特許 6848346 内燃機関の制御装置、及び内燃機関システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6848346

(24)【登録日】2021年3月8日

(45)【発行日】2021年3月24日

(54)【発明の名称】内燃機関の制御装置、及び内燃機関システム

(51)【国際特許分類】

   F02D 13/02 20060101AFI20210315BHJP

   F01N 3/18 20060101ALI20210315BHJP

【ＦＩ】

   F02D13/02 H

   F01N3/18 D

【請求項の数】4

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-211670(P2016-211670)

(22)【出願日】2016年10月28日

(65)【公開番号】特開2018-71422(P2018-71422A)

(43)【公開日】2018年5月10日

【審査請求日】2019年9月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001368

【氏名又は名称】清流国際特許業務法人

(74)【代理人】

【識別番号】100129252

【弁理士】

【氏名又は名称】昼間 孝良

(74)【代理人】

【識別番号】100155033

【弁理士】

【氏名又は名称】境澤 正夫

(74)【代理人】

【識別番号】100163061

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 祐樹

(72)【発明者】

【氏名】山本 和成

【審査官】 戸田 耕太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−０９４３３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５２５６５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２０１１２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０５００４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１８４６８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１７９３２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０９０３３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１４８３０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｄ １３／０２

Ｆ０１Ｎ ３／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の排気後処理装置の暖機運転の時において、排気行程で開閉させる前記内燃機関の排気バルブを上死点の前に閉じ終え、前記排気行程の次の吸気行程で開閉させる前記内燃機関の吸気バルブを前記上死点よりも後に開き始め、さらに、前記上死点の前に閉じた前記排気バルブを前記上死点以後から前記吸気バルブが開き始めるまでの間に再び開閉させる制御処理を実行する吸排気バルブ開閉制御部を備える内燃機関の制御装置。

【請求項2】

前記吸排気バルブ開閉制御部は、再び開閉させる前記排気バルブの最大の開口面積を排気行程で開閉させる前記排気バルブの最大の開口面積よりも小さくする請求項１記載の内燃機関の制御装置。

【請求項3】

前記排気後処理装置の暖機運転よりも前に実行される前記内燃機関の暖機運転の時において、排気行程で開閉させる前記排気バルブの開弁時期及び閉弁時期を予め設定された基準値よりも進角させる制御処理を実行する排気バルブ進角制御部をさらに備え、前記内燃機関の暖機運転の時において、排気行程で開閉させる前記排気バルブが上死点の前に閉じ終わってから前記吸気バルブが開き始める請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。

【請求項4】

内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路に配置された排気後処理装置と、
前記内燃機関の制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記内燃機関の前記排気後処理装置の暖機運転の時において、排気行程で開閉させる前記内燃機関の排気バルブを上死点の前に閉じ終え、前記排気行程の次の吸気行程で開閉させる前記内燃機関の吸気バルブを前記上死点よりも後に開き始め、さらに、前記上死点の前に閉じた前記排気バルブを前記上死点以後から前記吸気バルブが開き始めるまでの間で再び開閉させる制御処理を実行する吸排気バルブ開閉制御部を有する内燃機関システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の制御装置、及び内燃機関システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、排気中のＮＯｘを処理する排気後処理装置を備える内燃機関システムが知られている（例えば特許文献１参照）。具体的には特許文献１には、ディーゼル機関の排気通路に、排気後処理装置としての尿素ＳＣＲ装置を備える内燃機関システムが開示されている。一般に、このような内燃機関システムにおいて、例えば内燃機関の始動直後のように内燃機関が低温の場合には、内燃機関の暖機運転を実行して内燃機関を昇温させている。また、この内燃機関の暖機運転終了後には、排気後処理装置の暖機運転を行って排気後処理装置を昇温させている。

【0003】

なお、本発明に関連する他の文献として特許文献２が挙げられる。この特許文献２には、可変動弁機構（開閉タイミング設定機構）を用いて排気バルブ及び吸気バルブの開閉時期を変更する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−２１７３５１号公報

