(57)【要約】    【課題】  燃料噴射弁６から吸気ポート５に燃料を噴射するエンジン１において、始動直後の触媒１４の早期活性化を図る際に、燃焼室１０内でのリッチ失火を防止しつつ、排気温度を十分に上昇させる。    【解決手段】  吸気弁７のリフト特性を変更して、排気弁１２とのオーバーラップを大きくする。そして、オーバーラップ中に、燃料噴射弁６の燃料噴射を行って、噴射した燃料の一部を吸気ポート５から排気ポート１５へ吹き抜けさせる。これにより、筒内Ａ／Ｆをリッチ失火しないレベルに抑えつつ、吹き抜けた燃料を、二次空気供給通路１６からの二次空気によって燃焼させ、排気温度を上昇させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路に燃料を供給する燃料供給手段と、排気通路に二次空気を供給する二次空気供給手段とを備える内燃機関の排気温度制御装置において、
前記吸気通路に供給した燃料の一部が前記排気通路へ吹き抜けるように、吸気弁開期間と排気弁開期間とのオーバーラップを設定し、オーバーラップ中に前記吸気通路から前記排気通路へ吹き抜けた燃料を、前記二次空気供給手段からの二次空気によって燃焼させることを特徴とする内燃機関の排気温度制御装置。
【請求項２】
各気筒の吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁と、排気通路に二次空気を供給する二次空気供給手段とを備える内燃機関の排気温度制御装置において、
前記吸気ポートに噴射した燃料の一部が前記排気通路へ吹き抜けるように、吸気弁開期間と排気弁開期間とのオーバーラップを設定すると共に、オーバーラップ中に燃料噴射を実施し、オーバーラップ中に前記吸気ポートから前記排気通路へ吹き抜けた燃料を、前記二次空気供給手段からの二次空気によって燃焼させることを特徴とする内燃機関の排気温度制御装置。
【請求項３】
前記二次空気供給手段の作動を開始してから所定の期間が経過するまでの間は、前記オーバーラップ以外の期間に燃料噴射を実施することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気温度制御装置。
【請求項４】
吸気弁リフト特性と排気弁リフト特性との少なくとも一方を変更することにより吸気弁開期間と排気弁開期間とのオーバーラップを変更可能な可変動弁装置を備え、
前記二次空気供給手段の作動時のオーバーラップを非作動時のオーバーラップよりも大きくしたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の排気温度制御装置。
【請求項５】
前記二次空気供給手段の作動時の吸気弁リフト量を非作動時の吸気弁リフト量よりも小さくすることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の排気温度制御装置。
【請求項６】
前記排気通路に排気浄化触媒を備え、
前記触媒の昇温要求があった時に、前記二次空気供給手段を作動させ、オーバーラップ中に前記排気通路へ吹き抜けた燃料を、前記二次空気供給手段からの二次空気によって燃焼させることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の排気温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、始動直後の排気浄化触媒の早期活性化などに用いる内燃機関の排気温度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、燃焼室に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、排気通路に二次空気を供給する二次空気供給手段（エアポンプ）とを備え、燃料噴射弁により、主燃焼用の燃料の噴射とは別に、膨張行程から排気行程の間に燃料の追加噴射を行い、追加噴射された燃料を排気通路にて二次空気供給手段からの二次空気によって燃焼させることにより、排気温度を上昇させて、始動直後の排気浄化触媒の早期活性化を図るものが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−３２７６１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の技術は、膨張行程から排気行程の間に燃焼室内に追加噴射を行うという直噴エンジンに固有の技術であり、吸気通路に燃料を供給するエンジンには適用できない。また、２回燃料を噴射するなど複雑な制御となる。
