可変圧縮比内燃機関
【課題】２次空気供給装置を備えた可変圧縮比内燃機関において、２次空気を供給することにより、より確実に排気浄化を促進しまたは排気浄化装置の暖機を促進できる技術を提供する。
【解決手段】２次空気供給装置によって排気通路に２次空気を供給する際（Ｓ１０３）には、可変圧縮比内燃機関における圧縮比を低下させ、２次空気対応圧縮比となるよう制御する（Ｓ１０４）。それにより、排気中の未燃燃料を増加させ、未燃燃料の２次燃焼を活発化させる。
【解決手段】２次空気供給装置によって排気通路に２次空気を供給する際（Ｓ１０３）には、可変圧縮比内燃機関における圧縮比を低下させ、２次空気対応圧縮比となるよう制御する（Ｓ１０４）。それにより、排気中の未燃燃料を増加させ、未燃燃料の２次燃焼を活発化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前記内燃機関の排気通路に２次空気を供給して排気の浄化と排気浄化装置の暖機とを促進する機能を有するとともに、前記内燃機関の圧縮比を変更する機能を有する可変圧縮比内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の燃費性能や出力性能などを向上させることを目的とした、内燃機関の圧縮比を可変にする技術が提案されている。この種の技術としては、シリンダブロックとクランクケースとを相対移動可能に連結するとともにその連結部分にカム軸を設け、前記カム軸を回動させてシリンダブロックとクランクケースとを、気筒の軸線方向に相対移動させることで燃焼室の容積を変更し、以て内燃機関の圧縮比を変更する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
また、コンロッドを２分割し、クランクシャフトに連結された方のコンロッドに所定の揺動中心を中心に揺動可能な揺動部材を連結し、前記揺動中心がカム軸を回転させることによって移動することで燃焼室の容積及びピストンのストロークを変更し、以って内燃機関の圧縮比を変更する技術も提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。
【０００４】
一方、内燃機関の排気系に排気浄化触媒を配置し、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ成分の浄化を図る装置が知られている。さらに、排気通路に接続された開閉弁を有する２次空気供給通路にエアポンプから空気を圧送することで、排気通路内に２次空気を供給して酸素濃度を高くする技術が知られている。この技術によれば、排気ガス中のＨＣ、ＣＯを酸化させることにより排気の浄化を促進できるとともに、排気浄化触媒の暖機を促進することができる（例えば、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２０６７７１号公報
【特許文献２】特開２００１−３１７３８３号公報
【特許文献３】特開２００５−００９４１２号公報
【特許文献４】特開２００３−３２８７９４号公報
【特許文献５】特開２００４−３０８４３１号公報
【特許文献６】特開２００２−２８５８９８号公報
【特許文献７】特開２００４−２７８４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来技術による効果をより顕著にするためのものであり、その目的とするところは、２次空気供給装置を備えた可変圧縮比内燃機関において、２次空気を供給することにより、より確実に排気浄化を促進しまたは排気浄化装置の暖機を促進できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明は、２次空気供給装置によって内燃機関の排気通路に２次空気を供給する際には、圧縮比を低下させることを最大の特徴とする。
【０００７】
より詳しくは、内燃機関の燃焼室の容積および／またはピストンのストロークを変更することによって前記内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、
前記内燃機関からの排気が通過する排気通路に設けられ、前記排気を浄化する排気浄化装置と、
前記排気通路における前記排気浄化装置の上流に２次空気を供給する２次空気供給装置と、
前記内燃機関の運転状態または暖機状態に応じて、前記可変圧縮比機構により前記内燃機関の圧縮比を所定の機関状態対応圧縮比に制御する圧縮比制御手段と、
を備える可変圧縮比内燃機関であって、
前記２次空気供給装置から前記排気通路に２次空気が供給されている期間の少なくとも一部において、前記可変圧縮比機構により前記内燃機関の圧縮比を、前記機関状態対応圧縮比より低い２次空気対応圧縮比に制御することを特徴とする。
【０００８】
ここで、２次空気供給装置によって前記内燃機関の排気通路に２次空気を供給する場合、供給された２次空気中の酸素によって、排気中に存在する未燃燃料の燃焼が促進される。これにより、排気の浄化が促進されるとともに、排気の温度を上昇させて排気浄化装置の暖機が促進される。
【０００９】
一方、前記内燃機関の排気通路に２次空気を供給する際に、前記内燃機関における圧縮比を低圧縮比にすると、前記内燃機関の燃焼室における燃焼効率が低下し、それに応じて排気中の未燃燃料の量が増加する。そうすると、２次空気を供給することによる未燃燃料の燃焼の発熱量を増加させることができる。また、前記内燃機関からの排気による排気通路の背圧を低減させることができ、２次空気供給装置からの２次空気の供給をより容易にすることができる。
【００１０】
そこで、本発明においては、前記２次空気供給装置から前記排気通路に２次空気が供給されている期間の少なくとも一部において、前記内燃機関の圧縮比を、前記圧縮比制御手段によって内燃機関の運転状態または暖機状態に応じて設定される機関状態対応圧縮比より低い、２次空気対応圧縮比に制御することとした。
【００１１】
そうすれば、２次空気供給装置により前記排気通路に２次空気が供給されている期間の少なくとも一部において、前記内燃機関からの排気中の未燃燃料を増加させることができるとともに、２次空気供給装置からの２次空気の供給をより容易にすることができる。
【００１２】
ここで、機関状態対応圧縮比とは、圧縮比制御手段によって内燃機関の運転状態または暖機状態に応じて設定される圧縮比である。例えば内燃機関の冷間始動時など暖機が不十分な状態においては機関状態対応圧縮比は比較的高圧縮比に設定され燃焼効率を高めて内燃機関の暖機が促進される。また、暖機完了後は、機関状態対応圧縮比はノッキングが発生しない範囲で高圧縮比側に設定されることにより燃費の向上が図られる。
【００１３】
そして、本発明における２次空気対応圧縮比とは、上述のような機関状態対応圧縮比より低く設定される圧縮比であり、排気の後燃えによる浄化効率の向上と排気浄化装置の暖機の促進という観点から予め実験的に求められた圧縮比である。
【００１４】
この制御を行うことにより、より確実に排気の浄化を促進できるとともに、排気浄化装置の暖機を促進することができる。
【００１５】
また、本発明においては、前記内燃機関が搭載された車両の周囲の大気圧を検出または推定する大気圧取得手段をさらに備え、
該大気圧取得手段により検出または推定された大気圧が所定値以下の場合に、前記２次空気供給装置から前記排気通路に２次空気が供給されている期間の少なくとも一部において、前記可変圧縮比機構により前記内燃機関の圧縮比を、前記２次空気対応圧縮比に制御するようにしてもよい。
【００１６】
ここで、内燃機関が搭載される車両の周囲の大気圧が低下した場合、例えば車両が高地を走行する場合には、２次空気供給装置によって供給可能な２次空気の量が減少する。また、内燃機関からの排気の温度が低下する。従って内燃機関の周囲の大気圧が低下した状態では、２次空気の供給によって排気中の未燃燃料の燃焼を促進できる度合いが低下し、排気の浄化の促進が阻害されるとともに、排気浄化装置の暖機の効率が低下するおそれがある。すなわち、内燃機関が搭載される車両の周囲の大気圧が低下した状態においては、２次空気供給装置から２次空気を供給するとともに前記内燃機関の圧縮比を、前記２次空気対応圧縮比にする制御の必要性が高まる。
【００１７】
一方、内燃機関において圧縮比を低下させた場合には、内燃機関の気筒における燃焼効率の低下により、燃費が悪化するとともに、特に冷間始動時においては内燃機関自体の暖機の効率が低下するおそれがある。従って、内燃機関の圧縮比を２次空気対応圧縮比にする制御は限定的に実行することが望ましい。
【００１８】
上記のような事情を鑑み、本発明においては、内燃機関が搭載された車両の周囲の大気圧が所定値以下である場合にのみ、２次空気供給中の期間の少なくとも一部において圧縮比を２次空気対応圧縮比に制御することとした。そうすれば、そのままの状態だと排気の浄化の促進が阻害されるとともに、排気浄化装置の暖機の効率が低下するおそれがある場合に限定して圧縮比を２次空気対応圧縮比に制御することができ、排気の浄化を促進できる度合いの低下及び排気浄化装置の暖機の遅れを抑制することができる。同時に、それ以外の場合の内燃機関における圧縮比は圧縮比制御手段により機関状態対応圧縮比とされるので、燃費の向上及び冷間始動時における内燃機関自体の暖機も可及的に促進することができる。
