(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路に、機械式過給機と、該機械式過給機をバイパスする過給機バイパス通路と、該過給機バイパス通路を開閉する過給機バイパス弁と、該過給機バイパス弁をエンジン低負荷時において触媒未暖機時に全閉もしくは小開度に閉じ、触媒暖機時に開くように制御する過給機バイパス弁制御手段とを備え、排気通路に排気ガス浄化用の触媒を備え、かつ、燃焼室に供給する混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段を備えるとともに、触媒未暖機時に点火タイミングを所定量リタードさせる点火時期制御手段を備えた機械式過給機付エンジンであって、
上記機械式過給機の下流における各気筒毎の独立吸気通路に、アクセルと機械的に非連動で電気的に制御されるエンジン出力調節機能を有した絞り弁を設け、アクセル開度に対する該絞り弁開度の特性を触媒未暖機時と触媒暖機時とで相違させて、アクセル開度が所定アクセル開度以下の領域においての触媒未暖機時では、上記絞り弁開度を、触媒暖機時の絞り弁開度に対して大きく設定するとともに、アクセル開度の増加に対して一定開度に保持するように設定する絞り弁制御手段を設けるとともに、上記所定アクセル開度以下の領域においての触媒未暖機時では上記アクセル開度の増加に対して上記過給機バイパス弁を所定開度から次第に閉じるように制御するＡＢＶ制御手段を設けたことを特徴とする機械式過給機付エンジンの制御装置。
【請求項２】
触媒未暖機時においてアクセル開度の減少に対しては所定アクセル開度以下の領域でもアクセル開度に対応して絞り弁開度を減少させるように上記絞り弁制御手段を制御することを特徴とする請求項１記載の機械式過給機付エンジンの制御装置。
【請求項３】
吸気通路に、機械式過給機と、該機械式過給機をバイパスする過給機バイパス通路と、該過給機バイパス通路を開閉する過給機バイパス弁と、該過給機バイパス弁をエンジン低負荷時において触媒未暖機時に全閉もしくは小開度に閉じ、触媒暖機時に開くように制御する過給機バイパス弁制御手段とを備え、排気通路に排気ガス浄化用の触媒を備え、かつ、燃焼室に供給する混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段を備えるとともに、触媒未暖機時に点火タイミングを所定量リタードさせる点火時期制御手段を備えた機械式過給機付エンジンであって、
上記機械式過給機の下流における各気筒毎の独立吸気通路に、触媒未暖機時に通路を絞る絞り弁を設ける一方、上記機械式過給機の上流の吸気通路に、開口面積を調節する上流側絞り弁を設け、この上流側絞り弁の開度を、触媒未暖機時には触媒暖機時よりも大きくするとともに、ブレーキ作動時には一時的に閉じるように制御することを特徴とする機械式過給機付エンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気通路に機械式過給機を備えるとともに排気通路に排気ガス浄化用の触媒を備えたエンジンの制御装置に関し、特に触媒の暖機促進を図る装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、排気通路に排気ガス浄化用の触媒を備えたエンジンにおいて、触媒未暖機時に点火時期をリタードすることにより排気温度を高めて触媒の暖機促進を図るようにする技術は一般に知られており、機械式過給機を備えたエンジンにおいて点火時期のリタードを行なうようにしたものとしては、特開平９−３１７５２０号公報に示されるような過給機付エンジンがある。
【０００３】
すなわち、この公報に記載の機械式過給機付エンジンは、エンジンの圧縮比を高くしつつ、バルブオーバラップをアイドル時に小、高負荷時に大となるように可変制御することにより、低回転高負荷時のノッキングを防止する一方、エンジンの圧縮比を低くすることでノッキングを回避するようにしたものと比べ、冷間時の燃焼性を高めることができるようにしている。
【０００４】
さらにこのエンジンでは、過給機の上流の第１絞り弁に加えて過給機下流に第２絞り弁を設け、かつ、この第２絞り弁と過給機との間から排気系に至る二次空気通路を設けることにより、エンジンの冷間時に過給機の過給作用を利用して二次空気を排気系に送り、触媒の活性化を図るようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に記載のエンジンでは、触媒が未暖機状態にある冷間時に、点火時期のリタードと排気系への二次空気の供給とによって暖機促進が図られているが、より一層暖機を促進するためには、改善の余地が残されている。
【０００６】
すなわち、排気温度を上昇させるために点火時期のリタード量を大きくするには燃焼性を高めて失火を抑制することが要求されるが、エンジン始動直後の冷間アイドル時には、燃料の気化、霧化が悪く、かつ吸気流速が低いこと等が燃焼性の向上を妨げる要因となり、これらの要因が改善されない限り点火時期のリタード量を充分に大きくとることが難しい。なお、公報に記載のエンジンでは過給機下流に第２絞り弁を設け、エンジン冷機時に過給機を駆動するとともに第２絞り弁を絞るようにしているが、これは、過給機直下流から排気系へ二次空気を導くためのものであり、エンジンの気筒内での燃焼性向上に寄与するものではない。
【０００７】
