(57)【要約】【課題】  触媒に供給される空気の量を増加することで触媒の活性化を促進することのできる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】  内燃機関１０は排気を浄化する排気浄化触媒４０と、同機関１０の吸気バルブ３２及び排気バルブ３８の少なくとも一方のバルブ特性を調整する可変動弁機構とを備える。内燃機関１０の制御装置７０は、アイドル運転状態において同機関１０の燃焼室２０内に吸気が流入するときに、排気浄化触媒４０に供給される吸気を増加させるべく吸気バルブ３２及び排気バルブ３８が重複して開くバルブオーバラップ期間を設定する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒と、同機関の吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方のバルブ特性を調整する可変動弁機構とを備える内燃機関を制御する装置において、
前記内燃機関のアイドル運転状態において同機関の燃焼室内に吸気が流入するときに、前記排気浄化触媒に供給される吸気を増加させるべく吸気バルブ及び排気バルブが重複して開くバルブオーバラップ期間を設定する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記バルブオーバラップ期間は、前記内燃機関のピストンが上死点から下死点に向けて下降する吸気行程中に前記排気バルブが開いている期間が存在するように前記排気バルブの閉弁時期を遅角させることにより設定される請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記排気浄化触媒の温度が低いときほど前記バルブオーバラップ期間を長く設定する請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記内燃機関は同機関の失火を検出する失火検出装置を更に備えるものであって、前記バルブオーバラップ期間は同失火検出装置の検出信号に基づいて調整される請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関の排気通路に空気を供給する二次空気供給装置を更に備える請求項１〜４のいずれか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】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関には、排気を浄化するための排気浄化触媒が配設されるとともに、同触媒の温度を早期に上昇させて同触媒を活性化させるための二次空気供給装置が配設されているものがある。具体的には、図１に示されるように、触媒４０が活性化されていない期間に、内燃機関１０の排気ポート３６に接続される供給通路５２を通じて排気ポート３６に対して空気（酸素）が供給される。こうして排気ポート３６に供給された空気により排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）などの未燃成分の酸化反応が促進されるようになる。その結果、排気中の未燃成分と空気との酸化反応に基づく燃焼熱によって触媒４０が早期に活性化されるようになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、冷間始動時のように排気浄化触媒４０の温度が特に低い場合には、同触媒４０の活性化を更に促進する必要がある。そこで、二次空気供給装置５０から排気ポート３６に供給する空気の量を増加させるといった方法が考えられる。こうした方法を実施するためには、空気を圧送するための電動式エアポンプ５６を大型化しなければならない。しかしながらこの場合には、同ポンプ５６の搭載性が悪化するだけでなく、同ポンプ５６に対してより多くの電力が供給されることとなるため、同ポンプ５６と同一のバッテリにより駆動される他の装置が適性に機能しなくなるおそれがある。したがって、排気浄化触媒４０に供給される空気の量を二次空気供給装置５０によって更に増加させることは困難である。
【０００４】
なお、こうした問題は二次空気供給装置を備える内燃機関に限られたものではなく、同装置を備えていない内燃機関においても、触媒を活性化させるためにより多くの空気を触媒に供給することは有効である。
