(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
メイン触媒コンバータを下流側に備えたメイン通路の上流側部分と並列に総断面積が上記メイン通路の総断面積と比べて相対的に小さいバイパス通路が設けられると共に、このバイパス通路にバイパス触媒コンバータを備え、かつ上記メイン通路のうち上記バイパス通路のバイパスされる上記上流側部分に該メイン通路を閉塞する流路切換弁を備えてなる内燃機関において、
上記流路切換弁が閉状態から開状態へ切り換わる際に排気弁閉時期と吸気弁開時期とのバルブオーバーラップ量がある場合には、上記流路切換弁の開弁動作に先立って、上記バルブオーバーラップ量を漸次減少させることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
吸気弁開時期をリタードすることにより上記バルブオーバーラップ量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
排気弁閉時期を進角させることにより上記バルブオーバーラップ量を減少させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項４】
排気弁閉時期は、吸気弁開時期と一致させるか吸気弁開時期よりも相対的に進角した状態まで進角させることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
上記バルブオーバーラップ量を漸次減少させる際に、スロットル弁の弁開度を漸次減少させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項６】
排気ガスの一部を流量を制御しつつ吸気系に還流させるＥＧＲ手段を備え、上記流路切換弁が閉状態から開状態へ切り換わる際に上記ＥＧＲ手段により吸気系に外部ＥＧＲが還流している場合には、上記流路切換弁の開弁動作に先立って、外部ＥＧＲ率を漸次減少させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項７】
上記バルブオーバーラップ量を漸次減少させる際に、外部ＥＧＲ率を漸次減少させると共に、スロットル弁の弁開度を漸次減少させることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関。
【請求項８】
上記バイパスバルブが閉状態から開状態に切り換わると、上記バルブオーバーラップ量が上記流路切換弁を閉状態から開状態へ切り換える前のバルブオーバーラップ量となるなるまで漸次増加させると共に、スロットル弁の弁開度を漸次増加させることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、本発明は、排気系の比較的上流に触媒コンバータを備えたバイパス流路側に流路切換弁により排気を案内するようにした内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られているように、車両の床下などの排気系の比較的下流側にメイン触媒コンバータを配置した構成では、内燃機関の冷間始動後、触媒コンバータの温度が上昇して活性化するまでの間、十分な排気浄化作用を期待することができない。また一方、触媒コンバータを排気系の上流側つまり内燃機関側に近付けるほど、触媒の熱劣化による耐久性低下が問題となる。
【０００３】
そのため、特許文献１に開示されているように、メイン触媒コンバータを備えたメイン流路の上流側部分と並列にバイパス流路を設けるとともに、このバイパス流路に、別のバイパス触媒コンバータを介装し、両者を切り換える切換弁によって、冷間始動直後は、バイパス流路側に排気を案内するようにした排気装置が、従来から提案されている。この構成では、バイパス触媒コンバータは排気系の中でメイン触媒コンバータよりも相対的に上流側に位置しており、相対的に早期に活性化するので、より早い段階から排気浄化を開始することができる。
