設された前段酸化触媒と、上記ディーゼルエンジンの排気バルブの開閉時期を第１開閉時期と第２開閉時期とのいずれかに選択的に切り換え可能であって、上記第２開閉時期は開弁期間の一部が上記排気バルブと同一気筒の吸気バルブの開弁期間にオーバラップするように設定され、上記第１開閉時期は上記排気バルブの開弁開始時期のみを、上記第２開閉時期に対して遅角側に変更して設定されたバルブタイミング切換機構と、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度が所定温度より低いと判断したときには、上記第２開閉時期で上記排気バルブが開閉するように上記バルブタイミング切換機構を制御する制御手段とを備えることを特徴とする（請求項１）。
【００１１】
このように構成されたディーゼルエンジン制御装置によれば、ディーゼルエンジンの排気中のＮＯｘがアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒により排気中のアンモニアを還元剤として選択還元されることによって排気の浄化が行われる。このとき、排気中のＮＯの一部が前段酸化触媒によってＮＯ２に転化されてからアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するので、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒は高い浄化効率で排気を発揮する。
【００１２】
そして、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度が所定温度より低いと制御手段が判断したときには、排気バルブの開弁期間の一部が排気バルブと同一気筒の吸気バルブの開弁期間にオーバラップすると共に、開弁開始時期と閉弁完了時期とのうち開弁開始時期のみが、第２開閉時期に対して遅角側に変更された第１開閉時期で排気バルブが開閉するようにバルブタイミング切換機構が制御される。
【００１３】
或いは、上記目的を達成するため、本発明によるディーゼルエンジンの制御装置は、ディーゼルエンジンの排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒と、上記ディーゼルエンジンの排気バルブの開閉時期を第１開閉時期と第２開閉時期とのいずれかに選択的に切り換え可能であって、上記第２開閉時期は開弁期間の一部が上記排気バルブと同一気筒の吸気バルブの開弁期間にオーバラップするように設定され、上記第１開閉時期は上記排気バルブの開弁開始時期のみを、上記第２開閉時期に対して進角側に変更して設定されたバルブタイミング切換機構と、上記アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度が所定温度より低いと判断したときには、上記第２開閉時期で上記排気バルブが開閉するように上記バルブタイミング切換機構を制御する制御手段とを備えることを特徴とする（請求項２）。
【００１４】
このように構成されたディーゼルエンジン制御装置によれば、ディーゼルエンジンの排気中のＮＯｘがアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒により排気中のアンモニアを還元剤として選択還元されることによって排気の浄化が行われる。このとき、排気中のＮＯの一部が前段酸化触媒によってＮＯ２に転化されてからアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に流入するので、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒は高い浄化効率で排気を発揮する。
【００１５】
そして、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度が所定温度より低いと制御手段が判断したときには、排気バルブの開弁期間の一部が排気バルブと同一気筒の吸気バルブの開弁期間にオーバラップすると共に、開弁開始時期と閉弁完了時期とのうち開弁開始時期のみが、第２開閉時期に対して進角側に変更された第１開閉時期で排気バルブが開閉するようにバルブタイミング切換機構が制御される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のディーゼルエンジン制御装置によれば、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度が所定温度より低いと制御手段が判断したときには、排気バルブの開弁期間の一部が排気バルブと同一気筒の吸気バルブの開弁期間にオーバラップすると共に、開弁開始時期と閉弁完了時期とのうち開弁開始時期のみが、第２開閉時期に対して遅角側に変更された第１開閉時期で排気バルブが開閉するので、排気行程においてピストンが気筒内のガスを圧縮することにより、第２開閉時期で排気バルブを開閉しているときに比べてポンピング損失が増大する。こうして増大したポンピングロスを補うために各気筒への燃料供給量が増大されるので、結果的にディーゼルエンジンから排出される排気の温度が上昇する。
【００１７】
また、排気バルブの開弁開始時期が遅れることにより、第２開閉時期で排気バルブを開閉しているときに比べて気筒内の残留ガス量が増大し、その分だけ気筒に吸入される新気の量が減少する。従って、燃料の燃焼によって生じる熱が伝達される新気の量が減少することになり、結果としてアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度は上昇する。
【００１８】
このように、ポスト噴射などによる排気中へのＨＣの供給を行うことなく排気温度を速やかに上昇させることができるので、前段酸化触媒による排気中のＮＯからＮＯ２への転化が阻害されることはない。この結果、排気温度の上昇によって還元機能を発揮可能となった後のアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化効率を良好に維持することができる。
また、第１開閉時期で排気バルブを開閉しているときにも、排気バルブの開弁期間の一部が吸気バルブの開弁期間とオーバラップするタイミングまで排気バルブの開弁が継続されるので、気筒内の残留ガスの大幅な増大を防止することができる。従って、気筒内への新気の供給が残留ガスによって大きく阻害されるようなことはなく、気筒内に吸入される新気の量が大幅に減少することはない。
【００１９】
この結果、新気の吸入量の低下に伴って発生する黒煙などの大気中への排出を防止しながら迅速に排気温度を上昇させると共に、主噴射によって気筒内に供給される燃料から生じた未燃ＨＣの排気中の濃度を低く維持することができる。従って、排気温度の上昇によりアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒が選択還元機能を発揮できるようになったときに、排気中の未燃ＨＣによって阻害されることなく前段酸化触媒による排気中のＮＯからＮＯ２への転化が行われ、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化効率の低下を防止することが可能となる。
【００２０】
