JP4517517B2

JP4517517B2 - Lean burn engine for automobile

Info

Publication number: JP4517517B2
Application number: JP2001037528A
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: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2021-02-14
Also published as: JP2002242710A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの低速低負荷域における設定空燃比を、エンジン温間時は理論空燃比よりも大きくし、エンジン冷間時には理論空燃比以下とした自動車用リーンバーンエンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば特開平８−１２８３４６号公報に示されるように、燃費改善のため低速低負荷域で空燃比を理論空燃比よりもリーンにするように制御するとともに、排気通路中に、理論空燃比よりリーンな空燃比でもＮＯｘ浄化性能を有するＮＯｘ触媒を設け、ＮＯｘ排出量を低減しつつリーンバーン運転を行ない得るようにしたエンジンは知られている。
【０００３】
また、例えば特開平１０−２７４０８５号公報に示されるように、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、燃焼室内に直接燃料を噴射するインジェクタを備えたリーンバーンエンジンにおいて、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が増大したとき、排気ガス中の還元材としてのＣＯを増加させるように燃料噴射を制御することにより、ＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させてこれを還元するようにした排気浄化装置が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特開平８−１２８３４６号公報等に示されるようなリーンバーンエンジンでは、通常、エンジンの温間時に低速低負荷域で空燃比がリーンとされるが、燃料の気化、霧化が悪いエンジンの冷間時には燃焼安定性が損なわれることを避けるため低速低負荷域で空燃比が理論空燃比もしくはこれよりリッチとされる。従って、冷間時と温間時とでは、同一アクセル開度において吸入空気量が同じであれば、空燃比の相違に応じて燃料供給量が相違するためトルクに差が生じ、このため、一定アクセル開度で運転していても冷間から温間に移行したとき運転者にトルクの落ち込み感を与えるという問題がある。
【０００５】
このような問題に対し、吸気通路に設けられるスロットル弁が電気的に制御可能となっているものであれば、空燃比の相違に応じてスロットル開度を変えるように制御することでトルクを調整することが考えられるが、スロットル弁がアクセルペダルに機械的に連結されたものではこのような手法は採用できない。
【０００６】
なお、ＮＯｘ触媒のＮＯｘ吸蔵量が増大したとき、排気ガス中の還元材としてのＣＯを増加させてＮＯｘ触媒からのＮＯｘ放出処理（ＮＯｘの放出、還元）を行なわせるようなものにおいて、ＮＯｘ放出処理時に空燃比を変えるようにした場合にもトルク変動の問題が生じ、これに対し、上記特開平１０−２７４０８５号公報に記載されているように膨張行程で燃料噴射を行なうといった手法を採ると燃費の悪化を招き易い。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑み、エンジンの冷間時と温間時とで空燃比が変えられる場合等に、空燃比の違いによってトルクに格差が生じることを効果的に防止することができる自動車用リーンバーン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、エンジンの低速低負荷域における設定空燃比を、エンジン温間時は理論空燃比よりも大きくし、エンジン冷間時には理論空燃比以下とした自動車用リーンバーンエンジンにおいて、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触媒を排気通路に具備するとともに、吸気弁の開閉タイミングを変更可能とするバルブタイミング可変装置と、このバルブタイミング可変装置をエンジンの運転状態及び温度状態に応じて制御するバルブタイミング制御手段とを備え、このバルブタイミング制御手段は、低速低負荷域におけるエンジン冷間時の吸気弁閉時期を同一アクセル開度状態でのエンジン温間時の吸気弁閉時期に対して吸気充填効率が低下する遅れ側に設定するようになっており、さらに、エンジン温間時において空燃比が理論空燃比よりも大きい値から理論空燃比以下に変更される移行時には、吸気弁閉時期を吸気充填効率が低下する遅れ側に変更し、かつ、少なくともこの移行時に、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に設定するものである。
【０００９】
この発明によると、エンジンの低速低負荷域において、温間時は空燃比がリーンにされることで燃費改善が図られ、一方、冷間時は理論空燃比以下とされることで燃焼安定性が確保されつつ、吸気充填効率が低下するように吸気弁閉時期が調整される。これにより、冷間時と温間時とでの空燃比の違いに対し、トルク格差を小さくするように吸入空気量が調整される。また、リーン運転状態のときに上記ＮＯｘ触媒によって排気ガス中のＮＯｘが吸収され、また、空燃比が理論空燃比よりも大きい値から理論空燃比以下に変更されたときにＮＯｘ触媒からのＮＯｘの放出、還元が行なわれてＮＯｘ触媒がリフレッシュされる。そして、空燃比が理論空燃比よりも大きい値から理論空燃比以下に変更される移行時に、吸気弁閉時期が遅くされることでトルクを調整する作用が得られることに加え、排気弁閉時期が吸気上死点より前に設定されることでいわゆる内部ＥＧＲによりＮＯｘが低減され、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘの放出、還元を促進する作用が得られる。
【００１０】
この発明において、低速低負荷域におけるエンジン冷間時の吸気弁開時期を同一アクセル開度状態でのエンジン温間時の吸気弁開時期に対して遅くすることが好ましい。このようにすると、エンジン冷間時に吸・排気弁の開弁期間のオーバラップが増大することがなく、冷間時の燃焼安定性が確保される。
【００１３】
さらに、吸気弁及び排気弁のそれぞれに対してバルブタイミング可変装置を具備し、バルブタイミング制御手段は、吸気弁に対するバルブタイミング可変装置の制御に加えて、排気弁に対するバルブタイミング可変装置の制御を行い、エンジンの冷間時における低速低負荷域では上記排気弁閉時期を吸気上死点以後に設定することが好ましい。
【００１４】
このようにすると、エンジンの冷間時には内部ＥＧＲが少なくされ、燃焼安定性が高められる。
【００１５】
