JP4096429B2

JP4096429B2 - 内燃機関の排気弁作動制御装置

Info

Publication number: JP4096429B2
Application number: JP34855798A
Authority: JP
Inventors: 雅彦久保
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1998-12-08
Filing date: 1998-12-08
Publication date: 2008-06-04
Anticipated expiration: 2018-12-08
Also published as: JP2000170556A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気浄化用触媒をそなえた車両に用いて好適の、内燃機関の排気弁作動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ガソリンエンジン等のエンジンの排ガス中に含まれる未燃のＨＣ（炭化水素），ＣＯ（一酸化炭素）及びＮＯ_X（窒素酸化物）等の有害成分を浄化すべく、排気浄化用触媒（排気浄化用触媒コンバータ）が排気通路に設けられている。
【０００３】
排気浄化用触媒（以降、単に触媒という）は、一般的に所定の活性温度領域まで温度が上昇しないと十分な排気浄化機能を発揮することができないため、如何に触媒を早期に活性温度領域まで昇温させるかが課題であった。
そこで、例えば、実開平５−９６４４４号公報には、排気カムの位相を通常の位置から進角させて排気弁を早期に開弁することにより、高温の燃焼ガスを排出し、この排ガスにより触媒の早期活性化を図るようにした技術が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように排気カムの位相を進角させる場合は、排気弁を早期に閉弁させることになり、オーバラップ（排気弁と吸気弁とが共に開いた状態）を減少させてしまうため、吸気効率を考慮すると、排気カムの位相の進角量は自ずと限界が生じてしまうのである。
【０００５】
したがって、上述の技術では、高温の排ガスを十分に触媒へ供給することができず、触媒が活性化温度に達するには時間を要するという問題が生じる。
また、上述の技術では、通常排気の位相と早期排気の位相との間では、ドライバビリティを考慮して位相変化を徐々にしか行うことができないため、排気弁の作動切換制御の応答性が悪く、この点も触媒が早期に活性し得ない原因となってしまう。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、エンジンの吸気効率の悪化を招くことなく触媒の温度を速やかに活性化温度まで上昇させることができるようにした、内燃機関の排気弁作動制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の内燃機関の排気弁作動制御装置では、内燃機関を筒内噴射型とし、排気浄化用触媒の昇温要求があるとき、制御手段により排気弁作動可変手段を制御して、排気行程時の排気弁の作動とは別に、点火後であって且つ膨張行程終了前に排気弁を一時的に開弁作動させ、且つ、排気弁作動可変手段が排気弁を一時的に開弁作動させるモードとして、排気弁の一時的な開弁作動を単独で行なう第１のモードと、排気弁の一時的な開弁作動を追加燃料噴射とともに行なう第２のモードとを備えて、排気行程時の排気よりも高温の排気を排出し、排気浄化用触媒を、浄化機能を発揮しうる活性化温度にまで早期に昇温させる。請求項２記載の本発明の内燃機関の排気弁作動制御装置では、第１のモード及び第２のモードは、内燃機関の運転状態に応じて、選択的に何れか一方が実行される。請求項３記載の本発明の内燃機関の排気弁作動制御装置では、内燃機関に備えられる全気筒のうち、半数の気筒については第１のモードのみ実行しうるように構成され、残りの半数の気筒については第２のモードのみ実行しうるように構成される。請求項４記載の本発明の内燃機関の排気弁作動制御装置では、第２のモードは、第１のモードに比べ、排気弁の一時的な開弁作動を開始するタイミングが遅い。請求項５記載の本発明の内燃機関の排気弁作動制御装置では、第２のモードの追加燃料噴射は、排気弁の一時的な開弁作動に先駆けて膨張行程前半に行なわれる。請求項６記載の本発明の内燃機関の排気弁作動制御装置では、排気弁の一時的な開弁作動を行なう気筒については、次回の主燃料噴射における燃料量の補正が行なわれる。請求項７記載の本発明の内燃機関の排気弁作動制御装置では、第１のモードにおいて、排気弁の一時的な開弁作動を開始するタイミングを、点火直後とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態としての内燃機関の排気弁作動制御装置について図１〜図６を参照しながら説明する。
