JP4385531B2

JP4385531B2 - 4-cycle engine with catalyst

Info

Publication number: JP4385531B2
Application number: JP2001037529A
Authority: JP
Inventors: 光夫人見; 啓二荒木
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2001-02-14
Filing date: 2001-02-14
Publication date: 2009-12-16
Anticipated expiration: 2021-02-14
Also published as: JP2002242711A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒を排気通路に具備した４サイクルエンジンに関し、とくにＮＯｘ触媒の温度上昇時の対策に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、特定運転域でリーン運転を行なうエンジン、例えば燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタを備えて低負荷低回転側の運転領域で成層燃焼によりリーン運転を行なうようにしたエンジンにおいて、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒を排気通路に設け、リーン運転状態のときに排気中のＮＯｘがＮＯｘ触媒に吸収され、空燃比がリッチ側に変化したときにＮＯｘがＮＯｘ触媒から放出されて還元されるようにしたものが知られている。
【０００３】
このようなエンジンにおいて、上記ＮＯｘ触媒はＮＯｘ浄化率が高い活性温度範囲が三元触媒等と比べて狭いため、運転中にＮＯｘ触媒の温度が上記活性温度範囲を越える高温状態となることがあり、このような高温状態になればＮＯｘ浄化性能が低下する。
【０００４】
ＮＯｘ触媒の高温化の対策に関する技術としては、例えば特開平１１−２２９８５６号公報に示されるように、ＮＯｘ触媒の硫黄被毒時にＳパージ（硫黄放出）のために排気雰囲気を酸素濃度低下雰囲気として触媒温度を上昇させる制御手段を備えたエンジンにおいて、上記制御手段によるＳパージ制御動作中に燃料カットモードの条件が成立したとき、上記ＮＯｘ触媒へ流入する排気ガス中の余剰酸素を抑制するようにしたものがある。
【０００５】
この技術は、Ｓパージ制御動作中に硫黄放出のためにＨＣ，ＣＯ等が排気ガス中に多く混入してＮＯｘ触媒に与えられている状態で、燃料カットモードに移行したとき、燃料供給が停止されることで急激に酸素過剰雰囲気になってＮＯｘ触媒に蓄積されたＨＣ，ＣＯ等が燃焼し、ＮＯｘ触媒の温度が急上昇するといった事態を防止するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に示された技術は、Ｓパージ制御動作中に燃料カットモードの条件が成立するという特殊な状況下でのみＮＯｘ触媒の温度上昇防止を図るものであるが、このような特殊な状況以外でも、例えばエンジンの負荷や回転数がある程度高くなって排気ガス温度が比較的高い状態が持続した場合等にＮＯｘ触媒の温度が活性温度範囲を越える高温状態となることがあり、このような場合にも効果的にＮＯｘ触媒の温度を低下させることが望まれる。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑み、ＮＯｘ触媒の温度が活性温度範囲を越える高温状態となったときに排気温度を低下させてＮＯｘ触媒の高温状態を解消し、とくに排気弁及び吸気弁のバルブ開閉タイミングを変更するバルブタイミング可変装置を利用して効果的にＮＯｘ触媒の高温化を防止することができる触媒を備えた４サイクルエンジンを提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、酸素過剰雰囲気でＮＯｘを吸収して酸素濃度が減少するに伴いＮＯｘを放出するＮＯｘ触媒を排気通路に具備するとともに、所定のリーン運転領域で空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に制御するようになっている４サイクルエンジンにおいて、ＮＯｘ触媒の温度を直接的または間接的に検出する触媒温度検出手段と、排気弁及び吸気弁のうちの少なくとも排気弁に対してバルブ開閉タイミングを変更するバルブタイミング可変装置と、上記触媒温度検出手段による検出に基づき、ＮＯｘ触媒の温度が所定の活性温度範囲を越える高温状態のとき、排気弁用カムリフト特性における加速度区間から定速度区間への移行時点をもって定義した排気弁閉時期を吸気上死点より所定クランク角期間前へ進角するように上記バルブタイミング可変装置を制御するバルブタイミング制御手段とを備え、かつ、少なくとも上記高温状態のときに、吸気弁用カムリフト特性における定速度区間から加速度区間への移行時点をもって定義した吸気弁開時期が吸気上死点以後とされていることを特徴とする触媒を備えたものである。
【０００９】
この発明によると、ＮＯｘ触媒が高温状態のとき、排気弁閉時期が吸気上死点より前、吸気弁開時期が吸気上死点以後とされることにより、燃焼室内に既燃ガスが残留していわゆる内部ＥＧＲが得られるとともに、その既燃ガスが充分に冷却され、低温のＥＧＲガスを導入する場合と同様に燃焼温度が低下し、それに伴って排気温度が低下する。これにより、ＮＯｘ触媒の温度が高温状態から活性温度範囲へ引き下げられる。また、上記内部ＥＧＲによるＮＯｘ低減作用も得られる。
【００１０】
この発明において、上記バルブタイミング制御手段は、エンジンの高負荷側の中・高速域を含む所定運転領域で上記排気弁閉時期を上死点より前とし、かつ、上記排気弁閉時期から吸気上死点までのクランク角期間を上記所定運転領域内の中速域では高速域よりも大きくするように、運転状態に応じて排気弁のバルブ開閉タイミングを制御するとともに、ＮＯｘ触媒の温度状態が高い程、上記排気弁閉時期から吸気上死点までの期間を増大方向に補正するものであることが好ましい。
【００１１】
このようにすると、運転状態に応じたバルブタイミングの制御に加えて触媒温度に応じたバルブタイミングの補正制御が行なわれる。そして、運転状態に応じた制御でも、上記所定運転領域で排気弁閉時期が吸気上死点より前、吸気弁の開時期が吸気上死点以後とされることにより排気温度の上昇が抑制されるが、それでもなお触媒が高温状態になれば、それに応じたバルブタイミングの補正制御により排気温度を低下させる作用が高められる。
【００１２】
さらに、上記バルブタイミング制御手段は、上記排気弁閉時期から上記吸気弁開時期までの期間を上記所定運転領域内の中速域では高速域よりも大きくするとともに、ＮＯｘ触媒の温度状態が高い程、上記排気弁閉時期から上記吸気弁開時期までのクランク角期間を増大方向に補正するものであることが好ましい。
【００１３】
このようにすると、触媒が高温状態になった場合のバルブタイミングの補正制御により排気温度を低下させる作用が、より一層高められる。
【００１４】
上記リーン運転領域においてＮＯｘ触媒が上記高温状態にあるとき、上記バルブタイミング制御手段による制御に加え、空燃比制御手段により空燃比を理論空燃比とするように制御してもよい。
【００１５】
このようにすると、ＮＯｘ触媒が高温状態にあるときに、三元触媒としての機能によりＮＯｘが浄化される。
【００１６】
上記バルブタイミング制御手段は、ＮＯｘ触媒が上記高温状態にあって、かつ、減速運転中に燃料供給を停止する減速燃料カット状態にあるときには、上記排気弁閉時期を上死点以後とするように制御することが好ましい。
【００１７】
このようにすると、減速運転中に燃料供給が停止されたとき、新気が排気通路に多く流されて触媒を冷やす作用が高められる。
【００１８】
また、バルブタイミング可変装置は排気弁と吸気弁の双方のバルブタイミングを変更するものであり、上記バルブタイミング制御手段は、エンジンの全開域では、ＮＯｘ触媒の温度が触媒劣化傾向を生じる極高温状態に達したときに、上記排気弁閉時期を吸気上死点より前の所定クランク角へ進角し、上記吸気弁開時期を吸気上死点以後の所定クランク角へ遅角するように制御するものであることが好ましい。
【００１９】
このようにすると、エンジンの全開域では、上記極高温状態に達するまでは全開出力確保に有利なバルブタイミングとされるが、上記極高温状態に達すると排気温度が低下するようにバルブタイミングが変更される。
【００２０】
また、本発明は、ＮＯｘ触媒を排気通路に具備するとともに過給機を備えたエンジンに適用する場合、少なくとも高負荷域における中・高速域で、過給を行うとともに、排気弁用カムリフト特性における加速度区間から定速度区間への移行時点をもって定義した排気弁閉時期を吸気上死点より前、吸気弁用カムリフト特性における定速度区間から加速度区間への移行時点をもって定義した吸気弁開時期を吸気上死点以後に設定したものである。
【００２１】
このようにすると、ＮＯｘ触媒が高温状態となり易い高負荷域の中・高速域で、過給により出力が確保されつつ、充分な内部ＥＧＲとこれを冷却する作用により、排気温度が低下して、ＮＯｘ触媒の温度上昇が抑制される。
【００２２】
この発明において、過給を行う運転領域で空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比に制御することが好ましい。このようにすると、ＮＯｘ触媒の温度上昇を抑制する作用が高められる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１は本発明が適用される自動車用４サイクルエンジンの全体構造を概略的に示したものである。この図において、１はエンジン本体であり、複数の気筒を有し、その各気筒２には、シリンダボアに挿入されたピストン４の上方に燃焼室５が形成されている。この燃焼室５には吸気ポート７及び排気ポート８が開口し、これらのポート７，８は吸気弁９及び排気弁１０によって開閉されるようになっている。
