(57)【要約】【課題】比較的単純な制御により、触媒の活性化を早期に行えるとともに、過給機のタービンによって生じる圧力の損失を低減できる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】第１排気弁９ａに連通する第１排気管１４に排気タービン１８ｂが配置され、第２排気弁９ｂに連通する第２排気管１５に第１三元触媒１９ａが配置されている。暖機運転状態では、第２排気弁９ｂのリフトをより大きく制御することで、第１三元触媒１９ａに多量の排ガスを流し、これを早期に活性化する。第１三元触媒１９ａは、低負荷運転状態で第２排気管１５側の圧力の損失がより低くなるような圧損特性を有する。そして、低負荷運転状態で吸排気の差圧が小さいときに、両排気弁９ａ，９ｂを所定リフト以上に制御することで、排気タービン１８ｂには排ガスがほとんど流れなくなり、排気タービン１８ｂでの圧力の損失を低減できる。【選択図】図７
2011196299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒に互いに並列に接続され、下流側の合流部において互いに合流する第１排気通路および第２排気通路と、前記気筒内に臨むように設けられ、前記第１および第２排気通路に排ガスをそれぞれ排出する第１排気弁および第２排気弁とを有し、前記第１排気通路に過給機のタービンが設けられ、前記第２排気通路に排ガスを浄化する触媒が設けられた内燃機関の制御装置であって、
前記第１排気弁のリフトおよび前記第２排気弁のリフトを互いに独立して変更可能な可変動弁装置と、
前記気筒から排出される排ガスの圧力と前記気筒に吸入される吸気の圧力との差圧を表す差圧パラメータを取得する差圧パラメータ取得手段と、を備え、
前記可変動弁装置は、前記内燃機関の暖機運転状態において、前記第２排気通路に排出される排ガスの量が前記第１排気通路に排出される排ガスの量よりも多くなるように、前記第１および第２排気弁のリフトを制御し、前記内燃機関の低負荷運転状態において、前記取得された差圧パラメータで表される差圧が所定値よりも小さいときに、前記第１および第２排気弁のリフトをそれぞれ所定リフト以上に制御し、
前記触媒は、前記内燃機関の低負荷運転状態において、前記気筒から前記合流部までの間に前記第２排気通路内に生じる圧力の損失が、前記気筒から前記合流部までの間に前記第１排気通路内に生じる圧力の損失よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記過給機は、前記タービンの容量を変更する機構を有さないことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記可変動弁装置は、前記内燃機関の低負荷運転状態において、前記差圧が前記所定値よりも大きいときに、前記第１排気通路に排出される排ガスの量が前記第２排気通路に排出される排ガスの量よりも多くなるように、前記第１および第２排気弁のリフトを制御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４】
前記内燃機関が暖機運転完了後のアイドル運転状態であるか否かを判定するアイドル運転判定手段をさらに備え、
前記可変動弁装置は、前記アイドル運転判定手段によって前記内燃機関がアイドル運転状態であると判定されたときに、前記第１排気通路に排出される排ガスの量が前記第２排気通路に排出される排ガスの量よりも多くなるように、前記第１および第２排気弁のリフトを制御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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気系に互いに並列に設けられた過給機のタービンおよび触媒と、各気筒の２つの排気弁のリフトを互いに独立して変更可能な可変動弁機構とを備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関の制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この内燃機関は、４気筒タイプのものであり、各気筒に形成された２つの排気ポートに、第１および第２排気弁が設けられるとともに、第１および第２排気ダクトがそれぞれ接続されている。それぞれの気筒に接続された４本の第１排気ダクトは、下流側において１本の集合管に集合しており、この集合管にターボチャージャのタービンが設けられている。また、４本の第２排気ダクトも、下流側において１本の集合管に集合しており、この集合管に第１触媒コンバータが設けられている。また、上記の２つの集合管は下流側において互いに合流し、この合流部に第３排気ダクトが接続されており、この第３排気ダクトに第２触媒コンバータが設けられている。
【０００３】