また、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、低速低負荷域で空燃比を理論空燃比よりも大きくしてリーン運転を行い、かつ、特定時にリーン運転状態から空燃比を理論空燃比以下に変更することでＮＯｘ触媒からＮＯｘを放出させるＮＯｘ放出処理を行うようにした自動車用リーンバーンエンジンにおいて、吸気弁及び排気弁に対してそれぞれバルブ開閉タイミングを変更可能とするバルブタイミング可変装置を備えるとともに、これらの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を備え、このバルブタイミング制御手段は、リーン運転からのＮＯｘ放出処理開始時に、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所定期間前、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とするように上記バルブタイミング可変装置を制御するようにしたものである。
【００１６】
この発明によると、ＮＯｘ放出処理が行われるとき、バルブタイミングの制御によりいわゆる内部ＥＧＲが増加してＮＯｘが低減され、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘの放出、還元を促進する作用が得られる。
【００１７】
この発明において、少なくとも吸気弁に対するバルブタイミング可変装置は、開弁期間を一定としつつ開閉タイミングを変更可能とする位相式のバルブタイミング可変装置であり、上記吸気弁開時期が吸気上死点後とされたときは吸気弁閉時期が吸気充填効率の低下を招くような遅い時期となるようにすることが好ましい。
【００１８】
このようにすると、ＮＯｘ放出処理開始時に、空燃比のリーンから理論空燃比以下にリッチ化されるのに対し、シルクの急変を招かないように吸入空気量が調整される。
【００１９】
【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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
上記ＥＣＵ４０は、運転状態判別手段４１、温度状態判別手段４２、燃料噴射制御手段４３及びバルブタイミング制御手段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。
【００２９】
温度状態判別手段４２は、水温センサ３６からの信号に基づき、エンジン冷却水温度が所定温度未満のエンジン冷間状態か所定温度以上のエンジン温間状態かを判別するようになっている。
【００３０】
燃料噴射制御手段４３は、運転状態判別手段４１により判別されるエンジンの運転状態及び温度状態判別手段４２により判別されるエンジンの温度状態に応じ、燃料噴射量及び噴射タイミングを制御するものであり、エンジン冷間時には図２（ａ）に示す冷間時用マップに基づいて、またエンジン温間時には図２（ｂ）に示す温間時用マップに基づいて制御を行なう。
【００３１】
すなわち、エンジンの温間時には図２（ｂ）のように、所定負荷以下で、かつ所定エンジン回転数以下の低速低負荷域をリーン運転領域Ａとし、このリーン運転領域Ａ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Ｂでは、空燃比を理論空燃比以下（空気過剰率λがλ≦１）とし、例えば理論空燃比（λ＝１）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。
【００３２】
また、エンジンの冷間時には図２（ａ）のように、低速低負荷域でも空燃比を理論空燃比以下（λ≦１）とし、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。
【００３３】
バルブタイミング制御手段４４は、運転状態判別手段４１により判別されるエンジンの運転状態及び温度状態判別手段４２により判別されるエンジンの温度状態に応じて吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを変えるようにバルブタイミング可変装置１３，１４を制御する。このバルブタイミングの制御の概略を、図３〜図５によって説明する。
【００３４】
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）。
【００３５】
図３において、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は破線のように、開時期ＩｎＯが吸気上死点ＴＤＣより少し前、閉時期ＩｎＣが吸気下死点ＢＤＣより少し後となって、低速域で吸気充填効率を高めるのに有利なタイミングとなる。一方、吸気弁が開閉タイミング可変範囲内で最も遅角したときには実線のように、開時期ＩｎＯが吸気上死点ＴＤＣより後（好ましくは吸気上死点より３０°以上後）となるとともに、閉時期ＩｎＣが吸気下死点ＢＤＣよりもかなり後となって、吸気の吹き返しが生じることで充填効率の低下を招くようなタイミングとなる。
【００３６】
また、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よりかなり前（好ましくは吸気上死点ＴＤＣより２０°以上前）となり、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より少し後となる。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排気弁閉時期ＥｘＣと吸気弁開時期ＩｎＯとが吸気上死点ＴＤＣの近傍にあって、吸・排気弁の開弁期間に少しだけ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く、かつ、排気弁閉時期ＥｘＣから吸気弁開時期ＩｎＯまでにかなりの期間がある。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。
【００３７】
このようなバルブタイミングの可変範囲を有するバルブタイミング可変装置１３，１４に対してバルブタイミング制御手段４４は、エンジンの温間時には予め設定された温間時用のバルブタイミングのマップに基づいて制御し、この場合、少なくとも上記リーン運転領域Ａ内の低速低負荷域では図５（ｂ）に示すように、吸気弁の開閉タイミングを可変範囲内の進角側にするとともに、排気弁の開閉タイミングを可変範囲内の遅角側にする。
【００３８】
また、エンジンの冷間時には予め設定された冷間時用のバルブタイミングのマップに基づいて制御し、この場合、少なくとも低速低負荷域では図５（ａ）に示すように、同一アクセル開度状態でのエンジン温間時と比べ、吸気弁開閉タイミングを遅角側に補正することにより、吸気の吹き返しによる吸気充填効率の低下を招く程度にまで吸気弁閉時期ＩｎＣを遅らせる。ただし排気弁の開閉タイミングは温間時と略同様であって、排気弁閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣ後となるようにする。
【００３９】
バルブタイミング制御装置はさらに、温間時において後述のＮＯｘパージ等のために空燃比がリーン（λ＞１）からリッチ側（λ≦１）へ変更される移行時には、図５（ｃ）に示すように、排気弁の開閉タイミングを進角側とすることにより排気弁閉時期ＥｘＣを吸気上死点ＴＤＣ前とするとともに、吸気弁の開閉タイミングを遅角側とすることにより吸気弁開時期ＩｎＯを吸気上死点ＴＤＣ後とする。
【００４０】
このようなバルブタイミングの制御及び燃料噴射の制御の具体例を、図６のフローチャートによって説明する。
【００４１】
このフローチャートに示す処理がスタートすると、先ず各センサからの信号が入力され（ステップＳ１）、次に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る（ステップＳ２）。さらに、水温センサ３６からの信号に基づいてエンジンの冷間時か否かが判定される（ステップＳ３）。
【００４２】