【００１９】
また、本発明においては、前記内燃機関が搭載された車両の周囲の大気圧を検出または推定する大気圧取得手段をさらに備え、
該大気圧取得手段により検出または推定された大気圧が低いほど、前記２次空気対応圧縮比を低くするようにしてもよい。
【００２０】
そうすれば、大気圧が低くなることによる、排気浄化の促進に対する阻害の程度または排気浄化装置の暖機の遅れ度合いに応じて圧縮比を低下させることができ、排気中の未燃燃料の燃焼をより確実に促進することができる。そうすれば、大気圧の状態に拘らず、排気の浄化及び排気浄化装置の暖機を効率的に促進することができる。
【００２１】
また、本発明においては、前記大気圧取得手段により検出または推定された大気圧が低いほど、前記２次空気供給手段から供給される２次空気の量を増加させるようにしてもよい。
【００２２】
すなわち、大気圧が低下すると、そのことに起因して２次空気供給装置から排気通路に供給できる空気の量自体が減少するおそれがある。これに対応し、前記大気圧取得手段により検出または推定された大気圧が低いほど、前記２次空気供給手段により前記排気通路に供給される空気の量を増加させるようにすれば、大気圧の低下に起因して、２次空気供給装置から排気通路に供給できる２次空気の量自体が減少することを抑制することができる。その結果、２次空気の供給によって、排気の浄化及び排気浄化装置の暖機をより確実に促進することができる。
【００２３】
なおここで、前記大気圧取得手段により検出または推定された大気圧が低いほど、前記２次空気供給手段から供給される２次空気の量を増加させるとは、大気圧と２次空気量とを１対１に対応させて変化させる態様に限られない。例えば上述した、前記大気圧が所定値以下のときに、前記２次空気が供給されている期間の少なくとも一部において、前記前
記内燃機関の圧縮比を前記２次空気対応圧縮比に制御する場合においては、前記大気圧が前記所定値以下の場合に、前記大気圧が前記所定値より高い場合と比較して前記２次空気量を増加させるという、前記２次空気量を２段階に増加させる態様を含んでいる。
【００２４】
なお、上記した本発明の課題を解決する手段については、可能なかぎり組み合わせて用いることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明にあっては、２次空気供給装置を備えた可変圧縮比内燃機関において、２次空気を供給することにより、より確実に排気浄化を促進することができ、またはより確実に排気浄化装置の暖機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】
【００２６】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
【実施例１】
【００２７】
以下に説明する内燃機関１は、可変圧縮比内燃機関であり、シリンダ２を有するシリンダブロック３を、ピストンが連結されたクランクケース４に対してシリンダ２の中心軸方向に移動させることによって圧縮比を変更するものである。
【００２８】
先ず、図１を用いて、本実施例に係る可変圧縮比機構の構成について説明する。図1に
示されるように、シリンダブロック３の両側下部に複数の隆起部が形成されており、この各隆起部に軸受収納孔５が形成されている。軸受収納孔５は、円形をしており、シリンダ２の軸方向に対して直角に、かつ複数のシリンダ２の配列方向に平行になるようにそれぞれ形成されている。軸受収納孔５はすべて同一軸線上に位置している。そして、シリンダブロック３の両側の軸受収納孔５の一対の軸線は平行である。
【００２９】
クランクケース４には、上述した軸受収納孔５が形成された複数の隆起部の間に位置するように、立壁部が形成されている。各立壁部のクランクケース４外側に向けられた表面には、半円形の凹部が形成されている。また、各立壁部には、ボルト６によって取り付けられるキャップ７が用意されており、キャップ７も半円形の凹部を有している。また、各立壁部にキャップ７を取り付けると、円形のカム収納孔８が形成される。カム収納孔８の形状は、上述した軸受収納孔５と同一である。
【００３０】
複数のカム収納孔８は、軸受収納孔５と同様に、シリンダブロック３をクランクケース４に取り付けたときにシリンダ２の軸方向に対して直角に、且つ、複数のシリンダ２の配列方向に平行になるようにそれぞれ形成されている。これらの複数のカム収納孔８も、シリンダブロック３の両側に形成されることとなり、片側の複数のカム収納孔８はすべて同一軸線上に位置している。そして、シリンダブロック３の両側のカム収納孔８の一対の軸線は平行である。また、両側の軸受収納孔５の間の距離と、両側のカム収納孔８との間の距離は同一である。
【００３１】
交互に配置される二列の軸受収納孔５とカム収納孔８には、それぞれカム軸９が挿通される。カム軸９は、図１に示されるように、軸部９ａと、軸部９ａの中心軸に対して偏心された状態で軸部９ａに固定された正円形のカムプロフィールを有するカム部９ｂと、カム部９ｂと同一外形を有し軸部９ａに対して回転可能に取り付けられた可動軸受部９ｃとが交互に配置されている。一対のカム軸９は鏡像の関係を有している。また、カム軸９の端部には、後述するギア１０の取り付け部９ｄが形成されている。軸部９ａの中心軸と取り付け部９ｄの中心とは偏心しており、カム部９ｂの中心と取り付け部９ｄの中心とは一
致している。
【００３２】
可動軸受部９ｃも、軸部９ａに対して偏心されておりその偏心量はカム部９ｂと同一である。また、各カム軸９において、複数のカム部９ｂの偏心方向は同一である。また、可動軸受部９ｃの外形は、カム部９ｂと同一直径の正円であるので、可動軸受部９ｃを回転させることで、複数のカム部９ｂの外表面と複数の可動軸受部９ｃの外側面とを一致させることができる。
【００３３】
各カム軸９の一端にはギア１０が取り付けられている。一対のカム軸９の端部に固定された一対のギア１０には、それぞれウォームギア１１ａ、１１ｂがかみ合っている。ウォームギア１１ａ、１１ｂは単一のモータ１２の一本の出力軸にとりつけられている。ウォームギア１１ａ、１１ｂは、互いに逆方向に回転する螺旋溝を有している。このため、モータ１２を回転させると、一対のカム軸９は、ギア１０を介して互いに逆方向に回転する。モータ１２は、シリンダブロック３に固定されており、シリンダブロック３と一体的に移動する。
【００３４】
次に、上述した構成の内燃機関１において圧縮比を制御する方法について詳しく説明する。図２（ａ）から図２(ｃ)にシリンダブロック３と、クランクケース４と、これら両者の間に構築されたカム軸９との関係を示した断面図を示す。図２(ａ)から図２(ｃ)において、軸部９ａの中心軸をａ、カム部９ｂの中心をｂ、可動軸受部９ｃの中心をｃとして示す。図２（ａ）は、軸部９ａの延長線上から見て全てのカム部９ｂ及び可動軸受部９ｃの外周が一致した状態である。このとき、ここでは一対の軸部９ａは、軸受収納孔５及びカム収納孔８の中で外側に位置している。
【００３５】
図２(ａ)の状態から、モータ１２を駆動して軸部９ａを矢印方向に回転させると、図２(ｂ)の状態となる。このとき、軸部９ａに対して、カム部９ｂと可動軸受部９ｃの偏心方向にずれが生じるので、クランクケース４に対してシリンダブロック３を上死点側にスライドさせることができる。そして、そのスライド量は図２(ｃ)のような状態となるまでカム軸９を回転させたときが最大となり、カム部９ｂや可動軸受部９ｃの偏心量の２倍となる。カム部９ｂ及び可動軸受部９ｃは、それぞれカム収納孔８及び軸受収納孔５の内部で回転し、それぞれカム収納孔８及び軸受収納孔５の内部で軸部９ａの位置が移動するのを許容している。
【００３６】
上述したような機構を用いることによって、シリンダブロック３をクランクケース４に対して、シリンダ２の軸線方向に相対移動させることが可能となり、圧縮比を可変制御することができる。なお、上述の機構は本実施例における可変圧縮比機構を構成する。
【００３７】
次に、図３を用いて本実施例における内燃機関の吸排気系の詳細について説明する。図３において、内燃機関１の吸気系には吸気枝管１８及び吸気管１９が取り付けられており、内燃機関１の排気系には排気枝管２８及び排気管２９が取り付けられている。吸気管１９には、スロットル２０及び、空気量（１次空気量）を測定するためのエアフローメータ２１が配置されている。一方、排気管２９の下流には、３元触媒からなる排気浄化触媒３０が配置されている。また、内燃機関１には、その回転数Ｎｅを検出するクランクポジションセンサ３１と、冷却水温を検出する冷却水温センサ３２が取り付けられ、その出力は、エアフローメータ２１の出力とともにＥＣＵ３５に入力されている。さらに、内燃機関１が搭載された車両の周囲の大気圧を検出する圧力センサ３３が車両に備えられており、その出力もＥＣＵ３５に入力されている。
【００３８】
２次空気供給装置４０は、２次空気フィルタ４１を介して外界に開放された２次空気供給通路４２を備えており、この２次空気供給通路４２上に２次空気フィルタ４１側から電
