JP2021025495A - エンジンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】カムを追加することなく排気バルブのリフトパターンを増やすことのできるエンジンシステムを提供する。【解決手段】排気バルブの開閉タイミングを変更可能な排気側動弁機構を有するエンジンと、排気側動弁機構を通じて排気バルブを制御する制御装置と、を備えたエンジンシステムであって、エンジンは、同一行程の位相が３６０°ＣＡ異なる一対のシリンダーを含み、排気側動弁機構は、一対のシリンダーの各々に対応して設けられたブレーキ用カム７７と、ブレーキ用カム７７の回転によって圧縮開放ブレーキを実行可能なブレーキ油圧が発生するブレーキ油路８７と、一対のブレーキ油路８７を互いに接続する接続油路９６ａ，９６ｂと、ブレーキ油圧がブレーキ油路８７を伝達する状態とブレーキ油圧がブレーキ油路８７の途中から接続油路９６ａ，９６ｂに伝達する状態とを切り替える油路切替部９８と、を有する。【選択図】図９

Description

本発明は、エンジンシステムに関する。

例えば特許文献１のように、エンジンブレーキの１つとして、圧縮開放ブレーキが知られている。圧縮開放ブレーキでは、通常の排気バルブの開閉動作に加えて、圧縮行程の上死点である圧縮上死点付近において排気バルブを一時的に開弁して吸入行程で吸入した空気を排出する。こうした圧縮開放ブレーキは、圧縮行程におけるシリンダー内の圧力上昇に加えて膨張行程におけるシリンダー内の圧力低下がクランクシャフトの回転抵抗として作用することにより制動力が得られる構成となっている。

特開２００８−１５７１９５号公報

圧縮開放ブレーキにおいて、排気バルブは、カムシャフトに形成されたブレーキ用カムのカムプロフィールにしたがって開閉する。一方で、排気バルブは、カムシャフトに形成されるカムを追加することなくリフトパターンを増やすことができることが好ましい。本発明は、カムを追加することなく排気バルブのリフトパターンを増やすことのできるエンジンシステムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するエンジンシステムは、燃焼室を開閉する排気バルブの開閉タイミングを変更可能な排気側動弁機構を有するエンジンと、前記排気側動弁機構を通じて前記排気バルブの開閉を制御する制御装置と、を備えたエンジンシステムであって、前記エンジンは、同一行程の位相が３６０°ＣＡ異なる一対のシリンダーを含み、前記排気側動弁機構は、前記一対のシリンダーの各々に対応して設けられたブレーキ用カムと、前記一対のシリンダーの各々に対応して設けられ、前記ブレーキ用カムの回転によって圧縮開放ブレーキを実行可能なブレーキ油圧が発生するブレーキ油路と、前記一対のシリンダーに対応するブレーキ油路を互いに接続する接続油路と、前記制御装置に制御されて、前記ブレーキ油圧が前記ブレーキ油路を伝達する状態と前記ブレーキ油圧が前記ブレーキ油路の途中から前記接続油路に伝達する状態とを切り替える油路切替部と、を有する。

圧縮開放ブレーキは、圧縮上死点付近に排気バルブの開弁期間を有している。そのため、上記構成のように、同一行程の位相が３６０°ＣＡ異なる一対のシリンダーにおいてブレーキ油圧が伝達する油路を接続油路に設定することにより、一方のシリンダーのブレーキ油圧を用いて他方のシリンダーの排気上死点付近に排気バルブの開弁期間を設定することができる。すなわち、一方のシリンダーに対応するブレーキ用カムを用いて、他方のシリンダーの排気上死点付近に排気バルブの開弁期間を追加することができる。その結果、新たなカムを追加することなく排気バルブのリフトパターンを増やすことができる。

上記構成のエンジンシステムにおいて、前記一対のブレーキ油路の各々には、前記接続油路として、前記ブレーキ油圧を出力する出力側接続油路と前記ブレーキ油圧が入力される入力側接続油路とが接続されていることが好ましい。

上記構成によれば、ブレーキ油圧を出力する油路とブレーキ油圧が入力される油路とが各別であることから、ブレーキ油路間における接続油路を介したブレーキ油圧の伝達を円滑に行うことができる。

上記構成のエンジンシステムにおいて、前記排気側動弁機構は、前記ブレーキ油路を開閉する開閉弁を備え、前記出力側接続油路は、前記ブレーキ油路における前記開閉弁の上流側に接続され、前記入力側接続油路は、前記ブレーキ油路における前記開閉弁の下流側に接続されることが好ましい。上記構成によれば、開閉弁の開閉状態にかかわらずブレーキ油圧が伝達される油路の切り替えを行うことができる。

上記構成のエンジンシステムにおいて、前記排気側動弁機構は、前記接続油路を介して他方のシリンダーに対応するブレーキ油路に伝達される油圧を調整する油圧調整部を有していることが好ましい。上記構成によれば、接続油路から入力される油圧に基づく排気バルブの開閉動作のリフト量についての自由度を高めることができる。

上記構成のエンジンシステムにおいて、前記制御装置は、ドライバーからの要求トルク、前記触媒の状態、および、前記触媒に流入する排気ガスの温度である排気ガス温度を取得する取得部と、前記エンジンの出力トルクが前記要求トルクとなるように前記エンジンへの燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御部と、前記エンジンシステムの制御モードを選択するモード選択部と、前記排気側動弁機構を通じて前記排気バルブを制御するバルブ制御部と、を備え、前記モード選択部は、前記触媒が活性状態にあり、かつ、前記排気ガス温度が保温可能温度未満であるときに前記制御モードとして保温モードを選択し、前記保温モードにおいて、前記バルブ制御部は、排気行程に設定された閉弁期間の前後において前記排気バルブが開閉する保温排気動作を実行し、前記ブレーキ油圧の伝達油路を前記接続油路に設定することで前記閉弁期間後の開閉動作を実行することが好ましい。

上記構成のように、一方のシリンダーにおける保温排気動作を構成する２つの開閉動作のうち、閉弁期間後の開閉動作については、他方のシリンダーに対応するブレーキ油路で発生したブレーキ油圧で具現化することができる。