【特許文献１】特開平５−３２１６４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記のような構成においては、メイン触媒コンバータの暖機が完了してメイン流路側へ排気が流れるように切換弁が切り換えられたときに、通路抵抗となるバイパス触媒コンバータを通らずに排気が流れることから、排圧が急激に低下し、トルク段差（具体的にはトルクの上昇）が発生する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、本発明は、メイン触媒コンバータを下流側に備えたメイン通路の上流側部分と並列に総断面積が上記メイン通路の総断面積と比べて相対的に小さいバイパス通路が設けられると共に、このバイパス通路にバイパス触媒コンバータを備え、かつ上記メイン通路のうち上記バイパス通路のバイパスされる上記上流側部分に該メイン通路を閉塞する流路切換弁を備えてなる内燃機関において、
上記流路切換弁が閉状態から開状態へ切り換わる際に排気弁閉時期と吸気弁開時期とのバルブオーバーラップ量がある場合には、上記流路切換弁の開弁動作に先立って、上記バルブオーバーラップ量を漸次減少させることを特徴としている。これによって、気筒内の残留ガス量が減少し、流路切換弁が閉状態から開状態へ切り換わる際に排圧が減少しても気筒内の残留ガス量が急激に減少することはない。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、流路切換弁が閉状態から開状態へ切り換わる際に、気筒内の残留ガス量が新気に置き換わることで相対的に吸入効率が上昇してしまうことを防止することができ、トルク段差のない平坦な特性の内燃機関の発生トルクを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、この発明を直列４気筒内燃機関の排気装置として適用した一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００８】
図１は、この排気装置の配管レイアウトを模式的に示した説明図であり、始めに、この図１に基づいて、排気装置全体の構成を説明する。
【０００９】
シリンダヘッド１には、直列に配置された♯１気筒〜♯４気筒の各気筒の排気ポート２がそれぞれ側面に向かって開口するように形成されており、この排気ポート２のそれぞれに、メイン通路３が接続されている。♯１気筒〜♯４気筒の４本のメイン通路３は、１本の流路に合流しており、その下流側に、メイン触媒コンバータ４が配置されている。このメイン触媒コンバータ４は、車両の床下に配置される容量の大きなものであって、触媒としては、例えば、三元触媒とＨＣトラップ触媒とを含んでいる。上記のメイン通路３およびメイン触媒コンバータ４によって、通常の運転時に排気が通流するメイン流路が構成される。また、各気筒からの４本のメイン通路３の合流点には、流路切換手段として各メイン通路３を一斉に開閉する流路切換弁５が設けられている。
【００１０】
一方、バイパス流路として、各気筒のメイン通路３の各々から、該メイン通路３よりも通路断面積の小さなバイパス通路７がそれぞれ分岐している。各バイパス通路７の上流端となる分岐点６は、メイン通路３のできるだけ上流側の位置に設定されている。４本のバイパス通路７は、下流側で１本の流路に合流しており、その合流点の直後に、三元触媒を用いたバイパス触媒コンバータ８が介装されている。このバイパス触媒コンバータ８は、メイン触媒コンバータ４に比べて容量が小さな小型のものであり、望ましくは、低温活性に優れた触媒が用いられる。バイパス触媒コンバータ８の出口側から延びるバイパス通路７の下流端は、メイン通路３におけるメイン触媒コンバータ４上流側に合流点１２において（流路切換弁５が合流点１２より上流側となるように）接続されている。
【００１１】
尚、メイン触媒コンバータ４の入口部およびバイパス触媒コンバータ８の入口部には、それぞれ空燃比センサ１０，１１が配置されている。
【００１２】
また、本実施形態において、排気弁（図示せず）を駆動する排気弁側動弁機構は、図示せぬ排気弁側カムシャフトの前端部に設けられた図示せぬ排気弁側スプロケットと、この排気弁側スプロケットと上記排気弁側カムシャフトとを所定の角度範囲内において相対的に回転させる図示せぬ排気弁側位相制御用アクチュエータと、から構成され、上記排気弁側スプロケットは、図示せぬタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、図示せぬクランクシャフトに連動している。