冷間時である場合は、冷間時用のバルブタイミングのマップに基づいて吸気弁及び排気弁の開閉タイミングが設定され（ステップＳ４）、この場合に少なくとも低速低負荷域では前述の如く図５（ａ）のように設定される。さらに、空燃比が理論空燃比以下（λ≦１）に設定されて、この空燃比となるように燃料噴射量が演算される（ステップＳ５）とともに、吸気行程噴射により均一燃焼を行なわせるように噴射時期が演算される（ステップＳ６）。それからステップＳ７，Ｓ８に移行し、ステップＳ４〜Ｓ６での設定、演算に基づき、バルブタイミング可変装置の制御及び燃料噴射の制御が行われる。
【００４３】
エンジンの温間時（ステップＳ３の判定がＮＯ）である場合は、温間時用のバルブタイミングのマップに基づいて吸気弁及び排気弁の開閉タイミングが設定され（ステップＳ９）、この場合に少なくとも低速低負荷域では前述の如く図５（ｂ）のように設定される。
【００４４】
次いでリーン運転領域か否かが判定され（ステップＳ１０）、リーン運転領域であれば、さらにＮＯｘパージ処理条件が成立したか否かが判定される（ステップＳ１１）。このステップＳ１１の判定は、リーン運転中にＮＯｘ触媒３２のＮＯｘ吸蔵量が増加したときにＮＯｘパージ（ＮＯｘ放出処理）を行なわせるため、運転状態等から推定されるＮＯｘ吸収量を累計する等により求められるＮＯｘ吸蔵量が所定値以上に増加したか否がを調べるものである。
【００４５】
リーン運転領域であってＮＯｘパージ処理条件が成立していないときには、空燃比が理論空燃比よりも大きいリーン空燃比（λ＞１）に設定されて、この空燃比となるように燃料噴射量が演算される（ステップＳ１２）とともに、圧縮行程噴射により成層燃焼を行なわせるように噴射時期が演算される（ステップＳ１３）。それからステップＳ７，Ｓ８に移行する。
【００４６】
リーン運転領域においてＮＯｘパージ処理条件が成立したとき（ステップＳ１１の判定がＹＥＳのとき）は、空燃比が理論空燃比以下（λ≦１）に設定されて、この空燃比となるように燃料噴射量が演算される（ステップＳ１４）とともに、吸気行程噴射により均一燃焼を行なわせるように噴射時期が演算される（ステップＳ１５）。さらに、吸気弁開時期ＩｎＯが上死点ＴＤＣ後となるように吸気弁開閉タイミングが遅角側に変更されるとともに、排気弁閉時期ＥｘＣが上死点ＴＤＣ前となるように排気弁開閉タイミングが進角側に変更される（ステップＳ１６）。それからステップＳ７，Ｓ８に移行する。
【００４７】
エンジン温間時においてリーン運転領域でないとき（ステップＳ１０の判定がＮＯのとき）は、空燃比が理論空燃比以下（λ≦１）に設定されて、この空燃比となるように燃料噴射量が演算される（ステップＳ１７）とともに、吸気行程噴射により均一燃焼を行なわせるように噴射時期が演算される（ステップＳ１８）。さらに、リーン運転領域Ａからλ≦１の領域Ｂへの移行時には、吸気弁開時期ＩｎＯが上死点ＴＤＣ後となるように吸気弁開閉タイミングが遅角側に変更されるとともに、排気弁閉時期ＥｘＣが上死点ＴＤＣ前となるように排気弁開閉タイミングが進角側に変更される（ステップＳ１９，Ｓ２０）。それからステップＳ７，Ｓ８に移行する。
【００４８】
以上のような当実施形態のエンジンによると、エンジンの温間状態では、低速低負荷側のリーン運転領域Ａにあるときに、空燃比がリーン（λ＞１）とされて、成層燃焼が行なわれ、また、エンジンの冷間状態では、燃料の気化、霧化が悪くてリーン運転では燃焼安定性が損なわれ易いので、低速低負荷域にあっても空燃比が理論空燃比以下（λ≦１）とされて、均一燃焼が行なわれる。このように冷間時と温間時とで空燃比が変えられる一方で、バルブタイミングが冷間時と温間時とで図５（ａ）（ｂ）に示すように変えられることにより、同一アクセル開度での冷間時と温間時とにおけるトルク格差が是正される。
【００４９】
すなわち、当実施形態のようにスロットル弁２３がアクセルペダルに機械的に連結されている場合、アクセル開度とスロットル開度との対応関係が常に一定であるため、バルブタイミングを変えなければ、冷間時と温間時とで、同じアクセル開度においては同じ吸入空気量となるので、設定空燃比が変るとそれに応じて燃料噴射量が変り、λ＞１とされる温間時と比べてλ≦１とされる冷間時の方が燃料噴射量が多くなる。
【００５０】
このような傾向に対し、バルブタイミング制御手段４４により、エンジンの冷間時には吸気弁の開閉タイミングが同じアクセル開度での温間時の開閉タイミングと比べて遅角され、吸気の吹き替えしにより吸気充填効率が低下するように吸気弁閉時期ＩｎＣが遅らされる。従って、エンジンの冷間時には、温間時と比べて空燃比がリッチになることに対し、吸気充填効率が低下するようにバルブタイミングが調整されることにより、燃料噴射量の格差とそれに基づくトルクの格差が小さくされる。このため、例えば一定のアクセル開度で運転している状態で水温が上昇して冷間から温間に移行することにより空燃比がリーンに変えられた場合でも、トルクの急激な低下がなく、走り感の低下が防止される。
【００５１】
しかも、冷間時に上記のようなバルブタイミングとされることにより、冷間時の燃焼安定性の悪化が防止される。
【００５２】
すなわち、バルブタイミング可変装置を用いて冷間時に吸気充填効率を低下させるようにする手法としては、吸気弁の開閉タイミングを進角させることにより、吸気弁閉時期を吸気充填効率にとって最適な時期より早くするとともに吸・排気弁の開弁オーバラップ期間を大きくして後記内部ＥＧＲを増大させることにより、新気の吸入量を減少させるようにすることが考えられ、あるいはまた、後述のように排気弁閉時期を吸気上死点よりも早い時期とすることにより内部ＥＧＲを増大させてその分だけ新気量を減少させるようにすることが考えられるが、これらの手法では冷間時に内部ＥＧＲ（残留既燃ガス）が増加することにより燃焼安定性が阻害され易い。これに対し、当実施形態では吸気弁開閉タイミングが遅くされ、かつ、上記冷間時に排気弁の開閉タイミングは閉時期ＥｘＣが吸気上死点ＴＤＣ以後となるように設定されていることにより、吸気充填効率は低下しながら、内部ＥＧＲが多くなることはなく、冷間時の燃焼安定性が損なわれることはない。
【００５３】
また、温間時にリーン運転領域Ａでリーン運転が行なわれているとき、排気ガス中のＮＯｘがＮＯｘ触媒３２に吸収され、この運転状態が持続してＮＯｘ触媒３２のＮＯｘ吸蔵量が所定値以上に増加すると、図６中のステップＳ１１でのＹＥＳの判定に続くステップＳ１４，Ｓ１５の処理により空燃比がリッチ（λ≦１）とされることにより、ＮＯｘパージ、つまりＮＯｘ触媒からのＮＯｘの放出及び還元が行なわれる。また、リーン運転領域Ａからそれ以外の運転領域Ｂへの移行時にも、ＮＯｘパージが行われる。
【００５４】
これらのＮＯｘパージ時に、図５（ｃ）に示すように、吸気弁の開閉タイミングが遅角されることにより吸気充填効率が低下するように吸気弁閉時期ＩｎＣが遅くなるとともに、吸気弁開時期ＩｎＯが吸気上死点ＴＤＣ以後となり、かつ、排気弁の開閉タイミングが進角されることによって排気弁閉時期ＥｘＣは吸気上死点ＴＤＣより前とされる。これにより、排気行程で燃焼室内の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。
【００５５】
そして、ＮＯｘパージ時には排気ガス中に含まれるＣＯ等の還元材によりＮＯｘ触媒３２からのＮＯｘの放出、還元が行なわれ、この場合に排気ガス中のＮＯｘの量に対するＣＯの量の比率が大きくなる程ＮＯｘの放出、還元が促進されるが、空燃比がリッチ化されるとともに上記のように内部ＥＧＲによってＮＯｘが低減されることにより、ＮＯｘの量に対するＣＯの量の比率が素早く増大され、ＮＯｘパージ性能が高められる。
【００５６】
