JP3982449B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガス中の未燃ガスの排出量を抑制できる内燃機関の排気浄化装置、特に、二次エアを排気ポート側より燃焼室に投入し、未燃ガスを再燃焼させる内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関はその燃焼行程で残留した未燃ガス（ＨＣ）が排気行程で排気ガスと共に排出される傾向にある。例えば図１７に示すように、シリンダヘッド１００とシリンダブロック１１０の燃焼室側隙間（クレビス）ｐ１やピストンとシリンダ壁間の燃焼室側隙間（クレビス）ｐ２に未燃ガス（ＨＣ）が侵入すると、これらには火炎が届かず燃え残る。しかも、ピストン頂部周縁ｐ３には経時的に燃えかすであるデポジットが堆積し、このデポジット生成物内の隙間にも未燃ガス（ＨＣ）が侵入すると、これには火炎が届かず燃え残る。更に、シリンダ壁ｐ４のオイル膜に未燃ガスが付着するとこれが燃え残る。又、シリンダヘッド１００の燃焼室壁１０１は温度が低いために火炎は燃焼室壁１０１の近くでは消炎し、シリンダヘッドの燃焼室壁近傍の未燃ガス（ＨＣ）も燃え残る傾向にある。
【０００３】
このように、燃焼行程で火炎非到達域に侵入している未燃ガス（ＨＣ）は燃焼室内が低圧化する排気行程において、火炎非到達域より排気ポートを経て排気され、排気ガス悪化を招く。特に、内燃機関はその冷態始動時おいて、その燃焼安定性を確保するため、比較的リッチな混合気が供給されており、燃焼行程で燃え残る未燃ガス（ＨＣ）の排出量が増加し易くなっている。
【０００４】
そこで、この対策として、不図示の排気路上に早期活性化する前段触媒と、その後方に主触媒を配備して冷態始動直後の未燃ガス（ＨＣ）の排出を抑制することが行なわれているが、この触媒だけでは触媒温度が低く活性が不充分な冷態始動時においては十分な未燃ガス（ＨＣ）の排出防止策と成っていない。
【０００５】
そこで、排気行程において、図１６に示すように、排気ポート１３０内に装着したノズル１４０により二次エアを排気弁１５０の背側より燃焼室１６０に向けて投入し、燃焼室１６０から排出されようとしている排気ガスを燃焼室に逆流させ、攪拌し、これにより、燃焼室１６０から排出される前に残留する未燃ガス（ＨＣ）を二次エアにより再燃焼させ、特に、排気行程での低圧化に応じて火炎非到達域より火炎到達域に達し、燃焼室から排出されようとしている未燃ガス（ＨＣ）を二次エアにより再燃焼させ、未燃ガスの排出を抑制している。
【０００６】
例えば、特開平８−１５８８５８号公報（特許文献１）には、冷態始動後に未燃ガス（ＨＣ）の低減を図るため、二次エアを吹き、しかも、排気流動バルブ（シャッター）を閉じるが、これによる内部ＥＧＲ量の上昇が燃焼不安定化を招くことより、排気バルブタイミングを進角して吸気バルブとのオーバーラップ量を小さくし、内部ＥＧＲ量の過度な上昇を防止し、燃焼安定化を図っている。
【０００７】
更に、特開２００１−２６３０５０号公報（特許文献２）には、冷態始動後に排気バルブを進角し、吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ量を増加させ、排気管内への未燃ガスの流出を促進させ、これに二次エアを吹くことで未燃ガス（ＨＣ）の排気管内での後燃えを促進し、触媒の早期活性化を図り、未燃ガス排出を抑えるというものが開示される。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−１５８８５８号公報
【特許文献２】
特開２００１−２６３０５０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、特許文献１の技術は二次エアを吹くことによる内部ＥＧＲ量の過度の上昇による燃焼不安定化を防止するために、排気バルブタイミングを進角して、燃焼安定化を図るというものであり、特許文献２の技術は排気管内での未燃ガス（ＨＣ）の燃焼促進により触媒の早期活性化を図り、未燃ガス（ＨＣ）排出を抑えるというものであります。
【００１０】
このように両特許文献の技術とも、二次エアと未燃ガス（ＨＣ）の反応による排気昇温効果（触媒早期活性化）を期待し、しかも、二次エア投入運転域において、空燃比リッチ化の度合いと二次エア投入量との最適化が難しく、未燃ガス（ＨＣ）の排出量が増加する場合がある、との点を改善することを考慮した技術と成っています。
【００１１】
しかし、両特許文献の技術は、燃焼室内への二次エア供給を積極的に的確に行なうことができるものではない。即ち、燃焼室内への二次エア流入および排気ガスの逆流をより促進し、これにより燃焼室内の未燃ガス（ＨＣ）を積極的に攪拌して再燃焼させ、その再燃焼反応による排気昇温効果（触媒早期活性化）及び未燃ガス（ＨＣ）低減効果、早期の燃焼安定化を促進するということはできない。
【００１２】
このため、燃焼室内へ積極的に二次エアおよび排気ガスを流入させ、燃焼室内の未燃ガス（ＨＣ）を積極的に攪拌して再燃焼し、未燃ガス（ＨＣ）の排出量を抑え、しかも、燃焼安定化を図ることが可能な装置が期待されている。
本発明は、以上のような課題に基づき、内燃機関の冷態始動時の未燃ガス（ＨＣ）の燃焼室内での再燃焼をより促進し、未燃ガス（ＨＣ）の排出量をより的確に抑え、燃焼安定化を促進することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、エアノズルが排気バルブの背部に向けて装着されると共に内燃機関の燃焼室より流出する排気ガスを燃焼室に逆流させるよう排気ポートの開口に向けて２次エアを噴射する２次エア供給装置と、吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方の開弁時期、開弁期間或いは弁リフト量を可変調整するバルブ調整手段と、内燃機関の運転情報を検出する運転情報検出手段と、内燃機関の運転情報より内燃機関が冷態判定温度を下回ると判定すると、前記２次エア供給装置を駆動すると共に前記バルブ調整手段を作動して、吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ量を定常運転時より増大させ、その上で所定時間経過後はオーバーラップ量を経過時間に比例して減少させて定常量に戻し、その戻し時点で上記２次エア供給装置を停止させる制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
このように、内燃機関の冷態始動時に、二次エア供給装置が二次エアを排気ポートの開口より燃焼室内に投入させ、バルブ調整手段が吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方の開弁時期、開弁期間或いは弁リフト量を可変調整してオーバーラップ量を定常運転時より増大させ、これにより吸気バルブが開いた後の吸気負圧による排気引き戻し効果とオーバラップ中の二次エアの燃焼室への投入との相乗効果を利用して、二次エアおよび排気ガスをより多く燃焼室内に流入させ、燃焼室の未燃ガスを二次エアおよび逆流排気ガスと攪拌して再燃焼を促進させ、排気ガス昇温による燃焼安定化を早期に図り、排気ガス中に残留する未燃ガスを低減させることができる。更に、オーバーラップ量を増大させることによって、吸気ポートまで逆流排気ガスが到達し、吸気ポート壁面が加熱されて壁面付着燃料の霧化を促進することができる。
【００１９】
特に、オーバーラップ調整および二次エア供給処理の後、所定時間経過すると、排気ガス中の未燃ガスが低減した運転域に入っていることを考慮し、所定時間経過後の無駄なオーバーラップ調整および二次エア供給の駆動を停止し、無駄な出力ロスを防止できる。
【００２０】
請求項２の発明は、エアノズルが排気バルブの背部に向けて装着されると共に内燃機関の燃焼室より流出する排気ガスを燃焼室に逆流させるよう排気ポートの開口に向けて２次エアを噴射する２次エア供給装置と、吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方の開弁時期、開弁期間或いは弁リフト量を可変調整するバルブ調整手段と、内燃機関の運転情報を検出する運転情報検出手段と、内燃機関の運転情報より内燃機関が冷態判定温度を下回ると判定すると、前記２次エア供給装置を駆動すると共に前記バルブ調整手段を作動して、吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ量を定常運転時より増大させ、その上で所定時間経過前に車両の発進があると、同時点でオーバーラップ量を定常量に戻し、上記２次エア供給装置を停止させることを特徴とする。
このように内燃機関の冷態始動時に、吸気バルブが開いた後の吸気負圧による排気引き戻し効果とオーバラップ中の二次エアの燃焼室への投入との相乗効果を利用して、二次エアおよび排気ガスをより多く燃焼室内に流入させ、燃焼室の未燃ガスを二次エアおよび逆流排気ガスと攪拌して再燃焼を促進させ、排気ガス昇温による燃焼安定化を早期に図り、排気ガス中に残留する未燃ガスを低減させることができる。更に、オーバーラップ量を増大させることによって、吸気ポートまで逆流排気ガスが到達し、吸気ポート壁面が加熱されて壁面付着燃料の霧化を促進することができる。特に、オーバーラップ調整および二次エア供給処理の上で、所定時間が経過する前に車両の発進があると、同時点でオーバーラップ量を定常量に戻し、２次エア供給装置を停止させ、発進後はオーバーラップ調整および二次エア供給の駆動を停止し、運転性重視の制御を許容することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態としての内燃機関の排気浄化装置Ｍと、同装置を装備する内燃機関を示した。排気浄化装置Ｍは図１に示す内燃機関としての４サイクル４気筒ガソリンエンジン（以後、単にエンジン１と記す）に装着され、燃焼室２での排気の再燃焼を促進して、排気ガス改善を図るよう機能する。
ここで、エンジン１にはクランクシャフト３の回転力で駆動する吸排バルブ４、５が配備され、同吸排バルブ４、５により吸気路Ｒｉ側の吸気ポート６、排気路Ｒｅ側の排気ポート７を燃焼室２に断続的に連通する。更に、各気筒には燃料噴射弁８及び点火プラグ１０が装着される。
【００２２】
エンジン１は吸気ポート６に燃料噴射するマルチポイントインジェクション式を採り、各気筒の燃料噴射弁８には不図示の燃料供給系より等圧燃料が供給されており、エンジンコントローラ（以後単にコントローラ９と記す）内の燃料量制御部Ａ１が空燃比Ａ／Ｆその他の運転情報より導出した燃料噴射量Ｔｉｎｊ相当のパルス幅の燃料噴射出力Ｄ（Ｔｉｎｊ）を受けて噴射作動をする。
【００２３】