【特許文献2】特開２０００−２７４２４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、排気後処理装置の昇温を促進させることができれば、排気後処理装置の性能を早期に発揮させることができる。しかしながら、上述したような従来の技術では、排気後処理装置の昇温を促進させることは困難である。

【0006】

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気後処理装置の昇温を促進させることができる内燃機関の制御装置、及び内燃機関システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の目的を達成するための本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気後処理装置の暖機運転の時において、排気行程で開閉させる前記内燃機関の排気バルブを上死点の前に閉じ終え、前記排気行程の次の吸気行程で開閉させる前記内燃機関の吸気バルブを前記上死点よりも後に開き始め、さらに、前記上死点の前に閉じた前記排気バルブを前記上死点以後から前記吸気バルブが開き始めるまでの間に再び開閉させる制御処理を実行する吸排気バルブ開閉制御部を備えている。

【0008】

本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、内燃機関の排気後処理装置の暖機運転時において、排気バルブが排気行程で１回開閉した後に再び開閉してから吸気バルブが開閉するので、排気行程における１回目の排気バルブの開閉後に筒内に残留したガス（残留ガス）が吸気行程における吸気バルブの開弁によって吸気通路側に吹き返されることを抑制できるとともに、この残留ガスを２回目の排気バルブの開弁によって、排気通路側へ排出することができる。この排気通路側へ排出された残留ガスの分だけ、排気流量を増大させることができるので、排気後処理装置に流入する排気熱量を増大させることができる。これにより、排気後処理装置の昇温を促進させることができる。

【0009】

また上記構成において、前記吸排気バルブ開閉制御部は、前記上死点から開く前記排気バルブの最大の開口面積を排気行程で開閉させる前記排気バルブの最大の開口面積よりも小さくする構成とすることができる。

【0010】

また上記構成は、前記排気後処理装置の暖機運転よりも前に実行される前記内燃機関の暖機運転の時において、排気行程で開閉させる前記排気バルブの開弁時期及び閉弁時期を予め設定された基準値よりも進角させる制御処理を実行する排気バルブ進角制御部をさらに備え、前記内燃機関の暖機運転の時において、排気行程で開閉する前記排気バルブが上死点の前に閉じ終わってから前記吸気バルブが開き始める構成とすることができる。

【0011】

この構成によれば、内燃機関の暖機運転時において排気バルブの開弁時期及び閉弁時期が進角することで、内燃機関の筒内に排気を多く残留させることができる（すなわち、残留ガスを増加させることができる）。これにより、この増加した残留ガスを排気行程で一度圧縮して高温・高圧状態にして残留ガスの内部エネルギを増加させることができ、この内部エネルギの増加した残留ガスを次の吸気行程で一旦、吸気側に放出させることができる。この結果、この内部エネルギの増加した残留ガスと、新気とを吸気行程で筒内に導入させることができるので、筒内に導入される吸気の温度を上昇させることができる。これにより、筒内のガスから内燃機関に伝達する熱量が増加するので、内燃機関の昇温を促進させて、内燃機関の暖機運転時間を短縮することができる。

【0012】

上記の目的を達成するための本発明に係る内燃機関システムは、内燃機関と、前記内燃機関の排気通路に配置された排気後処理装置と、前記内燃機関の制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記内燃機関の前記排気後処理装置の暖機運転の時において、排気行程で開閉させる前記内燃機関の排気バルブを上死点の前に閉じ終え、前記排気行程の次の吸気行程で開閉させる前記内燃機関の吸気バルブを前記上死点よりも後に開き始め、さらに、前記上死点の前に閉じた前記排気バルブを前記上死点以後から前記吸気バルブが開き始めるまでの間で再び開閉させる制御処理を実行する吸排気バルブ開閉制御部を有している。

