JPH11324746A

JPH11324746A - 内燃機関の触媒活性化促進装置

Info

Publication number: JPH11324746A
Application number: JP10131781A
Authority: JP
Inventors: Suehiro Yamazaki; 末広山崎
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-05-14
Filing date: 1998-05-14
Publication date: 1999-11-26
Anticipated expiration: 2018-05-14
Also published as: JP3635923B2

Abstract

(57)【要約】【課題】可変バルブタイミング機構付エンジンの触媒
活性化促進。【解決手段】エンジン（１）が冷却水温が予め定めた
所定値以下、回転数、負荷が予め定めた所定値以下で運
転されているときは、バルブ特性制御装置（１００、１
００’）により吸気カムシャフト（５０）と排気カムシ
ャフト（５０’）の回転位相を変更して排気バルブと吸
気バルブのオーバーラップ期間を増大する。排気マニホ
ールド（６）は増大されたオーバーラップ期間に排気負
圧波が排気ポートに戻るようにされている。燃料はオー
バーラップ終了後に噴射され、その量は微濃空燃比とな
るようにされている。排気管に吹き抜けた新気が、次点
火気筒の排気ガスに混合して燃焼し排気ガス温度を高め
触媒活性化を促進する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気系に
備えられた触媒の活性化を促進する触媒活性化促進装置
に関する、特に、吸気バルブおよび、または排気バルブ
の開弁期間を移動する可変バルブタイミング機構を備
え、吸気バルブと排気バルブが共に開弁しているオーバ
ーラップ期間が可変にされている機関における触媒活性
化促進装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】吸気バルブや排気バルブの開閉期間を運
転条件に応じて変更する、所謂、可変バルブタイミング
機構を備えたエンジンが公知である。そして、エンジン
の冷間時に、吸気バルブと排気バルブが両方とも開いて
いる、所謂、オーバーラップ期間を拡大して燃焼室内で
後燃えさせて、排気系に配設された触媒の活性化を促進
する装置が公知である。

【０００３】例えば、特開平５−５９９３６号公報に開
示されている装置では、冷間時に排気系の閉じのタイミ
ングを遅らせ排気バルブと吸気バルブのオーバーラップ
期間を拡大して触媒の活性化の促進をしている。また特
開平５−２１５００１号公報に開示されている装置で
は、冷間時に排気バルブと吸気バルブのオーバーラップ
期間を増大し、点火時期を遅角し触媒の活性化を促進し
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の各公
報の発明の考え方は、いずれもオーバーラップ期間の拡
大により排気ガスを新しい混合気に混入させる、いわゆ
る内部ＥＧＲを増大して、燃焼速度を遅らせ、その結
果、排気ガスの温度を上昇させようとするものである。
しかしながら、このような、オーバーラップ期間の拡大
だけでは、前記公報に記載のように上昇した排気ガスの
エネルギの多くはシリンダヘッドを介し冷却水に伝達さ
れてしまう。その結果本来の目的とする触媒活性化のた
めの触媒入口ガス温度の上昇に有効に作用しないという
問題がある。したがって、本発明の目的は冷間時に確実
に触媒の活性化を促進させることができる触媒活性化促
進装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明によれ
ば、運転状態に応じてバルブオーバーラップ期間を変更
する可変オーバーラップ機構を備えた機関の排気系に配
設された触媒の活性化促進装置であって、機関の暖機状
態を検出する機関暖機状態検出手段と、機関の運転状態
を検出する機関運転状態検出手段と、機関低速低負荷時
に排気ポート内圧力を吸気ポート内圧力よりも低下せし
めることが可能な排気圧力低下手段と、燃料噴射時期を
調整する燃料噴射時期調整手段と、燃料噴射量を調整す
るを燃料噴射量調整手段と、を具備し、機関が暖機未了
で、低速低負荷で運転されている場合に、バルブオーバ
ーラップ期間を拡大して吸入新気を排気管に吹き抜けさ
せるとともに、燃料がオーバーラップ後に噴射されるよ
うに燃料噴射時期を調整し、かつ、オーバーラップ後に
噴射された燃料が微濃空燃比で安定燃焼するように燃料
噴射量を調整するようにした触媒活性化促進装置が提供
される。この様に構成された触媒活性化促進装置では、
冷間時、拡大されたバルブオーバーラップ期間中に、排
気圧力低下手段によって排気ポートの圧力が吸気ポート
の圧力よりも低くされ、燃料はオーバーラップ後に噴射
される。その結果、オーバーラップ中に新気が排気管に
吹き抜け、吹き抜けた空気は別の気筒の排気ガスに混合
して燃焼し排気ガス温度を上昇し、触媒の活性化を促進
する。

