(57)【要約】【課題】  筒内噴射方式のエンジンにおいて、燃焼室内の空燃比の変動に関わらず、良好な燃焼状態を安定して実現できる内燃機関を提供する。【解決手段】  触媒急速暖機制御において、エンジンＥＣＵ２００は、冷間時に排気バルブの閉弁タイミングを遅角させて吸気バルブと排気バルブとのいずれもが開いているオーバラップ期間を形成し、内部ＥＧＲを増大させて排気ガスの温度を上昇させる。このとき、エンジンＥＣＵ２００は、オルタネータ４００およびエアコンディショナ５００などの補機による負荷の大きさおよび触媒暖機制御経過時間に基づいて、エンジン１の燃焼状態を検知し、検知した燃焼状態に応じて、排気バルブの閉弁タイミングの遅角量を決定する。これにより、燃焼室内において、内部ＥＧＲの増大が抑えられ、点火プラグ周りの混合気の空燃比がリーンに保持され、良好な燃焼状態を得ることができる。【選択図】        図１
2006037907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼室内に直接噴射する筒内噴射式のエンジンと、
前記エンジンの触媒暖機制御を行なう制御装置とを備え、
前記エンジンは、
開閉動作により前記燃焼室内と連通して、前記燃焼室内に吸気する吸気バルブと、
開閉動作により前記燃焼室内と連通して、前記燃焼室内から排気する排気バルブとを含み、
前記制御装置は、
前記排気バルブの閉弁タイミングを、前記エンジンの燃焼状態に応じた遅角量で遅角させるバルブタイミング制御手段を含む、内燃機関。
【請求項２】
前記バルブタイミング制御手段は、
前記エンジンの燃焼状態を検知する検知手段と、
前記検知手段により検知した前記エンジンの燃焼状態に基づいて、前記遅角量を決定する遅角量決定手段と、
前記排気バルブの閉弁タイミングを決定した前記遅角量だけ遅角させる遅角手段とを含み、
前記遅角量決定手段は、前記エンジンの燃焼状態が不安定であると検知されると、前記遅角量を相対的に小さい値に決定する、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記検知手段は、前記エンジンの補機の負荷の大きさに基づいて、前記エンジンの燃焼状態を検知する、請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記検知手段は、前記エンジンの補機の負荷が大きいほど、前記エンジンの燃焼状態が不安定であると検知する、請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記遅角量決定手段は、前記遅角量が、前記エンジンの補機の負荷が大きくなるに従って相対的に小さくなるように予め定められた遅角量のマップを有し、前記遅角量のマップから前記エンジンの補機の負荷の大きさに対応する一の遅角量を選出する、請求項４に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記検知手段は、前記エンジンの触媒暖機制御の経過時間に基づいて、前記エンジンの燃焼状態を検知する、請求項２に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記検知手段は、前記経過時間が長いほど、前記エンジンの燃焼状態が不安定であると検知する、請求項６に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記遅角量決定手段は、前記遅角量が、前記経過時間が長くなるに従って相対的に小さくなるように予め定められた遅角量のマップを有し、前記遅角量のマップから前記経過時間の長さに対応する一の遅角量を選出する、請求項７に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記検知手段は、前記エンジンの補機の負荷の大きさと前記エンジンの触媒暖機制御の経過時間とに基づいて、前記エンジンの燃焼状態を検知する、請求項２に記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記検知手段は、前記エンジンの補機の負荷が相対的に大きく、かつ前記経過時間が相対的に長いと、前記エンジンの燃焼状態が不安定であると検知する、請求項９に記載の内燃機関。
【請求項１１】
前記遅角量決定手段は、前記遅角量が、前記エンジンの補機の負荷が大きくなり、かつ前記経過時間が長くなるに従って相対的に小さくなるように予め定められた遅角量のマップを有し、前記遅角量のマップから前記エンジンの補機の負荷の大きさおよび前記経過時間の長さに対応する一の遅角量を選出する、請求項１０に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関に関し、特に、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射式のエンジンで構成される内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などに搭載される内燃機関（エンジン）においては、環境への配慮から、エンジンから大気中に排出される排気ガス中の有害物質を低減することが要求されている。
