WO2021111163A1 - 車両用内燃機関の触媒暖機運転制御方法および触媒暖機運転制御装置 - Google Patents

車両用内燃機関の触媒暖機運転制御方法および触媒暖機運転制御装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2021111163A1
WO2021111163A1 PCT/IB2019/001326 IB2019001326W WO2021111163A1 WO 2021111163 A1 WO2021111163 A1 WO 2021111163A1 IB 2019001326 W IB2019001326 W IB 2019001326W WO 2021111163 A1 WO2021111163 A1 WO 2021111163A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
timing
valve
combustion
center
gravity
Prior art date
Application number
PCT/IB2019/001326
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
岩渕良彦
吉村太
Original Assignee
日産自動車株式会社
ルノー エス． ア． エス．
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日産自動車株式会社, ルノー エス． ア． エス． filed Critical 日産自動車株式会社
Priority to JP2021562192A priority Critical patent/JP7359221B2/ja
Priority to PCT/IB2019/001326 priority patent/WO2021111163A1/ja
Publication of WO2021111163A1 publication Critical patent/WO2021111163A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/06—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/08—Introducing corrections for particular operating conditions for idling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/10—Introducing corrections for particular operating conditions for acceleration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D43/00—Conjoint electrical control of two or more functions, e.g. ignition, fuel-air mixture, recirculation, supercharging or exhaust-gas treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D45/00—Electrical control not provided for in groups F02D41/00 - F02D43/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P5/00—Advancing or retarding ignition; Control therefor
    • F02P5/04—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions
    • F02P5/145—Advancing or retarding ignition; Control therefor automatically, as a function of the working conditions of the engine or vehicle or of the atmospheric conditions using electrical means
    • F02P5/15—Digital data processing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to a catalyst warm-up operation control method and a catalyst warm-up operation control device for early warming up of a catalyst by so-called retard combustion in an internal combustion engine for a vehicle provided with a catalyst in an exhaust system.
  • the valve overlap is defined as a positive overlap (also referred to as a plus overlap) at an extremely low temperature during warm-up operation, and a negative overlap (also referred to as a minus overlap) when the temperature is not extremely low.
  • the configuration is disclosed so as to be (called). Further, it is disclosed that the ignition timing is retarded to perform so-called retard combustion in order to reduce the unburned HC discharged at the time of starting.
  • the exhaust valve side has a fixed valve timing in which the opening and closing times do not change, and the opening and closing times on the intake valve side are overlapped by advancing and retarding by a variable valve timing mechanism. The amount is changing.
  • An object of the present invention is to provide a catalyst warm-up operation control that can minimize the deterioration of HC emission even when the vehicle shifts from an idle state to a start acceleration before the catalyst warm-up is completed.
  • the present invention has a variable valve mechanism that can change the exhaust valve opening timing and the exhaust valve closing timing with a constant operating angle, and has a first valve timing in which the exhaust valve closing timing is relatively late and an exhaust valve. It is a catalyst warm-up operation control method for internal combustion engines for vehicles that can be controlled by the second valve timing, which closes relatively early.
  • the first valve timing is set.
  • the second valve timing is set.
  • the exhaust valve opening timing is the first valve timing, which is relatively late. Therefore, the exhaust valve is opened after the fuel is sufficiently burned, and an increase in engine out HC due to the exhaust valve opening time and the center of gravity of combustion being excessively close to each other is avoided.
  • the exhaust valve closing timing becomes the second valve timing which is relatively early. Therefore, the discharge of unburned HC pushed out by the piston near the top dead center is suppressed.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine 1 for a vehicle to which the catalyst warm-up operation control of one embodiment of the present invention is applied.
  • the internal combustion engine 1 is, for example, a 4-stroke spark ignition type internal combustion engine using gasoline as fuel, and has a pair of intake valves 5 and a pair of exhaust valves 14 on the ceiling wall surface of the combustion chamber 10 formed by the piston 11. Is arranged, and the spark plug 12 is arranged in the central portion surrounded by the intake valve 5 and the exhaust valve 14.
  • the exhaust passage 15 opened and closed by the exhaust valve 14 is provided with catalysts 16 and 17 made of a three-way catalyst or the like for exhaust purification.
  • the upstream catalyst 16 is, for example, a relatively small capacity pre-catalyst arranged at the outlet of the exhaust manifold, and the downstream catalyst 17 is, for example, a relatively large capacity main catalyst arranged under the floor of the vehicle. ..
  • the catalyst 16 is provided with a catalyst temperature sensor 37 that detects the temperature of the catalyst 16 (for example, the temperature of the carrier).
  • An air-fuel ratio sensor 18 for detecting the so-called exhaust air-fuel ratio is provided on the inlet side of the catalyst 16 in the exhaust passage 15.
