JP7121511B2 - エンジンシステム - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの排気流路に触媒を備えるエンジンシステムに関する。

車両には、エンジンから排出された排気ガスに含まれる汚染物質を浄化するために、触媒が設けられている（例えば、特許文献１）。

特開２００９－１８５７７７号公報

触媒は、常温（例えば、２５℃）よりも高い所定の活性温度で汚染物質を除去する。このため、エンジンの始動から触媒が活性温度に達するまで、汚染物質の除去効率が低くなってしまう問題がある。特に、外気温が低い（例えば、氷点下）場合、触媒が活性温度に達するまでに長時間を要してしまう。

本発明は、エンジンの始動前に触媒を暖機して、エンジンの始動から触媒が活性温度に到達するまでの時間を短縮することが可能なエンジンシステムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のエンジンシステムは、エンジンの吸気ポートを開閉する吸気弁と、エンジンの排気ポートを開閉する排気弁と、クランクシャフトを回転させるモータと、排気ポートと連通する排気流路に設けられた触媒と、エンジンが停止していることを含む所定の開始条件を満たした場合に、モータを駆動するモータ制御部と、開始条件を満たしてモータを駆動している間、排気弁の開弁時期および閉弁時期を、エンジンが駆動している場合における排気弁の開弁時期および閉弁時期より遅角させる暖機処理を行うバルブ制御部と、を備え、バルブ制御部は、暖機処理を行う場合に、排気弁の最大リフト時期がエンジンのピストンが上死点から下死点に向かうピストン下降行程となるように排気弁を駆動し、ピストン下降行程の第１の所定クランク角区間で吸気弁を開弁させ、次のピストン下降行程において第１の所定クランク角区間よりも進角された第２の所定クランク角区間で排気弁を開弁させ、排気弁の最大リフト量および吸気弁の最大リフト量は、略等しい。

また、排気弁のリフト時間を、第１リフト時間と、第１リフト時間よりも短い第２リフト時間とに切り替える切替機構を備え、バルブ制御部は、切替機構を制御して、エンジンが駆動している場合に排気弁のリフト時間を第１リフト時間で駆動し、暖機処理を行う場合に排気弁のリフト時間を第２リフト時間で駆動してもよい。

また、バルブ制御部は、暖機処理を行う場合、クランクシャフトが１回転する度に、吸気弁および排気弁を１回ずつ開閉してもよい。

本発明によれば、エンジンの始動前に触媒を暖機して、エンジンの始動から触媒が活性温度に到達するまでの時間を短縮することが可能となる。

第１の実施形態にかかるエンジンシステムを説明する図である。 バルブ制御部による吸気弁および排気弁の開閉制御を説明する図である。 第２の実施形態にかかるエンジンシステムを説明する図である。 吸気弁用カムおよび排気弁用カムを説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（第１の実施形態：エンジンシステム１００）
図１は、第１の実施形態にかかるエンジンシステム１００を説明する図である。なお、図１中、信号の流れを破線の矢印で示す。

図１に示すように、車両に搭載されるエンジンシステム１００には、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータでなるＥＣＵ（Engine Control Unit）１０が設けられ、ＥＣＵ１０によりエンジンＥ全体が統括制御される。ただし、以下では、本実施形態に関係する構成や処理について詳細に説明し、本実施形態と無関係の構成や処理については説明を省略する。

エンジンシステム１００を構成するエンジンＥは、シリンダブロック１０２と、クランクケース１０４と、シリンダヘッド１０６と、オイルパン１１０とを含む。クランクケース１０４は、シリンダブロック１０２と一体形成されている。シリンダヘッド１０６は、シリンダブロック１０２におけるクランクケース１０４とは反対側に接合される。オイルパン１１０は、クランクケース１０４におけるシリンダブロック１０２とは反対側に接合される。

シリンダブロック１０２には、複数のシリンダボア１１２が形成されており、複数のシリンダボア１１２において、それぞれピストン１１４が摺動可能にコネクティングロッド１１６に支持されている。そして、エンジンＥでは、シリンダボア１１２と、シリンダヘッド１０６と、ピストン１１４の冠面とによって囲まれた空間が燃焼室１１８として形成される。

また、エンジンＥでは、クランクケース１０４およびオイルパン１１０に囲まれた空間がクランク室１２０として形成される。クランク室１２０内には、クランクシャフト１２２が回転可能に支持されており、ピストン１１４がコネクティングロッド１１６を介してクランクシャフト１２２に連結される。

