柴油发动机的控制装置的制作方法

专利名称：柴油发动机的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种柴油发动机的控制装置，特别涉及一种具有可 以变更发动机的排气阀的开闭定时的阀定时切换机构、和具有净化发 动机排气的功能的排气后处理装置的柴油发动机的控制装置。
背景技术：
当前，作为排气后处理装置，使用用于将柴油发动机的排气中
包含的N0x (氮氧化物)还原而净化排气的NOx催化剂、以及用于捕
捉微粒而净化排气的微粒过滤器等。
例如，近年来使用氨选择还原型N0x催化剂(下面称为SCR催 化剂)作为N0x催化剂。在使用了该SCR催化剂的排气后处理装置中， 在SCR催化剂的上游侧供给尿素水，将供给的尿素水利用排气热量加 水分解而产生的氨供给至SCR催化剂。供给至SCR催化剂的氨吸附在 SCR催化剂上，通过由SCR催化剂促进氨和排气中的NOx之间的脱硝 反应，从而进行NOx的还原。
SCR催化剂为了良好地发挥该排气净化功能，需要使流入SCR 催化剂中的排气温度至少上升至SCR催化剂活化的温度。但是，在发 动机冷态时，从发动机排出的排气温度较低，并且位于SCR催化剂上 游侧的排气管、前段氧化催化剂及微粒过滤器等没有充分加热。因此， 排气热量被这些部件吸收，流入SCR催化剂的排气温度明显下降。由 于上述排气温度下降，SCR催化剂有可能无法良好地发挥上述排气净 化功能。
另外，由于排气温度下降导致问题的产生，并不限于SCR催化 剂，对于作为排气后处理装置使用的各种催化剂或微粒过滤器，均会 产生相同的问题。即，对于排气后处理装置中使用的催化剂，由于排 气温度下降而无法活化，无法良好地发挥催化剂功能。另外，对于微粒过滤器，连续再生变得困难，微粒会堆积在微粒过滤器中，微粒的 捕捉能力下降。
为了解决上述排气温度下降时的问题，在日本国特开平10 —
68332号公报(下面称为专利文献1)中提出了一种阀定时控制装置， 通过在发动机冷态时变更发动机的排气阀的开闭定时，使排气温度上 升。
在专利文献1的控制装置中，使用通过变更排气凸轮轴相对于 曲轴的相位而使排气阀的开闭定时可变的机构。并且，在发动机温度 较低的情况下，排气阀的开闭定时提前规定的曲柄角。由此，使气缸 内的燃烧热量积极地向排气侧排出，利用该燃烧热量使催化剂等进行 尽快活化。
但是，在上述专利文献1的控制装置中，通过使排气凸轮轴相 对于曲轴的相位变更，从而在开阀期间固定的情况下排气阀的开闭定 时可变。由此，通过使排气阀的开阀开始定时提前，从而使排气阀的 闭阀完成定时早于排气上死点，在进气阀开阀之前关闭排气阀。因此， 伴随排气阀的闭阀而气缸内的残留气体再次被压縮。由此，被压縮的 残留气体会在之后通过进气阀进行开阀而从进气口排出。其结果，由 于妨碍从进气口向气缸内吸入新鲜空气而使空气过剩率下降，从而产 生出现大量的黑烟或HC (碳化氢)向空气中排出的问题。
另外，上述专利文献1的控制装置，利用油压的供给而使排气 凸轮轴的相位相对于曲轴变更。由于在发动机冷态时，被供给的动作 油的温度较低，因而其粘度较高，所以如果不使动作油的温度上升一 定程度而使动作油的粘度降低，则无法稳定地控制相位变更机构。因 此，在上述专利文献1的控制装置中，在动作油的温度较低的情况下， 考虑将排气阀的开闭定时维持为最大超前角的状态。但是，在此情况 下，由于在动作油的温度没有充分上升的状态下，即使发动机处于高 负载运行状态，也无法顺畅地排出动作油，所以排气阀开闭定时的最 大超前角状态需要维持一段时间。因此，上如上述所示，吸入气缸中 的新鲜空气的量减少。因传递燃烧热量的新鲜空气的量减少而排气温 度上升，但由于新鲜空气的量大幅减少，所以有可能产生由于不完全燃烧导致黑烟大量出现或排气温度的过度上升。

发明内容
本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供一 种柴油发动机的控制装置，其可以在发动机冷态时不排出大量黑烟而 适当地使排气温度上升，可以尽早发挥排气后处理装置的良好的排气 净化功能。
为了实现上述目的，本发明的柴油发动机的控制装置，具有 阀定时切换机构，其可以将柴油发动机的排气阀的开闭定时，选择性 地切换为第l开闭定时和第2开闭定时中的某一个；排气后处理装置， 其对从上述柴油发动机排出的排气进行净化；以及控制单元，其控制 上述阀定时切换机构，以使得至少在预先规定的上述柴油发动机冷态 运行时，利用上述第1开闭定时使排气阔开闭，
上述第1开闭定时设定为，上述排气阀的开阀期间的一部分和 与上述排气阀同一气缸的进气阀的开阀期间重叠，同时上述排气阀的 开阀开始定时位于上述气缸的膨胀行程中的活塞下死点的滞后角侧， 上述第2开闭定时设定为，上述排气阀的开阀开始定时位于上述第1
开闭定时的开阀开始定时的超前角侧。
在如上述构成的柴油发动机的控制装置中，在预先规定的柴油 发动机的冷态运行时，控制单元控制阀定时切换机构，以使得排气阀 的开阔期间的一部分和与排气阀为同一气缸的进气阔的开阀期间重 叠，同时以第1开闭定时使排气阀开闭，以使得排气阀的开阀开始定 时位于上述气缸的膨胀行程中的活塞下死点的滞后角侧。
由此，通过在膨胀行程中活塞压縮气缸内的气体，与利用第2 开闭定时使排气阀开闭的情况相比，泵送损失增大。由于为了补偿上 述增大的泵送损失而增加向各气缸的燃料供给量，所以其结果，从柴 油发动机排出的排气的温度上升。
