JP2009103093A - Diesel engine control device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a diesel engine control device capable of exhibiting the exhaust purifying function of an exhaust post-treating device in an early stage by raising an exhaust gas temperature appropriately without ejecting a large quantity of black smoke when an engine is in a cold state. <P>SOLUTION: When the diesel engine is in a predetermined cold operating state, an ECU 48 controls a valve timing switching mechanism 56 so that a part of the open period of an exhaust valve overlaps with the open period of an intake valve of the same cylinder as the exhaust valve and that the exhaust valve is opened/closed at the first opening/closing timing at which the opening start timing of the exhaust valve is on the delay side rather than the bottom dead center of a piston in the expansion stroke of the cylinder. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明はディーゼルエンジンの制御装置に関し、特にエンジンの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、エンジンが排出する排気の浄化機能を有する排気後処理手段とを備えたディーゼルエンジンの制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for a diesel engine, and more particularly to control of a diesel engine provided with a valve timing switching mechanism capable of changing the opening / closing timing of an exhaust valve of the engine, and an exhaust aftertreatment means having a function of purifying exhaust exhausted from the engine. Relates to the device.

従来より、ディーゼルエンジンの排気に含まれるNOx(窒素酸化物)を還元して排気を浄化するためのNOx触媒や、パティキュレートを捕集して排気を浄化するためのパティキュレートフィルタなどが排気後処理装置として用いられている。
例えば、近年ではNOx触媒としてアンモニア選択還元型NOx触媒(以下SCR触媒という)の利用が進められている。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。
Conventionally, a NOx catalyst for purifying exhaust by reducing NOx (nitrogen oxides) contained in the exhaust of a diesel engine, a particulate filter for collecting particulates and purifying the exhaust, etc. are provided after exhaust. It is used as a processing device.
For example, in recent years, the use of an ammonia selective reduction type NOx catalyst (hereinafter referred to as SCR catalyst) has been promoted as a NOx catalyst. In the exhaust aftertreatment device using the SCR catalyst, urea water is supplied to the upstream side of the SCR catalyst, and ammonia generated by hydrolysis of the urea water by heat of the exhaust is supplied to the SCR catalyst. The ammonia supplied to the SCR catalyst is once adsorbed by the SCR catalyst, and NOx reduction is performed by promoting the denitration reaction between this ammonia and NOx in the exhaust gas by the SCR catalyst.

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。   In order for the SCR catalyst to exhibit such an exhaust purification function satisfactorily, the temperature of the exhaust gas flowing into the SCR catalyst needs to rise to a temperature at which the SCR catalyst is activated. However, when the engine is cold, the temperature of the exhaust exhausted from the engine is low, and the exhaust pipe upstream of the SCR catalyst, the pre-stage oxidation catalyst, and the particulate filter are not sufficiently warmed. Therefore, the temperature of the exhaust gas flowing into the SCR catalyst is remarkably lowered. Due to such a decrease in the exhaust temperature, the SCR catalyst cannot perform the exhaust purification function as described above well.

また、排気温度の低下によるこのような問題はSCR触媒に限られるものではなく、排気後処理装置として用いられる各種触媒やパティキュレートフィルタについても同様に生じる。即ち、排気後処理装置に用いられる触媒については排気温度の低下により触媒が活性化せずに触媒機能を良好に発揮することができなくなり、またパティキュレートフィルタについては連続再生が困難となってパティキュレートがパティキュレートフィルタに堆積し、パティキュレートの捕捉機能が低下する。   Further, such a problem due to a decrease in the exhaust temperature is not limited to the SCR catalyst, and similarly occurs in various catalysts and particulate filters used as an exhaust aftertreatment device. In other words, the catalyst used in the exhaust aftertreatment device does not activate the catalyst due to a decrease in the exhaust temperature, making it impossible to perform the catalyst function well, and the particulate filter is difficult to continuously regenerate. Curate accumulates on the particulate filter, and the particulate capturing function is reduced.

このような排気温度低下時の問題を解消するため、エンジン冷態時にエンジンの排気バルブの開閉時期を変更することにより、排気温度を上昇させるようにしたバルブタイミング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、クランク軸と排気カム軸との位相を変更することにより、排気バルブの開閉時期を可変にした機構が用いられる。そして、エンジンの温度が低い場合には、排気バルブの開閉タイミングを所定クランク角だけ進角させる。このようにすることで、気筒内の燃焼熱を積極的に排気側に排出させ、この燃焼熱により触媒等を早期に活性化するようにしている。
特開平10−68332号公報
In order to solve such a problem when the exhaust temperature is lowered, Patent Document 1 proposes a valve timing control device that raises the exhaust temperature by changing the opening / closing timing of the exhaust valve of the engine when the engine is cold. ing.
In the control device of Patent Document 1, a mechanism is used in which the opening / closing timing of the exhaust valve is made variable by changing the phase between the crankshaft and the exhaust camshaft. When the engine temperature is low, the opening / closing timing of the exhaust valve is advanced by a predetermined crank angle. In this way, the combustion heat in the cylinder is positively discharged to the exhaust side, and the catalyst and the like are activated early by this combustion heat.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-68332

しかしながら、上記特許文献1の制御装置では、クランク軸と排気カム軸との位相を変更することにより、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ており、排気バルブの開弁開始時期を進角させることにより、排気バルブの閉弁完了時期が排気上死点より早まり、吸気バルブが開弁する前に排気バルブが閉じる。このため、排気バルブの閉弁に伴って気筒内の残留ガスが再び圧縮され、このようにして圧縮された残留ガスは、その後に吸気弁が開弁することで吸気ポートから排出される。この結果、吸気ポートから気筒内への新気の吸入が阻害されて空気過剰率が低下することにより、大量の黒煙が発生したりHC(炭化水素)が排出されるといった問題が生じる。   However, the control device disclosed in Patent Document 1 changes the phase between the crankshaft and the exhaust camshaft, thereby changing the opening / closing timing of the exhaust valve while keeping the valve opening period constant. By advancing the start timing, the exhaust valve closing completion timing is advanced from the exhaust top dead center, and the exhaust valve is closed before the intake valve is opened. Therefore, the residual gas in the cylinder is compressed again as the exhaust valve is closed, and the compressed residual gas is discharged from the intake port when the intake valve is subsequently opened. As a result, the intake of fresh air from the intake port into the cylinder is hindered, and the excess air ratio decreases, resulting in a problem that a large amount of black smoke is generated or HC (hydrocarbon) is discharged.

また、上記特許文献1の制御装置は、油圧の供給によりクランク軸と排気カム軸との位相を変更するようにしているが、エンジン冷態時には供給する作動油も温度が低いためにその粘度が高く、作動油の温度がある程度上昇して作動油の粘度が低下しないと位相変更機構を安定して制御することができない。そこで、上記特許文献1の制御装置において、作動油の温度が低い場合に排気バルブの開閉期間が最も進角するように構成することが考えられる。しかしながら、作動油の温度が十分に上昇していない状態でエンジンが高負荷運転状態となった場合に、スムーズに作動油を排出して、このような排気バルブの開閉時期を最も進角させる制御を中止することができないため、排気バルブの開閉時期が最も進角した状態でしばらく維持されることによって、上述したように気筒に吸入される新気の量が減少したままとなる。燃焼熱が伝達される新気の量が減少することによって排気の温度は上昇するが、新気の量が大幅に減少するため、不完全燃焼による黒鉛の大量発生や排気温度の過剰な上昇が生じるおそれがある。   In addition, the control device disclosed in Patent Document 1 changes the phase between the crankshaft and the exhaust camshaft by supplying hydraulic pressure. However, when the engine is cold, the operating oil to be supplied has a low temperature and thus has a low viscosity. The phase change mechanism cannot be stably controlled unless the temperature of the hydraulic oil rises to some extent and the viscosity of the hydraulic oil decreases. Therefore, it is conceivable that the control device of Patent Document 1 is configured such that the opening / closing period of the exhaust valve is most advanced when the temperature of the hydraulic oil is low. However, when the engine is in a high-load operation state when the temperature of the hydraulic oil has not risen sufficiently, control is performed to smoothly discharge the hydraulic oil and advance the opening / closing timing of such an exhaust valve most. Therefore, since the opening / closing timing of the exhaust valve is maintained at the most advanced state for a while, the amount of fresh air sucked into the cylinder remains reduced as described above. The temperature of the exhaust increases as the amount of fresh air to which the heat of combustion is transmitted decreases, but the amount of fresh air decreases significantly, resulting in a large amount of graphite due to incomplete combustion and an excessive increase in the exhaust temperature. May occur.

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、エンジン冷態時において大量の黒煙を排出せずに適正に排気温度を上昇させ、排気後処理装置の排気浄化機能を早期に発揮させ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。   The present invention has been made in view of the problems as described above, and an object of the present invention is to appropriately increase the exhaust temperature without discharging a large amount of black smoke when the engine is cold, and to perform an exhaust aftertreatment device. It is an object to provide a control device for a diesel engine that can exhibit its exhaust purification function at an early stage.

