JP4770378B2 - 車両用内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、車両用内燃機関に関する。

特許文献１には、車両減速時の燃料カット中に、空気が触媒を通過することによって触媒温度低下を防ぐために、吸気弁または排気弁の少なくともいずれかを停止することによって排気流量をゼロとする内燃機関が開示されている。
特開２００１−１８２５７０号公報

しかしながら、この特許文献１に開示されるような内燃機関にあっては、弁停止を可能とする機構が必要であるため、弁停止状態で万が一バルブが固着してしまった場合、走行不可能になってしまう虞がある。

そこで、本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたもので、吸気弁、排気弁のいずれも停止することなく排気流量を略ゼロとすることで、上記問題点を解決することを目的としている。

吸気弁及び排気弁のバルブリフト特性を可変可能な可変動弁装置を備えた車両用内燃機関において、車両減速開始後の燃料カット時には、吸気弁及び排気弁の開閉を行いながら、筒内ガスが筒内から流失した後に再び筒内に戻るようにすることで排気流量が略ゼロとなるよう、吸気弁及び排気弁のバルブリフト特性を可変制御することを特徴としている。

本発明によれば、筒内ガスが筒内または吸気管または排気管内に滞在する時間が長くなるため、触媒を通過する排気流量を減少することができる。

以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、内燃機関の吸気弁側の可変動弁装置の構成を示す構成説明図である。尚、排気弁側の可変動弁装置は吸気弁側の可変動弁装置と同一構成となっており、図１における吸気弁１を排気弁と置き換えた構成であるので吸気弁側の可変動弁装置の説明をもって排気弁側の可変動弁装置の説明を兼ねるものとする。

吸気弁側の可変動弁装置は、内燃機関の吸気弁１のバルブリフト特性を可変制御することにより吸入空気量を制御可能である。また、この吸気弁側の可変動弁装置は、吸気弁１のリフト・作動角を連続的に拡大・縮小させることが可能な第１可変動弁機構１１と、作動角の中心角を連続的に遅進させることが可能な第２可変動弁機構２１を組み合わせたものである。

リフト・作動角を可変制御する第１可変動弁機構１１は、内燃機関のクランクシャフトにより駆動される駆動軸２２と、この駆動軸２２に固定された偏心カム２３と、回転自在に支持された制御軸３２と、この制御軸３２の偏心カム部３８に揺動自在に支持されたロッカアーム２６と、吸気弁１のタペット３０に当接する揺動カム２９と、を備えており、上記偏心カム２３とロッカアーム２６とはリンクアーム２４によって連係され、ロッカアーム２６と揺動カム２９とは、リンク部材２８によって連係されている。

上記ロッカアーム２６は、略中央部が上記偏心カム部３８によって揺動可能に支持されており、その一端部に、連結ピン２５を介して上記リンクアーム２４のアーム部が連係しているとともに、他端部に、連結ピン２７を介して上記リンク部材２８の上端部が連係している。上記偏心カム部３８は、制御軸３２の軸心から偏心しており、従って、制御軸３２の角度位置に応じてロッカアーム２６の揺動中心は変化する。

上記揺動カム２９は、駆動軸２２の外周に嵌合して回転自在に支持されており、側方へ延びた端部に、連結ピン３７を介して上記リンク部材２８の下端部が連係している。この揺動カム２９の下面には、駆動軸２２と同心状の円弧をなすベースサークル面と、該ベースサークル面から所定の曲線を描いて延びるカム面と、が連続して形成されており、これらのベースサークル面ならびにカム面が、揺動カム２９の揺動位置に応じてタペット３０の上面に当接する。上記カム面がタペット３０を押圧すると、吸気弁１は、図示せぬバルブスプリング反力に抗して押し開かれることになり、これに伴い、バルブスプリング反力が、揺動カム２９から各部へ作用する。

上記制御軸３２は、一端部に設けられたリフト・作動角制御用アクチュエータ３３によって所定角度範囲内で回転するように構成されている。このリフト・作動角制御用アクチュエータ３３は、例えばウォームギア３５を介して制御軸３２を駆動する電動モータからなり、コントロールユニット１０からの制御信号によって制御される。上記制御軸３２の回転角度は、制御軸センサ３４によって検出される。

上記第１可変動弁機構１１によれば、上記制御軸３２の回転角度位置に応じて吸気弁１のリフトならびに作動角が、両者同時に、連続的に拡大，縮小し、このリフト・作動角の大小変化に伴い、吸気弁１の開時期と閉時期とがほぼ対称に変化する。リフト・作動角の大きさは、制御軸３２の回転角度によって一義的に定まるので、上記制御軸センサ３４の検出値により、そのときの実際のリフト・作動角が示される。

なお、図では、１気筒分のみが示されているが、上記駆動軸２２および制御軸３２は複数気筒に共通のものであり、他の偏心カム２３、リンクアーム２４、ロッカアーム２６、リンク部材２８、揺動カム２９、偏心カム部３８等からなるリンク機構は、気筒毎に設けられている。また、Ｖ型内燃機関等では、各バンク毎に、駆動軸２２および制御軸３２が設けられる。