另外，由于排气阀的开阀开始定时滞后，所以与利用第2开闭 定时使排气阀开闭的情况相比，气缸内的残留气体量增加，吸入气缸 的新鲜空气的量相应地减少。由此，将由燃料燃烧而产生的热量进行传递的新鲜空气的量减少，其结果，排气温度上升。
由此，即使在冷态运行时，也可以使排气温度迅速上升，可以
使排气后处理装置发挥良好的排气净化功能。
另外，由于即使在利用第1开闭定时使排气阀开闭时，排气阀
的开阀持续至排气阀的开阀期间的一部分与进气阀的开阀期间重叠
的定时为止，所以可以防止气缸内的残留气体量大幅增加。由此，新 鲜空气向气缸内的供给并不会被残留气体较大地妨碍，吸入气缸内的 新鲜空气的量不会大幅减少。其结果，可以在防止黑烟等向空气中排 出的同时，使排气温度迅速上升。
优选在上述柴油发动机的控制装置中，在上述第1开闭定时中 的上述排气阀的开阀开始定时，设定为上述活塞下死点之后的40至
70°的规定曲柄角。由此,可以更可靠地在防止黑烟等向空气中排出
的同时，使排气温度迅速上升。 -优选在上述柴油发动机的控制装置中，上述阀定时切换机构，
在供给动作油时使上述排气阀的开闭定时成为上述第2开闭定时，另
一方面，在未供给上述动作油时使上述排气阀的开闭定时成为上述第 1开闭定时。
由于在柴油发动机的冷态运行时，动作油的粘度较高，所以难 以将动作油适当地向阀定时切换机构供给而进行稳定的控制。如上述 所示，在上述阀定时切换机构构成为，在没有供给动作油时，使上述 排气阀的开闭定时为上述第1开闭定时的情况下，在冷态运行时，不 向阀定时切换机构供给动作油而以第1开闭定时使排气阀开闭。由 此，在冷态运行时，可以稳定而可靠地使排气阀以第1开闭定时进行 开闭。
另外，在柴油发动机的冷态运行时，动作油的温度没有充分上 升而柴油发动机成为高负载运行状态的情况下，排气阔继续以第1 开闭定时进行开闭。此时，如上述所示，由于排气阀的开阀持续至排 气阀的开阀期间的一部分与进气阀的开阀期间重叠的定时为止，所以 可以将气缸内的残留气体抑制得较少。其结果，由于吸入气缸内的新 鲜空气的量不会大幅减少，所以即使在高负载运行状态下，也可以防止黑烟大量产生或排气温度的过度上升。
更优选在上述的柴油发动机的控制装置中，上述控制单元，在 控制上述阀定时切换机构以使得上述排气阀的幵闭定时成为上述第 1开闭定时时，在判定上述动作油的温度上升至大于或等于规定油温 之前，禁止由上述阀定时切换机构将上述排气阀的开闭定时从上述第 1开闭定时向上述第2开闭定时切换。
在此情况下，在控制单元控制阀定时切换机构而以第1开闭定 时使排气阀开闭时，直至控制单元判定动作油的温度上升至大于或等 于规定温度为止，以第1开闭定时使排气阀开闭。
由此，防止温度没有充分上升而粘度较高的动作油向阀定时切 换机构供给。其结果，可以防止由于粘度较高的动作油导致的阀定时 切换机构的不稳定的动作。
另外，在上述柴油发动机的控制装置中，也可以是上述控制单 元，在判断上述柴油发动机处于预先设定的运行状态、即导致上述排 气的温度下降的运转状态的情况下，控制上述阀定时切换机构，使得 上述排气阀的开闭定时为上述第1开闭定时。
在此情况下，由于在柴油发动机位于预先设定的运行状态即排 气温度发生下降的运行状态的情况下，通过使排气阀以第1开闭定时 开闭，使供给至排气后处理装置的排气量减少，所以可以抑制排气后 处理装置的温度下降。其结果，可以良好地维持排气后处理装置的排 气净化功能。
具体地说，也可以是上述柴油发动机作为动力源搭载于车辆上， 上述控制单元在上述车辆处于减速运行状态的情况下，判断上述柴油 发动机处于上述预先设定的运行状态。
在上述情况下，可以良好地防止因柴油发动机的减速运行而产 生的排气温度下降，导致排气后处理装置的排气净化功能下降。
或者，具体地说，也可以是上述控制单元在上述柴油发动机处 于减速运行状态的情况下，或者在上述柴油发动机处于规定的低速低 负载运行状态的情况下，判定上述柴油发动机处于上述预先设定的运 行状态。在上述情况下，可以良好地防止因柴油发动机的减速运行或柴 油发动机的低速低负载运行而产生的排气温度下降，导致排气后处理 装置的排气净化功能下降。
或者，具体地说，上述控制单元在上述柴油发动机的排气温度 小于规定排气温度的情况下，判定上述柴油发动机处于上述预先设定
的运行状态o
在上述情况下，可以良好地防止由于柴油发动机的排气温度下 降导致的排气后处理装置的排气净化功能下降。


图1是使用了本发明所涉及的柴油发动机的控制装置的发动机 系统的整体结构图。
图2是表示构成阀定时切换机构的第1摆臂和第2摆臂组装前 的状态的俯视图。
图3是阀定时切换机构的俯视图。
图4是表示组装后的第2摆臂的侧视图。
图5是动作活塞处于非驱动状态的阀定时切换机构的局部剖面图。
图6是动作活塞处于驱动状态的阀定时切换机构的局部剖面图。
图7是表示由第1凸轮及第2凸轮产生的排气阀的气门升程量 及开闭定时的关系的曲线图。
图8是分别表示使排气阀的开阀开始定时逐渐滞后时的空气过 剩率及排气温度的变化的曲线图。
图9是分别表示在作为现有技术的对比例中，使排气阀的开阀 开始定时逐渐滞后时的空气过剩率及排气温度的变化的曲线图。
图IO是ECU进行排气升温控制的流程图。
具体实施例方式
下面，基于

本发明的一个实施方式。 本发明的实施方式所涉及的柴油发动机的控制装置搭载于车辆上。图1是使用了该控制装置的发动机系统的整体结构图。首先，基 于图l详细说明发动机系统的结构。
