(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気弁と排気弁との少なくとも一方の開閉時期およびまたは開度を変更可能な可変動弁機構と、
前記内燃機関の燃焼室へ直接もしくは間接的に燃料を供給する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁の作動を禁止されるときに、前記吸気弁と前記排気弁との少なくとも一方を閉弁状態とすべく前記可変動弁機構を制御する強制閉弁手段と、
前記内燃機関の排気系に設けられ、該排気系を流れる排気を浄化する排気浄化触媒と、
を備え、
前記強制閉弁手段は、前記燃料噴射弁からの燃料噴射が禁止されるときであり、且つ、前記排気浄化触媒の温度が所定温度以上であるときに、前記排気弁と前記吸気弁との少なくとも一方を閉弁状態とすべく前記可変動弁機構を制御することを特徴とする可変動弁機構を有する内燃機関。
【請求項２】
前記可変動弁機構は、前記内燃機関の吸気弁及び排気弁を電磁力により開閉駆動する電磁駆動機構であることを特徴とする請求項１に記載の可変動弁機構を有する内燃機関。
【請求項３】
前記強制閉弁手段は、前記燃料噴射弁の作動禁止時期と前記吸気弁およびまたは前記排気弁を閉弁状態にする時期とを各気筒毎に同期させることを特徴とする請求項１に記載の可変動弁機構を有する内燃機関。
【請求項４】
内燃機関の吸気弁と排気弁との少なくとも一方の開閉時期およびまたは開度を変更可能な可変動弁機構と、
前記内燃機関の気筒内へ直接もしくは間接的に燃料を供給する燃料噴射弁と、
前記燃料噴射弁の作動が禁止されるときに、前記吸気弁及び前記排気弁の開閉タイミングを前記内燃機関の排気系から吸気系へガスが流れるタイミングとすべく前記可変動弁機構を制御するバルブタイミング変更手段と、
前記内燃機関の排気系に設けられ、該排気系を流れる排気を浄化する排気浄化触媒と、
を備え、前記バルブタイミング変更手段は、前記燃料噴射弁からの燃料噴射が禁止されるときであり、且つ、前記排気浄化触媒の温度が所定温度以上であるときに、前記吸気弁及び前記排気弁の開閉タイミングを変更すべく前記可変動弁機構を制御することを特徴とする可変動弁機構を有する内燃機関。
【請求項５】
前記可変動弁機構は、前記内燃機関の吸気弁及び排気弁を電磁力により開閉駆動する電磁駆動機構であることを特徴とする請求項４に記載の可変動弁機構を有する内燃機関。
【請求項６】
前記バルブタイミング変更手段は、前記燃料噴射弁の作動禁止時期と前記吸気弁及び前記排気弁の開閉タイミングを変更する時期とを各気筒毎に同期させることを特徴とする請求項４に記載の可変動弁機構を有する内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車などに搭載される内燃機関に関し、特に吸気弁及び排気弁の開閉時期およびまたは開度を任意に変更可能とする可変動弁機構を有する内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車等に搭載される内燃機関では、排気エミッションの向上や燃料消費量の低減等を目的として、吸気弁と排気弁との少なくとも一方の開閉時期およびまたは開度を任意に変更可能な可変動弁機構を備えた内燃機関の開発が進められている。
【０００３】
可変動弁機構としては、例えば、内燃機関の吸気弁及び排気弁を電磁力によって開閉駆動する電磁駆動式の動弁機構が提案されている。このような電磁駆動式の動弁機構によれば、内燃機関の機関出力軸（クランクシャフト）の回転力を利用して吸排気弁を開閉駆動させる必要がないため、吸排気弁の駆動に起因した機関出力の損失が防止されることになる。
【０００４】
更に、上記したような電磁駆動式の動弁機構は、機関出力軸の回転位置に制限されることなく所望の時期に吸排気弁を開閉することができるため、吸気絞り弁（スロットル弁）を用いることなく各気筒の吸入空気量を制御することが可能となる。その結果、スロットル弁に起因した吸気のポンピングロスが抑制され、内燃機関の燃料消費量が低減される。
【０００５】
一方、自動車等に搭載される内燃機関では、エミッションの低減や燃料消費量の低減を目的として、車両が減速走行状態にあるとき等に燃料噴射を停止させるフューエルカット制御が実行されている。
【０００６】
すなわち、内燃機関の機関出力軸が回転した状態で燃料噴射が停止されると、内燃機関において混合気の生成及び混合気の燃焼が行われなくなり、内燃機関は吸入した空気をそのままの状態で排出することになる。この結果、内燃機関の燃料消費量が低減される上に、エミッションが低減されることになる。
【０００７】
また、自動車等に搭載される内燃機関の排気系には、内燃機関から排出される排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害ガス成分を浄化するために排気浄化触媒が設けられている。
【０００８】
ところで、上記したような排気浄化触媒は、例えば、複数の排気流路が形成された触媒担体の表面に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の触媒物質を担持して構成されているため、前述したようなフューエルカットカット制御が実行されて排気中の酸素濃度が高まると、前記した触媒物質の表面に酸素や種々の酸化物が付着し易くなる。この現象は、排気浄化触媒の温度が高いときに顕著となり、触媒物質の浄化能力が低下する場合があった。
【０００９】
これに対し、排気浄化触媒の温度が所定温度以上である場合は、フューエルカット制御を禁止する方法も考えられるが、燃料消費量の増加やエミッションの増加を招くという問題がある。
【００１０】
このような問題に対し、従来では、特開平１０−１１５２３４号公報に記載されたような内燃機関のバルブタイミング制御装置が提案されている。