【０００６】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
において、オーバーラップ拡大手段が、排気バルブ閉弁
時期変更手段と、吸気バルブ開弁時期変更手段と、から
成る触媒活性化促進装置が提供される。この様に構成さ
れた触媒活性化促進装置では、排気バルブ閉弁時期変更
手段と、吸気バルブ開弁時期変更手段によって、排気バ
ルブ閉弁時期と吸気バルブ開弁時期の両方を変更してオ
ーバーラップが拡大される。

【０００７】請求項３の発明によれば、請求項１の発明
において、排気圧力低下手段が、排気脈動による負圧波
が拡大されたバルブオーバーラップ期間中に排気ポート
に戻るように長さを最適化された排気管そのものである
触媒活性化促進装置が提供される。この様に構成された
触媒活性化促進装置では、排気管の長さが排気脈動によ
る負圧波が拡大されたバルブオーバーラップ期間中に排
気ポートに戻るようにされている。

【０００８】請求項４の発明によれば、請求項１の発明
において、排気圧力低下手段が、排気脈動による負圧波
が拡大されたバルブオーバーラップ期間中に排気ポート
に戻るように調整する、排気負圧波調整手段である触媒
活性化促進装置が提供される。この様に構成された触媒
活性化促進装置では、排気負圧波調整手段によって排気
脈動による負圧波が拡大されたバルブオーバーラップ期
間中に排気ポートに戻るようにされている。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を用いて本発明の
実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形
態の全体の構造を示す図である。エンジン１の吸気ポー
ト（図示せず）には、吸気管２、サージタンク３、吸気
マニホールド４を介して吸入空気が供給される。吸気管
２にはエアクリーナ５とエアフローメータ２１１と電子
スロットル２５１が配設されている。吸気マニホールド
４には各気筒毎に燃料噴射弁２５２が取り付けられてい
る。

【００１０】一方、エンジン１の排気ポート（図示しな
い）には排気マニホールド６が取り付けられている。こ
こで、このエンジンの点火の順序は＃１気筒→＃３気筒
→＃４気筒→＃２気筒の順であるが、これに対して、図
示される様に、排気マニホールド５は、＃１気筒と＃４
気筒が、＃２気筒と＃３気筒が、それぞれ等長的に一旦
集合され、それがさらに１本に集合されている。そし
て、低回転の低負荷時のオーバーラップ期間中に排気ポ
ートが負圧になるよう長さが最適にされている。

【００１１】排気マニホールド６の下流に接続された排
気管７内には触媒８が配設されている。触媒８の上流に
は空燃比センサ２１５が配設されていて、空燃比センサ
２１５の信号をもとに、触媒８が最適に浄化作用をおこ
なうように燃料噴射弁２５２の燃料噴射量がフィードバ
ック制御される。また、エンジン１の各気筒に対してイ
グナイタ一体式の点火栓２５３が配設されている。３０
０で示されているのは自動変速である。

【００１２】また、エンジン１には、特に、本発明に係
わるものとして、前述した、エアフローメータ２１１の
他に、クランクシャフトの角度位置を検出するクランク
ポジションセンサ２１２、エンジンの冷却水温を検出す
る水温センサ２１３、吸気カムシャフト５０、排気カム
シャフト５０’の位相を検出するカム角センサ２１４、
２１４’等のセンサが配設されていて、これらのセンサ
からの信号は電子制御ユニット（ＥＣＵ）２００に送ら
れる。

【００１３】エアフローメータ２１１は負荷としての吸
入空気量ＧＡに応じた信号電圧を発生する。クランクポ
ジションセンサ２１２は構造の詳細は省略するが、例え
ば、クランクシャフトに取り付けられた信号発生円板の
突起に近接して電磁ピックアップが配され、この電磁ピ
ックアップが突起が通過する毎に信号電圧を発生する。
信号発生円板の突起は１０°毎に設けられているが、２
つ欠歯しているので３４個ある。欠歯箇所は例えば１番
気筒の上死点に対して所定の角度位置に設けられている
ので、欠歯箇所が発した信号から上死点を正確に求める
もとができる。そして、１０°おきに発生される信号は
さらに分周され計測時点の上死点からのクランク角度を
精確にもとめることができる。

【００１４】エンジン水温センサ２１３はエンジン１の
冷却水温ＴＷに対応した信号を発生する。吸気カム角セ
ンサ２１４と排気カム角センサ２１４’は、カムシャフ
トの適切な場所に設けられた信号発生突起に近接して電
磁ピックアップが突起が通過する毎に信号電圧を発生す
るというものである。この突起は、カムシャフトの１回
転につき１回、すなわちクランクシャフト２回転につき
１回信号を発生する。この突起は、例えば、第１気筒の
カム山の最大リフト時に信号を発生する様に設けられて
いる。

