可変バルブタイミング制御装置
【課題】排気通路に設置した排気ガス浄化用の触媒を効率的に昇温可能な可変バルブタイミング制御装置及び方法を提供する。
【解決手段】本発明の可変バルブタイミング制御装置は、排気通路（３）に排気ガス浄化用触媒（１４）が配置された内燃機関（１）の吸排気バルブ（５，６）の開閉タイミングを可変制御するものであり、特に、冷態始動時に空燃比がリーンとなるように圧縮行程で燃料噴射し、点火時期を遅角させると共に、オーバーラップ量を初期値に設定し、所定期間後に前記初期値から増加させるように、前記排気バルブ（６）及び吸気バルブ（５）を制御することを特徴とする。
【解決手段】本発明の可変バルブタイミング制御装置は、排気通路（３）に排気ガス浄化用触媒（１４）が配置された内燃機関（１）の吸排気バルブ（５，６）の開閉タイミングを可変制御するものであり、特に、冷態始動時に空燃比がリーンとなるように圧縮行程で燃料噴射し、点火時期を遅角させると共に、オーバーラップ量を初期値に設定し、所定期間後に前記初期値から増加させるように、前記排気バルブ（６）及び吸気バルブ（５）を制御することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に排気ガス浄化用の触媒が配置された内燃機関の排気バルブ及び吸気バルブの開閉タイミングを可変制御する可変バルブタイミング制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の環境意識の高まりに伴い、車両の内燃機関から排出される排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害成分の低減が課題となっている。そのための対策の一つとして、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化用の触媒を配置し、これらの有害成分の浄化を行う手法がある。このような触媒の浄化作用は、冷態始動時のように触媒温度が低い状態ではその効果が十分に得られないため、触媒温度を迅速且つ効率的に昇温させるための技術が望まれている。
【０００３】
このような触媒昇温技術の一例として、例えば特許文献１がある。特許文献１では、内燃機関の吸排気バルブの開閉タイミングを調整することで、開弁期間のバルブオーバーラップ量を通常運転時より増大させると共に、燃焼室での混合気への点火時期を通常運転時より遅角（リタード）する。このような制御は、いわゆる圧縮スライトリーン制御（以下、適宜「圧縮Ｓ／Ｌ制御」と称する）と称されており、排気ガスの昇温を促進させ、浄化機能を向上できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２３５６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧縮Ｓ／Ｌ制御では、通常運転時に比べて開弁期間のバルブオーバーラップ量を増大することによって、排気通路から燃焼室内に排気を流入させて空燃比をリーンにすると共に、着火時期を通常運転時に比べてリタードさせるため、燃焼室での燃焼状態が不安定になり失火などの異常が生じやすいという特性がある。触媒の昇温をより迅速に行うという観点からはバルブオーバーラップ量や点火時期のリタード量を大きく設定することで排気ガスを昇温させることが好ましいが、その分、このような失火の発生リスクがより顕著になってくるというジレンマがある。そのため、実際には内燃機関の失火発生を防止するために、バルブオーバーラップ量や点火時期のリタード量は目標値に比べて控えめに設定せざるを得ず、触媒の昇温がいまだ十分とは言えない。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、排気通路に設置した排気ガス浄化用の触媒を効率的に昇温可能な可変バルブタイミング制御装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る可変バルブタイミング制御装置は上記課題を解決するために、排気通路に排気ガス浄化用の触媒が配置された内燃機関の排気バルブ及び吸気バルブの開閉タイミングを可変制御する可変バルブタイミング制御装置において、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射手段と、前記燃焼室内の混合気に点火する点火手段と、前記内燃機関の冷態始動時に、空燃比がリーンとなるように前記燃料噴射手段から圧縮工程で燃料を噴射し、前記点火手段の点火時期を通常運転時より遅角させると共に、前記排気バルブ及び吸気バルブの開弁期間のオーバーラップ量を初期値に設定し、所定期間経過後に前記オーバーラップ量を前記初期値から増加させるように、前記排気バルブ及び吸気バルブを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、圧縮Ｓ／Ｌ制御時にオーバーラップ量が初期値に設定されてから所定期間（後述するように所定時間が経過するまでの期間でもよいし、触媒温度などの特定のパラメータが所定の判定値に達するまでの期間であってもよい）後にオーバーラップ量を増加する。これにより、冷態状態にあり、失火がより発生しやすい初期段階ではオーバーラップ量を小さく抑えることによって、触媒の昇温効果は小さいものの、失火発生を確実に防止することができる。一方、暖機が少なからず進み、失火のリスクが減少する初期段階以降ではオーバーラップ量を増加させることによって触媒の昇温を積極的に図り、迅速な触媒の活性化により優れた浄化作用効果が得られる。
【０００９】
好ましくは、前記触媒の温度を検知する温度検知手段を備え、前記制御手段は、前記オーバーラップ量を初期値に設定してから所定時間経過し、前記触媒の温度が所定値以下である場合に前記所定期間に達したとして前記オーバーラップ量を増加させるとよい。これによれば、所定期間経過後の触媒温度が所定値以下である場合（即ち、触媒が活性していないと判定された場合）にオーバーラップ量を増加させることによって、触媒の活性化を促進し、排気浄化作用を向上できる。
【００１０】
また好ましくは、前記制御手段は、前記排気バルブの閉弁時期を遅角させ、前記吸気バルブの開弁時期を進角させてオーバーラップ量を増加させるものであって、前記排気バルブの前記遅角の位相量は、前記吸気バルブの前記進角の位相量より大きく設定されているとよい。これによれば、排気バルブの遅角の位相量を、吸気バルブの進角の位相量に比べて大きく設定することにより、触媒が配置された排気通路に流入する排気ガス量を増加できるので、触媒の昇温の迅速化をより一層図ることができる。
【００１１】
また、前記触媒の温度を検知する温度検知手段を備え、前記制御手段は、前記触媒の温度が該触媒の活性温度より低い判定値以上となった場合、前記オーバーラップ量を増加させてもよい。これによれば、触媒温度が判定値に達したか否かに基づいてオーバーラップ量の増加を開始することによって、触媒の昇温を促進させ、排気浄化作用を向上できる。このように本発明では、所定時間が経過したか否かに関わらず、触媒温度が判定値以上であるか否かのみを判断することによって、オーバーラップ量の増加を開始してもよい。
【００１２】
また、前記温度検知手段で検知した温度が第１の閾値以下である場合、前記制御手段は、吸気通路に設けられたスロットルバルブの開度を通常運転時より大きく設定するとよい。この第１の閾値は、触媒温度が冷態状態であるか否かを判定するための閾値である。圧縮Ｓ／Ｌモードでは、上述したように通常運転時に比べて失火が発生しやすい状況下にある。そのため、この態様では、スロットルバルブの開度を大きく設定することにより、燃焼室に吸入する空気量を増加し、燃焼を促進することで失火の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、圧縮Ｓ／Ｌ制御時にオーバーラップ量が初期値に設定されてから所定期間（後述するように所定時間が経過するまでの期間でもよいし、触媒温度などの特定のパラメータが所定の判定値に達するまでの期間であってもよい）後にオーバーラップ量を増加する。これにより、冷態状態にあり、失火がより発生しやすい初期段階ではオーバーラップ量を小さく抑えることによって、触媒の昇温効果は小さいものの、失火発生を確実に防止することができる。一方、暖機が少なからず進み、失火のリスクが減少する初期段階以降ではオーバーラップ量を増加させることによって触媒の昇温を積極的に図り、迅速な触媒の活性化により優れた浄化作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る可変バルブタイミング制御装置が搭載された車両の概略構成を示す模式図である。