  • the catalyst warm-up is completed when the catalyst 16 on the upstream side reaches the catalytic activity temperature, but the catalyst warm-up may be completed when the catalyst 17 on the downstream side reaches the catalytic activity temperature.
  • the exhaust valve 14 is opened and closed by the exhaust side camshaft 38.
  • an exhaust-side variable valve timing mechanism 39 that changes the phase relationship between the exhaust-side camshaft 38 and the crankshaft 13 is provided.
  • the variable valve timing mechanism 39 advances or retards the phase of the camshaft 38 with respect to the crank angle determined by the crankshaft 13, so that the exhaust valve opening timing (EVO) and the exhaust valve closing timing (EVC) are constant. It can be changed with the operating angle of.
  • the intake valve 5 is opened and closed by the intake side camshaft 22.
  • an intake-side variable valve timing mechanism 23 that changes the phase relationship between the intake-side camshaft 22 and the crankshaft 13 is provided.
  • the variable valve timing mechanism 23 advances or retards the phase of the camshaft 22 with respect to the crank angle determined by the crankshaft 13, so that the intake valve opening timing (IVO) and the intake valve closing timing (IVC) are constant. It can be changed with the operating angle of.
  • the intake passage 4 opened and closed by the intake valve 5 is provided with an intake collector 3, and a throttle valve 2 is provided on the inlet side of the intake collector 3.
  • An air flow meter 32 for measuring the amount of intake air is located on the upstream side of the throttle valve 2.
  • the opening degree of the throttle valve 2 is controlled based on the output of the engine controller 31 via an actuator 21 such as an electric motor.
  • the fuel injection valve 7 is arranged so as to inject fuel into the combustion chamber 10.
  • the fuel injection amount, injection timing, etc. by the fuel injection valve 7 are controlled by the engine controller 31. That is, the fuel injection device is composed of the fuel injection valve 7 and the engine controller 31.
  • the ignition timing by the spark plug 12 is similarly controlled by the engine controller 31. That is, the spark plug 12 and the engine controller 31 constitute an ignition device.
  • the combustion timing, which is important for catalyst warm-up control, is mainly controlled by the ignition timing in the ignition device.
  • the engine controller 31 passes through the exhaust side variable valve timing mechanism 39 and the intake side variable valve timing mechanism 23 to open (EVO) and close (EVC) the exhaust valve 14 and open (EVC) the intake valve 5. IVO) as well as the closing time (IVC) are controlled.
  • the engine controller 31 is input with the detection signals from the catalyst temperature sensor 37, the air fuel ratio sensor 18, and the air flow meter 32 described above as input signals, as well as the crank angle sensor 33, the cooling water temperature sensor 37, and the accelerator pedal opening degree.
  • a detection signal from the sensor 35 or the like is input.
  • the accelerator pedal opening sensor 35 detects the accelerator pedal opening corresponding to the driver's depression of the accelerator pedal 36, and determines that the accelerator pedal is in an idle state when the accelerator pedal opening is equal to or less than a predetermined value near 0. By doing so, it also serves as a so-called idle switch.
  • the catalyst warm-up operation control of this embodiment includes retard combustion in which the combustion center of gravity (Mb50) (when 50% of the total calorific value is burned) is retarded more than in the normal state (that is, after the catalyst warm-up is completed), and valve timing ( This is mainly achieved by a combination of variable control of the valve timing of the exhaust valve 14).
  • Mb50 combustion center of gravity
  • FIG. 2 shows the valve timing characteristics realized by the exhaust side variable valve timing mechanism 39 and the intake side variable valve timing mechanism 23.
  • the opening / closing timing of the exhaust valve 14 having an operating angle exceeding 180 ° CA is controlled relatively to the retard side by the exhaust side variable valve timing mechanism 39, and the exhaust valve
  • the closing time (EVC) is after the top dead center (TDC), and the exhaust valve opening time (EVO) is slightly ahead of the bottom dead center (BDC).
  • the operating angle of the intake valve 5 is, for example, about 180 ° CA, and is relatively controlled to the advance side by the intake side variable valve timing mechanism 23.
  • the intake valve opening time (IVO) is slightly on the advance side of the top dead center (TDC)
  • the intake valve closing time (IVC) is slightly on the advance side of the bottom dead center (BDC). ..
  • the valve timing as shown in FIG. 2A will be referred to as a "first valve timing" including the characteristics on the intake valve 5 side for convenience.
  • the exhaust valve closing timing and the intake valve opening timing have a so-called positive overlap relationship.
  • the exhaust valve closing time is 10 ° CA after top dead center (ATDC)
  • the intake valve opening time is 10 ° CA before top dead center (BTDC)
  • the overlap amount is + 20 ° CA.
  • the valve timing of the exhaust valve 14 is controlled relatively to the advance angle side, the exhaust valve closing time (EVC) is before the top dead center (TDC), and the exhaust valve.