【００１５】ＥＣＵ２００は相互に連結された入力イン
ターフェイス２１０、中央演算処理装置（ＣＰＵ）２２
０、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）２３０、リード
オンリメモリ（ＲＯＭ）２４０、出力インターフェイス
２５０から成るデジタルコンピュータである。

【００１６】ＥＣＵ２００のＣＰＵ２２０は、入力イン
ターフェイス２１０に入力され必要に応じて変換された
各センサの信号、ＲＯＭ２４０に記憶されたデータ等、
から後述する本発明にかかわる演算をおこない出力イン
ターフェイス２５０を介して、電子スロットル２５１、
点火栓２５３や後述のバルブ特性制御装置１００、１０
０’に出力して本発明の制御を実行する。

【００１７】また、吸気バルブ（図示しない）の開弁期
間の位相、および、排気バルブ（図示しない）の開弁期
間の位相を変えるために、全く同じ構造のベーンタイプ
のバルブ特性制御装置１００と１００’が、吸気カムシ
ャフト５０、排気カムシャフト５０’に取り付けられて
いる。そこで、以下、吸気カムシャフト５０に取り付け
られたバルブ特性制御装置１００を例にして説明する。

【００１８】図２は吸気カムシャフト５０に取り付けら
れたこのベーンタイプのバルブ特性制御装置１００を吸
気カムシャフト５０の中心軸線Ｘを通る平面で切った断
面図である。図２を参照すると、クランクシャフト（図
示しない）によりチェーン（図示しない）を介して１／
２の回転比で駆動されるギア１０に、ギア１０と共働し
て進角油室１１０と遅角油室１２０を形成するハウジン
グ２０とサイドカバ−３０がＢ１（４本の内１本のみ図
示）により固定されている。ハウジング２０の内側には
ロータ４０が所定角度回動自在に配設されている。ロー
タ４０は吸気カムシャフト５０にボルトＢ２で固定され
ている。

【００１９】図３はサイドカバー３０とボルトＢ１、ボ
ルトＢ２を除去した状態でバルブ特性制御装置１を軸端
側（図１の左側）から見た図である。図３に示されるよ
うにハウジング２０は外周部２１と４つの内側突起部２
２からなる。内側突起部２２の内周側にはシール部材２
３が配設されている。２４はボルトＢ１が通る穴であ
る。図２においては、ハウジング２０は吸気カムシャフ
ト５０の中心軸線Ｘよりも上側では外周部２１と内側突
起部２２が一体でシール部材２３と共に示され、吸気カ
ムシャフト５０の中心軸線Ｘよりも下側ではハウジング
２０は外周部２１が示されており、破線２０’は外周部
２１と内側突起部２２の境目である。

【００２０】また、図３に示されるように、ロータ４０
はボス４１とそこから放射状に外側に突き出た４つのベ
ーン４２から成る。各ベーン４０の外周側にはシール部
材４３が配設されている。図２においては、ロータ４０
は、吸気カムシャフト５０の中心軸線Ｘよりも上側では
ボス４１のみが示され、吸気カムシャフト５０の中心軸
線Ｘよりも下側ではボス４１とベーン４２が一体でシー
ル部材４３と共に示されており、破線４０’はボス４１
とベーン４２の境目である。ロータ４０のボス４１には
進角時にカムシャフト内進角油路５５を通って来た作動
油をボス４１の中央部のボルトＢ２の周りに形成される
中央油室４４に導く２本の傾斜油路４５と、中央油室４
４から、ロータ４０のベーン４２とハウジング２０の内
側突起部２２の間に形成される、進角油室１１０に作動
油を導入する４本の分配油路４６が形成されている。

【００２１】図２に戻り吸気カムシャフト５０に注目す
ると、吸気カムシャフト５０は外側フランジ５１と内側
フランジ５２の間で、半割りの上側メタルベアリング６
０Ａ、下側メタルベアリング６０Ｂを介して、シリンダ
ヘッド７０とカムキャップ８０により回転自在に支持さ
れている。そして、外側フランジ５１と内側フランジ５
２の間で、内側フランジ５２に近い方に環状進角油路５
３が、外側フランジ５２に近い方に環状遅角油路５４が
形成されている。環状進角油路５３は中心軸線Ｘに平行
に形成されたカムシャフト内進角油路５５と短い油路５
５ａを介して連通している。そしてカムシャフト内進角
油路５５はロータ４０の傾斜油路４５に連通している。
環状遅角油路５４は中心軸線Ｘに平行に形成されたカム
シャフト内遅角油路５６と短い油路５６ａを介して連通
している。カムシャフト内進角油路５６は外側フランジ
５１よりも軸端側に設けられている軸端側環状遅角油路
５７に連通している。軸端側環状遅角油路５７は、ギヤ
１０の内周側に設けられたギヤ内環状油路１１とギヤ内
分配油路１２を介して、遅角油室１２０に連通してい
る。