【００２５】
上記吸気弁９及び排気弁１０はカムシャフト１１，１２等からなる動弁機構により開閉作動されるようになっている。また、吸気弁９に対する動弁機構及び排気弁１０に対する動弁機構には、それぞれ、バルブ開閉タイミングを変更可能にするバルブタイミング可変装置１３，１４が設けられている。このバルブタイミング可変装置１３，１４は、クランクシャフトに連動するカムプーリとカムシャフトとの間に設けられて、クランクシャフトに対するカムシャフトの位相を変更することにより、開弁期間は一定としつつ開時期及び閉時期を変更することができるようになっている。このようなバルブタイミング可変装置１３，１４は従来から種々知られているため、具体的な構造の図示及び説明は省略する。
【００２６】
上記燃焼室５の中央部には点火プラグ１６が配設され、そのプラグ先端が燃焼室に臨んでいる。さらに燃焼室５には、側方からインジェクタ１８の先端部が臨み、このインジェクタ１８から燃料が燃焼室５内に直接噴射されるようになっている。
【００２７】
上記エンジン本体１には吸気通路２０及び排気通路３０が接続されている。上記吸気通路２０には、その上流側から順に、エアクリーナ２１、エアフローセンサ２２、スロットル弁２３及びサージタンク２４が設けられている。上記スロットル弁２３は、図外のアクセルペダルに機械的に連結され、アクセルペダル踏込み量に応じた開度に開かれるようになっている。このスロットル弁２３に対し、その開度を検出するスロットル開度センサ２５が設けられている。
【００２８】
上記排気通路３０には、排気ガス中の酸素濃度を検出することによって空燃比を検出するＯ₂センサ３１が設けられるとともに、その下流にＮＯｘ触媒３２が設けられている。このＮＯｘ触媒３２は、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン運転状態でもＮＯｘ浄化性能を有するものであって、酸素過剰雰囲気で排気ガス中のＮＯｘを吸収し、空燃比がリーンからリッチ側に変化して酸素濃度が減少したときに、吸収していたＮＯｘを放出するとともに、雰囲気中に存在するＣＯ等の還元材によりＮＯｘを還元させるようになっている。
【００２９】
より詳しく説明すると、上記ＮＯｘ触媒３２は、例えばコージュライト製ハニカム構造体等からなる担体の上にＮＯｘ吸収材層と触媒材層とを層状に形成したものであり、ＮＯｘ吸収材層は活性アルミナにＰｔ成分とＮＯｘ吸収材としてのＢａ成分とを担持させたものを主成分として構成され、触媒材層は、ゼオライトを担持母材としてこれにＰｔ成分及びＲｈ成分を担持させてなる触媒材を主成分として構成されている。
【００３０】
４０はエンジン制御用のコントロールユニット（ＥＣＵ）である。このＥＣＵ４０には、上記エアフローセンサ２２、スロットル開度センサ２５及びＯ₂センサ３１からの信号が入力されるとともに、クランク角センサ３５からエンジン回転数検出等のためのクランク角信号が入力され、さらにエンジン冷却水の温度を検出する水温センサ３６等からの信号も入力されている。
【００３１】
また、ＥＣＵ４０から、上記インジェクタ１８に対して燃料噴射を制御する信号が出力されるとともに、バルブタイミング可変装置１３，１４に対してこれを制御する信号が出力されている。
【００３２】
上記ＥＣＵ４０は、運転状態判別手段４１、触媒温度検出手段４２、バルブタイミング制御手段４３及び燃料噴射制御手段４４を含んでいる。運転状態判別手段４１は、クランク角センサ３５からのクランク角信号の周期の計測等によって検出されるエンジン回転数と、エアフローセンサ２２、スロットル開度センサ２５等からの信号によって調べられるエンジン負荷とに基づき、エンジンの運転状態を判別するようになっている。
【００３３】
触媒温度検出手段４２は、ＮＯｘ触媒３２の温度状態をほぼ直接的に検出するもので、排気通路３０のＮＯｘ触媒３２の直上流側に設けられた排気温度センサ３３の出力により、ＮＯｘ触媒３２の温度状態を検出するものである。なお、触媒温度検出手段４２は、例えば水温とエンジンの運転状態の経過等に基づいてＮＯｘ触媒３２の温度状態を推定する間接的な温度検出手段であってもよい。
【００３４】
バルブタイミング制御手段４２は、運転状態判別手段４１による運転状態の判別及び触媒温度検出手段４２による触媒温度状態の検出に基づいてバルブタイミング可変装置１３，１４を制御するものであり、後に詳述するような運転状態に応じたバルブタイミングの制御を行なうとともに、ＮＯｘ触媒３２の温度状態に応じた制御として、ＮＯｘ触媒の温度が所定の活性温度範囲を越える高温状態となったときに、排気弁閉時期を吸気上死点より前とするとともに、吸気弁開時期を吸気上死点後とするようになっている。
【００３５】
また、燃料噴射制御手段４３は、運転状態判別手段４１により判別される運転状態に応じてインジェクタ１８からの燃料噴射量及び噴射時期を制御するものであり、例えば図２中に示すようにエンジンの低速、低負荷側の所定領域をリーン運転領域とし、このリーン運転領域では、空燃比を理論空燃比よりもリーン（空気過剰率λがλ＞１）とするとともに、圧縮行程後半に燃料を噴射することにより点火プラグ１６まわりに混合気を偏在させて成層燃焼を行わせるように、燃料噴射量及び噴射タイミングを制御する。一方、上記リーン運転領域以外の領域では、空燃比を理論空燃比（空気過剰率λがλ＝１）もしくはこれに近い値とするとともに、吸気行程で燃料を噴射することにより混合気を拡散させて均一燃焼を行わせるように、燃料噴射量及び噴射タイミングを制御する。
【００３６】
図３は吸・排気弁の開閉タイミングを示すためのカムリフト曲線を表しており、ＩｎＶは吸気弁、ＥｘＶは排気弁を意味する。また、ＩｎＯ及びＩｎＣは吸気弁の開時期及び閉時期、ＥｘＯ及びＥｘＣは排気弁の開時期及び閉時期である。ここで、吸気弁及び排気弁の開時期ＩｎＯ，ＥｘＯは、カムリフト特性における定速度区間から加速度区間への移行時点をもって定義し、吸気弁及び排気弁の閉時期ＩｎＣ，ＥｘＣは、カムリフト特性における加速度区間から定速度区間への移行時点をもって定義することとする（図４参照）。
【００３７】
図３において、排気弁は開閉タイミング可変範囲内で最も進角したときに実線のように閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣより前、最も遅角したときに破線のように閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣより後となり、吸気弁は開閉タイミング可変範囲内で最も進角したときに破線のように開時期ＩｎＯが吸気上死点ＴＤＣより前、最も遅角したときに実線のように開時期ＩｎＯが吸気上死点ＴＤＣより後となる。従って、破線で示すような排気弁が遅角、吸気弁が進角の状態では両者の開弁期間にオーバラップがあるが、実線で示すような排気弁が進角、吸気弁が遅角の状態では両者の開弁期間にオーバラップがない。このようなオーバラップがない状態での排気弁閉時期ＥｘＣから吸気弁開時期ＩｎＯまでの期間を、実施形態の説明の中では便宜的にマイナスオーバラップ（マイナスＯ／Ｌ）と呼ぶ。
【００３８】
図５は、リーン運転状態にあるときのＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化率（ＮＯｘ吸収率）と触媒温度との関係を示しており、この図のように、所定の活性温度範囲Ｔ１（２５０°Ｃ程度）〜Ｔ２（４００°Ｃ程度）にあるときにＮＯｘ浄化率が高く、この温度範囲の下限値Ｔ１より低温側及び上限値Ｔ２より高温側でＮＯｘ浄化率が低くなる。そこで、触媒温度が上記活性温度範囲の上限値Ｔ２より高い高温状態の時、排気温度を低下させるため、排気弁閉時期が吸気上死点より前、吸気弁開時期が吸気上死点以後となるようにバルブタイミングが制御される。ただし、運転状態に応じた制御によって既にこのようなバルブタイミングとなっている場合は、排気弁閉時期が進角側、吸気弁開時期が遅角側にそれぞれ補正されてマイナスＯ／Ｌが大きくされる。
【００３９】
次に、運転状態に応じたバルブタイミングの設定、変更の仕方を、図２および図６を参照しつつ説明する。なお、以下の説明の中で吸気弁、排気弁の開閉タイミング等についての時期及び期間を表す数値はクランク角によるものであり、また、ＢＴＤＣは上死点前を意味し、ＡＴＤＣは上死点後を意味する。
【００４０】
エンジンの高負荷側の中・高速域を含む所定運転領域では、排気弁閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣより所定期間前とされるとともに吸気弁開時期ＩｎＯが吸気上死点ＴＤＣより後とされることにより、マイナスＯ／Ｌが生じるように設定され、特に当実施形態では図２中に示すようにエンジン中負荷からこれより多少高負荷側にまでわたる領域における中速域（領域Ａ）でマイナスＯ／Ｌが最も大きくされる。
【００４１】
具体的には、中速中負荷（上記領域Ａ内）では図６（ｂ）に示すように、排気弁閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣよりも２０°以上前、好ましくはＢＴＤＣ３０〜４０°に設定されるとともに、吸気弁開時期ＩｎＯが吸気上死点ＴＤＣより後、好ましくはＡＴＤＣ３５〜４５°に設定される。なお、中速中負荷域において吸気弁の閉時期ＩｎＣは吸気下死点後８０°程度、排気弁の開時期は排気下死点前８０°程度とされる。そして、当実施形態において用いられているバルブタイミング可変装置によると、吸気弁及び排気弁の開弁期間は一定に保たれつつ、吸気弁開時期の変化に伴って吸気弁閉時期も変化し、また排気弁閉時期の変化に対応して排気弁開時期も変化する。
【００４２】
領域Ａより高速側の領域である高速中負荷域では、図６（ｃ）に示すように、マイナスＯ／Ｌを有するがその期間が中速中負荷域より小さくされ、例えば排気弁閉時期ＥｘＣがＢＴＤＣ２０〜３０°に設定されるとともに、吸気弁開時期ＩｎＯがＡＴＤＣ２５〜３５°に設定される。
