JP3635911B2 - Catalyst temperature controller - Google Patents

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気系に備えられた触媒の温度を運転条件に対して適切にする触媒温度制御装置に関する、特に、吸気バルブおよび、または排気バルブの開弁期間を移動する可変バルブタイミング機構を備え、吸気バルブと排気バルブが共に開弁しているオーバーラップ期間が可変にされている機関における触媒温度制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
吸気バルブや排気バルブの開閉期間を運転条件に応じて変更する、所謂、可変バルブタイミング機構を備えたエンジンが公知である。そして、エンジンの冷間時に、吸気バルブと排気バルブが両方とも開いている、所謂、オーバーラップ期間を拡大して燃焼室内で後燃えさせて、排気系に配設された触媒の活性化を促進する装置が公知である。
【0003】
例えば、特開平5−59936号公報に開示されている装置では、冷間時に、排気系の閉じのタイミングを遅らせ排気バルブと吸気バルブのオーバーラップ期間を拡大して触媒の活性化の促進をしている。また特開平5−215001号公報に開示されいる装置では、冷間時に、排気バルブと吸気バルブの開弁オーバーラップ期間を増大し、点火時期を遅角し触媒の活性化を促進している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の各公報の発明の考え方は、いずれもオーバーラップ期間の拡大により排気ガスを新しい混合気に混入させる、いわゆる内部EGRをを増大して、燃焼速度を遅らせ、その結果、排気ガスの温度を上昇させようとするものである。
しかしながら、このような、オーバーラップ期間の拡大だけでは、前記公報に記載のように上昇した排気ガスのエネルギの多くはシリンダヘッドを介し冷却水に伝達されてしまう。その結果本来の目的とする触媒活性化のための触媒入口ガス温度の上昇に有効に作用しないという問題がある。
したがって、本発明の目的は冷間時に確実に排気ガス温度を上昇して触媒を暖機促進させることができる触媒温度制御装置を提供することである。
また、このようなオーバーラップ期間の拡大は暖機後は触媒の過熱を誘起する可能性があるがその点に配慮がされていないという問題もあるので、暖機後の触媒の過熱を防止することも本発明の目的である。
【0005】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明によれば、運転状態に応じてバルブオーバーラップ期間を変更可能なバルブ特性制御装置を備えた機関の排気系に配設された触媒の温度を制御する触媒温度制御装置であって、
機関が予め定めた温度領域にあるか、及び、予め定めた回転数、負荷の領域にあるかによって触媒活性化の促進の要否を判定する手段と、
触媒活性化の促進が必要と判定された場合に、バルブ特性制御装置を作動せしめてオーバーラップ期間を拡大する手段と、
拡大されたバルブオーバーラップ期間中の機関の排気ポート内の圧力が負圧になるように排気ポート内の圧力を低下せしめる排気圧力低下手段と、
大されたバルブオーバーラップ期間中に排気圧力低下手段により負圧化された排気ポート内の圧力よりも吸気ポート内の圧力が高くなるように吸気ポート内の圧力を増大せしめ、吸入された混合気を排気管に吹き抜けさせる吸気管圧力増大手段と、
吸気管圧力増大手段による機関出力の増大を抑制する出力増大抑制手段と、を具備し、
触媒活性化の促進が必要と判定された場合に、出力増大を抑制しながら、燃料と空気を排気管内に吹き抜けさせて排気管内において燃焼させ、触媒の活性化を促進する触媒温度制御装置が提供される。
この様に構成された触媒温度制御装置では、触媒活性化の促進が必要と判定された場合に、バルブオーバーラップ期間が拡大され、その期間中の吸気ポートの圧力が排気ポートの圧力よりも高くされ、吸入された混合気が排気管への吹き抜けせしめられ触媒の活性化を促進するが、出力増大抑制手段により吸気管圧力の増大による機関出力の増大が抑制される。
【0006】
請求項2の発明によれば、請求項1の発明において、吸気管圧力増大手段が吸気管スロットル開度を増大する吸気管スロットル開度増大手段である触媒温度制御装置が提供される。
この様に構成された触媒温度制御装置では、吸気管スロットル開度を増大することにより吸気ポート内圧力が増大され吸入された混合気の排気管への吹き抜けが助勢される。
【0007】
請求項3の発明によれば、請求項1の発明において、出力増大抑制手段が点火時期調整手段であって、吸気管圧力が増大調整されたことによる機関出力の増大を抑制するように点火時期を調整する触媒温度制御装置が提供される。
この様に構成された触媒温度制御装置では、吸気管圧力が増大調整されたことによる機関出力が抑制するように点火時期調整手段が点火時期を調整する。
【0008】
請求項4の発明によれば、請求項1の発明において、出力増大抑制手段が、出力が増大しないようにオーバーラップ期間を拡大して成る、触媒温度制御装置が提供される。
この様に構成された触媒温度制御装置では、オーバーラップ期間を拡大することにより機関出力の増大を抑制するので出力増大抑制手段を別途設ける必要がない。
【0009】
請求項5の発明によれば、請求項1の発明において、排気カムシャフトに取り付けられたバルブ特性制御装置と吸気カムシャフトに取り付けられたバルブ特性制御装置との両方でバルブオーバーラップ期間を変更する触媒温度制御装置が提供される。
この様に構成された触媒温度制御装置では、排気カムシャフトに取り付けられたバルブ特性制御装置と、吸気カムシャフトに取り付けられたバルブ特性制御装置との両方を変更してオーバーラップ期間が拡大される。
【0010】
請求項6の発明によれば、請求項1の発明において、排気カムシャフトに取り付けられたバルブ特性制御装置と、吸気カムシャフトに取り付けられたバルブ特性制御装置と、のいずれか一方によりバルブオーバーラップ期間を変更する触媒温度制御装置が提供される。
この様に構成された触媒温度制御装置では、排気カムシャフトに取り付けられたバルブ特性制御装置と、吸気カムシャフトに取り付けられたバルブ特性制御装置とのいずれか一方によってオーバーラップ期間が拡大される。
【0011】
請求項7の発明によれば、請求項1の発明において、排気圧力低下手段が、排気脈動による負圧波が拡大されたバルブオーバーラップ期間中に排気ポートに戻るように長さを最適化された排気管そのものである触媒温度制御装置が提供される。
この様に構成された触媒温度制御装置では、排気管の長さが排気脈動による負圧波が拡大されたバルブオーバーラップ期間中に排気ポートに戻るようにされている。
【0012】
請求項8の発明によれば、請求項1の発明において、排気ポート圧力低下手段は、それぞれ単一の排気マニホールドを集合した2つの集合排気マニホールドを連通管で結び、該連通管に排気制御弁を設けて、該排気制御弁を排気脈動による負圧波が拡大されたバルブオーバーラップ期間中に排気ポートに戻るように調整して成る触媒温度制御装置が提供される。
この様に構成された触媒温度制御装置では、それぞれ単一の排気マニホールドを集合した2つの集合排気マニホールドを連通管で結び、該連通管に排気制御弁を設けて、該排気制御弁を排気脈動による負圧波が拡大されたバルブオーバーラップ期間中に排気ポートに戻るように調整し排気ポート圧力が低下せしめられる。
【0013】
請求項9の発明によれば、請求項1の発明において、さらに、暖機後のオーバーラップ拡大による触媒の過熱を防止する触媒過熱防止手段を備えた触媒温度制御装置が提供される。
この様に構成された触媒温度制御装置では、触媒過熱防止手段により暖機後のオーバーラップ拡大による触媒の過熱が防止される。
【0014】
請求項10の発明によれば、請求項9の発明において、触媒過熱防止手段が、触媒過熱が予想される条件に達した時に、排気バルブが閉じ、吸気バルブが開いている間に燃料が噴射されるように燃料の噴射時期を調整する燃料噴射時期調整手段とされた触媒温度制御装置が提供される。
この様に構成された触媒温度制御装置では、燃料噴射時期調整手段により排気バルブが閉じ、吸気バルブが開いている間に燃料が噴射されるように燃料の噴射時期が調整されオーバーラップ拡大による触媒の過熱が防止される。
【0015】
請求項11の発明によれば、請求項10の発明において、燃料噴射時間が長く、燃料噴射時期調整手段により燃料噴射時期を調整してもオーバーラップ中に燃料が噴射される場合に、排気バルブの閉弁時期を早めてオーバーラップを短くし、燃料の吹き抜けを防止するようにされた触媒温度制御装置が提供される。
この様に構成された触媒温度制御装置では、燃料噴射時間が長く、燃料噴射時期調整手段により燃料噴射時期を調整してもオーバーラップ中に燃料が噴射される場合に、排気バルブの閉弁時期を早めてオーバーラップを短くして触媒の過熱が防止される。
【0016】
請求項12の発明によれば、請求項10の発明において、燃料噴射時間が長く、燃料噴射時期調整手段により燃料噴射時期を調整してもオーバーラップ中に燃料が噴射される場合に、燃料噴射時間を短くし、燃料の吹き抜けを防止するようにした触媒温度制御装置が提供される。
この様に構成された触媒温度制御装置では、燃料噴射時間が長く、燃料噴射時期調整手段により燃料噴射時期を調整してもオーバーラップ中に燃料が噴射される場合に、燃料噴射時間を短くして触媒の過熱が防止される。
【0017】
請求項13の発明によれば、請求項9の発明において、触媒過熱が予想される条件に達した時にオーバーラップ期間が拡大される運転領域から脱出するように運転条件を変更せしめて、触媒の過熱を防止する、触媒温度制御装置が提供される。
この様に構成された触媒温度制御装置では、触媒過熱が予想される条件に達した時にオーバーラップ期間が拡大される領域から脱出して触媒の過熱が防止される。
【0018】
請求項14の発明によれば、請求項9の発明において、暖機後触媒過熱防止手段が、触媒過熱が予想される条件に達した時に排気ポートの圧力を吸気ポートの圧力よりも高くするポート間圧力調整手段とされた触媒温度制御装置が提供される。
この様に構成された触媒温度制御装置では、触媒過熱が予想される条件に達した時にポート間圧力調整手段により排気ポートの圧力を吸気ポートの圧力よりも高くして触媒の過熱が防止される。
【0019】
請求項15の発明によれば、請求項14の発明において、ポート間圧力調整手段が、触媒過熱が予想される条件に達した時に、吸気ポート圧力を低下するためにスロットル開度を減少するスロットル開度減少手段とされた触媒温度制御装置が提供される。
この様に構成された触媒温度制御装置では、触媒過熱が予想される条件に達した時に、スロットル開度減少手段によりスロットル開度を減少して触媒の過熱が防止される。
【0020】
請求項16の発明によれば、請求項14の発明において、ポート間圧力調整手段が、それぞれ単一の排気マニホールドを集合した2つの集合排気マニホールドを連通管で結び、該連通管に排気制御弁を設けて、該排気制御弁を触媒過熱が予想される条件に達した時に、オーバーラップ時に閉制御して排気ポートの圧力を正圧にして成る触媒温度制御装置が提供される。
この様に構成された触媒温度制御装置では、それぞれ単一の排気マニホールドを集合した2つの集合排気マニホールドを連通管で結び、該連通管に排気制御弁を設けて、該排気制御弁を触媒過熱が予想される条件に達した時に、オーバーラップ時に閉制御して排気ポートの圧力を正圧にしてポート間圧力が調整される。
【0021】
請求項17の発明によれば、請求項14の発明において、ポート間圧力調整手段が、背圧制御弁を排気管の後端部に設け、該背圧制御弁を触媒過熱が予想される条件に達した時に、オーバーラップ時に閉制御して、排気ポートの圧力を正圧にして成る触媒温度制御装置が提供される。
この様に構成された触媒温度制御装置では、触媒過熱が予想される条件に達した時に、排気管の後端部に設けた背圧制御弁をオーバーラップ時に閉制御して排気ポートの圧力が正圧にされる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の第1の実施の形態の全体の構造を示す図である。
エンジン1の吸気ポート(図示せず)には、吸気管2、サージタンク3、吸気マニホールド4を介して吸入空気が供給される。吸気管2にはエアクリーナ5とエアフローメータ211と電子スロットル251が配設されている。吸気マニホールド4には各気筒毎に燃料噴射弁252が取り付けられている。
【0023】
電子スロットル251は、アクセルペダル(図示しない)の踏み込み量に応じてスロットル開度を変化せしめるが、また、特に、本発明においては後述するように、吸気バルブ(図示しない)と排気バルブ(図示しない)のオーバーラップ期間を拡大したときに、吸気管内の圧力が排気管内の圧力よりも高くなるように、アクセルペダルの踏み込み量には関係なく開度が増大される。
【0024】
一方、エンジン1の排気ポート(図示しない)には排気マニホールド6が取り付けられている。ここで、このエンジンの点火の順序は#1気筒→#3気筒→#4気筒→#2気筒の順であるが、これに対して、図示される様に、排気マニホールド5は、#1気筒と#4気筒が、#2気筒と#3気筒が、それぞれ等長的に一旦集合され、それがさらに1本に集合されている。そして、長さが最適にされていて、オーバーラップ期間中に排気ポートが負圧になるようされている。
【0025】
排気マニホールド6の下流に接続された排気管7内には触媒8が配設されている。触媒8の上流には空燃比センサ215が配設されていて、空燃比センサ215の信号をもとに、触媒8が最適に浄化作用をおこなうように燃料噴射弁252の燃料噴射量がフィードバック制御される。また、エンジン1の各気筒に対してイグナイタ一体式の点火栓253が配設されている。
300で示されているのは自動変速であって、310は後述する本発明の第1の実施の形態の第1の変形例に係わる変速制御機構である。
【0026】
また、エンジン1には、特に、本発明に係わるものとして、前述した、エアフローメータ211の他に、クランクシャフトの角度位置を検出するクランクポジションセンサ212、エンジンの冷却水温を検出する水温センサ213、吸気カムシャフト50、排気カムシャフト50’の位相を検出するカム角センサ214、214’等のセンサが配設されていて、これらのセンサからの信号は電子制御ユニット(ECU)200に送られる。
【0027】
エアフローメータ211は負荷としての吸入空気量GAに応じた信号電圧を発生する。
クランクポジションセンサ212は構造の詳細は省略するが、例えば、クランクシャフトに取り付けられた信号発生円板の突起に近接して電磁ピックアップが配され、この電磁ピックアップが突起が通過する毎に信号電圧を発生する。信号発生円板の突起は10°毎に設けられているが、2つ欠歯しているので34個ある。欠歯箇所は例えば1番気筒の上死点に対して所定の角度位置に設けられているので、欠歯箇所が発した信号から上死点を正確に求めるもとができる。そして、10°おきに発生される信号はさらに分周され計測時点の上死点からのクランク角度を精確にもとめることができる。
【0028】
エンジン水温センサ213はエンジン1の冷却水温TWに対応した信号を発生する。
吸気カム角センサ214と排気カム角センサ214’は、カムシャフトの適切な場所に設けられた信号発生突起に近接して電磁ピックアップが突起が通過する毎に信号電圧を発生するというものである。この突起は、カムシャフトの1回転につき1回、すなわちクランクシャフト2回転につき1回信号を発生する。この突起は、例えば、第1気筒のカム山の最大リフト時に信号を発生する様に設けられている。
【0029】
ECU200は相互に連結された入力インターフェイス210、中央演算処理装置(CPU)220、ランダムアクセスメモリ(RAM)230、リードオンリメモリ(ROM)240、出力インターフェイス250から成るデジタルコンピュータである。
ECU200のCPU220は、入力インターフェイス210に入力された各センサの信号、ROM240に記憶されたデータ等、から後述する本発明にかかわる演算をおこない出力インターフェイス250を介して、電子スロットル251、点火栓253や後述のバルブ特性制御装置100、100’に出力して本発明の制御を実行する。
【0030】
また、吸気バルブ(図示しない)の開弁期間の位相、および、排気バルブ(図示しない)の開弁期間の位相を変えるために、全く同じ構造のベーンタイプのバルブ特性制御装置100と100’が、吸気カムシャフト50、排気カムシャフト50’に取り付けられている。
そこで、以下、吸気カムシャフト50に取り付けられたバルブ特性制御装置100を例にして説明する。
【0031】
図2は吸気カムシャフト50に取り付けられたこのベーンタイプのバルブ特性制御装置100を吸気カムシャフト50の中心軸線Xを通る平面で切った断面図である。
図2を参照すると、クランクシャフト(図示しない)によりチェーン(図示しない)を介して1/2の回転比で駆動されるギア10に、ギア10と共働して進角油室110と遅角油室120を形成するハウジング20とサイドカバ−30がB1(4本の内1本のみ図示)により固定されている。ハウジング20の内側にはロータ40が所定角度回動自在に配設されている。ロータ40は吸気カムシャフト50にボルトB2で固定されている。