気モータ駆動式のエアポンプ（ＡＰ）４３、エアスイッチングバルブ（ＡＳＶ）４４、逆止弁であるリードバルブ（ＲＶ）４５が配置される。このＡＳＶ４４には、吸気枝管１８から延びる配管４６が接続されており、この配管４６上にはバキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）４７が配置されている。
【００３９】
この２次空気供給装置４０は、所定の条件、例えば、排気浄化触媒３０が充分に昇温しておらずその機能が充分に発揮されにくい状態において、２次空気供給制御を実行する。具体的には、ＶＳＶ４７を制御して、配管４６と吸気枝管１８とを連通させることにより、吸気枝管１８内の負圧をＡＳＶ４４に導いて、ＡＳＶ４４を開制御するとともに、ＡＰ４３を駆動させる。これにより、２次空気フィルタ４１を通過した空気の一部が２次空気供給通路４２及び２次空気供給管１４を介して排気枝管２８内へと導かれる。この結果、排気中の酸素濃度が上昇し、排気中のＨＣ、ＣＯの排気管２９における２次燃焼が促されて排気の浄化が図られるとともに、排気温度が上昇することにより排気浄化触媒３０の３元触媒の昇温が促進される。
【００４０】
ここで、内燃機関１の気筒における燃焼効率を低下させ、排気中の未燃のＨＣ、ＣＯの濃度を上昇させることにより、排気枝管２８、排気管２９における２次燃焼をより活発化できることが分かっている。そうすれば、排気の浄化をさらに促進できるとともに、排気浄化触媒３０に導入される排気をさらに昇温させることにより排気浄化触媒３０をさらに早期に暖機させることができる。
【００４１】
そこで、本実施例においては、２次空気供給装置４０から排気枝管２８及び排気管２９に２次空気を供給している期間中は、内燃機関１の圧縮比を低下させることとした。そうすれば、２次空気を供給している期間中に、内燃機関１から排出される未燃のＨＣ，ＣＯの量を増加させることができ、それらの２次燃焼による排気の温度上昇を促進することができる。
【００４２】
また、内燃機関の１の圧縮比を低下させることにより、内燃機関１からの排気による、排気枝管２８及び排気管２９における背圧が低下するため、２次空気供給通路１４から排気枝管２８及び排気管２９への２次空気の供給がより容易になるという効果もある。
【００４３】
図４には排気の温度と排気浄化触媒３０における排気浄化率との関係を示すグラフを示す。破線で示す曲線は圧縮比が高い場合、実線で示す曲線は圧縮比が低い場合について示している。ここで、排気浄化触媒３０においては、圧縮比の高低に拘らず、排気温度が比較的低い範囲では、排気温度の上昇に伴って排気浄化率が上昇することが分かる。
【００４４】
そして、図４において、圧縮比が高い状態から低い状態へと変化した場合について考えると、まず前述の、排気枝管２８及び排気管２９における背圧の低下により、２次空気の供給がより容易になるという効果は、図中Ａ点からＢ点への変化によって図示される。そして、排気浄化触媒３０に導入される排気をさらに昇温できることによる効果は図中Ｂ点からＣ点への変化によって図示される。このように、内燃機関１の圧縮比を低下させれば、図４に示すような２つの効果の相乗効果により、排気浄化率を大幅に向上させることができる。
【００４５】
図５には、本実施例における始動時排気昇温ルーチンを示す。本ルーチンはＥＣＵ３５によって所定期間毎に実行されるルーチンである。
【００４６】
本ルーチンが実行されると、まずＳ１０１において内燃機関１が始動したかどうかが判定される。具体的にはクランクポジションセンサ３１の出力をＥＣＵ３５に取り込み、内燃機関１のクランク軸が回転していることを検出することによって判定してもよい。
【００４７】
ここで内燃機関１が始動していないと判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。一方、内燃機関１が始動していると判定された場合には、Ｓ１０２に進む。
【００４８】
Ｓ１０２においては、２次空気を排気通路に供給する２次空気供給条件が成立しているかどうかが判定される。具体的には触媒温度を検出し、その検出値が予め実験的に求められた２次空気供給範囲に属しているかどうかによって判定する。なお、この温度については、エアフローメータ２１の出力から得られる吸入空気量の始動時からの積算値によって推定するようにしてもよい。
【００４９】
ここで、２次空気供給条件については、上記の他、冷却水温または始動後の経過時間を検出し、その検出値が予め実験的に求められた範囲に属しているかどうかによって判定してもよい。また、それらの検出値の組合せによって判定してもよい。なお、冷却水温については、冷却水温センサ３２の出力をＥＣＵ３５に取り込むことによって検出する。
【００５０】
ここで２次空気供給条件が成立していると判定された場合にはＳ１０３に進む。一方２次空気供給条件が成立していないと判定された場合にはＳ１０５に進む。
【００５１】
Ｓ１０３においては２次空気の供給が開始され、あるいは２次空気の供給状態を継続する。具体的にはＶＳＶ４７を制御して、配管４６と吸気枝管１８とを連通させることにより、吸気枝管１８内の負圧をＡＳＶ４４に導いて、ＡＳＶ４４を開制御するとともに、ＡＰ４３を駆動させる。
【００５２】
Ｓ１０５においては２次空気の供給を停止し、あるいは２次空気の供給停止状態を継続する。具体的にはＶＳＶ４７を制御して、配管４６と吸気枝管１８とを遮断させることにより、ＡＳＶ４４を閉制御するとともに、ＡＰ４３を停止させる。
【００５３】
Ｓ１０４においては、内燃機関１の圧縮比を２次空気対応圧縮比に変更する。ここで、通常の圧縮比制御においては、内燃機関１の始動後の所定期間においては、内燃機関１自体の暖機を促進すべく、比較的高圧縮比の始動時圧縮比となるように制御される。この始動時圧縮比とは、内燃機関１においてノッキングが発生しない範囲で、可及的に内燃機関１の暖機を促進できる圧縮比として実験的に求められた圧縮比の値である。なお、この始動時圧縮比は本実施例における機関状態対応圧縮比に相当する。
【００５４】
そして、上記の２次空気対応圧縮比とは、始動時圧縮比より低圧縮比側の圧縮比であり、内燃機関１における始動時の燃費が極端に悪くならない範囲で、可及的に排気中の未燃のＨＣ、ＣＯの２次燃焼を促進させ、排気浄化を促進させるとともに排気温度を上昇させることができる圧縮比として実験的に求められた値である。
【００５５】
Ｓ１０６においては、内燃機関１の圧縮比を始動時圧縮比に設定する。Ｓ１０４またはＳ１０６の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。なお、ここでＳ１０６の処理を実行するＥＣＵ３５は、本実施例において圧縮比制御手段に相当する。
【００５６】
以上、説明したとおり、本実施例においては、２次空気供給装置４０から２次空気の供給を行っている期間中には、内燃機関１の圧縮比を２次空気対応圧縮比に設定して排気中の未燃のＨＣ、ＣＯを増加させるとともに、排気の背圧を低下させることとした。これにより、２次空気による排気中の未燃のＨＣ、ＣＯの２次燃焼がより活発化され、排気浄化が促進されるとともに排気浄化触媒３０の暖機がより確実に促進される。
【００５７】
なお、本実施例においては、２次空気供給装置４０から２次空気の供給を行っている期
間中の略全期間に亘り、内燃機関１の圧縮比を２次空気対応圧縮比に設定しているが、２次空気供給装置４０から２次空気の供給を行っている期間の一部において、内燃機関１の圧縮比を２次空気対応圧縮比に設定するようにしてもよい。この場合でも、２次空気による排気中の未燃のＨＣ、ＣＯの２次燃焼が活発化され、排気浄化が促進されるとともに排気浄化触媒３０の暖機が促進されるという効果を得ることができる。
【実施例２】
【００５８】
次に本発明の実施例２について説明する。本実施例においては、内燃機関１が搭載された車両の周囲の大気圧が所定圧より低いときに限って、２次空気の供給時に合わせて圧縮比を変更させる制御について説明する。なお、本実施例における内燃機関１及び吸排気系については実施例１で説明したものと同等であり、説明は省略する。
【００５９】
図６には、本実施例における始動時排気昇温ルーチン２についてのフローチャートを示す。本ルーチンと実施例１において説明した始動時排気昇温ルーチンとの相違点は、Ｓ２０１の処理が加えられたことである。他の処理については始動時排気昇温ルーチンと同等であるので説明を省略する。
【００６０】
Ｓ２０１においては、車両の周囲の大気圧が所定値以下かどうかが判定される。ここで所定値とは、車両の周囲の大気圧がこれ以下の場合には、２次空気供給装置４０から２次空気として供給される空気自体の量が減少し、さらに排気の温度（エネルギー）が低下することにより、２次空気供給による効果が低下してしまうと考えられる閾値としての大気圧である。この所定値については予め実験的に求められる。
【００６１】
Ｓ２０１において車両の周囲の大気圧が所定値より高いと判定された場合には２次空気供給の効果が充分にあり、必ずしも内燃機関１の圧縮比を低下させる必要はないと判断できるので、Ｓ１０６に進む。一方、Ｓ２０１において車両の周囲の大気圧が所定値以下であると判定された場合には、そのままでは２次空気供給の効果を充分に発揮させることが困難であると判断できるので、Ｓ１０４に進み、圧縮比を２次空気対応圧縮比に変更する。
