JP2005299408A - Device for raising temperature of engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば触媒早期活性化のためにエンジンの排気系を昇温する技術に関する。 The present invention relates to a technique for raising the temperature of an engine exhaust system, for example, for early activation of a catalyst.
近年の自動車等に搭載されるエンジンでは、燃焼室から排出される排気ガス中の炭化水素(HC)、一酸化炭素(CO)や窒素酸化物(NOx)等の有害ガス成分を浄化するために、排気通路に排気浄化触媒が設けられる。排気浄化触媒として、例えばガソリンエンジンでは三元触媒やNOxトラップ触媒等が単体又は組み合わせて用いられ、ディーゼルエンジンではDPF(ディーゼル・パティキュレート・フィルタ)や酸化触媒が好適に用いられる。このような排気浄化触媒は、所定の活性温度以上であるときに活性化して排気中の有害ガス成分を浄化可能となるので、排気浄化触媒が活性温度に達していない場合には、有害ガス成分を十分に浄化することができない。そこで、排気浄化触媒を早期に昇温して活性化させる技術が種々提案されている。 In engines mounted in recent automobiles, etc., in order to purify harmful gas components such as hydrocarbons (HC), carbon monoxide (CO) and nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas discharged from the combustion chamber. An exhaust purification catalyst is provided in the exhaust passage. As the exhaust purification catalyst, for example, a three-way catalyst or a NOx trap catalyst is used alone or in combination in a gasoline engine, and a DPF (diesel particulate filter) or an oxidation catalyst is preferably used in a diesel engine. Such an exhaust purification catalyst is activated when the temperature is equal to or higher than a predetermined activation temperature, so that harmful gas components in the exhaust can be purified. Therefore, if the exhaust purification catalyst does not reach the activation temperature, the harmful gas components Can not be sufficiently purified. Therefore, various techniques for raising the temperature of the exhaust purification catalyst early and activating it have been proposed.
例えば、特許文献1には、排気弁の開時期を膨張行程半ばまで進角させて、燃焼途中の高温ガスを排気として排出させ、触媒を早期に活性化する技術が開示されている。また、排気弁の開時期を排気行程半ばまで遅角させて、下死点から排気弁開時期までに既燃ガスを圧縮して温度を上げ、この高温な既燃ガスにより触媒を早期に活性化させることが開示されている。
For example,
特許文献2では、冷機時に、排気弁の開閉時期を遅角制御することにより、排気ガスの温度を上昇させて、触媒の昇温を促進している。また、排気弁の閉時期を遅くすることにより、排気通路に一旦排出された排気ガスを燃焼室へ再吸入させて、燃焼を緩慢にして排気ガスの温度上昇を促進し、触媒の昇温を促進させている。更に、点火時期のリタードや空燃比のリーン化により触媒の昇温を促進している。
In
特許文献3では、吸気弁の閉時期を遅角又は進角させて、吸気量を減じることにより、排気ガス温度を上昇させている。これにより、燃費の低下なく排気温度を上昇し、触媒の活性化を図る、と記載されている。 In Patent Document 3, the exhaust gas temperature is raised by retarding or advancing the closing timing of the intake valve to reduce the intake air amount. Thus, it is described that the exhaust temperature is raised without deteriorating the fuel consumption, and the catalyst is activated.
特許文献4では、暖気運転時に、特定気筒に対する燃料噴射を停止又は減少し、触媒での酸素濃度を過濃として酸化反応を促進させて、触媒の活性化を促進している。
上記特許文献1では、燃焼ガスを圧縮してガス温度を上昇させているため、冷機始動時では排出ガス中に未燃燃料成分が残り、触媒が活性化していない状況では、この未燃燃料成分が十分に浄化されず、排気エミッションの悪化を招くおそれがある。特許文献2では、燃焼途中の排出ガスを排気通路に排出させているため、冷機始動時には排出ガス中に未燃燃料成分が残り、触媒が活性化していない状況では、やはり未燃燃料成分が十分に浄化されないおそれがある。特許文献3では、排気通路に排出された燃料ガスを燃焼室に再吸入させ、排気ガス温度を上昇させており、冷機始動時のように触媒が活性化していない状況では、再吸入できなかった排気ガス中の未燃燃料成分が触媒で浄化されないおそれがある。つまり、これら特許文献1〜3では、いずれも燃料を噴射している状況で触媒を昇温しようとしているので、未燃燃料成分が残る可能性があり、特に触媒が活性化していない状況では未燃燃料成分が十分に浄化されず、排気エミッションの悪化を招くおそれがある。
In
特許文献4では、酸素濃度を過濃にして酸化反応を促進するために、特定の気筒に対する燃料噴射を停止しているものの、幾つかの気筒には燃料が供給され、この燃料を燃焼することによりクランクシャフトを回転駆動する自立運転を行っているため、やはり未燃燃料成分が残って排気エミッションの悪化を招くおそれがある。 In Patent Document 4, although fuel injection to a specific cylinder is stopped in order to promote an oxidation reaction by increasing the oxygen concentration, fuel is supplied to some cylinders and the fuel is burned. Since the self-sustained operation of rotating the crankshaft is performed by this, unburned fuel components still remain, which may cause deterioration of exhaust emission.