柴油发动机(下面称为发动机)1具有对各气缸共用地设置的高 压蓄压室(称为公用油轨)2。从未图示的燃料喷射泵供给而积蓄在
公用油轨2中的高压燃料，向设置在各气缸上的喷油器4供给，从各 喷油器4向各自的气缸内喷射。
在进气通路6内安装涡轮增压器8，由未图示的空气滤清器吸入 的进气，从进气通路6流入至涡轮增压器8的压縮机8a。由压缩机 8a增压的进气经由中间空气冷却器10导入至进气歧管12。导入至进 气歧管12的空气通过设置在各气缸上的迸气阀(未图示)开阀而经 由进气口 (未图示)进入发动机l的各气缸中。在压缩机8a的上游 侧的进气通路6中，设置用于检测进入发动机1的空气流量的进气量 传感器14。
另一方面，由于排气阀(图1未示出)开阀而从发动机1的各 气缸排出排气的排气口 (未图示)，经由排气歧管16与排气管18 连接。在排气歧管16和进气歧管12之间设置EGR通路22，其经由 EGR阀20连通排气歧管16和进气歧管12。
在排气管18中安装涡轮增压器8的涡轮8b，该排气管18与排 气后处理装置24连接。涡轮8b的旋转轴与压縮机8a的旋转轴机械 连结，承受在排气管18内流动的排气的涡轮8b驱动压縮机8a。
排气后处理装置24具有上游侧壳体26和下游侧壳体30，该下 游侧壳体30利用通路28与上游侧壳体26的下游侧连通。在上游侧 壳体26内，收容前段氧化催化剂32，同时在该前段氧化催化剂32 的下游侧收容微粒过滤器(下面称为过滤器)34。过滤器34通过捕 捉排气中的微粒而净化发动机1的排气。
前段氧化催化剂32使排气中的N0 (—氧化氮)氧化而生成N02 (二氧化氮)。由于前段氧化催化剂32配置在过滤器34的上游侧， 从而由前段氧化催化剂32生成的N02流入过滤器34中。在过滤器34 中被捕捉而堆积的微粒，与从前段氧化催化剂32供给的N02反应而 被氧化，由此进行过滤器34的连续再生。另一方面，在下游侧壳体30内，收容氨选择还原型NOx催化剂 (下面称为SCR催化剂)36，其吸附排气中的氨，将氨作为还原剂而 选择还原排气中的N0x,从而净化排气。在SCR催化剂36的下游侧 收容后段氧化催化剂38，其用于将从SCR催化剂36流出的氨从排气 中去除。该后段氧化催化剂38还具有下述功能将在后述的过滤器 34的强制再生中微粒燃烧时生成的C0 (—氧化碳)氧化为C02 (二氧 化碳)，向大气中排出。
另外，在通路28中设置尿素水喷射器40，其向通路28内的排 气中喷射供给尿素水。从存储尿素水的尿素水储存罐42经由未图示 的供给泵向尿素水喷射器40供给尿素水。被供给的尿素水随着尿素 水喷射器40的开闭而由尿素水喷射器40向通路28内的排气中喷射。
由尿素水喷射器40喷射的雾状的尿素水，利用排气热量而加水 分解，生成氨。生成的氨与排气一起供给至SCR催化剂36。 SCR催化 剂36.吸附被供给的氨，促进氨与排气中的NOx之间的脱硝反应。由 此，排气中的N0x被还原而变换为无害的N2等。另外，在氨未与N0x 反应而从SCR催化剂36流出的情况下，该氨由后段氧化催化剂38 从排气中去除。
在下游侧壳体30内的SCR催化剂36的上游侧，设置入口侧温 度传感器44，其检测SCR催化剂36的入口侧的排气温度。
在发动机1中设置用于切换设置在各气缸上的排气阀的开闭定 时的阀定时切换机构(在图1中未图示)。该阀定时切换机构在后面 详细叙述，阀定时切换机构的构成为，通过控制动作油的供给而切换 排气阀的开闭定时。图1所示的动作油控制阀46，是为了控制向该 阀定时切换机构供给的动作油而设置的。
在如上述构成的发动机系统中设置ECU (控制单元)48，以用于 进行包括发动机1的运行控制在内的集中控制。ECU 48由CPU、存储 器、计时器等构成，进行各种控制量的运算，同时基于该控制量控制 与ECU 48连接的各种设备的控制。
在ECU48的输入侧，为了收集各种控制所需的信息，除了上述 进气流量传感器14、入口侧温度传感器44之外，还连接检测发动机1的冷却水温度的水温传感器50、检测发动机1的转速的转速传感器
52、及检测未图示的加速器踏板的踏入量的加速器开度传感器54等 各种传感器类。
另一方面，ECU 48的输出侧与基于运算出的控制量进行控制的 各气缸的喷油器4、 EGR阀20、尿i水喷射器40及动作油控制阀46 等的各种设备类连接。
ECU 48进行燃料供给控制，该燃料供给控制用于运算向发动机 1的各气缸供给的燃料量，并基于运算出的燃料供给量而控制喷油器 4。发动机1运行所需的燃料供给量(主喷射量)，基于由转速传感 器52检测出的发动机1的转速和由加速器开度传感器54检测出的加 速器开度，从预先存储的对应图中读取而决定。供给至各气缸的燃料 的量由喷油器4的开阀时间调整。ECU 48以与所决定的燃料量对应 的驱动时间将各喷油器开阀，由此向各气缸进行燃料的主喷射。其结 果，供给发动机1运行所需量的燃料。
ECU 48除了上述燃料供给控制之外，还进行用于使过滤器34 强制再生而恢复功能的强制再生控制。
在过滤器34中堆积的微粒，如上述所示通过使用从前段氧化催 化剂32供给的N02的连续再生而被氧化去除。但是，存在仅利用上 述连续再生无法充分去除堆积在过滤器34中的微粒的情况。如果该 状态持续，则过滤器34内微粒过度堆积，过滤器34有可能产生堵塞。 因此，ECU48通过与过滤器34中的微粒堆积状况对应，适当地使过 滤器34的温度上升而进行强制再生，从而维持过滤器34的排气净化 功能。