或いは、本発明のディーゼルエンジン制御装置によれば、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度が所定温度より低いと制御手段が判断したときには、排気バルブの開弁期間の一部が排気バルブと同一気筒の吸気バルブの開弁期間にオーバラップすると共に、開弁開始時期と閉弁完了時期とのうち開弁開始時期のみが、第２開閉時期に対して進角側に変更された第１開閉時期で排気バルブが開閉するので、燃料の発熱量の一部が動力に利用されないうちに排気バルブが開弁して排出される排気の量が、第２開閉時期で排気バルブを開閉しているときに比べて増大し、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排気の温度が上昇する。
【００２１】
また、このように燃料の発熱量の一部が動力に利用されないため、第２開閉時期で排気バルブを開閉しているときに比べてエンジン出力が低下するが、こうして低下したエンジン出力を補うために各気筒への燃料供給量が増大されるので、結果的にディーゼルエンジンから排出される排気の温度が上昇する。
このように、ポスト噴射などによる排気中へのＨＣの供給を行うことなく排気温度を速やかに上昇させることができるので、排気温度の上昇によりアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒が選択還元機能を発揮できるようになったときに、前段酸化触媒による排気中のＮＯからＮＯ２への転化が阻害されることはなく、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化効率の低下を防止することができる。
【００２２】
また、第１開閉時期で排気バルブを開閉しているときにも、排気バルブの開弁期間の一部が吸気バルブの開弁期間とオーバラップするタイミングまで排気バルブの開弁が継続されるので、気筒内の残留ガスが増大して気筒内への新気の供給が残留ガスによって阻害されるようなことはなく、気筒内には十分な量の新気を確保することができる。
この結果、新気の吸入量の低下に伴って発生する黒煙などの大気中への排出を防止しながら迅速に排気温度を上昇させると共に、主噴射によって気筒内に供給される燃料から生じた未燃ＨＣの排気中の濃度を低く維持することができる。従って、排気温度の上昇によりアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒が選択還元機能を発揮できるようになったときに、未燃ＨＣによって阻害されることなく前段酸化触媒による排気中のＮＯからＮＯ２への転化が行われ、アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒の浄化効率の低下を防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面に基づき本発明の第１実施形態について説明する。
本発明の第１実施形態に係るディーゼルエンジンの制御装置は車両に搭載されている。図１は、このディーゼルエンジンの制御装置の全体構成図であって、図１に基づきディーゼルエンジンの制御装置の構成を説明する。
ディーゼルエンジン（以下、エンジンという）１は各気筒共通の高圧蓄圧室（以下コモンレールという）２を備えており、図示しない燃料噴射ポンプから供給されてコモンレール２に蓄えられた高圧の燃料を各気筒に設けられたインジェクタ４に供給し、各インジェクタ４からそれぞれの気筒内に燃料が噴射される。
【００２４】
吸気通路６にはターボチャージャ８が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路６からターボチャージャ８のコンプレッサ８ａへと流入し、コンプレッサ８ａで過給された吸気はインタークーラ１０を介して吸気マニホールド１２に導入される。吸気マニホールド１２に導入された空気は、各気筒に設けられた吸気バルブ（図示せず）が開弁されることにより吸気ポート（図示せず）を介してエンジン１の各気筒に吸入される。また、吸気通路６のコンプレッサ８ａより上流側には、エンジン１への吸入空気流量を検出するための吸気量センサ１４が設けられている。
【００２５】
一方、排気バルブ（図１には示さず）が開弁されることによってエンジン１の各気筒から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド１６を介して排気管１８に接続されている。なお、排気マニホールド１６と吸気マニホールド１２との間には、ＥＧＲ弁２０を介して排気マニホールド１６と吸気マニホールド１２とを連通するＥＧＲ通路２２が設けられている。
【００２６】
排気管１８はターボチャージャ８のタービン８ｂを経由した後に排気後処理装置２４に接続されている。また、タービン８ｂの回転軸はコンプレッサ８ａの回転軸と連結されており、タービン８ｂが排気管１８内を流動する排気を受けてコンプレッサ８ａを駆動するようになっている。
排気後処理装置２４は、上流側ケーシング２６と、上流側ケーシング２６の下流側に連通路２８で連通された下流側ケーシング３０とで構成される。上流側ケーシング２６内には、前段酸化触媒３２が収容されると共に、この前段酸化触媒３２の下流側にはパティキュレートフィルタ（以下フィルタという）３４が収容されている。フィルタ３４は、排気中のパティキュレートを捕集することによりエンジン１の排気を浄化するために設けられる。
【００２７】
前段酸化触媒３２は排気中のＮＯを酸化させてＮＯ２を生成するので、このように前段酸化触媒３２とフィルタ３４とを配置することにより、フィルタ３４に捕集され堆積しているパティキュレートは前段酸化触媒３２から供給されたＮＯ２と反応して酸化し、フィルタ３４の連続再生が行われるようになっている。
一方、下流側ケーシング３０内には、排気中のアンモニアを吸着し、吸着したアンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを選択還元して排気を浄化するアンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒（以下ＳＣＲ触媒という）３６が収容されている。このＳＣＲ触媒３６は、排気中のＮＯ及びＮＯ２の比率が互いにほぼ等しいときに最も高い浄化効率を発揮しうるものであり、前段酸化触媒３２で生成されたＮＯ２の一部がフィルタ３４の連続再生に寄与せずにエンジン１から排出された排気中のＮＯと共にＳＣＲ触媒３６に流入することによって、高い浄化率を維持するようになっている。
【００２８】
ＳＣＲ触媒３６の下流側にはＳＣＲ触媒３６から流出したアンモニアを酸化してＮ２とするための後段酸化触媒３８が収容されている。この後段酸化触媒３８は、後述するフィルタ３４の強制再生でパティキュレートが焼却される際に発生するＣＯ（一酸化炭素）を酸化し、ＣＯ２（二酸化炭素）として大気中に排出する機能も有している。
また、連通路２８には、連通路２８内の排気中に尿素水を噴射供給する尿素水インジェクタ４０が設けられており、尿素水が蓄えられた尿素水タンク４２から図示しない供給ポンプによって尿素水が供給されることにより、尿素水インジェクタ４０から連通路２８内の排気中に尿素水が噴射されるようになっている。
【００２９】