しかも、上記のように吸気充填効率が低下するように吸気弁閉時期ＩｎＣが遅くされるとともに内部ＥＧＲが行われることにより、新気の吸入量が減少するため、ＮＯｘパージ時の空燃比のリッチ化によるトルクの急増が抑制され、トルクショックが軽減される。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、エンジンの低速低負荷域における設定空燃比を、エンジン温間時はリーン、エンジン冷間時は理論空燃比以下のリッチとしたエンジンにおいて、バルブタイミング可変装置及びバルブタイミング制御手段により、低速低負荷域におけるエンジン冷間時の吸気弁閉時期を同一アクセル開度状態でのエンジン温間時の吸気弁閉時期に対して吸気充填効率が低下する遅れ側に設定するようにした発明によると、冷間時と温間時とでの空燃比の違いに対し、トルク格差を小さくするように吸入空気量を調整することができる。
【００５８】
従って、燃焼安定性を損なわないように空燃比がリッチとされる冷間時と燃費改善のため空燃比がリーンとされる温間時とでトルク格差が生じることを避けて、走り感を良好に保ち得るようにしつつ、そのための吸入空気量の調整を、電気的にスロットル弁を制御するような手段を用いる必要なく、バルブタイミング可変装置を用いて効果的に行なうことができる。
【００５９】
また、ＮＯｘ触媒を排気通路に具備するとともに、リーン運転状態から空燃比を理論空燃比以下に変更することでＮＯｘ放出処理を行うようにしたエンジンにおいて、バルブタイミング可変装置及びバルブタイミング制御手段により、リーン運転からのＮＯｘ放出処理開始時に、排気弁閉時期を吸気上死点より所定期間前、吸気弁開時期を吸気上死点以後とするようにした発明によると、ＮＯｘ放出処理時に、バルブタイミングの制御によりいわゆる内部ＥＧＲを増加させてＮＯｘを低減し、ＮＯｘ触媒からのＮＯｘの放出、還元を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による自動車用リーンバーンエンジンの概略図である。
【図２】冷間時用及び温間時用の燃料噴射制御のためのマップを示す図である。
【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】冷間時、温間時及びＮＯｘパージ時の吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを示す図である。
【図６】燃料噴射及び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。
【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温度状態判別手段
４３燃料噴射制御手段
４４バルブタイミング制御手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a lean burn engine for automobiles in which a set air-fuel ratio in a low-speed and low-load region of an engine is made larger than a stoichiometric air-fuel ratio when the engine is warm and not more than the stoichiometric air-fuel ratio when the engine is cold.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-128346, in order to improve fuel efficiency, the air-fuel ratio is controlled to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio in a low-speed and low-load region, and the There is known an engine in which a NOx catalyst having NOx purification performance is provided even at an air-fuel ratio leaner than the fuel ratio so that lean burn operation can be performed while reducing NOx emissions.
[0003]
Further, as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 10-274085, 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 directly into the combustion chamber. In a lean burn engine having an injector for injecting fuel, when the NOx occlusion amount of the NOx catalyst increases, the fuel injection is controlled so as to increase CO as a reducing material in the exhaust gas. There is known an exhaust emission control device that discharges and reduces it.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In a lean burn engine such as that disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-128346, the air / fuel ratio is normally lean in a low speed and low load region when the engine is warm, but the fuel is poorly vaporized and atomized. In order to avoid losing combustion stability when the engine is cold, the air-fuel ratio is made the stoichiometric air-fuel ratio or richer in the low-speed and low-load region. Therefore, if the intake air amount is the same at the same accelerator opening at the time of the cold and the time of the warm, a difference occurs in the torque because the fuel supply amount differs according to the difference in the air-fuel ratio. There is a problem that even if the vehicle is operating at the accelerator opening degree, the driver feels a drop in torque when the vehicle moves from cold to warm.