本実施形態におけるエンジンは、吸気，圧縮，膨張，排気の各行程を一作動サイクル中にそなえる４サイクルエンジンであって、図２に示すように、気筒内に直接燃料を噴射し火花点火により燃焼を行なわせる筒内噴射型内燃機関（筒内噴射型ガソリンエンジン）として構成され、ここでは特に、Ｖ型の筒内噴射型ガソリンエンジンとして構成されている。
【０００９】
そして、燃焼室１には、吸気通路２及び排気通路３が接続され、吸気通路２及び排気通路３は吸気弁４Ｂ及び排気弁４Ａにより燃焼室１にそれぞれ連通制御されるようになっている。
また、吸気通路２には、図示しないエアクリーナ及びスロットル弁が設けられており、排気通路３には、排ガス中の有害成分を除去する排気浄化用触媒（以降、単に触媒という）６および図示しないマフラ (消音器）が設けられている。
【００１０】
また、８はインジェクタ（燃料噴射弁）であって、シリンダ３２内の燃焼室１へ向けて燃料を直接噴射すべく、その開口を燃焼室１に臨ませるように配置されている。また、インジェクタ８は、制御手段としての電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０からの信号に基づいて、その作動が制御されるようになっている。
ここで、排気弁４Ａには、排気弁４Ａの作動状態（開弁タイミング及びリフト量）を切り換え可能とする排気弁作動可変手段としての可変動弁機構（ＶＶＴ）６０Ａがそなえられている。一方、吸気弁４Ｂには、常に一定のタイミングで吸気弁４Ｂを開弁駆動する動弁機構６０Ｂがそなえられている。
【００１１】
そして、この可変動弁機構６０Ａの作動状態を切り換え制御することにより、通常行なわれる排気行程での開弁駆動に加えて、点火後であって且つ膨張行程終了前（ここでは膨張行程中）に排気弁４Ａが開弁駆動され、これにより排気行程時よりも高温の排ガスが排気通路３に排出されて触媒６の温度を上昇させて早期活性化を実行しうるようになっているのである。以降、このような膨張行程中の排気をサブ排気という。
【００１２】
なお、サブ排気を行なうモードとしては、後述するように、サブ排気を単独で行なうモード（第１のモード）と、追加燃料噴射とともにサブ排気を行なうモード（第２のモード）との２通りがあり、これらの各モードがエンジンの運転態様に応じて切り換えられるようになっている。そして、本実施形態では、エンジンにそなえられる全気筒のうち、半数の気筒については、第１のモードのみ実行しうるように構成され、残りの半数の気筒については、第２のモードのみ実行しうるようになっている。
【００１３】
また、第１のモードと第２のモードとでは、サブ排気を行なうのに適したタイミングが僅かながら異なっており、本実施形態では、それぞれのモードにおいて適切なタイミングでサブ排気が行なわれるように、第１のモードを実行しうる気筒の可変動弁機構６０Ａと、第２のモードを実行しうる可変動弁機構６０Ａとでは、その特性が異なるように構成されている。
【００１４】
また、第１のモード及び第２のモードは、選択的に何れか一方のモードのみが実行されるように構成されている。これにより、サブ排気を行なうのは、エンジンの半数の気筒のみとなり、急激なエンジントルクの低下が防止されるようになっている。つまり、膨張行程中に排ガスを排出するということは、筒内のピストン３１を押し下げてエンジントルクを発生させる燃焼ガスを早期に排出させてしまうことであるため、エンジントルクの損失につながり、したがって、触媒６の昇温を行なうときにおいても、サブ排気を行なうのは、エンジンの半数の気筒のみとして、急激なエンジントルクの低下が生じないようにしているのである。
【００１５】
なお、可変動弁機構６０Ａ及び動弁機構６０Ｂについては後述する。
ところで、図１及び図２に示すように、このエンジンには、触媒温度センサ３Ａ，冷却水温センサ７１，アクセルポジションセンサ（ＡＰＳ）７２，クランク角センサ７３，アイドルスイッチ７４，カム角センサ７５等の種々のセンサが設けられており、各センサからの検出信号はＥＣＵ２０へ送られるようになっている。
【００１６】
触媒温度センサ３Ａは、触媒６内に設けられており、触媒６内の温度（触媒温度）Ｔ_WCを検出するものである。また、冷却水温センサ７１は、右バンクと左バンクとの間のシリンダブロック内に設けられたウォータジャケット３０Ｂに挿設されており、エンジンの冷却水温Ｔ_Wを検出するものである。また、アクセルポジションセンサ７２は、エンジン負荷としてのアクセル開度θ_Aを検出するものである。そして、クランク角センサ７３はクランクシャフト５に設けられ、エンジン回転数Ｎｅを検出するものである。また、アイドルスイッチ７４はアイドル状態時にアイドル検出信号Ｐを出力するものである。
【００１７】