また、一般にエンジン始動直後の冷間時には燃料の気化、霧化が悪いことを見込んで空燃比をかなりリッチに設定しているが、このようにすると未燃ガスの排出量が増加し、しかも燃料の気化潜熱による冷却作用で排気温度の上昇が妨げられる。従って、エミッション向上及び暖機促進のためには冷間時に空燃比を理論空燃比付近もしくはそれ以上にリーンにすることが望ましく、そのためには冷間時の燃料の気化、霧化を促進し、燃焼性をより一層向上することが望まれる。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑み、機械式過給機を利用して触媒未暖機時に吸気温度を上昇させ、吸入空気量を増加するとともに、筒内吸気流動を強めて燃焼性を向上し、点火時期のリタード量を増大させることによる排気温度の上昇、排気ガス量の増大等により触媒の暖機性能を大幅に向上することができる機械式過給機付エンジンの制御装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、吸気通路に、機械式過給機と、該機械式過給機をバイパスする過給機バイパス通路と、該過給機バイパス通路を開閉する過給機バイパス弁と、該過給機バイパス弁をエンジン低負荷時において触媒未暖機時に全閉もしくは小開度に閉じ、触媒暖機時に開くように制御する過給機バイパス弁制御手段とを備え、排気通路に排気ガス浄化用の触媒を備え、かつ、燃焼室に供給する混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段を備えるとともに、触媒未暖機時に点火タイミングを所定量リタードさせる点火時期制御手段を備えた機械式過給機付エンジンであって、上記機械式過給機の下流における各気筒毎の独立吸気通路に、アクセルと機械的に非連動で電気的に制御されるエンジン出力調節機能を有した絞り弁を設け、アクセル開度に対する該絞り弁開度の特性を触媒未暖機時と触媒暖機時とで相違させて、アクセル開度が所定アクセル開度以下の領域においての触媒未暖機時では、上記絞り弁開度を、触媒暖機時の絞り弁開度に対して大きく設定するとともに、アクセル開度の増加に対して一定開度に保持するように設定する絞り弁制御手段を設けるとともに、上記所定アクセル開度以下の領域においての触媒未暖機時では上記アクセル開度の増加に対して上記過給機バイパス弁を所定開度から次第に閉じるように制御するＡＢＶ制御手段を設けたものである。
【００１０】
この発明によると、触媒未暖機時に、点火時期がリタードされるとともに、機械式過給機による過給が行なわれつつ、各気筒の吸気ポートに近い独立吸気通路が絞り弁により絞られる。これにより、絞り弁上流側で過給圧が上昇することにより吸気温度が上昇し、かつ、吸気の乱流強度が高められ、これらの作用で燃焼性が向上されることで点火時期のリタード量を大きくすることが可能となる。さらに、過給によって充分な空気が充填され、回転速度を高く維持でき、点火時期をリタードすることによる回転速度の低下と、そのために充分な暖機性が確保できなくなることとを防ぐことができる。さらに、吸気温度の上昇に伴って燃焼温度、ひいては排気ガス温度が上昇し、また、過給による吸入空気量の増加に伴って排気ガス量が増加し、これらの作用と点火時期のリタード量が大きくされることとにより、排気熱量が増大し、触媒の暖機が促進される。
【００１１】
また、上記絞り弁開度を、触媒暖機時の絞り弁開度に対して大きく設定するとともに、アクセル開度の増加に対して一定開度に保持するように設定する絞り弁制御手段を設けるとともに、上記所定アクセル開度以下の領域おいての触媒未暖機時では上記アクセル開度の増加に対して上記過給機バイパス弁を所定開度から次第に閉じるように制御するＡＢＶ制御手段を設けているため、過度に過給圧が上昇することが避けられつつ、ある程度は独立吸気通路が絞られた状態で過給が行われて、燃焼性向上による排気温度の上昇、吸気温度の上昇による燃焼温度の上昇、吸入空気量の増加による排気ガス量の増加等の作用が有効に発揮され、かつ、絞り弁開度が一定開度に保持されている領域でも、アクセル開度に応じて過給機バイパス弁が制御されることでエンジン出力が調整される。
【００２１】
このように絞り弁を制御する場合に、触媒未暖機時においてアクセル開度の減少に対しては所定アクセル開度以下の領域でもアクセル開度に対応して絞り弁開度を減少させるように設定しておけば、減速時にエンジンブレーキ性能が確保される。
【００２２】
また、請求項３の発明は、吸気通路に、機械式過給機と、該機械式過給機をバイパスする過給機バイパス通路と、該過給機バイパス通路を開閉する過給機バイパス弁と、該過給機バイパス弁をエンジン低負荷時において触媒未暖機時に全閉もしくは小開度に閉じ、触媒暖機時に開くように制御する過給機バイパス弁制御手段とを備え、排気通路に排気ガス浄化用の触媒を備え、かつ、燃焼室に供給する混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段を備えるとともに、触媒未暖機時に点火タイミングを所定量リタードさせる点火時期制御手段を備えた機械式過給機付エンジンであって、上記機械式過給機の下流における各気筒毎の独立吸気通路に、触媒未暖機時に通路を絞る絞り弁を設ける一方、上記機械式過給機の上流の吸気通路に、開口面積を調節する上流側絞り弁を設け、この上流側絞り弁の開度を、触媒未暖機時には触媒暖機時よりも大きくするとともに、ブレーキ作動時には一時的に閉じるように制御するものである。
【００２３】
この構成によると、過給機バイパス弁をエンジン低負荷時において触媒未暖機時に全閉もしくは小開度に閉じるようにしていることと、機械式過給機の下流における各気筒毎の独立吸気通路に、触媒未暖機時に通路を絞る絞り弁を設けたこと等により、触媒の暖機が促進されることは請求項１の発明と同様であるが、上流側絞り弁の開度を、触媒未暖機時には触媒暖機時よりも大きくしているため、触媒未暖気時に充分な過給量が得られ、さらに、ブレーキ作動時に一時的に上記上流側絞り弁を閉じるようにしていることにより、ブレーキ作動時には上流側絞り弁と機械式過給機との間の吸気通路内に負圧が生じるので、これをブレーキ作動用として利用することが可能となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３２】
