JP2007132284A

JP2007132284A - Intake device for internal combustion engine

Info

Publication number: JP2007132284A
Application number: JP2005326784A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kobayashi; 敦小林; Susumu Kubo; 進久保
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-11-11
Filing date: 2005-11-11
Publication date: 2007-05-31

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve stability of combustion by radicalization of fuel in intake air blow back gas at a time of intake delayed close. SOLUTION: This device is provided with a variable valve gear 27 capable of varying valve timing of an intake valve 19. The device includes a combustion improvement device 30 partially oxidizing fuel in blow back gas blown back into an intake passage 25 by using a catalyst 31 at the time of intake delayed close during which close timing of the intake valve 19 is delayed later than bottom dead center by the variable valve gear 27. Namely, the catalyst 31 is attached to an intake air flow control valve 32 intensifying intake air flow in the intake passage 25 at the time of intake delayed close as one unit. COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、吸気弁のバルブタイミングを変更可能な可変動弁機構を備えた内燃機関の吸気装置に関する。 The present invention relates to an intake device for an internal combustion engine including a variable valve mechanism that can change the valve timing of the intake valve.

特許文献１では、吸気弁のバルブタイミングを変更可能な可変動弁機構を利用して、ポンピングロスを抑制するために吸気弁のバルブタイミング（特に閉時期）を遅れ方向に調整したときに、スワール又はタンブル流動を強化する吸気流動制御弁の開度を絞ることにより、燃焼安定性を図る技術が開示されている。
特開平１０−１８４３７０号公報 In Patent Document 1, when a variable valve mechanism that can change the valve timing of the intake valve is used to adjust the valve timing (particularly the closing timing) of the intake valve in the delay direction in order to suppress the pumping loss, the swirl is performed. Or the technique which aims at combustion stability by narrowing the opening degree of the intake flow control valve which strengthens tumble flow is disclosed.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-184370

しかしながら、上述したように吸気弁のバルブタイミングを遅らせる吸気遅閉じ時に、単に吸気流動制御弁を絞って燃焼室内のガス流動を強化するだけでは、燃焼安定性を十分に改善することはできず、更なる改良が望まれていた。 However, as described above, when the intake valve is slowly closed to delay the valve timing of the intake valve, the combustion stability cannot be sufficiently improved by simply restricting the intake flow control valve and enhancing the gas flow in the combustion chamber. Further improvements were desired.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明に係る内燃機関の吸気装置は、吸気弁のバルブタイミングを変更可能な可変動弁機構を備えるとともに、この可変動弁機構により吸気弁の閉時期を下死点よりも遅らせる吸気遅閉じ時に、触媒を利用して吸気通路内に吹き返される吹き返しガス中の燃料を部分的に酸化させる燃焼改善デバイスを有することを特徴としている。 The present invention has been made in view of such problems. That is, the intake device for an internal combustion engine according to the present invention includes a variable valve mechanism that can change the valve timing of the intake valve, and the intake valve delays the closing timing of the intake valve from the bottom dead center by this variable valve mechanism. It is characterized by having a combustion improving device that partially oxidizes the fuel in the blown-back gas blown back into the intake passage using the catalyst when closed.

本発明によれば、吸気遅閉じ時には、吸気弁の閉時期を下死点よりも遅らせることによりポンピングロスの低減化を図ることができるとともに、燃焼改善デバイスにより吸気通路内に吹き返される吹き返しガス中の燃料を部分的に酸化させて、いわゆるラジカル化することができる。このラジカル化された燃料は燃焼に必要な活性化エネルギー（反応熱）が実質的に低減されているために、次サイクルで燃焼室内に導入されるラジカル化された燃料によって、燃焼室内での着火性及び燃焼速度を格段に向上することができ、吸気遅閉じ時における燃焼安定性を著しく向上することができる。 According to the present invention, when the intake valve is closed late, the pumping loss can be reduced by delaying the closing timing of the intake valve from the bottom dead center, and in the blow-back gas blown back into the intake passage by the combustion improvement device. This fuel can be partially oxidized to form a so-called radical. Since this radicalized fuel has substantially reduced activation energy (reaction heat) necessary for combustion, the radicalized fuel introduced into the combustion chamber in the next cycle causes ignition in the combustion chamber. And the combustion speed can be remarkably improved, and the combustion stability at the time of late intake closing can be remarkably improved.

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。これら図１及び図２を参照して、この内燃機関は、４サイクルの筒内直接噴射式火花点火ガソリン内燃機関である。シリンダブロック１０には複数のシリンダ１１が形成されており、各シリンダ１１にはピストン１２が昇降可能に嵌合されている。シリンダ１１の周囲には冷却用のウォータジャケット１３が形成されている。ピストン１２はコネクティングロッド１４を介してクランクシャフトと連結されており、クランクシャフトの回転に連動してシリンダ１１内を往復動する。シリンダブロック１０の上部にはシリンダヘッド１５が固定されており、このシリンダヘッド１５の下面とピストン１２冠面との間に、混合気が燃焼する燃焼室１６がシリンダ１１内に画成されている。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Referring to FIGS. 1 and 2, this internal combustion engine is a four-cycle direct injection spark ignition gasoline internal combustion engine. A plurality of cylinders 11 are formed in the cylinder block 10, and a piston 12 is fitted to each cylinder 11 so as to be movable up and down. A water jacket 13 for cooling is formed around the cylinder 11. The piston 12 is connected to the crankshaft via a connecting rod 14 and reciprocates in the cylinder 11 in conjunction with the rotation of the crankshaft. A cylinder head 15 is fixed to the upper part of the cylinder block 10, and a combustion chamber 16 in which the air-fuel mixture burns is defined in the cylinder 11 between the lower surface of the cylinder head 15 and the crown surface of the piston 12. .