微粒的堆积状况基于过滤器34的上游侧及下游侧的差压及进气 量传感器14的检测值等推定。ECU 48在判断过滤器34的微粒堆积 量达到规定量时，开始强制再生控制。在强制再生控制中，ECU 48 通过控制喷油器4而进行燃料的后喷射，从而向排气中供给HC (碳 化氢)。由此，通过被供给的HC在前段氧化催化剂32中的氧化反应， 流入过滤器34中的排气的温度上升。通过上述排气温度的上升，堆 积在过滤器34中的微粒被焚烧。ECU 48还进行尿素水供给控制，该尿素水供给控制用于适当地 调整来自尿素水喷射器40的尿素水供给量，良好地维持SCR催化剂 36的排气净化功能。在尿素水供给控制中，ECU 48求出为了选择还 原排气中的NOx而所需的尿素水的目标供给量，基于该目标供给量控 制尿素水喷射器40。由此，从尿素水喷射器40向SCR催化剂36的 上游侧的排气中供给尿素水。
从尿素水喷射器40喷射的尿素水如上述所示，利用排气热量加 水分解，其结果，生成的氨向SCR催化剂36供给。SCR催化剂36通 过吸附被供给的氨，促进氨与排气中的NOx之间的脱硝反应，从而将 NOx还原而净化排气。
为了使上述过滤器34的强制再生及由SCR催化剂36进行的NOx 的选择还原良好地进行，必须使前段氧化催化剂32或SCR催化剂36 活化。并且，在由SCR催化剂36进行的N0x的选择还原中，为了向 SCR催化剂36供给适当量的氨，必须使从尿素水喷射器40向排气中 供给的尿素水利用排气热量良好地加水分解。因此，发动机1的排气 温度必须上升至可以使前段氧化催化剂32或SCR催化剂36活化的温 度。
因此，在本实施方式的控制装置中，在排气温度没有达到上述 温度的发动机1的运行状态的情况下，通过变更排气阀的开闭定时， 使排气温度升温。
下面，基于图2至图7详细说明为了如上述变更排气阀的开闭 定时而设置在各气缸上的阀定时切换机构56的结构。
图2是表示构成阀定时切换机构56的第1摆臂58和第2摆臂 60组装前的状态的俯视图。另外，图3是阀定时切换机构56的俯视 图，图4是表示组装后的第2摆臂60的侧视图。
在发动机1的各气缸中，分别被摆臂轴62可摆动地支撑的第1 摆臂58和第2摆臂60相互邻接地设置。在第l摆臂58上设置摆臂 轴62插入的轴套部64，第1摆臂58经由轴套部64被摆臂轴62轴 支撑。另外，从第1摆臂58的轴套部64向摆臂轴62的轴线方向凸 出而使摆臂轴62贯穿的轴部66，插入至第2摆臂60的轴套部68内。由此，第2摆臂60被第1摆臂58的轴部66轴支撑，第2摆臂可相 对于摆臂轴62摆动。
在向第1摆臂58的长度方向的一侧延伸的臂部70的端部上， 可自由旋转地安装与第1凸轮72抵接的滚轮74。另一方面，在与臂 部70的延伸设置方向相反的方向上延伸的臂部76的端部上，连结排 气阀78的阀轴。第1摆臂58的滚轮74承受阀弹簧(未图示)的预 紧力而向第1凸轮72按压，该阀弹簧设置在与第1摆臂58的臂部 76连结的排气阀78上。
另外，在从第2摆臂60的轴套部68向与第1摆臂58的臂部70 相同方向延伸的臂部80的端部上，可自由旋转地安装滚轮84，其与 具有与第1凸轮72不同的凸轮轮廓的第2凸轮82抵接。第2摆臂 60，利用与在轴套部68的上部形成的厚壁部86的端部卡合的回位弹 簧88，向将滚轮84向第2凸轮82按压的方向预紧。
在第1摆臂58的轴套部64上，形成缸体部90，其具有相对于 摆臂轴62的轴线呈大致直角方向的轴线。在该缸体部90中可滑动地 安装动作活塞92。动作活塞92经由如后述所示在摆臂轴62的内部 形成的油路94，承受向形成于动作活塞92下方的油室96供给的动 作油的油压而被驱动。动作活塞92在不向油室96供给动作油即非驱 动时，被回位弹簧98按压，如图5所示位于缸体部90的下部。另一 方面，如果向油室96供给动作油，则动作活塞92利用动作油的油压 抵抗回位弹簧98，如图6所示向缸体部90的上部移动。
在动作活塞92上，如图5及图6所示，形成由深槽部100及浅 槽部102构成的卡合槽104。与该卡合槽104对应，在第1摆臂58 的臂部70的上方，卡合凸起106从第2摆臂60向第1摆臂58侧凸 出，同时向动作活塞92延伸设置。
该卡合凸起106如图6所示，在向油室96供给动作油而动作活 塞92位于缸体部90的上部时，随着由第2凸轮82驱动的第2摆臂 60的摆动而进入动作活塞92的浅槽部102中，与动作活塞92在摆 动方向上抵接。这样，通过卡合凸起106与动作活塞92抵接，第2 摆臂60的摆动传递至第1摆臂58。另一方面，如图5所示，在不向油室96供给动作油而动作活塞 92位于缸体部90的下部时，随着由第2凸轮82驱动的第2摆臂60 的摆动，卡合凸起106进入动作活塞92的深槽部100内。此时，卡 合凸起106不与动作活塞92抵接，第2摆臂60的摆动不向第l摆臂 58传递。
另外，向油室96供给动作油及从油室96排出动作油，是通过 如上述所示由ECU 48控制动作油控制阀46而进行的。
第1凸轮72及第2凸轮82的凸轮轮廓设定为，使得由第l凸 轮72得到的排气阀78的升程量始终小于由第2凸轮82得到的排气 阀78的升程量。由此，在如上述所示通过向油室96供给动作油，卡 合凸起106与位于缸体部90上部的动作活塞92抵接，从而第2摆臂 60的摆动传递至第1摆臂58的情况下，第1摆臂58按照第2摆臂 82的凸轮轮廓而摆动，从而进行排气阀78的开闭。