【図２】圧縮Ｓ／Ｌモード時における点火プラグの点火時期に対する、（ａ）排気ガス中におけるＮＯｘの含有量、（ｂ）排気ガス中におけるＴＨＣの含有量、（ｃ）吸気通路２の吸気圧、（ｄ）燃費率の関係を示すグラフ図である。
【図３】バルブオーバーラップ量と排気ガス温度及び排気ガス中に含まれるＨＣ含有量との関係を示すグラフ図である。
【図４】第１実施形態に係る可変バルブタイミング制御装置の動作を段階毎に示すフローチャート図である。
【図５】エンジンに関連する各種パラメータの経時的推移を示すグラフ図である。
【図６】第２実施形態に係るバルブタイミング制御装置の動作を段階毎に示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１６】
図１は本発明に係るバルブタイミング制御装置が搭載された車両の概略構成を示す模式図である。エンジン１のシリンダヘッドには、吸気通路２及び排気通路３が燃焼室４に連通し得るように接続されている。吸気通路２と燃焼室４との間には吸気バルブ５が設けられることによって連通状態が制御可能になっていると共に、排気通路３と燃焼室４との間には排気バルブ６が設けられることによって連通状態が制御可能になっている。吸気バルブ５及び排気バルブ６には、それぞれ可変バルブタイミング調整装置７が備えられており（以下、適宜それぞれ「吸気可変動弁７ａ」及び「排気可変動弁７ｂ」と称する）、開閉タイミングが調整可能に構成されている。尚、このバルブタイミング調整装置７の詳細な構造については公知であるため、詳細な説明は省略することとする。
【００１７】
シリンダヘッドには、燃焼室４に燃料を直接噴射するために開口部を燃焼室側に向けて配置された燃料噴射手段である筒内噴射インジェクタ８が設けられている。また図１に示す吸気通路４の下流側は各気筒毎に燃焼室４に接続されたマニホールド部分であり、各気筒に対応してＭＰＩインジェクタ９がそれぞれ設けられている。筒内噴射インジェクタ８及びＭＰＩインジェクタ９には、図不示の低圧燃料ポンプ及び高圧燃料ポンプにより加圧される燃料が供給されるようになっており、燃焼室４及び吸気通路２に燃料が噴射されることによって、吸気と混合気を形成するようになっている。また、各気筒のシリンダヘッドの頂点近傍には、混合気に着火するための点火プラグ１０が設けられている。
【００１８】
尚、燃焼室４は、図不示のシリンダヘッドと、ピストン１１とシリンダ１２とから構成されている。ピストン１１の上下運動はコンロッドを介して、図不示のクランクシャフトに伝達される。
【００１９】
吸気通路２には、燃焼室４に流入する空気量を調整するための電子式スロットルバルブ１３（以下、適宜「スロットル１３」と称する）が設けられている。スロットル１３の開度は、後述するＥＣＵ１５からの制御信号に基づいて電子的に制御可能に構成されている。
【００２０】
排気通路３は、各気筒の燃焼室４から排気ガスを下流側に排出し、下流側に排気ガス中の有害成分（例えばＨＣ（未燃分）、ＣＯ、ＮＯｘなど）を浄化するための触媒１４が設けられている。本実施例では特に、触媒１４は三元触媒であり、前段と後段に２段階に亘って設けられている。
【００２１】
ＥＣＵ１５は、エンジン１を制御するための電子制御ユニットである。ＥＣＵ１５は、種々のセンサからの検知情報が入力される入力装置、車両各部への制御信号等を出力する出力装置、各種演算処理を行うＣＰＵ、該ＣＰＵで処理する各種データを記憶するためのＲＯＭやＲＡＭなどの記憶装置などから構成されている。ＥＣＵ１５の具体的な構成については公知であるため、本明細書では詳細な説明を省略する。ここで、入力装置に検知情報を入力し得るセンサとしては、スロットル１３の開度を検出するためのスロットルポジションセンサ１６、触媒１４に流入する排気ガスの温度を検出するために触媒の上流側に設置された触媒温度センサ１７、エンジン１の冷却水の水温を検出するための水温センサ１８、クランクシャフトの回転に同期して信号を出力することによりクランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサ１９、アクセルペダルの踏み込み具合を検出するためのアクセル開度センサ２０が設けられている。
【００２２】
またＥＣＵ１５の出力側には、点火プラグ１０、筒内噴射インジェクタ８、ＭＰＩインジェクタ９、吸気可変動弁７ａ、排気可変動弁７ｂ等が接続されている。これにより、点火プラグ１０の点火時期、筒内噴射インジェクタ８及びＭＰＩインジェクタ９の燃料噴射タイミングや燃料噴射量、吸気可変動弁７ａ及び排気可変動弁７ｂによる吸気バルブ５及び排気バルブ６の開閉タイミング（後述するオーバーラップを含む）などが、ＥＣＵ１５から出力された制御信号に基づいて制御されるようになっている。
【００２３】
ここで図２及び図３を参照して、圧縮Ｓ／Ｌモードにおける排気ガスの浄化作用について具体的に説明する。図２は、圧縮Ｓ／Ｌモード時における点火プラグ１０の点火時期に対する、（ａ）排気ガス中におけるＮＯｘの含有量、（ｂ）排気ガス中におけるＴＨＣの含有量、（ｃ）吸気通路２の吸気圧、（ｄ）燃費率の関係を示すグラフ図である。尚、図２では筒内噴射インジェクタ８からの燃料噴射タイミングの遅角量を５°Ａ、１０°Ａ、２０°Ａの場合について、それぞれ「△」「□」「○」のシンボルで示してある。
【００２４】
圧縮Ｓ／Ｌモードでは、バルブオーバーラップ量を大きく設定すると共に、筒内噴射インジェクタ８からの燃料噴射時期を吸気工程時から圧縮工程時に遅角（リタード）させる。この遅角量を増加させると（すなわち、進角量が減少すると）、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、排気ガス中に含まれるＮＯｘやＨＣは低下していく。これは、燃料噴射時期の遅角量を大きくすることで排気ガスの昇温が迅速になり、触媒１４が活性化されやすくなるためである。このような傾向は、図中の各シンボルを比較するとわかるように、筒内噴射インジェクタ８の噴射タイミングの遅角量が大きくなるほど顕著に現れる。
【００２５】
続いて図３は、バルブオーバーラップ量と排気ガス温度及び排気ガス中に含まれるHC含有量との関係を示すグラフ図である。図３では、横軸が排気バルブ６の閉時期、縦軸が吸気バルブ５の開時期を示している。そして、図３で〔１〕で示す領域側ではバルブオーバーラップ量が小さく、〔２〕で示す領域側に向かうに従いバルブオーバーラップ量が大きくなる。尚、図３では〔１〕で示す領域が通常運転モードにおけるバルブオーバーラップ量を示しており、〔２〕で示す領域が圧縮Ｓ／Ｌモードにおけるバルブオーバーラップ量を示している。
【００２６】
図３において実線は、排気ガスに含まれるＨＣの量が等しい等高線を示しており、排気バルブ６の閉時期が遅角、且つ、縦軸が吸気バルブ５の開時期が進角するに従い、ＨＣの含有量が減少することが示されている。一方、一点鎖線は、排気ガスの温度を示しており、排気バルブ６の閉時期が遅角、且つ、縦軸が吸気バルブ５の開時期が進角するに従い、上昇することが示されている。つまり、圧縮Ｓ／Ｌモードではバルブオーバーラップ量が大きくなるに従って、排気ガスの温度上昇が促進されて、触媒１４の活性化が促進される。
【００２７】
但し、図３においてハッチングで示した領域ａのように、オーバーラップ量が過大になると、燃焼室４における燃焼が悪化して、逆にＨＣが増加し、失火しやすくなるおそれがある。そのため、圧縮Ｓ／Ｌモードでは、このような不具合が生じない程度に、オーバーラップ量を大きく設定することが好ましい。
【００２８】
（第１実施形態）
続いて図４及び図５を参照して、第１実施形態を説明する。図４は、第１実施形態に係るバルブタイミング制御装置の動作を段階毎に示すフローチャート図であり、図５はエンジン１に関連する各種パラメータの経時的推移を示すグラフ図である。以下、図４に示すフローチャートに従って制御内容を順に説明すると共に、それに伴うパラメータの変化を、適宜図５を参照して説明する。
【００２９】
まず初期状態（時刻ｔ０〜ｔ１）では、車両は通常運転モードに設定されており、図５（ａ）に示すように、エンジン始動に伴い、排気ガス中に含まれるＨＣが増加し始める。このとき、図５（ｂ）に示すように、触媒１４の温度は低く、まだ十分な浄化作用を発揮できる状態にない。尚、この始動時には、スロットル開度、吸排気可変動弁、噴射タイミング、点火時期、エンジン回転数は予め用意されている目標マップ等に従って制御されている。