【0013】

本発明に係る内燃機関システムによれば、内燃機関の排気後処理装置の暖機運転時において、内燃機関の排気バルブが排気行程で１回開閉した後に、再び開閉し、次いで内燃機関の吸気バルブが開閉するので、上述したのと同様の理由により、排気後処理装置に流入する排気熱量を増大させることができる。これにより、排気後処理装置の昇温を促進させることができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る内燃機関の制御装置及び内燃機関システムによれば、排気後処理装置の昇温を促進させることができる。また、このように排気後処理装置の昇温を促進させることができるので、排気後処理装置の性能を早期に発揮させることができる。また、排気後処理装置の暖機運転時間を短縮することもできる。これにより、内燃機関の燃費を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１（ａ）は実施形態に係る内燃機関システムの全体構成を模式的に示す概略図である。図１（ｂ）は実施形態に係る内燃機関の構成を説明するための概略図である。

【図2】内燃機関の暖機運転時において制御装置が実行するフローチャートの一例である。

【図3】通常時及び排気バルブ進角制御の実行後における吸気バルブ及び排気バルブのバルブ開口面積の変化を示す模式図である。

【図4】排気後処理装置の暖機運転時において制御装置が実行するフローチャートの一例である。

【図5】通常時及び排気後処理装置の暖機運転時における吸気バルブ及び排気バルブのバルブ開口面積の変化を示す模式図である。

【図6】通常時と内燃機関の暖機運転時と排気後処理装置の暖機運転時とにおける排気熱量を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施の形態に係る内燃機関１０の制御装置８０、及びこの制御装置８０を備える内燃機関システム１について図面を参照しつつ説明する。なお、図面に関しては、構成が分かり易いように実際の製品から寸法を変化させており、各部材、各部品の板厚や幅や長さなどの比率も必ずしも実際の製品の比率と一致しているとは限らない。

【0017】

図１（ａ）は、本実施形態に係る内燃機関システム１の全体構成を模式的に示す概略図である。この内燃機関システム１が搭載されている車両の具体的な種類は特に限定されるものではないが、本実施形態においてはバスやトラック等の大型車両を用いる。

【0018】

本実施形態に係る内燃機関システム１は、内燃機関１０、吸気通路（吸気マニホールド２０、吸気マニホールド２０の上流側端部に接続した吸気管２１）、排気通路（排気マニホールド３０、排気マニホールド３０の下流側端部に接続した排気管３１）、ＥＧＲシステム（ＥＧＲ通路４０、ＥＧＲバルブ４１及びＥＧＲクーラ４２）、排気浄化装置５０、排気後処理装置６０、可変動弁機構７０、及び制御装置８０を備えている。

【0019】

図１（ｂ）は内燃機関１０の構成を説明するための概略図である。内燃機関１０は、シリンダブロック１１と、シリンダブロック１１の上部に配置されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１に形成された気筒１３に配置されたピストン１４とを備えている。シリンダヘッド１２には、吸気が通過する吸気ポート１５と、排気が通過する排気ポート１６とが設けられている。また内燃機関１０は、吸気ポート１５を開閉する吸気バルブ１７と、排気ポート１６を開閉する排気バルブ１８とを備えるとともに、気筒１３に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１９を備えている。

【0020】

なお、内燃機関１０には、内燃機関１０を冷却するための冷却水が通過する冷却通路（図示せず）が設けられている。この冷却通路の具体的構成は特に限定されるものではないが、本実施形態に係る冷却通路は、シリンダブロック１１の各気筒１３の周辺部と、シリンダヘッド１２の吸気ポート１５及び排気ポート１６の周辺部とに設けられている。冷却水は、ウォーターポンプによって圧送されて、この冷却通路を流動しながら内燃機関１０を冷却する。

【0021】

なお、内燃機関１０の種類は特に限定されるものではないが、本実施形態では一例としてディーゼル機関を用いている。

【0022】

図１（ａ）に示すように、ＥＧＲ通路４０は、排気マニホールド３０と吸気マニホールド２０とを連通しており、排気通路の排気の一部を吸気通路へ導くための通路である。ＥＧＲ通路４０を通過する排気をＥＧＲガスと称する。ＥＧＲバルブ４１及びＥＧＲクーラ４２はＥＧＲ通路４０の途中に接続されている。ＥＧＲバルブ４１は制御装置８０の指示を受けて開閉作動することで、ＥＧＲガスの流量を調整する。ＥＧＲクーラ４２は制御装置８０の指示を受けて作動することで、ＥＧＲガスを冷却する。

