(57)【要約】    【課題】  始動直後の排気浄化触媒の早期活性化のため、排気通路での再燃焼効果を高め、排気温度を十分に上昇させる。    【解決手段】  排気温度を上昇させるときに、一部の気筒について燃料カット又は点火カットを行う。同時に、当該気筒の排気弁のリフト特性を変更し、ピストンの上昇により筒内圧力が高くなった状態で開弁させる。これにより、当該気筒の燃焼室から、断熱圧縮された高温・高圧の空気又は生ガスを排気通路に排出させる。尚、排気弁の開時期は、ピストンの排気行程の後期とする他、圧縮行程の後期としてもよい。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気温度を上昇させるときに、一部の気筒について燃料カット又は点火カットを行い、当該気筒の排気弁をピストンの上昇により筒内圧力が高くなった状態で開き、当該気筒の燃焼室から空気又は生ガスを排気通路に排出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】
燃料カット又は点火カットを行う気筒の排気弁の開時期をピストンの排気行程の後期に設定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気温度制御装置。
【請求項３】
燃料カット又は点火カットを行う気筒の排気弁の開時期をピストンの圧縮行程の後期に設定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気温度制御装置。
【請求項４】
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ときに、排気温度を上昇させる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。
【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、排気浄化触媒の早期活性化を図る際に、一部の気筒について燃料カットを行うことで、当該気筒からの排気（空気）を二次空気として排気通路に供給し、運転気筒の排気中の未燃成分を再燃焼させて、排気温度を上昇させることが開示されている。
【特許文献１】特開平１１−３１１１１９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に記載の技術では、休止気筒の排気弁の開時期はそのままであるので、圧縮行程にて１回圧縮し、膨張行程にて膨張させた空気を、排気行程にて排出することになるため、排出する空気は温度が低く、ＨＣ酸化の観点でいうと好ましいものではなく、排気通路での再燃焼効果を最大限には引き出せていなかった。
本発明は、このような実状に鑑み、休止気筒から空気又は生ガス（未燃焼混合気）を高温状態で排出できるようにして、排気通路での再燃焼効果を高め、排気温度をより十分に上昇させることの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】
【０００４】
このため、本発明では、排気温度を上昇させるときに、一部の気筒について燃料カット又は点火カットを行い、当該気筒の排気弁をピストンの上昇により筒内圧力が高くなった状態で開き、当該気筒の燃焼室から空気又は生ガスを排気通路に排出させる構成とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、休止気筒の排気弁を筒内圧力が高くなったときに開弁するため、断熱圧縮された高温・高圧の空気又は生ガスを排気通路に供給でき、排気通路での再燃焼効果を向上させることができる。
また、点火カットにより排気通路に生ガスを供給する場合は、燃料が入っているため、更に高い再燃焼効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
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のピストン８上方の燃焼室９に吸入される。
【０００８】
燃焼室９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１０により点火されて燃焼する。燃焼後の排気は、排気弁１１を介して、排気通路１２へ排出される。排気通路１２の集合部には排気浄化触媒１３が設けられている。
吸気弁７及び排気弁１１のうち、少なくとも排気弁１１には、気筒毎に、そのリフト特性（開時期など）を変更可能な可変動弁装置１４が設けられている。
【０００９】
可変動弁装置１４としては、カムプロフィルの異なる２つのカムを備え、これらを選択的に切換えることができるカム切換装置（ＶＶＬ）を用いる。
又は、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、バルブ作動角（開期間）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）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、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）とを用いる。
【００１０】
排気通路１２は、例えば図２に示すように、４気筒エンジンで、点火順序を＃１→＃３→＃４→＃２とすると、点火順序の連続しない気筒同士をペアにして、＃１、＃４気筒の排気通路（枝管）を上流側で（短い距離で）合流させ（Ｇ１）、同様に、＃２、＃３気筒の排気通路（枝管）を上流側で（短い距離で）合流させ（Ｇ２）、この後、全体を合流させてある（Ｇ３）。
【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１０の点火時期などを制御する。また、可変動弁装置１４の作動を制御する。
次に、始動直後の排気浄化触媒１３の早期活性化（暖機）のための制御について、図３のフローチャートにより説明する。
【００１３】
Ｓ１では、始動直後などで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。始動直後などで触媒昇温要求がある場合、すなわち触媒１３が非活性の場合は、Ｓ２、Ｓ３の処理へ進む。
Ｓ２では、部分気筒燃焼モードで運転する。具体的には、例えば、＃１、＃３気筒を運転気筒、＃２、＃４気筒を休止気筒とし、休止気筒である＃２、＃４気筒について、燃料カット（燃料噴射弁６による燃料噴射の停止）、又は、点火カット（点火プラグ１０による点火の停止）を行う。尚、燃料カットを行う場合（空気を排出させる場合）は、点火についてはカットしても或いは行ってもいずれでもよいが、点火カットを行う場合（生ガスを排出させる場合）は、燃料を供給する。