  • the opening time (EVO) is at a position advanced beyond the bottom dead center (BDC).
  • the valve timing of the intake valve 5 is relatively controlled to the retard side, the intake valve opening time (IVO) is located on the retard side from the top dead center (TDC), and the intake valve closing time (IVC). Is on the retard side of the bottom dead center (BDC).
  • the valve timing as shown in FIG. 2B will be referred to as a "second valve timing" including the characteristics on the intake valve 5 side for convenience.
  • the exhaust valve closing time is 25 ° CA before top dead center (BTDC)
  • the intake valve opening time is 25 ° CA after top dead center (ATDC)
  • the overlap amount is ⁇ 50 ° CA.
  • the catalyst warm-up operation is performed to promote the warm-up of the catalyst 16.
  • the combustion timing is controlled so that the combustion center of gravity is at least the crank angle and retard combustion after R1 after the top dead center when the vehicle is idle.
  • R1 is, for example, 50 ° CA
  • the combustion timing is controlled so that the center of gravity of combustion is ATDC 80 ° to 90 ° CA.
  • the valve timing the first valve timing, which is a positive overlap, is selected.
  • the fuel tends to adhere to the cylinder wall surface and the crown surface of the piston 11, so that the fuel is compared with the port injection engine. Therefore, the secondary peak of HC becomes prominent.
  • FIG. 3 shows the relationship between the center of gravity of combustion (Mb50) and the engine-out HC under the operating conditions corresponding to the idle when the vehicle is stopped. Since it is premised on a large retardation combustion, the engine rotation speed is around 1500 rpm even at idle, and the output (for example, effective average pressure) is small compared to the amount of fuel and the amount of air supplied. As shown in FIG. 3, in a large retard combustion in which the center of gravity of combustion is in the vicinity of ATDC 80 ° to 90 ° CA, the HC emission amount is smaller in the first valve timing than in the case of the second valve timing.
  • Mb50 center of gravity of combustion
  • HC tends to simply decrease to around ATDC 90 ° CA as the combustion center of gravity is retarded, but at the second valve timing, a certain value of the combustion center of gravity (ATDC60 in the illustrated example).
  • ATDC60 combustion center of gravity
  • HC tends to increase at the boundary (around ° CA). This is because, as will be described later, when the exhaust valve opening time approaches the center of gravity of combustion, the influence of the primary peak of HC immediately after the exhaust valve opening becomes large. Therefore, as is clear from FIG. 3, the engine out HC is minimized by controlling the center of gravity of combustion to the vicinity of ATDC 80 ° to 90 ° CA and setting the first valve timing at idle.
  • the retard amount R in retard combustion is limited to be smaller than that at idle in order to secure the output required for starting / accelerating. Will be done.
  • the combustion timing is controlled so that the center of gravity of combustion is retard combustion within the range of R2 to R1 (however, R2 ⁇ R1) after top dead center at the crank angle.
  • R2 is, for example, 20 ° CA.
  • the combustion timing is controlled so that the center of gravity of combustion is near ATDC 30 °.
  • the second valve timing which is a negative overlap, is selected.
  • FIG. 4 shows the relationship between the center of gravity of combustion (Mb50) and the engine-out HC under the operating conditions corresponding to the acceleration of the vehicle starting.
  • the engine rotation speed is, for example, 1500 rpm, and the load is relatively high.
  • the HC emission amount is smaller in the second valve timing than in the case of the first valve timing. This is considered to be mainly due to the influence of the secondary peak HC, which tends to increase near top dead center. That is, at the first valve timing in which the exhaust valve opening time is after the top dead center, unburned HC is discharged through the exhaust valve 14 being opened near the top dead center. Since the retard amount R is smaller than that at idle, the HC reduction effect due to post-combustion is relatively weak, and therefore the engine out HC increases at the first valve timing.
  • the catalysts 16 and 17 can be heated while ensuring the output or torque required for start acceleration. Moreover, the engine out HC can be minimized.
  • the target combustion center of gravity (Mb50) is such that the retard amount R becomes larger toward the low speed and low load side according to the load and the rotation speed of the internal combustion engine 1. Is set to perform retard combustion. Then, except for the predetermined high load region and high speed region, the first valve timing is selected in the low speed low load side region, and the second valve timing is selected in the high speed high load side region.
  • FIG. 5 shows an example of the characteristics of the target combustion center of gravity (Mb50) with the load and rotation speed of the internal combustion engine 1 as parameters, and the regions A1, A2, A3 and the second valve in which the first valve timing is selected.
  • the area B in which the timing is selected and the area B are shown.
  • the numbers such as "30" and "40" in the figure represent the target combustion center of gravity, that is, the retard amount R at each operating point.
  • the contour lines consisting of the broken lines r1, r2, and r3 in the figure indicate the tendency of the target retard amount R, and basically, the target retard amount R is set larger toward the low speed and low load side.