【００２２】一方、シリンダヘッド７０には各油室への
作動油の供給を制御するオイルコントロールバルブ９０
が嵌入されている。図４にオイルコントロールバルブ９
０の詳細を示す。図４に示されているようにオイルコン
トロールバルブ９０はスリーブ９１内で電磁ソレノイド
９２のプランジャ９３とスプリング９４によってスプー
ル弁９５を移動して作動油の流れ方向を切り換える。

【００２３】スリーブ９１は進角ポート９１ａ、遅角ポ
ート９１ｂ、供給ポート９１ｃ、ドレインポート９１
ｄ、９１ｅを有している。一方、スプール弁９５は、４
つのランド９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄと、３つの
溝通路９５ｅ、９５ｅ、９５ｆを有する。そして電磁ソ
レノイド９２は電子コントロールユニット（以下ＥＣ
Ｕ）２００からの信号によりデューテイ制御で励磁され
るがそのデューティ比を変えることによりスプール弁９
５の位置が変化させて作動油の進角油室１１０、遅角油
室１２０への給排を制御する。

【００２４】例えば、デューティ比１００％で励磁され
るとスプール弁９５は最も左側まで移動し進角ポート９
１ａは全開で供給ポート９１ｃと連通され、遅角ポート
９１ｂが全開でドレインポート９１ｅと連通され、バル
ブ特性制御装置１００の進角油室１１０に向けて作動油
が最大能力で供給され、遅角油室１２０から作動油が最
大能力で排出され、吸気カムシャフト５０はクランクシ
ャフトに対して最大速度で進角方向に移動する。また、
デューテイ比０％（励磁されない）の場合は、スプール
弁９５は最も右側まで移動し供給ポート９１ｃと遅角ポ
ート９１ｂが全開で連通され、進角ポート９１ａがドレ
インポート９１ｄと全開で連通され、バルブ特性制御装
置１００の遅角油室１２０に向けて作動油が最大能力で
供給され、進角油室１１０から作動油が最大能力で排出
され、吸気カムシャフト５０はクランクシャフトに対し
て最大速度で遅角方向に移動する。図４はこの供給ポー
ト９１ｃと遅角ポート９１ｂが全開で連通された状態を
示している。

【００２５】一方、エンジン１は吸気カムシャフト５０
のクランクシャフトに対する位相差を検出するカム角セ
ンサ２１４を有していて（図１参照）、吸気カムシャフ
ト５０のクランクシャフトに対する位相差が予め定めた
位相差になると、電磁ソレノイド９２は中間のデューテ
イ比で励磁されスプール弁９５はランド９５ａ、９５
ｂ、９５ｃ、９５ｄによって、進角ポート９１ａと供給
ポート９１ｃ、ドレインポート９１ｄとの連通をそれぞ
れ遮断し、遅角ポート９１ｂと供給ポート９１ｃ、ドレ
インポート９１ｄとの連通をそれぞれ遮断する位置で停
止し、吸気カムシャフト５０はクランクシャフトに対し
てその位相差を保つ。

【００２６】図２において、７１で示されるのはオイル
コントロールバルブ９０の進角ポート９１ａと吸気カム
シャフト５０に形成された環状進角油路５３を連通する
ためのシリンダヘッド内進角油路である。また、７２で
示されるのはオイルコントロールバルブ９０の遅角ポー
ト９１ｂと吸気カムシャフト５０に形成された環状遅角
油路５４を連通するためのシリンダヘッド内遅角油路で
ある。同じく、図２において７３で示されるのはオイル
コントロールバルブ９０の供給ポート９１ｃとオイルポ
ンプ（図示しない）を連通するための供給油路であり、
７４で示されるのはオイルコントロールバルブ９０のド
レーンポート９１ｄ、９１ｅとオイルパンを連通するた
めのドレーン油路である。

【００２７】図５は図２の４−４線に沿って見た断面図
であって、環状進角油路５３とシリンダヘッド内進角油
路７１との連通、および、環状遅角油路５４とシリンダ
ヘッド内遅角油路７２との連通を示している。図４に示
されるように、シリンダヘッド内進角油路７１はオイル
コントロールバルブ９０の進角ポート９１ａからカムキ
ャップ８０に向かって上方に延伸しシリンダヘッド７０
の上面７６に突き抜けている。このシリンダヘッド内進
角油路７１と上側ベアリングメタル６０Ａの外側を結ぶ
ようにカムキャップ８０の下面８１に溝８２が形成され
ている。一方、上側ベアリングメタル６０Ａには穴６１
が形成されていて、穴６１の径は環状進角油路５３の幅
よりも大きく設定されている。そして、この穴６１とカ
ムキャップ８０の下面８１に溝８２を連通するように傾
斜油路８３が形成されている。