前記した公報に記載された内燃機関のバルブタイミング制御装置は、機関出力軸の回転力を利用して吸気弁及び排気弁を開閉駆動するカムシャフトを備えた内燃機関であって、吸気弁およびまたは排気弁の開閉時期またはリフト量を可変とする可変動弁機構を備えた内燃機関において、フューエルカット制御が実行されるときには、各気筒の吸気行程における吸気弁の開弁時間を短くすべく可変動弁機構を制御することにより、吸気系から排気系へ流れる空気の量を低減させ、以て酸素による排気浄化触媒の劣化を抑制しようとするものである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した従来のバルブタイミング制御装置によれば、フューエルカット制御が実行された場合に各気筒の吸気行程時における吸気弁の開弁時間が短縮され、内燃機関の吸気系から排気系へ流れる空気量が減少されるものの、少量の空気が内燃機関の吸気系から排気系へ流れることになるため、排気浄化触媒の酸素による劣化の進行を遅らせることは可能であるが、酸素による排気浄化触媒の劣化を完全に防止することは困難である。
【００１２】
特に、排気浄化触媒の温度が高い場合には、排気浄化触媒が酸素によって劣化し易くなるため、排気浄化触媒を流れる空気量が少なくても、その少量の空気に含まれる酸素によって排気浄化触媒が劣化してしまう虞がある。
【００１３】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、吸気弁及び排気弁の開閉時期およびまたは開度を任意に変更可能な可変動弁機構を備えた内燃機関において、排気浄化触媒の温度が所定温度以上であるときのフューエルカット制御に起因した排気浄化触媒の劣化を防止する技術を提供し、以て排気浄化触媒の耐久性を向上させることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記したような課題を解決するために以下のような手段を採用した。すなわち、本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関は、内燃機関の吸気弁と排気弁との少なくとも一方の開閉時期およびまたは開度を変更可能な可変動弁機構と、前記内燃機関の燃焼室へ直接もしくは間接的に燃料を供給する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁の作動を禁止されるときに、前記吸気弁と前記排気弁との少なくとも一方を閉弁状態とすべく前記可変動弁機構を制御する強制閉弁手段と、前記内燃機関の排気系に設けられ、該排気系を流れる排気を浄化する排気浄化触媒と、を備え、前記強制閉弁手段は、前記燃料噴射弁からの燃料噴射が禁止されるときであり、且つ、前記排気浄化触媒の温度が所定温度以上であるときに、前記排気弁と前記吸気弁との少なくとも一方を閉弁状態とすべく前記可変動弁機構を制御することを特徴とする。
【００１５】
このように構成された可変動弁機構を有する内燃機関では、燃料噴射弁の作動が禁止されるときに、強制閉弁手段が吸気弁と排気弁との少なくとも一方を閉弁状態とすべく可変動弁機構を制御することになる。
【００１６】
内燃機関において吸気弁と排気弁との少なくとも一方が閉弁状態とされると、前記内燃機関の吸気系から排気系にかけて空気が流れることがなくなる。この結果、内燃機関の排気系が酸素過剰な雰囲気となることがなく、排気系に設けられた排気浄化触媒が酸素過剰な雰囲気になることもない。
【００１７】
また、本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関において、強制閉弁手段は、燃料噴射弁の作動禁止時期と吸気弁およびまたは排気弁を閉弁状態にする時期とを各気筒毎に同期させるようにしてもよい。
【００１８】
これは、（１）燃料噴射弁の作動禁止時期に比して吸気弁を閉弁状態にする時期が早くなると、吸気ポート噴射式の内燃機関では、燃料噴射弁から噴射された燃料が吸気ポートや吸気弁に付着し、それらの燃料がフューエルカット制御の実行終了後において新たに燃料噴射弁から噴射された燃料とともに気筒内に流入して気筒内が燃料過剰な雰囲気となる、（２）燃料噴射弁の作動禁止時期に比して吸気弁を閉弁状態にする時期が遅くなると、内燃機関の吸気系から排気系にかけて空気が流れることになり、排気系に配置された排気浄化触媒が酸素過剰な雰囲気となる、（３）燃料噴射弁の作動禁止時期に比して排気弁を閉弁状態にする時期が早くなると、燃焼室内の既燃ガスや未燃の混合気が吸気系へ逆流する、（４）燃料噴射弁の作動禁止時期に比して排気弁を閉弁状態にする時期が遅くなると、内燃機関の吸気系から排気系にかけて空気が流れることになり、排気系に配置された排気浄化触媒が酸素過剰な雰囲気となる等の事象の発生を防止するためである。
【００１９】
尚、本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関では、燃料噴射弁からの燃料噴射が禁止されるときであって、且つ、内燃機関の排気系に設けられた排気浄化触媒の温度が所定温度以上であるときのみに、排気弁と吸気弁との少なくとも一方を閉弁状態とすべく前記可変動弁機構を制御する。
【００２０】