また、本エンジンでは、その運転モードとして、圧縮行程中に燃料を噴射し、燃焼室１内に流入した吸気流を、ピストン３１頂面の凹部３１Ａを利用して縦渦流（逆タンブル流）に生成し、この縦渦流を利用しながら、点火プラグ７近傍に燃料の噴霧を集めて安定した層状燃焼状態で運転を行なう超リーン運転モード（圧縮リーン運転モード）と、吸気行程中に燃料を噴射し、燃焼室１内を略均一な混合気状態で予混合燃焼させて燃料の希薄な状態で運転を行なうリーン運転モード（吸気リーン運転モード）と、空燃比が理論空燃比近傍となるようにＯ₂ センサ情報等に基づいてフィードバック制御を行なうストイキオ運転モード（ストイキオフィードバック運転モード）と、燃料の過濃な状態（即ち、空燃比が理論空燃比よりも小）での運転を行なうエンリッチ運転モード（オープンループモード）とが設けられている。そして、ＥＣＵ２０では、各センサからの検出情報に基づいて、エンジンの運転モードを設定するようになっており、アイドル時においては、冷却水温Ｔ_Wが低くなるにしたがい、一方、車両走行中においては、エンジン回転数Ｎｅ及び負荷状態を示す有効圧力Ｐｅが高くなるにしたがい、圧縮リーン運転モード，吸気リーン運転モード，ストイキオフィードバック運転モード及びオープンループモードの順で、それぞれ選択されるようになっている。なお、有効圧力Ｐｅはエンジン回転数Ｎｅ及びアクセル開度θ_Aの各情報から算出されるものである。
【００１８】
なお、超リーン運転モード及びリーン運転モードでの運転をリーン運転といい、ストイキオ運転モードでの運転をストイキオ運転（理論空燃比運転）といい、エンリッチ運転モードでの運転をリッチ運転という。
次に本発明の要部機能について、図１とともに図２を参照しながら説明すると、触媒６の昇温要求があるとき（本実施形態では、触媒温度センサ３Ａにより検出される触媒温度Ｔ_WCが所定温度Ｔ_WC0よりも低いとき）には、運転状況に応じて排気弁４Ａの可変動弁機構（排気弁作動可変手段）６０Ａとインジェクタ８との作動をＥＣＵ２０により制御して、触媒６の早期活性化を図るようになっている。
【００１９】
つまり、触媒温度Ｔ_WCが所定温度Ｔ_WC0よりも低い場合においては触媒６は十分な排気浄化機能を発揮することができないため、ＥＣＵ２０からの制御指令により、リッチ運転時又はストイキオ運転時には、第１のモードにより、サブ排気のみを行ない、リーン運転時には、第２のモードにより、追加燃料噴射及びサブ排気を行なうようになっている。これにより通常の排気行程中に排出される排ガスよりも高温の排ガスを排出させて、十分な排気浄化機能を発揮しうる活性化温度以上にまで触媒６を早期に昇温するようになっているのである。
【００２０】
なお、所定温度Ｔ_WC0は、制御遅れを考慮すると、活性化温度（触媒６の活性化領域の下限値）よりも所定の温度αだけ高く設定することが望ましい。このため、ここでは所定温度Ｔ_WC0を活性化温度に所定温度αを加えたものとしている（所定温度Ｔ_WC0＝活性化温度＋所定の温度α）。
ここで、追加燃料噴射とは、エンジントルクを発生させる主燃焼のための燃料噴射（主噴射）とは別に、筒内の燃焼ガスの高温化を目的として、膨張行程中にＥＣＵ２０からの制御指令に応じてインジェクタ８により行なわれるもので、追加噴射された燃料（追加燃料）は主燃焼の火炎伝播により着火されるようになっている。但し、主燃焼するのに必要な空気に加えて、追加燃料の燃焼（追加燃焼）用の空気が必要となるため、追加燃料噴射は、主燃料に対して空気過多の状態にあるリーン運転時にしか行なうことができない。
【００２１】
また、上述したように、サブ排気は、排気行程とは別に、膨張行程においても燃焼ガスの一部を筒内より排出するものである。つまり、膨張行程開始直前に点火プラグ７により着火されて急激に膨張する燃焼ガスはピストン３１を押し下げてエンジントルクを発生させるが、この膨張に応じて燃焼ガスの温度は低下していく。そこで、排気行程時の筒内の燃焼ガスに比べて、膨張の度合い（膨張比）が低く温度の高い燃焼ガスを触媒６に供給すべく、膨張行程中に排気（サブ排気）を行なうようにしているのである。
【００２２】
なお、サブ排気が行なわれると、本来ならばピストン３１を下死点まで押し下げるべき燃焼ガスが早期に筒内より排出されて、エンジントルクの低下が生じる。エンジンのアイドル時には、このようなエンジントルクの低下の影響は少ないが、車両走行中については、このエンジントルクの低下は無視できないものとなるため、エンジントルクの低下を補う分を加算した量の燃料が次回の吸気行程又は圧縮行程で主噴射されるようになっている。
【００２３】
次に、サブ排気及び追加燃料噴射の制御について、図３とともに図２を参照しながら説明する。
本実施形態では、触媒６の昇温（早期活性化）が必要な場合には、上述のように、リッチ運転又はストイキオ運転時にはサブ排気を行ない、リーン運転時にはサブ排気と追加燃料噴射とを併せて行なうようになっている。
【００２４】
まず、リッチ運転又はストイキオ運転時に、触媒６の早期活性化が必要な場合に行なわれるサブ排気について説明する。
リッチ運転又はストイキオ運転時には、吸気行程中にＥＣＵ２０からインジェクタ８に燃料噴射信号が入力され、この間、インジェクタ８は、燃焼室１内に燃料を噴射するようになっている。なお、この燃料噴射は主燃焼のための燃料噴射、即ち、主噴射である。
【００２５】