図１は本発明が適用される機械式過給機付エンジンの一例を示している。この図において、エンジン本体１は複数の気筒２（例えば図２に示すように４気筒）を有し、各気筒２には、そのシリンダボアに挿入されたピストン３の上方に燃焼室４が形成されており、この燃焼室４に吸気ポート５及び排気ポート６が開口している。上記吸気ポート５及び排気ポート６は、吸気弁７及び排気弁８によってそれぞれ開閉されるようになっている。
【００３３】
上記燃焼室４の中央部には点火プラグ９が配設され、そのプラグ先端が燃焼室４内に臨んでいる。点火プラグ９は点火コイル等からなる点火回路１０に接続されている。
【００３４】
上記エンジン本体１に対し、吸気通路１１及び排気通路１２が配設されている。上記吸気通路１１は、上流側の共通吸気通路１３と、その下流に設けられたサージタンク１４と、このサージタンク１４から気筒別に分岐した独立吸気通路１５とを有し、各独立吸気通路１５の下流端側が吸気ポート５に連通している。
【００３５】
上記共通吸気通路１３には機械式過給機２０が設けられている。この機械式過給機２０は、例えばリショルム型ポンプからなり、エンジン出力軸によりベルト等の伝動機構を介して駆動されるようになっている。上記伝動機構と機械式過給機２０の入力軸との間には、機械式過給機２０への駆動力の伝達を断続する電磁クラッチ２１が設けられている。なお、上記機械式過給機２０は増速ギヤ（図示せず）を内蔵し、入力軸の回転が増速ギヤを介してロータ２０ａに伝えられるようになっている。
【００３６】
上記機械式過給機２０の上流には、モータ１６により駆動されて開閉作動するスロットル弁１７（上流側絞り弁）が設けられるとともに、このスロットル弁１７をバイパスするＩＳＣ通路１８が設けられ、このＩＳＣ通路１８にＩＳＣバルブ１９が設けられている。上記スロットル弁１７またはＩＳＣバルブ１９により、機械式過給機の上流において吸気通路の開口面積を調節する開口面積調節手段が構成される。
【００３７】
また、機械式過給機２０の下流には過給された吸気を冷却するためのインタークーラ２２が配置されている。
【００３８】
さらに吸気通路１１には、過給機バイパス通路２３と、インタークーラバイパス通路２６とが設けられている。上記過給機バイパス通路２３は、少なくとも機械式過給機２０をバイパスし、図示の例では機械式過給機２０及びインタークーラ２２をバイパスするように、一端がスロットル弁１７と機械式過給機２０との間の吸気通路に接続されるとともに、他端がインタークーラ２２の下流の吸気通路に接続されている。この過給機バイパス通路２３の途中に過給機バイパス弁（ＡＢＶ）２４が設けられており、この過給機バイパス弁２４はモータ２５により駆動されるようになっている。
【００３９】
上記インタークーラバイパス通路２６は、インタークーラ２２をバイパスするように、一端が機械式過給機２０とインタークーラ２２との間の吸気通路に接続されるとともに、他端がインタークーラ２２の下流の吸気通路に接続されている。このインタークーラバイパス通路２６の途中には、モータ等のアクチュエータ２８により駆動されて開閉作動するインタークーラバイパス弁２７が設けられている。
【００４０】
吸気通路１１における気筒別の各独立吸気通路１５には、それぞれ、絞り弁３０が設けられており、図２に示すように、各独立吸気通路１５の絞り弁３０は連動して作動するようにロッド３１により連結され、このロッド３１を介してモータ等のアクチュエータ３２により作動されるようになっている。
【００４１】
そして、当実施形態では、上記絞り弁３０の下流で独立吸気通路１５に続く吸気ポート５が２又に分岐し、その分岐した２つのポート下流端が燃焼室に開口し、これらがそれぞれ吸気弁７によって開閉されるようになっている。
【００４２】
上記各絞り弁３０は、全閉時に、部分的に通路壁との間に隙間を有する状態となることにより、吸気通路を所定最小通路面積に絞るとともに、上記隙間を通る気流によって燃焼室内にスワールもしくはタンブルを生成するようになっている。具体的には、図３に示すように、上記絞り弁３０の一部、例えば上部が切欠され、その切欠部分３０ａにより全閉時に通路壁との間に隙間が形成され、この部分を吸気が流通して燃焼室４内に主にタンブルが生成されるようになっている。
【００４３】
さらに各独立吸気通路１５には、吸気ポート下流側に向けて燃料を噴射するインジェクタ３３が設けられている。
【００４４】
一方、排気通路１２は、各気筒の排気ポート６に連通する排気マニホールド３５とこの排気マニホールド３５の集合部に接続された共通排気通路３６とを有しており、その共通排気通路３６の途中に排気ガス浄化用の触媒３８が設けられている。この触媒３８は、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等を浄化するもので、望ましくは、空燃比が理論空燃比よりもリーンな状態にあるリーン運転時でもＮＯｘ浄化性能を有するような触媒が用いられる。
【００４５】
この触媒３８の位置は、暖機促進のためには燃焼室４に近い排気通路上流寄りとする方が有利であるが、機械式過給機付エンジンでは高負荷高回転時に排気温度が上昇し易いので、触媒の過度の温度上昇を避けて信頼性を確保すべく、燃焼室４からある程度離れたエンジン下方もしくは運転室下方に触媒３８が配置され、共通排気通路３６の一部をなす排気管３６ａを介して排気マニホールド３５に接続されている。
【００４６】