次に、本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関は、内燃機関の吸気弁と排気弁との少なくとも一方の開閉時期およびまたは開度を変更可能な可変動弁機構と、前記内燃機関の気筒内へ直接もしくは間接的に燃料を供給する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁の作動が禁止されるときに、前記吸気弁及び前記排気弁の開閉タイミングを前記内燃機関の排気系から吸気系へガスが流れるタイミングとすべく前記可変動弁機構を制御するバルブタイミング変更手段と、前記内燃機関の排気系に設けられ、該排気系を流れる排気を浄化する排気浄化触媒と、を備え、前記バルブタイミング変更手段は、前記燃料噴射弁からの燃料噴射が禁止されるときであり、且つ、前記排気浄化触媒の温度が所定温度以上であるときに、前記吸気弁及び前記排気弁の開閉タイミングを変更すべく前記可変動弁機構を制御することを特徴とするようにしてもよい。
【００２１】
このように構成された可変動弁機構を有する内燃機関では、燃料噴射弁の作動が禁止されるときに、バルブタイミング変更手段が吸排気弁の開閉タイミングを内燃機関の排気系から吸気系へガスが流れるタイミングとすべく可変動弁機構を制御する。
【００２２】
この場合、内燃機関の排気系から吸気系へガスが流れることになり、内燃機関の吸気系から排気系へ空気が流れることがなくなる。この結果、内燃機関の排気系が酸素過剰な雰囲気となることがなく、排気系に設けられた排気浄化触媒が酸素過剰な雰囲気になることもない。
【００２３】
その際、内燃機関の一部の気筒では、吸排気弁の開閉タイミングを内燃機関の吸気系から排気系へガスが流れるタイミングにすると同時に、その他の気筒では、吸排気弁の開閉タイミングを内燃機関の排気系から吸気系へガスが流れるタイミングにするようにしてもよい。
【００２４】
この場合、一部の気筒を介して吸気系から排気系へ流れたガスは、他の気筒を介して排気系から吸気系へ引き戻されることになるため、排気浄化触媒を空気が通過することがない。
【００２５】
また、上記した可変動弁機構を有する内燃機関において、バルブタイミング変更手段は、燃料噴射弁の作動禁止時期と吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを変更する時期とを各気筒毎に同期させるようにしてもよい。
【００２６】
また、上記した可変動弁機構を有する内燃機関において、バルブタイミング変更手段は、燃料噴射弁からの燃料噴射が禁止されるときであって、且つ、排気浄化触媒の温度が所定温度以上であるときにのみ、吸排気弁の開閉タイミングを変更する。
【００２７】
尚、本発明に係る可変動弁機構としては、電磁力を利用して吸気弁及び排気弁を駆動する電磁駆動式動弁機構、油圧を利用して吸気弁及び排気弁を駆動する油圧駆動式動弁機構、クランクシャフトの回転力を利用して吸気弁及び排気弁を開閉駆動するカムシャフトを備えた内燃機関においてカムシャフトと吸排気弁との間の駆動力の伝達形態を切り換えることにより吸排気弁の作動と休止とを切り換える可変動弁機構、もしくは、クランクシャフトの回転力を利用して吸気弁及び排気弁を開閉駆動するカムシャフトを備えた内燃機関においてクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変更することにより吸排気弁の開閉時期を変更する可変動弁機構等を例示することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。ここでは、本発明に係る可変動弁機構として、電磁力を利用して吸気弁及び排気弁を開閉駆動する電磁駆動機構を例に挙げて説明する。
【００２９】
図１は、本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒２１を備えるとともに、各気筒２１内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁３２を具備した４サイクルのガソリンエンジンである。
【００３０】
前記内燃機関１は、複数の気筒２１及び冷却水路１ｃが形成されたシリンダブロック１ｂと、このシリンダブロック１ｂの上部に固定されたシリンダヘッド１ａとを備えている。
【００３１】
前記シリンダブロック１ｂには、機関出力軸であるクランクシャフト２３が回転自在に支持され、このクランクシャフト２３は、各気筒２１内に摺動自在に装填されたピストン２２と連結されている。
【００３２】
前記ピストン２２の上方には、ピストン２２の頂面とシリンダヘッド１ａの壁面とに囲まれた燃焼室２４が形成されている。前記シリンダヘッド１ａには、燃焼室２４に臨むよう点火栓２５が取り付けられ、この点火栓２５には、該点火栓２５に駆動電流を印加するためのイグナイタ２５ａが接続されている。
【００３３】
前記シリンダヘッド１ａには、２つの吸気ポート２６の開口端と２つの排気ポート２７の開口端とが燃焼室２４に臨むよう形成されるとともに、その噴孔が燃焼室２４に臨むよう燃料噴射弁３２が取り付けられている。
【００３４】
前記吸気ポート２６の各開口端は、シリンダヘッド１ａに進退自在に支持された吸気弁２８によって開閉されるようになっており、これら吸気弁２８は、シリンダヘッド１ａに設けられた電磁駆動機構３０（以下、吸気側電磁駆動機構３０と記す）によって開閉駆動されるようになっている。
【００３５】
前記排気ポート２７の各開口端は、シリンダヘッド１ａに進退自在に支持された排気弁２９により開閉されるようになっており、これら排気弁２９は、シリンダヘッド１ａに設けられた電磁駆動機構３１（以下、排気側電磁駆動機構３１と記す）によって開閉駆動されるようになっている。
【００３６】
ここで、吸気側電磁駆動機構３０と排気側電磁駆動機構３１の具体的な構成について述べる。尚、吸気側電磁駆動機構３０と排気側電磁駆動機構３１とは同様の構成であるため、吸気側電磁駆動機構３０のみを例に挙げて説明する。
【００３７】
吸気側電磁駆動機構３０は、図２に示すように、円筒状に形成された非磁性体からなる筐体３００を備えている。前記筐体３００には、該筐体３００の内径と略同一の外径を有する環状の軟磁性体からなる第１コア３０１と第２コア３０２とが所定の間隙を介して直列に配置されている。
