JP4033110B2 - 内燃機関および内燃機関の制御方法 - Google Patents

内燃機関および内燃機関の制御方法 Download PDF

Info

Publication number
JP4033110B2
JP4033110B2 JP2003381730A JP2003381730A JP4033110B2 JP 4033110 B2 JP4033110 B2 JP 4033110B2 JP 2003381730 A JP2003381730 A JP 2003381730A JP 2003381730 A JP2003381730 A JP 2003381730A JP 4033110 B2 JP4033110 B2 JP 4033110B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
air
valve
exhaust
combustion chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2003381730A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2005146893A (ja
Inventor
茂樹 宮下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2003381730A priority Critical patent/JP4033110B2/ja
Priority to US10/976,989 priority patent/US7178327B2/en
Priority to EP04026743A priority patent/EP1531249A3/en
Publication of JP2005146893A publication Critical patent/JP2005146893A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4033110B2 publication Critical patent/JP4033110B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D41/0007—Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/024—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to increase temperature of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/025—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to increase temperature of the exhaust gas treating apparatus by changing the composition of the exhaust gas, e.g. for exothermic reaction on exhaust gas treating apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3094—Controlling fuel injection the fuel injection being effected by at least two different injectors, e.g. one in the intake manifold and one in the cylinder
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/04—Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump
    • F02B37/10—Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump at least one pump being alternatively or simultaneously driven by exhaust and other drive, e.g. by pressurised fluid from a reservoir or an engine-driven pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/02—Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
    • F02B39/08—Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio
    • F02B39/10—Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio electric
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0261—Controlling the valve overlap
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D2041/001—Controlling intake air for engines with variable valve actuation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/402—Multiple injections
    • F02D41/405—Multiple injections with post injections
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

