JP2008309037A

JP2008309037A - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP2008309037A
Application number: JP2007156663A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hokutou; 宏之北東; Shinya Kaneko; 真也金子
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-06-13
Filing date: 2007-06-13
Publication date: 2008-12-25
Anticipated expiration: 2027-06-13
Also published as: EP2336528B1; EP2156034B1; CN101680372A; US20100162689A1; JP4544271B2; ATE519027T1; EP2336528A1; WO2008152485A8; EP2156034A1; WO2008152485A1; CN101680372B; US8276365B2

Abstract

【課題】リーン燃焼時においても十分な過給圧を得ることが可能な内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン負荷KLが所定値KL1未満である領域１では、過給機のタービンをバイパスする第２排気通路を開閉する第２排気弁のみが開弁される。エンジン負荷KLが所定値KL1以上所定値KL3未満である領域２では、第２排気弁と、タービンに通じる第１排気通路を開閉する第１排気弁とが共に開弁される。エンジン負荷KLが所定値KL3以上である領域３では、第１排気弁のみが開弁される。リーン燃焼時の所定値KL1LEANが、ストイキ燃焼時の所定値KL1STOICHIよりも低く設定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に係り、特にリーン燃焼時の排気弁制御に関する。

タービンに通じる排気通路を開閉する第１排気弁と、タービンに通じない排気通路を開閉する第２排気弁とを備えた装置（独立排気エンジン）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この装置によれば、高回転高負荷運転時に、タービンに通じない第２排気弁が、タービンに通じる第１排気弁よりも早い時期に開弁される。これにより、排気ポンピングロスを低減することができるため、高回転域で過給により出力を向上させることができる。

特開平１０−８９１０６号公報特表２００２−５２６７１３号公報

ところで、リーン燃焼時は排気温度が低くなるため、過給機の仕事が少なくなり、過給圧が不足する場合がある。また、触媒床温が低下してしまうため、排気エミッション特性が悪化する場合がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、リーン燃焼時においても十分な過給圧を得ることが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。また、リーン燃焼時において十分な過給圧を得つつ、排気エミッション特性の悪化を防止することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、リーン燃焼が可能な内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関に設けられた過給機と、
前記過給機のタービンに通じる第１排気通路を開閉する第１排気弁と、
前記タービンの下流に通じる第２排気通路を開閉する第２排気弁と、
前記第１排気通路と前記第２排気通路の合流点よりも下流側に配置された触媒と、
機関負荷を取得する機関負荷取得手段と、
前記機関負荷が第１所定値未満である場合には前記第２排気弁のみを開弁し、前記機関負荷が第１所定値以上第２所定値未満である場合には前記第１及び第２排気弁を共に開弁し、前記機関負荷が第２所定値以上である場合には前記第１排気弁のみを開弁する排気弁制御手段とを備え、
前記制御手段は、リーン燃焼時の第１所定値を、ストイキ燃焼時の第１所定値よりも低く設定することを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記制御手段は、リーン燃焼時の第２所定値を、ストイキ燃焼時の第２所定値よりも低く設定することを特徴とする。

また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記制御手段は、リーン燃焼時かつ触媒床温が基準値未満であるときの第１所定値を、リーン燃焼時かつ触媒床温が基準値以上であるときの第１所定値よりも高く設定することを特徴とする。

また、第４の発明は、第１から第３の何れかの発明において、前記制御手段は、リーン燃焼時かつ触媒床温が基準値未満であるときの第２所定値を、リーン燃焼時かつ触媒床温が基準値以上であるときの第２所定値よりも高く設定することを特徴とする。

また、第５の発明は、第１から第４の何れかの発明において、前記制御手段は、前記第１及び第２排気弁を共に開弁する場合、前記第１排気弁を開弁した後に、前記第２排気弁を開弁することを特徴とする。

また、第６の発明は、リーン燃焼が可能な内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関に設けられた過給機と、
前記過給機のタービンに通じる第１排気通路を開閉する第１排気弁と、
前記タービンの下流に通じる第２排気通路を開閉する第２排気弁と、
前記第１排気通路と前記第２排気通路の合流点よりも下流側に配置された触媒と、
リーン燃焼時は、前記第２排気弁のリフトを停止すると共に、前記第１排気弁と吸気弁とのオーバラップ量を所定値未満にする制御手段とを備えたことを特徴とする。

また、第７の発明は、第６の発明において、前記触媒の床温を取得する触媒床温取得手段を更に備え、
前記制御手段は、リーン燃焼時かつ触媒床温が基準値未満である場合には、前記第１又は第２排気弁と前記吸気弁とのオーバラップ量を所定値以上とすることを特徴とする。

また、第８の発明は、第７の発明において、前記制御手段は、リーン燃焼時であって、触媒床温が基準値未満であり、かつ、触媒床温の温度上昇要求が所定値以上である場合には、膨張行程中に燃料を噴射することを特徴とする。

また、第９の発明は、第７又は第８の発明において、前記制御手段は、前記第１及び第２排気弁を共に開弁する場合、前記第１排気弁を開弁した後に、前記第２排気弁を開弁することを特徴とする。

