JP3807126B2

JP3807126B2 - 可変動弁エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP3807126B2
Application number: JP30980398A
Authority: JP
Inventors: 創三浦
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1998-10-30
Publication date: 2006-08-09
Anticipated expiration: 2018-10-30
Also published as: JP2000130194A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少なくとも排気弁の開閉動作を任意に制御可能な可変動弁装置を備える可変動弁エンジンにおいて、エンジン冷機時の排気浄化用触媒の早期活性化のための制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用エンジンでは、排気系に排気浄化用触媒（一般に三元触媒）を設けているが、エンジン始動直後の冷機時には、排気温度が低いため、触媒が活性化せず、排気浄化性能が悪化する。
【０００３】
そこで、特開平１−１５９４３１号公報や特開平４−１９４３３０号公報に示されるように、排気弁の開閉時期を任意に制御可能な可変動弁装置を用い、エンジン冷機時に、排気弁の開時期を下死点以降へ遅らせて、下死点から排気弁が開かれるまでの間、燃焼室内の燃焼ガスをピストンの上昇に伴って再圧縮して、温度上昇させた後に、排出することで、排気ガスの温度を高め、これによって触媒を昇温させて、早期活性化を図ることが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、排気弁の開時期の遅化制御のみでは、必ずしも十分な昇温効果が得られず、なお改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、このような実状に鑑み、可変動弁装置を更に有効に活用して、エンジン冷機時の触媒の早期活性化を更に促進することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明では、１気筒に２つの排気弁を備え、各排気弁の開閉動作を任意に制御可能な可変動弁装置を備える可変動弁エンジンにおいて、図１に示すように、エンジンの温度状態を検出する温度状態検出手段と、該温度状態検出手段により検出されるエンジン冷機時に、前記２つの排気弁のうち一方を閉状態に固定し、他方の排気弁のみを開閉動作させて排気１弁運転を行う冷機時排気１弁運転手段と、前記冷機時排気１弁運転手段による排気１弁運転中に、排気弁の開時期を下死点以降の燃焼ガスを再圧縮する時期に遅らせ、かつ、エンジンの温度状態に応じて、温度が低いほど大きくするように、排気弁開時期の遅延量を可変とする排気弁開時期遅化手段と、を設けて、可変動弁エンジンの制御装置を構成する。
【０００８】
請求項２に係る発明では、前記排気弁開時期遅化手段は、エンジン回転数及び負荷に応じて、排気弁開時期の遅延量を可変とすることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明では、高回転高負荷運転時に、前記冷機時排気１弁運転手段による排気１弁運転を禁止して、排気２弁運転を行わせる排気１弁運転禁止手段を設けたことを特徴とする（図１参照）。
【００１０】
請求項４に係る発明では、前記温度状態検出手段により検出されるエンジン暖機後に、低回転低負荷運転時であることを条件として、排気１弁運転を行う暖機後排気１弁運転手段を設けたことを特徴とする（図１参照）。
【００１１】
請求項５に係る発明では、前記温度状態検出手段は、触媒温度を検出する触媒温度センサであることを特徴とする。
請求項６に係る発明では、前記温度状態検出手段は、エンジン冷却水温度を検出する水温センサであることを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、エンジン冷機時に、排気１弁運転を行うことで、ヒートマス低減が可能となり（片側の排気ポートを暖める必要がなくなり）、排気ガスの熱の逃げを抑えて、排気ガスを高温に維持し、これによって触媒を昇温させて、早期活性化を図ることができる。また、エンジン冷機時の排気１弁運転により、可変動弁装置の駆動力（電磁駆動式の場合は消費電力）の低減を図ることができ、特に始動時には始動性の向上にもつながる。