【0032】
図3はサイドカバー30とボルトB1、ボルトB2を除去した状態でバルブ特性制御装置1を軸端側(図1の左側)から見た図である。
図3に示されるようにハウジング20は外周部21と4つの内側突起部22からなる。内側突起部22の内周側にはシール部材23が配設されている。24はボルトB1が通る穴である。図2においては、ハウジング20は吸気カムシャフト50の中心軸線Xよりも上側では外周部21と内側突起部22が一体でシール部材23と共に示され、吸気カムシャフト50の中心軸線Xよりも下側ではハウジング20は外周部21が示されており、破線20’は外周部21と内側突起部22の境目である。
【0033】
また、図3に示されるように、ロータ40はボス41とそこから放射状に外側に突き出た4つのベーン42から成る。各ベーン40の外周側にはシール部材43が配設されている。図2においては、ロータ40は、吸気カムシャフト50の中心軸線Xよりも上側ではボス41のみが示され、吸気カムシャフト50の中心軸線Xよりも下側ではボス41とベーン42が一体でシール部材43と共に示されており、破線40’はボス41とベーン42の境目である。
ロータ40のボス41には進角時にカムシャフト内進角油路55を通って来た作動油をボス41の中央部のボルトB2の周りに形成される中央油室44に導く2本の傾斜油路45と、中央油室44から、ロータ40のベーン42とハウジング20の内側突起部22の間に形成される、進角油室110に作動油を導入する4本の分配油路46が形成されている。
【0034】
図2に戻り吸気カムシャフト50に注目すると、吸気カムシャフト50は外側フランジ51と内側フランジ52の間で、半割りの上側メタルベアリング60A、下側メタルベアリング60Bを介して、シリンダヘッド70とカムキャップ80により回転自在に支持されている。そして、外側フランジ51と内側フランジ52の間で、内側フランジ52に近い方に環状進角油路53が、外側フランジ52に近い方に環状遅角油路54が形成されている。
環状進角油路53は中心軸線Xに平行に形成されたカムシャフト内進角油路55と短い油路55aを介して連通している。そしてカムシャフト内進角油路55はロータ40の傾斜油路45に連通している。
環状遅角油路54は中心軸線Xに平行に形成されたカムシャフト内遅角油路56と短い油路56aを介して連通している。カムシャフト内進角油路56は外側フランジ51よりも軸端側に設けられている軸端側環状遅角油路57に連通している。
軸端側環状遅角油路57は、ギヤ10の内周側に設けられたギヤ内環状油路11とギヤ内分配油路12を介して、遅角油室120に連通している。
【0035】
一方、シリンダヘッド70には各油室への作動油の供給を制御するオイルコントロールバルブ90が嵌入されている。
図4にオイルコントロールバルブ90の詳細を示す。図4に示されているようにオイルコントロールバルブ90はスリーブ91内で電磁ソレノイド92のプランジャ93とスプリング94によってスプール弁95を移動して作動油の流れ方向を切り換える。
【0036】
スリーブ91は進角ポート91a、遅角ポート91b、供給ポート91c、ドレインポート91d、91eを有している。一方、スプール弁95は、4つのランド95a、95b、95c、95dと、3つの溝通路95e、95e、95fを有する。
そして電磁ソレノイド92は電子コントロールユニット(以下ECU)200からの信号によりデューテイ制御で励磁されるがそのデューティ比を変えることによりスプール弁95の位置が変化させて作動油の進角油室110、遅角油室120への給排を制御する。
【0037】
例えば、デューティ比100%で励磁されるとスプール弁95は最も左側まで移動し進角ポート91aは全開で供給ポート91cと連通され、遅角ポート91bが全開でドレインポート91eと連通され、バルブ特性制御装置100の進角油室110に向けて作動油が最大能力で供給され、遅角油室120から作動油が最大能力で排出され、吸気カムシャフト50はクランクシャフトに対して最大速度で進角方向に移動する。
また、デューテイ比0%(励磁されない)の場合は、スプール弁95は最も右側まで移動し供給ポート91cと遅角ポート91bが全開で連通され、進角ポート91aがドレインポート91dと全開で連通され、バルブ特性制御装置100の遅角油室120に向けて作動油が最大能力で供給され、進角油室110から作動油が最大能力で排出され、吸気カムシャフト50はクランクシャフトに対して最大速度で遅角方向に移動する。
図4はこの供給ポート91cと遅角ポート91bが全開で連通された状態を示している。
【0038】
一方、エンジン1は吸気カムシャフト50のクランクシャフトに対する位相差を検出するカム角センサ222を有していて(図1参照)、吸気カムシャフト50のクランクシャフトに対する位相差が予め定めた位相差になると、電磁ソレノイド92は中間のデューテイ比で励磁されスプール弁95はランド95a、95b、95c、95dによって、進角ポート91aと供給ポート91c、ドレインポート91dとの連通をそれぞれ遮断し、遅角ポート91bと供給ポート91c、ドレインポート91dとの連通をそれぞれ遮断する位置で停止し、吸気カムシャフト50はクランクシャフトに対してその位相差を保つ。
【0039】
図2において、71で示されるのはオイルコントロールバルブ90の進角ポート91aと吸気カムシャフト50に形成された環状進角油路53を連通するためのシリンダヘッド内進角油路である。また、72で示されるのはオイルコントロールバルブ90の遅角ポート91bと吸気カムシャフト50に形成された環状遅角油路54を連通するためのシリンダヘッド内遅角油路である。
同じく、図2において73で示されるのはオイルコントロールバルブ90の供給ポート91cとオイルポンプ(図示しない)を連通するための供給油路であり、74で示されるのはオイルコントロールバルブ90のドレーンポート91d、91eとオイルパンを連通するためのドレーン油路である。
【0040】
図5は図2の4−4線に沿って見た断面図であって、環状進角油路53とシリンダヘッド内進角油路71との連通、および、環状遅角油路54とシリンダヘッド内遅角油路72との連通を示している。
図4に示されるように、シリンダヘッド内進角油路71はオイルコントロールバルブ90の進角ポート91aからカムキャップ80に向かって上方に延伸しシリンダヘッド70の上面76に突き抜けている。このシリンダヘッド内進角油路71と上側ベアリングメタル60Aの外側を結ぶようにカムキャップ80の下面81に溝82が形成されている。一方、上側ベアリングメタル60Aには穴61が形成されていて、穴61の径は環状進角油路53の幅よりも大きく設定されている。そして、この穴61とカムキャップ80の下面81に溝82を連通するように傾斜油路83が形成されている。なお、図5は上記の構成を分かりやすく示す上側ベアリングメタル60Aとカムキャップ80の分解組み立て図である。
【0041】
一方、シリンダヘッド内遅角油路72はオイルコントロールバルブ90の進角ポート91aからカムキャップ80に向かって上方に延伸するが途中で斜めに曲がって下側ベアリングメタル60Bの外側の開口72aに達している。
ここで、下側ベアリングメタル60Bとシリンダヘッド70の構造を分解組み立て図で示した図6を参照すると、上記の開口72aの径よりも幅の大きな断面三日月状の溝78が、この開口72aから軸端方向に向かって、下側ベアリングメタル60Bを受けるシリンダヘッド70の半円断面受け部77に形成されている。
【0042】
一方、下側ベアリングメタル60Bには、そのフランジ部60Fが立ち上がる角部に切り欠き62が形成されている。切り欠きを軸方向から見た大きさは少なくとも溝78の三日月状の断面よりも大きく、切り欠きを軸に直角な方向から見た時の幅は、この部分に内接する吸気カムシャフト50の環状遅角油路54の幅よりも大きい。
【0043】
したがって、進角用の作動油はオイルコントロールバルブ90の進角ポート91aから、シリンダヘッド内油路71、カムキャップ80の溝82、傾斜油路83、上側ベアリングメタル60Aの穴61を通って、吸気カムシャフト50の環状進角油路53に達する。環状進角油路53からは短い連絡油路55aを通ってカムシャフト内進角油路55に入って軸端方向に進み、ロータ40の傾斜油路45を通って中央油室44に達し、そこから分配油路46を通って各進角油室110に分配される。
【0044】
また、遅角用の作動油はオイルコントロールバルブ90の遅角ポート91bからシリンダヘッド内油路72から、断面三日月状の溝78と下側ベアリングメタル60Bの背面の間に形成される油路79に入って軸端方向に進み、下側ベアリングメタル60Bの軸端の角部に形成された切り欠き62を通って吸気カムシャフト50の環状遅角油路54に達する。環状遅角油路54からは短い連絡油路56aを通ってカムシャフト内遅角油路56に入って軸端方向に進み、短い連絡油路56bを通って軸端側環状遅角油路57に達する。そこからは、軸端側環状遅角油路57に対向してギヤ10に形成された環状油路11を経て傾斜分配油路12に入り、各遅角油室120に分配される。
【0045】
以下、上記の様に構成された、本発明の第1の実施の形態の制御について説明する。
ここで、第1の実施の形態は、予め定めた所定の運転条件において、オーバーラップ量を増大調整するとともに、スロットル開度を増大して吸気管負圧を増大して混合気を排気管内に導入して排気管内で混合気を燃焼させ、触媒の活性化を促進しようとするものである。
また、機関暖機後のオーバーラップ拡大時に吹き抜けにより燃料が未燃焼のまま触媒に達して触媒が過熱するのを防止するためにスロットル開度を減少して吸気ポート圧力を排気ポート圧力よりも低くするようにされている。
【0046】
以下、上記の触媒活性化の制御の詳細を説明する。図6のフローチャートは触媒活性化促進が必要かどうかを判定するためのものである。
ステップ61で各パラメータの読み込みをおこない、ステップ62ではエンジンの冷却水温TWを予め定めた判定値TWAと比較し、触媒の活性化促進を必要とする状態かどうかの判定をおこない、ステップ63で負荷とエンジン回転数から触媒の活性化促進を必要とする状態かどうかの判定をおこなう。ステップ62と63の両方で肯定判定された場合は、触媒の活性化促進を実行すべきであるとして、ステップ64でフラグFCCを1にし、ステップ62、または63で否定判定された場合は触媒の活性化促進が不要であるのでステップ65でフラグFCCを0にして終了する。
【0047】
図7がステップ63の判定のためのマップである。図7に示すような領域に設定してあるのは、一つはアイドルおよびアイドル近辺の軽負荷では吸気管圧力が低すぎて、排気ポートの圧力を上回ることができないことであり、他の一つはこの制御は出力を抑える制御を含んでいるので、出力を要求される高負荷領域ではおこなわないようにしているからである。
【0048】
図6のフローチャートで触媒の活性化促進を実行すべきと判定された場合に実行されるオーバーラップを拡大するフローチャートが図8の(a)に、スロットル開度を増大するフローチャートが図8の(b)に、スロットル開度の増大による出力の増大を抑制するための点火時期の遅角を実行するフローチャートが図8の(c)に示されている。それぞれ、フラグFCCが1と判定された場合に、各制御が実行される。
【0049】
次に、図8の()のフローチャートに示されるオーバーラップ量の拡大について説明する。オーバーラップ量の拡大は、例えば、図9の(a)に示す様な状態から,図9の(b)に示す様な状態にする。このためには、吸気バルブの開弁期間を進角側にずらすと同時に排気バルブ開弁期間を遅角側にずらす必要がある。そこで、吸気カムシャフト50と排気カムシャフト50’の回転位相をそれぞれ、進角側と遅角側に移動する。このカムシャフトの移動は、クランクポジションセンサ212と吸気カム角センサ214と排気カム角センサ214’で、吸気カムシャフト50と排気カムシャフト50’の位相を検出しながらフィードバック制御でおこなう。
【0050】
現在の吸気カムシャフト50、排気カムシャフト50’の位相はクランクポジションセンサ212からの信号と、吸気カム角センサ214、排気カム角センサ214’からの信号に基づいてもとめる。この位相をあらわすパラメータとして#1気筒の圧縮上死点から吸気カム角センサ214、排気カム角センサ214’が信号を発生する時点、すなわち#1気筒のカムの最大リフト時点、までのクランク角を計算する。なお、圧縮上死点は前述のようにクランクポジションセンサ212が欠歯部の信号を発生してから所定のクランク角を過ぎた点としてもとめる。
【0051】
一方、ECU200のROM240には、オーバーラップを大、中、小にするための吸気カムシャフト50と排気カムシャフト50’の位相が図10に示すように記憶されていて、触媒の活性化を促進する時には、オーバーラップを大にする位相を用い、図9の(b)に示すようにオーバーラップを大にする。
なお、通常は、運転条件に応じて予め定めたオーバーラップで運転される。例えば後述の暖機後の触媒の過熱防止に関して示されるように、負荷に応じてオーバーラップを変えたり(図18参照)、回転数に応じて変えたり(図19参照)する。
なお、図10のマップには前述のカムシャフトの位相の測定に用いたのと同じパラメータで、すなわち、#1気筒の圧縮上死点から吸気カム角センサ214、排気カム角センサ214’が信号を発生する時点、すなわち#1気筒のカムの最大リフト時点、までのクランク角で、記憶されている。
【0052】
そして、マップからもとめたカムシャフトの目標位相値に対して、実測したカムシャフトの位相が遅れていた場合は、オイルコントロールバルブ90の電磁ソレノイド92にデューテイ比100%の励磁電流を送る指令を出し、バルブタイミング制御装置100の進角油室110に作動油が流れるようにして、カムシャフトの位相を進めて目標の位相に近づける。逆に、マップからもとめたカムシャフトの目標位相値に対して、実測したカムシャフトの位相が進んでいた場合は、オイルコントロールバルブ90の電磁ソレノイド92を消磁する指令を出して、バルブタイミング制御装置100の遅角油室120に作動油が流れるようにして、カムシャフトの位相を遅らせ目標の位相に近づける。そして、カムシャフトの位相が目標値と一致したら中間のデューテイ比の励磁電流を送り、その位相を保持する。
【0053】
図11、12は、それぞれ、吸気カムシャフト50の位相を最も進角する場合、吸気カムシャフト50’の位相を最も遅角する場合のバルブ特性制御装置100、100’のバルブハウジング20、20’の内側突起部22、22’とロータ40、40’のベーン42、42’の相対位置関係を示している。
なお、各図において、ハウジング20、20’ロータ40、40’は図中矢印の様に時計周りに回転する。また各図においては見やすくするために最小限の符号しか示していない。
【0054】
まず、図11の様に吸気カムシャフト50の位相をもっとも進角する場合は、オイルコントロールバルブ90の電磁ソレノイド92をデューテイ比100%で励磁し太い破線の矢印で示されるように導入された作動油で進角油室110を満たし、逆に遅角油室120の作動油をすべて排出し、その後、デューテイ比を中間の値にしてその状態を保持する。
【0055】
一方、図12の様に吸気カムシャフト50’の位相をもっとも遅角する場合は、オイルコントロールバルブ90’の電磁ソレノイド92’を消磁し、太い破線の矢印で示されるように導入された作動油で遅角油室120’を満たし、逆に進角油室110’の作動油をすべて排出し、その後、デューテイ比を中間の値にしてその状態を保持する。
【0056】
なお、オイルコントロールバルブ90、90’は電磁ソレノイド92、92’をデューテイ比を100%に励磁してはじめて進角ポート91a、91a’が開く、また、0%(消磁)ではじめて遅角ポート91b、91b’が開く,というものではなく、100%よりも低い、あるいは0%よりも大きい、デューテイ比から徐々に開き始め、100%、0%(消磁)で最大開度に達するというものであり、常に、100%、0%にする必要はない。むしろ、常に、100%、0%で制御しようとすると、オーバーシュートが発生し目標位相に到達するのに時間がかかるので望ましくない。そこで、この実施の形態においては、目標位相との差に応じてデューテイ比を変更するようにさているが詳細は省略する。
【0057】
次に、図8の(b)のスロットル開度の増大について説明する。前述したように、このエンジンは排気マニホールド6の長さが最適にされてオーバーラップの期間に排気ポートの圧力Peが負圧になるようにされている。そこで排気ポートの圧力よりも吸気ポートPiの圧力が高くなるように、すなわち、排気ポートの負圧の値よりも吸気ポートの負圧の値が大きくなるように電子スロットル251の絞りの開度を増大した値に変更するのである。図13が上記の考えを説明する図である。なお、絞りの開度の増大した値もECU200のROM240に記憶されている。
【0058】
次に、図8の(c)の点火時期の遅角について説明する。この点火時期の遅角は上述のスロットル開度の増大による出力の増大を抑えるたのものであるが燃焼期間を遅らす効果がある排気管に吹き抜けた混合気を燃焼し易くするという効果もある。この遅角された点火時期もECU200のROM240に記憶されている。
【0059】