第１の発明では、機関負荷が第１所定値未満である低負荷時には、第２排気弁のみが開弁される。かかる低負荷時には過給効率が低いため、タービンに排気ガスを供給しても過給圧の上昇がさほど見込めない。そこで、排気ガス全量をタービンを通過せずに直接触媒に供給することで、触媒床温の低下が抑制される。
また、機関負荷が第１所定値以上第２所定値未満である場合には、第１排気弁と第２排気弁が共に開弁される。これにより、過給機を予め稼働させて過給機のレスポンスを向上させつつ、触媒床温の急激な低下を抑制することができる。
また、機関負荷が第２所定値以上である高負荷時には、第１排気弁のみが開弁される。かかる高負荷時には、排気ガスを全量タービンに供給して、十分な過給圧を得ることができる。
ところで、リーン燃焼時は、ストイキ燃焼時に比して排気ガス温度が低いため、過給機のレスポンスが悪化しやすい。そこで、第１の発明では、リーン燃焼時の第１所定値が、ストイキ燃焼時の第１所定値よりも低く設定される。すなわち、リーン燃焼時には、過給機の稼働開始時期が低負荷側に拡大される。従って、第１の発明によれば、リーン燃焼時にはストイキ燃焼時に比してより低負荷側で過給機が稼働開始されるため、リーン燃焼時の過給機のレスポンスを高めることができる。よって、リーン燃焼時においても十分な過給圧を得ることができる。

第２の発明では、リーン燃焼時の第２所定値が、ストイキ燃焼時の第２所定値よりも低く設定される。すなわち、リーン燃焼時には、排気ガス全量が過給機に供給される領域が低負荷側に拡大される。そうすると、リーン燃焼時において、ストイキ燃焼時に比してより低負荷側で排気ガス全量が過給機に供給されることとなる。よって、リーン燃焼時において、高負荷域での過給機のレスポンスを高めることができ、十分な過給圧を得ることができる。

第３の発明では、リーン燃焼時かつ触媒床温が基準値未満であるときの第１所定値が、リーン燃焼時かつ触媒床温が基準値以上であるときの第１所定値よりも高く設定される。すなわち、リーン燃焼時において、触媒床温が低い場合には、高い場合に比してより高負荷側で過給機が稼働開始することとなる。そうすると、リーン燃焼時かつ触媒床温が低い場合には、より高負荷側までタービンを介さず直接触媒に排気ガス全量を供給することができ、触媒床温の低下を防止することができる。よって、リーン燃焼時において、排気エミッション特性の悪化を防止することができる。

第４の発明では、リーン燃焼時かつ触媒床温が基準値未満であるときの第２所定値が、リーン燃焼時かつ触媒床温が基準値以上であるときの第２所定値よりも高く設定される。すなわち、リーン燃焼時において、触媒床温が低い場合には、高い場合に比してより高負荷側で排気ガス全量がタービンに供給されることとなる。そうすると、リーン燃焼時かつ触媒床温が低い場合には、より高負荷側まで直接触媒に排気ガスの一部を供給することができ、触媒床温の低下を防止することができる。よって、リーン燃焼時において、十分な過給圧を得つつ、排気エミッション特性の悪化を防止することができる。

第５の発明では、第１及び第２排気弁を共に開弁する場合、第１排気弁が開弁された後に第２排気弁が開弁される。そうすると、ピストン速度が最も早い時期に第１排気弁が開弁されることとなるため、第１排気通路に効率良く排気ガスを供給することができる。よって、過給機の仕事を増大させることができる。

第６の発明では、リーン燃焼時は、第２排気弁のリフトが停止されるため、排気ガス全量がタービンに供給される。さらに、第６の発明では、第１排気弁と吸気弁とのオーバラップ量が所定値未満にされる。これにより、第１排気通路への新気の吹き抜けが抑制されるため、空燃比のリッチ化を防止することができる。従って、第６の発明によれば、リーン燃焼時においても、過給機に十分な排気エネルギが供給することができ、十分な過給圧を得ることができる。

第７の発明では、リーン燃焼時かつ触媒床温が基準値未満である場合には、第１又は第２排気弁と吸気弁とのオーバラップ量が所定値以上にされる。これにより、第１又は第２排気通路への新気の吹き抜けが起きる。そうすると、空燃比がリッチ化するため、第６の発明に比して過給機に与えられる排気エネルギが減少するものの、未燃燃料と新気を触媒で反応させることができる。よって、リーン燃焼時において、触媒床温を上昇させることができ、排気エミッションの悪化を防止することができる。

第８の発明では、リーン燃焼時であって、触媒床温が基準値未満であり、かつ、触媒床温の温度上昇要求が所定値以上である場合には、膨張行程中に燃料が噴射される。これにより、第７の発明よりも多量の未燃燃料が触媒に供給される。このため、第７の発明に比して触媒での未燃燃料と新気の反応が更に促進され、触媒床温を更に上昇させることができる。

第９の発明では、第１及び第２排気弁を共に開弁する場合、第１排気弁が開弁された後に第２排気弁が開弁される。そうすると、ピストン速度が最も早い時期に第１排気弁が開弁されることとなるため、第１排気通路に効率良く排気ガスを供給することができる。よって、過給機の仕事を増大させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１によるシステム構成を示す図である。本実施の形態のシステムは、過給機（ダーボチャージャ）を有する独立排気エンジンシステムである。

図１に示すシステムは、複数の気筒２を有するエンジン１を備えている。各気筒２のピストンは、それぞれクランク機構を介して共通のクランク軸４に接続されている。クランク軸４の近傍には、クランク角センサ５が設けられている。クランク角センサ５は、クランク軸４の回転角度（以下「クランク角CA」という。）を検出するように構成されている。

エンジン１は、各気筒２に対応して、インジェクタ６を有している。インジェクタ６は、高圧の燃料を気筒２内に直接噴射するように構成されている。各インジェクタ６は、共通のデリバリーパイプ７に接続されている。デリバリーパイプ７は、燃料ポンプ８を介して燃料タンク９に連通している。

また、エンジン１は、各気筒２に対応して吸気ポート１０を有している。吸気ポート１０には、複数の吸気弁１２（符号「In」を付すこともある。）が設けられている。吸気弁１２には、吸気弁１２の開弁特性（開閉時期及びリフト量）を独立して変更可能な可変動弁機構１３が接続されている。可変動弁機構１３としては、公知の電磁駆動弁機構や機械式もしくは油圧式可変動弁機構等を用いることができる。

