JP4613809B2

JP4613809B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP4613809B2
Application number: JP2005353290A
Authority: JP
Inventors: 賢渡辺; 立男佐藤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-12-07
Filing date: 2005-12-07
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2025-12-07
Also published as: JP2007154814A

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に設けた排気浄化触媒の昇温要求時に、ＨＣなどの排気未燃焼成分を低減させると共に、排気温度を上昇させて該触媒を早期に活性させる排気浄化装置に関する。

特許文献１では、吸気バルブの開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構と、排気通路にて排気を浄化可能な排気浄化触媒とを備える内燃機関の排気浄化装置において、エンジン冷間始動状態など、排気浄化触媒の昇温が要求される所定期間（エンジン始動時から未燃ＨＣがある程度浄化される時まで）では、可変バルブタイミング機構により排気バルブ及び吸気バルブが共に開期間となるオーバーラップを通常運転時よりも拡大させることが開示されている。そして、所定期間経過後は、オーバーラップを減少させると共に、点火時期を遅角している。
特開２００２−２３５６４７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の内燃機関において、オーバーラップの拡大によってＨＣの低減が有効であるのは、燃料重軽質空燃比差によって空燃比がリッチになるラムダコントロールにより空燃比を目標空燃比（理論空燃比）にフィードバック制御を開始する前である。このため、フィードバック制御開始後は、ＨＣ低減及び排気ガスの温度上昇による排気浄化触媒の早期活性が図れないという問題があった。

本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、ＨＣ低減を図ると共に排気浄化触媒の早期活性を図ることを目的とする。

そのため本発明では、排気浄化触媒の昇温要求時に、空燃比フィードバック制御が開始されるまでの間、排気バルブ及び吸気バルブが共に開期間となるオーバーラップを空燃比フィードバック制御時より拡大して吸気ポート内への排気ガスの吹き返しによって吸気ポート内の燃料の気化を促進する一方、空燃比フィードバック制御が開始された後は、前記オーバーラップを戻すと共に点火時期を遅角する。

本発明によれば、触媒の昇温要求時のオーバーラップ拡大により吸気ポート内への排気ガスの吹き返しを起こすことで燃料気化を促進し、燃料の重軽質空燃比差を縮小させ、その分だけ空燃比のリーン化設定が可能になる。これにより、空燃比検出のための空燃比センサ等が非活性であるために該センサを用いた空燃比フィードバック制御が行えない場合である始動直後のリッチ状態においても、オーバーラップの拡大によってＨＣを低減できる点で有効である。

そして、フィードバック制御開始後は、余剰燃料が減少することでオーバーラップ拡大の効果が減少するため、オーバーラップを戻して燃焼安定度が向上する分だけ点火時期を遅角し、後燃えによってＨＣを低減すると共に、排気ガスの温度上昇による排気浄化触媒の早期活性を図ることができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態について説明する。
図１は、内燃機関の排気浄化装置の構成を示す図である。
エンジン１の各シリンダ２及びピストン３により画成される燃焼室４には、点火プラグ５を囲むように、吸気バルブ６及び排気バルブ７を配置している。
吸気バルブ６は、第１カムシャフト８に形成された吸気カム８ａにより所定タイミングで開閉される。排気バルブ７は、第２カムシャフト９に形成された排気カム９ａにより所定タイミングで開閉される。

第１カムシャフト８には、吸気バルブ６の開閉タイミングが変更可能な可変バルブタイミング機構１０が設けられている。可変バルブタイミング機構１０は、吸気バルブ６の開閉タイミングを変更するために、ＥＣＵ３０からの可変バルブタイミング信号に基づいて吸気バルブ６の位相を変更することで、排気バルブ７及び吸気バルブ６が共に開期間となるオーバーラップの拡大及び縮小ができるものである。

エンジン１に導入する吸入空気量を制御するため、吸気通路１１には、電制スロットル弁（バタフライバルブ）１２が配設されている。電制スロットル弁１２は、その開口面積に応じて燃焼室４内に空気を導入可能である。電制スロットル弁１２の開口面積は、エンジン制御装置（ＥＣＵ）３０の開度指令に基づいて決定される。吸気通路１１下流の各吸気ポート１１ａには、燃料噴射弁１４がそれぞれ設けられている。

排気通路１５には、ＨＣ等の排気未燃焼成分を浄化可能な排気浄化触媒１６を設けている。
また、ＥＣＵ３０には、スロットル開度センサ１７、エアフロメータ（熱線式流量計）１８、空燃比検出手段（ここでは空燃比センサ）１９、排気温度センサ２０、クランク角センサ２１、水温センサ２２、スタートスイッチ２３及びアクセル開度センサ２４等からの信号が入力される。