  • the low-speed low-load side region A1 has the first valve timing
  • the high-load region A2 close to the full load and the high-speed region A3 close to the maximum speed also have the first valve timing. Then, except for the regions A2 and A3, the second valve timing is performed in the region B on the high-speed and high-load side.
  • valve timing characteristics are determined in consideration of fuel efficiency in addition to HC suppression. While the vehicle is running with retard combustion in which the retard amount R is relatively small, the second valve timing is preferable in terms of HC suppression as described in FIG. 4, but the exhaust loss increases and the fuel consumption increases at the second valve timing. Is becoming worse, so the second valve timing is set in the minimum necessary area to suppress HC.
  • the point indicated by the reference numeral P1 in FIG. 5 is an operating point corresponding to the idle condition of FIG. 3, and at this point P1, as described above, the target combustion center of gravity is in the vicinity of ATDC 80 ° to 90 ° CA, and the first point is It becomes the valve timing of.
  • the point indicated by the reference numeral P2 is an operating point corresponding to the start acceleration illustrated in FIG. 4, and at this point P2, as described above, the target combustion center of gravity is near ATDC 30 ° and the second valve timing is set. .. Since the acceleration of the start of the vehicle is also included in the running of the vehicle (when not idle), the start of the vehicle may be started at a driving point different from the point P2 depending on the degree of depression of the accelerator pedal 36 of the driver. Yes, in this case, control corresponding to the operating point is performed. Point P2 indicates a typical driving point when the vehicle starts and accelerates.
  • FIG. 2B shows a valve timing characteristic in which the exhaust valve closing timing (EVC) is 25 ° CA before top dead center (BTDC) as the second valve timing.
  • EVC exhaust valve closing timing
  • BTDC top dead center
  • the advance angle amount by the exhaust side variable valve timing mechanism 39 when the second valve timing is set (that is, the advance angle position when the exhaust valve is closed) is set. It may be based on the temperature of the internal combustion engine 1 (for example, the cooling water temperature and the lubricating oil temperature that correlate with the cylinder wall temperature). That is, the amount of advance of the exhaust side variable valve timing mechanism 39 is set so that the lower the temperature of the internal combustion engine 1, the larger the amount of advance.
  • the HC discharge is more reliably limited by closing the exhaust valve 14 earlier.
  • the exhaust valve closing timing and the exhaust valve opening timing are relatively delayed, so that the fuel consumption due to the second valve timing is used. Deterioration is reduced.
  • FIG. 6 shows the correlation between the combustion center of gravity (Mb50) of retard combustion and the engine out HC at the second valve timing illustrated in FIG. 2 (b).
  • Mb50 combustion center of gravity
  • HC gradually decreases. This is because retard combustion raises the exhaust temperature and causes post-burning of unburned HC.
  • HC becomes the minimum at a certain position of the center of gravity of combustion (a certain amount of retard R), and when the center of gravity of combustion further retards, the amount of HC emissions tends to increase.
  • the center of gravity of combustion is too close to the exhaust valve opening time, which is relatively large advance from bottom dead center as shown in FIG. 2B, and the primary peak of HC when the exhaust valve 14 is opened. Due to the large impact. That is, in order to avoid the deterioration of HC as shown in FIG. 6 due to the influence of the primary peak, it is necessary that the center of gravity of combustion (Mb50) and the exhaust valve opening time (EVO) are not too close to each other.
  • FIG. 7 shows the characteristics of the combustion center of gravity retard limit RLim at the time of the second valve timing, which is determined from such a viewpoint. That is, the horizontal axis of FIG. 7 is the exhaust valve opening timing EVO (which changes according to the advance angle of the exhaust side variable valve timing mechanism 39) when the second valve timing is set, and each exhaust valve opening.
  • the retard limit RLim of the combustion center of gravity Mb50 shown on the vertical axis with respect to the timing EVO is set.
  • the combustion center of gravity Mb50 can be set to the lagging side as the exhaust valve opening time EVO is on the lagging side. Therefore, the combustion center of gravity retard angle limit RLim is represented as an inclined straight line as shown in the figure.
  • the combustion center of gravity Mb50 corresponding to the minimum point of the HC characteristic curve is the combustion center of gravity retard limit RLim.
  • the combustion center of gravity retard angle limit RLim may be set slightly on the advance side of the minimum point of HC with some allowance.
  • the exhaust valve opening time EVO is set based on the temperature of the internal combustion engine 1 (cooling water temperature, etc.) as described above, and the target combustion center of gravity Mb50 is the load and rotation of the internal combustion engine 1 as described above.
  • the control point at the intersection of the exhaust valve opening time EVO and the target combustion center of gravity Mb50 is below the combustion center of gravity retard limit RLim in FIG. 7, HC deteriorates due to the influence of the primary peak as described in FIG. Means that does not occur.