また、この内燃機関は、第１および第２排気弁のリフトを互いに独立して制御するための流体圧アクチュエータを備えている。この制御装置では、内燃機関の運転状態に応じ、流体圧アクチュエータにより、第１および第２排気弁のリフトを制御することによって、第１および第２排気ダクトに排出する排ガスの量の割合を制御する。具体的には、内燃機関の始動時には、第１排気弁を閉弁状態に保持するとともに、第２排気弁のみを作動させることによって、気筒からの排ガスをすべて第２排気ダクトに排出する。それにより、第１触媒コンバータの活性化に要する時間が短縮される。また、高い過給圧が必要なときには、第１排気ダクトに排出する排ガスの量の割合を大きくし、タービンにより多くの排ガスを供給することで、過給圧を増大させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００７−５１８０１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１では、内燃機関の始動時と高い過給圧が要求される場合以外の制御については、説明されていない。このため、例えば、低負荷運転状態において、第１排気ダクト側に比較的多量の排ガスが流れることによって、タービンに生じる圧力の損失が増大し、内燃機関の燃費が悪化し、出力が低下するおそれがある。また、そのような不具合を排気弁のリフトの制御によって回避することも考えられるが、その場合には、排気弁のリフトをきめ細かく制御する必要があり、その制御が複雑になってしまう。
【０００６】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、比較的単純な制御により、触媒の活性化を早期に行うことができるとともに、過給機のタービンによって生じる圧力の損失を低減でき、それにより、内燃機関の燃費および出力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】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本願の請求項１に係る発明は、気筒３ａに互いに並列に接続され、下流側の合流部１６において互いに合流する第１排気通路（実施形態における（以下、本項において同じ）第１排気管１４）および第２排気通路（第２排気管１５）と、気筒３ａ内に臨むように設けられ、第１および第２排気通路に排ガスをそれぞれ排出する第１排気弁９ａおよび第２排気弁９ｂとを有し、第１排気通路に過給機（ターボチャージャ１８）のタービン（排気タービン１８ｂ）が設けられ、第２排気通路に排ガスを浄化する触媒（第１三元触媒１９ａ）が設けられた内燃機関の制御装置１であって、第１排気弁９ａのリフト（第１排気リフトＬＩＦＴＥＸ１）および第２排気弁９ｂのリフト（第２排気リフトＬＩＦＴＥＸ２）を互いに独立して変更可能な可変動弁装置（バルブタイミング切換機構９０）と、気筒３ａから排出される排ガスの圧力（排気圧ＰＥＸ）と気筒３ａに吸入される吸気の圧力（吸気圧ＰＢＡ）との差圧ΔＰを表す差圧パラメータ（エンジン回転数ＮＥ）を取得する差圧パラメータ取得手段（クランク角センサ２１）と、を備え、可変動弁装置は、内燃機関３の暖機運転状態において、第２排気通路に排出される排ガスの量が第１排気通路に排出される排ガスの量よりも多くなるように、第１および第２排気弁９ａ，９ｂのリフトを制御し（図９のステップ４２）、内燃機関３の低負荷運転状態において、取得された差圧パラメータで表される差圧ΔＰが所定値（所定圧ＰＲＥＦ）よりも小さいときに、第１および第２排気弁９ａ，９ｂのリフトをそれぞれ所定リフト（高速リフトＬＥＸＨＶＴ）以上に制御し（図９のステップ４６）、触媒は、内燃機関３の低負荷運転状態において、気筒３ａから合流部１６までの間に第２排気通路内に生じる圧力の損失が、気筒３ａから合流部１６までの間に第１排気通路内に生じる圧力の損失よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
この内燃機関では、気筒内に発生した燃焼ガスは、第１排気弁を介して第１排気通路に、第２排気弁を介して第２排気通路に、それぞれ排ガスとして排出される。第１排気通路に排出された排ガスは、その途中に設けられた過給機のタービンに供給され、過給に用いられた後に、合流部に達する。一方、第２排気通路に排出された排ガスは、その途中に設けられた触媒で浄化された後に、合流部に達する。また、この制御装置によれば、第１および第２排気弁のリフトは、可変動弁装置によって、互いに独立して変更される。
【０００９】
また、内燃機関が暖機運転状態のときには、第２排気通路に排出される排ガスの量が第１排気通路に排出される排ガスの量よりも多くなるように、第１および第２排気弁のリフトを制御する。これにより、暖機運転状態のときに、第２排気通路に配置された触媒に多量の排ガスが流れるので、その熱によって触媒を早期に活性化することができる。また、触媒が合流部よりも上流側に配置されていることで、排ガスが触媒に達するまでの熱損失が少ないので、触媒の活性化をさらに早期に実現できる。また、そのように活性化した触媒に排ガスが優先して流れることで、排ガス特性を向上させることができる。
【００１０】
さらに、内燃機関が低負荷運転状態で、かつ取得された差圧パラメータで表される、排ガスの圧力と吸気の圧力との差圧が小さいときには、第１および第２排気通路の排気弁のリフトをそれぞれ所定リフト以上に制御する。また、触媒は、内燃機関の低負荷運転状態において、気筒から合流部までの間に第２排気通路内に生じる圧力の損失が、気筒から合流部までの間に第１排気通路内に生じる圧力の損失よりも小さくなるように構成されている。
【００１１】
以上の構成により、低負荷運転状態では、両排気通路の圧力の損失が釣り合うように、排ガスが圧力の損失が小さな第２排気通路側に優先して流れる。その結果、触媒に多量の排ガスが流れ、過給機のタービンには、少量の排ガスしか流れなくなる。したがって、過給機のタービンによって生じる圧力の損失を低減でき、内燃機関の燃費および出力を向上させることができる。さらに、このような利点を、排気弁のリフトの複雑な制御によらず、上記のような圧損特性を有する触媒を用いるだけで、得ることができる。
