(57)【要約】【課題】冷間始動時の排気弁のリフト量を増加することにより、触媒の暖機を向上させる。【解決手段】少なくとも排気弁のリフト量を可変制御する可変バルブタイミング機構と、触媒を有する排気浄化装置とを備えた内燃機関の制御装置において、エンジン始動後（ステップＳ１０）、エンジン冷却水温、積算吸入空気量、点火時期等を読み込み（Ｓ１１）、これらに基づいて冷間始動時を判定する（Ｓ１２，１３，１４）。そして、冷間始動時には（Ｓ１２肯定，Ｓ１３肯定，Ｓ１４肯定）、リフト量を冷間始動後におけるリフト量よりも大きく設定する（Ｓ１５）。冷間始動後は、なまし制御によって通常のリフト量に戻す（Ｓ１６〜Ｓ１８）。冷間始動時以外は通常のリフト量にて制御する（Ｓ１２否定，Ｓ１３否定，Ｓ１４否定、Ｓ１９）。【選択図】        図１
2006291936.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも内燃機関の排気弁のリフト量を可変制御する可変バルブタイミング機構と、
前記内燃機関の排気を所定の触媒にて浄化する排気浄化装置と、
を備えた内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関の運転状態に基づいて冷間始動時を判定する冷間始動時判定手段と、
前記冷間始動時判定手段によって冷間始動時であると判定されたときに、前記排気弁のリフト量を冷間始動後における前記排気弁のリフト量よりも大きく設定する排気弁リフト量設定手段と、
前記可変バルブタイミング機構に指令し、前記排気弁リフト量設定手段によって設定されたリフト量に基づいて前記排気弁を作動させる排気弁作動制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記冷間始動時判定手段は、少なくとも前記内燃機関の冷却水温と吸入空気量とに基づいて冷間始動時を判定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
冷間始動後には、前記排気弁作動制御手段は、冷間始動時に大きく設定された前記排気弁のリフト量を徐々に減少させ、冷間始動後における前記排気弁のリフト量に一致させるなまし制御を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の制御装置に関し、更に詳しくは、冷間始動時の排気弁のリフト量を増加することにより、排気流速を低減して排気温度を上昇させ、触媒の暖機を向上させることができる内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関（以下、適宜、エンジンと記す）の排気通路には、排気を浄化する三元触媒等を有する排気浄化装置が設けられている。この触媒がその浄化能力を効率的に発揮するためには、触媒の温度を所定の活性温度以上とする必要がある。
【０００３】
特に、内燃機関の冷間始動時においては、触媒の温度が外気温と同程度にまで低下しているため、触媒温度を活性温度まで上昇させなければ、十分に浄化されていない排気が外気へ放出されることとなる。
【０００４】
そこで、内燃機関における燃料噴射量や点火時期、バルブタイミングを調整することで、触媒に流入する排気温度を上昇させて、触媒温度を活性温度とする種々の技術が知られている。たとえば、排気弁の開タイミングを可変とするバルブタイミング可変手段を備えた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（たとえば、特許文献１参照）。
【０００５】
この制御装置は、エンジン回転数を検出する手段と、エンジン負荷を検出する手段と、上記バルブタイミング可変手段による排気弁のタイミングを、エンジン回転数が所定値以上で低負荷の領域では、その他の領域に比べ排気遅開きに制御する制御手段とを備えたものである。
【０００６】
なお、関連する技術として、内燃機関の始動時に高回転域用の高リフトカムを選択し、クランキング時の必要駆動力を低減する技術が公知である（たとえば、特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−３３６８２号公報
【特許文献２】特公平２−５２０８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、内燃機関の冷間始動時においては、触媒をできるだけ早く暖機させることが環境上有効である。しかしながら、従来の内燃機関の制御装置による制御では、排気弁を開く際の開口面積が狭い（リフト量が小さい）ため、排気弁が開くときに燃焼圧と大気圧との差が大きい。
【０００９】
したがって、図５に破線で示すように、ピストンの下死点付近前から排気弁が開くと、高流速域５０の排気が、排気ポートから排気管（触媒の入口部分）に流れる。ここで、図５は、排気弁における排気の流速変化を示す説明図であり、破線が従来技術に係る排気流速、実線が後述する本願発明に係る排気流速である。