另一方面，在不向油室96供给动作油而动作活塞92位于缸体 部90的下部时，由于如上述所示第2摆臂60的摆动不向第1摆臂 58传递，所以排气阀78利用按照第1凸轮72的凸轮轮廓摆动的第1 摆臂58开闭。
在本实施方式中，第1凸轮72及第2凸轮82的凸轮轮廓分别 设定为，使得在由各个凸轮驱动排气阀78的情况下的升程量及基于 曲柄角的开闭定时，成为图7所示的特性。
即，在图7中，曲线EX1示出由第1凸轮72的凸轮轮廓得到的 排气阀78的升程量及开闭定时(第1开闭定时)。另外，曲线EX2 示出由第2凸轮78的凸轮轮廓得到的排气阀78的升程量及开闭定时 (第2开闭定时)。另外，图7中的曲线IN表示与排气阀78组合使
用的进气阀的升程量及开闭定时。
如图7的曲线EX2所示，在利用第2凸轮对排气阀78进行开闭 的情况下，排气阀78的开阀开始定时早于膨胀行程的下死点(BDC)， 另外闭阀完成定时晚于进气阔的开阀开始定时。另外，排气阀78的 开阀期间的一部分与进气阀的开阀期间重叠。该第2凸轮82的特性， 与不具有阀定时切换机构的通常柴油发动机中使用的排气阀驱动用的凸轮特性相同。
与其相对，在由第1凸轮72对排气阀78进行开闭的情况下， 如图7的曲线EX1所示，排气阀78的开阀开始定时与膨胀行程中的 下死点(BDC)相比，位于以曲柄角A(。)滞后的滞后角侧。另夕卜， 从该BDC开始的滞后角量A由于后述的理由而设定为40至70°的规 定曲柄角。另外，排气阀78的开阀期间的一部分，与进气阀的开阀 期间重叠，排气阀78的闭阀完成定时与第2凸轮82的情况下的排气 阔78的闭阀完成定时大致一致。
由此，排气阀78的开阀开始定时，比由第2凸轮82对排气阀 78进行开闭的情况下的开阔开始定时大幅滞后。但是，在由第1凸 轮72对排气阀78进行开闭的情况下的排气阀78的升程量Ll，设定 为第2凸轮82的情况下的排气阀78的升程量L2的1 / 5至1 / 3， 从而即使在由第1凸轮72对排气阀78进行开闭的情况下，排气阀 78的升程量的变化率也会成为适当范围的大小，使排气阀78的开闭 没有障碍地进行。
艮P，相对于由第2凸轮82进行的排气阀78的开闭，在使排气 阀78的闭阀完成定时大致一致而仅使开阀开始定时从BDC滞后40 至70°的角度的情况下，如果排气阀78的升程量仍然为L2，则排气 阀78的阀弹簧的容限负载会明显下降。因此，在排气阀78的动作中 产生排气阀78突变等问题。因此，为了防止上述问题，需要将排气 阀78的升程量Ll设定为第2凸轮82的情况下的排气阀78的升程量 的1 / 5至1 / 3。
下面，说明利用如上述构成的阀定时切换机构56进行的排气升温。
图8i表示在发动机1以中速中负载的恒定运行状态下运行， 通过变更第1凸轮72的凸轮轮廓，由第1凸轮72开闭的排气阀78 的开闭定时与由第2凸轮对排气阀78进行开闭这样的通常的排气阔 78的开闭定时相比，仅将开阀开始定时逐渐滞后的情况下，空气过 剩率A及排气温度Tti相对于排气阀78的开阀开始定时的关系的曲 线图。在图8中，空气过剩率A由实线表示，排气温度Tti由点划线表示。另外，排气阀78的开阀开始定时由曲柄角表示，以BDC为0 ° ，分别将BDC的超前角侧的定时以正值表示，将滞后角侧的定时以 负值表示。另外，排气温度Tti是涡轮增压器8的涡轮8b的入口侧 的排气温度。
如图8所示可知，排气阀78的开阀开始定时越滞后，排气温度 Tti越上升。另外，通过将开阀开始定时设置为BDC后40° 、即一40 ° BBDC (Before Bottom Dead Center)的曲柄角，可以使排气温度 上升至大于或等于400° ，另一方面，空气过剩率入为2.3左右，确 保大于或等于1.5的值。这样，通过使排气阀78的开阀开始定时滞 后而排气温度上升，是因为下述理由。
在排气阔78的开阀开始定时滞后的情况下，通过活塞压縮气缸 内的气体从而各气缸的泵送损失增大。此时，ECU 48为了得到与由 加速器开度传感器54检测出的加速器开度对应的发动机输出，增加 从喷射器4向各气缸供给的燃料量，以补偿上述增大的泵送损失。由 此，其结果，从发动机l排出的排气温度上升。
另外，通过使排气阀78的开阀开始定时滞后，与由第2凸轮82 对排气阀78进行开闭的情况相比，气缸内的残留气体量增加，进入 气缸的新鲜空气量相应地减少。由此，传递由燃料燃烧而产生的热量 的新鲜空气量减少，由此排气温度上升。
在使排气阀78的开阀开始定时滞后的情况下，空气过剩率入与 排气阀78的开阀开始定时的滞后角一起减少。此时，即使在开阀开 始定时成为BDC后7(T (-70° BBDC)的曲柄角的情况下，空气过剩 率入为2.0左右，也确保大于或等于1.5的值。这样，即使使排气阀 78的开阀开始定时滞后空气过剩率入也不会大幅度降低，是因为下 述理由。
即使在使排气阀78的开阀开始定时滞后的情况下，如上述所示， 排气阀78的开阀持续至排气阀78的开阀期间的一部分与进气阔的开 阀期间重叠的定时为止。因此，虽然由于排气阀78的开阀开始定时 的滞后化而气缸内的残留气体增加，但不会大幅增加。由此，新鲜空 气向气缸内的供给不会被残留气体较大地阻碍，新鲜空气的供给量不会较大地减少，可以确保充分的空气过剩率。
可知在空气过剩率A降低的情况下，如果该值小于1.5，则容易