図14が以上の制御を説明するタイムチャートであって、図15は図6の制御によって吸気ポートから排気ポートへ混合気が吹き抜けて排気ポート内で燃焼する様子を示した図である。この様に混合気が吸気ポートから排気ポートへ吹き抜けて排気ポートあるいは排気管内で燃焼するので触媒8の活性化が促進される。
【0060】
次に、第1の実施の形態において機関暖機後のオーバーラップ拡大時に吹き抜けによって燃料が未燃焼のまま触媒に達して触媒が過熱するのを防止するためにスロットル開度を減少して吸気ポート圧力を排気ポート圧力よりも低くする制御について説明する。図16、17がこの制御の防止のためのフローチャートである。
ステップ161で各パラメータを読み込んで、ステップ162で暖機終了したかどうかを判定し、暖機未了で否定判定された場合は何もせずにリターンする。肯定判定された場合はステップ163に進み、吹き抜け防止対象領域であるかどうかを判定する。
【0061】
ステップ163で肯定判定された場合は吹き抜け防止対象領域内での運転時間をカウントするカウンタCOTをインクリメントする。そしてステップ164でカウンタCOTが予め定めた値COTAに達したかどうかを判定し、肯定判定された場合は吹き抜け防止フラグFOTを1にして終了する。一方、ステップ162、1603で否定判定された場合はステップ167に飛びCOTを0にしてからステップ168でFOTを0にして終了する。
ここでステップ163の吹き抜け防止対象領域であるかどうかの判定は図18に示すマップから判定し、オーバーラップ大の領域にある場合に吹き抜け防止対象領域にあると判定する。
【0062】
図17は図16のフローチャートでFOT=1にされたときに実行されるルーチンであってステップ171でFOT=1かどうかの判定がおこなわれ肯定判定された場合にステップ172でスロットル開度THAをTHA−ΔTHAにする(ΔTHAは予め定めた値)。否定判定された場合はステップ173でFOTを0にして終了する。
【0063】
次に、第1の実施の形態の変形例について説明する。各変形例は、冷間時の触媒活性化の方法は第1の実施の形態と同じであるが、暖機後の触媒過熱を防止する方法が異なる。先ず、第1変形例においては、オーバーラップが回転数によって規定されていて、オーバーラップ大の領域、すなわち、吹き抜け防止対象領域で予め定めた所定時間経過した場合は自動変速機のギヤ段を変更して回転数を変更して当該吹き抜け防止対象領域から脱出するようにしたものである。
【0064】
図19が上記の考え方を説明する図である。図19において横軸はエンジン回転数であって、回転数NE1からNE2の間が図中下段に示されるようにオーバーラップが大きくされている吹き抜け防止対象領域である。そして例えばサードギヤでX点で走行している場合に、所定時間以上その状態が続いた場合に、自動変速機300の変速制御機構310に信号を送りセカンドギヤのY点に移して吹き抜け防止対象領域を脱するようにさせるのである。
【0065】
上記の制御は第1の実施の形態と同様に予め定めた所定の時間以上吹き抜け防止対象領域にとどまった場合に実行され、その部分のフローチャートは図16と同じであるので省略する。図20が図19で説明した制御をおこなうフローチャートであって、ステップ201でFOT=1であると判定された場合にステップ202に進みギヤ段変更指示を発信し、FOT=1でない場合はステップ203でFOTを0にして終了する。
【0066】
次に第1の実施の形態の第2変形例について説明する。この第2変形例は排気マニホールドが図21の6’に示すようにされていて#1気筒と#4気筒の集合管6aと#2気筒と#3気筒の集合管6bが途中で連通管6cで連通され、その途中に連通管6cを開閉する排気制御弁255が設けられている。
そして、排気制御弁255を開いた場合は第1の実施の形態の場合と同じようにオーバーラップ時に排気ポートの圧力が負圧になるが、排気制御弁255を閉じた場合はオーバーラップ時に排気ポートの圧力が正圧になる。図22がこの作用を示す図である。
【0067】
そこで、吹き抜け防止対象領域に所定時間以上とどまった場合は排気制御弁255を閉じ、オーバーラップ時の排気ポートの圧力を正圧にして吹き抜けを防止するのである。この制御の内、予め定めた所定の時間以上吹き抜け防止対象領域にとどまったかどうかの判定の部分のフローチャートは図16と同じであるので省略する。図23が図22で説明した制御をおこなうフローチャートであって、ステップ231でFOT=1であると判定された場合にステップ232に進み排気制御弁を閉にする指示を発信し、FOT=1でない場合はステップ233でFOTを0に、ステップ234で排気制御弁を開にする指示を発信して終了する。
【0068】
次に第1の実施の形態の第3変形例について説明する。この第3変形例では排気管の最後流部に配設されるマフラー400が図24に示すような構造とされ、内部に運転条件に応じて開閉される背圧制御弁410を有する。背圧制御弁410を開いた場合は背圧が下がって排気ポートの圧力Peの平均値が下がりオーバーラップ時に排気ポートの圧力Peが負圧になるが、背圧制御弁410を閉じた場合は背圧が上がって排気ポートの圧力Peの平均値が上がりオーバーラップ時の排気ポートPeの圧力が正圧になる。図25がこの作用を説明する図である。
【0069】
そこで、吹き抜け防止対象領域に所定時間以上とどまった場合は背圧制御弁410を閉じ、オーバーラップ時の排気ポートの圧力Peを正圧にして吹き抜けを防止するのである。この制御の内、予め定めた所定の時間以上吹き抜け防止対象領域にとどまったかどうかの判定の部分のフローチャートは図16と同じであるので省略する。図26が図25で説明した制御をおこなうフローチャートであって、ステップ261でFOT=1であると判定された場合にステップ262に進み背圧制御弁410を閉にする指示を発信し、FOT=1でない場合はステップ263でFOTを0に、ステップ264で背圧制御弁410を開にする指示を発信して終了する。
なお、このように背圧制御弁410を備えている場合には、触媒を活性化する時には逆に背圧制御弁410を開いて排気ポートの圧力Peの平均値を下げることにより燃料の吹き抜けを良くする。
【0070】
次に、第2の実施の形態について説明する。図27はこの第2の実施の形態におけるオーバーラップの期間を示したものであって図9の(b)に示した第1の実施の形態の場合に比べて大幅に遅角側に移動されていて、第1の実施の形態と比較するとこの第2の実施の形態は有効吸気行程が減少している。この結果、出力が減少するので、触媒活性化促進に関しては第1の実施の形態における点火時期の遅角制御が不要になっている。図28がこの第2の実施の形態における触媒活性化促進の制御を説明する図である。
この第2の実施の形態における触媒活性化促進の制御は第1の実施の形態における図6のフローチャートと図8の(a)と(b)のフローチャートーで実行されるので特に図示はしない。
【0071】
また、図9の(a)に示したオーバーラップを拡大しない場合と比較すると吸気バルブの開弁期間は変わっていないので図9の(a)に示した場合に対しては排気バルブの開弁期間の移動だけで実行できる。図29に示すのがこの第2の実施の形態においてオーバーラップを大、中、小にする時の吸気カムシャフト50と排気カムシャフト50’の位相の値であり、触媒活性化促進をする時はオーバーラップを大にする位相値を用いる。図29に示されるようにこの第2の実施の形態においては吸気カムシャフト50の方は位相が固定されている。
なお、第1の実施の形態と同様に通常は運転条件に応じて予め定めたオーバーラップで運転される。
【0072】
次に、この第2の実施の形態における暖機後の触媒の過熱防止の制御について説明する。
この第2の実施の形態においては、暖機後にオーバーラップを拡大した場合に燃料の噴射が排気バルブが閉じて吸気バルブが開いている間に実行するようにし、さらに燃料の噴射時間が上記の排気バルブが閉じて吸気バルブが開いている間に収まらない場合には排気バルブの閉じ時期を早めて燃料の噴射時間が上記の排気バルブが閉じて吸気バルブが開いている間に収まるようにする。
【0073】
図30が上記の考え方を説明する図である。図30において吸気バルブの開弁期間が示されている。そして、それに重ねて噴射の終わりが吸気バルブの閉じ時期にされた燃料の噴射期間TAUが示されている。
これに対して、排気バルブの開弁期間が上側に図示されるように設定されていて、オーバーラップが大きくされていると、オーバーラップ中に燃料が噴射され、その燃料が吹き抜けによって未燃焼のまま排出され触媒が過熱してしまう。そこで、排気バルブの開弁期間を下側に示されるように変更し、オーバーラップを小さくしてオーバーラップ中に燃料が噴射されなれないようにするのである。
【0074】
上記の制御は第1の実施の形態と同様に予め定めた所定の時間以上吹き抜け防止対象領域にとどまった場合に実行され、その判定の部分のフローチャートは図16と同じであるので省略する。図31は図16のフローチャートでFOT=1と判定された場合に実行される上記の制御のフローチャートである。
ステップ311で肯定判定された場合は、ステップ312で吸気バルブの閉じ時期TINCLを計算し、ステップ313で吸気バルブの閉じ時期TINCLから燃料噴射期間TAUを減算して燃料噴射開始時期TFIBGNを計算する。この計算からわかるようにこの第2の実施の形態においては、燃料噴射終了時期が吸気バルブの閉じ時期TINCLとなるようにされているがこれよりも早めに終了するようにしてもかまわない。
【0075】
次にステップ314では排気バルブの閉じ時期TEXCLを計算し、ステップ315に進み燃料噴射開始時期TFIBGNが排気バルブの閉じ時期TEXCLよりも進み側にあるかどうかを判定する。肯定判定された場合はオーバーラップ中に燃料が噴射されることを意味しているので、ステップ316に進んで、排気カムシャフト50’の位相EXCPを予め定めた所定量ΔCPだけ進角側にずらして燃料の噴射が開始される前にオーバーラップが終了するようにする。ステップ315で否定判定された場合は排気カムシャフト50’の位相を進めることなく終了する。またステップ311で否定判定された場合はステップ317でFOTを0にし、ステップ318で燃料噴射開始時期TFIBGNを通常の噴射時期のマップに基づいて決定して終了する。
【0076】
次に、第2の実施の形態の変形例について説明する。この変形例は、冷間時の触媒活性化の方法は第2の実施の形態と同じで、暖機後にオーバーラップを拡大した場合に燃料の噴射が排気バルブが閉じて吸気バルブが閉じている間に実行するようにするところまでは同じであるが、燃料の噴射時間が上記の排気バルブが閉じて吸気バルブが閉じている間に収まらない場合に、燃料の噴射時間を短くして、即ち燃料噴射量を減じて燃料の噴射が排気バルブが閉じて吸気バルブが閉じている間に収まるようにする。
【0077】
図32が上記の考え方を説明する図である。図30と同様に、排気バルブの開弁期間、吸気バルブの開弁期間、そしてオーバーラップの期間が示されている。そして、燃料噴射時間TAUを縮小するとオーバーラップにかからないようにできることが示されている。
図33がこの制御のフローチャートであって、ステップ331〜335、および337、338は図31のステップ311〜315、および317、318と同じであって、ステップ336のみTAUをTAU−ΔTAU(ΔTAUは予め定めた値)にするように変更されている。
【0078】
また、第1の実施の形態およびその第1から第4の変形例に使用されている過熱防止手段を、第2の実施の形態に使用されている触媒活性化促進手段と組み合わせることも可能であり、逆に、第2の実施の形態およびその変形例に使用されている過熱防止手段を、第1の実施の形態に使用されている触媒活性化促進手段と組み合わせることも可能である。
なお、本文記載のオーバーラップ拡大手段や、触媒活性化促進条件、吹き抜け防止対象領域等は一例にすぎずそれぞれの目的が達成されれば手段・条件等はこれに限らない。
【0079】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、機関が予め定めた所定の運転状態にある時にバルブ特性制御装置によってバルブオーバーラップ期間が拡大され、拡大されたバルブオーバーラップ期間中に機関の排気ポート内の圧力が低下せしめられ、この低下せしめられた排気ポート内の圧力よりも吸気管内の圧力が上昇せしめられ、吸入された混合気は排気管に吹き抜け、排気管内で燃焼し、排気管内の温度が上昇し、その結果、触媒が確実に活性化される。吸気管内の圧力の上昇による出力の増大は出力増大を抑制する手段により抑制され運転者の要求しない出力を発生することがなく運転フィーリングを損なわない。
【0080】
特に請求項4のようにすれば、出力増大抑制する手段を要することなしに出力の増大が抑制される。
特に請求項5のようにすれば排気カムシャフトに取り付けられたバルブ特性制御装置と、吸気カムシャフトに取り付けられたバルブ特性制御装置でオーバーラップ期間を拡大するのでオーバーラップ期間の拡大の自由度が大きい。
特に請求項6のようにすれば排気カムシャフトに取り付けられたバルブ特性制御装置と、吸気バルブカムシャフトに取り付けられたバルブ特性制御装置のいずれか一方でオーバーラップ期間を拡大するのでオーバーラップ拡大の制御が簡単である。
特に請求項7のようにすれば長さを最適化された排気管により排気脈動による負圧波が拡大されたバルブオーバーラップ期間中に排気ポートに戻るようにされるので特別に排気管圧力低下する手段を設ける必要はなく構成が簡素化されコストも安くすることができる。
特に請求項9から17のようにすれば、冷間時の触媒の活性化を促進するとともに暖機後の触媒の過熱が防止される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の全体の構成を示す図である。
【図2】バルブタイミング制御装置の構造をカム中心軸を通る平面で切った断面図である。
【図3】図1の装置を軸方向から見た図である。
【図4】オイルコントロールバルブ90の構造を示す図である。
【図5】図2の4−4線に沿って見たオイルコントロールバルブ90とカムシャフト50内の油路の連通を示す断面図である。
【図6】第1の実施の形態における触媒活性化制御の要否を判定するルーチンのフローチャートである。
【図7】触媒活性を促進する運転領域を示すマップである。
【図8】第1の実施の形態における触媒活性化のための制御のフローチャートである。
(a)はオーバーラップを拡大する制御のフローチャートであり、
(b)はオーバーラップを拡大時にスロットル開度を増大して排気ポート圧力を低下させる制御のフローチャートであり、
(c)はスロットル増大による出力増大を抑制のための点火時期遅角する制御のフローチャートである。
【図9】第1の実施の形態におけるオーバーラップ期間の変化を示す図であって、
(a)はオーバーラップ小の場合で、
(b)はオーバーラップ大の場合である。
【図10】第1の実施の形態におけるオーバーラップを大、中、小にするための吸気カムシャフト50と排気カムシャフト50’の位相を示す図表である。
【図11】吸気カムシャフトの位相を最も進角する場合のバルブ特性制御装置100のバルブハウジング20とロータ40の相対位置関係を示す図である。
【図12】排気カムシャフトの位相を最も遅角する場合のバルブ特性制御装置100’のバルブハウジング20’とロータ40’の相対位置関係を示す図である。
【図13】排気ポート圧力と吸気ポート圧力を比較して示した図である。
【図14】第1の実施の形態における触媒活性化の作動を説明する図である。
【図15】本発明による混合気の吹き抜けを説明する図である。
【図16】第2の実施の形態における触媒過熱防止の制御を必要とするか否かを判定するルーチンのフローチャートである。
【図17】第2の実施の形態における触媒過熱防止の制御のフローチャートである。
【図18】第1の実施の形態におけるオーバーラップの設定を示す図である。
【図19】第1の実施の形態の第2変形例における触媒過熱防止の制御を説明する図である。
【図20】第1の実施の形態の第2変形例における触媒過熱防止の制御のフローチャートである。
【図21】第1の実施の形態の第3変形例において使用される可変排気弁を示す図である。
【図22】第1の実施の形態の第3変形例における触媒過熱防止の制御を説明する図である。
【図23】第1の実施の形態の第3変形例における触媒過熱防止の制御のフローチャートである。
【図24】第1の実施の形態の第4変形例において使用される背圧を可変とするマフラーの構造を示す図である。
【図25】第1の実施の形態の第4変形例における触媒過熱防止の制御を説明する図である。
【図26】第1の実施の形態の第4変形例における触媒過熱防止の制御のフローチャートである。
【図27】第2の実施の形態における拡大されたオーバーラップ期間を示す図である。
【図28】第2の実施の形態における触媒活性化促進の制御を説明する図である。
【図29】第2の実施の形態におけるオーバーラップを大、中、小にするための吸気カムシャフト50と排気カムシャフト50’の位相を示す図表である。
【図30】第2の実施の形態の触媒過熱防止の制御を説明する図である。
【図31】第2の実施の形態の触媒過熱防止の制御のフローチャートである。
【図32】第2の実施の形態の変形例の触媒過熱防止の制御を説明する図である。