エンジン１の燃料量制御部Ａ１によって、定常運転域では理論空燃比Ａ／Ｆ（１５、０）を保持して混合気の燃焼を行うことで、排気路Ｒｅの前段触媒１１、主触媒１２の浄化効率を高レベルに保持する。なお、暖機運転時は後述の二次エアと未燃ガス（ＨＣ）の反応による排気昇温効果（触媒早期活性化）を期待し、空燃比がリッチ化される。
点火系の点火プラグ１０は点火回路１３に接続され、点火回路１３はコントローラ９内の点火制御部Ａ２から後述するように点火時期ＩＧＴの信号を受けた際に、同点火時期ＩＧＴに点火出力Ｄｉｇを点火プラグ１０に発し、点火駆動する。
【００２４】
吸気路Ｒｉはエアクリーナ２０からのエアをエンジン本体内の各気筒に流入させるもので、電子制御式のスロットルバルブ（以後単にＥＴＶ１４と記す）１４を備えた吸気管１５、その下流のサージタンク１６、そのサージタンクから分岐して延出する分岐吸気路ｒｉを備えた吸気マニホールド１７、各分岐吸気路ｒｉに連通するようシリンダヘッド１８内に形成され各気筒の吸気バルブ４の開時に燃焼室２に連通する吸気ポート６とを備える。ＥＴＶ１４はコントローラ９内に設けられたスロットル弁駆動部Ａ３から後述するように開弁出力Ｐｏを受けた際に、同弁開度に切換えるよう構成されている。
【００２５】
ＥＴＶ１４の回転軸にはスロットル開度センサ１９が装着され、これより発せられるスロットル開度θｓ信号はコントローラ９に入力される。更に、吸気管１５には吸入空気量Ｑａを検出するエアフローセンサ２２が装着され、吸入空気量Ｑａ信号はコントローラ９に入力される。
【００２６】
排気路Ｒｅは各気筒の燃焼室２の排気ガスを排気バルブ５の開時に排気ポート７より排気マニホールド２３内の各分岐排気路ｒｅに導き、更に、排気ガスを排気管４０の途中に設けた前段触媒１１とその下流の主触媒１２に順次導き、大気開放側に流下させている。前段触媒１１はＣＯ、ＨＣおよびＮＯｘを浄化する三元触媒で形成され、特に、小容量で早期に活性化して冷態始動直後の未燃ガス（ＨＣ）の浄化に寄与するよう形成され、主触媒１２は大容量の三元触媒で形成され、定常運転時の大容量の排気ガス浄化に寄与するよう形成される。
【００２７】
各気筒の排気ポート７には、二次エア供給装置２４のエアノズル２５が排気バルブ５の背部に向けて装着される。二次エア供給装置２４は、電動モータ２６で駆動のエアポンプ２７と、電動モータ２６の回転を可変駆動する駆動回路２８と、エアポンプ２７に連結されるエアノズル２５とを有する。エアポンプ２７はコントローラ９内の二次エア制御部Ａａから駆動回路２８に出力される制御信号に応じて駆動され、エアノズル２５から排気ポート７に二次エアを吹き出すことにより、燃焼室２より排気ポート７に流出する排気ガスの要部を燃焼室２に逆流させ、燃焼室２内の排気ガスを攪拌し、これにより燃焼室２内の未燃ガス（ＨＣ）を掻き出し、これら排気ガス中の未燃ガス（ＨＣ）を二次エアで再燃焼させる。
【００２８】
吸排気バルブ４、５を駆動する動弁系はＤＯＨＣ式の動弁装置４０であり、吸排カム２９、３０を備えた吸排カム軸３１、３２は図示しないベルト回転伝達手段を介してクランクシャフト３の回転を伝達され、回転駆動する。
図２に示すように、動弁装置４０は各気筒毎の吸気バルブ４、排気バルブ５を駆動する。ここでシリンダヘッド１８の軸受け部５１には吸排カム軸３１、３２及び吸排ロッカシャフト５２、５３が互いに並列配備され、吸排カム軸３１、３２に吸排カム２９、３０が配備される。
【００２９】
吸排ロッカシャフト５２、５３には吸排ロッカアーム５４、５５が枢支される。吸気ロッカアーム５４はその一端に枢支するローラ５６を介して吸気カム２９に当接し、他端が吸気バルブ４に当接する。排気ロッカアーム５５はその一端に枢支するローラ５７を介して排気カム３０に当接し、他端が排気バルブ５に当接する。
【００３０】
図２に示すように、吸カム軸３１は吸気カム２９の開弁時期（開弁中心時期）θＩｃを可変調整する吸気バルブ可変調整手段である吸気位相調整機構３３を備える。同じく、排カム軸３２は排気バルブ５の開弁時期（開弁中心時期）θＥｃ（図３参照）を可変調整する排気バルブ可変調整手段である排気位相調整機構３４を備える。これら吸排気位相調整機構３３、３４によりバルブ調整手段が構成される。
【００３１】
コントローラ９内には二次エア供給装置２４の制御部である二次エア制御部Ａａが配備され、これはエンジンの運転情報よりエンジン１が冷態判定温度Ｔｃを下回ると判定すると、二次エア供給装置２４を駆動するよう制御する。
コントローラ９内には吸気及び排気バルブ可変調整手段である吸排気位相調整機構３３、３４の制御部である吸排気バルブ可変調整部Ａｂが配備され、これはエンジンの運転情報よりエンジン１が冷態判定温度Ｔｃを下回ると判定すると、排気バルブ５の開弁時期（開弁中心時期）を定常運転時の開弁時期θＥｃより遅角量−ΔθａずらせたθＥｃ１に設定し、吸気バルブ４と排気バルブ５のオーバーラップ量を定常運転時の量Ｂ０より増大したオーバーラップ量Ｂ１に制御するよう機能する。
【００３２】
図２に示すように、吸排気位相調整機構３３、３４は排カム軸３２の前端部に設けられたスプロケット３５ｉ、３５ｅと、同スプロケットと吸排カム軸３１、３２とを相対回転可能に連結する位相制御用アクチュエータ３６ｉ、３６ｅとを備える。スプロケット３５ｉ、３５ｅは図示せぬタイミングベルトを介してクランクシャフト３に連結される。位相制御用アクチュエータ３６ｉ、３６ｅは電磁式の回転型アクチュエータからなり、コントローラ９内の吸排気バルブ可変調整部Ａｂからの制御信号Ｓｔｉ、Ｓｔｅを受けた各駆動回路３７ｉ、３７ｅによって駆動制御される。これにより、吸排バルブ４、５のリフトにおける開弁時期（開弁中心時期）θIｃ、θＥｃが遅角あるいは進角される。この吸排気位相調整機構３３、３４の制御状態である吸排カム軸３１、３２の回転位置は駆動軸センサ３８ｉ、３８ｅによって検出され、コントローラ９に出力される。
【００３３】
エンジン１はその給排気系及び燃料供給系、点火系をコントローラ９によって制御される。
コントローラ９は運転情報検出手段によりエンジン１の運転情報を検出する。運転情報検出手段としての、クランク角センサ４１は単位クランク角Δθｃ及びエンジン回転数Ｎｅを、スロットル開度センサ１９はスロットル開度θｓを、エアフローセンサ２２は吸入空気量Ｑａを、車速センサは車速Ｖｃを、空燃比センサ４３は空燃比Ａ／Ｆを、シリンダブロック４４に装着された水温センサ４５は冷却水の水温ｗｔをそれぞれコントローラ９に入力する。
【００３４】
ここで、コントローラ９のスロットル弁駆動部Ａ３は、アクセルペダル開度θａ、車速Ｖｃ、冷却水の水温ｗｔ、等に応じた通常時弁開度Ｐｏ、或いは暖機時弁開度Ｐｏを求め、その上で、演算された通常時或いは暖機時弁開度Ｐｏ相当の各開弁出力をＥＴＶ１４に出力し、吸気量制御処理を行っている。
コントローラ９の燃料量制御部Ａ１は、定常時にエンジン回転数Ｎｅとスロットル開度θｓに応じた基本燃料噴射量Ｔｂを求め、これに空燃比Ａ／Ｆ、水温ｗｔ等の補正値ＴＡ／Ｆ、Ｔｗｔを加えて燃料噴射量Ｔｉｎｊ（＝Ｔｂ＋ＴＡ／Ｆ＋Ｔｗｔ）を導出する。その上で、演算された燃料噴射量Ｔｉｎｊ相当の出力信号Ｄを燃料噴射弁８に出力し、燃料噴射量制御を行っている。
【００３５】
ここで、暖機運転時の内、後述の二次エア供給時には、この二次エアと未燃ガス（ＨＣ）の反応による排気昇温効果（触媒早期活性化）を期待し、空燃比Ａ／Ｆの補正値ＴＡ／Ｆがリッチ用の補正値ＴＡ／Ｆｒで燃料噴射量Ｔｉｎｊが演算され、リッチ化された燃料供給がなされる。
コントローラ９の点火制御部Ａ２は、定常時において、スロットル開度θｓ等に応じた基本点火時期ＩＧＴｂと運転状態に応じた遅角補正値ΔＩＧより点火時期ＩＧＴを導出する。その上で、演算され点火時期ＩＧＴ相当の出力信号Ｄｉｇを点火プラグ１０にそれぞれ出力し点火処理を行っている。
【００３６】
次に、図１に示す内燃機関の排気浄化装置Ｍの作動をコントローラ９が行なう図４の第１冷態始動制御ルーチンに沿って説明する。
コントローラ９はメインスイッチのオンと同時に図示しないメインルーチンに沿ってエンジン１の燃料系、点火系、吸気系の制御を行ない、その途中で冷態始動制御ルーチンの処理を行なう。
【００３７】
第１冷態始動制御ルーチンに達すると、ステップｓ１で始動判定処理を行ない、始動判定後にステップｓ２に進む。この始動判定処理では、スタータ駆動後の所定時間内におけるエンジン回転数Ｎｅが始動判定回転数Ｎｅｓ、例えば３００ｒｐｍを越えたか否か判断し、始動前はメインルーチンにリターンし、始動完了後にはステップｓ２に達する。ここでは冷却水温度Ｔｗが冷態判定温度Ｔｃ１（例えば、２５℃）を下回るか否か判断し、下回るとステップｓ３に、暖気後始動時にはＮｏ側のステップs７に進み、後述するように、各々の制御が停止され、メインルーチンにリターンする。
【００３８】
ステップｓ３では二次エア制御部Ａａとして機能し、ここでは冷態判定温度Ｔｃ１以下であり、二次エア供給装置２４の駆動回路に定常回転信号を出力し、駆動回路が電動モータ２６を定常回転数で駆動し、エアポンプ２７を定常吹出し圧Ｐｎ１で駆動する。
これによりエアノズル２５から排気ポート７に定常吹出し圧Ｐｎ１の二次エアを吹き出し、排気行程で燃焼室２より排気ポート７に流出する排気ガスを燃焼室２に逆流させる。
【００３９】
ステップｓ３よりステップｓ４に達すると、ここでは吸排気バルブ可変調整部Ａｂとして機能する。ここでは吸気位相調整機構３３の位相制御用アクチュエータ３６によりスプロケット３５ｉと吸カム軸３１を基準開弁時期（開弁中心時期）θIｃに保持する。一方、排気位相調整機構３４の位相制御用アクチュエータ３６ｅによりスプロケット３５ｅに対して定常運転時の開弁時期θＥｃより遅角量−ΔθａずらせたθＥｃ１に切換え保持する。
【００４０】
これにより、図３に示すように、基準開弁時期（開弁中心時期）θIｎの吸気バルブ４（図３ではＩＮと記す）に対して遅角量−Δθａずらせた開弁時期θＥｃ１で駆動する排気バルブ５（図３ではＥＸと記す）はオーバーラップ量Ｂ１を保つようにして駆動する。
【００４１】
この時、定常運転時より増大したオーバーラップ量Ｂ１でのオーバーラップ増大モードＵ１での運転期間において、吸気バルブ４が開いた後の吸気負圧による排気引き戻し効果と、二次エアの燃焼室２内への投入との相乗効果により、オーバラップ中に二次エアおよび逆流排気ガスをより多く燃焼室内に取り込み、燃焼室の未燃ガスを二次エアおよび逆流排気ガスと攪拌し、未燃ガス（ＨＣ）を掻き出し、これらを攪拌し、二次エアおよび逆流排気ガスで未燃ガス（ＨＣ）を再燃焼させ、排出未燃ガス（ＨＣ）を極力低減することができる。更に、オーバーラップ量Ｂ１を増大させることによって、吸気ポート６まで逆流排気ガスが到達し、吸気ポート壁面が加熱されて壁面付着燃料の霧化を促進することができる。
【００４２】