【００４３】
また、領域Ａから全開域に近づくと、それにつれて排気弁が徐々に遅角され、かつ、吸気弁が徐々に進角されることにより、マイナスＯ／Ｌが徐々に小さくされ、あるいはさらに正のオーバラップが生じる状態に至る。そして、中速全開域では、図６（ｅ）に示すように、排気弁閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣより後、例えばＡＴＤＣ１０°程度に設定されるとともに、吸気弁開時期ＩｎＯが吸気上死点ＴＤＣより前、例えばＢＴＤＣ１０〜１５°程度に設定される。また、高速高負荷域では、図６（ｆ）に示すように、排気弁閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣより後、例えばＡＴＤＣ１０°程度に設定されるとともに、吸気弁開時期ＩｎＯが吸気上死点ＴＤＣより後、例えばＡＴＤＣ１０〜１５°に設定される。
【００４４】
なお、低速域でのバルブ開閉タイミングは本発明で限定しないが、図示の例によると、低速中負荷域では図６（ａ）のように、中速中負荷域よりマイナスＯ／Ｌが小さくされ、例えば排気弁閉時期ＥｘＣがＢＴＤＣ２０〜３０°、吸気弁開時期ＩｎＯがＡＴＤＣ２５〜３５°に設定される。低速全開域では図６（ｄ）のように、中速中全開域と略同じで排気弁閉時期ＥｘＣがＡＴＤＣ１０°程度に設定されるとともに、吸気弁開時期ＩｎＯがＢＴＤＣ１０〜１５°程度に設定される。
【００４５】
また、低負荷領域のバルブ開閉タイミングは本発明で限定しないが、例えば図６（ｇ）に示すように、排気弁閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣより前で、ＢＴＤＣ５〜１５°程度に設定されるとともに、吸気弁開時期ＩｎＯが吸気上死点ＴＤＣより後で、例えばＡＴＤＣ１０〜２０°程度に設定される。
【００４６】
ＥＣＵ４０による制御の具体例を、図７のフローチャートによって説明する。
【００４７】
ＥＣＵ４０による制御としては、先ず各センサからの信号が入力され（ステップＳ１）、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて運転状態が判別され（ステップＳ２）、水温及び運転状態等に基づいてＮＯｘ触媒３２の温度状態が判別される（ステップＳ３）。さらに、ステップＳ２で判別された運転状態に応じて吸気弁及び排気弁の開閉タイミングの設定（図６参照）が行われる（ステップＳ４）。
【００４８】
次に、運転状態がエンジンの全開域にあるか否かが判定され（ステップＳ５）、全開域にない場合は減速燃料カット領域にあるか否かが判定される（ステップＳ６）。運転状態がエンジンの全開域及び減速燃料カット領域にない場合、ステップＳ７に移って、ＮＯｘ触媒３２の温度が活性温度範囲の上限値Ｔ２を越える高温状態であるか否かが判定される。
【００４９】
ステップＳ７でＮＯｘ触媒３２が高温状態にあることが判定された場合は、排気弁閉時期ＥｘＣを吸気上死点ＴＤＣより前で、吸気上死点ＴＤＣまでの期間が長くなるように進角側に補正するとともに、吸気弁開時ＩｎＯを吸気上死点ＴＤＣより後で、吸気上死点ＴＤＣからの期間が長くなるように遅角側に補正し、マイナスＯ／Ｌを大きくする（ステップＳ８）。また、インジェクタ１８からの燃料噴射の制御（噴射量及び噴射タイミングの制御）は図外の燃料制御ルーチンで行われ、この燃料制御ルーチンで図２中に示すように運転領域に応じて空燃比が設定されて、その空燃比となるように燃料噴射量が演算されるが、ＮＯｘ触媒３２が高温状態にある場合は、リーン運転領域であっても空燃比が理論空燃比（λ＝１）に修正される（ステップＳ９）。
【００５０】
そしてステップＳ１０に移行し、ステップＳ８で補正されたバルブタイミングとなるようにバルブタイミング制御信号がバルブタイミング制御装置１３，１４に対して出力される。
【００５１】
また、上記ステップＳ５でエンジンの運転状態が全開域にあると判定された場合は、ステップＳ１１に移って、ＮＯｘ触媒３２の温度が活性温度範囲の上限値Ｔ２よりもさらに所定量高い極高温状態判定値Ｔ３（図５参照）を越える極高温状態となったか否かが判定される。そして、全開域で極高温状態となった場合は、排気弁閉時期ＥｘＣを上死点ＴＤＣより前、吸気弁開時期ＩｎＯを上死点ＴＤＣより後とするように、バルブタイミングが変更される（ステップＳ１２）。それからステップＳ１０に移行し、ステップＳ１２で変更されたバルブタイミングとなるようにバルブタイミング制御信号がバルブタイミング制御装置１３，１４に対して出力される。
【００５２】
また、上記ステップＳ６でエンジンの運転状態が減速燃料カット領域にあることが判定された場合、ステップＳ１３に移って、ＮＯｘ触媒３２の温度が活性温度範囲の上限値Ｔ２を越える高温状態であるか否かが判定される。そして、ＮＯｘ触媒３２が高温状態にある場合は、排気弁閉時期ＥｘＣを上死点ＴＤＣより後、吸気弁開時期ＩｎＯを上死点ＴＤＣより前とするように、バルブタイミングが変更される（ステップＳ１４）。それからステップＳ１０に移行し、ステップＳ１４で変更されたバルブタイミングとなるようにバルブタイミング制御信号がバルブタイミング制御装置１３，１４に対して出力される。
【００５３】
なお、ステップＳ７またはステップＳ１３でＮＯｘ触媒３２に高温状態でないと判定された場合、あるいはステップＳ１１でＮＯｘ触媒３２に極高温状態でないと判定された場合は、そのままステップＳ１０に移行することにより、ステップＳ４で設定されたバルブタイミングとなるようにバルブタイミング制御信号がバルブタイミング制御装置１３，１４に対して出力される。
【００５４】
以上のような当実施形態のエンジンによると、前述のようにエンジンの運転状態に応じたバルブタイミングの制御が行なわれて、中速中負荷、高速中負荷等の運転領域で、排気弁閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣ前、吸気弁開時期ＩｎＯが吸気上死点ＴＤＣ後とされることにより、いわゆる内部ＥＧＲが行われてＮＯｘが低減されるとともに、その内部ＥＧＲによる燃焼室内の既燃ガスが充分に冷却されて熱効率の向上による燃費改善及び排気温度上昇抑制の効果が得られる。
【００５５】
すなわち、排気弁閉時期ＥｘＣを吸気上死点ＴＤＣよりも前としておけば、既燃ガスを排出し終える前に排気弁が閉じるため燃焼室５内に既燃ガスが残留していわゆる内部ＥＧＲ効果が得られ、外部から排気ガスを還流させる外部ＥＧＲと同様にＮＯｘが低減される。
【００５６】
また、排気弁閉時期ＥｘＣを吸気上死点ＴＤＣより所定期間前とするとともに吸気弁開時期ＩｎＯを吸気上死点ＴＤＣ後とした場合の排気行程後期から吸気行程前記にかけての圧力変化は図８のようになり、排気弁閉時期ＥｘＣから吸気上死点ＴＤＣになるまで間に燃焼室内圧力が上昇し、吸気上死点ＴＤＣを過ぎてから燃焼室圧力が低下する。そして、圧力上昇に伴って温度が上昇し、圧力低下に伴って温度が低下するが、圧力上昇により燃焼室内温度が高められる期間には、燃焼室を構成する周囲の壁（ウォータジャケットが内蔵されて比較的温度が低いシリンダヘッドないしシリンダ壁）との温度差が大きくなることにより、この周囲の壁への放熱量が増大する。従って、排気弁が閉じた時点で燃焼室内に残留する既燃ガスの温度が高くても、排気弁が閉じてからの圧力が高い期間に充分に放熱が行われた上で、その後の圧力低下に伴い温度が低下する。
【００５７】
こうして既燃ガスを冷却する作用が得られ、これにより、外部から冷却されたＥＧＲガスを導入する場合と同様に、燃焼温度が低下する。このように燃焼温度が低下すると、熱効率が高められるため、燃費が改善される。また、燃焼温度の低下に伴い、排気温度が低下するため、ＮＯｘ触媒の温度上昇抑制に有利となる。さらに、比較的高負荷側の運転領域では、燃焼温度の低下によってノッキングを抑制する効果も得られる。
【００５８】
運転状態に応じたバルブタイミングの制御において、とくに、エンジン中負荷からこれより多少高負荷側にまでわたる領域における中速域及び高速域では、燃焼安定性が高くて内部ＥＧＲの許容量が大きいため、排気弁閉時期が吸気上死点に対して比較的大きく進角されるとともにマイナスＯ／Ｌが大きくされ、これにより内部ＥＧＲ量が多くされ、かつ、既燃ガス冷却作用が高められて、燃焼温度及び排気温度の上昇を抑制する作用が充分に得られる。
【００５９】
また、このようにマイナスＯ／Ｌにするとよって内部ＥＧＲを得るようにすると、エンジン回転速度が高くなるにつれ、吸気弁及び排気弁の有効開弁期間が減少することが実質的にマイナスＯ／Ｌを大きくするのと同等に作用するので、高速域では中速域と比べてマイナスＯ／Ｌを小さくしても内部ＥＧＲの確保及び燃焼温度、排気温度の低減等の効果が充分に得られる。従って、中速中負荷でマイナスＯ／Ｌが最も大きくされるのに対し、高速中負荷ではマイナスＯ／Ｌが中速中負荷よりもある程度小さくされることにより、内部ＥＧＲ量が過剰になることが避けられ、上記のような効果が得られつつ出力が確保される。
【００６０】
エンジンの低速域や低負荷域では、中・高速の中・高負荷域と比べるとＥＧＲ許容量が少なくなるので、マイナスＯ／Ｌが比較的小さくされる。また、エンジンの全開域では、排気弁閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣよりも多少遅いＡＴＤＣ１０°程度とされることにより、内部ＥＧＲが極力少なくされて全開トルクが確保される。
【００６１】
エンジンの運転状態に応じた燃料噴射の制御としては、図２中に示すリーン運転領域で、空燃比がリーンになるように燃料噴射量が制御されるとともに、成層燃焼が行なわれるように燃料噴射時期が制御される。そして、このようなリーン運転状態にあるときに、酸素過剰状態の排気ガスに含まれるＮＯｘがＮＯｘ触媒３２に吸収され、その後にリーン運転領域外への運転状態の移行等によって空燃比が理論空燃比もしくはそれよりリッチとされたとき、ＮＯｘ触媒３２からＮＯｘが放出され、かつ、排気ガス中のＣＯ等の還元材の存在により、ＮＯｘ触媒３２の還元作用でＮＯｘが還元される。
