JP2007154814A - Exhaust emission control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気通路に設けた排気浄化触媒の昇温要求時に、HCなどの排気未燃焼成分を低減させると共に、排気温度を上昇させて該触媒を早期に活性させる排気浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust purification device that reduces exhaust unburned components such as HC and activates the catalyst at an early stage by reducing exhaust unburned components such as HC when a temperature increase request is made for an exhaust purification catalyst provided in an exhaust passage of an internal combustion engine. .
特許文献1では、吸気バルブの開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構と、排気通路にて排気を浄化可能な排気浄化触媒とを備える内燃機関の排気浄化装置において、エンジン冷間始動状態など、排気浄化触媒の昇温が要求される所定期間(エンジン始動時から未燃HCがある程度浄化される時まで)では、可変バルブタイミング機構により排気バルブ及び吸気バルブが共に開期間となるオーバーラップを通常運転時よりも拡大させることが開示されている。そして、所定期間経過後は、オーバーラップを減少させると共に、点火時期を遅角している。
しかしながら、特許文献1に記載の内燃機関において、オーバーラップの拡大によってHCの低減が有効であるのは、燃料重軽質空燃比差によって空燃比がリッチになるラムダコントロールにより空燃比を目標空燃比(理論空燃比)にフィードバック制御を開始する前である。このため、フィードバック制御開始後は、HC低減及び排気ガスの温度上昇による排気浄化触媒の早期活性が図れないという問題があった。
However, in the internal combustion engine described in
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、HC低減を図ると共に排気浄化触媒の早期活性を図ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and aims to reduce the HC and achieve early activation of the exhaust purification catalyst.
そのため本発明では、排気浄化触媒の昇温要求時に、空燃比フィードバック制御が開始されるまでの間、排気バルブ及び吸気バルブが共に開期間となるオーバーラップの拡大を行い、空燃比フィードバック制御が開始された後は、オーバーラップを戻すと共に点火時期を遅角する。 Therefore, in the present invention, when the temperature increase of the exhaust purification catalyst is requested, until the air-fuel ratio feedback control is started, the overlap between the exhaust valve and the intake valve is opened, and the air-fuel ratio feedback control is started. After that, the overlap is returned and the ignition timing is retarded.
本発明によれば、触媒の昇温要求時のオーバーラップ拡大により吸気ポート内への排気ガスの吹き返しを起こすことで燃料気化を促進し、燃料の重軽質空燃比差を縮小させ、その分だけ空燃比のリーン化設定が可能になる。これにより、空燃比検出のための空燃比センサ等が非活性であるために該センサを用いた空燃比フィードバック制御が行えない場合である始動直後のリッチ状態においても、オーバーラップの拡大によってHCを低減できる点で有効である。 According to the present invention, fuel vaporization is promoted by causing the exhaust gas to blow back into the intake port by expanding the overlap at the time of the temperature increase request of the catalyst, and the difference between the heavy and light air-fuel ratios of the fuel is reduced. The lean air / fuel ratio can be set. As a result, even when the air-fuel ratio sensor for detecting the air-fuel ratio is inactive and the air-fuel ratio feedback control using the sensor cannot be performed, even in a rich state immediately after the start, the HC can be reduced by expanding the overlap. This is effective in that it can be reduced.
そして、フィードバック制御開始後は、余剰燃料が減少することでオーバーラップ拡大の効果が減少するため、オーバーラップを戻して燃焼安定度が向上する分だけ点火時期を遅角し、後燃えによってHCを低減すると共に、排気ガスの温度上昇による排気浄化触媒の早期活性を図ることができる。 After the feedback control is started, the effect of expanding the overlap is reduced by reducing the surplus fuel. Therefore, the ignition timing is retarded by the amount of returning the overlap and improving the combustion stability, and the HC is reduced by the afterburning. As well as reducing the temperature, it is possible to achieve early activation of the exhaust purification catalyst due to the temperature rise of the exhaust gas.
以下、図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。
図1は、内燃機関の排気浄化装置の構成を示す図である。
エンジン1の各シリンダ2及びピストン3により画成される燃焼室4には、点火プラグ5を囲むように、吸気バルブ6及び排気バルブ7を配置している。
吸気バルブ6は、第1カムシャフト8に形成された吸気カム8aにより所定タイミングで開閉される。排気バルブ7は、第2カムシャフト9に形成された排気カム9aにより所定タイミングで開閉される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine.