スロットル開度センサ１７は、電制スロットル弁１２の開度に応じた信号を出力する。
エアフロメータ１８は、電制スロットル弁１２より上流の吸気通路１１に設けられ、電制スロットル弁１２を通過する空気の流量に応じた信号を出力する。
空燃比センサ１９は、排気通路１５の排気浄化触媒１６上流に設けられ、排気空燃比に応じた信号を出力する。空燃比センサ１９の出力値は、空燃比に応じて比例的に変化する。

排気温度センサ２０は、排気ガスの温度に応じた信号を出力する。
クランク角センサ２１は、エンジン１のクランク角に応じた信号を出力する。このクランク角センサ２１の信号によりエンジン回転数を検出可能である。
水温センサ２２は、シリンダブロックに設けられ、シリンダブロックのウォータージャケット内を流れる冷却液の温度（エンジン水温）に応じた信号を出力する。

スタートスイッチ２３（図では「ＳＴ／ＳＷ」と示す）は、運転者の操作によってエンジン１始動時のＯＮ及びＯＦＦの信号を出力する。
アクセル開度センサ２４は、アクセルペダルの開度に応じた信号を出力する。
ＥＣＵ３０は、各種センサからの信号に基づいて演算を行い、この演算結果に基づいて各種制御を行う。例えば、点火プラグ５の点火時期制御、吸気バルブ６のバルブタイミング制御（オーバーラップ制御）、電制スロットル弁１２の開度制御、燃料噴射弁１４の燃料噴射制御などを行う。

図２は、排気浄化触媒１６の昇温要求時に、本発明の排気浄化制御を行った場合のタイムチャートである。図３は、図２に示されるパラメータのうち補正対象となるパラメータの補正量を示すテーブルである。
図２に示すように、エンジン１の始動後の経過時間Ｔに対する各パラメータとして、（イ）ではエンジン回転数、（ロ）では空燃比（図では「Ａ／Ｆ」と示す）、（ハ）では可変バルブタイミング機構（図では「ＶＴＣ；Variable Timing Control」と示す）１０による吸気バルブ６の進角及び遅角、（ニ）では点火プラグ５の点火時期、（ホ）では電制スロットル弁１２の開度、（ヘ）では燃料噴射弁１４から噴射される燃料の増量率、（ト）では排気通路１５へのＨＣ排出量、（チ）では排気ガスの温度をそれぞれ示している。

図２（イ）に示すように、エンジン回転数は、スタートスイッチ２３のＯＮからＯＦＦへの切り換え後、目標エンジン回転数（アイドル回転数）に収束する。
図２（ロ）に示すように、排気空燃比は、スタートスイッチ２３をＯＮからＯＦＦにした時点ｔ１から時点ｔ２付近では急激にリッチになっている。その後は、空燃比センサ１９が活性し且つスタートスイッチ２３をＯＮからＯＦＦにした時点ｔ１から所定時間Ｔλが経過した条件にて、排気通路１５内（またはエンジン１の燃焼室４内）の空燃比を目標空燃比である理論空燃比にフィードバック制御するラムダコントロールを開始するｔ４の時点まで、空燃比を理論空燃比（ストイキ）側に次第に移行するようになっている。

なお、ｔ３は、エンジン１が始動した後に空燃比センサ１９の活性判定を開始する時点である。ｔ４は、空燃比センサ１９が活性したと判定した時点である。空燃比センサ１９の活性時以後は、該センサ１９の出力値に基づいて空燃比を理論空燃比に制御するラムダコントロールが可能になる。
図２（ハ）に示すように、吸気バルブ６の開閉タイミング（位相）を変更する時点（ＶＴＣ駆動許可があった時点）ｔ２で、吸気バルブ６の位相を遅角側の第１位相ＶＴＣ₀から遅角側の第２位相ＶＣＴ₁へ進角し、排気バルブ７及び吸気バルブ６が共に開期間となるオーバーラップを拡大する。その後、吸気バルブ６の位相ＶＣＴ₁は、可変バルブタイミング機構１０による吸気バルブ６の遅角が開始される時点ｔ５から、拡大したオーバーラップを戻すために、第１位相ＶＴＣ₀へ制御される。