尿素水インジェクタ４０から噴射された尿素水は、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、排気と共にＳＣＲ触媒３６に供給される。ＳＣＲ触媒３６は供給されたアンモニアを吸着し、吸着したアンモニアと排気中のＮＯｘとの脱硝反応を促進することにより、ＮＯｘを無害なＮ２として排気を浄化する。
このとき、アンモニアがＮＯｘと反応せずにＳＣＲ触媒３６から流出した場合には、このアンモニアが後段酸化触媒３８によって酸化され、無害なＮ２となって大気中に放出されるようになっている。
【００３０】
なお、下流側ケーシング３０内のＳＣＲ触媒３６の上流側には、ＳＣＲ触媒３６の入口側の排気温度を検出する入口側温度センサ４４が設けられている。
また、エンジン１には、各気筒に設けられた排気バルブの開閉時期を切り換えるためのバルブタイミング切換機構（図１中には示さず）が設けられている。このバルブタイミング切換機構の詳細については後述するが、バルブタイミング機構への作動油の供給を制御することによって、排気バルブの開閉時期が切り換えられるようになっている。図１に示される作動油制御弁４６は、このバルブタイミング切換機構への作動油の供給を制御するためのものである。
【００３１】
このように構成されるエンジン１の運転制御をはじめとする総合的な制御を行うため、ＥＣＵ（制御手段）４８が設けられる。ＥＣＵ４８はＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づきＥＣＵ４８に接続された各種デバイスの制御を行っている。
ＥＣＵ４８の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した吸気流量センサ１４、入口側温度センサ４４のほかに、エンジン１の回転数を検出する回転数センサ５２及び図示しないアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ５４などの各種センサ類が接続されている。また、ＥＣＵ４８の出力側には、演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ４、ＥＧＲ弁２０、尿素水インジェクタ４０及び作動油制御弁４６などの各種デバイス類が接続されている。
【００３２】
エンジン１の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ４からの燃料供給制御もＥＣＵ４８によって行われる。エンジン１の運転に必要な燃料供給量（主噴射量）は、回転数センサ５２によって検出されたエンジン１の回転数とアクセル開度センサ５４によって検出されたアクセル開度とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ４の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ４が開弁駆動され、各気筒に主噴射が行われることにより、エンジン１の運転に必要な量の燃料が供給される。
【００３３】
ＥＣＵ４８は、このような各気筒への燃料供給制御のほか、フィルタ３４を強制再生して機能回復させるための制御も行う。
フィルタ３４に堆積したパティキュレートは、前述したようにして前段酸化触媒３２を用いた連続再生により酸化除去される。しかしながら、このような連続再生だけではフィルタ３４に堆積したパティキュレートの除去が十分行われない場合がある。このような状態が継続すると、フィルタ３４内にパティキュレートが過剰に堆積し、フィルタ３４が目詰まりを起こすおそれがあるため、フィルタ３４におけるパティキュレートの堆積状況に応じて、適宜フィルタ３４を昇温し強制再生を行うことにより、フィルタ３４の排気浄化機能を維持する。
【００３４】
パティキュレートの堆積状況は、フィルタ３４の上流側及び下流側の差圧や吸気量センサ１４の検出値などに基づき推定され、フィルタ３４へのパティキュレート堆積量が所定量に達したと判断したときに強制再生の制御が開始される。
フィルタ３４の強制再生では、インジェクタ４からポスト噴射を行うことにより排気中にＨＣ（炭化水素）を供給する。そして、前段酸化触媒３２でのＨＣの酸化反応によりフィルタ３６に流入する排気の温度を上昇させ、フィルタ３４に堆積したパティキュレートを焼却する。
【００３５】
また、ＥＣＵ４８は、ＳＣＲ触媒３６で排気中のＮＯｘを選択還元するために必要な尿素水の目標供給量を求め、この目標供給量に基づき尿素水インジェクタ４０を制御することにより、尿素水インジェクタ４０からＳＣＲ触媒３６上流側の排気中に尿素水が供給される。
尿素水インジェクタ４０から噴射された尿素水は、前述したように、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、ＳＣＲ触媒３６に供給される。ＳＣＲ触媒３６は供給されたアンモニアを吸着し、吸着したアンモニアと排気中のＮＯｘとの脱硝反応を促進することにより、ＮＯｘを還元して無害なＮ２とし排気を浄化する。
【００３６】
このようなＳＣＲ触媒３６によるＮＯｘの選択還元が良好に行われるようにするには、ＳＣＲ触媒３６に流入する排気中のＮＯに対して適正な比率となるＮＯ２をＳＣＲ触媒３６に供給するための前段酸化触媒３２や、ＮＯｘを選択還元するＳＣＲ触媒３６が活性化していなければならない。
そこで、本実施形態の制御装置では、排気温度がこのような温度に達していないような場合には、排気バルブの開閉時期を変更することにより、排気温度を昇温するようにしている。
【００３７】
以下では、このような排気バルブの開閉時期を変更するために各気筒に設けられるバルブタイミング切換機構の構成について、図２乃至７に基づき説明する。
図２はバルブタイミング切換機構５６を構成する第１ロッカアーム５８と第２ロッカアーム６０の組み付けを示す図、図３はバルブタイミング切換機構５６の上面図、図４は第２ロッカアーム６０の組み付け状態を示す図である。
【００３８】
エンジン１の各気筒には、ロッカシャフト６２にそれぞれ揺動可能に支承された第１ロッカアーム５８と第２ロッカアーム６０とが互いに隣接して設けられる。第１ロッカアーム５８には、ロッカシャフト６２が挿通するボス部６４が設けられており、第１ロッカアーム５８はボス部６４を介してロッカシャフト６２に軸支される。また、第１ロッカアーム５８のボス部６４からロッカシャフト６２の軸線方向に突出してロッカシャフト６２が貫通する軸部６６が、第２ロッカアーム６０のボス部６８内に嵌挿されて、第２ロッカアーム６０が第１ロッカアーム５８の軸部６６に軸支されることにより、第２ロッカアーム６０がロッカシャフト６２に対して揺動可能となっている。
【００３９】
第１ロッカアーム５８の一側に延びるアーム７０の端部には第１カム７２に当接するローラ７４が回転自在に装着され、他側に延びるアーム７６の端部には排気バルブ７８の弁軸が連結されている。そして、第１ロッカアーム５８のアーム７６に連結された排気バルブ７８に設けられているバルブスプリング（図示せず）の付勢力を受けることにより、第１ロッカアーム５８のローラ７４が第１カム７２に押圧されている。
【００４０】
また、第２ロッカアーム６０のボス部６８から、第１ロッカアーム５８のアーム７０と同方向に延びるアーム８０の端部には、第１カム７２とは異なるカムプロフィールを有した第２カム８２に当接するローラ８４が回転自在に装着されている。第２ロッカアーム６０は、ボス部６８の上部に形成された肉厚部８６の端部に係合するリターンスプリング８８により、ローラ８４を第２カム８２に押圧する方向に付勢されている。