【００１３】
また、排気１弁運転中に、排気弁の開時期を下死点以降に遅らせることで、下死点から排気弁が開かれるまでの間、燃焼室内の燃焼ガスをピストンの上昇に伴って再圧縮して、温度上昇させた後に、排出することで、排気ガスの温度を高め、排気１弁運転との相乗効果によって、触媒の早期活性化を更に促進することができる。
【００１４】
また、エンジンの温度状態に応じて、排気弁開時期の遅延量を可変とすることで、低温時ほど排気弁開時期を遅らせて、より昇温効果を発揮させることができる。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、エンジン回転数及び負荷に応じて、排気弁開時期の遅延量を可変とすることで、低回転低負荷ほど排気弁開時期を遅らせて、より昇温効果を発揮させることができる。
【００１６】
請求項３に係る発明によれば、高回転高負荷運転時に、排気１弁運転を禁止して、排気２弁運転を行わせることで、エンジン出力性能を確保できる。また、排気１弁運転と同時に排気弁開時期の遅化を行っている場合は、これも禁止されるので、ポンプロスを解消し、これによっても出力性能を確保できる。
【００１７】
請求項４に係る発明によれば、エンジン暖機後に、低回転低負荷運転時であることを条件として、排気１弁運転を行うことで、可変動弁装置の駆動力（電磁駆動式の場合は消費電力）の低減を図ることができる。
【００１８】
請求項５に係る発明によれば、触媒の早期活性化という目的から、エンジンの温度状態としては、触媒の温度状態を検出するのが望ましく、この観点から、触媒温度センサにより検出される触媒温度に基づいて制御することで、より適切に制御できる。
【００１９】
請求項６に係る発明によれば、水温センサにより検出されるエンジン冷却水温に基づいて制御することで、触媒温度センサを特に設けることなく、水温センサで代用することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図２は本発明の一実施形態を示す可変動弁エンジンのシステム図である。
【００２１】
エンジン１の各気筒のピストン２により画成される燃焼室３には、点火栓４を囲むように、２個ずつ、電磁駆動式の吸気弁５，５及び排気弁６，６を備えている。
【００２２】
吸気弁５及び排気弁６の電磁駆動装置（可変動弁装置）の基本構造を図３に示す。弁体２０の弁軸２１にプレート状の可動子２２が取付けられており、この可動子２２はスプリング２３，２４により中立位置に付勢されている。そして、この可動子２２の下側に開弁用電磁コイル２５が配置され、上側に閉弁用電磁コイル２６が配置されている。
【００２３】
従って、開弁させる際は、上側の閉弁用電磁コイル２６への通電を停止した後、下側の開弁用電磁コイル２５に通電して、可動子２２を下側へ吸着することにより、弁体２０をリフトさせて開弁させる。逆に、閉弁させる際は、下側の開弁用電磁コイル２５への通電を停止した後、上側の閉弁用電磁コイル２６に通電して、可動子２２を上側へ吸着することにより、弁体２０をシート部に着座させて閉弁させる。
【００２４】
図２に戻って、吸気通路７には、各気筒毎の吸気ポート部分に、電磁式の燃料噴射弁８が設けられている。
排気通路９には、全気筒共通の集合部より下流に、排気浄化用触媒（三元触媒）１０が設けられている。
【００２５】
ここにおいて、吸気弁５、排気弁６、燃料噴射弁８及び点火栓４の作動は、コントロールユニット１１により制御され、このコントロールユニット１１には、エンジン回転に同期してクランク角信号を出力しこれによりクランク角位置と共にエンジン回転数Ｎｅを検出可能なクランク角センサ１２、アクセル開度（アクセルペダルの踏込み量）ＡＰＯを検出するアクセルペダルセンサ１３、吸気通路７の上流側にて吸入空気量Ｑａを計測するエアフローメータ１４、エンジン冷却水温度（以下水温という）Ｔｗを検出する水温センサ１５、触媒温度Ｔｃを検出する触媒温度センサ１６等から、信号が入力されている。尚、触媒温度センサ１６は、触媒１０の温度を直接的に検出するものに限らず、触媒１０の入口側排気温度等を検出するものであってもよい。
【００２６】