【0023】

排気浄化装置５０は、排気管３１に配置されている。本実施形態に係る排気浄化装置５０は、ディーゼル酸化触媒５１と、排気に含まれる煤等のＰＭを捕集可能なフィルター５２とを備えている。フィルター５２はディーゼル酸化触媒５１よりも下流側に配置されている。本実施形態では、フィルター５２の一例として、ディーゼルパティキュレートフィルターを用いている。ディーゼル酸化触媒５１は、排気が通過可能なフィルターに、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属触媒が担持された構成を有している。このディーゼル酸化触媒５１は、その貴金属触媒の酸化触媒作用によって、排気中の一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ_２）に変化させる酸化反応を促進させる。排気温度が所定温度以上になった場合、このディーゼル酸化触媒５１において生成された二酸化窒素によって、フィルター５２のＰＭを燃焼させて、二酸化炭素（ＣＯ_２）として排出させることができる。

【0024】

排気後処理装置６０は、排気浄化装置５０よりも下流側の排気管３１に配置されている。本実施形態においては、排気後処理装置６０の一例として、尿素ＳＣＲ(Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）装置を用いている。この尿素ＳＣＲ装置は、尿素水供給部６１、尿素ＳＣＲ触媒６２、及びアンモニアスリップ触媒６３を備えている。尿素水供給部６１は、尿素ＳＣＲ触媒６２よりも上流側、且つフィルター５２よりも下流側の排気管３１に配置されており、制御装置８０の指示を受けて排気中に尿素水を供給する尿素水噴射弁を備えている。

【0025】

尿素ＳＣＲ触媒６２は、アンモニア（ＮＨ_３）を用いて排気中のＮＯｘを選択的に還元させる触媒である。尿素ＳＣＲ触媒６２の具体的な種類は特に限定されるものではなく、例えば、バナジウム、モリブデン、タングステン等の卑金属酸化物や、ゼオライト等、公知のＮＯｘ選択還元触媒を用いることができる。アンモニアスリップ触媒６３は、尿素ＳＣＲ触媒６２よりも下流側に配置されている。このアンモニアスリップ触媒６３は、尿素ＳＣＲ触媒６２を通過したアンモニアを酸化させる酸化触媒である。

【0026】

尿素水供給部６１から尿素水が排気中に供給された場合、尿素水中の尿素は加水分解され、その結果、アンモニアが生成される。このアンモニアは、尿素ＳＣＲ触媒６２の触媒作用の下で、ＮＯｘを還元させる。この結果、窒素及び水が生成される。このようにして、排気後処理装置６０としての尿素ＳＣＲ装置は、排気中のＮＯｘの低減を図っている。また本実施形態によれば、アンモニアスリップ触媒６３を備えているので、アンモニアが内燃機関システム１の外部に排出されることが効果的に抑制されている。

【0027】

図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、可変動弁機構７０は、制御装置８０によって制御されて、各々の気筒１３に対応した吸気バルブ１７及び排気バルブ１８の開弁時期及び閉弁時期を変更可能な機構である。この可変動弁機構７０の構成自体は、公知の可変動弁機構を用いることができるので、詳細な説明は省略する。

【0028】

制御装置８０は、内燃機関１０の燃料噴射弁１９、ＥＧＲバルブ４１、ＥＧＲクーラ４２、尿素水供給部６１、及び可変動弁機構７０を制御することで、内燃機関システム１の動作を総合的に制御する。このような制御装置８０は、各種の制御処理を実行する制御部としての機能を有するＣＰＵ８１と、ＣＰＵ８１の動作に必要な各種情報やプログラム等を記憶する記憶部としての機能を有するＲＯＭ８２、ＲＡＭ８３等と、を有するマイクロコンピュータを備えている。

