(57)【要約】  【課題】  排気浄化触媒の早期活性化より未燃ＨＣ量の発生を抑制する。  【解決手段】  内燃期間１は、吸気弁及び排気弁のリフト特性と開閉タイミング特性を機関運転状態に応じて可変制御する可変動弁機構１６と、排気ガスによりタービンを駆動して過給を行うターボチャージャ２と、を備え、冷機アイドル時には、暖機アイドル時よりも排気弁のリフト量及び開弁期間を縮小し、吸気弁開弁期間を増大し、かつ過給圧を増大するよう制御される。これによって、排気行程での押出損失が相対的に大幅に増加し、必然的に、より負荷の高い状態で内燃機関１が運転されることになるため、高温の排気ガスが一層大量に得られ、排気浄化触媒１７を一層早期に活性化できる。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁及び排気弁のリフト特性と開閉タイミング特性を機関運転状態に応じて可変制御する可変動弁機構と、排気ガスによりタービンを駆動して過給を行うターボチャージャと、を備え、冷機アイドル時には、暖機アイドル時よりも排気弁のリフト量及び開弁期間を縮小し、吸気弁開弁期間を増大し、かつ過給圧を増大するよう制御されることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
内燃機関の冷却水温度または排気浄化を行う排気浄化触媒の触媒温度のうち少なくとも一方の温度を検出する温度検知手段を備え、冷機時に、冷却水温度または触媒温度のうち少なくとも一方の温度上昇に応じて排気弁のリフト量・開弁期間を増大するよう制御され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】
内燃機関の冷却水温度または排気浄化を行う排気浄化触媒の触媒温度のうち少なくとも一方の温度を検出する温度検知手段を備え、冷機時に、冷却水温度または触媒温度のうち少なくとも一方の温度上昇に応じて排気弁のリフト量・開弁期間を増大し、かつ排気弁のリフト中心角の位相を遅角するよう制御され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】
冷機アイドル時には、暖機アイドル時よりも排気弁開時期を遅角するよう制御されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項５】
排気浄化を行う排気浄化触媒の触媒温度を検出する温度検知手段を備え、冷機時において、触媒温度が触媒活性化温度に達した後は、触媒温度の上昇に応じて吸気量を相対的に減少させるよう制御され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】
排気浄化を行う排気浄化触媒の触媒温度を検出する温度検知手段を備え、冷気時において、排気触媒が触媒活性化温度に達した後は、触媒温度の上昇に応じて吸気弁のリフト中心角を進角させるよう制御され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】
排気浄化を行う排気浄化触媒の触媒温度を検出する温度検知手段を備え、冷気時において、排気触媒が触媒活性化温度に達した後は、排気弁のリフト中心角を進角させるよう制御されることを特徴とする請求項１〜６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、排気系に排気浄化用の触媒を備えた内燃機関に関し、特に吸気弁及び排気弁のバルブリフト特性を可変制御可能な可変動弁機構と、排気ガスによりタービンを駆動して過給を行うターボチャージャを備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、排気ガスタービンを備えた内燃機関において、少なくとも吸気弁または排気弁の一方の位相を変更することで、加速要求に応じて排気ガス量を増大させ、排気ガスタービンのタービン回転数の立ち上がりを速くするようにした可変バルブタイミング装置が開示されている。