【００６２】
このようにしてＮＯｘ触媒３２により排気ガス中のＮＯｘが浄化されるが、このＮＯｘ触媒３２の活性温度範囲（Ｔ１〜Ｔ２）は比較的狭く、運転中に排気温度の上昇に伴って触媒温度が活性温度範囲を越えて上昇することがある。
【００６３】
そこで、ＮＯｘ触媒３２が活性温度範囲を越える高温状態となったとき、上記マイナスＯ／Ｌによる排気温度の低下が図られる。
【００６４】
すなわち、上述のように排気弁閉時期を吸気上死点より前とし、かつ、吸気弁開時期を吸気上死点後としてマイナスＯ／Ｌを生じるようにしておけば、内部ＥＧＲが得られるとともにこれが冷却されることで排気温度を低下させる作用が得られ、このような作用は、吸気上死点に対する排気弁閉時期の進角量及び上記マイナスＯ／Ｌを大きくするほど高められる。
【００６５】
このため、エンジンの全開域及び減速燃料カット領域にない場合においてＮＯｘ触媒３２が高温状態となったときは、排気弁閉時期が進角されるとともにマイナスＯ／Ｌを大きくなるようにバルブタイミングが補正され（ステップＳ７，Ｓ８）、これにより排気温度が引き下げられる。その上、このように補正されることで内部ＥＧＲ量が増加するため、ＮＯｘ触媒３２が高温状態にあるため浄化性能が低い状況下でもＮＯｘ排出量の増大が抑制される。
【００６６】
さらに、ＮＯｘ触媒３２は理論空燃比では三元触媒機能を有し、この機能は高温状態でも発揮し得るため、当実施形態ではＮＯｘ触媒３２が高温状態にあるときにリーン運転領域であっても空燃比を理論空燃比に調整し（ステップＳ９）、三元触媒機能を利用してＮＯｘの浄化を図っている。
【００６７】
また、エンジンの全開域では、全開出力確保の要求が強いため、ＮＯｘ触媒３２の温度が活性温度範囲を超えても極高温状態判定値Ｔ３を越えなければ、全開出力確保に適したバルブタイミングが維持されるが、極高温状態判定値Ｔ３を越える極高温状態にまで達すれば排気弁閉時期が吸気上死点ＴＤＣ前とされるとともに吸気弁開時期が吸気上死点ＴＤＣ後とされるようにバルブタイミングが変更され（ステップＳ１２）、これにより、ＮＯｘ触媒３２の劣化を招くような過度の温度上昇が避けられる。
【００６８】
また、高速高負荷の状態から減速が行われた場合等には、ＮＯｘ触媒３２が高温状態で、かつ、減速燃料カットが行われることがあり、このような場合は燃料供給が停止されて燃焼が行なわれないので、マイナスＯ／Ｌとしても内部ＥＧＲは得られず、それよりも排気側への新気の流れを多くするほうが触媒の冷却に有利である。そこでこのような場合は、排気弁閉時期が吸気上死点後、吸気弁開時期が吸気上死点前とされ（ステップＳ１４）、これにより新気の吸入量が増大されて触媒冷却作用が高められる。
【００６９】
図９は本発明の別の実施形態を示している。この実施形態では、図１に示す第１の実施形態と同様の構造に加え、ターボ過給機５０を装備している。このターボ過給機５０は、吸気通路２０に設けたコンプレッサ５１と、排気通路３０に設けたタービン５２と、両者を連結する軸体５３とからなり、排気ガス流によりタービン５２が回転し、それに連動してコンプレッサ５１が回転することにより吸気を過給するようになっている。なお、５５は吸気通路２０におけるコンプレッサ５１の下流に設けられたインタークーラである。また、５６は排気通路３０におけるタービン５２をバイパスするウエストゲート通路、５７はこの通路５６に設けられたウエストゲートバルブである。
【００７０】
そして、このように過給機５０を備える場合、中負荷（乃至高負荷側）の領域や低負荷域における吸気弁及び排気弁の開閉タイミングの制御は第１の実施形態と同様であって（図６（ａ）〜（ｃ）及び（ｇ）参照）、中・高速の中負荷では排気弁閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣ前、吸気弁開時期ＩｎＯが吸気上死点ＴＤＣ後とされるが、さらに中速及び高速の全開域でも、図１０（ａ）及び同（ｂ）のように、排気弁閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣ前、吸気弁開時期ＩｎＯが吸気上死点ＴＤＣ後とされる。例えば、中速全開域では排気弁閉時期ＥｘＣがＢＴＤＣ１５〜２０°、吸気弁開時期ＩｎＯがＡＴＤＣ２０〜２５°に設定され、高速全開域では排気弁閉時期ＥｘＣがＢＴＤＣ１０〜１５°、吸気弁開時期ＩｎＯがＡＴＤＣ１５〜２０°に設定される。
【００７１】
また、燃料噴射制御手段４３による制御としては、エンジンの低速域や低・中負荷域だけでなく中・高速域の全開域を含む過給域でも上記空燃比が理論空燃比以上（空気過剰率λがλ≧１）となるように、燃料噴射量が制御される。
【００７２】
なお、ＮＯｘ触媒３２の温度状態に応じたバルブタイミングの制御は、第１の実施形態と同様にすればよい。
【００７３】
この実施形態によると、中速及び高速の全開域でも、排気弁閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣ前、吸気弁開時期ＩｎＯが吸気上死点ＴＤＣ後とされることにより、内部ＥＧＲが得られてＮＯｘが低減され、かつ、その内部ＥＧＲによる既燃ガスが冷却されて燃焼温度が低下することにより、熱効率が高められて燃費が改善されるとともに、燃焼温度の低下に伴って排気温度が低下し、ＮＯｘ触媒３２の温度上昇が抑制される。
【００７４】
しかも、内部ＥＧＲによる出力低下分が過給により補われ、全開トルクが確保される。
【００７５】
とくに、従来では全開域やそれに近い領域ではノッキング防止等のためウエストゲートバルブを通して排気エネルギーを逃がすことで過給圧上昇を抑制していたが、当実施形態ではウエストゲートバルブ５７の開度を小さくし、従来では捨てていた排気エネルギーを利用して過給圧を高めることにより、有効に全開トルクを確保することができる。さらに、上記のようにマイナスＯ／Ｌとすることによりノッキングを抑制する作用が得られるため、内部ＥＧＲによる出力低下分を補う程度以上に過給圧を高めることも可能となり、全開トルクを高めることができる。
【００７６】
なお、本発明のエンジンの具体的構成は上記各実施形態に限定されず、種々変更可能である。
【００７７】
例えば、触媒温度検出手段は、触媒３２もしくはその近傍に温度センサを設けて触媒温度を直接的に検出するものでもよい。
【００７８】
また、図７に示す制御の例では、ステップＳ７で触媒が高温状態であると判定されたとき、バルブタイミングの補正（ステップＳ８）とともに空燃比を理論空燃比とする空燃比調整（ステップＳ９）を行なっているが、空燃比は運転状態に応じて設定される値に保ちつつバルブタイミングの補正だけを行なうようにしてもよい。
【００７９】
また、上記各実施形態のエンジンは火花点火式エンジン（ガソリンエンジン）であるが、本発明はディーゼルエンジンにも適用することができる。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のエンジンによると、排気通路に具備されたＮＯｘ触媒の温度が所定の活性温度範囲を越える高温状態のとき、排気弁閉時期を吸気上死点より所定クランク角前へ進角するように排気弁のバルブタイミングを制御するとともに、吸気弁開時期を吸気上死点以後としているため、ＮＯｘ触媒が高温状態のとき、低温の内部ＥＧＲを与えることができ、これにより燃焼温度及び排気温度を低下させて、ＮＯｘ触媒の温度を活性温度範囲へ引き下げることができる。従って、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ浄化作用の低下を防止することができ、かつ、上記内部ＥＧＲによるＮＯｘ低減作用も得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による４サイクルエンジンの概略図である。
【図２】運転状態に応じた燃料噴射の制御の仕方とバルブタイミングの設定、変更の仕方をマップ的に示す説明図である。
【図３】吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを示すためのカムリフト曲線を表した図である。
【図４】カムリフト曲線の部分拡大図である。
【図５】ＮＯｘ触媒の温度とＮＯｘ浄化率との関係を示すグラフである。
【図６】低速中負荷、中速中負荷、高速中負荷、低速全開、中速全開、高速全開、低負荷の各運転域での排気弁の閉時期及び吸気弁の開閉時期を示す図である。
【図７】運転状態及び触媒温度状態に応じたバルブタイミングの制御の具体例を示すフローチャートである。
【図８】排気行程後期から吸気行程前期にかけての燃焼室容積及び燃焼室内圧力の変化を示す図である。
【図９】本発明の別の実施形態による４サイクルエンジンの概略図である。
【図１０】図９の実施形態による場合の中速全開、高速全開の各運転域での排気弁の閉時期及び吸気弁の開閉時期を示す図である。
【符号の説明】
１エンジン本体
５燃焼室
９吸気弁
１０排気弁
１３，１４バルブタイミング可変装置
３２ＮＯｘ触媒
４０ＥＣＵ
４１運転状態判別手段
４２触媒温度検出手段
４３バルブタイミング制御手段
４４燃料噴射制御手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a four-cycle engine provided with an NOx catalyst in an exhaust passage that absorbs NOx in an oxygen-excess atmosphere and releases NOx as the oxygen concentration decreases, and particularly relates to measures against a temperature rise of the NOx catalyst. .