【０００３】
有害な排気ガスを低減する方法としては、一般に、エンジンの排気系に触媒を配設し、この触媒によって排気ガスを浄化する方法が採られている。
【０００４】
ただし、この方法に用いられる触媒は、ある程度の温度に達しないと有害ガスを無害化する反応が起こらない性質を持つことから、エンジンにおいては、たとえば冷機始動時においても、触媒を早く昇温させて活性化させることが重要な課題とされている。
【０００５】
そこで、かかる課題に応えるべく、従来より、触媒の活性化促進装置を備えたエンジンが多数提案されている（たとえば特許文献１および２参照）。これらのエンジンは、主として、吸気バルブや排気バルブの開閉期間を可変とする、いわゆる可変バルブタイミング機構を備え、冷間時に吸気バルブと排気バルブとの両方が開いているオーバラップ期間を拡大して、触媒の活性化を促進させることを特徴とするものである。
【０００６】
図６は、たとえば特許文献１に記載される、バルブタイミング制御装置を搭載したエンジンを示すブロック図である。
【０００７】
図６を参照して、エンジン６０１には、エアクリーナ６０２およびエアフローセンサ６０３を介して、吸気管６０４から吸入空気が供給される。
【０００８】
エアクリーナ６０２は、エンジン６０１に対する吸入空気を浄化し、エアフローセンサ６０３は、エンジン６０１の吸入空気量を計測する。吸気管６０４の内部には、スロットルバルブ６０５、アイドルスピードコントロールバルブ６０６およびインジェクタ６０７が設けられている。
【０００９】
スロットルバルブ６０５は、吸気管６０４を通過する吸入空気量を調整してエンジン６０１の出力を制御する。アイドルスピードコントロールバルブ６０６は、スロットルバルブ６０５をバイパスして通過する吸入空気を調整して、アイドリング時のエンジン回転数の制御を行なう。インジェクタ６０７は、吸入空気量に見合った燃料を吸気管６０４内に供給する。
【００１０】
エンジン６０１の燃焼室内には、点火プラグ６０８が設けられる。点火プラグ６０８は、燃焼室内の混合気を燃焼させるための火花を発生する。点火コイル６０９は、点火プラグ６０８に高電圧エネルギを供給する。
【００１１】
排気管６１０は、エンジン６０１内で燃焼した排気ガスを排出する。排気管６１０内には、Ｏ２センサ６１１および触媒６１２が設けられる。Ｏ２センサ６１１は、排気ガス内の残存酸素量を検出する。触媒６１２は、周知の三元触媒からなり、排気ガス内の有害ガス（ＨＣ（未燃焼ガス），ＣＯ，ＮＯｘ）を同時に浄化する。
【００１２】
クランク角検出用のセンサプレート６１３は、エンジン６０１により回転されるクランクシャフトと一体に回転しており、所定のクランク角位置に突起が設けられている。
【００１３】
クランク角センサ６１４は、センサプレート６１３に対向配置されており、センサプレート６１３上の突起がクランク角センサ６１４を横切るときに電気信号を発生して、クランクシャフトの回転位置（クランク角）を検出する。
【００１４】
エンジン６０１には、吸気管６０４および排気管６１０への連通タイミングを決定するバルブが設けられる。吸気用および排気用の各バルブの駆動タイミングは、以下に示すバルブタイミング制御装置により、クランクシャフトに対するカムシャフト６１５Ｃおよび６１６Ｃの回転位置（位相）を相対的に変化させることによって制御される。
【００１５】
バルブタイミング制御装置は、カムシャフト６１５Ｃ，６１６Ｃにそれぞれ結合される、カム位相可変用のアクチュエータ６１５，６１６と、アクチュエータ６１５，６１６を駆動するオイルコントロールバルブ（ＯＣＶ）６１９，６２０と、アクチュエータ６１５，６１６への供給油圧を制御してクランクシャフトに対するカムシャフト６１５Ｃ，６１６Ｃの相対位相を変更する電子制御装置（ＥＣＵ）６２１Ａとを備える。
【００１６】
アクチュエータ６１５，６１６は、互いに区分された遅角油圧室と進角油圧室とを有し、クランクシャフトに対するカムシャフト６１５Ｃ，６１６Ｃの回転位相を相対的に変更する。
【００１７】
カム角センサ６１７，６１８は、クランク角センサ６１４と同様に、カム角検出用センサプレート（図示せず）上の突起によりパルス信号を発生してカム角を検出する。
【００１８】
オイルコントロールバルブ６１９，６２０は、各アクチュエータ６１５，６１６に供給する油圧を切替えて、カム位相を制御する。
【００１９】
ＥＣＵ６２１Ａは、エンジン６０１の制御手段を構成しており、各種センサ６０３，６１１，６１４，６１７，６１８により検出される運転状態に応じて、インジェクタ６０７および点火プラグ６０８を制御するとともに、カムシャフト６１５Ｃ，６１６Ｃのカム角位相を制御する。
【００２０】
図７は、図６に示すバルブタイミング制御装置による位相変更範囲をクランク角の位相位置に対するバルブリフト量の関係により示す図である。
【００２１】
図７を参照して、一点鎖線は、機械的に停止する最遅角時のバルブリフト量の変化を示し、破線は、機械的に停止する最進角時のバルブリフト量（バルブ開放量）の変化を示し、実線は、ロック機構により設定されるロック位置でのバルブリフト量の変化を示す。なお、ＴＤＣは、各シリンダにおける圧縮上死点を示す。