An intake valve 6 and an
The intake valve 6 is opened and closed at a predetermined timing by an
第1カムシャフト8には、吸気バルブ6の開閉タイミングが変更可能な可変バルブタイミング機構10が設けられている。可変バルブタイミング機構10は、吸気バルブ6の開閉タイミングを変更するために、ECU30からの可変バルブタイミング信号に基づいて吸気バルブ6の位相を変更することで、排気バルブ7及び吸気バルブ6が共に開期間となるオーバーラップの拡大及び縮小ができるものである。
The
エンジン1に導入する吸入空気量を制御するため、吸気通路11には、電制スロットル弁(バタフライバルブ)12が配設されている。電制スロットル弁12は、その開口面積に応じて燃焼室4内に空気を導入可能である。電制スロットル弁12の開口面積は、エンジン制御装置(ECU)30の開度指令に基づいて決定される。吸気通路11下流の各吸気ポート11aには、燃料噴射弁14がそれぞれ設けられている。
In order to control the amount of intake air introduced into the
排気通路15には、HC等の排気未燃焼成分を浄化可能な排気浄化触媒16を設けている。
また、ECU30には、スロットル開度センサ17、エアフロメータ(熱線式流量計)18、空燃比検出手段(ここでは空燃比センサ)19、排気温度センサ20、クランク角センサ21、水温センサ22、スタートスイッチ23及びアクセル開度センサ24等からの信号が入力される。
The
Further, the ECU 30 includes a
スロットル開度センサ17は、電制スロットル弁12の開度に応じた信号を出力する。
エアフロメータ18は、電制スロットル弁12より上流の吸気通路11に設けられ、電制スロットル弁12を通過する空気の流量に応じた信号を出力する。
空燃比センサ19は、排気通路15の排気浄化触媒16上流に設けられ、排気空燃比に応じた信号を出力する。空燃比センサ19の出力値は、空燃比に応じて比例的に変化する。
The
The
The air-
排気温度センサ20は、排気ガスの温度に応じた信号を出力する。
クランク角センサ21は、エンジン1のクランク角に応じた信号を出力する。このクランク角センサ21の信号によりエンジン回転数を検出可能である。
水温センサ22は、シリンダブロックに設けられ、シリンダブロックのウォータージャケット内を流れる冷却液の温度(エンジン水温)に応じた信号を出力する。
The
The
The
スタートスイッチ23(図では「ST/SW」と示す)は、運転者の操作によってエンジン1始動時のON及びOFFの信号を出力する。
アクセル開度センサ24は、アクセルペダルの開度に応じた信号を出力する。
ECU30は、各種センサからの信号に基づいて演算を行い、この演算結果に基づいて各種制御を行う。例えば、点火プラグ5の点火時期制御、吸気バルブ6のバルブタイミング制御(オーバーラップ制御)、電制スロットル弁12の開度制御、燃料噴射弁14の燃料噴射制御などを行う。
The start switch 23 (shown as “ST / SW” in the figure) outputs ON and OFF signals when the
The
The
図2は、排気浄化触媒16の昇温要求時に、本発明の排気浄化制御を行った場合のタイムチャートである。図3は、図2に示されるパラメータのうち補正対象となるパラメータの補正量を示すテーブルである。
図2に示すように、エンジン1の始動後の経過時間Tに対する各パラメータとして、(イ)ではエンジン回転数、(ロ)では空燃比(図では「A/F」と示す)、(ハ)では可変バルブタイミング機構(図では「VTC;Variable Timing Control」と示す)10による吸気バルブ6の進角及び遅角、(ニ)では点火プラグ5の点火時期、(ホ)では電制スロットル弁12の開度、(ヘ)では燃料噴射弁14から噴射される燃料の増量率、(ト)では排気通路15へのHC排出量、(チ)では排気ガスの温度をそれぞれ示している。
FIG. 2 is a time chart in the case where the exhaust purification control of the present invention is performed when a temperature increase request of the
As shown in FIG. 2, as parameters for the elapsed time T after the start of the
図2(イ)に示すように、エンジン回転数は、スタートスイッチ23のONからOFFへの切り換え後、目標エンジン回転数(アイドル回転数)に収束する。
図2(ロ)に示すように、排気空燃比は、スタートスイッチ23をONからOFFにした時点t1から時点t2付近では急激にリッチになっている。その後は、空燃比センサ19が活性し且つスタートスイッチ23をONからOFFにした時点t1から所定時間Tλが経過した条件にて、排気通路15内(またはエンジン1の燃焼室4内)の空燃比を目標空燃比である理論空燃比にフィードバック制御するラムダコントロールを開始するt4の時点まで、空燃比を理論空燃比(ストイキ)側に次第に移行するようになっている。
As shown in FIG. 2A, the engine speed converges to the target engine speed (idle speed) after the
As shown in FIG. 2 (b), the exhaust air-fuel ratio suddenly becomes rich from the time point t1 to the time point t2 when the
なお、t3は、エンジン1が始動した後に空燃比センサ19の活性判定を開始する時点である。t4は、空燃比センサ19が活性したと判定した時点である。空燃比センサ19の活性時以後は、該センサ19の出力値に基づいて空燃比を理論空燃比に制御するラムダコントロールが可能になる。
図2(ハ)に示すように、吸気バルブ6の開閉タイミング(位相)を変更する時点(VTC駆動許可があった時点)t2で、吸気バルブ6の位相を遅角側の第1位相VTC0から遅角側の第2位相VCT1へ進角し、排気バルブ7及び吸気バルブ6が共に開期間となるオーバーラップを拡大する。その後、吸気バルブ6の位相VCT1は、可変バルブタイミング機構10による吸気バルブ6の遅角が開始される時点t5から、拡大したオーバーラップを戻すために、第1位相VTC0へ制御される。