【００２８】一方、シリンダヘッド内遅角油路７２はオ
イルコントロールバルブ９０の進角ポート９１ａからカ
ムキャップ８０に向かって上方に延伸するが途中で斜め
に曲がって下側ベアリングメタル６０Ｂの外側の開口７
２ａに達している。上記の開口７２ａの径よりも幅の大
きな断面三日月状の溝７８が、この開口７２ａから軸端
方向に向かって、下側ベアリングメタル６０Ｂを受ける
シリンダヘッド７０の半円断面受け部７７に形成されて
いる。

【００２９】一方、下側ベアリングメタル６０Ｂには、
そのフランジ部６０Ｆが立ち上がる角部に切り欠き６２
が形成されている。切り欠きを軸方向から見た大きさは
少なくとも溝７８の三日月状の断面よりも大きく、切り
欠きを軸に直角な方向から見た時の幅は、この部分に内
接する吸気カムシャフト５０の環状遅角油路５４の幅よ
りも大きい。

【００３０】したがって、進角用の作動油はオイルコン
トロールバルブ９０の進角ポート９１ａから、シリンダ
ヘッド内油路７１、カムキャップ８０の溝８２、傾斜油
路８３、上側ベアリングメタル６０Ａの穴６１を通っ
て、吸気カムシャフト５０の環状進角油路５３に達す
る。環状進角油路５３からは短い連絡油路５５ａを通っ
てカムシャフト内進角油路５５に入って軸端方向に進
み、ロータ４０の傾斜油路４５を通って中央油室４４に
達し、そこから分配油路４６を通って各進角油室１１０
に分配される。

【００３１】また、遅角用の作動油はオイルコントロー
ルバルブ９０の遅角ポート９１ｂからシリンダヘッド内
油路７２から、断面三日月状の溝７８と下側ベアリング
メタル６０Ｂの背面の間に形成される油路７９に入って
軸端方向に進み、下側ベアリングメタル６０Ｂの軸端の
角部に形成された切り欠き６２を通って吸気カムシャフ
ト５０の環状遅角油路５４に達する。環状遅角油路５４
からは短い連絡油路５６ａを通ってカムシャフト内遅角
油路５６に入って軸端方向に進み、短い連絡油路５６ｂ
を通って軸端側環状遅角油路５７に達する。そこから
は、軸端側環状遅角油路５７に対向してギヤ１０に形成
された環状油路１１を経て傾斜分配油路１２に入り、各
遅角油室１２０に分配される。

【００３２】以下、上記の様に構成された、本発明の第
１の実施の形態の制御について説明する。ここで、第１
の実施の形態は、冷間時の低速、低負荷の運転条件にお
いて、オーバーラップ量を増大調整するとともに、燃料
の噴射はオーバーラップ後におこなって新気を排気管に
吹き抜けさせて、次に点火される気筒の排気ガスと混合
して燃焼させ排気ガス温度を上昇せしめ、触媒の活性化
を促進しようとするものである。

【００３３】以下、上記の触媒活性化の制御の詳細を説
明する。図６のフローチャートは触媒活性化促進が必要
かどうかを判定するためのものである。ステップ６１で
各パラメータの読み込みをおこない、ステップ６２では
エンジンの冷却水温ＴＷを予め定めた判定値ＴＷａと比
較し冷間状態かどうかを判定し、ステップ６３ではエン
ジン回転数ＮＥを予め定めた判定値ＮＥａと比較し、ス
テップ６４ではエンジン負荷としての吸入空気量ＧＡを
予め定めた判定値ＧＡａと比較し、ステップ６２、６
３、６４ですべて肯定判定された場合のみステップ６５
に進み、触媒活性化を促進するフラグフラグＦＣＣを１
にする。ステップ６２、６３、６４で否定判定された場
合は触媒の活性化促進が不要であるのでステップ６６で
フラグＦＣＣを０にして終了する。

【００３４】図７がステップ６２の判定のためのマップ
であり、図８がステップ６３、６４の判定のためのマッ
プである。図６のフローチャートで触媒の活性化促進を
実行すべきと判定された場合に実行されるオーバーラッ
プを拡大するルーチンのフローチャートが図９に示され
ている。

【００３５】次に、図９のフローチャートに示されるオ
ーバーラップ量の拡大について説明する。オーバーラッ
プ量の拡大は、例えば、図１０の（ａ）に示す様な状態
から，図１０の（ｂ）に示す様な状態にする。このため
には、吸気バルブの開弁期間を進角側にずらすと同時に
排気バルブ開弁期間を遅角側にずらす必要がある。そこ
で、吸気カムシャフト５０と排気カムシャフト５０’の
回転位相をそれぞれ、進角側と遅角側に移動する。この
カムシャフトの移動は、クランクポジションセンサ２１
２と吸気カム角センサ２１４と排気カム角センサ２１
４’で、吸気カムシャフト５０と排気カムシャフト５
０’の位相を検出しながらフィードバック制御でおこな
う。