【００３８】
前記第１コア３０１において前記所定の間隙に臨む部位には、第１の電磁コイル３０３が把持されており、前記第２コア３０２において前記第１の電磁コイル３０３と対向する部位には第２の電磁コイル３０４が把持されている。
【００３９】
前記した所定の間隙には、前記筐体３００の内径と略同一の外径を有する円板状の軟磁性体からなるプランジャ３０５が設けられている。このプランジャ３０５は、前記第１コア３０１の中空部に保持された第１スプリング３０６と、前記第２コア３０２の中空部に保持された第２スプリング３０７とによって軸方向へ進退自在に支持されている。
【００４０】
尚、前記第１スプリング３０６と前記第２スプリング３０７の付勢力は、前記プランジャ３０５が前記所定の間隙において前記第１コア３０１と前記第２コア３０２との中間の位置にあるときに釣り合うよう設定されるものとする。
【００４１】
一方、吸気弁２８は、燃焼室２４における吸気ポート２６の開口端に設けられた弁座２００に着座もしくは離座することによって前記吸気ポート２６を開閉する弁体２８ａと、その先端部が前記弁体２８ａに固定された円柱状の弁軸２８ｂとから形成されている。
【００４２】
前記弁軸２８ｂは、前記シリンダヘッド１ａに設けられた筒状のバルブガイド２０１によって進退自在に支持されている。そして、前記弁軸２８ｂの基端部は、前記吸気側電磁駆動機構３０の筐体３００内に延出し、前記第２コア３０２の中空部を経て前記プランジャ３０５に固定されている。
【００４３】
尚、前記弁軸２８ｂの軸方向の長さは、前記プランジャ３０５が前記所定の間隙において前記第１コア３０１と前記第２コア３０２との中間位置に保持されているとき、すなわち前記プランジャ３０５が中立状態にあるときに、前記弁体２８ａが全開側変位端と全閉側変位端との中間の位置（以下、中開位置と称する）に保持されるよう設定されるものとする。
【００４４】
このように構成された吸気側電磁駆動機構３０では、第１の電磁コイル３０３及び第２の電磁コイル３０４へ励磁電流が印加されていない場合は、前記プランジャ３０５が中立状態となり、それに伴って弁体２８ａが中開位置に保持される。
【００４５】
前記吸気側電磁駆動機構３０の第１の電磁コイル３０３に励磁電流が印加されると、第１コア３０１と第１の電磁コイル３０３とプランジャ３０５との間には、前記プランジャ３０５を第１コア３０１側へ変位させる方向の電磁力が発生する。
【００４６】
一方、前記吸気側電磁駆動機構３０の第２の電磁コイル３０４に励磁電流が印加されると、第２コア３０２と第２の電磁コイル３０４とプランジャ３０５との間には、前記プランジャ３０５を前記第２コア３０２側へ変位させる方向の電磁力が発生する。
【００４７】
従って、吸気側電磁駆動機構３０では、第１の電磁コイル３０３と第２の電磁コイル３０４とに交互に励磁電流が印加されることにより、プランジャ３０５が進退し、以て弁体２８ａが開閉駆動されることになる。その際、第１の電磁コイル３０３及び第２の電磁コイル３０４に対する励磁電流の印加タイミングと励磁電流の大きさを変更することにより、吸気弁２８の開閉タイミングを制御することが可能となる。
【００４８】
ここで、図１に戻り、前記内燃機関１の各吸気ポート２６は、該内燃機関１のシリンダヘッド１ａに取り付けられた吸気枝管３３の各枝管と連通している。前記吸気枝管３３は、吸気の脈動を抑制するためのサージタンク３４に接続されている。前記サージタンク３４には、吸気管３５が接続され、吸気管３５は、吸気中の塵や埃等を取り除くためのエアクリーナボックス３６と接続されている。
【００４９】
前記吸気管３５には、該吸気管３５内を流れる空気の質量（吸入空気質量）に対応した電気信号を出力するエアフローメータ４４が取り付けられている。前記吸気管３５において前記エアフローメータ４４より下流の部位には、該吸気管３５内を流れる吸気の流量を調整するスロットル弁３９が設けられている。
【００５０】
前記スロットル弁３９には、ステッパモータ等からなり印加電力の大きさに応じて前記スロットル弁３９を開閉駆動するスロットル用アクチュエータ４０と、前記スロットル弁３９の開度に対応した電気信号を出力するスロットルポジションセンサ４１と、アクセルペダル４２に機械的に接続され該アクセルペダル４２の操作量に対応した電気信号を出力するアクセルポジションセンサ４３とが取り付けられている。
【００５１】
前記サージタンク３４には、該サージタンク３４の圧力に対応した電気信号を出力するバキュームセンサ５０が取り付けられている。
一方、前記内燃機関１の各排気ポート２７は、前記シリンダヘッド１ａに取り付けられた排気枝管４５の各枝管と連通している。前記排気枝管４５は、排気浄化触媒４６を介して排気管４７に接続され、排気管４７は、下流にて図示しないマフラーと接続されている。
【００５２】
前記排気枝管４５には、該排気枝管４５内を流れる排気の空燃比、言い換えれば排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ４８が取り付けられている。
【００５３】
前記排気浄化触媒４６は、例えば、該排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃比が理論空燃比近傍の所定の空燃比であるときに排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する三元触媒、該排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃比がリーン空燃比であるときは排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵し、流入排気の空燃比が理論空燃比もしくはリッチ空燃比であるときは吸蔵していた窒素酸化物（ＮＯｘ）を放出しつつ還元・浄化する吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、該排気浄化触媒４６に流入する排気の空燃比が酸素過剰状態にあり且つ所定の還元剤が存在するときに排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元・浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒、もしくは上記した各種の触媒を適宜組み合わせてなる触媒である。