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an engine that performs lean operation in a specific operation region, for example, an engine that includes an injector that directly injects fuel into a combustion chamber and that performs lean operation by stratified combustion in the operation region on the low-load low-rotation side, excess oxygen A NOx catalyst that absorbs NOx in the atmosphere and releases NOx as the oxygen concentration decreases is provided in the exhaust passage. During lean operation, NOx in the exhaust is absorbed by the NOx catalyst, and the air-fuel ratio changes to the rich side. In this case, NOx is released from the NOx catalyst and reduced.
[0003]
In such an engine, the NOx catalyst has a high activation temperature range in which the NOx purification rate is high compared to a three-way catalyst or the like, and therefore the temperature of the NOx catalyst may be in a high temperature state exceeding the activation temperature range during operation. In such a high temperature state, the NOx purification performance decreases.
[0004]
As a technique related to measures for increasing the temperature of the NOx catalyst, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-229856, the exhaust atmosphere is used as an oxygen concentration lowering atmosphere for S purge (sulfur release) when sulfur poisoning of the NOx catalyst. In an engine having a control means for raising the catalyst temperature, when the condition of the fuel cut mode is satisfied during the S purge control operation by the control means, excessive oxygen in the exhaust gas flowing into the NOx catalyst is suppressed. There is what I did.
[0005]
In this technology, during the S purge control operation, the fuel supply is stopped when the fuel cut mode is entered while a large amount of HC, CO, etc. is mixed in the exhaust gas and given to the NOx catalyst for sulfur release. This prevents a situation in which the HC, CO, etc. accumulated in the NOx catalyst burns suddenly in an oxygen-excess atmosphere and the temperature of the NOx catalyst rapidly rises.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The technique disclosed in the above publication is intended to prevent the temperature increase of the NOx catalyst only under a special situation where the condition of the fuel cut mode is satisfied during the S purge control operation. However, the temperature of the NOx catalyst may reach a high temperature exceeding the activation temperature range, for example, when the engine load and the rotational speed are increased to some extent and the exhaust gas temperature is kept relatively high. In addition, it is desirable to effectively reduce the temperature of the NOx catalyst.
[0007]
In view of the above circumstances, the present invention eliminates the high temperature state of the NOx catalyst by lowering the exhaust temperature when the temperature of the NOx catalyst reaches a high temperature exceeding the active temperature range, and particularly, opens and closes the exhaust valve and the intake valve. It is an object of the present invention to provide a four-cycle engine equipped with a catalyst that can effectively prevent the temperature of the NOx catalyst from being increased by using a variable valve timing device that changes the timing.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is provided with a NOx catalyst in the exhaust passage that absorbs NOx in an oxygen-excess atmosphere and releases NOx as the oxygen concentration decreases, and has an air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio in a predetermined lean operation region. In a four-cycle engine that is controlled to an air-fuel ratio, the catalyst temperature detecting means for directly or indirectly detecting the temperature of the NOx catalyst, and the valve opening / closing with respect to at least the exhaust valve of the exhaust valve and the intake valve Based on the detection by the valve timing variable device for changing the timing and the catalyst temperature detecting means, when the temperature of the NOx catalyst is in a high temperature state exceeding a predetermined activation temperature range, from the acceleration section to the constant speed section in the cam lift characteristics for the exhaust valve The valve timing is adjusted so that the exhaust valve closing timing defined at the transition point of the engine is advanced from the intake top dead center to a predetermined crank angle period. Valve timing control means for controlling the timing variable device, and at least in the high temperature state, the intake valve opening timing defined by the transition time from the constant speed section to the acceleration section in the intake valve cam lift characteristics It is equipped with a catalyst characterized by being after dead center.
[0009]
According to this invention, when the NOx catalyst is in a high temperature state, the exhaust valve closing timing is set before the intake top dead center, and the intake valve opening timing is set after the intake top dead center, so that burned gas remains in the combustion chamber. Thus, the so-called internal EGR is obtained, the burned gas is sufficiently cooled, and the combustion temperature is lowered similarly to the case of introducing the low-temperature EGR gas, and the exhaust temperature is lowered accordingly. Thereby, the temperature of the NOx catalyst is lowered from the high temperature state to the activation temperature range. Moreover, the NOx reduction effect by the internal EGR is also obtained.
[0010]
In the present invention, the valve timing control means sets the exhaust valve closing timing before top dead center in a predetermined operating region including a middle and high speed region on the high load side of the engine, and increases the intake air from the exhaust valve closing timing. The valve opening / closing timing of the exhaust valve is controlled according to the operating state so that the crank angle period up to the dead center is larger in the medium speed range within the predetermined operating range than in the high speed range, and the temperature state of the NOx catalyst is high. It is preferable that the period from the exhaust valve closing timing to the intake top dead center is corrected in an increasing direction.
[0011]
If it does in this way, correction control of valve timing according to catalyst temperature will be performed in addition to control of valve timing according to an operation state. Even in the control according to the operation state, the exhaust valve rise timing is suppressed before the intake top dead center and the intake valve open timing is after the intake top dead center in the predetermined operation range, thereby suppressing the rise in the exhaust temperature. However, if the catalyst is still in a high temperature state, the action of lowering the exhaust temperature is enhanced by the valve timing correction control corresponding thereto.
[0012]
Further, the valve timing control means makes the period from the exhaust valve closing timing to the intake valve opening timing longer than the high speed range in the medium speed range within the predetermined operation range, and the higher the temperature state of the NOx catalyst. The crank angle period from the exhaust valve closing timing to the intake valve opening timing is preferably corrected in an increasing direction.
[0013]
This further enhances the action of lowering the exhaust gas temperature by the valve timing correction control when the catalyst is in a high temperature state.
[0014]
When the NOx catalyst is in the high temperature state in the lean operation region, in addition to the control by the valve timing control means, the air-fuel ratio control means may control the air-fuel ratio to be the stoichiometric air-fuel ratio.
[0015]
In this way, when the NOx catalyst is in a high temperature state, NOx is purified by the function as a three-way catalyst.
[0016]
The valve timing control means sets the exhaust valve closing timing after the top dead center when the NOx catalyst is in the high temperature state and in a deceleration fuel cut state in which fuel supply is stopped during deceleration operation. It is preferable to control.
[0017]
In this way, when the fuel supply is stopped during the deceleration operation, a large amount of fresh air is caused to flow through the exhaust passage and the action of cooling the catalyst is enhanced.
[0018]
Further, the variable valve timing device changes the valve timing of both the exhaust valve and the intake valve, and the valve timing control means is an extremely high temperature state in which the temperature of the NOx catalyst tends to deteriorate the catalyst when the engine is fully open. The exhaust valve closing timing is advanced to a predetermined crank angle before the intake top dead center, and the intake valve opening timing is controlled to be delayed to a predetermined crank angle after the intake top dead center. It is preferable.
[0019]
In this way, in the fully open region of the engine, the valve timing is advantageous for ensuring the fully open output until the extremely high temperature state is reached, but the valve timing is changed so that the exhaust temperature decreases when the extremely high temperature state is reached. Is done.
[0020]
In addition, when the present invention is applied to an engine having a NOx catalyst in an exhaust passage and a supercharger, the supercharging is performed at least in a middle / high speed region in a high load region, and in the cam lift characteristic for an exhaust valve. The intake valve opening timing defined at the time of transition from the constant speed section to the acceleration section in the intake valve cam lift characteristics before the intake top dead center is defined as the intake valve closing timing defined at the transition time from the acceleration section to the constant speed section. Set after top dead center.
[0021]
In this way, the exhaust temperature is lowered by the sufficient internal EGR and the action of cooling this while the output is secured by supercharging in the middle and high speed regions of the high load region where the NOx catalyst tends to be in a high temperature state, The temperature rise of the NOx catalyst is suppressed.
[0022]
In the present invention, it is preferable to control the air-fuel ratio to a lean air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio in the operation region where supercharging is performed. If it does in this way, the effect | action which suppresses the temperature rise of a NOx catalyst will be heightened.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0024]
FIG. 1 schematically shows the overall structure of a four-cycle engine for automobiles to which the present invention is applied. In this figure, reference numeral 1 denotes an engine body, which has a plurality of cylinders, and each cylinder 2 is formed with a combustion chamber 5 above a piston 4 inserted into a cylinder bore. An intake port 7 and an exhaust port 8 are opened in the combustion chamber 5, and these ports 7 and 8 are opened and closed by an intake valve 9 and an exhaust valve 10.
[0025]
The intake valve 9 and the exhaust valve 10 are opened and closed by a valve operating mechanism including camshafts 11 and 12. Further, the valve mechanism for the intake valve 9 and the valve mechanism for the exhaust valve 10 are provided with variable valve timing devices 13 and 14 that can change the valve opening / closing timing, respectively. The variable valve timing devices 13 and 14 are provided between a cam pulley and a camshaft that are linked to the crankshaft, and by changing the phase of the camshaft with respect to the crankshaft, the valve opening period is kept constant while the valve opening period is constant. The closing time can be changed. Since such variable valve timing devices 13 and 14 are conventionally known, illustration and description of a specific structure are omitted.
[0026]
A spark plug 16 is disposed at the center of the combustion chamber 5 and the tip of the plug faces the combustion chamber. Further, the front end of the injector 18 faces the combustion chamber 5 from the side, and fuel is directly injected into the combustion chamber 5 from the injector 18.
[0027]
An intake passage 20 and an exhaust passage 30 are connected to the engine body 1. In the intake passage 20, an air cleaner 21, an air flow sensor 22, a throttle valve 23, and a surge tank 24 are provided in that order from the upstream side. The throttle valve 23 is mechanically connected to an accelerator pedal (not shown), and is opened to an opening degree corresponding to the accelerator pedal depression amount. A throttle opening sensor 25 that detects the opening of the throttle valve 23 is provided.
[0028]
The exhaust passage 30 detects the air-fuel ratio by detecting the oxygen concentration in the exhaust gas. ₂ A sensor 31 is provided, and a NOx catalyst 32 is provided downstream thereof. The NOx catalyst 32 has NOx purification performance even in a lean operation state in which the air-fuel ratio is larger than the stoichiometric air-fuel ratio, absorbs NOx in the exhaust gas in an oxygen-excess atmosphere, and the air-fuel ratio is changed from lean to rich. When the oxygen concentration decreases due to the change, the absorbed NOx is released and NOx is reduced by a reducing material such as CO present in the atmosphere.