【００１２】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置１において、過給機は、タービンの容量を変更する機構を有さないことを特徴とする。
【００１３】
前述したように、請求項１に係る発明によれば、排気弁のリフトを単純に変更するだけで、過給機のタービンの容量を変更することなく、暖機運転状態のときに触媒により多量の排ガスを流すことができ、低負荷運転状態のときに、過給機のタービンに流れる排ガスの量を低減することができる。したがって、本発明のように、タービンの容量を変更する機構を有さない過給機を用いた場合でも、上述した請求項１の作用を同様に得ることができるとともに、過給機の構成の単純化によって、過給機の小型化やコストダウンを実現することができる。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関１において、内燃機関３の低負荷運転状態において、差圧ΔＰが所定値よりも大きいときに、第１排気通路に排出される排ガスの量が第２排気通路に排出される排ガスの量よりも多くなるように、第１および第２排気弁９ａ，９ｂのリフトを制御する（図９のステップ４８、図１０のステップ５０）ことを特徴とする。
【００１５】
排ガスの圧力と吸気の圧力との差圧が大きくなると、ポンピングロスが大きくなることによって、内燃機関の燃費が悪化するとともに、出力が低下する。この構成によれば、内燃機関が低負荷運転状態で、差圧が所定値よりも大きいときには、第１および第２排気弁のリフトの制御によって、過給機のタービンが設けられた第１排気通路に排出される排ガスの量を、第２排気通路よりも多くする。これにより、タービンの回転数が高くなり、過給圧が上昇することによって、差圧が小さくなり、ポンピングロスが低減される結果、内燃機関の燃費および出力を向上させることができる。また、低負荷運転状態のときに第１排気通路に多量の排ガスが排出されるので、その後の高負荷運転への移行時に、負荷の増大に応じた過給を滑らかに行うことができ、それにより、ドライバビリティを向上させることができる。
【００１６】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関１において、内燃機関３が暖機運転完了後のアイドル運転状態であるか否かを判定するアイドル運転判定手段（ＥＣＵ２、クランク角センサ２１、水温センサ２２、図５のステップ４，６）をさらに備え、可変動弁機構は、アイドル運転判定手段によって内燃機関がアイドル運転状態であると判定されたときに、第１排気通路に排出される排ガスの量が第２排気通路に排出される排ガスの量よりも多くなるように、第１および第２排気弁９ａ，９ｂのリフトを制御する（図９のステップ５４）ことを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、内燃機関がアイドル運転状態のときに、第１および第２排気弁のリフトの制御によって、第１排気通路に排出される排ガスの量を、第２排気通路よりも多くする。これにより、例えば、内燃機関が搭載された車両がアイドル運転状態から発進するときに、負荷の増大に応じた過給を滑らかに行うことができ、それにより、ドライバビリティを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態による内燃機関の制御装置を、内燃機関とともに概略的に示す図である。
【図２】内燃機関の排気系の構成を概略的に示す平面図である。
【図３】バルブタイミング切換機構の構成を示す模式図である。
【図４】バルブタイミング切換機構によるバルブタイミングの切換に応じた吸気弁のバルブリフト曲線を示す図である。
【図５】内燃機関の運転領域の判定処理を示すフローチャートである。
【図６】内燃機関の運転状態の判定処理を示すフローチャートである。
【図７】車両の走行時用の内燃機関の運転領域の判定処理を示すフローチャートである。
【図８】内燃機関の負荷状態を判定するためのマップである。
【図９】第１排気弁および第２排気弁のバルブタイミングの設定処理を示すフローチャートである。
【図１０】図９の設定処理の残りの部分を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１に示すように、本発明を適用した制御装置１はＥＣＵ２を備えており、このＥＣＵ２は、後述するように、内燃機関（以下「エンジン」という）３の各種の制御処理を行う。
【００２０】
エンジン３は、車両（図示せず）に搭載された、４気筒（１つのみ図示）タイプのガソリンエンジンであり、各気筒のピストン３ｂとシリンダヘッド３ｃの間には燃焼室３ｄが形成されている。ピストン３ｂの上面の中央部には、凹部３ｅが形成されている。また、シリンダヘッド３ｃには、燃焼室３ｄに臨むように、燃料噴射弁（以下「インジェクタ」という）４および点火プラグ５が取り付けられており、燃料は燃焼室３ｄ内に直接、噴射される。すなわちエンジン３は、筒内噴射式のものである。
【００２１】
インジェクタ４は、燃焼室３ｄの天壁の中央に配置されており、調圧された高圧の燃料をピストン３ｂの凹部３ｅに向かって噴射する。噴射された燃料が凹部３ｅを含むピストン３ｂの上面に衝突することによって、燃料の噴流が形成される。