【００１３】
また、吸気弁を駆動する吸気弁側動弁機構は、図示せぬ吸気弁側カムシャフトの前端部に設けられた図示せぬ吸気弁側スプロケットと、この吸気弁側スプロケットと上記吸気弁側カムシャフトとを所定の角度範囲内において相対的に回転させる図示せぬ吸気弁側位相制御用アクチュエータと、から構成され、上記吸気弁側スプロケットは、図示せぬタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、図示せぬクランクシャフトに連動している。
【００１４】
上記排気弁側位相制御用アクチュエータ及び上記吸気弁側位相制御用アクチュエータは、例えば油圧式の回転型アクチュエータからなっている。そして、この排気弁側位相制御用アクチュエータの作用によって、上記排気弁側スプロケットと上記排気弁側カムシャフトとが相対的に回転し、排気弁のバルブリフトにおけるリフト中心角が遅進する。同様に、吸気弁側位相制御用アクチュエータの作用によって、上記吸気弁側スプロケットと上記吸気弁側カムシャフトとが相対的に回転し、吸気弁のバルブリフトにおけるリフト中心角が遅進する。つまり、上記排気弁側位相制御用アクチュエータ及び上記吸気弁側位相制御用アクチュエータの作用によって、排気弁及び吸気弁のそれぞれのリフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が連続的に進角もしくは遅角する。
【００１５】
このような構成において、冷間始動後の機関温度ないしは排気温度が低い段階では、適宜なアクチュエータを介して流路切換弁５が閉じられ、メイン通路３が遮断される。そのため、各気筒から吐出された排気は、その全量が分岐点６からバイパス通路７を通してバイパス触媒コンバータ８へと流れる。バイパス触媒コンバータ８は、排気系の上流側つまり排気ポート２に近い位置にあり、かつ小型のものであるので、速やかに活性化し、早期に排気浄化が開始される。
【００１６】
一方、機関の暖機が進行して、機関温度ないしは排気温度が十分に高くなったら、流路切換弁５が開放される。これにより、各気筒から吐出された排気は、主に、メイン通路３からメイン触媒コンバータ４を通過する。このときバイパス通路７側は特に遮断されていないが、バイパス通路７側の方がメイン通路３側よりも通路断面積が小さく、かつバイパス触媒コンバータ８が介在しているので、両者の通路抵抗の差により、排気流の大部分はメイン通路３側を通り、バイパス通路７側には殆ど流れない。従って、バイパス触媒コンバータ８の熱劣化は十分に抑制される。
【００１７】
ここで、上記のように流路切換弁５がメイン通路３を開放したときに、メイン通路３の通路抵抗が小さいことから、排圧が急激に低下し、気筒内の残留ガス量も急激に減少する。このとき気筒内においては、残留ガスの減少分が新気に置き換わることになり、相対的に吸入効率が上昇し、瞬間的にトルクが上昇してトルク段差が発生することになる。
【００１８】
そこで、この発明では、流路切換弁５が開くときに排気弁閉時期と吸気弁開時期とのバルブオーバーラップ量（Ｏ／Ｌ量）がある場合に、予めこのバルブオーバーラップ量を減少させ、気筒内の残留ガス量を減少させておくことで、メイン通路３内の圧力降下が急激に起こり気筒内の残流ガス量が新気に置き換わることで生じる瞬間的なトルクの上昇を防止する。
【００１９】
図２は、本発明の第１実施形態における種々の動作を説明するためのタイミングチャートを示している。
【００２０】