[0005]
For such problems, if the throttle valve provided in the intake passage is electrically controllable, the torque is adjusted by controlling the throttle opening according to the difference in air-fuel ratio. However, such a method cannot be adopted if the throttle valve is mechanically connected to the accelerator pedal.
[0006]
In addition, when the NOx occlusion amount of the NOx catalyst increases, the NOx release processing (NOx release, reduction) from the NOx catalyst by increasing CO as the reducing material in the exhaust gas is performed. Even when the air-fuel ratio is changed during processing, a problem of torque fluctuation also arises. On the other hand, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 10-274085, a method of performing fuel injection in the expansion stroke is adopted. It tends to cause a deterioration in fuel consumption.
[0007]
In view of the above circumstances, the present invention can effectively prevent a difference in torque due to a difference in air-fuel ratio when the air-fuel ratio is changed between when the engine is cold and when the engine is warm. A lean burn engine is provided.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a lean burn engine for automobiles in which the set air-fuel ratio in the low-speed and low-load region of the engine is larger than the stoichiometric air-fuel ratio when the engine is warm, and less than the stoichiometric air-fuel ratio when the engine is cold.The exhaust passage is provided with a NOx catalyst that absorbs NOx in an oxygen-excess atmosphere and releases NOx as the oxygen concentration decreases.A variable valve timing device that can change the opening / closing timing of the intake valve, and a valve timing control device that controls the variable valve timing device according to the operating state and the temperature state of the engine. The intake valve closing timing when the engine is cold in the low load range is set to a delay side where the intake charging efficiency is lowered with respect to the intake valve closing timing when the engine is warm with the same accelerator opening state.Furthermore, at the time of transition when the air-fuel ratio is changed from a value larger than the stoichiometric air-fuel ratio to a value equal to or less than the stoichiometric air-fuel ratio when the engine is warm, the intake valve closing timing is changed to the delay side where the intake charging efficiency is reduced, and At least during this transition, 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 set before the intake top dead center.Is.
[0009]
According to the present invention, in the low-speed and low-load region of the engine, the air-fuel ratio is made lean when warm, while the fuel efficiency is improved when the engine is cold. Is ensured, and the intake valve closing timing is adjusted so that the intake charging efficiency is lowered. Thus, the intake air amount is adjusted so as to reduce the torque disparity with respect to the difference in air-fuel ratio between the cold time and the warm time.Further, the NOx in the exhaust gas is absorbed by the NOx catalyst in the lean operation state, and the NOx from the NOx catalyst is changed when the air-fuel ratio is changed from a value larger than the stoichiometric air-fuel ratio to below the stoichiometric air-fuel ratio. Release and reduction are performed to refresh the NOx catalyst. At the time of transition in which the air-fuel ratio is changed from a value larger than the stoichiometric air-fuel ratio to less than or equal to the stoichiometric air-fuel ratio, the action of adjusting the torque is obtained by delaying the intake valve closing timing, and the exhaust valve closing timing Is set before the intake top dead center, so that NOx is reduced by so-called internal EGR, and the action of promoting the release and reduction of NOx from the NOx catalyst is obtained.
[0010]
In the present invention, it is preferable that the intake valve opening timing when the engine is cold in the low speed and low load region is delayed with respect to the intake valve opening timing when the engine is warm with the same accelerator opening state. In this way, the overlap of the intake / exhaust valve opening period does not increase when the engine is cold, and the combustion stability when cold is ensured.
[0013]
Further, a variable valve timing device is provided for each of the intake valve and the exhaust valve, and the valve timing control means controls the variable valve timing device for the exhaust valve in addition to the control of the variable valve timing device for the intake valve. The exhaust valve closing timing is preferably set after the intake top dead center in the low speed and low load range when the engine is cold.
[0014]
In this way, internal EGR is reduced when the engine is cold, and combustion stability is improved.
[0015]
The present invention also includes 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 low-speed and low-load region. In the lean burn engine for automobiles, in which the lean operation is performed, and the NOx releasing process for releasing NOx from the NOx catalyst is performed by changing the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio or less from the lean operation state at a specific time. A valve timing variable device that can change the valve opening / closing timing with respect to each of the valve and the exhaust valve is provided, and further includes valve timing control means for controlling these valve timing variable devices. At the start of the NOx release process, it is determined from the acceleration interval in the cam lift characteristics for the exhaust valve. The exhaust valve closing timing defined at the time of transition to the degree interval is a predetermined period before the intake top dead center, and 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 is the intake top dead center The valve timing variable device is controlled to be after the point.
[0016]
According to the present invention, when the NOx releasing process is performed, so-called internal EGR is increased and NOx is reduced by controlling the valve timing, and an action of promoting the release and reduction of NOx from the NOx catalyst is obtained.
[0017]
In this invention, at least the valve timing varying device for the intake valve is a phase type valve timing varying device that can change the opening and closing timing while keeping the valve opening period constant, and the intake valve opening timing is after the intake top dead center. When this is done, it is preferable that the intake valve closing timing be a late timing that causes a reduction in intake charging efficiency.
[0018]
In this way, at the start of the NOx release process, the intake air amount is adjusted so as not to cause a sudden change in silk while the lean air-fuel ratio is enriched to the stoichiometric air-fuel ratio or less.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0020]
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.
[0021]
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.
[0022]
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.
[0023]
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.
[0024]
The exhaust passage 30 detects the air-fuel ratio by detecting the oxygen concentration in the exhaust gas.₂A 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.
[0025]
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.
[0026]
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.₂A 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.
[0027]
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.
[0028]
The ECU 40 includes an operation state determination unit 41, a temperature state determination unit 42, a fuel injection control unit 43, and a valve timing 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.