一方、圧縮行程中、燃焼室１内の混合気はクランクシャフト５の回転にともなうピストン３１の上昇により圧縮され、燃焼室１内の温度（筒内温度）はピストン３１による燃焼室１内の混合気の圧縮比に応じて上昇する。
そして、インジェクタ８からの燃料噴射が終了した圧縮行程末期において、ＥＣＵ２０から点火プラグ７へ点火信号が入力され、点火プラグ７は、燃焼室１内の混合気への点火を行なう。
【００２６】
混合気の燃焼により、燃焼室１内の温度は筒内の圧力とともに急激に上昇し、ピストン３１の位置が上死点（ＴＤＣ：Top Dead Center ）をわずかに過ぎた所で最大（例えば、１０００℃以上）となる。また、この燃焼に伴う燃焼室１内の圧力の上昇はエンジントルクとしてクランクシャフト５より出力される。
そして、ピストン３１が上死点を越えると、圧縮行程から膨張行程へと遷移するが、この膨張行程における筒内圧の減少にともない、図３中に▲１▼で示すように、燃焼室１内の温度は下降する。
【００２７】
触媒６を早期に活性化させるには、触媒６の中心温度を速やかに活性化温度（例えば、約５７０Ｋ）まで上昇させる必要がある。ところが、主燃焼により燃焼室１内の温度が高温に達したとしても、その後の膨張行程により燃焼ガスの温度は体積の膨張にともない徐々に低下していくので、このままでは、排気行程において高温の排ガスを触媒６に供給することはできず、触媒６の活性化を早期に行なうことができない。
【００２８】
そこで、本エンジンでは、触媒温度センサ３Ａが検出した触媒温度Ｔ_WCが所定温度Ｔ_WC0（所定温度Ｔ_WC0＝活性化温度＋所定の温度α）よりも低く、且つ、リッチ運転又はストイキオ運転時には、ＥＣＵ２０の制御指令により、排気弁４Ａの可変動弁機構６０Ａを作動させて、図３中に▲３▼で示すタイミング及びカムプロファイルでサブ排気を行なうようにしている。
【００２９】
つまり、筒内の燃焼ガスの温度は膨張比の増加とともに低下していくため、排気行程よりも早期の膨張行程において排気弁４Ａを開いて、高温のうちに燃焼ガスを排気通路３へ排出するようにしているのである。
次に、リーン運転時に触媒６の早期活性化が必要な場合に行なわれるサブ排気及び追加燃料噴射について説明する。
【００３０】
リーン運転時は、主燃料に対して空気量が過剰であるため、この過剰分の空気により膨張行程中に追加噴射される燃料を燃焼させて、燃焼ガスを昇温することが可能である。このため、本実施形態では、リーン運転時については、追加燃料噴射と併せてサブ排気を行なうことで、触媒６のさらなる早期活性化を行なえるようにしている。
【００３１】
つまり、図３中に▲４▼で示すタイミング及びカムプロファイルにより実行されるサブ排気に先駆けて、ＥＣＵ２０の制御指令により膨張行程前半でインジェクタ８により追加燃料噴射（膨張行程噴射）が行なわれるようになっている。そして、燃焼室１内へ直接噴射された追加燃料は、点火プラグ７で点火されるのではなく主燃焼の火炎伝播により着火され、主燃焼に比べて比較的低温で燃焼し、これにより図３中に▲２▼で示すように燃焼ガスが昇温するようになっている。そして、この昇温された燃焼ガスを、その後に行なわれるサブ排気により、膨張行程において排気通路３に排出させるとともに、排気行程においても高温の排ガスを排出させて、触媒６の早期昇温ができるようになっているのである。
【００３２】
なお、このように追加燃料噴射とともにサブ排気を行なう場合には、サブ排気は追加燃料噴射後に行なうのが望ましいので、追加燃料噴射を行なわずにサブ排気のみを行なう場合よりも、サブ排気開始のタイミングは遅くなっている。
また、追加燃料の燃焼により発生したエネルギーは燃焼室１内の圧力の上昇に変換されることなく、専ら燃焼室１内の温度上昇に用いられる。したがって、この追加燃料によりエンジントルクが変動することはない。
【００３３】
次に、可変動弁機構６０Ａ及び動弁機構６０Ｂについて説明する。
上述のように、本実施形態では、排気弁４Ａについては可変動弁機構６０Ａがそなえられ、吸気弁４Ｂについては動弁機構６０Ｂがそれぞれそなえられており、可変動弁機構６０Ａは、例えば、後述するように特開平６−３３７１９号公報に開示されたものと同様に構成されている。
【００３４】
具体的には、図４および図５（Ａ）に示すように、排気弁４Ａの可変動弁機構６０Ａは、エンジンのクランクシャフト５（図２参照）の回転に対応して回転するカムシャフト１１Ａに設けられたカム１２Ａ，１３Ａと、これらのカム１２Ａ，１３Ａによって駆動されるロッカアーム１４Ａ，１５Ａとをそなえて構成される。
【００３５】
ここで、カム１２Ａは通常の排気行程を行なうべく排気弁４Ａを開弁駆動するメインカムであり、一方、カム１３Ａは、触媒６（図２参照）内の温度Ｔ_WCが所定温度Ｔ_WC0よりも低い時に限って、触媒６の早期活性化を行なうために、膨張行程中に、排気弁４Ａを開弁駆動することのできるサブカムである。
また、ロッカアーム１４Ａはメインカム１２Ａによって駆動されるメインロッカアームであり、ロッカアーム１５Ａはサブカム１３Ａによって駆動されるサブロッカアームである。
