JP3635923B2

JP3635923B2 - 内燃機関の触媒活性化促進装置

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Publication number: JP3635923B2
Application number: JP13178198A
Authority: JP
Inventors: 末広山崎
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-05-14
Filing date: 1998-05-14
Publication date: 2005-04-06
Anticipated expiration: 2018-05-14
Also published as: JPH11324746A

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活性化を促進する触媒活性化促進装置に関する、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活性化促進装置に関する。
【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号公報に開示されている装置では、冷間時に排気バルブと吸気バルブの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触媒の活性化を促進させることができる触媒活性化促進装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、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活性化促進装置であって、
機関が冷間状態であるか否か、および、予め定めた回転数以下、且つ、予め定めた負荷以下であるか否か、から触媒活性化の促進の要否を判定する手段と、
機関低速低負荷時のオーバーラップ期間中に、排気ポート内圧力を負圧にして、排気ポート内圧力を吸気ポート内圧力よりも低くなるようにする排気圧力低下手段と、
燃料噴射時期を調整する燃料噴射時期調整手段と、
燃料噴射量を調整する燃料噴射量調整手段と、
を具備し、
触媒の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バルブオーバーラップ期間を拡大して吸入新気を排気管に吹き抜けさせるとともに、燃料がオーバーラップ後に噴射されるように燃料噴射時期を調整し、かつ、オーバーラップ後に噴射された燃料が微濃空燃比で安定燃焼するように燃料噴射量を調整する触媒活性化促進装置が提供される。
この様に構成された触媒活性化促進装置では、触媒の活性化の促進が必要と判定された場合に、拡大されたバルブオーバーラップ期間中に、吸入新気が排気管に吹き抜け、燃料はオーバーラップ後に噴射される。その結果、オーバーラップ中に新気が排気管に吹き抜け、吹き抜けた空気は別の気筒の排気ガスに混合して燃焼し排気ガス温度を上昇し、触媒の活性化を促進する。
【０００６】
請求項２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活性化促進装置が提供される。
この様に構成された触媒活性化促進装置では、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で、バルブオーバーラップ期間が変更される。
【０００７】
請求項３の発明によれば、請求項１の発明において、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活性化促進装置が提供される。
この様に構成された触媒活性化促進装置では、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。
【０００８】
請求項４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、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、該排気制御弁を閉じ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して成る触媒活性化促進装置が提供される。
この様に構成された触媒活性化促進装置では、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、その連通管に排気制御弁を設け、その排気制御弁を閉じて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。
【０００９】
【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。
【００１０】
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、低回転の低負荷時のオーバーラップ期間中に排気ポートが負圧になるよう長さが最適にされている。
【００１１】
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る。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
ＥＣＵ２００のＣＰＵ２２０は、入力インターフェイス２１０に入力され必要に応じて変換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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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２１４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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、冷間時の低速、低負荷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、燃料の噴射はオーバーラップ後におこなって新気を排気管に吹き抜けさせて、次に点火される気筒の排気ガスと混合して燃焼させ排気ガス温度を上昇せしめ、触媒の活性化を促進しようとするものである。
【００３３】
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と比較し冷間状態かどうかを判定し、ステップ６３ではエンジン回転数ＮＥを予め定めた判定値ＮＥａと比較し、ステップ６４ではエンジン負荷としての吸入空気量ＧＡを予め定めた判定値ＧＡａと比較し、ステップ６２、６３、６４ですべて肯定判定された場合のみステップ６５に進み、触媒活性化を促進するフラグフラグＦＣＣを１にする。ステップ６２、６３、６４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６６でフラグＦＣＣを０にして終了する。
【００３４】
図７がステップ６２の判定のためのマップであり、図８がステップ６３、６４の判定のためのマップである。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ルーチンのフローチャートが図９に示されている。
【００３５】
次に、図９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１０の（ａ）に示す様な状態から，図１０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。
【００３６】
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。
【００３７】
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１１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１０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（図２３参照）。