[0029]
Based on the signal from the water temperature sensor 36, the temperature state determination means 42 determines whether the engine cooling water temperature is an engine cold state below a predetermined temperature or an engine warm state above a predetermined temperature.
[0030]
The fuel injection control means 43 controls the fuel injection amount and the injection timing according to the engine operating state determined by the operating state determining means 41 and the engine temperature state determined by the temperature state determining means 42. When the engine is cold, control is performed based on the cold time map shown in FIG. 2 (a), and when the engine is warm, control is performed based on the warm time map shown in FIG. 2 (b).
[0031]
That is, as shown in FIG. 2B, when the engine is warm, a low speed and low load region that is equal to or lower than a predetermined load and equal to or lower than a predetermined engine speed is defined as a lean operation region A. In this lean operation region A, the air-fuel ratio is calculated theoretically. Fuel injection so that leaner than the air-fuel ratio (excess air ratio λ> 1) and fuel is injected in the latter half of the compression stroke so that the air-fuel mixture is unevenly distributed around the spark plug 16 and stratified combustion is performed. Control quantity and injection timing. On the other hand, in the region B other than the lean operation region, the air-fuel ratio is equal to or lower than the stoichiometric air-fuel ratio (the excess air ratio λ is λ ≦ 1), for example, the stoichiometric air-fuel ratio (λ = 1), and fuel is injected in the intake stroke. Thus, the fuel injection amount and the injection timing are controlled so that the air-fuel mixture is diffused and uniform combustion is performed.
[0032]
When the engine is cold, as shown in FIG. 2 (a), the air-fuel ratio is made lower than the stoichiometric air-fuel ratio (λ ≦ 1) even in the low-speed and low-load region, and the air-fuel mixture is diffused by injecting fuel in the intake stroke. The fuel injection amount and the injection timing are controlled so that uniform combustion is performed.
[0033]
The valve timing control means 44 is configured to change the opening / closing timing of the intake valve and the exhaust valve according to the engine operating state determined by the operating state determination means 41 and the engine temperature state determined by the temperature state determination means 42. The timing variable devices 13 and 14 are controlled. An outline of the valve timing control will be described with reference to FIGS.
[0034]
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).
[0035]
In FIG. 3, when the intake valve is advanced most within the variable opening / closing timing range, as shown by the broken line, the opening timing InO is slightly before the intake top dead center TDC, and the closing timing InC is slightly after the intake bottom dead center BDC. Thus, the timing is advantageous for increasing the intake charge efficiency in the low speed range. On the other hand, when the intake valve is most retarded within the opening / closing timing variable range, as shown by the solid line, the opening timing InO is later than the intake top dead center TDC (preferably 30 ° or more after the intake top dead center) and closed. The timing InC is considerably later than the intake bottom dead center BDC, and the intake efficiency blows back, leading to a decrease in charging efficiency.
[0036]
Further, when the exhaust valve is advanced most within the variable opening / closing timing range, as shown by the solid line, the closing timing ExC is considerably before the intake top dead center TDC (preferably 20 ° or more before the intake top dead center TDC). When retarded, the closing timing ExC is slightly later than the intake top dead center TDC as shown by the broken line. Therefore, when the exhaust valve is retarded and the intake valve is advanced as indicated by the broken line, the exhaust valve closing timing ExC and the intake valve opening timing InO are close to the intake top dead center TDC, and the intake / exhaust valve There is a slight overlap in the valve opening period, but when the exhaust valve is advanced and the intake valve is retarded as shown by the solid line, there is no overlap in both valve opening periods and the exhaust valve closing time ExC There is a considerable period before the intake valve opening timing InO. 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.
[0037]
The valve timing control means 44 controls the valve timing variable devices 13 and 14 having such a variable valve timing range based on a preset valve timing map for warm time when the engine is warm. In this case, at least in the low speed and low load region in the lean operation region A, as shown in FIG. 5B, the opening / closing timing of the intake valve is set to the advance side in the variable range, and the opening / closing timing of the exhaust valve is set. Set to the retard side within the variable range.
[0038]
Further, when the engine is cold, control is performed based on a preset cold valve timing map. In this case, at least in the low speed and low load range, as shown in FIG. By correcting the intake valve opening / closing timing to the retard side as compared to when the engine is warm in the engine, the intake valve closing timing InC is delayed to such an extent that the intake charging efficiency is reduced due to the return of intake air. However, the opening / closing timing of the exhaust valve is substantially the same as that at the warm time, and the exhaust valve closing timing ExC is set to be after the intake top dead center TDC.
[0039]
Further, the valve timing control device is shown in FIG. 5 (c) at the time of transition in which the air-fuel ratio is changed from lean (λ> 1) to rich (λ ≦ 1) due to NOx purge and the like which will be described later in the warm state. Thus, the exhaust valve closing timing ExC is set before the intake top dead center TDC by setting the opening / closing timing of the exhaust valve to the advance side, and the intake valve opening timing InO is set by setting the opening / closing timing of the intake valve to the retard side. Is after intake top dead center TDC.
[0040]
A specific example of such valve timing control and fuel injection control will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0041]
When the process shown in this flowchart starts, first, signals from the sensors are input (step S1), and then the operating state is determined based on the engine speed and the engine load (step S2). Further, it is determined whether or not the engine is cold based on a signal from the water temperature sensor 36 (step S3).
[0042]
When it is cold, the opening and closing timings of the intake valve and the exhaust valve are set based on the map of the valve timing for cold (step S4). In this case, at least in the low speed and low load range, as shown in FIG. It is set as shown in (a). Further, the air-fuel ratio is set to be equal to or lower than the stoichiometric air-fuel ratio (λ ≦ 1), the fuel injection amount is calculated so as to be the air-fuel ratio (step S5), and uniform combustion is performed by intake stroke injection. The injection timing is calculated (step S6). Then, the process proceeds to steps S7 and S8, and the control of the valve timing variable device and the control of fuel injection are performed based on the setting and calculation in steps S4 to S6.