吸気通路に燃料を供給するエンジンの場合、燃料供給量の増量により、筒内Ａ／Ｆをリッチにして運転することで、排気通路に未燃分を多量に排出させ、これを二次空気供給手段からの二次空気によって燃焼させることで、排気温度を上昇させることが可能であり、Ａ／Ｆがリッチなほど、排温上昇効果が高いことが解っている。
【０００４】
しかし、過リッチによるリッチ失火や燃焼安定度悪化がネックであり、リッチ限界があることから、エミッションからの最適Ａ／Ｆを使用できないのが実状である。
本発明は、このような実状に鑑み、吸気通路に燃料を供給するエンジンにおいて、リッチ失火を防止しつつ、排気通路にて二次空気を最大限に活用して排気温度を十分に上昇させることができる内燃機関の排気温度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】
【０００５】
このため、本発明では、吸気通路に供給した燃料の一部が排気通路へ吹き抜けるように、吸気弁開期間と排気弁開期間とのオーバーラップを設定し、オーバーラップ中に吸気通路から排気通路へ吹き抜けた燃料を、二次空気供給手段からの二次空気によって燃焼させる構成とする。
又は、本発明では、燃料供給手段が各気筒の吸気ポートに燃料を噴射する燃料噴射弁であることを前提に、吸気ポートに噴射した燃料の一部が排気通路へ吹き抜けるように、吸気弁開期間と排気弁開期間とのオーバーラップを設定すると共に、オーバーラップ中に燃料噴射を実施し、オーバーラップ中に吸気ポートから排気通路へ吹き抜けた燃料を、二次空気供給手段からの二次空気によって燃焼させる構成とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、吸気通路に供給した燃料の一部がオーバーラップ中に排気通路へ吹き抜けるようにし、又は、オーバーラップ中に吸気ポートへの燃料噴射を実施することで、より積極的に排気通路へ吹き抜けるようにし、この吹き抜けた燃料を二次空気によって燃焼させるので、吹き抜けを生じないとした場合にはリッチ失火に至るような強リッチの設定にしても、筒内Ａ／Ｆをリッチ失火しないレベルに抑えて、燃焼安定度を確保できる一方、排気通路にて二次空気を最大限に活用して、排気温度を十分に上昇させ、始動直後の触媒の早期活性化などを図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図である。
エンジン１の吸気通路２には、吸気マニホールド３の入口側に位置させて、吸入空気量を制御する電制スロットル弁４が設置されている。電制スロットル弁４は、エンジンコントロールユニット（以下ＥＣＵという）２０からの信号により作動するステップモータ等により開度制御される。但し、アクセルペダルにワイヤ等で連結された機械式のスロットル弁を用いてもよい。
【０００８】
吸気マニホールド３の出口側のブランチ部には、各気筒の吸気ポート５に（吸気弁７傘部を指向して）燃料を噴射する燃料噴射弁６が取付けられている。燃料噴射弁６は、ＥＣＵ２０からエンジン回転に同期して出力される噴射パルス信号により、そのパルス幅によって定められる時間、ソレノイドに通電されて開弁し、所定圧力に調圧された燃料を噴射する。
【０００９】
電制スロットル弁４の制御を受けた空気と、燃料噴射弁６から噴射された燃料は、吸気弁７が開いたときに、エンジン１の燃焼室１０に吸入される。
吸気弁７には、そのリフト特性を変更可能な可変動弁装置として、カム軸とカムとの間で両者を機械的に連携するリンクの姿勢を変化させることにより、吸気弁７のバルブ作動角（開期間）の中心角位相を略一定としたまま、吸気弁７のバルブ作動角及びリフト量を連続的に変化させることができるバルブ作動角及びリフト量可変装置（ＶＥＬ）８と、クランク軸とカム軸との回転位相を変化させることにより、吸気弁７のバルブ作動角の中心角位相を連続的に変化させることができるバルブタイミング可変装置（ＶＴＣ）９とが設けられている。
【００１０】
燃焼室１０内に吸入された空気と燃料は、混合気を形成し、ＥＣＵ２０により制御される点火時期にて、点火プラグ１１により点火されて燃焼する。燃焼後の排気は、排気弁１２を介して、排気通路１３へ排出される。排気通路１３には排気浄化触媒１４が設けられている。