本発明は、燃焼室内で燃料および空気の混合気を燃焼させて動力を発生する内燃機関およびその制御方法に関し、特に、燃焼室からの排気ガスを浄化するための触媒を早期に活性化させることができる内燃機関およびその制御方法に関する。
近年では、排気ガス規制等の強化に伴い、冷間始動直後等におけるＨＣ等の排気エミッションの低減化を図ることがますます重要な課題となっている。このため、従来から、排気行程中に燃料噴射弁から燃料を燃焼室内に直接噴射させることにより、未燃燃料（および空気）を触媒で燃焼させ、当該触媒を早期に活性化させる筒内噴射型内燃機関が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、冷間始動の際、膨張行程中に燃料噴射弁から燃料を噴射させることにより、圧縮行程で余剰となった酸素と、膨張行程での不完全燃焼によるＣＯとを触媒に供給し、その反応熱により触媒を活性化させる技術も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
なお、燃費の改善やスモークの発生を抑制可能な過給機付内燃機関として、吸気ポートに燃料を噴射するポート噴射用インジェクタと、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタとを備えたものが知られている（例えば、特許文献３参照。）。更に、筒内噴射型内燃機関としては、機関低負荷時に吸気弁および排気弁のオーバーラップを増大化させて燃焼室に残留する高温の既燃ガス量を増加させることにより、着火前の混合気の温度を高く保って、燃料の気化促進、燃焼速度向上および燃焼安定化を図るものも知られている（例えば、特許文献４参照。）。
特開平０８−２９６４５８号公報 特開２００１−３０４０１６号公報 特開２００２−０４８０３５号公報 特開平０４−１８３９４５号公報
しかしながら、上述のように、排気行程中または圧縮行程中に燃料を燃焼室内に直接噴射したとしても、触媒を活性化（暖機）させるために必要とされる量の空気を当該触媒に確実に供給することは困難であり、従来の内燃機関には、冷間始動直後等における排気エミッションの低減化を図るという点に、なお改善の余地が残されている。
そこで、本発明は、触媒を早期かつ確実に活性化させて排気エミッションの低減化を良好に達成し得る内燃機関およびその制御方法の提供を目的とする。
本発明による内燃機関は、吸気弁によって開閉される吸気ポートと排気弁によって開閉される排気ポートとに連なる燃焼室内で、前記吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射用インジェクタと、前記燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタとを備える燃料噴射手段からの燃料と空気との混合気を燃焼させて動力を発生する内燃機関において、前記吸気弁および前記排気弁の少なくとも何れか一方の開弁特性を変化させるための開弁特性設定手段と、前記燃焼室に吸入される空気を過給するための過給機と、前記過給機による過給圧を変化させるための過給圧設定手段と、前記燃焼室からの排気ガスを浄化するための触媒と、前記触媒が活性化されたと判断されるまで、前記燃焼室に吸入される空気の圧力が背圧よりも大きくなるように前記過給圧設定手段を制御しつつ、前記吸気弁および前記排気弁の同時に開弁する時間が設定されたオーバラップ時間となるように前記開弁特性設定手段を制御し、前記吸気ポートにおける混合気の空燃比がリーンになるように前記ポート噴射用インジェクタから燃料を噴射させ、これに同期して前記筒内噴射用インジェクタから空燃比がリッチになるように燃料を噴射させて、前記吸気弁および前記排気弁の同時に開弁する時間中の前記吸気ポートから前記排気ポートへの希薄混合気の吹き抜けにより前記触媒へ混合気を送り込むと共に、前記燃焼室で混合気を燃焼させる制御手段と、を備えることを特徴とする。
この内燃機関は、過給機による過給圧を変化させるための過給圧設定手段と、吸気弁および排気弁の少なくとも何れか一方の開弁特性を変化させるための開弁特性設定手段とを備えている。そして、この内燃機関では、機関始動直後等に、触媒が活性化されたと判断されるまで、燃焼室に吸入される空気の圧力が背圧よりも大きく設定された状態で吸気弁および排気弁のバルブオーバーラップが設定される。これにより、吸気ポートから排気ポートへのいわゆる吹き抜けが確実に促進させられ、未燃燃料と共に充分な量の空気（酸素）を触媒へと送り込むことができる。この結果、この内燃機関によれば、触媒での燃料のいわゆる後燃えを促進させると共に排気温度を上昇させることができるので、触媒を早期に活性化させることが可能となり、排気エミッションを良好に低減化することができる。
ここで、過給機は、過給圧設定手段として、圧縮機要素を回転駆動する電動機を備えると好ましい。
更に、制御手段は、触媒が活性化されたと判断されるまで、排気行程中にも筒内噴射用インジェクタから燃料を噴射させると好ましい。
このように、通常の燃料噴射（筒内噴射）に加えて、更に、排気行程中に筒内噴射用インジェクタから燃料を噴射させることにより、燃焼室内での燃焼を促進させて燃焼室からの排気ガスの温度を上昇させると共に、未燃燃料と共に充分な量の空気（酸素）を触媒へと送り込むことが可能となる。
本発明による内燃機関の制御方法は、吸気弁によって開閉される吸気ポートと排気弁によって開閉される排気ポートとに連なる燃焼室と、前記吸気弁および前記排気弁の少なくとも何れか一方の開弁特性を変化させるための開弁特性設定手段と、過給圧を変化させることができる過給機と、前記燃焼室からの排気ガスを浄化するための触媒とを備え、前記吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射用インジェクタと、前記燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタとを備える燃料噴射手段からの燃料と空気との混合気を前記燃焼室内で燃焼させて動力を発生する内燃機関の制御方法において、
前記触媒が活性化されたと判断されるまで、前記燃焼室に吸入される空気の圧力が背圧よりも大きくなるように前記過給圧設定手段を制御しつつ、前記吸気弁および前記排気弁の同時に開弁する時間が設定されたオーバラップ時間となるように前記開弁特性設定手段を制御し、前記吸気ポートにおける混合気の空燃比がリーンになるように前記ポート噴射用インジェクタから燃料を噴射させ、これに同期させて前記筒内噴射用インジェクタから空燃比がリッチになるように燃料を噴射させて、前記吸気弁および前記排気弁の同時に開弁する時間中の前記吸気ポートから前記排気ポートへの混合気の吹き抜けにより前記触媒へ希薄混合気を送り込むと共に、前記燃焼室で混合気を燃焼させる、
ことを特徴とする。
本発明によれば、触媒を早期かつ確実に活性化させて排気エミッションの低減化を良好に達成し得る内燃機関およびその制御方法の実現が可能となる。
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明による内燃機関を示す概略構成図である。同図に示される内燃機関１は、車両用の多気筒内燃機関（例えば、４気筒内燃機関、ただし、図１には１気筒のみが示される。）として構成されており、各燃焼室２内での混合気の燃焼によりピストン３を往復移動させて、クランクシャフトＳから動力を得るものである。なお、ここでは、内燃機関１は、いわゆるガソリンエンジンとして説明されるが、これに限られるものではなく、本発明がディーゼルエンジンにも適用され得ることはいうまでもない。
図１に示されるように、各燃焼室２に連なる吸気ポート４は、吸気マニホールドを介して吸気管６にそれぞれ接続され、各燃焼室２に連なる排気ポート５は、排気マニホールドを介して排気管７にそれぞれ接続されている。また、内燃機関１のシリンダヘッドには、吸気ポート４を開閉する吸気弁Ｖｉと、排気ポート５を開閉する排気弁Ｖｅとが燃焼室２ごとに配設されている。各吸気弁Ｖｉおよび各排気弁Ｖｅは、動弁機構８によって開閉させられ、この動弁機構８は、吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅの少なくとも何れか一方の開弁特性を変化させることができる可変バルブタイミング機構（開弁特性設定手段）を含む。更に、内燃機関１は、気筒数に応じた数の点火プラグ９を有し、点火プラグ９は、対応する燃焼室２内に臨むようにシリンダヘッドに配設されている。
また、内燃機関１は、筒内噴射用インジェクタ１０ｃを気筒数に応じた数だけ有している。各筒内噴射用インジェクタ１０ｃは、ガソリン等の燃料を対応する燃焼室２の内部に直接噴射可能なものであり、燃料供給管を介してガソリン等の液体燃料を貯留する燃料タンク（何れも図示省略）に接続されている。加えて、内燃機関１は、図１に示されるように、複数のポート噴射用インジェクタ１０ｐを気筒数に応じた数だけ有している。各ポート噴射用インジェクタ１０ｐは、ガソリン等の燃料を対応する吸気ポート４の内部に噴射可能なものであり、図示されない燃料供給管を介してガソリン等の液体燃料を貯留する上記燃料タンクに接続されている。筒内噴射用インジェクタ１０ｃは、燃焼室２ごとに少なくとも１体ずつ備えられ、ポート噴射用インジェクタ１０ｐも、吸気ポート４ごとに少なくとも１体ずつ備えられる。
ここで、内燃機関１の各ピストン３は、いわゆる深皿頂面型に構成されており、その上面には、凹部が形成されている。そして、内燃機関１では、各燃焼室２内に空気を吸入させた状態で、各筒内噴射用インジェクタ１０ｃから各燃焼室２内のピストン３の凹部に向けてガソリン等の燃料を直接噴射することができる。これにより、内燃機関１では、点火プラグ９の近傍に燃料と空気との混合気の層が周囲の空気層と分離された状態で形成（成層化）されるので、極めて希薄な混合気を用いて安定した成層燃焼を実行することが可能となる。