シリンダヘッド１５には、各シリンダ１１内の燃焼室１６に接続する吸気ポート１７と排気ポート１８とが形成されている。また、シリンダヘッド１５には、吸気ポート１７を開閉する吸気弁１９と排気ポート１８を開閉する排気弁２０とが設けられるとともに、燃焼室１６内の混合気を火花点火するための点火プラグ２１が燃焼室１６の中央上部に配置されており、かつ、図示していないが、燃焼室１６内に燃料を直接的に噴射する燃料噴射弁が設けられている。シリンダヘッド１５には、複数の吸気ポート１７が開口する吸気側の側壁に、後述する燃焼改善デバイス３０を介して吸気マニホールド２２が取り付けられており、複数の排気ポート１８が開口する排気側の側壁に排気マニホールド２３が取り付けられている。吸気マニホールド２２の上流側（吸気通路の流れ方向で上流側）には吸気コレクタ２４が設けられている。吸気マニホールド２２により吸気コレクタ２４から複数の吸気ポート１７へ分岐して吸気が供給されるように構成されており、これら吸気コレクタ２４，吸気マニホールド２２，燃焼改善デバイス３０及び吸気ポート１７等によって吸気通路２５が形成されている。 An intake port 17 and an exhaust port 18 connected to the combustion chamber 16 in each cylinder 11 are formed in the cylinder head 15. The cylinder head 15 is provided with an intake valve 19 for opening and closing the intake port 17 and an exhaust valve 20 for opening and closing the exhaust port 18, and an ignition plug 21 for spark ignition of the air-fuel mixture in the combustion chamber 16. Although not shown in the drawing, a fuel injection valve that directly injects fuel into the combustion chamber 16 is provided. The cylinder head 15 has an intake manifold 22 attached to an intake side wall through which a plurality of intake ports 17 are opened via a combustion improvement device 30 described later, and an exhaust side wall through which the plurality of exhaust ports 18 are opened. An exhaust manifold 23 is attached to the main body. An intake collector 24 is provided upstream of the intake manifold 22 (upstream in the flow direction of the intake passage). The intake manifold 22 branches from the intake collector 24 to the plurality of intake ports 17 to supply intake air. The intake manifold 24, the intake manifold 22, the combustion improvement device 30, the intake port 17 and the like take in the intake passage. 25 is formed.

また、吸気弁１９の開閉時期つまりバルブタイミングを変更可能な可変動弁機構２７が設けられている。このような可変動弁機構２７としては、例えばクランクシャフトの回転位相に対するカムシャフトの回転位相を変化させるベーン式のものが周知であり、ここでは詳細な説明を省略する。制御部２８は、各種制御処理を記憶及び実行するコンピュータシステムであり、各種センサ類の検出信号に基づく機関運転状態に応じて、燃料噴射時期・量や点火時期等の一般的なエンジン制御処理を行うとともに、上記の可変動弁機構２７や燃焼改善デバイス３０の動作を制御する。 A variable valve mechanism 27 that can change the opening / closing timing of the intake valve 19, that is, the valve timing, is provided. As such a variable valve mechanism 27, for example, a vane type that changes the rotational phase of the camshaft relative to the rotational phase of the crankshaft is well known, and detailed description thereof is omitted here. The control unit 28 is a computer system that stores and executes various control processes, and performs general engine control processes such as fuel injection timing / amount and ignition timing in accordance with engine operating conditions based on detection signals of various sensors. In addition, the operation of the variable valve mechanism 27 and the combustion improvement device 30 is controlled.

図１はピストン１２が吸気下死点へ向けて下降する吸気行程の状態を、図２は圧縮上死点へ向けてピストン１２が上昇する圧縮行程の状態を示している。吸気行程で吸気弁１９が開かれることにより、矢印Ｆ１に示すように、吸気通路２５から燃焼室１６内へ吸気が導入される。また、吸気遅閉じ時には、可変動弁機構２７により吸気弁１９の閉時期を下死点よりも大幅（例えば下死点後９０度以上（図１２参照））に遅らせる、いわゆるミラーサイクルを利用して、ポンピングロスの低下を図る構成としている。また、この吸気遅閉じ時には、圧縮行程の前半で吸気弁１９が開いているために、図２の矢印Ｆ２に示すように、燃焼室内の残留ガスが吸気通路２５内に吹き返され、所定量の内部ＥＧＲを確保する構成となっている。 1 shows the state of the intake stroke in which the piston 12 descends toward the intake bottom dead center, and FIG. 2 shows the state of the compression stroke in which the piston 12 rises toward the compression top dead center. When the intake valve 19 is opened in the intake stroke, intake air is introduced into the combustion chamber 16 from the intake passage 25 as indicated by an arrow F1. Further, when the intake valve is closed late, a so-called mirror cycle is used in which the variable valve mechanism 27 delays the closing timing of the intake valve 19 to be significantly greater than the bottom dead center (for example, 90 degrees or more after the bottom dead center (see FIG. 12)). Thus, the pumping loss is reduced. Further, at the time of this late intake closing, since the intake valve 19 is opened in the first half of the compression stroke, the residual gas in the combustion chamber is blown back into the intake passage 25 as shown by the arrow F2 in FIG. The internal EGR is secured.

そして本実施例では、このような吸気遅閉じ時に、触媒３１を利用して吸気通路２５内に吹き返される吹き返しガス中の燃料を部分的に酸化させる燃焼改善デバイス３０を有している。図３及び図４は、この燃焼改善デバイス３０を簡略的に示す断面対応図である。燃焼改善デバイス３０は、吸気マニホールド２２とシリンダヘッド１５の吸気側の側壁との間に介装され、吸気ポート１７に連なる吸気通路２５の一部２５Ａが形成されたハウジング３０Ａと、このハウジング３０Ａの上流側（吸気通路の流れ方向に関して上流側、つまり図３や図４の右側）の支持部３６にここを支点として揺動可能に支持された触媒保持体３０Ｂと、を有している。 In this embodiment, the combustion improving device 30 that partially oxidizes the fuel in the blown-back gas blown back into the intake passage 25 using the catalyst 31 at the time of such late intake closing is provided. 3 and 4 are cross-sectional corresponding views schematically showing the combustion improving device 30. FIG. The combustion improving device 30 is interposed between the intake manifold 22 and the side wall on the intake side of the cylinder head 15, and includes a housing 30A in which a part 25A of the intake passage 25 connected to the intake port 17 is formed, and the housing 30A. The catalyst holding body 30B is supported on a support portion 36 on the upstream side (upstream with respect to the flow direction of the intake passage, that is, on the right side in FIGS. 3 and 4).