また、各吸気ポート１０は、吸気マニホールド１６に接続されている。吸気マニホールド１６には、過給圧センサ１７が設けられている。過給圧センサ１７は、後述するコンプレッサ２４ａによって過給された空気（以下「過給空気」という。）の圧力、すなわち、過給圧PIMを測定するように構成されている。

吸気マニホールド１６には吸気通路１８が接続されている。吸気通路１８の途中には、スロットルバルブ２０が設けられている。スロットルバルブ２０は、図示しないスロットルモータにより駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ２０は、アクセル開度センサ２１により検出されるアクセル開度AA等に基づいて駆動されるものである。スロットルバルブ２０の近傍には、スロットル開度センサ２０Ａが設けられている。スロットル開度センサ２０Ａは、スロットル開度TAを検出するように構成されている。

スロットルバルブ２０の上流には、インタークーラ２２が設けられている。インタークーラ２２は、過給空気を冷却するように構成されている。

インタークーラ２２の上流には、過給機２４のコンプレッサ２４ａが設けられている。コンプレッサ２４ａは、図示しない連結軸を介してタービン２４ｂと連結されている。タービン２４ｂは、後述する第１排気通路３４に設けられている。このタービン２４ｂが排気動圧（排気エネルギ）により回転駆動されることによって、コンプレッサ２４ａが回転駆動される。

コンプレッサ２４ａの上流には、エアフロメータ２６が設けられている。エアフロメータ２６は、吸入空気量Gaを検出するように構成されている。エアフロメータ２６の上流には、エアクリーナ２８が設けられている。エアクリーナ２８の上流は、大気に開放されている。

また、エンジン１は、各気筒２に対応して、第１排気弁３０Ａ（符号「Ex1」を付すこともある。）と第２排気弁３０Ｂ（符号「Ex2」を付すこともある。）とを有している。この第１排気弁３０Ａは、タービン２４ｂに通じる第１排気通路３４を開閉するものである。タービン２４ｂは、第１排気通路３４を流通する排気動圧によって回転駆動されるように構成されている。また、第２排気弁３０Ｂは、タービン２４ｂに通じない第２排気通路３６、すなわち、タービン２４ｂ下流に通じる第２排気通路３６を開閉するものである。

これらの排気弁３０Ａ，３０Ｂには、排気弁３０Ａ，３０Ｂの開弁特性（開閉時期及びリフト量）を独立して変更可能な可変動弁機構３２が接続されている。可変動弁機構３２としては、上記可変動弁機構１３と同様に、公知の電磁駆動弁機構や機械式もしくは油圧式可変動弁機構等を用いることができる。

第１排気通路３４と第２排気通路３６の合流点よりも下流の排気通路３８には、排気空燃比を検出する空燃比センサ４０が設けられている。空燃比センサ４０の下流には、排気ガスを浄化するためのプリ触媒４２が設けられている。プリ触媒４２は、例えば、三元触媒により構成することができる。プリ触媒４２には、該プリ触媒４２の触媒床温Tpを検出するプリ触媒床温センサ４３が設けられている。

プリ触媒４２の下流には、ＮＯｘ触媒４４が設けられている。ＮＯｘ触媒４４は、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒により構成することができる。ＮＯｘ触媒４４は、リーン燃焼時に排気ガス中に含まれるＮＯｘを吸蔵し、空燃比が理論空燃比以下の雰囲気中、つまり理論空燃比以下のリッチの雰囲気中では吸蔵されたＮＯｘを還元浄化して放出する機能を有している。このＮＯｘ触媒４４は、ＮＯｘを吸蔵還元する機能のみを有するものでもよく、あるいは、排気ガス中のすすを捕集する機能を併せ持つＤＰＮＲ(Diesel Particulate-NOx-Reduction system)のようなものでもよい。ＮＯｘ触媒４４には、該ＮＯｘ触媒４４の触媒床温Tnoxを検出するＮＯｘ触媒床温センサ４５が設けられている。

本実施の形態１のシステムは、制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。ＥＣＵ６０の入力側には、クランク角センサ５、過給圧センサ１７、スロットル開度センサ２０Ａ、アクセル開度センサ２１、エアフロメータ２６、空燃比センサ４０、プリ触媒床温センサ４３、ＮＯｘ触媒床温センサ４５等が接続されている。また、ＥＣＵ６０の出力側には、インジェクタ６、燃料ポンプ８、可変動弁機構１３，３２等が接続されている。
ＥＣＵ６０は、クランク角CAに基づいて、エンジン回転数NE[rpm]を算出する。また、ＥＣＵ６０は、吸入空気量Gaや過給圧PIM等に基づいて、エンジン負荷KL[%]を算出する。
ＥＣＵ６０は、運転条件等に基づいて、ＮＯｘ触媒４２に吸蔵されたＮＯｘ量を推定する。ＥＣＵ６０は、推定したＮＯｘ吸蔵量が所定値以上になると、ＮＯｘを還元・放出させるため、いわゆるリッチスパイク制御を実施する。

［実施の形態１の特徴］
上記システムでは、可変動弁機構３２を制御制御することにより、排気弁Ex1,Ex2の開弁特性を独立して制御可能である。排気弁Ex1,Ex2の制御領域は、図２に示すように３つの領域に分けられる。

図２は、本実施の形態１における排気弁Ex1,Ex2の制御領域（以下「排気弁制御領域」ともいう。）を示す図である。より詳細には、図２（Ａ）はストイキ燃焼時の排気弁制御領域を示す図であり、図２（Ｂ）はリーン燃焼時の排気弁制御領域を示す図である。また、図３は、図２に示す排気弁制御領域での排気弁Ex1,Ex2の開弁特性を示す図である。より詳細には、図３（Ａ）は領域１での排気弁開弁特性を、図３（Ｂ）は領域２での排気弁開弁特性を、図３（Ｃ）は領域３での排気弁開弁特性を、それぞれ示す図である。