【００３６】現在の吸気カムシャフト５０、排気カムシ
ャフト５０’の位相はクランクポジションセンサ２１２
からの信号と、吸気カム角センサ２１４、排気カム角セ
ンサ２１４’からの信号に基づいてもとめる。この位相
をあらわすパラメータとして＃１気筒の圧縮上死点から
吸気カム角センサ２１４、排気カム角センサ２１４’が
信号を発生する時点、すなわち＃１気筒のカムの最大リ
フト時点、までのクランク角を計算する。なお、圧縮上
死点は前述のようにクランクポジションセンサ２１２が
欠歯部の信号を発生してから所定のクランク角を過ぎた
点としてもとめる。

【００３７】一方、ＥＣＵ２００のＲＯＭ２４０には、
オーバーラップを大、中、小にするための吸気カムシャ
フト５０と排気カムシャフト５０’の位相が図１１に示
すように記憶されていて、触媒の活性化を促進する時に
は、オーバーラップを大にする位相を用い、図１０の
（ｂ）に示すようにオーバーラップを大にする。なお、
通常は、運転条件に応じて予め定めたオーバーラップで
運転される（図２３参照）。なお、図１１のマップには
前述のカムシャフトの位相の測定に用いたのと同じパラ
メータで、すなわち、＃１気筒の圧縮上死点から吸気カ
ム角センサ２１４、排気カム角センサ２１４’が信号を
発生する時点、すなわち＃１気筒のカムの最大リフト時
点、までのクランク角で、記憶されている。

【００３８】そして、マップからもとめたカムシャフト
の目標位相値に対して、実測したカムシャフトの位相が
遅れていた場合は、オイルコントロールバルブ９０の電
磁ソレノイド９２にデューテイ比１００％の励磁電流を
送る指令を出し、バルブタイミング制御装置１００の進
角油室１１０に作動油が流れるようにして、カムシャフ
トの位相を進めて目標の位相に近づける。逆に、マップ
からもとめたカムシャフトの目標位相値に対して、実測
したカムシャフトの位相が進んでいた場合は、オイルコ
ントロールバルブ９０の電磁ソレノイド９２を消磁する
指令を出して、バルブタイミング制御装置１００の遅角
油室１２０に作動油が流れるようにして、カムシャフト
の位相を遅らせ目標の位相に近づける。そして、カムシ
ャフトの位相が目標値と一致したら中間のデューテイ比
の励磁電流を送り、その位相を保持する。

【００３９】図１２、１３は、それぞれ、吸気カムシャ
フト５０の位相を最も進角する場合、吸気カムシャフト
５０’の位相を最も遅角する場合のバルブ特性制御装置
１００、１００’のバルブハウジング２０、２０’の内
側突起部２２、２２’とロータ４０、４０’のベーン４
２、４２’の相対位置関係を示している。なお、各図に
おいて、ハウジング２０、２０’ロータ４０、４０’は
図中矢印の様に時計周りに回転する。また各図において
は見やすくするために最小限の符号しか示していない。

【００４０】まず、図１２の様に吸気カムシャフト５０
の位相をもっとも進角する場合は、オイルコントロール
バルブ９０の電磁ソレノイド９２をデューテイ比１００
％で励磁し太い破線の矢印で示されるように導入された
作動油で進角油室１１０を満たし、逆に遅角油室１２０
の作動油をすべて排出し、その後、デューテイ比を中間
の値にしてその状態を保持する。

【００４１】一方、図１３の様に吸気カムシャフト５
０’の位相をもっとも遅角する場合は、オイルコントロ
ールバルブ９０’の電磁ソレノイド９２’を消磁し、太
い破線の矢印で示されるように導入された作動油で遅角
油室１２０’を満たし、逆に進角油室１１０’の作動油
をすべて排出し、その後、デューテイ比を中間の値にし
てその状態を保持する。

【００４２】なお、オイルコントロールバルブ９０、９
０’は電磁ソレノイド９２、９２’をデューテイ比を１
００％に励磁してはじめて進角ポート９１ａ、９１ａ’
が開く、また、０％（消磁）ではじめて遅角ポート９１
ｂ、９１ｂ’が開く，というものではなく、１００％よ
りも低い、あるいは０％よりも大きい、デューテイ比か
ら徐々に開き始め、１００％、０％（消磁）で最大開度
に達するというものであり、常に、１００％、０％にす
る必要はない。むしろ、常に、１００％、０％で制御し
ようとすると、オーバーシュートが発生し目標位相に到
達するのに時間がかかるので望ましくない。そこで、こ
の実施の形態においては、目標位相との差に応じてデュ
ーテイ比を変更するようにさているが詳細は省略する。