シリンダヘッド１０６には、吸気ポート１２４および排気ポート１２６が燃焼室１１８に連通するように設けられる。吸気ポート１２４と燃焼室１１８との間には、吸気弁１２８の先端（傘部）が位置し、排気ポート１２６と燃焼室１１８との間には、排気弁１３０の先端（傘部）が位置している。

また、シリンダヘッド１０６および不図示のヘッドカバーに囲まれた空間には、吸気弁駆動機構１３４および排気弁駆動機構１３６が設けられる。吸気弁駆動機構１３４は、電磁コイルを用いて、排気弁１３０とは独立して吸気弁１２８を駆動する。吸気弁１２８は、吸気弁駆動機構１３４によって駆動されることで軸方向に移動し、吸気ポート１２４と燃焼室１１８との間を開閉する。排気弁駆動機構１３６は、電磁コイルを用いて、吸気弁１２８とは独立して排気弁１３０を駆動する。排気弁１３０は、排気弁駆動機構１３６により駆動させることで軸方向に移動し、排気ポート１２６と燃焼室１１８との間を開閉する。吸気弁駆動機構１３４および排気弁駆動機構１３６は、後述するバルブ制御部１６により駆動制御される。

このように、本実施形態の吸気弁１２８および排気弁１３０は、電磁駆動式のバルブである。吸気弁１２８および排気弁１３０は、バルブ制御部１６によって開閉時期およびリフト量がそれぞれ独立して制御される。なお、図１中吸気弁駆動機構１３４および排気弁駆動機構１３６と、ＥＣＵ１０とを接続する信号の流れの破線は、図面の簡明化のため図示を省略している。

吸気ポート１２４の上流側には、吸気マニホールドを含む吸気流路１４０が連通される。吸気流路１４０内には、スロットル弁１４２、および、スロットル弁１４２より上流側にエアクリーナ１４４が設けられる。スロットル弁１４２は、アクセル（図示せず）の開度に応じてアクチュエータにより開閉駆動される。エアクリーナ１４４にて浄化された空気は、吸気流路１４０、吸気ポート１２４を通じて燃焼室１１８に吸入される。

シリンダヘッド１０６には、燃料噴射口が燃焼室１１８に開口するようにインジェクタ１５０が設けられるとともに、先端が燃焼室１１８内に位置するように点火プラグ１５２が設けられる。インジェクタ１５０から燃焼室１１８に噴射された燃料は、吸気ポート１２４から燃焼室１１８に供給された空気と混ざり混合気となる。そして、所定のタイミングで点火プラグ１５２が点火され、燃焼室１１８内で生成された混合気に含まれる燃料が燃焼される。かかる燃焼により、ピストン１１４が往復運動を行い、その往復運動が、コネクティングロッド１１６を通じてクランクシャフト１２２の回転運動に変替される。

スターターモータ１５４（モータ）は、エンジンＥの始動をアシストする。具体的に、スターターモータ１５４は、エンジンＥを始動する際にクランクシャフト１２２を所定の回転数まで回転させる。また、本実施形態において、スターターモータ１５４は、後述する暖機処理の開始条件を満たすと、クランクシャフト１２２を回転させる。

排気ポート１２６の下流側には、排気マニホールドを含む排気流路１６０が連通され、排気流路１６０内に触媒１６２が設けられる。燃焼室１１８で生じた燃焼後の排気ガスは、排気ポート１２６、排気流路１６０を通じて外部へ排出される。したがって、排気ガスは、排気流路１６０の通過過程で、触媒１６２によって浄化された後、不図示のマフラを通じて外部に排出されることとなる。

ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）流路１７０は、排気流路１６０における触媒１６２の下流側の流路と、吸気流路１４０におけるスロットル弁１４２の下流側の流路とを連通させる流路である。ＥＧＲ流路１７０は、排気流路１６０を流通する排気ガスの一部を吸気流路１４０に還流させる（以下、還流させた排気ガスを「ＥＧＲガス」と称する）。

ＥＧＲ流路１７０には、ＥＧＲクーラ１７２が設けられており、ＥＧＲクーラ１７２で冷却されたＥＧＲガスは、吸気流路１４０、吸気ポート１２４を通じて燃焼室１１８に還流する。ＥＧＲバルブ１７４は、ＥＧＲ流路１７０におけるＥＧＲクーラ１７２の下流側に設けられ、ＥＧＲ流路１７０の流路幅を調整することで、ＥＧＲ流路１７０を流れるＥＧＲガスの流量を制御する。ＥＧＲクーラ１７２は、エンジンＥが起動されている間、駆動され、後述する暖機処理が実行されている間、停止される。