一方、中心角を可変制御する第２可変動弁機構２１は、上記駆動軸２２の前端部に設けられたスプロケット４２と、このスプロケット４２と上記駆動軸２２とを、所定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用アクチュエータ４３と、から構成されている。上記スプロケット４２は、図示せぬタイミングチェーンもしくはタイミングベルトを介して、クランクシャフトに連動している。上記位相制御用アクチュエータ４３は、例えば油圧式の回転型アクチュエータからなり、コントロールユニット１０からの制御信号によって図示せぬ油圧制御弁を介して制御される。この位相制御用アクチュエータ４３の作用によって、スプロケット４２と駆動軸２２とが相対的に回転し、バルブリフトにおけるリフト中心角が遅進する。つまり、リフト特性の曲線自体は変わらずに、全体が進角もしくは遅角する。また、この変化も、連続的に得ることができる。この第２可変動弁機構２１の制御状態は、駆動軸２２の回転位置に応答する駆動軸センサ３６によって検出される。

従って、第１，第２可変動弁機構１１，２１の制御を組み合わせることにより、吸気弁１の開時期および閉時期をリフト量とともに可変制御でき、シリンダ内に流入する吸気量を負荷に応じて制御することができる。

このような可変動弁装置を備えた内燃機関において、本実施形態においては、車両減速開始後の燃料カット時に、筒内ガスが筒内から流失した後に再び筒内に戻るように、吸気弁１及び排気弁のバルブリフト特性を可変制御する。

詳述すると、排気弁閉時期（ＥＶＣ）を進角すると排気ガスの吸気ポートへの逆流量が増大するため、排気流量が減少する。さらに、吸気バルブタイミング（吸気弁１のリフト作動角、リフト中心角の位相）が所定の位置にある場合、排気弁閉時期（ＥＶＣ）を所定の位置に進角することによって、排気弁下流側に位置する排気浄化用の触媒を通過する排気流量が時間平均で略ゼロとなるようにすることができる。

図２は、単一の気筒において、排気流量が略ゼロとなるような吸気弁１と排気弁の第１バルブタイミングを模式的に示したものである。

図３は、図２の第１バルブタイミングで吸気弁１及び排気弁を制御した際の筒内圧力と筒内容積（燃焼室容積）の相関関係を示す説明図である。

図４及び図５は、第１バルブタイミングで吸気弁１及び排気弁を制御した際の単一気筒の吸気弁通過空気重量と排気弁通過空気重量流量をそれぞれ示している。

図２及び図４から、吸気行程の前半（吸気弁開時期から吸気弁最大リフト時）には、筒内ガスが筒内から吸気通路側に流入し、吸気行程の後半（吸気弁最大リフト時から吸気弁閉時期）には、吸気行程の前半で筒内から吸気通路側に流入した筒内ガスと略同じ量の吸気が筒内に流入している。つまり、吸気行程前半で筒内から逆流した筒内ガスが再び筒内に流入しており、吸気行程において筒内に流れ込む新気の流量が各気筒で実質的に略ゼロとなっている。

また、図２及び図５から、排気行程の前半（排気弁開時期から排気弁最大リフト時）には、排気弁下流側から筒内に排気通路内の気体が流入し、排気行程の後半（排気弁最大リフト時から排気弁閉時期）には、排気行程の前半で筒内に流入した気体と略同じ量の筒内ガスが排気弁下流側に排出されている。つまり、排気行程前半で筒内に流入した排気通路内の気体が再び排気弁下流側に排出されることになり、排気行程において排気通路内に排出される排気の流量が各気筒で実質的に略ゼロとなっている。

これによって、筒内ガスが筒内、吸気通路または触媒より上流側の排気通路内に滞在する時間が長くなり、触媒を通過する排気流量を減少させることができる。つまり、触媒を通過して排出される空気流量が減少するため触媒温度が低下してしまうことを回避することでき、触媒の早期活性化を図ることができる。

図６は、単一気筒において排気流量が略ゼロとなるような吸気弁１と排気弁の第２バルブタイミングを模式的に示したものである。

図７は、図６の第２バルブタイミングで吸気弁１及び排気弁を制御した際の筒内圧力と筒内容積（燃焼室容積）の相関関係を示す説明図である。

図８及び図９は、第２バルブタイミングで吸気弁１及び排気弁を制御した際の単一気筒の吸気弁通過空気重量と排気弁通過空気重量流量をそれぞれ示している。

この第２バルブタイミングにおいても、上述した第１バルブタイミングと同様に、吸気行程において筒内に流れ込む新気の流量が各気筒で実質的に略ゼロとなり、排気行程において排気通路内に排出される排気の流量が各気筒で実質的に略ゼロとなっている。