【００３０】
まずＥＣＵ１５は、図不示の車速センサなどの検出値を取得することにより、車両が停止状態にあるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。そして、車両が停止状態にある場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１５は更に、アクセル開度センサ２０の出力値を取得することにより、車両のドライバーが発進しようとする意思がないか否かを判定する（ステップＳ１０２）。尚、本実施例では、車両のドライバーが発進しようとする意思の有無をアクセル開度センサ２０の検出値に基づいて判定するとしているが、これに限られず、例えば車両がアイドリング状態にある場合を示すアイドリングスイッチのＯＮ／ＯＦＦを判定することによって行ってもよい。
【００３１】
ステップＳ１０２でドライバーの発進の意思が無いと判定された場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１５は更に、水温センサ１８の検出値Ｔが第１の閾値Ｔ１より低いか否かを判定することにより、エンジン１が冷態状態にあるか判断する（ステップＳ１０３）。この第１の閾値Ｔ１は、水温センサ１８の検出値Ｔが何℃より低い場合に、エンジン１が冷態状態にあるとみなすかを理論的手法や実験的手法により予めＥＣＵ１５の記憶装置などに記憶したものを用いるとよい。
【００３２】
エンジン１が冷態状態にある場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１５は車両の各部に設置された各種センサの検出値をチェックすることにより、車両に異常が無いか否かを判定した後、車両の運転モードを「通常運転モード」から「圧縮Ｓ／Ｌモード」に切り替える。図５の例では、時刻ｔ２において「通常運転モード」から「圧縮Ｓ／Ｌモード」への切り替えが行われている。これに続いて、ＥＣＵ１５は可変動弁７に対して以下に説明するように、条件に応じてバルブオーバーラップ量を可変制御することによって、従来の単純な圧縮Ｓ／Ｌモードに比べて、より効率よく、エンジン１の排気通路から排出される排気ガスを昇温させて触媒の活性化を図ることができる。
【００３３】
尚、運転モードを圧縮Ｓ／Ｌモードにしている間は、ＥＣＵ１５において圧縮Ｓ／ＬモードフラグをＯＮに設定しておき、ステップＳ１０４で行った各種センサの検出値のチェックを所定の期間毎に実行することによって、異常を検出した際にこのフラグをＯＦＦにして、圧縮Ｓ／Ｌモードから通常運転モードに戻るようにするとよい。圧縮Ｓ／Ｌモードでは通常運転モードに比べて、エンジン１に失火が発生するおそれが多い（すなわち、エンジン１に負担がかかる）ため、このように異常時（例えば、各インジェクタに燃料を供給するポンプに異常があることにより燃料圧力が十分に得られない場合など）には負担の少ない通常運転モードに戻るようにすることで、車両が重大な故障状態に陥ることを回避するとよい。本実施例ではステップＳ１０４にて、圧縮Ｓ／ＬモードフラグがＯＮになっているかの確認を行うようにしている。
【００３４】
尚、上述したように、ステップＳ１０１乃至Ｓ１０３では圧縮Ｓ／Ｌモードを実行するための各種条件が判定されるが、いずれかの条件を満たさない場合もまた、運転モードを圧縮Ｓ／Ｌモードに切り替えることなく、通常運転モードが継続される（ステップＳ１０１：ＮＯ、ステップＳ１０２：ＮＯ、ステップＳ１０３：ＮＯ）。
【００３５】
圧縮Ｓ／Ｌモードが実行されると、図５（ｆ）において時刻ｔ１後に示したように、点火プラグ１０の着火時期を通常運転時より遅角（リタード）させると共に、オーバーラップ量を可変制御することによって空燃比がリーンとなるようにインジェクタより圧縮工程で燃料を噴射する。このように圧縮Ｓ／Ｌモードでは空燃比がリーンになっている上に着火時期もずれているため、燃焼室４における混合気の燃焼が不安定になり、失火しやすくなる場合がある。これは、内部ＥＧＲにより、排気バルブ６から排気ガスが燃焼室４に入り込んで燃焼室４内にＣＯ２ガスが残存し易くなること、そして、エンジン１が冷態状態にあることにより、混合気の燃焼が緩慢になって失火が生じやすくなることに起因していると考えられる。図２及び図３を参照して説明したように、触媒１４の昇温を迅速に行うためには、このようなオーバーラップやリタード量を大きく設定することにより、高温ガスの排気通路３への流量が多くなるようにすることが好ましい。しかしながら、圧縮Ｓ／Ｌモードの実行直後からオーバーラップ量を急に大きく設定すると、失火の発生リスクが大きくなってしまう。そのため、従来技術では、実際にはエンジン１の失火発生を防止するために、オーバーラップやリタード量を控えめに設定せざるを得ず、触媒１４の昇温速度の改善が十分に図ることが難しかったという問題点がある。
【００３６】
尚、オーバーラップ量の調整はＥＣＵ１５からの指令によって、排気バルブの閉弁時期を遅角、又は、吸気バルブの開弁時期を進角することによって行われる。本実施例では特に、排気バルブの閉弁時期を遅角させると共に、吸気バルブの開弁時期を進角することによりオーバーラップ量の調整を行っている。
【００３７】
このような問題点は、以下に説明する制御によって解消される。まず、ＥＣＵ１５は、吸気可変動弁７ａ及び排気可変動弁７ｂの位相角を、それぞれ初期位相角θin_initial及びθout_initialに設定することによってオーバーラップ量を初期値に設定する（ステップＳ１０５）。このように設定されたオーバーラップ量の初期値は、圧縮Ｓ／Ｌモードの実行直後にオーバーラップ量が急激に大きくなることによって失火が生じるという事態が発生しない程度に、小さく設定されている。
【００３８】
また、このときＥＣＵ１５は、図５（ｃ）に示すように、吸気通路に設けられたスロットルバルブ１３の開度を通常運転時より大きくなるように変更する。圧縮Ｓ／Ｌモードでは、上述したように通常運転時に比べて失火が発生しやすい状況下にある。そのため、スロットルバルブ１３の開度を大きく設定することにより、燃焼室４に吸入する空気量を増加させ、燃焼を促進することで失火の発生を抑制している。
【００３９】
また圧縮Ｓ／Ｌモードでは、更に図５（ｅ）に示すように、ＥＣＵ１５は筒内噴射インジェクタ８の燃料噴射タイミングをエンジン１の圧縮工程時になるように制御する。これにより、圧縮Ｓ／Ｌモードでは、直噴タイミングが吸気工程である通常運転モードの場合に比べて混合気の燃焼スピードを速くできるので、後述するように点火プラグ１０の着火時期を遅角できる幅を大きくすることができる。尚、ＭＰＩインジェクタ９の噴射タイミングも筒内噴射インジェクタ８と同様に、必要に応じて圧縮工程時に行うことで、ＨＣの低減を図るとよい。
【００４０】
続いて、ＥＣＵ１５はオーバーラップ量が初期値に設定されてから所定時間が経過した後（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、触媒温度センサ１７の検出値Ｔを取得し、判定値Ｔ２より低いか否かを判定する（ステップＳ１０７）。ここで判定値Ｔ２は触媒１４の活性温度である。エンジン１の始動後、動作期間が長くなるに従って暖機が進行するため、燃焼室４の燃焼は次第に安定し、失火しにくくなる。そのため、ステップＳ１０７では触媒１４の温度をセンシングし、まだ触媒１４の温度が判定値Ｔ２より低いために活性していないと判定された場合に（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、オーバーラップの増加を開始する（ステップＳ１０８）。尚、ステップＳ１０６にて所定期間が経過しない間、ＥＣＵ１５は処理をステップ１０５に戻し待機する。
【００４１】
このように本実施例ではオーバーラップ量をまずは初期値に設定し、所定時間経過後、暖機の進行具合を考慮してオーバーラップ量の増加を開始することによって、失火発生を防止しながらも、効率的な触媒温度の昇温を行うことができる。
【００４２】
尚、ステップＳ１０６における触媒１４の温度検出は、触媒温度を直接検出することが難しい場合には、冷却水温度やエンジン始動時からの経過時間から推定するようにしてもよいし、ステップＳ１０３のエンジン１の冷態状態判定をそのまま用いてもよい。