【００５４】
前記した排気浄化触媒４６には、該排気浄化触媒４６の床温に対応した電気信号を出力する触媒温度センサ４９が取り付けられている。
また、内燃機関１は、クランクシャフト２３の端部に取り付けられたタイミングロータ５１ａとタイミングロータ５１ａ近傍のシリンダブロック１ｂに取り付けられた電磁ピックアップ５１ｂとからなるクランクポジションセンサ５１と、内燃機関１の内部に形成された冷却水路１ｃを流れる冷却水の温度を検出すべくシリンダブロック１ｂに取り付けられた水温センサ５２とを備えている。
【００５５】
このように構成された内燃機関１には、該内燃機関１の運転状態を制御するための電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ：ＥＣＵ、以下ＥＣＵと称する）２０が併設されている。
【００５６】
前記ＥＣＵ２０には、スロットルポジションセンサ４１、アクセルポジションセンサ４３、エアフローメータ４４、空燃比センサ４８、触媒温度センサ４９、バキュームセンサ５０、クランクポジションセンサ５１、水温センサ５２等の各種センサが電気配線を介して接続され、各センサの出力信号がＥＣＵ２０に入力されるようになっている。
【００５７】
前記ＥＣＵ２０には、イグナイタ２５ａ、吸気側電磁駆動機構３０、排気側電磁駆動機構３１、燃料噴射弁３２等が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ２０が各種センサの出力信号値をパラメータとしてイグナイタ２５ａ、吸気側電磁駆動機構３０、排気側電磁駆動機構３１、燃料噴射弁３２を制御することが可能になっている。
【００５８】
ここで、ＥＣＵ２０は、図３に示すように、双方向性バス４００によって相互に接続されたＣＰＵ４０１とＲＯＭ４０２とＲＡＭ４０３とバックアップＲＡＭ４０４と入力ポート４０５と出力ポート４０６とを備えるとともに、前記入力ポート４０５に接続されたＡ／Ｄコンバータ（Ａ／Ｄ）４０７を備えている。
【００５９】
前記入力ポート４０５は、クランクポジションセンサ５１のようにデジタル信号形式の信号を出力するセンサの出力信号を入力し、それらの出力信号をＣＰＵ４０１あるいはＲＡＭ４０３へ送信する。
【００６０】
前記入力ポート４０５は、スロットルポジションセンサ４１、アクセルポジションセンサ４３、エアフローメータ４４、空燃比センサ４８、触媒温度センサ４９、バキュームセンサ５０、水温センサ５２のようにアナログ信号形式の信号を出力するセンサの出力信号をＡ／Ｄ４０７を介して入力し、それらの出力信号をＣＰＵ４０１やＲＡＭ４０３へ送信する。
【００６１】
前記出力ポート４０６は、前記ＣＰＵ４０１から出力される制御信号をイグナイタ２５ａ、吸気側電磁駆動機構３０、排気側電磁駆動機構３１、燃料噴射弁３２へ送信する。
【００６２】
前記ＲＯＭ４０２は、燃料噴射量を決定するための燃料噴射量制御ルーチン、燃料噴射時期を決定するための燃料噴射時期制御ルーチン、吸気弁２８の開弁時期を決定するための吸気弁開弁時期制御ルーチン、吸気弁２８の開弁量を決定するための吸気弁開弁量制御ルーチン、排気弁２９の開弁時期を決定するための排気弁開弁時期制御ルーチン、排気弁２９の開弁量を決定するための排気弁開弁量制御ルーチン、各気筒２１の点火栓２５の点火時期を決定するための点火時期制御ルーチン、スロットル弁３９の開度を決定するためのスロットル開度制御ルーチン等のアプリケーションプログラムに加え、フューエルカット制御実行時に電磁駆動機構３０、３１を制御するためのフューエルカット時電磁駆動機構制御ルーチン、及び、フューエルカット制御実行終了時に電磁駆動機構３０、３１を制御するためのフューエルカット復帰時電磁駆動機構制御ルーチンを記憶している。
【００６３】
前記ＲＯＭ４０２は、前記したアプリケーションプログラムに加え、各種の制御マップを記憶している。前記した制御マップは、例えば、内燃機関１の運転状態と燃料噴射量との関係を示す燃料噴射量制御マップ、内燃機関１の運転状態と燃料噴射時期との関係を示す燃料噴射時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と吸気弁２８の開弁時期との関係を示す吸気弁開弁時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と吸気弁２８の開弁量との関係を示す吸気弁開弁量制御マップ、内燃機関１の運転状態と排気弁２９の開弁時期との関係を示す排気弁開弁時期制御マップ、内燃機関１の運転状態と排気弁２９の開弁量との関係を示す排気弁開弁量制御マップと、内燃機関１の運転状態と各点火栓２５の点火時期との関係を示す点火時期制御マップ、内燃機関１の運転状態とスロットル弁３９の開度との関係を示すスロットル開度制御マップ、内燃機関１の運転状態とフューエルカット制御の実行時期との関係を示すフューエルカット制御マップ等である。
【００６４】
前記ＲＡＭ４０３は、各センサの出力信号やＣＰＵ４０１の演算結果等を記憶する。前記演算結果は、例えば、クランクポジションセンサ５１の出力信号に基づいて算出される機関回転数等である。前記ＲＡＭ４０３に記憶される各種のデータは、クランクポジションセンサ５１が信号を出力する度に最新のデータに書き換えられる。