拡大したオーバーラップを戻す場合、吸気バルブ６を第２位相ＶＣＴ₁から第１位相ＶＴＣ₀へ戻す速度（遅角速度）は、エンジン１の始動時の水温ＴＷ０に基づいて設定する。この設定は、図３（イ）に示す遅角速度補正テーブルを参照して行う。このテーブルは、水温ＴＷ０が高いほど遅角速度を高くすることを示している。
図２（ニ）に示すように、点火プラグ５の点火時期ＡＤＶは、エンジン１の始動直後からｔ２の時点までは初期値である第１所定値ＡＤＶ₁に設定する一方、ｔ２の時点からｔ５の時点まではオーバーラップの増大に伴う補正分だけ進めた第２所定値ＡＤＶ₂に設定する。そして、可変バルブタイミング機構１０により吸気バルブ６の位相の遅角を開始する時点ｔ５からは、点火時期を、第１所定値ＡＤＶ₁より遅角（リタード）した第３所定値ＡＤＶ₃に移行する。

この場合、点火プラグ５の点火時期を第２所定値ＡＤＶ₂から第３所定値ＡＤＶ₃へ移行する速度（遅角速度）は、エンジン１の始動時の水温ＴＷ０と、オーバーラップとに基づいて設定する。この設定は、図３（ロ）に示す点火時期補正マップを参照して行う。このマップは、オーバーラップが大きいほど点火時期を大きく進め、且つ、水温ＴＷ０が低いほど点火時期をより大きく進めるように補正（設定）することを示している。即ち、オーバーラップが大きく且つ水温ＴＷ０が低いほど点火時期の遅角速度が速いことを示している。

これにより、ラムダコントロール開始後には、燃料噴射弁１４からの燃料噴射量が増加することでオーバーラップ拡大の効果である吸気ポート１１ａ内での液滴燃料の気化が減少するため、オーバーラップを戻して燃焼安定度が向上する分だけ点火時期を遅角し、後燃えによって未燃焼成分を低減すると共に、排気ガス温度の上昇による排気浄化触媒１６の早期活性を図ることができる。

図２（ホ）に示すように、電制スロットル弁１２の開度ＴＶＯは、エンジン１の始動直後のｔ２の時点での初期値である第１所定値ＴＶＯ₁から該第１所定値ＴＶＯ₁より開度の大きい第２所定値ＴＶＯ₂に設定される。第２所定値ＴＶＯ₂は、オーバーラップの増加に伴う補正分だけ電制スロットル弁１２の開度を大きくした値である。電制スロットル弁１２の開度ＴＶＯは、ｔ２の時点からｔ５の時点までの間では第２所定値ＴＶＯ₂に維持される。そして、可変バルブタイミング機構１０による吸気バルブ６の遅角が開始される時点ｔ５からは、電制スロットル弁１２の開度ＴＶＯが第１所定値ＴＶＯ₁及び第２所定値ＴＶＯ₂より小さい第３所定値ＴＶＯ₃に移行する。

この際、電制スロットル弁１２の開度ＴＶＯを第２所定値ＴＶＯ₂から第３所定値ＴＶＯ₃へ移行する速度は、オーバーラップに基づいて設定する。この設定は、図３（ハ）に示すスロットル弁開度補正テーブルを参照して行う。このテーブルは、オーバーラップが大きいほど電制スロットル弁１２の開度ＴＶＯを大きくするように補正（設定）することを示している。

これにより、オーバーラップが拡大している間である図２のｔ２の時点からｔ５の時点では、電制スロットル弁１２の開度ＴＶＯを大きくすることにより排気ガスを吸気ポート１１ａに戻し易くすることで、燃料の気化を促進することができる。このため、空燃比がリーン化され、ＨＣ低減ができる。
一方、オーバーラップの戻し（吸気バルブ６の位相の遅角化）を行っている間である図２のｔ５の時点からｔ６の時点では、電制スロットル弁１２の開度ＴＶＯを小さくすることにより排気ガスを吸気ポート１１ａに戻し難くすると共に、点火時期を遅角する。これにより、後燃えによる排気温度の上昇を行ってＨＣを低減すると共に、排気浄化触媒１６を早期に活性することができる。

図２（ヘ）に示すように、燃料増量率は、エンジン１の始動直後におけるｔ１の時点までの初期値である第１所定値からｔ２の時点まで低下させる。ｔ２の時点では、可変バルブタイミング機構１０により吸気バルブ６の位相が進角されてオーバーラップが増大することに伴う補正分だけ燃料増量率を低下させる。そして、可変バルブタイミング機構１０による吸気バルブ６の遅角が行われる時点ｔ５からラムダコントロールによる燃料噴射の増量を行う。