上記目的を達成するため、本発明の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バルブの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と共に、上記排気バルブの開弁開始時期が上記気筒の膨張行程におけるピストン下死点より遅角側となる第1開閉時期と、上記排気バルブの開弁期間の一部が上記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、上記排気バルブの開弁開始時期が上記第1開閉時期の開弁開始時期よりも進角側となる第2開閉時期とのいずれかに選択的に切り換え可能なバルブタイミング切換機構と、上記ディーゼルエンジンから排出された排気を浄化する排気後処理装置と、予め定められた上記ディーゼルエンジンの冷態運転時に、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(請求項1)。   In order to achieve the above object, a control device for a diesel engine according to the present invention includes a part of a valve opening period of an exhaust valve of a diesel engine that overlaps with a valve opening period of an intake valve of the same cylinder as the exhaust valve. A first opening / closing timing at which the opening timing of the exhaust valve is retarded from the bottom dead center of the piston in the expansion stroke of the cylinder, and a portion of the opening period of the exhaust valve is the opening period of the intake valve of the cylinder Valve timing switching that can be selectively switched to any one of a second opening / closing timing at which the opening timing of the exhaust valve is advanced from the opening timing of the first opening / closing timing. A mechanism, an exhaust aftertreatment device for purifying exhaust gas discharged from the diesel engine, and a predetermined cooling operation of the diesel engine at the first opening / closing timing. Serial exhaust valve and a controlling means for controlling the valve timing switching mechanism to open and close (Claim 1).

このように構成されたディーゼルエンジンの制御装置によれば、予め定められたディーゼルエンジンの冷態運転時には、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、排気バルブの開弁開始時期が上記気筒の膨張行程におけるピストン下死点より遅角側となる第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。   According to the control apparatus for a diesel engine configured as described above, during a predetermined cold operation of the diesel engine, a part of the valve opening period of the exhaust valve is the opening period of the intake valve of the same cylinder as the exhaust valve. While overlapping, the valve timing switching mechanism is controlled so that the exhaust valve opens and closes at the first opening / closing timing at which the opening timing of the exhaust valve is retarded from the piston bottom dead center in the expansion stroke of the cylinder.

また、上記ディーゼルエンジンの制御装置において、上記第1開閉時期における上記排気バルブの開弁開始時期は上記ピストン下死点後のクランク角で40乃至70°に設定するのが好ましい(請求項2)。
このように構成されたディーゼルエンジンの制御装置によれば、ディーゼルエンジンの冷態運転時には、ピストン下死点後のクランク角で40乃至70°のタイミングで排気バルブが開弁される。
In the control device for the diesel engine, the opening timing of the exhaust valve at the first opening / closing timing is preferably set to 40 to 70 ° as a crank angle after the bottom dead center of the piston. .
According to the diesel engine control apparatus configured as described above, the exhaust valve is opened at a timing of 40 to 70 ° in the crank angle after the bottom dead center of the piston during the cold operation of the diesel engine.

また上記ディーゼルエンジンの制御装置において、上記バルブタイミング切換機構は、作動油が供給されたときに上記排気バルブの開閉時期を上記第2開閉時期とする一方、上記作動油が供給されないときに上記排気バルブの開閉時期を上記第1開閉時期とすることを特徴とする(請求項3)。
このように構成されたディーゼルエンジンの制御装置によれば、ディーゼルエンジンの冷態運転時には、バルブタイミング切換機構に作動油が供給されないことにより、第1開閉時期で排気バルブが開閉される。
Further, in the control apparatus for the diesel engine, the valve timing switching mechanism sets the opening / closing timing of the exhaust valve to the second opening / closing timing when hydraulic oil is supplied, while the exhaust timing when the hydraulic oil is not supplied. The valve opening / closing timing is defined as the first opening / closing timing (Claim 3).
According to the control apparatus for a diesel engine configured as described above, when the diesel engine is in a cold operation, the exhaust valve is opened / closed at the first opening / closing timing because hydraulic oil is not supplied to the valve timing switching mechanism.

更に、このようなディーゼルエンジンの制御装置において、上記制御手段は、上記排気バルブの開閉時期を上記第1開閉時期とするように上記バルブタイミング切換機構を制御しているときに、上記作動油の温度が所定温度以上に上昇したと判断するまでは、上記バルブタイミング切換機構による上記第1開閉時期から上記第2開閉時期への上記排気バルブの開閉時期の切り換えを禁止するようにしてもよい(請求項4)。   Further, in such a diesel engine control device, the control means controls the valve timing switching mechanism so that the opening / closing timing of the exhaust valve is set to the first opening / closing timing. Until it is determined that the temperature has risen above a predetermined temperature, switching of the opening / closing timing of the exhaust valve from the first opening / closing timing to the second opening / closing timing by the valve timing switching mechanism may be prohibited ( Claim 4).

このように構成されたディーゼルエンジンの制御装置によれば、第1開閉時期で排気バルブが開閉するように制御手段がバルブタイミング切換機構を制御しているときに、作動油の温度が所定温度以上に上昇したと判断するまでは、第1開閉時期で排気バルブが開閉される。
また、上記ディーゼルエンジンの制御装置において、上記制御手段は、上記ディーゼルエンジンが上記排気の温度低下を生じる運転状態として予め設定された運転状態にあると判断すると、上記排気バルブの開閉時期を上記第1開閉時期とするように上記バルブタイミング切換機構を制御するようにしてもよい(請求項5)。
According to the control apparatus for a diesel engine configured as described above, when the control unit controls the valve timing switching mechanism so that the exhaust valve opens and closes at the first opening / closing timing, the temperature of the hydraulic oil is equal to or higher than a predetermined temperature. The exhaust valve is opened / closed at the first opening / closing timing until it is determined that the valve has risen.
Further, in the control device for the diesel engine, when the control means determines that the diesel engine is in an operation state set in advance as an operation state in which the temperature of the exhaust gas decreases, the opening / closing timing of the exhaust valve is set to the first time. The valve timing switching mechanism may be controlled so as to be one opening / closing timing.

このように構成されたディーゼルエンジンの制御装置によれば、ディーゼルエンジンが排気の温度低下を生じる運転状態として予め設定された運転状態にある場合には、排気バルブが第1開閉時期で開閉する。   According to the control apparatus for a diesel engine configured as described above, when the diesel engine is in an operation state set in advance as an operation state in which the exhaust gas temperature decreases, the exhaust valve opens and closes at the first opening / closing timing.

本発明のディーゼルエンジンの制御装置によれば、ディーゼルエンジンの冷態運転時においては、排気バルブの開弁開始時期が上記気筒の膨張行程におけるピストン下死点より遅角側となる第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が開閉する場合に比べ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。   According to the control apparatus for a diesel engine of the present invention, during the cold operation of the diesel engine, the first opening / closing timing at which the opening timing of the exhaust valve is retarded from the piston bottom dead center in the expansion stroke of the cylinder. Since the valve timing switching mechanism is controlled so that the exhaust valve opens and closes at the same time, the piston compresses the gas in the cylinder during the exhaust stroke, so that the pumping loss increases compared to when the exhaust valve opens and closes at the second opening and closing timing. To do. In order to compensate for the increased pumping loss, the amount of fuel supplied to each cylinder is increased. As a result, the temperature of the exhaust discharged from the diesel engine rises.

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が開閉する場合に比べ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、結果として排気の温度は上昇する。
従って、冷態運転時であっても、排気温度を速やかに上昇させ、排気後処理装置が排気浄化機能を発揮できるようになる。
Further, the delay in the opening timing of the exhaust valve causes the amount of residual gas in the cylinder to increase compared to when the exhaust valve opens and closes at the second opening / closing timing, and the amount of fresh air sucked into the cylinder correspondingly increases. Decrease. Accordingly, the amount of fresh air to which heat generated by the combustion of fuel is transmitted is reduced, and as a result, the temperature of the exhaust gas rises.
Therefore, even during the cold operation, the exhaust gas temperature can be quickly raised and the exhaust gas aftertreatment device can exhibit the exhaust gas purification function.

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、気筒内の残留ガス量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。この結果、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ことが可能となる。   Further, even when the exhaust valve is opened and closed at the first opening / closing timing, the exhaust valve continues to be opened until a part of the valve opening period overlaps with the valve opening period of the intake valve. Thus, a significant increase in the amount of residual gas in the cylinder can be prevented. Accordingly, the supply of fresh air into the cylinder is not greatly hindered by the residual gas, and the amount of fresh air sucked into the cylinder is not significantly reduced. As a result, the exhaust temperature can be quickly raised while preventing discharge of black smoke or the like into the atmosphere.