この触媒保持体３０Ｂは、ハニカム状の触媒（担体）３１と、この触媒３１の吸気通路２５側の外周部に固定され、吸気通路２５の一部を閉じることによって、吸気通路２５内にタンブル流動やスワール流動のような吸気流動成分を付与する吸気流動制御弁３２と、同じく触媒３１の外周部、詳しくは上記の吸気流動制御弁３２とは反対側の吸気通路２５に面していない部分に固定され、触媒を速やかに活性化させるために触媒３１を昇温する昇温手段としての触媒加熱ヒータ部３３と、が一体的に設けられている。 The catalyst holding body 30B is fixed to a honeycomb-shaped catalyst (carrier) 31 and an outer peripheral portion of the catalyst 31 on the intake passage 25 side, and by closing a part of the intake passage 25, the catalyst holding body 30B flows into the intake passage 25. And an intake flow control valve 32 for applying an intake flow component such as a swirl flow and an outer peripheral portion of the catalyst 31, specifically, a portion not facing the intake passage 25 on the opposite side to the intake flow control valve 32. A catalyst heater unit 33 is integrally provided as a temperature raising means for raising the temperature of the catalyst 31 in order to quickly activate the catalyst.

触媒３１は、例えば図６に示すような円筒状のハニカム状モノリス構造体であって、ハニカム材質が例えばコージェライトのような耐熱性・耐衝撃性に優れ、かつ安価なものであり、担体物質が大表面積が容易なアルミナ（ＡＬ２０３）等である。使用される触媒は、例えば白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）のように、３００℃程度の低温で活性し、Ｈ_２，Ｏ_２，Ｃ−Ｈ，Ｏ−Ｈ結合に対して非常に活性が強いものが望ましい。触媒加熱ヒータ部３３は、制御部２８からの信号により作動するヒータ用アクチュエータ３４によりヒータ駆動用コード３５を介して駆動される。 The catalyst 31 is a cylindrical honeycomb monolith structure as shown in FIG. 6, for example, and the honeycomb material is excellent in heat resistance and impact resistance such as cordierite and is inexpensive, and is a carrier substance. Is alumina (AL203) or the like having a large surface area. The catalyst used is active at a low temperature of about 300 ° C., such as platinum (Pt) and palladium (Pd), and is very active for H ₂ , O ₂ , C—H, and O—H bonds. Strong is desirable. The catalyst heater 33 is driven via a heater drive cord 35 by a heater actuator 34 that is actuated by a signal from the controller 28.

触媒保持体３０Ｂは、制御部２８からの信号に基づくユニット駆動アクチュエータ３７の駆動により、図３に示すような格納姿勢と、図４に示すような作動姿勢とに切換可能である。図３の格納姿勢では、触媒３１が、吸気通路２５に対して窪む形でハウジング３０Ａに凹設された格納部４０に完全に収容される形となり、このとき、上記の吸気流動制御弁３２が吸気通路２５Ａの壁面の一部を構成する形となる。 The catalyst holder 30B can be switched between a retracted position as shown in FIG. 3 and an operating position as shown in FIG. 4 by driving the unit drive actuator 37 based on a signal from the control unit 28. 3, the catalyst 31 is completely accommodated in the storage portion 40 recessed in the housing 30A so as to be recessed with respect to the intake passage 25. At this time, the intake flow control valve 32 described above is used. Forms a part of the wall surface of the intake passage 25A.

一方、図４に示す作動姿勢では、上記の触媒保持体３０Ｂが支持部３６を支点として吸気下流側の部分が吸気通路２５内へ張り出す形となる。この結果、図１に示すように吸気行程では吸気流動制御弁３２により吸気通路２５の一部が閉じられて、燃焼室１６内に導入される吸気のタンブル流動成分（あるいはスワール流動成分）が強化される。また、触媒３１の下流側の開口部３１Ａが吸気通路２５内の燃焼室１６側へ向けて大きく開口する形となる。従って、上記の吸気遅閉じ時つまりミラーサイクル時には圧縮行程において燃焼室１６より吸気ポート１７へ未燃混合気が吹き返され、この吹き返しガスが、下流側の開口部３１Ａより触媒３１へ良好に導入・案内される。そして、触媒３１の低温酸化反応により、吹き返しガスつまり混合気中の燃料を中間生成物、つまりラジカルへと部分的に酸化させる、いわゆる燃料のラジカル化が行われる。このようにラジカル化された燃料は、次サイクルにおいて燃焼室１６内へ導入された際に、その燃焼に貢献する。つまり、触媒３１により吹き返しガス中の燃料がラジカル化されることにより、ラジカル化されていない燃料に比して、燃焼に必要な反応熱・活性化エネルギーが大幅に低減されることから、燃焼室１６内での着火性及び燃焼速度が格段に向上し、燃焼安定性を著しく向上することができる。 On the other hand, in the operation posture shown in FIG. 4, the catalyst holding body 30 B has a shape in which the downstream portion of the intake air projects into the intake passage 25 with the support portion 36 as a fulcrum. As a result, as shown in FIG. 1, in the intake stroke, a part of the intake passage 25 is closed by the intake flow control valve 32, and the tumble flow component (or swirl flow component) of the intake air introduced into the combustion chamber 16 is strengthened. Is done. Further, the opening 31 A on the downstream side of the catalyst 31 is greatly opened toward the combustion chamber 16 side in the intake passage 25. Therefore, at the time of the above-mentioned intake slow closing, that is, in the mirror cycle, uncombusted air-fuel mixture is blown back from the combustion chamber 16 to the intake port 17 in the compression stroke, and this blow-back gas is satisfactorily introduced into the catalyst 31 from the downstream opening 31A Guided. Then, by the low-temperature oxidation reaction of the catalyst 31, so-called radicalization of the fuel is performed in which the blown-back gas, that is, the fuel in the air-fuel mixture is partially oxidized into intermediate products, that is, radicals. The radicalized fuel contributes to the combustion when introduced into the combustion chamber 16 in the next cycle. That is, since the fuel in the blown-back gas is radicalized by the catalyst 31, the reaction heat and activation energy necessary for combustion are greatly reduced as compared with the fuel that is not radicalized. The ignitability within 16 and the combustion speed are remarkably improved, and the combustion stability can be remarkably improved.