ステップｓ４よりステップｓ５に達すると、ここでは所定経過時間ｔｏのカウントタイマＴＩＭ１を駆動し、ステップｓ６で経過前はそのままメインルーチンにリターンし、経過した時点でステップｓ７に進み、ここで二次エアの吹出し停止処理と、オーバーラップ増大モードＵ１での吸排気位相調整機構３４、３４の駆動を停止し、定常モード（吸排バルブ４、５を基準開弁時期θIｎ、θＥｎで駆動）Ｕ０に戻し処理し、メインルーチンに戻る。
【００４３】
このように、図１の内燃機関の排気浄化装置Ｍではエンジン冷態始動時において、冷態判定温度Ｔｃ１以下では、オーバーラップ増大モードＵ１での運転期間において、吸気バルブ４が開いた後の吸気負圧による排気引き戻し効果と、二次エアの燃焼室２内への投入との相乗効果により、オーバラップ中に二次エアをより多く燃焼室内に取り込みでき、燃焼室２の排気行程の時点で排出されようとしていた未燃ガスを二次エアおよび逆流排気ガスと十分に攪拌して再燃焼させ、排気ガス中に残留する未燃ガスを低減させることができる。更に、オーバーラップ量Ｂ１を増大させることによって、吸気ポート６まで逆流排気ガスが到達し、吸気ポート壁面が加熱されて壁面付着燃料の霧化を促進することができる。
【００４４】
上述のところにおいて、第１冷態始動制御ルーチンでステップｓ２で、冷却水温度Ｔｗが冷態判定温度Ｔｃ１（例えば、２５℃）を下回るか否か判断し、下回るとステップｓ３以下の制御を行なっていたが、これに代えて図５に示すような第２冷態始動制御ルーチンを実行しても良い。ここで、第２冷態始動制御ルーチンにおいて、第１冷態始動制御ルーチンでの処理と同様になされる処理には同一ステップ符号を付し、重複説明を略す。
【００４５】
第２冷態始動制御ルーチンに達すると、ステップｓ１で始動判定処理を行ない、ステップｓ２では冷却水温度Ｔｗが冷態判定温度Ｔｃ１を下回るか否か判断し、下回るとステップｓ１０に、暖気後始動時にはステップs７に進み、後述するように、各々の制御が停止され、メインルーチンにリターンする。ステップｓ１０では、冷却水温度Ｔｗが冷態判定温度Ｔｃ１より更に低い寒冷判定温度（例えば、０℃）を下回るか否か判断し、Ｎｏでステップｓ３に、Ｙｅｓでステップｓ１１に進む。
【００４６】
ステップｓ３では、二次エア供給装置２４の駆動回路に定常回転信号を出力し、エアポンプ２７を定常吹出し圧Ｐｎ１で駆動し、エアノズル２５から排気ポート７に定常吹出し圧Ｐｎ１の二次エアを吹き出し、燃焼室２内の排気ガスを攪拌し、排気ガス中の未燃ガス（ＨＣ）を再燃焼させる。
【００４７】
ステップｓ４に達すると吸排気バルブ可変調整部Ａｂとし、吸気位相調整機構３３の位相制御用アクチュエータ３６ｉにより基準開弁時期θIｎを保持し、排気位相調整機構３４の位相制御用アクチュエータ３６ｅにより定常運転時の開弁時期θＥｃより遅角量−ΔθａずらせたθＥｃ１に切換え、図３に示すようにオーバーラップ増大モードＵ１で排気バルブ５を駆動する。
【００４８】
オーバーラップ増大モードＵ１での運転期間において、吸気バルブ４が開いた後の吸気負圧による排気引き戻し効果と、二次エアの燃焼室２内への投入との相乗効果により、二次エアをより多く燃焼室内に取り込み、未燃ガスを二次エアと攪拌し、未燃ガス（ＨＣ）を掻き出し、排気ガス中の未燃ガス（ＨＣ）を再燃焼させ、排出未燃ガス（ＨＣ）を極力低減することができる。
【００４９】
ステップｓ５に達するとカウントタイマＴＩＭ１を駆動し、ステップｓ６でｔ０経過を待ち、ステップｓ７に進み、二次エアの吹出し停止処理と、オーバーラップ増大モードＵ１を停止し、定常モードＵｏに戻し処理し、メインルーチンに戻る。
ステップｓ１０で冷却水温度Ｔｗが寒冷判定温度（例えば、０℃）Ｔｃ２を下回ると判断してステップｓ１１に達する。
【００５０】
ここでは寒冷判定温度（例えば、０℃）Ｔｃ２を下回ることより、燃焼不安定化を抑制すべく、二次エア供給装置２４の駆動回路２８に高圧回転信号を出力し、駆動回路２８が電動モータ２６を高圧回転数で駆動し、エアポンプ２７を高吹出し圧で駆動する。この後、ステップｓ４〜７に順次進む。
【００５１】
この場合も、図３に示すようにオーバーラップ増大モードＵ１で、吸気バルブ４が開いた後の吸気負圧による排気引き戻し効果と二次エアの燃焼室２内への投入との相乗効果により、未燃ガスを二次エアおよび逆流排気ガスと攪拌し、未燃ガス（ＨＣ）を掻き出す機能が増し、排気ガス中の未燃ガス（ＨＣ）を再燃焼させ、排出未燃ガス（ＨＣ）を極力低減することができ、極低温時の燃焼安定性を確保できる。更に、オーバーラップ量Ｂ１を増大させることによって、吸気ポート６まで逆流排気ガスが到達し、吸気ポート壁面が加熱されて壁面付着燃料の霧化を促進することができる。
【００５２】
上述のところにおいて、第１、第２の冷態始動制御ルーチンでのステップｓ６では、所定経過時間ｔｏの経過した時点で、二次エアの吹出し停止処理と、開弁期間Ｖｅｏ・リフト可変調整手段による開弁期間Ｖｅｏを定常開弁モードに戻し処理していたが、所定経過時間ｔｏの経過前に冷却水Ｔｗが冷態判定温度Ｔｃ１以上となると、その時点でステップs７に進み、各々の制御が停止される。
【００５３】
上述のところにおいて、第２冷態始動制御ルーチンでのステップｓ１０では、寒冷判定温度Ｔｃ２を順次下回るか否かでエアポンプ２７を定常吹出し圧Ｐｎ１あるいは高吹出し圧Ｐｎ２で駆動していたが、これに代えて、図６に示すように、ステップｓ３’、ｓ１１’で示す処理を行なってもよい。
【００５４】
ここでは、冷却水温度Ｔｗが寒冷判定温度Ｔｃ２を上回る比較的緩やかな低温と判断すると、ステップｓ３’に進み、ここで所定経過時間ｔｏのカウントタイマＴＩＭ１のカウント値ｔｎに応じたエアポンプ２７の吹出し圧Ｐｅｖを吹出し圧−経過時間マップｍｐ（図７参照）より演算し、同吹出し圧Ｐｅｖを確保できる駆動出力で、電動モータ２６を駆動し、エアポンプ２７の吹出し圧を増減調整する。この吹出し圧−経過時間マップｍｐでは、燃焼安定化のため、経過時間初期ｅ１の吹出し圧ＰｅｖＬを高レベルに設定し、燃焼室２内の未燃ガス（ＨＣ）と二次エアの攪拌の程度を高める。その後の後期ｅ２においては時間経過に応じて電動モータ２６の回転レベル、即ち、攪拌の程度を徐々に低減させ、時間経過に応じた無駄な電動モータ２６のエネルギロス増を排除している。なお、寒冷判定温度Ｔｃ２以下でステップｓ１０よりステップｓ１１’に達した場合もステップｓ３’と同様に制御されるが、その吹出し圧−経過時間マップｍｐでの吹出し圧ＰｅｖＨがより高レベルに設定されることとなり、同様に時間経過に応じた無駄なエネルギロス増を排除している。
【００５５】
上述のところにおいて、第１、２冷態始動制御ルーチンでのステップｓ４では、吸排気バルブ可変調整部Ａｂとし、排気位相調整機構３４の位相制御用アクチュエータ３６ｅにより定常運転時の開弁時期θＥｃより遅角量−ΔθａずらせたθＥｃ１に排気バルブ５を切換え、図３に示すようにオーバーラップ増大モードＵ１で排気バルブ５を駆動した。これに対し、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、吸排気バルブ可変調整部Ａｂとし、吸気位相調整機構３３の位相制御用アクチュエータ３６ｉにより定常運転時の開弁時期θＩｃより進角量＋ΔθａずらせたθＩｃ２に吸気バルブ４（図８（ｂ）ではＩＮと記す）を切換え、オーバーラップ増大モードＵ１で吸気バルブ４を駆動してもよい。
【００５６】
更に、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、吸排気バルブ可変調整部Ａｂとし、吸排気位相調整機構３４、３４の位相制御用アクチュエータ３６ｉ、３６ｅにより定常運転時の開弁時期θＩｃ、θＥｃより進角量＋Δθａ、遅角量−ΔθａずらせたθＩｃ３、θＥｃ３に吸気バルブ４を切換え、オーバーラップ増大モードＵ１で吸排バルブ４、５（図９（ｂ）ではＩＮ、ＥＸと記す）を駆動してもよい。これらの場合も、図１の装置と同様の作用効果が得られる。
【００５７】
図１の内燃機関の排気浄化装置Ｍでは吸排カム２９、３０がそれぞれ単一の動弁装置４０であったが、これに代えて、図１０に示すように吸排カムがそれぞれ２つ装備されたカム２段切換え動弁装置６０を用い排気浄化装置Ｍａ（図１の排気浄化装置Ｍの記載を同様に用いて説明する）を構成しても良い。
なお、ここでの排気浄化装置Ｍａはカム２段切換え動弁装置６０以外の部分が図１の内燃機関の排気浄化装置Ｍとほぼ同様の構成部材を備え、ここでは、同一部材に同一符号を付し重複説明を略す。
【００５８】
カム２段切換え動弁装置６０は、シリンダヘッド１５の軸受け部５１にはカム軸３１、３２及び吸排ロッカシャフト６１、６２が互いに並列配備され、カム軸３１、３２に吸気カム２９ａ、２９ｂと排気カム３０ａ、３０ｂがそれぞれ配備される。吸気ロッカシャフト６１の軸部６１１には吸気ロッカアーム６４１が一体結合され、同吸気ロッカアーム６４１はその先端部で吸気バルブ４を駆動する。
【００５９】
吸気ロッカシャフト６１はその軸部６１１に大アーム６３のボス部６３１が枢支され、その隣に小アーム６４２が一体的に取り付けられる。大アーム６３の揺動端はローラ６５を介し大吸気カム２９ａに当接し、小アーム６４２の揺動端はローラ６６を介し小吸気カム２９ｂに当接する。
大アーム６３のボス部６３１と対向する軸部６１１内には、突出し可能に収容され、油路７２からの圧油で油圧駆動する切換えピン７３が配備される。
【００６０】
排気ロッカシャフト６２の軸部６２１には排気ロッカアーム６８１が一体結合され、同排気ロッカアーム６８１はその先端部で排気バルブ５を駆動する。排気ロッカシャフト６２はその軸部６２１に大アーム６７のボス部６７１が枢支され、その隣に小アーム６８２が一体的に取り付けられる。大アーム６７の揺動端はローラ６９を介し大排気カム３０ａに当接し、小アーム６８２の揺動端はローラ７１を介し小排気カム３０ｂに当接する。
大アーム６７のボス部６７１と対向する軸部６２１内には、突出し可能に収容され、油路７４からの圧油で油圧駆動する切換えピン７５が配備される。
【００６１】
各油路７２、７４はシリンダヘッド１８側に連続する制御油路７２ａ、７４ａを介し、オイルポンプ７６、オイルパン７７に連通する。ここで制御油路７２ａ、７４ａには切換え弁である電磁弁７８、７９が介装され、各電磁弁がコントローラ９ａにより駆動制御されることで切換えピン７３、７５の切換え、即ち、大小吸気カム、２９ａ、２９ｂ、大小排気カム３０ａ、３０ｂの切換えがなされる。なお、ここでは電磁弁７８、７９がオフで、切換えピン７３、７５が非突出し状態で、大アーム６３、６７が空作動して小カム２９ｂ、３０ｂと小アーム６４２、６８２の働きにより、図１１に破線で示すように、吸排バルブ４、５（図１１ではＩＮ、ＥＸと記す）が定常モードＵ０で駆動する。一方、電磁弁７８、７９オンで、切換えピン７３、７５が突出し作動して、大アーム６３、６７が大吸気、大排気カム２９ａ、３０ａにより駆動し、図１１に実線で示すように、吸排バルブ４、５がオーバーラップ増大モードＵａ１で駆動する。