【特許文献１】特開平９−１２５９９４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、この特許文献１の技術では、冷機アイドル時に暖機アイドル時よりも排気弁のリフト量・開弁期間を縮小し、かつ排気弁開時期を遅角化するように排気弁を制御されておらず、ターボチャージャ回転速度上昇遅れによって遅れて開始する過給圧上昇過程において、排気熱エネルギ量を最大化するように排気弁リフト量・開度・中心角が適切に制御されていない。そのため、冷機時アイドル運転開始初期における排気流量が、排気弁開度によって律束されるため排気流量を増大することができず、触媒昇温に使用される排気熱エネルギ量を増大することができなかったため、触媒温度上昇速度が遅くなり触媒が活性化するまでに排出する未燃ＨＣ量が増大する虞がある。また、冷機時アイドル運転から暖機時アイドル運転への移行期において触媒温度・水温が上昇している時、排出される排気熱エネルギが過剰になり、燃費が悪化してしまう虞がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そこで、本発明の内燃機関は、冷機アイドル時には、暖機アイドル時よりも排気弁のリフト量及び開弁期間を縮小し、吸気弁開弁期間を増大し、かつ過給圧を増大するよう制御されることを特徴としている。
【０００５】
冷機アイドル時の排気弁リフト量を暖機後の排気弁リフト量よりも小さくすることで、高温・高圧の排気ガスが、わずかに開いた排気弁の隙間からピストンの上昇によって強制的に排出されるため、排気行程における排気ガスの押出損失が大幅に増加する。そのため、暖機後と同等の軸トルクおよび機関回転速度を維持するためには、燃料の増量が必要となり、より高負荷運転を行うことになる。これにより、より大量でかつ高温の排気ガスが排出され、排気浄化触媒の早期活性化を行うことが可能となる。
【０００６】
また、排気弁のリフト量を小さくするだけではなく排気弁の開時期を下死点以降にまで遅らせるようにすると、膨張行程で燃焼した既燃ガスが下死点後に再度圧縮されて高温・高圧となり、排気の押出仕事がリフト量の小リフト化のみの場合よりもさらに増加する。そのため、さらに高温の排気ガスが排出されるようになり、排気浄化触媒の温度が急速に上昇する。
【０００７】
そして、さらに過給圧を増大させると、さらに大量の排気ガスが排出されるようになる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、冷機アイドル時に排気弁のリフト量及び開弁期間を縮小し、排気弁開時期を遅角化し、吸気弁開弁期間を増大し、過給圧を増大することで、排気行程での押出損失が大幅に増加し、必然的に、より負荷の高い状態で内燃機関が運転されることになるため、高温の排気ガスが一層大量に得られ、排気浄化触媒を一層早期に活性化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
図１は、この発明に係る内燃機関１の吸排気系も構成を示したものであり、図示するように、この内燃機関１は、過給機としてターボ過給機２を備えている。このターボ過給機２は、内燃機関１の排気通路３に位置する排気タービン４と吸気通路５に位置するコンプレッサ６とを同軸状に配置した構成であり、運転条件に応じて過給圧を制御するために、排気タービン４の上流側から下流側へ排気の一部をバイパスさせる排気バイパス弁７を備えている。吸気通路５のコンプレッサ６下流側には、コンプレッサ６により温度上昇した吸気を冷却する吸気冷却手段として、インタークーラ８が介装されている。このインタークーラ８は、例えば水冷式として構成されており、その冷却水の循環を制御することで冷却量を調節することが可能である。
【００１１】
また、排気タービン４下流の排気通路３には、排気浄化用の排気浄化触媒１７が介装されている。この排気浄化触媒１７には、触媒温度を検出する温度検知手段としての触媒温度センサ１８が配置されている。さらに、内燃機関１には、冷却水温度を検出する水温センサ１９と、アクセルペダルに開度を検出するアクセル開度センサ２０と、車速を検出する車速センサ２１とを備えており、これらセンサ類の検出信号はそれぞれエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵと記す）２２に入力されている。
【００１２】
内燃機関１は、４サイクルガソリン機関であり、その吸気弁及び排気弁の開閉時期をＥＣＵ２２からの制御信号により可変制御される可変動弁機構１６を備えている。
【００１３】
上記可変動弁機構１６は、例えば、吸気弁のリフト・作動角を変化させるリフト・作動角可変機構１２と、そのリフトの中心角の位相（クランクシャフトに対する位相）を進角もしくは遅角させる位相可変機構１３と、を組み合わせたものとして構成されているが、公知の種々の形式のものが適用可能である。上記リフト・作動角可変機構の一例は、例えば特開平１１−１０７７２５号公報などに記載されている。この可変動弁機構１６では、リフト・作動角を大小変化させると同時にそのリフト全体を遅進させることにより、吸気弁の開時期および閉時期をそれぞれ独立して制御することができ、運転条件に応じた吸気弁の開閉時期を得ることが可能である。特に、吸気弁の開時期を変化させることで、バルブオーバラップを大小変化させることができ、内部排気還流の還流量を可変制御できる。