図１０は、冷機時加速状態のバルブタイミングと、上述した第１バルブタイミングとの相関を模式的に示して説明図である。また、図１１は、比較例として暖機時加速状態のバルブタイミングと、上述した第１バルブタイミングとの相関を模式的に示した説明図である。

機関始動後の冷機時には、暖機時よりも排気弁リフトが小さくかつ排気弁位相を上死点側に遅角することによって排気ガス温度を上昇させることができるため、触媒温度を短期間で上昇させ、未燃ＨＣ排出量を低減している。

そして、冷機時加速状態の時の排気弁のバルブリフト特性（バルブタイミング）は、図１０及び図１１から明らかなように、暖機時加速状態の時の排気弁のバルブリフト特性（バルブタイミング）に対して、リフト・作動角が小さく、かつリフト中心角の位相が遅角している。換言すれば、冷機時は、暖機時に比べて、排気弁のリフト量が小さく、かつリフト中心角が上死点に近くなるように設定されている。そのため、触媒温度が十分上昇する前に加速開始し、その後減速・燃料カット状態となった場合、排気流量が略ゼロとなる第１バルブタイミングへの排気弁の作動角・リフトと位相の可変量が、冷機時の方が暖機時よりも小さくて済むため、より急速に排気流量を略ゼロとなるバルブタイミングに移行することが可能となり、触媒温度低下を回避することができる。

また、排気流量を略ゼロとして触媒温度低下を回避するだけでなく以下のような効果が得られる。従来、吸気弁１のみ停止することによって排気流量をゼロ化する手段または排気弁のみ停止することによって排気流量をゼロ化する手段があったが、これは非停止弁（吸気弁停止のときの排気弁、排気弁停止のときの吸気弁１）を往復方向に通過するガス流速が大きく、ポンプ損失が大きくなっていた。しかし本手段では吸気弁１、排気弁を小リフト化することによって吸気弁１、排気弁を往復方向に通過するガス流量を低減し、その結果ガス流速を低減できるため、ポンピング損失を低減することができる。または反対に、吸気弁１と排気弁から筒内（シリンダ内）への空気の流入・流出速度を増大させるようにすることも可能であり、吸気弁１と排気弁から筒内（シリンダ内）への空気の流入・流出の反復によって発生するポンプ損失を減速時にエンジンブレーキとして利用することもできる。またその時得られるガスの運動エネルギは吸気弁１と排気弁から筒内（シリンダ内）へ出入りするガスの内部エネルギとなりガス温度が上昇するため、シリンダ、燃焼室壁、吸気ポート、排気ポートの温度を上昇させることに利用することができ、暖機を効率的に行うことができる。さらに、減速終了後は高温となった筒内空気を触媒に流入させ触媒温度を上昇させることができる。さらに、シリンダ内からピストンによって圧縮されたガスが吸気ポートへ逆流するため吸気ポート・吸気弁付着燃料を吹き飛ばすことができるため、吸気弁１にカーボンが堆積することを回避することができる。また高温圧縮空気逆流による吸気ポート温度上昇は、燃焼開始直後の燃料微粒化を促進し燃焼安定性を向上することができる。

また、弁停止によらず（吸気弁１及び排気弁の開閉を行いながら）吸気停止することが可能なため、弁停止機構が不要でありコストを低減することができる。さらに弁停止を行うことが不要であるため弁停止状態でバルブが固着する可能性を回避でき、発進不能となる危険を回避できる。また吸気弁１及び排気弁のリフト量をリフト０ｍｍ以上に保つことで燃料カットリカバー時のリフト増大必要量を結果的に減少できるため、リカバー開始時のバルブタイミングへの復帰時間を短縮でき、リカバ開始タイミングを遅らせて燃費を向上することができる。

そして、車両減速開始後の燃料カット時で、かつ暖機時は、排気弁閉時期を進角させるために排気弁の作動角を減少させる。すなわち、この場合には、図１２に示すように暖機時加速状態のバルブタイミングから上述した第２バルブタイミングに吸気弁１及び排気弁のバルブリフト特性を変更する。

このように、暖機時の排気弁位相設定の場合には、排気弁のリフト中心角の位相が進角している第２バルブタイミングを選択し、位相を可変することなく排気弁作動角を減少させてＥＶＣを進角させることで排気流量を低減し排気流量を略ゼロとすることができる。

また、車両減速開始後の燃料カット時で、かつ冷機時には、排気弁閉時期を進角させるために排気弁のリフト中心角の位相を進角させる。すなわち、上述した図１０に示すように、冷機時加速状態のバルブタイミングから上述した第１バルブタイミングに吸気弁１及び排気弁のバルブリフト特性を変更する。

冷機ファーストアイドル設定では排気弁が小作動角・小リフト設定であるため、排気ＶＴＣ（排気弁側の第２可変動弁機構）の位相を進角することによってＥＶＣを進角することができる。排気弁作動角をさらに小作動角化可能である場合は、排気弁小作動角化も併用することでさらに急速にＥＶＣを進角し排気流量低減に効果的である。

