JP4930396B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents

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JP4930396B2 JP2008022418A JP2008022418A JP4930396B2 JP 4930396 B2 JP4930396 B2 JP 4930396B2 JP 2008022418 A JP2008022418 A JP 2008022418A JP 2008022418 A JP2008022418 A JP 2008022418A JP 4930396 B2 JP4930396 B2 JP 4930396B2
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  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
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Description

この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、排気浄化触媒よりも下流側の排気通路に排気絞り弁を備える内燃機関を制御する装置として好適な内燃機関の制御装置に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine control apparatus, and more particularly to an internal combustion engine control apparatus suitable as an apparatus for controlling an internal combustion engine having an exhaust throttle valve in an exhaust passage downstream of an exhaust purification catalyst.

従来、例えば特許文献1には、吸気通路に吸気絞り弁を備えるとともに排気通路に排気絞り弁を備えるエンジンの吸気制御装置が開示されている。より具体的には、この従来の制御装置では、排気絞り弁により排気ガス流量を制限している時は、当該排気ガス流量の非制限時に比して吸気絞り弁による吸気量制限領域を拡大するようにしている。   Conventionally, for example, Patent Document 1 discloses an intake control device for an engine that includes an intake throttle valve in an intake passage and an exhaust throttle valve in an exhaust passage. More specifically, in this conventional control device, when the exhaust gas flow rate is restricted by the exhaust throttle valve, the intake amount restriction region by the intake throttle valve is expanded compared to when the exhaust gas flow rate is not restricted. I am doing so.

特開平6−108884号公報Japanese Patent Laid-Open No. 6-108884 特開2001−355462号公報JP 2001-355462 A

上述した従来の制御装置のように、冷間時に排気絞り弁によって排気ガス流量を制限するようにすると、排気ガス温度が上昇し易くなり、これにより、未だ活性状態になっていない排気浄化触媒の暖機を促進することが可能となる。しかしながら、排気ガス流量が制限されてから触媒暖機効果の見込まれる排気圧力に達するまでには、時間遅れが存在する。上記従来の技術の手法では、そのような時間遅れが認められる期間中については、排気エミッションの低減を図ることができず、このため、上記従来の手法は、排気浄化触媒の暖機促進による排気エミッション(特にHC)の排出低減効果を得るうえで、未だ改善の余地を残すものであった。   When the exhaust gas flow rate is limited by the exhaust throttle valve during the cold time as in the conventional control device described above, the exhaust gas temperature is likely to rise, and as a result, the exhaust purification catalyst that is not yet in an active state can be obtained. It becomes possible to promote warm-up. However, there is a time delay from when the exhaust gas flow rate is limited until the exhaust pressure at which the catalyst warm-up effect is expected is reached. In the conventional technique, the exhaust emission cannot be reduced during a period in which such a time delay is recognized. For this reason, the conventional technique does not reduce exhaust emission by promoting warm-up of the exhaust purification catalyst. In order to obtain the emission reduction effect of emissions (particularly HC), there was still room for improvement.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、排気浄化触媒が非活性状態にある始動時に排気絞り弁による排気ガスの流量制限を行う内燃機関において、当該流量制限による排気浄化触媒の暖機効果を阻害することなく排気エミッションの排出低減を図ることのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems. In an internal combustion engine that restricts the flow rate of exhaust gas by an exhaust throttle valve during start-up when the exhaust purification catalyst is in an inactive state, It is an object of the present invention to provide a control device for an internal combustion engine that can reduce exhaust emissions without impairing the warm-up effect of the purification catalyst.

第1の発明は、内燃機関の制御装置であって、
排気浄化触媒よりも下流側の排気通路に配置された排気絞り弁と、
排気弁の閉じ時期を変更可能とする排気可変動弁機構と、
前記排気浄化触媒が非活性状態にあると判断される状態での内燃機関の始動時に、前記排気絞り弁により排気ガスの流量制限を行う排気ガス流量制限手段と、
前記流量制限の実行期間中の前記排気浄化触媒の温度と、当該実行期間中の排気圧力とに基づいて、当該実行期間中に前記排気弁の閉じ時期を排気上死点よりも早める早閉じ制御を行うべきか否かを決定する排気弁早閉じ要否判断手段と、
前記排気弁早閉じ要否判断手段によって前記早閉じ制御を行うべきであると判断された場合に、前記早閉じ制御を実行する排気弁早閉じ実行手段と、
を備えることを特徴とする。
A first invention is a control device for an internal combustion engine,
An exhaust throttle valve disposed in the exhaust passage downstream of the exhaust purification catalyst;
An exhaust variable valve mechanism that makes it possible to change the closing timing of the exhaust valve;
Exhaust gas flow rate limiting means for limiting the flow rate of exhaust gas by the exhaust throttle valve when starting the internal combustion engine in a state where the exhaust purification catalyst is determined to be in an inactive state;
Based on the temperature of the exhaust gas purification catalyst during the execution period of the flow rate restriction and the exhaust pressure during the execution period, the early closing control for making the closing timing of the exhaust valve earlier than the exhaust top dead center during the execution period Exhaust valve early closing necessity determination means for determining whether or not to perform,
An exhaust valve early closing execution means for executing the early closing control when the exhaust valve early closing necessity determination means determines that the early closing control should be performed;
It is characterized by providing.

また、第2の発明は、第1の発明において、
前記排気弁早閉じ要否判断手段は、前記流量制限の実行開始初期段階において、前記早閉じ制御を行うべきであると判断することを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
The exhaust valve early closing necessity judging means judges that the early closing control should be performed in an initial stage of starting the flow restriction.

また、第3の発明は、第1の発明において、
前記排気弁早閉じ要否判断手段は、前記流量制限の実行開始後に前記流量制限の実行に伴う前記排気浄化触媒の暖機効果が見込まれる排気圧力に達したと判断される時点まで、前記早閉じ制御を行うべきであると判断することを特徴とする。
The third invention is the first invention, wherein
The exhaust valve early closing necessity determining means determines whether the exhaust pressure early closing is determined to have reached an exhaust pressure at which the warming-up effect of the exhaust purification catalyst accompanying the execution of the flow restriction is expected after the start of the flow restriction. It is characterized by determining that closing control should be performed.