【００４３】
ステップＳ１０８におけるオーバーラップの増加は、図５（ｄ）の時刻ｔ２〜ｔ３に示すように、時間の経過に従って所定の速度で増加するとよい。若しくは、各触媒温度においてエンジン１の燃焼が不安定にならないオーバーラップ値を予め規定しておき、触媒温度の検出結果に応じて適切なオーバーラップ値になるように増加させてもよい。
【００４４】
本実施例では特に、ＥＣＵ１５はオーバーラップ量を調整する際には、排気バルブ６の遅角の位相量が、吸気バルブ５の進角の位相量より大きくなるように設定する。これによれば、触媒１４が配置された排気通路に流入する排気ガス量を増加できるので、触媒１４の昇温の迅速化をより一層図ることができる。
【００４５】
そしてＥＣＵ１５は、オーバーラップ値がクリップ値に達したか否かを判定し（ステップＳ１０９）、オーバーラップ値を十分に大きくなるまで変化させる。そして、図５（ｄ）の時刻ｔ３〜ｔ４に示すようにクリップ値に達すると（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、圧縮Ｓ／Ｌモードを終了し（ステップＳ１１０）、通常運転モードに移行する（ステップＳ１１１）。尚、圧縮Ｓ／Ｌモードの終了タイミングは、例えばオーバーラップ値がクリップ値に到達した後の経過時間に基づいて設定するとよい。
【００４６】
ステップＳ１１１における通常運転モードでは、点火時期は目標マップ値に基づいて設定され、空燃比は目標マップ値に設定された後、適宜フィードバック制御され、エンジン１のアイドル回転数は適宜フィードバック制御されるが、これらの制御は公知であるため、ここでは詳細な説明は省略することとする。尚、このような一連の制御は、車両の始動時に自動的に実行されるように予めプログラミングされているとよい。
【００４７】
（第２実施形態）
続いて図６を参照して、第２実施形態について説明する。図６は、第２実施形態に係るバルブタイミング制御装置の動作を段階毎に示すフローチャート図である。なお、エンジン１に関連する各種パラメータの経時的推移は第１実施形態で示した図５と同一である。以下、図６に示すフローチャートに従って制御内容を順に説明する。ただし、ステップＳ２０１からステップＳ２０６までは第１実施形態のステップＳ１０１からステップＳ１０６と同一であるため説明を省略する。
【００４８】
ＥＣＵ１５はステップＳ２０６にてオーバーラップ量が初期値に設定されてから所定時間が経過した後、触媒温度センサ１７の検出値Ｔを取得し、判定値Ｔ３より高いか否かを判定する（ステップＳ１０７）。ここで判定値Ｔ３は触媒１４の活性温度（第１実施形態のＴ２に相当）より低い温度値として規定されたものである。エンジン１の始動後、動作期間が長くなるに従って暖機が進行するため、燃焼室４の燃焼は次第に安定し、失火しにくくなる。そのため、ステップＳ２０７では触媒１４の温度をセンシングし、その検出値が判定値Ｔ３より高くなることにより暖機がある程度進行したと判定された場合に（ステップＳ２０７：ＹＥＳ）、オーバーラップの増加を開始する（ステップＳ２０８）。尚、ステップＳ２０６にて所定期間が経過しない間、ＥＣＵ１５は処理をステップ２０５に戻し待機する。ステップＳ２０８におけるオーバーラップの増加は、図５（ｄ）の時刻ｔ２〜ｔ３に示すように、時間の経過に従って所定の速度で増加するとよい。若しくは、各触媒温度においてエンジン１の燃焼が不安定にならないオーバーラップ値を予め規定しておき、触媒温度の検出結果に応じて適切なオーバーラップ値になるように増加させてもよい。
【００４９】
そしてＥＣＵ１５は、オーバーラップ値がクリップ値に達したか否かを判定し（ステップＳ２０９）、オーバーラップ値を十分に大きくなるまで変化させる。そして、図５（ｄ）の時刻ｔ３〜ｔ４に示すようにクリップ値に達すると（ステップＳ２０９：ＹＥＳ）、圧縮Ｓ／Ｌモードを終了し（ステップＳ２１０）、通常運転モードに移行する（ステップＳ２１１）。尚、圧縮Ｓ／Ｌモードの終了タイミングは、例えばオーバーラップ値がクリップ値に到達した後の経過時間に基づいて設定するとよい。
【００５０】
ステップＳ２１１における通常運転モードでは、点火時期は目標マップ値に基づいて設定され、空燃比は目標マップ値に設定された後、適宜フィードバック制御され、エンジン１のアイドル回転数は適宜フィードバック制御される。
【００５１】
このように本実施例ではオーバーラップ量をまずは初期値に設定し、所定時間経過後、暖機の進行具合を考慮してオーバーラップ量の増加を開始することによって、失火発生を防止しながらも、効率的な触媒温度の昇温を行うことができる。
【００５２】
尚、本実施例では所定時間の経過後、且つ、触媒温度が判定値Ｔ３より高い場合にオーバーラップ量の増加を開始するとした。これに対し、オーバーラップ量の増加開始の条件としては、触媒温度が判定値Ｔ３より高いか否かだけであってもよい。
【００５３】
以上説明したように本発明によれば、圧縮Ｓ／Ｌ制御時にオーバーラップ量が初期値に設定されてから所定期間（所定時間が経過するまでの期間でもよいし、触媒温度などの特定のパラメータが所定の判定値に達するまでの期間であってもよい）後にオーバーラップ量を増加する。これにより、冷態状態にあり、失火がより発生しやすい初期段階ではオーバーラップ量を小さく抑えることによって、触媒１４の昇温効果は小さいものの、失火発生を確実に防止することができる。一方、暖機が少なからず進み、失火のリスクが減少する初期段階以降ではオーバーラップ量を増加させることによって触媒の昇温を積極的に図り、迅速な触媒の活性化により優れた浄化作用効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、排気通路に排気ガス浄化用の触媒が配置された内燃機関の排気バルブ及び吸気バルブの開閉タイミングを可変制御する可変バルブタイミング制御装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１ エンジン
２ 吸気通路
３ 排気通路
４ 燃焼室
５ 吸気バルブ
６ 排気バルブ
７ 可変動弁
７ａ 吸気可変動弁
７ｂ 排気可変動弁
８ 筒内噴射インジェクタ
９ ＭＰＩインジェクタ
１０ 点火プラグ
１１ ピストン
１２ シリンダ
１３ 電子式スロットルバルブ（スロットル）
１４ 触媒
１５ ＥＣＵ
１６ スロットルポジションセンサ
１７ 触媒温度センサ
１８ 水温センサ
１９ クランク角センサ
２０ アクセル開度センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に排気ガス浄化用の触媒が配置された内燃機関の排気バルブ及び吸気バルブの開閉タイミングを可変制御する可変バルブタイミング制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の環境意識の高まりに伴い、車両の内燃機関から排出される排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害成分の低減が課題となっている。そのための対策の一つとして、内燃機関の排気通路に排気ガス浄化用の触媒を配置し、これらの有害成分の浄化を行う手法がある。このような触媒の浄化作用は、冷態始動時のように触媒温度が低い状態ではその効果が十分に得られないため、触媒温度を迅速且つ効率的に昇温させるための技術が望まれている。
【０００３】
このような触媒昇温技術の一例として、例えば特許文献１がある。特許文献１では、内燃機関の吸排気バルブの開閉タイミングを調整することで、開弁期間のバルブオーバーラップ量を通常運転時より増大させると共に、燃焼室での混合気への点火時期を通常運転時より遅角（リタード）する。このような制御は、いわゆる圧縮スライトリーン制御（以下、適宜「圧縮Ｓ／Ｌ制御」と称する）と称されており、排気ガスの昇温を促進させ、浄化機能を向上できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２３５６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