一方、吸気管６は、図１に示されるように、サージタンク１１に接続されている。このサージタンク１１は、給気管１２を介してエアクリーナ１４に接続されており、吸入空気中のゴミや塵等は、エアクリーナ１４によって除去される。また、給気管１２の中途には、吸入空気量を調節するスロットルバルブ１５が設置されている。本実施形態では、スロットルバルブ１５として、アクセルペダルＡＰの操作量（踏込量）を検出するアクセル位置センサ１５ａ、スロットルバルブ１５を開閉するためのスロットルモータ１５ｂおよびスロットルバルブ１５の開度を検出するスロットル開度センサ１５ｃを含む電子制御式スロットルバルブが採用されている。更に、給気管１２には、サージタンク１１とスロットルバルブ１５との間に、当該給気管１２内の圧力（吸気圧）を検出する圧力センサ１６が配置されている。
また、排気管７は、図１に示されるように、例えばＮＯｘ吸蔵還元触媒を含む触媒装置１７に接続されており、この触媒装置１７において各燃焼室２からの排気ガスが浄化される。そして、触媒装置１７には、触媒床温を取得するための温度センサ１８が備えられる。なお、内燃機関１に、排気管７から吸気系統のサージタンク１１に向けて排気ガスを還流させるためのＥＧＲ（Exhaust Gas Recircu1ation）流路が設けられてもよい。この場合、ＥＧＲ流路の中途には、排気ガスの還流量を調節するためのＥＧＲ弁が備えられる。
さて、上述の内燃機関１は、各燃焼室２により多くの吸入空気を導入して希薄燃焼運転を行うことにより高出力化と低燃費化との双方を達成できるよう、更に、過給機（ターボチャージャ）２０を備えている。過給機２０は、図１に示されるように、タービンインペラ（タービン要素）２１と、圧縮機インペラ（圧縮機要素）２２とを含む。タービンインペラ２１と圧縮機インペラ２２とは、回転軸２３により互いに連結されて一体化している。
図１に示されるように、タービンインペラ２１は、排気管７と触媒装置１７との間に組み込まれたケーシングの内部に回転自在に配置されている。また、圧縮機インペラ２２は、給気管１２のエアクリーナ１４とスロットルバルブ１５との間に組み込まれたケーシングの内部に回転自在に配置されている。これにより、各燃焼室２からの排気ガスによって回転させられるタービンインペラ２１により圧縮機インペラ２２を回転駆動することが可能となり、圧縮機インペラ２２により、エアクリーナ１４を介して吸入れられた空気を圧縮（過給）することが可能となる。
また、内燃機関１の過給機２０は、いわゆるモータアシストターボチャージャとして構成されており、タービンインペラ２１と圧縮機インペラ２２とを連結する回転軸２３に装備されたターボ用電動機（過給圧設定手段）２４を有する。すなわち、過給機２０は、内燃機関１の排気ガスのエネルギのみを用いて吸入空気を圧縮する通常のターボチャージャーとして機能し得るだけではなく、ターボ用電動機２４を作動させて圧縮機インペラ２２を強制的に回転駆動することにより、吸入空気の圧力（過給圧）を更に増大化させ得るものである。
ターボ用電動機２４としては、回転軸２３に固定されたロータと、その周囲に配置されたステータとを含む交流モータが採用され、図１に示されるように、ターボ用電動機２４はインバータユニット２５に接続される。なお、ターボ用電動機２４として、電動機および発電機の双方として機能し得る、いわゆるモータ／ジェネレータが採用されてもよい。このような構成を採用すれば、排気ガスのエネルギを利用してターボ用電動機２４を発電機として作動させることにより、電気エネルギを回収することが可能となる。
また、内燃機関１は、圧縮機インペラ２２とスロットルバルブ１５との間に位置するように給気管１２に組み込まれたインタークーラ２６を含む。インタークーラ２６は、圧縮機インペラ２２によって圧縮されて昇温した吸入空気を冷却することにより、充填効率を向上させるものである。インタークーラ２６としては、例えば空冷式または液冷式の熱交換器が採用される。更に、給気管１２には、過給機２０（圧縮機インペラ２２）の上流側と下流側とをバイパスするバイパス路２７が設けられている。このバイパス路２７は、その中途に設けられたエアバイパス弁２８によって開閉される。エアバイパス弁２８としては、電気的に開閉制御し得るバルブが用いられるとよく、圧縮機インペラ２２の下流側の圧力が上流側の圧力よりも所定値だけ高まった際に開弁する機械式一方向弁が用いられてもよい。
なお、本実施形態の過給機２０は、いわゆる可変ノズルターボとして構成されており、タービンインペラ２１の外方に配設された複数の可動ベーン（図示せず）を有する。すなわち、これら可動ベーンの位置を変化させてタービンインペラ２１に流れ込む排気の流量を制御することにより、過給圧を自在に調整することが可能となる。また、過給機２０は、タービン容量を可変制御する機構（Ａ／Ｒ可変機構）等を含むものであってもよい。更に、図示は省略されているが、排気管７に対しては、過給機２０をバイパスする流路が設けられており、この流路の中途には、ウェイストゲートバルブが設置される。ウェイストゲートバルブは、過給圧が所定圧力以上になると開弁し、タービンインペラ２１への排気流量を減じて過給圧を調整するものである。
上述の過給機２０に加えて、内燃機関１は、図１に示されるように、クランクシャフトＳに連結された回生発電機３０を有している。回生発電機３０は、図示されない油圧ブレーキユニットと協調作動する回生ブレーキユニットとして機能し得るものであり、インバータユニット２５を介して、各種補機の電源として用いられるバッテリ３１と接続されている。すなわち、回生発電機３０は、アクセルペダルＡＰが戻されるか、あるいは、内燃機関１（車両）を減速または停止させるべき旨の指令が発せられると、内燃機関１の運動エネルギを電気エネルギに変換・回収することにより、内燃機関１に制動力を作用させる。そして、回生発電機３０によって回生された回生電力は、インバータユニット２５によって電圧変換され、バッテリ３１の充電に利用される。
なお、回生発電機３０（回生ブレーキ）による制動力と油圧ブレーキユニットによる制動力とは、エネルギ回収が最も効率的になされるように適宜組み合わされる。また、回生発電機３０として、電動機および発電機の双方として機能し得る、いわゆるモータ／ジェネレータを採用し、上述の内燃機関１および過給機２０を含む車両を、いわゆるハイブリッド車両として構成してもよい。
そして、上述の内燃機関１は、制御手段として機能する電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５０を含む。ＥＣＵ５０は、何れも図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力ポート、および、各種情報やマップ等が記憶される記憶装置等を含むものである。このＥＣＵ５０の入出力ポートには、上述の動弁機構８、各インジェクタ１０ｃ，１０ｐ、アクセル位置センサ１５ａ、スロットルモータ１５ｂ、スロットル開度センサ１５ｃ、圧力センサ１６、温度センサ１８、クランク角センサ１９、インバータユニット２５、更には、エアバイパス弁２８等が接続されている。ＥＣＵ５０は、記憶装置に記憶されている各種マップ等を用いると共に、各種センサの検出値等に基づいて、動弁機構８、点火プラグ９、インジェクタ１０ｃおよび１０ｐ、スロットルバルブ１５等を制御する。また、ＥＣＵ５０は、内燃機関１の制動時に、過給機２０（ターボ用電動機２４）の制御手段としても機能する。
ここで、近年では、排気ガス規制等の強化に伴い、冷間始動直後等におけるＨＣ等の排気エミッションの低減化を図ることがますます重要な課題となっている。このため、上述の内燃機関１では、機関始動直後の排気エミッションの低減化を図るべく、図２に示される制御手順に従って触媒装置１７の触媒の早期活性化が図られる。
図２に示される内燃機関１の制御手順について説明すると、この場合、イグニッションスイッチがオンされて内燃機関１が始動されると、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ１９からの信号に基づいて機関回転数を求めると共に、求めた機関回転数が所定の閾値を上回ったか否か判定する。そして、機関回転数が所定の閾値を上回った段階で内燃機関１の始動が完了したと判断する（Ｓ１０）。内燃機関１の始動が完了したと判断すると、ＥＣＵ５０は、過給機２０のターボ用電動機２４を作動させると共に、各燃焼室２の吸気弁Ｖｉと排気弁Ｖｅとを同時に開弁させるバルブオーバーラップを設定する（Ｓ１２）。
具体的には、Ｓ１２において、ＥＣＵ５０は、圧力センサ１６により検出される吸気圧、すなわち、過給機２０によって過給された後に各燃焼室２に吸入されることになる空気の圧力が予め判明している内燃機関１に固有の背圧（排気背圧）よりも大きくなるようにターボ用電動機２４に接続されたインバータユニット２５に所定の指令信号を与える。本実施形態では、吸気圧が背圧よりも例えば１０〜３０ｋＰａ程度大きくなるようにターボ用電動機２４が制御される。そして、これとほぼ同時に、ＥＣＵ５０は、Ｓ１２において、予め作成されているマップ等に従って、オーバーラップ時間、すなわち、吸気弁Ｖｉと排気弁Ｖｅとを同時に開弁させておく時間を設定し、可変バルブタイミング機構を含む動弁機構８に所定の指令信号を与える。
Ｓ１２の処理の後、ＥＣＵ５０は、各ポート噴射用インジェクタ１０ｐからの燃料噴射量を決定する（Ｓ１４）。具体的には、Ｓ１４において、ＥＣＵ５０は、予め作成されているマップ等に従い、Ｓ１２にて定められた吸気圧等に応じて、各吸気ポート４における混合気の空燃比Ａ／Ｆｐが例えばおよそ３０（Ａ／Ｆｐ＝３０）となるように各ポート噴射用インジェクタ１０ｐの開弁時間を決定し、各ポート噴射用インジェクタ１０ｐに所定の指令信号を与える。
Ｓ１４の処理の後、ＥＣＵ５０は、更に各筒内噴射用インジェクタ１０ｃからの燃料噴射量を決定する（Ｓ１６）。具体的には、Ｓ１６において、ＥＣＵ５０は、予め作成されているマップ等に従い、Ｓ１２にて定められた吸気圧と、Ｓ１２にて定められた吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅのオーバーラップ時間、すなわち、バルブオーバーラップによる吸気ポート４から排気ポート５への希薄混合気（Ａ／Ｆｐ＝３０）の吹き抜け量等とに応じて、各燃焼室２における混合気の空燃比Ａ／Ｆｃが例えばおよそ１４（Ａ／Ｆｃ＝１４）となるように、各筒内噴射用インジェクタ１０ｃの開弁時間を決定し、各筒内噴射用インジェクタ１０ｃに所定の指令信号を与える。