また、第4の発明は、第の発明において、
前記暖機効果が見込まれる排気圧力に達したと判断された場合に、前記排気弁の閉じ時期を排気上死点に設定する排気弁上死点閉じ実行手段を更に備えることを特徴とする。
In addition, the fourth aspect of the present invention, Oite to third inventions,
The exhaust valve top dead center closing execution means is further provided for setting the exhaust valve closing timing to the exhaust top dead center when it is determined that the exhaust pressure at which the warm-up effect is expected is reached.

また、第5の発明は、第1乃至第4の発明の何れかにおいて、
前記流量制限の前記実行期間中に、排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間が生じないように吸気弁の開き時期が設定されていることを特徴とする。
According to a fifth invention, in any one of the first to fourth inventions,
The opening timing of the intake valve is set so that a valve overlap period in which the valve opening period of the exhaust valve overlaps with the valve opening period of the intake valve does not occur during the execution period of the flow restriction. .

第1の発明によれば、排気浄化触媒が非活性状態にある始動時に排気絞り弁による排気ガスの流量制限を行う内燃機関において、当該流量制限による排気浄化触媒の暖機効果を阻害することなく排気エミッションの排出低減を図ることが可能となる。また、本発明によれば、上記流量制限を行う際に、排気弁の早閉じ制御を行う期間を適切なものにでき、上記流量制限の実行に伴う触媒暖機効果を最大限に引き出せるようになる。   According to the first aspect of the present invention, in the internal combustion engine that restricts the flow rate of the exhaust gas by the exhaust throttle valve at start-up when the exhaust purification catalyst is in an inactive state, the warming-up effect of the exhaust purification catalyst by the flow rate restriction is not hindered. It is possible to reduce exhaust emissions. Further, according to the present invention, when performing the flow rate restriction, the period for performing the early closing control of the exhaust valve can be made appropriate, and the catalyst warm-up effect accompanying the execution of the flow rate restriction can be maximized. Become.

第2の発明によれば、上記流量制限の実行開始初期段階において、排気弁の早閉じ制御が実行されるようになる。これにより、十分な触媒暖機効果が見込まれる排気圧力に達していない段階において、排気圧力の低下を招かずに(すなわち、上記流量制限の実行に伴う触媒暖機効果を阻害することなく)、排気浄化触媒が活性化する前の時点での排気エミッションの低減を図ることが可能となる。   According to the second aspect of the invention, the early closing control of the exhaust valve is executed in the initial stage of starting the flow restriction. Thereby, in a stage where the exhaust pressure at which sufficient catalyst warm-up effect is expected has not been reached, without lowering the exhaust pressure (that is, without hindering the catalyst warm-up effect associated with execution of the flow rate restriction), It becomes possible to reduce the exhaust emission before the exhaust purification catalyst is activated.

第3の発明によれば、十分な触媒暖機効果が見込まれる排気圧力に達していない段階において、排気圧力の低下を招かずに(すなわち、上記流量制限の実行に伴う触媒暖機効果を阻害することなく)、排気浄化触媒が活性化する前の時点での排気エミッションの低減を図ることが可能となる。   According to the third aspect of the invention, in a stage where the exhaust pressure at which sufficient catalyst warm-up effect is expected is not reached, the exhaust pressure is not lowered (that is, the catalyst warm-up effect associated with the execution of the flow rate restriction is inhibited). Without this, it is possible to reduce the exhaust emission before the exhaust purification catalyst is activated.

第4の発明によれば、排気ガスの逆流を回避しつつ、燃焼に付されたガスを燃焼室14内に残さずに確実に排気通路18に排出することにより上記流量制限の実行に伴う触媒暖機効果を十分に引き出せるようになる。   According to the fourth aspect of the present invention, the catalyst accompanying the execution of the flow rate restriction is performed by reliably exhausting the gas subjected to combustion to the exhaust passage 18 without leaving the combustion chamber 14 while avoiding the backflow of the exhaust gas. The warm-up effect can be fully exploited.

第5の発明によれば、上記流量制限の実行期間中に、燃焼室を介して排気通路側から吸気通路側に排気ガスが吹き返されてしまうのを防止することにより、触媒暖機効果が目減りしてしまうのを回避して、触媒暖機効果を十分に引き出せるようになる。   According to the fifth aspect of the invention, the catalyst warm-up effect is reduced by preventing the exhaust gas from being blown back from the exhaust passage side to the intake passage side through the combustion chamber during the flow rate restriction execution period. Thus, the catalyst warm-up effect can be sufficiently brought out.

実施の形態1.
[システム構成]
図1は、本発明の実施の形態1の内燃機関10の構成を説明するための図である。本実施形態のシステムは、内燃機関10を備えている。内燃機関10の筒内には、ピストン12が設けられている。内燃機関10の筒内には、ピストン12の頂部側に燃焼室14が形成されている。燃焼室14には、吸気通路16および排気通路18が連通している。
Embodiment 1 FIG.
[System configuration]
FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration of an internal combustion engine 10 according to a first embodiment of the present invention. The system of this embodiment includes an internal combustion engine 10. A piston 12 is provided in the cylinder of the internal combustion engine 10. A combustion chamber 14 is formed in the cylinder of the internal combustion engine 10 on the top side of the piston 12. An intake passage 16 and an exhaust passage 18 communicate with the combustion chamber 14.

吸気通路16の入口近傍には、吸気通路16に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ20が設けられている。エアフローメータ20の下流には、スロットルバルブ22が設けられている。スロットルバルブ22は、アクセル開度と独立してスロットル開度を制御することのできる電子制御式スロットルバルブである。スロットルバルブ22の近傍には、スロットル開度を検出するスロットルセンサ24が配置されている。   An air flow meter 20 that outputs a signal corresponding to the flow rate of air sucked into the intake passage 16 is provided in the vicinity of the inlet of the intake passage 16. A throttle valve 22 is provided downstream of the air flow meter 20. The throttle valve 22 is an electronically controlled throttle valve that can control the throttle opening independently of the accelerator opening. In the vicinity of the throttle valve 22, a throttle sensor 24 for detecting the throttle opening is disposed.