また、請求項2のディーゼルエンジンの制御装置によれば、冷態運転時にはピストン下死点後のクランク角で40乃至70°の時点で排気バルブの開弁が開始されるので、より確実に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ことが可能となる。
冷態運転時には作動油の粘度が高いため、適正に作動油をバルブタイミング切換機構に作動油を供給して安定した制御を行うことが困難であるが、請求項3のディーゼルエンジン制御装置によれば、冷態運転時にはバルブタイミング切換機構に作動油を供給せずに第1開閉時期で排気バルブが開閉されるので、安定して確実に排気バルブを第1開閉時期で開閉させることができる。また、冷態運転時で作動油の温度が十分に上昇していないままディーゼルエンジンが高負荷運転状態となった場合、排気バルブは引き続き第1開閉時期で開閉される。しかしながら、前述したように排気バルブの開閉時期の一部が吸気バルブの開閉時期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、気筒内の残留ガスを少なく抑えることができる。この結果、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ため、高負荷運転状態となっても黒鉛の大量発生や排気温度の過剰な上昇を防止することができる。
Further, according to the control device for the diesel engine of the second aspect, during the cold operation, the exhaust valve starts to be opened at a crank angle of 40 to 70 ° after the bottom dead center of the piston. It is possible to quickly raise the exhaust temperature while preventing smoke and the like from being discharged into the atmosphere.
Since the viscosity of the hydraulic oil is high during the cold operation, it is difficult to perform the stable control by properly supplying the hydraulic oil to the valve timing switching mechanism. For example, during the cold operation, the exhaust valve is opened and closed at the first opening / closing timing without supplying hydraulic oil to the valve timing switching mechanism, so that the exhaust valve can be opened and closed stably and reliably at the first opening / closing timing. Further, when the diesel engine enters a high load operation state while the temperature of the hydraulic oil is not sufficiently increased during the cold operation, the exhaust valve is continuously opened and closed at the first opening / closing timing. However, as described above, since the opening of the exhaust valve is continued until a part of the opening / closing timing of the exhaust valve overlaps with the opening / closing timing of the intake valve, the residual gas in the cylinder can be reduced. As a result, since the amount of fresh air sucked into the cylinder is not significantly reduced, it is possible to prevent a large amount of graphite from being generated and an excessive increase in the exhaust gas temperature even in a high load operation state.

また、請求項4のディーゼルエンジンの制御装置によれば、第1開閉時期で排気バルブが開閉するように制御手段がバルブタイミング切換機構を制御しているときに、作動油の温度が所定温度以上に上昇したと判断するまでは、第1開閉時期で排気バルブが開閉されるので、温度が十分に上昇せずに粘度が高いままの作動油がバルブタイミング切換機構に供給されることがない。この結果、粘度の高い作動油によるバルブタイミング切換機構の不安定な作動を防止することができる。   According to the control device for a diesel engine of claim 4, when the control means controls the valve timing switching mechanism so that the exhaust valve opens and closes at the first opening / closing timing, the temperature of the hydraulic oil is equal to or higher than a predetermined temperature. The exhaust valve is opened / closed at the first opening / closing timing until it is determined that the temperature has risen, so that the temperature does not rise sufficiently and hydraulic fluid that remains high in viscosity is not supplied to the valve timing switching mechanism. As a result, the unstable operation of the valve timing switching mechanism due to the high-viscosity hydraulic oil can be prevented.

また、請求項5のディーゼルエンジンの制御装置によれば、ディーゼルエンジンが排気の温度低下を生じる運転状態として予め設定された運転状態にある場合には、排気バルブが第1開閉時期で開閉するので、排気後処理装置に供給される排気の量が減り、排気後処理装置の温度低下を抑制することが可能となる。この結果、排気後処理装置の排気浄化機能を維持することが可能となる。   According to the diesel engine control apparatus of the fifth aspect, the exhaust valve opens and closes at the first opening / closing timing when the diesel engine is in an operation state set in advance as an operation state in which the exhaust gas temperature decreases. The amount of exhaust gas supplied to the exhaust aftertreatment device is reduced, and it is possible to suppress the temperature drop of the exhaust aftertreatment device. As a result, it is possible to maintain the exhaust purification function of the exhaust aftertreatment device.

以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
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に基づき本発明に係る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。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
A control device for a diesel engine according to an embodiment of the present invention is mounted on a vehicle. FIG. 1 is an overall configuration diagram of this diesel engine control device, and the configuration of the diesel engine control device according to the present invention will be described based on FIG.
A diesel engine (hereinafter referred to as an engine) 1 has a high-pressure accumulator chamber (hereinafter referred to as a common rail) 2 common to each cylinder, and high-pressure fuel supplied from a fuel injection pump (not shown) and stored in the common rail 2 is supplied to each cylinder. The fuel is supplied to the injectors 4 provided, and fuel is injected from the injectors 4 into the respective cylinders.

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。   The intake passage 6 is equipped with a turbocharger 8. The intake air drawn from an air cleaner (not shown) flows into the compressor 8a of the turbocharger 8 from the intake passage 6, and the intake air supercharged by the compressor 8a is intercooler. 10 to the intake manifold 12. The air introduced into the intake manifold 12 is drawn into each cylinder of the engine 1 via an intake port (not shown) by opening an intake valve (not shown) provided in each cylinder. An intake air amount sensor 14 for detecting an intake air flow rate to the engine 1 is provided upstream of the compressor 8a in the intake passage 6.

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。   On the other hand, an exhaust port (not shown) through which exhaust gas is discharged from each cylinder of the engine 1 by opening an exhaust valve (not shown in FIG. 1) is connected to an exhaust pipe 18 via an exhaust manifold 16. Has been. An EGR passage 22 is provided between the exhaust manifold 16 and the intake manifold 12 to communicate the exhaust manifold 16 and the intake manifold 12 via the EGR valve 20.

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。
The exhaust pipe 18 is connected to the exhaust aftertreatment device 24 after passing through the turbine 8 b of the turbocharger 8. The rotating shaft of the turbine 8b is connected to the rotating shaft of the compressor 8a, and the turbine 8b receives the exhaust flowing in the exhaust pipe 18 to drive the compressor 8a.
The exhaust aftertreatment device 24 includes an upstream casing 26 and a downstream casing 30 that is communicated with the downstream side of the upstream casing 26 through a communication passage 28. A upstream oxidation catalyst 32 is accommodated in the upstream casing 26, and a particulate filter (hereinafter referred to as a filter) 34 is accommodated downstream of the upstream oxidation catalyst 32. The filter 34 is provided to purify the exhaust of the engine 1 by collecting particulates in the exhaust.

前段酸化触媒32は排気中のNOを酸化させてNO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NO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が収容されると共に、この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Nとするための後段酸化触媒38が収容されている。
Since the front-stage oxidation catalyst 32 oxidizes NO in the exhaust gas to generate NO 2 , by arranging the front-stage oxidation catalyst 32 and the filter 34 in this way, the particulates collected and deposited in the filter 34 are It reacts with NO 2 supplied from the pre-stage oxidation catalyst 32 to oxidize, and the filter 34 is continuously regenerated.
On the other hand, an ammonia selective reduction type NOx catalyst (hereinafter referred to as an SCR catalyst) that adsorbs ammonia in the exhaust gas in the downstream casing 30 and selectively reduces NOx in the exhaust gas by using the adsorbed ammonia as a reducing agent to purify the exhaust gas. 36 is accommodated, and a downstream oxidation catalyst 38 for oxidizing ammonia flowing out of the SCR catalyst 36 into N 2 is accommodated on the downstream side of the SCR catalyst 36.

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、CO(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。
The post-stage oxidation catalyst 38 also has a function of oxidizing CO (carbon monoxide) generated when the particulates are incinerated by forced regeneration of the filter 34, which will be described later, and discharging it to the atmosphere as CO 2 (carbon dioxide). is doing.
The communication passage 28 is provided with a urea water injector 40 for injecting urea water into the exhaust gas in the communication passage 28. The urea water is supplied from a urea water tank 42 in which urea water is stored by a supply pump (not shown). As a result, urea water is injected from the urea water injector 40 into the exhaust gas in the communication passage 28.

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N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Nとなって大気中に放出されるようになっている。
The urea water injected from the urea water injector 40 is hydrolyzed by the heat of the exhaust to become ammonia, and is supplied to the SCR catalyst 36 together with the exhaust. The SCR catalyst 36 adsorbs the supplied ammonia and promotes a denitration reaction between the adsorbed ammonia and NOx in the exhaust gas, thereby purifying the exhaust gas with NOx being harmless N 2 .
At this time, when ammonia flows out of the SCR catalyst 36 without reacting with NOx, the ammonia is oxidized by the post-stage oxidation catalyst 38 and is released into the atmosphere as harmless N 2 . .