  • the exhaust valve opening timing EVO and the combustion center of gravity Mb50 are present at the points indicated by reference numerals P3 in FIG. 7, the deterioration of HC due to the influence of the primary peak does not occur.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a flow of processing of catalyst warm-up operation control executed in the engine controller 31.
  • the process shown in this flowchart is repeatedly executed during the operation of the internal combustion engine 1.
  • step 1 it is determined whether or not the warm-up of the catalyst 16 is completed, that is, whether or not the temperature of the catalyst 16 has reached a predetermined active temperature. If the warm-up of the catalyst 16 is completed, the process proceeds to step 11 and the normal combustion mode is set. In this normal combustion mode, except for special circumstances, the combustion timing is controlled so that the combustion center of gravity is earlier than R2 (for example, 20 ° CA) after top dead center at the crank angle, and the valve timing is the first. It becomes valve timing.
  • R2 for example, 20 ° CA
  • step 2 determines whether or not the vehicle is in an idle state while the vehicle is stopped. If it is non-idle, that is, when the vehicle is starting or running, the process proceeds to step 6 and subsequent steps. If it is in the idle state, the process proceeds to step 3 and the target combustion center of gravity (Mb50) in retard combustion is set.
  • the target combustion center of gravity at idle is, for example, ATDC 80 ° to 90 ° CA. This may be a fixed value, or may be a value with some correction based on the catalyst temperature or the like.
  • step 4 following step 3, the valve timing is set as the first valve timing via the exhaust side variable valve timing mechanism 39 and the intake valve side variable valve timing mechanism 23. Then, the process proceeds to step 5, and retard combustion is executed with the target combustion center of gravity set to ATDC 80 ° to 90 ° CA.
  • step 6 when not idle, the target combustion center of gravity is set based on the load and rotation speed of the internal combustion engine 1 as described above.
  • the combustion center of gravity at this time is on the advance angle side (that is, the retard amount R is smaller) than the target combustion center of gravity at idle, and is set, for example, in the range of ATDC 20 ° to 50 ° CA.
  • step 7 based on the load and the rotation speed of the internal combustion engine 1, the region shown in FIG. 5 is referred to, and it is determined whether or not the region should be the first valve timing. If it is a region to be the first valve timing, the process proceeds to step 4, and as described above, the valve timing is set to the first valve via the exhaust side variable valve timing mechanism 39 and the intake valve side variable valve timing mechanism 23. The timing. Then, the process proceeds to step 5, and retard combustion is executed in which the target combustion center of gravity is set to the value set in step 6 (for example, ATDC 30 ° to 40 ° CA).
  • step 7 If it is determined in step 7 that the area should be the second valve timing, the process proceeds to step 8 and the target when the second valve timing is set based on the temperature of the internal combustion engine 1 (for example, the cooling water temperature). Determines the exhaust valve opening timing (EVO) of. Next, the process proceeds to step 9, and it is determined whether or not the target combustion center of gravity set in step 6 is on the advance side of the combustion center of gravity retard angle limit RLim corresponding to the exhaust valve opening timing determined in step 8.
  • EVO exhaust valve opening timing
  • the second valve timing can be used. Therefore, the process proceeds to step 10, and the exhaust side variable valve timing mechanism 39 and the intake valve side variable The valve timing is set as the second valve timing via the valve timing mechanism 23. Then, the process proceeds to step 5, and retard combustion is executed in which the target combustion center of gravity is set to the value set in step 6 (for example, ATDC 30 ° to 40 ° CA).
  • step 9 If the target combustion center of gravity is on the retard side of the combustion center of gravity retard limit RLim in step 9, the use of the second valve timing is not preferable. Therefore, the process proceeds to step 4, and the exhaust side variable valve timing mechanism is as described above.
  • the valve timing is set as the first valve timing via the 39 and the variable valve timing mechanism 23 on the intake valve side. Then, the process proceeds to step 5, and retard combustion is executed in which the target combustion center of gravity is set to the value set in step 6 (for example, ATDC 30 ° to 40 ° CA).
  • FIG. 9 is a time chart showing an example of catalyst warm-up operation control from the cold start of the internal combustion engine 1 to the completion of catalyst warm-up.
  • FIG. 9A shows a change in vehicle speed and a change in temperature of the catalyst 16.
  • B also shows a change in vehicle speed and a change in ignition timing.
  • the advance angle of the ignition timing basically correlates with the position of the center of gravity of combustion, and the closer the ignition timing is to the retard side, the larger the retard amount R in the retard combustion.
  • the change in the required torque, the state of the catalyst warm-up completion flag indicating the completion of catalyst warm-up, and whether the valve timing is the first valve timing or the second valve timing are compared. Is shown.
  • the vehicle is in the idle state until the time t1 while the vehicle is stopped.
  • the driver depresses the accelerator pedal 36 to accelerate the vehicle, and the vehicle is driven as shown in the required torque in (c) and the vehicle speed change in (a).