Note that t3 is a time point at which activation determination of the air-
As shown in FIG. 2C, at the time t2 when the opening / closing timing (phase) of the intake valve 6 is changed (when the VTC drive is permitted) t2, the phase of the intake valve 6 is set to the first phase VTC 0 on the retard side. Is advanced to the second phase VCT 1 on the retard side, and the overlap in which both the
拡大したオーバーラップを戻す場合、吸気バルブ6を第2位相VCT1から第1位相VTC0へ戻す速度(遅角速度)は、エンジン1の始動時の水温TW0に基づいて設定する。この設定は、図3(イ)に示す遅角速度補正テーブルを参照して行う。このテーブルは、水温TW0が高いほど遅角速度を高くすることを示している。
図2(ニ)に示すように、点火プラグ5の点火時期ADVは、エンジン1の始動直後からt2の時点までは初期値である第1所定値ADV1に設定する一方、t2の時点からt5の時点まではオーバーラップの増大に伴う補正分だけ進めた第2所定値ADV2に設定する。そして、可変バルブタイミング機構10により吸気バルブ6の位相の遅角を開始する時点t5からは、点火時期を、第1所定値ADV1より遅角(リタード)した第3所定値ADV3に移行する。
When returning the enlarged overlap, the speed (retard speed) for returning the intake valve 6 from the second phase VCT 1 to the first phase VTC 0 is set based on the
As shown in FIG. 2 (d), the ignition timing ADV of the
この場合、点火プラグ5の点火時期を第2所定値ADV2から第3所定値ADV3へ移行する速度(遅角速度)は、エンジン1の始動時の水温TW0と、オーバーラップとに基づいて設定する。この設定は、図3(ロ)に示す点火時期補正マップを参照して行う。このマップは、オーバーラップが大きいほど点火時期を大きく進め、且つ、水温TW0が低いほど点火時期をより大きく進めるように補正(設定)することを示している。即ち、オーバーラップが大きく且つ水温TW0が低いほど点火時期の遅角速度が速いことを示している。
In this case, the speed (retard speed) at which the ignition timing of the
これにより、ラムダコントロール開始後には、燃料噴射弁14からの燃料噴射量が増加することでオーバーラップ拡大の効果である吸気ポート11a内での液滴燃料の気化が減少するため、オーバーラップを戻して燃焼安定度が向上する分だけ点火時期を遅角し、後燃えによって未燃焼成分を低減すると共に、排気ガス温度の上昇による排気浄化触媒16の早期活性を図ることができる。
As a result, after the lambda control is started, the fuel injection amount from the
図2(ホ)に示すように、電制スロットル弁12の開度TVOは、エンジン1の始動直後のt2の時点での初期値である第1所定値TVO1から該第1所定値TVO1より開度の大きい第2所定値TVO2に設定される。第2所定値TVO2は、オーバーラップの増加に伴う補正分だけ電制スロットル弁12の開度を大きくした値である。電制スロットル弁12の開度TVOは、t2の時点からt5の時点までの間では第2所定値TVO2に維持される。そして、可変バルブタイミング機構10による吸気バルブ6の遅角が開始される時点t5からは、電制スロットル弁12の開度TVOが第1所定値TVO1及び第2所定値TVO2より小さい第3所定値TVO3に移行する。
As shown in FIG. 2E, the opening degree TVO of the
この際、電制スロットル弁12の開度TVOを第2所定値TVO2から第3所定値TVO3へ移行する速度は、オーバーラップに基づいて設定する。この設定は、図3(ハ)に示すスロットル弁開度補正テーブルを参照して行う。このテーブルは、オーバーラップが大きいほど電制スロットル弁12の開度TVOを大きくするように補正(設定)することを示している。
At this time, the speed at which the opening degree TVO of the
これにより、オーバーラップが拡大している間である図2のt2の時点からt5の時点では、電制スロットル弁12の開度TVOを大きくすることにより排気ガスを吸気ポート11aに戻し易くすることで、燃料の気化を促進することができる。このため、空燃比がリーン化され、HC低減ができる。
一方、オーバーラップの戻し(吸気バルブ6の位相の遅角化)を行っている間である図2のt5の時点からt6の時点では、電制スロットル弁12の開度TVOを小さくすることにより排気ガスを吸気ポート11aに戻し難くすると共に、点火時期を遅角する。これにより、後燃えによる排気温度の上昇を行ってHCを低減すると共に、排気浄化触媒16を早期に活性することができる。
This makes it easy to return the exhaust gas to the
On the other hand, from the time point t5 to the time point t6 in FIG. 2 during the return of the overlap (retarding of the phase of the intake valve 6), the opening degree TVO of the