また、スロットルバルブ22の下流には、内燃機関10の吸気ポートに燃料を噴射するための燃料噴射弁26が配置されている。また、内燃機関10が備えるシリンダヘッドには、燃焼室14の頂部から燃焼室14内に突出するように点火プラグ28が取り付けられている。吸気ポートおよび排気ポートには、それぞれ、燃焼室14と吸気通路16、或いは燃焼室14と排気通路18を導通状態または遮断状態とするための吸気弁30および排気弁32が設けられている。   A fuel injection valve 26 for injecting fuel into the intake port of the internal combustion engine 10 is disposed downstream of the throttle valve 22. A spark plug 28 is attached to the cylinder head of the internal combustion engine 10 so as to protrude from the top of the combustion chamber 14 into the combustion chamber 14. The intake port and the exhaust port are respectively provided with an intake valve 30 and an exhaust valve 32 for bringing the combustion chamber 14 and the intake passage 16 or the combustion chamber 14 and the exhaust passage 18 into a conductive state or a cut-off state.

図1に示すシステムは、吸気弁30の開き時期を変更可能とする吸気可変動弁機構34と、排気弁32の閉じ時期を変更可能とする排気可変動弁機構36とを備えている。これらの可変動弁機構34、36の具体的構成は、特に限定されないが、ここでは、吸気弁30および排気弁32をそれぞれ駆動するカム(図示せず)の位相を連続的に可変とするVVT機構であるものとする。   The system shown in FIG. 1 includes an intake variable valve mechanism 34 that can change the opening timing of the intake valve 30 and an exhaust variable valve mechanism 36 that can change the closing timing of the exhaust valve 32. The specific configurations of these variable valve mechanisms 34 and 36 are not particularly limited. Here, however, the VVT that continuously varies the phase of cams (not shown) that drive the intake valve 30 and the exhaust valve 32, respectively. It shall be a mechanism.

図2は、図1に示す可変動弁機構34、36による排気弁32および吸気弁30の開閉時期の可変範囲を説明するための図である。VVT機構を有する上記可変動弁機構34、36によれば、クランク軸に対する排気カム軸および吸気カム軸(それぞれ図示省略)の進角量をそれぞれ調整することにより、作用角を固定したままで、排気弁32や吸気弁30の開閉時期を図2中に示す可変範囲内で調整することができる。   FIG. 2 is a diagram for explaining a variable range of opening / closing timings of the exhaust valve 32 and the intake valve 30 by the variable valve mechanisms 34 and 36 shown in FIG. According to the variable valve mechanisms 34 and 36 having the VVT mechanism, by adjusting the advance amounts of the exhaust camshaft and the intake camshaft (each not shown) with respect to the crankshaft, the working angle remains fixed, The opening / closing timing of the exhaust valve 32 and the intake valve 30 can be adjusted within a variable range shown in FIG.

より具体的には、図2に示すバルブタイミングの一例では、排気弁32の開閉時期を最も進角させた場合には、排気弁32は、圧縮上死点後100°CA程度で開かれた後に、排気上死点よりも手前の所定時期に閉じられるようになる。また、排気弁32の開閉時期を最も遅角させた場合には、排気弁32は、膨張下死点よりも手前の所定時期で開かれた後に、排気上死点よりも後の所定の時期で閉じられるようになる。また、図2に示すように、本実施形態では、排気上死点において吸気弁30を開くことができるように、吸気弁30の開閉時期の可変範囲が調整されている。   More specifically, in the example of the valve timing shown in FIG. 2, when the opening / closing timing of the exhaust valve 32 is most advanced, the exhaust valve 32 is opened at about 100 ° CA after compression top dead center. Later, it is closed at a predetermined time before exhaust top dead center. Further, when the opening / closing timing of the exhaust valve 32 is most retarded, the exhaust valve 32 is opened at a predetermined time before the expansion bottom dead center, and then a predetermined time after the exhaust top dead center. It will be closed with. As shown in FIG. 2, in this embodiment, the variable range of the opening / closing timing of the intake valve 30 is adjusted so that the intake valve 30 can be opened at the exhaust top dead center.

再び図1において、内燃機関10は、クランク軸の近傍にクランク角センサ38を備えている。クランク角センサ38は、クランク軸が所定回転角だけ回転する毎に、Hi出力とLo出力を反転させるセンサである。クランク角センサ38の出力によれば、クランク軸の回転位置や回転速度、更には、エンジン回転数などを検知することができる。また、内燃機関10は、吸気カム軸の近傍に吸気カム角センサ40を備えるとともに、排気カム軸の近傍に排気カム角センサ42を備えている。これらのカム角センサ40、42は、クランク角センサ38と同様の構成を有するセンサである。カム角センサ40、42の出力によれば、吸気カム軸および排気カム軸のそれぞれの回転位置(進角量)などを検知することができる。   In FIG. 1 again, the internal combustion engine 10 includes a crank angle sensor 38 in the vicinity of the crankshaft. The crank angle sensor 38 is a sensor that reverses the Hi output and the Lo output each time the crankshaft rotates by a predetermined rotation angle. According to the output of the crank angle sensor 38, it is possible to detect the rotational position and rotational speed of the crankshaft, and further the engine speed and the like. The internal combustion engine 10 includes an intake cam angle sensor 40 in the vicinity of the intake cam shaft, and an exhaust cam angle sensor 42 in the vicinity of the exhaust cam shaft. These cam angle sensors 40 and 42 are sensors having the same configuration as the crank angle sensor 38. According to the outputs of the cam angle sensors 40 and 42, the rotational positions (advance amounts) of the intake cam shaft and the exhaust cam shaft can be detected.