このエンジン１では、ポンプロスの低減による燃費向上を目的として、電磁駆動式の吸気弁５及び排気弁６の開閉時期を制御、特に吸気弁５の閉時期（ＩＶＣ）を制御（早閉じ制御）することにより吸入空気量を制御して、ノンスロットル運転を行う。但し、所定のエンジン運転条件にて、吸気通路７内に負圧を得る目的で、電制スロットル弁を設けてもよい。
【００２７】
燃料噴射弁１０の燃料噴射時期及び燃料噴射量は、エンジン運転条件に基づいて制御するが、燃料噴射量は、基本的には、エアフローメータ１４により計測される吸入空気量Ｑａに基づいて、所望の空燃比となるように制御する。
【００２８】
点火栓４による点火時期は、エンジン運転条件に基づいて、ＭＢＴ又はノック限界に制御する。
ここにおいて、本発明では、２つの排気弁６，６の開閉動作を制御して、エンジン冷機時の触媒１０の早期活性化を図る。
【００２９】
図４は第１実施形態における排気弁の開閉制御ルーチンのフローチャートである。
ステップ１（図にはＳ１と記す。以下同様）では、触媒温度センサ１６により検出される触媒温度Ｔｃを読込み、触媒温度Ｔｃが所定値以下、すなわち、エンジン冷機時か否かを判定する。尚、触媒温度センサ１６を有しない場合は、触媒温度Ｔｃの代わりに、水温センサ１５により検出される水温Ｔｗを用いてもよい。この部分が温度状態検出手段（触媒温度検出手段）に相当する。
【００３０】
触媒温度Ｔｃ≦所定値（エンジン冷機時）の場合は、ステップ２へ進み、エンジン回転数Ｎｅ及び負荷（例えばアクセル開度ＡＰＯ）を読込み、図５に示す高回転高負荷運転領域か否かを判定する。
【００３１】
この結果、触媒温度Ｔｃ≦所定値（エンジン冷機時）で、高回転高負荷運転領域でない場合（低中回転低中負荷運転領域の場合）は、ステップ３，４へ進む。ステップ３では、排気１弁運転を行う。すなわち、２つの排気弁６，６のうち一方を閉状態に固定し、他方の排気弁６のみを開閉動作させて排気１弁運転を行う。この部分が冷機時排気１弁運転手段に相当する。
【００３２】
これにより、ヒートマス低減が可能となり排気ガスの熱の逃げを抑えて、排気ガスを高温に維持し、触媒１０を速やかに昇温させて、早期活性化を図ることができる。また、電磁駆動装置において、動作電流に比して、保持電流は小さくて済むので、消費電力の低減を図ることができる。
【００３３】
ステップ４では、開閉動作させる排気弁６の開時期ＥＶＯを下死点（ＢＤＣ）以降の燃焼ガスを再圧縮する時期に遅らせる。この部分が排気弁開時期遅化手段に相当する。
【００３４】
すなわち、図６に示すように、暖機後のＥＶＯ（通常設定）に対し、遅延させて、冷機時のＥＶＯを設定する。尚、図６において、ＥＶＣは排気弁閉時期、ＩＶＯは吸気弁開時期、ＩＶＣは吸気弁閉時期を示している。
【００３５】
このように、排気弁６の開時期ＥＶＯを下死点以降に遅らせることで、下死点から排気弁６が開かれるまでの間、燃焼室３内の燃焼ガスをピストン２の上昇に伴って再圧縮して、温度上昇させた後に、排出することで、排気ガスの温度を高め、排気１弁運転との相乗効果によって、触媒１０の早期活性化を更に促進することができる。
【００３６】
ここでのＥＶＯ遅延量は、触媒温度Ｔｃ（あるいは水温Ｔｗ）、又は、エンジン回転数Ｎｅ及び負荷（例えばアクセル開度ＡＰＯ）に応じて可変とする。
具体的には、図７（ａ）又は（ｂ）に示すように、触媒温度Ｔｃが低いほど、連続的又は段階的にＥＶＯ遅延量を大きくして、より昇温効果を発揮させる。
【００３７】
また、図８に示すように、低回転低負荷ほど、ＥＶＯ遅延量を大きくして、より昇温効果を発揮させる。
触媒温度Ｔｃ≦所定値（エンジン冷機時）であるが、高回転高負荷運転領域の場合は、出力性能を確保するため、ステップ５，６へ進む。この部分が排気１弁運転禁止手段に相当する。
【００３８】
ステップ５では、通常の排気２弁運転を行う。すなわち、２つの排気弁６，６の両方を開閉動作させて排気２弁運転を行う。
ステップ６では、排気弁６の開時期ＥＶＯを通常設定（図６中の暖機後のＥＶＯ）に戻して、熱効率が最良となるようにする。
【００３９】
触媒温度Ｔｃ＞所定値（エンジン暖機後）の場合も、ステップ５，６へ進み、排気２弁運転を、ＥＶＯ通常設定で行う。
図９は第２実施形態における排気弁の開閉制御ルーチンのフローチャートであり、第１実施形態（図４）との相違点のみを説明する。
【００４０】
触媒温度Ｔｃ＞所定値（エンジン暖機後）の場合は、ステップ２’へ進み、エンジン回転数Ｎｅ及び負荷（例えばアクセル開度ＡＰＯ）を読込み、図１０に示す低回転低負荷運転領域か否かを判定する。