図２に示すように、エンジン回転数NEが所定値NE1未満であり、かつ、エンジン負荷KLが所定値KL1未満である場合には、排気弁制御領域が領域１であると判定される。この領域１では、過給効率が比較的低いため、排気ガス全量を過給機２４のタービン２４ｂに供給したとしても、過給圧PIMはさほど上昇しない。そこで、この領域１では、図３（Ａ）に示すように、第２排気弁Ex2のみが開弁される。これにより、排気ガス全量が、過給機２４のタービン２４ｂを通過することなく、プリ触媒４２に直接導入される。よって、触媒床温Tp,Tnoxの低下を防止することができる。

また、エンジン回転数NEが所定値NE3未満であり、かつ、エンジン負荷KLが所定値KL3よりも大きい場合には、排気弁制御領域が領域３であると判断される。この領域３では、図３（Ｃ）に示すように、第１排気弁Ex1のみが開弁される。これにより、排気ガス全量が、過給機２４のタービン２４ｂに導入される。

また、排気弁制御領域が領域２であると判定された場合には、図３（Ｂ）に示すように、第１排気弁Ex1と第２排気弁Ex2の両方が開弁される。これにより、排気ガスの一部がタービン２４ｂに供給され、排気ガスの残りがタービン２４ｂを経由せずプリ触媒４２に直接供給される。

ここで、図２に示すように、エンジン回転数NEが所定値NE3未満である場合には、エンジン負荷KLが高くなるに連れて、領域１，領域２，領域３の順番で規定されている。領域１から領域３にいきなり切り換えられると、タービン２４ｂを経由せずにプリ触媒４２に供給される排気ガス量が無くなってしまう。その結果、プリ触媒４２の触媒床温Tpが急激に低下する可能性がある。また、領域３で過給機２４をフル稼働させる前に、予め過給機２４を稼働させて置くことで、過給機２４のレスポンスを高める上で好ましい。そこで、領域１と領域３の間に、排気弁Ex1,Ex2が共に開弁される領域２が設けられている。

ところで、リーン燃焼時は、ストイキ燃焼時に比して、排気ガス温度が低くなる。このため、リーン燃焼時は、過給機２４のレスポンスが悪化し、過給圧が不十分となってしまう可能性がある。

そこで、本実施の形態１では、図２に示すように、ストイキ燃焼時の所定値KL1STOICHIよりも、リーン燃焼時の所定値KL1LEANが低く設定される。すなわち、リーン燃焼時に排気弁Ex1を稼働開始させる領域が、ストイキ燃焼時に比して低負荷側に拡大せしめられる。これにより、リーン燃焼時はストイキ燃焼時に比してより低負荷側でタービン２４ｂに排気エネルギが与えられる。よって、リーン燃焼時においても、過給機２４のレスポンスを高めることができるため、十分な過給圧を得ることができる。

また、本実施の形態１では、ストイキ燃焼時の所定値KL3STOICHIよりも、リーン燃焼時の所定値KL3LEANが低く設定される。すなわち、リーン燃焼時に排気ガス全量がタービン２４ｂに供給される領域が、ストイキ燃焼時に比して低負荷側に拡大せしめられる。これにより、リーン燃焼時はストイキ燃焼時に比してより低負荷側でタービン２４ｂに排気ガス全量が供給される。よって、リーン燃焼時においても、過給機２４のレスポンスを高めることができるため、十分な過給圧を得ることができる。

また、本実施の形態１では、リッチスパイク制御時に、リーン燃焼時の所定値（NE1LEAN等）が用いられる。ところで、通常の場合、リッチスパイク制御時には、ストイキ燃焼時の所定値（NE1STOICHI等）を用いて排気弁制御が行われる。しかし、この場合、リーン燃焼時からリッチスパイク制御に切り替わる際に、排気弁制御領域が変化することでトルクショックが増大してしまい、ドライバビリティが悪化する可能性が高くなる。
これに対して、本実施の形態１では、上述したように、リッチスパイク制御時に、リーン燃焼時の所定値（NE1LEAN等）が用いられる。よって、リッチスパイク制御時もそのままリーン燃焼時の排気弁制御が継続して行われる。これにより、トルクショックの発生を防止することができ、ドライバビリティの悪化を防止することができる。

［実施の形態１における具体的処理］
図４は、本実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、排気弁Ex1,Ex2を駆動する前の所定タイミングに起動される。
図４に示すルーチンによれば、先ず、エンジン回転数NEとエンジン負荷KLを読み込む（ステップ１００）。続いて、上記ステップ１００で読み込まれたエンジン回転数NE及びエンジン負荷KLに基づいて、運転モードを参照する（ステップ１０２）。ここで、本ルーチンとは別のルーチンにおいて、エンジン回転数NE及びエンジン負荷KLに基づいて、実行する運転モードとしてストイキ燃焼とリーン燃焼の何れかが決定される。上記ステップ１０２では、このように決定された運転モードが参照される。

その後、上記ステップ１０２で参照された運転モードがリーン燃焼であるか、もしくは、リッチスパイク制御中であるか否かを判別する（ステップ１０４）。このステップ１０４で運転モードがリーン燃焼又はリッチスパイク制御中であると判別された場合には、領域１の判定に用いられる所定値NE1がNE1LEANであると算出すると共に、所定値KL1がKL1LEANであると算出する（ステップ１０６）。さらに、領域３の判定に用いられる所定値NE3がNE3LEANであると算出すると共に、所定値KL3がKL3LEANであると算出する（ステップ１０８）。