本発明は、排気エミッションの悪化を招くことなく、触媒等が配設されるエンジンの排気系を有効に昇温し得る新規なエンジンの昇温装置を提供することを主たる目的としている。 An object of the present invention is to provide a novel engine temperature raising device that can effectively raise the temperature of an exhaust system of an engine in which a catalyst or the like is disposed without causing deterioration of exhaust emission.
クランクシャフトを回転駆動するクランク駆動装置と、排気弁の開閉時期を変更する排気バルブタイミング変更機構と、燃焼室又は吸気通路へ燃料を噴射供給する燃料噴射装置と、を有する。この燃料噴射装置による燃料供給を停止した状態で、排気通路を含む排気系を昇温するように、上記クランク駆動装置によりクランクシャフトを回転駆動するとともに、上記排気バルブタイミング変更機構により排気弁の開閉時期を制御する昇温運転を行う。 A crank driving device that rotationally drives the crankshaft, an exhaust valve timing changing mechanism that changes the opening / closing timing of the exhaust valve, and a fuel injection device that injects and supplies fuel to the combustion chamber or the intake passage. While the fuel supply by the fuel injection device is stopped, the crankshaft is rotationally driven by the crank drive device so as to raise the temperature of the exhaust system including the exhaust passage, and the exhaust valve is opened and closed by the exhaust valve timing changing mechanism. Perform temperature rising operation to control the timing.
本発明によれば、燃料供給を停止している状況で、クランク駆動装置によりクランクシャフトを回転駆動しつつ、排気バルブタイミング変更機構により排気弁の開閉時期を制御することにより、クランクシャフトの駆動エネルギーを利用して、排気系を昇温することができる。燃料供給を停止しているので未燃燃料成分を生じるおそれがなく、排気エミッションの低下を招くおそれはない。 According to the present invention, the driving energy of the crankshaft is controlled by controlling the opening / closing timing of the exhaust valve by the exhaust valve timing changing mechanism while rotating the crankshaft by the crank driving device in a situation where the fuel supply is stopped. Can be used to raise the temperature of the exhaust system. Since the fuel supply is stopped, there is no possibility that unburned fuel components are generated, and there is no possibility that exhaust emission will be reduced.
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。図1は、この発明に係る昇温装置を適用したエンジンのシステム構成図である。エンジン10は、例えば直列4気筒の火花点火式ガソリンエンジンである。エンジン10の4つのシリンダ11には吸気マニホールド12内の吸気通路13を通って吸気が供給され、燃焼後の排気ガスが排気マニホールド14内の排気通路15を通って車外へ排出される。吸気マニホールド12の上流側の集合部には過給機16のコンプレッサが設けられる。過給機として、代表的には排気を利用したターボチャージャや機械式のスーパーチャージャが挙げられる。排気マニホールド14の下流側の集合部には排気を浄化する排気浄化触媒17が設けられる。排気浄化触媒17は、例えば三元触媒が単体で用いられ、あるいは三元触媒とNOxトラップ触媒が組み合わされて構成される。この触媒17の下流側には、排気通路15を開閉する排気シャッタ弁18が設けられている。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a system configuration diagram of an engine to which a temperature raising apparatus according to the present invention is applied. The