エンジンシステムの一実施形態の概略構成を示す図。 シリンダー付近におけるエンジンの断面構造の一例を模式的に示す図。 エンジンシステムの機能的構成の一例を示す機能ブロック図。 モード選択処理の一例を示すフローチャート。 排気側動弁機構および吸気側動弁機構の概略構成を模式的に示す図。 ブレーキ排気動作、通常排気動作、および、通常吸気動作についてクランク角度とリフト量との関係の一例を示す図。 同一行程の位相が３６０°ＣＡ異なる一対のシリンダーにおける油圧回路の概略構成を模式的に示す図。 ブレーキモードにおける油圧回路の状態を示す図。 保温モードにおける油圧回路の状態を示す図。 同一行程の位相が３６０°ＣＡ異なる一対のシリンダーにおける排気バルブについてクランク角度とリフト量との関係の一例を示す図。 変形例において、排気側動弁機構および吸気側動弁機構の概略構成を模式的に示す図。 変形例において、同一行程の位相が３６０°ＣＡ異なる一対のシリンダーにおける排気バルブについてクランク角度とリフト量との関係の一例を示す図。

図１〜図１０を参照して、エンジンシステムの一実施形態について説明する。まず、図１を参照してエンジンシステムの概略構成について説明する。
図１に示すように、エンジンシステムは、ディーゼルエンジン１０（以下、エンジン１０という。）を備える。エンジン１０は、複数のシリンダー１１を有するエンジンブロック１２を備える。エンジン１０は、４つのシリンダー１１を有する４気筒エンジンである。各シリンダー１１には、コモンレールから所定圧力の燃料が供給されるインジェクター１３から燃料が噴射される。エンジンブロック１２には、インテークマニホールド１４とエキゾーストマニホールド１５とが接続されている。インテークマニホールド１４にはエンジン１０が吸入する空気が流れる吸気通路１６が接続され、エキゾーストマニホールド１５にはエンジン１０が排出した排気ガスが流れる排気通路１７が接続されている。

図２に示すように、エンジンブロック１２は、シリンダー１１が形成されたシリンダーブロック１２Ａとシリンダーブロック１２Ａに連結されるシリンダーヘッド１２Ｂとを有している。シリンダーヘッド１２Ｂは、シリンダーブロック１２Ａに形成されたシリンダー１１の開口を塞いでいる。エンジン１０は、各シリンダー１１に対して上下動可能に収容されるピストン２０を有している。シリンダーブロック１２Ａ、シリンダーヘッド１２Ｂ、および、ピストン２０で囲まれる空間は、インジェクター１３が燃料を噴射するとともに該燃料が燃焼する燃焼室２１である。ピストン２０は、コネクションロッド２２を介して図１に示すクランクシャフト２３に連結されている。クランクシャフト２３は、ピストン２０がシリンダー１１内を上下動することにより回転駆動される。シリンダーヘッド１２Ｂには、インテークマニホールド１４に接続される吸気ポート２５とエキゾーストマニホールド１５に接続される排気ポート２６とがシリンダー１１ごとに形成されている。

エンジン１０は、吸気バルブ２７と排気バルブ２８とを有している。吸気バルブ２７は、吸気側動弁機構２９によって駆動され、吸気ポート２５を開閉することによりインテークマニホールド１４に対して燃焼室２１を開閉する。排気バルブ２８は、排気側動弁機構３０によって駆動され、排気ポート２６を開閉することによりエキゾーストマニホールド１５に対して燃焼室２１を開閉する。各動弁機構２９，３０は、駆動対象のバルブのリフト量や開閉タイミングを変更可能に構成された可変バルブ機構である。各動弁機構２９，３０は、カム切り替え型の可変バルブ機構であってもよいし、電子制御式のアクチュエーターによってリフト量や開閉タイミングが変更可能な可変バルブ機構であってもよい。

図１に示すように、エンジンシステムは、ターボチャージャー３５を備えている。ターボチャージャー３５は、コンプレッサー３６、インタークーラー３７、およびタービン３８を有している。コンプレッサー３６およびインタークーラー３７は、吸気通路１６に配設されている。コンプレッサー３６はエアクリーナー３９を通過した空気を圧縮し、インタークーラー３７はコンプレッサー３６が圧縮した空気を冷却する。タービン３８は、排気通路１７に配設されている。タービン３８は、排気ガスのエネルギーである排気エネルギーを利用してコンプレッサー３６を回転させる。

エンジンシステムは、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置４０を備えている。ＥＧＲ装置４０は、エキゾーストマニホールド１５と吸気通路１６とを接続するＥＧＲ通路４１を通じて排気側から吸気側へ排気ガスを還流する外部ＥＧＲを実行可能に構成されている。ＥＧＲ通路４１には、ＥＧＲクーラー４２とＥＧＲ弁４３とが設けられている。ＥＧＲ弁４３が開状態にあるとき、シリンダー１１には、ＥＧＲガスと吸入空気との混合気体が作動ガスとして供給される。ＥＧＲ弁４３が閉状態にあるとき、シリンダー１１には、吸入空気が作動ガスとして供給される。シリンダー１１では、作動ガスとインジェクター１３が噴射した燃料との混合気が燃焼する。シリンダー１１からの排気ガスは、エキゾーストマニホールド１５を通じて排気通路１７へと流入したのちタービン３８に流入する。なお、エンジン１０が吸入する作動ガスにおけるＥＧＲガスの割合をＥＧＲ率という。

エンジンシステムは、排気浄化装置４５を備えている。排気浄化装置４５には、タービン３８を通過した排気ガスが流入する。排気浄化装置４５は、添加部４６及び選択還元型触媒４７を有している。選択還元型触媒４７は、排気通路１７を構成する拡径部１７Ａに収容されている。

添加部４６は、拡径部１７Ａに流入する排気ガスに対して還元剤を添加する。添加部４６は、還元剤を貯留するタンク４８に接続された還元剤通路４９を備える。還元剤通路４９には、ポンプ５０が配設されている。ポンプ５０は、タンク４８内の還元剤を所定圧力で添加弁５１に圧送する。添加弁５１は、弁機構を内蔵した電子制御式の噴射弁であり、弁機構が開状態にあるときに排気ガスに還元剤を添加する。