【００１４】
図２は、本実施形態における内燃機関１の冷機アイドル時の吸排気弁のバルブリフト特性と、暖機アイドル時の吸排気弁のバルブリフト特性とを対比させて示したものである。
【００１５】
この図２に示すように、本実施形態における内燃機関１の可変動弁機構１６は、冷機アイドル時（図中の太実線）には、暖機アイドル時（図中の細実線）よりも排気弁のリフト量及び開弁期間を縮小し、排気弁開時期を遅角化し、吸気弁のリフト量及び吸気弁開弁期間を増大するよう制御される。さらに、図３のタイミングチャートに示すように、ターボ過給機２によって、冷機アイドル時の過給圧（冷機時アイドル過給圧）が、暖機アイドル時の過給圧（暖機時アイドル過給圧）よりも大きくなるよう制御される。換言すれば、内燃機関１は、冷機アイドル時に暖機アイドル時よりも過給圧が増大するよう制御されている。
【００１６】
図３のタイミングチャートを用いて、冷機始動時における可変動弁機構１６の具体的な制御例を詳述する。
【００１７】
内燃機関１は、冷機アイドル時は冷機時アイドル回転速度となるよう制御され、暖機アイドル時は冷機時アイドル回転速度よりも小さい暖機時アイドル回転速度となるよう制御される。尚、本実施形態においては、燃焼開始後、機関回転速度が暖機時アイドル回転速度になるまでを冷機アイドル時と呼ぶものとする。
【００１８】
ターボ過給機２による過給圧は、燃焼開始後、機関回転速度が冷機時アイドル回転速度に達するまでの第１制御区間で増大する。
【００１９】
この第１制御区間においては、排気弁のリフト量・開弁期間が実質的に増大するよう制御されている。換言すると、触媒温度の温度上昇に応じて排気弁のリフト量・開弁期間が増大するよう制御されている。
【００２０】
尚、ここで、触媒温度と冷却水温度との間には相関があり、冷却水温度は触媒温度と同一の値とはならないが、両者の機関始動後の温度変化傾向は略相似する。つまり、冷却水温度から触媒温度を推定可能であり、触媒温度から冷却水温度を推定可能である。そこで、冷却水温度または触媒温度のうちの少なくとも一方の温度を検知し、冷却水温度または触媒温度のうちの少なくとも一方の温度上昇に応じて排気弁のリフト量・開弁期間が増大するよう制御するようにしてもよい。
【００２１】
また、排気弁のリフト中心角の位相及び吸気弁のリフト中心角の位相は、上述した第１制御期間において遅角するよう制御されている。そして、第１制御区間においては、触媒温度の上昇に応じて、吸気量が相対的に増大するよう制御されている。尚、第１制御区間における吸気量は、冷却水温度または触媒温度のうちの少なくとも一方の温度上昇に応じて、相対的に増大するように制御してもよい。
【００２２】
冷機時かつ始動開始後の冷機時アイドル回転速度に至るまでの機関回転速度上昇過程においては、冷機時始動開始後直ちに排気弁小リフト量・小開弁期間設定として排気温度を上昇させる。その後、まだ過給圧が低い時は排気弁からの排気期間中排気流出速度がほぼ音速となるように排気弁を小リフト量・小開弁期間とすることにより排気熱エネルギを最大化して触媒温度上昇を急速化する。
【００２３】
尚、排気弁のリフト特性を小リフト化し、排気弁閉時期を遅角した際には、排気温度を上昇させるために点火時期は遅角化されているが、排気温度上昇の促進化の観点からみれば、排気弁の小リフト化と排気弁閉時期の遅角化が終了して後に、点火時期の遅角化を開始するのが望ましい
その後、タービン回転速度上昇に伴う過給圧上昇によって生じる冷却水温上昇または触媒温度上昇を検出し、冷却水温上昇または触媒温度上昇応じて排気弁リフト量・開弁期間を増大することによって、排気弁からの排気流量が排気弁開口面積によって律束されることを回避し、排気流量増大・排気浄化触媒１７に与える排気熱エネルギ量を増大するようにすることで、触媒温度上昇をさらに急速化することができる。
【００２４】
そして、冷機時アイドル開始後過給圧上昇開始時に過給圧上昇に応じて排気弁リフト量・開弁期間を増大することによってエンジントルクが増大し、機関回転速度を設定回転まで増大することができる
さらに、触媒温度が上昇して触媒活性化温度に達してからは（第２制御区間）、排気浄化触媒１７の温度上昇に必要な排気熱エネルギ量を減少することができるため、排気弁のリフト量・開弁期間を増大して排気押出し損失を減少させる。これに伴い機関回転速度を一定に維持するため吸気弁リフト量を減少させることにより、排気熱エネルギ量が減少し、排気浄化触媒１７を活性化させると同時に燃費悪化を回避できる。
【００２５】