また、エンジンシステム１００には、クランク角センサ２５０、エンジン起動スイッチセンサ２５２、暖機処理開始スイッチセンサ２５４が設けられる。クランク角センサ２５０は、クランクシャフト１２２のクランク角を検出し、クランク角に応じた検出信号をＥＣＵ１０に出力する。エンジン起動スイッチセンサ２５２は、不図示のエンジン起動スイッチがオンされると、エンジン起動スイッチがオンされたことを示すエンジン起動スイッチオン信号をＥＣＵ１０に出力する。また、エンジン起動スイッチセンサ２５２は、エンジン起動スイッチがオフされると、エンジン起動スイッチがオフされたことを示すエンジン起動スイッチオフ信号をＥＣＵ１０に出力する。暖機処理開始スイッチセンサ２５４は、不図示の暖機処理開始スイッチがオンされたことを示す暖機処理開始スイッチオン信号をＥＣＵ１０に出力する。

ＥＣＵ１０は、クランク角センサ２５０、エンジン起動スイッチセンサ２５２、暖機処理開始スイッチセンサ２５４から出力された信号を取得してエンジンＥを制御する。ＥＣＵ１０は、エンジンＥを制御する際、信号取得部１２、駆動制御部１４、バルブ制御部１６として機能する。

信号取得部１２は、クランク角センサ２５０、エンジン起動スイッチセンサ２５２、暖機処理開始スイッチセンサ２５４が検出した値を示す信号を取得する。駆動制御部１４は、エンジンＥが駆動されている間（エンジン起動スイッチオン信号を取得してからエンジン起動スイッチオフ信号を取得するまでの期間、以下、「通常運転中」という）、信号取得部１２が取得した信号に基づいて、スロットル弁用アクチュエータ（図示せず）、インジェクタ１５０、点火プラグ１５２を制御する。また、駆動制御部１４（モータ制御部）は、暖機処理の開始条件を満たした場合に、スターターモータ１５４を駆動する。

バルブ制御部１６は、クランク角センサ２５０から取得した信号に基づき、吸気弁駆動機構１３４および排気弁駆動機構１３６を駆動制御し、吸気弁１２８および排気弁１３０の開閉時期およびリフト量（開度）を制御する。また、バルブ制御部１６は、ＥＧＲバルブ１７４を制御する。

以下、通常運転中および暖機処理における、駆動制御部１４およびバルブ制御部１６による制御について説明する。

図２は、バルブ制御部１６による吸気弁１２８および排気弁１３０の開閉制御を説明する図である。図２（ａ）は、エンジンＥが駆動されている期間の開閉制御を示す。図２（ｂ）は、エンジンＥの始動前に実行される暖機処理中の開閉制御を示す。なお、図２（ａ）、図２（ｂ）中、吸気弁１２８のリフト量の変化を破線で示し、排気弁１３０のリフト量の変化を実線で示す。

（通常運転中）
駆動制御部１４は、通常運転中、信号取得部１２が取得した信号に基づいて、スロットル弁用アクチュエータ、インジェクタ１５０、点火プラグ１５２を制御する。なお、通常運転中、スターターモータ１５４は停止される。

バルブ制御部１６は、通常運転中、ＥＧＲバルブ１７４を所定の開度に制御する。また、バルブ制御部１６は、通常運転中、図２（ａ）に示すように、クランク角が、下死点に相当する角度ＢＤＣ１より所定角度前に排気弁１３０が開弁を開始し、上死点に相当する角度ＴＤＣ１に達してから所定角度進角後に排気弁１３０が閉弁するように、排気弁駆動機構１３６を駆動制御する。こうして、排気行程が遂行される。また、バルブ制御部１６は、クランク角が角度ＴＤＣ１に達するより所定角度前に吸気弁１２８が開弁を開始し、次の下死点に相当する角度ＢＤＣ２に達してから所定角度進角後に吸気弁１２８が閉弁するように、吸気弁駆動機構１３４を駆動制御する。こうして、吸気行程が遂行される。

そして、バルブ制御部１６は、圧縮行程が終了し、膨張行程の途中、つまり、角度ＢＤＣ２の次の下死点に相当する角度ＢＤＣ３に達するより所定角度前に排気弁１３０が開弁を開始し、上死点に相当する角度ＴＤＣ３に達してから所定角度進角後に排気弁１３０が閉弁するように、排気弁駆動機構１３６を駆動制御する。また、バルブ制御部１６は、角度ＴＤＣ２の次の上死点に相当する角度ＴＤＣ３に達するより所定角度前に吸気弁１２８が開弁を開始し、下死点に相当する角度ＢＤＣ３に達してから所定角度進角後に吸気弁１２８が閉弁するように、吸気弁駆動機構１３４を駆動制御する。