【００６２】
以上、説明したとおり、本実施例においては、車両の大気圧が所定値より低く、そのまま圧縮比を始動時圧縮比に設定したのでは、２次空気供給の効果が充分に得られないと判断された場合にのみ、内燃機関１の圧縮比を２次空気対応圧縮比に設定することとしている。
【００６３】
従って、圧縮比を無駄に低下させることを抑制することができ、排気の浄化及び排気浄化触媒３０の暖機を促進できるとともに、圧縮比の低下による燃費の悪化を抑制することができる。
【実施例３】
【００６４】
次に本発明の実施例３について説明する。本実施例においては、内燃機関１の車両の周囲の大気圧に対して最良の圧縮比を逐一導出し、２次空気対応圧縮比とする制御について説明する。なお、本実施例における内燃機関１及び吸排気系についても実施例１で説明したものと同等であり、説明は省略する。
【００６５】
図７には、本実施例における始動時排気昇温ルーチン３のついてのフローチャートを示す。本ルーチンと実施例１において説明した始動時排気昇温ルーチンとの相違点は、Ｓ３０１及びＳ３０２の処理が加えられた点である。すなわち、Ｓ３０１の処理においては車両の周囲の大気圧が読み込まれる。具体的には圧力センサ３３の出力をＥＣＵ３５に読み込むようにしてもよいし、図示しないアクセルポジションセンサの出力とエアフローメー
タ２１の出力との関係から大気圧を推定するようにしてもよい。なお、圧力センサ３３は本実施例における大気圧取得手段に相当する。Ｓ３０１の処理が終了するとＳ３０２に進む。
【００６６】
Ｓ３０２においては、Ｓ３０１で読み込まれた大気圧の値に応じた２次空気対応圧縮比の値を、２次空気対応圧縮比マップから読み出すことによって導出する。ここで２次空気対応圧縮比マップとは、大気圧の値と、その大気圧の状態において最も効率よく排気中のＨＣ、ＯＣを２次燃焼させることができる圧縮比との関係が格納されたマップであり、予め実験的に求められる。
【００６７】
具体的には、大気圧の値が低いほど２次空気対応圧縮比の値が低くなるような関係に定められている。これは、内燃機関１が搭載される車両の周囲の大気圧が低くなることによって、２次空気供給装置４０により供給可能な２次空気の量が減少し、内燃機関１からの排気の温度も低下することに対応したものである。すなわち、２次空気対応圧縮比の値をより低くして、未燃のＨＣ、ＣＯの量をより増加させるとともに排気の背圧を低下させ、２次空気供給装置４０から２次空気をより容易に供給可能にする。
【００６８】
なお、２次空気対応圧縮比マップにおける大気圧と２次空気対応圧縮比との関係は１対１の関係になるように定めてもよいし、大気圧の値に応じて２次空気対応圧縮比の値を２以上の段階に分けるように、すなわち多対１の関係になるように定めてもよい。
【００６９】
そして、Ｓ１０２において２次空気供給条件が成立していると判定された場合には、Ｓ１０３において２次空気供給が開始され、Ｓ１０４においては、Ｓ３０２で導出された２次空気対応圧縮比に内燃機関１の圧縮比が変更される。
【００７０】
そうすれば、大気圧に応じて２次空気供給による効果が最大限得られる圧縮比に内燃機関１の圧縮比を変更することができ、どのような環境においても、排気の浄化及び排気浄化触媒３０の暖機をより効率的に促進させることができる。
【００７１】
なお、本実施例における始動時排気昇温ルーチン３においては、Ｓ３０１において読み込んだ大気圧の値に応じた最適な２次空気対応圧縮比の値を導出したが、これに合わせて、Ｓ１０３において大気圧の値に応じた量の２次空気を供給するようにしてもよい。具体的には大気圧が低いほど供給する２次空気の量を増加させる。この２次空気の量は、大気圧と、必要な２次空気の量との関係を予め計算または実験により求めてマップ化しておき、該マップから読み出して導出するようにしてもよい。
【００７２】
そうすれば、大気圧の値に拘らず、排気中のＨＣ、ＣＯと反応する酸素量を充分に確保することができ、より確実に排気の浄化及び排気浄化触媒の暖気を促進することができる。
【００７３】
なお、上記の大気圧と２次空気の量との関係は１対１の関係になるように定めてもよいし、大気圧の値に応じて２次空気の量を２以上の段階に分けるように、すなわち多対１の関係になるように定めてもよい。
【００７４】
また、上記の実施例においては、カム軸を回転させることによって、シリンダブロックをクランクケースに対して相対移動させる構成を例にとって説明した。しかし本発明を適用する構成は上記に限られるものではない。例えば、コンロッドを２分割し、クランクシャフトに連結された方のコンロッドに所定の揺動中心を中心に揺動可能な揺動部材を連結し、前記揺動中心がカム軸を回転させることによって移動することで燃焼室の容積及びピストンのストロークを変更する構成に対して本発明を適用してもよい。
【００７５】
また、上記の実施例においては、排気浄化触媒３０として三元触媒を使用した例について説明したが、他の種類の触媒、例えば吸蔵還元型ＮＯx触媒などを使用してもよいし、
排気中の微粒子物質を捕集するフィルタを含むようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関の概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の実施例に係る内燃機関におけるシリンダブロックがクランクケースに対して相対移動する経過を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例に係る内燃機関の吸排気系の詳細を説明するための図である。
【図４】本発明の内燃機関において圧縮比が低下することにより、排気の浄化率が上昇することについて説明するための図である。
【図５】本発明の実施例１に係る始動時排気昇温ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施例２に係る始動時排気昇温ルーチン２を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施例３に係る始動時排気昇温ルーチン３を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７７】
１・・・内燃機関
２・・・シリンダ
３・・・シリンダブロック
４・・・クランクケース
９・・・カム軸
１０・・・ギア
１１ａ、１１ｂ・・・ウォームギア
１２・・・モータ
１４・・・２次空気供給管
１８・・・吸気枝管
１９・・・吸気管
２０・・・スロットル
２１・・・エアフローメータ
２８・・・排気枝管
２９・・・排気管
３０・・・排気浄化触媒
３１・・・クランクポジションセンサ
３２・・・冷却水温センサ
３３・・・圧力センサ
３５・・・ＥＣＵ
４０・・・２次空気供給装置
４１・・・２次空気フィルタ
４２・・・２次空気供給通路
４３・・・エアポンプ（ＡＰ）
４４・・・エアスイッチングバルブ（ＡＳＶ）
４５・・・リードバルブ（ＲＶ）
４６・・・配管
４７・・・バキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前記内燃機関の排気通路に２次空気を供給して排気の浄化と排気浄化装置の暖機とを促進する機能を有するとともに、前記内燃機関の圧縮比を変更する機能を有する可変圧縮比内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の燃費性能や出力性能などを向上させることを目的とした、内燃機関の圧縮比を可変にする技術が提案されている。この種の技術としては、シリンダブロックとクランクケースとを相対移動可能に連結するとともにその連結部分にカム軸を設け、前記カム軸を回動させてシリンダブロックとクランクケースとを、気筒の軸線方向に相対移動させることで燃焼室の容積を変更し、以て内燃機関の圧縮比を変更する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
また、コンロッドを２分割し、クランクシャフトに連結された方のコンロッドに所定の揺動中心を中心に揺動可能な揺動部材を連結し、前記揺動中心がカム軸を回転させることによって移動することで燃焼室の容積及びピストンのストロークを変更し、以って内燃機関の圧縮比を変更する技術も提案されている（例えば、特許文献２を参照。）。
【０００４】
一方、内燃機関の排気系に排気浄化触媒を配置し、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ成分の浄化を図る装置が知られている。さらに、排気通路に接続された開閉弁を有する２次空気供給通路にエアポンプから空気を圧送することで、排気通路内に２次空気を供給して酸素濃度を高くする技術が知られている。この技術によれば、排気ガス中のＨＣ、ＣＯを酸化させることにより排気の浄化を促進できるとともに、排気浄化触媒の暖機を促進することができる（例えば、特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開２００３−２０６７７１号公報