【０００５】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、触媒に供給される空気の量を増加させることで触媒の活性化を促進することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記目的を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒と、同機関の吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方のバルブ特性を調整する可変動弁機構とを備える内燃機関を制御する装置において、前記内燃機関のアイドル運転状態において同機関の燃焼室内に吸気が流入するときに、前記排気浄化触媒に供給される吸気を増加させるべく吸気バルブ及び排気バルブが重複して開くバルブオーバラップ期間を設定することをその要旨とする。
【０００７】
上記構成によれば、機関の燃焼室内に吸気が流入するときに、吸気バルブ及び排気バルブが重複して開くバルブオーバラップ期間が設定されるため、燃焼室内に流入する吸気の一部が排気通路に流れ込むようになる。その結果、排気浄化触媒に対して酸素を供給することができるため、排気浄化触媒の活性化を促進することができる。
【０００８】
具体的には、請求項２に記載される発明によるように、バルブオーバラップ期間は、内燃機関のピストンが上死点から下死点に向けて下降する吸気行程中に排気バルブが開いている期間が存在するように、排気バルブの閉弁時期を遅角させることにより設定されるといった態様を採用することができる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記排気浄化触媒の温度が低いときほど前記バルブオーバラップ期間を長く設定することをその要旨とする。
上記構成によれば、排浄化触媒の温度が低いときほどバルブオーバラップ期間が長く設定されるため、触媒の活性化を促進するために必要な量の空気を供給することができる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記内燃機関は同機関の失火を検出する失火検出装置を更に備えるものであって、前記バルブオーバラップ期間は同失火検出装置の検出信号に基づいて調整されることをその要旨とする。
【００１１】
上記構成によれば、バルブオーバラップ期間は失火検出装置の検出信号に基づいて調整されるため、バルブオーバラップ期間が設定されることによる失火を抑制しつつ、触媒に供給される空気の量を増加さることができる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記内燃機関の排気通路に空気を供給する二次空気供給装置を更に備えることをその要旨とする。
本発明によれば、二次空気供給装置により排気通路に供給される空気に加えて、燃焼室内に流入する吸気の一部が排気通路に流れ込むようになる。その結果、二次空気供給装置を大型化することなく、排気浄化触媒に供給される酸素の量を増加して排気浄化触媒の活性化を促進することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明にかかる内燃機関の制御装置の一実施形態について、図１〜図４を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施形態の内燃機関及びその制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１に示されるように、内燃機関１０はシリンダブロック１２、及びシリンダヘッド１４を備えている。
シリンダブロック１２の内部には、内燃機関１０の出力軸であるクランクシャフト１６及びピストン１８が配設されており、ピストン１８の往復動が同ピストンに連結されたコネクティングロッドを介してクランクシャフト１６の回転運動に変換される。このピストン１８の上面、シリンダヘッド１４、及びシリンダブロック１２の内周面により囲まれる空間が燃焼室２０となっている。シリンダヘッド１４の内周面には、混合気に対して点火を行うための点火プラグ２２が電極部を燃焼室２０に露出するようにして設けられている。このシリンダブロック１２にはウォータジャケット２４が形成されており、同ウォータジャケット２４内を冷却水が流通することにより燃焼室２０内の温度が内燃機関１０の運転に適した温度に維持される。