【0029】

（内燃機関の暖機運転時の動作）
続いて、内燃機関１０の暖機運転時における制御装置８０の制御処理について説明する。図２は、内燃機関１０の暖機運転時において制御装置８０が実行するフローチャートの一例である。制御装置８０は、図２のフローチャートを内燃機関１０の始動後において所定周期で繰り返し実行する。なお、図２の各ステップは制御装置８０の具体的にはＣＰＵ８１が実行する。

【0030】

ステップＳ１０において、制御装置８０は、内燃機関１０が暖機運転時の状態であるか否かを判定する。ここで、本実施形態に係る制御装置８０は、内燃機関１０の始動開始（クランキング開始）から内燃機関１０の温度が所定温度以上になるまでの間、内燃機関１０の暖機運転を実行する。なお、本実施形態において、この内燃機関１０の暖機運転は、後述する排気後処理装置６０の暖機運転よりも前に実行されるものである。この内燃機関１０の暖機運転において、制御装置８０は、内燃機関１０の回転数（クランクシャフトの回転数）がアイドル回転数よりも若干高い所定回転数になるように、内燃機関１０の特に燃料噴射弁１９を制御する。そして、ステップＳ１０において制御装置８０は、内燃機関１０の運転状態が暖機運転実行中の状態であるか否かを判定し、暖機運転実行中の状態であると判定した場合にＹＥＳと判定する。なお、制御装置８０は、ステップＳ１０をＹＥＳと判定されるまで繰り返し実行する。

【0031】

なお、本実施形態においては、上述した内燃機関１０の温度の一例として、内燃機関１０の冷却水の温度を用いる。具体的には、本実施形態に係る内燃機関システム１は、内燃機関１０の冷却水の温度を検出する温度センサ（図示せず）を備えており、制御装置８０は、この温度センサの検出結果を取得することで、内燃機関１０の冷却水の温度を取得している。但し、内燃機関１０の温度は、このような冷却水の温度に限定されるものではなく、例えば内燃機関１０のシリンダブロック１１の温度やシリンダヘッド１２の温度等を内燃機関１０の温度の代表例として用いてもよい。

【0032】

ステップＳ１０でＹＥＳと判定された場合（すなわち、内燃機関１０が暖機運転時の場合）、制御装置８０は排気バルブ１８の開弁時期及び閉弁時期を進角させる排気バルブ進角制御を実行する（ステップＳ１１）。具体的には制御装置８０は、可変動弁機構７０を制御することで、排気バルブ１８の開弁時期及び閉弁時期をそれぞれ予め設定された基準値よりも所定の進角量だけ進角させる。なお、本実施形態では、この基準値の一例として、内燃機関１０の通常時における排気バルブ１８の開弁時期及び閉弁時期を用いている。

【0033】

このステップＳ１１に係る排気バルブ進角制御について、図を用いて説明すると次のようになる。図３は、通常時及び排気バルブ進角制御の実行後における吸気バルブ１７及び排気バルブ１８のバルブ開口面積の変化を示す模式図である。図３の縦軸は吸気バルブ１７又は排気バルブ１８の開口面積を示し、横軸はクランク角を示している。なお、図３の縦軸において、上方に向かうほど吸気バルブ１７又は排気バルブ１８のバルブリフト量が増大して、バルブ開口面積は大きくなる。曲線１００は、通常時の場合における排気バルブ１８のバルブ開口面積の変化を示している。曲線１０１は、通常時及び排気バルブ進角制御の実行後における吸気バルブ１７のバルブ開口面積の変化を示している。曲線１０２は、排気バルブ進角制御の実行後における排気バルブ１８のバルブ開口面積の変化を示している。