【特許文献２】特開２００１−３１７３８３号公報
【特許文献３】特開２００５−００９４１２号公報
【特許文献４】特開２００３−３２８７９４号公報
【特許文献５】特開２００４−３０８４３１号公報
【特許文献６】特開２００２−２８５８９８号公報
【特許文献７】特開２００４−２７８４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来技術による効果をより顕著にするためのものであり、その目的とするところは、２次空気供給装置を備えた可変圧縮比内燃機関において、２次空気を供給することにより、より確実に排気浄化を促進しまたは排気浄化装置の暖機を促進できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明は、２次空気供給装置によって内燃機関の排気通路に２次空気を供給する際には、圧縮比を低下させることを最大の特徴とする。
【０００７】
より詳しくは、内燃機関の燃焼室の容積および／またはピストンのストロークを変更することによって前記内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、
前記内燃機関からの排気が通過する排気通路に設けられ、前記排気を浄化する排気浄化装置と、
前記排気通路における前記排気浄化装置の上流に２次空気を供給する２次空気供給装置と、
前記内燃機関の運転状態または暖機状態に応じて、前記可変圧縮比機構により前記内燃機関の圧縮比を所定の機関状態対応圧縮比に制御する圧縮比制御手段と、
を備える可変圧縮比内燃機関であって、
前記２次空気供給装置から前記排気通路に２次空気が供給されている期間の少なくとも一部において、前記可変圧縮比機構により前記内燃機関の圧縮比を、前記機関状態対応圧縮比より低い２次空気対応圧縮比に制御することを特徴とする。
【０００８】
ここで、２次空気供給装置によって前記内燃機関の排気通路に２次空気を供給する場合、供給された２次空気中の酸素によって、排気中に存在する未燃燃料の燃焼が促進される。これにより、排気の浄化が促進されるとともに、排気の温度を上昇させて排気浄化装置の暖機が促進される。
【０００９】
一方、前記内燃機関の排気通路に２次空気を供給する際に、前記内燃機関における圧縮比を低圧縮比にすると、前記内燃機関の燃焼室における燃焼効率が低下し、それに応じて排気中の未燃燃料の量が増加する。そうすると、２次空気を供給することによる未燃燃料の燃焼の発熱量を増加させることができる。また、前記内燃機関からの排気による排気通路の背圧を低減させることができ、２次空気供給装置からの２次空気の供給をより容易にすることができる。
【００１０】
そこで、本発明においては、前記２次空気供給装置から前記排気通路に２次空気が供給されている期間の少なくとも一部において、前記内燃機関の圧縮比を、前記圧縮比制御手段によって内燃機関の運転状態または暖機状態に応じて設定される機関状態対応圧縮比より低い、２次空気対応圧縮比に制御することとした。
【００１１】
そうすれば、２次空気供給装置により前記排気通路に２次空気が供給されている期間の少なくとも一部において、前記内燃機関からの排気中の未燃燃料を増加させることができるとともに、２次空気供給装置からの２次空気の供給をより容易にすることができる。
【００１２】
ここで、機関状態対応圧縮比とは、圧縮比制御手段によって内燃機関の運転状態または暖機状態に応じて設定される圧縮比である。例えば内燃機関の冷間始動時など暖機が不十分な状態においては機関状態対応圧縮比は比較的高圧縮比に設定され燃焼効率を高めて内燃機関の暖機が促進される。また、暖機完了後は、機関状態対応圧縮比はノッキングが発生しない範囲で高圧縮比側に設定されることにより燃費の向上が図られる。
【００１３】
そして、本発明における２次空気対応圧縮比とは、上述のような機関状態対応圧縮比より低く設定される圧縮比であり、排気の後燃えによる浄化効率の向上と排気浄化装置の暖機の促進という観点から予め実験的に求められた圧縮比である。
【００１４】
この制御を行うことにより、より確実に排気の浄化を促進できるとともに、排気浄化装置の暖機を促進することができる。
【００１５】
また、本発明においては、前記内燃機関が搭載された車両の周囲の大気圧を検出または推定する大気圧取得手段をさらに備え、
該大気圧取得手段により検出または推定された大気圧が所定値以下の場合に、前記２次空気供給装置から前記排気通路に２次空気が供給されている期間の少なくとも一部において、前記可変圧縮比機構により前記内燃機関の圧縮比を、前記２次空気対応圧縮比に制御するようにしてもよい。
【００１６】
ここで、内燃機関が搭載される車両の周囲の大気圧が低下した場合、例えば車両が高地を走行する場合には、２次空気供給装置によって供給可能な２次空気の量が減少する。また、内燃機関からの排気の温度が低下する。従って内燃機関の周囲の大気圧が低下した状態では、２次空気の供給によって排気中の未燃燃料の燃焼を促進できる度合いが低下し、排気の浄化の促進が阻害されるとともに、排気浄化装置の暖機の効率が低下するおそれがある。すなわち、内燃機関が搭載される車両の周囲の大気圧が低下した状態においては、２次空気供給装置から２次空気を供給するとともに前記内燃機関の圧縮比を、前記２次空気対応圧縮比にする制御の必要性が高まる。
【００１７】
一方、内燃機関において圧縮比を低下させた場合には、内燃機関の気筒における燃焼効率の低下により、燃費が悪化するとともに、特に冷間始動時においては内燃機関自体の暖機の効率が低下するおそれがある。従って、内燃機関の圧縮比を２次空気対応圧縮比にする制御は限定的に実行することが望ましい。
【００１８】
上記のような事情を鑑み、本発明においては、内燃機関が搭載された車両の周囲の大気圧が所定値以下である場合にのみ、２次空気供給中の期間の少なくとも一部において圧縮比を２次空気対応圧縮比に制御することとした。そうすれば、そのままの状態だと排気の浄化の促進が阻害されるとともに、排気浄化装置の暖機の効率が低下するおそれがある場合に限定して圧縮比を２次空気対応圧縮比に制御することができ、排気の浄化を促進できる度合いの低下及び排気浄化装置の暖機の遅れを抑制することができる。同時に、それ以外の場合の内燃機関における圧縮比は圧縮比制御手段により機関状態対応圧縮比とされるので、燃費の向上及び冷間始動時における内燃機関自体の暖機も可及的に促進することができる。
【００１９】
また、本発明においては、前記内燃機関が搭載された車両の周囲の大気圧を検出または推定する大気圧取得手段をさらに備え、
該大気圧取得手段により検出または推定された大気圧が低いほど、前記２次空気対応圧縮比を低くするようにしてもよい。
【００２０】
そうすれば、大気圧が低くなることによる、排気浄化の促進に対する阻害の程度または排気浄化装置の暖機の遅れ度合いに応じて圧縮比を低下させることができ、排気中の未燃燃料の燃焼をより確実に促進することができる。そうすれば、大気圧の状態に拘らず、排気の浄化及び排気浄化装置の暖機を効率的に促進することができる。
【００２１】
また、本発明においては、前記大気圧取得手段により検出または推定された大気圧が低いほど、前記２次空気供給手段から供給される２次空気の量を増加させるようにしてもよい。
【００２２】
すなわち、大気圧が低下すると、そのことに起因して２次空気供給装置から排気通路に供給できる空気の量自体が減少するおそれがある。これに対応し、前記大気圧取得手段により検出または推定された大気圧が低いほど、前記２次空気供給手段により前記排気通路に供給される空気の量を増加させるようにすれば、大気圧の低下に起因して、２次空気供給装置から排気通路に供給できる２次空気の量自体が減少することを抑制することができる。その結果、２次空気の供給によって、排気の浄化及び排気浄化装置の暖機をより確実に促進することができる。
【００２３】
なおここで、前記大気圧取得手段により検出または推定された大気圧が低いほど、前記２次空気供給手段から供給される２次空気の量を増加させるとは、大気圧と２次空気量とを１対１に対応させて変化させる態様に限られない。例えば上述した、前記大気圧が所定値以下のときに、前記２次空気が供給されている期間の少なくとも一部において、前記前
記内燃機関の圧縮比を前記２次空気対応圧縮比に制御する場合においては、前記大気圧が前記所定値以下の場合に、前記大気圧が前記所定値より高い場合と比較して前記２次空気量を増加させるという、前記２次空気量を２段階に増加させる態様を含んでいる。
【００２４】
なお、上記した本発明の課題を解決する手段については、可能なかぎり組み合わせて用いることができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明にあっては、２次空気供給装置を備えた可変圧縮比内燃機関において、２次空気を供給することにより、より確実に排気浄化を促進することができ、またはより確実に排気浄化装置の暖機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】