ラムダコントロールによる燃料増量率は、図３（ニ）に示す燃料増量率マップを参照して設定する。このマップは、オーバーラップが大きければ燃料増量率が低く、且つ、エンジン１の始動時の水温ＴＷ０が低ければ更に燃料増量率が低くなることを示している。
図２（ト）に示すように、排気未燃焼成分であるＨＣの排出量は、エンジン１の始動直後のｔ２時点付近では最大になり、これより後では、ラムダコントロールを開始する時点（空燃比センサ１９が活性する時点）ｔ４まで緩やかに小さくなる。

そして、ｔ５の時点で、可変バルブタイミング機構１０により吸気バルブ６の遅角を行って（図２（ハ）のｔ５〜ｔ６）オーバーラップを戻すと共に、点火プラグ５の点火時期を遅角（図２（ニ）のｔ５〜ｔ６）することで、更にＨＣ排出量を低下させている。
図２（チ）に示すように、排気ガスの温度は、エンジン１の始動直後から、ラムダコントロールを開始する時点、すなわち空燃比センサ１９の活性時点ｔ４まで緩やかに上昇している。そして、空燃比センサ１９の出力信号に基づいたラムダコントロールを開始する。その後、可変バルブタイミング機構１０により吸気バルブ６の遅角を開始（図２（ハ）のｔ５〜ｔ６）してオーバーラップを戻し、点火時期を遅角（図２（ニ）のｔ５〜ｔ６）することで後燃えを発生させてＨＣを低減させると共に、排気ガス温度を高くして排気浄化触媒１６の早期活性を図っている。

次に、排気浄化触媒１６の昇温要求時において図２及び図３を実施するためのエンジン１の排気浄化制御について、図４のフローチャートを用いて説明する。
ステップ１（図では「Ｓ１」と示す。以下同様）では、エンジン１のスタートスイッチ２３がＯＮであるかを判定する。スタートスイッチ２３がＯＮからＯＦＦに切り換わったかを判定する。即ち図２の（イ）に示すｔ１の時点でスタートスイッチ２３がＯＮからＯＦＦに切り換わった場合にのみステップ２へ進み、その後は、後述するステップ４へ進む。

ステップ２では、スタートスイッチ２３がＯＮからＯＦＦに切り換わった後の経過時間Ｔをカウントするためのタイマーに初期値０を代入する。これにより、図２（イ）に示すｔ１の時点からタイマーカウントを開始する。
ステップ３では、エンジン１の始動時の水温ＴＷ０を読み込んで記憶する。
ステップ４では、スタートスイッチ２３がＯＮからＯＦＦに切り換わった後にラムダコントロールが開始される（空燃比センサ１９が活性する）までの時間、即ち図２（イ）に示すｔ１の時点からｔ４の時点までの時間Ｔλを超えているか（Ｔ＞Ｔλ）を判定する。Ｔ＞Ｔλである場合には、後述するステップ９へ進む。一方、Ｔ≦Ｔλである場合には、ステップ５へ進む。

ステップ５では、可変バルブタイミング機構１０により吸気バルブ６の位相ＴＶＯを進角してオーバーラップを拡大するように駆動することが許可されているかを判定する。駆動許可がない場合には、ステップ６にて通常制御を行う。一方、駆動許可がある場合には、ステップ７へ進み、図２（ハ）〜（ヘ）のｔ２〜ｔ５における各パラメータの設定を行う。

ステップ７では、可変バルブタイミング機構１０により吸気バルブ６の位相ＴＶＯを第１位相ＶＴＣ₀から第２位相ＶＣＴ₁へ進角する（図２（ハ））。これにより、排気バルブ７及び吸気バルブ６が共に開期間となるオーバーラップを拡大し、筒内から吸気ポート１１ａへの排気ガスの吹き返しを起こすことで、吸気ポート１１ａ内の燃料の気化を促進する。

このため、空燃比センサ１９が非活性状態でありラムダコントロールが行えない状態であっても、空燃比がリッチとなるエンジン１の始動直後（図２（ロ）のｔ２の時点近傍）においてオーバーラップ拡大によるＨＣの低減が行える。
ステップ８では、可変バルブタイミング機構１０により吸気バルブ６の位相ＴＶＯが進角されることで拡大されたオーバーラップと、エンジン１の始動時の水温ＴＷ０とに基づいて、点火プラグ５の点火時期ＡＤＶ、電制スロットル弁１２の開度ＴＶＯ及び燃料噴射弁１４の燃料増量率を、通常制御時のものに対して補正（設定）する。