【００１０】
冷間始動時の排気流速が高いと、伝熱学のコルバーンアナロジーにより、排気の熱が排気管に奪われてしまい、触媒暖機を阻害するという課題があった。
【００１１】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、冷間始動時の排気弁のリフト量を増加することにより、排気流速を低減して排気温度を上昇させ、触媒の暖機を向上させることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明の請求項１に係る内燃機関の制御装置は、少なくとも内燃機関の排気弁のリフト量を可変制御する可変バルブタイミング機構と、前記内燃機関の排気を所定の触媒にて浄化する排気浄化装置と、を備えた内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の運転状態に基づいて冷間始動時を判定する冷間始動時判定手段と、前記冷間始動時判定手段によって冷間始動時であると判定されたときに、前記排気弁のリフト量を冷間始動後における前記排気弁のリフト量よりも大きく設定する排気弁リフト量設定手段と、前記可変バルブタイミング機構に指令し、前記排気弁リフト量設定手段によって設定されたリフト量に基づいて前記排気弁を作動させる排気弁作動制御手段と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
また、この発明の請求項２に係る内燃機関の制御装置は、請求項１に記載の発明において、前記冷間始動時判定手段は、少なくとも前記内燃機関の冷却水温と吸入空気量とに基づいて冷間始動時を判定することを特徴とするものである。
【００１４】
また、この発明の請求項３に係る内燃機関の制御装置は、請求項１または２に記載の発明において、冷間始動後には、前記排気弁作動制御手段は、冷間始動時に大きく設定された前記排気弁のリフト量を徐々に減少させ、冷間始動後における前記排気弁のリフト量に一致させるなまし制御を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明に係る内燃機関の制御装置（請求項１）によれば、冷間始動時の排気弁のリフト量を通常時よりも増加することにより、排気流速を低減して排気温度を上昇させることができるので、触媒の暖機を向上させることができる。
【００１６】
また、この発明に係る内燃機関の制御装置（請求項２）によれば、内燃機関の運転状態を判断する際に常用される冷却水温と吸入空気量とに基づいて冷間始動時を判定することができ、既存の水温センサやエアフロメータ等の出力値を用いて判定すればよいので、新たなセンサ手段等の設置が不要であり、低コストで冷間始動時を判定することができる。
【００１７】
また、この発明に係る内燃機関の制御装置（請求項３）によれば、冷間始動時に高めに設定した排気弁のリフト量を当初のリフト量に戻すことにより、冷間始動後における排気損失を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に、この発明に係る内燃機関の制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例】
【００１９】
先ず、内燃機関の制御装置を搭載した内燃機関の概略構成について、図２に基づいて説明する。ここで、図２は、内燃機関の制御装置を搭載した内燃機関を示す概略構成図である。
【００２０】
図２に示すように、内燃機関であるエンジン１０は、たとえば公知の水冷式多気筒ガソリンエンジンであり、図示を省略するが、吸排気弁のリフト量および開閉動作タイミングを可変制御する可変バルブタイミング機構や、排気の一部を吸気系に還流させる排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置等を備えている。
【００２１】
また、このエンジン１０には、エンジン冷却水温を検出する水温センサ１５が設けられている。また、エンジン１０の吸気通路２０には、吸気通路２０を開閉し吸入空気量を調節するスロットル弁２２、吸入空気量を検出するエアフロメータ２４、スロットル開度を検出するスロットルセンサ２６、吸気温度を検出する吸気温センサ（図示せず）等が設けられている。
【００２２】
また、エンジン１０の排気通路３０には、排気を浄化する三元触媒等を有する排気浄化装置３２、この排気浄化装置３２や排気通路３０の温度（排気管温度）を検出する温度センサ（図示せず）等が設けられている。
【００２３】
また、この排気浄化装置３２の上流には、排気中の酸素濃度を検出し、この酸素濃度に基づいてエンジン１０で燃焼された混合気の空燃比を検出する空燃比センサ３４が設けられている。なお、この空燃比の調整は、後述する電子制御装置（以下、ＥＣＵと記す）４０によって燃料噴射弁（図示せず）からの燃料噴射量を制御することによって行われる。