【００６２】
なお、両ローラ６６、６８の半径は同一で、大吸気カム２９ａ、大排気カム３０ａと小吸気カム２９ｂ、小排気カム３０ｂは突出し部以外の円筒部は同一半径で形成される。
このようなカム２段切換え動弁装置６０は、図１１に示すように、切換えピン７３、７５の退却時には小吸気、小排気カム２９ｂ、３０ｂにより定常モードＵ０で吸排バルブ４、５が駆動され、切換えピン７３、７５の突出し時には大吸気、大排気カム２９ａ、３０ａにより、オーバーラップ増大モードＵａ１で吸排バルブ４、５が駆動し、未燃ガスと二次エアの撹拌を促進し、燃焼安定性確保と排ガス改善とを図ることができる。
【００６３】
このような内燃機関の排気浄化装置Ｍａはコントローラ９ａにより制御される。このコントローラ９ａは上述のコントローラ９と比較し図１２に示す第３冷態始動制御ルーチン以外の制御が同様のため、ここでは重複説明を略す。
図１２に示す第３冷態始動制御ルーチンに達すると、ステップｓ１で始動判定処理を行ない、ステップｓ２では冷却水温度Ｔｗが冷態判定温度Ｔｃ１を下回るか否か判断し、下回るとステップｓ３に、暖気後始動時にはＮｏ側のステップs７に進み、各々の制御が停止され、メインルーチンにリターンする。ステップｓ３では、二次エア供給装置２４の駆動回路に定常回転信号を出力し、エアポンプ２７を定常吹出し圧Ｐｎ１で駆動し、エアノズル２５から排気ポート７に定常吹出し圧Ｐｎ１の二次エアを吹き出し、燃焼室２内の排気ガスを攪拌し、排気ガス中の未燃ガス（ＨＣ）を再燃焼させる。
【００６４】
ステップｓ４に達すると吸排気バルブ可変調整部Ａｂ’とし、吸排気位相調整機構３４、３４の位相制御用アクチュエータ３５ｉ、３５ｅにより基準開弁時期θIｃ、θＥｃを保持する。
更に、カム２段切換え動弁装置６０を駆動制御し、即ち、電磁弁７８、７９オンで切換えピン７３、７５が突出し作動して、大アーム６３、６７が大吸気、大排気カム２９ａ、３０ａにより駆動し、吸排バルブ４、５がオーバーラップ増大モードＵａ１（図１１参照）で駆動する。
【００６５】
このオーバーラップ増大モードＵａ１での運転期間において、二次エアの投入を受けていること、吸気バルブ４が開いた後の吸気負圧による排気引き戻しとの相乗効果により、二次エアをより多く燃焼室内に取り込み、未燃ガスを二次エアおよび逆流排気ガスと攪拌し、未燃ガス（ＨＣ）を掻き出し、排気ガス中の未燃ガス（ＨＣ）を再燃焼させ、排出未燃ガス（ＨＣ）を極力低減することができる。更に、オーバーラップ量Ｂ１を増大させることによって、吸気ポート６まで逆流排気ガスが到達し、吸気ポート壁面が加熱されて壁面付着燃料の霧化を促進することができる。
【００６６】
ステップｓ５に達するとカウントタイマＴＩＭ１を駆動し、ステップｓ６でｔ０経過を待ち、ステップｓ７に進み、二次エアの吹出し停止処理と、オーバーラップ増大モードＵａ１を停止し、定常モードＵ０に戻し処理し、メインルーチンに戻る。
【００６７】
上述のところにおいて、内燃機関の排気浄化装置Ｍａの第３冷態始動制御ルーチンでは、ステップｓ４において、両電磁弁７８、７９オンで両切換えピン７３、７５が突出し作動して、大アーム６３、６７が大吸気、大排気カム２９ａ、３０ａにより駆動し、吸排バルブ４、５がオーバーラップ増大モードＵａ１（図１１参照）で駆動していた。しかし、これに代えて、図１３（ａ）、（ｂ）に示すようにステップｓ４’において、電磁弁７９オンで切換えピン７５が突出し作動して、大アーム６７が大排気カム３０ａにより駆動し、排気弁５がオーバーラップ増大モードＵｂ１で駆動するとしてもよい。逆に、図１４（ａ）、（ｂ）に示すようにステップｓ４”において、電磁弁７８オンで切換えピン７３が突出し作動して、大アーム６３が大吸気カム２９ａにより駆動し、吸気弁４がオーバーラップ増大モードＵｃ１で駆動するとしてもよい。これらの場合も、図１の装置と同様の作用効果が得られる。
【００６８】
さらに、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、ステップｓ４'''において、吸排気バルブ可変調整部Ａｂ’とし、吸排気位相調整機構３３、３４の位相制御用アクチュエータ３５ｉ、３５ｅを進角量＋Δθａおよび遅角量−Δθａを加えて定常時の開弁時期θIｃ、θＥｃを開弁時期θIｃ４、θＥｃ４に切換え保持する。これに加え、両電磁弁７８、７９オンで両切換えピン７３、７５が突出し作動して、大アーム６３、６７が大吸気、大排気カム２９ａ、３０ａにより駆動する。この結果、吸排バルブ４、５がオーバーラップＢ１のオーバーラップ増大モードＵｄ１で駆動するとしてもよい。これにより、カム２段切換え動弁装置６０に加え、吸気位相調整機構３３が吸気バルブ４の開弁時期、開弁期間あるいは弁リフト量を可変調整する吸気バルブ可変調整手段として機能し、排気位相調整機構３４が排気バルブの開弁時期、開弁期間あるいは弁リフト量を可変調整する排気バルブ可変調整手段として機能する。この場合も、図１の装置と同様の作用効果が得られる。
【００６９】
上述のところにおいて吸気バルブ可変調整手段、排気バルブ可変調整手段としてカム２段切換え動弁装置６０に吸排気位相調整機構３３、３４を加えた構成を示したが、このうち、カム２段切換え動弁装置６０に代えて、特開２００２−２５６９０５号公報に開示されるリフト・作動角可変機構を用い、開弁期間あるいはバルブリフト量の少なくとも一つを可変調整してもよい。この場合も、図１０のカム２段切換え動弁装置６０を用いた排気浄化装置Ｍａと同様の作用効果が得られる。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、吸気バルブが開いた後の吸気負圧による排気引き戻し作用とオーバラップ中の二次エアの燃焼室への投入との相乗効果を利用して、二次エアおよび排気ガスをより多く燃焼室内に流入させ、燃焼室の未燃ガスを二次エアおよび逆流排気ガスと攪拌して再燃焼を促進させ、排気ガス昇温による燃焼安定化を早期に図れ、排気ガス中に残留する未燃ガスを低減させることができる。更に、オーバーラップ量を増大させることによって、吸気ポートまで逆流排気ガスが到達し、吸気ポート壁面が加熱されて壁面付着燃料の霧化を促進することができる。
【００７３】
特に、オーバーラップ調整および二次エア供給処理の後、所定時間経過すると、排気ガス中の未燃ガスが低減した運転域に入っていることを考慮し、所定時間経過後の無駄なオーバーラップ調整および二次エア供給の駆動を停止し、無駄な出力ロスを防止できる。
【００７４】
請求項２の発明は、オーバーラップ調整および二次エア供給処理の上で、所定時間が経過する前に車両の発進があると、同時点でオーバーラップ量を定常量に戻し、２次エア供給装置を停止させ、発進後はオーバーラップ調整および二次エア供給の駆動を停止し、運転性重視の制御を許容することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての内燃機関の排気浄化装置を装備したエンジンの概略構成図である。
【図２】図１の内燃機関の排気浄化装置内の動弁装置の要部平面図である。
【図３】図１の内燃機関の排気浄化装置の吸排気弁の開弁モード説明図である。
【図４】図１の内燃機関の排気浄化装置が行なう第１冷態始動制御ルーチンのフローチャートである。
【図５】図１の内燃機関の排気浄化装置が行なう第２冷態始動制御ルーチンのフローチャートである。
【図６】図１の内燃機関の排気浄化装置が行なう第２冷態始動制御ルーチンの他の変形例である。
【図７】図１の内燃機関の排気浄化装置が行なう冷態始動制御ルーチンの第２変形例で用いる吹出し圧−経過時間マップｍｐの特性図である。
【図８】図１の内燃機関の排気浄化装置が行なう第２冷態始動制御ルーチンの他の変形例で、（ａ）はステップ４’を、（ｂ）は吸排気弁の開弁モード説明図を示す。
【図９】図１の内燃機関の排気浄化装置が行なう第２冷態始動制御ルーチンの他の変形例で、（ａ）はステップ４”を、（ｂ）は吸排気弁の開弁モード説明図を示す。
【図１０】本発明の他の実施形態としての内燃機関の排気浄化装置で用いる動弁装置の要部平面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態としての内燃機関の排気浄化装置で用いる吸排気弁の開弁モード説明図である。
【図１２】図１０の動弁装置を有する内燃機関の排気浄化装置が行なう第３冷態始動制御ルーチンのフローチャートである。
【図１３】図１２の第３冷態始動制御ルーチンの変形例で、（ａ）はステップ４’を、（ｂ）は吸排気弁の開弁モード説明図を示す。
【図１４】図１２の第３冷態始動制御ルーチンの他の変形例で、（ａ）はステップ４”を、（ｂ）は吸排気弁の開弁モード説明図を示す。
【図１５】図１２の第３冷態始動制御ルーチンの他の変形例で、（ａ）はステップ４'''を、（ｂ）は吸排気弁の開弁モード説明図を示す。
【図１６】内燃機関の二次エア供給装置の概略図である。
【図１７】内燃機関の二次エア供給装置の機能説明図である。
【符号の説明】
１、１ａ エンジン
５ 排気バルブ
７ 排気ポート
９、９ａ コントローラ（制御手段）
２４ 二次エア供給装置
４０ 動弁装置
４５ 水温センサ（運転情報検出手段）
６０ カム２段切換え動弁装置
Ａａ 二次エア制御部
Ａｂ 排気バルブ可変調整部
Ｂ０、Ｂ１ オーバーラップ量
Ｍ、Ｍａ 内燃機関の排気浄化装置
Ｒｉ 吸気路
Ｒｅ 排気路
Ｔｗ 冷却水温（運転情報）
Ｔｃ１ 冷態判定温度
Ｕ１ オーバーラップ増大モード
Ｐｎ１ 定常吹出し圧
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガス中の未燃ガスの排出量を抑制できる内燃機関の排気浄化装置、特に、二次エアを排気ポート側より燃焼室に投入し、未燃ガスを再燃焼させる内燃機関の排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関はその燃焼行程で残留した未燃ガス（ＨＣ）が排気行程で排気ガスと共に排出される傾向にある。例えば図１７に示すように、シリンダヘッド１００とシリンダブロック１１０の燃焼室側隙間（クレビス）ｐ１やピストンとシリンダ壁間の燃焼室側隙間（クレビス）ｐ２に未燃ガス（ＨＣ）が侵入すると、これらには火炎が届かず燃え残る。しかも、ピストン頂部周縁ｐ３には経時的に燃えかすであるデポジットが堆積し、このデポジット生成物内の隙間にも未燃ガス（ＨＣ）が侵入すると、これには火炎が届かず燃え残る。更に、シリンダ壁ｐ４のオイル膜に未燃ガスが付着するとこれが燃え残る。又、シリンダヘッド１００の燃焼室壁１０１は温度が低いために火炎は燃焼室壁１０１の近くでは消炎し、シリンダヘッドの燃焼室壁近傍の未燃ガス（ＨＣ）も燃え残る傾向にある。