さらに、吸気弁のリフト中心角の位相は、触媒温度が触媒活性化温度に達してからは、触媒温度の上昇に応じて吸気弁閉時期を下死点から遠ざかるように進角し、排気弁のリフト中心角の位相は、触媒温度の上昇に応じて進角するよう制御されている。そのため、冷機アイドル時には過給圧の上昇に応じて吸気量の増大を抑制できる。
【００２６】
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。
【００２７】
（１）  吸気弁及び排気弁のリフト特性と開閉タイミング特性を機関運転状態に応じて可変制御する可変動弁機構と、排気ガスによりタービンを駆動して過給を行うターボチャージャと、を備え、冷機アイドル時には、暖機アイドル時よりも排気弁のリフト量及び開弁期間を縮小し、吸気弁開弁期間を増大し、かつ過給圧を増大するよう制御される。これによって、負荷の高い状態で内燃機関が運転されることになるため、高温の排気ガスが一層大量に得られ、排気浄化触媒を一層早期に活性化できる。
【００２８】
尚、暖機後の機関運転時には、燃費が良くなるように適切な点火時期と適度な筒内ガス流動に設定することが望ましく、筒内ガス流動を過剰に増大して燃焼安定性を向上させることは、冷却損失やポンピング損失を増加させるため望ましくない。一方、冷機時の排気の昇温制御中においては、燃費よりも排気温度を上昇させて触媒の早期活性化を進めることが優先されるため、点火時期の大幅なリタードを可能にすることが望ましい。そこで冷機時の排気の昇温制御中においては、暖機後よりも吸気弁のリフト量を大きく吸入空気量を増大しエンジン負荷を増大することで燃焼安定性を向上させ、大幅な点火時期リタードによる排気温度を可能にすることが効果的である。
【００２９】
（２）  上記（１）に記載の内燃機関において、内燃機関の冷却水温度または排気浄化を行う排気浄化触媒の触媒温度のうち少なくとも一方の温度を検出する温度検知手段を備え、冷機時に、冷却水温度または触媒温度のうち少なくとも一方の温度上昇に応じて排気弁のリフト量・開弁期間を増大するよう制御される。これによって、冷却水温度または触媒温度の上昇に応じて排気押出し損失を相対的に減少させることができ、それにより排気ガス流量が増大し、その結果さらに過給圧が増大し燃焼ガス量が増大することができるため、排気浄化触媒を早期に活性化すると同時に、燃費悪化を回避できる。
【００３０】
（３）  上記（１）に記載の内燃機関において、内燃機関の冷却水温度または排気浄化を行う排気浄化触媒の触媒温度のうち少なくとも一方の温度を検出する温度検知手段を備え、冷機時に、冷却水温度または触媒温度のうち少なくとも一方の温度上昇に応じて排気弁のリフト量・開弁期間を増大し、かつ排気弁のリフト中心角の位相を遅角するよう制御される。
【００３１】
（４）  上記（１）に記載の内燃機関は、冷機アイドル時には、暖機アイドル時よりも排気弁開時期を遅角するよう制御される。
【００３２】
（５）  上記（１）〜（４）のいずれかに記載の内燃機関は、排気浄化を行う排気浄化触媒の触媒温度を検出する温度検知手段を備え、冷機時において、触媒温度が触媒活性化温度に達した後は、触媒温度の上昇に応じて吸気量を相対的に減少させるよう制御される。
【００３３】
（６）  上記（１）〜（５）のいずれかに記載の内燃機関は、排気浄化を行う排気浄化触媒の触媒温度を検出する温度検知手段を備え、冷気時において、排気触媒が触媒活性化温度に達した後は、触媒温度の上昇に応じて吸気弁のリフト中心角を進角させるよう制御される。これによって、吸気量の増大を抑制できる。
【００３４】
（７）  上記（１）〜（６）のいずれかに記載の内燃機関は、排気浄化を行う排気浄化触媒の触媒温度を検出する温度検知手段を備え、冷気時において、排気触媒が触媒活性化温度に達した後は、排気弁のリフト中心角を進角させるよう制御される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明に係る内燃機関の吸排気系の構成説明図。
【図２】本発明に係る内燃機関の冷機アイドル時の吸排気弁のバルブリフト特性と、暖機アイドル時の吸排気弁のバルブリフト特性とを対比して示す説明図。
【図３】本発明に係る内燃機関の冷機時始動から暖機された状態に至るまでの各種パラメータのタイミングチャート。
【符号の説明】
【００３６】
１…内燃機関
２…ターボ過給機
１６…可変動弁機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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