なお、図１１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。
【００３８】
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。
【００３９】
図１２、１３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。
【００４０】
まず、図１２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。
【００４１】
一方、図１３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。
【００４２】
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。
【００４３】
図６のフローチャートで触媒活性促進化フラグＦＣＣがＯＮにされると、上述のオーバーラップの拡大に加えて、燃料噴射時期の遅角と、燃料噴射量の増量が行われる。
図１４に示すのが、燃料噴射時期を遅角するルーチンのフローチャートである。ステップ１４１で肯定判定された場合は、ステップ１４２で排気バルブの閉じ時期ＴＥＸＣＬを計算し、ステップ１４３で排気バルブの閉じ時期ＴＥＸＣＬに予め定めた値αを加算して燃料噴射開始時期ＴＦＩＢＧＮを計算する。次にステップ１４４では燃料噴射開始時期ＴＦＩＢＧＮに燃料噴射時間ＴＡＵを加算して終了する。なお、燃料噴射終了時期を初めに定めてそこから燃料噴射時間ＴＡＵを減算して燃料噴射開始時期ＴＦＩＢＧＮを決定してもよい。図１５が上記の燃料噴射時期の遅角を説明する図である。
【００４４】
図１６に示すのは燃料噴射量を増量するルーチンのフローチャートであって、ステップ１６１で肯定判定されるとステップ１６２に進み通常の負荷と回転数のマップ（図示せず）から決定される燃料量ＴＡＵに対する増量分ΔＴＡＵが加算される。図１７は増量分ΔＴＡＵのマップであり、エンジン水温ＴＷに対して設定されている。増量の量は、空燃比が微濃状態となって良好な燃焼が得られる様に予め定められている。
【００４５】
前述したように、このエンジンは図８で示したような運転領域におい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吸気ポートＰｉの圧力よりも低くなるように排気マニホールド６の長さが最適にされている。図１８がこの効果を説明する図である。
図１９は以上述べてきた制御によって、新気が吸気ポートから排気ポートへ吹き抜けて、排気管の集合部において、次に点火され爆発した気筒の排気ガスと混合し様子を示した図である。
この排気ガスは微濃の空燃比で良好に燃焼した結果であるので、温度は高く排気空燃比は微濃である。そこに酸素を十分に含んだ吹き抜け新気が混入するので排気ガスは燃焼して高温になり、触媒の活性化を促進することができる。
なお、このエンジンの場合、点火順序は＃１→＃３→＃４→＃２であるので＃１気筒から吹き抜けた新気は＃３気筒の排気ガスと混合する。
【００４６】
次に第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態では排気マニホールドが図２０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を開じた場合は第１の実施の形態の場合と同じように低回転時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を開いた場合は高回転時にオーバーラップ時に排気ポートの圧力が正圧になる。図２１がこの制御を示す図であり第１の実施の形態に関して図６で説明したフローチャートと同様のルーチンを実行して、ステップ６５でＦＣＣが１にされた場合に、図９、図１４、図１５のフローチャートに示されるルーチンの実行に加え、この図２１のフローチャートに示すルーチンが実行される。図２２はこの制御による様子を示す図である。
【００４７】
以上のように本発明の実施の形態について説明したが、この実施の形態で用いられているベーンタイプの可変バルブタイミング機構と異なるタイプの可変バルブタイミング機構を用いることも勿論可能である。
【００４８】
【発明の効果】
各請求項に記載の発明によれば、触媒活性化の促進が必要な場合には、オーバーラップ拡大手段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は機関の排気ポート内の圧力が低下するようにされている。そして燃料はこの拡大されたオーバーラップの終了後に、空燃比が微濃になるように増量されて噴射される。オーバーラップ時は新気が排気管に吹き抜け、吹き抜けた新気は排気管内で別の気筒の排気ガスに混合して燃焼し、排気管内の温度を上昇せしめ、その結果、触媒が活性化される。
【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１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温度領域を示すマップである。
【図８】触媒活性を促進する回転、負荷領域を示すマップである。
【図９】オーバーラップを拡大する制御のフローチャートである。
【図１０】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１１】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１２】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１３】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１４】噴射時期を変更するルーチンのフローチャートである。
【図１５】噴射時期の変更を説明する図である。
【図１６】噴射量の増量をするルーチンのフローチャートである。
【図１７】冷却水温に対する噴射量の増量の変化を示すマップである。
【図１８】排気圧力の低下を説明する図である。
【図１９】第１の実施の形態の全体の作用を簡単に説明する図である。
【図２０】第２の実施の形態において使用される排気制御弁を示す図である。
【図２１】図２０の排気制御弁の作用を説明する図である。
【図２２】排気制御弁の制御ルーチンのフローチャートである。
【図２３】通常の運転時のオーバーラップ量のマップである。
【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

Claims

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活性化促進装置であって、
機関が冷間状態であるか否か、および、予め定めた回転数以下、且つ、予め定めた負荷以下であるか否か、から触媒活性化の促進の要否を判定する手段と、
機関低速低負荷時のオーバーラップ期間中に、排気ポート内圧力を負圧にして、排気ポート内圧力を吸気ポート内圧力よりも低くなるようにする排気圧力低下手段と、
燃料噴射時期を調整する燃料噴射時期調整手段と、
燃料噴射量を調整する燃料噴射量調整手段と、
を具備し、
触媒の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バルブオーバーラップ期間を拡大して吸入新気を排気管に吹き抜けさせるとともに、燃料がオーバーラップ後に噴射されるように燃料噴射時期を調整し、かつ、オーバーラップ後に噴射された燃料が微濃空燃比で安定燃焼するように燃料噴射量を調整することを特徴とする触媒活性化促進装置。
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に記載の触媒活性化促進装置。
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ことを特徴とする請求項１に記載の触媒活性化促進装置。
排気圧力低下手段が、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、該排気制御弁を閉じ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して成ることを特徴とする請求項１に記載の触媒活性化促進装置。