つまり、通常運転中に、バルブ制御部１６は、ピストン１１４が２往復する間（つまり、クランクシャフト１２２が２回転する間）に、吸気弁１２８および排気弁１３０が１回ずつ開閉されるように、吸気弁駆動機構１３４、排気弁駆動機構１３６を駆動制御する。

（暖機処理）
ＥＣＵ１０は、所定の開始条件を満たすと暖機処理を開始する。ここで、開始条件は、エンジンＥが停止しており、かつ、暖機処理開始スイッチオン信号を取得したことである。

駆動制御部１４は、開始条件を満たすと、スターターモータ１５４の駆動を開始して、クランクシャフト１２２の回転を開始させる。なお、駆動制御部１４は、暖機処理中、スロットル弁１４２を閉弁させた状態でスロットル弁用アクチュエータを停止させ、また、インジェクタ１５０、点火プラグ１５２の制御を行わない。

バルブ制御部１６は、開始条件を満たすと、ＥＧＲバルブ１７４を開弁する。また、バルブ制御部１６は、暖機処理中、図２（ｂ）に示すように、クランク角が、角度ＢＤＣ１（下死点：－１８０度）に達した後であって角度ＴＤＣ１（上死点：０度）に達するより所定角度前（例えば、－１０度）に排気弁１３０が開弁を開始し、角度ＢＤＣ２（下死点：１８０度）に到達する前に（例えば、開弁してから１２０度進角した後）排気弁１３０を閉弁するように、排気弁駆動機構１３６を駆動制御する。例えば、バルブ制御部１６は、クランク角が－１０度から１１０度である間、排気弁１３０を開弁する。なお、この際、バルブ制御部１６は、角度ＴＤＣ１（上死点：０度）から角度ＢＤＣ２（下死点：１８０）に向かうピストン下降行程に排気弁１３０のリフト量が最大値（最大リフト時期）となるように、排気弁駆動機構１３６を駆動制御する。つまり、バルブ制御部１６は、排気弁１３０の開弁時期および閉弁時期を、通常運転中（エンジンが駆動している場合）における排気弁１３０の開弁時期および閉弁時期より遅角させる。

また、バルブ制御部１６は、クランク角が、角度ＴＤＣ１（上死点：０度）に達した後であって、排気弁１３０のリフト量が最大値となった後に吸気弁１２８が開弁を開始し、角度ＢＤＣ２（下死点：１８０度）に到達する前に（例えば、開弁してから１２０度進角した後）、吸気弁１２８が閉弁するように吸気弁駆動機構１３４を駆動制御する。例えば、バルブ制御部１６は、クランク角が６０度から１８０度である間、吸気弁１２８を開弁する。

同様に、バルブ制御部１６は、角度ＢＤＣ２（下死点：１８０度）に達した後であって角度ＴＤＣ２（上死点：３６０度）に達するより所定角度前に排気弁１３０が開弁を開始し、角度ＢＤＣ３（下死点：５４０度）に到達する前に排気弁１３０を閉弁するように、排気弁駆動機構１３６を駆動制御する。

つまり、バルブ制御部１６は、ピストン下降行程の第１の所定のクランク角区間で吸気弁１２８を開弁させ、次のピストン下降行程において、第１の所定クランク角区間よりも進角された第２の所定クランク角区間で排気弁１３０を開弁させる。

また、バルブ制御部１６は、クランク角が、角度ＴＤＣ２（上死点：３６０度）に達した後であって、排気弁１３０のリフト量が最大値となった後に吸気弁１２８が開弁を開始し、角度ＢＤＣ３（下死点：５４０度）に到達する前に吸気弁１２８が閉弁するように吸気弁駆動機構１３４を駆動制御する。

つまり、暖機処理において、バルブ制御部１６は、クランク角に応じた吸気弁１２８および排気弁１３０の開弁時間が通常運転中より短くなるように、吸気弁駆動機構１３４、排気弁駆動機構１３６を駆動制御する。

このように、暖機処理を実行することで、燃焼室１１８内に吸気された空気が圧縮され、圧縮熱によって加熱される。そして、上死点の近傍において排気弁１３０を開弁することにより、圧縮され、加熱された空気を、排気流路１６０を通じて触媒１６２に導くことができる。これにより、エンジンＥの始動前に触媒１６２を暖機することが可能となる。