【０００３】
このように、燃焼行程で火炎非到達域に侵入している未燃ガス（ＨＣ）は燃焼室内が低圧化する排気行程において、火炎非到達域より排気ポートを経て排気され、排気ガス悪化を招く。特に、内燃機関はその冷態始動時おいて、その燃焼安定性を確保するため、比較的リッチな混合気が供給されており、燃焼行程で燃え残る未燃ガス（ＨＣ）の排出量が増加し易くなっている。
【０００４】
そこで、この対策として、不図示の排気路上に早期活性化する前段触媒と、その後方に主触媒を配備して冷態始動直後の未燃ガス（ＨＣ）の排出を抑制することが行なわれているが、この触媒だけでは触媒温度が低く活性が不充分な冷態始動時においては十分な未燃ガス（ＨＣ）の排出防止策と成っていない。
【０００５】
そこで、排気行程において、図１６に示すように、排気ポート１３０内に装着したノズル１４０により二次エアを排気弁１５０の背側より燃焼室１６０に向けて投入し、燃焼室１６０から排出されようとしている排気ガスを燃焼室に逆流させ、攪拌し、これにより、燃焼室１６０から排出される前に残留する未燃ガス（ＨＣ）を二次エアにより再燃焼させ、特に、排気行程での低圧化に応じて火炎非到達域より火炎到達域に達し、燃焼室から排出されようとしている未燃ガス（ＨＣ）を二次エアにより再燃焼させ、未燃ガスの排出を抑制している。
【０００６】
例えば、特開平８−１５８８５８号公報（特許文献１）には、冷態始動後に未燃ガス（ＨＣ）の低減を図るため、二次エアを吹き、しかも、排気流動バルブ（シャッター）を閉じるが、これによる内部ＥＧＲ量の上昇が燃焼不安定化を招くことより、排気バルブタイミングを進角して吸気バルブとのオーバーラップ量を小さくし、内部ＥＧＲ量の過度な上昇を防止し、燃焼安定化を図っている。
【０００７】
更に、特開２００１−２６３０５０号公報（特許文献２）には、冷態始動後に排気バルブを進角し、吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ量を増加させ、排気管内への未燃ガスの流出を促進させ、これに二次エアを吹くことで未燃ガス（ＨＣ）の排気管内での後燃えを促進し、触媒の早期活性化を図り、未燃ガス排出を抑えるというものが開示される。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−１５８８５８号公報
【特許文献２】
特開２００１−２６３０５０号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、特許文献１の技術は二次エアを吹くことによる内部ＥＧＲ量の過度の上昇による燃焼不安定化を防止するために、排気バルブタイミングを進角して、燃焼安定化を図るというものであり、特許文献２の技術は排気管内での未燃ガス（ＨＣ）の燃焼促進により触媒の早期活性化を図り、未燃ガス（ＨＣ）排出を抑えるというものであります。
【００１０】
このように両特許文献の技術とも、二次エアと未燃ガス（ＨＣ）の反応による排気昇温効果（触媒早期活性化）を期待し、しかも、二次エア投入運転域において、空燃比リッチ化の度合いと二次エア投入量との最適化が難しく、未燃ガス（ＨＣ）の排出量が増加する場合がある、との点を改善することを考慮した技術と成っています。
【００１１】
しかし、両特許文献の技術は、燃焼室内への二次エア供給を積極的に的確に行なうことができるものではない。即ち、燃焼室内への二次エア流入および排気ガスの逆流をより促進し、これにより燃焼室内の未燃ガス（ＨＣ）を積極的に攪拌して再燃焼させ、その再燃焼反応による排気昇温効果（触媒早期活性化）及び未燃ガス（ＨＣ）低減効果、早期の燃焼安定化を促進するということはできない。
【００１２】
このため、燃焼室内へ積極的に二次エアおよび排気ガスを流入させ、燃焼室内の未燃ガス（ＨＣ）を積極的に攪拌して再燃焼し、未燃ガス（ＨＣ）の排出量を抑え、しかも、燃焼安定化を図ることが可能な装置が期待されている。
本発明は、以上のような課題に基づき、内燃機関の冷態始動時の未燃ガス（ＨＣ）の燃焼室内での再燃焼をより促進し、未燃ガス（ＨＣ）の排出量をより的確に抑え、燃焼安定化を促進することのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、エアノズルが排気バルブの背部に向けて装着されると共に内燃機関の燃焼室より流出する排気ガスを燃焼室に逆流させるよう排気ポートの開口に向けて２次エアを噴射する２次エア供給装置と、吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方の開弁時期、開弁期間或いは弁リフト量を可変調整するバルブ調整手段と、内燃機関の運転情報を検出する運転情報検出手段と、内燃機関の運転情報より内燃機関が冷態判定温度を下回ると判定すると、前記２次エア供給装置を駆動すると共に前記バルブ調整手段を作動して、吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ量を定常運転時より増大させ、その上で所定時間経過後はオーバーラップ量を経過時間に比例して減少させて定常量に戻し、その戻し時点で上記２次エア供給装置を停止させる制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
このように、内燃機関の冷態始動時に、二次エア供給装置が二次エアを排気ポートの開口より燃焼室内に投入させ、バルブ調整手段が吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方の開弁時期、開弁期間或いは弁リフト量を可変調整してオーバーラップ量を定常運転時より増大させ、これにより吸気バルブが開いた後の吸気負圧による排気引き戻し効果とオーバラップ中の二次エアの燃焼室への投入との相乗効果を利用して、二次エアおよび排気ガスをより多く燃焼室内に流入させ、燃焼室の未燃ガスを二次エアおよび逆流排気ガスと攪拌して再燃焼を促進させ、排気ガス昇温による燃焼安定化を早期に図り、排気ガス中に残留する未燃ガスを低減させることができる。更に、オーバーラップ量を増大させることによって、吸気ポートまで逆流排気ガスが到達し、吸気ポート壁面が加熱されて壁面付着燃料の霧化を促進することができる。
【００１９】
特に、オーバーラップ調整および二次エア供給処理の後、所定時間経過すると、排気ガス中の未燃ガスが低減した運転域に入っていることを考慮し、所定時間経過後の無駄なオーバーラップ調整および二次エア供給の駆動を停止し、無駄な出力ロスを防止できる。
【００２０】
請求項２の発明は、エアノズルが排気バルブの背部に向けて装着されると共に内燃機関の燃焼室より流出する排気ガスを燃焼室に逆流させるよう排気ポートの開口に向けて２次エアを噴射する２次エア供給装置と、吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方の開弁時期、開弁期間或いは弁リフト量を可変調整するバルブ調整手段と、内燃機関の運転情報を検出する運転情報検出手段と、内燃機関の運転情報より内燃機関が冷態判定温度を下回ると判定すると、前記２次エア供給装置を駆動すると共に前記バルブ調整手段を作動して、吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ量を定常運転時より増大させ、その上で所定時間経過前に車両の発進があると、同時点でオーバーラップ量を定常量に戻し、上記２次エア供給装置を停止させることを特徴とする。
このように内燃機関の冷態始動時に、吸気バルブが開いた後の吸気負圧による排気引き戻し効果とオーバラップ中の二次エアの燃焼室への投入との相乗効果を利用して、二次エアおよび排気ガスをより多く燃焼室内に流入させ、燃焼室の未燃ガスを二次エアおよび逆流排気ガスと攪拌して再燃焼を促進させ、排気ガス昇温による燃焼安定化を早期に図り、排気ガス中に残留する未燃ガスを低減させることができる。更に、オーバーラップ量を増大させることによって、吸気ポートまで逆流排気ガスが到達し、吸気ポート壁面が加熱されて壁面付着燃料の霧化を促進することができる。特に、オーバーラップ調整および二次エア供給処理の上で、所定時間が経過する前に車両の発進があると、同時点でオーバーラップ量を定常量に戻し、２次エア供給装置を停止させ、発進後はオーバーラップ調整および二次エア供給の駆動を停止し、運転性重視の制御を許容することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態としての内燃機関の排気浄化装置Ｍと、同装置を装備する内燃機関を示した。排気浄化装置Ｍは図１に示す内燃機関としての４サイクル４気筒ガソリンエンジン（以後、単にエンジン１と記す）に装着され、燃焼室２での排気の再燃焼を促進して、排気ガス改善を図るよう機能する。
ここで、エンジン１にはクランクシャフト３の回転力で駆動する吸排バルブ４、５が配備され、同吸排バルブ４、５により吸気路Ｒｉ側の吸気ポート６、排気路Ｒｅ側の排気ポート７を燃焼室２に断続的に連通する。更に、各気筒には燃料噴射弁８及び点火プラグ１０が装着される。
【００２２】
エンジン１は吸気ポート６に燃料噴射するマルチポイントインジェクション式を採り、各気筒の燃料噴射弁８には不図示の燃料供給系より等圧燃料が供給されており、エンジンコントローラ（以後単にコントローラ９と記す）内の燃料量制御部Ａ１が空燃比Ａ／Ｆその他の運転情報より導出した燃料噴射量Ｔｉｎｊ相当のパルス幅の燃料噴射出力Ｄ（Ｔｉｎｊ）を受けて噴射作動をする。
【００２３】
エンジン１の燃料量制御部Ａ１によって、定常運転域では理論空燃比Ａ／Ｆ（１５、０）を保持して混合気の燃焼を行うことで、排気路Ｒｅの前段触媒１１、主触媒１２の浄化効率を高レベルに保持する。なお、暖機運転時は後述の二次エアと未燃ガス（ＨＣ）の反応による排気昇温効果（触媒早期活性化）を期待し、空燃比がリッチ化される。
点火系の点火プラグ１０は点火回路１３に接続され、点火回路１３はコントローラ９内の点火制御部Ａ２から後述するように点火時期ＩＧＴの信号を受けた際に、同点火時期ＩＧＴに点火出力Ｄｉｇを点火プラグ１０に発し、点火駆動する。
【００２４】
吸気路Ｒｉはエアクリーナ２０からのエアをエンジン本体内の各気筒に流入させるもので、電子制御式のスロットルバルブ（以後単にＥＴＶ１４と記す）１４を備えた吸気管１５、その下流のサージタンク１６、そのサージタンクから分岐して延出する分岐吸気路ｒｉを備えた吸気マニホールド１７、各分岐吸気路ｒｉに連通するようシリンダヘッド１８内に形成され各気筒の吸気バルブ４の開時に燃焼室２に連通する吸気ポート６とを備える。ＥＴＶ１４はコントローラ９内に設けられたスロットル弁駆動部Ａ３から後述するように開弁出力Ｐｏを受けた際に、同弁開度に切換えるよう構成されている。