产生黑烟。但是，在开阀开始定时为BDC后70°的曲柄角的情况下， 如上述所示，空气过剩率A为2.0左右，也确保大于或等于1.5的值。 因此，不会由于随着排气阀78的开阀开始定时的滞后化，空气过剩 率入减少，而导致产生黑烟。另外，此时排气温度进一步上升而大于 或等于50(TC。由此，通过将排气阀78的幵阀开始定时设定为BDC 后40至70°的规定曲柄角，可以一边将空气过剩率入维持为不产生 黑烟的值， 一边实现良好的排气升温。
另外，在如上述所示使排气阀78的开阀开始定时滞后的情况下， 与不滞后的情况相比，排气温度上升。因此，考虑发动机1的可靠性， 在本实施方式中，在ECU 48中设置下述功能在排气温度超过预先 设定的最高排气温度的情况下，中断来自喷射器4的燃料喷射，防止 排气温度过度上升。
图9是用于与本实施方式进行对比的图，其表示在如上述专利 文献1的装置所示，通过变更排气凸轮轴相对于曲轴的相位，在开阀 期间恒定的情况下使排气阀的开闭定时可变，从而使排气阀的开阀开 始定时提前的情况下，与图8相同地，空气过剩率入及排气温度Tti 相对于排气阔的开阀开始定时的关系的曲线图。
如图9所示可知，在使排气阀的开阀开始定时及闭阀完成定时 同时提前的情况下，排气温度Tti随着阀门开始定时的提前而上升， 但与其对应，空气过剩率入大幅降低。这样空气过剩率入降低，是由 于下述理由。
在此情况下，由于在排气阀的开阀开始定时提前的同时，闭阀 完成定时也提前，所以在进气阀开阀之前排气阀闭阀。因此，由于在 气缸内残留大量气体，所以新鲜空气向气缸内的进入被较大地阻碍， 空气过剩率A大幅降低。
由于如上所述产生空气过剩率A的大幅降低，所以如果排气温 度升温至60(TC，则空气过剩率入降低至1.3 1.4左右，会产生大 量的黑烟。与其相对，在本实施方式中，在不会如上述所示由空气过剩率 入的降低导致产生黑烟的情况下，可以良好地使排气升温。由此，可 知本实施方式的控制装置与上述图9所示的对比例相比非常优异。
使用如上述所示的阀定时切换机构56， ECU 48与发动机1的运 行状态对应而进行排气升温控制。该排气升温控制，基于图10的流 程图，以规定的控制周期在发动机1的运行中反复执行。
如果开始排气升温控制，则首先在步骤S1中，ECU48基于水温 传感器50的检测值判定发动机1是否处于冷态运行状态。即，在水 温传感器50检测出的发动机1的冷却水温度小于规定水温的情况下， ECU 48判定发动机1处于冷态运行状态。在经由动作油控制阀46向 阀定时切换机构56供给的动作油的温度较低的情况下，由于动作油 的粘度较高，所以有可能阀定时切换机构56无法良好地动作。因此， 基于成为阀定时切换机构56可以良好地动作的动作油的温度下限的 规定油温，预先求出并设定规定水温。由此，ECU 48根据判定水温 传感器50的检测值小于规定水温，判定发动机1位于动作油的温度 未达到规定油温的冷态运行状态，使处理进入步骤S2。
在步骤S2中，ECU48为了选择第1凸轮72作为驱动排气阀78 的凸轮，控制动作油控制阀46，以使其不向阀定时切换机构56供给 动作油，结束该控制周期。在阀定时切换机构56中，通过不进行动 作油的供给，如上述所示第1摆臂58的动作活塞92位于缸体部90 的下部。因此，第2摆臂60的卡合凸起106进入动作活塞92的深槽 部100内，卡合凸起106不与动作活塞92抵接。因此，第2摆臂60 的摆动不传递至第1摆臂58。由此，第1摆臂58被第1凸轮72驱 动，按照第1凸轮72的凸轮轮廓而排气阀78开闭。其结果，如上述 所示，排气阀78的开阀开始定时滞后为BDC后40至70°的规定曲 柄角，进行排气的升温。
在下一个控制周期以后，只要在步骤S1中判定发动机l处于冷 态运行状态，则ECU48使处理进入步骤S2。由此，如上述所示，通 过使排气阀78利用第1凸轮72开闭而持续进行排气升温。
在发动机1位于冷态运行状态的情况下，通常排气后处理装置24的温度也降低。在发动机1位于冷态运行状态的情况下，通过如
上述所示进行排气升温，可以使前段氧化催化剂32、 SCR催化剂36 及后段氧化催化剂38尽快活化。另外，由于过滤器34的温度也迅速 上升，所以可以尽快开始过滤器34的循环再生。并且，如上述所示， 在进行上述排气升温时，可以良好地抑制黑烟的产生。
另外，在判定发动机1位于冷态运行状态的情况下，即ECU 48
判定动作油的温度未达到规定油温的情况下，不供给动作油而利用第 1凸轮72进行排气阀的开闭。由此，可以以不会由于低温的动作油 导致阀定时切换机构56的动作不稳定的方式，进行排气升温。
通过发动机1进行暖机运行，发动机1的冷却水温上升。在步 骤Sl中，在ECU 48判定水温传感器50的检测值大于或等于规定水 温、即发动机1不处于冷机运行状态的情况下，判定动作油的温度达 到可以使阀定时切换机构56稳定动作的规定油温。在此情况下，ECU 48使处理进入步骤S3。
在步骤S3中，ECU 48判定入口侧温度传感器44检测出的排气 温度Tex是否大于或等于规定排气温度Ts。该规定排气温度Ts，是 基于以SCR催化剂36为首的前段氧化催化剂32及后段氧化催化剂 38可以活化的温度而设定的，在ECU 48判定排气温度Tex大于或等 于规定排气温度Ts的情况下，排气温度达到可以使上述SCR催化剂 36、前段氧化催化剂32及后段氧化催化剂38活化的温度。