【００２２】
ＴＤＣを中心として、遅角側のバルブリフト量のピーク位置は、吸気バルブの全開位置に対応し、進角側のバルブリフト量のピーク位置は、排気バルブの全開位置に対応する。したがって、遅角側と進角側とにおける各ピーク位置の変動幅は、各バルブタイミングの可動範囲を示している。
【００２３】
ここで、バルブタイミングを遅角させることは、両バルブの開放開始タイミングがクランク角に対して遅角する（遅くなる）ことを意味し、逆に、バルブタイミングを進角させることは、両バルブの開放開始タイミングがクランク角に対して進角する（早くなる）ことを意味する。吸気バルブと排気バルブとの開放開始タイミングは、アクチュエータ６１５，６１６によって、図７に示す可動範囲内の任意の遅角位置または進角位置に制御される。
【００２４】
図８は、図６に示すバルブタイミング制御装置の制御動作を説明するためのフローチャートである。
【００２５】
図８を参照して、最初に、ＥＣＵ６２１Ａは、エンジン６０１が始動状態またはエンスト状態か否かを判定する（ステップＳ１００）。
【００２６】
ステップＳ１００において、エンジン６０１が始動状態またはエンスト状態であると判定されれば、オイルコントロールバルブ６１９，６２０のコイル（図示せず）に対する供給電流を最小電流値ＭＩＮに設定し、処理ルーチンを終了する（ステップＳ１０６）。なお、このときの最小電流値ＭＩＮには、無通電値もしくは、待機電流としての微小電流値が設定される。
【００２７】
一方、ステップＳ１００において、エンジン６０１が始動状態またはエンスト状態でないと判定されると、続いて、エンジン６０１がアイドル状態であるか否かが判定される（ステップＳ１０１）。
【００２８】
ステップＳ１０１において、エンジン６０１がアイドル状態でないと判定されれば、ＥＣＵ６２１Ａは、エンジン６０１の運転状態に見合った遅角位置または進角位置に制御して処理ルーチンを終了する（ステップＳ１０５）。具体的には、ＥＣＵ６２１Ａは、各運転状態に応じた目標位置をマップデータとして予め内部に記憶しており、回転位置が目標位置となるようにフィードバック制御する。
【００２９】
一方、ステップＳ１０１において、エンジン６０１がアイドル状態であると判定されれば、続いて、エンジン６０１が冷機状態か否かが判定される（ステップＳ１０２）。
【００３０】
ステップＳ１０２において、エンジン６０１が冷機状態でないと判定されれば、ＥＣＵ６２１Ａは、アクチュエータ６１５，６１６をロック位置に制御して処理ルーチンを終了する（ステップＳ１０４）。ロック位置とは、エンジン６０１の始動および始動直後に好適なカム位相の位置であり、かつアイドル安定性にも適した位置である。
【００３１】
一方、ステップＳ１０２において、エンジン６０１が冷機状態であると判定されれば、ＥＣＵ６２１Ａは、バルブタイミングを遅角側に制御する（ステップＳ１０３）。
【００３２】
ここで、ステップＳ１０３に示すように、エンジン６０１の冷機アイドル時にバルブタイミングを遅角側に制御することによって、吸気および排気バルブの閉弁完了タイミングは遅くなる。特に、排気バルブの閉弁完了タイミングを遅くすることにより、排気管６１０に排出された排気ガスをエンジン６０１の燃焼室に再吸入させることができる。これにより、燃焼室内での燃焼を緩慢にして排気ガスの温度上昇を促進させることができ、結果として、高温の排気ガスによって触媒６１２を昇温促進させて早期に活性化させることが可能となる。
【特許文献１】特開２００２−１６１７２２号公報
【特許文献２】特開平１１−３２４７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
ところで、高圧化された燃料をシリンダ内に直接噴射する、筒内噴射式のエンジンにおいては、燃費向上および触媒の早期活性化を図る手段として、成層燃焼による希薄燃焼制御が行なわれる。
【００３４】
これによれば、冷間始動直後の圧縮工程後半に燃料を噴射することで、点火プラグ周りのみ可燃混合気が存在する成層混合気が形成され、その状態での点火プラグによる点火で成層混合気の燃焼が行なわれる。燃焼室内に燃料濃度の異なる混合気層を形成することで、混合気の燃料濃度が極めて薄い状況下で良好な燃焼を成立させることができ、燃費の向上を図ることができる。さらに、混合気を成層化して長く燃焼させることで、排気ガスの昇温を図り、触媒の早期暖機を促進することができる。
【００３５】
さらに、成層燃焼を実行することによって、ピストンが往復移動すると、このピストンの往復移動は、エンジンの出力軸であるクランクシャフトの回転へと変換される。クランクシャフトが回転すると、同回転が動力を伝達する変速機を介して自動車のタイヤに伝達される。
【００３６】
一般に、クランクシャフトは、変速機に接続されるとともに、オルタネータ、オイルポンプ、エアコンディショナのコンプレッサなどの補機にも接続される。すなわち、エンジンの出力トルクは、車両を駆動するためのトルクと、補機を駆動するためのトルクとに分かれる。このため、補機の負荷状態に応じてエンジン回転数は、リアルタイムで変動することとなる。なお、以下において、補機を駆動するためのトルクを外部負荷とも称する。