【００２２】
また、点火プラグ５は、ＥＣＵ２から点火時期に応じたタイミングで高電圧が加えられることにより放電し、それにより、燃焼室３ｄ内の混合気が点火され、燃焼する。
【００２３】
図２に示すように、エンジン３の各気筒３ａには、吸気管１２と、互いに並列の第１排気管１４および第２排気管１５が接続されている。それぞれの気筒３ａに接続された４本の第１排気管１４は、下流側において互いに合流し、１本の第１排気管１４になっている。第２排気管１５も同様に、下流側において互いに合流し、１本の第２排気管１５になっている。さらに、第１および第２排気管１４，１５は、下流側の合流部１６において互いに合流し、この合流部１６に第３排気管１７が接続されている。
【００２４】
また、各気筒３ａには、一対の吸気弁８、８と、第１排気弁９ａおよび第２排気弁９ｂが、燃焼室３ｄに臨むように設けられている。第１排気弁９ａは第１排気管１４に連通し、第２排気弁９ｂは第２排気管１５に連通している。また、吸気弁８は吸気側動弁機構４０によって開閉され、第１および第２排気弁９ａ，９ｂは排気側動弁機構７０によって開閉される。
【００２５】
図１に示すように、吸気側動弁機構４０は、カム駆動式のものであり、回転自在の吸気カムシャフト５１と、吸気カムシャフト５１に一体に設けられた吸気カム５２と、ロッカアームシャフト（図示せず）と、ロッカアームシャフトに回動自在に支持されるとともに、第１および第２吸気弁８ａ，８ｂの上端にそれぞれ当接する２つのロッカアーム（図示せず）などを備えている。吸気カムシャフト５１は、吸気スプロケットおよびタイミングチェーン（いずれも図示せず）を介して、クランクシャフト３ｆに連結されており、クランクシャフト３ｆが２回転するごとに１回転する。
【００２６】
排気側動弁機構７０も、カム駆動式のものであり、回転自在の排気カムシャフト８１と、排気カムシャフト８１に一体に設けられた第１および第２排気カム８２，８３と、ロッカアームシャフト８４と、ロッカアームシャフト８４に回動自在に支持されるとともに、第１および第２排気弁９ａ，９ｂの上端にそれぞれ当接する第１および第２ロッカアーム８５，８６と、バルブタイミング切換機構９０などを備えている。
【００２７】
排気カムシャフト８１は、排気スプロケットおよびタイミングチェーン（いずれも図示せず）を介して、クランクシャフト３ｆに連結されており、クランクシャフト３ｆが２回転するごとに１回転する。排気カムシャフト８１が回転すると、第１および第２ロッカアーム８５，８６が第１および第２排気カム８２，８３でそれぞれ押圧され、ロッカアームシャフト８４を中心として回動することにより、第１および第２排気弁９ａ，９ｂが開閉される。
【００２８】
第１および第２排気カム８２，８３は互いにまったく同じ構成であり、第１および第２ロッカアーム８５，８６も互いにまったく同じ構成であるので、以下、これらを代表して、第１排気カム８２および第１ロッカアーム８５について説明する。図３に示すように、第１排気カム８２は、低速カム８２ａと、非常に低いカムノーズを有する休止カム８２ｂと、低速カム８２ａよりも高いカムノーズを有する高速カム８２ｃとで構成されている。また、第１ロッカアーム８５は、低速カム８２ａで押圧される低速ロッカアーム８５ａと、休止カム８２ｂで押圧される休止ロッカアーム８５ｂと、高速カム８２ｃで押圧される高速ロッカアーム８５ｃとで構成されており、休止ロッカアーム８５ｂは、第１排気弁９ａの上端に当接している。
【００２９】
これらのロッカアーム８５ａ〜８５ｃは、ロッカアームシャフト８４の軸線方向に摺動するバルブタイミング切換機構９０のピン９１によって、連結・遮断される。低速、休止および高速ロッカアーム８５ａ〜８５ｃが互いに遮断され、独立して回動するときには、第１排気弁９ａは休止カム８２ｂのカムプロフィールに応じた微少な休止リフトＬＥＸＲＶＴ（図４参照）による休止バルブタイミング（以下「休止ＶＴ」という）で開閉される。なお、この場合、低速ロッカアーム８５ａおよび高速ロッカアーム８５ｃも低速カム８２ａおよび高速カム８２ｃでそれぞれ駆動されるが、休止ロッカアーム８５ｂとの間が機械的に遮断されているため、第１排気弁９ａの動作には影響を及ぼさない。
【００３０】
また、ピン９１によって休止ロッカアーム８５ｂと低速ロッカアーム８５ａが連結され、高速ロッカアーム８５ｃが遮断されているときには、第１排気弁９ａは低速カム８２ａのカムプロフィールに応じた小さな低速リフトＬＥＸＬＶＴ（図４参照）による低速バルブタイミング（以下「ＬＯ．ＶＴ」という）で開閉される。
【００３１】
また、ピン９１によって低速、休止および高速ロッカアーム８５ａ〜８５ｃが互いに連結されているときには、第１排気弁９ａは高速カム８２ｃのカムプロフィールに応じた大きな高速リフトＬＥＸＨＶＴ（図４参照）による高速バルブタイミング（以下「ＨＩ．ＶＴ」という）で開閉される。
【００３２】
休止ＶＴのときには、ＬＯ．ＶＴのときと比較し、第１排気弁９ａの開弁期間と、吸気弁８と第１排気弁９ａのバルブオーバーラップが非常に短くなるとともに、第１排気弁９ａのリフト（以下「第１排気リフト」という）ＬＩＦＴＥＸ１も非常に小さくなることにより、スワール効果が高められる。また、ＨＩ．ＶＴのときには、ＬＯ．ＶＴのときと比較し、第１排気弁９ａの開弁期間と、吸気弁８と第１排気弁９ａのバルブオーバーラップが長くなるとともに、第１排気リフトＬＩＦＴＥＸ１も大きくなることにより、充填効率が高められる。