吹き返しガスが良好に触媒３１へ導入され、この触媒３１を通過して吸気通路２５内へ戻されるように、ハウジング３０Ａには、触媒保持体３０Ｂの上流側（図３，４の右側）の部分に触媒３１の反吸気通路側の端部から支持部３６へ向かって湾曲する断面円弧状をなす板状の吹き返しガスガイド３８が設けられるとともに、吸気通路側の板状をなす吸気流動制御弁３２の吸気通路側の部分に、触媒３１を通過したガスを吸気通路２５Ａへ良好に戻すための吹き返しガス出口部３９が開口形成されている。 The housing 30A has a portion upstream of the catalyst holding body 30B (the right side in FIGS. 3 and 4) so that the blown-back gas is successfully introduced into the catalyst 31, passes through the catalyst 31, and is returned into the intake passage 25. Further, a plate-like blowback gas guide 38 having a circular arc shape that curves from the end of the catalyst 31 on the side opposite to the intake passage toward the support portion 36 is provided, and an intake flow control valve 32 having a plate shape on the intake passage side is provided. A blow-back gas outlet 39 for returning the gas that has passed through the catalyst 31 to the intake passage 25A is formed in the portion on the intake passage side.

図７は、本実施例の制御の流れを示すフローチャートである。本ルーチンは上記の制御部２８によって極短期間毎（例えば１０ｍｓ毎、あるいは所定クランク角毎）に繰り返し実行される。ステップＳ１０では、機関回転数ＮＥ及び要求トルクＬＯＡＤに基づいて、例えば図８に示す制御マップを参照することにより、吸気遅閉じによるミラーサイクル運転を行う運転領域、つまりミラー（ＭＩＬＬＥＲ）領域Ｒ２であるかを判定する。周知のように、機関回転数ＮＥは例えばクランク角センサやカム角センサの検出信号から求められ、要求トルクＬＯＡＤは例えばアクセル開度センサの検出信号から求められる。ミラー領域Ｒ２は、図８に示すように、高負荷領域Ｒ１よりも低負荷側の領域である。 FIG. 7 is a flowchart showing a control flow of the present embodiment. This routine is repeatedly executed by the control unit 28 every extremely short period (for example, every 10 ms or every predetermined crank angle). In step S10, referring to the control map shown in FIG. 8, for example, based on the engine speed NE and the required torque LOAD, the operation region in which the mirror cycle operation is performed by slow intake closing, that is, the mirror (MILLER) region R2. Determine whether. As is well known, the engine speed NE is obtained from a detection signal of a crank angle sensor or a cam angle sensor, for example, and the required torque LOAD is obtained from a detection signal of an accelerator opening sensor, for example. As shown in FIG. 8, the mirror region R2 is a region on the lower load side than the high load region R1.

ステップＳ１０において、ミラー領域Ｒ２でないと判定された場合、つまり、高負荷領域Ｒ１であると判定された場合には、ステップＳ１１へ進み、触媒保持体３０Ｂを格納姿勢に保持するとともに、ヒータ部３３を通電ＯＦＦとして非作動状態とし、本ルーチンを終了する。図１０は、この高負荷領域Ｒ１でのバルブタイミングを示している。この高負荷領域Ｒ１では、吸気弁の開時期ＩＶＯが上死点ＴＤＣ近傍に配置され、吸気弁の閉時期ＩＶＣが下死点ＢＤＣよりも進角した位置に設定される。なお、排気弁の開閉時期は固定であり、その開時期ＥＶＯが下死点近傍、閉時期ＥＶＣが上死点近傍となっている。 If it is determined in step S10 that the region is not the mirror region R2, that is, if it is determined that the region is the high load region R1, the process proceeds to step S11 to hold the catalyst holder 30B in the retracted posture and the heater unit 33. Is turned off to make it inoperative, and this routine ends. FIG. 10 shows the valve timing in the high load region R1. In the high load region R1, the opening timing IVO of the intake valve is arranged in the vicinity of the top dead center TDC, and the closing timing IVC of the intake valve is set to a position advanced from the bottom dead center BDC. The opening / closing timing of the exhaust valve is fixed, the opening timing EVO is near the bottom dead center, and the closing timing EVC is near the top dead center.