更に、Ｓ１６の処理の後、ＥＣＵ５０は、内燃機関１の排気行程中に各筒内噴射用インジェクタ１０ｃから噴射させる燃料の量を決定する（Ｓ１８）。具体的には、Ｓ１８において、ＥＣＵ５０は、予め作成されているマップ等に従い、Ｓ１２にて定められた吸気圧、Ｓ１２にて定められた吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅのオーバーラップ時間（吸気ポート４から排気ポート５への希薄混合気の吹き抜け量）、および、各ポート噴射用インジェクタ１０ｐおよび各筒内噴射用インジェクタ１０ｃからの燃料噴射量等に応じて、各排気ポート５における混合気の空燃比Ａ／Ｆｅが例えばおよそ１６（Ａ／Ｆｅ＝１６）となるように、各筒内噴射用インジェクタ１０ｃの開弁時間および開弁タイミングを決定し、各筒内噴射用インジェクタ１０ｃに所定の指令信号を与える。
これにより、Ｓ１８の処理が完了した段階では、各吸気ポート４における混合気の空燃比がリーン（理論空燃比よりも大きく）になるように（ここでは、Ａ／Ｆｐ＝３０）各ポート噴射用インジェクタ１０ｐから各吸気ポート４内に燃料が噴射（同期噴射）されると共に、各筒内噴射用インジェクタから燃料が各燃焼室２内に噴射（同期噴射）され、更に、排気行程中においても、各筒内噴射用インジェクタ１０ｃから各燃焼室２内に燃料が噴射（非同期噴射）されていることになる。そして、各排気ポート５における混合気の空燃比Ａ／Ｆｅは、混合気の燃焼を促進させやすい値であるおよそ１６程度に保たれることになる。すなわち、内燃機関１において、Ｓ１２にて設定される吸気圧およびオーバーラップ時間、Ｓ１４にて設定される各吸気ポート４における空燃比Ａ／Ｆｐ、Ｓ１６にて設定される各燃焼室２における空燃比Ａ／Ｆｃ、並びにＳ１８にて設定される排気行程中の燃料噴射量は、最終的に各排気ポート５における混合気の空燃比Ａ／Ｆｅがおよそ１６になるように定められる。
Ｓ１８の処理の後、ＥＣＵ５０は、触媒装置１７の温度センサ１８からの信号に基づいて触媒床温を取得し、取得した触媒床温が所定の閾値を上回っているか否か判定する（Ｓ２０）。Ｓ２０において、触媒床温が所定の閾値を上回っていると判断した場合、ＥＣＵ５０は、触媒装置１７の触媒が充分に活性化されていると判断し、その場合、図２における一連の処理を終了させ、定常時における内燃機関１の制御を開始する。一方、Ｓ２０において、触媒床温が所定の閾値を上回っていないと判断した場合、ＥＣＵ５０は、触媒装置１７の触媒が充分に活性化されていないと判断し、上述のＳ１２〜Ｓ１８の処理を繰り返すことになる。
上述のように、内燃機関１では、機関始動直後に、Ｓ２０にて触媒装置１７の触媒が活性化されたと判断されるまで、各燃焼室２に吸入される空気の圧力（吸気圧）が背圧よりも大きく設定された状態で吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅのバルブオーバーラップが設定される。これにより、各吸気ポート４にて均質に混ざり合った空気および燃料の希薄混合気（Ａ／Ｆｐ＝３０）の吸気ポート４から排気ポート５への吹き抜けが確実に促進させられ、未燃燃料と共に充分な量の空気（酸素）を触媒へと送り込むことが可能となる。従って、内燃機関１では、触媒装置１７における後燃えを促進させて触媒を効率よく活性化させることが可能となる。
また、内燃機関１では、吸気ポート４に対する燃料噴射（Ｓ１４）に加えて、各燃焼室２内にも各筒内噴射用インジェクタ１０ｃから燃料が噴射され（Ｓ１６）、各燃焼室２の内部は比較的燃料リッチな状態（理論空燃比よりも小さい状態）となるため（Ａ／Ｆｃ＝１４）、各燃焼室２における燃焼が安定的に実行されると共に、理論空燃比近傍で燃焼が実行され、これにより、排気温度を上昇させることが可能となる。更に、内燃機関１では、Ｓ２０にて触媒装置１７の触媒が活性化されたと判断されるまで、排気行程中にも各筒内噴射用インジェクタ１０ｃから燃料が噴射させられる（Ｓ１８）。このように、通常の燃料噴射（ポート噴射および筒内噴射）に加えて、更に、排気行程中に筒内噴射用インジェクタ１０ｃから燃料を噴射させることにより、未燃燃料と共に充分な量の空気（酸素）を触媒へと送り込むことが可能となる。
この結果、内燃機関１では、触媒装置１７の触媒での燃料の後燃えを促進させると共に排気温度を上昇させることができるので、機関始動直後に、触媒を急速に活性化させることが可能となり、排気エミッションを良好に低減化することができる。また、内燃機関１では、いわゆるモータアシストターボチャージャである過給機２０を有効に利用して吸気ポート４から排気ポート５への吹き抜けを形成することにより、未燃燃料と充分な量の空気とが触媒へと送り込まれることから、従来、触媒を活性化させるべく触媒に二次空気を供給するために用いられていたエアポンプ等は不要となる。
なお、過給機２０を備えた内燃機関１では、各燃焼室２からの排気ガスが触媒装置１７に流れ込む前に過給機２０を通過するため、過給機２０の熱容量、すなわち、タービンインペラ２１や圧縮機インペラ２２の熱容量により排気ガスの温度が多少低下するが、Ｓ１２にて設定される吸気圧と背圧との差圧を充分に大きくしておけば、触媒の活性化に対する過給機２０での排気ガスの熱損失の影響は実質的に無視し得る。
また、図２に示される制御手順においては、Ｓ１８にて、通常のポート噴射および筒内噴射に加えて、更に、排気行程中に各筒内噴射用インジェクタ１０ｃから各燃焼室２に燃料が噴射されるが、Ｓ１８における排気行程中の燃料噴射は省略されてもよい。このように、排気工程中の燃料噴射を省略する場合には、Ｓ１４にて各吸気ポート４における空燃比Ａ／Ｆｐを例えばおよそ２２（Ａ／Ｆｐ＝２２）に設定し、Ｓ１６にて各燃焼室２における空燃比Ａ／Ｆｃを例えばおよそ１２（Ａ／Ｆｃ＝１２）に設定すると共に、吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅのオーバーラップ時間を適切に設定しておくことにより、各排気ポート５における混合気の空燃比Ａ／Ｆｅを、混合気の燃焼が促進されやすい値であるおよそ１６程度に保つことができる。更に、Ｓ１８における排気行程中の燃料噴射の代わりに、各排気ポート５における混合気の空燃比Ａ／Ｆｅが例えばおよそ１６程度に保たれるように、各ポート噴射用インジェクタ１０ｐから各吸気ポート４内に燃料を非同期噴射させてもよい。
図３は、上述の内燃機関１において、機関始動直後の排気エミッションの低減化を図るために実行され得る他の制御手順を示すフローチャートである。
図３に示される内燃機関１の制御手順について説明すると、この場合も、イグニッションスイッチがオンされて内燃機関１が始動されると、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ１９からの信号に基づいて機関回転数を求めると共に、求めた機関回転数が所定の閾値を上回ったか否か判定する。そして、機関回転数が所定の閾値を上回った段階で内燃機関１の始動が完了したと判断する（Ｓ３０）。内燃機関１の始動が完了したと判断すると、ＥＣＵ５０は、過給機２０のターボ用電動機２４を作動させると共に、各燃焼室２の吸気弁Ｖｉと排気弁Ｖｅとを同時に開弁させるバルブオーバーラップを設定する（Ｓ３２）。
Ｓ３２においても、ＥＣＵ５０は、圧力センサ１６により検出される吸気圧が内燃機関１に固有の背圧よりも大きくなるようにターボ用電動機２４に接続されたインバータユニット２５に所定の指令信号を与える。また、これとほぼ同時に、ＥＣＵ５０は、予め作成されているマップ等に従って、吸気弁Ｖｉと排気弁Ｖｅとを同時に開弁させておくオーバーラップ時間を設定し、可変バルブタイミング機構を含む動弁機構８に所定の指令信号を与える。
Ｓ３２の処理の後、ＥＣＵ５０は、各筒内噴射用インジェクタ１０ｃからの燃料噴射量を決定する（Ｓ３４）。具体的には、Ｓ３４において、ＥＣＵ５０は、予め作成されているマップ等に従い、Ｓ３２にて定められた吸気圧と、Ｓ３２にて定められた吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅのオーバーラップ時間、すなわち、バルブオーバーラップによる吸気ポート４から排気ポート５への新気の吹き抜け量等とに応じて、各燃焼室２における混合気の空燃比Ａ／Ｆｃが例えばおよそ１２（Ａ／Ｆｃ＝１２）となるように、各筒内噴射用インジェクタ１０ｃの開弁時間を決定し、各筒内噴射用インジェクタ１０ｃに所定の指令信号を与える。
更に、Ｓ３４の処理の後、ＥＣＵ５０は、内燃機関１の排気行程中に、各筒内噴射用インジェクタ１０ｃから噴射させる燃料の量を決定する（Ｓ３６）。Ｓ３６において、ＥＣＵ５０は、予め作成されているマップ等に従い、Ｓ３２にて定められた吸気圧、Ｓ３２にて定められた吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅのオーバーラップ時間（新気の吹き抜け量）、および、Ｓ３４における各筒内噴射用インジェクタ１０ｃからの燃料噴射量等に応じて、各排気ポート５における混合気の空燃比Ａ／Ｆｅが例えばおよそ１６（Ａ／Ｆｅ＝１６）となるように、各筒内噴射用インジェクタ１０ｃの開弁時間および開弁タイミングを決定し、各筒内噴射用インジェクタ１０ｃに所定の指令信号を与える。
これにより、Ｓ３６の処理が完了した段階では、各燃焼室２における混合気の空燃比がリッチ（Ａ／Ｆｃ＝１２）になるように各筒内噴射用インジェクタ１０ｃから燃料が各燃焼室２内に噴射（同期噴射）され、更に、排気行程中においても、各筒内噴射用インジェクタ１０ｃから各燃焼室２内に燃料が噴射（非同期噴射）されていることになる。そして、各排気ポート５における混合気の空燃比Ａ／Ｆｅは、混合気の燃焼を促進させやすい値であるおよそ１６程度に保たれることになる。すなわち、図３の処理が実行される場合においても、Ｓ３２にて設定される吸気圧およびオーバーラップ時間、Ｓ３４にて設定される各燃焼室２における空燃比Ａ／Ｆｃ、およびＳ３６にて設定される排気行程中の燃料噴射量は、最終的に各排気ポート５における混合気の空燃比Ａ／Ｆｅがおよそ１６になるように定められる。