点火プラグ５の点火時期ＡＤＶは、図２（ニ）のｔ２の時点からｔ５の時点までに示すように、オーバーラップに対する補正分だけ進めた第２所定値ＡＤＶ₂に設定する。
スロットル開度ＴＶＯは、図２（ホ）のｔ２の時点からｔ５の時点までに示すように、オーバーラップに対する補正分だけ大きくした第２所定値ＴＶＯ₂に設定される。これにより、オーバーラップを拡大した状態では、スロットル開度ＴＶＯを大きくすることにより排気ガスを吸気ポート１１ａに戻し易くすることで、吸気ポート１１ａ内の燃料の気化を促進することができる。

燃料増量率は、図２（ヘ）のｔ２の時点からｔ５の時点までに示すように、吸気バルブ６の位相が進角されてオーバーラップが増大することに伴う補正分だけ燃料増量率を低下させる。これは、オーバーラップの増大により排気ガスが吸気ポート１１ａ内に吹き返されることで吸気ポート１１ａ内の燃料が気化され、これが燃焼室４内に導入されるため、燃料噴射弁１４から噴射される燃料量を減少させることができるためである。

また、ステップ９へ進んだ場合、すなわち、ステップ４にてＴ＞Ｔλである場合には、既にラムダコントロールを行っているかを判定する。ラムダコントロールを行っていない場合にはステップ１０へ進む一方、行っている場合にはステップ１２へ進む。
ステップ１０では、空燃比センサ１９が活性しているかを判定する。活性している場合には、ステップ１１へ進む一方、活性していない場合には前述のステップ５へ進む。これにより、タイマーカウントを開始してから所定時間Ｔλが経過しており、且つ、空燃比センサ１９の出力に基づいて空燃比を理論空燃比に制御するラムダコントロールが可能であるかを判定する。

ステップ１１では、空燃比センサ１９の出力に基づいて検出した空燃比が理論空燃比になるように、燃料噴射１４弁からの燃料噴射量を制御するラムダコントロールを開始する（図２のｔ４の時点）。なお、ラムダコントロールの開始と共に、可変バルブタイミング機構１０による吸気バルブ６の戻し条件（ＶＴＣ戻し条件）の判定を開始する。
ステップ１２へ進んだ場合、すなわち、ステップ９にてラムダコントロールが行われている場合には、吸気バルブ６の戻し条件の判定を行う。戻し条件の判定は、例えば、空燃比に基づいて行うため、空燃比センサ１９の出力信号に基づいて空燃比を演算する。

ステップ１３では、吸気バルブ６を戻し始めるための条件が成立しているかを判定する。戻し条件成立の判定は、例えば空燃比センサ１９の出力に基づいて演算された空燃比が理論空燃比に達しているかにより行う（図２のｔ５の時点）。
或いは、空燃比センサ１９の出力値が所定期間所定の範囲内（例えば、理論空燃比近傍）にある場合に、戻し条件が成立していると判定するようにしてもよい。これにより、ラムダコントロール開始後に、空燃比が理論空燃比に収束した状態であることを判定できる。仮に、ラムダコントロール開始後に、空燃比が不安定な状態であり理論空燃比を基準にリッチ側又はリーン側に大きく変化する状態において、空燃比が理論空燃比に達した後に大きくリーンになってしまった時点でオーバーラップを戻し始めると更に空燃比がリーンになってしまい、運転性が悪化してしまう。しかしながら、空燃比センサ１９の出力値が理論空燃比近傍にある場合に戻し条件が成立していると判定すれば、空燃比が理論空燃比に十分に収束して安定している状態であるため、空燃比が過剰にリーンになることを防止でき、安定した運転性を確保できる。

ステップ１３にて、戻し条件が成立している場合にはステップ１４へ進む。一方、戻し条件が成立していない場合には前述のステップ５へ進む。
ステップ１４では、可変バルブタイミング機構１０による吸気バルブ６の位相ＶＴＣが通常制御における位相ＶＴＣ₀より大きいか（ＶＴＣ＞ＶＴＣ₀）を判定する。ＶＴＣ＞ＶＴＣ₀である場合にはステップ１５へ進む。一方、ＶＴＣ≦ＶＴＣ₀である場合には前述のステップ６にて通常制御を行う。

ステップ１５では、可変バルブタイミング機構１０による吸気バルブ６の遅角速度（遅角量）を演算する。遅角速度は、図３（イ）に示すように、エンジン１の始動時の水温ＴＷ０が低いほど遅くする。これは、水温ＴＷ０が低い場合には、燃料の壁流付着量が多くなり、オーバーラップを戻す際の壁流量の変化が大きくなることに伴い、空燃比の変化も大きくなってしまい運転性を悪化させてしまうためである。これを防止するため、オーバーラップの遅角速度を遅くすることで空燃比の変化を抑制して運転性の悪化を抑制する。