ステップＳ１０において、ミラー領域Ｒ２であると判定された場合、ステップＳ１２へ進み、機関回転数ＮＥ及び要求トルクＬＯＡＤに基づいて、図８に示すような制御マップを参照して、高Ｇ／Ｆ燃焼領域Ｒ３であるかを判定する。この高Ｇ／Ｆ燃焼領域Ｒ３は、ミラー領域Ｒ２の一部であって、ミラー領域Ｒ２の中でも低回転・低負荷側の領域であり、成層希薄燃焼によるリーン運転を行う領域に対応する。なお、「Ｇ／Ｆ」は、実質的な排気の空燃比であり、つまり新気やＥＧＲを含む総吸入空気量と燃料量との空燃比に相当する。 If it is determined in step S10 that the region is the mirror region R2, the process proceeds to step S12, and a high G / F combustion is performed with reference to a control map as shown in FIG. 8 based on the engine speed NE and the required torque LOAD. It is determined whether it is the region R3. The high G / F combustion region R3 is a part of the mirror region R2, and is a region on the low rotation / low load side in the mirror region R2, and corresponds to a region where lean operation by stratified lean combustion is performed. “G / F” is a substantial exhaust air-fuel ratio, that is, an air-fuel ratio of the total intake air amount including fresh air and EGR and the fuel amount.

ステップＳ１２で高Ｇ／Ｆ燃焼領域Ｒ３ではないと判定されれば、ステップＳ１３へ進み、ミラー領域Ｒ２に応じた吸気弁のバルブタイミングに設定する。図１１は、このミラー領域Ｒ２でのバルブタイミングの一例を示している。同図に示すように、ミラー領域Ｒ２では、高負荷領域Ｒ１に比して、吸気弁の開閉時期を遅角化している。これにより、吸気弁の閉時期ＩＶＣが下死点ＢＤＣよりも大幅に遅角化され、ミラーサイクル運転が実現される。 If it is determined in step S12 that it is not the high G / F combustion region R3, the process proceeds to step S13, and the valve timing of the intake valve corresponding to the mirror region R2 is set. FIG. 11 shows an example of the valve timing in the mirror region R2. As shown in the figure, in the mirror region R2, the opening / closing timing of the intake valve is retarded compared to the high load region R1. Thereby, the closing timing IVC of the intake valve is significantly retarded from the bottom dead center BDC, and the mirror cycle operation is realized.

ステップＳ１２で高Ｇ／Ｆ燃焼領域Ｒ３であると判定されれば、ステップＳ１４へ進み、触媒温度が活性温度に対応する所定の基準値（例えば３００℃）に達したかを判定する。触媒温度は、制御精度を重視して触媒３１の温度を検出する温度センサにより直接的に検出するようにしても良く、あるいは簡易的に機関始動からの経過時間や機関水温・油温等に基づいて推定するようにしても良い。 If it is determined in step S12 that the region is the high G / F combustion region R3, the process proceeds to step S14 to determine whether the catalyst temperature has reached a predetermined reference value (for example, 300 ° C.) corresponding to the activation temperature. The catalyst temperature may be detected directly by a temperature sensor that detects the temperature of the catalyst 31 with emphasis on control accuracy, or simply based on the elapsed time from engine start, engine water temperature, oil temperature, or the like. May be estimated.

触媒温度が基準値に達していなければ、ステップＳ１５へ進み、ヒータ部３３の通電をＯＮとして、ヒータ部３３により触媒本体３３を加熱する。これにより、触媒３１の昇温が促進され、この触媒３１が速やかに基準値に達して活性化することとなる。 If the catalyst temperature does not reach the reference value, the process proceeds to step S15, the energization of the heater unit 33 is turned on, and the catalyst body 33 is heated by the heater unit 33. Thereby, the temperature increase of the catalyst 31 is promoted, and the catalyst 31 quickly reaches the reference value and is activated.

触媒温度が基準値に達していれば、ステップＳ１６へ進み、燃焼改善デバイス３０の触媒保持体３０Ｂを作動姿勢とする。これにより、上述したように、吸気流動制御弁３２によりタンブル流動が強化されるとともに、触媒３１が吸気通路２５内に進出し、吸気通路２５に吹き返される混合気のラジカル化が促進されて、成層希薄燃焼を実現する高Ｇ／Ｆ燃焼領域Ｒ３における燃焼安定性を格段に向上することができる。 If the catalyst temperature has reached the reference value, the process proceeds to step S16, and the catalyst holder 30B of the combustion improvement device 30 is set to the operating posture. As a result, as described above, the tumble flow is strengthened by the intake flow control valve 32, and the catalyst 31 advances into the intake passage 25, and radicalization of the air-fuel mixture blown back to the intake passage 25 is promoted, so that stratification is achieved. Combustion stability in the high G / F combustion region R3 that realizes lean combustion can be significantly improved.

ステップＳ１７では、適宜なバルブタイミングマップ（図示省略）を参照して、高Ｇ／Ｆ燃焼領域Ｒ３に応じた吸気弁のバルブタイミングに設定する。図１２は、高Ｇ／Ｆ燃焼領域Ｒ３での吸気弁のバルブタイミングの一例を示している。同図に示すように、高Ｇ／Ｆ燃焼領域Ｒ３では、図１２に示すミラー領域Ｒ２（高Ｇ／Ｆ燃焼領域Ｒ３を除く）に比して、吸気弁の開閉時期を更に遅角化している。具体的には、吸気弁の閉時期ＩＶＣを下死点ＢＤＣよりも９０度以上遅角したた吸気遅閉じの設定としている。 In step S17, referring to an appropriate valve timing map (not shown), the valve timing of the intake valve corresponding to the high G / F combustion region R3 is set. FIG. 12 shows an example of the valve timing of the intake valve in the high G / F combustion region R3. As shown in the figure, in the high G / F combustion region R3, the opening / closing timing of the intake valve is further retarded compared to the mirror region R2 (excluding the high G / F combustion region R3) shown in FIG. Yes. Specifically, the intake valve closing timing IVC is set to delay the intake air delay by delaying 90 degrees or more from the bottom dead center BDC.

なお、図示せぬ他のルーチンによって、点火時期、燃料噴射量及びＥＧＲ率等も上記の領域Ｒ１〜Ｒ３に応じて設定される。 Note that the ignition timing, fuel injection amount, EGR rate, and the like are also set according to the above-described regions R1 to R3 by other routines (not shown).