  • the warm-up of the catalyst 16 is completed at time t2.
  • retard combustion with a large retard amount R is performed until the idle state time t1, and the first valve timing is selected as the valve timing.
  • retard combustion is performed with a relatively small retard amount R corresponding to the load, that is, the required torque and the engine rotation speed.
  • the second valve timing is set during the running before the completion of the catalyst warm-up. After the time t2, the normal combustion mode is restored.
  • the intake valve 5 side also has a variable valve mechanism, but the valve timing on the intake valve 5 side may be fixed.
  • the variable valve mechanism on the exhaust valve 14 side is not limited to the variable valve timing mechanism that changes the phase of the camshaft, and may be another type of mechanism.
  • the exhaust valve closing timing at the first valve timing is not limited to after the top dead center, and may be immediately before the top dead center (for example, about BTDC 3 ° CA). Further, the completion of warming up the catalyst may be determined by other means or methods without using the catalyst temperature sensor 37.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

排気弁（14）の可変バルブタイミング機構（39）は、排気弁閉時期が上死点後にある第1のバルブタイミングと、排気弁閉時期が上死点前にある第2のバルブタイミングと、に制御可能である。触媒（16）が暖機する前のアイドル時には、燃焼重心が上死点後80°~90°CAとなるようにリタード燃焼が行われるとともに、第1のバルブタイミングが選択される。発進時には、リタード量が小さいリタード燃焼が行われるとともに、第2のバルブタイミングが選択される。

Description

車両用内燃機関の触媒暖機運転制御方法および触媒暖機運転制御装置
　この発明は、排気系に触媒を備えた車両用内燃機関において、いわゆるリタード燃焼によって触媒の早期暖機を行う触媒暖機運転制御方法および触媒暖機運転制御装置に関する。
　特許文献１には、エンジンのバルブタイミング制御装置として、暖機運転中の極低温時にはバルブオーバラップをポジティブオーバラップ（プラスオーバラップとも呼ばれる）とし、極低温でないときにはネガティブオーバラップ（マイナスオーバラップとも呼ばれる）とするようにした構成が開示されている。また、始動時に排出される未燃ＨＣを低減するために、点火時期をリタードしていわゆるリタード燃焼を行うことが開示されている。
　この特許文献１は、排気弁側は開時期および閉時期が変化しない固定のバルブタイミングであり、吸気弁側の開時期および閉時期を可変バルブタイミング機構により進角・遅角させることでオーバラップ量を変化させている。
　機関始動後、アイドル状態でリタード燃焼を行っている状態から車両の発進要求があると、触媒暖機が未完了であっても、出力確保のために、リタード燃焼を終了もしくはリタード量を縮小せざるを得ない。このような場合に、特許文献１に記載されているような排気弁の閉時期では、シリンダ壁面に付着した液膜に起因する未燃ＨＣが排気弁を通して排気弁閉時期直前に押し出されてしまう（いわゆるＨＣの二次ピーク）ことにより、エンジンアウトＨＣの値が高くなる。
　一方、リタード量が大きなリタード燃焼を行っているときに排気弁開時期が過度に早いと、十分に燃焼が進行しない間に排気弁が開くことから、排気弁開時期直後にエンジンアウトＨＣの値が上昇（いわゆるＨＣの一次ピーク）する。