【００３３】
また、エンジン３には、ターボチャージャ１８が設けられている。このターボチャージャ１８は、吸気管１２に設けられた回転自在の吸気コンプレッサ１８ａと、第１排気管１４に設けられた回転自在の排気タービン１８ｂと、両者１８ａ、１８ｂを一体に連結するシャフト１８ｃを有している。なお、このターボチャージャ１８は、排気タービン１８ｂの容量を変更する機構、例えば可変ベーンやウエストゲートなどを持たないタイプのものである。ターボチャージャ１８は、第１排気管１４内の排ガスにより排気タービン１８ｂが回転駆動されるのに伴い、これと一体の吸気コンプレッサ１８ａが回転駆動されることによって、吸気管１２内の吸入空気を加圧する過給動作を行う。
【００３４】
また、吸気管１２には、吸気コンプレッサ１８ａの下流側に、スロットル弁１３ａが設けられており、スロットル弁１３ａには、ＴＨアクチュエータ１３ｂが連結されている。スロットル弁１３ａの開度は、ＥＣＵ２からの制御信号により、ＴＨアクチュエータ１３ｂを駆動することによって制御され、それにより、エンジン３に吸入される吸気量および吸気圧が制御される。
【００３５】
また、第２排気管１５には、第１三元触媒１９ａが設けられている。第１三元触媒１９ａは、排ガス中のＨＣおよびＣＯを酸化するとともに、ＮＯｘを還元することによって、排ガスを浄化する。なお、第１三元触媒１９ａは、エンジン３の低負荷運転状態において、気筒３ａから合流部１６までの間に第２排気管１５内に生じる圧力の損失が、気筒３ａから合流部１６までの間に第１排気管１４内に生じる圧力の損失よりも小さくなるような圧損特性を有するように構成されている。また、合流部１６よりも下流側の第３排気管１７には、第１三元触媒１９ａと同様の第２三元触媒１９ｂが設けられている。
【００３６】
また、前記クランクシャフト３ｆには、クランク角センサ２１が設けられている。このクランク角センサ２１は、クランクシャフト３ｆの回転に伴い、パルス信号であるＣＲＫ信号およびＴＤＣ信号を出力する。
【００３７】
ＣＲＫ信号は、所定のクランク角（例えば３０゜）ごとに出力される。ＥＣＵ２は、このＣＲＫ信号に基づき、エンジン３の回転数（以下「エンジン回転数」という）ＮＥを算出する。ＴＤＣ信号は、いずれかの気筒３ａにおいてピストン３ｂが吸気行程開始時のＴＤＣ（上死点）付近の所定クランク角度位置にあることを表す信号であり、エンジン３が４気筒タイプの本例では、クランク角１８０゜ごとに出力される。
【００３８】
また、ＥＣＵ２には、水温センサ２２からエンジン３の冷却水の温度（以下「エンジン水温」という）ＴＷを表す検出信号が、アクセル開度センサ２３から、アクセルペダル（図示せず）の開度（以下「アクセル開度」という）ＡＰを表す検出信号が、イグニッションスイッチ２４から、そのオン／オフ状態を表す検出信号が出力される。なお、エンジン３の運転時に、イグニッションスイッチ２４がオフされたときには、インジェクタ４から気筒３ａ内への燃料の供給が停止され、エンジン３が停止される。
【００３９】
また、ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭおよび入出力インターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータ（図示せず）で構成されている。前述したセンサ２１〜２３およびスイッチ２４の検出信号はそれぞれ、ＥＣＵ２に入力され、入力インターフェースでＡ／Ｄ変換や整形がなされた後、ＣＰＵに入力される。ＣＰＵは、これらの検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに基づいて、各種の演算処理を実行する。なお、本実施形態では、ＥＣＵ２は、アイドル運転判定手段に相当する。
【００４０】
次に、図５〜図１０を参照しながら、エンジン３の制御処理について説明する。この制御処理は、バルブタイミング切換機構９０を制御することによって、第１排気管１４と第２排気管１５に排出される排ガスの割合を変更し、ターボチャージャ１８による過給と第１三元触媒１９ａの活性化などを制御するものである。本処理は、所定時間ごとに実行される。
【００４１】
図５は、エンジン３の運転領域の判定処理を示す。この判定処理は、エンジン３が、あらかじめ設定された８つの運転領域のいずれにあるかを判定するものである。本処理ではまず、ステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、エンジン３の運転状態判定処理を実行する。
【００４２】
この運転状態判定処理は、エンジン３が運転中であるか否かを判定するものであり、図６はそのサブルーチンを示す。本処理ではまず、ステップ１１において、イグニッションスイッチ（ＳＷ）２４がＯＮ状態であるか否かを判別し、ステップ１２において、エンジン回転数ＮＥが所定回転数ＮＥＳＴＰ（例えば４００ｒｐｍ）よりも大きいか否かを判別する。
【００４３】
これらの答のいずれかがＹＥＳのときには、エンジン３が運転中であると判定し、そのことを表すために、ステップ１３において、エンジン運転フラグＦ＿ＥＮＧＲＵＮを「１」にセットし、本処理を終了する。一方、ステップ１１および１２の答がいずれもＮＯのときには、エンジン３が停止中であると判定し、そのことを表すために、ステップ１４において、エンジン運転フラグＦ＿ＥＮＧＲＵＮを「０」にセットし、本処理を終了する。
【００４４】