【００４１】
第１ロッカアーム５８のボス部６４には、ロッカシャフト６２の軸線に対してほぼ直角となる方向の軸線を有したシリンダ部９０が形成されており、このシリンダ部９０には作動ピストン９２が摺動可能に装着される。作動ピストン９２は、後述するようにロッカシャフト６２の内部に形成された油路９４を介し、作動ピストン９２の下方に形成される油室９６に供給される作動油の油圧を受けて駆動されるものであり、油室９６に作動油が供給されない非駆動時にはリターンスプリング９８により押圧され、図５に示すようにシリンダ部９０の下部に位置する一方、油室９６に作動油が供給されると、作動ピストン９２は作動油の油圧によりリターンスプリング９８に抗し、図６に示すようにシリンダ部９０の上部に移動する。
【００４２】
作動ピストン９２には、図５及び６に示すように、深溝部１００及び浅溝部１０２からなる係合溝１０４が形成されている。この係合溝１０４に対応し、第１ロッカアーム５８のアーム７０の上方には、係合突起１０６が第２ロッカアーム６０から第１ロッカアーム５８側に向けて張り出すと共に、作動ピストン９２に向けて延設されている。
この係合突起１０６は、図６に示すように、油室９６に作動油が供給されて作動ピストン９２がシリンダ部９０の上部に位置するとき、第２カム８２によって駆動される第２ロッカアーム６０の揺動に伴い作動ピストン９２の浅溝部１０２に進入して作動ピストン９２と揺動方向で当接することにより、第２ロッカアーム６０の揺動を第１ロッカアーム５８に伝達する。
【００４３】
一方、図５に示すように、油室９６に作動油が供給されずに作動ピストン９２がシリンダ部９０の下部に位置するときには、第２カム８２によって駆動される第２ロッカアーム６０の揺動に伴い係合突起１０６が作動ピストン９２の深溝部１００内に進入するが、このときに係合突起１０６は作動ピストン９２に揺動方向で当接せず、第２ロッカアーム６０の揺動は第１ロッカアーム５８に伝達されないようになっている。
【００４４】
なお、油室９６への作動油の供給及び油室９６からの作動油の排出は、前述したようにＥＣＵ４８が作動油制御弁４６を制御することによって行われる。
第１カム７２による排気バルブ７８のリフト量は、常に第２カム８２による排気バルブ７８のリフト量以下となるよう、第１カム７２及び第２カム８２のカムプロフィールが設定されている。従って、上述したようにして油室９６に作動油が供給され、シリンダ部９０の上部に位置する作動ピストン９２に係合突起１０６が当接することにより、第２ロッカアーム６０の揺動を第１ロッカアーム５８に伝達する場合には、第１ロッカアーム５８が第２カム８２のカムプロフィールに従って揺動することにより排気バルブ７８の開閉が行われることになる。
【００４５】
一方、油室９６に作動油が供給されずに作動ピストン９２がシリンダ部９０の下部に位置するときには、上述したように第２ロッカアーム６０の揺動が第１ロッカアーム５８に伝達されないので、第１ロッカアーム５８が第１カム７２のカムプロフィールに従って揺動することによって排気バルブ７８の開閉が行われる。
本実施形態において、第１カム７２及び第２カム８２のカムプロフィールは、それぞれのカムによって排気バルブ７８が駆動される場合のリフト量及びクランク角に基づく開閉時期が図７に示す特性となるように設定されている。
【００４６】
即ち図７において、第１カム７２のカムプロフィールによる排気バルブ７８のリフト量及び開閉時期（第１開閉時期）は曲線ＥＸ１によって示され、第２カム８２のカムプロフィールによる排気バルブ７８のリフト量及び開閉時期（第２開閉時期）は曲線ＥＸ２によって示される。なお、図７中の曲線ＩＮは、排気バルブ７８と組み合わされて用いられる吸気バルブのリフト量及び開閉時期を示すものである。
【００４７】
図７の曲線ＥＸ２によって示されているように、第２カム８２によって排気バルブ７８を開閉する場合、排気バルブ７８の開弁開始時期は膨張行程下死点（ＢＤＣ）より早く、また閉弁完了時期は吸気バルブの開弁開始時期よりも遅くなっており、排気バルブ７８の開弁期間の一部が吸気バルブの開弁期間とオーバラップしている。このような第２カム８２の特性は、バルブタイミング切換機構を備えていない一般的なディーゼルエンジンで用いられる排気バルブ駆動用のカムの特性と同等のものとなっている。
【００４８】
これに対し、第１カム７２によって排気バルブ７８を開閉する場合、図７の曲線ＥＸ１によって示されているように、排気バルブ７８の開弁開始時期は、第２カム８２による排気バルブ７８の開弁開始時期より遅角され、膨張行程における下死点（ＢＤＣ）よりクランク角でＡ１（°）だけ遅角側となっている。なお、このＢＤＣからの遅角量Ａ１は後述する理由により４０乃至７０°に設定されている。また、排気バルブ７８の開弁期間の一部が吸気バルブの開弁期間とオーバラップしており、排気バルブ７８の閉弁完了時期は第２カム８２の場合の排気バルブ７８の閉弁完了時期と一致している。
【００４９】
このように排気バルブ７８の開弁開始時期は第２カム８２で排気バルブ７８を開閉する場合の開弁開始時期から大幅に遅角されているが、第１カム７２で排気バルブ７８を開閉する場合の排気バルブ７８のリフト量Ｌ１を、第２カム８２の場合の排気バルブ７８のリフト量Ｌ２の１／５乃至１／３に設定することにより、第１カム７２で排気バルブ７８を開閉する場合においても、排気バルブ７８のリフト量の変化率を適正な範囲の大きさとして排気バルブ７８の開閉を支障なく行うことができるようにしている。
【００５０】
即ち、第２カム８２による排気バルブ７８の開閉に対し、排気バルブ７８の閉弁完了時期をほぼ一致させて開弁開始時期のみをＢＤＣから４０乃至７０°遅角させた場合、排気バルブ７８のリフト量がＬ２のままでは排気バルブ７８のバルブスプリングの余裕荷重が著しく低下し、排気バルブ７８のジャンピングなど排気バルブ７８の動特性において不具合が生じてしまう。そこで、このような不具合を防止するためには、排気バルブ７８のリフト量Ｌ１を、第２カム８２の場合の排気バルブ７８のリフト量Ｌ２の１／５乃至１／３に設定する必要がある。
【００５１】
次に、以上のように構成されるバルブタイミング切換機構５６を用いた排気の昇温について説明する。
図８及び図９は、エンジン１を中速中負荷の一定の運転状態で運転し、本実施形態の制御装置において第１カム７２によって排気バルブ７８を開閉する際に、第２カム８２で排気バルブ７８を開閉するような一般的な排気バルブ７８の開閉時期から、開弁開始時期のみを徐々に遅角させていった場合の、排気バルブ７８の開弁開始時期と排気温度Ｔｔｉとの関係を示すグラフ（図８）、及び排気バルブ７８の開弁開始時期と空気過剰率λとの関係を示すグラフ（図９）である。なお、排気バルブ７８の開弁開始時期はクランク角で表され、ＢＤＣを０°としてＢＤＣより進角側を正の値で、また遅角側を負の値でそれぞれ表している。また、排気温度Ｔｔｉはターボチャージャ８のタービン８ｂの入口側温度である。
【００５２】