【００１５】
燃焼室２０には吸気通路２６及び排気通路２８が接続されている。
吸気通路２６の吸気ポート３０には、同吸気ポート３０と燃焼室２０とを連通・遮断するための吸気バルブ３２が設けられている。この吸気バルブ３２を開閉することにより、同吸気ポート３０から燃焼室２０に空気が導入される期間及びタイミングが制御される。
【００１６】
吸気ポート３０には燃料噴射弁３４が配設されており、同燃料噴射弁３４から噴射された燃料は同吸気ポート３０内を通過する空気と混合することにより混合気となって燃焼室２０内に導入される。
【００１７】
一方、排気通路２８の排気ポート３６には、同排気ポート３６と燃焼室２０とを連通・遮断するための排気バルブ３８が設けられている。燃焼室２０から排気ポート３６に排出された排気は、排気通路２８の途中に配設される触媒（例えば三元触媒）４０にて浄化される。
【００１８】
排気ポート３６には排気浄化触媒４０に対して空気を供給するための二次空気供給装置５０の供給通路５２が接続されている。この供給通路５２の最上流側には二次空気用のエアクリーナ５４が設けられている。この供給通路５２においてエアクリーナ５４の配設位置よりも下流側には電動式エアポンプ５６が配設されており、同ポンプ５６により吸入された空気が供給通路５２から排気ポート３６に対して供給される。この供給通路５２において電動式エアポンプ５６の配設位置よりも下流側には空気の供給量を調整するための電磁制御弁５８が配設されている。
【００１９】
上記吸気バルブ３２及び排気バルブ３８は、内燃機関１０の図示しない吸気カムシャフト及び排気カムシャフトに設けられた吸気カム及び排気カムによってそれぞれ駆動される。吸気カムシャフト及び排気カムシャフトはクランクシャフト１６の回転にともなってそれぞれ回転する。
【００２０】
内燃機関１０には吸気バルブ３２及び排気バルブ３８の開閉時期を変更するための可変動弁機構４２が設けられている。吸気カムシャフトには、クランクシャフト１６の回転に対する吸気カムシャフトの相対回転位相を変更することにより吸気バルブ３２の開閉時期を変更する機構が設けられている。一方、排気カムシャフトには、クランクシャフト１６の回転に対する排気カムシャフトの相対回転位相を変更することにより排気バルブ３８の開閉時期を変更する機構が設けられている。後述するように、本実施形態ではこうした機構４２により、冷間時のアイドル運転状態において排気バルブ３８の閉弁時期を遅角側に移行させることで吸気バルブ３２及び排気バルブ３８が重複して開くバルブオーバラップ期間を設定するようにしている。
【００２１】
電子制御装置７０は、燃料噴射制御等の内燃機関１０における種々の制御を統括して実行するものであり、演算装置や駆動回路の他、各種制御の演算結果やその演算に用いられる関数マップ等を記憶する記憶装置等を備えている。電子制御装置７０には、例えばクランク角センサ１６ａ、水温センサ２４ａ、吸気圧センサ２６ａ、酸素センサ２８ａ、及びスロットル開度センサ４４ａなどの各種センサからの検出信号が取り込まれる。電子制御装置７０は、これら各種センサにより検出される機関運転状態に基づいて燃料噴射弁３４、電動式エアポンプ５６、電磁制御弁５８、及び可変動弁機構４２等の制御を実施する。本実施形態では、クランク角センサ１６ａ及び電子制御装置７０により失火検出装置が構成されている。具体的には、クランク角センサ１６ａの出力信号のパルス間隔、すなわちクランクシャフト１６の回転速度の変化に基づいて気筒内での失火が検出される。
【００２２】
以下、排気浄化触媒４０に供給される吸気を増加させるために行われる可変動弁機構４２の制御の処理手順について、図２及び図３のフローチャートを参照して説明する。なお、これらのフローチャートの処理は、アイドル運転状態において実際には電子制御装置７０によって所定の周期をもって繰り返し実行される。
【００２３】
図２に示されるように、この一連の処理ではまず、酸素センサ２８ａからの検出信号に基づく空燃比のフィードバック制御が実施されていないか否かが判定される（ステップ１）。
【００２４】
この判定処理を通じて、空燃比のフィードバック制御が実施されている旨判定された場合には（ステップ１：ＮＯ）、排気浄化触媒４０は既に活性化されており、同触媒４０に対して空気を供給する必要がないものとして、本ルーチンを終了する。