ステップ１６では、ステップ１５にて演算した遅角速度で、可変バルブタイミング機構１０が吸気バルブ６を遅角する。これにより、拡大されたオーバーラップを、通常制御時のオーバーラップに戻す速度を変更でき、図２（ハ）に示すように、吸気バルブ６の位相ＶＴＣがＶＴＣ₁からＶＴＣ₀になるまでの期間、すなわちｔ５の時点からｔ６の時点までの期間を変更できる。そして、オーバーラップを戻すことで、吸気ポート１１ａへの排気ガス吹き返し量を少なくし、エンジン回転を安定させることができる。

ステップ１７では、拡大されたオーバーラップをもとに戻すことに伴い、点火時期及びスロットル開度を補正（設定）する。
点火プラグ５の点火時期ＡＤＶは、可変バルブタイミング機構１０による吸気バルブ６の位相ＶＴＣによるオーバーラップに基づいて遅角補正する。そして、図２（ニ）及び図３（ロ）に示すように、オーバーラップと、エンジン１の始動時の水温ＴＷ０とに基づいて、点火時期ＡＤＶを第２所定値ＡＤＶ₂から第３所定値ＡＤＶ₃に緩やかに移行させる。これにより、ラムダコントロール開始後において、オーバーラップを戻して燃焼安定度が向上する分だけ点火時期ＡＤＶを遅角し、後燃えによるＨＣ低減及び排気ガスの温度上昇による排気浄化触媒１６の早期活性を行うことができる。

電制スロットル弁１２の開度ＴＶＯは、オーバーラップに基づいて補正する。これにより、図２（ホ）に示すように、電制スロットル弁１２の開度ＴＶＯを第２所定値ＴＶＯ₂から第３所定値ＴＶＯ₃に緩やかに移行できる。
なお、前述のステップ１３の戻し条件成立の判定においては、空燃比センサ１９の出力値が理論空燃比を超えたときであるｔ５の時点で戻し条件が成立したと判定することについて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、前述のステップ１３の戻し条件成立の判定においては、空燃比センサ１９の出力信号に基づいて演算した今回の空燃比Ａ／Ｆと前回の空燃比Ａ／Ｆ（−１）との変化量ΔＡ／Ｆを演算し、この変化量ΔＡ／Ｆが所定値未満である場合にのみ戻し条件が成立しているとしてもよい。この場合の所定値は、ラムダコントロールが行われている状態で、空燃比が十分に収束していると判定するための値である。これにより、空燃比の収束判定を行ってからオーバーラップを戻すことができ、ラムダコントロールを行っている時において安定した運転性を確保できる。

なお、前述のステップ１５及び１６における吸気バルブ６の戻し速度は、エンジン１の始動時の水温ＴＷ０に関わらず、空燃比センサ１９の出力値が所定の範囲外である場合に遅くするようにしてもよい。例えば、ラムダコントロールを行った場合において、空燃比が理論空燃比近傍の所定の範囲外である場合には、吸気バルブ６の戻し速度を遅くする。これにより、空燃比を考慮して吸気バルブ６の戻し速度を遅く制御でき、吸気バルブ６の戻し時における運転性の悪化を抑制することができる。

なお、拡大したオーバーラップを戻す間に、ラムダコントロールによる空燃比制御のみだけでなく、吸気通路１１（吸気ポート１１ａ）内の壁流による空燃比の変化を補正する制御も行う場合には、吸気バルブ６の目標位相を瞬時に切り換え、オーバーラップを瞬時に変更してもよい。
この場合、吸気バルブ６の目標位相は、例えばエンジン１の始動時の水温ＴＷ０に基づいて設定する。これにより、オーバーラップが瞬時に変更されても空燃比の乱れは少ないため、できる限り早めに点火時期を遅角し、後燃えによるＨＣの低減と排気ガスの温度上昇による排気浄化触媒１６の早期活性とを図ることができる。