また、エンジンの制御に必要な各種検出手段として、吸気通路１１のスロットル弁１７の上流に配置されて吸入空気量を検出するエアフローセンサ４１、排気通路の排気マニホールド集合部に配置されて排気ガス中の酸素濃度を検出することにより空燃比を検出するＯ2 センサ４２、エンジン冷却水の水温を検出する水温センサ４３、エンジン回転数を検出する回転数センサ４４、変速機のギヤ段を検出するセンサ４５、アクセル開度（アクセルペダル踏み込み量）を検出するアクセルセンサ４６等が設けられている。
【００４７】
上記各センサ４１〜４６からの信号は制御ユニット（ＥＣＵ）５０に入力されている。そして、上記制御ユニット５０から、燃料噴射量を制御する信号がインジェクタ３３に出力されるとともに、点火時期を制御する信号が点火回路１０に出力され、また機械式過給機２０の駆動、停止を制御する信号が電磁クラッチ２１に出力され、さらに、過給機バイパス弁２４を駆動するモータ２５と、インタークーラバイパス弁２８のアクチュエータ２８と、絞り弁３０のアクチュエータ３３とに対してもそれぞれ制御信号が出力されている。なお、スロットル弁１７のモータ１６及びＩＳＣバルブ１９にも制御ユニット５０から制御信号が出力されている。
【００４８】
図４は、図１中に示した制御ユニット５０の構成を示す機能ブロック図である。この図において制御ユニット５０は、暖機判定手段５１、点火時期制御手段５２、クラッチ制御手段５３、ＡＢＶ制御手段（過給機バイパス弁制御手段）５４、Ｉ／Ｃ（インタークーラ）バイパス制御手段５５、絞り弁制御手段５６、スロットル弁制御手段５７及び空燃比制御手段５８を含んでいる。
【００４９】
上記暖機判定手段５１は、例えば水温センサ４３で検出されるエンジン水温によって触媒３８の温度状態を推定し、触媒３８が未暖機か暖機かを判定するようになっている。
【００５０】
上記点火時期制御手段５２は、点火時期を運転状態及び温度条件等に応じて制御するもので、触媒未暖機時には点火時期をＭＢＴより所定量リタードさせ、触媒暖機後は運転状態に応じてＭＢＴ等の適正点火時期に制御するようになっている。
【００５１】
上記クラッチ制御手段５３は、電磁クラッチ２１のオン、オフを運転状態及び温度条件等に応じて制御し、また、ＡＢＶ制御手段５４は、過給機バイパス弁２４を運転状態及び温度条件等に応じて制御するものである。これらの手段５３，５４により、触媒暖機後の通常運転中は、図５に示す各領域Ａ〜Ｃにおいて過給状態が次のように制御される。すなわち、所定負荷以下かつ所定回転数以下の低負荷低回転領域Ａでは、電磁クラッチ２１がオフとされることにより過給機２０の駆動が停止されるとともに過給機バイパス弁２４が開弁状態とされ、所定負荷以下で所定回転数より高回転の領域Ｂでは電磁クラッチ２１がオンとされることにより過給機駆動状態とされるが過給機バイパス弁２４が開弁状態に保たれることにより実質的に過給は行なわれず、所定負荷より高負荷側の領域Ｃでは電磁クラッチ２１がオンとされるとともに過給機バイパス弁２４が閉じられることにより過給が行なわれる。
【００５２】
一方、触媒未暖機状態にあるときは、上記低負荷低回転領域Ａでも電磁クラッチ２１がオンとされ、かつ過給機バイパス弁２４が全閉もしくは小開度に閉じられることにより、過給が行なわれる。この場合に、後に詳述するように、絞り弁３０の作動に関連して、過給機バイパス弁２４の開度が運転状態に応じて制御されるようになっている。
【００５３】
図４中のＩ／Ｃバイパス制御手段５５は、インタークーラバイパス弁２７を温度条件等に応じて制御するものであり、触媒未暖機状態にあるときにインタークーラバイパス弁２７を閉じ、触媒暖機後の通常運転中はインタークーラバイパス弁２７を開くようになっている。
【００５４】
絞り弁制御手段５６は、各独立吸気通路１５に設けられた絞り弁３０を運転状態及び温度条件等に応じて制御するものであり、少なくとも触媒未暖機時に上記低負荷低回転領域Ａで絞り弁３０を全閉もしくは小開度にして独立吸気通路１５を絞る状態とするようになっている。
【００５５】
また、空燃比制御手段５８は、燃焼室４に供給する混合気の空燃比を運転状態及び温度条件等に応じて設定し、その設定空燃比に応じてインジェクタ３３からの燃料噴射量等を制御するものであり、触媒未暖機時に空燃比（Ａ／Ｆ）を１４．０以上とし、好ましくは理論空燃比もしくはそれより大、つまり空気過剰率λがλ≧１のリーン空燃比に制御する。とくに当実施形態では触媒暖機促進を図りつつＨＣ、ＣＯを低減するために好ましい制御として、エンジン始動直後の触媒未暖機時に理論空燃比よりも大きくて１８以下のリーン空燃比とし、触媒温度の上昇に伴って理論空燃比に変化させるようにしている。
【００５６】
以上のような当実施形態の装置の作用を、図６を参照しつつ次に説明する。
【００５７】
エンジン始動直後における触媒未暖機時には、上記低負荷低回転域Ａでも電磁クラッチ２１がオンとされるとともに、過給機バイパス弁２４が全閉もしくは小開度に制御されることにより、機械式過給機２０による過給が行なわれる。また、インタークーラバイパス弁２７が開かれることにより、過給気はインタークーラバイパス通路２６を通ってエンジン本体１に送られ、インタークーラ２２による過給気の冷却が避けられる。そして、各独立吸気通路１５の絞り弁３０は小開度に閉じられる。
【００５８】
この状態では、過給が行なわれつつ絞り弁３０により気筒別の各独立吸気通路１５が絞られることにより、絞り弁３０の上流側で過給圧力が高くなり、それに応じて吸気温度が上昇し、この吸気温度の上昇に伴って各気筒の筒内温度も上昇する。
【００５９】
また、各気筒２の吸気ポート近傍において上記絞り弁３０で独立吸気通路１５が絞られることにより、燃焼室４に流入する吸気の乱流強度が高められる。この作用と上記のように過給によって筒内温度が上昇する作用とで、始動直後の冷間時（エンジン及び触媒の冷機時）でも燃焼性が向上される。そして、触媒未暖機時には排気温度上昇に有効な点火時期のリタードが行なわれるが、とくに上記のように燃焼性が向上されることで点火時期のリタード量を充分に大きくすることができ、これによって排気温度が高められる。