図９は、所定の回転数Ａ（図８参照）における要求トルクとブースト圧との関係を示している。同図に示すように、一般的な通常のバルブタイミングの設定Ｒ１に対し、低負荷側のミラー領域Ｒ２では負圧を低減することができ、上記の高Ｇ／Ｆ燃焼領域Ｒ３では更に負圧を低減することができる。 FIG. 9 shows the relationship between the required torque and the boost pressure at a predetermined rotation speed A (see FIG. 8). As shown in the figure, the negative pressure can be reduced in the mirror region R2 on the low load side with respect to the general normal valve timing setting R1, and the negative pressure is further increased in the high G / F combustion region R3. Can be reduced.

以上のように本実施例では、ミラーサイクルを利用した吸気遅閉じ時、より具体的には高Ｇ／Ｆ領域Ｒ３において、吸気通路２５へ吹き返されるガスを、燃焼改善デバイス３０の触媒３１を通過させることによって、この低温酸化触媒３１の酸化発熱反応によって、その混合気中の燃料をラジカル化することができる。このようにラジカル化された燃料では、触媒反応による燃料の活性化エネルギー・反応熱が実質的に低減されるとともに、混合気温度が上昇し、燃焼室内での着火性及び燃焼速度を格段に向上することができる。つまり、ミラーサイクル化によりポンピングロスの低下を図りつつ、このミラーサイクル化に伴う有効圧縮比の低下に起因する着火性や燃焼速度の低下を、上記の燃焼改善デバイス３０によって有効に低減・回避することができ、このような燃焼安定性の向上に伴い、リーン限界を拡大して燃費の更なる向上を図ることができる。つまり、空燃比の高い成層希薄燃焼つまり高Ｇ／Ｆ燃焼における燃焼限界をリーン側へ拡大して、燃費性能を向上することができる。しかも、吸気吹き返しによって筒内直接噴射型内燃機関（ＤＩＧ）における燃料気化時間も稼げるために、上記の触媒による効果とあわせて未燃ＨＣ排出量を有効に低減することができる。 As described above, in the present embodiment, the gas blown back to the intake passage 25 passes through the catalyst 31 of the combustion improvement device 30 at the time of late intake closing using the mirror cycle, more specifically, in the high G / F region R3. By doing so, the fuel in the air-fuel mixture can be radicalized by the oxidation exothermic reaction of the low-temperature oxidation catalyst 31. In such radicalized fuel, the activation energy and reaction heat of the fuel by catalytic reaction are substantially reduced, and the temperature of the air-fuel mixture rises, significantly improving the ignitability and combustion speed in the combustion chamber. can do. In other words, while reducing the pumping loss by the mirror cycle, the above-described combustion improvement device 30 effectively reduces and avoids the decrease in ignitability and combustion speed due to the decrease in the effective compression ratio accompanying this mirror cycle. As the combustion stability is improved, the lean limit can be expanded to further improve the fuel consumption. That is, the combustion limit in stratified lean combustion with high air-fuel ratio, that is, high G / F combustion can be expanded to the lean side, and fuel efficiency can be improved. In addition, since the fuel vaporization time in the direct injection type internal combustion engine (DIG) can be increased by the intake air blow-back, the unburned HC emission amount can be effectively reduced together with the effect of the catalyst.

また本実施例では、この燃焼改善デバイス３０が吸気流動制御弁３２としての機能を兼ね備えているために、触媒と吸気流動制御弁とを別々に駆動・制御する場合に比して、その構造を著しく簡素化することができる。言い換えると、本実施例では、高Ｇ／Ｆ領域Ｒ３で閉じられる吸気流動制御弁３２に対し、吹き返しガスのラジカル化を行う触媒３１を一体的に取り付けており、吸気流動制御弁３２が閉じられたときにのみ、吹き返しガスが触媒３１を通過するように構成されている。従って、燃焼安定性が特に問題となる高Ｇ／Ｆ領域Ｒ３において、燃焼安定性を改善するために吸気流動制御弁３２を閉じると、これに伴って吹き返しガスが触媒３１を通過するようになっており、既存の吸気流動制御弁３２を利用した簡素な構造で、触媒効果により燃焼安定性を格段に向上することができるものである。しかも、燃焼安定性が特に問題になる高Ｇ／Ｆ領域Ｒ３での吹き返しガスのみが触媒３１を通過するように構成されているために、過度に触媒を通過することによる通流抵抗の増加を招くことがない。 In this embodiment, since the combustion improving device 30 also has a function as the intake flow control valve 32, the structure thereof is compared with the case where the catalyst and the intake flow control valve are driven and controlled separately. It can be greatly simplified. In other words, in this embodiment, the catalyst 31 for radicalizing the blowback gas is integrally attached to the intake flow control valve 32 that is closed in the high G / F region R3, and the intake flow control valve 32 is closed. The blow back gas passes through the catalyst 31 only when Accordingly, when the intake flow control valve 32 is closed in order to improve the combustion stability in the high G / F region R3 where the combustion stability is particularly problematic, the blow-back gas passes through the catalyst 31 accordingly. Therefore, the combustion stability can be remarkably improved by a catalytic effect with a simple structure using the existing intake flow control valve 32. In addition, since only the blow back gas in the high G / F region R3 where the combustion stability is a particular problem passes through the catalyst 31, an increase in the flow resistance due to passing through the catalyst excessively. There is no invitation.

以下に示す実施例では、既述した第１実施例と共通する構成要素には同じ参照符号を付し、重複する説明を適宜省略する。 In the embodiment described below, the same reference numerals are assigned to the same components as those in the first embodiment described above, and duplicate descriptions are omitted as appropriate.