【００２５】
ＥＴＶ１４の回転軸にはスロットル開度センサ１９が装着され、これより発せられるスロットル開度θｓ信号はコントローラ９に入力される。更に、吸気管１５には吸入空気量Ｑａを検出するエアフローセンサ２２が装着され、吸入空気量Ｑａ信号はコントローラ９に入力される。
【００２６】
排気路Ｒｅは各気筒の燃焼室２の排気ガスを排気バルブ５の開時に排気ポート７より排気マニホールド２３内の各分岐排気路ｒｅに導き、更に、排気ガスを排気管４０の途中に設けた前段触媒１１とその下流の主触媒１２に順次導き、大気開放側に流下させている。前段触媒１１はＣＯ、ＨＣおよびＮＯｘを浄化する三元触媒で形成され、特に、小容量で早期に活性化して冷態始動直後の未燃ガス（ＨＣ）の浄化に寄与するよう形成され、主触媒１２は大容量の三元触媒で形成され、定常運転時の大容量の排気ガス浄化に寄与するよう形成される。
【００２７】
各気筒の排気ポート７には、二次エア供給装置２４のエアノズル２５が排気バルブ５の背部に向けて装着される。二次エア供給装置２４は、電動モータ２６で駆動のエアポンプ２７と、電動モータ２６の回転を可変駆動する駆動回路２８と、エアポンプ２７に連結されるエアノズル２５とを有する。エアポンプ２７はコントローラ９内の二次エア制御部Ａａから駆動回路２８に出力される制御信号に応じて駆動され、エアノズル２５から排気ポート７に二次エアを吹き出すことにより、燃焼室２より排気ポート７に流出する排気ガスの要部を燃焼室２に逆流させ、燃焼室２内の排気ガスを攪拌し、これにより燃焼室２内の未燃ガス（ＨＣ）を掻き出し、これら排気ガス中の未燃ガス（ＨＣ）を二次エアで再燃焼させる。
【００２８】
吸排気バルブ４、５を駆動する動弁系はＤＯＨＣ式の動弁装置４０であり、吸排カム２９、３０を備えた吸排カム軸３１、３２は図示しないベルト回転伝達手段を介してクランクシャフト３の回転を伝達され、回転駆動する。
図２に示すように、動弁装置４０は各気筒毎の吸気バルブ４、排気バルブ５を駆動する。ここでシリンダヘッド１８の軸受け部５１には吸排カム軸３１、３２及び吸排ロッカシャフト５２、５３が互いに並列配備され、吸排カム軸３１、３２に吸排カム２９、３０が配備される。
【００２９】
吸排ロッカシャフト５２、５３には吸排ロッカアーム５４、５５が枢支される。吸気ロッカアーム５４はその一端に枢支するローラ５６を介して吸気カム２９に当接し、他端が吸気バルブ４に当接する。排気ロッカアーム５５はその一端に枢支するローラ５７を介して排気カム３０に当接し、他端が排気バルブ５に当接する。
【００３０】
図２に示すように、吸カム軸３１は吸気カム２９の開弁時期（開弁中心時期）θＩｃを可変調整する吸気バルブ可変調整手段である吸気位相調整機構３３を備える。同じく、排カム軸３２は排気バルブ５の開弁時期（開弁中心時期）θＥｃ（図３参照）を可変調整する排気バルブ可変調整手段である排気位相調整機構３４を備える。これら吸排気位相調整機構３３、３４によりバルブ調整手段が構成される。
【００３１】
コントローラ９内には二次エア供給装置２４の制御部である二次エア制御部Ａａが配備され、これはエンジンの運転情報よりエンジン１が冷態判定温度Ｔｃを下回ると判定すると、二次エア供給装置２４を駆動するよう制御する。
コントローラ９内には吸気及び排気バルブ可変調整手段である吸排気位相調整機構３３、３４の制御部である吸排気バルブ可変調整部Ａｂが配備され、これはエンジンの運転情報よりエンジン１が冷態判定温度Ｔｃを下回ると判定すると、排気バルブ５の開弁時期（開弁中心時期）を定常運転時の開弁時期θＥｃより遅角量−ΔθａずらせたθＥｃ１に設定し、吸気バルブ４と排気バルブ５のオーバーラップ量を定常運転時の量Ｂ０より増大したオーバーラップ量Ｂ１に制御するよう機能する。
【００３２】
図２に示すように、吸排気位相調整機構３３、３４は排カム軸３２の前端部に設けられたスプロケット３５ｉ、３５ｅと、同スプロケットと吸排カム軸３１、３２とを相対回転可能に連結する位相制御用アクチュエータ３６ｉ、３６ｅとを備える。スプロケット３５ｉ、３５ｅは図示せぬタイミングベルトを介してクランクシャフト３に連結される。位相制御用アクチュエータ３６ｉ、３６ｅは電磁式の回転型アクチュエータからなり、コントローラ９内の吸排気バルブ可変調整部Ａｂからの制御信号Ｓｔｉ、Ｓｔｅを受けた各駆動回路３７ｉ、３７ｅによって駆動制御される。これにより、吸排バルブ４、５のリフトにおける開弁時期（開弁中心時期）θIｃ、θＥｃが遅角あるいは進角される。この吸排気位相調整機構３３、３４の制御状態である吸排カム軸３１、３２の回転位置は駆動軸センサ３８ｉ、３８ｅによって検出され、コントローラ９に出力される。
【００３３】
エンジン１はその給排気系及び燃料供給系、点火系をコントローラ９によって制御される。
コントローラ９は運転情報検出手段によりエンジン１の運転情報を検出する。運転情報検出手段としての、クランク角センサ４１は単位クランク角Δθｃ及びエンジン回転数Ｎｅを、スロットル開度センサ１９はスロットル開度θｓを、エアフローセンサ２２は吸入空気量Ｑａを、車速センサは車速Ｖｃを、空燃比センサ４３は空燃比Ａ／Ｆを、シリンダブロック４４に装着された水温センサ４５は冷却水の水温ｗｔをそれぞれコントローラ９に入力する。
【００３４】
ここで、コントローラ９のスロットル弁駆動部Ａ３は、アクセルペダル開度θａ、車速Ｖｃ、冷却水の水温ｗｔ、等に応じた通常時弁開度Ｐｏ、或いは暖機時弁開度Ｐｏを求め、その上で、演算された通常時或いは暖機時弁開度Ｐｏ相当の各開弁出力をＥＴＶ１４に出力し、吸気量制御処理を行っている。
コントローラ９の燃料量制御部Ａ１は、定常時にエンジン回転数Ｎｅとスロットル開度θｓに応じた基本燃料噴射量Ｔｂを求め、これに空燃比Ａ／Ｆ、水温ｗｔ等の補正値ＴＡ／Ｆ、Ｔｗｔを加えて燃料噴射量Ｔｉｎｊ（＝Ｔｂ＋ＴＡ／Ｆ＋Ｔｗｔ）を導出する。その上で、演算された燃料噴射量Ｔｉｎｊ相当の出力信号Ｄを燃料噴射弁８に出力し、燃料噴射量制御を行っている。
【００３５】
ここで、暖機運転時の内、後述の二次エア供給時には、この二次エアと未燃ガス（ＨＣ）の反応による排気昇温効果（触媒早期活性化）を期待し、空燃比Ａ／Ｆの補正値ＴＡ／Ｆがリッチ用の補正値ＴＡ／Ｆｒで燃料噴射量Ｔｉｎｊが演算され、リッチ化された燃料供給がなされる。
コントローラ９の点火制御部Ａ２は、定常時において、スロットル開度θｓ等に応じた基本点火時期ＩＧＴｂと運転状態に応じた遅角補正値ΔＩＧより点火時期ＩＧＴを導出する。その上で、演算され点火時期ＩＧＴ相当の出力信号Ｄｉｇを点火プラグ１０にそれぞれ出力し点火処理を行っている。
【００３６】
次に、図１に示す内燃機関の排気浄化装置Ｍの作動をコントローラ９が行なう図４の第１冷態始動制御ルーチンに沿って説明する。
コントローラ９はメインスイッチのオンと同時に図示しないメインルーチンに沿ってエンジン１の燃料系、点火系、吸気系の制御を行ない、その途中で冷態始動制御ルーチンの処理を行なう。
【００３７】
第１冷態始動制御ルーチンに達すると、ステップｓ１で始動判定処理を行ない、始動判定後にステップｓ２に進む。この始動判定処理では、スタータ駆動後の所定時間内におけるエンジン回転数Ｎｅが始動判定回転数Ｎｅｓ、例えば３００ｒｐｍを越えたか否か判断し、始動前はメインルーチンにリターンし、始動完了後にはステップｓ２に達する。ここでは冷却水温度Ｔｗが冷態判定温度Ｔｃ１（例えば、２５℃）を下回るか否か判断し、下回るとステップｓ３に、暖気後始動時にはＮｏ側のステップs７に進み、後述するように、各々の制御が停止され、メインルーチンにリターンする。
【００３８】
ステップｓ３では二次エア制御部Ａａとして機能し、ここでは冷態判定温度Ｔｃ１以下であり、二次エア供給装置２４の駆動回路に定常回転信号を出力し、駆動回路が電動モータ２６を定常回転数で駆動し、エアポンプ２７を定常吹出し圧Ｐｎ１で駆動する。
これによりエアノズル２５から排気ポート７に定常吹出し圧Ｐｎ１の二次エアを吹き出し、排気行程で燃焼室２より排気ポート７に流出する排気ガスを燃焼室２に逆流させる。
【００３９】
ステップｓ３よりステップｓ４に達すると、ここでは吸排気バルブ可変調整部Ａｂとして機能する。ここでは吸気位相調整機構３３の位相制御用アクチュエータ３６によりスプロケット３５ｉと吸カム軸３１を基準開弁時期（開弁中心時期）θIｃに保持する。一方、排気位相調整機構３４の位相制御用アクチュエータ３６ｅによりスプロケット３５ｅに対して定常運転時の開弁時期θＥｃより遅角量−ΔθａずらせたθＥｃ１に切換え保持する。
【００４０】
これにより、図３に示すように、基準開弁時期（開弁中心時期）θIｎの吸気バルブ４（図３ではＩＮと記す）に対して遅角量−Δθａずらせた開弁時期θＥｃ１で駆動する排気バルブ５（図３ではＥＸと記す）はオーバーラップ量Ｂ１を保つようにして駆動する。
【００４１】
この時、定常運転時より増大したオーバーラップ量Ｂ１でのオーバーラップ増大モードＵ１での運転期間において、吸気バルブ４が開いた後の吸気負圧による排気引き戻し効果と、二次エアの燃焼室２内への投入との相乗効果により、オーバラップ中に二次エアおよび逆流排気ガスをより多く燃焼室内に取り込み、燃焼室の未燃ガスを二次エアおよび逆流排気ガスと攪拌し、未燃ガス（ＨＣ）を掻き出し、これらを攪拌し、二次エアおよび逆流排気ガスで未燃ガス（ＨＣ）を再燃焼させ、排出未燃ガス（ＨＣ）を極力低減することができる。更に、オーバーラップ量Ｂ１を増大させることによって、吸気ポート６まで逆流排気ガスが到達し、吸気ポート壁面が加熱されて壁面付着燃料の霧化を促進することができる。
【００４２】
ステップｓ４よりステップｓ５に達すると、ここでは所定経過時間ｔｏのカウントタイマＴＩＭ１を駆動し、ステップｓ６で経過前はそのままメインルーチンにリターンし、経過した時点でステップｓ７に進み、ここで二次エアの吹出し停止処理と、オーバーラップ増大モードＵ１での吸排気位相調整機構３４、３４の駆動を停止し、定常モード（吸排バルブ４、５を基準開弁時期θIｎ、θＥｎで駆動）Ｕ０に戻し処理し、メインルーチンに戻る。
【００４３】
このように、図１の内燃機関の排気浄化装置Ｍではエンジン冷態始動時において、冷態判定温度Ｔｃ１以下では、オーバーラップ増大モードＵ１での運転期間において、吸気バルブ４が開いた後の吸気負圧による排気引き戻し効果と、二次エアの燃焼室２内への投入との相乗効果により、オーバラップ中に二次エアをより多く燃焼室内に取り込みでき、燃焼室２の排気行程の時点で排出されようとしていた未燃ガスを二次エアおよび逆流排気ガスと十分に攪拌して再燃焼させ、排気ガス中に残留する未燃ガスを低減させることができる。更に、オーバーラップ量Ｂ１を増大させることによって、吸気ポート６まで逆流排気ガスが到達し、吸気ポート壁面が加熱されて壁面付着燃料の霧化を促進することができる。