【００２５】
一方、上記判定処理を通じて、空燃比のフィードバック制御が実施されていない旨判定された場合には（ステップ１：ＹＥＳ）、排気浄化触媒４０に対して空気を供給すべく二次空気供給装置５０の制御が行われる（ステップ２）。こうして二次空気供給装置５０の制御が行われるが、実際には二次空気供給装置５０から供給される空気だけでは排気浄化触媒４０の活性化を早期に実現することが困難であることは上述したとおりである。このため、次に、排気浄化触媒４０に供給される空気の量を増加させるように、排気バルブ３８の最適遅角量の演算処理及び遅角制御が行われる（ステップ１０）。そして、排気浄化触媒４０の活性化を促進するために排気浄化触媒４０に供給される空気の量を増加させる必要がなくなったと判定された場合には本ルーチンを終了する。
【００２６】
ここで、上記ステップ１０の処理として実行される最適遅角量の演算処理及び遅角制御の処理手順を図３のフローチャートに基づいて詳細に説明する。
まず、この最適遅角量の演算処理に際して、クランク角センサ１６ａ、水温センサ２４ａ、吸気圧センサ２６ａ、及びスロットル開度センサ４４ａからの検出信号が電子制御装置７０に入力される。そして、クランク角センサ１６ａの検出信号に基づいて内燃機関１０の機関回転数が算出される（ステップ１１）。その後、機関回転数、水温、吸気圧、及びスロットル開度などに基づいて予め実験などにより求められたマップから、排気バルブ３８の閉弁時期を遅角させるための基本遅角量が算出される（ステップ１２）。例えば、水温が低いときほど排気浄化触媒４０の温度が低いものとして、バルブオーバラップ期間が長くなるように基本遅角量を大きな値に設定する。こうして算出された基本遅角量に基づいて排気バルブ３８の閉弁時期の遅角制御が行われる（ステップ１３）。具体的には、内燃機関１０のピストン１８が上死点から下死点に向けて下降する吸気行程中に排気バルブ３８が開いている期間が存在するように排気バルブ３８の開閉時期が遅角される。
【００２７】
こうして基本遅角量に基づく排気バルブ３８の閉弁時期の遅角制御が行われると、次に、失火検出装置からの検出信号が入力される（ステップ１４）。そして、入力された検出信号が内燃機関の運転状態を安定したものに保つことのできる許容範囲に入っているか否かが判定される（ステップ１５）。具体的には、所定回数燃焼を行ったときに検出される失火回数に基づいて内燃機関の運転状態を安定したものに保つことのできる許容範囲に入っているか否かが判定される。
【００２８】
この判定処理を通じて、失火検出装置からの検出信号が上記許容範囲に入っていない旨判定された場合（ステップ１５：ＮＯ）には、算出された基本遅角量が大き過ぎる、すなわち排気バルブ３８の現在の閉弁時期が遅過ぎるものとして排気バルブ３８の閉弁時期を現在の時期よりも進角側に補正し（ステップ１６）、本ルーチンを一旦終了する。
【００２９】
一方、上記判定処理を通じて、失火検出装置からの検出信号が上記許容範囲に入っている旨判定された場合（ステップ１５：ＹＥＳ）には、算出された基本遅角量が最適である、すなわち排気バルブ３８の現在の閉弁時期が最適なものであるとして同基本遅角量に基づく遅角制御を続行して（ステップ１７）、本ルーチンを一旦終了する。
【００３０】
次に図４を参照して、吸気バルブ３２及び排気バルブ３８の開閉時期と、ピストン１８位置の推移との関係を説明する。
図４に示されるように、機関のアイドル運転状態においては、排気浄化触媒４０の温度が低く、同触媒４０が活性化されていない場合であっても、従来は機関の燃焼安定性を優先させるために吸気バルブ３２及び排気バルブ３８のバルブオーバラップ期間がゼロとなるようにそれらの開閉時期が設定されている（実線）。
【００３１】
これに対して、本実施形態では、ピストン１８が上死点から下死点に向けて下降する吸気行程の初期まで排気バルブ３８が開状態となるように排気バルブ３８の開閉時期が遅角されている（一点鎖線）。このため、吸気ポート３０を通じて燃焼室２０内に流入する吸気の一部は燃焼室２０に留まることなく排気ポート３６を通じて排気通路２８に流れ込むようになる。    