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)が設けられており、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。
An inlet side temperature sensor 44 that detects the exhaust temperature on the inlet side of the SCR catalyst 36 is provided on the upstream side of the SCR catalyst 36 in the downstream casing 30.
Further, the engine 1 is provided with a valve timing switching mechanism (not shown in FIG. 1) for switching the opening / closing timing of the exhaust valve provided in each cylinder. As will be described later, the opening / closing timing of the exhaust valve can be switched by controlling the supply of hydraulic oil to the valve timing mechanism. The hydraulic oil control valve 46 shown in FIG. 1 is for controlling the supply of hydraulic oil to the valve timing switching mechanism.

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の冷却水の温度を検出する水温センサ50、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。
An ECU (control means) 48 is provided to perform comprehensive control including operation control of the engine 1 configured as described above. The ECU 48 includes a CPU, a memory, a timer counter, and the like. The ECU 48 calculates various control amounts and controls various devices connected to the ECU 48 based on the control amounts.
On the input side of the ECU 48, in addition to the intake flow rate sensor 14 and the inlet side temperature sensor 44 described above, in order to collect information necessary for various controls, a water temperature sensor 50 that detects the temperature of the cooling water of the engine 1 and the engine 1 Various sensors such as a rotation speed sensor 52 for detecting the number of rotations and an accelerator opening degree sensor 54 for detecting a depression amount of an accelerator pedal (not shown) are connected. In addition, various devices such as the injector 4, the EGR valve 20, the urea water injector 40, and the hydraulic oil control valve 46 of each cylinder that are controlled based on the calculated control amount are connected to the output side of the ECU 48. .

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。   The ECU 48 also performs calculation of the fuel supply amount to each cylinder of the engine 1 and control of fuel supply from the injector 4 based on the calculated fuel supply amount. The fuel supply amount (main injection amount) necessary for the operation of the engine 1 is stored in advance based on the rotational speed of the engine 1 detected by the rotational speed sensor 52 and the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor 54. It is determined by reading from the map. The amount of fuel supplied to each cylinder is adjusted by the valve opening time of the injector 4, and each injector 4 is driven to open in a driving time corresponding to the determined fuel amount, and main injection is performed in each cylinder. As a result, an amount of fuel necessary for the operation of the engine 1 is supplied.

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。
In addition to such fuel supply control to each cylinder, the ECU 48 also performs control for forcibly regenerating the filter 34 to restore its function.
The particulates deposited on the filter 34 are oxidized and removed by continuous regeneration using the pre-stage oxidation catalyst 32 as described above. However, such continuous regeneration alone may not sufficiently remove particulates accumulated on the filter 34. If such a state continues, particulates may be excessively accumulated in the filter 34 and the filter 34 may be clogged. Therefore, the temperature of the filter 34 is appropriately increased according to the particulate accumulation state in the filter 34. By performing forced regeneration, the exhaust gas purification function of the filter 34 is maintained.

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34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。
The particulate accumulation state is estimated based on the differential pressure upstream and downstream of the filter 34, the detection value of the intake air amount sensor 14, and the like, and when it is determined that the particulate accumulation amount on the filter 34 has reached a predetermined amount. The forced regeneration control is started.
In forced regeneration of the filter 34, HC (hydrocarbon) is supplied into the exhaust gas by performing post injection from the injector 4. Then, the temperature of the exhaust gas flowing into the filter 34 is raised by the HC oxidation reaction in the pre-stage oxidation catalyst 32, and the particulates deposited on the filter 34 are incinerated.

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Nとし排気を浄化する。
Further, the ECU 48 obtains a target supply amount of urea water necessary for selectively reducing NOx in the exhaust gas by the SCR catalyst 36, and controls the urea water injector 40 based on the target supply amount, whereby the urea water injector 40 is controlled. Is supplied to the exhaust gas upstream of the SCR catalyst 36.
As described above, the urea water injected from the urea water injector 40 is hydrolyzed by the heat of the exhaust gas to become ammonia, and is supplied to the SCR catalyst 36. The SCR catalyst 36 adsorbs the supplied ammonia and promotes a denitration reaction between the adsorbed ammonia and NOx in the exhaust, thereby reducing NOx to harmless N 2 and purifying the exhaust.

このようなフィルタ34の強制再生や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、前段酸化触媒32やSCR触媒36が活性化していなければならない。更に、SCR触媒36によるNOxの選択還元では、SCR触媒36に適正な量のアンモニアを供給するため、尿素水インジェクタ40から排気中に供給された尿素水が排気の熱によって良好に加水分解されなければならない。このため、エンジン1の排気温度は、前段酸化触媒32やSCR触媒36を活性化可能な温度に達していなければならない。   In order for such forced regeneration of the filter 34 and selective reduction of NOx by the SCR catalyst 36 to be performed satisfactorily, the pre-stage oxidation catalyst 32 and the SCR catalyst 36 must be activated. Furthermore, in the selective reduction of NOx by the SCR catalyst 36, in order to supply an appropriate amount of ammonia to the SCR catalyst 36, the urea water supplied into the exhaust gas from the urea water injector 40 must be hydrolyzed well by the heat of the exhaust gas. I must. For this reason, the exhaust temperature of the engine 1 must reach a temperature at which the pre-stage oxidation catalyst 32 and the SCR catalyst 36 can be activated.

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エンジン1の運転状態において、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。
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。
Therefore, in the control device of the present embodiment, the exhaust temperature is raised by changing the opening / closing timing of the exhaust valve in the operating state of the engine 1 in which the exhaust temperature does not reach such a temperature. Yes.
Hereinafter, the configuration of the valve timing switching mechanism provided in each cylinder in order to change the opening / closing timing of the exhaust valve will be described with reference to FIGS.

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。
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。
2 is a view showing the assembly of the first rocker arm 58 and the second rocker arm 60 constituting the valve timing switching mechanism 56, FIG. 3 is a top view of the valve timing switching mechanism 56, and FIG. 4 shows the assembled state of the second rocker arm 60. FIG.
Each cylinder of the engine 1 is provided with a first rocker arm 58 and a second rocker arm 60 adjacent to each other so as to be swingably supported by the rocker shaft 62. The first rocker arm 58 is provided with a boss portion 64 through which the rocker shaft 62 is inserted, and the first rocker arm 58 is pivotally supported by the rocker shaft 62 via the boss portion 64. A shaft portion 66 that protrudes from the boss portion 64 of the first rocker arm 58 in the axial direction of the rocker shaft 62 and passes through the rocker shaft 62 is fitted into the boss portion 68 of the second rocker arm 60, so that the second rocker arm 60 is inserted. Is pivotally supported by the shaft portion 66 of the first rocker arm 58, so that the second rocker arm 60 can swing with respect to the rocker shaft 62.

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。   A roller 74 abutting on the first cam 72 is rotatably mounted on the end of the arm 70 extending to one side of the first rocker arm 58, and the valve shaft of the exhaust valve 78 is mounted on the end of the arm 76 extending to the other side. It is connected. The roller 74 of the first rocker arm 58 is pressed against the first cam 72 by receiving the urging force of a valve spring (not shown) provided in the exhaust valve 78 connected to the arm 76 of the first rocker arm 58. Has been.

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。   Further, the end of the arm 80 extending in the same direction as the arm 70 of the first rocker arm 58 from the boss portion 68 of the second rocker arm 60 contacts the second cam 82 having a cam profile different from that of the first cam 72. A contact roller 84 is rotatably mounted. The second rocker arm 60 is urged in a direction in which the roller 84 is pressed against the second cam 82 by a return spring 88 that engages with an end of a thick portion 86 formed on the upper portion of the boss portion 68.

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。   The boss portion 64 of the first rocker arm 58 is formed with a cylinder portion 90 having an axis in a direction substantially perpendicular to the axis of the rocker shaft 62, and the operating piston 92 slides on the cylinder portion 90. Installed as possible. The working piston 92 is driven by receiving the hydraulic pressure of the working oil supplied to the oil chamber 96 formed below the working piston 92 via an oil passage 94 formed inside the rocker shaft 62 as will be described later. When the hydraulic oil is not supplied to the oil chamber 96 and is not driven, it is pressed by the return spring 98 and located at the lower part of the cylinder portion 90 as shown in FIG. The operating piston 92 resists the return spring 98 by the hydraulic pressure of the operating oil and moves to the upper part of the cylinder portion 90 as shown in FIG.

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。
As shown in FIGS. 5 and 6, the operating piston 92 is formed with an engaging groove 104 including a deep groove portion 100 and a shallow groove portion 102. Corresponding to the engagement groove 104, an engagement protrusion 106 projects from the second rocker arm 60 toward the first rocker arm 58 side and extends toward the working piston 92 above the arm 70 of the first rocker arm 58. It is installed.
As shown in FIG. 6, the engagement protrusion 106 is provided with the second rocker arm 60 driven by the second cam 82 when the hydraulic oil is supplied to the oil chamber 96 and the operating piston 92 is positioned at the upper part of the cylinder portion 90. As the swaying motion proceeds, it moves into the shallow groove portion 102 of the working piston 92 and comes into contact with the working piston 92 in the swaying direction, thereby transmitting the swaying motion of the second rocker arm 60 to the first rocker arm 58.