図2(ヘ)に示すように、燃料増量率は、エンジン1の始動直後におけるt1の時点までの初期値である第1所定値からt2の時点まで低下させる。t2の時点では、可変バルブタイミング機構10により吸気バルブ6の位相が進角されてオーバーラップが増大することに伴う補正分だけ燃料増量率を低下させる。そして、可変バルブタイミング機構10による吸気バルブ6の遅角が行われる時点t5からラムダコントロールによる燃料噴射の増量を行う。
As shown in FIG. 2 (f), the fuel increase rate is decreased from the first predetermined value, which is the initial value until the time t1 immediately after the
ラムダコントロールによる燃料増量率は、図3(ニ)に示す燃料増量率マップを参照して設定する。このマップは、オーバーラップが大きければ燃料増量率が低く、且つ、エンジン1の始動時の水温TW0が低ければ更に燃料増量率が低くなることを示している。
図2(ト)に示すように、排気未燃焼成分であるHCの排出量は、エンジン1の始動直後のt2時点付近では最大になり、これより後では、ラムダコントロールを開始する時点(空燃比センサ19が活性する時点)t4まで緩やかに小さくなる。
The fuel increase rate by lambda control is set with reference to the fuel increase rate map shown in FIG. This map indicates that if the overlap is large, the fuel increase rate is low, and if the water temperature TW0 at the start of the
As shown in FIG. 2G, the amount of exhaust of HC, which is an unburned exhaust component, becomes maximum near the time t2 immediately after the start of the
そして、t5の時点で、可変バルブタイミング機構10により吸気バルブ6の遅角を行って(図2(ハ)のt5〜t6)オーバーラップを戻すと共に、点火プラグ5の点火時期を遅角(図2(ニ)のt5〜t6)することで、更にHC排出量を低下させている。
図2(チ)に示すように、排気ガスの温度は、エンジン1の始動直後から、ラムダコントロールを開始する時点、すなわち空燃比センサ19の活性時点t4まで緩やかに上昇している。そして、空燃比センサ19の出力信号に基づいたラムダコントロールを開始する。その後、可変バルブタイミング機構10により吸気バルブ6の遅角を開始(図2(ハ)のt5〜t6)してオーバーラップを戻し、点火時期を遅角(図2(ニ)のt5〜t6)することで後燃えを発生させてHCを低減させると共に、排気ガス温度を高くして排気浄化触媒16の早期活性を図っている。
At time t5, the variable
As shown in FIG. 2 (h), the temperature of the exhaust gas gradually rises from immediately after the
次に、排気浄化触媒16の昇温要求時において図2及び図3を実施するためのエンジン1の排気浄化制御について、図4のフローチャートを用いて説明する。
ステップ1(図では「S1」と示す。以下同様)では、エンジン1のスタートスイッチ23がONであるかを判定する。スタートスイッチ23がONからOFFに切り換わったかを判定する。即ち図2の(イ)に示すt1の時点でスタートスイッチ23がONからOFFに切り換わった場合にのみステップ2へ進み、その後は、後述するステップ4へ進む。
Next, the exhaust purification control of the
In step 1 (shown as “S1” in the figure, the same applies hereinafter), it is determined whether the
ステップ2では、スタートスイッチ23がONからOFFに切り換わった後の経過時間Tをカウントするためのタイマーに初期値0を代入する。これにより、図2(イ)に示すt1の時点からタイマーカウントを開始する。
ステップ3では、エンジン1の始動時の水温TW0を読み込んで記憶する。
ステップ4では、スタートスイッチ23がONからOFFに切り換わった後にラムダコントロールが開始される(空燃比センサ19が活性する)までの時間、即ち図2(イ)に示すt1の時点からt4の時点までの時間Tλを超えているか(T>Tλ)を判定する。T>Tλである場合には、後述するステップ9へ進む。一方、T≦Tλである場合には、ステップ5へ進む。
In
In
In
ステップ5では、可変バルブタイミング機構10により吸気バルブ6の位相TVOを進角してオーバーラップを拡大するように駆動することが許可されているかを判定する。駆動許可がない場合には、ステップ6にて通常制御を行う。一方、駆動許可がある場合には、ステップ7へ進み、図2(ハ)〜(ヘ)のt2〜t5における各パラメータの設定を行う。
In
ステップ7では、可変バルブタイミング機構10により吸気バルブ6の位相TVOを第1位相VTC0から第2位相VCT1へ進角する(図2(ハ))。これにより、排気バルブ7及び吸気バルブ6が共に開期間となるオーバーラップを拡大し、筒内から吸気ポート11aへの排気ガスの吹き返しを起こすことで、吸気ポート11a内の燃料の気化を促進する。
In
このため、空燃比センサ19が非活性状態でありラムダコントロールが行えない状態であっても、空燃比がリッチとなるエンジン1の始動直後(図2(ロ)のt2の時点近傍)においてオーバーラップ拡大によるHCの低減が行える。
ステップ8では、可変バルブタイミング機構10により吸気バルブ6の位相TVOが進角されることで拡大されたオーバーラップと、エンジン1の始動時の水温TW0とに基づいて、点火プラグ5の点火時期ADV、電制スロットル弁12の開度TVO及び燃料噴射弁14の燃料増量率を、通常制御時のものに対して補正(設定)する。
For this reason, even when the air-
In
点火プラグ5の点火時期ADVは、図2(ニ)のt2の時点からt5の時点までに示すように、オーバーラップに対する補正分だけ進めた第2所定値ADV2に設定する。