Ｓ３６の処理の後、ＥＣＵ５０は、触媒装置１７の温度センサ１８からの信号に基づいて触媒床温を取得し、取得した触媒床温が所定の閾値を上回っているか否か判定する（Ｓ３８）。Ｓ３８において、触媒床温が所定の閾値を上回っており、触媒装置１７の触媒が充分に活性化されていると判断した場合、ＥＣＵ５０は、図３における一連の処理を終了させ、定常時における内燃機関１の制御を開始する。一方、Ｓ３８において、触媒床温が所定の閾値を上回っていないと判断した場合、ＥＣＵ５０は、上述のＳ３２〜Ｓ３６の処理を繰り返すことになる。
上述のように、図３に示される制御手順が実行された場合も、機関始動直後に、Ｓ３８にて触媒装置１７の触媒が活性化されたと判断されるまで、各燃焼室２に吸入される空気の圧力（吸気圧）が背圧よりも大きく設定された状態で吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅのバルブオーバーラップが設定される。また、図３の例では、各燃焼室２における混合気の空燃比がリッチ（Ａ／Ｆｃ＝１２）になるように各筒内噴射用インジェクタ１０ｃから燃料が各燃焼室２内に噴射（同期噴射）される。これにより、吸気ポート４から排気ポート５への新気の吹き抜けが確実に促進させられ、新気の流れにより燃焼室２内の未燃燃料が排気ポート５へと運ばれていくことになる。これにより、図３に示される制御手順を採用しても、未燃燃料と共に充分な量の空気（酸素）を触媒へと送り込むことが可能となり、触媒装置１７における後燃えを促進させて触媒を効率よく活性化させることが可能となる。
また、各燃焼室２の内部は比較的燃料リッチな状態となるため（Ａ／Ｆｃ＝１２）、冷間時に安定な燃焼が実行されると共に、各燃焼室２における安定燃焼により点火時期の遅角が可能となり、これにより、排気温度を上昇させることが可能となる。更に、Ｓ３８にて触媒装置１７の触媒が活性化されたと判断されるまで、排気行程中にも各筒内噴射用インジェクタ１０ｃから燃料を噴射させることにより（Ｓ３６）、未燃燃料と共に充分な量の空気（酸素）を触媒へと送り込むことが可能となる。
この結果、図３に示される制御手順を採用しても、触媒装置１７の触媒での燃料の後燃えを促進させると共に排気温度を上昇させることができるので、機関始動後、触媒を急速に活性化させることが可能となり、排気エミッションを良好に低減化することができる。そして、この場合も、触媒を活性化させるべく触媒に二次空気を供給するために従来用いられていたエアポンプ等は不要となる。更に、Ｓ３２にて設定される吸気圧と背圧との差圧を充分に大きくしておけば、触媒の活性化に対する過給機２０での排気ガスの熱損失の影響は実質的に無視し得る。また、図３における処理から、Ｓ３６における排気行程中の燃料噴射を省略してもよい。このように、排気工程中の燃料噴射を省略する場合には、吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅのオーバーラップ時間を適切に設定しておくことにより、各排気ポート５における混合気の空燃比Ａ／Ｆｅを、混合気の燃焼が促進されやすい値であるおよそ１６程度に保つことができる。
上述のように、図３に示される制御手順を採用すれば、ポート噴射用インジェクタを用いることなく、図２の制御手順を実行した場合とほぼ同様の作用効果を得ることができる。すなわち、本発明によれば、内燃機関１のようなポート噴射用インジェクタと筒内噴射用インジェクタとの双方を備えた内燃機関だけではなく、燃料噴射手段として燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタのみを備えた筒内噴射型内燃機関においても、触媒の早期活性化を図ることが可能となる。
図４は、上述の内燃機関１において、機関始動直後の排気エミッションの低減化を図るために実行され得る他の制御手順を示すフローチャートである。
図４に示される内燃機関１の制御手順について説明すると、この場合も、イグニッションスイッチがオンされて内燃機関１が始動されると、ＥＣＵ５０は、クランク角センサ１９からの信号に基づいて取得した機関回転数が所定の閾値を上回った段階で内燃機関１の始動が完了したと判断する（Ｓ５０）。内燃機関１の始動が完了したと判断すると、ＥＣＵ５０は、過給機２０のターボ用電動機２４を作動させると共に、各燃焼室２の吸気弁Ｖｉと排気弁Ｖｅとを同時に開弁させるバルブオーバーラップを設定する（Ｓ５２）。
Ｓ５２においても、ＥＣＵ５０は、圧力センサ１６により検出される吸気圧が内燃機関１に固有の背圧よりも大きくなるようにターボ用電動機２４に接続されたインバータユニット２５に所定の指令信号を与える。また、これとほぼ同時に、ＥＣＵ５０は、予め作成されているマップ等に従って、吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅのオーバーラップ時間を設定し、可変バルブタイミング機構を含む動弁機構８に所定の指令信号を与える。
Ｓ５２の処理の後、ＥＣＵ５０は、各ポート噴射用インジェクタ１０ｐからの燃料噴射量を決定する（Ｓ５４）。具体的には、Ｓ５４において、ＥＣＵ５０は、予め作成されているマップ等に従い、Ｓ５２にて定められた吸気圧を踏まえた上で、各吸気ポート４における混合気の空燃比Ａ／Ｆｐが例えばおよそ１６（Ａ／Ｆｐ＝１６）となるように各ポート噴射用インジェクタ１０ｐの開弁時間を決定し、各ポート噴射用インジェクタ１０ｐに所定の指令信号を与える。
これにより、Ｓ５４の処理が完了した段階では、各吸気ポート４における混合気の空燃比がリーン（Ａ／Ｆｐ＝１６）になるように各ポート噴射用インジェクタ１０ｐから各吸気ポート４内に燃料が噴射（同期噴射）される。そして、空燃比Ａ／Ｆｐがおよそ１６の希薄混合気が吸気ポート４から排気ポート５へと吹き抜けることにより、各排気ポート５における混合気の空燃比Ａ／Ｆｅも、混合気の燃焼を促進させやすい値であるおよそ１６程度に保たれることになる。
更に、Ｓ５４の処理の後、ＥＣＵ５０は、触媒装置１７の温度センサ１８からの信号に基づいて、触媒床温を取得し、取得した触媒床温が所定の閾値を上回っているか否か判定する（Ｓ５６）。Ｓ５６において、触媒床温が所定の閾値を上回っており、触媒装置１７の触媒が充分に活性化されていると判断した場合、ＥＣＵ５０は、図４における一連の処理を終了させ、定常時における内燃機関１の制御を開始する。一方、Ｓ５６において、触媒床温が所定の閾値を上回っていないと判断した場合、ＥＣＵ５０は、上述のＳ５２〜Ｓ５４の処理を繰り返すことになる。
上述のように、図４に示される処理が実行された場合も、機関始動直後等に、Ｓ５６にて触媒装置１７の触媒が活性化されたと判断されるまで、各燃焼室２に吸入される空気の圧力（吸気圧）が背圧よりも大きく設定された状態で吸気弁Ｖｉおよび排気弁Ｖｅのバルブオーバーラップが設定される。これにより、各吸気ポート４にて均質に混ざり合った空気および燃料の希薄混合気（Ａ／Ｆｐ＝１６）の吸気ポート４から排気ポート５への吹き抜けが確実に促進させられ、未燃燃料と共に充分な量の空気（酸素）を触媒へと送り込むことが可能となる。また、図４に示される制御手順を採用した場合、各燃焼室２内の混合気の空燃比Ａ／Ｆｃがおよそ１６に保たれるので、各燃焼室２内の混合気の燃焼温度が高まり、それにより、各燃焼室２からの排気ガスの温度を上昇させることが可能となる。
この結果、図４に示される制御手順を採用しても、触媒装置１７の触媒での燃料の後燃えを促進させると共に排気温度を上昇させることができるので、機関始動直後に、触媒を急速に活性化させることが可能となり、排気エミッションを良好に低減化することができる。また、図４に示される制御手順を採用すれば、機関始動直後に、各燃焼室２内に必要以上に燃料が供給されて過剰なトルクが発生してしまうことを抑制可能となる。そして、この場合も、触媒を活性化させるべく触媒に二次空気を供給するために従来用いられていたエアポンプ等は不要となり、Ｓ５２にて設定される吸気圧と背圧との差圧を充分に大きくしておけば、触媒の活性化に対する過給機２０での排気ガスの熱損失の影響は実質的に無視し得る。
なお、図４のＳ５４にて各吸気ポート４における空燃比を適宜設定した上で、各排気ポート５における混合気の空燃比Ａ／Ｆｅが例えばおよそ１６程度に保たれるように、Ｓ５４とＳ５６との間で、各ポート噴射用インジェクタ１０ｐから各吸気ポート４内に燃料を非同期噴射させてもよい。このような場合、例えば、Ｓ５４にて各吸気ポート４における空燃比Ａ／Ｆｐをおよそ１８（Ａ／Ｆｐ＝１８）に設定し、非同期噴射時の各吸気ポート４における空燃比Ａ／Ｆｐをおよそ１４（Ａ／Ｆｐ＝１４）に設定するとよい。
上述のように、図４に示される制御手順を採用すれば、筒内噴射用インジェクタを用いることなく、図２の制御手順を実行した場合とほぼ同様の作用効果を得ることができる。すなわち、本発明によれば、内燃機関１のようなポート噴射用インジェクタと筒内噴射用インジェクタとの双方を備えた内燃機関だけではなく、燃料噴射手段として吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射用インジェクタのみを備えたポート噴射型内燃機関においても、触媒の早期活性化を図ることが可能となる。
本発明による内燃機関を示す概略構成図である。 図１の内燃機関の動作を説明するためのフローチャートである。 図１の内燃機関において機関始動直後の排気エミッションの低減化を図るために実行され得る他の制御手順を示すフローチャートである。 図１の内燃機関において機関始動直後の排気エミッションの低減化を図るために実行され得る更に他の制御手順を示すフローチャートである。
符号の説明
１ 内燃機関
２ 燃焼室
４ 吸気ポート
５ 排気ポート
６ 吸気管
７ 排気管
８ 動弁機構
１０ｐ ポート噴射用インジェクタ
１０ｃ 筒内噴射用インジェクタ
１５ スロットルバルブ
１６ 圧力センサ
１７ 触媒装置
１８ 温度センサ
１９ クランク角センサ
２０ 過給機
２１ タービンインペラ
２２ 圧縮機インペラ
２３ 回転軸
２４ ターボ用電動機
２５ インバータユニット
Ｖｅ 排気弁
Ｖｉ 吸気弁