図５に戻り、前記ステップ１に続くステップ２では、エンジン運転フラグＦ＿ＥＮＧＲＵＮが「１」であるか否かを判別する。この答がＮＯで、エンジン３が停止中のときには、ステップ３において、第１〜８運転領域フラグＦ＿ＡＲＥＡ１〜８をそれぞれ「０」にセットし、本処理を終了する。一方、上記ステップ２の答がＹＥＳで、エンジン３が運転中のときには、ステップ４において、エンジン水温ＴＷが所定温度ＴＲＥＦ（例えば６５℃）よりも高いか否かを判別する。この答がＮＯで、ＴＷ≦ＴＲＥＦときには、エンジン３が暖機運転状態に相当する第１運転領域にあると判定し、そのことを表すために、ステップ５において、第１運転領域フラグＦ＿ＡＲＥＡ１を「１」にセットし、本処理を終了する。
【００４５】
一方、上記ステップ４の答がＹＥＳで、エンジン水温ＴＷが所定温度ＴＲＥＦよりも高いときには、暖機運転が完了しているとして、ステップ６において、エンジン回転数ＮＥが所定のアイドル回転数ＮＥＩＤＬ（例えば７００ｒｐｍ）よりも大きいか否かを判別する。この答がＮＯで、ＮＥ≦ＮＥＩＤＬのときには、エンジン３がアイドル運転状態に相当する第２運転領域にあると判定し、ステップ７において、第２運転領域フラグＦ＿ＡＲＥＡ２を「１」にセットし、本処理を終了する。一方、上記ステップ６の答がＹＥＳで、エンジン回転数ＮＥがアイドル回転数ＮＥＩＤＬよりも高いときには、車両の走行中であるとして、ステップ１５において、走行時用の運転領域の判定処理を実行する。
【００４６】
図７は、そのサブルーチンを示す。本処理ではまず、ステップ２１において、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤに応じ、図８に示すマップを検索することによって、エンジン３が低負荷運転状態または高負荷運転状態のいずれの状態であるかを判定する。このマップは、エンジン回転数ＮＥおよび要求トルクＰＭＣＭＤで定められる領域を、あらかじめ行った実験結果に基づいて、低負荷運転領域と高負荷運転領域に区分したものである。要求トルクＰＭＣＭＤが小さい側の領域が低負荷運転領域に相当する。なお、この要求トルクＰＭＣＭＤは、エンジン回転数ＮＥおよびアクセル開度ＡＰに応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって、算出される。
【００４７】
次に、ステップ２２において、上記ステップ２１による判定結果に基づき、エンジン３が低負荷運転状態であるか否かを判別する。この答がＹＥＳのときには、ステップ２３において、エンジン回転数ＮＥが第１所定回転数ＮＥＲＥＦ１（例えば２５００ｒｐｍ）よりも小さいか否かを判別する。この答がＹＥＳで、エンジン３が低負荷かつ低回転の状態のときには、エンジン３が第３運転領域（図８に「ＡＲＥＡ３」と図示。以下同じ）にあると判定し、ステップ３４において、第３運転領域フラグＦ＿ＡＲＥＡ３を「１」にセットし、本処理を終了する。なお、エンジン回転数ＮＥは、気筒３ａから排出される排ガスの圧力（排気圧ＰＥＸ）と気筒３ａに吸入される吸気の圧力（吸気圧ＰＢＡ）との差圧ΔＰ（＝ＰＥＸ−ＰＢＡ）を表すパラメータとしても用いられる。この場合、差圧ΔＰは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、より大きくなり、ＮＥ＝ＮＥＲＥＦ１は差圧ΔＰ＝所定圧ＰＲＥＦに相当する。
【００４８】
一方、上記ステップ２３の答がＮＯで、ＮＥ≧ＮＥＲＥＦ１のときには、ステップ２５において、エンジン回転数ＮＥが第１所定回転数ＮＥＲＥＦ１よりも大きな第２所定回転数ＮＥＲＥＦ２（例えば４５００ｒｐｍ）より小さいか否かを判別する。この答がＹＥＳで、ＮＥＲＥＦ１≦ＮＥ＜ＮＥＲＥＦ２であり、エンジン３が低負荷かつ中回転の状態のときには、エンジン３が第４運転領域にあると判定し、ステップ２６において、第４運転領域フラグＦ＿ＡＲＥＡ４を「１」にセットし、本処理を終了する。
【００４９】
一方、上記ステップ２５の答がＮＯで、エンジン回転数ＮＥが第２所定回転数ＮＥＲＥＦ２以上であり、エンジン３が低負荷かつ高回転の状態のときには、エンジン３が第５運転領域にあると判定し、ステップ２７において、第５運転領域フラグＦ＿ＡＲＥＡ５を「１」にセットし、本処理を終了する。
【００５０】
一方、前記ステップ２２の答がＮＯで、エンジン３が高負荷運転状態のときには、ステップ２８において、エンジン回転数ＮＥが第１所定回転数ＮＥＲＥＦ１よりも小さいか否かを判別する。この答がＹＥＳで、エンジン３が高負荷かつ低回転の状態のときには、エンジン３が第６運転領域にあると判定し、ステップ２９において、第６運転領域フラグＦ＿ＡＲＥＡ６を「１」にセットし、本処理を終了する。
【００５１】
一方、上記ステップ２８の答がＮＯで、エンジン回転数ＮＥが第１所定回転数ＮＥＲＥＦ１以上のときには、ステップ３０において、エンジン回転数ＮＥが第２所定回転数ＮＥＲＥＦ２よりも小さいか否かを判別する。この答がＹＥＳで、ＮＥＲＥＦ１≦ＮＥ＜ＮＥＲＥＦ２であり、エンジン３が高負荷かつ中回転の状態のときには、エンジン３が第７運転領域にあると判定し、ステップ３１において、第７運転領域フラグＦ＿ＡＲＥＡ７を「１」にセットし、本処理を終了する。
【００５２】
一方、上記ステップ３０の答がＮＯで、エンジン回転数ＮＥが第２所定回転数ＮＥＲＥＦ２以上であり、エンジン３が低負荷かつ高回転の状態のときには、エンジン３が第８運転領域にあると判定し、ステップ３２において、第８運転領域フラグＦ＿ＡＲＥＡ８を「１」にセットし、本処理を終了する。