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。   On the other hand, as shown in FIG. 5, when the operating piston 92 is positioned below the cylinder portion 90 without supplying hydraulic oil to the oil chamber 96, the second rocker arm 60 driven by the second cam 82 is swung. Accordingly, the engaging protrusion 106 enters the deep groove portion 100 of the operating piston 92. At this time, the engaging protrusion 106 does not contact the operating piston 92 in the swing direction, and the swing of the second rocker arm 60 is the first. Transmission to the rocker arm 58 is prevented.

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。
The supply of the hydraulic oil to the oil chamber 96 and the discharge of the hydraulic oil from the oil chamber 96 are performed by the ECU 48 controlling the hydraulic oil control valve 46 as described above.
The cam profiles of the first cam 72 and the second cam 82 are set so that the lift amount of the exhaust valve 78 by the first cam 72 is always equal to or less than the lift amount of the exhaust valve 78 by the second cam 82. Accordingly, the hydraulic oil is supplied to the oil chamber 96 as described above, and the engagement protrusion 106 comes into contact with the operation piston 92 located at the upper part of the cylinder portion 90, thereby causing the second rocker arm 60 to swing. When transmitting to 58, the first rocker arm 58 swings according to the cam profile of the second cam 82, whereby the exhaust valve 78 is opened and closed.

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、排気バルブ78は第1カム72のカムプロフィールに従って揺動する第1ロッカアーム58によって開閉される。
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。
On the other hand, when hydraulic oil is not supplied to the oil chamber 96 and the operating piston 92 is positioned below the cylinder portion 90, the swing of the second rocker arm 60 is not transmitted to the first rocker arm 58 as described above. 78 is opened and closed by a first rocker arm 58 that swings according to the cam profile of the first cam 72.
In this embodiment, the cam profiles of the first cam 72 and the second cam 82 are such that the opening / closing timing based on the lift amount and the crank angle when the exhaust valve 78 is driven by the respective cams has the characteristics shown in FIG. Is set to

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。   That is, in FIG. 7, the lift amount and opening / closing timing (first opening / closing timing) of the exhaust valve 78 due to the cam profile of the first cam 72 are indicated by the curve EX1, and the lift amount of the exhaust valve 78 due to the cam profile of the second cam 82 The opening / closing timing (second opening / closing timing) is indicated by a curve EX2. A curve IN in FIG. 7 shows the lift amount and opening / closing timing of the intake valve used in combination with the exhaust valve 78.

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。   As shown by the curve EX2 in FIG. 7, when the exhaust valve 78 is opened and closed by the second cam 82, the opening timing of the exhaust valve 78 is earlier than the bottom dead center (BDC) of the expansion stroke, and the valve closing is completed. The timing is later than the opening start timing of the intake valve, and a part of the opening period of the exhaust valve 78 overlaps with the opening period of the intake valve. Such characteristics of the second cam 82 are equivalent to those of a cam for driving an exhaust valve used in a general diesel engine not provided with a valve timing switching mechanism.

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の開弁開始時期は膨張行程における下死点(BDC)よりクランク角でA(°)だけ遅角側となっている。なお、このBDCからの遅角量A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の閉弁完了時期とほぼ一致している。   On the other hand, when the exhaust valve 78 is opened and closed by the first cam 72, the opening start timing of the exhaust valve 78 is cranked from the bottom dead center (BDC) in the expansion stroke, as shown by the curve EX1 in FIG. The angle is on the retarded side by A (°). The retardation amount A from the BDC is set to 40 to 70 ° for the reason described later. Further, a part of the opening period of the exhaust valve 78 overlaps with the opening period of the intake valve, and the closing timing of the exhaust valve 78 is the closing timing of the exhaust valve 78 in the case of the second cam 82. Is almost the same.

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。   As described above, the valve opening start timing of the exhaust valve 78 is greatly retarded from the valve opening start timing when the exhaust valve 78 is opened and closed by the second cam 82, but the exhaust valve 78 is opened and closed by the first cam 72. In this case, by setting the lift amount L1 of the exhaust valve 78 to 1/5 to 1/3 of the lift amount L2 of the exhaust valve 78 in the case of the second cam 82, the exhaust valve 78 is opened and closed by the first cam 72. Even in this case, the change rate of the lift amount of the exhaust valve 78 is set to an appropriate range so that the exhaust valve 78 can be opened and closed without any trouble.

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。   That is, when the exhaust valve 78 is opened and closed by the second cam 82, the exhaust valve 78 closing timing is substantially coincided and only the valve opening start timing is retarded by 40 to 70 ° from the BDC. If the lift amount remains at L2, the marginal load of the valve spring of the exhaust valve 78 is remarkably reduced, causing problems in the dynamic characteristics of the exhaust valve 78 such as jumping of the exhaust valve 78. Therefore, in order to prevent such a problem, it is necessary to set the lift amount L1 of the exhaust valve 78 to 1/5 to 1/3 of the lift amount L2 of the exhaust valve 78 in the case of the second cam 82. .

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、空気過剰率λ及び排気温度Ttiとの関係を示すグラフであって、空気過剰率λは実線、排気温度Ttiは一点鎖線によりそれぞれ示されている。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。
Next, the temperature rise of the exhaust using the valve timing switching mechanism 56 configured as described above will be described.
FIG. 8 shows that the engine 1 is operated in a constant operation state with medium and medium loads, and when the exhaust valve 78 is opened and closed by the first cam 72 in the control device of this embodiment, the exhaust valve 78 is opened by the second cam 82. The opening timing of the exhaust valve 78, the excess air ratio λ, and the exhaust temperature Tti when only the opening timing is gradually delayed from the opening / closing timing of the general exhaust valve 78 that opens and closes. The excess air ratio λ is indicated by a solid line, and the exhaust temperature Tti is indicated by a one-dot chain line. The valve opening start timing of the exhaust valve 78 is represented by a crank angle, where BDC is 0 ° and the advance side of BDC is represented by a positive value and the retard side is represented by a negative value. The exhaust temperature Tti is the inlet side temperature of the turbine 8b of the turbocharger 8.

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)のクランク角とすることにより、排気温度は400℃以上に上昇する一方、空気過剰率λは2.3前後となり1.5以上の値が確保されている。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。   As shown in FIG. 8, it can be seen that the exhaust gas temperature Tti increases as the opening start timing of the exhaust valve 78 is retarded, but the valve opening start timing is changed to a crank angle of 40 ° (−40 ° BBDC) after BDC. By setting the angle, the exhaust temperature rises to 400 ° C. or more, while the excess air ratio λ is about 2.3, and a value of 1.5 or more is secured. Thus, the reason why the exhaust gas temperature rises by delaying the valve opening start timing of the exhaust valve 78 is as follows.

即ち、排気バルブ78の開弁開始時期が遅れるため、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。   That is, since the opening start timing of the exhaust valve 78 is delayed, the pumping loss of each cylinder increases as the piston compresses the gas in the cylinder, but the ECU 48 has the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor 54. In order to obtain the corresponding engine output, the amount of fuel supplied from the injector 4 to each cylinder is increased so as to compensate for the increased pumping loss in this way, and as a result, the temperature of the exhaust discharged from the engine 1 rises. is there.

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少ないことになり、排気の温度は上昇することになる。
更に、排気バルブ78の開弁開始時期を遅角していった場合、空気過剰率λは排気バルブ78の開弁開始時期の遅角と共に減少していくが、開弁開始時期がBDC後70°(−70°BBDC)のクランク角となった場合でも、空気過剰率λは2.0程度となり1.5以上の値が確保されている。このように排気バルブ78の開弁開始時期を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ような理由による。
Further, since the opening start timing of the exhaust valve 78 is delayed, the amount of residual gas in the cylinder increases compared to when the exhaust valve 78 is opened and closed by the second cam 82, and the new air drawn into the cylinder by that amount. The amount of decreases. Accordingly, the amount of fresh air to which heat generated by fuel combustion is transmitted is small, and the temperature of the exhaust gas rises.
Further, when the opening timing of the exhaust valve 78 is retarded, the excess air ratio λ decreases with the delay of the opening timing of the exhaust valve 78, but the opening timing is 70 after BDC. Even in the case of a crank angle of ° (−70 ° BBDC), the excess air ratio λ is about 2.0, and a value of 1.5 or more is secured. As described above, the reason why the excess air ratio λ does not decrease greatly even when the opening timing of the exhaust valve 78 is delayed is as follows.