なお、これまでは空燃比検出手段として排気空燃比センサ１９を用いることについて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、空燃比検出手段として、理論空燃比を境として出力値が反転するＯ₂センサを用いてもよい。
この場合、図４のフローチャートでは、ステップ１０にてＯ₂センサが活性しているかを判定し、ステップ１３にてＯ₂センサの出力値が理論空燃比を境としてリッチからリーンに反転した場合に、オーバーラップの戻し条件が成立したと判定するようにする。或いは、ステップ１３にて、Ｏ₂センサの出力値が理論空燃比を境にしてリッチからリーン又はリーンからリッチに反転する回数が所定値に達した場合に、オーバーラップの戻し条件が成立したと判定するようにする。これらの戻し条件が成立した後は、吸気バルブ６の位相を遅角し、オーバーラップを戻し始める。ここでのオーバーラップの戻しは、例えばＯ₂センサの出力値が所定期間以上リーン又はリッチである場合に、すなわちＯ₂センサの出力値が所定期間以上反転しないときには、エンジン１の始動時における水温ＴＷ０に関わらず、戻し速度を遅くするようにしてもよい。

なお、燃料噴射弁１４は、吸気通路１１（吸気ポート１１ａ）に設け、吸気ポート噴射を行うことについて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、燃焼室４内に直接燃料を噴射するようにするため、シリンダヘッドなどに燃料噴射弁１４を設けるようにしてもよい。
本実施形態によれば、少なくとも空燃比検出手段の活性後の条件にて空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、吸気バルブ６及び排気バルブ７の少なくとも一方の開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構１０と、排気通路１５にて排気を浄化可能な排気浄化触媒１６とを備える内燃機関の排気浄化装置において、排気浄化触媒の昇温要求時に、空燃比フィードバック制御が開始されるまでの間、排気バルブ７及び吸気バルブ６が共に開期間となるオーバーラップの拡大を行い（ステップ７）、空燃比フィードバック制御が開始された後は、オーバーラップを戻すと共に点火時期を遅角する（ステップ１５〜１７）。このため、触媒１６の昇温要求時のオーバーラップ拡大により吸気ポート１１ａ内への排気ガスの吹き返しを起こすことで燃料気化を促進し、燃料の重軽質空燃比差を縮小させ、その分だけ空燃比のリーン化設定が可能になる。これにより、空燃比検出のための空燃比センサ１９等が非活性であるために該センサ１９を用いた空燃比フィードバック制御が行えない場合である始動直後のリッチ状態においても、オーバーラップの拡大によってＨＣを低減できる点で有効である。そして、フィードバック制御開始後は、余剰燃料が減少することでオーバーラップ拡大の効果が減少するため、オーバーラップを戻して燃焼安定度が向上する分だけ点火時期を遅角し、後燃えによってＨＣを低減すると共に、排気ガスの温度上昇による排気浄化触媒の早期活性を図ることができる。

また本実施形態によれば、オーバーラップの戻しは、空燃比フィードバック制御開始後、空燃比検出手段の出力値が所定条件を満たしたときに開始し、該空燃比検出手段が、空燃比に応じて出力値が比例的に変化する空燃比センサ１９である場合、所定条件は、空燃比センサ１９の出力値が所定値に達したとき、または、空燃比センサ１９の出力値が所定期間所定の範囲内（例えば、理論空燃比近傍）にあるときである（ステップ１３〜１６）。このため、空燃比センサ１９の出力値に基づいてオーバーラップの切り換え時を的確に判定し、オーバーラップ拡大によるＨＣ低減から、ラムダコントロール時におけるオーバーラップ戻し及び点火時期によるＨＣ低減に切り換えることができる。又は、空燃比センサ１９の出力値が所定期間所定の範囲内にあることを判定してからＨＣ低減方法を切り換えることができる。

また本実施形態によれば、オーバーラップの戻しは、内燃機関１の始動時の水温ＴＷ０に基づいて戻し速度を変更する一方、空燃比センサ１９の出力値が所定の範囲外であるときには、水温ＴＷ０に関わらず、戻し速度を遅くする（ステップ１５〜１６）。これは、水温ＴＷ０が低いほど吸気ポート１１ａの燃料壁流付着量が多くなり、オーバーラップを戻す際の壁流量変化が大きく、空燃比の乱れも大きくなるためである。従って、水温ＴＷ０に応じてオーバーラップの戻し速度を変更する（例えば、低水温ほどオーバーラップの戻し速度を遅くする）ことで、空燃比の乱れを抑制することができる。

また本実施形態によれば、オーバーラップの戻しは、空燃比検出手段の出力値が所定条件を満たしたときに開始し、該空燃比検出手段が、理論空燃比を境として出力値が反転するＯ₂センサである場合、所定条件は、Ｏ₂センサの出力値が反転したとき、または、Ｏ₂センサの出力値が反転する回数が所定値に達したときである（ステップ１３〜１６）。このため、Ｏ₂センサの出力に基づいてオーバーラップの切り換え時を的確に判定し、オーバーラップ拡大によるＨＣ低減から、ラムダコントロール時におけるオーバーラップ戻し及び点火時期によるＨＣ低減に切り換えることができる。