一方、上記ステップ１０４で運転モードがストイキ燃焼であると判別された場合には、領域１の判定に用いられる所定値NE1がNE1STOICHIであると算出すると共に、所定値KL1がKL1STOICHIであると算出する（ステップ１１０）。さらに、領域３の判定に用いられる所定値NE3がNE3STOICHIであると算出すると共に、所定値KL3がKL3STOICHIであると算出する（ステップ１１２）。

上記ステップ１０８又は１１２の処理の後、上記ステップ１００で読み込まれたエンジン回転数NEが所定値NE1未満、かつ、エンジン負荷KLが所定値KL1未満であるか否かを判別する（ステップ１１４）。このステップ１１４でエンジン回転数NEが所定値NE1未満、かつ、エンジン負荷KLが所定値KL1未満であると判別された場合には、排気弁制御領域が領域１であると判定する（ステップ１１６）。

一方、上記ステップ１１４でエンジン回転数NEが所定値NE1以上またはエンジン負荷KLが所定値KL1以上であると判別された場合には、ステップ１１８の処理に移行する。ステップ１１８では、エンジン回転数NEが所定値NE3未満、かつ、エンジン負荷KLが所定値KL3より大きいか否かが判別される。このステップ１１８でエンジン回転数NEが所定値NE3未満、かつ、エンジン負荷KLが所定値KL3より大きいと判別された場合には、排気弁制御領域が領域３であると判定する（ステップ１２０）。

一方、上記ステップ１１８でエンジン回転数NEが所定値NE3以上またはエンジン負荷KLが所定値KL3以下であると判別された場合には、排気弁制御領域が領域２であると判定する（ステップ１２２）。

上記ステップ１１６，１２０又は１２２の処理の後、判定された排気弁制御領域に応じた排気弁制御を実施する（ステップ１２４）。このステップ１２４では、排気弁Ex1,Ex2の開弁特性を変更可能な可変動弁機構３２への駆動要求が出される。その後、本ルーチンを終了する。

ところで、本実施の形態１では、図２に示すように、所定値KL3LEANが所定値KL3STOICHIと所定値KL1STOICHIの間に設定されているが、車種等によっては所定値KL3LEANが所定値KL1STOICHIよりも低く設定されてもよい。

また、本実施の形態１では、領域２で２つの排気弁Ex1,Ex2の開弁特性が同じにされているが（図３（Ｂ）参照）、図５に示すように排気弁Ex1,Ex2の開弁特性を異なるようにしてもよい。図５は、本実施の形態１の変形例による領域２での排気弁開弁特性を示す図である。図５に示すように、第１排気弁Ex1が開弁された後、第２排気弁Ex2が開弁される。そうすると、ピストン速度が最も早い時期（つまり、ストロークの中間）に第１排気弁Ex1が開弁される。これにより、第１排気通路３４のタービン２４ｂに効率良く排気ガスを供給することができるため、過給機２４の仕事を増大させることができる。

また、本実施の形態１では、リーン燃焼時の所定値KL1LEAN,KL3LEANが、ストイキ燃焼時の所定値KL1STOICHI, KL3STOICHIから同じ幅だけ低く設定されているが、KL1STOICHIとKL1LEANの幅が、KL3STOICHIとKL3LEANの幅と異なっていてもよい。

また、本実施の形態１では、リーン燃焼時の所定値NE1LEAN,NE3LEANが、それぞれストイキ燃焼時の所定値NE1STOICHI,NE3STOICHIと同じに設定されているが、異なるように設定されてもよい。

尚、本実施の形態１及び変形例においては、エンジン１が第１及び第６の発明における「内燃機関」に、過給機２４が第１及び第６の発明における「過給機」に、タービン２４ｂが第１及び第６の発明における「タービン」に、第１排気通路３４が第１及び第６の発明における「第１排気通路」に、第２排気通路３６が第１及び第６の発明における「第２排気通路」に、それぞれ相当する。
また、本実施の形態１及び変形例においては、第１排気弁Ex1（３０Ａ）が第１の発明における「第１排気弁」に、第２排気弁Ex2（３０Ｂ）が第１の発明における「第２排気弁」に、吸気弁In（１２）が第６の発明における「吸気弁」に、プリ触媒４２及びＮＯｘ触媒４４が第１及び第６の発明における「触媒」に、プリ触媒床温センサ４３及びＮＯｘ触媒床温センサ４５が第７の発明における「触媒床温取得手段」に、それぞれ相当する。
また、本実施の形態１及び変形例においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１００の処理を実行することにより第１の発明における「機関負荷取得手段」が、ステップ１０６，１１４〜１２４の処理を実行することにより第１及び第５の発明における「制御手段」が、ステップ１０８の処理を実行することにより第２の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図６及び図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施の形態２のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ６０に、後述する図７に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
［実施の形態２の特徴］
上記実施の形態１では、リーン燃焼時の所定値KL1LEAN,KL3LEANが、それぞれストイキ燃焼時の所定値KL1LEAN,KL3LEANよりも低く設定された。これにより、リーン燃焼時においても、過給機２４のレスポンスを向上させることができ、十分な過給圧PIMを得ることができる。

ところで、既述したように、リーン燃焼時にはストイキ燃焼時に比して排気ガスの温度が低くなる。よって、第１排気弁Ex1が早期に開弁されると、触媒床温Tp,Tnoxが急激に低下してしまう場合がある。そうすると、十分な過給圧PIMを得ることができるものの、排気エミッション特性が悪化する可能性がある。

そこで、本実施の形態２では、図６に示すように、リーン燃焼時で触媒床温Tp,Tnoxが基準値よりも低い場合には、触媒床温Tp,Tnoxが基準値以上である場合に比して、所定値KL1,KL3を高く設定する。なお、本実施の形態２における所定値KL1,KL3は、実施の形態１の要件を満たすものとする。