内燃機関10の排気通路18には、排気ガスを浄化するための排気浄化触媒として、上流触媒(SC)44および下流触媒(UF)46が直列に配置されている。また、上流触媒44の上流には、その位置で排気空燃比を検出するための空燃比センサ48が配置されている。更に、上流触媒44と下流触媒46との間には、その位置の空燃比がリッチであるかリーンであるかに応じた信号を発生する酸素センサ50が配置されている。更に、下流触媒46よりも下流側の排気通路18には、当該排気通路18を流れる排気ガスの流量を制限するための排気絞り弁52が配置されている。   In the exhaust passage 18 of the internal combustion engine 10, an upstream catalyst (SC) 44 and a downstream catalyst (UF) 46 are arranged in series as exhaust purification catalysts for purifying exhaust gas. Further, an air-fuel ratio sensor 48 for detecting the exhaust air-fuel ratio at that position is disposed upstream of the upstream catalyst 44. Further, an oxygen sensor 50 that generates a signal corresponding to whether the air-fuel ratio at that position is rich or lean is disposed between the upstream catalyst 44 and the downstream catalyst 46. Further, an exhaust throttle valve 52 for limiting the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 18 is disposed in the exhaust passage 18 on the downstream side of the downstream catalyst 46.

図1に示すシステムは、ECU(Electronic Control Unit)60を備えている。ECU60には、上述した各種センサに加え、アクセル開度を検出するためのアクセルポジションセンサ62およびエンジン冷却水温度を検出するための水温センサ64や、上述した各種アクチュエータなどが接続されている。ECU60は、それらのセンサ出力に基づいて、内燃機関10の運転状態を制御することができる。
[実施の形態1の特徴部分]
ところで、上記触媒44、46が浄化機能を発揮するためには、当該触媒44、46の温度が所定の温度(例えば、350℃)になっていることが必要とされる。このため、触媒44、46が非活性状態にある冷間始動時には、触媒44、46が活性化して浄化機能を発揮するようになるまでは、内燃機関10の筒内から排出されるガスが触媒44、46で浄化されることなく大気中に放出されてしまう。従って、冷間始動時には、触媒44、46の温度をできるだけ早く活性温度にまで上昇させることが必要とされる。上述した排気絞り弁52によって排気通路18を絞るようにすれば、排気ガスの流量が制限されることで、排気圧力を高めることができ、これにより、排気ガスの温度を高めることができる。従って、冷間始動時において、排気絞り弁52によって排気ガスの流量を制限するようにすれば、触媒44、46の暖機促進を図ることが可能となる。
The system shown in FIG. 1 includes an ECU (Electronic Control Unit) 60. In addition to the various sensors described above, the ECU 60 is connected to an accelerator position sensor 62 for detecting the accelerator opening, a water temperature sensor 64 for detecting the engine coolant temperature, and the various actuators described above. The ECU 60 can control the operating state of the internal combustion engine 10 based on those sensor outputs.
[Characteristics of Embodiment 1]
By the way, in order for the catalysts 44 and 46 to perform the purification function, the temperature of the catalysts 44 and 46 needs to be a predetermined temperature (for example, 350 ° C.). For this reason, at the time of cold start when the catalysts 44 and 46 are in an inactive state, the gas discharged from the cylinder of the internal combustion engine 10 is the catalyst until the catalysts 44 and 46 are activated and perform the purification function. 44 and 46 are discharged into the atmosphere without being purified. Therefore, at the time of cold start, it is necessary to raise the temperature of the catalysts 44 and 46 to the activation temperature as soon as possible. If the exhaust passage 18 is throttled by the exhaust throttle valve 52 described above, the exhaust gas flow rate is limited, so that the exhaust pressure can be increased, thereby increasing the temperature of the exhaust gas. Therefore, if the exhaust throttle valve 52 restricts the flow rate of the exhaust gas at the cold start, the warm-up of the catalysts 44 and 46 can be promoted.

しかしながら、排気絞り弁52による排気ガスの流量制限の開始初期段階には、排気圧力は大気圧力に近い値となっており、排気ガスの温度上昇に伴う触媒44、46の暖機促進を見込むことができない。言い換えれば、排気絞り弁52によって排気ガス流量が制限されてから触媒暖機効果の見込まれる排気圧力に達するまでには、時間遅れが存在する。そのような時間遅れが認められる期間中は、排気エミッション(特にHC)の低減を図ることができない。   However, in the initial stage of starting the exhaust gas flow restriction by the exhaust throttle valve 52, the exhaust pressure is close to the atmospheric pressure, and it is expected that the warming-up of the catalysts 44 and 46 is promoted as the exhaust gas temperature rises. I can't. In other words, there is a time delay from when the exhaust gas flow rate is limited by the exhaust throttle valve 52 until the exhaust pressure at which the catalyst warm-up effect is expected is reached. During a period in which such a time delay is recognized, exhaust emission (particularly HC) cannot be reduced.

そこで、本実施形態では、触媒44、46が非活性状態にある始動時に排気絞り弁52による排気ガスの流量制限を行う際に、当該流量制限による触媒44、46の暖機効果を阻害することなく(より具体的には排気圧力の低下を招かない手法で)、触媒44、46が活性化する前の時点での排気エミッション(特にHC)の排出低減を図るべく、次のような制御を行うようにした。すなわち、上記流量制限の実行期間中の触媒44、46の温度と排気圧力とに基づいて、当該実行期間中に排気弁32の閉じ時期を排気上死点よりも早める早閉じ制御を行うべきか否かを判断し、当該早閉じ制御を行うべきであると判断した場合に当該早閉じ制御を行うようにした。より具体的には、上記流量制限の実行開始初期段階、つまり、当該流量制限の実行に伴う触媒44、46の暖機効果が見込まれる排気圧力に達するまでの段階において、排気弁32の上記早閉じ制御を行うようにした。   Therefore, in this embodiment, when restricting the exhaust gas flow rate by the exhaust throttle valve 52 during start-up when the catalysts 44 and 46 are in an inactive state, the warm-up effect of the catalysts 44 and 46 due to the flow rate restriction is inhibited. In order to reduce exhaust emissions (particularly HC) before the activation of the catalysts 44 and 46, more specifically, the following control is performed. I did it. That is, based on the temperature of the catalysts 44 and 46 and the exhaust pressure during the flow restriction execution period, should the early closing control be performed so that the closing timing of the exhaust valve 32 is earlier than the exhaust top dead center during the execution period? If it is determined whether or not the early closing control should be performed, the early closing control is performed. More specifically, in the initial stage of starting the flow rate restriction, that is, until reaching the exhaust pressure at which the warming-up effect of the catalysts 44 and 46 accompanying the execution of the flow rate restriction is expected, the early stage of the exhaust valve 32 is performed. Closed control was performed.