Claims (4)

  1. 吸気弁によって開閉される吸気ポートと排気弁によって開閉される排気ポートとに連なる燃焼室内で、前記吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射用インジェクタと、前記燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタとを備える燃料噴射手段からの燃料と空気との混合気を燃焼させて動力を発生する内燃機関において、
    前記吸気弁および前記排気弁の少なくとも何れか一方の開弁特性を変化させるための開弁特性設定手段と、
    前記燃焼室に吸入される空気を過給するための過給機と、
    前記過給機による過給圧を変化させるための過給圧設定手段と、
    前記燃焼室からの排気ガスを浄化するための触媒と、
    前記触媒が活性化されたと判断されるまで、前記燃焼室に吸入される空気の圧力が背圧よりも大きくなるように前記過給圧設定手段を制御しつつ、前記吸気弁および前記排気弁の同時に開弁する時間が設定されたオーバラップ時間となるように前記開弁特性設定手段を制御し、前記吸気ポートにおける混合気の空燃比がリーンになるように前記ポート噴射用インジェクタから燃料を噴射させ、これに同期して前記筒内噴射用インジェクタから空燃比がリッチになるように燃料を噴射させて、前記吸気弁および前記排気弁の同時に開弁する時間中の前記吸気ポートから前記排気ポートへの希薄混合気の吹き抜けにより前記触媒へ混合気を送り込むと共に、前記燃焼室で混合気を燃焼させる制御手段と、
    を備えることを特徴とする内燃機関。
  2. 前記過給機は、前記過給圧設定手段として、圧縮機要素を回転駆動する電動機を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
  3. 前記制御手段は、前記触媒が活性化されたと判断されるまで、排気行程中にも前記筒内噴射用インジェクタから燃料を噴射させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
  4. 吸気弁によって開閉される吸気ポートと排気弁によって開閉される排気ポートとに連なる燃焼室と、前記吸気弁および前記排気弁の少なくとも何れか一方の開弁特性を変化させるための開弁特性設定手段と、過給圧を変化させることができる過給機と、前記燃焼室からの排気ガスを浄化するための触媒とを備え、前記吸気ポート内に燃料を噴射するポート噴射用インジェクタと、前記燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射用インジェクタとを備える燃料噴射手段からの燃料と空気との混合気を前記燃焼室内で燃焼させて動力を発生する内燃機関の制御方法において、
    前記触媒が活性化されたと判断されるまで、前記燃焼室に吸入される空気の圧力が背圧よりも大きくなるように前記過給圧設定手段を制御しつつ、前記吸気弁および前記排気弁の同時に開弁する時間が設定されたオーバラップ時間となるように前記開弁特性設定手段を制御し、前記吸気ポートにおける混合気の空燃比がリーンになるように前記ポート噴射用インジェクタから燃料を噴射させ、これに同期させて前記筒内噴射用インジェクタから空燃比がリッチになるように燃料を噴射させて、前記吸気弁および前記排気弁の同時に開弁する時間中の前記吸気ポートから前記排気ポートへの混合気の吹き抜けにより前記触媒へ希薄混合気を送り込むと共に、前記燃焼室で混合気を燃焼させる、
    ことを特徴とする内燃機関の制御方法。
JP2003381730A 2003-11-11 2003-11-11 内燃機関および内燃機関の制御方法 Expired - Fee Related JP4033110B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003381730A JP4033110B2 (ja) 2003-11-11 2003-11-11 内燃機関および内燃機関の制御方法
US10/976,989 US7178327B2 (en) 2003-11-11 2004-11-01 Internal combustion engine and control method thereof
EP04026743A EP1531249A3 (en) 2003-11-11 2004-11-10 Internal combustion engine and control method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003381730A JP4033110B2 (ja) 2003-11-11 2003-11-11 内燃機関および内燃機関の制御方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005146893A JP2005146893A (ja) 2005-06-09
JP4033110B2 true JP4033110B2 (ja) 2008-01-16