図６は、本実施の形態２におけるリーン燃焼時の排気弁制御領域を示す図である。より詳細には、図６（Ａ）は触媒床温Tp,Tnoxが基準値以上である場合の排気弁Ex1,Ex2の制御領域を示す図であり、図６（Ｂ）は触媒床温Tp,Tnoxが基準値未満である場合の排気弁Ex1,Ex2の制御領域を示す図である。なお、図６（Ａ）は、図２（Ｂ）と同図である。

本実施の形態２では、図６（Ａ）に示すリーン燃焼時かつ触媒床温Tp,Tnoxが基準値以上である場合の所定値KL1LEANよりも、図６（Ｂ）に示すリーン燃焼時かつ触媒床温Tp,Tnoxが基準値未満である場合の所定値KL1LEANLが高く設定される。すなわち、リーン燃焼時において、触媒床温Tp,Tnoxが基準値未満である場合の排気弁Ex1を稼働開始させる領域が、触媒床温Tp,Tnoxが基準値以上である場合に比してより高負荷側にされる。これにより、触媒床温Tp,Tnoxが基準値未満である場合には、基準値以上である場合に比してより高負荷側まで、排気ガスの全量がタービン２４ｂを介さずプリ触媒４２に直接供給される。よって、リーン燃焼時かつ触媒床温Tp,Tnoxが基準値未満である場合であっても、触媒床温Tp,Tnoxの低下を抑制することができるため、排気エミッション特性の悪化を防止することができる。

また、本実施の形態２では、図６（Ａ）に示すリーン燃焼時かつ触媒床温Tp,Tnoxが基準値以上である場合の所定値KL3LEANよりも、図６（Ｂ）に示すリーン燃焼時かつ触媒床温Tp,Tnoxが基準値未満である場合の所定値KL3LEANLが高く設定される。すなわち、リーン燃焼時かつ触媒床温Tp,Tnoxが基準値未満である場合の排気弁Ex1のみを作動させる領域が、触媒床温Tp,Tnoxが基準値以上である場合に比してより高負荷側にされる。これにより、触媒床温Tp,Tnoxが基準値未満である場合には、基準値以上である場合に比して高負荷側まで、排気ガスの一部がタービン２４ｂを介さずプリ触媒４２に直接供給される。よって、リーン燃焼時かつ触媒床温Tp,Tnoxが基準値未満である場合であっても、十分な過給圧PIMを得つつ、排気エミッション特性の悪化を防止することができる。

なお、図６（Ｂ）に示すように、所定値所定値KL3LEANLは、非過給時のリーン燃焼を実現可能な最大負荷KLmaxよりも低く設定される。よって、非過給時のリーン燃焼を実現可能な最大負荷KLmaxに達する前に、排気ガス全量がタービン２４ｂに供給されることとなる。

［実施の形態２における具体的処理］
図７は、本実施の形態２において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、排気弁Ex1,Ex2を駆動する前の所定タイミングに起動される。

図７に示すルーチンによれば、先ず、図４に示すルーチンと同様に、ステップ１００〜１０４の処理を実行する。このステップ１０４で運転モードがストイキ燃焼であると判別された場合には、図４に示すルーチンと同様に、NE1=NE1STOICHI,KL1=KL1STOICHIと算出される（ステップ１１０）。その後、NE3=NE3STOICHI,KL3=KL3STOICHIと算出される（ステップ１１２）。

一方、上記ステップ１０４で運転モードがリーン燃焼又はリッチスパイク制御中であると判別された場合には、図４に示すルーチンとは異なり、プリ触媒床温TpとＮＯｘ触媒床温Tnoxを取得する（ステップ１３０）。その後、上記ステップ１３０で取得されたプリ触媒床温Tpが基準値Tha未満であるか否か、又はＮＯｘ触媒床温Tnoxが基準値Thb未満であるか否かを判別する（ステップ１３２）。ここで、基準値Thaは、例えば、450℃であり、基準値Thbは、例えば、300℃である。このステップ１３２でプリ触媒床温Tpが基準値Tha以上であり、かつ、ＮＯｘ触媒床温Tnoxが基準値Thb以上であると判別された場合には、NE1=NE1LEAN,KL1=KL1LEANと算出され（ステップ１０６）、その後にNE3=NE3LEAN,KL3=KL3LEANと算出される（ステップ１０８）。

上記ステップ１３２でプリ触媒床温Tpが基準値Tha未満であると判別されるか、又は、ＮＯｘ触媒床温Tnoxが基準値Thb未満であると判別された場合には、NE1=NE1LEANL,KL1=KL1LEANLと算出され（ステップ１３４）、その後にNE3=NE3LEANL,KL3=KL3LEANLと算出される（ステップ１３６）。上述したように、かかるステップ１３４，１３６で算出されたKL1LEANL,KL3LEANLは、上記ステップ１０６，１０８で算出されたKL1LEAN,KL3LEANよりも高い。このため、領域１，３がそれぞれ高負荷側に拡大されることとなる。

上記ステップ１０８，１１２又は１３６の処理の後、図４に示すルーチンと同様に、ステップ１１４〜１２０の処理を実行することで、排気弁制御領域が判定される。その後、判定された排気弁制御領域に応じた排気弁制御を実施する（ステップ１２４）。その後、本ルーチンを終了する。

ところで、本実施の形態２では、床温センサ４３，４５を用いて触媒床温Tp,Tnoxを検出しているが、運転状態（KL,NE）に基づいて触媒床温Tp,Tnoxを推定してもよい。この場合、図７に示すルーチンのステップ１３０において、推定された触媒床温Tp,Tnoxが読み込まれる。