【００６０】
また、上記筒内温度の上昇は、それ自体が排気温度の上昇をもたらす。また、始動直後の低負荷低回転時には上記絞り弁３０で独立吸気通路１５が絞られていてもエンジン回転数が低くて吸入行程が時間的に長いので燃焼室４に吸気が比較的多く流入し得る状態にり、このため、過給が行なわれると自然吸気エンジンと比べて吸入空気量が増加し、それに伴って燃焼ガス量が増加する。この燃焼ガス量の増加は、排気熱量の増加をもたらす。
【００６１】
つまり、過給による筒内温度の上昇並びに絞り弁３０の作動による乱流強度の増加により燃焼性が向上されることで可能となった点火時期のリタード量の増大と、筒内温度の上昇に伴う燃焼温度の上昇と、上記吸入空気量の増加に伴う燃焼ガス量の増加とが、いずれも排気熱量を増大させ、この排気熱量の増大により触媒３８の暖機が促進される。そして、前述のように高負荷高回転時に触媒が温度上昇し過ぎることを避けるために燃焼室４からある程度離れた位置に触媒３８が設けられている場合でも、上記のような作用で触媒３８が早期に暖機される。
【００６２】
エンジン始動後の時間経過に応じた触媒の温度上昇を、当実施形態のエンジンによる場合と自然吸気エンジンによる場合とについて示すと図７中の実線及び破線のようになり、当実施形態のエンジンによる場合（実線）は、自然吸気エンジンによる場合（破線）と比べ、触媒が暖機するまでに要する時間が大幅に短縮される。
【００６３】
また、空燃比は触媒未暖機時に１４．０以上（好ましくはλ≧１）とし、とくに当実施形態では、図６に示すように、エンジン始動直後の触媒未暖機時に理論空燃比よりも大きくて１８以下のリーン空燃比とし、触媒温度の上昇に伴って理論空燃比に変化させるようにしており、このような空燃比制御により、触媒の暖機が促進されるとともに、触媒未暖機時のエミッションが改善される。
【００６４】
この作用を、図８を参照しつつ説明する。図８は、燃焼室内の燃焼温度と、燃焼室から排出された排気ガス（触媒で浄化される前の排気ガス）に含まれるＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘの量を、それぞれ、始動直後のエンジンの冷間時（破線）と暖機時（実線）とについて示したものである。
【００６５】
この図のように、暖機時と比べて冷間時は燃焼温度が低いためＮＯｘは少ないがＨＣ、ＣＯは多くなる傾向があり、また空燃比との関係では理論空燃比付近よりリッチ側でリッチになるにつれてＨＣ、ＣＯが増大する傾向がある。そして、従来の一般的エンジンでは、始動直後の冷間時に燃料の気化、霧化が悪いことを見込んで空燃比をかなりリッチ（例えば１３程度もしくはそれよりリッチ）に設定することにより燃焼安定性の確保を図っているが、このようにすると図８から明らかなようにＨＣ、ＣＯが増大し、しかも、余剰燃料の気化潜熱で排気温度の上昇が妨げられ、触媒暖機性能も悪くなる。
【００６６】
これに対し、当実施形態のエンジンでは、始動直後の触媒未暖機状態の冷間時に、過給が行なわれるとともに独立吸気通路１５の絞り弁３０で乱流強度が高められることにより燃料の気化、霧化が良くなって燃焼性が高められることから、始動直後の空燃比を従来よりリーンな１４．０以上にしても燃焼安定性が確保され、これによりＨＣ、ＣＯが低減されるとともに、燃焼温度が高められて暖機促進に有利となる。とくに、理論空燃比よりもリーンで１８までの範囲に設定すれば、ＨＣ、ＣＯが充分に少なくなり、かつ、燃焼温度がピークに近いため暖機が促進される。そして、触媒温度が低くて浄化作用が殆ど期待できない間は理論空燃比よりもリーンとされるが、触媒温度が次第に上昇すると、完全な暖機状態になる前でも触媒３８がある程度活性化する温度に達した時点から、理論空燃比に移行されることにより、触媒による浄化作用でＨＣ、ＣＯ等が低減されるとともに、暖機促進作用がさらに高められることとなる。
【００６７】
さらに触媒未暖機時には、図６中に示すように機械式過給機２０の上流のスロットル弁１７の開度が触媒暖機時と比べて大きくされ、これにより充分な過給量が確保されるとともに過給圧力が高められ、前記のような吸気温度の上昇によって燃焼温度ひいては排気温度を高める作用、及び吸入空気量の増加によって燃焼ガス量を増加する作用が有効に得られる。また、アイドル運転状態におけるエンジン回転数は触媒未暖機時に触媒暖機時より高くなるように点火時期のリタード量等が制御され、これにより、機械式過給機２０の駆動による騒音増大が抑制される。つまり、当実施形態の装置によると触媒未暖機時にはアイドル運転状態でも機械式過給機２０が駆動され、アイドル運転時に回転数変動が機械式過給機２０に伝わると機械式過給機２０の増速ギヤ等のバックラッシュにより騒音を生じる。これに対し、機械式過給機２０が駆動される触媒未暖機時にアイドル回転数を高くしておけば回転数変動が抑制されて上記騒音が低減される。
【００６８】
ところで、触媒未暖機時において車両停止状態から走行時に移行したときは、独立吸気通路１５の絞り弁３０の開度及び過給機バイパス弁２４の開度がそれぞれ図６中に破線で示すように変更されることにより、過給機２０の信頼性及び発進性能が確保される。
【００６９】
すなわち、触媒未暖機時において車両停止状態にあるアイドル運転時には、同図の実線のように絞り弁３０が全閉もしくはこれに近い小開度で独立吸気通路１５を絞った状態とされるとともに、この状態で過給機２０の前後差圧が過度に増大することを避けてシール部等の信頼性を確保すべく過給機バイパス弁２４は全閉より多少開かれて、過給気を少しだけリリーフする状態となっている。この状態から走行状態に移行すると、上記絞り弁３０がある程度開かれて流通抵抗が低減されるとともに、過給機バイパス弁２４が閉方向に作動されて過給気のリリーフが抑制されることにより、吸入空気量が増加し、発進性能が確保される。この場合、過給機バイパス弁２４が閉じられると過給圧が上昇する傾向が生じるが、絞り弁３０が開かれることで過給圧の上昇が低減されるので過給機２０の前後差圧が過度に増大することはない。