また、上記したように、暖機処理中、バルブ制御部１６は、ピストン１１４が１往復する間（つまり、クランクシャフト１２２が１回転する度）に、吸気弁１２８および排気弁１３０が１回ずつ開閉されるように、吸気弁駆動機構１３４、排気弁駆動機構１３６を駆動制御する。これにより、単に吸気弁１２８と排気弁１３０との開閉タイミングを変え、通常運転中と同様に、ピストン１１４が２往復する間に、吸気弁１２８および排気弁１３０を１回ずつ開閉する場合と比較して、加熱された空気を大量に触媒１６２に導くことができる。したがって、効率よく、触媒１６２を暖機することが可能となる。

また、ＥＧＲ流路１７０を備える構成により、触媒１６２を通過した空気を、ＥＧＲ流路１７０を通じて燃焼室１１８に還流させることができる、つまり、加熱された空気を、燃焼室１１８と、触媒１６２とに循環させることができる。これにより、触媒１６２を効率よく暖機することが可能となる。

そして、ＥＣＵ１０（駆動制御部１４、バルブ制御部１６）は、エンジン起動スイッチオン信号を取得すると、暖機処理を終了して、通常運転を開始（エンジンＥを始動）する。

以上説明したように、本実施形態のエンジンシステム１００によれば、エンジンＥの始動前に触媒１６２を暖機することができ、エンジンＥの始動から触媒１６２が活性温度に到達するまでの時間を短縮することが可能となる。

また、燃焼室１１８で空気が加熱されるため、エンジンＥのシリンダブロック１０２内を通過する冷却水をエンジンＥの始動前に予熱することができる。これにより、エンジンシステム１００が搭載される車両の暖房装置を効率よく運転することが可能となる。

さらに、燃焼室１１８で空気が加熱されるため、エンジンＥの油圧機構や潤滑油に用いられるオイルをエンジンＥの始動前に予熱することができる。これにより、油圧機構を使用できるまでの時間を短縮することが可能となる。また、潤滑油による潤滑箇所（例えば、エンジンＥや無段変速機（ＣＶＴ））におけるフリクション（摩擦）を低減することができる。これにより、燃費を向上させることが可能となる。

（第２の実施形態）
上記第１の実施形態において、吸気弁１２８および排気弁１３０が電磁駆動式のバルブである場合を例に挙げて説明した。しかし、吸気弁１２８および排気弁１３０をカムで往復動させる（開閉する）こともできる。

図３は、第２の実施形態にかかるエンジンシステム３００を説明する図である。なお、図３中、信号の流れを破線の矢印で示す。なお、上記第１の実施形態で説明した構成要素と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。

エンジンシステム３００において、シリンダヘッド１０６および不図示のヘッドカバーに囲まれた空間内には、吸気カムシャフト３４０に固定された吸気弁用カム３３４、および、排気カムシャフト３４２に固定された排気弁用カム３３６が設けられる。吸気カムシャフト３４０、排気カムシャフト３４２は、不図示のタイミングチェーンを介してクランクシャフト１２２に連結されており、クランクシャフト１２２の回転に伴って回転する。

吸気弁用カム３３４は、ロッカーアームを介して吸気弁１２８の軸端に当接されており、吸気カムシャフト３４０によって回転されることで吸気弁１２８を軸方向に移動させる。吸気弁１２８は、軸方向に移動して、吸気ポート１２４と燃焼室１１８との間を開閉する。排気弁用カム３３６は、ロッカーアームを介して、排気弁１３０の軸端に当接されており、排気カムシャフト３４２によって回転されることで排気弁１３０を軸方向に移動させる。排気弁１３０は、軸方向に移動して、排気ポート１２６と燃焼室１１８との間を開閉する。

図４は、吸気弁用カム３３４および排気弁用カム３３６を説明する図である。図４（ａ）は、吸気弁用カム３３４を説明する図であり、図４（ｂ）は、排気弁用カム３３６を説明する図である。