尚、本実施の形態２においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１３４の処理を実行することにより第３の発明における「制御手段」が、ステップ１３６の処理を実行することにより第４の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態３．
次に、図８〜図１１を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。
本実施の形態３のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ６０に、後述する図１１示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

［実施の形態３の特徴］
図１に示すシステムによれば、例えば、図８に示すように、排気弁Ex1,Ex2と吸気弁Inとの間にオーバラップ量を設けることで、排気系への新気の吹き抜け（スカベンジ，掃気）が発生する。図８は、新気の吹き抜けが発生する場合の排気弁Ex1,Ex2及び吸気弁Inの開弁特性の一例を示す図である。

ところで、リーン燃焼時は、ストイキ燃焼時と等空気量であったとしても、ストイキ燃焼時に比して過給機２４の仕事が低下する。よって、リーン燃焼時においては、より多くの空気を筒内に吸入することが望ましい。

しかし、上記の吹き抜けが発生すると、筒内に閉じ込められる空気量が減少する。さらに、燃料噴射量は、エアフロメータ２６で検出された吸入空気量Gaに基づいて算出されているため、空燃比のリッチ化を招来する。このため、吹き抜けが発生しない場合に比して、タービン２４ｂに供給される排気エネルギが減少してしまう。

そこで、本実施の形態３では、図９に示すように、通常のリーン燃焼時は第２排気弁Ex2を休止させて、第１排気弁Ex1のみを作動させる。図９は、本実施の形態３における通常のリーン燃焼時の排気弁Ex1,Ex2及び吸気弁Inの開弁特性の一例を示す図である。第１排気弁Ex1のみを作動させることにより、排気ガス全量をタービン２４ｂに供給することができる。さらに、図９に示すように、第１排気弁Ex1と吸気弁Inのオーバラップ期間をゼロにするか、あるいは、所定値以下にする。これにより、吹き抜けを抑制することができ、空燃比のリッチ化を抑制することができる。よって、タービン２４ｂに十分な排気エネルギを供給できるため、十分な過給圧PIMを得ることができる。

また、触媒床温Tp,Tnoxが基準値未満である場合には、図１０に示すように、第２排気弁Ex2と吸気弁Inのオーバラップ量を所定値以上にする。図１０は、本実施の形態３において、触媒床温Tp,Tnoxが基準値未満である場合の排気弁Ex1,Ex2及び吸気弁Inの開弁特性の一例を示す図である。これにより、吹き抜けが発生し、空燃比がリッチ化する。そうすると、タービン２４ｂに与える排気エネルギは減少するものの、プリ触媒４２やＮＯｘ触媒４４において未燃燃料と吹き抜けた新気を反応させることができるため、触媒床温Tp,Tnoxを上昇させることができる。

ところで、図１０に示す例では、第１排気弁Ex1が開弁された後、第２排気弁Ex2が開弁される。そうすると、ピストン速度が最も早い時期（つまり、ストロークの中間）に第１排気弁Ex1が開弁されることとなる。これにより、第１排気通路３４のタービン２４ｂに効率良く排気ガスを供給することができるため、過給機２４ｂの仕事を増大させることができる。

また、触媒床温Tp,Tnoxが基準値よりも低い第２基準値未満である場合や、上記未燃燃料と新気の反応による昇温が不十分である場合のように、さらに触媒床温Tp,Tnoxを上昇させる必要がある場合がある。かかる場合において、本実施の形態３では、膨張行程で燃料噴射が行われる。これにより、より多量の未燃燃料がプリ触媒４２に供給されるため、プリ触媒４２において未燃燃料と新気の反応を更に促進することができる。

［実施の形態３における具体的処理］
図１１は、本実施の形態３において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、排気弁Ex1,Ex2を駆動する前の所定タイミングに起動される。

図１１に示すルーチンによれば、先ず、図４に示すルーチンと同様に、エンジン回転数NEとエンジン負荷KLを読み込み（ステップ１００）、運転モードを参照する（ステップ１０２）。その後、上記ステップ１０２で参照された運転モードがリーン燃焼であるか否かを判別する（ステップ１４０）。このステップ１４０で運転モードがストイキ燃焼であると判別された場合には、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ１４０で運転モードがリーン燃焼であると判別された場合には、図６に示すルーチンと同様に、プリ触媒床温TpとＮＯｘ触媒床温Tnoxを取得する（ステップ１３０）。その後、上記ステップ１３０で取得されたプリ触媒床温Tpが基準値Tha未満であるか否か、又はＮＯｘ触媒床温Tnoxが基準値Tthb未満であるか否かを判別する（ステップ１３２）。

上記ステップ１３２でプリ触媒床温Tpが基準値Ttha以上であり、かつ、ＮＯｘ触媒床温Tnoxが基準値Tthb以上であると判別された場合には、例えば、図９に示す例のように、排気弁Ex2を休止すると共に、排気弁Ex1と吸気弁Inのオーバラップ量を所定値以下にする（ステップ１４２）。このステップ１４２では、排気弁Ex1,Ex2の開弁特性を変更可能な可変動弁機構３２への駆動要求と、吸気弁Inの開弁特性を変更可能な可変動弁機構１３への駆動要求が出される。その後、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ１３２でプリ触媒床温Tpが基準値Ttha未満であると判別されるか、又は、ＮＯｘ触媒床温Tnoxが基準値Tthb未満であると判別された場合には、触媒床温Tp,Tnoxを昇温させる必要があると判断される。この場合、例えば、図１０に示す例のように、第２排気弁Ex2と吸気弁Inのオーバラップ量を所定値以上にする（ステップ１４４）。このステップ１４４では、可変動弁機構１３，３２への駆動要求が出される。