暖機が完了した段階で流路切換弁５に対する制御指令が全閉指令から全開指令に切り換わると、流路切換弁５の実際の開弁動作に先立って、気筒内の残留ガス量を減少させるべく、排気弁閉時期と吸気弁開時期とのバルブオーバーラップ量を漸次減少させると共に、吸気通路に配置されたスロットル弁（図示せず）の弁開度を漸次減少させることで（筒内の新気量を概ね一定に保ち）、トルク変動を抑制する。このとき、気筒内の残留ガス量が予め設定された所定値（残留ガス基準値）となるように上記バルブオーバーラップ量を漸次減少させる。このバルブオーバーラップ量を減少させる方法としては、吸気弁の開時期は固定して排気弁の閉時期のみを上述の排気弁側位相制御用アクチュエータの作用によって進角させてもよいし、排気弁の閉時期は固定して吸気弁に開時期のみを上述の吸気弁側位相制御用アクチュエータの作用によってリタード（遅角）させるようにしてもよい。あるいは排気弁閉時期を進角させると共に、吸気弁開時期を遅角させることで上記バルブオーバーラップ量を漸次減少させてることも可能である。そして、気筒内の残留ガス量を上記残留ガス基準値まで減少させてから、流路切換弁５を開き始める。
【００２１】
これにより、流路切換弁５が全閉状態から開き始める際には、気筒内の残留ガス量は減少しており、流路切換弁５が開き始めて排圧が減少しても気筒内の残留ガス量が急激に減少することはない。つまり、気筒内の残留ガス量が新気に置き換わることで相対的に吸入効率が上昇してしまうことを防止することができ、トルク段差のない平坦な特性の内燃機関の発生トルクを得ることができる。
【００２２】
換言すれば、流路切換弁５が開弁する際に、気筒内の残留ガス量が急激に減少することによる空燃比変動（Ａ／Ｆ変動）を抑制することができ、この空燃比変動に起因するトルク段差を防止することができると共に、排気性能悪化を抑制することができる。
【００２３】
さらに、上記バルブオーバーラップ量を減少させることにより気筒内の残留ガス量をコントロールすることで、流路切換弁５のバルブ開閉速度（切り換え速度）に影響されることなく気筒内の残留ガス量をコントロールすることが可能となるため、例えば、バルブ開閉速度がコントロールができない駆動方式のアクチュエータを流路切換弁５の駆動源として採用することが可能となり、流路切換弁５の駆動源となるアクチュエータの選択の自由度が大きくなり、コスト低減を図ることができる。
【００２４】
そして、流路切換弁５が全開状態となると、上記バルブオーバーラップ量を流路切換弁５に全開指令がでる前の状態まで漸次増加させると共に、上記スロットル弁の弁開度を、流路切換弁５に全開指令がでる前の状態よりも小さい弁開度まで漸次増加させる。このように、上記バルブオーバーラップ量を漸次増加させる際に、上記スロットル弁の弁開度も漸次増加させることで、上記バルブオーバーラップ量を流路切換弁５の切り換え前の状態に戻す際のトルク変動を抑制することができる。
【００２５】
尚、図２において、破線で示すＡ／Ｆは、気筒内の残留ガス量が急激に減少した（新気に置き換わる）場合を示している。また、図２において、破線で示す発生トルクは、Ａ／Ｆが図２に破線で示すＡ／Ｆの場合を示している。
【００２６】
図３は、本発明の第２実施形態における種々の動作を説明するためのタイミングチャートを示している。
【００２７】
この第２実施形態は、上述した第１実施形態と略同様に制御されているが、外部ＥＧＲを吸気系に還流するＥＧＲ手段としての排気還流装置（図示せず）を有し、上述した分岐点６より上流側から取り込んだ排気ガスの一部を流量を制御しつつ吸気系に還流させている。
【００２８】
詳述すると、暖機が完了した段階で流路切換弁５に対する制御指令が全閉指令から全開指令に切り換わると、流路切換弁５の実際の開弁動作に先立って、気筒内の残留ガス量を減少させるべく、排気弁閉時期と吸気弁開時期とのバルブオーバーラップ量を漸次減少させると共に、吸気通路に配置されたスロットル弁（図示せず）の弁開度を漸次減少させ、さらに上記排気還流装置により外部ＥＧＲ率が漸次減少させている。
【００２９】
尚、図３中において、破線で示すＡ／Ｆは、上記外部ＥＧＲ率を上記バルブオーバーラップ量及びスロットル弁の開度と伴に漸次減少させなかった場合を示している。また、図３において、破線で示す発生トルクは、Ａ／Ｆが図３に破線で示すＡ／Ｆの場合を示している。
【００３０】
このような第２実施形態においても、上述した第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００３１】
尚、上述した各実施形態においては、流路切換弁５を全閉状態から全開状態に切り換えた際の排圧変化が、排気行程の時の抵抗変化となる虞が僅かながらあるので、流路切換弁５を全閉状態から全開状態に切り換える際に、上記スロットル弁の弁開度を少しづつ減少するようにしてもよい。