また、本実施形態では、排気絞り弁52による上記流量制限の実行開始後に触媒44、46の暖機効果が見込まれる排気圧力に達したと判断した場合には、燃焼に付されたガスを燃焼室14内に残さずに確実に排気通路18に排出することによって排気圧力の上昇に伴う触媒暖機効果をより迅速かつ十分に得られるようにすべく、排気弁32の閉じ時期を排気上死点に設定するようにするとともに、その後の当該流量制限の実行期間中は、そのような閉じ時期の設定を継続するようにした。   Further, in this embodiment, when it is determined that the exhaust pressure at which the warming-up effect of the catalysts 44 and 46 is expected after starting the execution of the flow restriction by the exhaust throttle valve 52, the gas subjected to combustion is burned. In order to ensure that the catalyst warm-up effect accompanying the rise in exhaust pressure can be obtained more quickly and sufficiently by reliably discharging the exhaust gas into the exhaust passage 18 without leaving it in the chamber 14, the exhaust valve 32 is closed at the top. The point is set at a point, and the setting of such closing time is continued during the subsequent execution of the flow restriction.

更に、本実施形態では、上記流量制限の実行期間中には、排気弁32の開弁期間と吸気弁30の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間が生じないように、吸気弁30の開き時期を設定するようにした。   Further, in the present embodiment, the intake valve 30 is opened so that a valve overlap period in which the valve opening period of the exhaust valve 32 overlaps the valve opening period of the intake valve 30 does not occur during the flow rate restriction execution period. The time was set.

図3は、上記の機能を実現するために、本実施の形態1においてECU60が実行するルーチンのフローチャートである。尚、図3に示すルーチンは、内燃機関10の始動とともに起動されるものとする。
図3に示すルーチンでは、先ず、排気絞り弁52による排気ガスの流量制限の実施条件が成立するか否かが判別される(ステップ100)。より具体的には、本ステップ100では、例えば始動時のエンジン冷却水温度が25℃より低いか否かを判断基準として、上記流量制限の実施条件が成立するか否か、言い換えれば、触媒44、46が冷えていて非活性状態にあるか否かを判断している。
FIG. 3 is a flowchart of a routine executed by the ECU 60 in the first embodiment in order to realize the above function. The routine shown in FIG. 3 is started when the internal combustion engine 10 is started.
In the routine shown in FIG. 3, first, it is determined whether or not the conditions for limiting the exhaust gas flow rate by the exhaust throttle valve 52 are satisfied (step 100). More specifically, in this step 100, for example, whether or not the above-described flow restriction condition is satisfied based on whether or not the engine coolant temperature at the start is lower than 25 ° C., in other words, the catalyst 44. , 46 is cold and inactive.

その結果、上記ステップ100の判定が不成立である場合、つまり、触媒44、46が暖機されていて活性状態にあると判断される場合には、排気絞り弁52が全開に設定される(ステップ102)。一方、上記ステップ100の判定が成立する場合、つまり、触媒44、46が冷えていて非活性状態にあると判断される場合には、排気絞り弁52が所定の開度にまで閉じられ、排気ガスの流量制限が開始される(ステップ104)。   As a result, if the determination in step 100 is not established, that is, if it is determined that the catalysts 44 and 46 are warmed up and in the active state, the exhaust throttle valve 52 is set to fully open (step 102). On the other hand, when the determination in step 100 is satisfied, that is, when it is determined that the catalysts 44 and 46 are cold and in an inactive state, the exhaust throttle valve 52 is closed to a predetermined opening and the exhaust gas is exhausted. Gas flow restriction is started (step 104).

次に、内燃機関10の始動後に触媒44、46の暖機条件が成立するか否かが判別される(ステップ106)。ここでは、内燃機関10の始動後の積算空気量が100gに達していないか否かを判断基準として、触媒44、46の暖機条件が成立するか否か、言い換えれば、触媒44、46が暖機を必要とする状況であるか否かを判断している。   Next, it is determined whether or not a warm-up condition for the catalysts 44 and 46 is satisfied after the internal combustion engine 10 is started (step 106). Here, whether or not the warming-up condition of the catalysts 44 and 46 is satisfied, in other words, whether the catalysts 44 and 46 are satisfied, is determined based on whether or not the accumulated air amount after starting the internal combustion engine 10 has reached 100 g. It is determined whether or not the situation requires warm-up.

その結果、上記ステップ106において、触媒44、46の暖機を未だ必要とする状況であると判断された場合には、次いで、排気圧力初期条件が成立するか否かが判別される(ステップ108)。ここでは、内燃機関10の始動後の積算空気量が30gに達していないか否かを判断基準として、排気圧力初期条件が成立するか否か、つまり、上記流量制限の実行開始初期段階であるために当該流量制限の実行に伴う触媒44、46の暖機効果が見込まれる排気圧力に達していないか否かを判断するようにしている。   As a result, if it is determined in step 106 that the catalyst 44, 46 still needs to be warmed up, it is then determined whether the exhaust pressure initial condition is satisfied (step 108). ). Here, based on whether or not the accumulated air amount after starting the internal combustion engine 10 has reached 30 g, whether or not the exhaust gas pressure initial condition is satisfied, that is, the initial stage of execution of the flow rate restriction. For this reason, it is determined whether or not the exhaust pressure at which the warm-up effect of the catalysts 44 and 46 associated with the execution of the flow restriction is expected has been reached.

その結果、上記ステップ108において、未だ触媒44、46の暖機効果が見込まれる排気圧力に達していないと判断された場合には、次いで、排気弁32の開閉時期を上記可変範囲における最進角位置に制御することで、排気弁32の閉じ時期が排気上死点に対して十分に早められる(ステップ110)。   As a result, if it is determined in step 108 that the exhaust pressure at which the warming-up effect of the catalysts 44 and 46 is not yet reached has been reached, then the opening / closing timing of the exhaust valve 32 is set to the most advanced angle in the variable range. By controlling to the position, the closing timing of the exhaust valve 32 is sufficiently advanced with respect to the exhaust top dead center (step 110).