【００６５】
前記バックアップＲＡＭ４５は、内燃機関１の運転停止後もデータを保持する不揮発性のメモリであり、各種制御に係る学習値等を記憶する。
前記ＣＰＵ４０１は、前記ＲＯＭ４０２に記憶されたアプリケーションプログラムに従って動作して、燃料噴射制御、吸気弁開閉制御、排気弁開閉制御、点火制御等に加え、本発明の要旨となるフューエルカット時電磁駆動機構制御や、フューエルカット復帰時電磁駆動機構制御を実行する。
【００６６】
以下、本実施の形態に係るフューエルカット時電磁駆動機構制御とフューエルカット復帰時電磁駆動機構制御について述べる。
ＣＰＵ４０１は、フューエルカット時電磁駆動機構制御を実行するにあたり、図４に示すようなフューエルカット時電磁駆動機構制御ルーチンを実行する。このフューエルカット時電磁駆動機構制御ルーチンは、ＣＰＵ４０１によって所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ５１がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行されるルーチンである。
【００６７】
フューエルカット時電磁駆動機構制御ルーチンでは、ＣＰＵ４０１は、先ず、Ｓ４０１において、ＲＡＭ４０３から触媒温度センサ４９の出力信号値（触媒床温）を読み出す。
【００６８】
Ｓ４０２では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ４０１において読み出された触媒床温が所定の温度より高いか否かを判別する。前記所定温度は、排気浄化触媒４６の触媒物質に酸素や酸化物が付着し易くなる温度であり、予め実験的に求められた値である。
【００６９】
前記Ｓ４０２において前記触媒床温が所定の温度以下であると判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、本ルーチンの実行を一旦終了する。一方、前記Ｓ４０２において前記触媒床温が所定の温度より高いと判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ４０３へ進む。
【００７０】
Ｓ４０３では、ＣＰＵ４０１は、ＲＡＭ４０３の所定領域に設定されたフューエルカット制御フラグ記憶領域に“１”が記憶されているか否かを判別する。前記したフューエルカット制御フラグ記憶領域は、別途のフューエルカット制御ルーチンにおいて内燃機関１の運転状態がフューエルカット制御実行領域にあると判定されたときに“１”が記憶され、前記フューエルカット制御ルーチンにおいて内燃機関１の運転状態がフューエルカット制御実行領域にないと判定されたときに“０”が記憶される領域である。
【００７１】
前記Ｓ４０３においてＲＡＭ４０３のフューエルカット制御フラグ記憶領域に“１”が記憶されていないと判定された場合、すなわち、前記フューエルカット制御フラグ記憶領域に“０”が記憶されていると判定された場合には、ＣＰＵ４０１は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００７２】
一方、前記Ｓ４０３においてＲＡＭ４０３のフューエルカット制御フラグ記憶領域に“１”が記憶されている判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ４０４へ進み、フューエルカット制御を実施すべきタイミングにある気筒２１を判別する。すなわち、ＣＰＵ４０１は、燃料噴射時期にある気筒２１を判別する。
【００７３】
Ｓ４０５では、ＣＰＵ４０１は、前記Ｓ４０４において判別された気筒２１の燃料噴射弁３２の作動を禁止する時期と同期させて、前記気筒２１の排気弁２９を閉弁状態とすべく排気側電磁駆動機構３１を制御する。
【００７４】
Ｓ４０６では、ＣＰＵ４０１は、全ての気筒２１について燃料噴射弁３２の作動が禁止されたか否か、言い換えれば、全ての気筒２１についてフューエルカット制御が実施されたか否かを判別する。この判別方法としては、各気筒２１別にフューエルカット実施完了フラグを記憶する領域をＲＡＭ４０３に設け、その記憶領域に全ての気筒２１に対応したフューエルカット実施完了フラグが記憶されているときには、全ての気筒２１についてフューエルカット制御が実施されたと判定する方法を例示することができる。
【００７５】
前記Ｓ４０６において全ての気筒２１についてフューエルカット制御が実施されていないと判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、フューエルカット制御が実施されていない気筒２１について前述したＳ４０４以降の処理を実行する。
【００７６】
前記前記Ｓ４０６において全ての気筒２１についてフューエルカット制御が実施されたと判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、本ルーチンの実行を終了する。
このようなフューエルカット時電磁駆動機構制御ルーチンをＣＰＵ４０１が実行することにより、本発明に係る強制閉弁手段が実現されることになり、排気浄化触媒４６の触媒床温が所定温度より高い状況下でフューエルカット制御が実施される場合には、内燃機関１の各気筒２１において排気弁２９が閉弁状態に保持されることになる。
【００７７】
この場合、内燃機関１の燃焼室２４から排気系へガスが流れることがなく、言い換えれば、内燃機関１の吸気系から排気系へかけて新気が流れることがなくなるため、排気浄化触媒４６が酸素過剰な雰囲気になることがない。
【００７８】