選択還元型触媒４７は、添加部４６の添加した還元剤を利用して排気ガスに含まれるＮＯｘを窒素や水へと還元する。選択還元型触媒４７は、例えば耐熱性に優れたセラミックやステンレスを素材としたフロースルー型のモノリス担体に対して各種の触媒金属を胆持させたものである。選択還元型触媒４７は、その温度である触媒温度Ｔｃが所定の温度範囲にあるときに活性状態となる。この温度範囲の下限値は下限活性温度ＴｃＬである。

選択還元型触媒４７の一例は、尿素ＳＣＲ触媒である。この場合、添加部４６は還元剤として尿素水を添加し、選択還元型触媒４７は尿素水が加水分解したアンモニアと排気ガスに含まれるＮＯｘとを反応させてＮＯｘを窒素や水へと還元する。選択還元型触媒４７は、モノリス担体に対して、例えば銅系、鉄系、バナジウム系の各種の触媒金属を胆持させることにより構成される。選択還元型触媒４７は、例えば１５０℃〜３５０℃の温度範囲を活性温度として有する。

なお、排気浄化装置４５は、排気通路１７における添加弁５１の上流に、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕捉するフィルターや排気ガスに含まれている未燃燃料を酸化する前段酸化触媒などを有していてもよい。また、排気浄化装置４５は、排気通路１７における選択還元型触媒４７の下流に、選択還元型触媒４７を通過した排気ガスに含まれるアンモニアなどを酸化する後段酸化触媒などを有していてもよい。また、排気浄化装置４５は、選択還元型触媒４７として、エンジン１０の燃料である軽油を還元剤としてＮＯｘを還元する触媒、いわゆるＨＣ−ＳＣＲ触媒を備えていてもよい。

エンジンシステムは、添加弁５１とターボチャージャー３５のタービン３８との間に排気絞り弁５２を有している。排気絞り弁５２は、排気通路１７の流路断面積を変更可能に構成されている。排気絞り弁５２は、排気通路１７の流路断面積を小さくして排気抵抗を高めることで補助ブレーキの１つとして機能する。補助ブレーキは、ドライバーが操作可能な作動スイッチＳがオン状態にあるときに作動するように構成されている。作動スイッチＳは、制御装置６０に対して操作状況を示す操作信号を出力する。

エンジンシステムは、各種センサーを備えている。エンジンシステムは、クランク角度センサー５５、触媒温度センサー５６、アクセル開度センサー５７、排気ガス温度センサー５８、および、車速センサー５９を備えている。クランク角度センサー５５は、エンジン１０によって駆動されるクランクシャフト２３の回転角度であるクランク角度を検出する。触媒温度センサー５６は、選択還元型触媒４７の温度である触媒温度Ｔｃを検出する。アクセル開度センサー５７は、ドライバーによって操作されるアクセルペダル５７ａの踏込み量に基づくアクセル開度ＡＣＣを検出する。排気ガス温度センサー５８は、選択還元型触媒４７に流入する排気ガスの温度である排気ガス温度Ｔｅｘを検出する。車速センサー５９は、車両の速度である車速ｖを検出する。各種センサーは、検出した値を示す信号をエンジンシステムを統括制御する制御装置６０に出力する。

図３〜図６を参照して、制御装置６０について説明する。なお、制御装置６０は、ＡＳＩＣ等の１つ以上の専用のハードウェア回路、コンピュータプログラム（ソフトウェア）に従って動作する１つ以上のプロセッサ、或いは、それらの組み合わせ、を含む回路として構成し得る。プロセッサは、ＣＰＵ並びに、ＲＡＭ及びＲＯＭ等のメモリを含み、メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリすなわちコンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。

図３に示すように、制御装置６０は、各種コンピュータプログラムの実行により機能する機能部として、取得部６１、モード選択部６２、燃料噴射制御部６３、ＥＧＲ制御部６４、添加制御部６５、バルブ制御部６６、および排気ブレーキ制御部７０を有している。

取得部６１は、図示されない入力インターフェースを通じて各種情報を取得する。取得部６１は、クランク角度センサー５５が出力した検出信号に基づきクランク角度を取得する。取得部６１は、触媒温度センサー５６が出力した検出信号に基づき触媒温度Ｔｃを選択還元型触媒４７の状態として取得する。取得部６１は、アクセル開度センサー５７が出力した検出信号に基づきアクセル開度ＡＣＣを取得する。取得部６１は、クランク角度の変化量に基づきエンジン回転数Ｎｅを演算し、その演算したエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度ＡＣＣとに基づきドライバーからの要求トルクＬを取得する。取得部６１は、排気ガス温度センサー５８が出力した検出信号に基づき排気ガス温度Ｔｅｘを取得する。取得部６１は、車速センサー５９が出力した検出信号に基づき車速ｖを取得する。取得部６１は、作動スイッチＳからの操作信号に基づき作動スイッチＳの操作状況を取得する。

モード選択部６２は、エンジンシステムの制御モードを選択する。モード選択部６２は、取得部６１が取得した各種情報に基づいて、インジェクター１３による燃料の噴射、吸気バルブ２７の吸気動作、排気バルブ２８の排気動作、および、排気絞り弁５２の動作などについての制御モードを選択するモード選択処理を実行する。モード選択部６２は、モード選択処理を通じて、昇温モード、保温モード、ブレーキモード、および、通常モードのなかから制御モードを択一的に選択する。昇温モードは、排気浄化装置４５に供給される排気エネルギーを増大させて選択還元型触媒４７の昇温を優先させる制御モードである。保温モードは、選択還元型触媒４７の触媒温度Ｔｃを下限活性温度ＴｃＬ以上に保持する制御モードである。ブレーキモードは、吸気バルブ２７や排気バルブ２８の開閉を制御して制動力を発生させる制御モードである。通常モードは、排気ガスの浄化や燃料消費量の低減を優先させる制御モードである。