【００７０】
そして、このように吸気量の増加でエンジン出力が高められ、点火時期の進角によってトルクを稼ぐ必要はないので、走行状態に移行したときにも点火時期のリタードによる暖機促進作用は維持される。
【００７１】
また、触媒暖機状態となった後は、図６中に示すように、低回転低負荷領域Ａであれば電磁クラッチ２１がオフとされるとともに過給機バイパス弁２４が開かれることにより過給が停止され、高負荷領域Ｃに移行すれば同図中の二点鎖線のように電磁クラッチ２１がオンとされるとともに過給機バイパス弁２４が閉じられる。そして、触媒暖機状態において過給が行なわれるときには、インタークーラバイパス弁２７が閉じられることにより、過給気がインタークーラ２２で冷却される。
【００７２】
なお、高負荷時のノッキングを防止するため、吸気弁７と排気弁８の開弁期間に所定のオーバラップをもたせておくことにより、高負荷時に機械式過給機２０による過給を利用して、上記オーバラップの期間に燃焼室４内の残量排気ガスが掃気されるようにしておくことが望ましい。そして、このようにする場合に、上記絞り弁３０は触媒暖機状態となった後も低負荷域では閉状態とし、高負荷時に開くようにすればよい。このようにすると、触媒暖機状態において過給が停止されている低負荷域では、絞り弁３０が閉状態とされることで吸気流速が高められることにより、吸・排気弁の開弁オーバラップ中に吸気系への排気ガス吹き返しが抑制されることとなる。
【００７３】
本発明の制御装置による制御の具体例及びエンジンの構造等は上記実施形態のものに限定されず、種々変更可能であり、図９〜図１６に基づいて変更例を以下に説明する。
【００７４】
図９に示す例では、触媒未暖機状態でも触媒温度の変化に応じて絞り弁３０の開度及び点火時期が変更されるようにしている。
【００７５】
すなわち、触媒未暖機時に、電磁クラッチ２１がオンとされるとともに過給機バイパス弁２４が全閉もしくは小開度に制御されることにより、機械式過給機２０による過給が行なわれることは前述の図６の例と同様であるが、絞り弁３０は、エンジン始動直後で触媒温度が低いときには全閉もしくはこれに近い状態とされ、その後、時間経過に伴う触媒温度の上昇につれて次第に開度が大きくされる。また、点火時期のリタード量が触媒温度の上昇につれて次第に大きくされる。そして、触媒暖機状態に達すれば、例えば図５中の低負荷低回転域にある場合に、電磁クラッチ２１がオフとされ、かつ過給バイパス弁２４が開かれるとともに、絞り弁３０が運転状態に応じた開度に制御され、かつ、点火時期がＭＢＴ等の運転状態に応じた適正点火時期に制御される。
【００７６】
この例によると、エンジン始動後に、未暖機状態でも時間経過に伴ってエンジン温度が上昇するにつれ、次第に燃料の気化、霧化が行なわれ易くなって、吸気の乱流強度を徐々に弱めることができるようになるので、絞り弁３０の開度が次第に大きくされる。これにより絞り弁３０での吸気抵抗が軽減されることで出力が増加する傾向が生じるが、それに見合うだけ点火時期のリタード量が大きくされることで出力が適度に調整される。このようにして未暖機中に触媒温度上昇につれて点火時期のリタード量が大きくなると、点火時期リタードによる排気温度上昇の効果がより一層高められることとなる。
【００７７】
また、図１０に示す例では、エンジン始動時のクランキング中とその後の触媒未暖機時とで制御の仕方を変えている。すなわち、クランキング中は電磁クラッチ２１がオフ、過給機バイパス弁２４が開とされることで過給が停止されるとともに、点火時期がエンジン出力を高めるに有利なＭＢＴ等に設定され、クランキング終了後の触媒未暖機時には電磁クラッチ２１がオン、過給機バイパス弁２４が閉とされることで過給が行なわれるとともに、点火時期がリタードされるようになっている。
【００７８】
この例によると、クランキング中は過給機２０の停止によってエンジンの駆動抵抗が低減されるとともに、点火時期のリタードが行なわれないことにより、エンジンの始動が促進される。そして、始動完了後に、触媒未暖機状態にある場合は過給機２０の駆動及び点火時期のリタード等の、暖機促進のため制御が行なわれる。
【００７９】
独立吸気通路に配置する絞り弁の構造も上記実施形態に限定されず、例えば図１１に示すように、気筒別の独立吸気通路を第１通路１５ａと第２通路１５ｂとに分割し、その各第２通路１５ｂに絞り弁３０´を設け、この各絞り弁３０´をモータ等のアクチュエータ３２´で作動するようにしていもよい。
【００８０】
この構造による場合も、触媒未暖機時には機械式過給機（この図には不図示）を駆動して過給を行なうようにしつつ、上記絞り弁３０´を閉じるようにすればよく、こうすることにより、第１通路１５ａのみから過給気が燃焼室に供給されてスワールが生成される。その他の作用は先の実施形態と同様である。
【００８１】
あるいはまた、独立吸気通路１５に設けた絞り弁３０がエンジン出力調節用のエレキスロットル弁としての機能を有するようにしておいてもよい。すなわち、気筒別の各独立吸気通路１５に設けた絞り弁３０をステップモータ等で駆動して、電気的に制御し得るようにし、アクセルペダルと機械的には非連動であるが予め設定した対応関係に基づきアクセル開度に応じて制御ユニットにより絞り弁開度を制御することにより、エンジン出力を調節することができる。
【００８２】