【００３６】
一方、吸気弁４Ｂの動弁機構６０Ｂは、図４に示すように、可変動弁機構６０Ａに対して、サブカム，サブロッカアーム及びそれらに付随する部位の無い機構のものである。つまり、吸気行程を行なうべく吸気弁４Ｂを開弁駆動するカム１２Ｂと、このカム１２Ｂによって駆動されるロッカアーム１４Ｂとをそなえ、カム１２Ｂはエンジンのクランクシャフト５の回転に連動して回転するカムシャフト１１Ｂに設けられている。これにより、吸気弁４Ｂは、クランクシャフト５と連動して回転するカム１２Ｂにより、所定の回転位置でロッカアーム１４Ｂを介して押し下げられる、つまり開弁駆動されるようになっている。
【００３７】
ここで、本実施形態の排気弁４Ａ及び吸気弁４Ｂは、図３に示すカムプロファイルとなるように設定されており、排気弁４Ａのメインカム１２Ａと、吸気弁４Ｂのカム１２Ｂとの位相差は、例えば、クランク角において約２１０°（カム角において約１０５°）に設定され、排気弁４Ａのメインカム１２Ａとサブカム１３Ａとは、クランク角において所定の位相差Δθ（図３参照）を有するように取り付けられている。
【００３８】
また、上述したように、エンジンにそなえられる気筒のうち、半数については、リッチ運転時又はストイキオ運転時においてのみサブ排気を行ない、残りの半数については、リーン運転時においてのみ、追加燃料噴射とともにサブ排気を行ないうるようになっている。このため、図３に示すように、これらの半数の気筒毎にサブ排気を行なうタイミングが異なっている。したがって、リッチ運転時又はストイキオ運転時にサブ排気を行ないうる気筒に設置されるサブカム１３Ａと、リーン運転時に追加燃料噴射とともにサブ排気を行いうる気筒に設置されるサブカム１３Ａとでは、上述の位相差Δθも若干ながら異なって設定されている。
【００３９】
また、サブカム１３Ａの最大リフトＬ_S及び排気弁４Ａを開弁駆動する期間（開弁期間）θ_Sは、メインカム１２Ａの最大リフトＬ_M及び開弁期間θ_Mに比べ僅かとなるように設定されており、サブカム１３Ａにより排気弁４Ａが開弁駆動されても、つまりサブ排気が行なわれても筒内の燃焼ガスの一部のみが排気通路３に排出されるようになっている。
【００４０】
なお、図３において、サブカム１３Ａのリフトは誇張して示しており、実際には図示したものよりも小さなものとなる。
可変動弁機構６０Ａについて、図５（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）によりさらに詳細に説明する。
排気弁４Ａは、図５（Ａ）に示すように２つ対になってそなえられており、排気弁４Ａ，４Ａを駆動する可変動弁機構６０Ａは、上述したようにカムシャフト１１Ａに設けられるカム１２Ａ，１３Ａと、これらのカム１２Ａ，１３Ａによって駆動されるロッカアーム１４Ａ，１５Ａとをそなえている。
【００４１】
ロッカアーム１４Ａ，１５Ａは、いずれもローラ付きロッカアームであり、ロッカアーム１４Ａは、排気弁４Ａ，４Ａに当接してこの排気弁４Ａ，４Ａの開閉駆動に直接係わるメインロッカアームであり、ロッカアーム１５Ａは、排気弁４Ａ，４Ａには当接せずにこの排気弁４Ａ，４Ａの開閉駆動に間接的に係わるサブロッカアームである。
【００４２】
メインロッカアーム１４Ａは、図５（Ｂ），（Ｃ）に示すように、ロッカシャフト１６に一体に設けられている。このロッカシャフト１６はエンジンのシリンダヘッド３０（図４参照）等に設けられた軸受部３０Ａに枢支されており、メインロッカアーム１４Ａは、ロッカシャフト１６を中心に旋回できるようになっている。
【００４３】
メインロッカアーム１４Ａの中間部には、メインカム１２Ａに当接しうるメインローラ１８がそなえられている。このメインローラ１８は、メインロッカアーム１４Ａの中間部に軸支された軸１８Ａに枢支されて滑らかに回動しうるようになっている。
このような構造により、メインカム１２Ａは、カムシャフト１１Ａとともに回転しながら、所定の回転位置でメインローラ１８と当接して、メインロッカアーム１４Ａを介して排気弁４Ａ，４Ａを定期的に開弁駆動するようになっている。
【００４４】
一方、サブロッカアーム１５Ａは、その筒状基部６２において、ロッカシャフト１６（つまり、メインロッカアーム１４Ａ）に対して回転できるように軸支されており、その揺動端部６１に、サブカム１３Ａに当接しうるサブローラ１９をそなえている。このサブローラ１９も、サブロッカアーム１５Ａの揺動端部６１に軸支された軸１９Ａに枢支されて、滑らかに回動しうるようになっている。
【００４５】
このサブロッカアーム１５Ａとロッカシャフト１６との間には、サブロッカアーム１５Ａがロッカシャフト１６に対して回転自在であってメインロッカアーム１４Ａと連係動作しないモード（非連係モード）と、サブロッカアーム１５Ａがロッカシャフト１６と一体回転してメインロッカアーム１４Ａと連係動作するモード（連係モード）とを切り換えうるモード切換手段として、油圧ピストン機構１７が設けられている。
【００４６】