【図33】第2の実施の形態の変形例の触媒過熱防止の制御のフローチャートである。
【符号の説明】
2…吸気管
3…サージタンク
4…吸気マニホールド
5…エアクリーナ
6…排気マニホールド
7…排気管
10…ギヤ
20、20’…ハウジング
22、22’…内側突出部
30…サイドカバー
40、40’…ロータ
42、42’…ベーン
50、50’…カムシャフト
60A…上側ベアリングメタル
60B…下側ベアリングメタル
70…シリンダヘッド
80…カムキャップ
90…オイルコントロールバルブ
100、100’…バルブ特性制御装置
110、110’…進角油室
120、120’…遅角油室
200…ECU
211…エアフローメータ
212…クランクポジションセンサ
213…冷却水温センサ
214、214’…カム角センサ
251…電子スロットル
253…点火栓
255…排気制御弁
300…自動変速機
310…変速制御機構
400…マフラー
410…背圧制御弁
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a catalyst temperature control device that makes the temperature of a catalyst provided in an exhaust system of an internal combustion engine suitable for operating conditions, and in particular, a variable valve timing mechanism that moves an opening period of an intake valve and / or an exhaust valve. And a catalyst temperature control device in an engine in which an overlap period in which both an intake valve and an exhaust valve are open is made variable.
[0002]
[Prior art]
An engine having a so-called variable valve timing mechanism that changes an opening / closing period of an intake valve or an exhaust valve according to an operating condition is known. And when the engine is cold, both the intake valve and the exhaust valve are open. So-called overlap period is expanded to burn after combustion in the combustion chamber to promote activation of the catalyst disposed in the exhaust system. Devices for doing this are known.
[0003]
For example, in the apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-59936, the activation of the catalyst is promoted by delaying the closing timing of the exhaust system and extending the overlap period of the exhaust valve and the intake valve when cold. ing. Further, in the apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-21001, when the engine is cold, the valve opening overlap period of the exhaust valve and the intake valve is increased, the ignition timing is retarded, and the activation of the catalyst is promoted.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the idea of the invention of each of the above publications is that the exhaust period is mixed into the new air-fuel mixture by increasing the overlap period, so-called internal EGR is increased, and the combustion speed is delayed. It tries to raise the temperature.
However, only by extending the overlap period, much of the energy of the exhaust gas that has risen as described in the above publication is transmitted to the coolant through the cylinder head. As a result, there is a problem that it does not act effectively on the rise of the catalyst inlet gas temperature for the purpose of catalyst activation.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a catalyst temperature control device that can reliably increase the exhaust gas temperature and promote the warm-up of the catalyst when cold.
Further, such an extension of the overlap period may induce overheating of the catalyst after warming up, but there is a problem that this point is not taken into consideration, so it prevents overheating of the catalyst after warming up. This is also an object of the present invention.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
  According to the invention of claim 1, the valve overlap period is changed according to the operating state.Possible valve characteristic control deviceA catalyst temperature control device for controlling the temperature of a catalyst disposed in an exhaust system of an engine comprising:
  InstitutionMeans for determining whether it is necessary to promote catalyst activation depending on whether it is in a predetermined temperature range and whether it is in a predetermined rotation speed and load range;
  Means for activating the valve characteristic control device to expand the overlap period when it is determined that promotion of catalyst activation is necessary;
  During extended valve overlapInstitutionalMake the pressure in the exhaust port negativeExhaust pressure lowering means for lowering the pressure in the exhaust port;
  ExpansionBy means of exhaust pressure reduction during a large valve overlap periodNegative pressureThe pressure in the intake port is higher than the pressure in the exhaust portTo becomeThe pressure in the intake portIncrease,Intake pipe pressure increasing means for blowing the sucked air-fuel mixture into the exhaust pipe;
  An output increase suppressing means for suppressing an increase in engine output by the intake pipe pressure increasing means,
  When it is judged that promotion of catalyst activation is necessaryThere is provided a catalyst temperature control device that promotes activation of a catalyst by blowing fuel and air into the exhaust pipe and combusting in the exhaust pipe while suppressing an increase in output.
  In the catalyst temperature control device configured in this way,When it is determined that catalyst activation needs to be promoted, the valve overlap period is expanded andThe intake port pressure is made higher than the exhaust port pressure, and the sucked air-fuel mixture is blown into the exhaust pipe to promote the activation of the catalyst. Increase is suppressed.
[0006]
  According to the invention of claim 2, in the invention of claim 1, the intake pipe pressure increasing means is the intake pipe throttle.OpeningIncrease the intake pipe throttleOpeningA catalyst temperature control device which is an increasing means is provided.
  In the catalyst temperature control apparatus configured in this way, the intake pipe throttleOpeningAs a result, the intake port pressure is increased, and the intake air mixture is blown into the exhaust pipe.
[0007]
According to the invention of claim 3, in the invention of claim 1, the output increase suppressing means is an ignition timing adjusting means, and the ignition timing is adjusted so as to suppress an increase in engine output due to the increase adjustment of the intake pipe pressure. A catalyst temperature control device for adjusting the temperature is provided.
In the catalyst temperature control apparatus configured as described above, the ignition timing adjusting means adjusts the ignition timing so that the engine output due to the increase adjustment of the intake pipe pressure is suppressed.
[0008]
  According to the invention of claim 4, in the invention of claim 1, the output increase suppression means isThe overlap period is expanded so that the output does not increase.A catalyst temperature control device is provided.
  With the catalyst temperature control device configured in this wayOh-Extend the burlap periodTo suppress the increase in engine outputTherefore, it is not necessary to separately provide an output increase suppressing means.
[0009]
  According to the invention of claim 5, in the invention of claim 1,Valve characteristic control device attached to the exhaust camshaft and valve characteristic control device attached to the intake camshaftAnd bothChanging the valve overlap periodA catalyst temperature control device is provided.
  In the catalyst temperature control device configured in this way,A valve characteristic control device attached to the exhaust camshaft and a valve characteristic control device attached to the intake camshaft;Change both and overlapperiodIs enlarged.
[0010]
  According to the invention of claim 6, in the invention of claim 1,A valve characteristic control device attached to the exhaust camshaft, a valve characteristic control device attached to the intake camshaft,Either one ofTo change the valve overlap periodA catalyst temperature control device is provided.