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78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。   That is, even when the opening timing of the exhaust valve 78 is delayed, as described above, the exhaust valve 78 is opened until a part of the valve opening period of the exhaust valve 78 overlaps with the valve opening period of the intake valve. The valve continues. For this reason, although the residual gas in the cylinder increases due to the retarded opening timing of the exhaust valve 78, it does not increase significantly. Therefore, the supply of fresh air into the cylinder is not greatly hindered by the residual gas, and a sufficient excess air ratio can be ensured without greatly reducing the amount of fresh air supplied.

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、開弁開始時期がBDC後70°のクランク角である場合には、上述したように空気過剰率λが2.0程度となり1.5以上の値を確保することができるため、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。また、このとき排気温度は更に上昇して500℃以上となっている。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。   When the excess air ratio λ decreases, it is known that black smoke is likely to be generated when the value falls below 1.5, but when the valve opening start timing is a crank angle of 70 ° after BDC, As described above, the excess air ratio λ is about 2.0, and a value of 1.5 or more can be secured. Therefore, black smoke is not generated due to a decrease in the excess air ratio λ. At this time, the exhaust temperature further rises to 500 ° C. or higher. Therefore, by setting the opening timing of the exhaust valve 78 to a crank angle of 40 to 70 ° after the BDC, a satisfactory temperature rise of the exhaust gas is realized while maintaining the excess air ratio λ at a value that does not generate black smoke. It becomes possible.

なお、排気バルブ78の開弁開始時期を遅角した場合、遅角しない場合に比べて排気温度が上昇するため、エンジン1の信頼性を考慮し、本実施形態では排気温度が予め設定された最高排気温度を超える場合に、インジェクタ4からの燃料噴射を中断する機能をECU48に設けている。
図9は、本実施形態と対比するため、前述した特許文献1の装置のように、クランク軸と排気カム軸との位相を変更することにより、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て、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及び排気温度Ttiとの関係を、図8と同様に示すグラフである。
Note that when the opening start timing of the exhaust valve 78 is retarded, the exhaust temperature rises compared to when it is not retarded. Therefore, in consideration of the reliability of the engine 1, the exhaust temperature is preset in this embodiment. The ECU 48 is provided with a function of interrupting fuel injection from the injector 4 when the maximum exhaust temperature is exceeded.
For comparison with FIG. 9, FIG. 9 is similar to the device disclosed in Patent Document 1 described above. By changing the phases of the crankshaft and the exhaust camshaft, the exhaust valve can be opened and closed while the valve opening period remains constant. The relationship between the exhaust valve opening start timing, the excess air ratio λ, and the exhaust temperature Tti when the timing is variable and the exhaust valve opening start timing is advanced is the same as in FIG. It is a graph to show.

図9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も、開弁開始時期の進角と共に排気温度Ttiは上昇していくが、これに対応して空気過剰率λは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である。   As shown in FIG. 9, even when both the valve opening start timing and the valve closing completion timing are advanced, the exhaust temperature Tti increases with the advance of the valve opening start timing. It can be seen that the excess air ratio λ significantly decreases in response to. In this way, the excess air ratio λ decreases because the exhaust valve opening start timing advances and the valve closing completion timing also advances, so the exhaust valve closes before the intake valve opens, This is because a large amount of gas remains in the cylinder, which greatly inhibits the intake of fresh air into the cylinder.

このように大幅な空気過剰率λの低下が生じるため、例えば排気温度を600℃まで昇温しようとすると、空気過剰率λが1.3〜1.4程度まで低下してしまい、大量の黒煙が発生してしまうことになる。
これに対し本実施形態では、上述したように空気過剰率λの低下に起因する黒煙を発生することなく良好に排気を昇温することができるので、上記図9に示したような比較例に比べて大きく優れていることがわかる。
Since the excess air ratio λ is thus greatly reduced, for example, when the exhaust temperature is raised to 600 ° C., the excess air ratio λ decreases to about 1.3 to 1.4, and a large amount of black Smoke will be generated.
On the other hand, in the present embodiment, as described above, the temperature of the exhaust gas can be raised satisfactorily without generating black smoke due to the decrease in the excess air ratio λ, so the comparative example as shown in FIG. It can be seen that it is greatly superior to.

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。
排気昇温制御が開始されると、まずステップS1でECU48は、水温センサ50の検出値に基づきエンジン1が冷態運転状態にあるか否かを判定する。即ち、ECU48は水温センサ50が検出したエンジン1の冷却水温度が所定水温に満たない場合に、エンジン1が冷態運転状態にあると判定する。この所定水温は、作動油制御弁46を介してバルブタイミング切換機構56に供給される作動油の温度が低く、その粘度が高いためにバルブタイミング切換機構56が良好に作動できないおそれがある作動油の温度の上限となる所定温度に基づき予め求められて設定されるものである。従って、水温センサ50の検出値が所定水温に満たない場合、ECU48は作動油の温度が所定温度に達していないものとして処理をステップS2に進める。
Using the valve timing switching mechanism 56 as described above, the ECU 48 performs exhaust gas temperature raising control according to the operating state of the engine 1. This exhaust temperature raising control is repeatedly executed during the operation of the engine 1 at a predetermined control cycle based on the flowchart of FIG.
When the exhaust gas temperature raising control is started, first, in step S1, the ECU 48 determines whether or not the engine 1 is in a cold operation state based on the detection value of the water temperature sensor 50. That is, the ECU 48 determines that the engine 1 is in the cold operation state when the coolant temperature of the engine 1 detected by the water temperature sensor 50 is less than the predetermined water temperature. The predetermined water temperature is such that the temperature of the hydraulic oil supplied to the valve timing switching mechanism 56 via the hydraulic oil control valve 46 is low and the viscosity thereof is high, so that the valve timing switching mechanism 56 may not operate satisfactorily. Is obtained and set in advance based on a predetermined temperature which is the upper limit of the temperature. Therefore, if the detected value of the water temperature sensor 50 is less than the predetermined water temperature, the ECU 48 proceeds to step S2 assuming that the temperature of the hydraulic oil has not reached the predetermined temperature.

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。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40乃至70°のクランク角に遅角され、排気の昇温が行われる。   In step S2, the ECU 48 ends the control cycle by controlling the hydraulic oil control valve 46 so that the hydraulic oil is not supplied to the valve timing switching mechanism 56 in order to select the first cam 72 as a cam for driving the exhaust valve 78. To do. In the valve timing switching mechanism 56, the operating oil 92 is not supplied, so that the operating piston 92 of the first rocker arm 58 is positioned below the cylinder portion 90 as described above. For this reason, since the engaging protrusion 106 of the second rocker arm 60 enters the deep groove portion 100 of the operating piston 92, the engaging protrusion 106 does not contact the operating piston 92 in the swinging direction, and the second rocker arm 60 does not swing. The movement is not transmitted to the first rocker arm 58. Accordingly, the first rocker arm 58 is driven by the first cam 72, and the exhaust valve 78 is opened and closed according to the cam profile of the first cam 72. As a result, as described above, the valve opening start timing of the exhaust valve 78 is delayed to a crank angle of 40 to 70 ° after BDC, and the temperature of the exhaust is raised.

次の制御周期以降においても、ステップS1でエンジン1が冷態運転状態にあると判定する限り、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。
エンジン1が冷態運転状態にある場合には、一般的に排気後処理装置24の温度も低下しているが、このような排気の昇温によって前段酸化触媒32、SCR触媒36及び後段酸化触媒38を早期に活性化することが可能となると共に、フィルタ34の温度も迅速に上昇させ、早期に連続再生を可能とすることができる。しかも、前述したように、このような排気昇温を行っているときに黒煙が発生することはない。
Even after the next control cycle, as long as it is determined in step S1 that the engine 1 is in the cold operation state, the ECU 48 proceeds to step S2, and the exhaust valve 78 is opened and closed by the first cam 72 as described above. As a result, the temperature of the exhaust continues to rise.
When the engine 1 is in a cold operation state, the temperature of the exhaust aftertreatment device 24 is generally lowered, but the upstream oxidation catalyst 32, the SCR catalyst 36, and the downstream oxidation catalyst are increased by such a temperature rise of the exhaust. 38 can be activated at an early stage, and the temperature of the filter 34 can be quickly raised to enable continuous regeneration at an early stage. Moreover, as described above, black smoke is not generated when the exhaust gas temperature is increased.