次に、現在の吸排気弁30、32の開閉時期にバルブオーバーラップ期間が設けられておらず、かつ、吸気弁30の開き時期が排気上死点(0TDC)であるか否かが判別される(ステップ112)。具体的には、ここでは、吸気弁30の開き時期の進角量が最遅角位置を基準とする所定値1になっているか否かを判断するようにしている。この所定値1は、図2に示すように、吸気弁30の開き時期の最遅角位置から排気上死点までの角度に相当する値である。   Next, it is determined whether or not the valve overlap period is provided at the current opening and closing timing of the intake and exhaust valves 30 and 32 and the opening timing of the intake valve 30 is the exhaust top dead center (0 TDC). (Step 112). Specifically, here, it is determined whether or not the advance amount of the opening timing of the intake valve 30 is a predetermined value 1 with reference to the most retarded position. The predetermined value 1 is a value corresponding to an angle from the most retarded position of the opening timing of the intake valve 30 to the exhaust top dead center, as shown in FIG.

その結果、上記ステップ112の判定が成立する場合には、現在の吸排気弁30、32の設定が維持されるとともに、再度ステップ108の処理が実行される。一方、上記ステップ112の判定が不成立である場合には、吸気弁30の開き時期が排気上死点(0TDC)に設定(調整)される(ステップ114)とともに、再度ステップ108の処理が実行される。   As a result, when the determination in step 112 is established, the current settings of the intake and exhaust valves 30 and 32 are maintained, and the process of step 108 is executed again. On the other hand, if the determination in step 112 is not established, the opening timing of the intake valve 30 is set (adjusted) to the exhaust top dead center (0 TDC) (step 114), and the processing of step 108 is executed again. The

一方、上記ステップ108において、触媒44、46の暖機効果が見込まれる排気圧力に達していると判断された場合には、次いで、排気通路18から燃焼室14への排気ガスの逆流を防止する逆流防止条件が成立するか否かが判別される(ステップ116)。ここでは、排気弁32の閉じ時期が排気上死点に設定されていない(排気弁閉じ時期≠0TDC)か否かを判断基準として、上記逆流防止条件が成立するか否かを判断している。   On the other hand, if it is determined in step 108 that the exhaust pressure at which the warming-up effect of the catalysts 44 and 46 is expected is reached, then the backflow of exhaust gas from the exhaust passage 18 to the combustion chamber 14 is prevented. It is determined whether a backflow prevention condition is satisfied (step 116). Here, whether or not the backflow prevention condition is satisfied is determined based on whether or not the closing timing of the exhaust valve 32 is not set to the exhaust top dead center (exhaust valve closing timing ≠ 0 TDC). .

その結果、上記ステップ116の判定が不成立である場合には、現在の排気弁32の閉じ時期の設定が維持されるとともに、再度ステップ106の処理が実行される。一方、上記ステップ116の判定が成立する場合には、排気弁32の閉じ時期が排気上死点(0TDC)に設定(調整)されるとともに、再度ステップ106の処理が実行される。   As a result, if the determination in step 116 is not established, the current setting of the closing timing of the exhaust valve 32 is maintained, and the processing of step 106 is executed again. On the other hand, when the determination in step 116 is established, the closing timing of the exhaust valve 32 is set (adjusted) to the exhaust top dead center (0 TDC), and the process of step 106 is executed again.

以上説明した図3に示すルーチンによれば、触媒44、46が非活性状態にある始動時に排気絞り弁52による排気ガスの流量制限を行う際には、記流量制限の実行期間中の触媒44、46の温度と排気圧力とに基づいて、当該実行期間中に排気弁32の早閉じ制御を行うべきか否かが判断され、必要に応じて当該早閉じ制御が行われるようになる。より具体的には、上記ルーチンによれば、当該早閉じ制御は、上記流量制限の実行開始初期段階、つまり、当該流量制限の実行に伴う触媒44、46の暖機効果が見込まれる排気圧力に達するまでの段階において行われるようになる。
このような排気弁32の早閉じ制御によって内部EGRガス量を増やすことで排気エミッション(特にHC)の低減を図る手法によれば、排気弁32の閉じ時期を排気上死点よりも遅らせることによって内部EGRガス量を増やす制御を行う場合に比して、排気圧力の低下を招かずに(すなわち、上記流量制限の実行に伴う触媒暖機効果を阻害することなく)、触媒44、46が活性化する前の時点での排気エミッションの低減を図ることが可能となる。また、十分な触媒暖機効果が見込まれる排気圧力に達していない段階において、当該早閉じ制御によって排気エミッションの排出低減を積極的に行っておくことで、暖機完了前に触媒44、46内に溜まる排気エミッション量を低減することができ、暖機完了後に触媒44、46の浄化処理量が追いつかなくなるのを良好に回避することが可能となる。
また、その一方で、上記流量制限の実行期間中において、十分な触媒暖機効果が見込まれる値にまで排気圧力が達した後は、上記早閉じ制御は行わずに確実に排気ガスを排気通路18に排出できるようになっていることが望ましい。上記ルーチンによれば、上記流量制限の実行期間中の触媒44、46の温度と排気圧力とに基づいて、当該実行期間中に排気弁32の早閉じ制御を行うべきか否かが判断することで、早閉じ制御を行う期間を適切なものにでき、上記流量制限の実行に伴う触媒暖機効果を最大限に引き出せるようになる。
According to the routine shown in FIG. 3 described above, when the exhaust gas restricting valve 52 restricts the flow rate of the exhaust gas during start-up when the catalysts 44 and 46 are in an inactive state, the catalyst 44 during the flow rate restriction execution period is used. , 46 based on the temperature and the exhaust pressure, it is determined whether or not the early closing control of the exhaust valve 32 should be performed during the execution period, and the early closing control is performed as necessary. More specifically, according to the above routine, the early closing control is performed at the initial stage when the flow restriction is started, that is, at the exhaust pressure at which the warm-up effect of the catalysts 44 and 46 accompanying the execution of the flow restriction is expected. It will be done in the stage to reach.
According to the technique for reducing the exhaust emission (particularly HC) by increasing the internal EGR gas amount by the early closing control of the exhaust valve 32, the closing timing of the exhaust valve 32 is delayed from the exhaust top dead center. Compared to the control for increasing the internal EGR gas amount, the catalysts 44 and 46 are activated without causing a decrease in exhaust pressure (that is, without hindering the catalyst warm-up effect associated with the execution of the flow restriction). It becomes possible to reduce the exhaust emission at the time before conversion. Further, in the stage where the exhaust pressure at which a sufficient catalyst warm-up effect is expected has not been reached, exhaust emission reduction is actively performed by the early closing control, so that the inside of the catalysts 44 and 46 is completed before the warm-up is completed. Therefore, it is possible to satisfactorily avoid the amount of purification treatment of the catalysts 44 and 46 from catching up after the warm-up is completed.
On the other hand, after the exhaust pressure reaches a value at which a sufficient catalyst warm-up effect is expected during the flow rate restriction execution period, the exhaust gas is surely discharged without performing the early closing control. It is desirable to be able to discharge to 18. According to the above routine, it is determined whether or not the early closing control of the exhaust valve 32 should be performed during the execution period based on the temperature and exhaust pressure of the catalysts 44 and 46 during the execution period of the flow rate restriction. Thus, the period for performing the early closing control can be made appropriate, and the catalyst warm-up effect associated with the execution of the flow rate restriction can be maximized.