  In the catalyst temperature control device configured in this way,A valve characteristic control device attached to the exhaust camshaft and a valve characteristic control device attached to the intake camshaft;Overlap by either one ofperiodIs enlarged.
[0011]
According to the invention of claim 7, in the invention of claim 1, the length of the exhaust pressure reducing means is optimized so as to return to the exhaust port during the valve overlap period in which the negative pressure wave due to exhaust pulsation is expanded. A catalyst temperature control device that is the exhaust pipe itself is provided.
In the catalyst temperature control apparatus configured as described above, the length of the exhaust pipe is set back to the exhaust port during the valve overlap period in which the negative pressure wave due to the exhaust pulsation is expanded.
[0012]
  According to the invention of claim 8, in the invention of claim 1,The exhaust port pressure lowering means connects two collective exhaust manifolds, each of which collects a single exhaust manifold, with a communication pipe, and provides an exhaust control valve on the communication pipe.Adjusted to return to the exhaust port during the valve overlap period when the negative pressure wave due to exhaust pulsation is expandedConsist ofA catalyst temperature control device is provided.
  In the catalyst temperature control device configured in this way,Two exhaust manifolds, each of which is a single exhaust manifold, are connected by a communication pipe, an exhaust control valve is provided in the communication pipe, and the exhaust control valve isAdjust so that the negative pressure wave due to exhaust pulsation returns to the exhaust port during the valve overlap period.The exhaust port pressure is reduced.
[0013]
According to the invention of claim 9, in the invention of claim 1, there is further provided a catalyst temperature control device provided with a catalyst overheat preventing means for preventing overheating of the catalyst due to the expansion of overlap after warm-up.
In the catalyst temperature control device configured as described above, the catalyst overheat prevention means prevents the catalyst from overheating due to the increased overlap after warm-up.
[0014]
According to the invention of claim 10, in the invention of claim 9, when the catalyst overheat prevention means reaches a condition where the catalyst overheat is expected, fuel is injected while the exhaust valve is closed and the intake valve is open. Thus, there is provided a catalyst temperature control device as fuel injection timing adjusting means for adjusting the fuel injection timing.
In the catalyst temperature control apparatus configured as described above, the fuel injection timing is adjusted by the fuel injection timing adjusting means, and the fuel injection timing is adjusted so that the fuel is injected while the intake valve is open. Is prevented from overheating.
[0015]
According to the eleventh aspect of the present invention, in the tenth aspect of the present invention, when the fuel injection time is long and the fuel is injected during the overlap even if the fuel injection timing is adjusted by the fuel injection timing adjusting means, the exhaust valve A catalyst temperature control device is provided in which the valve closing timing is advanced so that the overlap is shortened and fuel blow-off is prevented.
In the catalyst temperature control apparatus configured as described above, when the fuel injection time is long and fuel is injected during the overlap even if the fuel injection timing is adjusted by the fuel injection timing adjusting means, the closing timing of the exhaust valve This shortens the overlap and prevents the catalyst from overheating.
[0016]
According to the twelfth aspect of the present invention, in the tenth aspect of the invention, when the fuel injection time is long and fuel is injected during the overlap even if the fuel injection timing is adjusted by the fuel injection timing adjusting means, the fuel injection is performed. There is provided a catalyst temperature control device which shortens the time and prevents the fuel from being blown out.
In the catalyst temperature control apparatus configured as described above, the fuel injection time is shortened when the fuel injection time is long and the fuel is injected during the overlap even if the fuel injection timing is adjusted by the fuel injection timing adjusting means. This prevents overheating of the catalyst.
[0017]
  According to the invention of claim 13, in the invention of claim 9, the overlap occurs when the catalyst overheating reaches an expected condition.PeriodExpansionDrivingEscape from the areaChange the operating conditions to prevent overheating of the catalyst,A catalyst temperature control device is provided.
  With the catalyst temperature control device configured in this way, when the catalyst overheating reaches the expected condition.In-BurlapPeriodExpansionBe doneIt escapes from the area and prevents overheating of the catalyst.
[0018]
According to the invention of claim 14, in the invention of claim 9, the post-warming-up catalyst overheat prevention means is a port that makes the pressure of the exhaust port higher than the pressure of the intake port when a condition where the catalyst overheat is expected is reached. A catalyst temperature control device serving as an intermediate pressure adjusting means is provided.
In the catalyst temperature control device configured as described above, when the catalyst overheating is expected, the pressure of the exhaust port is made higher than the pressure of the intake port by the inter-port pressure adjusting means to prevent overheating of the catalyst. .
[0019]
According to the fifteenth aspect of the invention, in the thirteenth aspect of the invention, the inter-port pressure adjusting means reduces the throttle opening in order to reduce the intake port pressure when the catalyst overheating is expected. There is provided a catalyst temperature control device as an opening reduction means.
In the catalyst temperature control device configured as described above, when the catalyst overheating is expected, the throttle opening is reduced by the throttle opening reduction means to prevent the catalyst from being overheated.
[0020]
  According to the invention of claim 16, in the invention of claim 14, the inter-port pressure adjusting means connects two collective exhaust manifolds, each of which collects a single exhaust manifold, with a communication pipe,An exhaust control valve is provided in the communication pipe, and the exhaust control valveWhen the catalyst overheating reaches the expected condition,Close controlExhaust portThe pressure of the positive pressureA catalyst temperature control device is provided.
  In the catalyst temperature control apparatus configured in this way, two collective exhaust manifolds each collecting a single exhaust manifold are connected by a communication pipe,An exhaust control valve is provided in the communication pipe, and the exhaust control valveWhen the catalyst overheating reaches the expected condition,Close controlExhaust portSet the pressure to positiveThe pressure between the ports is adjusted.
[0021]
  According to the invention of claim 17, in the invention of claim 14, the inter-port pressure adjusting means isA back pressure control valve is provided at the rear end of the exhaust pipe, and the back pressure control valve isWhen catalyst overheating reaches the expected conditions,Closed control at the time of overlap, the exhaust port pressure is made positive pressureA catalyst temperature control device is provided.
  In the catalyst temperature control device configured in this way, when the catalyst overheating reaches the expected condition,The back pressure control valve provided at the rear end portion of the exhaust pipe is closed and closed at the time of overlap so that the pressure of the exhaust port becomes positive.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram showing the overall structure of the first embodiment of the present invention.
Intake air is supplied to an intake port (not shown) of the engine 1 via an intake pipe 2, a surge tank 3, and an intake manifold 4. An air cleaner 5, an air flow meter 211, and an electronic throttle 251 are disposed in the intake pipe 2. A fuel injection valve 252 is attached to the intake manifold 4 for each cylinder.
[0023]
The electronic throttle 251 changes the throttle opening according to the amount of depression of an accelerator pedal (not shown). In particular, in the present invention, as will be described later, an intake valve (not shown) and an exhaust valve (not shown). ), The opening degree is increased regardless of the depression amount of the accelerator pedal so that the pressure in the intake pipe becomes higher than the pressure in the exhaust pipe.
[0024]
On the other hand, an exhaust manifold 6 is attached to an exhaust port (not shown) of the engine 1. Here, the order of ignition of this engine is the order of # 1 cylinder → # 3 cylinder → # 4 cylinder → # 2 cylinder. On the other hand, as shown in FIG. And # 4 cylinders, # 2 cylinders and # 3 cylinders are once gathered in equal length, and further gathered into one. The length is optimized so that the exhaust port is at a negative pressure during the overlap period.
[0025]
A catalyst 8 is disposed in an exhaust pipe 7 connected downstream of the exhaust manifold 6. An air-fuel ratio sensor 215 is disposed upstream of the catalyst 8, and based on the signal from the air-fuel ratio sensor 215, the fuel injection amount of the fuel injection valve 252 is feedback controlled so that the catalyst 8 optimally performs a purification action. Is done. An igniter-integrated spark plug 253 is provided for each cylinder of the engine 1.
Reference numeral 300 denotes an automatic shift, and reference numeral 310 denotes a shift control mechanism according to a first modification of the first embodiment of the present invention to be described later.
[0026]
In addition to the airflow meter 211 described above, the engine 1 includes a crank position sensor 212 that detects the angular position of the crankshaft, a water temperature sensor 213 that detects the cooling water temperature of the engine, Sensors such as cam angle sensors 214, 214 ′ for detecting the phases of the intake camshaft 50 and the exhaust camshaft 50 ′ are arranged, and signals from these sensors are sent to an electronic control unit (ECU) 200.
[0027]
The air flow meter 211 generates a signal voltage corresponding to the intake air amount GA as a load.
The details of the structure of the crank position sensor 212 are omitted. Occur. The projections of the signal generating disk are provided every 10 °, but there are 34 protrusions because they are missing two teeth. For example, since the missing tooth portion is provided at a predetermined angular position with respect to the top dead center of the first cylinder, the top dead center can be accurately obtained from a signal generated by the missing tooth portion. The signal generated every 10 ° is further divided so that the crank angle from the top dead center at the time of measurement can be accurately determined.
[0028]
The engine water temperature sensor 213 generates a signal corresponding to the cooling water temperature TW of the engine 1.
The intake cam angle sensor 214 and the exhaust cam angle sensor 214 'generate a signal voltage each time the electromagnetic pickup passes in close proximity to the signal generation protrusion provided at an appropriate location on the camshaft. This projection generates a signal once per camshaft rotation, ie once per two crankshaft rotations. This protrusion is provided so as to generate a signal at the time of maximum lift of the cam crest of the first cylinder, for example.
[0029]
The ECU 200 is a digital computer including an input interface 210, a central processing unit (CPU) 220, a random access memory (RAM) 230, a read only memory (ROM) 240, and an output interface 250 that are connected to each other.
The CPU 220 of the ECU 200 performs calculations related to the present invention, which will be described later, from the signals of each sensor input to the input interface 210, data stored in the ROM 240, and the like, and outputs the electronic throttle 251, spark plug 253, It outputs to the below-mentioned valve characteristic control apparatuses 100 and 100 ', and performs control of the present invention.
[0030]
Further, in order to change the phase of the valve opening period of the intake valve (not shown) and the phase of the valve opening period of the exhaust valve (not shown), the vane type valve characteristic control devices 100 and 100 ′ having the same structure are provided. These are attached to the intake camshaft 50 and the exhaust camshaft 50 ′.
Therefore, hereinafter, the valve characteristic control device 100 attached to the intake camshaft 50 will be described as an example.
[0031]
FIG. 2 is a cross-sectional view of the vane type valve characteristic control device 100 attached to the intake camshaft 50 taken along a plane passing through the central axis X of the intake camshaft 50.
Referring to FIG. 2, a gear 10 driven by a crankshaft (not shown) through a chain (not shown) at a half rotation ratio cooperates with the gear 10 to advance an oil chamber 110 and retard. The housing 20 forming the oil chamber 120 and the side cover 30 are fixed by B1 (only one of the four is shown). A rotor 40 is disposed inside the housing 20 so as to be rotatable by a predetermined angle. The rotor 40 is fixed to the intake camshaft 50 with a bolt B2.
[0032]
FIG. 3 is a view of the valve characteristic control device 1 as viewed from the shaft end side (left side in FIG. 1) with the side cover 30 and the bolts B1 and B2 removed.
As shown in FIG. 3, the housing 20 includes an outer peripheral portion 21 and four inner protrusions 22. A seal member 23 is disposed on the inner peripheral side of the inner protrusion 22. Reference numeral 24 denotes a hole through which the bolt B1 passes. In FIG. 2, the housing 20 is shown with an outer peripheral portion 21 and an inner projection 22 together with the seal member 23 above the center axis X of the intake camshaft 50, and below the center axis X of the intake camshaft 50. The housing 20 shows an outer peripheral portion 21, and a broken line 20 ′ is a boundary between the outer peripheral portion 21 and the inner protruding portion 22.
[0033]
As shown in FIG. 3, the rotor 40 includes a boss 41 and four vanes 42 protruding radially outward therefrom. A seal member 43 is disposed on the outer peripheral side of each vane 40. In FIG. 2, the rotor 40 shows only the boss 41 above the center axis X of the intake camshaft 50, and the boss 41 and the vane 42 are integrally sealed below the center axis X of the intake camshaft 50. It is shown together with the member 43, and a broken line 40 ′ is the boundary between the boss 41 and the vane 42.
The boss 41 of the rotor 40 has two slopes for guiding the hydraulic oil that has passed through the camshaft advance oil passage 55 to the central oil chamber 44 formed around the bolt B <b> 2 at the center of the boss 41. Four distribution oil passages 46 are formed between the oil passage 45 and the central oil chamber 44 and are introduced between the vane 42 of the rotor 40 and the inner protrusion 22 of the housing 20 and into the advance oil chamber 110. Is formed.
[0034]
Returning to FIG. 2 and paying attention to the intake camshaft 50, the intake camshaft 50 is connected to the cylinder head 70 and the cam between the outer flange 51 and the inner flange 52 via a halved upper metal bearing 60A and lower metal bearing 60B. The cap 80 is rotatably supported. Between the outer flange 51 and the inner flange 52, an annular advance oil passage 53 is formed closer to the inner flange 52, and an annular retard oil passage 54 is formed closer to the outer flange 52.
The annular advance oil passage 53 communicates with a camshaft advance oil passage 55 formed in parallel to the central axis X via a short oil passage 55a. The camshaft advance angle oil passage 55 communicates with the inclined oil passage 45 of the rotor 40.
The annular retard oil passage 54 communicates with a camshaft retard oil passage 56 formed in parallel to the central axis X via a short oil passage 56a. The camshaft advance angle oil passage 56 communicates with a shaft end side annular retard oil passage 57 provided on the shaft end side with respect to the outer flange 51.
The shaft-end-side annular retard oil passage 57 communicates with the retard oil chamber 120 via an in-gear annular oil passage 11 and an in-gear distribution oil passage 12 provided on the inner peripheral side of the gear 10.
[0035]
On the other hand, the cylinder head 70 is fitted with an oil control valve 90 that controls the supply of hydraulic oil to each oil chamber.