図１３は、本発明の第２実施例を示している。この第２実施例では、吸気流動を強化する吸気流動制御弁３２の一端に、吸気流動制御弁３２を閉じる吸気遅閉じ時に、燃焼室１６（図１，２参照）へ向かう吸気正流れ方向Ｆ１（図１３の左方向）の吸気流れを許容するとともに、燃焼室から吸気上流側へ向かう吸気逆流れ方向（図１３の右方向）の流れを阻止する逆止弁（ワンウエイバルブ）５１を設けている。この逆止弁５１は、吸気正流れ時には破線５１Ａに示す開弁姿勢となってその吸気正流れＦ１を許容し、吸気逆流れ時には実線５１に示す閉弁姿勢となって吸気通路２５の逆流れを禁止する。また、これら吸気流動制御弁３２及び逆止弁５１を迂回するバイパス通路５２を設け、このバイパス通路５２に、吹き返しガス中の燃料をラジカル化する触媒３１を設けている。 FIG. 13 shows a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the positive intake air flow direction F1 toward the combustion chamber 16 (see FIGS. 1 and 2) at the time of the late intake closing that closes the intake air flow control valve 32 at one end of the intake air flow control valve 32 that strengthens the intake air flow. Provided is a check valve (one-way valve) 51 that allows the intake flow in the left direction (FIG. 13) and blocks the flow in the intake reverse flow direction (right direction in FIG. 13) from the combustion chamber toward the intake upstream side. Yes. The check valve 51 is in the valve opening posture indicated by the broken line 51A during the normal intake air flow to allow the intake normal flow F1, and is in the valve closing posture indicated by the solid line 51 during the reverse intake air flow. Is prohibited. Further, a bypass passage 52 that bypasses the intake flow control valve 32 and the check valve 51 is provided, and the catalyst 31 that radicalizes the fuel in the blowback gas is provided in the bypass passage 52.

この第２実施例によれば、吸気流動制御弁３２を閉じる高Ｇ／Ｆ領域では、逆止弁５１を通して吸気が燃焼室内へ供給されるとともに、燃焼室から吸気通路へ吹き返される吹き返しガスが、確実にバイパス通路５２内の触媒３１を通る形となり、第１実施例に比して、通路構造等が複雑化するものの、触媒３１による吹き返しガスのラジカル化をより一層確実に行うことができる。 According to the second embodiment, in the high G / F region where the intake flow control valve 32 is closed, the intake gas is supplied into the combustion chamber through the check valve 51 and the blow-back gas blown back from the combustion chamber to the intake passage is The catalyst 31 is surely passed through the bypass passage 52, and compared with the first embodiment, the passage structure and the like are complicated, but the radicalization of the blown back gas by the catalyst 31 can be performed more reliably.

図１４に示す第３実施例では、吸気通路２５内を仕切壁６１により２分割し、一方の第１分岐通路６２に上記の逆止弁５１を設けるとともに、他方の第２分岐通路６３に触媒３１を設けている。この場合、吸気流動制御弁３２の作動状態にかかわらず、吸気遅閉じ時を含む全ての運転状態において、吹き返しガスが第２分岐通路６３内の触媒３１を通過する形となり、吹き返しガス中の燃料のラジカル化を行うように構成されている。 In the third embodiment shown in FIG. 14, the inside of the intake passage 25 is divided into two by a partition wall 61, the check valve 51 is provided in one first branch passage 62, and the catalyst is provided in the other second branch passage 63. 31 is provided. In this case, regardless of the operation state of the intake flow control valve 32, the blowback gas passes through the catalyst 31 in the second branch passage 63 in all operating states including when the intake air is slowly closed, and the fuel in the blowback gas It is configured to perform radicalization.

図１５に示す第４実施例では、４気筒の内燃機関の吸気マニホールド２２の各＃１〜＃４気筒に接続する複数のブランチ通路７１に、それぞれ触媒３１が設けられている。なお、符号７２は吸気コレクタ２４内に設けられたスロットル弁７２である。このように各ブランチ通路７１に触媒３１を設けることによって、吸気脈動等を利用して、各＃１〜＃４気筒のブランチ通路７１内を通過することにより生じたラジカル化された燃料を、他の気筒での燃焼に有効に利用することができる。 In the fourth embodiment shown in FIG. 15, a catalyst 31 is provided in each of a plurality of branch passages 71 connected to the # 1 to # 4 cylinders of the intake manifold 22 of the four-cylinder internal combustion engine. Reference numeral 72 denotes a throttle valve 72 provided in the intake collector 24. By providing the catalyst 31 in each branch passage 71 in this way, the radicalized fuel generated by passing through the branch passage 71 of each of the # 1 to # 4 cylinders using intake pulsation or the like It can be effectively used for combustion in the cylinder.

以上の説明より把握し得る本発明の特徴的な技術思想について、上記実施例を参照して列記する。但し、本発明は参照符号を付した実施例の構成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。 The characteristic technical ideas of the present invention that can be understood from the above description will be listed with reference to the above-described embodiments. However, the present invention is not limited to the configuration of the embodiment given the reference numerals, and includes various modifications and changes without departing from the spirit thereof.

（１）吸気弁１９のバルブタイミングを変更可能な可変動弁機構２７を備えるとともに、この可変動弁機構２７により吸気弁１９の閉時期を下死点よりも遅らせる吸気遅閉じ時に、触媒３１を利用して吸気通路２５内に吹き返される吹き返しガス中の燃料を部分的に酸化させる燃焼改善デバイス３０を有している。 (1) A variable valve mechanism 27 capable of changing the valve timing of the intake valve 19 is provided, and the catalyst 31 is provided at the time of intake intake late closing in which the variable valve mechanism 27 delays the closing timing of the intake valve 19 from the bottom dead center. The combustion improving device 30 is used to partially oxidize the fuel in the blown-back gas that is blown back into the intake passage 25.

（２）より好ましくは、吸気遅閉じ時に、吸気通路２５を部分的に閉じることにより吸気流動成分を強化する吸気流動制御弁３２を備えている。 (2) More preferably, an intake air flow control valve 32 is provided that reinforces the intake air flow component by partially closing the intake passage 25 when the intake air is closed late.