【００２６】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明する。
【実施例１】
【００２７】
以下に説明する内燃機関１は、可変圧縮比内燃機関であり、シリンダ２を有するシリンダブロック３を、ピストンが連結されたクランクケース４に対してシリンダ２の中心軸方向に移動させることによって圧縮比を変更するものである。
【００２８】
先ず、図１を用いて、本実施例に係る可変圧縮比機構の構成について説明する。図1に
示されるように、シリンダブロック３の両側下部に複数の隆起部が形成されており、この各隆起部に軸受収納孔５が形成されている。軸受収納孔５は、円形をしており、シリンダ２の軸方向に対して直角に、かつ複数のシリンダ２の配列方向に平行になるようにそれぞれ形成されている。軸受収納孔５はすべて同一軸線上に位置している。そして、シリンダブロック３の両側の軸受収納孔５の一対の軸線は平行である。
【００２９】
クランクケース４には、上述した軸受収納孔５が形成された複数の隆起部の間に位置するように、立壁部が形成されている。各立壁部のクランクケース４外側に向けられた表面には、半円形の凹部が形成されている。また、各立壁部には、ボルト６によって取り付けられるキャップ７が用意されており、キャップ７も半円形の凹部を有している。また、各立壁部にキャップ７を取り付けると、円形のカム収納孔８が形成される。カム収納孔８の形状は、上述した軸受収納孔５と同一である。
【００３０】
複数のカム収納孔８は、軸受収納孔５と同様に、シリンダブロック３をクランクケース４に取り付けたときにシリンダ２の軸方向に対して直角に、且つ、複数のシリンダ２の配列方向に平行になるようにそれぞれ形成されている。これらの複数のカム収納孔８も、シリンダブロック３の両側に形成されることとなり、片側の複数のカム収納孔８はすべて同一軸線上に位置している。そして、シリンダブロック３の両側のカム収納孔８の一対の軸線は平行である。また、両側の軸受収納孔５の間の距離と、両側のカム収納孔８との間の距離は同一である。
【００３１】
交互に配置される二列の軸受収納孔５とカム収納孔８には、それぞれカム軸９が挿通される。カム軸９は、図１に示されるように、軸部９ａと、軸部９ａの中心軸に対して偏心された状態で軸部９ａに固定された正円形のカムプロフィールを有するカム部９ｂと、カム部９ｂと同一外形を有し軸部９ａに対して回転可能に取り付けられた可動軸受部９ｃとが交互に配置されている。一対のカム軸９は鏡像の関係を有している。また、カム軸９の端部には、後述するギア１０の取り付け部９ｄが形成されている。軸部９ａの中心軸と取り付け部９ｄの中心とは偏心しており、カム部９ｂの中心と取り付け部９ｄの中心とは一
致している。
【００３２】
可動軸受部９ｃも、軸部９ａに対して偏心されておりその偏心量はカム部９ｂと同一である。また、各カム軸９において、複数のカム部９ｂの偏心方向は同一である。また、可動軸受部９ｃの外形は、カム部９ｂと同一直径の正円であるので、可動軸受部９ｃを回転させることで、複数のカム部９ｂの外表面と複数の可動軸受部９ｃの外側面とを一致させることができる。
【００３３】
各カム軸９の一端にはギア１０が取り付けられている。一対のカム軸９の端部に固定された一対のギア１０には、それぞれウォームギア１１ａ、１１ｂがかみ合っている。ウォームギア１１ａ、１１ｂは単一のモータ１２の一本の出力軸にとりつけられている。ウォームギア１１ａ、１１ｂは、互いに逆方向に回転する螺旋溝を有している。このため、モータ１２を回転させると、一対のカム軸９は、ギア１０を介して互いに逆方向に回転する。モータ１２は、シリンダブロック３に固定されており、シリンダブロック３と一体的に移動する。
【００３４】
次に、上述した構成の内燃機関１において圧縮比を制御する方法について詳しく説明する。図２（ａ）から図２(ｃ)にシリンダブロック３と、クランクケース４と、これら両者の間に構築されたカム軸９との関係を示した断面図を示す。図２(ａ)から図２(ｃ)において、軸部９ａの中心軸をａ、カム部９ｂの中心をｂ、可動軸受部９ｃの中心をｃとして示す。図２（ａ）は、軸部９ａの延長線上から見て全てのカム部９ｂ及び可動軸受部９ｃの外周が一致した状態である。このとき、ここでは一対の軸部９ａは、軸受収納孔５及びカム収納孔８の中で外側に位置している。
【００３５】
図２(ａ)の状態から、モータ１２を駆動して軸部９ａを矢印方向に回転させると、図２(ｂ)の状態となる。このとき、軸部９ａに対して、カム部９ｂと可動軸受部９ｃの偏心方向にずれが生じるので、クランクケース４に対してシリンダブロック３を上死点側にスライドさせることができる。そして、そのスライド量は図２(ｃ)のような状態となるまでカム軸９を回転させたときが最大となり、カム部９ｂや可動軸受部９ｃの偏心量の２倍となる。カム部９ｂ及び可動軸受部９ｃは、それぞれカム収納孔８及び軸受収納孔５の内部で回転し、それぞれカム収納孔８及び軸受収納孔５の内部で軸部９ａの位置が移動するのを許容している。
【００３６】
上述したような機構を用いることによって、シリンダブロック３をクランクケース４に対して、シリンダ２の軸線方向に相対移動させることが可能となり、圧縮比を可変制御することができる。なお、上述の機構は本実施例における可変圧縮比機構を構成する。
【００３７】
次に、図３を用いて本実施例における内燃機関の吸排気系の詳細について説明する。図３において、内燃機関１の吸気系には吸気枝管１８及び吸気管１９が取り付けられており、内燃機関１の排気系には排気枝管２８及び排気管２９が取り付けられている。吸気管１９には、スロットル２０及び、空気量（１次空気量）を測定するためのエアフローメータ２１が配置されている。一方、排気管２９の下流には、３元触媒からなる排気浄化触媒３０が配置されている。また、内燃機関１には、その回転数Ｎｅを検出するクランクポジションセンサ３１と、冷却水温を検出する冷却水温センサ３２が取り付けられ、その出力は、エアフローメータ２１の出力とともにＥＣＵ３５に入力されている。さらに、内燃機関１が搭載された車両の周囲の大気圧を検出する圧力センサ３３が車両に備えられており、その出力もＥＣＵ３５に入力されている。
【００３８】
２次空気供給装置４０は、２次空気フィルタ４１を介して外界に開放された２次空気供給通路４２を備えており、この２次空気供給通路４２上に２次空気フィルタ４１側から電
気モータ駆動式のエアポンプ（ＡＰ）４３、エアスイッチングバルブ（ＡＳＶ）４４、逆止弁であるリードバルブ（ＲＶ）４５が配置される。このＡＳＶ４４には、吸気枝管１８から延びる配管４６が接続されており、この配管４６上にはバキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）４７が配置されている。
【００３９】
この２次空気供給装置４０は、所定の条件、例えば、排気浄化触媒３０が充分に昇温しておらずその機能が充分に発揮されにくい状態において、２次空気供給制御を実行する。具体的には、ＶＳＶ４７を制御して、配管４６と吸気枝管１８とを連通させることにより、吸気枝管１８内の負圧をＡＳＶ４４に導いて、ＡＳＶ４４を開制御するとともに、ＡＰ４３を駆動させる。これにより、２次空気フィルタ４１を通過した空気の一部が２次空気供給通路４２及び２次空気供給管１４を介して排気枝管２８内へと導かれる。この結果、排気中の酸素濃度が上昇し、排気中のＨＣ、ＣＯの排気管２９における２次燃焼が促されて排気の浄化が図られるとともに、排気温度が上昇することにより排気浄化触媒３０の３元触媒の昇温が促進される。
【００４０】
ここで、内燃機関１の気筒における燃焼効率を低下させ、排気中の未燃のＨＣ、ＣＯの濃度を上昇させることにより、排気枝管２８、排気管２９における２次燃焼をより活発化できることが分かっている。そうすれば、排気の浄化をさらに促進できるとともに、排気浄化触媒３０に導入される排気をさらに昇温させることにより排気浄化触媒３０をさらに早期に暖機させることができる。
【００４１】
そこで、本実施例においては、２次空気供給装置４０から排気枝管２８及び排気管２９に２次空気を供給している期間中は、内燃機関１の圧縮比を低下させることとした。そうすれば、２次空気を供給している期間中に、内燃機関１から排出される未燃のＨＣ，ＣＯの量を増加させることができ、それらの２次燃焼による排気の温度上昇を促進することができる。
【００４２】
また、内燃機関の１の圧縮比を低下させることにより、内燃機関１からの排気による、排気枝管２８及び排気管２９における背圧が低下するため、２次空気供給通路１４から排気枝管２８及び排気管２９への２次空気の供給がより容易になるという効果もある。
【００４３】
図４には排気の温度と排気浄化触媒３０における排気浄化率との関係を示すグラフを示す。破線で示す曲線は圧縮比が高い場合、実線で示す曲線は圧縮比が低い場合について示している。ここで、排気浄化触媒３０においては、圧縮比の高低に拘らず、排気温度が比較的低い範囲では、排気温度の上昇に伴って排気浄化率が上昇することが分かる。
【００４４】