このモード切換手段としての油圧ピストン機構１７は、図５（Ｂ），（Ｃ）に示すように、ロッカシャフト１６に形成されたピストン室内に、ロッカシャフト１６の直径方向に可動に配設されたピストン１７Ａをそなえている。
そして、ロッカシャフト１６の軸心部分に形成された油路１６Ａから作動油が導かれると、図５（Ｃ）に示すように、ピストン１７Ａが先端部側〔図５（Ｂ），（Ｃ）中で上方〕へ駆動され、一方、作動油の供給が絶たれると、図５（Ｂ）に示すように、ピストン１７Ａが基端部側〔図５（Ｂ），（Ｃ）中で下方〕へ駆動されるようになっている。
【００４７】
つまり、作動油が供給されると、ピストン１７Ａの先端部への移動により、サブロッカアーム１５Ａがロッカシャフト１６と一体回転してメインロッカアーム１４Ａと連係動作するモード（連係モード）となり〔図５（Ｃ）参照〕、作動油の供給が絶たれると、ピストン１７Ａの先端部からの離脱により、サブロッカアーム１５がロッカシャフト１６に対して回転自在であってメインロッカアーム１４Ａと連係動作しないモード（非連係モード）となる〔図５（Ｂ）参照〕ように設定されているのである。
【００４８】
また、作動油の供給は、ロッカシャフト１６内の油路１６Ａを介して、図示しない作動油供給系を通じて行なわれるようになっている。そして、作動油を供給する供給状態と供給しない供給停止状態とは、作動油供給系に設けられている電磁弁（以降、可変動弁用電磁弁という）をＥＣＵ２０により開閉制御することで切り換えるようになっている。
【００４９】
そして、本実施形態では、触媒温度センサ３Ａからの触媒温度Ｔ_WCに応じて、この可変動弁用電磁弁を制御して、サブカム１３Ａによる排気弁４Ａの作動・非作動を切り換えることにより、触媒活性化用のサブ排気を行なうか否かを切り換えることができるようになっているのである。
本発明の一実施形態にかかるエンジンは、上述のように構成されているので、例えば図６に示すようなフローチャートにしたがって制御が周期的に行なわれて、作動態様が切り換えられる。
【００５０】
まず、ステップＳ１０により、クランク角センサ７３又はカム角センサ７５から入力されるエンジン回転数Ｎｅによりクランキングが完了したか否かの判定が行なわれる。エンジン回転数Ｎｅが所定の回転数よりも高ければ、エンジンにおいて既に燃焼が開始されてクランキングは完了していると判定されてステップＳ２０へ進み、一方、エンジン回転数Ｎｅが所定の回転数以下であれば、クランキングは完了していないと判定されて、リターンする。
【００５１】
そして、ステップＳ２０では、アイドルスイッチ７４によりエンジンがアイドル状態か否かが判定され、アイドル検出信号Ｐが検出されなければ、エンジンはアイドル状態ではない、つまり車両は走行中であると判定されてステップＳ１５０へと進み、一方、アイドル検出信号Ｐが検出されれば、エンジンはアイドル状態と判定されてステップＳ３０へと進む。
【００５２】
そして、ステップＳ３０では、冷却水温センサ７１から入力される冷却水温Ｔ_Wに応じて運転モードが選択され、冷却水温Ｔ_Wが冷却水基準温度Ｔ_W0よりも低いときには、リッチ運転又はストイキオ運転が選択されて、それに応じた燃料噴射（主噴射）の制御が行なわれ（ステップＳ４０）、ステップＳ５０へと進む。そして、ステップＳ５０では、触媒６が活性化されているか否かを、触媒温度センサ３Ａから入力される触媒温度Ｔ_WCにより判定し、触媒温度Ｔ_WCが所定温度Ｔ_WC0以上のときには触媒６は既に活性化されており昇温の必要はないと判定されて、それ以前にサブ排気が行なわれていれば、可変動弁用電磁弁を閉弁してサブ排気が停止され（ステップＳ３１０）、リターンする。一方、触媒温度Ｔ_WCが所定温度Ｔ_WC0よりも低いときには、触媒６は活性化されておらず十分な排気浄化機能を発揮できないと判定されて、通常の排気行程で排出される排ガスよりも高温の排ガスにより触媒６を速やかに昇温すべく、可変動弁用電磁弁を開弁駆動して、エンジンの半数の気筒においてサブ排気が行なわれ（ステップＳ６０）、ステップＳ３００へと進む。
【００５３】
そして、ステップＳ３００では、触媒６が十分に昇温されたか否かを判定し、触媒温度Ｔ_WCが所定温度Ｔ_WC0よりも低いときには、触媒６は未だ活性化されておらず、さらに昇温の必要があると判定されて、サブ排気を継続しながらリターンする。一方、触媒温度Ｔ_WCが所定温度Ｔ_WC0以上のときには、触媒６は十分に活性化されてこれ以上の昇温の必要はないと判定され、ステップＳ３１０へ進みサブ排気が停止される。
【００５４】
ところで、ステップＳ３０で、冷却水温Ｔ_Wが冷却水基準温度Ｔ_W0以上のときには、ステップＳ７０で運転態様としてリーン運転が選択されて、それに応じた燃料噴射（主噴射）の制御が行なわれ、ステップＳ８０に進む。