また、車両減速開始後の燃料カット時には、上述した図１０及び図１２にも示すように、吸気弁１の作動角を小作動角化し、かつ吸気弁１のリフト中心角の位相を進角化する。これによって、排気流量を略ゼロとするために必要なＥＶＣ設定をより上死点側に遅角化でき、排気流量減少制御をより急速に行うことが可能となる。また、吸気弁通過流量減少により吸気ポートへの逆流量を低減できるため吸気ポート上流の汚損を回避可能となる。

尚、図１３は、冷機時加速状態のバルブタイミングと、上述した第１バルブタイミングと、冷機減速時燃料カット時に吸気弁１のリフト中心角の位相を進角しない場合のバルブタイミングを、対比させた説明図である。図１３に示すように、吸気弁１のリフト中心角の位相を進角させない場合、排気弁閉時期の可変量が大きくなるため、時間遅れが大きくなってしまう。

また、車両減速開始後の燃料カット時には、吸入される新気の量が、排気弁から排気弁下流側の排気浄化用の触媒までの区間の排気通路の総容量よりも小さくなるよう設定されている。つまり、燃料カット開始後に、排気流量がゼロになったとき、燃料カット開始直後のシリンダ内空気は、図１４に示すように、触媒よりも必ず上流側に位置にすることになる。これによって、触媒に低温の新気が流入して触媒温度が低下することを回避することができる。

また、減速時燃料カット中、上記排気流量略ゼロ化制御の開始後、触媒を往復方向に通過する既燃ガスまたは新気が、図１５に示すように、排気管内部から外に出ないように吸気弁１及び排気弁のバルブリフト特性を制御することも可能であり、この場合には、触媒を通過するガスが排気管内部に留まるため低温ガスが触媒を通過し触媒温度を低下させることを回避することができる。

次に本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態における内燃機関は、上述した第１実施形態の同一構成の可変動弁装置を用い、冷機時で車両減速時で燃料カット時という状況で、排気流量を略ゼロとすると共に、減速時に要求されるブレーキ力に応じて適切にエンジンブレーキ力を制御できるようにして、制動性を向上させたものである。

この第２実施形態においては、車両減速開始後の燃料カット時に、当該内燃機関の時間平均の排気流量が略ゼロとなるように吸気弁１及び排気弁のバルブリフト特性を可変制御する。

具体的には、車両減速開始後の燃料カット時には、排気弁のリフト中心角を時間平均の排気流量が略ゼロとなるときの位置に固定し、かつ時間平均の排気流量が略ゼロとなる排気弁作動角θ１よりも大作動角側となる第１作動角と、θ１よりも小作動角側となる第２作動角との間で、排気弁の作動角をθ１を経由しながら往復するように連続的に可変制御する。

図１６〜図１８は、排気弁のリフト作動角を可変にすることによりポンプ損失が増大する場合であり、平均排気流量を略ゼロとしつつ排気弁の中心角を一定とし、排気弁のリフト作動角を可変としたときに、排気弁のリフト作動角を小リフト作動角化した際のポンプ損失の増大量が、排気弁のリフト作動角を大リフト作動角化した際のポンプ損失の減少量よりも大きくなっている。

図１６〜図１８に示すように、排気流量の時間平均が略ゼロとなるような吸気弁１、排気弁のバルブタイミングにおけるポンプ損失をＷ１とし、そのときの排気弁閉時期（ＥＶＣ）＝θ３とすると、ＥＶＣをθ３よりも下死点側に進角するとポンプ損失がＷ１よりも増大し、θ３よりも上死点側に遅角するとポンプ損失がＷ１よりも減少するようにできる。またＥＶＣ進角に応じてポンプ損失増大量は増大する。一方、ＥＶＣ遅角に応じてポンプ損失増大量は減少していき、ある遅角量に達するとポンプ損失量はそれ以上減少しなくなる。このとき進角によるポンプ損失増大量よりも、遅角によるポンプ損失減少量のほうが少ないため、ＥＶＣ＝θ３の前後でＥＶＣを可変にして排気流量を正方向（詳細は後述）に増大したり逆方向（詳細は後述）に増大したりすることで、時間平均の排気流量は略ゼロに維持しつつ、ポンプ損失を増大することができる。また、このＥＶＣ可変周期を増大するほどＥＶＣ可変幅を増大することができるため、ＥＶＣ進角によりポンプ損失を増大しつつＥＶＣ遅角によるポンプ損失減少量を少なくすることができるため、よりポンプ損失を増大することができる。

ここで、排気流量の正方向への増大とは、排気弁側において筒内から排気弁下流側へ向かう向きへの流れが増大することである。排気流量の逆方向への増大とは、排気弁側において排気弁下流側から筒内へ向かう向きへの流れが増大することである。また、吸気弁側においては、吸気弁上流側から筒内へ向かう向きの流れを正方向、筒内から吸気弁上流側へ向かう向きの流れを逆方向とする。