[0029]
More specifically, the NOx catalyst 32 is obtained by forming a NOx absorbent layer and a catalyst material layer in layers on a support made of, for example, a cordierite honeycomb structure, and the NOx absorbent layer is made of activated alumina. The catalyst material layer is composed of a catalyst material in which a Pt component and an Rh component are supported on zeolite as a support base material. It is configured as the main component.
[0030]
Reference numeral 40 denotes an engine control unit (ECU). The ECU 40 includes an air flow sensor 22, a throttle opening sensor 25, and an O. ₂ A signal from the sensor 31 is inputted, a crank angle signal for detecting the engine speed is inputted from the crank angle sensor 35, and a signal from the water temperature sensor 36 for detecting the temperature of the engine cooling water is also inputted. ing.
[0031]
Further, the ECU 40 outputs a signal for controlling the fuel injection to the injector 18 and outputs a signal for controlling this to the valve timing variable devices 13 and 14.
[0032]
The ECU 40 includes an operating state determination unit 41, a catalyst temperature detection unit 42, a valve timing control unit 43, and a fuel injection control unit 44. The operating state discriminating means 41 is based on the engine speed detected by measuring the cycle of the crank angle signal from the crank angle sensor 35, and the engine load checked by signals from the airflow sensor 22, the throttle opening sensor 25, etc. Based on this, the operating state of the engine is discriminated.
[0033]
The catalyst temperature detecting means 42 detects the temperature state of the NOx catalyst 32 almost directly. The output of the exhaust temperature sensor 33 provided immediately upstream of the NOx catalyst 32 in the exhaust passage 30 determines the temperature of the NOx catalyst 32. The temperature state is detected. The catalyst temperature detecting means 42 may be an indirect temperature detecting means for estimating the temperature state of the NOx catalyst 32 based on, for example, the water temperature and the progress of the engine operating state.
[0034]
The valve timing control means 42 controls the valve timing variable devices 13 and 14 based on the determination of the operation state by the operation state determination means 41 and the detection of the catalyst temperature state by the catalyst temperature detection means 42, which will be described in detail later. In addition to controlling the valve timing according to the operating state as described above, as control according to the temperature state of the NOx catalyst 32, when the temperature of the NOx catalyst becomes a high temperature state exceeding a predetermined activation temperature range, the exhaust valve is closed. The timing is set before the intake top dead center, and the intake valve opening timing is set after the intake top dead center.
[0035]
The fuel injection control means 43 controls the fuel injection amount and injection timing from the injector 18 in accordance with the operating state determined by the operating state determination means 41. For example, as shown in FIG. A predetermined region on the low speed and low load side is a lean operation region. In this lean operation region, the air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio (the excess air ratio λ is λ> 1), and fuel is injected in the latter half of the compression stroke. Thus, the fuel injection amount and the injection timing are controlled so that the air-fuel mixture is unevenly distributed around the spark plug 16 and stratified combustion is performed. On the other hand, in regions other than the lean operation region, the air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio (the excess air ratio λ is λ = 1) or a value close thereto, and fuel is injected during the intake stroke to diffuse the air-fuel mixture. The fuel injection amount and the injection timing are controlled so that uniform combustion is performed.
[0036]
FIG. 3 shows a cam lift curve for indicating the opening / closing timing of the intake / exhaust valves, where InV means an intake valve and ExV means an exhaust valve. InO and InC are intake valve opening and closing timings, and ExO and ExC are exhaust valve opening and closing timings. Here, the opening timings InO and ExO of the intake valves and the exhaust valves are defined at the transition time from the constant speed section to the acceleration section in the cam lift characteristics, and the closing timings InC and ExC of the intake valves and exhaust valves are the accelerations in the cam lift characteristics. It is defined by the transition time from the section to the constant speed section (see FIG. 4).
[0037]
In FIG. 3, when the exhaust valve is advanced most within the variable opening / closing timing range, the closing timing ExC is in front of the intake top dead center TDC as shown by a solid line, and when it is most retarded, the closing timing ExC is drawn as shown by a broken line. After the top dead center TDC, the intake valve opens as indicated by a broken line when it is advanced most within the variable timing range, and the opening timing InO opens as indicated by a solid line when it is most retarded before the intake top dead center TDC. Timing InO is after intake top dead center TDC. Therefore, when the exhaust valve as shown by the broken line is retarded and the intake valve is advanced, there is an overlap in the valve opening period, but the exhaust valve as shown by the solid line is advanced and the intake valve is retarded. In the state, there is no overlap in both valve opening periods. The period from the exhaust valve closing timing ExC to the intake valve opening timing InO without such an overlap is referred to as a minus overlap (minus O / L) for convenience in the description of the embodiment.
[0038]
FIG. 5 shows the relationship between the NOx purification rate (NOx absorption rate) of the NOx catalyst and the catalyst temperature in the lean operation state, and as shown in this figure, a predetermined activation temperature range T1 (about 250 ° C.). ) To T2 (about 400 ° C.), the NOx purification rate is high, and the NOx purification rate is lower on the lower temperature side than the lower limit value T1 and on the higher temperature side than the upper limit value T2. Therefore, when the catalyst temperature is higher than the upper limit value T2 of the activation temperature range, the exhaust temperature is lowered. Therefore, the exhaust valve closing timing is before the intake top dead center, and the intake valve opening timing is after the intake top dead center. Thus, the valve timing is controlled. However, if the valve timing has already been reached by the control according to the operating state, the exhaust valve closing timing is corrected to the advance side and the intake valve opening timing is corrected to the retard side, respectively, and the minus O / L becomes large. Is done.
[0039]
Next, how to set and change the valve timing according to the operating state will be described with reference to FIGS. In the following description, the numerical values representing the timing and period of the intake valve and exhaust valve opening / closing timing are based on the crank angle, BTDC means before the top dead center, and ATDC is the top dead center. Means after.
[0040]
In a predetermined operating region including a middle / high speed region on the high load side of the engine, the exhaust valve closing timing ExC is set to a predetermined period before the intake top dead center TDC and the intake valve opening timing InO is set to be after the intake top dead center TDC. Thus, minus O / L is set to be generated. Particularly in this embodiment, as shown in FIG. 2, a medium speed range (region A) in a region extending from the engine middle load to a slightly higher load side as shown in FIG. Thus, the minus O / L is maximized.
[0041]
More specifically, as shown in FIG. 6 (b), the exhaust valve closing timing ExC is 20 ° or more before the intake top dead center TDC, preferably BTDC 30 to 40 ° at medium and medium speeds (in the region A). And the intake valve opening timing InO is preferably set to 35 ° to 45 ° after the intake top dead center TDC. Note that, in the middle speed and middle load range, the intake valve closing timing InC is about 80 ° after the intake bottom dead center, and the exhaust valve opening timing is about 80 ° before the exhaust bottom dead center. And, according to the valve timing variable device used in the present embodiment, the intake valve closing timing also changes with the change of the intake valve opening timing, while the valve opening period of the intake valve and the exhaust valve is kept constant, Further, the exhaust valve opening timing also changes corresponding to the change of the exhaust valve closing timing.
[0042]
As shown in FIG. 6C, the high-speed medium load region, which is a region on the higher speed side than the region A, has minus O / L, but the period is made smaller than the medium-speed medium load region, for example, the exhaust valve closing timing ExC Is set to BTDC 20 to 30 °, and the intake valve opening timing InO is set to ATDC 25 to 35 °.
[0043]
Further, when the fully open area is approached from the region A, the exhaust valve is gradually retarded and the intake valve is gradually advanced, so that the minus O / L is gradually reduced or further positive. It reaches the state where overlap occurs. In the middle speed fully open region, as shown in FIG. 6 (e), the exhaust valve closing timing ExC is set to, for example, about ATDC 10 ° after the intake top dead center TDC, and the intake valve opening timing InO is It is set to, for example, about BTDC 10 to 15 ° before the dead center TDC. Further, in the high speed and high load range, as shown in FIG. 6 (f), the exhaust valve closing timing ExC is set to, for example, about ATDC 10 ° after the intake top dead center TDC, and the intake valve opening timing InO is After the dead point TDC, for example, ATDC is set to 10 to 15 °.
[0044]
The valve opening / closing timing in the low speed range is not limited in the present invention, but according to the illustrated example, in the low speed / medium load range, as shown in FIG. 6A, minus O / L is made smaller than that in the medium speed / medium load range. For example, the exhaust valve closing timing ExC is set to BTDC 20 to 30 °, and the intake valve opening timing InO is set to ATDC 25 to 35 °. As shown in FIG. 6 (d), the exhaust valve closing timing ExC is set to about ATDC 10 ° and the intake valve opening timing InO is set to about BTDC 10 to 15 °. Is done.
[0045]
The valve opening / closing timing in the low load region is not limited in the present invention. For example, as shown in FIG. 6G, the exhaust valve closing timing ExC is set to about BTDC 5 to 15 ° before the intake top dead center TDC. At the same time, the intake valve opening timing InO is set to, for example, about AT-20 to 20 ° after the intake top dead center TDC.
[0046]
A specific example of control by the ECU 40 will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0047]
As control by the ECU 40, first, signals from the respective sensors are input (step S1), the operating state is determined based on the engine speed and the engine load (step S2), and the NOx catalyst 32 is based on the water temperature, the operating state, and the like. Is determined (step S3). Furthermore, the opening / closing timings of the intake valve and the exhaust valve are set (see FIG. 6) according to the operating state determined in step S2 (step S4).
[0048]
Next, it is determined whether or not the operating state is in the fully open region of the engine (step S5). If it is not in the fully open region, it is determined whether or not it is in the deceleration fuel cut region (step S6). When the operating state is not in the fully open region of the engine and the deceleration fuel cut region, the process proceeds to step S7, and it is determined whether or not the temperature of the NOx catalyst 32 is a high temperature state exceeding the upper limit value T2 of the activation temperature range.