[0043]
When the engine is warm (NO in step S3), the opening and closing timings of the intake valve and the exhaust valve are set based on the warm time valve timing map (step S9). In the low speed and low load range, the setting is made as shown in FIG.
[0044]
Next, it is determined whether or not it is a lean operation region (step S10). If it is a lean operation region, it is further determined whether or not a NOx purge processing condition is satisfied (step S11). In step S11, the NOx purge (NOx release process) is performed when the NOx occlusion amount of the NOx catalyst 32 increases during the lean operation. It is checked whether or not the required NOx occlusion amount has increased beyond a predetermined value.
[0045]
When the NOx purge processing condition is not satisfied in the lean operation region, the air-fuel ratio is set to a lean air-fuel ratio (λ> 1) larger than the stoichiometric air-fuel ratio, and the fuel injection amount is set so as to be this air-fuel ratio. In addition to the calculation (step S12), the injection timing is calculated so that stratified combustion is performed by the compression stroke injection (step S13). Then, the process proceeds to steps S7 and S8.
[0046]
When the NOx purge processing condition is satisfied in the lean operation region (when the determination in step S11 is YES), the fuel injection is performed so that the air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio or lower (λ ≦ 1). The amount is calculated (step S14), and the injection timing is calculated so that uniform combustion is performed by intake stroke injection (step S15). Further, the intake valve opening / closing timing is changed to the retard side so that the intake valve opening timing InO is after the top dead center TDC, and the exhaust valve opening / closing timing is set so that the exhaust valve closing timing ExC is before the top dead center TDC. Is changed to the advance side (step S16). Then, the process proceeds to steps S7 and S8.
[0047]
When the engine is warm and the engine is not in the lean operation range (when the determination in step S10 is NO), the air-fuel ratio is set to the stoichiometric air-fuel ratio or lower (λ ≦ 1), and the fuel injection amount is set so as to be the air-fuel ratio. In addition to being calculated (step S17), the injection timing is calculated so that uniform combustion is performed by intake stroke injection (step S18). Further, at the time of transition from the lean operation region A to the region B of λ ≦ 1, the intake valve opening / closing timing is changed to the retard side so that the intake valve opening timing InO is after the top dead center TDC, and the exhaust valve is closed. The exhaust valve opening / closing timing is changed to the advance side so that the timing ExC is before the top dead center TDC (steps S19, S20). Then, the process proceeds to steps S7 and S8.
[0048]
According to the engine of the present embodiment as described above, in the warm state of the engine, when the engine is in the lean operation region A on the low speed and low load side, the air-fuel ratio is made lean (λ> 1) and stratified combustion is performed. Also, in the cold state of the engine, fuel vaporization and atomization are poor, and combustion stability is likely to be impaired in lean operation. Therefore, the air-fuel ratio is less than the stoichiometric air-fuel ratio (λ ≦ 1) and uniform combustion is performed. Thus, while the air-fuel ratio can be changed between the cold time and the warm time, the valve timing can be changed as shown in FIGS. 5A and 5B between the cold time and the warm time. The torque disparity between cold and warm at the accelerator opening is corrected.
[0049]
That is, when the throttle valve 23 is mechanically connected to the accelerator pedal as in this embodiment, the correspondence between the accelerator opening and the throttle opening is always constant. Since the same intake air amount is obtained at the same accelerator opening at both the warm time and warm time, when the set air-fuel ratio changes, the fuel injection amount changes accordingly, compared to the warm time when λ> 1. The amount of fuel injection increases in the cold state where λ ≦ 1.
[0050]
In response to such a tendency, the valve timing control means 44 retards the opening / closing timing of the intake valve when the engine is cold compared to the opening / closing timing when the engine is warm, and the intake timing is changed. The intake valve closing timing InC is delayed so that the charging efficiency is lowered. Therefore, when the engine is cold, the air-fuel ratio becomes richer than when it is warm. On the other hand, the valve timing is adjusted so that the intake charging efficiency is reduced, so that the difference in fuel injection amount and the torque based thereon The inequality is reduced. For this reason, for example, even when the air temperature is changed to lean by moving the water temperature from cold to warm while operating at a certain accelerator opening, there is no sudden decrease in torque, A decrease in running feeling is prevented.
[0051]
In addition, by setting the valve timing as described above during cold, deterioration of combustion stability during cold is prevented.
[0052]
In other words, as a method of reducing the intake charging efficiency when it is cold using the valve timing variable device, the intake valve closing timing is made to be more optimal than the optimal timing for the intake charging efficiency by advancing the opening / closing timing of the intake valve. It is conceivable to reduce the intake amount of fresh air by increasing the valve opening overlap period of the intake / exhaust valves and increasing the internal EGR, which will be described later, or exhausting as described later. Although it is conceivable to increase the internal EGR by reducing the valve closing timing earlier than the intake top dead center, and to reduce the amount of fresh air by that amount, in these methods, the internal EGR ( Combustion stability is likely to be hindered by an increase in residual burned gas). On the other hand, in the present embodiment, the intake valve opening / closing timing is delayed, and the exhaust valve opening / closing timing is set so that the closing timing ExC is after the intake top dead center TDC during the cold time. While the charging efficiency is reduced, the internal EGR does not increase, and the combustion stability during cold is not impaired.
[0053]
Further, when the lean operation is being performed in the lean operation region A during the warm period, NOx in the exhaust gas is absorbed by the NOx catalyst 32, and this operation state is continued, and the NOx occlusion amount of the NOx catalyst 32 is greater than or equal to a predetermined value. When the air-fuel ratio is made rich (λ ≦ 1) by the processing of steps S14 and S15 following the determination of YES at step S11 in FIG. 6, NOx purge, that is, release of NOx from the NOx catalyst. And reduction is performed. Further, the NOx purge is performed also when shifting from the lean operation region A to the other operation region B.
