(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミングを制御する可変バルブタイミング制御装置であって、
機関の負荷、回転速度に基づいて吸気バルブ及び排気バルブの目標バルブタイミングをそれぞれ決定し、
機関始動時及び始動後所定期間のアイドル時は、決定した前記目標バルブタイミングによって設定されるバルブオーバーラップ量を略同一に維持しつつ、バルブオーバーラップ中心を排気上死点よりも進角側に制御する一方、
前記所定期間経過後のアイドル時は、決定した前記目標バルブタイミングによって設定されるバルブオーバーラップ量を略同一に維持しつつ、バルブオーバーラップ中心を遅角側に制御することを特徴とする内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項２】
前記所定期間は、機関冷却水温度に基づいて設定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項３】
前記所定期間は、機関始動からの経過時間により設定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項４】
前記所定期間は、機関始動からのサイクル数により設定されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項５】
前記進角側への制御から前記遅角側への制御へと徐々に切り換えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の内燃機関の可変バルブタイミング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の可変バルブタイミング制御装置、詳しくは、内燃機関の始動直後のアイドル時におけるＨＣの排出を低減するようにした可変バルブタイミング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
機関始動直後は、燃焼温度が低いため排気中の未燃ＨＣが多く、また、排気温度も低いので、排気浄化触媒が活性化されていないこともあって、ＨＣ排出量が増大しやすい。特に排気行程末期に、シリンダ内壁に付着した未燃ＨＣが引き剥がされて排出されることが、シリンダからのＨＣ排出量の増大を助長している。
【０００３】
このため、特開２０００−８８９６号公報では、吸気弁に可変動弁機構が設けられており、機関冷間時において吸気弁開時期が進角制御されバルブオーバーラップ量を拡大する。これにより、上死点付近で発生する分子量の小さなＨＣが吸気系に吸い戻され、シリンダ内に残留するＨＣ量が多くなり、次行程で再燃焼することによって未燃ＨＣの排出の低減を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、機関の始動直後は、上記のように吸気バルブの開時期を早めてバルブオーバーラップ量を拡大すると、初回サイクルでは未燃ＨＣを内部ＥＧＲとして多く残留させることができるが、２サイクル目以降は燃焼が不安定になって、運転性を悪化するおそれがあった。
【０００５】
また、この燃焼の不安定に伴い、比較的分子量の大きなＨＣが増加してしまい、分子量の大きなＨＣを除去するためには三元触媒装置に加えて、例えばゼオライト等を用いたＨＣ吸着材を新たに排気通路中に設ける必要があった。
【０００６】
本発明は、以上のような問題に鑑みてなされたものであって、特に機関始動直後において、機関の運転性を悪化させることなく、機関からのＨＣの排出を低減することができる可変バルブタイミング装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は、内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミングを制御する可変バルブタイミング制御装置であって、機関の負荷、回転速度に基づいて吸気バルブ及び排気バルブの目標バルブタイミングをそれぞれ決定し、機関始動時及び始動後所定期間のアイドル時は、決定した前記目標バルブタイミングによって設定されるバルブオーバーラップ量を略同一に維持しつつ、バルブオーバーラップ中心を排気上死点よりも進角側に制御する一方、前記所定期間経過後のアイドル時は、決定した前記目標バルブタイミングによって設定されるバルブオーバーラップ量を略同一に維持しつつ、バルブオーバーラップ中心を遅角側に制御することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、前記所定期間は、機関冷却水温度に基づいて設定されることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、前記所定期間は、機関始動からの経過時間により設定されることを特徴とする。