そして、ステップＳ８０では、触媒温度Ｔ_WCが所定温度Ｔ_WC0以上のときには、触媒６は既に活性化されていると判定されて、それ以前にサブ排気が行なわれているようであればサブ排気が停止される（ステップＳ３１０）。一方、触媒温度Ｔ_WCが所定温度Ｔ_WC0よりも低いときには、触媒６の昇温が必要であると判定されて、ステップＳ９０で膨張行程において追加燃料噴射が行なわれ、さらに、ステップＳ１００で可変動弁用電磁弁を開弁駆動してエンジンの半数の気筒においてサブ排気を行ない、そしてステップＳ３００へと進む。
【００５５】
一方、ステップＳ２０で、アイドル検出信号Ｐが検出されずにエンジンがアイドル状態ではない、即ち車両走行中であると判定された場合には、エンジン回転数Ｎｅ及び負荷状態を示す有効圧力Ｐｅに応じて、運転モードが選択され（ステップＳ１５０）、これに応じた燃料噴射（主噴射）の制御が行なわれ（ステップＳ１６０）、ステップＳ１７０へ進む。
【００５６】
そして、ステップＳ１７０では、触媒温度Ｔ_WCが所定温度Ｔ_WC0以上のときには、触媒６の昇温は必要ないと判定されて、サブ排気が行なわれているようであればサブ排気が停止され（ステップＳ３１０）、一方、触媒温度Ｔ_WCが所定温度Ｔ_WC0よりも低いときには、触媒６の昇温が必要であると判定されてステップＳ１８０へ進む。
【００５７】
そして、ステップＳ１８０では、サブ排気を行なう気筒については、このサブ排気によるエンジントルクの損失を補うべく、次回の主噴射における燃料量の補正が行なわれ、その後、ステップＳ１９０に進み運転モードの態様がリーン運転であるか否かの判定が行なわれる。そして、ステップＳ１９０で、リーン運転ではない、即ち、ストイキオ運転又はリッチ運転であると判定されると、ステップＳ２００へと進み半数の気筒においてサブ排気が行なわれてステップＳ３００へと進む。一方、リーン運転であれば、半数の気筒において追加燃料噴射（ステップＳ２１０）及びサブ排気（ステップＳ２２０）が行なわれ、その後、やはりステップＳ３００へと進む。
【００５８】
このように、本実施形態にかかる内燃機関の排気弁作動制御装置によれば、追加燃料噴射を行なうことのできないストイキオ運転時及びリッチ運転時において、サブ排気を行なうことにより、高温の排ガスを排出して触媒６を早期に昇温させて活性化させることができる。
さらに、リーン運転時には、サブ排気と同時に追加燃料噴射を行なうことにより、サブ排気に加えて排気行程においても高温の排ガスを排出することができ、より迅速に触媒６の活性化を行なうことができるという利点もある。
【００５９】
さらに、サブ排気は、排気行程とは独立して行なわれるので、排気行程における排気弁４Ａの開弁時期に影響を及ぼすこともない。したがって、オーバラップ（排気弁４Ａと吸気弁４Ｂとが共に開いた状態）を減少させてしまうことがないので、エンジンの吸気効率の悪化を招くことがないという利点もある。また、通常の排気行程とは別に排気弁４Ａを作動させることにより、触媒６の早期昇温に適した排気弁４Ａの作動時期（開弁タイミング）と作動量（リフト量）とを設定できるので、触媒６の活性化を効率よく行なうことができるという利点もある。
【００６０】
そして、可変動弁機構６０Ａに作動油を供給するか否かにより、サブ排気を行なうか行なわないかの切り換えが瞬時に行なえるため、こうした切り換え動作の応答性が良いという利点もある。
なお、本発明の内燃機関の排気弁作動制御装置は、上述の実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。
【００６１】
例えば、上述の実施形態では、触媒６の早期活性化を行なうために、リッチ運転時又はストイキオ運転時にはサブ排気を行ない、リーン運転時には追加燃料噴射とサブ排気とを行なうようにしているが、エンジンの運転態様に関わらず触媒６の早期活性化手段としてサブ排気のみを行なうようにしてもよい。この場合、エンジンの半数の気筒についてのみ、排気弁に可変動弁機構をそなえてサブ排気を行ないうる構造とし、残りの半数については、排気弁に一般的な動弁機構をそなえた構造としてサブ排気は行なわないようにしてもよい。
【００６２】
さらに、可変動弁機構６０Ａを用いるかわりに、排気弁４Ａを電磁弁により構成して、排気弁４Ａを任意のタイミングにより開閉可能な構造として、これによりサブ排気を行ないうるようにしてもよい。
また、車両走行時にエンジントルクの損失が生じないように、サブ排気による触媒６の早期活性化をアイドル時にのみ行なうようにしてもよい。
【００６３】
そして、サブ排気を開始するタイミングを、膨張行程中期ではなく、点火プラグ７による点火直後（圧縮行程末期）としてもよい。この場合、燃焼中の高温のガスが排出されるため、より早期に触媒の昇温を行なうことができ、また、ピストン３１が上死点にまで上昇する直前（圧縮行程末期）に、微量ながら燃焼ガスが排出されて圧力が逃がされるために、このタイミングおいて上昇から下降へと切り換わるピストン３１の動きによるエンジンの上下振動が低減されてこの振動による騒音が抑制される。