【００３７】
たとえば、補機の負荷状態が高負荷となると、エンジン回転数は低下する。エンジン回転数が低下すると、ＥＣＵによるＩＳＣ（Idle Speed Control）制御によって、このエンジン回転数の低下分を補い、一定回転数に保つようにフィードバック制御が行なわれる。
【００３８】
なお、ＩＳＣ制御とは、エンジンのアイドリング回転数を一定回転数に維持する制御であり、具体的には、エンジンのスロットルバルブをバイパスする空気通路を設け、その通路の絞り量をアクチュエータにより駆動して、空気（混合気）流量を調節することによりアイドリング回転数を制御するものである。したがって、この場合は、低下したエンジン回転数を高めるために、空気の流量が増加されることになる。
【００３９】
このとき、エンジンの燃焼室内では、ＩＳＣ制御による空気の流量の増加に加えて、先述の可変バルブタイミング制御によっても排気ガスが再吸入されて、空気量が著しく増加する。さらに、燃焼室内では、空気量が増加したことに伴なって、平均的な空燃比を略理論空燃比とするために、燃料噴射量も著しく増加される。この状態で成層燃焼がなされると、点火プラグ周りの混合気の燃料濃度が非常に高くなる（＝空燃比がリッチとなる）ことから、燃焼状態が悪化し、燃焼室から多くの燃料未燃成分が排出されてしまうことになる。以上のことから、筒内噴射式のエンジンにおいては、成層燃焼運転時における燃焼状態の改善が大きな課題とされていた。
【００４０】
それゆえ、この発明の目的は、筒内噴射方式のエンジンにおいて、燃焼室内の空燃比の変動に関らず、良好な燃焼状態を安定して実現できる内燃機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００４１】
この発明によれば、内燃機関であって、燃料を燃焼室内に直接噴射する筒内噴射式のエンジンと、エンジンの触媒暖機制御を行なう制御装置とを備える。エンジンは、開閉動作により燃焼室内と連通して、燃焼室内に吸気する吸気バルブと、開閉動作により燃焼室内と連通して、燃焼室内から排気する排気バルブとを含む。制御装置は、排気バルブの閉弁タイミングを、エンジンの燃焼状態に応じた遅角量で遅角させるバルブタイミング制御手段を含む。
【００４２】
好ましくは、バルブタイミング制御手段は、エンジンの燃焼状態を検知する検知手段と、検知手段により検知したエンジンの燃焼状態に基づいて、遅角量を決定する遅角量決定手段と、排気バルブの閉弁タイミングを決定した遅角量だけ遅角させる遅角手段とを含む。遅角量決定手段は、エンジンの燃焼状態が不安定であると検知されると、遅角量を相対的に小さい値に決定する。
【００４３】
好ましくは、検知手段は、エンジンの補機の負荷の大きさに基づいて、エンジンの燃焼状態を検知する。
【００４４】
好ましくは、検知手段は、エンジンの補機の負荷が大きいほど、エンジンの燃焼状態が不安定であると検知する。
【００４５】
好ましくは、遅角量決定手段は、遅角量が、エンジンの補機の負荷が大きくなるに従って相対的に小さくなるように予め定められた遅角量のマップを有し、遅角量のマップからエンジンの補機の負荷の大きさに対応する一の遅角量を選出する。
【００４６】
好ましくは、検知手段は、エンジンの触媒暖機制御の経過時間に基づいて、エンジンの燃焼状態を検知する。
【００４７】
好ましくは、検知手段は、経過時間が長いほど、エンジンの燃焼状態が不安定であると検知する。
【００４８】
好ましくは、遅角量決定手段は、遅角量が、経過時間が長くなるに従って相対的に小さくなるように予め定められた遅角量のマップを有し、遅角量のマップから経過時間の長さに対応する一の遅角量を選出する。
【００４９】
好ましくは、検知手段は、エンジンの補機の負荷の大きさとエンジンの触媒暖機制御の経過時間とに基づいて、エンジンの燃焼状態を検知する。
【００５０】
好ましくは、検知手段は、エンジンの補機の負荷が相対的に大きく、かつ経過時間が相対的に長いと、エンジンの燃焼状態が不安定であると検知する。
【００５１】
好ましくは、遅角量決定手段は、遅角量が、エンジンの補機の負荷が大きくなり、かつ経過時間が長くなるに従って相対的に小さくなるように予め定められた遅角量のマップを有し、遅角量のマップからエンジンの補機の負荷の大きさおよび経過時間の長さに対応する一の遅角量を選出する。
【発明の効果】
【００５２】
この発明によれば、筒内噴射式エンジンにおいて、触媒暖機制御時の排気バルブタイミングの遅角量をエンジンの燃焼状態に応じて可変とすることにより、良好な燃焼を安定して実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００５４】
図１は、この発明の実施の形態に従う内燃機関を搭載した全体の構造を示す図である。
【００５５】
図１を参照して、内燃機関は、エンジン１と、バルブ特性制御装置１００，１００’と、自動変速機３００と、エンジンＥＣＵ２００とから構成される。
【００５６】
エンジン１は、高圧化された燃料をシリンダ内に直接噴射する筒内噴射式のエンジンである。
【００５７】