【００５３】
次に、図９および図１０を参照しながら、第１排気弁９ａおよび第２排気弁９ｂのバルブタイミング（以下、それぞれ「第１バルブタイミング」「第２バルブタイミング」という）ＶＴ１，ＶＴ２の設定処理について説明する。この設定処理では、前述した図５〜図７の処理で判定された運転領域に応じて、第１および第２バルブタイミングＶＴ１，ＶＴ２が設定される。
【００５４】
本処理ではまず、ステップ４１において、第１運転領域フラグＦ＿ＡＲＥＡ１が「１」であるか否かを判別する。この答がＹＥＳで、エンジン３が暖機運転状態のときには、ステップ４２において、第１バルブタイミングＶＴ１を休止ＶＴに設定するとともに、第２バルブタイミングＶＴ２をＨＩ．ＶＴに設定し、本処理を終了する。
【００５５】
一方、上記ステップ４１の答がＮＯのときには、ステップ４３において、第２運転領域フラグＦ＿ＡＲＥＡ２が「１」であるか否かを判別する。この答がＹＥＳで、エンジン３がアイドル運転状態のときには、ステップ４４において、第１バルブタイミングＶＴ１をＬＯ．ＶＴに設定するとともに、第２バルブタイミングＶＴ２を休止ＶＴに設定し、本処理を終了する。
【００５６】
一方、上記ステップ４３の答がＮＯのときには、ステップ４５において、第３運転領域フラグＦ＿ＡＲＥＡ３が「１」であるか否かを判別する。この答がＹＥＳで、エンジン３が低負荷かつ低回転の状態のときには、ステップ４６において、第１および第２バルブタイミングＶＴ１，ＶＴ２をいずれもＨＩ．ＶＴに設定し、本処理を終了する。
【００５７】
一方、上記ステップ４５の答がＮＯのときには、ステップ４７において、第４運転領域フラグＦ＿ＡＲＥＡ４が「１」であるか否かを判別する。この答がＹＥＳで、エンジン３が低負荷かつ中回転の状態のときには、ステップ４８において、第１バルブタイミングＶＴ１をＨＩ．ＶＴに設定するとともに、第２バルブタイミングＶＴ２をＬＯ．ＶＴに設定し、本処理を終了する。
【００５８】
一方、上記ステップ４７の答がＮＯのときには、ステップ４９において、第５運転領域フラグＦ＿ＡＲＥＡ５が「１」であるか否かを判別する。この答がＹＥＳで、エンジン３が低負荷かつ高回転の状態のときには、ステップ５０において、第１バルブタイミングＶＴ１をＨＩ．ＶＴに設定するとともに、第２バルブタイミングＶＴ２を休止ＶＴに設定し、本処理を終了する。
【００５９】
一方、上記ステップ４９の答がＮＯのときには、ステップ５１において、第６運転領域フラグＦ＿ＡＲＥＡ６が「１」であるか否かを判別する。この答がＹＥＳで、エンジン３が高負荷かつ低回転の状態のときには、ステップ５２において、第１バルブタイミングＶＴ１をＨＩ．ＶＴに設定するとともに、第２バルブタイミングＶＴ２を休止ＶＴに設定し、本処理を終了する。
【００６０】
一方、上記ステップ５１の答がＮＯのときには、ステップ５３において、第７運転領域フラグＦ＿ＡＲＥＡ７が「１」であるか否かを判別する。この答がＹＥＳで、エンジン３が高負荷かつ中回転の状態のときには、ステップ５４において、第１バルブタイミングＶＴ１をＨＩ．ＶＴに設定するとともに、第２バルブタイミングＶＴ２をＬＯ．ＶＴに設定し、本処理を終了する。
【００６１】
一方、上記ステップ５３の答がＮＯのときには、ステップ５５において、第８運転領域フラグＦ＿ＡＲＥＡ８が「１」であるか否かを判別する。この答がＹＥＳで、エンジン３が高負荷かつ高回転の状態のときには、ステップ５６において、第１および第２バルブタイミングＶＴ１，ＶＴ２をいずれもＨＩ．ＶＴに設定し、本処理を終了する。
【００６２】
一方、上記ステップ５５の答がＮＯで、第１〜８運転領域フラグＦ＿ＡＲＥＡ１〜８がいずれも「０」であり、エンジン３が停止中のときには、ステップ５７において、第１および第２排気弁９ａ，９ｂのバルブタイミングをいずれも休止ＶＴに設定し、本処理を終了する。
【００６３】
以上のように、本実施形態によれば、エンジン３が暖機運転状態に相当する第１運転領域にあるときには、第１排気弁９ａを微少な休止リフトＬＥＸＲＶＴによる休止ＶＴで開閉するとともに、第２排気弁９ｂを大きな高速リフトＬＥＸＨＶＴによるＨＩ．ＶＴで開閉することによって、第２排気管１５に排出される排ガスの量が第１排気管１４に排出される排ガスの量よりも多くなる。これにより、暖機運転時に、第２排気通路１５に配置された第１三元触媒１９ａに多量の排ガスが流れるので、その熱によって第１三元触媒１９ａを早期に活性化することができる。また、第１三元触媒１９ａが合流部１６よりも上流側に配置されていることで、排ガスが第１三元触媒１９ａに達するまでの熱損失が少ないので、第１三元触媒１９ａの活性化をさらに早期に実現できる。また、そのように活性化した第１三元触媒１９ａに排ガスが優先して流れることで、排ガス特性を向上させることができる。
【００６４】
また、エンジン３が低負荷運転状態で、かつエンジン回転数ＮＥが第１所定回転数ＮＥＲＥＦ１よりも低い第３運転領域においては、第１および第２排気弁９ａ，９ｂをいずれもＨＩ．ＶＴで開閉する。また、第１三元触媒１９ａは、低負荷運転状態において、前述したような圧損特性を有するように構成されている。したがって、第１および第２排気リフトＬＩＦＴＥＸ１，ＬＩＦＴＥＸ２を同じ高速リフトＬＥＸＨＶＴに設定しても、排ガスが圧力の損失が小さな第２排気管１５側に優先して流れる。
【００６５】