スロットル開度TVOは、図2(ホ)のt2の時点からt5の時点までに示すように、オーバーラップに対する補正分だけ大きくした第2所定値TVO2に設定される。これにより、オーバーラップを拡大した状態では、スロットル開度TVOを大きくすることにより排気ガスを吸気ポート11aに戻し易くすることで、吸気ポート11a内の燃料の気化を促進することができる。
The ignition timing ADV of the
The throttle opening TVO is set to a second predetermined value TVO 2 that is increased by a correction amount for the overlap as shown from the time t2 to the time t5 in FIG. Thereby, in a state where the overlap is enlarged, the vaporization of the fuel in the
燃料増量率は、図2(ヘ)のt2の時点からt5の時点までに示すように、吸気バルブ6の位相が進角されてオーバーラップが増大することに伴う補正分だけ燃料増量率を低下させる。これは、オーバーラップの増大により排気ガスが吸気ポート11a内に吹き返されることで吸気ポート11a内の燃料が気化され、これが燃焼室4内に導入されるため、燃料噴射弁14から噴射される燃料量を減少させることができるためである。
As shown in FIG. 2 (f) from the time t2 to the time t5, the fuel increase rate decreases the fuel increase rate by a correction corresponding to the increase in overlap caused by the advance of the phase of the intake valve 6. Let This is because the fuel in the
また、ステップ9へ進んだ場合、すなわち、ステップ4にてT>Tλである場合には、既にラムダコントロールを行っているかを判定する。ラムダコントロールを行っていない場合にはステップ10へ進む一方、行っている場合にはステップ12へ進む。
ステップ10では、空燃比センサ19が活性しているかを判定する。活性している場合には、ステップ11へ進む一方、活性していない場合には前述のステップ5へ進む。これにより、タイマーカウントを開始してから所定時間Tλが経過しており、且つ、空燃比センサ19の出力に基づいて空燃比を理論空燃比に制御するラムダコントロールが可能であるかを判定する。
If the process proceeds to step 9, that is, if T> Tλ in
In
ステップ11では、空燃比センサ19の出力に基づいて検出した空燃比が理論空燃比になるように、燃料噴射14弁からの燃料噴射量を制御するラムダコントロールを開始する(図2のt4の時点)。なお、ラムダコントロールの開始と共に、可変バルブタイミング機構10による吸気バルブ6の戻し条件(VTC戻し条件)の判定を開始する。
ステップ12へ進んだ場合、すなわち、ステップ9にてラムダコントロールが行われている場合には、吸気バルブ6の戻し条件の判定を行う。戻し条件の判定は、例えば、空燃比に基づいて行うため、空燃比センサ19の出力信号に基づいて空燃比を演算する。
In
When the routine proceeds to step 12, that is, when lambda control is performed in
ステップ13では、吸気バルブ6を戻し始めるための条件が成立しているかを判定する。戻し条件成立の判定は、例えば空燃比センサ19の出力に基づいて演算された空燃比が理論空燃比に達しているかにより行う(図2のt5の時点)。
或いは、空燃比センサ19の出力値が所定期間所定の範囲内(例えば、理論空燃比近傍)にある場合に、戻し条件が成立していると判定するようにしてもよい。これにより、ラムダコントロール開始後に、空燃比が理論空燃比に収束した状態であることを判定できる。仮に、ラムダコントロール開始後に、空燃比が不安定な状態であり理論空燃比を基準にリッチ側又はリーン側に大きく変化する状態において、空燃比が理論空燃比に達した後に大きくリーンになってしまった時点でオーバーラップを戻し始めると更に空燃比がリーンになってしまい、運転性が悪化してしまう。しかしながら、空燃比センサ19の出力値が理論空燃比近傍にある場合に戻し条件が成立していると判定すれば、空燃比が理論空燃比に十分に収束して安定している状態であるため、空燃比が過剰にリーンになることを防止でき、安定した運転性を確保できる。
In step 13, it is determined whether a condition for starting to return the intake valve 6 is satisfied. Whether the return condition is satisfied is determined, for example, based on whether the air-fuel ratio calculated based on the output of the air-
Alternatively, when the output value of the air-
ステップ13にて、戻し条件が成立している場合にはステップ14へ進む。一方、戻し条件が成立していない場合には前述のステップ5へ進む。
ステップ14では、可変バルブタイミング機構10による吸気バルブ6の位相VTCが通常制御における位相VTC0より大きいか(VTC>VTC0)を判定する。VTC>VTC0である場合にはステップ15へ進む。一方、VTC≦VTC0である場合には前述のステップ6にて通常制御を行う。
In step 13, if the return condition is satisfied, the process proceeds to step 14. On the other hand, if the return condition is not satisfied, the process proceeds to step 5 described above.