　この発明は、車両が触媒暖機完了前にアイドル状態から発進加速へと移行した場合にもＨＣ排出の悪化を最小限とし得る触媒暖機運転制御を提供することを目的としている。
特開２００７−３２４１５号公報
　この発明は、一定の作動角でもって排気弁開時期と排気弁閉時期とを変更可能な可変動弁機構を有し、排気弁閉時期が相対的に遅い第１のバルブタイミングと、排気弁閉時期が相対的に早い第２のバルブタイミングと、に制御可能な車両用内燃機関の触媒暖機運転制御方法であって、
　内燃機関の負荷が所定負荷より低いときには第１のバルブタイミングとし、
　内燃機関の負荷が上記所定負荷より高いときには第２のバルブタイミングとする。
　すなわち、触媒暖機が未完了であり負荷が所定負荷より低いとき（例えば車両停車中のアイドル時）には、排気弁開時期が相対的に遅い第１のバルブタイミングとなる。そのため、燃料が十分燃焼してから排気弁が開くことになり、排気弁開時期と燃焼重心とが過度に近いことによるエンジンアウトＨＣの増加が回避される。
　触媒暖機が未完了のまま負荷が所定負荷より高くなったとき（例えば車両の発進要求があったとき）には、排気弁閉時期が相対的に早い第２のバルブタイミングとなる。そのため、上死点付近でピストンによって押し出される未燃ＨＣの排出が抑制される。
この発明の一実施例の車両用内燃機関の構成を示す説明図。 （ａ）第１のバルブタイミングと（ｂ）第２のバルブタイミングを示す特性図。 車両停車中のアイドル時に相当する運転条件における第１のバルブタイミングと第２のバルブタイミングによる燃焼重心とＨＣとの関係を示す特性図。 車両発進加速時に相当する運転条件における第１のバルブタイミングと第２のバルブタイミングによる燃焼重心とＨＣとの関係を示す特性図。 内燃機関の負荷と回転速度とに対するバルブタイミングの設定と目標燃焼重心の設定とを示した特性図。 燃焼重心とＨＣとの関係を示す特性図。 排気弁開時期と燃焼重心遅角限界との関係を示す説明図。 触媒暖機運転制御の処理の流れを示すフローチャート。 始動後の触媒暖機運転制御の変化の一例を示すタイムチャート。
　以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この発明の一実施例の触媒暖機運転制御が適用される車両用内燃機関１の概略的な構成を示す説明図である。
　この内燃機関１は、例えばガソリンを燃料とする４ストロークサイクルの火花点火式内燃機関であって、ピストン１１によって形成される燃焼室１０の天井壁面に、一対の吸気弁５および一対の排気弁１４が配置されているとともに、これらの吸気弁５および排気弁１４に囲まれた中央部に点火プラグ１２が配置されている。
　排気弁１４によって開閉される排気通路１５には、排気浄化のために三元触媒などからなる触媒１６，１７が設けられている。上流側の触媒１６は、例えば排気マニホルド出口部に配置される比較的容量の小さなプリ触媒であり、下流側の触媒１７は、例えば車両の床下に配置される比較的容量の大きなメイン触媒である。触媒１６には、当該触媒１６の温度（例えば担体の温度）を検出する触媒温度センサ３７が設けられている。排気通路１５における触媒１６の入口側には、いわゆる排気空燃比を検出するための空燃比センサ１８が設けられている。なお、本実施例では、上流側の触媒１６が触媒活性温度に達したことをもって触媒暖機完了としているが、下流側の触媒１７が触媒活性温度に達することを触媒暖機完了としてもよい。
　排気弁１４は、排気側カムシャフト３８によって開閉駆動される。そして、可変動弁機構として、排気側カムシャフト３８とクランクシャフト１３との間の位相関係を変更する排気側可変バルブタイミング機構３９が設けられている。可変バルブタイミング機構３９は、クランクシャフト１３によって定まるクランク角に対してカムシャフト３８の位相を進角もしくは遅角することで、排気弁開時期（ＥＶＯ）と排気弁閉時期（ＥＶＣ）とを一定の作動角のまま変更することができる。
　吸気弁５は、吸気側カムシャフト２２によって開閉駆動される。そして、同様に、可変動弁機構として、吸気側カムシャフト２２とクランクシャフト１３との間の位相関係を変更する吸気側可変バルブタイミング機構２３が設けられている。可変バルブタイミング機構２３は、クランクシャフト１３によって定まるクランク角に対してカムシャフト２２の位相を進角もしくは遅角することで、吸気弁開時期（ＩＶＯ）と吸気弁閉時期（ＩＶＣ）とを一定の作動角のまま変更することができる。なお、本発明においては、吸気弁１４が可変動弁機構を具備することは必須ではなく、吸気弁開時期（ＩＶＯ）および吸気弁閉時期（ＩＶＣ）が変化し得ない構成であってもよい。
　吸気弁５によって開閉される吸気通路４には、吸気コレクタ３が設けられているとともに、この吸気コレクタ３の入口側にスロットル弁２が設けられている。スロットル弁２の上流側には、吸入空気量を計測するエアフロメータ３２が位置している。スロットル弁２は、エンジンコントローラ３１の出力に基づき電動モータ等のアクチュエータ２１を介して開度が制御される。