[0054]
During these NOx purges, as shown in FIG. 5 (c), the intake valve closing timing InC is delayed so that the intake charging efficiency is lowered by delaying the opening / closing timing of the intake valve, and the intake valve opening timing is also reduced. InO becomes after intake top dead center TDC, and the opening / closing timing of the exhaust valve is advanced, so that the exhaust valve closing timing ExC is made before intake top dead center TDC. As a result, the exhaust valve closes before exhausting the burned gas in the combustion chamber in the exhaust stroke, so that the burned gas remains in the combustion chamber 5 to obtain a so-called internal EGR effect, and the exhaust gas is recirculated from the outside. NOx is reduced in the same manner as the external EGR.
[0055]
During NOx purging, NOx is released and reduced from the NOx catalyst 32 by a reducing material such as CO contained in the exhaust gas. In this case, the ratio of the amount of CO to the amount of NOx in the exhaust gas increases. The release and reduction of NOx are promoted as much as possible, but the ratio of CO to NOx is quickly increased by enriching the air-fuel ratio and reducing NOx by internal EGR as described above. Purge performance is enhanced.
[0056]
In addition, since the intake valve closing timing InC is delayed so that the intake charging efficiency is reduced as described above and the internal EGR is performed, the intake amount of fresh air is reduced. Therefore, the rich air-fuel ratio at the time of NOx purge is reduced. Torque increase due to the control is suppressed, and torque shock is reduced.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, in the engine in which the set air-fuel ratio in the low-speed and low-load region of the engine is lean when the engine is warm and rich below the stoichiometric air-fuel ratio when the engine is cold, the valve timing variable device and the valve timing control means Therefore, the intake valve closing timing when the engine is cold in the low speed and low load range is set to the delay side where the intake charging efficiency is lower than the intake valve closing timing when the engine is warm with the same accelerator opening. According to the invention, it is possible to adjust the intake air amount so as to reduce the torque disparity with respect to the difference in air-fuel ratio between the cold time and the warm time.
[0058]
Therefore, a good running feeling is avoided by avoiding a torque disparity between cold when the air-fuel ratio is rich and warm when the air-fuel ratio is lean to improve fuel efficiency so as not to impair combustion stability. Therefore, the adjustment of the intake air amount can be effectively performed using the variable valve timing device without the need to electrically control the throttle valve.
[0059]
Further, in an engine provided with a NOx catalyst in the exhaust passage and performing NOx release processing by changing the air-fuel ratio to the stoichiometric air-fuel ratio or less from the lean operation state, the variable valve timing device and the valve timing control means According to the invention in which the exhaust valve closing timing is a predetermined period before the intake top dead center and the intake valve opening timing is after the intake top dead center at the start of the NOx release processing from the lean operation, the valve timing is By controlling this, so-called internal EGR can be increased to reduce NOx, and release and reduction of NOx from the NOx catalyst can be promoted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of an automotive lean burn engine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a map for cold and warm fuel injection control.
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 diagram showing opening and closing timings of intake valves and exhaust valves during cold, warm, and NOx purge.
FIG. 6 is a flowchart showing a specific example of control of fuel injection and valve timing.
[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 Temperature state determination means
43 Fuel injection control means
44 Valve timing control means

Claims

The set air-fuel ratio in the low speed low load region of the engine, when the engine is warm is greater than the stoichiometric air-fuel ratio, the lean burn engine for an automobile which is less stoichiometric air-fuel ratio during cold engine to absorb NOx in an oxygen-rich atmosphere And a variable valve timing device that includes a NOx catalyst that releases NOx as the oxygen concentration decreases in the exhaust passage, and that can change the opening and closing timing of the intake valve, and the variable valve timing device that is used for the operating state and temperature of the engine. Valve timing control means for controlling according to the state, the valve timing control means for the intake valve closing timing when the engine is cold in the low speed and low load range when the engine is cold at the same accelerator opening state intake air charging efficiency is adapted to set the delay side to decrease relative to closing timing, further, the engine temperature At the time of transition in which the air-fuel ratio is changed from a value greater than the stoichiometric air-fuel ratio to less than or equal to the stoichiometric air-fuel ratio, the intake valve closing timing is changed to the delay side where the intake charging efficiency decreases, and at least during this transition, the exhaust valve The lean burn engine for automobiles, wherein the exhaust valve closing timing defined at the time of transition from the acceleration section to the constant speed section in the cam lift characteristic is set before the intake top dead center .

The lean burn for an automobile according to claim 1, characterized in that the intake valve opening timing when the engine is cold in the low-speed and low-load region is delayed with respect to the intake valve opening timing when the engine is warm in the same accelerator opening state. engine.

A valve timing variable device is provided for each of the intake valve and the exhaust valve, and the valve timing control means controls the valve timing variable device for the exhaust valve in addition to the control of the valve timing variable device for the intake valve. The lean burn engine for an automobile according to claim 1 or 2, wherein the exhaust valve closing timing is set after the intake top dead center in a low-speed and low-load region during cold.

A NOx catalyst that absorbs NOx in an excess oxygen atmosphere and releases NOx as the oxygen concentration decreases is provided in the exhaust passage, and the air-fuel ratio is made larger than the stoichiometric air-fuel ratio in the low speed and low load range to perform lean operation. In addition, in a lean burn engine for an automobile that performs NOx release processing for releasing NOx from a NOx catalyst by changing the air-fuel ratio to a stoichiometric air-fuel ratio or less from a lean operation state at a specific time, the intake valve and the exhaust valve And a valve timing control device for controlling the valve timing control device, which is capable of changing the valve opening / closing timing, and is provided at the start of the NOx release process from the lean operation. , Transition from acceleration section to constant speed section in cam lift characteristics for exhaust valves The exhaust valve closing timing defined with a point is a predetermined period before the intake top dead center, and the intake valve opening timing defined with the transition time from the constant speed section to the acceleration section in the intake valve cam lift characteristics is after the intake top dead center A lean burn engine for an automobile, wherein the valve timing variable device is controlled.

At least the valve timing variable device for the intake valve is a phase type valve timing variable device that can change the opening and closing timing while keeping the valve opening period constant, and when the intake valve opening timing is after the intake top dead center 5. The lean burn engine for an automobile according to claim 4, wherein the intake valve closing timing is a late timing that causes a reduction in intake charging efficiency.