図８に示すように、排気バルブ７８の開弁開始時期を遅角するほど排気温度Ｔｔｉが上昇していくことがわかるが、開弁開始時期をＢＤＣ後４０°（−４０°ＢＢＤＣ）のクランク角以降に遅角することにより、４００℃以上の排気温度を確保することができる一方で、開弁開始時期の遅角範囲をＢＤＣ後７０°（−７０°ＢＢＤＣ）のクランク角までとすることにより２．０以上の空気過剰率λが確保される。このように、排気バルブ７８の開弁開始時期を遅角することにより排気の温度が上昇するのは、次のような理由による。
【００５３】
即ち、排気バルブ７８の開弁開始時期が大きく遅れるため、ピストンが気筒内のガスを圧縮することによって各気筒のポンピング損失が増大するが、ＥＣＵ４８はアクセル開度センサ５４によって検出されたアクセル開度に対応したエンジン出力を得るため、こうして増大したポンピングロスを補うように、各気筒にインジェクタ４から供給される燃料量を増大するので、結果的にエンジン１から排出される排気の温度が上昇するのである。
【００５４】
また、排気バルブ７８の開弁開始時期が遅れることにより、第２カム８２で排気バルブ７８を開閉する場合に比べて気筒内の残留ガスが増大し、その分だけ気筒に吸入される新気の量が減少する。従って、燃料の燃焼によって生じる熱が伝達される新気の量が少ないことになり、排気の温度は上昇することになる。
従って、ポスト噴射などにより排気中にＨＣを供給することなく排気の温度を上昇させることができる。この結果、前段酸化触媒３２に排気中のＨＣが流入して前段酸化触媒３２によるＮＯからＮＯ２への転化が阻害されるというような問題が発生せず、排気の昇温によってＳＣＲ触媒３６が選択還元機能を発揮するようになったときに、ＳＣＲ触媒３６に流入する排気中のＮＯとＮＯ２との比率を適正なものとして、高い浄化効率でのＳＣＲ触媒３６の排気浄化を維持することができる。
【００５５】
また、排気バルブ７８の開弁開始時期をＢＤＣ後７０°程度のクランク角まで遅角しても空気過剰率λが大きく低下しないのは以下の理由による。
即ち、排気バルブ７８の開弁開始時期を遅角した場合においても、前述したように排気バルブ７８の開弁期間の一部が吸気バルブの開弁期間とオーバラップするタイミングまで排気バルブ７８の開弁が継続されている。このため、排気バルブの開弁開始時期の遅角化によって気筒内の残留ガスは増大するものの大幅に増大することはない。従って、気筒内への新気の供給が残留ガスによって大きく阻害されることはなく、新気の供給量が大きく減少せずに十分な空気過剰率を確保することができるのである。
【００５６】
主噴射によってエンジン１の各気筒に供給された燃料は、完全には燃焼せずに一部が未燃ガスとして排気と共にエンジン１から排出されることがあり、空気過剰率λの低下と共に排気中のＨＣの濃度が増大する。しかしながら本実施形態では、上述のように十分な空気過剰率λが確保されているために、排気中のＨＣ濃度が大きく増大するようなことはない。従って、空気過剰率λによる影響という点においても、前段酸化触媒３２によるＮＯからＮＯ２への転化が阻害されるというようなことがなく、高い浄化効率でのＳＣＲ触媒３６の排気浄化を維持することができる。
【００５７】
なお、空気過剰率λが低下した場合、その値が１．５を下回ると黒煙が発生しやすいことが知られているが、開弁開始時期の遅角範囲をＢＤＣ後７０°のクランク角までとすることによって、上述したように２．０以上の空気過剰率λが確保されているため、空気過剰率λの減少に起因して黒煙が発生することはない。従って、排気バルブ７８の開弁開始時期をＢＤＣ後４０乃至７０°のクランク角とすることにより、空気過剰率λを黒煙の発生しない値に維持しながら、良好な排気の昇温を実現することが可能となる。
【００５８】
なお、図９中の一点鎖線は、本実施形態と対比するための比較例として、クランク軸と排気カム軸との位相を変更することによって開弁期間は一定のままで排気バルブの開閉時期を可変にしたバルブタイミングの変更機構を用い、排気バルブの開弁開始時期を進角させていった場合の、排気バルブの開弁開始時期と、空気過剰率λ’との関係を示すものである。
【００５９】
図９の比較例に示すように、排気バルブの開弁開始時期及び閉弁完了時期を共に進角させていった場合には、開弁開始時期の進角と共に空気過剰率λ’が大幅に低下していくことがわかる。このように空気過剰率λ’が低下するのは、排気バルブの開弁開始時期が進角すると共に閉弁完了時期も進角するため、吸気バルブが開弁する前に排気バルブが閉弁し、気筒内に大量のガスが残留してしまうことによって気筒内への新気の吸入が大きく阻害されるためと考えられる。
【００６０】
このように、比較例では大幅な空気過剰率λ’の低下が生じるため、排気中の未燃ガスに含まれるＨＣの濃度が大幅に増大すると共に、黒煙が発生してしまうことになる。このようなＨＣ濃度の増大のため、前段酸化触媒によるＮＯからＮＯ２への転化が阻害され、ＳＣＲ触媒３６が選択還元機能を発揮するようになったときに、ＳＣＲ触媒３６に流入する排気中のＮＯとＮＯ２との比率を適正なものとすることができず、ＳＣＲ触媒３６の浄化効率が低下してしまう。
【００６１】
これに対し本実施形態では、上述したように空気過剰率が大幅に低下するようなことがなく、排気中のＨＣ濃度の増大によるＳＣＲ触媒３６の浄化効率の低下が生じないばかりでなく、黒煙を発生することもないので、上記図９に示した比較例に比べて大きく優れていることがわかる。
以上のようなバルブタイミング切換機構５６を用い、ＥＣＵ４８はエンジン１の運転状態に応じ排気昇温制御を行う。この排気昇温制御は、図１０のフローチャートに基づき所定の制御周期でエンジン１の運転中に繰り返し実行される。
【００６２】
排気昇温制御が開始されると、まずステップＳ１でＥＣＵ４８は、入口側温度センサ４４が検出した排気温度Ｔｅｘが所定温度Ｔｓ以上であるか否かを判定する。この所定温度Ｔｓは、ＳＣＲ触媒３６をはじめとして前段酸化触媒３２や後段酸化触媒３８が活性化可能な温度に基づき設定されるものであり、ＥＣＵ４８は排気温度Ｔｅｘが所定温度Ｔｓ以上であると判定することにより、排気温度がこれらＳＣＲ触媒３６、前段酸化触媒３２及び後段酸化触媒３８を活性化可能な温度に達していると判断する。
【００６３】
従って、ＥＣＵ４８は、ステップＳ１において排気温度Ｔｅｘが所定温度Ｔｓ未満であると判定した場合には、排気温度が上記各触媒を活性可能な温度に達していないものと判断し、処理をステップＳ２に進め、第１カム７２による排気バルブ７８の開閉を選択し、その制御周期を終了する。
即ち、ステップＳ２でＥＣＵ４８は、排気バルブ７８を駆動するカムとして第１カム７２を選択するべく、バルブタイミング切換機構５６に作動油が供給されないように作動油制御弁４６を制御する。バルブタイミング切換機構５６では、作動油の供給が行われないことによって、前述したように第１ロッカアーム５８の作動ピストン９２がシリンダ部９０の下部に位置する。このため、第２ロッカアーム６０の係合突起１０６は作動ピストン９２の深溝部１００内に進入するので、係合突起１０６は作動ピストン９２に揺動方向で当接せず、第２ロッカアーム６０の揺動は第１ロッカアーム５８に伝達されない。
【００６４】
従って、第１ロッカアーム５８は第１カム７２によって駆動され、第１カム７２のカムプロフィールに従い排気バルブ７８が開閉される。この結果、前述したように、排気バルブ７８の開弁開始時期がＢＤＣ後のクランク角で４０乃至７０°に遅角され、排気の昇温が行われる。