図４を参照して、モード選択部６２が実行するモード選択処理について説明する。
図４に示すように、モード選択処理にて、モード選択部６２は、取得部６１が取得する触媒温度Ｔｃが下限活性温度ＴｃＬ以上であるか否かを判断する（ステップＳ２０１）。

触媒温度Ｔｃが下限活性温度ＴｃＬ未満である場合（ステップＳ２０１：ＮＯ）、モード選択部６２は、例えば、要求トルクＬとエンジン回転数Ｎｅとに基づくエンジン負荷ＥＬが昇温選択負荷ＥＬ１以下であるか否かを判断する（ステップＳ２０２）。昇温選択負荷ＥＬ１は、燃料噴射量を増量したとしても排気ガスに含まれる未燃燃料が抑えられ、かつ、ドライバーからの要求トルクＬを具現化可能な値に設定される。昇温選択負荷ＥＬ１は、予め行った実験やシミュレーションの結果等に基づき設定される。昇温選択負荷ＥＬ１は、例えば２０％以下の値から設定されることが好ましく、その一例は１５％である。エンジン負荷ＥＬが昇温選択負荷ＥＬ１以下である場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、モード選択部６２は、昇温モードを選択して（ステップＳ２０３）一連の処理を一旦終了する。

ステップＳ２０１において、触媒温度Ｔｃが下限活性温度ＴｃＬ以上である場合（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、モード選択部６２は、取得部６１が取得する排気ガス温度Ｔｅｘが保温可能温度Ｔｅｘ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ２０４）。保温可能温度Ｔｅｘ１は、その温度よりも低い温度の排気ガスが選択還元型触媒４７に所定期間だけ供給された場合に触媒温度Ｔｃが下限活性温度ＴｃＬまで低下する可能性が高いと判断される温度である。保温可能温度Ｔｅｘ１は、例えば、下限活性温度ＴｃＬ以上の値であり、かつ、エンジンシステムが備える各種センサーの１つとして外気温を検出する外気温センサーの検出値が低いほど高くなるように設定されてもよい。外気温が低いほど保温可能温度Ｔｅｘ１が高くなることにより、その時々の走行環境に応じた適切な保温可能温度Ｔｅｘ１を設定できる。その結果、触媒温度Ｔｃが下限活性温度ＴｃＬまで低下することがより確実に抑えられる。

排気ガス温度Ｔｅｘが保温可能温度Ｔｅｘ１未満である場合（ステップＳ２０４：ＮＯ）、モード選択部６２は、エンジン負荷ＥＬが保温選択負荷ＥＬ２以下であるか否かを判断する（ステップＳ２０５）。保温選択負荷ＥＬ２は、例えばアイドリング状態などエンジン負荷ＥＬが軽負荷であると判断される値である。保温選択負荷ＥＬ２は、昇温選択負荷ＥＬ１よりも低い値が設定される。エンジン負荷ＥＬが保温選択負荷ＥＬ２以下である場合（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）、モード選択部６２は、保温モードを選択し（ステップＳ２０６）、一連の処理を一旦終了する。すなわち、保温モードは、排気ガス温度Ｔｅｘが触媒温度Ｔｃを下限活性温度ＴｃＬに到達させる可能性の高い状態にあり（ステップＳ２０４：ＮＯ）、かつ、エンジン負荷ＥＬが軽負荷にあることで排気ガス温度Ｔｅｘが上昇する可能性の低い状態（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）において、触媒温度Ｔｃを下限活性温度ＴｃＬよりも高い温度に保持するモードである。

一方、排気ガス温度Ｔｅｘが保温可能温度Ｔｅｘ１以上である場合（ステップＳ２０４：ＹＥＳ）、モード選択部６２は、取得部６１が取得するアクセル開度ＡＣＣが０％以上であるか否かを判断する（ステップＳ２０７）。

アクセル開度ＡＣＣが０％未満である場合（ステップＳ２０７：ＮＯ）、すなわち要求トルクＬが減速を要求する減速要求トルクにある場合、モード選択部６２は、補助ブレーキの作動条件が成立しているか否かを判断する（ステップＳ２０８）。作動条件は、アクセル開度ＡＣＣが０％未満にあるときに、作動スイッチＳがオン状態にあり、かつ、車速ｖが作動速度ｖ１以上にあることである。作動速度ｖ１は、補助ブレーキによる制動力が有効に作用する車速ｖに設定される。作動速度ｖ１の一例は、３０ｋｍ／ｈである。

作動条件が成立している場合（ステップＳ２０８：ＹＥＳ）、モード選択部６２は、ブレーキモードを選択し（ステップＳ２０９）、一連の処理を一旦終了する。ブレーキモードにおいて、制御装置６０は、補助ブレーキの１つである圧縮開放ブレーキが作動するように吸気側動弁機構２９および排気側動弁機構３０を制御する。また制御装置６０は、補助ブレーキの１つである排気ブレーキが作動するように排気絞り弁５２を閉方向に制御する。

一方、アクセル開度ＡＣＣが０％以上である場合（ステップＳ２０７：ＹＥＳ）、エンジン負荷ＥＬが昇温選択負荷ＥＬ１以下でない場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）、エンジン負荷ＥＬが保温選択値ＥＬ２以下でない場合（ステップＳ２０５：ＮＯ）、補助ブレーキの作動条件が成立していない場合（ステップＳ２０８：ＮＯ）、モード選択部６２は、通常モードを選択し（ステップＳ２１０）、一連の処理を一旦終了する。

図３に示すように、燃料噴射制御部６３は、図示されない出力インターフェースを通じて制御信号を出力することにより、各インジェクター１３による燃料の噴射を制御する。燃料噴射制御部６３は、取得部６１が取得したアクセル開度ＡＣＣ及びエンジン回転数Ｎｅ、ならびに、モード選択部６２が選択した制御モードなどに基づいて各インジェクター１３による燃料の噴射を制御する。燃料噴射制御部６３は、アクセル開度ＡＣＣおよびエンジン回転数Ｎｅごとに燃料噴射量が規定された燃料マップをメモリの所定領域に保持している。燃料噴射制御部６３は、通常モードにおいて使用する燃料マップである通常マップ６７、昇温モードにおいて使用する燃料マップである昇温マップ６８、および、保温モードにおいて使用する燃料マップである保温マップ６９をメモリの所定領域に保持している。燃料噴射制御部６３は、モード選択部６２が選択した制御モードに対応する燃料マップを用いて燃料噴射量を制御する。燃料噴射制御部６３は、要求トルクＬが減速要求トルクにあるブレーキモードにおいては、エンジン回転数Ｎｅに応じて燃料の噴射を一時的に停止する燃料カット制御を実行する。