請求項４に係る発明は、前記所定期間は、機関始動からのサイクル数により設定されることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明は、前記進角側への制御から前記遅角側への制御へと徐々に切り換えることを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、始動直後は、機関の負荷、回転速度に基づいて決定した目標バルブタイミングによって設定されるバルブオーバーラップ量を変えずにバルブオーバーラップ中心を排気上死点よりも進角側に制御することで、内部ＥＧＲ量（既燃ガス量）の増加を抑制しつつ、内部ＥＧＲに含まれる未燃ＨＣを増加させ、より多くの未燃ＨＣをシリンダ内に残留させて次の行程で再燃焼するので、燃焼性に影響を与えることなく、排気行程末期における高濃度のＨＣの排出を低減できる。また、始動後所定期間経過後のアイドル時は、機関の負荷、回転速度に基づいて決定した目標バルブタイミングによって設定されるバルブオーバーラップ量を変えずにバルブオーバーラップ中心を遅角側に制御して、排気バルブの開時期を遅くすることにより、所定期間の経過により温度上昇したシリンダ内に未燃ＨＣを長時間滞留させて、燃焼後における未燃ＨＣの酸化を促進することで、機関からのＨＣの排出を効果的に低減できる。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、機関冷却水温度を検出することにより容易にバルブタイミングを変更する時期を判断できる。
請求項３に係る発明によれば、機関始動からの経過時間を検出することにより容易にバルブタイミングを変更する時期を判断できる。
請求項４に係る発明によれば、機関始動からのサイクル数を検出することにより、容易にバルブタイミングを変更する時期を判断できる。
【００１６】
請求項５に係る発明によれば、機関の運転性に影響を与えることなく、バルブタイミングを変更できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す内燃機関のシステム構成図である。
【００１８】
図１において、機関１の吸気通路２には、吸入空気流量Ｑを検出するエアフローメータ３が設けられ、スロットルバルブ４により吸入空気量Ｑを制御する。該スロットルバルブ４には、その開度を検出するスロットルセンサ５が取り付けられ、スロットルバルブ４が所定開度以下のアイドル時にＯＮとなるアイドルスイッチを内蔵している。
【００１９】
機関１の各気筒には、燃焼室６内に燃料を噴射する燃料噴射弁７、燃焼室６内で火花点火を行う点火プラグ８が設けられており、吸気バルブ９を介して吸入された空気に対して前記燃料噴射弁７から燃料を噴射して混合気を形成し、該混合気を前記燃焼室６内で圧縮し、点火プラグ８による火花点火によって着火する。
【００２０】
機関１の排気は、排気バルブ１０を介して燃焼室６から排気通路１１に排出され、図示しない排気浄化触媒及びマフラーを介して大気中に放出される。
前記吸気バルブ９及び排気バルブ１０は、それぞれ吸気側カムシャフト１２及び排気側カムシャフト１３に設けられたカムにより開閉駆動される。吸気側カムシャフト１２、排気側カムシャフト１３には、クランク軸に対するカムシャフトの回転位相を変化させることで、バルブの開閉タイミングを開閉角一定のまま連続的に早くしたり、遅くしたりする公知の構成の可変バルブタイミング機構１４がそれぞれ設けられている。
【００２１】
コントロールユニット２０は、マイクロコンピュータを内蔵し、入力される各種の検出信号に基づいて、前記燃料噴射弁７による燃料噴射量、燃料噴射時期や前記点火プラグ８による点火時期の制御等を行っている。
【００２２】
ここで、入力される各種の検出信号としては、エアフローメータ３からの吸入空気量信号Ｑ、クランク角センサ１５からのクランク角信号、水温センサ１６からの機関の冷却水温度信号Ｔｗ、スタートスイッチ１７からのＯＮ、ＯＦＦ信号、前記アイドルスイッチからのＯＮ、ＯＦＦ信号等があり、機関の回転速度は、前記クランク角信号に基づいて算出される。
【００２３】
また、コントロールユニット２０は、前記クランク角センサ１５及び吸気側、排気側それぞれのカムセンサ１８からの検出信号に基づいて、クランク軸に対する吸気カムシャフトの回転位相、クランク軸に対する排気カムシャフトの回転位相をそれぞれ検出することで吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミングを検出するとともに、機関の負荷、機関回転速度Ｎｅに基づいて、吸気側カムシャフト１２、排気側カムシャフト１３の位相の目標進角値又は遅角値を決定し、吸気バルブ及び排気バルブの開閉タイミングを制御する。
【００２４】
以上の構成を有する内燃機関において、コントロールユニット２０による機関始動直後のバルブタイミング制御を図２のフローチャートに示す。
図２において、ステップ１（図では、Ｓ１と記す。以下同様）では、アイドルスイッチのＯＮ・ＯＦＦを判定する。アイドルスイッチがＯＮであるアイドル時には、ステップ２に進む。
【００２５】
ステップ２では、スタートスイッチのＯＮ・ＯＦＦを判定する。スタートスイッチがＯＮである始動時には、ステップ３に進む。
ステップ３では、図３に示すように、機関の負荷、回転速度に基づいて決定される目標バルブタイミング（破線）に対して、この目標バルブタイミングによって設定されるバルブオーバーラップ量を略同一に維持した状態で所定角度（例えば、約１５ｄｅｇ）進角する（バルブオーバーラップ中心を所定角度進角する）。これが、始動時のバルブタイミングである。
【００２６】
一方ステップ２で、スタートスイッチがＯＦＦであればステップ４に進む。
ステップ４では、機関始動から所定期間経過したか否かを判定する。この所定期間は、機関の温度状態を把握するためのもので、機関が所定の温度まで上昇しているか否かを判定するものである。