圧縮Ｓ／Ｌ制御では、通常運転時に比べて開弁期間のバルブオーバーラップ量を増大することによって、排気通路から燃焼室内に排気を流入させて空燃比をリーンにすると共に、着火時期を通常運転時に比べてリタードさせるため、燃焼室での燃焼状態が不安定になり失火などの異常が生じやすいという特性がある。触媒の昇温をより迅速に行うという観点からはバルブオーバーラップ量や点火時期のリタード量を大きく設定することで排気ガスを昇温させることが好ましいが、その分、このような失火の発生リスクがより顕著になってくるというジレンマがある。そのため、実際には内燃機関の失火発生を防止するために、バルブオーバーラップ量や点火時期のリタード量は目標値に比べて控えめに設定せざるを得ず、触媒の昇温がいまだ十分とは言えない。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、排気通路に設置した排気ガス浄化用の触媒を効率的に昇温可能な可変バルブタイミング制御装置及び方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る可変バルブタイミング制御装置は上記課題を解決するために、排気通路に排気ガス浄化用の触媒が配置された内燃機関の排気バルブ及び吸気バルブの開閉タイミングを可変制御する可変バルブタイミング制御装置において、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射手段と、前記燃焼室内の混合気に点火する点火手段と、前記内燃機関の冷態始動時に、空燃比がリーンとなるように前記燃料噴射手段から圧縮工程で燃料を噴射し、前記点火手段の点火時期を通常運転時より遅角させると共に、前記排気バルブ及び吸気バルブの開弁期間のオーバーラップ量を初期値に設定し、所定期間経過後に前記オーバーラップ量を前記初期値から増加させるように、前記排気バルブ及び吸気バルブを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、圧縮Ｓ／Ｌ制御時にオーバーラップ量が初期値に設定されてから所定期間（後述するように所定時間が経過するまでの期間でもよいし、触媒温度などの特定のパラメータが所定の判定値に達するまでの期間であってもよい）後にオーバーラップ量を増加する。これにより、冷態状態にあり、失火がより発生しやすい初期段階ではオーバーラップ量を小さく抑えることによって、触媒の昇温効果は小さいものの、失火発生を確実に防止することができる。一方、暖機が少なからず進み、失火のリスクが減少する初期段階以降ではオーバーラップ量を増加させることによって触媒の昇温を積極的に図り、迅速な触媒の活性化により優れた浄化作用効果が得られる。
【０００９】
好ましくは、前記触媒の温度を検知する温度検知手段を備え、前記制御手段は、前記オーバーラップ量を初期値に設定してから所定時間経過し、前記触媒の温度が所定値以下である場合に前記所定期間に達したとして前記オーバーラップ量を増加させるとよい。これによれば、所定期間経過後の触媒温度が所定値以下である場合（即ち、触媒が活性していないと判定された場合）にオーバーラップ量を増加させることによって、触媒の活性化を促進し、排気浄化作用を向上できる。
【００１０】
また好ましくは、前記制御手段は、前記排気バルブの閉弁時期を遅角させ、前記吸気バルブの開弁時期を進角させてオーバーラップ量を増加させるものであって、前記排気バルブの前記遅角の位相量は、前記吸気バルブの前記進角の位相量より大きく設定されているとよい。これによれば、排気バルブの遅角の位相量を、吸気バルブの進角の位相量に比べて大きく設定することにより、触媒が配置された排気通路に流入する排気ガス量を増加できるので、触媒の昇温の迅速化をより一層図ることができる。
【００１１】
また、前記触媒の温度を検知する温度検知手段を備え、前記制御手段は、前記触媒の温度が該触媒の活性温度より低い判定値以上となった場合、前記オーバーラップ量を増加させてもよい。これによれば、触媒温度が判定値に達したか否かに基づいてオーバーラップ量の増加を開始することによって、触媒の昇温を促進させ、排気浄化作用を向上できる。このように本発明では、所定時間が経過したか否かに関わらず、触媒温度が判定値以上であるか否かのみを判断することによって、オーバーラップ量の増加を開始してもよい。
【００１２】
また、前記温度検知手段で検知した温度が第１の閾値以下である場合、前記制御手段は、吸気通路に設けられたスロットルバルブの開度を通常運転時より大きく設定するとよい。この第１の閾値は、触媒温度が冷態状態であるか否かを判定するための閾値である。圧縮Ｓ／Ｌモードでは、上述したように通常運転時に比べて失火が発生しやすい状況下にある。そのため、この態様では、スロットルバルブの開度を大きく設定することにより、燃焼室に吸入する空気量を増加し、燃焼を促進することで失火の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、圧縮Ｓ／Ｌ制御時にオーバーラップ量が初期値に設定されてから所定期間（後述するように所定時間が経過するまでの期間でもよいし、触媒温度などの特定のパラメータが所定の判定値に達するまでの期間であってもよい）後にオーバーラップ量を増加する。これにより、冷態状態にあり、失火がより発生しやすい初期段階ではオーバーラップ量を小さく抑えることによって、触媒の昇温効果は小さいものの、失火発生を確実に防止することができる。一方、暖機が少なからず進み、失火のリスクが減少する初期段階以降ではオーバーラップ量を増加させることによって触媒の昇温を積極的に図り、迅速な触媒の活性化により優れた浄化作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る可変バルブタイミング制御装置が搭載された車両の概略構成を示す模式図である。
【図２】圧縮Ｓ／Ｌモード時における点火プラグの点火時期に対する、（ａ）排気ガス中におけるＮＯｘの含有量、（ｂ）排気ガス中におけるＴＨＣの含有量、（ｃ）吸気通路２の吸気圧、（ｄ）燃費率の関係を示すグラフ図である。
【図３】バルブオーバーラップ量と排気ガス温度及び排気ガス中に含まれるＨＣ含有量との関係を示すグラフ図である。
【図４】第１実施形態に係る可変バルブタイミング制御装置の動作を段階毎に示すフローチャート図である。
【図５】エンジンに関連する各種パラメータの経時的推移を示すグラフ図である。
【図６】第２実施形態に係るバルブタイミング制御装置の動作を段階毎に示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１６】
図１は本発明に係るバルブタイミング制御装置が搭載された車両の概略構成を示す模式図である。エンジン１のシリンダヘッドには、吸気通路２及び排気通路３が燃焼室４に連通し得るように接続されている。吸気通路２と燃焼室４との間には吸気バルブ５が設けられることによって連通状態が制御可能になっていると共に、排気通路３と燃焼室４との間には排気バルブ６が設けられることによって連通状態が制御可能になっている。吸気バルブ５及び排気バルブ６には、それぞれ可変バルブタイミング調整装置７が備えられており（以下、適宜それぞれ「吸気可変動弁７ａ」及び「排気可変動弁７ｂ」と称する）、開閉タイミングが調整可能に構成されている。尚、このバルブタイミング調整装置７の詳細な構造については公知であるため、詳細な説明は省略することとする。
【００１７】
シリンダヘッドには、燃焼室４に燃料を直接噴射するために開口部を燃焼室側に向けて配置された燃料噴射手段である筒内噴射インジェクタ８が設けられている。また図１に示す吸気通路４の下流側は各気筒毎に燃焼室４に接続されたマニホールド部分であり、各気筒に対応してＭＰＩインジェクタ９がそれぞれ設けられている。筒内噴射インジェクタ８及びＭＰＩインジェクタ９には、図不示の低圧燃料ポンプ及び高圧燃料ポンプにより加圧される燃料が供給されるようになっており、燃焼室４及び吸気通路２に燃料が噴射されることによって、吸気と混合気を形成するようになっている。また、各気筒のシリンダヘッドの頂点近傍には、混合気に着火するための点火プラグ１０が設けられている。
【００１８】
尚、燃焼室４は、図不示のシリンダヘッドと、ピストン１１とシリンダ１２とから構成されている。ピストン１１の上下運動はコンロッドを介して、図不示のクランクシャフトに伝達される。
【００１９】
吸気通路２には、燃焼室４に流入する空気量を調整するための電子式スロットルバルブ１３（以下、適宜「スロットル１３」と称する）が設けられている。スロットル１３の開度は、後述するＥＣＵ１５からの制御信号に基づいて電子的に制御可能に構成されている。
【００２０】