【００４３】図６のフローチャートで触媒活性促進化フ
ラグＦＣＣがＯＮにされると、上述のオーバーラップの
拡大に加えて、燃料噴射時期の遅角と、燃料噴射量の増
量が行われる。図１４に示すのが、燃料噴射時期を遅角
するルーチンのフローチャートである。ステップ１４１
で肯定判定された場合は、ステップ１４２で排気バルブ
の閉じ時期ＴＥＸＣＬを計算し、ステップ１４３で排気
バルブの閉じ時期ＴＥＸＣＬに予め定めた値αを加算し
て燃料噴射開始時期ＴＦＩＢＧＮを計算する。次にステ
ップ１４４では燃料噴射開始時期ＴＦＩＢＧＮに燃料噴
射時間ＴＡＵを加算して終了する。なお、燃料噴射終了
時期を初めに定めてそこから燃料噴射時間ＴＡＵを減算
して燃料噴射開始時期ＴＦＩＢＧＮを決定してもよい。
図１５が上記の燃料噴射時期の遅角を説明する図であ
る。

【００４４】図１６に示すのは燃料噴射量を増量するル
ーチンのフローチャートであって、ステップ１６１で肯
定判定されるとステップ１６２に進み通常の負荷と回転
数のマップ（図示せず）から決定される燃料量ＴＡＵに
対する増量分ΔＴＡＵが加算される。図１７は増量分Δ
ＴＡＵのマップであり、エンジン水温ＴＷに対して設定
されている。増量の量は、空燃比が微濃状態となって良
好な燃焼が得られる様に予め定められている。

【００４５】前述したように、このエンジンは図８で示
したような運転領域においてオーバーラップの期間に排
気ポートの圧力Ｐｅが負圧になるようにされ吸気ポート
Ｐｉの圧力よりも低くなるように排気マニホールド６の
長さが最適にされている。図１８がこの効果を説明する
図である。図１９は以上述べてきた制御によって、新気
が吸気ポートから排気ポートへ吹き抜けて、排気管の集
合部において、次に点火され爆発した気筒の排気ガスと
混合し様子を示した図である。この排気ガスは微濃の空
燃比で良好に燃焼した結果であるので、温度は高く排気
空燃比は微濃である。そこに酸素を十分に含んだ吹き抜
け新気が混入するので排気ガスは燃焼して高温になり、
触媒の活性化を促進することができる。なお、このエン
ジンの場合、点火順序は＃１→＃３→＃４→＃２である
ので＃１気筒から吹き抜けた新気は＃３気筒の排気ガス
と混合する。

【００４６】次に第２の実施の形態について説明する。
この第２の実施の形態では排気マニホールドが図２０の
６’に示すようにされていて＃１気筒と＃４気筒の集合
管６ａと＃２気筒と＃３気筒の集合管６ｂが途中で連通
管６ｃで連通され、その途中に連通管６ｃを開閉する排
気制御弁２５５が設けられている。そして、排気制御弁
２５５を開じた場合は第１の実施の形態の場合と同じよ
うに低回転時にオーバーラップ時に排気ポートの圧力が
負圧になるが、排気制御弁２５５を開いた場合は高回転
時にオーバーラップ時に排気ポートの圧力が正圧にな
る。図２１がこの制御を示す図であり第１の実施の形態
に関して図６で説明したフローチャートと同様のルーチ
ンを実行して、ステップ６５でＦＣＣが１にされた場合
に、図９、図１４、図１５のフローチャートに示される
ルーチンの実行に加え、この図２１のフローチャートに
示すルーチンが実行される。図２２はこの制御による様
子を示す図である。

【００４７】以上のように本発明の実施の形態について
説明したが、この実施の形態で用いられているベーンタ
イプの可変バルブタイミング機構と異なるタイプの可変
バルブタイミング機構を用いることも勿論可能である。

【００４８】

【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、機関が
暖機未了の冷間時にある時にオーバーラップ拡大手段に
よってバルブオーバーラップ期間が拡大され、拡大され
たバルブオーバーラップ期間中は機関の排気ポート内の
圧力が低下するようにされている。そして燃料はこの拡
大されたオーバーラップの終了後に、空燃比が微濃にな
るように増量されて噴射される。オーバーラップ時は新
気が排気管に吹き抜け、吹き抜けた新気は排気管内で別
の気筒の排気ガスに混合して燃焼し、排気管内の温度を
上昇せしめ、その結果、触媒が活性化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全体の構成を示す図である。