次の制御周期以降においても、ステップＳ１で排気温度Ｔｅｘが所定温度Ｔｓに達していないと判定する限り、ＥＣＵ４８は処理をステップＳ２に進め、上述したようにして排気バルブ７８が第１カム７２によって開閉されることにより排気の昇温が引き続き行われる。
【００６５】
従って、エンジン１が冷態運転状態にあって排気温度が上記各触媒を活性可能な温度まで上昇していない場合や、運転状態の変化によって排気温度が上記各触媒を活性可能な温度より低下した場合においては、排気バルブ７８が第１カム７２によって開閉されることにより排気の昇温が行われ、上記各触媒を活性可能な温度まで迅速に昇温することが可能となる。
【００６６】
一方、ステップＳ１で排気温度Ｔｅｘが所定温度Ｔｓ以上であると判定した場合、ＥＣＵ４８は処理をステップＳ３に進め、第２カム８２による排気バルブ７８の開閉を選択して、その制御周期を終了する。
即ち、ステップＳ３でＥＣＵ４８は、排気バルブ７８を駆動するカムとして第２カム８２を選択するべく、バルブタイミング切換機構５６に作動油が供給されるように作動油制御弁４６を制御する。バルブタイミング切換機構５６では、作動油が供給されることによって、前述したように第１ロッカアーム５８の作動ピストン９２がシリンダ部９０の上部に位置する。このため、第２ロッカアーム６０の係合突起１０６は作動ピストン９２の浅溝部１０２内に進入するので、係合突起１０６は作動ピストン９２に揺動方向で当接し、第２ロッカアーム６０の揺動が第１ロッカアーム５８に伝達される。従って、第１ロッカアーム５８は第２カム８２によって駆動され、第２カム８２のカムプロフィールに従い排気バルブ７８が開閉される。この結果、前述したような排気バルブ７８の開弁開始時期の遅角化による排気昇温は行われず、エンジン１の通常の運転が行われる。
【００６７】
次の制御周期以降においても、ステップＳ１で排気温度Ｔｅｘが所定温度Ｔｓ以上であるとと判定する限り、ＥＣＵ４８は処理をステップＳ３に進め、上述したようにして排気バルブ７８が第２カム８２によって開閉される。
以上のようにしてＥＣＵ４８が排気昇温制御を行うことにより、エンジン１の排気温度Ｔｅｘが所定温度Ｔｓに達していないときには、第１カム７２による排気バルブ７８の開閉が行われて、排気バルブ７８の開弁開始時期が遅角されることにより、排気温度を速やかに上昇させることができる。このとき、ポスト噴射などにより排気中にＨＣを供給する必要がないので、前段酸化触媒３２に排気中のＨＣが流入して前段酸化触媒３２によるＮＯからＮＯ２への転化が阻害されるというようなことがない。この結果、排気の昇温によってＳＣＲ触媒３６が選択還元機能を発揮するようになったときに、ＳＣＲ触媒３６に流入する排気中のＮＯとＮＯ２との比率を適正なものとして、高い浄化効率でのＳＣＲ触媒３６の排気浄化を維持することができる。
【００６８】
また、排気温度Ｔｅｘが所定温度Ｔｓに達しておらず、上述のようにして第１カム７２によって排気バルブ７８の開閉を行っている際には、前述したように、排気バルブ７８の開弁期間の一部が吸気バルブの開弁期間とオーバラップするタイミングまで排気バルブ７８の開弁が継続されていて、気筒内への新気の供給が残留ガスによって大きく阻害されることはないため、新気の吸入量が大幅に減少することはない。
【００６９】
従って、空気過剰率λの減少に起因して黒煙が発生することがないばかりでなく、空気過剰率λの大幅な低下に起因した排気中のＨＣ濃度の増大も生じず、空気過剰率λの低下によって前段酸化触媒３２によるＮＯからＮＯ２への転化が阻害されるというような問題も生じない。
次に、本発明の第２実施形態に係るディーゼルエンジンの制御装置について、以下に説明する。
【００７０】
上記第１実施形態では、図７に示すように第２カム８２による排気バルブ７８の開閉に対し、開弁開始時期のみが遅角するようにカムプロフィールが設定された第１カム７２を用いて排気バルブ７８を開閉することにより排気の昇温を行うようにした。第２実施形態は、このような第１カム７２及び第２カム８２のカムプロフィールの関係が、上記第１実施形態のものと異なっている。なお、第１カム７２及び第２カム８２のカムプロフィールの関係を除き、第２実施形態に係るディーゼルエンジンの制御装置の構成自体は第１実施形態のものと同一であるので、それぞれ対応する構成については同一の符号を用いて説明する。また、以下では上記第１実施形態と同様の部分についての説明は省略し、上記第１実施形態と相違する部分を中心に説明を行う。
【００７１】
第２実施形態では、上述のように第１カム７２及び第２カム８２のカムプロフィールの関係が、上記第１実施形態のものと異なっており、具体的には図１１に示すような関係となっている。即ち、本実施形態において、第１カム７２及び第２カム８２のカムプロフィールは、それぞれのカムによって排気バルブ７８が駆動される場合のリフト量及びクランク角に基づく開閉時期が図１１に示す特性となるように設定されている。
【００７２】
図１１において、第１カム７２のカムプロフィールによる排気バルブ７８のリフト量及び開閉時期（第２開閉時期）は曲線ＥＸ１によって示され、第２カム８２のカムプロフィールによる排気バルブ７８のリフト量及び開閉時期（第１開閉時期）は曲線ＥＸ２によって示される。なお、図１１中の曲線ＩＮは、排気バルブ７８と組み合わされて用いられる吸気バルブのリフト量及び開閉時期を示すものである。
【００７３】
図１１の曲線ＥＸ１によって示されているように、第１カム７２によって排気バルブ７８を開閉する場合、前述した第１実施形態において第２カム８２により排気バルブ７８を開閉する場合と同様に、排気バルブ７８の開弁開始時期は膨張行程下死点（ＢＤＣ）より早く、また閉弁完了時期は吸気バルブの開弁開始時期よりも遅くなっており、排気バルブ７８の開弁期間の一部が吸気バルブの開弁期間とオーバラップしている。このような第１カム７２の特性は、バルブタイミング切換機構を備えていない一般的なディーゼルエンジンで用いられる排気バルブ駆動用のカムの特性と同等のものとなっている。
【００７４】
これに対し、第２カム８２によって排気バルブ７８を開閉する場合、図１１の曲線ＥＸ２によって示されているように、排気バルブ７８の開弁開始時期は第１カム７２による排気バルブ７８の開弁開始時期より進角され、膨張行程における下死点（ＢＤＣ）よりクランク角でＡ２（°）だけ進角側となっている。なお、このＢＤＣからの進角量Ａ２は後述する理由により１２０乃至１５０°に設定されている。また、排気バルブ７８の開弁期間の一部が吸気バルブの開弁期間とオーバラップしており、排気バルブ７８の閉弁完了時期は第１カム７２の場合の排気バルブ７８の閉弁完了時期と一致している。
【００７５】
次に、以上のように構成されるバルブタイミング切換機構５６を用いた排気の昇温について説明する。
図１２及び図１３は、エンジン１を中速中負荷の一定の運転状態で運転し、本実施形態の制御装置において第２カム８２により排気バルブ７８を開閉する際に、第１カム７２で排気バルブ７８を開閉するような一般的な排気バルブ７８の開閉時期から、開弁開始時期のみを徐々に進角させていった場合の、排気バルブ７８の開弁開始時期と排気温度Ｔｔｉとの関係を示すグラフ（図１２）、及び排気バルブ７８の開弁開始時期と空気過剰率λとの関係を示すグラフ（図１３）である。なお、排気バルブ７８の開弁開始時期はクランク角で表され、ＢＤＣを０°としてＢＤＣより進角側を正の値で表している。また、排気温度Ｔｔｉはターボチャージャ８のタービン８ｂの入口側温度である。