排気通路３は、各気筒の燃焼室４から排気ガスを下流側に排出し、下流側に排気ガス中の有害成分（例えばＨＣ（未燃分）、ＣＯ、ＮＯｘなど）を浄化するための触媒１４が設けられている。本実施例では特に、触媒１４は三元触媒であり、前段と後段に２段階に亘って設けられている。
【００２１】
ＥＣＵ１５は、エンジン１を制御するための電子制御ユニットである。ＥＣＵ１５は、種々のセンサからの検知情報が入力される入力装置、車両各部への制御信号等を出力する出力装置、各種演算処理を行うＣＰＵ、該ＣＰＵで処理する各種データを記憶するためのＲＯＭやＲＡＭなどの記憶装置などから構成されている。ＥＣＵ１５の具体的な構成については公知であるため、本明細書では詳細な説明を省略する。ここで、入力装置に検知情報を入力し得るセンサとしては、スロットル１３の開度を検出するためのスロットルポジションセンサ１６、触媒１４に流入する排気ガスの温度を検出するために触媒の上流側に設置された触媒温度センサ１７、エンジン１の冷却水の水温を検出するための水温センサ１８、クランクシャフトの回転に同期して信号を出力することによりクランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサ１９、アクセルペダルの踏み込み具合を検出するためのアクセル開度センサ２０が設けられている。
【００２２】
またＥＣＵ１５の出力側には、点火プラグ１０、筒内噴射インジェクタ８、ＭＰＩインジェクタ９、吸気可変動弁７ａ、排気可変動弁７ｂ等が接続されている。これにより、点火プラグ１０の点火時期、筒内噴射インジェクタ８及びＭＰＩインジェクタ９の燃料噴射タイミングや燃料噴射量、吸気可変動弁７ａ及び排気可変動弁７ｂによる吸気バルブ５及び排気バルブ６の開閉タイミング（後述するオーバーラップを含む）などが、ＥＣＵ１５から出力された制御信号に基づいて制御されるようになっている。
【００２３】
ここで図２及び図３を参照して、圧縮Ｓ／Ｌモードにおける排気ガスの浄化作用について具体的に説明する。図２は、圧縮Ｓ／Ｌモード時における点火プラグ１０の点火時期に対する、（ａ）排気ガス中におけるＮＯｘの含有量、（ｂ）排気ガス中におけるＴＨＣの含有量、（ｃ）吸気通路２の吸気圧、（ｄ）燃費率の関係を示すグラフ図である。尚、図２では筒内噴射インジェクタ８からの燃料噴射タイミングの遅角量を５°Ａ、１０°Ａ、２０°Ａの場合について、それぞれ「△」「□」「○」のシンボルで示してある。
【００２４】
圧縮Ｓ／Ｌモードでは、バルブオーバーラップ量を大きく設定すると共に、筒内噴射インジェクタ８からの燃料噴射時期を吸気工程時から圧縮工程時に遅角（リタード）させる。この遅角量を増加させると（すなわち、進角量が減少すると）、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、排気ガス中に含まれるＮＯｘやＨＣは低下していく。これは、燃料噴射時期の遅角量を大きくすることで排気ガスの昇温が迅速になり、触媒１４が活性化されやすくなるためである。このような傾向は、図中の各シンボルを比較するとわかるように、筒内噴射インジェクタ８の噴射タイミングの遅角量が大きくなるほど顕著に現れる。
【００２５】
続いて図３は、バルブオーバーラップ量と排気ガス温度及び排気ガス中に含まれるHC含有量との関係を示すグラフ図である。図３では、横軸が排気バルブ６の閉時期、縦軸が吸気バルブ５の開時期を示している。そして、図３で〔１〕で示す領域側ではバルブオーバーラップ量が小さく、〔２〕で示す領域側に向かうに従いバルブオーバーラップ量が大きくなる。尚、図３では〔１〕で示す領域が通常運転モードにおけるバルブオーバーラップ量を示しており、〔２〕で示す領域が圧縮Ｓ／Ｌモードにおけるバルブオーバーラップ量を示している。
【００２６】
図３において実線は、排気ガスに含まれるＨＣの量が等しい等高線を示しており、排気バルブ６の閉時期が遅角、且つ、縦軸が吸気バルブ５の開時期が進角するに従い、ＨＣの含有量が減少することが示されている。一方、一点鎖線は、排気ガスの温度を示しており、排気バルブ６の閉時期が遅角、且つ、縦軸が吸気バルブ５の開時期が進角するに従い、上昇することが示されている。つまり、圧縮Ｓ／Ｌモードではバルブオーバーラップ量が大きくなるに従って、排気ガスの温度上昇が促進されて、触媒１４の活性化が促進される。
【００２７】
但し、図３においてハッチングで示した領域ａのように、オーバーラップ量が過大になると、燃焼室４における燃焼が悪化して、逆にＨＣが増加し、失火しやすくなるおそれがある。そのため、圧縮Ｓ／Ｌモードでは、このような不具合が生じない程度に、オーバーラップ量を大きく設定することが好ましい。
【００２８】
（第１実施形態）
続いて図４及び図５を参照して、第１実施形態を説明する。図４は、第１実施形態に係るバルブタイミング制御装置の動作を段階毎に示すフローチャート図であり、図５はエンジン１に関連する各種パラメータの経時的推移を示すグラフ図である。以下、図４に示すフローチャートに従って制御内容を順に説明すると共に、それに伴うパラメータの変化を、適宜図５を参照して説明する。
【００２９】
まず初期状態（時刻ｔ０〜ｔ１）では、車両は通常運転モードに設定されており、図５（ａ）に示すように、エンジン始動に伴い、排気ガス中に含まれるＨＣが増加し始める。このとき、図５（ｂ）に示すように、触媒１４の温度は低く、まだ十分な浄化作用を発揮できる状態にない。尚、この始動時には、スロットル開度、吸排気可変動弁、噴射タイミング、点火時期、エンジン回転数は予め用意されている目標マップ等に従って制御されている。
【００３０】
まずＥＣＵ１５は、図不示の車速センサなどの検出値を取得することにより、車両が停止状態にあるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。そして、車両が停止状態にある場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１５は更に、アクセル開度センサ２０の出力値を取得することにより、車両のドライバーが発進しようとする意思がないか否かを判定する（ステップＳ１０２）。尚、本実施例では、車両のドライバーが発進しようとする意思の有無をアクセル開度センサ２０の検出値に基づいて判定するとしているが、これに限られず、例えば車両がアイドリング状態にある場合を示すアイドリングスイッチのＯＮ／ＯＦＦを判定することによって行ってもよい。
【００３１】
ステップＳ１０２でドライバーの発進の意思が無いと判定された場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１５は更に、水温センサ１８の検出値Ｔが第１の閾値Ｔ１より低いか否かを判定することにより、エンジン１が冷態状態にあるか判断する（ステップＳ１０３）。この第１の閾値Ｔ１は、水温センサ１８の検出値Ｔが何℃より低い場合に、エンジン１が冷態状態にあるとみなすかを理論的手法や実験的手法により予めＥＣＵ１５の記憶装置などに記憶したものを用いるとよい。
【００３２】
エンジン１が冷態状態にある場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１５は車両の各部に設置された各種センサの検出値をチェックすることにより、車両に異常が無いか否かを判定した後、車両の運転モードを「通常運転モード」から「圧縮Ｓ／Ｌモード」に切り替える。図５の例では、時刻ｔ２において「通常運転モード」から「圧縮Ｓ／Ｌモード」への切り替えが行われている。これに続いて、ＥＣＵ１５は可変動弁７に対して以下に説明するように、条件に応じてバルブオーバーラップ量を可変制御することによって、従来の単純な圧縮Ｓ／Ｌモードに比べて、より効率よく、エンジン１の排気通路から排出される排気ガスを昇温させて触媒の活性化を図ることができる。
【００３３】
尚、運転モードを圧縮Ｓ／Ｌモードにしている間は、ＥＣＵ１５において圧縮Ｓ／ＬモードフラグをＯＮに設定しておき、ステップＳ１０４で行った各種センサの検出値のチェックを所定の期間毎に実行することによって、異常を検出した際にこのフラグをＯＦＦにして、圧縮Ｓ／Ｌモードから通常運転モードに戻るようにするとよい。圧縮Ｓ／Ｌモードでは通常運転モードに比べて、エンジン１に失火が発生するおそれが多い（すなわち、エンジン１に負担がかかる）ため、このように異常時（例えば、各インジェクタに燃料を供給するポンプに異常があることにより燃料圧力が十分に得られない場合など）には負担の少ない通常運転モードに戻るようにすることで、車両が重大な故障状態に陥ることを回避するとよい。本実施例ではステップＳ１０４にて、圧縮Ｓ／ＬモードフラグがＯＮになっているかの確認を行うようにしている。