【００２７】
所定期間経過していなければ、まだ低温であり、シリンダ内壁に付着している燃料の影響が大きいので、排気行程末期でのＨＣの排出を低減するため、ステップ３に進み、前記したように、基準のバルブタイミングよりも所定角度（例えば約１５ｄｅｇ）進角する。これが始動後所定期間のアイドル時のバルブタイミングである。
【００２８】
これにより、機関始動時及び始動後所定期間のアイドル時は、以下のようにＨＣの排出を低減する。
一般に、ＨＣ排出量は、図４に示すように、排気行程初期（図中Ａ部）と排気行程末期（図中Ｂ部）の２つのピークをもつ。排気行程初期は、排気バルブ周辺に残留する未燃ＨＣが排出されるためであり、排気行程末期は、シリンダの内壁に付着していた未燃ＨＣが引き剥がされて排出されるためである。
【００２９】
機関始動直後においては、低温であるため、シリンダ内壁に付着する燃料量（未燃ＨＣ）が多く、その付着した燃料が、引き剥がされて排出される排気行程末期における未燃ＨＣの排出（図中Ｂ部）を抑える必要がある。
【００３０】
そこで、図４に示すように、バルブオーバーラップ量を略同一に維持しつつ、バルブオーバーラップ（図中Ｏ／Ｌ）中心を所定量進角する。これにより、内部ＥＧＲ量（残留ガス量）を増加させることなく、内部ＥＧＲに含まれる未燃ＨＣを増加させて、次行程で再燃焼することで未燃ＨＣの排出を低減する。
【００３１】
より詳細に説明すると、従来は、ピストン上昇速度の大きい、排気上死点より進角側で排気バルブのみが開弁されていた。このため、排気ポートに向けて強い排気流が形成され、シリンダ壁から引き剥がされた未燃ＨＣが排気と共に勢いよく排出される。
【００３２】
従って、その後のバルブオーバーラップ期間中にシリンダ内に再吸入される未燃ＨＣ量は少なく、結果としてＨＣ排出量が増加していた（図４実線）。
これに対し、本発明では前記ピストン上昇速度が大きい、排気上死点より進角側にバルブオーバーラップ期間が設定されて、吸気バルブも開弁するので、燃焼ガスが排気ポートと吸気ポートとに分散して流出する。この結果、排気流速が減少して、シリンダ壁から引き剥がされる未燃ＨＣ量自体が減少し、さらに、排気ポートへの流出割合も減少し、吸気ポートに流出した未燃ＨＣは再吸入される。
【００３３】
これにより、ＨＣは排出量を大幅に低減できるのである（図４破線）。なお、バルブオーバーラップ量は、拡大されることなく、略同一に維持されるので、内部ＥＧＲ量（既燃ガス）の増加を抑制でき、安定した燃焼性、引いては、運転性を確保できる。
【００３４】
ステップ４に戻って、期間始動から所定期間経過していれば、ステップ５に進む。ここで、所定期間は、例えば機関始動からの経過時間、機関始動からのサイクル数に基づいて設定する場合や直接機関の冷却水温度Ｔｗを検出して機関の温度に基づいて設定する場合等があるが、いずれを用いてもよい。
【００３５】
ステップ５では、図５に示すように、前記目標バルブタイミング（破線）に対して、この目標バルブタイミングによって設定されるバルブオーバーラップ量を略同一に維持した状態で、所定角度遅角する（バルブオーバーラップ中心を所定角度遅角する）。機関始動から所定期間経過後のアイドル時は、機関温度が上昇しているので、以下のようにＨＣの排出を低減する。
【００３６】
機関内の未燃ＨＣは、燃焼時に発生する熱により燃焼（火炎伝播）後も酸化する。この燃焼後の未燃ＨＣの酸化は、温度、時間に依存するので、前記基準のバルブタイミングを所定量遅角することにより、排気バルブの開時期を遅くして、所定期間の経過により温度上昇したシリンダ内に未燃ＨＣを長時間滞留させ、未燃ＨＣの酸化を促進し、ＨＣの排出を低減する。
【００３７】
なお、機関始動から所定期間経過後に行うバルブタイミングの変更（進角から遅角）は、機関の運転性に影響が生じないように徐々に行うのがよい。
また、ステップ１において、アイドルスイッチがＯＦＦであれば、ステップ６に進み、機関の負荷、回転速度に基づいてバルブタイミングを設定する通常時のバルブタイミング制御を行う。
【００３８】
以上により、機関始動直後において、機関の運転性に影響を与えることなく、ＨＣの排出を効果的に低減することができる。また、分子量の大きなＨＣを吸着するための吸着材を新たに必要とすることなくＨＣの排出を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における内燃機関のシステム構成図。
【図２】同じく機関のバルブタイミング制御を示すフローチャート。
【図３】同じく始動時の吸排気バルブの開閉タイミングを示す特性図。
【図４】同じくクランク角とＨＣ排出量を示す特性図。
【図５】同じく始動から所定時間経過後の吸排気バルブの開閉タイミングを示す特性図。
【符号の説明】
１  …内燃機関
９  …吸気バルブ
１０…排気バルブ
１２…吸気側カムシャフト
１３…排気側カムシャフト
１４…可変バルブタイミング機構
１５…クランク角センサ
１６…水温センサ
１８…カムセンサ
２０…コントロールユニット
【図１】
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【図２】
0003939079.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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