エンジン１の吸気ポートには、吸気管２、サージタンク３および吸気マニホールド４を介して吸入空気が供給される。吸気管２には、エアクリーナ５と、エアフローメータ２１１と、スロットルバルブ２５１とが配設される。吸気マニホールド４には、各気筒ごとに燃料噴射弁２５２が取り付けられている。
【００５８】
エンジン１の排気ポートには、排気マニホールド６が取り付けられている。エンジン１の点火の順序が、＃１気筒→＃３気筒→＃４気筒→＃２気筒の順であることに応じて、排気マニホールド６は、＃１気筒と＃４気筒とが、＃２気筒と＃３気筒とが、それぞれ略同じ長さとなるように一旦集合され、それがさらに一本に集合されている。
【００５９】
排気マニホールド６の下流に接続された排気管７内には、触媒８が配設されている。触媒８の上流には、空燃比センサ２１５が配設される。空燃比センサ２１５の検知信号に基づいて、触媒８が最適に浄化作用を行なうように、燃料噴射弁２５２の燃料噴射量がフィードバック制御される。
【００６０】
エンジン１の各気筒に対して、イグナイダ一体式の点火プラグ２５３が配設される。
【００６１】
以上の構成において、スロットルバルブ２５１により調量された吸入空気は、吸気バルブの開弁に伴なって各気筒の燃焼室に導入される。燃料噴射弁２５２から燃焼室に直接噴射された燃料は、この導入された吸入空気と混合された後、点火プラグ２５３により点火される。燃焼後の混合気は、排気バルブの開弁に伴なって排気マニホールド６に排出される。
【００６２】
なお、成層燃焼の実行時には、冷間始動直後の圧縮工程後半に燃料が噴射されることにより、点火プラグ２５３の周りにのみ可燃混合気が存在する成層混合気が形成される。この状態で、点火プラグ２５３によって点火がなされ、成層混合気の燃焼が行なわれる。
【００６３】
エンジン１の出力軸であるクランクシャフト（図示せず）には、自動変速機３００が連結される。エンジン１の出力は、自動変速機３００を介して車輪に走行駆動力として伝達される。
【００６４】
クランクシャフトには、さらに、オルタネータ４００が連結される。オルタネータ４００は、クランクシャフトに生じた動力をたとえばエアコンディショナ（Ａ／Ｃ）のコンプレッサなどの補機類に伝達する。
【００６５】
エンジン１には、さらに、機関運転状態等を検出するための各種センサが設置される。
【００６６】
エアフローメータ２１１は、エンジン１の負荷としての吸入空気量ＧＡを検出し、その検出した吸入空気量に応じた信号電圧を発生する。
【００６７】
クランクポジションセンサ２１２は、クランクシャフトに取り付けられた信号発生円板の突起に近接して電磁ピックアップが配され、この電磁ピックアップの突起が通過するごとに信号電圧を発生する。
【００６８】
回転数センサ（図示せず）は、クランクシャフトの回転からエンジン回転数ＮＥを検出し、検出したエンジン回転数ＮＥに応じた信号を発生する。
【００６９】
エンジン水温センサ２１３は、エンジン１の冷却水温を検出し、その検出した冷却水温に応じた信号を発生する。
【００７０】
吸気カム角センサ２１４は、クランクシャフトに対する吸気カムシャフトの位相差を検出する。具体的には、吸気カムシャフト５０の適切な場所に設けられた信号発生突起に近接する電磁ピックアップが突起を通過するごとに信号電圧を発生する。
【００７１】
排気カム角センサ２１５は、クランクシャフトに対する排気カムシャフトの位相差を検出する。具体的には、排気カムシャフト５０’の適切な場所に設けられた信号発生突起に近接する電磁ピックアップが突起を通過するごとに信号電圧を発生する。
【００７２】
エンジンＥＣＵ２００は、内燃機関の各種制御を統括して実行する。各種センサの検出信号は、エンジンＥＣＵ２００に取り込まれる。エンジンＥＣＵ２００は、これら検出信号に基づいて、燃料噴射弁２５２、点火プラグ２５３、スロットルバルブ２５１を駆動するモータ等のアクチュエータを駆動することにより、燃焼モードの切替え制御、空燃比制御およびＩＳＣ制御といった各種制御を実行する。
【００７３】
エンジンＥＣＵ２００は、これらの各種制御を実行するＣＰＵ（図示せず）と、各種制御に関するプログラムやその実行に必要となる関数マップ、並びにそれに基づく制御結果を記憶するためのメモリ（図示せず）とを備える。
【００７４】
エンジンＥＣＵ２００は、さらに、後述する触媒急速暖機制御の実行開始後からの経過時間を計時するためのカウンタ２０２を備える。
【００７５】
バルブ特性制御装置１００は、吸気バルブの開弁期間の位相を制御する部位であり、図１に示すように、吸気カムシャフト５０に取り付けられる。
【００７６】
バルブ特性制御装置１００’は、排気バルブの開弁期間の位相を制御する部位であり、図１に示すように、排気カムシャフト５０’に取り付けられる。
【００７７】
バルブ特性制御装置１００，１００’は、図示は省略するが、同一の構造からなり、各々が、クランクシャフトによりチェーンを介して駆動されるギアと、ギアと共働して進角油室と遅角油室とを形成するハウジングと、各油室への作動油の供給を制御するオイルコントロールバルブとを含む。
【００７８】