【００７６】
図１２に示すように、排気バルブ７８の開弁開始時期を進角するほど排気温度Ｔｔｉが上昇していくことがわかるが、開弁開始時期をＢＤＣ前１２０°のクランク角以前に進角することにより、４００℃以上の排気温度を確保することができる一方で、開弁開始時期の進角範囲をＢＤＣ前１５０°のクランク角までとすることにより２．０以上の空気過剰率λが確保される。このように、排気バルブ７８の開弁開始時期を進角することにより排気の温度が上昇するのは、排気バルブ７８の開弁開始時期が進角されることにより、気筒内の燃料の発熱量の一部が動力に利用されないうちに排気バルブが開弁し、高温の排気が排出されるためである。
【００７７】
また、このように気筒内の燃料の発熱量の一部が動力に利用されないため、排気バルブ７８の開弁開始時期の進角と共にエンジン出力が低下するが、ＥＣＵ４８はアクセル開度センサ５４によって検出されたアクセル開度に対応したエンジン出力を得るため、こうしたエンジン出力の低下を補うように、各気筒にインジェクタ４から供給される燃料量を増大するので、結果的にエンジン１から排出される排気の温度が上昇する。
【００７８】
従って、ポスト噴射などにより排気中にＨＣを供給することなく排気の温度を上昇させることができる。この結果、前段酸化触媒３２に排気中のＨＣが流入して前段酸化触媒３２によるＮＯからＮＯ２への転化が阻害されるというようなことがなく、排気の昇温によってＳＣＲ触媒３６が選択還元機能を発揮するようになったときに、ＳＣＲ触媒３６に流入する排気中のＮＯとＮＯ２との比率を適正なものとして、高い浄化効率でのＳＣＲ触媒３６の排気浄化を維持することができる。
【００７９】
また、排気バルブ７８の開弁開始時期をＢＤＣ前１５０°程度のクランク角まで進角しても空気過剰率λが大きく低下しないのは以下の理由による。
即ち、排気バルブ７８の開弁開始時期を進角した場合においても、前述したように排気バルブ７８の開弁期間の一部が吸気バルブの開弁期間とオーバラップするタイミングまで排気バルブ７８の開弁が継続されている。このため、気筒内の残留ガスが増大することはない。従って、気筒内への新気の供給が残留ガスによって阻害されず、十分な空気過剰率を確保することができるのである。
【００８０】
前述したように、主噴射によってエンジン１の各気筒に供給された燃料は完全に燃焼せずに一部が未燃ガスとして排気と共にエンジン１から排出されることがあり、空気過剰率λの低下と共に排気中のＨＣの濃度が増大する。本実施形態では、上述のように十分な空気過剰率λが確保されているために、排気バルブ７８の開弁開始時期の進角によって排気中のＨＣ濃度が大きく増大するようなことはない。従って、空気過剰率λによる影響という点においても、前段酸化触媒３２によるＮＯからＮＯ２への転化が阻害されるというようなことがなく、高い浄化効率でのＳＣＲ触媒３６の排気浄化を維持することができる。
【００８１】
なお、空気過剰率λが低下した場合、その値が１．５を下回ると黒煙が発生しやすいことは前述したとおりであるが、開弁開始時期の進角範囲をＢＤＣ前１５０°のクランク角までとすることによって、上述したように２．０以上の空気過剰率λが確保されているため、空気過剰率λの減少に起因して黒煙が発生することはない。従って、排気バルブ７８の開弁開始時期をＢＤＣ前１２０乃至１５０°のクランク角とすることにより、空気過剰率λを黒煙の発生しない値に維持しながら、良好な排気の昇温を実現することが可能となる。
【００８２】
なお、図１３中の一点鎖線は、前述した第１実施形態に対比して図９に示した比較例を本実施形態と対比するために示したものである。
図１３の比較例に示すように、排気バルブの開弁開始時期及び閉弁完了時期を共に進角させていった場合には、開弁開始時期の進角と共に空気過剰率λ’が大幅に低下していくため、排気中の未燃ガスに含まれるＨＣの濃度が大幅に増大すると共に、黒煙が発生してしまうことは前述したとおりである。そして、このようなＨＣ濃度の増大のため、前段酸化触媒によるＮＯからＮＯ２への転化が阻害され、ＳＣＲ触媒３６が選択還元機能を発揮するようになったときに、ＳＣＲ触媒３６に流入する排気中のＮＯとＮＯ２との比率を適正なものとすることができず、ＳＣＲ触媒３６の浄化効率が低下してしまう。
【００８３】
これに対し本実施形態では、上述したように空気過剰率が大幅に低下するようなことがなく、排気中のＨＣ濃度の増大によるＳＣＲ触媒３６の浄化効率の低下が生じないばかりでなく、黒煙を発生することもないので、上記図１３に示した比較例に比べて大きく優れていることがわかる。
以上のようなバルブタイミング切換機構５６を用い、ＥＣＵ４８はエンジン１の運転状態に応じ排気昇温制御を行う。この排気昇温制御は、図１４のフローチャートに基づき所定の制御周期でエンジン１の運転中に繰り返し実行される。
【００８４】
排気昇温制御が開始されると、まずステップＳ１１でＥＣＵ４８は、入口側温度センサ４４が検出した排気温度Ｔｅｘが所定温度Ｔｓ以上であるか否かを判定する。この所定温度Ｔｓは、ＳＣＲ触媒３６をはじめとして前段酸化触媒３２や後段酸化触媒３８が活性化可能な温度に基づき設定されるものであり、ＥＣＵ４８は排気温度Ｔｅｘが所定温度Ｔｓ以上であると判定することにより、排気温度がこれらＳＣＲ触媒３６、前段酸化触媒３２及び後段酸化触媒３８を活性化可能な温度に達していると判断する。
【００８５】
従って、ＥＣＵ４８は、ステップＳ１１において排気温度Ｔｅｘが所定温度Ｔｓ未満であると判定した場合には、排気温度が上記各触媒を活性可能な温度に達していないものと判断し、処理をステップＳ１２に進め、第２カム８２による排気バルブ７８の開閉を選択し、その制御周期を終了する。
即ち、ステップＳ１２でＥＣＵ４８は、排気バルブ７８を駆動するカムとして第２カム８２を選択するべく、バルブタイミング切換機構５６に作動油が供給されるように作動油制御弁４６を制御してその制御周期を終了する。バルブタイミング切換機構５６では、作動油が供給されることによって、前述したように第１ロッカアーム５８の作動ピストン９２がシリンダ部９０の上部に位置する。このため、第２ロッカアーム６０の係合突起１０６は作動ピストン９２の浅溝部１０２内に進入するので、係合突起１０６は作動ピストン９２に揺動方向で当接し、第２ロッカアーム６０の揺動が第１ロッカアーム５８に伝達される。従って、第１ロッカアーム５８は第２カム８２によって駆動され、第２カム８２のカムプロフィールに従い排気バルブ７８が開閉される。この結果、前述したように、排気バルブ７８の開弁開始時期がＢＤＣ前１２０乃至１５０°のクランク角に進角され、排気の昇温が行われる。
【００８６】
次の制御周期以降においても、ステップＳ１１で排気温度Ｔｅｘが所定温度Ｔｓに達していないと判定する限り、ＥＣＵ４８は処理をステップＳ１２に進め、上述したようにして排気バルブ７８が第２カム８２によって開閉されることにより排気の昇温が引き続き行われる。
従って、エンジン１が冷態運転状態にあって排気温度が上記各触媒を活性可能な温度まで上昇していない場合や、運転状態の変化によって排気温度が上記各触媒を活性可能な温度より低下した場合においては、排気バルブ７８が第２カム８２によって開閉されることにより排気の昇温が行われ、上記各触媒を活性可能な温度まで迅速に昇温することが可能となる。