【００１４】
Ｓ３では、可変動弁装置１４により、休止気筒である＃２、＃４気筒の排気弁１１のリフト特性を図４の特性Ａ（通常特性）から特性Ｂに変更する。すなわち、排気弁１１の開時期を遅らせ、ピストン８の排気行程の後期（後半）に開弁するように設定する。この例では、排気行程の後期に排気ＴＤＣ付近までの所定期間の間、開弁させている。
これにより、休止気筒である＃２、＃４気筒の排気弁１１がピストン８の上昇により筒内圧力が高くなった状態で開き、燃料カットの場合は、当該気筒の燃焼室９から断熱圧縮された高温・高圧の空気を排気通路１２に排出させることができる。排出された高温・高圧の空気は、運転気筒である＃１、＃３気筒の排気（既燃ガス）と混合し、排気中の未燃成分（ＨＣ）を効率良く再燃焼させて、排気温度を十分に上昇させ、触媒１３の早期活性化に寄与する。
【００１５】
点火カットの場合は、当該気筒の燃焼室９から断熱圧縮された高温・高圧の生ガス（未燃焼混合気）を排気通路１２に排出させることができる。排出された高温・高圧の生ガスは、運転気筒である＃１、＃３気筒の排気と混合しつつ燃焼し、燃焼量が多くなることから、排気温度をより十分に上昇させ、触媒１３の早期活性化に大きく寄与する。
尚、部分気筒運転を行う場合、休止気筒の排気弁開時期の変更により圧縮仕事が増大する分を含め、運転気筒のトルクアップを図る必要があるので、スロットル開度増大による空気量アップを前提に、運転気筒の燃料噴射量を設定する。
【００１６】
また、燃料カットの場合は、排気通路にて、運転気筒からの未燃成分を、休止気筒からの空気で燃焼させるため、運転気筒の燃料噴射量は空燃比的には強リッチ設定にする。点火カットの場合は、排気通路にて、休止気筒からの生ガス中の燃料（及び運転気筒からの未燃成分）を、休止気筒からの生ガス中の空気で燃焼させるため、運転気筒の燃料噴射量は空燃比的にはストイキ又は弱リッチ設定にする。
【００１７】
Ｓ１での判定で、触媒昇温要求がなくなった場合、すなわち触媒１３の暖機が終了した場合は、Ｓ４、Ｓ５の処理へ進む。
Ｓ４では、全気筒燃焼モードで運転する。すなわち、全ての気筒の燃料噴射量を通常設定とし、全ての気筒に点火を行う。
Ｓ５では、可変動弁装置１４により、＃２、＃４気筒の排気弁１１のリフト特性を図４の特性Ｂから特性Ａ（通常特性）に戻す。尚、＃１、＃３気筒の排気弁１１のリフト特性は常に特性Ａ（通常特性）である。
【００１８】
次に本発明の他の実施形態について説明する。
上記の実施形態では、図４の排気弁リフト特性に従って、休止気筒の排気弁の開時期を遅らせて、排気行程の後期に設定することにより、当該気筒の燃焼室から高温・高圧の空気又は生ガスを排気通路へ排出しているが、他の実施形態として、図５の排気弁リフト特性を用いて、次のように制御してもよい。
【００１９】
部分気筒燃焼モードで運転する際に、図３のフローのＳ２にて、可変動弁装置（特にＶＥＬ及びＶＴＣ）１４により、休止気筒である＃２、＃４気筒の排気弁１１のリフト特性を図５の特性Ａ（通常設定）から特性Ｂに変更する。すなわち、排気弁１１の開時期を大幅に早め、ピストン８の圧縮行程の後期に開弁するように設定する。この例では、圧縮行程から膨張行程にかけての圧縮ＴＤＣ付近の所定期間の間、開弁させている。このようにしても、断熱圧縮された高温・高圧の空気又は生ガスを排気通路１２に排出させることができ、同様の効果が得られる。
【００２０】
尚、以上の実施形態では、＃１、＃３の気筒グループと、＃２、＃４の気筒グループとに分け、一方を運転気筒（燃焼気筒）、他方を休止気筒（空気又は生ガスの排出気筒）としている。
これは、図２に示したような排気系レイアウトを前提に、運転気筒と休止気筒とをペアにして、ペア気筒の排気通路を他の排気通路よりも上流側で（短い距離で）合流させることにより、高温度で燃焼させ、効果的に排温を上昇させるためである。
【００２１】
しかし、このようにすると、点火順序が＃１→＃３→＃４→＃２の場合、燃焼−燃焼−休止−休止となって、安定性の面で不利と考えられるので、燃焼−休止−燃焼−休止となるように、＃１、＃４の気筒グループと、＃２、＃３の気筒グループとに分け、一方を運転気筒（燃焼気筒）、他方を休止気筒（空気又は生ガスの排出気筒）としてもよい。全気筒の排気通路が１点で合流する場合には、合流部に、排気と空気又は生ガスとが交互に流入するので、後燃えの点でも有利となる。
【００２２】
また、部分気筒運転の際に、全気筒の半数を休止させる必要はなく、少なくとも１気筒を休止させ、当該気筒から空気又は生ガスを排出させればよい。
また、排気通路への空気又は生ガスの排出による排気温度上昇のため制御は、限られた条件において実施するようにしてもよい。
すなわち、二次空気供給用の電動式エアポンプを備え、このポンプにより排気通路（特に排気ポート）に二次空気を供給できる場合は、クランキング中で、バッテリ消費の観点からエアポンプを作動させることができない期間、クランキング終了後に、バッテリ電圧が安定するまでの期間、エアポンプの作動開始後、吐出量が安定するまでの期間などに、限って、一部の気筒の燃料カット又は点火カットと、当該気筒の排気弁開時期の変更とを行って、当該気筒からの排出空気又は生ガスを利用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【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】排気系のレイアウト図
【図３】全気筒運転・部分気筒運転の切換制御のフローチャート
【図４】部分気筒運転時に用いる排気弁のリフト特性図
【図５】他の実施形態において部分気筒運転時に用いる排気弁のリフト特性図
【符号の説明】
【００２４】
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  ピストン
９  燃焼室
１０  点火プラグ
１１  排気弁
１２  排気通路
１３  排気浄化触媒
１４  可変動弁装置
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】
2006200414.tif 000006
【図５】
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