由此，在步骤S3中，在ECU 48判定排气温度Tex小于规定排 气温度Ts的情况下，排气温度未达到可以使上述各催化剂活化的温 度。由此，ECU 48使处理进入步骤S2而选择由第1凸轮72进行的 排气阀78的开闭，结束该控制周期。由此，如上述所示进行排气升 温。
在下一个控制周期以后，只要在步骤S1中判定发动机1未处于 冷态运行状态后，在步骤S3中判定排气温度Tex未达到规定排气温 度Ts， ECU48就使处理进入步骤S2。其结果，如上述所示，通过使 排气阀78利用第1凸轮72开闭而持续进行排气升温。
由此，即使在发动机1离开冷态运行状态后，在排气温度未上升至可以使上述各催化剂活化的温度的情况下，或者由于运行状态的 变化而排气温度降低，下降至低于可以使上述各催化剂活化的温度的
情况下，通过排气阀78利用第1凸轮72开闭而进行排气升温。由此，
可以迅速升温至可以使上述各催化剂活化的温度。
另一方面，在步骤S3中，判定排气温度Tex大于或等于规定排 气温度Ts的情况下，ECU48使处理进入步骤S4。在步骤S4中，ECU 48基于由转速传感器52检测出的发动机转速及由加速器开度传感器 54检测出的加速器开度，判定车辆是否处于减速运行状态。
在车辆的减速运行状态下，发动机1也成为减速运行状态，发 动机1成为低负载运行状态，或者来自喷射器4的燃料喷射停止。因 此，从发动机1排出的排气温度降低，将温度降低后的排气向排气后 处理装置24供给。
因此，在步骤S4中ECU 48判定车辆处于减速运行状态的情况 下，发动机1处于排气温度降低的运行状态，ECU 48使处理进入步 骤S2。在步骤S2中，ECU 48选择如上述所示由第1凸轮72进行的 排气阀78的开闭，结束该控制周期。在下一个控制周期以后，在步骤S1中判定发动机1未处于冷态 运行状态，同时在步骤S3中判定排气温度Tex大于规定排气温度Ts 后，只要在步骤S4中判定车辆处于减速运行状态，则ECU48使处理 进入步骤S4。其结果，如上述所示，排气阀78利用第1凸轮72开 闭。
如果选择由第1凸轮72进行排气阀78的开闭，则如上述所示， 排气阀78的开阀开始定时滞后。由此，与由第2凸轮82对排气阀 78进行开闭的情况相比，气缸内的残留气体量增加，新鲜空气进入 气缸内的量相应地减少。由此，向排气后处理装置24供给的排气量 减少，可以抑制排气后处理装置24的温度降低。
另外，通过像这样在减速运行时，选择由第1凸轮72进行的排 气阀78的开闭，从而排气阀的开阀开始定时滞后。因此，活塞通过 压缩气缸内的气体而泵送损失增大。由此，在减速运行时，可以得到 由泵送损失的增大而产生的发动机制动效果。另一方面，在步骤S4中判定车辆不处于减速运行状态的情况下，
ECU 48使处理进入步骤S5。在步骤S5中，ECU 48选择由第2凸轮 82进行排气阀78的开闭，结束该控制周期。由此，'不进行如上述所 示的通过阀门开闭定时的滞后化进行的排气升温，发动机1进行正常 运行。
如上述所示，ECU 48通过进行排气升温控制，在发动机1的冷 态运行时或排气温度Tex未达到规定排气温度Ts时，利用第1凸轮 72进行排气阀78的开闭，通过使排气阔78的开阀开始定时滞后， 可以使排气温度迅速上升。
特别在发动机1的冷态运行时，阀定时切换机构56用的动作油 的温度较低，动作油的粘度变高。在此状态下，如果供给动作油而切 换阀定时切换机构56的动作，则有可能妨碍阔定时切换机构56的稳 定的动作。但是，在本实施方式中，在水温传感器50检测出的冷却 水温大于或等于规定水温而动作油的温度上升至大于或等于规定油 温之前，禁止从利用第1凸轮72进行排气阀78的开闭向利用第2 凸轮82进行排气阀78的开闭切换。此时，由于在利用第1凸轮72 进行排气阀78的开闭过程中不需要供给动作油，所以在发动机1的 冷态运行时，可以使阀定时切换机构56稳定地动作。
并且，在发动机l的冷态运行时，如上述所示利用第1凸轮72 进行排气阀78的开闭时，如上述所示，排气阀78持续开阀，直至排 气阀78的开阀期间的一部分与进气阀的开阀期间重叠的定时。由此， 由于新鲜空气向气缸内的供给不会被残留气体较大地妨碍，所以新鲜 空气的进入量不会大幅减少。由此，在此状态下，即使在发动机1 转换至高负载运行状态下的情况下，排气温度也不会过度上升。
另外，在车辆的减速运行时，也利用第1凸轮72进行排气阀78 的开闭，使排气阀78的开阀开始定时滞后。由此，由于向排气后处 理装置24供给的排气量减少，所以可以良好地抑制排气后处理装置 24的温度降低，同时得到发动机制动效果。
以上结束说明本发明的一个实施方式所涉及的柴油发动机的控 制装置，但本发明并不限于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，作为排气后处理装置24，使用具有
前段氧化催化剂32、过滤器34、 SCR催化剂36及后段氧化催化剂38 的装置。但排气后处理装置24的结构并不限于此，可以根据需要变 更。即，只要是具有由于排气温度降低而有可能使排气净化功能无法 充分发挥的排气后处理装置的柴油发动机，通过应用本发明就可以得 到相同的效果。
另外，在上述实施方式中，在排气升温控制的步骤S4中，通过 判定车辆处于减速运行状态，ECU 48判定发动机1处于排气温度较 低的运行状态，选择由第1凸轮72进行排气阀78的开闭。但是，发 动机1是否位于排气温度较低的运行状态的判定并不限于此。例如， 也可以在发动机1自身处于减速运行状态时，或者在发动机1处于规 定的低速低负载运行状态时，ECU 48判定发动机1处于排气温度较 低的运行状态。