【００３４】
尚、上述したように、ステップＳ１０１乃至Ｓ１０３では圧縮Ｓ／Ｌモードを実行するための各種条件が判定されるが、いずれかの条件を満たさない場合もまた、運転モードを圧縮Ｓ／Ｌモードに切り替えることなく、通常運転モードが継続される（ステップＳ１０１：ＮＯ、ステップＳ１０２：ＮＯ、ステップＳ１０３：ＮＯ）。
【００３５】
圧縮Ｓ／Ｌモードが実行されると、図５（ｆ）において時刻ｔ１後に示したように、点火プラグ１０の着火時期を通常運転時より遅角（リタード）させると共に、オーバーラップ量を可変制御することによって空燃比がリーンとなるようにインジェクタより圧縮工程で燃料を噴射する。このように圧縮Ｓ／Ｌモードでは空燃比がリーンになっている上に着火時期もずれているため、燃焼室４における混合気の燃焼が不安定になり、失火しやすくなる場合がある。これは、内部ＥＧＲにより、排気バルブ６から排気ガスが燃焼室４に入り込んで燃焼室４内にＣＯ２ガスが残存し易くなること、そして、エンジン１が冷態状態にあることにより、混合気の燃焼が緩慢になって失火が生じやすくなることに起因していると考えられる。図２及び図３を参照して説明したように、触媒１４の昇温を迅速に行うためには、このようなオーバーラップやリタード量を大きく設定することにより、高温ガスの排気通路３への流量が多くなるようにすることが好ましい。しかしながら、圧縮Ｓ／Ｌモードの実行直後からオーバーラップ量を急に大きく設定すると、失火の発生リスクが大きくなってしまう。そのため、従来技術では、実際にはエンジン１の失火発生を防止するために、オーバーラップやリタード量を控えめに設定せざるを得ず、触媒１４の昇温速度の改善が十分に図ることが難しかったという問題点がある。
【００３６】
尚、オーバーラップ量の調整はＥＣＵ１５からの指令によって、排気バルブの閉弁時期を遅角、又は、吸気バルブの開弁時期を進角することによって行われる。本実施例では特に、排気バルブの閉弁時期を遅角させると共に、吸気バルブの開弁時期を進角することによりオーバーラップ量の調整を行っている。
【００３７】
このような問題点は、以下に説明する制御によって解消される。まず、ＥＣＵ１５は、吸気可変動弁７ａ及び排気可変動弁７ｂの位相角を、それぞれ初期位相角θin_initial及びθout_initialに設定することによってオーバーラップ量を初期値に設定する（ステップＳ１０５）。このように設定されたオーバーラップ量の初期値は、圧縮Ｓ／Ｌモードの実行直後にオーバーラップ量が急激に大きくなることによって失火が生じるという事態が発生しない程度に、小さく設定されている。
【００３８】
また、このときＥＣＵ１５は、図５（ｃ）に示すように、吸気通路に設けられたスロットルバルブ１３の開度を通常運転時より大きくなるように変更する。圧縮Ｓ／Ｌモードでは、上述したように通常運転時に比べて失火が発生しやすい状況下にある。そのため、スロットルバルブ１３の開度を大きく設定することにより、燃焼室４に吸入する空気量を増加させ、燃焼を促進することで失火の発生を抑制している。
【００３９】
また圧縮Ｓ／Ｌモードでは、更に図５（ｅ）に示すように、ＥＣＵ１５は筒内噴射インジェクタ８の燃料噴射タイミングをエンジン１の圧縮工程時になるように制御する。これにより、圧縮Ｓ／Ｌモードでは、直噴タイミングが吸気工程である通常運転モードの場合に比べて混合気の燃焼スピードを速くできるので、後述するように点火プラグ１０の着火時期を遅角できる幅を大きくすることができる。尚、ＭＰＩインジェクタ９の噴射タイミングも筒内噴射インジェクタ８と同様に、必要に応じて圧縮工程時に行うことで、ＨＣの低減を図るとよい。
【００４０】
続いて、ＥＣＵ１５はオーバーラップ量が初期値に設定されてから所定時間が経過した後（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、触媒温度センサ１７の検出値Ｔを取得し、判定値Ｔ２より低いか否かを判定する（ステップＳ１０７）。ここで判定値Ｔ２は触媒１４の活性温度である。エンジン１の始動後、動作期間が長くなるに従って暖機が進行するため、燃焼室４の燃焼は次第に安定し、失火しにくくなる。そのため、ステップＳ１０７では触媒１４の温度をセンシングし、まだ触媒１４の温度が判定値Ｔ２より低いために活性していないと判定された場合に（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、オーバーラップの増加を開始する（ステップＳ１０８）。尚、ステップＳ１０６にて所定期間が経過しない間、ＥＣＵ１５は処理をステップ１０５に戻し待機する。
【００４１】
このように本実施例ではオーバーラップ量をまずは初期値に設定し、所定時間経過後、暖機の進行具合を考慮してオーバーラップ量の増加を開始することによって、失火発生を防止しながらも、効率的な触媒温度の昇温を行うことができる。
【００４２】
尚、ステップＳ１０６における触媒１４の温度検出は、触媒温度を直接検出することが難しい場合には、冷却水温度やエンジン始動時からの経過時間から推定するようにしてもよいし、ステップＳ１０３のエンジン１の冷態状態判定をそのまま用いてもよい。
【００４３】
ステップＳ１０８におけるオーバーラップの増加は、図５（ｄ）の時刻ｔ２〜ｔ３に示すように、時間の経過に従って所定の速度で増加するとよい。若しくは、各触媒温度においてエンジン１の燃焼が不安定にならないオーバーラップ値を予め規定しておき、触媒温度の検出結果に応じて適切なオーバーラップ値になるように増加させてもよい。
【００４４】
本実施例では特に、ＥＣＵ１５はオーバーラップ量を調整する際には、排気バルブ６の遅角の位相量が、吸気バルブ５の進角の位相量より大きくなるように設定する。これによれば、触媒１４が配置された排気通路に流入する排気ガス量を増加できるので、触媒１４の昇温の迅速化をより一層図ることができる。
【００４５】
そしてＥＣＵ１５は、オーバーラップ値がクリップ値に達したか否かを判定し（ステップＳ１０９）、オーバーラップ値を十分に大きくなるまで変化させる。そして、図５（ｄ）の時刻ｔ３〜ｔ４に示すようにクリップ値に達すると（ステップＳ１０９：ＹＥＳ）、圧縮Ｓ／Ｌモードを終了し（ステップＳ１１０）、通常運転モードに移行する（ステップＳ１１１）。尚、圧縮Ｓ／Ｌモードの終了タイミングは、例えばオーバーラップ値がクリップ値に到達した後の経過時間に基づいて設定するとよい。
【００４６】
ステップＳ１１１における通常運転モードでは、点火時期は目標マップ値に基づいて設定され、空燃比は目標マップ値に設定された後、適宜フィードバック制御され、エンジン１のアイドル回転数は適宜フィードバック制御されるが、これらの制御は公知であるため、ここでは詳細な説明は省略することとする。尚、このような一連の制御は、車両の始動時に自動的に実行されるように予めプログラミングされているとよい。
【００４７】
（第２実施形態）
続いて図６を参照して、第２実施形態について説明する。図６は、第２実施形態に係るバルブタイミング制御装置の動作を段階毎に示すフローチャート図である。なお、エンジン１に関連する各種パラメータの経時的推移は第１実施形態で示した図５と同一である。以下、図６に示すフローチャートに従って制御内容を順に説明する。ただし、ステップＳ２０１からステップＳ２０６までは第１実施形態のステップＳ１０１からステップＳ１０６と同一であるため説明を省略する。
【００４８】
ＥＣＵ１５はステップＳ２０６にてオーバーラップ量が初期値に設定されてから所定時間が経過した後、触媒温度センサ１７の検出値Ｔを取得し、判定値Ｔ３より高いか否かを判定する（ステップＳ１０７）。ここで判定値Ｔ３は触媒１４の活性温度（第１実施形態のＴ２に相当）より低い温度値として規定されたものである。エンジン１の始動後、動作期間が長くなるに従って暖機が進行するため、燃焼室４の燃焼は次第に安定し、失火しにくくなる。そのため、ステップＳ２０７では触媒１４の温度をセンシングし、その検出値が判定値Ｔ３より高くなることにより暖機がある程度進行したと判定された場合に（ステップＳ２０７：ＹＥＳ）、オーバーラップの増加を開始する（ステップＳ２０８）。尚、ステップＳ２０６にて所定期間が経過しない間、ＥＣＵ１５は処理をステップ２０５に戻し待機する。ステップＳ２０８におけるオーバーラップの増加は、図５（ｄ）の時刻ｔ２〜ｔ３に示すように、時間の経過に従って所定の速度で増加するとよい。若しくは、各触媒温度においてエンジン１の燃焼が不安定にならないオーバーラップ値を予め規定しておき、触媒温度の検出結果に応じて適切なオーバーラップ値になるように増加させてもよい。