【００３２】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）内燃機関１０の燃焼室２０内に吸気が流入するときに、吸気バルブ３２及び排気バルブ３８が重複して開くバルブオーバラップ期間が設定されるため、燃焼室２０内に流入する吸気の一部が排気通路２８に流れ込むようになる。その結果、排気浄化触媒４０に対して酸素を供給することができるため、排気浄化触媒４０の活性化を促進することができる。
【００３３】
（２）排気浄化触媒４０の温度が低いときほどバルブオーバラップ期間が長く設定されるため、触媒４０の活性化を促進するために必要な量の空気を供給することができる。
（３）バルブオーバラップ期間は失火検出装置の検出信号に基づいて調整されるため、バルブオーバラップ期間が設定されることによる失火を抑制しつつ、触媒４０に供給される空気の量を増加さることができる。
【００３４】
（４）二次空気供給装置５０により排気通路２８に供給される空気に加えて、燃焼室２０内に流入する吸気の一部が排気通路２８に流れ込むようになる。その結果、二次空気供給装置５０を大型化することなく、排気浄化触媒４０に供給される酸素の量を増加して排気浄化触媒４０の活性化を促進することができる。
【００３５】
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、吸気ポート３０内に燃料を噴射するポート噴射式内燃機関を例に説明をしたが、気筒内に燃料を直接する筒内噴射式内燃機関に対して本発明を適用することもできる。
【００３６】
・上記実施形態では、二次空気供給装置５０を備える内燃機関１０について説明したが、本発明は、必ずしも二次空気供給装置５０を備えるものに限られるものではない。二次空気供給装置５０を備えていない内燃機関であっても、内燃機関１０のアイドル運転状態において同機関１０の燃焼室２０内に吸気が流入するときに、吸気バルブ３２及び排気バルブ３８が重複して開くバルブオーバラップ期間を設定するようにしてもよい。これにより、排気浄化触媒４０に対して酸素を供給することができるため、排気浄化触媒４０の活性化を促進することができる。
【００３７】
・上記実施形態では、失火検出装置の検出信号に基づいてバルブオーバラップ期間が調整されるようになっているが、バルブオーバラップ期間を適切に設定することができるのであれば、失火検出装置の構成を省略してもよい。
【００３８】
・上記実施形態では、ピストン１８が上死点から下死点まで下降する吸気行程中に排気バルブ３８が開いている期間が存在するように排気バルブ３８の開閉時期を遅角させることによりバルブオーバラップ期間を設定しているが、排気バルブ３８の閉弁時期のみを遅角させてもよい。要するに、内燃機関１０の燃焼室２０内に吸気が流入するときに排気浄化触媒に供給される吸気を増加させることのできる期間にバルブオーバラップ期間を設定すればよい。
【００３９】
・上記実施形態では、排気バルブ３８のバルブ特性の設定についてのみ説明しているが、吸気バルブ３２のバルブ特性についても可変動弁機構により変更するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】同実施形態にかかる内燃機関の制御の処理手順を示すフローチャート。
【図３】同実施形態にかかる排気バルブの最適遅角量の演算処理及び遅角制御の処理手順を示すフローチャート。
【図４】吸気バルブ及び排気バルブの開閉時期とピストン位置の推移との関係を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００４１】
１０…内燃機関、１２…シリンダブロック、１４…シリンダヘッド、１６…クランクシャフト、１６ａ…クランク角センサ、１８…ピストン、２０…燃焼室、２２…点火プラグ、２４…ウォータジャケット、２４ａ…水温センサ、２６…吸気通路、２６ａ…吸気圧センサ、２８…排気通路、２８ａ…酸素センサ、３０…吸気ポート、３２…吸気バルブ、３４…燃料噴射弁、３６…排気ポート、３８…排気バルブ、４０…排気浄化触媒、４２…可変動弁機構、４４ａ…スロットル開度センサ、５０…二次空気供給装置、５２…供給通路、５４…エアクリーナ、５６…電動式エアポンプ、５８…電磁制御弁、７０…電子制御装置。
【図１】
2007046505.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007046505.tif 000005
【図４】
2007046505.tif 000006