[0049]
If it is determined in step S7 that the NOx catalyst 32 is in a high temperature state, the exhaust valve closing timing ExC is set to the advance side so that the period until the intake top dead center TDC is long before the intake top dead center TDC. The InO when the intake valve is opened is corrected to the retard side so that the period from the intake top dead center TDC becomes longer after the intake top dead center TDC, and minus O / L is increased (step S8). ). Control of fuel injection from the injector 18 (control of injection amount and injection timing) is performed in a fuel control routine (not shown). In this fuel control routine, as shown in FIG. The fuel injection amount is calculated so that the air-fuel ratio is set. However, when the NOx catalyst 32 is in a high temperature state, the air-fuel ratio becomes the stoichiometric air-fuel ratio (λ = 1) even in the lean operation region. It is corrected (step S9).
[0050]
Then, the process proceeds to step S10, and a valve timing control signal is output to the valve timing control devices 13 and 14 so that the valve timing corrected in step S8 is reached.
[0051]
If it is determined in step S5 that the engine operating state is in the fully open range, the process proceeds to step S11, where the temperature of the NOx catalyst 32 is an extremely high temperature state that is a predetermined amount higher than the upper limit value T2 of the active temperature range. It is determined whether or not an extremely high temperature state exceeding the determination value T3 (see FIG. 5) has been reached. When the temperature is extremely high in the fully open region, the valve timing is changed so that the exhaust valve closing timing ExC is before the top dead center TDC and the intake valve opening timing InO is after the top dead center TDC. (Step S12). Then, the process proceeds to step S10, and a valve timing control signal is output to the valve timing control devices 13 and 14 so that the valve timing changed in step S12 is reached.
[0052]
If it is determined in step S6 that the engine is operating in the deceleration fuel cut region, the process proceeds to step S13, where the temperature of the NOx catalyst 32 is in a high temperature state exceeding the upper limit value T2 of the activation temperature range. It is determined whether or not. When the NOx catalyst 32 is in a high temperature state, the valve timing is changed so that the exhaust valve closing timing ExC is after the top dead center TDC and the intake valve opening timing InO is before the top dead center TDC ( Step S14). Then, the process proceeds to step S10, and a valve timing control signal is output to the valve timing control devices 13, 14 so that the valve timing changed in step S14 is reached.
[0053]
If it is determined in step S7 or step S13 that the NOx catalyst 32 is not in a high temperature state, or if it is determined in step S11 that the NOx catalyst 32 is not in an extremely high temperature state, the process proceeds to step S10 as it is. A valve timing control signal is output to the valve timing control devices 13 and 14 so that the valve timing set in S4 is reached.
[0054]
According to the engine of the present embodiment as described above, the valve timing is controlled in accordance with the operating state of the engine as described above, and the exhaust valve closing timing is determined in the operation region such as the medium speed medium load and the high speed medium load. By setting ExC before the intake top dead center TDC and the intake valve opening timing InO after the intake top dead center TDC, so-called internal EGR is performed to reduce NOx, and burned in the combustion chamber by the internal EGR The gas is sufficiently cooled, and an effect of improving fuel efficiency and suppressing exhaust gas temperature rise by improving thermal efficiency is obtained.
[0055]
That is, if the exhaust valve closing timing ExC is set before the intake top dead center TDC, the exhaust valve is closed before the exhausted gas is completely discharged, so that the burned gas remains in the combustion chamber 5 and the so-called internal EGR effect. And NOx is reduced in the same manner as the external EGR that recirculates the exhaust gas from the outside.
[0056]
FIG. 8 shows the pressure change from the late stage of the exhaust stroke to the intake stroke when the exhaust valve closing timing ExC is set a predetermined period before the intake top dead center TDC and the intake valve opening timing InO is set after the intake top dead center TDC. Thus, the pressure in the combustion chamber increases during the period from the exhaust valve closing timing ExC to the intake top dead center TDC, and the combustion chamber pressure decreases after the intake top dead center TDC. The temperature rises with an increase in pressure, and the temperature decreases with a decrease in pressure. During the period when the temperature in the combustion chamber is increased due to the increase in pressure, the surrounding wall (water jacket) that constitutes the combustion chamber is incorporated. As a result, the amount of heat radiation to the surrounding wall increases. Therefore, even if the temperature of the burned gas remaining in the combustion chamber is high when the exhaust valve is closed, the heat is sufficiently dissipated during the period when the pressure is high after the exhaust valve is closed, and the subsequent pressure drop As the temperature decreases.
[0057]
Thus, the action of cooling the burned gas is obtained, and as a result, the combustion temperature is lowered as in the case of introducing the EGR gas cooled from the outside. When the combustion temperature is lowered in this way, the thermal efficiency is increased, and the fuel efficiency is improved. Further, as the combustion temperature decreases, the exhaust temperature decreases, which is advantageous for suppressing the temperature increase of the NOx catalyst. Further, in the operation region on the relatively high load side, an effect of suppressing knocking due to a decrease in the combustion temperature can be obtained.
[0058]
When controlling the valve timing according to the operating conditions, the combustion stability is high and the internal EGR allowance is large especially in the medium and high speed regions in the region extending from the engine medium load to a slightly higher load side. The exhaust valve closing timing is relatively advanced with respect to the intake top dead center and the minus O / L is increased, thereby increasing the amount of internal EGR and enhancing the burned gas cooling action, The effect of suppressing the increase in the combustion temperature and the exhaust temperature can be sufficiently obtained.
[0059]
Further, if the internal EGR is obtained by setting the negative O / L in this way, the effective valve opening period of the intake valve and the exhaust valve decreases substantially as the engine speed increases. Therefore, the effect of securing internal EGR and reducing the combustion temperature and exhaust temperature can be sufficiently obtained even if the minus O / L is made smaller in the high speed region than in the medium speed region. Accordingly, the negative O / L is maximized at medium speed and medium load, whereas the internal EGR amount becomes excessive when the negative O / L is made somewhat smaller than the medium speed and medium load at high speed and medium load. Can be avoided, and the output can be secured while the above-described effects are obtained.
[0060]
In the engine low speed range and low load range, the allowable EGR amount is smaller than that in the medium / high speed medium / high load range, so that the minus O / L is relatively small. Further, in the fully open region of the engine, the exhaust valve closing timing ExC is set to about ATDC 10 ° which is slightly later than the intake top dead center TDC, thereby reducing the internal EGR as much as possible and ensuring the fully open torque.
[0061]
As the fuel injection control according to the engine operating state, the fuel injection amount is controlled so that the air-fuel ratio becomes lean and the stratified combustion is performed in the lean operation region shown in FIG. The timing is controlled. When the engine is in such a lean operation state, NOx contained in the exhaust gas in the oxygen excess state is absorbed by the NOx catalyst 32, and then the air-fuel ratio is reduced to the stoichiometric air space due to the transition of the operation state outside the lean operation region. When the fuel ratio is made richer than that, NOx is released from the NOx catalyst 32, and NOx is reduced by the reducing action of the NOx catalyst 32 due to the presence of a reducing material such as CO in the exhaust gas.
[0062]
In this way, NOx in the exhaust gas is purified by the NOx catalyst 32, but the activation temperature range (T1 to T2) of the NOx catalyst 32 is relatively narrow, and the catalyst temperature increases as the exhaust temperature rises during operation. May rise beyond the active temperature range.
[0063]
Therefore, when the NOx catalyst 32 is in a high temperature state exceeding the activation temperature range, the exhaust temperature is reduced by the minus O / L.
[0064]
That is, as described above, if the exhaust valve closing timing is set before the intake top dead center and the intake valve opening timing is set after the intake top dead center so that minus O / L is generated, the internal EGR can be obtained. By cooling this, an action of lowering the exhaust temperature is obtained, and such an action is enhanced as the advance amount of the exhaust valve closing timing with respect to the intake top dead center and the minus O / L are increased.
[0065]
For this reason, when the NOx catalyst 32 is in a high temperature state when the engine is not in the fully open region and the deceleration fuel cut region, the valve timing is adjusted so that the exhaust valve closing timing is advanced and minus O / L is increased. Correction is made (steps S7 and S8), and thereby the exhaust temperature is lowered. In addition, since the internal EGR amount increases as a result of such correction, an increase in the NOx emission amount is suppressed even under a situation where the purification performance is low because the NOx catalyst 32 is in a high temperature state.
[0066]
Further, since the NOx catalyst 32 has a three-way catalyst function at the stoichiometric air-fuel ratio, and this function can be exerted even in a high temperature state, in this embodiment, even when the NOx catalyst 32 is in a high temperature state, even in the lean operation region. The air-fuel ratio is adjusted to the stoichiometric air-fuel ratio (step S9), and NOx is purified using the three-way catalyst function.
[0067]
Further, since there is a strong demand for ensuring the fully open output in the fully open region of the engine, if the temperature of the NOx catalyst 32 exceeds the activation temperature range and does not exceed the extremely high temperature state determination value T3, a valve timing suitable for ensuring the fully open output is obtained. If the temperature reaches a very high temperature exceeding the extremely high temperature determination value T3, the exhaust valve closing timing is set before the intake top dead center TDC and the intake valve opening timing is set after the intake top dead center TDC. Thus, the valve timing is changed (step S12), thereby preventing an excessive temperature rise that would cause the NOx catalyst 32 to deteriorate.
[0068]
In addition, when deceleration is performed from a high speed and high load state, the NOx catalyst 32 may be in a high temperature state, and deceleration fuel cut may be performed. In such a case, fuel supply is stopped and combustion is performed. Therefore, the internal EGR is not obtained even if minus O / L, and it is more advantageous for cooling the catalyst to increase the flow of fresh air to the exhaust side than that. Therefore, in such a case, the exhaust valve closing timing is set after the intake top dead center, and the intake valve opening timing is set before the intake top dead center (step S14), whereby the intake amount of fresh air is increased and the catalyst cooling action is performed. Enhanced.