【００８７】
一方、ステップＳ１１で排気温度Ｔｅｘが所定温度Ｔｓ以上であると判定した場合、ＥＣＵ４８は処理をステップＳ１３に進め、第１カム７２による排気バルブ７８の開閉を選択して、その制御周期を終了する。
即ち、ステップＳ１３でＥＣＵ４８は、排気バルブ７８を駆動するカムとして第１カム７２を選択するべく、バルブタイミング切換機構５６に作動油が供給されないように作動油制御弁４６を制御する。バルブタイミング切換機構５６では、作動油の供給が行われないことによって、前述したように第１ロッカアーム５８の作動ピストン９２がシリンダ部９０の下部に位置する。このため、第２ロッカアーム６０の係合突起１０６は作動ピストン９２の深溝部１００内に進入するので、係合突起１０６は作動ピストン９２に揺動方向で当接せず、第２ロッカアーム６０の揺動は第１ロッカアーム５８に伝達されない。
【００８８】
従って、第１ロッカアーム５８は第１カム７２によって駆動され、第１カム７２のカムプロフィールに従い排気バルブ７８が開閉される。この結果、前述したような排気バルブ７８の開弁開始時期の遅角化による排気昇温は行われず、エンジン１の通常の運転が行われる。
以上のようにしてＥＣＵ４８が排気昇温制御を行うことにより、エンジン１の排気温度Ｔｅｘが所定温度Ｔｓに達していないときには、第２カム８２による排気バルブ７８の開閉が行われて、排気バルブ７８の開弁開始時期が進角されることにより、排気温度を速やかに上昇させることができる。このとき、ポスト噴射などにより排気中にＨＣを供給する必要がないので、前段酸化触媒３２に排気中のＨＣが流入して前段酸化触媒３２によるＮＯからＮＯ２への転化が阻害されるというような問題は発生しない。この結果、排気の昇温によってＳＣＲ触媒３６が選択還元機能を発揮するようになったときに、ＳＣＲ触媒３６に流入する排気中のＮＯとＮＯ２との比率を適正なものとして、高い浄化効率でのＳＣＲ触媒３６の排気浄化を維持することができる。
【００８９】
また、排気温度Ｔｅｘが所定温度Ｔｓに達しておらず、上述のようにして第２カム８２によって排気バルブ７８の開閉を行っている際には、前述したように、排気バルブ７８の開弁期間の一部が吸気バルブの開弁期間とオーバラップするタイミングまで排気バルブ７８の開弁が継続されていて、気筒内への新気の供給が残留ガスによって阻害されることはない。このため、排気バルブ７８の開弁開始時期の進角に起因して新気の吸入量が大幅に減少することはない。
【００９０】
従って、空気過剰率λの減少に起因して黒煙が発生することがないばかりでなく、空気過剰率λの低下に起因した排気中のＨＣ濃度の大幅な増大も生じず、空気過剰率λの低下によって前段酸化触媒３２によるＮＯからＮＯ２への転化が阻害されるというような問題も発生しない。
以上で本発明の一実施形態に係るディーゼルエンジンの制御装置についての説明を終えるが、本発明は上記第１及び第２実施形態に限定されるものではない。
【００９１】
例えば、上記第１及び第２実施形態では、排気後処理装置２４として前段酸化触媒３２及びＳＣＲ触媒３６のほかに、フィルタ３４及び後段酸化触媒３８を備えたものを用いたが、排気後処理装置２４の構成はこれに限られるものではなく、フィルタ３４及び後段酸化触媒３８については必要に応じて変更可能である。
また、上記第１及び第２実施形態では、バルブタイミング切換機構５６として、第１カム７２によって駆動される第１ロッカアーム５８と、第２カム８２によって駆動される第２ロッカアーム６０とを用い、第１ロッカアーム５８から第２ロッカアーム６０への揺動の伝達及び伝達の遮断を切り換えることにより排気バルブ７８の開閉時期を変更するようにしたが、バルブタイミング切換機構５６の構成はこれに限定されるものではなく、本発明における第１開閉時期と第２開閉時期とを切り換えることが可能な構成であればどのようなものであってもよい。
【００９２】
また、上記第１及び第２実施形態では、入口側温度センサ４４によってＳＣＲ触媒３６に流入する排気の温度を検出するようにしたが、排気温度を検出する温度センサの位置はこれに限られるものではない。即ちＳＣＲ触媒３６に流入する排気は前段酸化触媒３２やフィルタ３４を通過するものであるから、例えば、前段酸化触媒３２やフィルタ３４の入口側などに設けた温度センサにより検出した排気の温度を、ＳＣＲ触媒３６に流入する排気の温度としてそのまま用いるようにしてもよいし、何らかの補正を加えて用いるようにしてもよい。また、温度センサを用いずにエンジン１の運転状態などから演算して推定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るディーゼルエンジンの制御装置の構成図である。
【図２】バルブタイミング切換機構を構成する第１ロッカアームと第２ロッカアームの組み付けを示す図である。
【図３】バルブタイミング切換機構の上面図である。
【図４】第２ロッカアームの組み付け状態を示す図である。
【図５】バルブタイミング切換機構の部分断面図であって、作動ピストンの非駆動状態を示す図である。
【図６】バルブタイミング切換機構の部分断面図であって、作動ピストンの駆動状態を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態における、第１カム及び第２カムによる排気バルブのバルブリフト量及び開閉時期の関係を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態において、第１カムによって開閉される排気バルブの開弁開始時期の遅角量を変化させた場合の排気温度の変化を示すグラフである。
【図９】本発明の第１実施形態において、第１カムによって開閉される排気バルブの開弁開始時期の遅角量を変化させた場合の空気過剰率の変化を、比較例と共に示すグラフである。
【図１０】本発明の第１実施形態における排気昇温制御のフローチャートである。
【図１１】本発明の第２実施形態における、第１カム及び第２カムによる排気バルブのバルブリフト量及び開閉時期の関係を示す図である。
【図１２】本発明の第２実施形態において、第２カムによって開閉される排気バルブの開弁開始時期の進角量を変化させた場合の排気温度の変化を示すグラフである。
【図１３】本発明の第２実施形態において、第２カムによって開閉される排気バルブの開弁開始時期の進角量を変化させた場合の空気過剰率の変化を、比較例と共に示すグラフである。
【図１４】本発明の第２実施形態における排気昇温制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【００９４】
１  ディーゼルエンジン
１８  排気管（排気通路）
３２  前段酸化触媒
３６  ＳＣＲ触媒（アンモニア選択還元型ＮＯｘ触媒）
４８  ＥＣＵ（制御手段）
５６  バルブタイミング切換機構
７８  排気バルブ
【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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【図１３】
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【図１４】
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