【0034】

可変動弁機構７０は、ステップＳ１１に係る排気バルブ進角制御において、曲線１００に示す排気バルブ１８の開弁時期及び閉弁時期を同じ角度（所定の進角量）だけ早める。この結果、排気バルブ進角制御の実行後における排気バルブ１８の開口面積は曲線１００から曲線１０２に変化する。なお、この排気バルブ進角制御が実行されても、曲線１０１に示すように、吸気バルブ１７の開弁時期及び閉弁時期は変化しない。

【0035】

なお、制御装置８０がステップＳ１１に係る排気バルブ進角制御を実行した後に、排気バルブ１８の開弁時期及び閉弁時期を通常時の基準値に戻す時期は、内燃機関１０の温度が所定温度以上になった後以降（すなわち、内燃機関１０の暖機運転が終了した後以降）であれば、特に限定されるものではない。但し、本実施形態に係る制御装置８０は、一例として、後述する排気後処理装置６０の暖機運転が終了するまで、排気バルブ１８の開弁時期及び閉弁時期を進角させたままにしておくこととする。

【0036】

なお、本実施形態においてステップＳ１１を実行する制御装置８０のＣＰＵ８１は、内燃機関１０の暖機運転の時において、排気バルブ１８の開弁時期及び閉弁時期を予め設定された基準値よりも進角させる制御処理を実行する排気バルブ進角制御部としての機能を
有する部材に相当する。

【0037】

以上のように、本実施形態によれば、内燃機関１０の暖機運転時に排気バルブ進角制御が実行されることで、排気バルブ１８の開弁時期及び閉弁時期が進角されるので、内燃機関１０の筒内（気筒１３内）に排気を多く残留させることができる（すなわち、残留ガスを増加させることができる）。これにより、この増加した残留ガスを排気行程で一度圧縮して高温・高圧状態にして、残留ガスの内部エネルギを増加させることができる。そして、この内部エネルギの増加した残留ガスを、次の吸気行程で、一旦、吸気側（具体的には吸気マニホールド２０）に放出させることができる。この結果、この内部エネルギの増加した残留ガスと、新気とを吸気行程で筒内に導入させることができるので、筒内に導入される吸気の温度を上昇させることができる。

【0038】

このように筒内温度が上昇することで、筒内のガスから内燃機関１０に伝達する熱量（具体的には、筒内のガスから内燃機関１０の冷却水に伝達する熱量）を増加させることができる。この結果、内燃機関１０の暖機を促進させることができ、これにより、内燃機関１０の暖機運転時間の短縮を図ることができる。また、本実施形態によれば、このように内燃機関１０の暖機運転時間の短縮を図ることができるので、内燃機関１０の燃費を向上させることができる。

【0039】

（排気後処理装置の暖機運転時の動作）
続いて、排気後処理装置６０の暖機運転時における制御装置８０の制御処理について説明する。まず、本実施形態に係る内燃機関システム１は、前述した内燃機関１０の暖機運転の後に、排気後処理装置６０の暖機運転を行う。この排気後処理装置６０の暖機運転時において、制御装置８０は、内燃機関１０の回転数をアイドル回転数よりも若干高い所定回転数に制御する。なお、この排気後処理装置６０の暖機運転時における内燃機関１０の回転数は、内燃機関１０の暖機運転時における回転数と同じであってもよく、異なる値であってもよい。

【0040】

なお制御装置８０が排気後処理装置６０の暖機運転を終了させる時期は、特に限定されるものではないが、本実施形態では、一例として、排気後処理装置６０の尿素ＳＣＲ触媒６２の温度が予め設定された所定温度以上の温度になった場合に、この排気後処理装置６０の暖機運転を終了させる。

【0041】

そして、本実施形態に係る制御装置８０は、この排気後処理装置６０の暖機運転時において、排気バルブ１８が排気行程で１回開閉した後に、再び開閉し（これを、排気バルブ２回開閉制御と称する）、次いで吸気バルブ１７が開閉するように、可変動弁機構７０を制御する。この制御処理の詳細について、フローチャート等を用いて説明すると次のようになる。