另外，.发动机1是否处于减速运行状态的判定，例如可以如上 述所示，基于由转速传感器52检测出的发动机转速而进行，也可以 基于向发动机1的燃料供给状态而进行。另外，也可以通过预先试验 而掌握成为使排气后处理装置的排气净化功能下降的排气温度的负 载或转速，基于这些负载及转速，ECU 48判定上述规定的低速低负 载运行状态。
并且，在如上述实施方式所示判定车辆是否处于减速运行状态 的情况下，判定方法并不限于上述实施方式的方法。例如，也可以基 于车辆的行驶速度的变化率、或由车辆的驾驶者进行的减速操作，判 定车辆是否处于减速运行状态。
另外，在上述实施方式中，使用具有由第1凸轮72驱动的第1 摆臂58、和由第2凸轮驱动的第2摆臂60的阀定时切换机构56。并 且，阀定时切换机构56构成为，通过切换从第2摆臂60向第1摆臂 58的摆动的传递及传递的断开，使排气阀78的开闭定时变更。但是, 阀定时切换机构56的构成并不限于此。即，只要是可以切换本发明 中的第1开闭定时和第2开闭定时的结构即可。
另外，在上述实施方式中，基于由水温传感器50检测出的发动机1的冷却水温，ECU 48判定发动机1的冷态运行状态。但是，冷
态运行状态的判定方法并不限于此。例如，也可以基于在阀定时切换
机构56中使用的动作油的温度或发动机1的气缸单元的温度，判定 发动机1的冷态运行状态。
权利要求
1. 一种柴油发动机的控制装置，其特征在于，具有阀定时切换机构(56)，其可以将柴油发动机(1)的排气阀(78)的开闭定时，选择性地切换为第1开闭定时和第2开闭定时中的某一个；排气后处理装置(24)，其对从上述柴油发动机(1)排出的排气进行净化；以及控制单元(48)，其控制上述阀定时切换机构(56)，以使得至少在预先规定的上述柴油发动机(1)冷态运行时，利用上述第1开闭定时使排气阀(78)开闭，上述第1开闭定时设定为，上述排气阀(78)的开阀期间的一部分和与上述排气阀(78)同一气缸的进气阀的开阀期间重叠，同时上述排气阀(78)的开阀开始定时位于上述气缸膨胀行程中的活塞下死点的滞后角侧，上述第2开闭定时设定为，上述排气阀(78)的开阀开始定时位于上述第1开闭定时的开阀开始定时的超前角侧。
2. 根据权利要求1所述的柴油发动机的控制装置，其特征在于， 上述第1开闭定时中的上述排气阀(78)的开阀开始定时，设定为上述活塞下死点之后的40至70°的规定曲柄角。
3. 根据权利要求l所述的柴油发动机的控制装置，其特征在于， 上述阀定时切换机构(56)，在供给动作油时使上述排气阀(78)的开闭定时成为上述第2开闭定时，另一方面，在未供给上述动作油 时使上述排气阀(78)的开闭定时成为上述第1开闭定时。
4. 根据权利要求3所述的柴油发动机的控制装置，其特征在于， 上述控制单元(48)，在控制上述阀定时切换机构(56)以使得上述排气阀(78)的开闭定时成为上述第1开闭定时时，在判定上述动作油的温度上升至大于或等于规定油温之前，禁止由上述阀定时切换机构(56)将上述排气阀(78)的开闭定时从上述第1开闭定时 向上述第2开闭定时切换。
5. 根据权利要求l所述的柴油发动机的控制装置，其特征在于， 上述控制单元(48)，在判断上述柴油发动机(1)处于预先设定的运行状态、即导致上述排气的温度下降的运转状态的情况下，控 制上述阀定时切换机构(56)，使得上述排气阀(78)的开闭定时成 为上述第1开闭定时。
6. 根据权利要求5所述的柴油发动机的控制装置，其特征在于， 上述柴油发动机(1)作为动力源搭载于车辆上， 上述控制单元(48)在上述车辆处于减速运行状态的情况下，判断上述柴油发动机(1)处于上述预先设定的运行状态。
7. 根据权利要求5所述的柴油发动机的控制装置，其特征在于， 上述控制单元(48)在上述柴油发动机(1)处于减速运行状态的情况下，判定上述柴油发动机(1)处于上述预先设定的运行状态。
8. 根据权利要求5所述的柴油发动机的控制装置，其特征在于， 上述控制单元(48)在上述柴油发动机(1)处于规定的低速低负载运行状态的情况下，判定上述柴油发动机(1)处于上述预先设 定的运行状态。
9. 根据权利要求5所述的柴油发动机的控制装置，其特征在于， 上述控制单元(48)在上述柴油发动机(1)的排气温度小于规定排气温度的情况下，判定上述柴油发动机(1)处于上述预先设定 的运行状态。
全文摘要
本发明提供一种柴油发动机的控制装置。该柴油发动机(1)的控制装置具有阀定时切换机构(56)，其可以将排气阀(78)的开闭定时，选择性地切换为第1开闭定时和第2开闭定时中的某一个。第1开闭定时中，排气阀(78)的开阀期间的一部分与进气阀的开阀期间重叠，同时排气阀(78)的开阀开始定时设定在膨胀行程中的活塞下死点的滞后角侧。第2开闭定时中，排气阀(78)的开阀开始定时设定为第1开闭定时的开阀开始定时的超前角侧。ECU(48)控制阀定时切换机构(56)，以使得至少在预先规定的柴油发动机(1)冷态运行时，利用第1开闭定时使排气阀(78)开闭。
文档编号F02D13/02GK101418725SQ20081017322
公开日2009年4月29日 申请日期2008年10月24日 优先权日2007年10月25日
发明者醍醐康德 申请人:三菱扶桑卡客车株式会社