【００２４】
ＥＣＵ４０は、上記水温センサ１５、エアフロメータ２４、スロットルセンサ２６、空燃比センサ３４等の各種センサが接続され、これらのセンサ出力値等に基づいてエンジン１０を基本制御するように構成されている。
【００２５】
また、このＥＣＵ４０は、後述するように、エンジン冷却水温と、吸入空気量の積算値である積算吸入空気量とに基づいて冷間始動時を判断する冷間始動時判定手段として機能するものである。
【００２６】
また、このＥＣＵ４０は、排気弁のリフト量を冷間始動後における排気弁のリフト量よりも大きく設定する排気弁リフト量設定手段として機能するとともに、上記可変バルブタイミング機構に指令し、設定されたリフト量に基づいて排気弁を作動させる排気弁作動制御手段としても機能するものである。
【００２７】
また、このＥＣＵ４０は、後述するように、点火遅角による触媒暖機制御を行うように構成されている。すなわち、排気浄化装置３２の触媒温度が低温であるほど、エンジン１０での点火時期が遅角側に移行するように制御する。
【００２８】
たとえば、ＥＣＵ４０は、エンジン回転速度およびエンジン負荷率に基づいて基本点火時期を算出するとともに、吸気温およびエンジン負荷率等に基づいて遅角点火時期を算出することができる。
【００２９】
つぎに、本実施例に係る制御動作について図１に基づいて図３および図４を参照しつつ説明する。以下の制御は、上記ＥＣＵ４０によって実行される。
【００３０】
ここで、図１は、この発明の実施例に係る制御動作を示すフローチャートである。また、図３は、排気弁のリフト量を決めるためのマップであり、冷間始動時制御の場合のリフト量を破線で示し、始動後制御の場合のリフト量を実線で示してある。
【００３１】
また、図４は、冷間始動時におけるエンジンの動作状態を示すタイムチャートであり、排気弁リフト量、触媒温度、排気管温度について本実施例に係る制御の場合を実線で示し、従来技術に係る制御の場合を破線で示してある。なお、排気弁リフト量、触媒温度、排気管温度のほか、エンジン回転数、エンジン冷却水温、エンジン負荷率、積算吸入空気量および点火時期を併せて表示してある。
【００３２】
先ず、エンジン１０の始動後（ステップＳ１０）、エンジン回転数、エンジン負荷率、エンジン冷却水温、積算吸入空気量、点火時期を読み込む（ステップＳ１１）。
【００３３】
つぎに、始動されたエンジン１０が冷間状態か否かを判断するため、上記ステップＳ１１で読み込んだエンジン冷却水温が、予め定められた冷間始動水温（たとえば、３０℃）を下回っているか否かを判断する（ステップＳ１２）。
【００３４】
エンジン冷却水温が冷間始動水温を下回っているならば（ステップＳ１２肯定）、冷間始動時であると判断され、つぎのステップＳ１３に移行する。一方、エンジン冷却水温が冷間始動水温を上回っているならば（ステップＳ１２否定）、温間状態であると判断され、後述するステップＳ１９の始動後制御を実行して制御を終了する。
【００３５】
ステップＳ１３では、触媒暖機に必要な熱量が生じているか否かを判断することによりエンジン１０が冷間状態か否かを判断する。すなわち、積算吸入空気量が所定値よりも少ないか否かを判断する（ステップＳ１３）。この所定値は、予め実験等により求めた閾値である。
【００３６】
積算吸入空気量が所定値よりも少なければ（ステップＳ１３肯定）、冷間始動時であると判断され、つぎのステップＳ１４に移行する。一方、積算吸入空気量が所定値よりも多ければ（ステップＳ１３否定）、温間状態であると判断され、後述するステップＳ１９の始動後制御を実行して制御を終了する。
【００３７】
このように、エンジン１０の運転状態を判断する際に常用される冷却水温と吸入空気量とに基づいて冷間始動時を判定することができ、既存の水温センサ１５やエアフロメータ２４等の出力値を用いて判定すればよいので、新たなセンサ手段等の設置が不要であり、低コストで冷間始動時を判定することができる。
【００３８】
つぎのステップＳ１４では、燃焼悪化（エンジン１０の出力低下）を抑制するために、点火時期が触媒暖機遅角開始判定値（たとえば、ピストン上死点前１５度）よりも早いか否かを判断する（ステップＳ１４）。この触媒暖機遅角開始判定値は、触媒暖機のための点火時期を遅角補正し始める判定値であり、予め実験等により求めた閾値である。
【００３９】
点火時期が触媒暖機遅角開始判定値よりも早いならば（ステップＳ１４肯定）、冷間始動時において燃焼悪化を抑制できるので、図３において破線で示すマップ領域によって排気弁のリフト量を高めに決定し（ステップＳ１５）、このリフト量にて排気弁を作動させる。
【００４０】