尚、図１９〜図２１は、排気弁のリフト作動角を可変してもポンプ損失が略一定となるバルブタイミングの例を示しており、この場合には、平均排気流量を略ゼロとしつつ排気弁中心角を一定し、排気弁のリフト作動角を可変としたときに、排気弁のリフト作動角を小リフト作動角化した際のポンプ損失の増大量と、排気弁のリフト作動角を大リフト作動角化した際のポンプ損失の減少量との差が小さいため位相可変によるポンプ損失変化が小さい。

また、図２２〜図２４に示すように、車両減速開始後の燃料カット時には、排気弁の作動角を時間平均の排気流量が略ゼロとなるときの位置に固定し、かつ時間平均の排気流量が略ゼロとなる排気弁のリフト中心角の位置θ２よりも進角側となる第１リフト中心角と、θ２よりも遅角側となる第２リフト中心角との間で、排気弁のリフト中心角をθ２を経由しながら往復するように可変制御するようにしてもよい。

この図２２〜図２４は、排気弁のリフト中心角の位相を可変することによりポンプ損失が増大する場合であり、平均排気流量を略ゼロとしつつ排気弁のリフト作動角を一定とし、排気弁のリフト中心角の位相を可変としたときに、排気弁のリフト中心角の位相を進角化した際のポンプ損失の増大量が、排気弁のリフト中心角の位相を遅角化した際のポンプ損失の減少量よりも大きくなっている。

尚、図２２〜図２４において、特性線Ｐは排気流量がゼロとなるときの排気弁のバルブリフト特性を示しており、特性線Ｑ１は特性線Ｐよりもリフト中心角の位相を進角させたバルブリフト特性を示しており、特性線Ｑ２は特性線Ｐよりもリフト中心角の位相を遅角させたバルブリフト特性を示している。

また、図２５〜図２７は、排気弁のリフト中心角の位相を可変してもポンプ損失が略一定となるバルブタイミングの例を示しており、この場合には、平均排気流量を略ゼロとしつつ排気弁のリフト作動角を一定し、排気弁のリフト中心角の位相を可変としたときに、排気弁のリフト中心角の位相を進角化した際のポンプ損失の増大量と、排気弁のリフト中心角の位相を遅角化した際のポンプ損失の減少量との差が小さいため位相可変によるポンプ損失変化が小さいものとなる。

尚、図２５〜図２７において、特性線Ｒは排気流量がゼロとなるときの排気弁のバルブリフト特性を示しており、特性線Ｓ１は特性線Ｒよりもリフト中心角の位相を進角させたバルブリフト特性を示しており、特性線Ｓ２は特性線Ｒよりもリフト中心角の位相を遅角させたバルブリフト特性を示している。

そして、第１可変動弁機構１１（作動角可変機構）が第２可変動弁機構２１（位相可変機構）よりも可変速度が速い時は作動角可変によってＥＶＣを可変制御することによって迅速に排気流量を略ゼロに制御することを可能にすると同時に、ポンプ損失量を要求ブレーキ強度に応じて迅速かつ適切に制御可能にできる。

また、触媒温度低下に悪影響を及ぼさない範囲で時間平均の排気流量を略ゼロではなくやや正方向流れまたは逆方向流れに制御するようにすることで、時間平均排気流量が略ゼロとなる時のポンプ損失可変幅よりもよりポンプ損失を増大側または減少側に制御することも可能となり、エンジンブレーキ力の制御可変幅を拡大することもできる。

ポンプ損失を増大しない場合は、排気弁位相または作動角可変制御の振幅を小さくすることによって時間平均の排気流量をより正確に略ゼロに制御することを可能にすることができると同時に、排気弁位相・作動角を一定値に固定する場合とほぼ同じポンプ損失に維持することでポンプ損失を増大しないようにすることもできる。

また、吸気または排気の正方向流れ、または逆方向流れを検知し、排気弁作動角または位相の増減制御を行うことによって、所定時間内の正方向流量と逆方向流量が釣り合うように正確に制御することができるため、時間平均の排気流量が略ゼロとなるように正確に制御することができる。

内燃機関が複数気筒から構成された複数の気筒群を備え、車両減速開始後の燃料カット時には、各気筒群間での排気流れの位相が互いに反転もしくは異なるように、吸気弁１及び排気弁のバルブリフト特性を可変制御することも可能である。

例えば、Ｖ型内燃機関の場合、図２８に示すように、右バンク（気筒群１）の時間平均の排気流量の周期及び振幅と、左バンク（気筒群２）の時間平均の排気流量の周期と振幅とを略同一となるように設定し、かつ右バンク（気筒群１）の時間平均の排気流量の位相と、左バンク（気筒群２）の時間平均の排気流量の位相とが互いに反転するように設定することで、両バンクの時間平均の排気流量を略ゼロにすることができる。こうすることでも、排気弁下流側に位置する排気浄化用の触媒を通過する排気流量を略ゼロとすることができる。