吸気弁用カム３３４は、図４（ａ）に示すように、通常運転用吸気カム３５０と、暖機処理用吸気カム３５２とで構成される。通常運転用吸気カム３５０は、吸気カムシャフト３４０に固定されるベース部３５０ａと、ベース部３５０ａから径方向外方に突出した１つのカム山３５０ｂとで構成される。暖機処理用吸気カム３５２は、吸気カムシャフト３４０に固定されるベース部３５２ａと、ベース部３５２ａから径方向外方に突出した２つのカム山３５２ｂ、３５２ｃとで構成される。カム山３５２ｂとカム山３５２ｃとは、位相を１８０度異ならせてベース部３５２ａに設けられる。吸気カムシャフト３４０の軸中心からカム山３５２ｂの頂部までの長さＬＩ２（吸気カムシャフト３４０の軸中心からカム山３５２ｃの頂部までの長さＬＩ２）は、吸気カムシャフト３４０の軸中心からカム山３５０ｂの頂部までの長さＬＩ１より短い。

排気弁用カム３３６は、図４（ｂ）に示すように、通常運転用排気カム３６０と、暖機処理用排気カム３６２とで構成される。通常運転用排気カム３６０は、排気カムシャフト３４２に固定されるベース部３６０ａと、ベース部３６０ａから径方向外方に突出した１つのカム山３６０ｂとで構成される。通常運転用排気カム３６０は、通常運転用吸気カム３５０と実質的に等しい形状である。つまり、排気カムシャフト３４２の軸中心からカム山３６０ｂの頂部までの長さＬＥ１は、吸気カムシャフト３４０の軸中心からカム山３５０ｂの頂部までの長さＬＩ１と等しい。

暖機処理用排気カム３６２は、排気カムシャフト３４２に固定されるベース部３６２ａと、ベース部３６２ａから径方向外方に突出した２つのカム山３６２ｂ、３６２ｃとで構成される。カム山３６２ｂとカム山３６２ｃとは、位相を１８０度異ならせてベース部３６２ａに設けられる。暖機処理用排気カム３６２は、暖機処理用吸気カム３５２と実質的に等しい形状である。つまり、排気カムシャフト３４２の軸中心からカム山３６２ｂの頂部までの長さＬＥ２（排気カムシャフト３４２の軸中心からカム山３６２ｃの頂部までの長さＬＥ２）は、長さＬＩ２と等しく、長さＬＥ１（長さＬＩ１）より短い。通常運転用排気カム３６０および暖機処理用排気カム３６２は、カム山３６０ｂと、カム山３６２ｂ（カム山３６２ｃ）との位相を異ならせて排気カムシャフト３４２に固定される。

つまり、暖機処理用吸気カム３５２による吸気弁１２８のリフト量は、通常運転用吸気カム３５０による吸気弁１２８のリフト量より短い。同様に、暖機処理用排気カム３６２による排気弁１３０のリフト量（第２リフト量）は、通常運転用排気カム３６０による排気弁１３０のリフト量（第１リフト量）より短い。つまり、暖機処理用排気カム３６２による排気弁１３０のリフト時間（第２リフト時間）は、通常運転用排気カム３６０による排気弁１３０のリフト時間（第１リフト時間）より短い。

通常運転用吸気カム３５０と暖機処理用吸気カム３５２とは、不図示の切替機構によって、吸気弁１２８との当接、非当接が切り替えられる。同様に、通常運転用排気カム３６０と、暖機処理用排気カム３６２とは、不図示の切替機構によって、排気弁１３０との当接、非当接が切り替えられる。切替機構は、バルブリフト切り替え式ロッカーアーム（タペット）等既存の様々な技術を利用することができるため、ここでは、詳細な説明を省略する。なお、１つの吸気弁１２８に対して、通常運転用吸気カム３５０、暖機処理用吸気カム３５２が１組設けられ、１つの排気弁１３０に対して、通常運転用排気カム３６０、暖機処理用排気カム３６２が１組設けられる。

図３に戻って説明すると、バルブ制御部３６は、通常運転中において、切替機構を駆動制御し、通常運転用吸気カム３５０を吸気弁１２８に当接させ、通常運転用排気カム３６０を排気弁１３０に当接させる。つまり、バルブ制御部３６は、通常運転中において、暖機処理用吸気カム３５２を吸気弁１２８と非当接とし、暖機処理用排気カム３６２を排気弁１３０と非当接とする。

また、バルブ制御部３６は、暖機処理中において、切替機構を駆動制御し、暖機処理用吸気カム３５２を吸気弁１２８に当接させ、暖機処理用排気カム３６２を排気弁１３０に当接させる。つまり、バルブ制御部３６は、暖機処理中において、通常運転用吸気カム３５０を吸気弁１２８と非当接とし、通常運転用排気カム３６０を排気弁１３０と非当接とする。