[0069]
FIG. 9 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, a turbocharger 50 is provided in addition to the same structure as that of the first embodiment shown in FIG. The turbocharger 50 includes a compressor 51 provided in the intake passage 20, a turbine 52 provided in the exhaust passage 30, and a shaft body 53 that couples both, and the turbine 52 is rotated by the exhaust gas flow. The compressor 51 rotates in conjunction with it to supercharge intake air. An intercooler 55 is provided downstream of the compressor 51 in the intake passage 20. Reference numeral 56 denotes a waste gate passage that bypasses the turbine 52 in the exhaust passage 30, and reference numeral 57 denotes a waste gate valve provided in the passage 56.
[0070]
When the supercharger 50 is provided in this way, the control of the opening and closing timings of the intake valve and the exhaust valve in the medium load (or high load side) region and the low load region is the same as in the first embodiment ( 6 (a) to (c) and (g)), at medium and high speed medium loads, the exhaust valve closing timing ExC is set before the intake top dead center TDC, and the intake valve opening timing InO is set after the intake top dead center TDC. However, as shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b), the exhaust valve closing timing ExC is before the intake top dead center TDC, and the intake valve opening timing InO is the intake top dead center, even in the full open range of medium speed and high speed. After TDC. For example, the exhaust valve closing timing ExC is set to BTDC 15 to 20 ° and the intake valve opening timing InO is set to ATDC 20 to 25 ° in the medium speed full opening region, and the exhaust valve closing timing ExC is set to BTDC 10 to 15 ° and the intake valve opening in the high speed full opening region. Timing InO is set to ATDC 15-20 °.
[0071]
Further, the control by the fuel injection control means 43 includes not only the low speed range and low / medium load range of the engine, but also the above-mentioned air / fuel ratio above the stoichiometric air / fuel ratio in the supercharged region including the fully open range of the medium / high speed range. The fuel injection amount is controlled so that λ becomes λ ≧ 1).
[0072]
Note that the control of the valve timing according to the temperature state of the NOx catalyst 32 may be the same as in the first embodiment.
[0073]
According to this embodiment, the internal EGR is obtained by setting the exhaust valve closing timing ExC before the intake top dead center TDC and the intake valve opening timing InO after the intake top dead center TDC even in the full open range of medium speed and high speed. NOx is reduced, and the burned gas by the internal EGR is cooled and the combustion temperature is lowered, so that the thermal efficiency is improved and the fuel consumption is improved, and the exhaust gas temperature is reduced as the combustion temperature is lowered. The temperature rise of the NOx catalyst 32 is suppressed.
[0074]
In addition, the decrease in output due to the internal EGR is compensated by supercharging, and the fully open torque is ensured.
[0075]
In particular, in the prior art, in the fully open region or a region close thereto, the boost pressure was prevented from rising by letting exhaust energy escape through the waste gate valve in order to prevent knocking. However, in this embodiment, the opening of the waste gate valve 57 is reduced. However, the full opening torque can be effectively secured by increasing the supercharging pressure using exhaust energy that has been discarded in the past. Furthermore, since the effect of suppressing knocking can be obtained by setting it to minus O / L as described above, it becomes possible to increase the supercharging pressure more than the amount that compensates for the decrease in output due to internal EGR, thereby increasing the fully open torque. Can do.
[0076]
The specific configuration of the engine of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made.
[0077]
For example, the catalyst temperature detection means may be one that directly detects the catalyst temperature by providing a temperature sensor in or near the catalyst 32.
[0078]
In the control example shown in FIG. 7, when it is determined in step S7 that the catalyst is in a high temperature state, the air-fuel ratio is adjusted to the stoichiometric air-fuel ratio (step S9) along with the valve timing correction (step S8). However, it is also possible to correct only the valve timing while maintaining the air-fuel ratio at a value set according to the operating state.
[0079]
Moreover, although the engine of each said embodiment is a spark ignition type engine (gasoline engine), this invention is applicable also to a diesel engine.
[0080]
【The invention's effect】
As described above, according to the engine of the present invention, when the temperature of the NOx catalyst provided in the exhaust passage is in a high temperature state exceeding the predetermined activation temperature range, the exhaust valve closing timing is set to a predetermined crank angle before the intake top dead center. Since the valve timing of the exhaust valve is controlled to advance to the intake valve and the intake valve opening timing is set after the intake top dead center, when the NOx catalyst is in a high temperature state, a low temperature internal EGR can be given. The temperature of the NOx catalyst can be lowered to the active temperature range by lowering the combustion temperature and the exhaust temperature. Therefore, it is possible to prevent the NOx purification action of the NOx catalyst from being lowered and to obtain the NOx reduction action by the internal EGR.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a four-cycle engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a map of how to control fuel injection according to operating conditions and how to set and change valve timing.
FIG. 3 is a diagram showing a cam lift curve for indicating opening and closing timings of an intake valve and an exhaust valve.
FIG. 4 is a partially enlarged view of a cam lift curve.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the temperature of the NOx catalyst and the NOx purification rate.
FIG. 6 is a diagram showing the closing timing of the exhaust valve and the opening / closing timing of the intake valve in each of the operation ranges of low speed medium load, medium speed medium load, high speed medium load, low speed full open, medium speed full open, high speed full open, and low load. is there.
FIG. 7 is a flowchart showing a specific example of control of valve timing according to an operation state and a catalyst temperature state.
FIG. 8 is a diagram showing changes in the combustion chamber volume and the pressure in the combustion chamber from the latter half of the exhaust stroke to the first half of the intake stroke.
FIG. 9 is a schematic diagram of a four-cycle engine according to another embodiment of the present invention.
10 is a diagram showing the closing timing of the exhaust valve and the opening / closing timing of the intake valve in each of the medium speed full open and high speed full open operating ranges in the embodiment of FIG. 9;
[Explanation of symbols]
1 Engine body
5 Combustion chamber
9 Intake valve
10 Exhaust valve
13, 14 Valve timing variable device
32 NOx catalyst
40 ECU
41 Operating state discriminating means
42 Catalyst temperature detection means
43 Valve timing control means
44 Fuel injection control means

Claims

A NOx catalyst that absorbs NOx in an oxygen-excess atmosphere and releases NOx as the oxygen concentration decreases is provided in the exhaust passage, and the air-fuel ratio is controlled to a lean air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio in a predetermined lean operation region In the four-cycle engine configured to do so, the catalyst temperature detecting means for detecting the temperature of the NOx catalyst directly or indirectly, and the valve opening / closing timing is changed with respect to at least the exhaust valve of the exhaust valve and the intake valve. Based on the detection by the valve timing variable device and the catalyst temperature detecting means, when the temperature of the NOx catalyst is in a high temperature state exceeding a predetermined activation temperature range, the transition point from the acceleration section to the constant speed section in the exhaust valve cam lift characteristic is obtained. The valve timing is adjusted so that the defined exhaust valve closing timing is advanced from the intake top dead center to a predetermined crank angle period. Valve timing control means for controlling the variable device, and at least in the high temperature state, the intake valve opening timing defined by the transition time from the constant speed section to the acceleration section in the intake valve cam lift characteristics is the intake top dead A four-cycle engine equipped with a catalyst characterized by being after the point.

The valve timing control means sets the exhaust valve closing timing before the top dead center in a predetermined operation region including a middle / high speed region on the high load side of the engine, and from the exhaust valve closing timing to the intake top dead center. The valve opening / closing timing of the exhaust valve is controlled in accordance with the operating state so that the crank angle period is larger in the medium speed range within the predetermined operating range than in the high speed range, and the higher the temperature state of the NOx catalyst, The four-cycle engine with a catalyst according to claim 1, wherein the period from the valve closing timing to the intake top dead center is corrected in an increasing direction.

The valve timing control means makes the period from the exhaust valve closing timing to the intake valve opening timing longer than the high speed range in the medium speed range in the predetermined operation range, and as the temperature state of the NOx catalyst is higher, 3. A four-cycle engine equipped with a catalyst according to claim 2, wherein the crank angle period from the exhaust valve closing timing to the intake valve opening timing is corrected in an increasing direction.

2. When the NOx catalyst is in the high temperature state in the lean operation region, in addition to the control by the valve timing control means, the air-fuel ratio control means controls the air-fuel ratio to be the stoichiometric air-fuel ratio. 4 cycle engine provided with the catalyst in any one of thru | or 3.

The valve timing control means sets the exhaust valve closing timing after the top dead center when the NOx catalyst is in the high temperature state and in a deceleration fuel cut state in which fuel supply is stopped during deceleration operation. The 4-cycle engine provided with the catalyst according to any one of claims 1 to 4, wherein the 4-cycle engine is controlled.

The valve timing variable device changes the valve timing of both the exhaust valve and the intake valve, and the valve timing control means is in a very high temperature state where the temperature of the NOx catalyst tends to deteriorate the catalyst when the engine is fully open. When the exhaust valve is reached, the exhaust valve closing timing is advanced to a predetermined crank angle before the intake top dead center, and the intake valve opening timing is controlled to be delayed to a predetermined crank angle after the intake top dead center. A four-cycle engine comprising the catalyst according to any one of claims 1 to 5.

In a 4-cycle engine equipped with a NOx catalyst in the exhaust passage that absorbs NOx in an oxygen-excess atmosphere and releases NOx as the oxygen concentration decreases, the exhaust passage is equipped with a supercharger, at least in the middle and high speed regions in the high load region, In addition to supercharging, the exhaust valve closing timing defined at the transition from the acceleration section to the constant speed section in the exhaust valve cam lift characteristics is before the intake top dead center, and from the constant speed section to the acceleration section in the intake valve cam lift characteristics. A four-cycle engine equipped with a catalyst, characterized in that the intake valve opening timing defined at the time of transition is set after intake top dead center.

8. A four-cycle engine equipped with a catalyst according to claim 7, wherein the air-fuel ratio is controlled to be a lean air-fuel ratio larger than the stoichiometric air-fuel ratio in an operating region where supercharging is performed.