燃料噴射装置としての燃料噴射弁21は、各シリンダ11の燃焼室又は吸気通路に燃料を噴射供給するように例えばシリンダヘッドに取り付けられる。点火プラグ22は各燃焼室に臨んだ姿勢でシリンダヘッドに取り付けられる。クランク駆動装置・始動装置としてのスタータモータ23は、バッテリ27を動力源・電力源としてクランクシャフトを強制的に回転駆動する。スロットル弁24は、吸気通路13の上流側の集合部を開閉する電制式のスロットル弁である。
A
更に、吸気弁の開閉時期を連続的に変更する吸気バルブタイミング変更機構25と、排気弁の開閉時期を連続的に変更する排気バルブタイミング変更機構26とが設けられている。これらのバルブタイミング機構は、例えば特開2002−235567号公報にも開示されているように、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を連続的に変更することにより、吸・排気弁の開閉時期を連続的に変更可能なVTC(Valve Timing Control)機構である。
Further, an intake valve
エンジン制御ユニット30は、触媒17の触媒温度を検出する触媒温度センサ31、吸気通路を開閉するスロットル弁24の開度を検出するスロットル開度センサ32の他、クランク角センサ等の各種センサ類の信号に基づいて、過給機,排気シャッタ弁18,燃料噴射弁21,点火プラグ22,スタータモータ23,スロットル弁24及びバルブタイミング変更機構25,26等の各種アクチュエータに指令信号を出力し、その動作を制御する。例えば、吸・排気カムシャフトの実位置を検出又は推定するセンサを備え、その実位置に基づいて吸・排気弁の開閉時期をフィードバック制御・クローズドループ制御する。
The
図2及び図3を参照して、本発明の一実施例に係るエンジン始動時の昇温制御の流れについて説明する。例えば運転者がイグニッションキーをエンジン始動位置に回動操作することによりエンジン始動要求が検出されると、エンジン制御ユニット30により図2のルーチンが開始される(ステップ1)。図3の始動要求検出時期T1が、図2のルーチンの開始時期に相当する。
With reference to FIG.2 and FIG.3, the flow of the temperature rising control at the time of engine starting which concerns on one Example of this invention is demonstrated. For example, when the driver rotates the ignition key to the engine start position and an engine start request is detected, the
このようにエンジン始動要求が検出されると、触媒温度センサ31により検出される触媒温度(排気温度)が所定の触媒活性温度T℃に達するまでの所定期間、昇温運転M1(図3参照)が行われる。この昇温運転M1中には、燃料噴射弁21による燃料供給を停止・禁止した状態に維持しつつ、排気系、すなわちシリンダ11内の燃焼室から排気通路15へ排出される作動ガス及び排気通路15に配設された触媒17を速やかに昇温するように、以下のステップ2〜6の処理を実行する。
When the engine start request is detected in this manner, the temperature raising operation M1 (see FIG. 3) for a predetermined period until the catalyst temperature (exhaust temperature) detected by the
ステップ2では、燃焼噴射弁21による燃料噴射(開始)を禁止する。ステップ3では、スタータモータ23によりクランクシャフトを強制的に回転駆動する。なお、好ましくは、運転者がイグニッションキーをエンジン始動位置に保持し続けなくても昇温運転M1を継続し、かつ、運転者がイグニッションキーをアクセサリ位置のようなエンジン停止位置まで回動操作した場合には強制的に本ルーチンを中断するように設定されている。
In
ステップ4では、排気バルブタイミング変更機構26により排気弁の開閉時期を進角側へ制御する。具体的には、図3及び図4に示すように、エンジン始動時の排気弁開閉時期の通常設定位置(完爆直後のアイドル状態での設定位置)に対して、排気弁の開閉時期を所定角度Δθ1(ほぼ180CA程度)進角させる。つまり、膨張・排気・吸気及び圧縮行程からなる4サイクルエンジンにおいて、ピストン下降行程である膨張行程で排気弁が開くように、排気弁の開閉時期を進角させる。所期の昇温効果を得るためには、排気弁閉時期(EVC)を、少なくとも排気上死点(TDC)よりも進角し、望ましくは膨張下死点(BDC)近傍まで進角すれば良い。また、排気弁開時期(EVO)を、少なくとも膨張BDCよりも進角し、好ましくは圧縮上死点(TDC)近傍まで進角すれば良い。排気弁の作動角中心θ2は、少なくとも膨張下死点BDCよりも進角、より好ましくは膨張行程の中心付近まで進角させる。最も望ましくは、排気弁が膨張行程内でのみ開くように、排気弁の開閉時期を進角させる。
In step 4, the exhaust valve
ステップ5では、吸気バルブタイミング機構25により吸気弁の開閉時期を通常設定位置(図3,4参照)に対して遅角側へ制御する。具体的には、吸気弁開時期を排気上死点TDCよりも遅角させる。すなわち、ピストン下降行程である吸気行程内で吸気弁が開くように遅角させる。これにより、吸気系の昇温効果に比して排気系の昇温効果を相対的に高めることができる。
In step 5, the intake