【００４１】
この結果、触媒温度Ｔｃ＞所定値（エンジン暖機後）で、低回転低負荷運転領域でない場合（中高回転中高負荷運転領域の場合）は、ステップ５，６へ進み、排気２弁運転を、ＥＶＯ通常設定で行う。
【００４２】
触媒温度Ｔｃ＞所定値（エンジン暖機後）であるが、低回転低負荷運転領域の場合は、ステップ３’，６へ進む。
ステップ３’では、排気１弁運転を行う。すなわち、２つの排気弁６，６のうち一方を閉状態に固定し、他方の排気弁６のみを開閉動作させて排気１弁運転を行う。この部分が暖機後排気１弁運転手段に相当する。
【００４３】
これにより、消費電力の低減を図ることができる。この場合は、消費電力の低減が目的であるので、ステップ６で、排気弁６の開時期（ＥＶＯ）を通常設定にして、熱効率が最良となるようにする。
【００４４】
この第２実施形態は、言い換えれば、図１０を参照し、エンジン冷機時は、排気１弁運転と排気２弁運転とを高回転高負荷側の切換ラインＬ１にて切換え、エンジン暖機後は、排気１弁運転と排気２弁運転とを低回転低負荷側の切換ラインＬ２にて切換えるものである。この考え方を更に発展させて、エンジン（触媒）の温度状態に応じて、切換ラインを連続的又は段階的に変化させるような制御を行うようにしてもよい。
【００４５】
尚、以上の実施形態では、可変動弁装置として、電磁駆動式のものを用いたが、油圧駆動式のもの等を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】本発明の一実施形態を示す可変動弁エンジンのシステム図
【図３】吸排気弁の電磁駆動装置の基本構造図
【図４】第１実施形態における排気弁開閉制御ルーチンのフローチャート
【図５】第１実施形態の制御領域を示す図
【図６】冷機時及び暖機後の排気弁開時期ＥＶＯを示す図
【図７】触媒温度に応じたＥＶＯ遅延量の特性図
【図８】エンジン回転数及び負荷に応じたＥＶＯ遅延量の特性図
【図９】第２実施形態における排気弁開閉制御ルーチンのフローチャート
【図１０】第２実施形態の制御領域を示す図
【符号の説明】
１エンジン
４点火栓
５電磁駆動式の吸気弁
６電磁駆動式の排気弁
７吸気通路
８燃料噴射弁
９排気通路
１０触媒
１１コントロールユニット
１２クランク角センサ
１３アクセルペダルセンサ
１４エアフローメータ
１５水温センサ
１６触媒温度センサ

Claims

１気筒に２つの排気弁を備え、各排気弁の開閉動作を任意に制御可能な可変動弁装置を備える可変動弁エンジンにおいて、
エンジンの温度状態を検出する温度状態検出手段と、
該温度状態検出手段により検出されるエンジン冷機時に、前記２つの排気弁のうち一方を閉状態に固定し、他方の排気弁のみを開閉動作させて排気１弁運転を行う冷機時排気１弁運転手段と、
前記冷機時排気１弁運転手段による排気１弁運転中に、排気弁の開時期を下死点以降の燃焼ガスを再圧縮する時期に遅らせ、かつ、エンジンの温度状態に応じて、温度が低いほど大きくするように、排気弁開時期の遅延量を可変とする排気弁開時期遅化手段と、
を設けたことを特徴とする可変動弁エンジンの制御装置。
前記排気弁開時期遅化手段は、エンジン回転数及び負荷に応じて、排気弁開時期の遅延量を可変とすることを特徴とする請求項１記載の可変動弁エンジンの制御装置。
高回転高負荷運転時に、前記冷機時排気１弁運転手段による排気１弁運転を禁止して、排気２弁運転を行わせる排気１弁運転禁止手段を設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の可変動弁エンジンの制御装置。
前記温度状態検出手段により検出されるエンジン暖機後に、低回転低負荷運転時であることを条件として、排気１弁運転を行う暖機後排気１弁運転手段を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の可変動弁エンジンの制御装置。
前記温度状態検出手段は、触媒温度を検出する触媒温度センサであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の可変動弁エンジンの制御装置。
前記温度状態検出手段は、エンジン冷却水温度を検出する水温センサであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の可変動弁エンジンの制御装置。