このように、暖機処理用排気カム３６２を構成することにより、上記第１の実施形態と同様に（図２（ｂ）参照）、クランク角が、角度ＢＤＣ１（下死点：－１８０度）に達した後であって角度ＴＤＣ１（上死点：０度）に達するより所定角度前（例えば、－１０度）に排気弁１３０が開弁を開始し、角度ＢＤＣ２（下死点：１８０度）に到達する前に（例えば、開弁してから１２０度進角した後）排気弁１３０が閉弁される。また、暖機処理用排気カム３６２は、角度ＴＤＣ１（上死点：０度）以降に排気弁１３０のリフト量が最大値となるように、つまり、角度ＴＤＣ１以降にカム山３６２ｂの頂部が排気弁１３０に当接するように、ロッカーアームに固定される。

また、上記したように暖機処理用吸気カム３５２を構成することにより、上記第１の実施形態と同様に（図２（ｂ）参照）、クランク角が、角度ＴＤＣ１（上死点：０度）に達した後であって、排気弁１３０のリフト量が最大値となった後に吸気弁１２８が開弁を開始し、角度ＢＤＣ２（下死点：１８０度）に到達する前に（例えば、開弁してから１２０度進角した後）吸気弁１２８が閉弁される。

同様に、角度ＢＤＣ２（下死点：１８０度）に達した後であって角度ＴＤＣ２（上死点：３６０度）に達するより所定角度前に排気弁１３０が開弁を開始し、角度ＢＤＣ３（下死点：５４０度）に到達する前に排気弁１３０を閉弁される。また、クランク角が、角度ＴＤＣ２（上死点：３６０度）に達した後であって、排気弁１３０のリフト量が最大値となった後に吸気弁１２８が開弁を開始し、角度ＢＤＣ３（下死点：５４０度）に到達する前に吸気弁１２８が閉弁される。

また、上記したように、暖機処理用吸気カム３５２のカム山３５２ｂ、３５２ｃの長さＬＩ２は、通常運転用吸気カム３５０のカム山３５０ｂの長さＬＩ１より短く、暖機処理用排気カム３６２のカム山３６２ｂ、３６２ｃの長さＬＥ２は、通常運転用排気カム３６０のカム山３６０ｂの長さＬＥ１より短い。

つまり、暖機処理において、排気弁１３０の開弁時期および閉弁時期を、通常運転中における排気弁１３０の開弁時期および閉弁時期より遅角させるように、通常運転用排気カム３６０、暖機処理用排気カム３６２が構成される。また、暖機処理において、ピストン下降行程の第１の所定のクランク角区間で吸気弁１２８を開弁させ、次のピストン下降行程において、第１の所定クランク角区間よりも進角された第２の所定クランク角区間で排気弁１３０を開弁させるように、通常運転用吸気カム３５０、暖機処理用吸気カム３５２、通常運転用排気カム３６０、暖機処理用排気カム３６２が構成される。

また、上記したように、暖機処理用吸気カム３５２および暖機処理用排気カム３６２には、カム山が２つずつ設けられている。したがって、暖機処理において、ピストン１１４が１往復する間（つまり、クランクシャフト１２２が１回転する間）に、吸気弁１２８および排気弁１３０が１回ずつ開閉されることになる。

以上説明したように、本実施形態にかかるエンジンシステム３００によれば、開始条件を満たした場合に、通常運転用吸気カム３５０から暖機処理用吸気カム３５２に切り替えるとともに、通常運転用排気カム３６０から暖機処理用排気カム３６２に切り替えることで、上死点の近傍において排気弁１３０を開弁することができる。これにより、燃焼室１１８において圧縮され、加熱された空気を、排気流路１６０を通じて触媒１６２に導くことができる。したがって、エンジンＥの始動前に触媒１６２を暖機することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態において、モータとしてスターターモータ１５４を例に挙げて説明した。しかし、エンジンＥの始動前（停止中）にクランクシャフト１２２を回転させることができれば、モータに限定はない。例えば、エンジンＥおよび電動機を動力源としたハイブリッド車の電動機をモータとして利用してもよい。

また、上記実施形態において、エンジンシステム１００、３００が、ＥＧＲ流路１７０およびＥＧＲバルブ１７４を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、ＥＧＲ流路１７０、ＥＧＲバルブ１７４は必須の構成ではない。