このようなステップ4及び5の吸・排気弁のバルブタイミングの設定により、図4に示すように、概ね、4サイクルエンジンにおける一方のピストン下降行程である膨張行程で排気弁が開き、他方のピストン下降行程である吸気行程で吸気弁が開き、ピストン上昇行程である排気行程及び圧縮行程では吸・排気弁の双方が閉じることとなる。従って、排気行程では燃焼室の作動ガスが圧縮・昇温され、排気上死点付近で吸気弁が開くことにより、燃焼室内の高温な作動ガスが吸気通路13へ供給され、吸気系が昇温される。続く吸気行程ではピストンの下降に伴って燃焼室内に吸気通路の作動ガスが再び燃焼室内に供給される。続く圧縮行程では燃焼室内の作動ガスが圧縮・昇温される。圧縮上死点付近で排気弁が開くことにより、燃焼室内の高温な作動ガスが排気通路15へ供給され、排気系が昇温される。続く膨張行程ではピストン下降に伴って燃焼室内に排気通路の作動ガスが燃焼室内に供給され、続く排気行程で、上述したように燃焼室内の作動ガスが圧縮・昇温される。
By setting the valve timings of the intake / exhaust valves in steps 4 and 5 as described above, as shown in FIG. 4, the exhaust valve opens in the expansion stroke which is one piston lowering stroke in the four-cycle engine, and the other piston The intake valve opens in the intake stroke, which is the downward stroke, and both the intake and exhaust valves close in the exhaust stroke, which is the piston upward stroke, and the compression stroke. Therefore, in the exhaust stroke, the working gas in the combustion chamber is compressed and heated, and the intake valve is opened near the exhaust top dead center, whereby hot working gas in the combustion chamber is supplied to the
このように、1サイクル中の2回のピストン上昇行程の双方で燃焼室内の作動ガスが圧縮され、かつ、一方のピストン上昇行程である排気行程で圧縮された高温な作動ガスは吸気通路へ供給され、他方のピストン上昇行程である圧縮行程で圧縮された高温な作動ガスは排気通路へ供給される。従って、燃焼室付近の吸気通路13及び排気通路15内の作動ガスが燃焼室内に交互に出入りするので、実質的に吸気通路13から排気通路15へ作動ガスが通流することなく滞留し、燃焼室内での圧縮作用により吸気系及び排気系の双方が速やかに昇温されていく。
As described above, the working gas in the combustion chamber is compressed in both of the two piston rising strokes in one cycle, and the hot working gas compressed in the exhaust stroke which is one piston rising stroke is supplied to the intake passage. The hot working gas compressed in the compression stroke, which is the other piston ascending stroke, is supplied to the exhaust passage. Therefore, since the working gas in the
なお、燃焼室内で圧縮された作動ガスが吸気通路13や排気通路15に排出されると、膨張作用により作動ガスの温度はある程度低下するものの、ピストン上昇行程で作動ガスを圧縮するのに必要なエネルギー、すなわちスタータモータ23によりクランクシャフトを強制的に回転駆動するのに必要なエネルギーはある程度の割合で作動ガスの昇温に使われ、実際には吸気系及び排気系が昇温されていくこととなる。また、上述したように新気が通流することがないのでロスも少なく、その分、昇温効果が向上する。
When the working gas compressed in the combustion chamber is discharged to the
ステップ6では、スロットル弁24を所定の開位置に保持する。つまり、昇温運転M1中には、スロットル弁24の全閉を禁止し、スロットル弁24を開いた状態に維持することにより、スロットル下流の負圧が発達して吸入空気温度を低下させることを防ぎ、圧縮による作動ガスの昇温効果をより高めることができる。なお、一般的な吸・排気弁の開閉時期ではスロットル弁24を開くと新気が通流して所望の昇温効果が得られないものの、本実施例での昇温運転M1中には上述したような吸・排気弁開閉時期の設定により新気が通流することなく燃焼室付近で滞留するため、スロットル弁24を開位置に維持しても、昇温効果が低下することはない。
In step 6, the
ステップ7では、過給機16による過給を行う。図5に示すように、昇温運転中に過給を行う場合(実線の特性)、過給を行わない場合(破線の特性)に比して、吸気負圧による吸入空気温度の低下を防止し、昇温効果を更に高めることができる。
In step 7, supercharging by the
ステップ8では、排気シャッタ弁18を閉じる。これにより、排気通路15内の昇温された作動ガスが触媒17下流側のテールパイプを通して車外に排出されることを防ぎ、触媒昇温効果を更に高めることができる。なお、通常の吸・排気弁のバルブリフト設定状態で、排気シャッタ弁18を閉じると、排気通路15内の圧力が過度に上昇するおそれがあるものの、昇温運転M1中には、上述したように吸・排気通路から燃焼室へ交互に作動ガスが出入りし、実質的に作動ガスが燃焼室の近傍に滞留する状態となっているので、排気シャッタ弁18を閉じても排気通路15が過度に高圧化されることはない。