このように独立吸気通路１５の絞り弁３０をエンジン出力調節用のエレキスロットル弁として利用する場合、アクセル開度に応じた絞り弁開度の特性は、触媒未暖機時と触媒暖機時とで図１２（ａ）中の実線と破線とに示すように相違させて、所定アクセル開度以下の低負荷領域での絞り弁開度が触媒未暖機時に暖機時より大きくなるように設定しておくことが望ましい。
【００８３】
すなわち、触媒暖機時には、図１２（ａ）中の破線のようにアクセル開度に応じて絞り弁開度が略リニアに変化するように特性が設定される。一方、触媒未暖機時には、同図の実線のように、所定アクセル開度以下の領域で、アクセル開度の増加に対し、絞り弁開度がこの領域での触媒暖機時の開度より大きい一定開度（所定アクセル開度に対応する開度）に保持され、所定アクセル開度より高負荷側の領域では触媒暖機時と同じ特性となるように設定される。
【００８４】
また、このような絞り弁３０の特性に関連して、過給機バイパス弁２４は図１２（ｂ）に示すように制御される。すなわち、触媒未暖機時には、図１２（ｂ）中の実線のように、アクセル全閉から所定アクセル開度までの範囲でアクセルの増加に対して過給機バイパス弁２４が所定開度から次第に閉じるように設定される。なお、触媒暖機時には同図中の破線のように非過給領域に相当する低アクセル開度側で過給機バイパス弁２４が開かれる。
【００８５】
なお、このように絞り弁３０及び過給機バイパス弁２４が制御される場合でも、電磁クラッチ、点火時期、空燃比等の制御は、前述の図６の例と同様とすればよい。また、過給機上流のスロットル弁は予め開度を大きく設定しておけばよいが、このスロットル弁を省略してもよい。
【００８６】
この制御例によると、触媒未暖機時において走行状態への移行時等に、アイドル状態から次第にアクセルペダルが踏み込まれている場合に、所定アクセル開度までは、絞り弁３０が一定開度に保たれることにより、過度に過給圧が上昇することが避けられ、かつ、ある程度は独立吸気通路１５が絞られた状態で、適度に過給気が各気筒２の燃焼室４に供給される。従って、過給が行なわれつつ独立吸気通路１５が絞られることにより吸気温度が上昇し、吸気の乱流強度が高められ、吸入空気量の増加によって燃焼ガス量が増加するといった作用が有効に発揮される。そして、このように絞り弁３０が一定開度に保たれる領域では、アクセル開度の増加に応じて過給機バイパス弁２４が所定開度から次第に閉じられることによりエンジン出力が調節される。
【００８７】
触媒未暖機時に所定アクセル開度以上となった場合や、触媒暖機時には、アクセル開度に対応して絞り弁開度が変化することによりエンジン出力が調節される。
【００８８】
このように絞り弁を制御する場合に、さらに図１３のように、触媒未暖機時のアクセル開度に対する絞り弁開度の特性をアクセル開度が増加するときと減少するときとで変更し、つまりアクセル開度の増加に対しては上記のように所定アクセル開度まで絞り弁開度を一定に保つが、アクセル開度の減少に対しては所定アクセル開度以下でもスロットル開度がアクセル開度に対応してリニアに変化するように設定しておくことが好ましい。このようにすると、減速時にエンジンブレーキ性能が確保される。
【００８９】
図１４は触媒未暖機時におけるアイドル運転時にエンジン回転数変動を抑制して騒音を低減するための手段の他の例を示し、この例では、触媒未暖機時におけるアイドル運転時に騒音低減のためラフネス制御を行うようにしている。
【００９０】
すなわち、本発明では、前述のように触媒未暖機時にはアイドル運転時でも機械式過給機２０が駆動されて過給が行われるので、このときにエンジン回転数変動を生じると機械式過給機２０の増速ギヤ等のバックラッシュにより騒音が生じ易くなり、これに対し、前記の図６に示す例では触媒未暖機時にアイドル回転数を高くしているが、図１４に示す例ではさらに、アイドル運転時にエンジン回転数センサ４４の出力に基づいてその回転数変動（ラフネス）を検出するラフネス検出手段６１が設けられている。
【００９１】
そして、暖機判定手段５１による判定及びラフネス検出手段６１による検出に応じて点火時期制御手段５２により、触媒未暖機時におけるアイドル運転時に、ラフネスが設定値以上に大きくなると点火時期リタード量を小さくすることでエンジン回転数を高め、ラフネスを抑制するように制御している。なお、クラッチ制御手段、ＡＢＶ制御手段、Ｉ／Ｃバイパス弁手段、絞り弁制御手段、スロットル弁制御手段及び空燃比制御手段等は図４に示す例と同様であるので、図１４においては図示を省略する。
【００９２】
図１５は過給機上流側に設けられているスロットル弁１７（図１参照）の制御の別の例を示している。この図において、スロットル弁制御手段５７は、暖機判定手段５１の判定に応じて触媒未暖機にスロットル弁１７の開度を大きくするが、ブレーキスイッチ６２がＯＮとされたときは上記スロットル弁１７を一時的に閉じるようになっている。なお、点火時期制御手段、クラッチ制御手段、ＡＶＢ制御手段、Ｉ／過給機バイパス弁手段、絞り弁制御手段及び空燃比制御手段等は図４に示す例と同様であるので、図１５においては図示を省略する。
【００９３】
この例によると、低負荷域でも過給が行われる触媒未暖機時には、充分な過給量を確保するために過給機上流側のスロットル弁１７の開度が大きくされるが、触媒未暖機時であってもブレーキスイッチ６２がＯＮのときには一時的にスロットル弁１７が閉じられることにより、スロットル弁１７と過給機２０との間の吸気通路１１内の圧力が低下し、ブレーキ作動用の負圧を得ることができる。従って、このような制御を行う場合、スロットル弁１７と過給機２０との間の吸気通路１１に、マスターバックへ負圧を供給するための通路（図示せず）を接続しておけばよい。
【００９４】
また、図１及び図２に示すエンジンにおいて、インジェクタ３３は各気筒の吸気ポート近傍の独立吸気通路１５に設けられているが、図１に二点鎖線で示すように燃焼室４に臨むようにインジェクタ３３´を設け、このインジェクタ３３´から直接燃焼室内に燃料を噴射するようにした筒内噴射式エンジンに本発明の制御装置を適用することもできる。