そして、エンジンブレーキ増大要求発生時は、排気弁の作動角またはリフト中心角の可変制御の振幅を増大するようにしてもよい。

図２９に示すように、排気弁のリフト作動角またはリフト中心角の位相の可変振幅が大きいほど、時間平均の排気流量が多くなる。つまり、低速ギヤが選択されたり、ブレーキペダルがＯＮとなるようなエンジンブレーキ増大要求発生時は、図３０に示すように、排気弁のリフト作動角の可変振幅を増大することで、よりポンプ損失が大きい筒内ガスが逆流するバルブタイミングを使用できるようになるため、エンジンブレーキを増大させることができる。尚、排気弁のリフト中心角の位相の可変振幅を増大することでも、ポンプ損失が大きい筒内ガスが逆流するバルブタイミングを使用できるようになるため、エンジンブレーキを増大させることができる。

また、図３１に示すように、排気管内から筒内への排気ガスの逆流量が、排気弁下流側に位置する排気浄化用触媒から排気管出口までの排気通路の総容量よりも小さくなるように、エンジン回転速度に応じて排気弁の作動角またはリフト中心角の可変制御周期位相を制御するようにしてもよい。

これによって、排気管出口から触媒に新気が逆流して触媒温度を低下させることを回避することができ、排気管内に高温のガスを滞留させることによって排気管内ガスエネルギを触媒の温度上昇に有効に利用可能とすることができ、減速時燃料カット時に触媒温度の低下を回避するだけでなく触媒温度を上昇可能にすることもできるという効果が得られる。

上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。

（１） 吸気弁及び排気弁のバルブリフト特性を可変可能な可変動弁装置を備えた車両用内燃機関において、車両減速開始後の燃料カット時に、筒内ガスが筒内から流失した後に再び筒内に戻るように、吸気弁及び排気弁のバルブリフト特性を可変制御する。これによって、筒内ガスが筒内または吸気管または排気管内に滞在する時間が長くなるため、触媒を通過する排気流量を減少することができる。

（２） 上記（１）に記載の車両用内燃機関は、具体的には、車両減速開始後の燃料カット時に、車両減速時以外のときよりも排気弁閉時期を進角させる。

（３） 上記（１）または（２）に記載の車両用内燃機関は、車両減速開始後の燃料カット時に、吸気弁及び排気弁ともに所定のタイミングで開閉動作を行い、かつ排気流量が略ゼロとなるように吸気弁及び排気弁のバルブリフト特性を可変制御する。これによって、弁停止機構が不要でありコストを低減することができる。

（４） 上記（１）〜（３）のいずれかに記載の車両用内燃機関は、冷機時は、暖機時よりも排気弁のリフト量・作動角が小さくかつ排気弁のリフト中心角の位相が遅角する。これによって、排気ガス温度を上昇させることができるため、触媒温度を短期間で上昇させ、未燃ＨＣ排出量を低減することができる。

（５） 上記（１）〜（４）のいずれかに記載の車両用内燃機関は、車両減速開始後の燃料カット時で、かつ冷機時には、吸気弁及び排気弁を介して筒内への空気の流入・流出の反復によって空気温度が上昇し、少なくとも当該内燃機関のシリンダ、燃焼室壁、吸気ポート及び排気ポートの温度を上昇させる。これによって、排気流量を略ゼロとして触媒温度低下を回避することができる。

（６） 上記（１）〜（５）のいずれかに記載の車両用内燃機関は、車両減速開始後の燃料カット時で、かつ暖機時は、排気弁閉時期を進角させるために排気弁の作動角を減少させる。

（７） 上記（１）〜（６）のいずれかに記載の車両用内燃機関は、車両減速開始後の燃料カット時で、かつ冷機時には、排気弁閉時期を進角させるために排気弁のリフト中心角の位相を進角させる。

（８） 上記（１）〜（７）のいずれかに記載の車両用内燃機関は、車両減速開始後の燃料カット時には、吸気弁の作動角を小作動角化し、かつ吸気弁のリフト中心角の位相を進角化する。
これによって、吸気弁のリフト作動角の小作動角化かつ吸気弁のリフト中心角の位相進角化することで、排気流量を略ゼロとするために必要なＥＶＣ設定をより上死点側に遅角化でき、排気流量減少制御をより急速に行うことが可能となる。また、吸気弁通過流量減少により吸気ポートへの逆流量を低減できるため吸気ポート上流の汚損を回避可能となる。

（９） 上記（１）〜（８）のいずれかに記載の車両用内燃機関は、車両減速開始後の燃料カット時には、吸入される新気の量が、排気弁から排気弁下流側の排気浄化用の触媒までの区間の排気通路の総容量よりも小さくなるよう設定されている。これによって、触媒に低温の新気が流入して触媒温度が低下することを回避することができる。

（１０） 吸気弁及び排気弁のバルブリフト特性を可変可能な可変動弁装置を備えた車両用内燃機関において、車両減速開始後の燃料カット時には、当該内燃機関の時間平均の排気流量が略ゼロとなるように吸気弁及び排気弁のバルブリフト特性を可変制御する。