ＥＧＲ制御部６４は、図示されない出力インターフェースを通じて制御信号を出力することにより、ＥＧＲ装置４０、具体的にはＥＧＲ弁４３の開度を制御する。ＥＧＲ制御部６４は、モード選択部６２が選択した制御モードに基づいてＥＧＲ弁４３を制御し、ＥＧＲガスの量であるＥＧＲ量を制御する。ＥＧＲ制御部６４は、制御モードが通常モードである場合、その時々のエンジン１０の運転状態に適したＥＧＲ量だけ排気ガスが還流されるようにＥＧＲ弁４３の開度を制御する。制御モードが昇温モード、保温モード、および、ブレーキモードのいずれかである場合、ＥＧＲ制御部６４は、ＥＧＲ弁４３を閉状態に維持することで外部ＥＧＲを禁止する。

添加制御部６５は、図示されない出力インターフェースを通じて制御信号を出力することにより、排気浄化装置４５の添加部４６、具体的には添加弁５１の開閉を制御する。添加制御部６５は、モード選択部６２が選択した制御モードに基づいて添加弁５１による尿素水の添加量や添加タイミングを制御する。添加制御部６５は、制御モードが通常モード、保温モード、および、ブレーキモードのいずれかである場合、その時々のエンジン１０の運転状態に適した量の尿素水が添加されるように添加弁５１の開閉を制御する。添加制御部６５は、制御モードが昇温モードである場合、添加弁５１を閉状態に維持することで尿素水の添加を禁止する。

バルブ制御部６６は、図示されない出力インターフェースを通じて制御信号を出力することにより、吸気側動弁機構２９を通じて吸気バルブ２７の開閉動作を制御するとともに、排気側動弁機構３０を通じて排気バルブ２８の開閉動作を制御する。バルブ制御部６６は、モード選択部６２が選択した制御モードに基づいて吸気バルブ２７および排気バルブ２８の各々についてリフト量及び開閉タイミングを制御する。

バルブ制御部６６は、吸気バルブ２７に対し、通常モードにおいては通常吸気動作、昇温モードにおいては昇温吸気動作、保温モードにおいては保温吸気動作、ブレーキモードにおいてはブレーキ吸気動作を実行させる。バルブ制御部６６は、排気バルブ２８に対し、通常モードにおいては通常排気動作、昇温モードにおいては昇温排気動作、保温モードにおいては保温排気動作、ブレーキモードにおいてはブレーキ排気動作を実行させる。

図５〜図１０を参照して排気側動弁機構３０について説明する。なお、以下では、４つのシリンダー１１を区別するときは、シリンダー＃１、シリンダー＃２、シリンダー＃３、シリンダー＃４として区別する。

図５に示すように、排気側動弁機構３０は、排気カムシャフト７５、排気カムフェーザー７９、および、排気側駆動部８０を有している。
排気カムシャフト７５は、クランクシャフト２３に従動回転するシャフトである。排気カムシャフト７５には、各シリンダー１１の排気バルブ２８に対応する排気用カム７６とブレーキ用カム７７とが形成されている。排気カムシャフト７５の一端部には、排気カムフェーザー７９が設けられている。

排気カムフェーザー７９は、排気カムシャフト７５の位相を変更可能に構成されている。排気カムフェーザー７９は、排気側駆動部８０の排気カムフェーザー駆動部８１から進角油圧が供給されることにより排気カムシャフト７５を所定の進角角度だけ進角させる。排気カムフェーザー駆動部８１は、制御装置６０のバルブ制御部６６からの制御信号を受けて排気カムシャフト７５の位相を通常位相と進角位相との間で切り替える。

排気側駆動部８０は、各シリンダー１１に対して各別に対応する排気用動弁部８２とブレーキ用動弁部８３を有している。
排気用動弁部８２は、排気用カム７６の回転にともなって揺動する図示されないロッカーアームを有するロストモーション式の動弁機構である。排気用動弁部８２は、排気バルブ２８に通常排気動作を実行させる作動状態と排気用カム７６に基づく排気バルブ２８の開閉を閉状態に維持する非作動状態とを有する。排気用動弁部８２は、制御装置６０のバルブ制御部６６からの制御信号を受けて作動状態と非作動状態とが切り替えられる。制御装置６０は、通常モードにおいて排気用動弁部８２を作動状態に制御し、昇温モード、保温モード、および、ブレーキモードにおいて非作動状態に制御する。

ブレーキ用動弁部８３は、図７に示す油圧回路８５を有する動弁機構である。油圧回路８５は、ブレーキ用カム７７の回転にともなって揺動する図示されないロッカーアームの揺動を受けてブレーキ油圧を発生させる。ブレーキ用動弁部８３は、そのブレーキ油圧を排気バルブ２８に伝達することによりブレーキ排気動作を実行させる。ブレーキ用動弁部８３は、排気バルブ２８にブレーキ排気動作を実行させる作動状態と、ブレーキ用カム７７に基づく排気バルブ２８の開閉を閉状態に維持する非作動状態とを有する。

なお、吸気側動弁機構２９は、吸気カムシャフト１０５、吸気カムフェーザー１０９、および、吸気側駆動部１１０を有している。吸気カムシャフト１０５は、クランクシャフト２３に従動回転するシャフトであり、各シリンダー１１の吸気バルブ２７に対応する吸気用カム１０６が形成されている。吸気カムフェーザー１０９は、吸気カムシャフト１０５の一端部に設けられており、吸気側駆動部１１０により吸気カムシャフト１０５の位相を変更可能に構成されている。