In step 8, the
ステップ9では、排気浄化触媒17が所定の活性温度T℃に達したかを判定する。触媒温度が活性温度T℃に達したと判定されると、ステップ11へ進み、上述した昇温運転M1を終了し、燃料噴射の開始へ向けた燃料噴射準備運転M2、つまり以下のステップ11〜13を実行する。図3の昇温終了時期T2が、ステップ9の触媒温度が活性温度T℃に達した時期に相当する。ステップ11では、スロットル開度を(全)閉とする。これにより、吸排気弁の開閉時期を変更している過渡期における新気吸入による温度低下を抑制・防止することができる。ステップ12では、排気弁の開閉時期を通常の設定値へ向けて遅角制御する。ステップ13では、吸気弁の開閉時期を通常の設定値へ向けて進角制御する。
In step 9, it is determined whether the
ステップ14では、燃料噴射が可能であるかを判定する。図3の燃料噴射開始時期T3が、ステップ14の判定が否定から肯定へ切り替わる時期に相当する。吸・排気バルブタイミング変更機構25,26による開閉時期の変更には不可避的に応答遅れを伴うため、昇温終了時期T2に即座に燃料供給を開始すると、燃焼安定性を阻害するおそれがあり、これを回避するために、このステップ14において燃料噴射開始時期T3を判定している。つまり、吸・排気弁の開閉時期が目標となる通常設定位値(例えば排気弁側では最遅角位置)へ十分に近づく前に燃料噴射が開始されて始動性の悪化を生じることのないように、燃料噴射開始時期T3を触媒活性時期T2に対して遅らせている。但し、クランキング回転数が十分に高く、吸・排気弁の開閉時期が通常設定位置に戻る前に燃料噴射を開始しても始動性を低下させるおそれがない場合には、その分、燃料噴射開始時期T3を早めて、応答性を向上させても良い。例えば、センサ類により吸・排気弁の開閉時期が目標となる設定値へ達したかを推定し、吸・排気弁の開閉時期が設定値に達したと推定された時点で、燃料噴射が可能であると判定しても良い。あるいは、より簡易的に、予め設定された所定期間を経過した時点で、燃料噴射が可能であると判定しても良い。
In
ステップ14が肯定されると、スロットル弁24を開くとともに(ステップ15)、排気シャッタ弁18を開き(ステップ16)、かつ、燃料噴射弁21による燃料噴射及び点火プラグ22による火花点火を開始することにより(ステップ17)、燃料を燃焼することによりエンジン10がクランクシャフトを回転駆動する、いわゆる通常のエンジン自立運転M3を開始する。
If
触媒温度が活性温度T℃に達するまで昇温運転M1を持続するためには、バッテリ27からスタータモータ23へ十分な電力を供給できる必要がある。そこで、好ましくは、バッテリ27の電力又は電力量を検知し、バッテリ27の電力が弱いとき、あるいは電力量が少ないときには、昇温運転M1における排気バルブタイミングの進角幅を小さくし、バッテリ27への負荷を軽減する。
In order to continue the temperature raising operation M1 until the catalyst temperature reaches the activation temperature T ° C., it is necessary to be able to supply sufficient power from the
図6は、このようにバッテリ27の電力又は電力量に応じて進角幅を変更する場合の制御の一例を示している。例えば運転者がイグニッションキーをアクセサリ位置に回動操作することによりアクセサリキースイッチがONとなると、本ルーチンが開始される(ステップ21)。ステップ22では、バッテリ27の電力量を検知する。ステップ23では、図7に示すような制御マップを参照して、バッテリ電力量に応じて排気弁開閉時期の進角幅つまり変換角を決定する。同図に示すように、バッテリ電力量が大きくなるほど、排気弁開閉時期の進角幅(変換角)を大きくする。このように、図2のステップ4に相当する排気弁開閉時期の進角操作を、エンジン始動要求が検出される時点よりも前に行うことにより、次回のエンジン始動要求時に昇温運転M1へ速やかに移行でき、応答性を向上することができる。
FIG. 6 shows an example of control when the advance angle width is changed according to the electric power or the electric energy of the
更に好ましくは、エンジン停止時に、予め排気弁のカムシャフト位置を昇温運転M1に適した進角位置まで進角させておくことにより、次回のエンジン始動時に速やかに昇温運転M1へ移行することができ、エンジン始動時の応答性が更に向上する。 More preferably, when the engine is stopped, the camshaft position of the exhaust valve is advanced in advance to an advance position suitable for the temperature raising operation M1, so that the engine temperature is quickly shifted to the temperature raising operation M1 at the next engine start. Thus, the response at the time of starting the engine is further improved.