FIG. 4 shows details of the oil control valve 90. As shown in FIG. 4, the oil control valve 90 moves the spool valve 95 in the sleeve 91 by the plunger 93 and the spring 94 of the electromagnetic solenoid 92 to switch the flow direction of the hydraulic oil.
[0036]
The sleeve 91 has an advance port 91a, a retard port 91b, a supply port 91c, and drain ports 91d and 91e. On the other hand, the spool valve 95 has four lands 95a, 95b, 95c, and 95d and three groove passages 95e, 95e, and 95f.
The electromagnetic solenoid 92 is excited by duty control in response to a signal from an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 200. By changing the duty ratio of the electromagnetic solenoid 92, the position of the spool valve 95 is changed to advance the hydraulic oil advance angle oil chamber 110, the delay time. Controls the supply and discharge to the corner oil chamber 120.
[0037]
For example, when excited at a duty ratio of 100%, the spool valve 95 moves to the leftmost side, the advance port 91a is fully opened and communicated with the supply port 91c, and the retard port 91b is fully opened and communicated with the drain port 91e. The hydraulic oil is supplied to the advance angle oil chamber 110 of the control device 100 with the maximum capacity, the hydraulic oil is discharged from the retard angle oil chamber 120 with the maximum capacity, and the intake camshaft 50 advances at the maximum speed with respect to the crankshaft. Move in the angular direction.
When the duty ratio is 0% (not energized), the spool valve 95 moves to the rightmost side so that the supply port 91c and the retard port 91b are fully opened and the advance port 91a is communicated with the drain port 91d. The hydraulic oil is supplied to the retard oil chamber 120 of the valve characteristic control device 100 with the maximum capacity, the hydraulic oil is discharged from the advance oil chamber 110 with the maximum capacity, and the intake camshaft 50 is maximum with respect to the crankshaft. Move in the retard direction at speed.
FIG. 4 shows a state in which the supply port 91c and the retard port 91b are fully opened and communicated.
[0038]
On the other hand, the engine 1 has a cam angle sensor 222 that detects a phase difference between the intake camshaft 50 and the crankshaft (see FIG. 1), and the phase difference between the intake camshaft 50 and the crankshaft becomes a predetermined phase difference. Then, the electromagnetic solenoid 92 is excited at an intermediate duty ratio, and the spool valve 95 blocks communication between the advance port 91a, the supply port 91c, and the drain port 91d by the lands 95a, 95b, 95c, and 95d. The intake camshaft 50 maintains its phase difference with respect to the crankshaft, stopping at positions where the communication between the supply port 91c and the supply port 91c and the drain port 91d is blocked.
[0039]
In FIG. 2, reference numeral 71 denotes an advance angle oil passage in the cylinder head for communicating an advance angle port 91 a of the oil control valve 90 and an annular advance oil passage 53 formed in the intake camshaft 50. Reference numeral 72 denotes a retarding oil passage in the cylinder head for communicating a retarding port 91b of the oil control valve 90 and an annular retarding oil passage 54 formed in the intake camshaft 50.
Similarly, reference numeral 73 in FIG. 2 denotes a supply oil passage for communicating an oil pump (not shown) with a supply port 91c of the oil control valve 90, and reference numeral 74 denotes a drain port of the oil control valve 90. It is a drain oil passage for communicating 91d and 91e and an oil pan.
[0040]
FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of FIG. 2, and the communication between the annular advance oil passage 53 and the cylinder head advance oil passage 71, and the annular retard oil passage 54 and the cylinder. The communication with the in-head retard oil passage 72 is shown.
As shown in FIG. 4, the cylinder head internal advance oil passage 71 extends upward from the advance port 91 a of the oil control valve 90 toward the cam cap 80 and penetrates the upper surface 76 of the cylinder head 70. A groove 82 is formed in the lower surface 81 of the cam cap 80 so as to connect the cylinder head inward advance oil passage 71 and the outer side of the upper bearing metal 60A. On the other hand, a hole 61 is formed in the upper bearing metal 60 </ b> A, and the diameter of the hole 61 is set larger than the width of the annular advance oil passage 53. An inclined oil passage 83 is formed so as to communicate the groove 82 with the hole 61 and the lower surface 81 of the cam cap 80. FIG. 5 is an exploded view of the upper bearing metal 60A and the cam cap 80, showing the above configuration in an easy-to-understand manner.
[0041]
On the other hand, the retarded oil passage 72 in the cylinder head extends upward from the advance port 91a of the oil control valve 90 toward the cam cap 80, but bends in the middle and reaches the opening 72a outside the lower bearing metal 60B. ing.
Here, referring to FIG. 6 in which the structure of the lower bearing metal 60B and the cylinder head 70 is shown in an exploded view, a cross-sectional crescent-shaped groove 78 having a width larger than the diameter of the opening 72a is formed from the opening 72a. It is formed in the semicircular cross-section receiving part 77 of the cylinder head 70 that receives the lower bearing metal 60B in the axial direction.
[0042]
On the other hand, in the lower bearing metal 60B, a notch 62 is formed at a corner where the flange portion 60F rises. The size when the notch is viewed from the axial direction is at least larger than the crescent-shaped cross section of the groove 78, and the width when the notch is viewed from the direction perpendicular to the axis is the annular shape of the intake camshaft 50 inscribed in this portion. It is larger than the width of the retard oil passage 54.
[0043]
Accordingly, the hydraulic oil for advancement passes from the advance port 91a of the oil control valve 90 through the oil passage 71 in the cylinder head, the groove 82 of the cam cap 80, the inclined oil passage 83, and the hole 61 of the upper bearing metal 60A. It reaches the annular advance oil passage 53 of the intake camshaft 50. From the annular advance oil passage 53, it passes through the short communication oil passage 55a, enters the camshaft advance oil passage 55, proceeds in the axial direction, reaches the central oil chamber 44 through the inclined oil passage 45 of the rotor 40, From there, the oil is distributed to each advance oil chamber 110 through a distribution oil passage 46.
[0044]
Further, the hydraulic oil for retarding angle is formed from the retarding port 91b of the oil control valve 90 to the oil passage 72 in the cylinder head, and from an oil passage 79 formed between the crescent-shaped groove 78 and the back surface of the lower bearing metal 60B. Enters the shaft end direction, and reaches the annular retarded oil passage 54 of the intake camshaft 50 through a notch 62 formed at the corner of the shaft end of the lower bearing metal 60B. From the annular retarding oil passage 54, the camshaft retarding oil passage 56 enters the camshaft retarding oil passage 56 through the short connecting oil passage 56 a, proceeds in the axial direction, passes through the short connecting oil passage 56 b, and the shaft end side annular retarding oil passage 57. To reach. From there, it enters the inclined distribution oil passage 12 through the annular oil passage 11 formed in the gear 10 so as to face the shaft end side annular retardation oil passage 57, and is distributed to each retardation oil chamber 120.
[0045]
Hereinafter, the control of the first embodiment of the present invention configured as described above will be described.
Here, in the first embodiment, the overlap amount is increased and adjusted under a predetermined operating condition set in advance, and the throttle opening is increased to increase the intake pipe negative pressure to bring the air-fuel mixture into the exhaust pipe. It introduces and burns the air-fuel mixture in the exhaust pipe to promote the activation of the catalyst.
Also, in order to prevent the fuel from reaching the catalyst without being burned due to blow-through when the overlap is expanded after the engine is warmed up, the throttle opening is decreased and the intake port pressure is made lower than the exhaust port pressure. Have been to.
[0046]
Hereinafter, the details of the control of the catalyst activation will be described. The flowchart of FIG. 6 is for determining whether or not catalyst activation promotion is necessary.
In step 61, each parameter is read. In step 62, the engine coolant temperature TW is compared with a predetermined determination value TWA to determine whether it is necessary to promote the activation of the catalyst. Then, it is determined from the engine speed whether the catalyst needs to be activated. If the determination in both steps 62 and 63 is affirmative, the activation of the catalyst should be promoted, and the flag FCC is set to 1 in step 64. If the determination in step 62 or 63 is negative, the catalyst Since activation promotion is unnecessary, the flag FCC is set to 0 in step 65 and the process is terminated.
[0047]
FIG. 7 is a map for determination in step 63. One of the areas shown in FIG. 7 is that the intake pipe pressure is too low at the idle and light loads near the idle, and cannot exceed the exhaust port pressure. This is because this control includes control to suppress the output, so that it is not performed in the high load region where the output is required.
[0048]
FIG. 8 (a) is a flowchart for expanding the overlap executed when it is determined in the flowchart of FIG. 6 that catalyst activation promotion should be executed, and FIG. 8 (a) is a flowchart for increasing the throttle opening degree. FIG. 8 (c) shows a flowchart for executing the retarding of the ignition timing for suppressing the increase in output due to the increase in the throttle opening in b). Each control is executed when the flag FCC is determined to be 1.
[0049]
  Next, (aThe enlargement of the overlap amount shown in the flowchart of FIG. For example, the overlap amount is increased from the state shown in FIG. 9A to the state shown in FIG. 9B. For this purpose, it is necessary to shift the opening period of the intake valve to the advance side and simultaneously shift the exhaust valve opening period to the retard side. Therefore, the rotational phases of the intake camshaft 50 and the exhaust camshaft 50 'are moved to the advance side and the retard side, respectively. This movement of the camshaft is performed by feedback control while detecting the phases of the intake camshaft 50 and the exhaust camshaft 50 'by the crank position sensor 212, the intake cam angle sensor 214, and the exhaust cam angle sensor 214'.
[0050]
The current phases of the intake camshaft 50 and the exhaust camshaft 50 'are determined based on signals from the crank position sensor 212 and signals from the intake cam angle sensor 214 and the exhaust cam angle sensor 214'. As a parameter representing this phase, the crank angle from the compression top dead center of the # 1 cylinder to the time when the intake cam angle sensor 214 and the exhaust cam angle sensor 214 ′ generate a signal, that is, the maximum lift time of the cam of the # 1 cylinder. calculate. As described above, the compression top dead center is obtained as a point where a predetermined crank angle has passed after the crank position sensor 212 generates a missing tooth signal.
[0051]
On the other hand, the ROM 240 of the ECU 200 stores the phases of the intake camshaft 50 and the exhaust camshaft 50 ′ for making the overlap large, medium, and small as shown in FIG. 10 and promotes the activation of the catalyst. When doing so, the phase which makes the overlap large is used, and the overlap is made large as shown in FIG.
Normally, the vehicle is operated with a predetermined overlap according to the operating conditions. For example, the overlap is changed according to the load (see FIG. 18) or the speed is changed according to the rotational speed (see FIG. 19), as will be described later regarding prevention of overheating of the catalyst after warm-up.
The map in FIG. 10 has the same parameters as those used for the above-described camshaft phase measurement, that is, the intake cam angle sensor 214 and the exhaust cam angle sensor 214 ′ are signals from the compression top dead center of the # 1 cylinder. Is stored at the crank angle up to the point of time of occurrence, that is, the maximum lift point of the # 1 cylinder cam.
[0052]
If the measured camshaft phase is delayed with respect to the target camshaft phase value obtained from the map, a command to send an excitation current with a duty ratio of 100% to the electromagnetic solenoid 92 of the oil control valve 90 is issued. Then, the hydraulic fluid flows into the advance oil chamber 110 of the valve timing control device 100 so that the phase of the camshaft is advanced to approach the target phase. Conversely, when the measured camshaft phase has advanced relative to the camshaft target phase value obtained from the map, a command to demagnetize the electromagnetic solenoid 92 of the oil control valve 90 is issued, and the valve timing control device The hydraulic oil flows into the 100 retard oil chamber 120 so that the phase of the camshaft is delayed to approach the target phase. When the camshaft phase matches the target value, an intermediate duty ratio excitation current is sent to maintain the phase.
[0053]
FIGS. 11 and 12 show valve housings 20 and 20 ′ of the valve characteristic control devices 100 and 100 ′ when the phase of the intake camshaft 50 is most advanced and the phase of the intake camshaft 50 ′ is most retarded, respectively. This shows the relative positional relationship between the inner projections 22 and 22 'and the vanes 42 and 42' of the rotors 40 and 40 '.
In each figure, the housing 20, 20 'rotor 40, 40' rotates clockwise as indicated by the arrow in the figure. In each figure, only a minimum number of symbols is shown for easy viewing.
[0054]
First, as shown in FIG. 11, when the phase of the intake camshaft 50 is most advanced, the electromagnetic solenoid 92 of the oil control valve 90 is excited with a duty ratio of 100% and the operation introduced as shown by the thick broken arrow. The advance oil chamber 110 is filled with oil, and all the hydraulic oil in the retard oil chamber 120 is discharged, and then the duty ratio is set to an intermediate value and the state is maintained.
[0055]
On the other hand, when the phase of the intake camshaft 50 'is most retarded as shown in FIG. 12, the electromagnetic solenoid 92' of the oil control valve 90 'is demagnetized, and the hydraulic oil introduced as shown by the thick dashed arrow Then, the retard oil chamber 120 'is filled, and all the hydraulic oil in the advance oil chamber 110' is discharged, and then the duty ratio is set to an intermediate value and the state is maintained.
[0056]
The oil control valves 90 and 90 'open the advance ports 91a and 91a' only after exciting the electromagnetic solenoids 92 and 92 'to a duty ratio of 100%, and the retard port 91b only after 0% (demagnetization). , 91b 'is not open, it is lower than 100% or higher than 0%, starts gradually opening from the duty ratio, reaches the maximum opening at 100%, 0% (demagnetization) , It is not always necessary to be 100% or 0%. Rather, if control is always performed at 100% and 0%, it is not desirable because overshoot occurs and it takes time to reach the target phase. Thus, in this embodiment, the duty ratio is changed according to the difference from the target phase, but the details are omitted.