（１１） 上記（１０）に記載の車両用内燃機関は、具体的には、車両減速開始後の燃料カット時に、排気弁のリフト中心角を時間平均の排気流量が略ゼロとなるときの位置に固定し、かつ時間平均の排気流量が略ゼロとなる排気弁作動角θ１よりも大作動角側となる第１作動角と、θ１よりも小作動角側となる第２作動角との間で、排気弁の作動角をθ１を経由しながら往復するように可変制御する。

（１２） 上記（１０）に記載の車両用内燃機関は、具体的には、車両減速開始後の燃料カット時に、排気弁の作動角を時間平均の排気流量が略ゼロとなるときの位置に固定し、かつ時間平均の排気流量が略ゼロとなる排気弁のリフト中心角の位置θ２よりも進角側となる第１リフト中心角と、θ２よりも遅角側となる第２リフト中心角との間で、排気弁のリフト中心角をθ２を経由しながら往復するように可変制御する。

（１３） 上記（１０）〜（１２）のいずれかに記載の車両用内燃機関は、複数気筒から構成された複数の気筒群を備え、車両減速開始後の燃料カット時には、各気筒群間での排気流れの位相が互いに反転もしくは異なるように、吸気弁及び排気弁のバルブリフト特性を可変制御する。これによって、各気筒群の時間平均の排気流量がそれぞれ略０ではなくとも、複数気筒群間全体で、各気筒群の正方向流量あるいは逆方向流量を互いに相殺するようにすることができ、触媒通過排気流量を略ゼロとして、触媒の温度上昇を促進させることができる。

（１４） 上記（１０）〜（１３）のいずれかに記載の車両用内燃機関において、エンジンブレーキ増大要求発生時は、排気弁のリフト作動角またはリフト中心角の位相の可変制御を行う際に、リフト作動角またはリフト中心角の位相の可変幅を増大する。これによって、ポンプ損失が大きい筒内ガスが逆流するバルブタイミングを使用できるようになるため、エンジンブレーキを増大することができる。

（１５） 上記（１０）〜（１４）のいずれかに記載の車両用内燃機関において、排気管内から筒内への排気ガスの逆流量が、排気弁下流側に位置する排気浄化用触媒から排気管出口までの排気通路の総容量よりも小さくなるように、エンジン回転速度に応じて排気弁の作動角またはリフト中心角の可変制御周期位相を制御する。これによって、排気管出口から触媒に新気が逆流して触媒温度を低下させることを回避することができ、排気管内に高温のガスを滞留させることによって排気管内ガスエネルギを触媒の温度上昇に有効に利用可能とすることができる。

内燃機関の吸気弁側の可変動弁装置の構成を示す構成説明図。 排気流量が略ゼロとなるような吸気弁と排気弁の第１バルブタイミングを示す説明図。 第１バルブタイミングにおける筒内圧力と筒内容積の相関関係を示す説明図。 第１バルブタイミングにおける吸気弁通過空気重量を模式的に示した説明図。 第１バルブタイミングにおける排気弁通過空気重量を模式的に示した説明図。 排気流量が略ゼロとなるような吸気弁と排気弁の第２バルブタイミングを示す説明図。 第２バルブタイミングにおける筒内圧力と筒内容積の相関関係を示す説明図。 第２バルブタイミングにおける吸気弁通過空気重量を模式的に示した説明図。 第２バルブタイミングにおける排気弁通過空気重量を模式的に示した説明図。 冷機時加速状態のバルブタイミングと第１バルブタイミングとの相関を模式的に示して説明図。 比較例として暖機時加速状態のバルブタイミングと第１バルブタイミングとの相関を模式的に示した説明図。 暖機時加速状態のバルブタイミングと第２バルブタイミングとの相関を模式的に示した説明図。 冷機時加速状態のバルブタイミングと、第１バルブタイミングと、冷機減速時燃料カット時に吸気弁１のリフト中心角の位相を進角しない場合のバルブタイミングとを、対比させた説明図である。 排気流量が略ゼロとしたときの排気系内を模式的に示した説明図。 排気流量が略ゼロとしたときの排気系内を模式的に示した説明図。 排気流量がゼロとなるバルブリフト特性を模式的に示す説明図。 図１６に示すバルブリフト特性と排気流量との相関関係を示す説明図。 図１６に示すバルブリフト特性とポンプロスとの相関関係を模式的に示す説明図。 排気流量がゼロとなるバルブリフト特性を模式的に示す説明図。 図１９に示すバルブリフト特性と排気流量との相関関係を示す説明図。 図１９に示すバルブリフト特性とポンプロスとの相関関係を模式的に示す説明図。 排気流量がゼロとなるバルブリフト特性を模式的に示す説明図。 図２２に示すバルブリフト特性と排気流量との相関関係を示す説明図。 図２２に示すバルブリフト特性とポンプロスとの相関関係を模式的に示す説明図。 排気流量がゼロとなるバルブリフト特性を模式的に示す説明図。 図２５に示すバルブリフト特性と排気流量との相関関係を示す説明図。 図２５に示すバルブリフト特性とポンプロスとの相関関係を模式的に示す説明図。 ２つ気筒群で構成された内燃機関で排気流量を略ゼロとするときの各気筒群の平均排気流量を示した説明図。 排気弁のリフト作動角またはリフト中心角の位相の可変振幅の大きさと排気流量の相関を示す説明図。 排気弁のリフト作動角の可変振幅変化例を示す説明図。 排気管内から筒内への排気ガスの逆流量が、排気弁下流側に位置する排気浄化用触媒から排気管出口のまでの排気通路の総容量よりも小さい場合の排気系内を模式的に示した説明図。