そして、図４において、圧縮比が高い状態から低い状態へと変化した場合について考えると、まず前述の、排気枝管２８及び排気管２９における背圧の低下により、２次空気の供給がより容易になるという効果は、図中Ａ点からＢ点への変化によって図示される。そして、排気浄化触媒３０に導入される排気をさらに昇温できることによる効果は図中Ｂ点からＣ点への変化によって図示される。このように、内燃機関１の圧縮比を低下させれば、図４に示すような２つの効果の相乗効果により、排気浄化率を大幅に向上させることができる。
【００４５】
図５には、本実施例における始動時排気昇温ルーチンを示す。本ルーチンはＥＣＵ３５によって所定期間毎に実行されるルーチンである。
【００４６】
本ルーチンが実行されると、まずＳ１０１において内燃機関１が始動したかどうかが判定される。具体的にはクランクポジションセンサ３１の出力をＥＣＵ３５に取り込み、内燃機関１のクランク軸が回転していることを検出することによって判定してもよい。
【００４７】
ここで内燃機関１が始動していないと判定された場合には、本ルーチンを一旦終了する。一方、内燃機関１が始動していると判定された場合には、Ｓ１０２に進む。
【００４８】
Ｓ１０２においては、２次空気を排気通路に供給する２次空気供給条件が成立しているかどうかが判定される。具体的には触媒温度を検出し、その検出値が予め実験的に求められた２次空気供給範囲に属しているかどうかによって判定する。なお、この温度については、エアフローメータ２１の出力から得られる吸入空気量の始動時からの積算値によって推定するようにしてもよい。
【００４９】
ここで、２次空気供給条件については、上記の他、冷却水温または始動後の経過時間を検出し、その検出値が予め実験的に求められた範囲に属しているかどうかによって判定してもよい。また、それらの検出値の組合せによって判定してもよい。なお、冷却水温については、冷却水温センサ３２の出力をＥＣＵ３５に取り込むことによって検出する。
【００５０】
ここで２次空気供給条件が成立していると判定された場合にはＳ１０３に進む。一方２次空気供給条件が成立していないと判定された場合にはＳ１０５に進む。
【００５１】
Ｓ１０３においては２次空気の供給が開始され、あるいは２次空気の供給状態を継続する。具体的にはＶＳＶ４７を制御して、配管４６と吸気枝管１８とを連通させることにより、吸気枝管１８内の負圧をＡＳＶ４４に導いて、ＡＳＶ４４を開制御するとともに、ＡＰ４３を駆動させる。
【００５２】
Ｓ１０５においては２次空気の供給を停止し、あるいは２次空気の供給停止状態を継続する。具体的にはＶＳＶ４７を制御して、配管４６と吸気枝管１８とを遮断させることにより、ＡＳＶ４４を閉制御するとともに、ＡＰ４３を停止させる。
【００５３】
Ｓ１０４においては、内燃機関１の圧縮比を２次空気対応圧縮比に変更する。ここで、通常の圧縮比制御においては、内燃機関１の始動後の所定期間においては、内燃機関１自体の暖機を促進すべく、比較的高圧縮比の始動時圧縮比となるように制御される。この始動時圧縮比とは、内燃機関１においてノッキングが発生しない範囲で、可及的に内燃機関１の暖機を促進できる圧縮比として実験的に求められた圧縮比の値である。なお、この始動時圧縮比は本実施例における機関状態対応圧縮比に相当する。
【００５４】
そして、上記の２次空気対応圧縮比とは、始動時圧縮比より低圧縮比側の圧縮比であり、内燃機関１における始動時の燃費が極端に悪くならない範囲で、可及的に排気中の未燃のＨＣ、ＣＯの２次燃焼を促進させ、排気浄化を促進させるとともに排気温度を上昇させることができる圧縮比として実験的に求められた値である。
【００５５】
Ｓ１０６においては、内燃機関１の圧縮比を始動時圧縮比に設定する。Ｓ１０４またはＳ１０６の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。なお、ここでＳ１０６の処理を実行するＥＣＵ３５は、本実施例において圧縮比制御手段に相当する。
【００５６】
以上、説明したとおり、本実施例においては、２次空気供給装置４０から２次空気の供給を行っている期間中には、内燃機関１の圧縮比を２次空気対応圧縮比に設定して排気中の未燃のＨＣ、ＣＯを増加させるとともに、排気の背圧を低下させることとした。これにより、２次空気による排気中の未燃のＨＣ、ＣＯの２次燃焼がより活発化され、排気浄化が促進されるとともに排気浄化触媒３０の暖機がより確実に促進される。
【００５７】
なお、本実施例においては、２次空気供給装置４０から２次空気の供給を行っている期
間中の略全期間に亘り、内燃機関１の圧縮比を２次空気対応圧縮比に設定しているが、２次空気供給装置４０から２次空気の供給を行っている期間の一部において、内燃機関１の圧縮比を２次空気対応圧縮比に設定するようにしてもよい。この場合でも、２次空気による排気中の未燃のＨＣ、ＣＯの２次燃焼が活発化され、排気浄化が促進されるとともに排気浄化触媒３０の暖機が促進されるという効果を得ることができる。
【実施例２】
【００５８】
次に本発明の実施例２について説明する。本実施例においては、内燃機関１が搭載された車両の周囲の大気圧が所定圧より低いときに限って、２次空気の供給時に合わせて圧縮比を変更させる制御について説明する。なお、本実施例における内燃機関１及び吸排気系については実施例１で説明したものと同等であり、説明は省略する。
【００５９】
図６には、本実施例における始動時排気昇温ルーチン２についてのフローチャートを示す。本ルーチンと実施例１において説明した始動時排気昇温ルーチンとの相違点は、Ｓ２０１の処理が加えられたことである。他の処理については始動時排気昇温ルーチンと同等であるので説明を省略する。
【００６０】
Ｓ２０１においては、車両の周囲の大気圧が所定値以下かどうかが判定される。ここで所定値とは、車両の周囲の大気圧がこれ以下の場合には、２次空気供給装置４０から２次空気として供給される空気自体の量が減少し、さらに排気の温度（エネルギー）が低下することにより、２次空気供給による効果が低下してしまうと考えられる閾値としての大気圧である。この所定値については予め実験的に求められる。
【００６１】
Ｓ２０１において車両の周囲の大気圧が所定値より高いと判定された場合には２次空気供給の効果が充分にあり、必ずしも内燃機関１の圧縮比を低下させる必要はないと判断できるので、Ｓ１０６に進む。一方、Ｓ２０１において車両の周囲の大気圧が所定値以下であると判定された場合には、そのままでは２次空気供給の効果を充分に発揮させることが困難であると判断できるので、Ｓ１０４に進み、圧縮比を２次空気対応圧縮比に変更する。
【００６２】
以上、説明したとおり、本実施例においては、車両の大気圧が所定値より低く、そのまま圧縮比を始動時圧縮比に設定したのでは、２次空気供給の効果が充分に得られないと判断された場合にのみ、内燃機関１の圧縮比を２次空気対応圧縮比に設定することとしている。
【００６３】
従って、圧縮比を無駄に低下させることを抑制することができ、排気の浄化及び排気浄化触媒３０の暖機を促進できるとともに、圧縮比の低下による燃費の悪化を抑制することができる。
【実施例３】
【００６４】
次に本発明の実施例３について説明する。本実施例においては、内燃機関１の車両の周囲の大気圧に対して最良の圧縮比を逐一導出し、２次空気対応圧縮比とする制御について説明する。なお、本実施例における内燃機関１及び吸排気系についても実施例１で説明したものと同等であり、説明は省略する。
【００６５】
図７には、本実施例における始動時排気昇温ルーチン３のついてのフローチャートを示す。本ルーチンと実施例１において説明した始動時排気昇温ルーチンとの相違点は、Ｓ３０１及びＳ３０２の処理が加えられた点である。すなわち、Ｓ３０１の処理においては車両の周囲の大気圧が読み込まれる。具体的には圧力センサ３３の出力をＥＣＵ３５に読み込むようにしてもよいし、図示しないアクセルポジションセンサの出力とエアフローメー
タ２１の出力との関係から大気圧を推定するようにしてもよい。なお、圧力センサ３３は本実施例における大気圧取得手段に相当する。Ｓ３０１の処理が終了するとＳ３０２に進む。
【００６６】
Ｓ３０２においては、Ｓ３０１で読み込まれた大気圧の値に応じた２次空気対応圧縮比の値を、２次空気対応圧縮比マップから読み出すことによって導出する。ここで２次空気対応圧縮比マップとは、大気圧の値と、その大気圧の状態において最も効率よく排気中のＨＣ、ＯＣを２次燃焼させることができる圧縮比との関係が格納されたマップであり、予め実験的に求められる。
【００６７】
具体的には、大気圧の値が低いほど２次空気対応圧縮比の値が低くなるような関係に定められている。これは、内燃機関１が搭載される車両の周囲の大気圧が低くなることによって、２次空気供給装置４０により供給可能な２次空気の量が減少し、内燃機関１からの排気の温度も低下することに対応したものである。すなわち、２次空気対応圧縮比の値をより低くして、未燃のＨＣ、ＣＯの量をより増加させるとともに排気の背圧を低下させ、２次空気供給装置４０から２次空気をより容易に供給可能にする。
【００６８】
なお、２次空気対応圧縮比マップにおける大気圧と２次空気対応圧縮比との関係は１対１の関係になるように定めてもよいし、大気圧の値に応じて２次空気対応圧縮比の値を２以上の段階に分けるように、すなわち多対１の関係になるように定めてもよい。
【００６９】