従って、上記したフューエルカット時電磁駆動機構制御ルーチンによれば、内燃機関１においてフューエルカット制御が実行された場合に、排気浄化触媒４６が酸素過剰な雰囲気になることがなくなるため、排気浄化触媒４６の触媒物質に酸素や酸化物が付着せず、排気浄化触媒４６の浄化性能が低下することがない。
【００７９】
更に、上記したフューエルカット時電磁駆動機構制御ルーチンでは、内燃機関１の各気筒２１毎にフューエル制御の実施時期と排気弁２９を閉弁させる時期とを同期させているため、燃焼室内の既燃ガスや未燃の混合気が吸気系へ逆流したり、フューエル制御の実施後に吸気系から排気系にかけて空気が流れる等の不具合が発生することがない。
【００８０】
尚、上記したフューエルカット時電磁駆動機構制御ルーチンでは、フューエルカット制御が実行される際に、排気弁２９を閉弁状態にする例について述べたが、排気弁２９の代わりに吸気弁２８を閉弁するようにしてもよく、あるいは吸気弁２８と排気弁２９との双方を閉弁するようにしてもよい。
【００８１】
次に、ＣＰＵ４０１は、フューエルカット復帰時電磁駆動機構制御を実行するにあたり、図５に示すようなフューエルカット復帰時電磁駆動機構制御ルーチンを実行する。このフューエルカット復帰時電磁駆動機構制御ルーチンは、フューエルカット制御が実行されている状況下で、ＣＰＵ４０１が所定時間毎（例えば、クランクポジションセンサ５１がパルス信号を出力する度）に繰り返し実行するルーチンである。
【００８２】
フューエルカット復帰時電磁駆動機構制御ルーチンでは、ＣＰＵ４０１は、先ず、Ｓ５０１において、ＣＰＵ４０１は、ＲＡＭ４０３のフューエルカット制御フラグ記憶領域へアクセスし、該フューエルカット制御フラグ記憶領域の記憶内容が“１”から“０”へ書き換えられたか否かを判別する。
【００８３】
前記Ｓ５０１において前記フューエルカット制御フラグ記憶領域の記憶内容が“１”から“０”へ書き換えられていない、すなわち前記フューエルカット制御フラグ記憶領域に“１”が記憶されていると判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００８４】
一方、前記前記Ｓ５０１において前記フューエルカット制御フラグ記憶領域の記憶内容が“１”から“０”へ書き換えられたと判定した場合、すなわち前記フューエルカット制御フラグ記憶領域に“０”が記憶されていると判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ５０２へ進む。
【００８５】
Ｓ５０２では、ＣＰＵ４０１は、吸気弁２８及び排気弁２９を通常の開閉タイミングで作動させるべく吸気側電磁駆動機構３０及び排気側電磁駆動機構３１を制御する。
【００８６】
ここで、フューエルカット制御の実行が終了される際に、内燃機関１の一部の気筒２１には十分な量の新気が存在し、その他の一部の気筒２１では十分な量の新気が存在しないことが想定される。そのような場合に、吸排気弁２８、２９の通常動作が再開されると同時に燃料噴射が再開されると、気筒２１内に新気が存在する気筒２１では正常な燃焼が行われる一方で、新気が存在しない気筒２１では正常な燃焼が行われず、内燃機関１の回転変動、言い換えればトルク変動が発生する虞がある。
【００８７】
そこで、本実施の形態では、フューエルカット制御の実行を終了する際に、先ず、吸気弁２８及び排気弁２９を通常の開閉タイミングで数サイクル作動させ、全ての気筒２１内に新気を吸入させ、次いで各気筒２１の燃料噴射制御を再開させるようにした。
【００８８】
ここで図５に戻り、前記したＳ５０２の処理を実行し終えたＣＰＵ４０１は、Ｓ５０３へ進み、ＲＡＭ４０３から  バキュームセンサ５０の出力信号値（吸気管負圧）を読み出し、その吸気管負圧が所定値より低いか否か、言い換えれば吸気管負圧の負圧度合が所定値の負圧度合より高くなったか否かを判別する。
【００８９】
前記Ｓ５０３の処理は、各気筒２１内に新気が導入されたか否かを判定するための処理であり、通常の内燃機関では、フューエルカット制御が実行されているときにスロットル弁が全閉状態とされるため、そのような状況下で吸気弁２８及び排気弁２９が通常開閉タイミングで動作されると、スロットル弁から内燃機関に至る吸気経路に残留していた新気が内燃機関の燃焼室に吸入され、スロットル弁下流の吸気経路が負圧となるという知見に基づいた処理である。
【００９０】
前記Ｓ５０３において前記吸気管負圧が前記所定値より高いと判定した場合、すなわち、前記した吸気管負圧の負圧度合が前記所定値の負圧度合より低いと判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、本ルーチンの実行を一旦終了する。
【００９１】
一方、前記前記Ｓ５０３において前記吸気管負圧が前記所定値より低いと判定した場合、すなわち、前記した吸気管負圧の負圧度合が前記所定値の負圧度合より高いと判定した場合は、ＣＰＵ４０１は、Ｓ５０４へ進み、各気筒２１毎に燃料噴射を再開した後、本ルーチンの実行を終了する。
【００９２】
このようなフューエルカット復帰時電磁駆動機構制御ルーチンをＣＰＵ４０１が実行することにより、フューエルカット制御の実行を終了する際に、内燃機関１の全ての気筒２１内に十分な新気を吸入した上で、燃料噴射制御が再開されることになるため、フューエルカット制御実行完了時において全ての気筒２１の燃焼状態をほぼ均一にすることが可能となり、内燃機関１の回転変動やトルク変動が発生することがなく、ドライバビリィティを向上させることが可能となる。
【００９３】
尚、前述した実施の形態に係るフューエルカット時電磁駆動機構制御において、吸気弁２８と排気弁２９との少なくとも一方を閉弁状態とする例について述べたが、吸気弁２８及び排気弁２９の開閉タイミングを、内燃機関１の排気系から吸気系へガスが流れるタイミングとすべく吸気側電磁駆動機構３０及び排気側電磁駆動機構３１を制御するようにしてもよい。