In
ステップ15では、可変バルブタイミング機構10による吸気バルブ6の遅角速度(遅角量)を演算する。遅角速度は、図3(イ)に示すように、エンジン1の始動時の水温TW0が低いほど遅くする。これは、水温TW0が低い場合には、燃料の壁流付着量が多くなり、オーバーラップを戻す際の壁流量の変化が大きくなることに伴い、空燃比の変化も大きくなってしまい運転性を悪化させてしまうためである。これを防止するため、オーバーラップの遅角速度を遅くすることで空燃比の変化を抑制して運転性の悪化を抑制する。
In
ステップ16では、ステップ15にて演算した遅角速度で、可変バルブタイミング機構10が吸気バルブ6を遅角する。これにより、拡大されたオーバーラップを、通常制御時のオーバーラップに戻す速度を変更でき、図2(ハ)に示すように、吸気バルブ6の位相VTCがVTC1からVTC0になるまでの期間、すなわちt5の時点からt6の時点までの期間を変更できる。そして、オーバーラップを戻すことで、吸気ポート11aへの排気ガス吹き返し量を少なくし、エンジン回転を安定させることができる。
In
ステップ17では、拡大されたオーバーラップをもとに戻すことに伴い、点火時期及びスロットル開度を補正(設定)する。
点火プラグ5の点火時期ADVは、可変バルブタイミング機構10による吸気バルブ6の位相VTCによるオーバーラップに基づいて遅角補正する。そして、図2(ニ)及び図3(ロ)に示すように、オーバーラップと、エンジン1の始動時の水温TW0とに基づいて、点火時期ADVを第2所定値ADV2から第3所定値ADV3に緩やかに移行させる。これにより、ラムダコントロール開始後において、オーバーラップを戻して燃焼安定度が向上する分だけ点火時期ADVを遅角し、後燃えによるHC低減及び排気ガスの温度上昇による排気浄化触媒16の早期活性を行うことができる。
In
The ignition timing ADV of the
電制スロットル弁12の開度TVOは、オーバーラップに基づいて補正する。これにより、図2(ホ)に示すように、電制スロットル弁12の開度TVOを第2所定値TVO2から第3所定値TVO3に緩やかに移行できる。
なお、前述のステップ13の戻し条件成立の判定においては、空燃比センサ19の出力値が理論空燃比を超えたときであるt5の時点で戻し条件が成立したと判定することについて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、前述のステップ13の戻し条件成立の判定においては、空燃比センサ19の出力信号に基づいて演算した今回の空燃比A/Fと前回の空燃比A/F(−1)との変化量ΔA/Fを演算し、この変化量ΔA/Fが所定値未満である場合にのみ戻し条件が成立しているとしてもよい。この場合の所定値は、ラムダコントロールが行われている状態で、空燃比が十分に収束していると判定するための値である。これにより、空燃比の収束判定を行ってからオーバーラップを戻すことができ、ラムダコントロールを行っている時において安定した運転性を確保できる。
The opening degree TVO of the
In the determination of whether the return condition is satisfied in step 13 described above, it has been described that it is determined that the return condition is satisfied at time t5 when the output value of the air-
なお、前述のステップ15及び16における吸気バルブ6の戻し速度は、エンジン1の始動時の水温TW0に関わらず、空燃比センサ19の出力値が所定の範囲外である場合に遅くするようにしてもよい。例えば、ラムダコントロールを行った場合において、空燃比が理論空燃比近傍の所定の範囲外である場合には、吸気バルブ6の戻し速度を遅くする。これにより、空燃比を考慮して吸気バルブ6の戻し速度を遅く制御でき、吸気バルブ6の戻し時における運転性の悪化を抑制することができる。
It should be noted that the return speed of the intake valve 6 in the above-described
なお、拡大したオーバーラップを戻す間に、ラムダコントロールによる空燃比制御のみだけでなく、吸気通路11(吸気ポート11a)内の壁流による空燃比の変化を補正する制御も行う場合には、吸気バルブ6の目標位相を瞬時に切り換え、オーバーラップを瞬時に変更してもよい。
この場合、吸気バルブ6の目標位相は、例えばエンジン1の始動時の水温TW0に基づいて設定する。これにより、オーバーラップが瞬時に変更されても空燃比の乱れは少ないため、できる限り早めに点火時期を遅角し、後燃えによるHCの低減と排気ガスの温度上昇による排気浄化触媒16の早期活性とを図ることができる。
In addition, not only the air-fuel ratio control by the lambda control but also the control for correcting the change of the air-fuel ratio due to the wall flow in the intake passage 11 (
In this case, the target phase of the intake valve 6 is set based on, for example, the water temperature TW0 when the
なお、これまでは空燃比検出手段として排気空燃比センサ19を用いることについて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、空燃比検出手段として、理論空燃比を境として出力値が反転するO2センサを用いてもよい。
この場合、図4のフローチャートでは、ステップ10にてO2センサが活性しているかを判定し、ステップ13にてO2センサの出力値が理論空燃比を境としてリッチからリーンに反転した場合に、オーバーラップの戻し条件が成立したと判定するようにする。或いは、ステップ13にて、O2センサの出力値が理論空燃比を境にしてリッチからリーン又はリーンからリッチに反転する回数が所定値に達した場合に、オーバーラップの戻し条件が成立したと判定するようにする。これらの戻し条件が成立した後は、吸気バルブ6の位相を遅角し、オーバーラップを戻し始める。ここでのオーバーラップの戻しは、例えばO2センサの出力値が所定期間以上リーン又はリッチである場合に、すなわちO2センサの出力値が所定期間以上反転しないときには、エンジン1の始動時における水温TW0に関わらず、戻し速度を遅くするようにしてもよい。
The use of the exhaust air-