また、エンジン1が冷態運転状態にあって、作動油の温度が所定温度に達していないものとECU48が判断した場合には、作動油を供給することなく第1カム72によって排気バルブの開閉が行われるので、低温の作動油に起因してバルブタイミング切換機構56の動作が不安定となることなく排気の昇温を行うことができる。
一方、エンジン1の暖機運転が行われることによりエンジン1の冷却水温が上昇し、ステップS1で水温センサ50の検出値が所定水温以上であってエンジン1が冷態運転状態にないと判定した場合には、ECU48は作動油の温度がバルブ切換機構56の安定した作動を可能とする所定温度に達したものと判断して、処理をステップS3に進める。
Further, when the engine 48 is in a cold operation state and the ECU 48 determines that the temperature of the hydraulic oil has not reached the predetermined temperature, the first cam 72 opens and closes the exhaust valve without supplying the hydraulic oil. Therefore, the temperature of the exhaust gas can be raised without causing the operation of the valve timing switching mechanism 56 to become unstable due to the low temperature hydraulic oil.
On the other hand, when the warm-up operation of the engine 1 is performed, the cooling water temperature of the engine 1 increases, and it is determined in step S1 that the detection value of the water temperature sensor 50 is equal to or higher than the predetermined water temperature and the engine 1 is not in the cold operation state. In this case, the ECU 48 determines that the temperature of the hydraulic oil has reached a predetermined temperature that enables stable operation of the valve switching mechanism 56, and advances the process to step S3.

ステップS3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。   In step S3, the ECU 48 determines whether or not the exhaust gas temperature Tex detected by the inlet side temperature sensor 44 is equal to or higher than a predetermined temperature Ts. The predetermined temperature Ts is set based on the temperature at which the oxidization catalyst 32 and the post-stage oxidation catalyst 38 including the SCR catalyst 36 can be activated, and the ECU 48 determines that the exhaust temperature Tex is equal to or higher than the predetermined temperature Ts. As a result, it is determined that the exhaust temperature has reached a temperature at which the SCR catalyst 36, the front-stage oxidation catalyst 32, and the rear-stage oxidation catalyst 38 can be activated.

従って、ECU48は、ステップS3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ことにより、上述したようにして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でエンジン1が冷態運転状態にないと判定した後、ステップS3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。
Therefore, if the ECU 48 determines in step S3 that the exhaust gas temperature Tex is lower than the predetermined temperature Ts, the ECU 48 determines that the exhaust gas temperature has not reached a temperature at which each catalyst can be activated, and the process proceeds to step S2. By proceeding and selecting the opening and closing of the exhaust valve 78 by the first cam 72 and ending the control cycle, the temperature of the exhaust is raised as described above.
Even after the next control cycle, after determining that the engine 1 is not in the cold operation state in step S1, the ECU 48 performs the process in step S2 as long as it is determined in step S3 that the exhaust temperature Tex has not reached the predetermined temperature Ts. Then, the exhaust valve 78 is opened and closed by the first cam 72 as described above, so that the temperature of the exhaust gas is continuously increased.

従って、エンジン1が冷態運転状態を脱した後も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低下し、上記各触媒を活性可能な温度を下回ったような場合においては、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。   Therefore, even after the engine 1 leaves the cold operation state, the exhaust temperature does not rise to a temperature at which each of the catalysts can be activated, or the exhaust temperature decreases due to a change in the operation state, so that the respective catalysts can be activated. When the temperature falls below a certain temperature, the exhaust valve 78 is opened and closed by the first cam 72, whereby the temperature of the exhaust is raised, and it is possible to quickly raise the temperature to a temperature at which each of the catalysts can be activated. It becomes.

一方、ステップS3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S4に進め、回転数センサ52によって検出されたエンジン回転数及び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基づき、車両が減速運転状態にあるか否かを判定する。
減速運転状態においては、エンジン1が低負荷運転状態になったり、或いはインジェクタ4からの燃料噴射が停止されたりするため、エンジン1から排出される排気の温度が低下する。このため、温度の低下した排気が排気後処理装置24に供給されることになる。
On the other hand, if it is determined in step S3 that the exhaust gas temperature Tex is equal to or higher than the predetermined temperature Ts, the ECU 48 advances the process to step S4 and detects the engine speed detected by the speed sensor 52 and the accelerator opening sensor 54. It is determined whether or not the vehicle is in a deceleration operation state based on the accelerator opening.
In the deceleration operation state, the engine 1 is in a low load operation state or the fuel injection from the injector 4 is stopped, so that the temperature of the exhaust discharged from the engine 1 decreases. For this reason, the exhaust gas whose temperature has decreased is supplied to the exhaust gas aftertreatment device 24.

そこで、ステップS4において車両が減速運転状態にあると判定した場合、ECU48は車両が排気温度の低下する運転状態にあるものと判断して処理をステップS2に進め、上述したようにして第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。
次の制御周期以降においても、ステップS1でエンジン1が冷態運転状態にないと判定すると共に、ステップS3で排気温度Texが所定温度Ts以上であると判定した後、ステップS4で車両が減速運転状態にあると判定する限り、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。
Therefore, if it is determined in step S4 that the vehicle is in a decelerating operation state, the ECU 48 determines that the vehicle is in an operation state in which the exhaust temperature decreases, proceeds to step S2, and performs the first cam as described above. The opening / closing of the exhaust valve 78 by 72 is selected, and the control cycle ends.
Even after the next control cycle, it is determined in step S1 that the engine 1 is not in the cold operation state, and in step S3, it is determined that the exhaust temperature Tex is equal to or higher than the predetermined temperature Ts, and then the vehicle is decelerated in step S4. As long as it is determined to be in the state, the ECU 48 proceeds to step S2, and the exhaust valve 78 is opened and closed by the first cam 72 as described above.

カム72による排気バルブ78の開閉が選択されると、前述したように、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、排気後処理装置24に供給される排気の量が減少し、排気後処理装置24の温度低下を抑制することができる。   When the opening / closing of the exhaust valve 78 by the cam 72 is selected, the valve opening start timing of the exhaust valve 78 is delayed as described above, so that the inside of the cylinder is compared with the case where the exhaust valve 78 is opened / closed by the second cam 82. The amount of residual gas increases, and the amount of fresh air sucked into the cylinder correspondingly decreases. Therefore, the amount of exhaust gas supplied to the exhaust aftertreatment device 24 is reduced, and a decrease in the temperature of the exhaust aftertreatment device 24 can be suppressed.

また、このように減速運転時に第1カム72による排気バルブ78の開閉を選択することによって、排気バルブの開弁開始時期が遅れるため、ピストンが気筒内のガスを圧縮することによってポンピング損失が増大する。従って、減速運転時にはポンピングロスの増大によるエンジンブレーキ効果を得ることができる。
一方、ステップS4において車両が減速運転状態にないと判定した場合、ECU48は処理をステップS5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。従って、上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。
In addition, since the opening timing of the exhaust valve is delayed by selecting the opening and closing of the exhaust valve 78 by the first cam 72 during the deceleration operation in this way, the pumping loss increases due to the piston compressing the gas in the cylinder. To do. Therefore, an engine braking effect due to an increase in pumping loss can be obtained during deceleration operation.
On the other hand, if it is determined in step S4 that the vehicle is not in the decelerating operation state, the ECU 48 advances the process to step S5, selects opening / closing of the exhaust valve 78 by the second cam 82, and ends the control cycle. Therefore, the exhaust gas temperature is not raised by delaying the opening start timing of the exhaust valve 78 as described above, and the normal operation of the engine 1 is performed.

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の冷態運転時や排気温度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。特にエンジン1の冷態運転時には、バルブタイミング切換機構56用の作動油の温度が低く、粘度が高まることによってバルブタイミング切換機構56の安定した作動が阻害されるおそれがあるが、本実施形態では水温センサ50が検出した冷却水温が所定温度以上となって作動油の温度が所定温度以上に上昇したと判断するまでは、第1カム72による排気バルブ78の開閉から第2カム82による排気バルブ78の開閉への切り換えが禁止され、第1カム72による排気バルブ78の開閉時には作動油の供給を必要としないため、エンジン1の冷態運転時においても安定してバルブタイミング切換機構56を作動させることができる。   As described above, the ECU 48 performs the exhaust gas temperature raising control so that the exhaust valve 78 is opened and closed by the first cam 72 during the cold operation of the engine 1 or when the exhaust gas temperature Tex has not reached the predetermined temperature Ts. Thus, the exhaust gas temperature can be quickly raised by retarding the valve opening start timing of the exhaust valve 78. In particular, during the cold operation of the engine 1, the temperature of the hydraulic oil for the valve timing switching mechanism 56 is low and the viscosity increases, which may hinder stable operation of the valve timing switching mechanism 56. Until it is determined that the coolant temperature detected by the water temperature sensor 50 is equal to or higher than the predetermined temperature and the temperature of the hydraulic oil has risen above the predetermined temperature, the exhaust valve 78 is opened and closed by the first cam 72 and the exhaust valve is discharged from the second cam 82 Since the switching of the valve 78 to the opening / closing operation is prohibited and the supply of hydraulic oil is not required when the exhaust valve 78 is opened / closed by the first cam 72, the valve timing switching mechanism 56 operates stably even during the cold operation of the engine 1. Can be made.