オイルコントロールバルブにおける作動油の給排の制御は、エンジンＥＣＵ２００からの信号に応じて行なわれる。詳細には、オイルコントロールバルブの電磁ソレノイドがエンジンＥＣＵ２００からの信号で指示されるデューティ比に従って励磁されると、電磁ソレノイドのプランジャとスプリングとによってスプール弁が移動され、進角油室および遅角油室における作動油の流れ方向を切り換える。たとえば、排気カムシャフト５０’の位相をもっとも遅角するためには、オイルコントロールバルブから導入された作動油で遅角室を満たす一方で、進角油室の作動油をすべて排出させる。
【００７９】
次に、以上の構成からなる本実施の形態に従う内燃機関において実行される触媒急速暖機制御について説明する。
【００８０】
触媒急速暖機制御は、先述のように、冷機始動時に触媒を急速に昇温させて、触媒の活性化を促進させる制御である。図２は、本実施の形態に係る触媒急速暖機制御を模式的に示す図である。
【００８１】
図２に示すように、冷間時に、排気バルブの閉弁タイミングを遅角させることによって、吸気バルブと排気バルブとのいずれもが開いているオーバラップ期間を形成する。このオーバラップ期間を拡大することで、燃焼室内には排気ガスが再循環され、内部ＥＧＲが増大する。内部ＥＧＲとは、燃料燃焼時の燃焼室内に残る排気ガスをいう。この内部ＥＧＲの増大によって燃焼速度を遅らせて、排気ガスの温度を上昇させる構成とする。
【００８２】
ここで、図１に示すエアコンディショナ５００などの補機による外部負荷が高負荷状態となった場合を考える。外部負荷の増加に伴なってエンジン回転数が低下すると、エンジンＥＣＵ２００によって、エンジン回転数を一定に保持するためのＩＳＣ制御が行なわれる。具体的には、エンジンＥＣＵ２００は、スロットルバルブをバイパスして通過する吸気量を増加させることにより、減少したエンジン回転数を補正する。
【００８３】
これにより、燃焼室内においては、図２に示すように、排気バルブから再循環される排気ガスと吸気バルブから導入される新気とによって、空気量が増加する。エンジンＥＣＵ２００は、燃焼室内の平均の空燃比が略理論空燃比となるように、増加後の空気量に見合った燃料を燃料噴射弁２５２から吸気ポートを介して燃焼室内に供給する。
【００８４】
燃料噴射量が増加すれば、成層燃焼においては、先述のように、点火プラグ２５３の周りに存在する混合気の空燃比が著しくリッチとなってしまい、燃焼状態が悪化する。結果として、排気ガスには、触媒による浄化作用の効果が得られず、ＨＣなどの有害成分が含まれることとなる。
【００８５】
そこで、本実施の形態では、排気バルブの閉弁タイミングの遅角量をエンジン１の燃焼状態に応じて変更する構成とする。具体的には、上記のように、エンジン１の燃焼状態は、外部負荷の増大に伴なって悪化することから、外部負荷の大きさに応じて、排気バルブの閉弁タイミングの遅角量を変更する構成とする。これによれば、外部負荷の増加に伴なうＩＳＣ制御によって吸気量が増加したときには、吸気量の増加分を排気ガスの再循環量の減少分によって補償するように排気バルブの閉弁タイミングの遅角量を小さくすることとする。これにより、空気量の増加が抑えられるため、燃料噴射量も抑えられ、点火プラグ周りの混合気の空燃比をリーンとして燃焼状態を改善することができる。
【００８６】
さらに、エンジン１の燃焼状態は、触媒急速暖機制御の経過時間によっても変動する。これは、燃焼室内の混合気の空燃比が触媒暖機制御の経過期間によって変動することを示す。詳細には、筒内噴射式エンジンでは、燃料を燃焼室内に直接噴射供給するようにしている関係から、冷間始動時やその直後など燃焼室の温度が低いときには、噴射燃料の霧化が促進され難い傾向にある。ところが、触媒急速暖機制御を所定の期間継続させるに従って、燃焼室の温度が高くなると、噴射燃料の霧化が進み、燃焼室の空燃比が増加し始める。この場合においても、点火プラグ周りの混合気の空燃比がリッチとなることから、燃焼状態が悪化してしまうことになる。
【００８７】
そこで、本実施の形態では、第２の構成として、排気バルブの閉弁タイミングの遅角量を触媒急速暖機制御の経過時間に応じて変更する構成とする。具体的には、触媒暖機制御の実行後において、燃焼室温度が上昇すると、排気ガスの再循環量を減少させるように排気バルブの閉弁タイミングの遅角量を小さくすることとする。これにより、空気量の増加が抑えられるため、燃料噴射量も抑えられ、点火プラグ周りの混合気の空燃比をリーンとして燃焼状態を改善することができる。
【００８８】
なお、本実施の形態では、燃焼室温度の変動が触媒暖機制御実行後の経過時間に略比例することから、燃焼室温度を触媒急速暖機制御経過時間によって簡易に推定するものとする。
【００８９】
本実施の形態では、さらに、第３の構成として、上記の第１および第２の構成を組み合わせた構成、すなわち、外部負荷の大きさと触媒急速暖機制御の経過時間とからエンジン１の燃焼状態を検知し、検知した燃焼状態に応じて排気バルブの閉弁タイミングの遅角量を変更する構成をも提案する。これによれば、エンジン１の燃焼状態をより精度良く反映した遅角量に調整することができ、さらに良好な燃焼を成立させることができる。
【００９０】
図３は、本実施の形態に係る触媒急速暖機制御における、エンジン１の燃焼状態と排気バルブの閉弁タイミングの遅角量との関係を示す図である。なお、本図では、遅角量をエンジン１の燃焼状態の変化に対応する遅角量の大きさの比で表わすものとする。