また、上記ルーチンによれば、触媒暖機効果が見込まれる値にまで排気圧力が達した後は、排気弁32の閉じ時期が排気上死点に設定される。このような排気圧力に達している状況下で排気弁32の閉じ時期が排気上死点よりも遅角されると、排気通路18から燃焼室14への排気ガスの逆流が生じてしまう。これに対し、排気弁32の閉じ時期を排気上死点とするか或いは排気上死点よりも早めれば、そのような逆流を防止することができる。また、排気弁32を排気上死点で閉じるようにすれば、燃焼に付されたガスを燃焼室14内に残さずに確実に排気通路18に排出することによって排気圧力の上昇に伴う触媒暖機効果をより迅速かつ十分に得ることが可能となる。つまり、触媒暖機効果が見込まれる値にまで排気圧力が達した後の段階では、上記ルーチンの処理のように排気弁32の閉じ時期を排気上死点に設定することで、排気ガスの逆流を回避しつつ、上記流量制限の実行に伴う触媒暖機効果を十分に引き出せるようになる。   Further, according to the above routine, after the exhaust pressure reaches the value at which the catalyst warm-up effect is expected, the closing timing of the exhaust valve 32 is set to the exhaust top dead center. If the closing timing of the exhaust valve 32 is retarded from the exhaust top dead center under such an exhaust pressure condition, a backflow of exhaust gas from the exhaust passage 18 to the combustion chamber 14 occurs. On the other hand, when the exhaust valve 32 is closed at the exhaust top dead center or earlier than the exhaust top dead center, such back flow can be prevented. Further, if the exhaust valve 32 is closed at the exhaust top dead center, the gas subjected to combustion is reliably discharged into the exhaust passage 18 without remaining in the combustion chamber 14, thereby warming up the catalyst as the exhaust pressure increases. The machine effect can be obtained more quickly and sufficiently. In other words, at the stage after the exhaust pressure reaches the value at which the catalyst warm-up effect is expected, the exhaust valve backflow is set by setting the closing timing of the exhaust valve 32 to the exhaust top dead center as in the routine processing described above. The catalyst warm-up effect associated with the execution of the flow rate restriction can be sufficiently brought out.

また、上記ルーチンによれば、上記流量制限の実行期間中には、バルブオーバーラップ期間が生じないように、吸気弁30の開き時期が吸気上死点に設定されるようになる。排気絞り弁52による上記流量制限によって排気圧力が高められている状況下において、バルブオーバーラップ期間が存在すると、吸気圧力(負圧)よりも排気圧力が高くなっているため、燃焼室14を介して排気通路18側から吸気通路16側に排気ガスが吹き返されてしまう。その結果、排気絞り弁52を利用して充分に排気圧力を高めることができなくなり、触媒暖機効果が目減りしてしまう。これに対し、上記ルーチンの処理によれば、このような事態を回避して、触媒暖機効果を十分に引き出せるようになる。   Further, according to the routine, the opening timing of the intake valve 30 is set to the intake top dead center so that the valve overlap period does not occur during the flow rate restriction execution period. In a situation where the exhaust pressure is increased by the flow restriction by the exhaust throttle valve 52, if there is a valve overlap period, the exhaust pressure is higher than the intake pressure (negative pressure). As a result, the exhaust gas is blown back from the exhaust passage 18 side to the intake passage 16 side. As a result, the exhaust pressure cannot be sufficiently increased using the exhaust throttle valve 52, and the catalyst warm-up effect is diminished. On the other hand, according to the processing of the above routine, such a situation can be avoided and the catalyst warm-up effect can be sufficiently brought out.

ところで、上述した実施の形態1においては、上記流量制限の実行期間中に、積算空気量を所定の閾値(100g、30g)とそれぞれ比較することによって、触媒44、46が暖機を必要とする状況であるか否か、および、排気圧力が触媒暖機効果の見込まれる値に達していないか否かを判断するようにしている。しかしながら、本発明において排気弁32の早閉じ制御を行うべきか否かを判断するに際して用いる手法は、このような手法に限定されるものではない。すなわち、例えば、触媒温度や排気圧力を直接的に測定するようにしてもよい。   By the way, in the first embodiment described above, the catalysts 44 and 46 need to be warmed up by comparing the integrated air amount with predetermined threshold values (100 g and 30 g) during the flow rate restriction execution period. It is determined whether or not the situation is present, and whether or not the exhaust pressure has not reached a value at which the catalyst warm-up effect is expected. However, the method used for determining whether or not the early closing control of the exhaust valve 32 should be performed in the present invention is not limited to such a method. That is, for example, the catalyst temperature and the exhaust pressure may be directly measured.