その後、触媒昇温Tp,Tnoxの温度上昇要求が所定値以上であるか否かを判別する（ステップ１４６）。このステップ１４６では、例えば、触媒昇温Tp,Tnoxが基準値Ttha,Tthbより更に低い第２基準値Ttha2,Tthb2未満である場合や、前回のルーチンでステップ１４４の処理を実行したにも関わらず、再びステップ１３２で“ＮＯ”と判別された場合には、温度上昇要求が所定値以上であると判別される。この場合、膨張行程で燃料噴射が行われる（ステップ１４８）。その後、本ルーチンを一旦終了する。

ところで、本実施の形態３では、上記ステップ１４８において新気の吹き抜けを発生させるために第２排気弁Ex2と吸気弁Inのオーバラップ量を所定値以上にしているが、図１２に示す例のように、第１排気弁Ex1と吸気弁Inのオーバラップ量を所定値以上にしてもよい。図１２は、本実施の形態３の変形例において、排気弁Ex1及び吸気弁Inの開弁特性を示す図である。この場合も、新気の吹き抜けを発生させることができる。

また、本実施の形態３では、床温センサ４３，４５を用いて触媒床温Tp,Tnoxを検出しているが、運転状態（KL,NE）に基づいて触媒床温Tp,Tnoxを推定してもよい。この場合、図１１に示すルーチンのステップ１３０において、推定された触媒床温Tp,Tnoxが読み込まれる。

尚、本実施の形態３及び変形例においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１４２の処理を実行することにより第６の発明における「制御手段」が、ステップ１３０の処理を実行することにより第７の発明における「触媒床温取得手段」が、ステップ１４４の処理を実行することにより第７の発明における「制御手段」が、ステップ１４８の処理を実行することにより第８の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。

本発明の実施の形態１によるシステム構成を示す図である。本発明の実施の形態１における排気弁制御領域を示す図である。図２に示す排気弁制御領域での排気弁Ex1,Ex2の開弁特性を示す図である。本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本発明の実施の形態１の変形例による領域２での排気弁開弁特性を示す図である。本発明の実施の形態２におけるリーン燃焼時の排気弁制御領域を示す図である。本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。新気の吹き抜けが発生する場合の排気弁Ex1,Ex2及び吸気弁Inの開弁特性の一例を示す図である。本発明の実施の形態３における通常のリーン燃焼時の排気弁Ex1,Ex2及び吸気弁Inの開弁特性の一例を示す図である。本発明の実施の形態３において、触媒床温Tp,Tnoxが基準値未満である場合の排気弁Ex1,Ex2及び吸気弁Inの開弁特性の一例を示す図である。本発明の実施の形態３において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。本発明の実施の形態３の変形例において、排気弁Ex1及び吸気弁Inの開弁特性を示す図である。

符号の説明

１エンジン
１２吸気弁In
２４過給機
２４ｂタービン
３０Ａ第１排気弁Ex1
３０Ｂ第２排気弁Ex2
３４第１排気通路
３６第２排気通路
４２プリ触媒
４３プリ触媒床温センサ
４４ＮＯｘ触媒
４４ＮＯｘ触媒床温センサ
６０ＥＣＵ

Claims

リーン燃焼が可能な内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関に設けられた過給機と、
前記過給機のタービンに通じる第１排気通路を開閉する第１排気弁と、
前記タービンの下流に通じる第２排気通路を開閉する第２排気弁と、
前記第１排気通路と前記第２排気通路の合流点よりも下流側に配置された触媒と、
機関負荷を取得する機関負荷取得手段と、
前記機関負荷が第１所定値未満である場合には前記第２排気弁のみを開弁し、前記機関負荷が第１所定値以上第２所定値未満である場合には前記第１及び第２排気弁を共に開弁し、前記機関負荷が第２所定値以上である場合には前記第１排気弁のみを開弁する排気弁制御手段とを備え、
前記制御手段は、リーン燃焼時の第１所定値を、ストイキ燃焼時の第１所定値よりも低く設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、リーン燃焼時の第２所定値を、ストイキ燃焼時の第２所定値よりも低く設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、リーン燃焼時かつ触媒床温が基準値未満であるときの第１所定値を、リーン燃焼時かつ触媒床温が基準値以上であるときの第１所定値よりも高く設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、リーン燃焼時かつ触媒床温が基準値未満であるときの第２所定値を、リーン燃焼時かつ触媒床温が基準値以上であるときの第２所定値よりも高く設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項１から４の何れかに記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、前記第１及び第２排気弁を共に開弁する場合、前記第１排気弁を開弁した後に、前記第２排気弁を開弁することを特徴とする内燃機関の制御装置。
リーン燃焼が可能な内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関に設けられた過給機と、
前記過給機のタービンに通じる第１排気通路を開閉する第１排気弁と、
前記タービンの下流に通じる第２排気通路を開閉する第２排気弁と、
前記第１排気通路と前記第２排気通路の合流点よりも下流側に配置された触媒と、
リーン燃焼時は、前記第２排気弁のリフトを停止すると共に、前記第１排気弁と吸気弁とのオーバラップ量を所定値未満にする制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項６に記載の内燃機関の制御装置において、
前記触媒の床温を取得する触媒床温取得手段を更に備え、
前記制御手段は、リーン燃焼時かつ触媒床温が基準値未満である場合には、前記第１又は第２排気弁と前記吸気弁とのオーバラップ量を所定値以上とすることを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項７に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、リーン燃焼時であって、触媒床温が基準値未満であり、かつ、触媒床温の温度上昇要求が所定値以上である場合には、膨張行程中に燃料を噴射することを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項７又は８に記載の内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、前記第１及び第２排気弁を共に開弁する場合、前記第１排気弁を開弁した後に、前記第２排気弁を開弁することを特徴とする内燃機関の制御装置。