【００６５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の内燃機関の排気弁作動制御装置によれば、点火後であって且つ膨張行程終了前に排気弁を一時的に開弁作動させて排気（サブ排気）を行なうことにより高温の燃焼ガス（排ガス）が排出されて排気浄化用触媒の早期活性化を行なうことができるという利点がある。また、特に第２のモードでのサブ排気によれば、追加燃料が主燃焼の火炎伝播によって着火されることで昇温された燃焼ガスが、その後に行なわれるサブ排気により膨張行程において排気通路に排出されることにより、触媒のさらなる早期活性化を行なうことができるという利点がある。
【００６６】
さらに、サブ排気にかかる排気弁の作動は、排気行程時の排気弁の作動とは別に行なわれるので、排気行程における排気弁の開弁時期に影響を及ぼすこともない。したがって、内燃機関の吸気効率の悪化を招くことがないという利点もある。また、通常の排気行程とは別に排気弁を作動させることにより、排気浄化用触媒の早期昇温に適した排気弁の作動時期（開弁タイミング）と作動量（リフト量）とを設定できるので、排気浄化用触媒の活性化を効率よく行なうことができるという利点もある。
【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弁作動制御装置における制御系の構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態としての内燃機関の排気弁作動制御装置における内燃機関の全体構成を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態としての内燃機関の排気弁作動制御装置におけるカムプロファイル，点火信号のタイミング及び筒内温度をピストン位置との関係で示す図である。
【図４】本発明の一実施形態としての内燃機関の排気弁作動制御装置における排気弁作動可変手段及び吸気弁の動弁機構を模式的に示す構成図である。
【図５】本発明の一実施形態としての内燃機関の排気弁作動制御装置における排気弁作動可変手段の模式図であり、（Ａ）は全体構成を示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図でサブロッカアームがメインロッカアームと連係動作しない状態を示す図、（Ｃ）は（Ａ）のＡ−Ａ矢視断面図でサブロッカアームがメインロッカアームと連係動作する状態を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態としての内燃機関の排気弁作動制御装置における制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
３排気通路
４Ａ排気弁
６排気浄化用触媒
２０ＥＣＵ（制御手段）
６０Ａ可変動弁機構（排気弁作動可変手段）

Claims

排気通路に排気浄化用触媒をそなえた、筒内噴射型の内燃機関において、
排気行程時の排気弁の作動とは別に該排気弁を作動させうる排気弁作動可変手段と、
該排気浄化用触媒の昇温要求があるとき、点火後であって且つ膨張行程終了前に該排気
弁を一時的に開弁作動させるべく該排気弁作動可変手段を制御する制御手段とをそなえ、該排気弁作動可変手段が前記の排気弁を一時的に開弁作動させるモードとして、前記の排気弁の一時的な開弁作動を単独で行なう第１のモードと、前記の排気弁の一時的な開弁作動を追加燃料噴射とともに行なう第２のモードとを有している
ことを特徴とする、内燃機関の排気弁作動制御装置。
該第１のモード及び該第２のモードは、該内燃機関の運転状態に応じて、選択的に何れか一方が実行される
ことを特徴とする、請求項１記載の内燃機関の排気弁作動制御装置。
該内燃機関に備えられる全気筒のうち、半数の気筒については第１のモードのみ実行しうるように構成され、残りの半数の気筒については第２のモードのみ実行しうるように構成されている
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の内燃機関の排気弁作動制御装置。
該第２のモードは、該第１のモードに比べ、前記の排気弁の一時的な開弁作動を開始するタイミングが遅い
ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の内燃機関の排気弁作動制御装置。
該第２のモードの追加燃料噴射は、前記の排気弁の一時的な開弁作動に先駆けて膨張行程前半に行なわれる
ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の内燃機関の排気弁作動制御装置。
前記の排気弁の一時的な開弁作動を行なう気筒については、次回の主燃料噴射における燃料量の補正が行なわれる
ことを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載の内燃機関の排気弁作動制御装置。
該第１のモードにおいて、前記の排気弁の一時的な開弁作動を開始するタイミングを、点火直後とする
ことを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載の内燃機関の排気弁作動制御装置。