また、上述した実施の形態1においては、上記流量制限の実行期間中にバルブオーバーラップ期間が生じないようにするために、吸気可変動弁機構34によって吸気弁30の開き時期の進角量を調整するようにしている。しかしながら、本発明においてバルブオーバーラップ期間が生じないようにするための吸気弁30の開き時期の設定は、吸気可変動弁機構34による開き時期の調整によって実現されるものに限らない。すなわち、吸気可変動弁機構34を備えないシステムにおいて、吸気弁30の開き時期を排気上死点以降のタイミングに予め設定しておくことによって実現されていてもよい。   Further, in the first embodiment described above, the advance amount of the opening timing of the intake valve 30 is set by the intake variable valve mechanism 34 so that the valve overlap period does not occur during the flow rate restriction execution period. I try to adjust it. However, in the present invention, the setting of the opening timing of the intake valve 30 so that the valve overlap period does not occur is not limited to that realized by adjusting the opening timing by the intake variable valve mechanism 34. That is, in a system that does not include the intake variable valve mechanism 34, the opening timing of the intake valve 30 may be set in advance to a timing after exhaust top dead center.

尚、上述した実施の形態1においては、ECU60が、上記ステップ100および104の処理を実行することにより前記第1の発明における「排気ガス流量制限手段」が、上記ステップ106および108の処理を実行することにより前記第1の発明における「排気弁早閉じ要否判断手段」が、上記ステップ110の処理を実行することにより前記第1の発明における「排気弁早閉じ実行手段」が、それぞれ実現されている。
また、ECU60が上記ステップ108、116、および118の処理を実行することにより前記第4の発明における「排気弁上死点閉じ実行手段」が実現されている。
In the first embodiment described above, the ECU 60 executes the processing of steps 100 and 104, so that the “exhaust gas flow rate limiting means” in the first invention executes the processing of steps 106 and 108. By doing so, the “exhaust valve early closing necessity determining means” in the first invention is realized, and the “exhaust valve early closing executing means” in the first invention is realized by executing the processing of step 110. ing.
In addition, the “exhaust valve top dead center closing execution means” according to the fourth aspect of the present invention is implemented when the ECU 60 executes the processing of steps 108, 116, and 118 described above.

本発明の実施の形態1の内燃機関の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the internal combustion engine of Embodiment 1 of this invention. 図1に示す可変動弁機構による排気弁および吸気弁の開閉時期の可変範囲を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the variable range of the opening / closing timing of the exhaust valve and intake valve by the variable valve mechanism shown in FIG. 本発明の実施の形態1において実行されるルーチンのフローチャートである。It is a flowchart of the routine performed in Embodiment 1 of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 内燃機関
14 燃焼室
16 吸気通路
18 排気通路
30 吸気弁
32 排気弁
34 吸気可変動弁機構
36 排気可変動弁機構
44 上流触媒
46 下流触媒
52 排気絞り弁
60 ECU(Electronic Control Unit)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Internal combustion engine 14 Combustion chamber 16 Intake passage 18 Exhaust passage 30 Intake valve 32 Exhaust valve 34 Intake variable valve mechanism 36 Exhaust variable valve mechanism 44 Upstream catalyst 46 Downstream catalyst 52 Exhaust throttle valve 60 ECU (Electronic Control Unit)

Claims (5)

排気浄化触媒よりも下流側の排気通路に配置された排気絞り弁と、
排気弁の閉じ時期を変更可能とする排気可変動弁機構と、
前記排気浄化触媒が非活性状態にあると判断される状態での内燃機関の始動時に、前記排気絞り弁により排気ガスの流量制限を行う排気ガス流量制限手段と、
前記流量制限の実行期間中の前記排気浄化触媒の温度と、当該実行期間中の排気圧力とに基づいて、当該実行期間中に前記排気弁の閉じ時期を排気上死点よりも早める早閉じ制御を行うべきか否かを決定する排気弁早閉じ要否判断手段と、
前記排気弁早閉じ要否判断手段によって前記早閉じ制御を行うべきであると判断された場合に、前記早閉じ制御を実行する排気弁早閉じ実行手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
An exhaust throttle valve disposed in the exhaust passage downstream of the exhaust purification catalyst;
An exhaust variable valve mechanism that makes it possible to change the closing timing of the exhaust valve;
Exhaust gas flow rate limiting means for limiting the flow rate of exhaust gas by the exhaust throttle valve when starting the internal combustion engine in a state where the exhaust purification catalyst is determined to be in an inactive state;
Based on the temperature of the exhaust gas purification catalyst during the execution period of the flow rate restriction and the exhaust pressure during the execution period, the early closing control for making the closing timing of the exhaust valve earlier than the exhaust top dead center during the execution period Exhaust valve early closing necessity determination means for determining whether or not to perform,
An exhaust valve early closing execution means for executing the early closing control when the exhaust valve early closing necessity determination means determines that the early closing control should be performed;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
前記排気弁早閉じ要否判断手段は、前記流量制限の実行開始初期段階において、前記早閉じ制御を行うべきであると判断することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の制御装置。   2. The control device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust valve early closing necessity determination unit determines that the early closing control should be performed in an initial stage of execution of the flow rate restriction. 3. 前記排気弁早閉じ要否判断手段は、前記流量制限の実行開始後に前記流量制限の実行に伴う前記排気浄化触媒の暖機効果が見込まれる排気圧力に達したと判断される時点まで、前記早閉じ制御を行うべきであると判断することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の制御装置。   The exhaust valve early closing necessity determining means determines whether the exhaust pressure early closing is determined to have reached an exhaust pressure at which the warming-up effect of the exhaust purification catalyst accompanying the execution of the flow restriction is expected after the start of the flow restriction. 2. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein it is determined that the closing control should be performed. 前記暖機効果が見込まれる排気圧力に達したと判断された場合に、前記排気弁の閉じ時期を排気上死点に設定する排気弁上死点閉じ実行手段を更に備えることを特徴とする請求項記載の内燃機関の制御装置。 The exhaust valve top dead center closing execution means for setting the exhaust valve closing timing to an exhaust top dead center when it is determined that the exhaust pressure at which the warm-up effect is expected is reached. Item 5. A control device for an internal combustion engine according to Item 3 . 前記流量制限の前記実行期間中に、排気弁の開弁期間と吸気弁の開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間が生じないように吸気弁の開き時期が設定されていることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項記載の内燃機関の制御装置。   The opening timing of the intake valve is set so that a valve overlap period in which the valve opening period of the exhaust valve overlaps with the valve opening period of the intake valve does not occur during the execution period of the flow restriction. The control device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4.
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