（３）更に好ましくは、上記燃焼改善デバイス３０が、上記触媒３１と吸気流動制御弁３２とを一体的に備えており、かつ、上記触媒３１と吸気流動制御弁３２とを吸気通路２５から待避させる格納姿勢と、上記吸気遅閉じ時に触媒３１と吸気流動制御弁３２とを吸気通路２５内へ張り出させる作動姿勢と、に切換可能である。 (3) More preferably, the combustion improvement device 30 integrally includes the catalyst 31 and the intake flow control valve 32, and the catalyst 31 and the intake flow control valve 32 are retracted from the intake passage 25. It is possible to switch between a retracted posture and an operating posture in which the catalyst 31 and the intake flow control valve 32 project into the intake passage 25 when the intake air is closed late.

（４）より具体的には、上記燃焼改善デバイス３０は、吸気通路２５の一部を画成するハウジング３０Ａと、このハウジング３０Ａに吸気上流側の一端（３６）が揺動可能に支持された触媒保持体３０Ｂと、を有し、この触媒保持体３０Ｂの内部に触媒３１が保持されているとともに、触媒保持体３０Ｂに吸気流動制御弁３２が設けられている。 (4) More specifically, the combustion improving device 30 includes a housing 30A that defines a part of the intake passage 25, and one end (36) on the intake upstream side supported by the housing 30A in a swingable manner. A catalyst holder 30B. The catalyst 31 is held in the catalyst holder 30B, and an intake flow control valve 32 is provided in the catalyst holder 30B.

（５）上記の触媒３１による効果をより確実に得るために、好ましくは、触媒３１を昇温する昇温手段（触媒加熱ヒータ部）３３を有している。 (5) In order to obtain the effect of the catalyst 31 more reliably, it preferably has a temperature raising means (catalyst heater portion) 33 for raising the temperature of the catalyst 31.

本発明の第１実施例に係る内燃機関の吸気装置を示す構成図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The block diagram which shows the intake device of the internal combustion engine which concerns on 1st Example of this invention. 同じく第１実施例に係る内燃機関の吸気装置を示す構成図。The block diagram which similarly shows the intake device of the internal combustion engine which concerns on 1st Example. 上記第１実施例の燃焼改善デバイスの格納姿勢での断面図。Sectional drawing in the storing attitude | position of the combustion improvement device of the said 1st Example. 上記第１実施例の燃焼改善デバイスの作動姿勢での断面図。Sectional drawing in the operation posture of the combustion improvement device of the said 1st Example. 図３の矢視Ａに対応する平面図。The top view corresponding to the arrow A of FIG. 上記燃焼改善デバイスに設けられる触媒の一例を示す斜視図。The perspective view which shows an example of the catalyst provided in the said combustion improvement device. 上記第１実施例に係る制御の流れを示すフローチャート。The flowchart which shows the flow of control which concerns on the said 1st Example. 機関回転数及び要求トルクに応じた機関運転領域の一例を示す特性図。The characteristic view which shows an example of the engine operation area | region according to an engine speed and request torque. 運転領域の切換に伴うブースト圧の変化を示す説明図。Explanatory drawing which shows the change of the boost pressure accompanying switching of an operation area | region. 高負荷領域におけるバルブタイミングの一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of the valve timing in a high load area | region. ミラー領域におけるバルブタイミングの一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of the valve timing in a mirror area | region. 高Ｇ／Ｆ領域におけるバルブタイミングの一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of the valve timing in a high G / F area | region. 本発明の第２実施例に係る内燃機関の吸気装置を示す構成図。The block diagram which shows the intake device of the internal combustion engine which concerns on 2nd Example of this invention. 本発明の第３実施例に係る内燃機関の吸気装置を示す構成図。The block diagram which shows the intake device of the internal combustion engine which concerns on 3rd Example of this invention. 本発明の第４実施例に係る内燃機関の吸気装置を示す構成図。The block diagram which shows the intake device of the internal combustion engine which concerns on 4th Example of this invention.

Explanation of symbols

１６…燃焼室
１９…吸気弁
２５…吸気通路
２７…可変動弁機構
３０…燃焼改善デバイス
３０Ａ…ハウジング
３０Ｂ…触媒保持体
３１…触媒
３２…吸気流動制御弁
３３…触媒加熱ヒータ部（昇温手段）
DESCRIPTION OF SYMBOLS 16 ... Combustion chamber 19 ... Intake valve 25 ... Intake passage 27 ... Variable valve mechanism 30 ... Combustion improvement device 30A ... Housing 30B ... Catalyst holding body 31 ... Catalyst 32 ... Intake flow control valve 33 ... Catalyst heating heater part (temperature raising means) )

Claims

While equipped with a variable valve mechanism that can change the valve timing of the intake valve,
This variable valve mechanism has a combustion improvement device that partially oxidizes the fuel in the blown-back gas that is blown back into the intake passage using the catalyst when the intake valve is closed late, which delays the closing timing of the intake valve from the bottom dead center. An intake device for an internal combustion engine characterized by the above.

2. The intake device for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising an intake flow control valve that reinforces an intake flow component by partially closing the intake passage during the late intake closing.

The combustion improving device is integrally provided with the catalyst and the intake flow control valve, and stores the catalyst and the intake flow control valve from the intake passage. The intake device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the intake control device can be switched between an operation posture in which the flow control valve projects into the intake passage.

The combustion improvement device includes a housing that defines a part of the intake passage, and a catalyst holder that is supported by the housing so that one end of the intake air upstream side can swing.
The intake device for an internal combustion engine according to claim 3, wherein a catalyst is held inside the catalyst holding body, and an intake flow control valve is provided in the catalyst holding body.

The intake device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, further comprising a temperature raising means for raising the temperature of the catalyst.