【図２】バルブタイミング制御装置の構造をカム中心軸
を通る平面で切った断面図である。

【図３】図１の装置を軸方向から見た図である。

【図４】オイルコントロールバルブ９０の構造を示す図
である。

【図５】図１の４−４線に沿って見たオイルコントロー
ルバルブ９０とカムシャフト５０内の油路の連通を示す
断面図である。

【図６】第１の実施の形態における触媒活性化制御のル
ーチンのフローチャートである。

【図７】触媒活性を促進する温度領域を示すマップであ
る。

【図８】触媒活性を促進する回転、負荷領域を示すマッ
プである。

【図９】オーバーラップを拡大する制御のフローチャー
トである。

【図１０】第１の実施の形態におけるオーバーラップ期
間の変化を示す図であって、（ａ）はオーバーラップ小
の場合で、（ｂ）はオーバーラップ大の場合である。

【図１１】第１の実施の形態におけるオーバーラップを
大、中、小にするための吸気カムシャフト５０と排気カ
ムシャフト５０’の位相を示す図表である。

【図１２】吸気カムシャフトの位相を最も進角する場合
のバルブ特性制御装置１００のバルブハウジング２０と
ロータ４０の相対位置関係を示す図である。

【図１３】排気カムシャフトの位相を最も遅角する場合
のバルブ特性制御装置１００’のバルブハウジング２
０’とロータ４０’の相対位置関係を示す図である。

【図１４】噴射時期を変更するルーチンのフローチャー
トである。

【図１５】噴射時期の変更を説明する図である。

【図１６】噴射量の増量をするルーチンのフローチャー
トである。

【図１７】冷却水温に対する噴射量の増量の変化を示す
マップである。

【図１８】排気圧力の低下を説明する図である。

【図１９】第１の実施の形態の全体の作用を簡単に説明
する図である。

【図２０】第２の実施の形態において使用される排気制
御弁を示す図である。

【図２１】図２０の排気制御弁の作用を説明する図であ
る。

【図２２】排気制御弁の制御ルーチンのフローチャート
である。

【図２３】通常の運転時のオーバーラップ量のマップで
ある。

【符号の説明】

２…吸気管３…サージタンク４…吸気マニホールド５…エアクリーナ６…排気マニホールド７…排気管１０…ギヤ２０、２０’…ハウジング２２、２２’…内側突出部３０…サイドカバー４０、４０’…ロータ４２、４２’…ベーン５０、５０’…カムシャフト６０Ａ…上側ベアリングメタル６０Ｂ…下側ベアリングメタル７０…シリンダヘッド８０…カムキャップ９０…オイルコントロールバルブ１００、１００’…バルブ特性制御装置１１０、１１０’…進角油室１２０、１２０’…遅角油室２００…ＥＣＵ２１１…エアフローメータ２１２…クランクポジションセンサ２１３…冷却水温センサ２１４、２１４’…カム角センサ２５１…電子スロットル２５３…点火栓２５５…排気制御弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｄ 41/06 ３３０Ｆ０２Ｄ 41/06 ３３０Ｚ３３５３３５Ｚ 43/00 ３０１ 43/00 ３０１Ｈ３０１Ｊ３０１Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】運転状態に応じてバルブオーバーラップ
期間を変更する可変オーバーラップ機構を備えた機関の
排気系に配設された触媒の活性化促進装置であって、機関の暖機状態を検出する機関暖機状態検出手段と、機関の運転状態を検出する機関運転状態検出手段と、機関低速低負荷時に排気ポート内圧力を吸気ポート内圧
力よりも低下せしめることが可能な排気圧力低下手段
と、燃料噴射時期を調整する燃料噴射時期調整手段と、燃料噴射量を調整するを燃料噴射量調整手段と、を具備し、機関が暖機未了で、低速低負荷で運転されている場合
に、バルブオーバーラップ期間を拡大して吸入新気を排
気管に吹き抜けさせるとともに、燃料がオーバーラップ
後に噴射されるように燃料噴射時期を調整し、かつ、オ
ーバーラップ後に噴射された燃料が微濃空燃比で安定燃
焼するように燃料噴射量を調整することを特徴とする触
媒活性化促進装置。
【請求項２】オーバーラップ拡大手段が、排気バルブ
閉弁時期変更手段と、吸気バルブ開弁時期変更手段と、
から成ることを特徴とする請求項１に記載の触媒活性化
促進装置。
【請求項３】排気圧力低下手段が、排気脈動による負
圧波が拡大されたバルブオーバーラップ期間中に排気ポ
ートに戻るように長さを最適化された排気管そのもので
あることを特徴とする請求項１に記載の触媒活性化促進
装置。
【請求項４】排気圧力低下手段が、排気脈動による負
圧波が拡大されたバルブオーバーラップ期間中に排気ポ
ートに戻るように調整する、排気負圧波調整手段である
ことを特徴とする請求項１に記載の触媒活性化促進装
置。