すなわち、エンジン回転数が低く、エンジン負荷率が小さい冷間始動時ほど、冷間始動後の制御の場合（実線）よりもリフト量を高めに決定する。たとえば、図３中の最も低いエンジン回転数および最も低いエンジン負荷率の領域においては、冷間始動後のリフト量（実線）が４ｍｍであるのに対して、冷間始動時のリフト量（破線）を６ｍｍに増加させる。また、図４の排気弁リフト量のグラフに示すように、冷間始動時（時間０〜時間Ｔ１）のリフト量ｈ２は、冷間始動後（時間Ｔ２以降）のリフト量ｈ１に比べて高めに決定する。
【００４１】
これにより、冷間始動時にピストンの下死点付近前で排気弁を開く際の開口面積が大きくなり、燃焼圧と大気圧との差が小さくなるため、上述した図５中の実線で示すように、破線で示す従来の高流速域５０が、これよりも格段に低減された低流速域６０となり、排気の熱が排気管に奪われにくくなる。
【００４２】
したがって、本実施例に係る制御の場合を図４の実線にて示すように、従来技術に係る破線の場合よりも排気管温度を低減（排気温度を上昇）させることができ、これにより触媒温度を上昇させることができる。
【００４３】
触媒温度を上昇させることができたら、冷間始動後の排気損失を抑制するために、高めに設定した排気弁のリフト量を当初のリフト量に戻す必要がある。すなわち、図４の排気弁リフト量のグラフに示すように、冷間始動後には、高めに設定したリフト量ｈ２を冷間始動後（時間Ｔ２以降）のリフト量ｈ１に滑らかに戻す必要がある。そこで、時間Ｔ１〜Ｔ２の移行期間において、つぎのステップＳ１６〜ステップＳ１８に示すなまし制御を実行する。
【００４４】
先ず、上記ステップＳ１１で読み込んだ積算吸入空気量によってリフト量のなまし係数を決定する（ステップＳ１６）。このなまし係数は、予め上記積算吸入空気量に応じてマップ化されており、このマップを参照することによって決定される。
【００４５】
そして、上記ステップＳ１５で得られたリフト量と、上記ステップＳ１６で得られたなまし係数とを掛け合わせることにより、冷間始動後のリフト量を決定し（ステップＳ１７）、このリフト量で排気弁（図示せず）を作動させ（ステップＳ１８）、本制御を終了する。
【００４６】
上記ステップＳ１４において、点火時期が触媒暖機遅角開始判定値よりも早くないならば（ステップＳ１４否定）、冷間始動時において燃焼悪化を抑制できなくなる虞があるため、図３において実線で示すマップ領域によって排気弁のリフト量を決定し（ステップＳ１９）制御を終了する。すなわち、ステップＳ１９では、上記ステップＳ１５の如く高めのリフト量を決定せず、通常の冷間始動後の制御におけるリフト量を決定する。
【００４７】
以上のように、この実施例に係る内燃機関の制御装置によれば、冷間始動時の排気弁のリフト量を通常時よりも増加することにより、排気流速を低減して排気温度を上昇させ、触媒の暖機を向上させることができる。これにより、触媒の暖機を十分に行うことができ、触媒による浄化が十分に行われていない排気が外気へ放出されることを抑制することができる。
【００４８】
なお、上記実施例においては、吸気弁と排気弁のリフト量および開閉動作タイミングを可変制御する可変バルブタイミング機構を備えるものとして説明したが、これに限定されず、少なくとも排気弁のリフト量を可変制御する可変バルブタイミング機構を備えたものであればよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、この発明に係る内燃機関の制御装置は、排気弁のリフト量を可変制御する可変バルブタイミング機構を備えた内燃機関に有用であり、特に、冷間始動時の排気弁のリフト量を増加することにより、排気流速を低減して排気温度を上昇させ、触媒の暖機を向上させることを目指す内燃機関に適している。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】この発明の実施例に係る制御動作を示すフローチャートである。
【図２】内燃機関の制御装置を搭載した内燃機関を示す概略構成図である。
【図３】排気弁のリフト量を決めるためのマップである。
【図４】冷間始動時におけるエンジンの動作状態を示すタイムチャートである。
【図５】排気弁における排気の流速変化を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０  エンジン（内燃機関）
１５  水温センサ
２０  吸気通路
２２  スロットル弁
２４  エアフロメータ
２６  スロットルセンサ
３０  排気通路
３２  排気浄化装置
４０  ＥＣＵ（冷間始動時判定手段、排気弁リフト量設定手段、排気弁作動制御手段）
【図１】
2006291936.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006291936.tif 000006
【図５】
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