【００９５】
この場合、上述のような過給機２０、絞り弁３０、点火時期等の制御に加え、インジェクタ３３´からの燃料噴射の制御として、触媒未暖機時に、燃焼室全体の空燃比は略理論空燃比としつつ、図１６に示すように燃料噴射（噴射パルス）を吸気行程と圧縮行程とに分割して行なうようにすることが好ましい。
【００９６】
このようにすると、触媒未暖機時に、点火プラグ付近が比較的リッチな混合気、その周囲が比較的リーンな混合気とされた状態で燃焼が行なわれる。このような燃焼により排気温度が高められることは、当発明者が実験的に確認している。その理由として次のようなことが推定される。
【００９７】
すなわち、上記のような混合気分布状態で着火が行なわれると、点火プラグ付近のリッチ混合気層から周囲のリーン混合気層へ燃焼が広がり、その過程でリッチ混合気層の余剰燃料がリーン混合気層の酸素を奪いつつ燃焼し、その燃焼が比較的遅い時期まで持続して所謂後燃え状態になる等の現象により、排気温度が上昇するものと推測される。
【００９８】
そして、触媒未暖機時には、このような分割噴射による作用と、点火時期をリタードさせるとともに過給を行ないつつ絞り弁３０を絞ることによる吸気温度上昇、燃焼性向上、燃焼ガス量増加等の作用が相乗的に得られることにより、大幅に暖機が促進されることとなる。
【００９９】
【発明の効果】
以上のように本発明は、触媒未暖機時に点火タイミングを所定量リタードさせるとともに、低負荷域において触媒未暖機時に機械式過給機により過給が行なわれるようにすることで、点火時期をリタードしても充分にエンジン回転速度を維持できる空気量を確保するとともに、機械式過給機の下流における各気筒毎の独立吸気通路に、触媒未暖機時に通路を絞る絞り弁を設けているため、触媒暖機時に、絞り弁上流側で過給圧が上昇することにより吸気温度が上昇し、かつ、絞り弁により吸気の乱流強度が高められて、これらの作用で燃焼性が向上され、これにより点火時期のリタード量を大きくし、排気温度を上昇させることが可能になる。その上、吸気温度の上昇に伴って排気ガス温度が上昇するとともに、過給による吸入空気量の増加に伴って排気ガス量が増加し、これらの相乗作用により、充分に触媒の暖機を促進し、エンジン始動後に暖機状態に達するまでの時間を大幅に短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される機械式過給機付エンジンの一例を示す全体概略図である。
【図２】エンジン本体及び吸・排気系の一部を示す概略平面図である。
【図３】各独立吸気通路に設けられる絞り弁の拡大図である。
【図４】制御ユニットの機能的構成の一例を示すブロック図である。
【図５】機械式過給機の制御のための領域設定を示す説明図である。
【図６】図４に示す制御ユニットにより制御される制御対象の動作を示すタイムチャートである。
【図７】触媒温度の時間的変化を示すグラフである。
【図８】空燃比と燃焼温度及び排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘとの関係を暖機時と冷間時とについて示すグラフである。
【図９】制御動作の別の例を示すタイムチャートである。
【図１０】制御動作のさらに別の例を示すタイムチャートである。
【図１１】独立吸気通路及びこれに設けられる絞り弁の構造の別の例を示す概略平面図である。
【図１２】独立吸気通路に設けた絞り弁がエンジン出力調節用のエレキスロットル弁としての機能を有するようにした場合のアクセル開度と絞り弁開度との関係（ａ）、及びアクセル開度と過給機バイパス弁の開度との関係（ｂ）を、それぞれ触媒未暖機時と触媒暖機時とについて示すグラフである。
【図１３】アクセル開度と絞り弁開度との関係を、触媒未暖機時におけるアクセル開度増加時とアクセル開度減少時とについて示すグラフである。
【図１４】点火時期制御手段による制御の別の例を示すブロック図である。
【図１５】スロットル弁制御手段による制御の別の例を示すブロック図である。
【図１６】本発明の制御装置を筒内噴射式エンジンに適用した場合における触媒未暖機時の燃料噴射の制御の例を示す図である。
【符号の説明】
１  エンジン本体
１１  吸気通路
１２  排気通路
１５  独立吸気通路
１７  スロットル弁
２０  機械式過給機
２１  電磁クラッチ
２３  過給機バイパス通路
２４  過給機バイパス弁
２６  インタークーラバイパス通路
２７  インタークーラバイパス弁
３０  絞り弁
３３  インジェクタ
３８  触媒
５０  制御ユニット
５１  暖機判定手段
５２  点火時期制御手段
５３  クラッチ制御手段
５４  ＡＢＶ制御手段
５５  Ｉ／Ｃ制御手段
５６  絞り弁制御手段
５７  スロットル弁制御手段
５８  空燃比制御手段
【図１】
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【図２】
0003812156.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003812156.tif 000010
【図１０】
0003812156.tif 000011
【図１１】
0003812156.tif 000012
【図１２】
0003812156.tif 000013
【図１３】
0003812156.tif 000014
【図１４】
0003812156.tif 000015
【図１５】
0003812156.tif 000016
【図１６】
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