また本実施形態によれば、オーバーラップの戻しは、内燃機関１の始動時の水温ＴＷ０に基づいて戻し速度を変更する一方、Ｏ₂センサの出力値が所定期間以上反転しないときには、水温ＴＷ０に関わらず、戻し速度を遅くする（ステップ１５〜１６）。これにより、水温ＴＷ０が低いほどオーバーラップによる空燃比の乱れも大きくなるため、水温ＴＷ０に応じてオーバーラップの戻し速度を変更することで、空燃比の乱れを抑制して運転性への影響を抑制することができる。そして、空燃比が所定期間以上リーンである場合には、Ｏ₂センサの出力値が所定期間以上反転しないため、オーバーラップの戻し速度を遅くすることで、運転性への影響を抑制することができる。

また本実施形態によれば、オーバーラップの戻しを行う間のスロットルバルブ開度ＴＶＯをオーバーラップに基づいて補正する（ステップ１７）。このため、オーバーラップに基づいてスロットルバルブ開度ＴＶＯを補正して、オーバーラップ変化によるトルク変化への影響（トルク段差）を抑制することができる。
また本実施形態によれば、オーバーラップの戻しを行う間の点火時期ＡＤＶをオーバーラップに基づいて補正する（ステップ１７）。このため、オーバーラップに基づいて点火時期ＡＤＶを補正して、後燃えによるＨＣ低減及び排気ガスの温度上昇による排気浄化触媒１６の早期活性を行うことができる。

内燃機関の排気浄化装置の構成を示す図内燃機関の排気浄化のタイムチャート補正パラメータを示す図内燃機関の制御のフローチャート

符号の説明

１エンジン
５点火プラグ
６吸気バルブ
７排気バルブ
８ａ吸気カム
９ａ排気カム
１０可変バルブタイミング機構
１１吸気通路
１１ａ吸気ポート
１２電制スロットル弁
１４燃料噴射弁
１５排気通路
１６排気浄化触媒
１９空燃比検出手段
３０エンジン制御装置（ＥＣＵ）

Claims

少なくとも空燃比検出手段の活性後の条件にて空燃比を目標空燃比にフィードバック制御する空燃比フィードバック制御手段と、吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構と、排気通路にて排気を浄化可能な排気浄化触媒とを備える内燃機関の排気浄化装置において、
排気浄化触媒の昇温要求時に、空燃比フィードバック制御が開始されるまでの間、排気バルブ及び吸気バルブが共に開期間となるオーバーラップを空燃比フィードバック制御時より拡大して吸気ポート内への排気ガスの吹き返しによって吸気ポート内の燃料の気化を促進する一方、空燃比フィードバック制御が開始された後は、前記オーバーラップを戻すと共に点火時期を遅角することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
前記オーバーラップの戻しは、空燃比フィードバック制御開始後、前記空燃比検出手段の出力値が所定条件を満たしたときに開始することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記空燃比検出手段が、空燃比に応じて出力値が比例的に変化する空燃比センサである場合、前記所定条件は、前記空燃比センサの出力値が所定値に達したときであることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記空燃比検出手段が、空燃比に応じて出力値が比例的に変化する空燃比センサである場合、前記所定条件は、前記空燃比センサの出力値が所定期間所定の範囲内にあるときであることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記オーバーラップの戻しは、内燃機関の始動時の水温に基づいて戻し速度を変更する一方、前記空燃比センサの出力値が所定の範囲外であるときには、前記水温に関わらず、戻し速度を遅くすることを特徴とする請求項３または請求項４記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記空燃比検出手段が、理論空燃比を境として出力値が反転するＯ2センサである場合、前記所定条件は、前記Ｏ2センサの出力値が反転したときであることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記空燃比検出手段が、理論空燃比を境として出力値が反転するＯ2センサである場合、前記所定条件は、前記Ｏ2センサの出力値が反転する回数が所定値に達したときであることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記オーバーラップの戻しは、内燃機関の始動時の水温に基づいて戻し速度を変更する一方、前記Ｏ2センサの出力値が所定期間以上反転しないときには、前記水温に関わらず、戻し速度を遅くすることを特徴とする請求項６または請求項７記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記オーバーラップの戻しを行う間のスロットルバルブ開度を前記オーバーラップに基づいて補正することを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。
前記オーバーラップの戻しを行う間の点火時期を前記オーバーラップに基づいて補正することを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の内燃機関の排気浄化装置。