Family

ID=34431435

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003381730A Expired - Fee Related JP4033110B2 (ja) 2003-11-11 2003-11-11 内燃機関および内燃機関の制御方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7178327B2 (ja)
EP (1) EP1531249A3 (ja)
JP (1) JP4033110B2 (ja)

Families Citing this family (90)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004026180B4 (de) * 2004-05-28 2014-09-18 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors
US7314033B2 (en) 2004-11-18 2008-01-01 Massachusetts Institute Of Technology Fuel management system for variable ethanol octane enhancement of gasoline engines
US20080060627A1 (en) 2004-11-18 2008-03-13 Massachusetts Institute Of Technology Optimized fuel management system for direct injection ethanol enhancement of gasoline engines
JP4475221B2 (ja) * 2005-03-11 2010-06-09 トヨタ自動車株式会社 エンジン
JP4306642B2 (ja) * 2005-05-17 2009-08-05 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御システム
JP4517951B2 (ja) * 2005-06-16 2010-08-04 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
US7478533B2 (en) * 2005-08-03 2009-01-20 Honda Motor Co., Ltd. Engine system with a supercharger
JP4356664B2 (ja) * 2005-08-22 2009-11-04 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
JP4244979B2 (ja) 2005-09-22 2009-03-25 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の過給圧制御装置
US7357101B2 (en) * 2005-11-30 2008-04-15 Ford Global Technologies, Llc Engine system for multi-fluid operation
US7287492B2 (en) * 2005-11-30 2007-10-30 Ford Global Technologies, Llc System and method for engine fuel blend control
US7293552B2 (en) * 2005-11-30 2007-11-13 Ford Global Technologies Llc Purge system for ethanol direct injection plus gas port fuel injection
US7594498B2 (en) * 2005-11-30 2009-09-29 Ford Global Technologies, Llc System and method for compensation of fuel injector limits
US7395786B2 (en) * 2005-11-30 2008-07-08 Ford Global Technologies, Llc Warm up strategy for ethanol direct injection plus gasoline port fuel injection
US8132555B2 (en) 2005-11-30 2012-03-13 Ford Global Technologies, Llc Event based engine control system and method
US7877189B2 (en) * 2005-11-30 2011-01-25 Ford Global Technologies, Llc Fuel mass control for ethanol direct injection plus gasoline port fuel injection
US7159568B1 (en) 2005-11-30 2007-01-09 Ford Global Technologies, Llc System and method for engine starting
US8434431B2 (en) * 2005-11-30 2013-05-07 Ford Global Technologies, Llc Control for alcohol/water/gasoline injection
US7647916B2 (en) * 2005-11-30 2010-01-19 Ford Global Technologies, Llc Engine with two port fuel injectors
US7412966B2 (en) * 2005-11-30 2008-08-19 Ford Global Technologies, Llc Engine output control system and method
US7406947B2 (en) 2005-11-30 2008-08-05 Ford Global Technologies, Llc System and method for tip-in knock compensation
US7640912B2 (en) * 2005-11-30 2010-01-05 Ford Global Technologies, Llc System and method for engine air-fuel ratio control
US7730872B2 (en) * 2005-11-30 2010-06-08 Ford Global Technologies, Llc Engine with water and/or ethanol direct injection plus gas port fuel injectors
US7302933B2 (en) * 2005-11-30 2007-12-04 Ford Global Technologies Llc System and method for engine with fuel vapor purging
US7278396B2 (en) * 2005-11-30 2007-10-09 Ford Global Technologies, Llc Method for controlling injection timing of an internal combustion engine
US7337754B2 (en) * 2006-03-17 2008-03-04 Ford Global Technologies Llc Apparatus with mixed fuel separator and method of separating a mixed fuel
US7389751B2 (en) * 2006-03-17 2008-06-24 Ford Global Technology, Llc Control for knock suppression fluid separator in a motor vehicle
US7578281B2 (en) * 2006-03-17 2009-08-25 Ford Global Technologies, Llc First and second spark plugs for improved combustion control
US7533651B2 (en) * 2006-03-17 2009-05-19 Ford Global Technologies, Llc System and method for reducing knock and preignition in an internal combustion engine
US7581528B2 (en) * 2006-03-17 2009-09-01 Ford Global Technologies, Llc Control strategy for engine employng multiple injection types
US7665428B2 (en) * 2006-03-17 2010-02-23 Ford Global Technologies, Llc Apparatus with mixed fuel separator and method of separating a mixed fuel
US7647899B2 (en) * 2006-03-17 2010-01-19 Ford Global Technologies, Llc Apparatus with mixed fuel separator and method of separating a mixed fuel
US7779813B2 (en) * 2006-03-17 2010-08-24 Ford Global Technologies, Llc Combustion control system for an engine utilizing a first fuel and a second fuel
US8015951B2 (en) * 2006-03-17 2011-09-13 Ford Global Technologies, Llc Apparatus with mixed fuel separator and method of separating a mixed fuel
US7255080B1 (en) 2006-03-17 2007-08-14 Ford Global Technologies, Llc Spark plug heating for a spark ignited engine
US8267074B2 (en) * 2006-03-17 2012-09-18 Ford Global Technologies, Llc Control for knock suppression fluid separator in a motor vehicle
US7933713B2 (en) * 2006-03-17 2011-04-26 Ford Global Technologies, Llc Control of peak engine output in an engine with a knock suppression fluid
US7665452B2 (en) * 2006-03-17 2010-02-23 Ford Global Technologies, Llc First and second spark plugs for improved combustion control
US7740009B2 (en) * 2006-03-17 2010-06-22 Ford Global Technologies, Llc Spark control for improved engine operation
US7275516B1 (en) 2006-03-20 2007-10-02 Ford Global Technologies, Llc System and method for boosted direct injection engine
US7426918B2 (en) 2006-03-20 2008-09-23 Ford Global Technologies, Llc Engine having multiple injector locations
US7886522B2 (en) * 2006-06-05 2011-02-15 Kammel Refaat Diesel gas turbine system and related methods
US7681554B2 (en) * 2006-07-24 2010-03-23 Ford Global Technologies, Llc Approach for reducing injector fouling and thermal degradation for a multi-injector engine system
US7287509B1 (en) * 2006-08-11 2007-10-30 Ford Global Technologies Llc Direct injection alcohol engine with variable injection timing
US7909019B2 (en) * 2006-08-11 2011-03-22 Ford Global Technologies, Llc Direct injection alcohol engine with boost and spark control
EP2088300B1 (en) 2006-11-15 2016-03-09 Mitsubishi Electric Corporation Hybrid engine assist system for vehicle
US8359837B2 (en) * 2006-12-22 2013-01-29 Cummins Inc. Temperature determination and control of exhaust aftertreatment system adsorbers
WO2008095129A2 (en) * 2007-01-31 2008-08-07 Turbodyne Technologies, Inc. Generation and management of mass air flow
EP2006516A1 (de) * 2007-06-22 2008-12-24 ABB Turbo Systems AG Abgasturbolader
US7676321B2 (en) * 2007-08-10 2010-03-09 Ford Global Technologies, Llc Hybrid vehicle propulsion system utilizing knock suppression
US8214130B2 (en) * 2007-08-10 2012-07-03 Ford Global Technologies, Llc Hybrid vehicle propulsion system utilizing knock suppression
US7971567B2 (en) 2007-10-12 2011-07-05 Ford Global Technologies, Llc Directly injected internal combustion engine system
DE102007056216B4 (de) * 2007-11-22 2016-02-04 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Steuergerät zum beschleunigten Aufheizen eines Katalysators im Abgassystem eines aufgeladenen Verbrennungsmotors mit variabler Ventilsteuerung
US20090133399A1 (en) * 2007-11-27 2009-05-28 Caterpillar Inc. Turbocharger system implementing real time speed limiting
US8118009B2 (en) 2007-12-12 2012-02-21 Ford Global Technologies, Llc On-board fuel vapor separation for multi-fuel vehicle
US8550058B2 (en) 2007-12-21 2013-10-08 Ford Global Technologies, Llc Fuel rail assembly including fuel separation membrane
US8141356B2 (en) * 2008-01-16 2012-03-27 Ford Global Technologies, Llc Ethanol separation using air from turbo compressor
JP5050917B2 (ja) * 2008-02-25 2012-10-17 マツダ株式会社 過給機付エンジンシステム
JP5181334B2 (ja) * 2008-03-17 2013-04-10 本田技研工業株式会社 過給機付き内燃機関搭載車両
JP2009257301A (ja) * 2008-03-19 2009-11-05 Ihi Corp 排気ガス浄化触媒の暖機方法及びシステム
US7845315B2 (en) 2008-05-08 2010-12-07 Ford Global Technologies, Llc On-board water addition for fuel separation system
JP4633138B2 (ja) * 2008-05-13 2011-02-16 三菱電機株式会社 エンジン始動システム
US8474258B2 (en) * 2008-09-24 2013-07-02 Deere & Company Stoichiometric compression ignition engine with increased power output
DE102008042615B4 (de) * 2008-10-06 2023-09-21 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Kraftstoffeinbringung in einen Brennraum eines Verbrennungsmotors
JP5245733B2 (ja) * 2008-11-07 2013-07-24 日産自動車株式会社 エンジンの排気浄化装置
US20100263639A1 (en) * 2009-04-20 2010-10-21 Ford Global Technologies, Llc Engine Control Method and System
JP5724296B2 (ja) * 2010-10-28 2015-05-27 いすゞ自動車株式会社 エンジンシステム
US9399944B2 (en) 2011-02-07 2016-07-26 Nissan Motor Co., Ltd. Control device for multi-cylinder internal combustion engine
US8272362B2 (en) 2011-03-29 2012-09-25 Ford Global Technologies, Llc Engine control method and system
JP5741345B2 (ja) * 2011-09-20 2015-07-01 三菱自動車工業株式会社 エンジンの制御装置
JP5810862B2 (ja) * 2011-11-18 2015-11-11 三菱自動車工業株式会社 内燃機関の制御装置
WO2013080362A1 (ja) * 2011-12-01 2013-06-06 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
CN104411952B (zh) * 2012-07-06 2017-03-22 丰田自动车株式会社 内燃机的控制装置
DE102012022712A1 (de) * 2012-11-21 2014-05-22 Deutz Aktiengesellschaft Dieselpartikelfilter und Verfahren zur Regeneration desselben
EP2985440B1 (en) * 2013-04-09 2019-06-12 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Control apparatus of internal combustion engine
JP5867443B2 (ja) * 2013-04-12 2016-02-24 トヨタ自動車株式会社 内燃機関
DE102014017676A1 (de) * 2014-11-28 2016-06-02 Man Truck & Bus Ag Verfahren zur Kaltstartvorwärmung einer aufgeladenen Brennkraftmaschine und/oder einer Abgasnachbehandlungseinrichtung
JP6337819B2 (ja) * 2015-03-30 2018-06-06 トヨタ自動車株式会社 内燃機関
JP6365426B2 (ja) * 2015-06-08 2018-08-01 トヨタ自動車株式会社 内燃機関
FR3037357B1 (fr) * 2015-06-10 2018-10-26 Psa Automobiles Sa. Procede de chauffage d’un systeme d’echappement d’un ensemble moteur a combustion interne par injection d’air
US10422296B2 (en) * 2015-06-11 2019-09-24 Ford Global Technologies, Llc Methods and system for improving fuel delivery amount accuracy
WO2018096589A1 (ja) * 2016-11-22 2018-05-31 マツダ株式会社 圧縮自己着火式エンジンの制御装置
DE102017201292A1 (de) * 2017-01-27 2018-08-02 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Reinigen von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine
US10145320B1 (en) * 2017-08-31 2018-12-04 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for boost and EGR control
JP2019152114A (ja) * 2018-03-01 2019-09-12 マツダ株式会社 エンジンの制御装置
US10982591B2 (en) 2018-11-29 2021-04-20 Deere & Company Enabling power unit protection modes without de rates
US11745550B2 (en) 2019-08-06 2023-09-05 Deere & Company Electrified air system for use with central tire inflation system
US11292301B2 (en) 2019-08-06 2022-04-05 Deere & Company Electrified air system for use with central tire inflation system
US11292302B2 (en) 2019-08-06 2022-04-05 Deere & Company Electrified air system for use with central tire inflation system
US11873774B2 (en) * 2021-10-27 2024-01-16 Ford Global Technologies, Llc Method and system for reactivating a catalyst