【００９４】
具体的には、ＣＰＵ４０１は、内燃機関１の各気筒２１においてピストン２２が下死点側から上死点側へ上昇動作している時期に吸気弁２８を開弁させるべく吸気側電磁駆動機構３０を制御するとともに、ピストン２２が上死点側から下死点側へ下降動作している時期に排気弁２９を開弁させるべく排気側電磁駆動機構３１を制御する。
【００９５】
この場合、各気筒２１では、排気弁２９が開弁されたときにピストン２２が下降するため、排気系のガスが燃焼室２４内に吸入される。その後、吸気弁２８が開弁されると、ピストン２２の上昇動作により燃焼室２４内のガスが吸気系へ排出されることになる。
【００９６】
この結果、内燃機関１においてフューエルカット制御が実行された場合には、該内燃機関１の排気系から吸気系へガスが流れることになり、吸気系の新気が排気系へ流れることがなく、以て排気浄化触媒４６が酸素過剰な雰囲気となることがない。
【００９７】
更に、フューエルカット時電磁駆動機構制御において、吸気弁２８及び排気弁２９の開閉タイミングを内燃機関１の排気系から吸気系へガスが流れるタイミングとした場合は、排気浄化触媒４６が酸素過剰な雰囲気とならない上、内燃機関１のポンプ作動によってエンジンブレーキが発生することになるため、減速走行時のフューエルカット制御時に有効である。
【００９８】
尚、フューエルカット時電磁駆動機構制御において、吸気弁２８及び排気弁２９の開閉タイミングを内燃機関１の排気系から吸気系へガスが流れるタイミングとする場合には、スロットル弁３９が全閉状態となるようスロットル用アクチュエータ２２が制御されることが好ましい。
【００９９】
これは、吸気弁２８及び排気弁２９の開閉タイミングを内燃機関１の排気系から吸気系へガスが流れるタイミングとする際に、スロットル弁３９が開弁状態にあると、排気系終端の大気開放部から空気が吸い込まれ、その空気が排気浄化触媒４６を通過することになるからである。
【０１００】
また、ＣＰＵ４０１は、フューエルカット時電磁駆動機構制御において、内燃機関１の一部の気筒２１の吸気弁２８及び排気弁２９の開閉タイミングを、内燃機関１の排気系から吸気系へガスが流れるタイミングとすべく吸気側電磁駆動機構３０及び排気側電磁駆動機構３１を制御するとともに、内燃機関１の残りの気筒２１の吸気弁２８及び排気弁２９の開閉タイミングを、内燃機関１の吸気系から排気系へガスが流れるタイミングとすべく吸気側電磁駆動機構３０及び排気側電磁駆動機構３１を制御することにより、内燃機関１の直上流の吸気系と直下流の排気系との間をガスが往復するようにしてもよい。要は、排気浄化触媒４６の触媒床温が所定温度より高い状況下でフューエルカット制御が実行される場合に、吸気弁２８及び排気弁２９が内燃機関１の吸気系から排気系にかけて新気が流れない状態に保持されるようにすればよい。
【０１０１】
尚、上記した実施の形態では、本発明に係る可変動弁機構として、電磁力によって吸排気弁を開閉駆動する構成を例に挙げたが、電磁力の代わりに油圧を用いる動弁機構でもよく、あるいは、クランクシャフト回転力を利用して吸排気弁を開閉駆動するカムシャフトを備えた内燃機関においてカムシャフトと吸排気弁との間の駆動力の伝達形態を切り換えることにより吸排気弁の作動と休止とを切り換える動弁機構や、クランクシャフト回転力を利用して吸排気弁を開閉駆動するカムシャフトを備えた内燃機関においてクランクシャフトに対するカムシャフトの回転位相を変更することにより吸排気弁の開閉時期を変更する動弁機構のような機械式の可変動弁機構であっても構わない。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関では、燃料噴射弁の作動が禁止されるときに、吸気弁と排気弁との少なくとも一方が閉弁状態とされ、もしくは、吸気弁と排気弁とが内燃機関の排気系から吸気系へガスが流れるタイミングで作動されるため、燃料噴射弁の作動が禁止されているときに内燃機関の吸気系から排気系にかけて新気が流れることがない。
【０１０３】
この結果、本発明に係る可変動弁機構を有する内燃機関によれば、燃料噴射弁の作動が禁止されるときであって排気浄化触媒の温度が所定温度以上であるときに、内燃機関の排気系が酸素過剰な雰囲気となることがなくなり、排気系に設けられた排気浄化触媒が酸素過剰な雰囲気になることもないので、排気浄化触媒が酸素や種々の酸化物によって劣化されるのを確実に防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる可変動弁機構を有する内燃機関の概略構成を示す図
【図２】吸気側電磁駆動機構の構成を示す図
【図３】ＥＣＵの内部構成を示すブロック図
【図４】フューエルカット時電磁駆動機構制御ルーチンを示すフローチャート図
【図５】フューエルカット復帰時電磁駆動機構制御ルーチンを示すフローチャート図
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
２０・・・ＥＣＵ
２６・・・吸気ポート
２７・・・排気ポート
２８・・・吸気弁
２９・・・排気弁
３０・・・吸気側電磁駆動機構
３１・・・排気側電磁駆動機構
３３・・・吸気枝管
３４・・・サージタンク
３５・・・吸気管
３６・・・エアクリーナボックス
３９・・・スロットル弁
４０・・・スロットル用アクチュエータ
４１・・・スロットルポジションセンサ
４２・・・アクセルペダル
４３・・・アクセルポジションセンサ
４９・・・触媒温度センサ
【図１】
0003562415.tif 000002
【図２】
0003562415.tif 000003
【図３】
0003562415.tif 000004
【図４】
0003562415.tif 000005
【図５】
0003562415.tif 000006