In this case, in the flowchart of FIG. 4, it is determined in
なお、燃料噴射弁14は、吸気通路11(吸気ポート11a)に設け、吸気ポート噴射を行うことについて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、燃焼室4内に直接燃料を噴射するようにするため、シリンダヘッドなどに燃料噴射弁14を設けるようにしてもよい。
本実施形態によれば、少なくとも空燃比検出手段の活性後の条件にて空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、吸気バルブ6及び排気バルブ7の少なくとも一方の開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構10と、排気通路15にて排気を浄化可能な排気浄化触媒16とを備える内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒の昇温要求時に、空燃比フィードバック制御が開始されるまでの間、排気バルブ7及び吸気バルブ6が共に開期間となるオーバーラップの拡大を行い(ステップ7)、空燃比フィードバック制御が開始された後は、オーバーラップを戻すと共に点火時期を遅角する(ステップ15〜17)。このため、触媒16の昇温要求時のオーバーラップ拡大により吸気ポート11a内への排気ガスの吹き返しを起こすことで燃料気化を促進し、燃料の重軽質空燃比差を縮小させ、その分だけ空燃比のリーン化設定が可能になる。これにより、空燃比検出のための空燃比センサ19等が非活性であるために該センサ19を用いた空燃比フィードバック制御が行えない場合である始動直後のリッチ状態においても、オーバーラップの拡大によってHCを低減できる点で有効である。そして、フィードバック制御開始後は、余剰燃料が減少することでオーバーラップ拡大の効果が減少するため、オーバーラップを戻して燃焼安定度が向上する分だけ点火時期を遅角し、後燃えによってHCを低減すると共に、排気ガスの温度上昇による排気浄化触媒の早期活性を図ることができる。
In addition, although the
According to the present embodiment, the open / close timing of at least one of the air-fuel ratio feedback control means for feedback-controlling the air-fuel ratio to the target air-fuel ratio at least under the condition after activation of the air-fuel ratio detection means and the intake valve 6 and the
また本実施形態によれば、オーバーラップの戻しは、空燃比フィードバック制御開始後、空燃比検出手段の出力値が所定条件を満たしたときに開始し、該空燃比検出手段が、空燃比に応じて出力値が比例的に変化する空燃比センサ19である場合、所定条件は、空燃比センサ19の出力値が所定値に達したとき、または、空燃比センサ19の出力値が所定期間所定の範囲内(例えば、理論空燃比近傍)にあるときである(ステップ13〜16)。このため、空燃比センサ19の出力値に基づいてオーバーラップの切り換え時を的確に判定し、オーバーラップ拡大によるHC低減から、ラムダコントロール時におけるオーバーラップ戻し及び点火時期によるHC低減に切り換えることができる。又は、空燃比センサ19の出力値が所定期間所定の範囲内にあることを判定してからHC低減方法を切り換えることができる。
Further, according to the present embodiment, the return of overlap is started when the output value of the air-fuel ratio detection means satisfies a predetermined condition after the start of the air-fuel ratio feedback control, and the air-fuel ratio detection means responds to the air-fuel ratio. When the output value of the air-
また本実施形態によれば、オーバーラップの戻しは、内燃機関1の始動時の水温TW0に基づいて戻し速度を変更する一方、空燃比センサ19の出力値が所定の範囲外であるときには、水温TW0に関わらず、戻し速度を遅くする(ステップ15〜16)。これは、水温TW0が低いほど吸気ポート11aの燃料壁流付着量が多くなり、オーバーラップを戻す際の壁流量変化が大きく、空燃比の乱れも大きくなるためである。従って、水温TW0に応じてオーバーラップの戻し速度を変更する(例えば、低水温ほどオーバーラップの戻し速度を遅くする)ことで、空燃比の乱れを抑制することができる。
Further, according to the present embodiment, the return of the overlap changes the return speed based on the water temperature TW0 at the start of the
また本実施形態によれば、オーバーラップの戻しは、空燃比検出手段の出力値が所定条件を満たしたときに開始し、該空燃比検出手段が、理論空燃比を境として出力値が反転するO2センサである場合、所定条件は、O2センサの出力値が反転したとき、または、O2センサの出力値が反転する回数が所定値に達したときである(ステップ13〜16)。このため、O2センサの出力に基づいてオーバーラップの切り換え時を的確に判定し、オーバーラップ拡大によるHC低減から、ラムダコントロール時におけるオーバーラップ戻し及び点火時期によるHC低減に切り換えることができる。 Further, according to the present embodiment, the return of the overlap is started when the output value of the air-fuel ratio detecting means satisfies a predetermined condition, and the output value is inverted at the stoichiometric air-fuel ratio as a boundary. In the case of the O 2 sensor, the predetermined condition is when the output value of the O 2 sensor is inverted or when the number of times the output value of the O 2 sensor is inverted reaches a predetermined value (steps 13 to 16). For this reason, it is possible to accurately determine when the overlap is switched based on the output of the O 2 sensor, and to switch from HC reduction due to overlap expansion to HC reduction due to overlap return and ignition timing during lambda control.