【００４９】
そしてＥＣＵ１５は、オーバーラップ値がクリップ値に達したか否かを判定し（ステップＳ２０９）、オーバーラップ値を十分に大きくなるまで変化させる。そして、図５（ｄ）の時刻ｔ３〜ｔ４に示すようにクリップ値に達すると（ステップＳ２０９：ＹＥＳ）、圧縮Ｓ／Ｌモードを終了し（ステップＳ２１０）、通常運転モードに移行する（ステップＳ２１１）。尚、圧縮Ｓ／Ｌモードの終了タイミングは、例えばオーバーラップ値がクリップ値に到達した後の経過時間に基づいて設定するとよい。
【００５０】
ステップＳ２１１における通常運転モードでは、点火時期は目標マップ値に基づいて設定され、空燃比は目標マップ値に設定された後、適宜フィードバック制御され、エンジン１のアイドル回転数は適宜フィードバック制御される。
【００５１】
このように本実施例ではオーバーラップ量をまずは初期値に設定し、所定時間経過後、暖機の進行具合を考慮してオーバーラップ量の増加を開始することによって、失火発生を防止しながらも、効率的な触媒温度の昇温を行うことができる。
【００５２】
尚、本実施例では所定時間の経過後、且つ、触媒温度が判定値Ｔ３より高い場合にオーバーラップ量の増加を開始するとした。これに対し、オーバーラップ量の増加開始の条件としては、触媒温度が判定値Ｔ３より高いか否かだけであってもよい。
【００５３】
以上説明したように本発明によれば、圧縮Ｓ／Ｌ制御時にオーバーラップ量が初期値に設定されてから所定期間（所定時間が経過するまでの期間でもよいし、触媒温度などの特定のパラメータが所定の判定値に達するまでの期間であってもよい）後にオーバーラップ量を増加する。これにより、冷態状態にあり、失火がより発生しやすい初期段階ではオーバーラップ量を小さく抑えることによって、触媒１４の昇温効果は小さいものの、失火発生を確実に防止することができる。一方、暖機が少なからず進み、失火のリスクが減少する初期段階以降ではオーバーラップ量を増加させることによって触媒の昇温を積極的に図り、迅速な触媒の活性化により優れた浄化作用効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、排気通路に排気ガス浄化用の触媒が配置された内燃機関の排気バルブ及び吸気バルブの開閉タイミングを可変制御する可変バルブタイミング制御装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１ エンジン
２ 吸気通路
３ 排気通路
４ 燃焼室
５ 吸気バルブ
６ 排気バルブ
７ 可変動弁
７ａ 吸気可変動弁
７ｂ 排気可変動弁
８ 筒内噴射インジェクタ
９ ＭＰＩインジェクタ
１０ 点火プラグ
１１ ピストン
１２ シリンダ
１３ 電子式スロットルバルブ（スロットル）
１４ 触媒
１５ ＥＣＵ
１６ スロットルポジションセンサ
１７ 触媒温度センサ
１８ 水温センサ
１９ クランク角センサ
２０ アクセル開度センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に排気ガス浄化用の触媒が配置された内燃機関の排気バルブ及び吸気バルブの開閉タイミングを可変制御する可変バルブタイミング制御装置において、
燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射手段と、
前記燃焼室内の混合気に点火する点火手段と、
前記内燃機関の冷態始動時に、空燃比がリーンとなるように前記燃料噴射手段から圧縮行程で燃料を噴射し、前記点火手段の点火時期を通常運転時より遅角させると共に、前記排気バルブ及び吸気バルブの開弁期間のオーバーラップ量を初期値に設定し、所定期間後に前記オーバーラップ量を前記初期値から増加させるように、前記排気バルブ及び吸気バルブを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする可変バルブタイミング制御装置。
【請求項２】
前記触媒の温度を検知する温度検知手段を備え、
前記制御手段は、前記オーバーラップ量を初期値に設定してから所定時間経過し、前記触媒の温度が所定値以下である場合に前記所定期間に達したとして前記オーバーラップ量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記排気バルブの閉弁時期を遅角させ、前記吸気バルブの開弁時期を進角させてオーバーラップ量を増加させるものであって、
前記排気バルブの前記遅角の位相量は、前記吸気バルブの前記進角の位相量より大きく設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項４】
前記触媒の温度を検知する温度検知手段を備え、
前記制御手段は、前記触媒の温度が該触媒の活性温度より低い判定値以上となった場合、前記オーバーラップ量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項５】
前記温度検知手段で検知した温度が第１の閾値以下である場合、前記制御手段は、吸気通路に設けられたスロットルバルブの開度を通常運転時より大きく設定することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項１】
排気通路に排気ガス浄化用の触媒が配置された内燃機関の排気バルブ及び吸気バルブの開閉タイミングを可変制御する可変バルブタイミング制御装置において、
燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射手段と、
前記燃焼室内の混合気に点火する点火手段と、
前記内燃機関の冷態始動時に、空燃比がリーンとなるように前記燃料噴射手段から圧縮行程で燃料を噴射し、前記点火手段の点火時期を通常運転時より遅角させると共に、前記排気バルブ及び吸気バルブの開弁期間のオーバーラップ量を初期値に設定し、所定期間後に前記オーバーラップ量を前記初期値から増加させるように、前記排気バルブ及び吸気バルブを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする可変バルブタイミング制御装置。
【請求項２】
前記触媒の温度を検知する温度検知手段を備え、
前記制御手段は、前記オーバーラップ量を初期値に設定してから所定時間経過し、前記触媒の温度が所定値以下である場合に前記所定期間に達したとして前記オーバーラップ量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記排気バルブの閉弁時期を遅角させ、前記吸気バルブの開弁時期を進角させてオーバーラップ量を増加させるものであって、
前記排気バルブの前記遅角の位相量は、前記吸気バルブの前記進角の位相量より大きく設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項４】
前記触媒の温度を検知する温度検知手段を備え、
前記制御手段は、前記触媒の温度が該触媒の活性温度より低い判定値以上となった場合、前記オーバーラップ量を増加させることを特徴とする請求項１に記載の可変バルブタイミング制御装置。
【請求項５】
前記温度検知手段で検知した温度が第１の閾値以下である場合、前記制御手段は、吸気通路に設けられたスロットルバルブの開度を通常運転時より大きく設定することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の可変バルブタイミング制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−２３４８（Ｐ２０１３−２３４８Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３３７４２（Ｐ２０１１−１３３７４２）
【出願日】平成２３年６月１５日（２０１１．６．１５）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１５日（２０１１．６．１５）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
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