その結果、第１三元触媒１９ａに多量の排ガスが流れ、ターボチャージャ１８の排気タービン１８ｂには、少量の排ガスしか流れなくなる。したがって、排気タービン１８ｂによって生じる圧力の損失を低減でき、エンジン３の燃費および出力を向上させることができる。さらに、このような利点を、第１および第２排気リフトＬＩＦＴＥＸ１，ＬＩＦＴＥＸ２の複雑な制御によらず、第１三元触媒１９ａの圧損特性の設定だけで、容易に得ることができる。
【００６６】
さらに、第１および第２排気リフトＬＩＦＴＥＸ１，ＬＩＦＴＥＸ２を単純に変更するだけで、排気タービン１８ｂの容量を変更することなく、暖機運転状態のときに第１三元触媒１９ａにより多量の排ガスを流すことができ、低負荷運転状態のときに、排気タービン１８ｂに流れる排ガスの量を低減することができる。したがって、本実施形態のように、ターボチャージャ１８が排気タービン１８ｂの容量を変更する機構をもたない場合でも、上述した効果を同様に得ることができるとともに、構成の単純化によって、ターボチャージャ１８の小型化やコストダウンを実現することができる。
【００６７】
また、エンジン３が低負荷運転状態で、エンジン回転数ＮＥが第１所定回転数ＮＥＲＥＦ１よりも高い（差圧ΔＰが所定圧ＰＲＥＦよりも大きい）第４および第５運転領域では、第１排気弁９ａをＨＩ．ＶＴで開閉するとともに、第２排気弁９ｂを低速リフトＬＥＸＬＶＴによるＬＯ．ＶＴまたは休止ＶＴで開閉する。これにより、排気タービン１８ｂが配置された第１排気管１４に排出される排ガスの量が、第２排気管１５よりも多くなる。その結果、排気タービン１８ｂの回転数が高くなり、過給圧が上昇することによって、差圧ΔＰが小さくなり、ポンピングロスが低減される結果、エンジン３の燃費および出力を向上させることができる。また、低負荷運転状態のときに第１排気管１４に多量の排ガスが排出されるので、その後の高負荷運転への移行時に、負荷の増大に応じた過給を滑らかに行うことができ、それにより、ドライバビリティを向上させることができる。
【００６８】
さらに、エンジン３がアイドル運転状態に相当する第２運転領域にあるときには、第１排気弁９ａをＨＩ．ＶＴで開閉するとともに、第２排気弁９ｂを休止ＶＴで開閉する。これにより、第１排気管１４に排出される排ガスの量が第２排気管１５よりも多くなるので、例えば、エンジン３が搭載された車両がアイドル運転状態から発進するときに、負荷の増大に応じた過給を滑らかに行うことができ、それにより、ドライバビリティを向上させることができる。
【００６９】
なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、第１および第２排気リフトＬＩＦＴＥＸ１，ＬＩＦＴＥＸ２を互いに独立して変更する可変動弁機構として、それらのリフトの変更を３段階で行うバルブタイミング切換機構９０を用いているが、リフトの変更を２段階で行ってもよく、あるいは、これに代えて、リフトの変更を無段階で行う排気リフト可変機構を用いてもよい。
【００７０】
また、実施形態では、排気圧ＰＥＸと吸気圧ＰＢＡとの差圧ΔＰを表す差圧パラメータとして、エンジン回転数ＮＥを用いているが、これに加えてまたは代えて、差圧ΔＰを表す他の適当なパラメータ、例えば、単位時間当たりに気筒３ａに吸入される吸気の量を用いてもよく、排気圧ＰＥＸおよび吸気圧ＰＢＡをそれぞれ検出し、それらの差を直接、用いてもよい。
【００７１】
また、実施形態は、本発明を車両に搭載されたガソリンエンジンに適用した例であるが、本発明は、これに限らず、ガソリンエンジン以外のディーゼルエンジンなどの各種のエンジンに適用してもよく、また、車両用以外のエンジン、例えば、クランク軸を鉛直に配置した船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用可能である。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。
【符号の説明】
【００７２】
１    制御装置
２    ＥＣＵ（アイドル運転判定手段）
３    エンジン（内燃機関）
３ａ  気筒
９ａ  第１排気弁
９ｂ  第２排気弁
１４    第１排気管（第２排気通路）
１５    第２排気管（第２排気通路）
１６    合流部
１８    ターボチャージャ（過給機）
１８ｂ  排気タービン（タービン）
１９ａ  第１三元触媒（触媒）
２１    クランク角センサ（差圧パラメータ取得手段、アイドル運転判定手段）
２２    水温センサ（アイドル運転判定手段）
９０    バルブタイミング切換機構（可変動弁機構）
ＮＥ  エンジン回転数（差圧パラメータ）
ΔＰ  差圧
ＰＲＥＦ  所定圧（所定値）
ＬＩＦＴＥＸ１  第１排気リフト（第１排気弁のリフト）
ＬＩＦＴＥＸ２  第２排気リフト（第２排気弁のリフト）
ＬＥＸＨＶＴ  高速リフト（所定リフト）
【図１】
2011196299.tif 000003
【図２】
2011196299.tif 000004
【図３】
2011196299.tif 000005
【図４】
2011196299.tif 000006
【図５】
2011196299.tif 000007
【図６】
2011196299.tif 000008
【図７】
2011196299.tif 000009
【図８】
2011196299.tif 000010
【図９】
2011196299.tif 000011
【図１０】
2011196299.tif 000012