また本実施形態によれば、オーバーラップの戻しは、内燃機関1の始動時の水温TW0に基づいて戻し速度を変更する一方、O2センサの出力値が所定期間以上反転しないときには、水温TW0に関わらず、戻し速度を遅くする(ステップ15〜16)。これにより、水温TW0が低いほどオーバーラップによる空燃比の乱れも大きくなるため、水温TW0に応じてオーバーラップの戻し速度を変更することで、空燃比の乱れを抑制して運転性への影響を抑制することができる。そして、空燃比が所定期間以上リーンである場合には、O2センサの出力値が所定期間以上反転しないため、オーバーラップの戻し速度を遅くすることで、運転性への影響を抑制することができる。
Further, according to the present embodiment, the return of the overlap changes the return speed based on the water temperature TW0 at the start of the
また本実施形態によれば、オーバーラップの戻しを行う間のスロットルバルブ開度TVOをオーバーラップに基づいて補正する(ステップ17)。このため、オーバーラップに基づいてスロットルバルブ開度TVOを補正して、オーバーラップ変化によるトルク変化への影響(トルク段差)を抑制することができる。
また本実施形態によれば、オーバーラップの戻しを行う間の点火時期ADVをオーバーラップに基づいて補正する(ステップ17)。このため、オーバーラップに基づいて点火時期ADVを補正して、後燃えによるHC低減及び排気ガスの温度上昇による排気浄化触媒16の早期活性を行うことができる。
Further, according to the present embodiment, the throttle valve opening TVO during the return of the overlap is corrected based on the overlap (step 17). For this reason, it is possible to correct the throttle valve opening TVO based on the overlap, and to suppress the influence (torque step) on the torque change due to the overlap change.
Further, according to the present embodiment, the ignition timing ADV during the return of the overlap is corrected based on the overlap (step 17). For this reason, it is possible to correct the ignition timing ADV based on the overlap, and to perform early activation of the
1 エンジン
5 点火プラグ
6 吸気バルブ
7 排気バルブ
8a 吸気カム
9a 排気カム
10 可変バルブタイミング機構
11 吸気通路
11a 吸気ポート
12 電制スロットル弁
14 燃料噴射弁
15 排気通路
16 排気浄化触媒
19 空燃比検出手段
30 エンジン制御装置(ECU)
DESCRIPTION OF
Claims (10)
排気浄化触媒の昇温要求時に、空燃比フィードバック制御が開始されるまでの間、排気バルブ及び吸気バルブが共に開期間となるオーバーラップの拡大を行い、空燃比フィードバック制御が開始された後は、前記オーバーラップを戻すと共に点火時期を遅角することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 An air-fuel ratio feedback control means that feedback-controls the air-fuel ratio to a target air-fuel ratio at least after the activation of the air-fuel ratio detection means; a variable valve timing mechanism that can change the opening / closing timing of at least one of the intake valve and the exhaust valve; In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine comprising an exhaust gas purification catalyst capable of purifying exhaust gas in an exhaust passage,
When the temperature of the exhaust purification catalyst is raised, until the air-fuel ratio feedback control is started, the overlap of both the exhaust valve and the intake valve is opened, and after the air-fuel ratio feedback control is started, An exhaust purification device for an internal combustion engine, wherein the overlap is returned and the ignition timing is retarded.
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