ステップ24では、例えば運転者がイグニッションキーがエンジン始動位置に回動操作することによりスタータスイッチがONとなると、上記の昇温運転M1を開始する。具体的には、図2のステップ1〜8に相当する処理を行うとともに、バッテリの電力量を逐次検出する。ステップ25では、バッテリ27の電力量が十分であるかを判定する。ステップ26では、図2のステップ9と同様、触媒温度が活性温度T℃に達しているかを判定する。バッテリ27の電力量が不足していれば、触媒温度が活性温度T℃に達していなくてもステップ25からステップ27へ進み、昇温運転M1を即座に中止して、燃料噴射準備運転M2へ移行する。つまり、図2のステップ11〜13と同様、スロットル弁24を全閉とし、かつ、排気弁開閉時期を通常設定位置へ向けて遅角するとともに、吸気弁開閉時期を通常設定位置へ向けて進角する。燃料噴射準備運転M2の後、燃料噴射を開始して(ステップ28)、通常のエンジン自立運転M3を行う。
In
上記実施例では、触媒温度センサ31により触媒温度を直接的に検出しているが、この触媒温度センサ31を設けることなく触媒温度を推定しても良い。例えば、図8に示すように、水温センサ34により検出される水温と吸気温センサ35により検出される外気温度(吸気温度)とに基づいて、図9の温度推定テーブルを検索して、温度パラメータA(A,B,C,…,X)を求める。また、図11に示すように、クランキング回転数(エンジン回転数)が高くなるほど昇温効果が高くなるので、クランク角センサ36等に基づいて演算されるクランキング回転数に基づいて、図10の係数テーブルを検索して、係数α(α1,α2,…)を求める。そして、次式に示すように、これら温度パラメータAと係数αとを乗じて、触媒温度を推定する。
(数1) 触媒温度 = A × α
図11に示すように、クランキング回転数が高くなるほど昇温効果は高くなる。従って、例えば車両推進源としてエンジンとモータとを併用するハイブリッド車両(HEV)では、エンジンのみを車両推進源とする一般的なエンジン車両に比して、バッテリ容量が大きく、かつ、クランクシャフトを回転駆動するモータも上記のスタータモータ23に比して大型化されるので、クランキング回転数とバッテリ電力量のフィードバック制御等を行うことにより、モータによるクランキング回転数(エンジン回転数)を高くして、昇温効果を更に高めることができる。
In the above embodiment, the catalyst temperature is directly detected by the
(Equation 1) Catalyst temperature = A × α
As shown in FIG. 11, the temperature rise effect increases as the cranking rotation speed increases. Therefore, for example, in a hybrid vehicle (HEV) that uses both an engine and a motor as a vehicle propulsion source, the battery capacity is larger and the crankshaft rotates than a general engine vehicle that uses only the engine as a vehicle propulsion source. Since the motor to be driven is also larger than the
吸・排気バルブタイミング変更機構として、その開閉時期や1サイクル中の開閉回数を自由に設定可能な電磁弁を用いる場合、好ましくは、昇温運転M1中に、図12に示すような吸・排気弁の開閉時期とする。つまり、4サイクルエンジンの吸気弁及び排気弁をそれぞれ1サイクル内で2回開く構成とし、第1排気開弁期間41を膨張行程と同じ期間に、第2排気開弁期間42を排気上死点の直前の所定期間に設定する。また、第1吸気開弁期間43を吸気行程と同じ期間とし、第2吸気開弁期間44を圧縮上死点の直前の所定期間に設定する。これにより、膨張行程の後半に排気通路から燃焼室に供給された作動ガスが、排気行程において燃焼室内で圧縮・昇温され、排気行程後半の第2排気開弁期間42で排気弁が開くことにより、再び排気通路へ戻される。同様に、吸気行程の後半に吸気通路から燃焼室に供給された作動ガスが、圧縮行程において燃焼室内で圧縮・昇温され、この圧縮行程後半の第2吸気開弁期間44で吸気弁が開くことにより、再び吸気通路へ戻される。つまり、排気通路から燃焼室に導入された作動ガスが圧縮・昇温後に同じ排気通路へ戻され、同様に吸気通路から燃焼室内に導入された作動ガスが圧縮・昇温後に再び吸気通路へ戻されるので、新気の通流がより確実に遮断され、昇温効果を更に高めることができる。
When an electromagnetic valve that can freely set its opening / closing timing and the number of opening / closing operations in one cycle is used as the intake / exhaust valve timing changing mechanism, it is preferable that the intake / exhaust as shown in FIG. It is time to open and close the valve. That is, the intake valve and the exhaust valve of the 4-cycle engine are each configured to open twice within one cycle, the first exhaust
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記実施例ではガソリンエンジンに適用しているが、ディーゼルエンジンにも同様に適用できる。 As described above, the present invention has been described based on the specific embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications and changes without departing from the spirit of the present invention. . For example, although the above embodiment is applied to a gasoline engine, it can be applied to a diesel engine as well.
また、上記実施例では、昇温運転M1中に吸気弁の開時期を排気上死点よりも遅角させているが、この遅角制御を省略しても良く、あるいは進角させるようにしても良い。例えば、昇温運転M1での吸気弁の開期間が吸気行程と等しくなるような設定(図4の一点鎖線で示す設定)としても良い。 In the above embodiment, the opening timing of the intake valve is retarded from the exhaust top dead center during the temperature raising operation M1, but this retard control may be omitted or advanced. Also good. For example, the intake valve opening period in the temperature raising operation M1 may be set to be equal to the intake stroke (setting indicated by a one-dot chain line in FIG. 4).
以上の説明より把握し得る特徴的な技術思想について、その効果とともに列記する。 The characteristic technical ideas that can be understood from the above description are listed together with their effects.