また、上記実施形態において、下死点より後であって上死点に達する前に排気弁１３０を開弁する構成を例に挙げて説明した。しかし、排気弁１３０は、上死点と同時、または上死点に達した後に開弁されてもよい。いずれにせよ、上死点から下死点に向かう間に吸気弁１２８の開弁を開始させ、吸気弁１２８の開弁開始より前に排気弁１３０の開弁を開始させ、上死点から下死点に向かう間に排気弁１３０を閉弁させればよい。また、上死点以降に排気弁１３０のリフト量の最大値となり、下死点に到達する前に排気弁１３０が閉弁されていればよい。さらに、下死点に到達するまでに吸気弁１２８が閉弁されるとよい。

また、上記実施形態では、暖機処理において、クランクシャフト１２２が１回転する間に、吸気弁１２８および排気弁１３０が１回ずつ開閉される場合を例に挙げて説明した。しかし、クランクシャフト１２２が２以上回転する間に、吸気弁１２８および排気弁１３０が１回ずつ開閉されてもよい。例えば、暖機処理用吸気カム３５２に１つのカム山３５２ｂのみを設け、暖機処理用排気カム３６２に１つのカム山３６２ｂのみを設けてもよい。

また、上記第２の実施形態において、通常運転用排気カム３６０を暖機処理用排気カム３６２に切り替えることで、排気弁１３０のリフト量を変化させる構成を例に挙げて説明した。しかし、排気弁１３０を電磁駆動式のバルブとして、排気弁１３０のリフト時間（リフト量）を変化させてもよい。

また、上記実施形態において、暖機処理中において、吸気弁１２８の開弁時間と、排気弁１３０の開弁時間とが実質的に等しい場合を例に挙げて説明した。しかし、吸気弁１２８の開弁時間と、排気弁１３０の開弁時間とが異なっていてもよい。

また、上記実施形態において、エンジンシステム１００、３００が暖機処理開始スイッチセンサ２５４を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、暖機処理開始スイッチセンサ２５４は、必須の構成ではない。例えば、エンジンＥが停止しており、かつ、信号取得部１２がエンジン起動スイッチオン信号を取得したことを暖機処理の開始条件とし、暖機処理の経過時間が所定時間（例えば、３０秒）に到達したら暖機処理を終了して、エンジンＥを始動させてもよい。

本発明は、エンジンの排気流路に触媒を備えるエンジンシステムに利用できる。

Ｅ エンジン
１４ 駆動制御部（モータ制御部）
１６ バルブ制御部
３６ バルブ制御部
１００ エンジンシステム
１２２ クランクシャフト
１２４ 吸気ポート
１２６ 排気ポート
１２８ 吸気弁
１３０ 排気弁
１５４ スターターモータ（モータ）
１６０ 排気流路
１６２ 触媒
３００ エンジンシステム

Claims (3)

1. エンジンの吸気ポートを開閉する吸気弁と、
   前記エンジンの排気ポートを開閉する排気弁と、
   クランクシャフトを回転させるモータと、
   前記排気ポートと連通する排気流路に設けられた触媒と、
   前記エンジンが停止していることを含む所定の開始条件を満たした場合に、前記モータを駆動するモータ制御部と、
   前記開始条件を満たして前記モータを駆動している間、前記排気弁の開弁時期および閉弁時期を、前記エンジンが駆動している場合における前記排気弁の開弁時期および閉弁時期より遅角させる暖機処理を行うバルブ制御部と、
   を備え、
   前記バルブ制御部は、前記暖機処理を行う場合に、
   前記排気弁の最大リフト時期が前記エンジンのピストンが上死点から下死点に向かうピストン下降行程となるように前記排気弁を駆動し、
   前記ピストン下降行程の第１の所定クランク角区間で前記吸気弁を開弁させ、次の前記ピストン下降行程において前記第１の所定クランク角区間よりも進角された第２の所定クランク角区間で前記排気弁を開弁させ、
   前記排気弁の最大リフト量および前記吸気弁の最大リフト量は、略等しい、エンジンシステム。
2. 前記排気弁のリフト時間を、第１リフト時間と、前記第１リフト時間よりも短い第２リフト時間とに切り替える切替機構を備え、
   前記バルブ制御部は、前記切替機構を制御して、前記エンジンが駆動している場合に前記排気弁のリフト時間を前記第１リフト時間で駆動し、前記暖機処理を行う場合に前記排気弁のリフト時間を前記第２リフト時間で駆動する請求項１に記載のエンジンシステム。
3. 前記バルブ制御部は、前記暖機処理を行う場合、前記クランクシャフトが１回転する度に、前記吸気弁および前記排気弁を１回ずつ開閉する請求項１に記載のエンジンシステム。

Images