【００４４】
上述のところにおいて、第１冷態始動制御ルーチンでステップｓ２で、冷却水温度Ｔｗが冷態判定温度Ｔｃ１（例えば、２５℃）を下回るか否か判断し、下回るとステップｓ３以下の制御を行なっていたが、これに代えて図５に示すような第２冷態始動制御ルーチンを実行しても良い。ここで、第２冷態始動制御ルーチンにおいて、第１冷態始動制御ルーチンでの処理と同様になされる処理には同一ステップ符号を付し、重複説明を略す。
【００４５】
第２冷態始動制御ルーチンに達すると、ステップｓ１で始動判定処理を行ない、ステップｓ２では冷却水温度Ｔｗが冷態判定温度Ｔｃ１を下回るか否か判断し、下回るとステップｓ１０に、暖気後始動時にはステップs７に進み、後述するように、各々の制御が停止され、メインルーチンにリターンする。ステップｓ１０では、冷却水温度Ｔｗが冷態判定温度Ｔｃ１より更に低い寒冷判定温度（例えば、０℃）を下回るか否か判断し、Ｎｏでステップｓ３に、Ｙｅｓでステップｓ１１に進む。
【００４６】
ステップｓ３では、二次エア供給装置２４の駆動回路に定常回転信号を出力し、エアポンプ２７を定常吹出し圧Ｐｎ１で駆動し、エアノズル２５から排気ポート７に定常吹出し圧Ｐｎ１の二次エアを吹き出し、燃焼室２内の排気ガスを攪拌し、排気ガス中の未燃ガス（ＨＣ）を再燃焼させる。
【００４７】
ステップｓ４に達すると吸排気バルブ可変調整部Ａｂとし、吸気位相調整機構３３の位相制御用アクチュエータ３６ｉにより基準開弁時期θIｎを保持し、排気位相調整機構３４の位相制御用アクチュエータ３６ｅにより定常運転時の開弁時期θＥｃより遅角量−ΔθａずらせたθＥｃ１に切換え、図３に示すようにオーバーラップ増大モードＵ１で排気バルブ５を駆動する。
【００４８】
オーバーラップ増大モードＵ１での運転期間において、吸気バルブ４が開いた後の吸気負圧による排気引き戻し効果と、二次エアの燃焼室２内への投入との相乗効果により、二次エアをより多く燃焼室内に取り込み、未燃ガスを二次エアと攪拌し、未燃ガス（ＨＣ）を掻き出し、排気ガス中の未燃ガス（ＨＣ）を再燃焼させ、排出未燃ガス（ＨＣ）を極力低減することができる。
【００４９】
ステップｓ５に達するとカウントタイマＴＩＭ１を駆動し、ステップｓ６でｔ０経過を待ち、ステップｓ７に進み、二次エアの吹出し停止処理と、オーバーラップ増大モードＵ１を停止し、定常モードＵｏに戻し処理し、メインルーチンに戻る。
ステップｓ１０で冷却水温度Ｔｗが寒冷判定温度（例えば、０℃）Ｔｃ２を下回ると判断してステップｓ１１に達する。
【００５０】
ここでは寒冷判定温度（例えば、０℃）Ｔｃ２を下回ることより、燃焼不安定化を抑制すべく、二次エア供給装置２４の駆動回路２８に高圧回転信号を出力し、駆動回路２８が電動モータ２６を高圧回転数で駆動し、エアポンプ２７を高吹出し圧で駆動する。この後、ステップｓ４〜７に順次進む。
【００５１】
この場合も、図３に示すようにオーバーラップ増大モードＵ１で、吸気バルブ４が開いた後の吸気負圧による排気引き戻し効果と二次エアの燃焼室２内への投入との相乗効果により、未燃ガスを二次エアおよび逆流排気ガスと攪拌し、未燃ガス（ＨＣ）を掻き出す機能が増し、排気ガス中の未燃ガス（ＨＣ）を再燃焼させ、排出未燃ガス（ＨＣ）を極力低減することができ、極低温時の燃焼安定性を確保できる。更に、オーバーラップ量Ｂ１を増大させることによって、吸気ポート６まで逆流排気ガスが到達し、吸気ポート壁面が加熱されて壁面付着燃料の霧化を促進することができる。
【００５２】
上述のところにおいて、第１、第２の冷態始動制御ルーチンでのステップｓ６では、所定経過時間ｔｏの経過した時点で、二次エアの吹出し停止処理と、開弁期間Ｖｅｏ・リフト可変調整手段による開弁期間Ｖｅｏを定常開弁モードに戻し処理していたが、所定経過時間ｔｏの経過前に冷却水Ｔｗが冷態判定温度Ｔｃ１以上となると、その時点でステップs７に進み、各々の制御が停止される。
【００５３】
上述のところにおいて、第２冷態始動制御ルーチンでのステップｓ１０では、寒冷判定温度Ｔｃ２を順次下回るか否かでエアポンプ２７を定常吹出し圧Ｐｎ１あるいは高吹出し圧Ｐｎ２で駆動していたが、これに代えて、図６に示すように、ステップｓ３’、ｓ１１’で示す処理を行なってもよい。
【００５４】
ここでは、冷却水温度Ｔｗが寒冷判定温度Ｔｃ２を上回る比較的緩やかな低温と判断すると、ステップｓ３’に進み、ここで所定経過時間ｔｏのカウントタイマＴＩＭ１のカウント値ｔｎに応じたエアポンプ２７の吹出し圧Ｐｅｖを吹出し圧−経過時間マップｍｐ（図７参照）より演算し、同吹出し圧Ｐｅｖを確保できる駆動出力で、電動モータ２６を駆動し、エアポンプ２７の吹出し圧を増減調整する。この吹出し圧−経過時間マップｍｐでは、燃焼安定化のため、経過時間初期ｅ１の吹出し圧ＰｅｖＬを高レベルに設定し、燃焼室２内の未燃ガス（ＨＣ）と二次エアの攪拌の程度を高める。その後の後期ｅ２においては時間経過に応じて電動モータ２６の回転レベル、即ち、攪拌の程度を徐々に低減させ、時間経過に応じた無駄な電動モータ２６のエネルギロス増を排除している。なお、寒冷判定温度Ｔｃ２以下でステップｓ１０よりステップｓ１１’に達した場合もステップｓ３’と同様に制御されるが、その吹出し圧−経過時間マップｍｐでの吹出し圧ＰｅｖＨがより高レベルに設定されることとなり、同様に時間経過に応じた無駄なエネルギロス増を排除している。
【００５５】
上述のところにおいて、第１、２冷態始動制御ルーチンでのステップｓ４では、吸排気バルブ可変調整部Ａｂとし、排気位相調整機構３４の位相制御用アクチュエータ３６ｅにより定常運転時の開弁時期θＥｃより遅角量−ΔθａずらせたθＥｃ１に排気バルブ５を切換え、図３に示すようにオーバーラップ増大モードＵ１で排気バルブ５を駆動した。これに対し、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、吸排気バルブ可変調整部Ａｂとし、吸気位相調整機構３３の位相制御用アクチュエータ３６ｉにより定常運転時の開弁時期θＩｃより進角量＋ΔθａずらせたθＩｃ２に吸気バルブ４（図８（ｂ）ではＩＮと記す）を切換え、オーバーラップ増大モードＵ１で吸気バルブ４を駆動してもよい。
【００５６】
更に、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、吸排気バルブ可変調整部Ａｂとし、吸排気位相調整機構３４、３４の位相制御用アクチュエータ３６ｉ、３６ｅにより定常運転時の開弁時期θＩｃ、θＥｃより進角量＋Δθａ、遅角量−ΔθａずらせたθＩｃ３、θＥｃ３に吸気バルブ４を切換え、オーバーラップ増大モードＵ１で吸排バルブ４、５（図９（ｂ）ではＩＮ、ＥＸと記す）を駆動してもよい。これらの場合も、図１の装置と同様の作用効果が得られる。
【００５７】
図１の内燃機関の排気浄化装置Ｍでは吸排カム２９、３０がそれぞれ単一の動弁装置４０であったが、これに代えて、図１０に示すように吸排カムがそれぞれ２つ装備されたカム２段切換え動弁装置６０を用い排気浄化装置Ｍａ（図１の排気浄化装置Ｍの記載を同様に用いて説明する）を構成しても良い。
なお、ここでの排気浄化装置Ｍａはカム２段切換え動弁装置６０以外の部分が図１の内燃機関の排気浄化装置Ｍとほぼ同様の構成部材を備え、ここでは、同一部材に同一符号を付し重複説明を略す。
【００５８】
カム２段切換え動弁装置６０は、シリンダヘッド１５の軸受け部５１にはカム軸３１、３２及び吸排ロッカシャフト６１、６２が互いに並列配備され、カム軸３１、３２に吸気カム２９ａ、２９ｂと排気カム３０ａ、３０ｂがそれぞれ配備される。吸気ロッカシャフト６１の軸部６１１には吸気ロッカアーム６４１が一体結合され、同吸気ロッカアーム６４１はその先端部で吸気バルブ４を駆動する。
【００５９】
吸気ロッカシャフト６１はその軸部６１１に大アーム６３のボス部６３１が枢支され、その隣に小アーム６４２が一体的に取り付けられる。大アーム６３の揺動端はローラ６５を介し大吸気カム２９ａに当接し、小アーム６４２の揺動端はローラ６６を介し小吸気カム２９ｂに当接する。
大アーム６３のボス部６３１と対向する軸部６１１内には、突出し可能に収容され、油路７２からの圧油で油圧駆動する切換えピン７３が配備される。
【００６０】
排気ロッカシャフト６２の軸部６２１には排気ロッカアーム６８１が一体結合され、同排気ロッカアーム６８１はその先端部で排気バルブ５を駆動する。排気ロッカシャフト６２はその軸部６２１に大アーム６７のボス部６７１が枢支され、その隣に小アーム６８２が一体的に取り付けられる。大アーム６７の揺動端はローラ６９を介し大排気カム３０ａに当接し、小アーム６８２の揺動端はローラ７１を介し小排気カム３０ｂに当接する。
大アーム６７のボス部６７１と対向する軸部６２１内には、突出し可能に収容され、油路７４からの圧油で油圧駆動する切換えピン７５が配備される。
【００６１】
各油路７２、７４はシリンダヘッド１８側に連続する制御油路７２ａ、７４ａを介し、オイルポンプ７６、オイルパン７７に連通する。ここで制御油路７２ａ、７４ａには切換え弁である電磁弁７８、７９が介装され、各電磁弁がコントローラ９ａにより駆動制御されることで切換えピン７３、７５の切換え、即ち、大小吸気カム、２９ａ、２９ｂ、大小排気カム３０ａ、３０ｂの切換えがなされる。なお、ここでは電磁弁７８、７９がオフで、切換えピン７３、７５が非突出し状態で、大アーム６３、６７が空作動して小カム２９ｂ、３０ｂと小アーム６４２、６８２の働きにより、図１１に破線で示すように、吸排バルブ４、５（図１１ではＩＮ、ＥＸと記す）が定常モードＵ０で駆動する。一方、電磁弁７８、７９オンで、切換えピン７３、７５が突出し作動して、大アーム６３、６７が大吸気、大排気カム２９ａ、３０ａにより駆動し、図１１に実線で示すように、吸排バルブ４、５がオーバーラップ増大モードＵａ１で駆動する。
【００６２】
なお、両ローラ６６、６８の半径は同一で、大吸気カム２９ａ、大排気カム３０ａと小吸気カム２９ｂ、小排気カム３０ｂは突出し部以外の円筒部は同一半径で形成される。
このようなカム２段切換え動弁装置６０は、図１１に示すように、切換えピン７３、７５の退却時には小吸気、小排気カム２９ｂ、３０ｂにより定常モードＵ０で吸排バルブ４、５が駆動され、切換えピン７３、７５の突出し時には大吸気、大排気カム２９ａ、３０ａにより、オーバーラップ増大モードＵａ１で吸排バルブ４、５が駆動し、未燃ガスと二次エアの撹拌を促進し、燃焼安定性確保と排ガス改善とを図ることができる。
【００６３】
このような内燃機関の排気浄化装置Ｍａはコントローラ９ａにより制御される。このコントローラ９ａは上述のコントローラ９と比較し図１２に示す第３冷態始動制御ルーチン以外の制御が同様のため、ここでは重複説明を略す。