【００９１】
図３を右方向に参照して、排気バルブの閉弁タイミングの遅角量は、外部負荷が大きくなるに従って相対的に小さくなるように設定される。また、図３を下方向に参照して、排気バルブの閉弁タイミングの遅角量は、経過時間が長くなるに従って相対的に小さくなるように設定される。
【００９２】
本図に示す関係は、遅角量を決定する際の制御マップとして、エンジンＥＣＵ２００の図示しないメモリに予め記憶されている。エンジンＥＣＵ２００は、外部負荷および触媒暖機制御経過時間の少なくとも一方の検出結果に基づいて、制御マップから所望の遅角量を選出し、その選出した遅角量を排気カムシャフト５０’に設けられるバルブ特性制御装置１００’に伝達する。たとえば、上記の第１の構成においては、エンジンＥＣＵ２００は、外部負荷の検出結果（経過時間は考慮しない（＝０［ｍｓ］とする））に対応する一の遅角量を選出し、選出した遅角量をバルブ特性制御装置１００’に出力する。また、第２の構成においては、エンジンＥＣＵ２００は、経過時間の検出結果（外部負荷は考慮しない（＝０［Ｎ・ｍ］とする））に対応する一の遅角量を選出し、選出した遅角量をバルブ特性制御装置１００’に出力する。さらに、第３の構成においては、エンジンＥＣＵ２００は、外部負荷の検出結果と経過時間の検出結果とによって決定される一の遅角量を選出し、選出した遅角量をバルブ特性制御装置１００’に出力する。
【００９３】
バルブ特性制御装置１００’は、排気バルブの閉弁タイミングが指示された遅角量となるように、オイルコントロールバルブからの作動油の給排を制御する。
【００９４】
図４は、本実施の形態に従う触媒急速暖機制御を説明するためのフローチャートである。触媒急速暖機制御にあたっては、最初に、図４に示すフローに従って、当該制御が必要か否かの判定が行なわれる。
【００９５】
詳細には、まず、エンジンＥＣＵ２００において、各種センサの検出信号に基づいて、各パラメータの読込みが行なわれる（ステップＳ０１）。
【００９６】
具体的には、まず、エンジン１の冷却水温ＴＷと予め定めた判定値ＴＷａとを比較して、エンジン１が冷間状態であるか否かが判断される（ステップＳ０２）。このとき、エンジン１の冷却水温ＴＷが判定値ＴＷａよりも低ければ、エンジン１が冷間状態であると判定され、ステップＳ０３に進む。
【００９７】
一方、ステップＳ０２において、エンジン１の冷却水温ＴＷが判定値ＴＷａよりも高ければ、エンジン１が冷間状態でないと判定され、触媒暖機が不要であることを指示するフラグＦＣＣを“０”にして処理を終了する（ステップＳ０６）。
【００９８】
次に、エンジン回転数ＮＥにおいても、予め定めた判定値ＮＥａと比較して、エンジン１がアイドル状態であるか否かが判断される（ステップＳ０３）。このとき、エンジン回転数ＮＥが判定値ＮＥａよりも低ければ、エンジン１がアイドル状態であると判定される。
【００９９】
一方、ステップＳ０３において、エンジン回転数ＮＥが判定値ＮＥａよりも高ければ、エンジン１がアイドル状態でないと判定され、触媒暖機が不要であることを指示するフラグＦＣＣを“０”にして処理を終了する（ステップＳ０６）。
【０１００】
ステップＳ０２，Ｓ０３において、エンジン１が暖機未了でかつアイドル状態であると判定されると、続いて、エンジン負荷としての吸入空気量ＧＡと予め定めた判定値ＧＡａとを比較する（ステップＳ０４）。このとき、吸入空気量ＧＡが判定値ＧＡａよりも低ければ、エンジン１が低負荷運転であると判定され、触媒暖機制御の実行を指示するフラグＦＣＣを“１”とする（ステップＳ０５）。
【０１０１】
一方、ステップＳ０４において、吸入空気量ＧＡが判定値ＧＡａよりも高ければ、エンジン１が低負荷運転でないと判定され、触媒暖機が不要であることを指示するフラグＦＣＣを“０”にして処理を終了する（ステップＳ０６）。
【０１０２】
以上に示すステップＳ０１〜Ｓ０５のフローに従って、エンジン１に対して触媒暖機制御が必要であると判断されると、続いて、図５に示すフローに従って触媒暖機制御が実行される。
【０１０３】
図５は、本実施の形態に係る触媒暖機制御を説明するためのフローチャートである。なお、以下に示すフローチャートは、上記の３つの構成のうち、エンジン１の燃焼状態を外部負荷と触媒急速暖機制御の経過時間とに基づいて検知する第３の構成に対応する。
【０１０４】
図５を参照して、まず、フラグＦＣＣが“１”であるか否かに基づいて、触媒暖機制御を実行すべきか否かが判断される（ステップＳ１０）。このとき、フラグＦＣＣが触媒暖機制御の実行を指示する“１”であれば、エンジンＥＣＵ２００は、触媒暖機制御の実行を開始する（ステップＳ１１）。一方、フラグＦＣＣが“１”でなければ、触媒暖機制御が不要であると判断して、処理を終了する。
【０１０５】
エンジンＥＣＵ２００は、触媒暖機制御を実行するにあたって、内部のカウンタ２０２において、実行開始のタイミングを始期として触媒暖機制御の経過時間を計時する（ステップＳ１２）。これは、先述のように、触媒暖機制御経過時間の長さによって燃焼室内の温度を推定するためである。すなわち、エンジンＥＣＵ２００は、触媒暖機制御時間が長いほど燃焼室温度が高く、よって、燃焼室内の空燃比がリッチであると推定する。