[0057]
Next, the increase in the throttle opening in FIG. 8B will be described. As described above, in this engine, the length of the exhaust manifold 6 is optimized so that the pressure Pe of the exhaust port becomes negative during the overlap period. Therefore, the throttle opening of the electronic throttle 251 is set so that the pressure of the intake port Pi is higher than the pressure of the exhaust port, that is, the negative pressure value of the intake port is larger than the negative pressure value of the exhaust port. Change to an increased value. FIG. 13 is a diagram for explaining the above idea. The increased value of the aperture of the throttle is also stored in the ROM 240 of the ECU 200.
[0058]
Next, the ignition timing retardation in FIG. 8C will be described. This retarding of the ignition timing suppresses the increase in output due to the increase in the throttle opening described above, but also has the effect of facilitating the combustion of the air-fuel mixture blown through the exhaust pipe, which has the effect of delaying the combustion period. The retarded ignition timing is also stored in the ROM 240 of the ECU 200.
[0059]
FIG. 14 is a time chart for explaining the above control, and FIG. 15 is a diagram showing a state in which the air-fuel mixture blows from the intake port to the exhaust port by the control of FIG. 6 and burns in the exhaust port. In this way, the air-fuel mixture blows from the intake port to the exhaust port and burns in the exhaust port or the exhaust pipe, so that the activation of the catalyst 8 is promoted.
[0060]
Next, in the first embodiment, the throttle opening is decreased to prevent the catalyst from being overheated due to the blow-through when the overlap is expanded after the engine is warmed, and the intake port is reduced to prevent the catalyst from overheating. The control for making the pressure lower than the exhaust port pressure will be described. 16 and 17 are flowcharts for preventing this control.
In step 161, each parameter is read. In step 162, it is determined whether or not the warm-up is completed. If the warm-up is not completed and a negative determination is made, the process returns without doing anything. If an affirmative determination is made, the process proceeds to step 163 to determine whether or not the region is a blow-by prevention target region.
[0061]
If the determination in step 163 is affirmative, a counter COT that counts the operation time within the blow-by prevention target area is incremented. In step 164, it is determined whether the counter COT has reached a predetermined value COTA. If the determination is affirmative, the blow-off prevention flag FOT is set to 1 and the process is terminated. On the other hand, if a negative determination is made in steps 162 and 1603, the process jumps to step 167 to set COT to 0, and in step 168, FOT is set to 0 and the process ends.
Here, it is determined from the map shown in FIG. 18 whether or not it is a blow-through prevention target area in step 163, and when it is in the area of large overlap, it is determined that it is in the blow-through prevention target area.
[0062]
FIG. 17 is a routine that is executed when FOT = 1 in the flowchart of FIG. 16. If it is determined in step 171 whether FOT = 1 or not and an affirmative determination is made, the throttle opening THA is set in step 172. THA−ΔTHA is set (ΔTHA is a predetermined value). If a negative determination is made, FOT is set to 0 in step 173 and the process is terminated.
[0063]
Next, a modification of the first embodiment will be described. In each modification, the catalyst activation method during cold is the same as that in the first embodiment, but the method for preventing catalyst overheating after warm-up is different. First, in the first modified example, the overlap is defined by the rotational speed, and the gear stage of the automatic transmission is changed when a predetermined time elapses in a region where the overlap is large, i.e., the blow-off prevention target region. Thus, the rotational speed is changed to escape from the blow-through prevention target area.
[0064]
FIG. 19 is a diagram for explaining the above concept. In FIG. 19, the horizontal axis is the engine speed, and the region between the speeds NE1 and NE2 is a blowout prevention target area where the overlap is increased as shown in the lower part of the figure. For example, when traveling at point X with a third gear, if the state continues for a predetermined time or longer, a signal is sent to the speed change control mechanism 310 of the automatic transmission 300 and moved to the point Y of the second gear to prevent blow-through prevention. It is made to take off.
[0065]
Similar to the first embodiment, the above-described control is executed when staying in the blow-by prevention target region for a predetermined time or more, and the flowchart of that portion is the same as FIG. FIG. 20 is a flowchart for performing the control described with reference to FIG. 19. If it is determined in step 201 that FOT = 1, the process proceeds to step 202 to issue a gear change instruction, and if not FOT = 1, step 203. The FOT is set to 0 and the process ends.
[0066]
Next, a second modification of the first embodiment will be described. In the second modification, the exhaust manifold is configured as shown by 6 'in FIG. 21, and the collecting pipe 6a of the # 1 cylinder and # 4 cylinder and the collecting pipe 6b of the # 2 cylinder and # 3 cylinder are in the middle of the communication pipe 6c. The exhaust control valve 255 which opens and closes the communication pipe 6c is provided in the middle.
When the exhaust control valve 255 is opened, the pressure of the exhaust port becomes negative during the overlap as in the case of the first embodiment, but when the exhaust control valve 255 is closed, the exhaust is exhausted during the overlap. The port pressure becomes positive. FIG. 22 is a diagram showing this action.
[0067]
Therefore, when the blowout prevention target region remains for a predetermined time or longer, the exhaust control valve 255 is closed, and the pressure of the exhaust port at the time of overlap is set to a positive pressure to prevent blowout. In this control, the flowchart of the part for determining whether or not the target area has remained in the blow-through prevention target area for a predetermined time or more is the same as FIG. FIG. 23 is a flowchart for performing the control described with reference to FIG. 22. When it is determined in step 231 that FOT = 1, the process proceeds to step 232 to issue an instruction to close the exhaust control valve, and FOT = 1 is not satisfied. In this case, FOT is set to 0 in step 233, and an instruction to open the exhaust control valve is sent in step 234, and the process ends.
[0068]
Next, a third modification of the first embodiment will be described. In this third modification, a muffler 400 disposed at the last flow part of the exhaust pipe has a structure as shown in FIG. 24 and includes a back pressure control valve 410 that is opened and closed according to operating conditions. When the back pressure control valve 410 is opened, the back pressure decreases, the average value of the exhaust port pressure Pe decreases, and the exhaust port pressure Pe becomes negative during the overlap, but when the back pressure control valve 410 is closed, As the back pressure increases, the average value of the exhaust port pressure Pe increases, and the pressure of the exhaust port Pe at the time of overlap becomes positive. FIG. 25 is a diagram for explaining this action.
[0069]
Therefore, when the air pressure remains in the blowout prevention target region for a predetermined time or longer, the back pressure control valve 410 is closed, and the pressure Pe of the exhaust port at the time of overlap is set to a positive pressure to prevent blowout. In this control, the flowchart of the part for determining whether or not the target area has remained in the blow-through prevention target area for a predetermined time or more is the same as FIG. FIG. 26 is a flowchart for performing the control described with reference to FIG. 25. When it is determined in step 261 that FOT = 1, the process proceeds to step 262 to issue an instruction to close the back pressure control valve 410, and FOT = If not 1, FOT is set to 0 in step 263, and an instruction to open the back pressure control valve 410 is sent in step 264, and the process ends.
When the back pressure control valve 410 is provided as described above, when the catalyst is activated, the back pressure control valve 410 is opened to reduce the average value of the pressure Pe of the exhaust port, thereby preventing the fuel from blowing through. To improve.
[0070]
Next, a second embodiment will be described. FIG. 27 shows the overlap period in the second embodiment, and it is moved to the retard side significantly compared to the case of the first embodiment shown in FIG. 9B. In comparison with the first embodiment, the second embodiment has a reduced effective intake stroke. As a result, the output decreases, so that the ignition timing retarding control in the first embodiment is not required for the catalyst activation promotion. FIG. 28 is a diagram for explaining control of catalyst activation promotion in the second embodiment.
The control of catalyst activation promotion in the second embodiment is not particularly shown because it is executed in the flowchart of FIG. 6 and the flowcharts of FIGS. 8A and 8B in the first embodiment.
[0071]
Further, compared with the case where the overlap shown in (a) of FIG. 9 is not enlarged, the valve opening period of the intake valve is not changed, so that the exhaust valve is opened compared to the case shown in (a) of FIG. It can be executed only by moving the period. FIG. 29 shows the phase values of the intake camshaft 50 and the exhaust camshaft 50 ′ when the overlap is made large, medium, and small in the second embodiment, and when the catalyst activation is promoted. Uses a phase value that increases the overlap. As shown in FIG. 29, in the second embodiment, the phase of the intake camshaft 50 is fixed.
Note that, as in the first embodiment, the vehicle is usually operated with a predetermined overlap according to the operating conditions.
[0072]
  Next, control for preventing overheating of the catalyst after warm-up in the second embodiment will be described.
  In this second embodiment, when the overlap is expanded after warming up, the fuel injection is closed and the intake valve is closed.OpenAnd the fuel injection time is closed and the intake valve is closed.OpenIf it does not fit while the exhaust valve is closed, the fuel injection time will close and the intake valve willOpenTo stay within.
[0073]
FIG. 30 is a diagram for explaining the above concept. FIG. 30 shows the valve opening period of the intake valve. Further, a fuel injection period TAU in which the end of the injection is closed at the closing timing of the intake valve is shown.
On the other hand, if the valve opening period of the exhaust valve is set as shown on the upper side and the overlap is increased, the fuel is injected during the overlap, and the fuel is unburned by the blow-through. It is discharged as it is and the catalyst is overheated. Therefore, the opening period of the exhaust valve is changed as shown on the lower side to reduce the overlap so that fuel cannot be injected during the overlap.
[0074]
Similar to the first embodiment, the above-described control is executed when staying in the blowout prevention target region for a predetermined time or more, and the flowchart of the determination part is the same as that in FIG. FIG. 31 is a flowchart of the above-described control executed when it is determined that FOT = 1 in the flowchart of FIG.
If an affirmative determination is made in step 311, the intake valve closing timing TINCL is calculated in step 312, and in step 313, the fuel injection start timing TFIGN is calculated by subtracting the fuel injection period TAU from the intake valve closing timing TINCL. As can be seen from this calculation, in the second embodiment, the fuel injection end timing is set to the intake valve closing timing TINCL, but it may be ended earlier than this.
[0075]
Next, at step 314, the exhaust valve closing timing TEXCL is calculated, and the routine proceeds to step 315, where it is determined whether or not the fuel injection start timing TFIGN is ahead of the exhaust valve closing timing TEXCL. If an affirmative determination is made, it means that fuel is injected during the overlap, so the routine proceeds to step 316 and the phase EXCP of the exhaust camshaft 50 ′ is shifted to the advance side by a predetermined amount ΔCP. Thus, the overlap is finished before fuel injection is started. If a negative determination is made in step 315, the process ends without advancing the phase of the exhaust camshaft 50 '. If a negative determination is made in step 311, FOT is set to 0 in step 317, and fuel injection start timing TFIBGN is determined based on a map of normal injection timing in step 318 and the processing ends.
[0076]
Next, a modification of the second embodiment will be described. In this modification, the method for activating the catalyst during cold is the same as in the second embodiment, and when the overlap is expanded after warming up, the fuel injection is closed and the intake valve is closed However, if the fuel injection time does not fit while the exhaust valve is closed and the intake valve is closed, the fuel injection time is shortened, that is, The fuel injection amount is reduced so that the fuel injection is accommodated while the exhaust valve is closed and the intake valve is closed.
[0077]
FIG. 32 is a diagram for explaining the above concept. As in FIG. 30, the exhaust valve opening period, the intake valve opening period, and the overlap period are shown. Further, it is shown that when the fuel injection time TAU is reduced, it can be prevented from overlapping.
FIG. 33 is a flowchart of this control. Steps 331 to 335 and 337 and 338 are the same as steps 311 to 315 and 317 and 318 in FIG. 31, and only TAU is calculated as TAU-ΔTAU (ΔTAU is The value is changed to a predetermined value).
[0078]
It is also possible to combine the overheat prevention means used in the first embodiment and the first to fourth modifications thereof with the catalyst activation promoting means used in the second embodiment. On the contrary, it is possible to combine the overheat prevention means used in the second embodiment and its modifications with the catalyst activation promoting means used in the first embodiment.
The overlap enlargement means, the catalyst activation promotion condition, the blow-through prevention target area, and the like described in the text are merely examples, and the means and conditions are not limited thereto as long as each purpose is achieved.
[0079]
【The invention's effect】
  According to the invention described in each claim, the valve overlap period is expanded by the valve characteristic control device when the engine is in a predetermined predetermined operating state, and the engine exhaust port is expanded during the expanded valve overlap period. The pressure in the intake pipe is increased more than the reduced pressure in the exhaust port, and the intake air mixture blows into the exhaust pipe and burns in the exhaust pipe. As a result, the catalyst is reliably activated. The increase in the output due to the increase in the pressure in the intake pipe is suppressed by the means for suppressing the increase in the output, so that the output not required by the driver is not generated and the driving feeling is not impaired.
[0080]
  Especially according to claim 4, the output increases.TheSuppressionDoThe increase in output is suppressed without requiring any means.
  In particular, exhaust gas can be exhausted as in claim 5.Attached to camshaftvalveCharacteristic control deviceAnd intakeAttached to camshaftvalveCharacteristic control deviceSince the overlap period is expanded, the degree of freedom of expansion of the overlap period is great.
  In particular, exhaust gas can be exhausted as in claim 6.Attached to camshaftvalveCharacteristic control deviceAnd intake valveAttached to camshaftvalveCharacteristic control deviceIn either case, the overlap period is enlarged, so that the overlap enlargement control is simple.
  In particular, according to the seventh aspect of the present invention, the exhaust pipe whose length is optimized is adapted to return to the exhaust port during the valve overlap period in which the negative pressure wave due to the exhaust pulsation is expanded.TheDeclineDoThere is no need to provide means, and the configuration can be simplified and the cost can be reduced.
  In particular, according to the ninth to seventeenth aspects, activation of the catalyst during cold is promoted and overheating of the catalyst after warming up is prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the structure of the valve timing control device taken along a plane passing through the cam central axis.
FIG. 3 is a view of the apparatus of FIG. 1 as viewed from the axial direction.
4 is a view showing a structure of an oil control valve 90. FIG.
5 is a cross-sectional view showing communication between an oil control valve 90 and an oil passage in the camshaft 50 as seen along line 4-4 of FIG.
FIG. 6 is a flowchart of a routine for determining whether or not catalyst activation control is necessary in the first embodiment.
FIG. 7 is a map showing an operation region in which catalyst activity is promoted.