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4235076A (en) * 1979-05-03 1980-11-25 General Motors Corporation Vehicle engine having turbocharger bypass with boost control and converter warm-up functions
JPH04183945A (ja) 1990-11-19 1992-06-30 Toyota Motor Corp 筒内直接噴射式火花点火機関
DE4335153C2 (de) * 1993-10-15 1995-09-21 Porsche Ag Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine mit einem Abgas-Turbolader
JPH08296458A (ja) 1995-04-25 1996-11-12 Kubota Corp ディーゼルエンジンの燃料制限装置
JP3052777B2 (ja) 1995-04-27 2000-06-19 三菱自動車工業株式会社 筒内噴射型内燃機関
JP2001304016A (ja) 2000-04-28 2001-10-31 Mitsubishi Motors Corp 内燃機関の排ガス浄化装置
US6568173B1 (en) * 2000-08-02 2003-05-27 Ford Global Technologies, Inc. Control method for turbocharged diesel engine aftertreatment system
JP2002048035A (ja) 2000-08-02 2002-02-15 Yamaha Motor Co Ltd 過給機付筒内噴射エンジン
JP2002276418A (ja) * 2001-03-23 2002-09-25 Hitachi Ltd ターボ過給機付き筒内噴射エンジン及びその制御方法
JP3972611B2 (ja) * 2001-07-30 2007-09-05 日産自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
DE10140120A1 (de) 2001-08-16 2003-03-06 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors
EP1291513B1 (en) * 2001-09-07 2010-11-10 Mitsubishi Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha Exhaust emission control device of engine
DE10203025B4 (de) * 2002-01-26 2012-12-06 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors
DE10217589B4 (de) 2002-04-19 2005-06-09 Siemens Ag Verfahren zum Aufheizen eines Katalysators im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine
DE10259052B3 (de) 2002-12-17 2004-04-01 Siemens Ag Verfahren zum Aufheizen eines Abgaskatalysators einer mit Kraftstoff-Direkteinspritzung arbeitenden Brennkraftmaschine

Also Published As

Publication number Publication date
EP1531249A2 (en) 2005-05-18
EP1531249A3 (en) 2006-09-13
US20050097888A1 (en) 2005-05-12
JP2005146893A (ja) 2005-06-09
US7178327B2 (en) 2007-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4033110B2 (ja) 内燃機関および内燃機関の制御方法
JP5243637B1 (ja) 内燃機関システム
JP2003176741A (ja) 内燃機関の制御装置
JP2003106145A (ja) 内燃機関の運転方法および装置
JP2009209809A (ja) エンジンの過給装置
WO2008013157A1 (fr) système de recirculation des gaz d'échappement pour moteur à combustion interne
JP3994855B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP5211997B2 (ja) ターボ過給機付直噴エンジンの制御方法及びその装置
JP4182846B2 (ja) 内燃機関の制御装置
KR101643017B1 (ko) 내연 열 엔진, 제어 시스템, 엔진의 치수 설정 방법, 및 이러한 엔진을 포함하는 자동차
JP2010249019A (ja) 内燃機関
JP2019090378A (ja) 過給機付エンジン
JP2007002813A (ja) 過給機付き内燃機関の排気制御装置
JPH08135457A (ja) ターボ過給機付エンジン
JP2009191727A (ja) エンジンの過給装置
JP2018159271A (ja) 内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置
JP2003328861A (ja) 内燃機関の制御装置
JP2003269203A (ja) ディーゼルエンジンの始動制御装置
JP4258388B2 (ja) 内燃機関及び内燃機関の運転制御装置
JP2003269202A (ja) ディーゼルエンジンの始動制御装置
JP2005344638A (ja) 内燃機関の制御装置
JP2018193899A (ja) 圧縮天然ガス機関の吸排気構造
JP2005002967A (ja) ターボ過給機付火花点火式直噴エンジンの制御装置
JP3941010B2 (ja) 過給装置およびエンジンの過給方法
JP2005291019A (ja) 多気筒内燃機関の過給装置

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070511

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070710

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20071002

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20071015

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101102

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101102

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees