JP2005299409A - エンジンの昇温装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 排気エミッションの悪化を招くことなく吸気系を昇温する。
【解決手段】 エンジン始動時に、燃料噴射弁による燃料供給を停止した状態で、吸気温度が所定の所定温度Ｔ℃に達するまで、吸気系を昇温する昇温運転Ｍ１を行う。この昇温運転Ｍ１では、スタータモータ（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、排気バルブタイミング変更機構により排気弁の閉時期を吸気弁の開時期よりも進角し、かつ、吸気バルブタイミング機構により吸気弁の開時期を排気上死点よりも進角する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、エンジンの吸気系を昇温する技術に関する。

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。従って、冷機始動時のようにエンジンが未だ十分に暖気されていない状況で燃料噴射を開始すると、吸気系のインテークポートや吸気弁の周囲に付着・残存する未燃燃料が壁流として燃焼室から排気通路へ流れ、排気浄化触媒が活性温度に達していない状況では、有害ガス成分を十分に浄化することができず、排気エミッションの悪化を招くおそれがある。そこで、エンジン、特に吸気系を昇温する技術が種々提案されている。

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。

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。

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。

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。
特開２００２−２２７６７２号公報、図５（ｂ）及び図５（ｃ）等。 特開２００２−１６１７２２号公報 特開２００３−１２０２６７号公報 特開平０２−１９６２７号公報

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エンジンの吸・排気系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。

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。

本発明は、排気エミッションの悪化を招くことなく、エンジンの吸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。

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、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、吸気通路を含む吸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し、かつ、上記排気バルブタイミング変更機構により排気弁の閉時期を吸気弁の開時期よりも進角させるとともに、吸気弁の開時期を排気上死点よりも進角させる昇温運転を行う。

本発明によれば、昇温運転中でのピストン上昇行程である排気行程において、排気弁と吸気弁の双方が閉じる期間があり、この期間に燃焼室内の作動ガスが圧縮・昇温され、排気行程の後半で吸気弁が開くことにより、高温な作動ガスが吸気通路へ吹き返されるので、吸気通路を含む吸気系を昇温することができる。この昇温運転中、クランク駆動装置によりクランクシャフトを強制的に回転駆動し、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。

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。

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。

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（あるいはリフト・作動角可変機構５１の駆動軸５２）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。

加えて、排気弁の作動角及びバルブリフト量（最大リフト量）を連続的に変更可能なリフト・作動角可変機構５１が設けられている。このリフト・作動角可変機構５１は、本出願人が先に提案したものであるが、例えば特開２００３−７４３１８号公報等によって公知となっているので、その概要のみを説明する。図１６を参照して、リフト・作動角可変機構５１は、クランクシャフトにより回転駆動される駆動軸５２と、この駆動軸５２に揺動可能に嵌合し、排気弁５３を開閉作動させる揺動カム５４と、駆動軸５２に偏心して設けられた駆動偏心カム部５５と、制御軸５６と、この制御軸５６に偏心して設けられた制御偏心カム部５７と、この制御偏心カム部５７に揺動可能に嵌合するロッカアーム５８と、駆動偏心カム部５５とロッカアーム５８の一端とを連係する第１リンク５９と、揺動カム５４とロッカアーム５８の他端とを連係する第２リンク６０と、を有している。そして、制御軸アクチュエータ６１により制御軸５６の回転位置を変更することにより、ロッカアーム５８の揺動中心となる制御偏心カム部５７の位置が変化し、排気弁５３の作動角及びバルブリフト量の双方を連続的に変更することができる。

再び図１を参照して、エンジン制御ユニット３０は、吸気通路１３内の吸気温度を検出する吸気温センサ３５、吸気通路１３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１６，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、バルブタイミング変更機構２５，２６及び排気リフト・作動角可変機構５１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（駆動軸５２）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。

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。

このようにエンジン始動要求が検出されると、吸気温センサ３５により検出される吸気温度が所定温度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、吸気系、すなわちシリンダヘッド内の吸気ポートを含む吸気通路１３、吸気弁及びシリンダ１１内の燃焼室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。

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。

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４にも示すように、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。吸気系の昇温効果を得るためには、排気弁閉時期（ＥＶＣ）を、少なくとも吸気弁開時期よりも進角し、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。

更に、ステップ４ａでは、排気リフト・作動角可変機構５１により排気弁の作動角及びバルブリフト量を小さくする。このように排気弁を小リフト・作動角とし、排気弁が膨張行程内でのみ開くように設定することにより、排気行程にて作動ガスを筒内に閉じこめて圧縮することができる。また、図１３にも示すように、排気弁を全閉とする場合に比して、膨張行程の下死点での圧力降下による温度低下を防ぎ、圧縮開始圧力が高くなる分、圧縮による昇温効果をより大きくできる。更に、相対的に吸気弁のリフト量が大きくなり、燃焼室内で圧縮・昇温された大量の作動ガスが吸気通路１３へ吹き返され、吸気通路を含む吸気系の昇温効果を高めることができる。

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）に対して進角側へ制御する。具体的には、吸気弁開時期を排気上死点ＴＤＣよりも進角させる。すなわち、排気行程後半に吸気弁が開くように進角させる。これにより、排気弁が閉じた後、ピストン上昇行程である排気行程において燃焼室内で作動ガスが圧縮・昇温され、この高温な作動ガスが、続く吸気行程で再び断熱膨張されることなく、排気行程の後半で吸気弁が開くことにより確実かつ迅速に吸気通路１３へ供給される。従って、吸気系を迅速かつ確実に昇温することができ、所期の昇温効果を安定して得ることができる。図１４に示すように、吸気弁の開時期を排気上死点ＴＤＣよりも進角した場合（破線の特性）、吸気弁を進角化しない場合（実線の特性）に比して、昇温効果が向上することがわかる。

このようなステップ４，４ａ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内の作動ガスが圧縮・昇温され、排気上死点前に吸気弁が開くことにより、燃焼室内の高温な作動ガスが断熱膨張されることなく吸気通路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。

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へ向かって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。

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。

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。

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。

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。

ステップ９では、吸気温度が所定温度Ｔ℃に達したかを判定する。吸気温度が所定温度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の吸気温度が所定温度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遅角制御する。

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状況では、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。

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。

吸気温度が所定温度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における吸・排気弁の進角幅を小さくし、バッテリ２７への負荷を軽減する。

図６は、このようにバッテリ２７の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吸気弁及び排気弁の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、吸・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に相当する吸・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。

更に好ましくは、エンジン停止時に、予め吸・排気弁の開閉時期を昇温運転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。

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、吸気温度が所定温度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、吸気温度が所定温度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、吸・排気弁開閉時期を通常設定位置へ向けて遅角する。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。

温度推定制御の例として、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、吸気温度（吸気バルブ温度）を推定する。
(数１) 吸気温度 ＝ 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。

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を１サイクル内で２回開く構成とし、圧縮上死点前に開き膨張下死点近傍で閉じる第１吸気開弁期間４１と、排気上死点前に開き吸気下死点近傍で閉じる第２吸気開弁期間４２と、を設ける。排気弁は１サイクル中全閉状態に保持する。これにより、ピストン上昇行程である排気行程及び圧縮行程において、燃焼室内で圧縮・昇温された作動ガスがともに吸気通路へ排出されることとなり、吸気系をより確実かつ早期に昇温することができる。

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。

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。

（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、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、吸気通路１３を含む吸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し、かつ、上記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吸気弁の開時期よりも進角させるとともに、吸気弁の開時期を排気上死点よりも進角させる昇温運転Ｍ１を行う。

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、吸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。

（２）吸気系の温度を検出する吸気温度検出手段（吸気温センサ３５）を備え、この吸気系の温度が所定温度に達するまで、上記昇温運転Ｍ１を継続する。これにより、燃料供給を停止した状態のままで、吸気系を確実に昇温させることができる。

（３）上記昇温運転Ｍ１では、上記排気バルブタイミング変更機構２６により排気弁が膨張行程で開くように進角させる。膨張行程で排気弁を開くことにより、続く排気行程で燃焼室内の作動ガスが圧縮・昇温され、次に吸気弁が開いたときに、この高温な作動ガスが吸気通路へ供給され、吸気系が昇温される。

（４）上記排気弁の作動角とバルブリフト量の少なくとも一方を連続的に変更可能な排気リフト・作動角可変機構５１を備え、上記昇温運転Ｍ１では、この排気リフト・作動角可変機構５１により排気弁の作動角又はバルブリフト量を小さくする。

このように排気弁の作動角又はバルブリフト量を小さくして、例えば排気弁を排気行程より前の膨張行程のみで開くようにすることができ、これにより、続く排気行程で燃焼室内に作動ガスを閉じこめて圧縮・昇温することができる。また、排気弁を全閉とする場合に比して、膨張下死点での圧力降下による温度低下が抑制され、圧縮開始圧力が高くなる分、圧縮による昇温効果をより大きくできる。

（５）好ましくは、上記リフト・作動角可変機構５１は、クランクシャフトにより回転駆動される駆動軸５２と、この駆動軸５２に揺動可能に嵌合し、排気弁５３を開閉作動させる揺動カム５４と、駆動軸５２に偏心して設けられた駆動偏心カム部５５と、制御軸５６と、この制御軸５６に偏心して設けられた制御偏心カム部５７と、この制御偏心カム部５７に揺動可能に嵌合するロッカアーム５８と、駆動偏心カム部５５とロッカアーム５８の一端とを連係する第１リンク５９と、揺動カム５４とロッカアーム５８の他端とを連係する第２リンク６０と、上記制御軸５６の回転位置を変更・保持する制御軸アクチュエータ６１と、を有する。

（６）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。

（７）更に好ましくは、昇温運転Ｍ１中に、排気浄化触媒１７よりも下流側の排気通路１５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。

本発明の一実施例に係るエンジンの昇温装置を示すシステム図。 本実施例の昇温制御の流れを示すフローチャート。 上記昇温制御の流れを示すタイムチャート。 吸・排気弁のバルブタイミング（Ａ）及び排気弁のみのバルブタイミング（Ｂ）の一例を示す特性図。 昇温運転時に過給機を用いた場合の効果を示す説明図。 バッテリ電力量に応じて吸・排気弁開閉時期の進角幅を変更する場合のフローチャート。 バッテリ電力量と吸・排気弁開閉時期の進角側への変換角との関係を示す特性図。 吸気温度を推定する例に係る説明図。 上記水温と外気温をパラメータとする推定温度の検索テーブル。 クランキング回転数をパラメータとする係数検索テーブル。 クランキング回転数と昇温効果との関係を示す特性図。 吸・排気弁のバルブタイミングの他の例を示す特性図。 吸気弁の進角化による昇温効果を示す特性図。 排気弁の小リフト・作動角化による昇温効果を示す特性図。 排気シャッタ弁による昇温効果を示す特性図。 排気リフト・作動角可変機構を示す斜視図。

符号の説明

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

Claims (7)

1. 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、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、吸気通路を含む吸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し、かつ、上記排気バルブタイミング変更機構により排気弁の閉時期を吸気弁の開時期よりも進角させるとともに、吸気弁の開時期を排気上死点よりも進角させる昇温運転を行うエンジンの昇温装置。
2. 吸気系の温度を検出する吸気温度検出手段を備え、この吸気系の温度が所定温度に達するまで、上記昇温運転を継続する請求項１に記載のエンジンの昇温装置。
3. 上記昇温運転では、上記排気バルブタイミング変更機構により排気弁が膨張行程で開くように進角させる請求項１又は２に記載のエンジンの昇温装置。
4. 上記排気弁の作動角とバルブリフト量の少なくとも一方を連続的に変更可能な排気リフト・作動角可変機構を備え、
   上記昇温運転では、この排気リフト・作動角可変機構により排気弁の作動角又はバルブリフト量を小さくする請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの昇温装置。
5. 上記リフト・作動角可変機構は、クランクシャフトにより回転駆動される駆動軸と、この駆動軸に揺動可能に嵌合し、排気弁を開閉作動させる揺動カムと、駆動軸に偏心して設けられた駆動偏心カム部と、制御軸と、この制御軸に偏心して設けられた制御偏心カム部と、この制御偏心カム部に揺動可能に嵌合するロッカアームと、駆動偏心カム部とロッカアームの一端とを連係する第１リンクと、揺動カムとロッカアームの他端とを連係する第２リンクと、上記制御軸の回転位置を変更・保持する制御軸アクチュエータと、を有する請求項４に記載のエンジンの昇温装置。
6. 上記昇温運転中に、過給機による過給を行う請求項１〜５のいずれかに記載のエンジンの昇温装置。
7. 上記昇温運転中に、排気浄化触媒よりも下流側の排気通路を閉じる排気シャッター弁を有する請求項１〜６のいずれかに記載のエンジンの昇温装置。

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