【0042】

図４は、排気後処理装置６０の暖機運転時において制御装置８０が実行するフローチャートの一例である。図５は、通常時及び排気後処理装置６０の暖機運転時における吸気バルブ１７及び排気バルブ１８のバルブ開口面積の変化を示す模式図である。図５の縦軸は吸気バルブ１７又は排気バルブ１８の開口面積を示し、横軸はクランク角を示している。曲線１００は通常時における排気バルブ１８のバルブ開口面積の変化を示し、曲線１０１は通常時における吸気バルブ１７のバルブ開口面積の変化を示している。曲線２００は排気後処理装置６０の暖機運転時における１回目の排気バルブ１８の開閉時のバルブ開口面積の変化を示し、曲線２０１は２回目の排気バルブ１８の開閉時のバルブ開口面積の変化を示している。曲線２０２は排気後処理装置６０の暖機運転時における吸気バルブ１７のバルブ開口面積の変化を示している。

【0043】

まず、図４を参照して、制御装置８０は、排気後処理装置６０の暖機運転時において図４のフローチャートを所定周期で繰り返し実行する。ステップＳ２０において、制御装置８０は、排気後処理装置６０が暖機運転時の状態であるか否かを判定する。具体的には制御装置８０は、前述した内燃機関１０の暖機運転が実行されて、内燃機関１０の温度が所定温度以上になったと判定した場合に、排気後処理装置６０の暖機運転を開始させる。そして、制御装置８０は、この排気後処理装置６０の暖機運転が開始された場合に、排気後処理装置６０が暖機運転時の状態である（ＹＥＳ）と判定する。なお、ステップＳ２０はＹＥＳと判定されるまで繰り返し実行される。

【0044】

ステップＳ２０でＹＥＳと判定された場合、制御装置８０はステップＳ２１を実行する。このステップＳ２１において制御装置８０は、排気バルブ１８を排気行程で１回開閉させた後に、再び開閉させる（すなわち、排気バルブ２回開閉制御を実行する）。この場合、図５に示すように、排気バルブ１８は、排気行程において曲線２００に示すように１回開閉し、次いで、曲線２０１に示すように２回目の開閉を行う。

【0045】

なお、本実施形態において、曲線２０１に示す排気バルブ１８の２回目の開閉時におけるバルブ開口面積の最大値（又はバルブリフト量の最大値）は、曲線２００に示す１回目の開閉時におけるバルブ開口面積の最大値よりも小さく設定されている。具体的には本実施形態に係る排気バルブ１８の２回目の開閉時のバルブ開口面積の最大値は、１回目の開閉時のバルブ開口面積の最大値の半分以下に設定されている。

【0046】

また、本実施形態において、排気バルブ１８の２回目の開弁開始時期は上死点（ＴＤＣ）になっている。

【0047】

すなわち、本実施形態に係る排気バルブ１８は、排気行程における１回目の開閉後の上死点以降において２回目の開閉を行っている。

【0048】

図４を再び参照して、ステップＳ２１の後に制御装置８０はステップＳ２２を実行する。このステップＳ２２において制御装置８０は、吸気バルブ１７を開閉させる。すなわち、図５に示すように、本実施形態に係る吸気バルブ１７は、曲線２０１に示すような排気バルブ１８の２回目の開閉後に、曲線２０２に示すように吸気行程で開閉している。ステップＳ２２の後に制御装置８０はフローチャートの実行を終了する。

【0049】

なお、本実施形態において図４のステップＳ２１及びステップＳ２２を実行する制御装置８０のＣＰＵ８１は、排気後処理装置６０の暖機運転の時において、排気バルブ１８を排気行程で１回開閉させた後に、再び開閉させ、次いで、吸気バルブ１７を開閉させる制御処理を実行する吸排気バルブ開閉制御部としての機能を有する部材に相当する。