図１２に示す第３冷態始動制御ルーチンに達すると、ステップｓ１で始動判定処理を行ない、ステップｓ２では冷却水温度Ｔｗが冷態判定温度Ｔｃ１を下回るか否か判断し、下回るとステップｓ３に、暖気後始動時にはＮｏ側のステップs７に進み、各々の制御が停止され、メインルーチンにリターンする。ステップｓ３では、二次エア供給装置２４の駆動回路に定常回転信号を出力し、エアポンプ２７を定常吹出し圧Ｐｎ１で駆動し、エアノズル２５から排気ポート７に定常吹出し圧Ｐｎ１の二次エアを吹き出し、燃焼室２内の排気ガスを攪拌し、排気ガス中の未燃ガス（ＨＣ）を再燃焼させる。
【００６４】
ステップｓ４に達すると吸排気バルブ可変調整部Ａｂ’とし、吸排気位相調整機構３４、３４の位相制御用アクチュエータ３５ｉ、３５ｅにより基準開弁時期θIｃ、θＥｃを保持する。
更に、カム２段切換え動弁装置６０を駆動制御し、即ち、電磁弁７８、７９オンで切換えピン７３、７５が突出し作動して、大アーム６３、６７が大吸気、大排気カム２９ａ、３０ａにより駆動し、吸排バルブ４、５がオーバーラップ増大モードＵａ１（図１１参照）で駆動する。
【００６５】
このオーバーラップ増大モードＵａ１での運転期間において、二次エアの投入を受けていること、吸気バルブ４が開いた後の吸気負圧による排気引き戻しとの相乗効果により、二次エアをより多く燃焼室内に取り込み、未燃ガスを二次エアおよび逆流排気ガスと攪拌し、未燃ガス（ＨＣ）を掻き出し、排気ガス中の未燃ガス（ＨＣ）を再燃焼させ、排出未燃ガス（ＨＣ）を極力低減することができる。更に、オーバーラップ量Ｂ１を増大させることによって、吸気ポート６まで逆流排気ガスが到達し、吸気ポート壁面が加熱されて壁面付着燃料の霧化を促進することができる。
【００６６】
ステップｓ５に達するとカウントタイマＴＩＭ１を駆動し、ステップｓ６でｔ０経過を待ち、ステップｓ７に進み、二次エアの吹出し停止処理と、オーバーラップ増大モードＵａ１を停止し、定常モードＵ０に戻し処理し、メインルーチンに戻る。
【００６７】
上述のところにおいて、内燃機関の排気浄化装置Ｍａの第３冷態始動制御ルーチンでは、ステップｓ４において、両電磁弁７８、７９オンで両切換えピン７３、７５が突出し作動して、大アーム６３、６７が大吸気、大排気カム２９ａ、３０ａにより駆動し、吸排バルブ４、５がオーバーラップ増大モードＵａ１（図１１参照）で駆動していた。しかし、これに代えて、図１３（ａ）、（ｂ）に示すようにステップｓ４’において、電磁弁７９オンで切換えピン７５が突出し作動して、大アーム６７が大排気カム３０ａにより駆動し、排気弁５がオーバーラップ増大モードＵｂ１で駆動するとしてもよい。逆に、図１４（ａ）、（ｂ）に示すようにステップｓ４”において、電磁弁７８オンで切換えピン７３が突出し作動して、大アーム６３が大吸気カム２９ａにより駆動し、吸気弁４がオーバーラップ増大モードＵｃ１で駆動するとしてもよい。これらの場合も、図１の装置と同様の作用効果が得られる。
【００６８】
さらに、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、ステップｓ４'''において、吸排気バルブ可変調整部Ａｂ’とし、吸排気位相調整機構３３、３４の位相制御用アクチュエータ３５ｉ、３５ｅを進角量＋Δθａおよび遅角量−Δθａを加えて定常時の開弁時期θIｃ、θＥｃを開弁時期θIｃ４、θＥｃ４に切換え保持する。これに加え、両電磁弁７８、７９オンで両切換えピン７３、７５が突出し作動して、大アーム６３、６７が大吸気、大排気カム２９ａ、３０ａにより駆動する。この結果、吸排バルブ４、５がオーバーラップＢ１のオーバーラップ増大モードＵｄ１で駆動するとしてもよい。これにより、カム２段切換え動弁装置６０に加え、吸気位相調整機構３３が吸気バルブ４の開弁時期、開弁期間あるいは弁リフト量を可変調整する吸気バルブ可変調整手段として機能し、排気位相調整機構３４が排気バルブの開弁時期、開弁期間あるいは弁リフト量を可変調整する排気バルブ可変調整手段として機能する。この場合も、図１の装置と同様の作用効果が得られる。
【００６９】
上述のところにおいて吸気バルブ可変調整手段、排気バルブ可変調整手段としてカム２段切換え動弁装置６０に吸排気位相調整機構３３、３４を加えた構成を示したが、このうち、カム２段切換え動弁装置６０に代えて、特開２００２−２５６９０５号公報に開示されるリフト・作動角可変機構を用い、開弁期間あるいはバルブリフト量の少なくとも一つを可変調整してもよい。この場合も、図１０のカム２段切換え動弁装置６０を用いた排気浄化装置Ｍａと同様の作用効果が得られる。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、吸気バルブが開いた後の吸気負圧による排気引き戻し作用とオーバラップ中の二次エアの燃焼室への投入との相乗効果を利用して、二次エアおよび排気ガスをより多く燃焼室内に流入させ、燃焼室の未燃ガスを二次エアおよび逆流排気ガスと攪拌して再燃焼を促進させ、排気ガス昇温による燃焼安定化を早期に図れ、排気ガス中に残留する未燃ガスを低減させることができる。更に、オーバーラップ量を増大させることによって、吸気ポートまで逆流排気ガスが到達し、吸気ポート壁面が加熱されて壁面付着燃料の霧化を促進することができる。
【００７３】
特に、オーバーラップ調整および二次エア供給処理の後、所定時間経過すると、排気ガス中の未燃ガスが低減した運転域に入っていることを考慮し、所定時間経過後の無駄なオーバーラップ調整および二次エア供給の駆動を停止し、無駄な出力ロスを防止できる。
【００７４】
請求項２の発明は、オーバーラップ調整および二次エア供給処理の上で、所定時間が経過する前に車両の発進があると、同時点でオーバーラップ量を定常量に戻し、２次エア供給装置を停止させ、発進後はオーバーラップ調整および二次エア供給の駆動を停止し、運転性重視の制御を許容することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての内燃機関の排気浄化装置を装備したエンジンの概略構成図である。
【図２】図１の内燃機関の排気浄化装置内の動弁装置の要部平面図である。
【図３】図１の内燃機関の排気浄化装置の吸排気弁の開弁モード説明図である。
【図４】図１の内燃機関の排気浄化装置が行なう第１冷態始動制御ルーチンのフローチャートである。
【図５】図１の内燃機関の排気浄化装置が行なう第２冷態始動制御ルーチンのフローチャートである。
【図６】図１の内燃機関の排気浄化装置が行なう第２冷態始動制御ルーチンの他の変形例である。
【図７】図１の内燃機関の排気浄化装置が行なう冷態始動制御ルーチンの第２変形例で用いる吹出し圧−経過時間マップｍｐの特性図である。
【図８】図１の内燃機関の排気浄化装置が行なう第２冷態始動制御ルーチンの他の変形例で、（ａ）はステップ４’を、（ｂ）は吸排気弁の開弁モード説明図を示す。
【図９】図１の内燃機関の排気浄化装置が行なう第２冷態始動制御ルーチンの他の変形例で、（ａ）はステップ４”を、（ｂ）は吸排気弁の開弁モード説明図を示す。
【図１０】本発明の他の実施形態としての内燃機関の排気浄化装置で用いる動弁装置の要部平面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態としての内燃機関の排気浄化装置で用いる吸排気弁の開弁モード説明図である。
【図１２】図１０の動弁装置を有する内燃機関の排気浄化装置が行なう第３冷態始動制御ルーチンのフローチャートである。
【図１３】図１２の第３冷態始動制御ルーチンの変形例で、（ａ）はステップ４’を、（ｂ）は吸排気弁の開弁モード説明図を示す。
【図１４】図１２の第３冷態始動制御ルーチンの他の変形例で、（ａ）はステップ４”を、（ｂ）は吸排気弁の開弁モード説明図を示す。
【図１５】図１２の第３冷態始動制御ルーチンの他の変形例で、（ａ）はステップ４'''を、（ｂ）は吸排気弁の開弁モード説明図を示す。
【図１６】内燃機関の二次エア供給装置の概略図である。
【図１７】内燃機関の二次エア供給装置の機能説明図である。
【符号の説明】
１、１ａ エンジン
５ 排気バルブ
７ 排気ポート
９、９ａ コントローラ（制御手段）
２４ 二次エア供給装置
４０ 動弁装置
４５ 水温センサ（運転情報検出手段）
６０ カム２段切換え動弁装置
Ａａ 二次エア制御部
Ａｂ 排気バルブ可変調整部
Ｂ０、Ｂ１ オーバーラップ量
Ｍ、Ｍａ 内燃機関の排気浄化装置
Ｒｉ 吸気路
Ｒｅ 排気路
Ｔｗ 冷却水温（運転情報）
Ｔｃ１ 冷態判定温度
Ｕ１ オーバーラップ増大モード
Ｐｎ１ 定常吹出し圧
Claims (2)
- エアノズルが排気バルブの背部に向けて装着されると共に内燃機関の燃焼室より流出する排気ガスを燃焼室に逆流させるよう排気ポートの開口に向けて２次エアを噴射する２次エア供給装置と、
吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方の開弁時期、開弁期間或いは弁リフト量を可変調整するバルブ調整手段と、
内燃機関の運転情報を検出する運転情報検出手段と、
内燃機関の運転情報より内燃機関が冷態判定温度を下回ると判定すると、前記２次エア供給装置を駆動すると共に前記バルブ調整手段を作動して、吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ量を定常運転時より増大させ、その上で所定時間経過後はオーバーラップ量を経過時間に比例して減少させて定常量に戻し、その戻し時点で上記２次エア供給装置を停止させる制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - エアノズルが排気バルブの背部に向けて装着されると共に内燃機関の燃焼室より流出する排気ガスを燃焼室に逆流させるよう排気ポートの開口に向けて２次エアを噴射する２次エア供給装置と、
吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方の開弁時期、開弁期間或いは弁リフト量を可変調整するバルブ調整手段と、
内燃機関の運転情報を検出する運転情報検出手段と、
内燃機関の運転情報より内燃機関が冷態判定温度を下回ると判定すると、前記２次エア供給装置を駆動すると共に前記バルブ調整手段を作動して、吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ量を定常運転時より増大させ、その上で所定時間経過前に車両の発進があると、同時点でオーバーラップ量を定常量に戻し、上記２次エア供給装置を停止させる制御手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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