ここで、排気通路１３の排気浄化触媒１４上流、特に排気の高温部であるシリンダヘッド内の各気筒の排気ポート１５に（排気弁１２傘部を指向して）二次空気を供給し得るように、シリンダヘッド内に二次空気供給通路１６が設けられている。そして、二次空気供給用の電動式エアポンプ１７が設けられ、その吐出側は、遮断弁１８を介装した配管１９を介して、前記二次空気供給通路１６に接続されている。尚、図１中のＢはエアポンプ１７の電源となるバッテリを示している。
【００１１】
ＥＣＵ２０には、アクセルペダルセンサ２１により検出されるアクセル開度ＡＰＯ、クランク角センサ２２により検出されるエンジン回転数Ｎｅ、エアフローメータ２３により検出される吸入空気量Ｑａ、水温センサ２４により検出されるエンジン冷却水温Ｔｗ、空燃比センサ２５により検出される排気空燃比、触媒温度センサ２６により検出される触媒温度Ｔｃなどが入力されている。この他、図示しないが、イグニッションスイッチ及びスタートスイッチを有するエンジンキースイッチからも信号が入力されている。
【００１２】
ＥＣＵ２０は、これらの入力信号より検出されるエンジン運転条件に基づいて、電制スロットル弁４の開度、燃料噴射弁６の燃料噴射時期及び燃料噴射量、点火プラグ１１の点火時期などを制御する。また、ＶＥＬ８、ＶＴＣ９、エアポンプ１７、遮断弁１８の作動を制御する。
次に、始動直後の排気浄化触媒１４の早期活性化のための排気温度制御について、図２のフローチャートにより説明する。尚、本フローはクランキングの開始と共に時間同期又は回転同期で実行される。
【００１３】
Ｓ１では、クランキング中、すなわちスタートスイッチがＯＮか否かを判定し、クランキング中の場合は、Ｓ２〜Ｓ４の処理を実行する。
Ｓ２では、二次空気の供給をＯＦＦにする。すなわち、二次空気供給用のエアポンプ１７を停止状態に保持し、遮断弁１８も閉状態に保持する。スタータモータによるクランキング中であるので、スタータモータの電源となるバッテリＢの消費を抑えるためである。
【００１４】
Ｓ３では、吸気弁７のリフト特性を通常設定にする。通常設定とは、図３中の（二次空気ＯＦＦ）の特性であり、（二次空気ＯＮ）と比較すれば、バルブ作動角大、リフト量大、中心角遅角の特性である。また、ＴＤＣ付近に、わずかながら、吸気弁開期間と排気弁開期間とのオーバーラップを持つ。
Ｓ４では、燃料噴射時期ＩＴを始動用設定、燃料噴射量Ｔｉを始動用設定にして、リターンする。
【００１５】
Ｓ１での判定で、クランキング中でない場合（すなわちクランキング後の場合）は、Ｓ５へ進む。
Ｓ５では、触媒昇温要求があるか否かを判定する。具体的には、触媒温度センサ２６により触媒温度Ｔｃを検出し、所定の活性温度より低いか否かを判定する。運転条件から触媒温度を予測して、活性・非活性を判定してもよい。触媒昇温要求がある場合、すなわち触媒１４が非活性の場合は、Ｓ６へ進む。
【００１６】
Ｓ６では、二次空気の供給をＯＮにする。すなわち、二次空気供給用のエアポンプ１７を作動させ、遮断弁１８を開状態にする。但し、エアポンプ１７を作動させても、エアポンプ１７の吐出量（二次空気供給通路１６から排気ポート１５への吐出量）が定常流量に達するまでには、所定期間（所定時間）の遅れがある。
次のＳ７では、エアポンプ１７の作動開始後の経過時間を計時するタイマＴの値を、エアポンプ１７の吐出量が定常流量に達するまでの所定時間Ｔhtと比較して、タイマＴ＜Ｔhtか否かを判定し、タイマＴ＜Ｔhtの場合、すなわち、排気ポート１５に二次空気が安定して供給されるまでの間は、Ｓ８、Ｓ９の処理を実行する。
【００１７】
Ｓ８では、吸気弁７のリフト特性を通常設定にする。
Ｓ９では、燃料噴射時期ＩＴを通常設定、燃料噴射量Ｔｉを弱リッチ設定にして、リターンする。
燃料噴射時期ＩＴの通常設定とは、図３中の燃料噴射の（二次空気ＯＦＦ）の設定であり、オーバーラップ中に燃料噴射しないように（吸気弁７が開くまでに燃料噴射を終了するように）、排気行程噴射を行う設定である。すなわち、エアポンプ１７を作動させているものの、排気ポート１５への二次空気の供給はほとんどなされていないので、噴射燃料が排気ポート１５へ吹き抜けないようにする。
【００１８】
燃料噴射量Ｔｉの弱リッチ設定とは、噴射燃料が排気ポート１５へ吹き抜けないようにするので、筒内Ａ／Ｆをリッチ失火しないレベルに抑えるための設定である。
Ｓ７での判定で、タイマＴ≧Ｔhtの場合、すなわち、排気ポート１５への二次空気の供給が安定した後は、Ｓ１０、Ｓ１１の処理を実行する。