(1)クランクシャフトを回転駆動するクランク駆動装置(スタータモータ)23と、排気弁の開閉時期を変更する排気バルブタイミング変更機構26と、燃焼室又は吸気通路へ燃料を噴射供給する燃料噴射装置(燃料噴射弁)21と、を備える。上記燃料噴射装置21による燃料供給を停止した状態で、排気通路15を含む排気系を昇温するように、上記クランク駆動装置23によりクランクシャフトを回転駆動するとともに、上記排気バルブタイミング変更機構26により排気弁の開閉時期を制御する昇温運転M1を行う。
(1) A crank driving device (starter motor) 23 that rotates the crankshaft, an exhaust valve
これにより、昇温運転M1中に、燃料を噴射供給することなく、排気系を昇温することができるので、未燃燃料による排気エミッションの悪化を招くおそれがない。また、クランク駆動装置としては、一般的なエンジン始動に用いられるスタータモータ23を利用でき、かつ、周知のバルブタイミング機構を用いることにより、ヒータ等の新たな部品を敢えて追加することなく、上記の昇温効果を得ることができる。
As a result, the temperature of the exhaust system can be raised without injecting and supplying fuel during the temperature raising operation M1, so there is no possibility of causing deterioration of exhaust emission due to unburned fuel. Moreover, as a crank drive device, the
(2)クランクシャフトを回転駆動するクランク駆動装置(スタータモータ)23と、排気弁の開閉時期を変更する排気バルブタイミング変更機構26と、燃焼室又は吸気通路へ燃料を噴射供給する燃料噴射装置(燃料噴射弁)21と、排気通路15に配設された排気浄化触媒17と、を有し、上記燃料噴射装置21による燃料供給を停止した状態で、上記排気浄化触媒17を昇温するように、上記クランク駆動装置23によりクランクシャフトを回転駆動するとともに、上記排気バルブタイミング変更機構26により排気弁の開閉時期を制御する、昇温運転M1を行う。上記(1)と同様、昇温運転M1中に、未燃燃料による排気エミッションの悪化を招くことなく、触媒17を昇温して早期活性化を図ることができる。
(2) A crank driving device (starter motor) 23 that rotates the crankshaft, an exhaust valve
(3)排気浄化触媒17の触媒温度を検出する触媒温度検出手段(触媒温度センサ31)を有し、この触媒温度が所定温度に達するまで、上記昇温運転M1を行う。これにより、燃料供給を停止した状態のままで、触媒17を確実に活性化させることができ、排気浄化性が更に向上する。
(3) A catalyst temperature detecting means (catalyst temperature sensor 31) for detecting the catalyst temperature of the
(4)好ましくは、昇温運転M1中に、排気浄化触媒17の下流側の排気通路を閉じる排気シャッター弁18を設ける。このように排気シャッタ弁18により排気浄化触媒17の下流側を閉じることにより、高温な作動ガスが触媒下流へ流れ出ることを防止でき、より一層、触媒の昇温効果を高めることができる。また、上述したように排気弁の開閉時期を制御して、作動ガスを燃焼室の付近で滞留させることにより、排気シャッタ弁18を閉じても排気通路内の作動ガスが過度に高圧化することを防止できる。
(4) Preferably, an
(5)具体的には、昇温運転M1中、排気バルブタイミング変更機構26により排気弁の閉時期を4サイクルエンジンの排気上死点よりも進角させる。このように排気弁を排気上死点前に閉じることにより、排気弁を閉じた後の排気行程で燃焼室内の作動ガスが圧縮・昇温されるので、上記の昇温効果を得ることができる。
(5) Specifically, during the temperature raising operation M1, the exhaust valve
(6)更に具体的には、昇温運転M1時に、上記排気バルブタイミング変更機構26により排気弁の開時期を4サイクルエンジンの膨張下死点よりも進角させる。このように排気弁を膨張下死点前に開くことにより、直前の圧縮行程で圧縮・昇温された燃焼室内の作動ガスが排気通路へ供給されるので、上記の昇温効果が得られる。仮に膨張下死点後に排気弁を開くと、圧縮行程で圧縮・昇温された燃焼ガスが膨張行程で断熱膨張して、その温度が大幅に低下するので、所望の昇温効果を得ることができない。
(6) More specifically, during the temperature raising operation M1, the exhaust valve
(7)望ましくは、上記昇温運転M1では、排気バルブタイミング変更機構26により排気弁の作動角中心を4サイクルエンジンの膨張下死点よりも進角させる。これにより、少なくとも排気弁の作動角(開弁期間)の前半が膨張行程に位置することとなり、上記(5)及び(6)で記載した昇温効果をより効果的に得ることができる。
(7) Preferably, in the temperature raising operation M1, the exhaust valve
(8)更に望ましくは、上記排気バルブタイミング変更機構により排気弁が4サイクルエンジンの膨張行程内でのみ開くように進角させる。これにより、直前の圧縮行程で圧縮・昇温された燃焼室内の作動ガスが、膨張行程で実質的に断熱膨張されることなく排気通路へ供給されるので、効果的に排気系の昇温効果が得られる。また、その後の圧縮行程で圧縮・昇温された燃焼室内の作動ガスは続く吸気行程で吸気通路側へ供給されるため、作動ガスが吸気通路側から排気通路側へ通流することなく実質的に燃焼室の付近で滞留することとなり、昇温効果が更に向上する。 (8) More preferably, the exhaust valve is advanced so that the exhaust valve opens only within the expansion stroke of the 4-cycle engine by the exhaust valve timing changing mechanism. As a result, the working gas in the combustion chamber that has been compressed and heated in the immediately preceding compression stroke is supplied to the exhaust passage without being substantially adiabatically expanded in the expansion stroke. Is obtained. Further, since the working gas compressed and heated in the subsequent compression stroke is supplied to the intake passage side in the subsequent intake stroke, the working gas does not substantially flow from the intake passage side to the exhaust passage side. Therefore, the temperature rise effect is further improved.