図６に示すように、ブレーキ排気動作は、いわゆる圧縮開放ブレーキを実行する開閉動作である。ブレーキ排気動作は、第１ブレーキ排気動作と第２ブレーキ排気動作とで構成される。第１ブレーキ排気動作は、圧縮行程の前半部分に開弁期間を有し、エキゾーストマニホールド１５内の排気ガスを作動ガスとしてシリンダー１１内に取り込む。第２ブレーキ排気動作は、第１ブレーキ排気動作よりも大きなリフト量と長い開弁期間を有する。第２ブレーキ排気動作は、圧縮上死点付近に開弁期間を有し、圧縮行程において圧縮された作動ガスをエキゾーストマニホールド１５に開放して膨張行程開始時におけるシリンダー１１内の圧力を低下させる開閉動作である。

なお、排気側駆動部８０は、排気用動弁部８２およびブレーキ用動弁部８３の双方が作動状態にあるとき、その時々における最大リフト量だけ排気バルブ２８をリフトさせるように構成されている。このときのリフト量は、その時々における通常排気動作のリフト量をａ、ブレーキ排気動作のリフト量をｂとするときにｍａｘ（ａ，ｂ）で表される。

また、排気側駆動部８０は、油圧回路８５に関連して、同一行程の位相が３６０°ＣＡ異なる一対のシリンダー１１に対応する油圧回路８５を互いに接続する接続油路９６を有している。具体的には、接続油路９６は、シリンダー＃２に対応する油圧回路８５とシリンダー＃３に対応する油圧回路８５とを接続する。接続油路９６の１つは、シリンダー＃１に対応する油圧回路８５とシリンダー＃４に対応する油圧回路８５とを接続する。

図７〜図１０を参照して、ブレーキ用動弁部８３についてさらに詳しく説明する。
まず、ブレーキ用動弁部８３を構成する油圧回路８５の基本構成について説明する。なお、各シリンダー１１に対応する油圧回路８５の基本構成は同じである。そのため、油圧回路８５の１つを用いて基本構成を説明し、他のシリンダー１１に対応する油圧回路８５については同様の符号を付すことによりその詳細な説明は省略する。また、図７では、接続油路９６で接続された油圧回路８５として、シリンダー＃２に対応する油圧回路８５とシリンダー＃３に対応する油圧回路８５とを示している。

図７に示すように、油圧回路８５は、ブレーキ用カム７７の回転にともなって発生するブレーキ油圧を排気バルブ２８に伝達可能なブレーキ回路８６とブレーキ回路８６における油圧を調整する圧力調整回路９１とを有している。

ブレーキ回路８６は、作動油が流れるブレーキ油路８７を有している。ブレーキ回路８６は、ブレーキ用カム７７側における上流側ブレーキ油路８７ａの上流端部にマスターピストン８８を有し、排気バルブ２８側における下流側ブレーキ油路８７ｂの下流端部にスレーブピストン８９を有している。ブレーキ回路８６は、上流側ブレーキ油路８７ａと下流側ブレーキ油路８７ｂとを接続する開閉弁９０を有している。

マスターピストン８８は、ブレーキ用カム７７のカムプロファイルにしたがってブレーキ油路８７に押し込まれることによりブレーキ油路８７にブレーキ油圧を発生させる。スレーブピストン８９は、マスターピストン８８が発生させたブレーキ油圧を受けて変位することにより排気バルブ２８を開閉する。開閉弁９０は、開状態にあるときにスレーブピストン８９へのブレーキ油圧の伝達を許可し、閉状態にあるときにスレーブピストン８９へのブレーキ油圧の伝達を禁止する。

圧力調整回路９１は、油圧回路８５に所定圧の作動油を供給する供給油路９２を上流側ブレーキ油路８７ａに接続する調整油路９３を有している。調整油路９３には圧力調整弁９４が配設されている。圧力調整弁９４は、上流側ブレーキ油路８７ａにおける作動油の圧力が所定圧を下回ると上流側ブレーキ油路８７ａに所定圧の作動油を供給する。また圧力調整弁９４は、上流側ブレーキ油路８７ａにおける作動油の圧力が設定圧を超えると余剰な作動油をリリーフ部９５を通じて外部へ排出する。

接続油路９６は、互いに異なる一対の接続油路９６ａ，９６ｂで構成されている。接続油路９６ａ，９６ｂは、一方の油圧回路８５に対しては出力側接続油路として上流側ブレーキ油路８７ａに設けられた油路切替部９８に接続され、他方の油圧回路８５に対しては入力側接続油路として下流側ブレーキ油路８７ｂに接続されている。油路切替部９８は、ブレーキ油圧がブレーキ油路８７を伝達するブレーキ状態とブレーキ油圧が接続油路９６ａに伝達されるリフト追加状態とを有する。

油路切替部９８は、油圧調整部９９を有している。油圧調整部９９は、例えば油圧シリンダーや付勢部材などを用いて構成することが可能である。油圧調整部９９は、接続油路９６を介して他方のシリンダー１１のブレーキ油路８７に伝達される油圧を調整することで排気バルブ２８のリフト量を調整する。なお、本実施形態において、油圧調整部９９は、ブレーキ用カム７７のカムプロフィールに基づくリフト量で排気バルブ２８が開閉するようにブレーキ油圧を調整する。

開閉弁９０および油路切替部９８は、制御装置６０に制御される。制御装置６０は、通常モードおよび保温モードに開閉弁９０を閉状態に制御し、ブレーキモードに開閉弁９０を開状態に制御する。制御装置６０は、通常モードおよびブレーキモードに油路切替部９８をブレーキ状態に制御し、保温モードに油路切替部９８をリフト追加状態に制御する。

通常モードにおいて、各油圧回路８５は、圧力調整弁９４を通じた上流側ブレーキ油路８７ａに対する作動油の給排によりブレーキ用カム７７による排気バルブ２８のリフトを無効化する。