Ｓ１０では、吸気弁７のリフト特性をオーバーラップ（Ｏ／Ｌ）拡大設定にする。すなわち、吸気弁７のリフト特性を、図３中の（二次空気ＯＦＦ）の特性から、（二次空気ＯＮ）の特性に変更する。すなわち、ＶＴＣ９により、バルブ作動角（開期間）の中心角を進角し、吸気弁開期間と排気弁開期間とのオーバーラップを拡大する。同時に、ＶＥＬ８により、リフト量を減少させる。但し、リフト量を減少させると、作動角が減少するので、リフト量の減少に比べ、作動角の減少が少なくなるようにする。
【００１９】
Ｓ１１では、燃料噴射時期ＩＴを吹き抜け設定、燃料噴射量Ｔｉを強リッチ設定にして、リターンする。
すなわち、燃料噴射時期ＩＴについては、図３中の（二次空気ＯＦＦ）の通常設定から（二次空気ＯＮ）の吹き抜け設定に変更する。すなわち、通常設定での排気行程噴射（オーバーラップ前に燃料噴射を終了）から、燃料噴射時期を遅らせて、噴射燃料の一部が排気ポート１５へ吹き抜けるように、オーバーラップ中に燃料噴射の少なくとも一部を実施する（燃料噴射期間の一部がオーバーラップ期間に重なるようにする）。特に、この例では、オーバーラップ開始前からオーバーラップ開始後にかけて燃料噴射を実施するようにしている。
【００２０】
燃料噴射量Ｔｉについては、強リッチに設定するが、これは、排気ポート１５への燃料の吹き抜けを生じないとした場合には、リッチ失火に至るような設定である。
このようなＳ１０、Ｓ１１での設定、すなわち、吸気ポート５に噴射した燃料の一部が排気ポート１５へ吹き抜けるように、吸気弁開期間と排気弁開期間とのオーバーラップを大きく設定すると共に、このオーバーラップ中に燃料噴射を実施する設定とすることにより、排気ポート１５への吹き抜けを積極的に生じさせ、この吹き抜けた燃料を二次空気によって燃焼させるので、吹き抜けを生じないとした場合にはリッチ失火に至るような強リッチの設定にしても、筒内Ａ／Ｆをリッチ失火しないレベルに抑えて、燃焼安定度を確保できる一方、排気ポート１５内を十分にリッチ化し、二次空気を最大限に活用して、燃焼させることで、排気温度を十分に上昇させ、始動直後の触媒１４の早期活性化を図ることができる。
【００２１】
また、このときの吸気弁７のリフト量を通常よりも小さくすることで、吹き抜け時に図４に示すような状態となり、吸気弁７の傘部及びシート面で空気の流れ（図示Ｆ）が形成され、燃焼室壁に沿って、排気弁１２側に流れるので、この流れに乗せて、燃料を効果的に吹き抜けさせることができる。
Ｓ５での判定で、触媒昇温要求がない場合、すなわち触媒が活性化している場合は、Ｓ１２〜Ｓ１４の処理を実行する。
【００２２】
Ｓ１２では、二次空気の供給をＯＦＦにする。すなわち、二次空気供給用のエアポンプ１７を停止させ、遮断弁１８も閉状態にする。
Ｓ１３では、吸気弁７のリフト特性を通常設定にする。
Ｓ１４では、燃料噴射時期ＩＴを通常設定、燃料噴射量Ｔｉを通常設定にして、リターンする。
【００２３】
尚、以上の実施形態では、二次空気供給手段（エアポンプ１７）の作動させる条件で、オーバーラップ中に燃料噴射を実施しているが、オーバーラップ前に燃料噴射を終了しても、吸気ポート５内に噴射された燃料が、その後のオーバーラップ時に、排気ポート１５側へ吹き抜ける場合は、必ずしもオーバーラップ中に燃料噴射をする必要はない。
また、触媒の昇温要求がある場合として、始動直後の触媒の早期活性化が必要な場合を挙げたが、触媒のＳ被毒を解除するために、排気温度を上昇させる場合に、本制御を実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態を示すエンジンのシステム図
【図２】始動直後の触媒の早期活性化のための排気温度制御のフローチャート
【図３】吸気弁及び排気弁のリフト特性図
【図４】吸気弁の小リフト時の吹き抜け効果を示す図
【符号の説明】
【００２５】
１  エンジン
２  吸気通路
３  吸気マニホールド
４  電制スロットル弁  
５  吸気ポート
６  燃料噴射弁
７  吸気弁
８  バルブ作動角及びリフト量可変装置（ＶＥＬ）
９  バルブタイミング可変装置（ＶＴＣ）
１０  燃焼室
１１  点火プラグ
１２  排気弁
１３  排気通路
１４  排気浄化触媒
１５  排気ポート
１６  二次空気供給通路
１７  電動式エアポンプ
１８  遮断弁
１９  配管
２０  ＥＣＵ
２１  アクセルペダルセンサ
２２  クランク角センサ
２３  エアフローメータ
２４  水温センサ
２５  空燃比センサ
２６  触媒温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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