【００３２】
また、気筒内の残留ガス量が上記残留ガス基準値となるまで上記バルブオーバーラップ量を減少させるのではなく、排気弁閉時期と吸気弁開時期とが一致するまで、または排気弁閉時期が吸気弁開時期よりも相対的に進角した状態まで、排気弁閉時期あるいは吸気弁開時期の少なくとも一方を変更するようにしてもよい。
【００３３】
上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。
【００３４】
（１）  メイン触媒コンバータを下流側に備えたメイン通路の上流側部分と並列に総断面積が上記メイン通路の総断面積と比べて相対的に小さいバイパス通路が設けられると共に、このバイパス通路にバイパス触媒コンバータを備え、かつ上記メイン通路のうち上記バイパス通路のバイパスされる上記上流側部分に該メイン通路を閉塞する流路切換弁を備えてなる内燃機関において、上記流路切換弁が閉状態から開状態へ切り換わる際に排気弁閉時期と吸気弁開時期とのバルブオーバーラップ量がある場合には、上記流路切換弁の開弁動作に先立って、上記バルブオーバーラップ量を漸次減少させる。これによって、気筒内の残留ガス量が減少し、流路切換弁が閉状態から開状態へ切り換わる際に排圧が減少しても気筒内の残留ガス量が急激に減少することはない。つまり、流路切換弁が閉状態から開状態へ切り換わる際に、気筒内の残留ガス量が新気に置き換わることで相対的に吸入効率が上昇してしまうことを防止することができ、トルク段差のない平坦な特性の内燃機関の発生トルクを得ることができる。
【００３５】
（２）  上記（１）に記載の内燃機関は、具体的には、吸気弁開時期をリタードすることにより上記バルブオーバーラップ量を減少させる。
【００３６】
（３）  上記（１）に記載の内燃機関は、具体的には、排気弁閉時期を進角させることにより上記バルブオーバーラップ量を減少させる。
【００３７】
（４）  上記（３）に記載の内燃機関は、具体的には、排気弁閉時期は、吸気弁開時期と一致させるか吸気弁開時期よりも相対的に進角した状態まで進角させる。
【００３８】
（５）  上記（１）〜（４）のいずれかに記載の内燃機関は、具体的には、上記バルブオーバーラップ量を漸次減少させる際に、スロットル弁の弁開度を漸次減少させる。
【００３９】
（６）  上記（１）〜（５）のいずれかに記載の内燃機関は、排気ガスの一部を流量を制御しつつ吸気系に還流させるＥＧＲ手段を備え、上記流路切換弁が閉状態から開状態へ切り換わる際に上記ＥＧＲ手段により吸気系に外部ＥＧＲが還流している場合には、上記流路切換弁の開弁動作に先立って、外部ＥＧＲ率を漸次減少させる。
【００４０】
（７）  上記（６）に記載の内燃機関は、具体的には、上記バルブオーバーラップ量を漸次減少させる際に、外部ＥＧＲ率を漸次減少させると共に、スロットル弁の弁開度を漸次減少させる。
【００４１】
（８）  上記（１）〜（７）のいずれかに記載の内燃機関は、上記バイパスバルブが閉状態から開状態に切り換わると、上記バルブオーバーラップ量が上記流路切換弁を閉状態から開状態へ切り換える前のバルブオーバーラップ量となるなるまで漸次増加させると共に、スロットル弁の弁開度を漸次増加させる。これによって、バルブオーバーラップ量を増加させる際のトルク変動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気装置の全体の配管レイアウトを示す構成説明図。
【図２】本発明の第１実施形態における種々の動作を説明するためのタイミングチャート。
【図３】本発明の第２実施形態における種々の動作を説明するためのタイミングチャート。
【符号の説明】
【００４３】
３…メイン通路
４…メイン触媒コンバータ
５…流路切換弁
６…分岐点
７…バイパス通路
８…バイパス触媒コンバータ
１２…合流点
【図１】
0004654977.tif 000002
【図２】
0004654977.tif 000003
【図３】
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