更に、エンジン1の冷態運転時に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。従って、このような状態でエンジン1が高負荷運転状態に移行した場合であっても、排気の温度が過剰に上昇するようなことはない。   Further, when the exhaust valve 78 is opened and closed by the first cam 72 as described above during the cold operation of the engine 1, as described above, a part of the valve opening period of the exhaust valve 78 is the intake valve. Since the exhaust valve 78 continues to be opened until it overlaps with the valve opening period, and the supply of fresh air into the cylinder is not greatly hindered by the residual gas, the intake amount of fresh air is greatly increased. It will never decrease. Therefore, even when the engine 1 shifts to the high load operation state in such a state, the temperature of the exhaust does not rise excessively.

また、車両の減速運転時にも第1カム72による排気バルブ78の開閉が行われ、排気バルブ78の開弁開始時期が遅角されることによって、排気後処理装置24へ供給される排気の量を減少させて、排気後処理装置24の温度低下を抑制すると共に、エンジンブレーキ効果を得ることができる。
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、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
Further, the exhaust valve 78 is opened and closed by the first cam 72 even during deceleration operation of the vehicle, and the opening start timing of the exhaust valve 78 is retarded, whereby the amount of exhaust gas supplied to the exhaust aftertreatment device 24. As a result, the temperature drop of the exhaust aftertreatment device 24 can be suppressed, and the engine braking effect can be obtained.
Although the description about the control apparatus of the diesel engine which concerns on one Embodiment of this invention is finished above, this invention is not limited to the said embodiment.

例えば、上記実施形態では、排気後処理装置24として前段酸化触媒32、フィルタ34、SCR触媒36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、必要に応じて変更可能であって、排気温度の低下によって排気浄化機能を十分に発揮できなくなるおそれのある排気後処理装置を備えたディーゼルエンジンであれば、本発明を適用することによって同様の効果を得ることが可能となる。   For example, in the above embodiment, the exhaust post-treatment device 24 including the front-stage oxidation catalyst 32, the filter 34, the SCR catalyst 36, and the rear-stage oxidation catalyst 38 is used. However, the configuration of the exhaust post-treatment device 24 is limited to this. However, the present invention can be applied to any diesel engine having an exhaust aftertreatment device that can be changed as necessary and that may not sufficiently perform the exhaust purification function due to a decrease in exhaust temperature. It is possible to obtain the same effect.

また、上記実施形態では、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2ロッカアーム60から第1ロッカアーム58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。   In the above embodiment, the first rocker arm 58 driven by the first cam 72 and the second rocker arm 60 driven by the second cam 82 are used as the valve timing switching mechanism 56, and Although the opening / closing timing of the exhaust valve 78 is changed by switching the transmission of rocking to the rocker arm 58 and the blocking of the transmission, the configuration of the valve timing switching mechanism 56 is not limited to this, and the present invention is not limited thereto. Any configuration may be used as long as the first switching timing and the second switching timing can be switched.

また、上記実施形態では、水温センサ50によって検出されたエンジン1の冷却水温に基づき、エンジン1の冷態運転状態を判定するようにしたが、冷態運転状態の判定方法はこれに限られるものではなく、例えば、バルブタイミング切換機構56に用いられる作動油の温度やエンジン1のシリンダブロックの温度などに基づいて判定するようにしてもよい。   Further, in the above embodiment, the cold operation state of the engine 1 is determined based on the cooling water temperature of the engine 1 detected by the water temperature sensor 50, but the method for determining the cold operation state is limited to this. Instead, for example, the determination may be made based on the temperature of the hydraulic oil used in the valve timing switching mechanism 56 or the temperature of the cylinder block of the engine 1.

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の構成図である。It is a block diagram of the control apparatus of the diesel engine which concerns on one Embodiment of this invention. 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。It is a figure which shows the assembly | attachment of the 1st rocker arm which comprises a valve timing switching mechanism, and a 2nd rocker arm. バルブタイミング切換機構の上面図である。It is a top view of a valve timing switching mechanism. 第2ロッカアームの組み付け状態を示す図である。It is a figure which shows the assembly | attachment state of a 2nd rocker arm. 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。It is a fragmentary sectional view of a valve timing switching mechanism, and is a figure showing the non-driving state of an operation piston. 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。It is a fragmentary sectional view of a valve timing switching mechanism, and is a figure showing the drive state of an operation piston. 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。It is a figure which shows the relationship between the valve lift amount and opening / closing timing of the exhaust valve by a 1st cam and a 2nd cam. 図1の制御装置において、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に伴う空気過剰率及び排気温度の変化をそれぞれ示すグラフである。2 is a graph showing changes in the excess air ratio and the exhaust temperature with the delay of the valve opening start timing of the exhaust valve that is opened and closed by the first cam in the control device of FIG. 1. 従来技術である比較例において、排気バルブの開弁開始時期の遅角に伴う空気過剰率及び排気温度の変化をそれぞれ示すグラフである。In the comparative example which is a prior art, it is a graph which respectively shows the change of the excess air ratio and exhaust temperature with the delay of the valve opening start timing of an exhaust valve. 図1の制御装置でECUが行う排気昇温制御のフローチャートである。It is a flowchart of the exhaust gas temperature raising control which ECU by the control apparatus of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 ディーゼルエンジン
24 排気後処理装置
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
1 diesel engine 24 exhaust aftertreatment device 48 ECU (control means)
56 Valve timing switching mechanism 78 Exhaust valve

Claims (5)

ディーゼルエンジンの排気バルブの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と共に、上記排気バルブの開弁開始時期が上記気筒の膨張行程におけるピストン下死点より遅角側となる第1開閉時期と、上記排気バルブの開弁期間の一部が上記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、上記排気バルブの開弁開始時期が上記第1開閉時期の開弁開始時期よりも進角側となる第2開閉時期とのいずれかに選択的に切り換え可能なバルブタイミング切換機構と、
上記ディーゼルエンジンから排出された排気を浄化する排気後処理装置と、
予め定められた上記ディーゼルエンジンの冷態運転時に、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。
A part of the opening period of the exhaust valve of the diesel engine overlaps with the opening period of the intake valve of the same cylinder as the exhaust valve, and the opening start timing of the exhaust valve is lower than the piston dead in the expansion stroke of the cylinder. And a part of the opening period of the exhaust valve overlaps with the opening period of the intake valve of the cylinder, and the opening start time of the exhaust valve A valve timing switching mechanism that can be selectively switched to any one of a second opening and closing timing that is an advance side of the opening and closing timing of the one opening and closing timing;
An exhaust aftertreatment device for purifying exhaust discharged from the diesel engine;
Control means for controlling the valve timing switching mechanism so that the exhaust valve opens and closes at the first opening / closing timing during a predetermined cold operation of the diesel engine. .
上記第1開閉時期における上記排気バルブの開弁開始時期は上記ピストン下死点後のクランク角で40乃至70°に設定されることを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの制御装置。   2. The diesel engine control device according to claim 1, wherein the valve opening start timing of the exhaust valve at the first opening / closing timing is set to 40 to 70 ° as a crank angle after the bottom dead center of the piston. 上記バルブタイミング切換機構は、作動油が供給されたときに上記排気バルブの開閉時期を上記第2開閉時期とする一方、上記作動油が供給されないときに上記排気バルブの開閉時期を上記第1開閉時期とすることを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの制御装置。   The valve timing switching mechanism sets the opening / closing timing of the exhaust valve to the second opening / closing timing when the hydraulic oil is supplied, and sets the opening / closing timing of the exhaust valve to the first opening / closing timing when the hydraulic oil is not supplied. The control device for a diesel engine according to claim 1, wherein the timing is set. 上記制御手段は、上記排気バルブの開閉時期を上記第1開閉時期とするように上記バルブタイミング切換機構を制御しているときに、上記作動油の温度が所定温度以上に上昇したと判断するまでは、上記バルブタイミング切換機構による上記第1開閉時期から上記第2開閉時期への上記排気バルブの開閉時期の切り換えを禁止することを特徴とする請求項3に記載のディーゼルエンジンの制御装置。   The control means controls the valve timing switching mechanism so that the opening / closing timing of the exhaust valve is set to the first opening / closing timing until it determines that the temperature of the hydraulic oil has risen above a predetermined temperature. 4. The diesel engine control device according to claim 3, wherein the valve timing switching mechanism prohibits switching of the opening / closing timing of the exhaust valve from the first opening / closing timing to the second opening / closing timing. 5. 上記制御手段は、上記ディーゼルエンジンが上記排気の温度低下を生じる運転状態として予め設定された運転状態にあると判断すると、上記排気バルブの開閉時期を上記第1開閉時期とするように上記バルブタイミング切換機構を制御することを特徴とする請求項1に記載のディーゼルエンジンの制御装置。   When the control means determines that the diesel engine is in an operation state set in advance as an operation state that causes a decrease in the exhaust gas temperature, the valve timing is set so that the opening / closing timing of the exhaust valve is the first opening / closing timing. The diesel engine control apparatus according to claim 1, wherein the switching mechanism is controlled.
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