図８に示すように、ブレーキモードにおいて、各油圧回路８５は、自身が対応するシリンダー１１の排気バルブ２８にブレーキ排気動作を実行させる。
図９に示すように、保温モードにおいて、シリンダー＃２の油圧回路８５で発生したブレーキ油圧は、接続油路９６ａを介してシリンダー＃３のスレーブピストン８９に伝達される。同様に、シリンダー＃３の油圧回路８５で発生したブレーキ油圧は、接続油路９６ｂを介してシリンダー＃２のスレーブピストン８９に伝達される。

そのため、図１０に示すように、シリンダー＃３の排気バルブ２８は、シリンダー＃２の排気バルブ２８が実行するブレーキ排気動作と同じリフトカーブを描く開閉動作を実行する。この開閉動作は、排気行程に開弁期間を有する第１保温排気動作と排気上死点付近に開弁期間を有する第２保温排気動作とによって構成される保温排気動作である。同様に、シリンダー＃２の排気バルブ２８は、シリンダー＃３の排気バルブ２８が実行するブレーキ排気動作と同じリフトカーブを描く開閉動作、すなわち保温開閉動作を実行する。

上述したエンジンシステムの作用について説明する。
保温モードにおいて、第１保温排気動作完了時に燃焼室２１に残っている排気ガスは、第１保温排気動作と第２保温排気動作との間の閉弁期間にピストン２０によって圧縮される。これにより、エンジン１０に出力損失（以下、圧縮損失という。）が生じる。燃料噴射制御部６３が保持する保温マップ６９には、予め行った実験やシミュレーションの結果等に基づいて上述した圧縮損失を加味したうえでドライバーの要求トルクＬを満足する燃料噴射量が規定されている。すなわち、保温マップ６９には、アクセル開度ＡＣＣとエンジン回転数Ｎｅとに基づく同一のアドレスに対し、通常マップ６７に規定されている値以上の値が規定されている。また、第２保温排気動作によってシリンダー１１に排気ガスが導入されることから、シリンダー１１には、燃料が噴射される作動ガスとして空気と排気ガスとの混合ガスが生成される。この混合ガスは、作動ガスの全てが空気である場合に比べて、その一部が排気ガスに置換される分だけ温度が高められる。これにより、同じ量の燃料を燃焼させたとき、排気ガスの導入により高められた温度の分だけ燃焼室２１から排出される排気ガスの排出温度を高めることができる。こうしたことは、エンジン負荷ＥＬが軽負荷にあるときに顕著となる。これらのことから、保温モードにおいて排気浄化装置４５に供給される排気エネルギーを通常モードよりも増大させることができる。

本実施形態のエンジンシステムの効果について説明する。
（１）圧縮開放ブレーキは、圧縮行程の前半部分に開弁期間を有する第１ブレーキ排気動作と、第１ブレーキ排気動作よりも大きなリフト量と長い開弁期間を圧縮上死点付近に有する第２ブレーキ排気動作とで構成される。そのため、同一行程の位相が３６０°ＣＡだけ異なるシリンダー１１に対応するブレーキ油路８７に接続油路９６を介してブレーキ油圧を供給することで、一方のシリンダー１１のブレーキ油圧を用いて他方のシリンダー１１の排気上死点付近に排気バルブ２８の開弁期間を追加することができる。その結果、新たなカムを追加することなく排気バルブ２８のリフトパターンをふやすことができる。

（２）ブレーキ油路８７には、出力側接続流路あるいは入力側接続流路として機能する一対の接続油路９６ａ，９６ｂが接続されている。こうした構成によれば、ブレーキ油圧を出力する油路とブレーキ油圧が入力される油路とが各別であることから、ブレーキ油路８７間における油圧の伝達を円滑に行うことができる。

（３）ブレーキ油路８７において、出力側接続流路は上流側ブレーキ油路８７ａに接続され、入力側接続流路は下流側ブレーキ油路８７ｂに接続されている。これにより、開閉弁９０の開閉状態にかかわらず伝達油路の切替を行うことができる。そのため、通常モードから保温モードへの切り替えが開閉弁９０を閉状態に維持したまま油路切替部９８を切り替えるだけで行うことができる。また、保温モードから通常モードへの切り替えも油路切替部９８を切り替えるだけで行うことができる。

（４）排気側動弁機構３０は、他方のシリンダー１１における排気バルブ２８のリフト量を変更可能な油圧調整部９９を有している。こうした構成によれば、排気バルブ２８のリフト量についての自由度を高めることができる。

（５）選択還元型触媒４７が活性状態にあり、かつ、エンジン１０が軽負荷状態にあるときに保温モードが選択されるから、排気浄化装置４５に供給される排気エネルギーを増大できる。これにより、選択還元型触媒４７が活性状態に維持されやすくなる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・油圧調整部９９は、ブレーキ用カム７７のカムプロフィールに基づくリフト量を減少方向へシフトさせるようにブレーキ油圧を調整してもよい。こうした構成によれば、大きなリフト量を有する第２ブレーキ排気動作に基づく開弁期間の一部を排気上死点付近に追加することができる。

・図１１に示すように、ブレーキ用カム７７は、排気カムシャフト７５ではなく吸気カムシャフト１０５に設けられていてもよい。こうした構成によれば、排気用カム７６の位相とブレーキ用カム７７の位相とを各別に制御することができる。

そのため、図１２に示すように、第２ブレーキ排気動作に基づく開弁期間の一部を第２保温排気動作として排気上死点付近に追加し、さらには膨張行程に開弁期間が含まれる時期まで通常排気動作を進角させて第１保温排気動作とすることもできる。こうした構成によれば、第１保温排気動作によって高エンタルピの排気ガスが排気浄化装置４５に供給され、第２保温排気動作によって排出温度が高められる。その結果、保温モードにおいて排気浄化装置４５に供給される排気エネルギーをさらに高めることができる。

・出力側接続油路は、ブレーキ油路８７に対して下流側接続油路の上流側において接続されていればよい。そのため、出力側接続油路は、開閉弁９０の下流側であってもよい。
・一対のブレーキ油路８７は、油路切替部９８を接続する１つの接続油路９６で接続されていてもよい。こうした構成であっても、その時々の運転状態に応じて油路切替部９８の状態と開閉弁９０の開閉との組み合わせることにより、他方のシリンダー１１の排気上死点付近に排気バルブ２８の開弁期間を追加することができる。