FIG. 8 is a flowchart of control for catalyst activation in the first embodiment.
(A) is a flowchart of control for enlarging the overlap;
(B) is a flowchart of control for increasing the throttle opening and lowering the exhaust port pressure when the overlap is enlarged,
(C) is a flowchart of the control for retarding the ignition timing for suppressing the increase in output due to the increase in throttle.
FIG. 9 is a diagram showing a change in the overlap period in the first embodiment,
(A) is the case of small overlap,
(B) is the case of large overlap.
FIG. 10 is a chart showing the phases of intake camshaft 50 and exhaust camshaft 50 'for making the overlap large, medium, and small in the first embodiment.
11 is a view showing a relative positional relationship between the valve housing 20 and the rotor 40 of the valve characteristic control device 100 when the phase of the intake camshaft is advanced most. FIG.
FIG. 12 is a diagram showing a relative positional relationship between the valve housing 20 ′ and the rotor 40 ′ of the valve characteristic control device 100 ′ when the phase of the exhaust camshaft is most retarded.
FIG. 13 is a diagram comparing the exhaust port pressure and the intake port pressure.
FIG. 14 is a diagram illustrating an operation of catalyst activation in the first embodiment.
FIG. 15 is a diagram for explaining air-fuel mixture blow-through according to the present invention.
FIG. 16 is a flowchart of a routine for determining whether or not control for preventing catalyst overheating is required in the second embodiment.
FIG. 17 is a flowchart of control for preventing catalyst overheating in the second embodiment.
FIG. 18 is a diagram illustrating overlap setting according to the first embodiment.
FIG. 19 is a diagram illustrating control for preventing catalyst overheating in a second modification of the first embodiment.
FIG. 20 is a flowchart of control for preventing catalyst overheating in a second modification of the first embodiment;
FIG. 21 is a view showing a variable exhaust valve used in a third modification of the first embodiment.
FIG. 22 is a diagram for explaining control for preventing catalyst overheating in a third modification of the first embodiment;
FIG. 23 is a flowchart of control for preventing catalyst overheating in a third modification of the first embodiment;
FIG. 24 is a diagram showing a structure of a muffler that makes back pressure variable, which is used in a fourth modification of the first embodiment.
FIG. 25 is a diagram for explaining control for preventing catalyst overheating in a fourth modification of the first embodiment;
FIG. 26 is a flowchart of control for preventing catalyst overheating in a fourth modification of the first embodiment.
FIG. 27 is a diagram showing an enlarged overlap period in the second embodiment.
FIG. 28 is a diagram for explaining control of catalyst activation promotion in the second embodiment.
FIG. 29 is a chart showing the phases of the intake camshaft 50 and the exhaust camshaft 50 'for making the overlap large, medium and small in the second embodiment.
FIG. 30 is a diagram for explaining control for preventing catalyst overheating according to the second embodiment;
FIG. 31 is a flowchart of control for preventing catalyst overheating according to the second embodiment;
FIG. 32 is a diagram for explaining control for preventing catalyst overheating according to a modification of the second embodiment;
FIG. 33 is a flowchart of control for preventing catalyst overheating according to a modification of the second embodiment;
[Explanation of symbols]
2 ... Intake pipe
3 ... Surge tank
4 ... Intake manifold
5 ... Air cleaner
6 ... Exhaust manifold
7 ... Exhaust pipe
10 ... Gear
20, 20 '... housing
22, 22 '... inner protrusion
30 ... Side cover
40, 40 '... rotor
42, 42 '... Vane
50, 50 '... camshaft
60A ... Upper bearing metal
60B ... Lower bearing metal
70 ... Cylinder head
80 ... Cam cap
90 ... Oil control valve
100, 100 '... Valve characteristic control device
110, 110 '... Advance oil chamber
120, 120 '... retarded oil chamber
200 ... ECU
211 ... Air flow meter
212 ... Crank position sensor
213 ... Cooling water temperature sensor
214, 214 '... cam angle sensor
251 ... Electronic throttle
253 ... Spark plug
255 ... Exhaust control valve
300 ... automatic transmission
310 ... transmission control mechanism
400 ... Muffler
410 ... back pressure control valve

Claims (17)

運転状態に応じてバルブオーバーラップ期間を変更可能なバルブ特性制御装置を備えた機関の排気系に配設された触媒の温度を制御する触媒温度制御装置であって、
機関が予め定めた温度領域にあるか、及び、予め定めた回転数、負荷の領域にあるかによって触媒活性化の促進の要否を判定する手段と、
触媒活性化の促進が必要と判定された場合に、バルブ特性制御装置を作動せしめてオーバーラップ期間を拡大する手段と、
拡大されたバルブオーバーラップ期間中の機関の排気ポート内の圧力が負圧になるように排気ポート内の圧力を低下せしめる排気圧力低下手段と、
大されたバルブオーバーラップ期間中に排気圧力低下手段により負圧化された排気ポート内の圧力よりも吸気ポート内の圧力が高くなるように吸気ポート内の圧力を増大せしめ、吸入された混合気を排気管に吹き抜けさせる吸気管圧力増大手段と、
吸気管圧力増大手段による機関出力の増大を抑制する出力増大抑制手段と、を具備し、
触媒活性化の促進が必要と判定された場合に、出力増大を抑制しながら、燃料と空気を排気管内に吹き抜けさせて排気管内において燃焼させ、触媒の活性化を促進する触媒温度制御装置。
A catalyst temperature control device for controlling the temperature of a catalyst disposed in an exhaust system of an engine provided with a valve characteristic control device capable of changing a valve overlap period according to an operation state,
Means for determining whether it is necessary to promote catalyst activation depending on whether the engine is in a predetermined temperature range and whether the engine is in a predetermined rotation speed or load range;
Means for activating the valve characteristic control device to expand the overlap period when it is determined that promotion of catalyst activation is necessary;
Exhaust pressure lowering means for reducing the pressure in the exhaust port so that the pressure in the exhaust port of the engine during the expanded valve overlap period becomes negative pressure ;
Than the pressure in the negative pressure exhaust port by the exhaust pressure reducing means in the expansion is a valve overlap period made to increase the pressure in the intake port pressure in the intake port to the higher due so, inhaled Intake pipe pressure increasing means for blowing the air-fuel mixture through the exhaust pipe;
An output increase suppressing means for suppressing an increase in engine output by the intake pipe pressure increasing means,
A catalyst temperature control device that promotes catalyst activation by blowing fuel and air into an exhaust pipe and burning the exhaust pipe while suppressing an increase in output when it is determined that promotion of catalyst activation is necessary .
吸気管圧力増大手段が吸気管スロットル開度を増大する吸気管スロットル開度増大手段であることを特徴とする請求項1に記載の触媒温度制御装置。Catalyst temperature control apparatus according to claim 1, the intake pipe pressure increasing means, characterized in that a suction pipe throttle opening increasing means for increasing an intake pipe throttle opening. 出力増大抑制手段が、吸気管圧力が増大調整されたことによる機関出力の増大を抑制するように点火時期を調整することを特徴とする請求項1に記載の触媒温度制御装置。  2. The catalyst temperature control apparatus according to claim 1, wherein the output increase suppressing means adjusts the ignition timing so as to suppress an increase in engine output due to an increase in the intake pipe pressure. 出力増大抑制手段が、出力が増大しないようにオーバーラップ期間を拡大して成る、ことを特徴とする請求項1に記載の触媒温度制御装置。2. The catalyst temperature control apparatus according to claim 1, wherein the output increase suppressing means extends the overlap period so that the output does not increase . 排気カムシャフトに取り付けられたバルブ特性制御装置と吸気カムシャフトに取り付けられたバルブ特性制御装置との両方でバルブオーバーラップ期間を変更することを特徴とする請求項1に記載の触媒温度制御装置。 2. The catalyst temperature control device according to claim 1, wherein the valve overlap period is changed by both the valve characteristic control device attached to the exhaust camshaft and the valve characteristic control device attached to the intake camshaft . 排気カムシャフトに取り付けられたバルブ特性制御装置と、吸気カムシャフトに取り付けられたバルブ特性制御装置と、のいずれか一方によりバルブオーバーラップ期間を変更することを特徴とする請求項1に記載の触媒温度制御装置。 2. The catalyst according to claim 1, wherein the valve overlap period is changed by one of a valve characteristic control device attached to the exhaust camshaft and a valve characteristic control device attached to the intake camshaft. Temperature control device. 排気ポート圧力低下手段は、排気脈動による負圧波が拡大されたバルブオーバーラップ期間中に排気ポートに戻るように長さを最適化された排気管そのものであることを特徴とする請求項1に記載の触媒温度制御装置。  The exhaust port pressure reducing means is an exhaust pipe itself whose length is optimized so as to return to the exhaust port during a valve overlap period in which a negative pressure wave due to exhaust pulsation is expanded. Catalyst temperature control device. 排気ポート圧力低下手段は、それぞれ単一の排気マニホールドを集合した2つの集合排気マニホールドを連通管で結び、該連通管に排気制御弁を設けて、該排気制御弁を排気脈動による負圧波が拡大されたバルブオーバーラップ期間中に排気ポートに戻るように調整して成ることを特徴とする請求項1に記載の触媒温度制御装置。The exhaust port pressure lowering means connects two collective exhaust manifolds , each of which collects a single exhaust manifold, with a communication pipe, and provides an exhaust control valve in the communication pipe. The exhaust control valve expands negative pressure waves due to exhaust pulsation. catalyst temperature control apparatus according to claim 1, adjusted back to the exhaust port during the valve overlap period, characterized by comprising. さらに、暖機後のオーバーラップ拡大時の触媒の過熱を防止する触媒過熱防止手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の触媒温度制御装置。  The catalyst temperature control device according to claim 1, further comprising catalyst overheat preventing means for preventing overheating of the catalyst when the overlap is expanded after warm-up. 触媒過熱防止手段が、触媒過熱が予想される条件に達した時に、排気バルブが閉じ、吸気バルブが開いている間に燃料が噴射されるように燃料の噴射時期を調整する燃料噴射時期調整手段であることを特徴とする請求項9に記載の触媒温度制御装置。  Fuel injection timing adjustment means for adjusting the fuel injection timing so that the fuel is injected while the exhaust valve is closed and the intake valve is open when the catalyst overheat prevention means reaches a condition where catalyst overheating is expected The catalyst temperature control device according to claim 9, wherein 燃料噴射時間が長く、燃料噴射時期調整手段により燃料噴射時期を調整してもオーバーラップ中に燃料が噴射される場合に、排気バルブの閉弁時期を早めてオーバーラップを短くし、燃料の吹き抜けを防止することを特徴とする請求項10に記載の触媒温度制御装置。  If the fuel injection time is long and fuel is injected during the overlap even if the fuel injection timing is adjusted by the fuel injection timing adjustment means, the exhaust valve close timing is shortened to shorten the overlap, and the fuel is blown out. The catalyst temperature control device according to claim 10, wherein the catalyst temperature control device is prevented. 燃料噴射時間が長く、燃料噴射時期調整手段により燃料噴射時期を調整してもオーバーラップ中に燃料が噴射される場合に、燃料噴射時間を短くし、燃料の吹き抜けを防止することを特徴とする請求項10に記載の触媒温度制御装置。  When the fuel injection time is long and fuel is injected during the overlap even if the fuel injection timing is adjusted by the fuel injection timing adjusting means, the fuel injection time is shortened to prevent the fuel from blowing through. The catalyst temperature control apparatus according to claim 10. 暖機後触媒過熱防止手段が、触媒過熱が予想される条件に達した時にオーバーラップが拡大される運転領域から脱出するように運転条件を変更せしめて成る、ことを特徴とする請求項9に記載の触媒温度制御装置。The catalyst overheat prevention means after warming-up is characterized in that the operation condition is changed so as to escape from the operation region where the overlap is expanded when the condition where the catalyst overheat is expected is reached. The catalyst temperature control apparatus as described. 暖機後触媒過熱防止手段が、触媒過熱が予想される条件に達した時に排気ポートの圧力を吸気ポートの圧力よりも高くするポート間圧力調整手段であることを特徴とする請求項9に記載の触媒温度制御装置。  10. The after-warm-up catalyst overheat prevention means is an inter-port pressure adjusting means for making the pressure of the exhaust port higher than the pressure of the intake port when a condition where the catalyst overheat is expected is reached. Catalyst temperature control device. ポート間圧力調整手段が、触媒過熱が予想される条件に達した時に、吸気ポート圧力を低下するためにスロットル開度を減少するスロットル開度減少手段であることを特徴とする請求項14に記載の触媒温度制御装置。  15. The throttle opening reduction means for reducing the throttle opening in order to reduce the intake port pressure when the pressure over the port reaches a condition where catalyst overheating is expected. Catalyst temperature control device. ポート間圧力調整手段が、それぞれ単一の排気マニホールドを集合した2つの集合排気マニホールドを連通管で結び、該連通管に排気制御弁を設けて、該排気制御弁を触媒過熱が予想される条件に達した時に、オーバーラップ時に閉制御して排気ポートの圧力を正圧にして成ることを特徴とする請求項14に記載の触媒温度制御装置。A condition in which the pressure adjusting means between the ports connects two collective exhaust manifolds each of which collects a single exhaust manifold with a communication pipe, an exhaust control valve is provided in the communication pipe, and the exhaust control valve is expected to overheat the catalyst. 15. The catalyst temperature control device according to claim 14, wherein when the pressure reaches the value, the exhaust port pressure is set to a positive pressure by closing control at the time of overlap. ポート間圧力調整手段が、背圧制御弁を排気管の後端部に設け、該背圧制御弁を触媒過熱が予想される条件に達した時に、オーバーラップ時に閉制御して、排気ポートの圧力を正圧にして成ることを特徴とする請求項14に記載の触媒温度制御装置。The pressure adjusting means between the ports is provided with a back pressure control valve at the rear end of the exhaust pipe, and when the back pressure control valve reaches a condition where catalyst overheating is expected, the back pressure control valve is controlled to close at the time of overlap. The catalyst temperature control device according to claim 14, wherein the pressure is a positive pressure .
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