符号の説明

１…吸気弁
１１…第１可変動弁機構
２１…第２可変動弁機構

Claims (14)

1. 吸気弁及び排気弁のバルブリフト特性を可変可能な可変動弁装置を備えた車両用内燃機関において、
   車両減速開始後の燃料カット時には、吸気弁及び排気弁の開閉を行いながら、筒内ガスが筒内から流失した後に再び筒内に戻るようにすることで排気流量が略ゼロとなるよう、吸気弁及び排気弁のバルブリフト特性を可変制御することを特徴とする車両用内燃機関。
2. 車両減速開始後の燃料カット時は、車両減速時以外のときよりも排気弁閉時期を進角させることを特徴とする請求項１に記載の車両用内燃機関。
3. 冷機時は、暖機時よりも排気弁のリフト量・作動角が小さくかつ排気弁のリフト中心角の位相が遅角することを特徴とする請求項１または２に記載の車両用内燃機関。
4. 車両減速開始後の燃料カット時で、かつ冷機時には、吸気弁及び排気弁を介して筒内への空気の流入・流出の反復によって空気温度が上昇し、少なくとも当該内燃機関のシリンダ、燃焼室壁、吸気ポート及び排気ポートの温度を上昇させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の車両用内燃機関。
5. 車両減速開始後の燃料カット時で、かつ暖機時は、排気弁閉時期を進角させるために排気弁の作動角を減少させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車両用内燃機関。
6. 車両減速開始後の燃料カット時で、かつ冷機時には、排気弁閉時期を進角させるために排気弁のリフト中心角の位相を進角させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の車両用内燃機関。
7. 車両減速開始後の燃料カット時には、吸気弁の作動角を小作動角化し、かつ吸気弁のリフト中心角の位相を進角化することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の車両用内燃機関。
8. 車両減速開始後の燃料カット時には、吸入される新気の量が、排気弁から排気弁下流側の排気浄化用の触媒までの区間の排気通路の総容量よりも小さくなるよう設定されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の車両用内燃機関。
9. 吸気弁及び排気弁のバルブリフト特性を可変可能な可変動弁装置を備えた車両用内燃機関において、車両減速開始後の燃料カット時には、吸気弁及び排気弁の開閉を行いながら、当該内燃機関の時間平均の排気流量が略ゼロとなるように吸気弁及び排気弁のバルブリフト特性を可変制御することを特徴とする車両用内燃機関。
10. 車両減速開始後の燃料カット時には、排気弁のリフト中心角を時間平均の排気流量が略ゼロとなるときの位置に固定し、かつ時間平均の排気流量が略ゼロとなる排気弁作動角θ１よりも大作動角側となる第１作動角と、θ１よりも小作動角側となる第２作動角との間で、排気弁の作動角をθ１を経由しながら往復するように可変制御することを特徴とする請求項９に記載の車両用内燃機関。
11. 車両減速開始後の燃料カット時には、排気弁の作動角を時間平均の排気流量が略ゼロとなるときの位置に固定し、かつ時間平均の排気流量が略ゼロとなる排気弁のリフト中心角の位置θ２よりも進角側となる第１リフト中心角と、θ２よりも遅角側となる第２リフト中心角との間で、排気弁のリフト中心角をθ２を経由しながら往復するように可変制御することを特徴とする請求項９に記載の車両用内燃機関。
12. 車両用内燃機関は、複数気筒から構成された複数の気筒群を備え、
    車両減速開始後の燃料カット時には、各気筒群間での排気流れの位相が互いに反転もしくは異なるように、吸気弁及び排気弁のバルブリフト特性を可変制御することを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の車両用内燃機関。
13. エンジンブレーキ増大要求発生時は、排気弁のリフト作動角またはリフト中心角の位相の可変制御を行う際に、リフト作動角またはリフト中心角の位相の可変幅を増大することを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の車両用内燃機関。
14. 排気管内から筒内への排気ガスの逆流量が、排気弁下流側に位置する排気浄化用触媒から排気管出口までの排気通路の総容量よりも小さくなるように、エンジン回転速度に応じて排気弁の作動角またはリフト中心角の可変制御周期位相を制御することを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載の車両用内燃機関。

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