(9)上記クランク駆動装置に電力を供給するバッテリ27と、このバッテリ27の電力又は電力量を検出する手段(触媒温度センサ31)と、を有し、このバッテリ27の電力又は電力量に応じて、上記昇温運転M1での排気弁の開閉時期の進角幅を変更する。このようにバッテリの電力又は電力量に応じて進角幅を変更することにより、バッテリ27の電力不足を招くことなく、上記の昇温効果を得ることができる。
(9) It has a
(10)より好ましくは、昇温運転M1中に、過給機16による過給を行う。このように過給を行うことによって、負圧の発達が抑制され、負圧による作動ガスの温度低下が抑制されるので、上記の昇温効果を更に向上することができる。
(10) More preferably, supercharging by the
(11)吸気弁の開閉時期を変更する吸気バルブタイミング変更機構25を備え、上記昇温運転M1中に、上記吸気バルブタイミング変更機構25により吸気弁の開時期を4サイクルエンジンの排気上死点よりも遅角させる。これにより、吸気系の昇温効果を抑制し、相対的に、排気系の昇温効果を高めることができる。
(11) An intake valve
10…エンジン
13…吸気通路
15…排気通路
16…過給機
17…排気浄化触媒
18…排気シャッタ弁
21…燃料噴射弁(燃料噴射装置)
23…スタータモータ(クランク駆動装置)
24…スロットル弁
25…吸気バルブタイミング変更機構
26…排気バルブタイミング変更機構
27…バッテリ
30…エンジン制御ユニット
DESCRIPTION OF
23 ... Starter motor (crank drive)
24 ...
Claims (11)
排気弁の開閉時期を変更する排気バルブタイミング変更機構と、
燃焼室又は吸気通路へ燃料を噴射供給する燃料噴射装置と、を有し、
この燃料噴射装置による燃料供給を停止した状態で、排気通路を含む排気系を昇温するように、上記クランク駆動装置によりクランクシャフトを回転駆動するとともに、上記排気バルブタイミング変更機構により排気弁の開閉時期を制御する昇温運転を行うエンジンの昇温装置。 A crank driving device for rotationally driving the crankshaft;
An exhaust valve timing changing mechanism for changing the opening and closing timing of the exhaust valve;
A fuel injection device for injecting and supplying fuel to the combustion chamber or the intake passage,
While the fuel supply by the fuel injection device is stopped, the crankshaft is rotationally driven by the crank drive device so as to raise the temperature of the exhaust system including the exhaust passage, and the exhaust valve is opened and closed by the exhaust valve timing changing mechanism. A temperature raising device for an engine that performs a temperature raising operation for controlling the timing.
排気弁の開閉時期を変更する排気バルブタイミング変更機構と、
燃焼室又は吸気通路へ燃料を噴射供給する燃料噴射装置と、
排気通路に配設された排気浄化触媒と、を有し、
上記燃料噴射装置による燃料供給を停止した状態で、上記排気浄化触媒を昇温するように、上記クランク駆動装置によりクランクシャフトを回転駆動するとともに、上記排気バルブタイミング変更機構により排気弁の開閉時期を制御する昇温運転を行うエンジンの昇温装置。 A crank driving device for rotationally driving the crankshaft;
An exhaust valve timing changing mechanism for changing the opening and closing timing of the exhaust valve;
A fuel injection device that injects fuel into the combustion chamber or intake passage;
An exhaust purification catalyst disposed in the exhaust passage,
With the fuel supply by the fuel injection device stopped, the crankshaft is driven to rotate by the crank driving device so as to raise the temperature of the exhaust purification catalyst, and the opening / closing timing of the exhaust valve is adjusted by the exhaust valve timing changing mechanism. A temperature raising device for an engine that performs a temperature raising operation to be controlled.
上記昇温運転中に、上記吸気バルブタイミング変更機構により吸気弁の開時期を4サイクルエンジンの排気上死点よりも遅角させる請求項1〜10のいずれかに記載のエンジンの昇温装置。
It has an intake valve timing change mechanism that changes the opening and closing timing of the intake valve,
The engine temperature raising device according to any one of claims 1 to 10, wherein during the temperature raising operation, the intake valve timing changing mechanism retards the opening timing of the intake valve from the exhaust top dead center of the four-cycle engine.
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- 2004-04-07 JP JP2004112631A patent/JP2005299408A/en active Pending
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