・排気浄化装置４５が複数の触媒を有する場合、モード選択処理の触媒温度Ｔｃに関する判断は、最上流に位置する触媒温度に基づいて行われてもよい。こうした構成によれば、少なくとも最上流に位置する触媒を作用させることができる。また、触媒温度Ｔｃに関する判断は、複数の触媒のなかから予め選択された触媒の触媒温度に基づいて行われてもよい。こうした構成によれば、予め選択された触媒を作用させることができる。

・エンジンシステムは、ターボチャージャー３５およびＥＧＲ装置４０の少なくとも一方を備えていなくてもよい。
・エンジン１０は、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンであってもよいし、ガスエンジンであってもよい。また、エンジン１０は、同一行程の位相が３６０°ＣＡ異なる一対のシリンダー１１を含んでいればよく、４気筒エンジンに限られない。

１０…エンジン、１１…シリンダー、１２…エンジンブロック、１２Ａ…シリンダーブロック、１２Ｂ…シリンダーヘッド、１３…インジェクター、１４…インテークマニホールド、１５…エキゾーストマニホールド、１６…吸気通路、１７…排気通路、１７Ａ…拡径部、２０…ピストン、２１…燃焼室、２２…コネクションロッド、２３…クランクシャフト、２５…吸気ポート、２６…排気ポート、２７…吸気バルブ、２８…排気バルブ、２９…吸気側動弁機構、３０…排気側動弁機構、３５…ターボチャージャー、３６…コンプレッサー、３７…インタークーラー、３８…タービン、３９…エアクリーナー、４０…ＥＧＲ装置、４１…ＥＧＲ通路、４２…ＥＧＲクーラー、４３…ＥＧＲ弁、４５…排気浄化装置、４６…添加部、４７…選択還元型触媒、４８…タンク、４９…還元剤通路、５０…ポンプ、５１…添加弁、５２…排気絞り弁、５５…クランク角度センサー、５６…触媒温度センサー、５７…アクセル開度センサー、５７ａ…アクセルペダル、５８…排気ガス温度センサー、５９…車速センサー、６０…制御装置、６１…取得部、６２…モード選択部、６３…燃料噴射制御部、６４…ＥＧＲ制御部、６５…添加制御部、６６…バルブ制御部、６７…通常マップ、６８…昇温マップ、６９…保温マップ、７０…排気ブレーキ制御部、７５…排気カムシャフト、７６…排気用カム、７７…ブレーキ用カム、７９…排気カムフェーザー、８０…排気側駆動部、８１…排気カムフェーザー駆動部、８２…排気用動弁部、８３…ブレーキ用動弁部、８５…油圧回路、８６…ブレーキ回路、８７…ブレーキ油路、８７ａ…上流側ブレーキ油路、８７ｂ…下流側ブレーキ油路、８８…マスターピストン、８９…スレーブピストン、９０…開閉弁、９１…圧力調整回路、９２…供給油路、９３…調整油路、９４…圧力調整弁、９５…リリーフ部、９６，９６ａ，９６ｂ…接続油路、９８…油路切替部、９９…油圧調整部、１０５…吸気カムシャフト、１０６…吸気用カム、１０９…吸気カムフェーザー、１１０…吸気側駆動部。

Claims (5)

1. 燃焼室を開閉する排気バルブの開閉タイミングを変更可能な排気側動弁機構を有するエンジンと、
   前記排気側動弁機構を通じて前記排気バルブの開閉を制御する制御装置と、を備えたエンジンシステムであって、
   前記エンジンは、同一行程の位相が３６０°ＣＡ異なる一対のシリンダーを含み、
   前記排気側動弁機構は、
   前記一対のシリンダーの各々に対応して設けられたブレーキ用カムと、
   前記一対のシリンダーの各々に対応して設けられ、前記ブレーキ用カムの回転によって圧縮開放ブレーキを実行可能なブレーキ油圧が発生するブレーキ油路と、
   前記一対のシリンダーに対応するブレーキ油路を互いに接続する接続油路と、
   前記制御装置に制御されて、前記ブレーキ油圧が前記ブレーキ油路を伝達する状態と前記ブレーキ油圧が前記ブレーキ油路の途中から前記接続油路に伝達する状態とを切り替える油路切替部と、を有する
   エンジンシステム。
2. 前記一対のブレーキ油路の各々には、前記接続油路として、前記ブレーキ油圧を出力する出力側接続油路と前記ブレーキ油圧が入力される入力側接続油路とが接続されている
   請求項１に記載のエンジンシステム。
3. 前記排気側動弁機構は、前記ブレーキ油路を開閉する開閉弁を備え、
   前記出力側接続油路は、前記ブレーキ油路における前記開閉弁の上流側に接続され、
   前記入力側接続油路は、前記ブレーキ油路における前記開閉弁の下流側に接続される
   請求項２に記載のエンジンシステム。
4. 前記排気側動弁機構は、前記接続油路を介して他方のシリンダーに対応するブレーキ油路に伝達される油圧を調整する油圧調整部を有している
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
5. 前記エンジンからの排気ガスを浄化する触媒を有する排気浄化装置を備え、
   前記制御装置は、
   ドライバーからの要求トルク、前記触媒の状態、および、前記触媒に流入する排気ガスの温度である排気ガス温度を取得する取得部と、
   前記エンジンの出力トルクが前記要求トルクとなるように前記エンジンへの燃料噴射量を制御する燃料噴射量制御部と、
   前記エンジンシステムの制御モードを選択するモード選択部と、
   前記排気側動弁機構を通じて前記排気バルブを制御するバルブ制御部と、を備え、
   前記モード選択部は、前記触媒が活性状態にあり、かつ、前記排気ガス温度が保温可能温度未満であるときに前記制御モードとして保温モードを選択し、
   前記保温モードにおいて、前記バルブ制御部は、排気行程に設定された閉弁期間の前後において前記排気バルブが開閉する保温排気動作を実行し、前記ブレーキ油圧の伝達油路を前記接続油路に設定することで前記閉弁期間後の開閉動作を実行する
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のエンジンシステム。