そして、Ｓ１０２において２次空気供給条件が成立していると判定された場合には、Ｓ１０３において２次空気供給が開始され、Ｓ１０４においては、Ｓ３０２で導出された２次空気対応圧縮比に内燃機関１の圧縮比が変更される。
【００７０】
そうすれば、大気圧に応じて２次空気供給による効果が最大限得られる圧縮比に内燃機関１の圧縮比を変更することができ、どのような環境においても、排気の浄化及び排気浄化触媒３０の暖機をより効率的に促進させることができる。
【００７１】
なお、本実施例における始動時排気昇温ルーチン３においては、Ｓ３０１において読み込んだ大気圧の値に応じた最適な２次空気対応圧縮比の値を導出したが、これに合わせて、Ｓ１０３において大気圧の値に応じた量の２次空気を供給するようにしてもよい。具体的には大気圧が低いほど供給する２次空気の量を増加させる。この２次空気の量は、大気圧と、必要な２次空気の量との関係を予め計算または実験により求めてマップ化しておき、該マップから読み出して導出するようにしてもよい。
【００７２】
そうすれば、大気圧の値に拘らず、排気中のＨＣ、ＣＯと反応する酸素量を充分に確保することができ、より確実に排気の浄化及び排気浄化触媒の暖気を促進することができる。
【００７３】
なお、上記の大気圧と２次空気の量との関係は１対１の関係になるように定めてもよいし、大気圧の値に応じて２次空気の量を２以上の段階に分けるように、すなわち多対１の関係になるように定めてもよい。
【００７４】
また、上記の実施例においては、カム軸を回転させることによって、シリンダブロックをクランクケースに対して相対移動させる構成を例にとって説明した。しかし本発明を適用する構成は上記に限られるものではない。例えば、コンロッドを２分割し、クランクシャフトに連結された方のコンロッドに所定の揺動中心を中心に揺動可能な揺動部材を連結し、前記揺動中心がカム軸を回転させることによって移動することで燃焼室の容積及びピストンのストロークを変更する構成に対して本発明を適用してもよい。
【００７５】
また、上記の実施例においては、排気浄化触媒３０として三元触媒を使用した例について説明したが、他の種類の触媒、例えば吸蔵還元型ＮＯx触媒などを使用してもよいし、
排気中の微粒子物質を捕集するフィルタを含むようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施例に係る内燃機関の概略構成を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の実施例に係る内燃機関におけるシリンダブロックがクランクケースに対して相対移動する経過を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例に係る内燃機関の吸排気系の詳細を説明するための図である。
【図４】本発明の内燃機関において圧縮比が低下することにより、排気の浄化率が上昇することについて説明するための図である。
【図５】本発明の実施例１に係る始動時排気昇温ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】本発明の実施例２に係る始動時排気昇温ルーチン２を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施例３に係る始動時排気昇温ルーチン３を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７７】
１・・・内燃機関
２・・・シリンダ
３・・・シリンダブロック
４・・・クランクケース
９・・・カム軸
１０・・・ギア
１１ａ、１１ｂ・・・ウォームギア
１２・・・モータ
１４・・・２次空気供給管
１８・・・吸気枝管
１９・・・吸気管
２０・・・スロットル
２１・・・エアフローメータ
２８・・・排気枝管
２９・・・排気管
３０・・・排気浄化触媒
３１・・・クランクポジションセンサ
３２・・・冷却水温センサ
３３・・・圧力センサ
３５・・・ＥＣＵ
４０・・・２次空気供給装置
４１・・・２次空気フィルタ
４２・・・２次空気供給通路
４３・・・エアポンプ（ＡＰ）
４４・・・エアスイッチングバルブ（ＡＳＶ）
４５・・・リードバルブ（ＲＶ）
４６・・・配管
４７・・・バキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室の容積および／またはピストンのストロークを変更することによって前記内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、
前記内燃機関からの排気が通過する排気通路に設けられ、前記排気を浄化する排気浄化装置と、
前記排気通路における前記排気浄化装置の上流に２次空気を供給する２次空気供給装置と、
前記内燃機関の運転状態または暖機状態に応じて、前記可変圧縮比機構により前記内燃機関の圧縮比を所定の機関状態対応圧縮比に制御する圧縮比制御手段と、
を備える可変圧縮比内燃機関であって、
前記２次空気供給装置から前記排気通路に２次空気が供給されている期間の少なくとも一部において、前記可変圧縮比機構により前記内燃機関の圧縮比を、前記機関状態対応圧縮比より低い２次空気対応圧縮比に制御することを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
【請求項２】
前記内燃機関が搭載された車両の周囲の大気圧を検出または推定する大気圧取得手段をさらに備え、
該大気圧取得手段により検出または推定された大気圧が所定値以下の場合に、前記２次空気供給装置から前記排気通路に２次空気が供給されている期間の少なくとも一部において、前記可変圧縮比機構により前記内燃機関の圧縮比を、前記２次空気対応圧縮比に制御することを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項３】
前記内燃機関が搭載された車両の周囲の大気圧を検出または推定する大気圧取得手段をさらに備え、
該大気圧取得手段により検出または推定された大気圧が低いほど、前記２次空気対応圧縮比を低くすることを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項４】
前記大気圧取得手段により検出または推定された大気圧が低いほど、前記２次空気供給手段から供給される２次空気の量を増加させることを特徴とする請求項２または３に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項１】
内燃機関の燃焼室の容積および／またはピストンのストロークを変更することによって前記内燃機関の圧縮比を変更する可変圧縮比機構と、
前記内燃機関からの排気が通過する排気通路に設けられ、前記排気を浄化する排気浄化装置と、
前記排気通路における前記排気浄化装置の上流に２次空気を供給する２次空気供給装置と、
前記内燃機関の運転状態または暖機状態に応じて、前記可変圧縮比機構により前記内燃機関の圧縮比を所定の機関状態対応圧縮比に制御する圧縮比制御手段と、
を備える可変圧縮比内燃機関であって、
前記２次空気供給装置から前記排気通路に２次空気が供給されている期間の少なくとも一部において、前記可変圧縮比機構により前記内燃機関の圧縮比を、前記機関状態対応圧縮比より低い２次空気対応圧縮比に制御することを特徴とする可変圧縮比内燃機関。
【請求項２】
前記内燃機関が搭載された車両の周囲の大気圧を検出または推定する大気圧取得手段をさらに備え、
該大気圧取得手段により検出または推定された大気圧が所定値以下の場合に、前記２次空気供給装置から前記排気通路に２次空気が供給されている期間の少なくとも一部において、前記可変圧縮比機構により前記内燃機関の圧縮比を、前記２次空気対応圧縮比に制御することを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項３】
前記内燃機関が搭載された車両の周囲の大気圧を検出または推定する大気圧取得手段をさらに備え、
該大気圧取得手段により検出または推定された大気圧が低いほど、前記２次空気対応圧縮比を低くすることを特徴とする請求項１に記載の可変圧縮比内燃機関。
【請求項４】
前記大気圧取得手段により検出または推定された大気圧が低いほど、前記２次空気供給手段から供給される２次空気の量を増加させることを特徴とする請求項２または３に記載の可変圧縮比内燃機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−８５３００（Ｐ２００７−８５３００Ａ）
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２７８０７２（Ｐ２００５−２７８０７２）
【出願日】平成１７年９月２６日（２００５．９．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２６日（２００５．９．２６）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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