【０１０６】
さらに、エンジン１の燃焼状態は、エアコンディショナ５００のコンプレッサなどの補機を作動するための外部負荷の大きさによっても推定される。詳細には、外部負荷は、エンジンＥＣＵ２００において、オルタデューティとエンジン回転数ＮＥとに基づいてトルクとして算出される（ステップＳ１３）。上述のように、算出したトルク値が大きいほど、外部負荷が大きく、よってＩＳＣ制御におけるエンジン回転数の補正量（増加量）が大きくなることから、空気量および燃料噴射量の増大に伴なって燃焼室内の空燃比がリッチであると推定される。
【０１０７】
次に、エンジンＥＣＵ２００は、カウンタ２０２で計時された触媒急速暖機制御経過時間と、算出した外部負荷とに基づいて、排気バルブの閉弁タイミングの遅角量を決定する（ステップＳ１４）。詳細には、エンジンＥＣＵ２００は、図３に示すマップデータを予め記憶しており、このマップデータの中から、得られた触媒急速暖機制御経過時間と外部負荷とによって一義的に与えられる遅角量を読み出す。
【０１０８】
最後に、エンジンＥＣＵ２００は、排気バルブの閉弁タイミングを決定した遅角量だけ遅角させるように、バルブ特性制御装置１００’を制御する（ステップＳ１５）。バルブ特性制御装置１００’は、オイルコントロールバルブにより、排気バルブポートに与える作動油を調整して、排気バルブの閉弁タイミングの遅角量を決定した遅角量に一致させるように制御する。
【０１０９】
このように、ステップＳ１０〜Ｓ１５に従えば、エンジン１の燃焼状態に応じて、排気バルブの閉弁タイミングの遅角量が調整される。これにより、燃焼室内の点火プラグ周りの空燃比は常にリーンに保持されることとなり、安定した燃焼状態が確保される。
【０１１０】
なお、外部負荷の大きさからエンジン１の燃焼状態を検知する第１の構成については、図５のステップＳ１０〜Ｓ１５のうちのステップＳ１２を省略したフローが適用される。また、触媒急速暖機制御経過時間からエンジン１の燃焼状態を検知する第２の構成については、図５のステップＳ１０〜Ｓ１５のうちのステップＳ１３を省略したフローが適用される。
【０１１１】
以上のように、この発明の実施の形態によれば、筒内噴射式のエンジンにおいて、触媒暖機制御時の排気バルブタイミングの遅角量を燃焼状態に応じて可変とすることにより、良好な燃焼を安定して実現することができる。
【０１１２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】この発明の実施の形態に従う内燃機関を搭載した全体の構造を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態に係る触媒急速暖機制御を示す模式図である。
【図３】本実施の形態に係る触媒急速暖機制御における排気バルブの閉弁タイミングの遅角量の制御マップの概略図である。
【図４】この発明の実施の形態に従う触媒急速暖機制御を説明するためのフローチャートである。
【図５】本実施の形態に係る触媒暖機制御を説明するためのフローチャートである。
【図６】たとえば特許文献１に記載される、バルブタイミング制御装置を搭載したエンジンを示すブロック図である。
【図７】図６に示すバルブタイミング制御装置による位相変更範囲をクランク角の位相位置に対するバルブリフト量の関係により示す図である。
【図８】図６に示すバルブタイミング制御装置の制御動作を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１４】
１，６０１  エンジン、２，６０４  吸気管、３  サージタンク、４  吸気マニホールド、５  エアクリーナ、６  排気マニホールド、７，６１０  排気管、８，６１２  触媒、５０  吸気カムシャフト、５０’  排気カムシャフト、１００，１００’  バルブ特性制御装置、２００  エンジンＥＣＵ、２０２  カウンタ、２１１  エアフローメータ、２１２  クランクポジションセンサ、２１３  冷却水温センサ、２１４，２１４’，６１７，６１８  カム角センサ、２１５  空燃比センサ、２５１  スロットルバルブ、２５２  燃料噴射弁、２５３，６０８  点火プラグ、３００  自動変速機、４００  オルタネータ、５００  エアコンディショナ、６０３  エアフローセンサ、６０７  インジェクタ、６０９  点火プラグ、６１１  Ｏ２センサ、６１４  クランク角センサ、６１５，６１６  アクチュエータ、６１５Ｃ，６１６Ｃ  カムシャフト、６１９，６２０  オイルコントロールバルブ、６２１Ａ  ＥＣＵ。
【図１】
2006037907.tif 000003
【図２】
2006037907.tif 000004
【図３】
2006037907.tif 000005
【図４】
2006037907.tif 000006
【図５】
2006037907.tif 000007
【図６】
2006037907.tif 000008
【図７】
2006037907.tif 000009
【図８】
2006037907.tif 000010