【0050】

以上説明した本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。まず、図５を参照して、本実施形態によれば、曲線２０１に示す排気バルブ１８の２回目の開閉時において、曲線２０２に示す吸気バルブ１７が閉弁状態になっているので、１回目の排気バルブ１８の閉弁後に筒内に残留したガス（残留ガス）が吸気行程における吸気バルブ１７の開弁によって吸気通路側に吹き返されることを抑制できるとともに、この残留ガスを排気バルブ１８の２回目の開弁によって、排気通路側へ排出することができる。この排気通路側へ排出された残留ガスの分だけ、排気流量を増大させることができるので、排気後処理装置６０に流入する排気熱量を増大させることができる。これにより、排気の昇温を促進させることができ、排気後処理装置６０（特に尿素ＳＣＲ触媒６２及びアンモニアスリップ触媒６３）の昇温を促進させることができる。

【0051】

また、本実施形態によれば、このように排気後処理装置６０の昇温を促進させることが
できるので、排気後処理装置６０の性能を早期に発揮させることができる。また、排気後処理装置６０の暖機運転時間の短縮を図ることもできる。これにより、内燃機関１０の燃費を向上させることができる。

【0052】

また、本実施形態によれば、前述した図２や図３で説明したように、内燃機関１０の暖機運転時に排気バルブ進角制御が実行されているので、内燃機関１０の暖機運転時間の短縮も図られている。

【0053】

但し、本実施形態の構成はこれに限定されるものではなく、例えば本実施形態は、内燃機関１０の暖機運転時に排気バルブ進角制御を実行しない構成とすることもできる。この場合、内燃機関システム１は、内燃機関１０の暖機運転時に排気バルブ１８の開弁時期を通常時のままで維持することになる。この場合においても、排気後処理装置６０の暖機運転時に図４のステップＳ２１に係る排気バルブ２回開閉制御及びステップＳ２２に係る吸気バルブ１７の開閉が行われれば、排気後処理装置６０の昇温を促進させることは可能である。

【0054】

なお、上述した内燃機関１０の暖機運転時の制御処理（図２）と排気後処理装置６０の暖機運転時の制御処理（図４）による効果について、別の観点から説明すると次のようになる。図６は、通常時（Ａのグラフ）と、内燃機関１０の暖機運転時（Ｂのグラフ）と、排気後処理装置６０の暖機運転時（Ｃのグラフ）とにおける排気熱量を示す図である。

【0055】

本実施形態によれば、内燃機関１０の暖機運転時（Ｂのグラフ）の場合、通常時（Ａのグラフ）よりも排気熱量がＸだけ増加している。この排気熱量の増加分（Ｘ）は、図２のステップＳ１１に係る排気バルブ進角制御が実行されることにより、吸気行程で高温・高圧状態の残留ガスが一旦、吸気側に放出され、次いで、この高温・高圧状態の残留ガスと新気とが吸気行程で筒内に導入され、これが排気行程で排出されることによって得られる排気熱量の増加分である。この排気熱量の増加によって、内燃機関１０の暖機運転時において、内燃機関１０が昇温されるとともに、排気後処理装置６０も昇温される。

【0056】

また、本実施形態によれば、排気後処理装置６０の暖機運転時（Ｃのグラフ）の場合においても、通常時（Ａのグラフ）よりも排気熱量が増加している。この排気熱量の増加分（Ｘ）は、図４のステップＳ２１及びステップＳ２２が実行されることにより、１回目の排気バルブ１８の閉弁後における筒内の残留ガスが吸気行程における吸気バルブ１７の開弁によって吸気通路側に吹き返されることが抑制されているので、この吸気通路側に吹き返されなかった熱量（Ｘ）が、排気行程において排気熱量として増加したものである。この排気熱量の増加によって、排気後処理装置６０の暖機運転時に排気後処理装置６０の昇温を促進させることができる。

【0057】

以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0058】

１ 内燃機関システム
１０ 内燃機関
１７ 吸気バルブ
１８ 排気バルブ
１９ 燃料噴射弁
４０ ＥＧＲ通路
５０ 排気浄化装置
６０ 排気後処理装置
７０ 可変動弁機構
８０ 制御装置
８１ ＣＰＵ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】