　また、燃焼室１０内へ燃料を噴射するように、燃料噴射弁７が配置されている。
　燃料噴射弁７による燃料噴射量や噴射時期等は、エンジンコントローラ３１によって制御される。すなわち、燃料噴射弁７とエンジンコントローラ３１とによって燃料噴射装置が構成される。点火プラグ１２による点火時期は、同様にエンジンコントローラ３１によって制御される。すなわち、点火プラグ１２とエンジンコントローラ３１とによって点火装置が構成される。触媒暖機制御の上で重要な燃焼時期は、主に点火装置における点火時期によって制御される。
　エンジンコントローラ３１は、このほか、排気側可変バルブタイミング機構３９および吸気側可変バルブタイミング機構２３を介して、排気弁１４の開時期（ＥＶＯ）ならびに閉時期（ＥＶＣ）および吸気弁５の開時期（ＩＶＯ）ならびに閉時期（ＩＶＣ）を制御する。
　エンジンコントローラ３１には、入力信号として、上述した触媒温度センサ３７や空燃比センサ１８、エアフロメータ３２からの検出信号が入力されているほか、クランク角センサ３３、冷却水温センサ３７、アクセルペダル開度センサ３５等の検出信号が入力されている。アクセルペダル開度センサ３５は、運転者によるアクセルペダル３６の踏込に応じたアクセルペダル開度を検出しており、アクセルペダル開度が０近傍の所定値以下であるときにアイドル状態であると判定することで、いわゆるアイドルスイッチを兼ねている。
　本実施例の触媒暖機運転制御は、燃焼重心（Ｍｂ５０）（総熱量の５０％が燃焼した時期）を通常時（つまり触媒暖機完了後）よりもリタードさせたリタード燃焼と、バルブタイミング（主に排気弁１４のバルブタイミング）の可変制御と、の組み合わせにより達成される。
　図２は、排気側可変バルブタイミング機構３９と吸気側可変バルブタイミング機構２３とによって実現されるバルブタイミングの特性を示している。
　図２の（ａ）の制御状態においては、１８０°ＣＡを越える作動角を有する排気弁１４の開閉時期が排気側可変バルブタイミング機構３９によって相対的に遅角側に制御されており、排気弁閉時期（ＥＶＣ）が上死点（ＴＤＣ）後にあり、排気弁開時期（ＥＶＯ）は下死点（ＢＤＣ）よりも多少進角側にある。吸気弁５の作動角は、例えば１８０°ＣＡ程度となっており、吸気側可変バルブタイミング機構２３によって相対的に進角側に制御されている。これにより、吸気弁開時期（ＩＶＯ）が上死点（ＴＤＣ）よりも僅かに進角側にあり、吸気弁閉時期（ＩＶＣ）が下死点（ＢＤＣ）よりも僅かに進角側にある。以下では、この図２の（ａ）のようなバルブタイミングを、便宜上、吸気弁５側の特性をも含めて、「第１のバルブタイミング」と呼ぶ。この第１のバルブタイミングでは、排気弁閉時期と吸気弁開時期とがいわゆるポジティブオーバラップの関係にある。一例では、排気弁閉時期が上死点後（ＡＴＤＣ）１０°ＣＡ、吸気弁開時期が上死点前（ＢＴＤＣ）１０°ＣＡであり、従って、オーバラップ量が＋２０°ＣＡである。
　図２（ｂ）の制御状態においては、排気弁１４のバルブタイミングが相対的に進角側に制御されており、排気弁閉時期（ＥＶＣ）が上死点（ＴＤＣ）前にあり、排気弁開時期（ＥＶＯ）は下死点（ＢＤＣ）よりも大きく進角した位置にある。吸気弁５のバルブタイミングは、相対的に遅角側に制御されており、吸気弁開時期（ＩＶＯ）が上死点（ＴＤＣ）よりも遅角側に位置し、吸気弁閉時期（ＩＶＣ）が下死点（ＢＤＣ）よりも遅角側にある。以下では、この図２の（ｂ）のようなバルブタイミングを、便宜上、吸気弁５側の特性をも含めて、「第２のバルブタイミング」と呼ぶ。この第２のバルブタイミングでは、排気弁閉時期と吸気弁開時期とが重ならないいわゆるネガティブオーバラップの関係にある。一例では、排気弁閉時期が上死点前（ＢＴＤＣ）２５°ＣＡ、吸気弁開時期が上死点後（ＡＴＤＣ）２５°ＣＡであり、従って、オーバラップ量が−５０°ＣＡである。
　内燃機関１の始動後、触媒１６の暖機が完了するまでは、触媒１６の暖機促進のために、触媒暖機運転がなされる。この触媒暖機運転においては、車両停止中のアイドル時には、燃焼重心が少なくともクランク角で上死点後Ｒ１以降のリタード燃焼となるように燃焼時期が制御される。Ｒ１は、例えば５０°ＣＡであり、好ましい一例では、燃焼重心がＡＴＤＣ８０°~９０°ＣＡとなるように燃焼時期が制御される。そして、バルブタイミングとして、ポジティブオーバラップである第１のバルブタイミングが選択される。
　このように燃焼重心を大きく遅角させることで、排気温度が高く得られ、触媒１６，１７の昇温が促進される。一方、第１のバルブタイミングでは、排気弁閉時期が上死点後にあるため、ＨＣの二次ピークとしてシリンダ壁面に残存した燃料液膜に起因する未燃ＨＣがピストン１１によって上死点付近で排気弁１４を通して押し出される現象が生じる虞がある。しかし、燃焼重心が大きくリタードしていることで、排気温度が高いとともに、いわゆる後燃えが生じ、未燃ＨＣの排出が抑制される。そのため、排気ポートにおけるいわゆるエンジンアウトＨＣが低減し、触媒１６，１７が未暖機状態であっても、外部へ排出されるＨＣは少ない。なお、触媒１６，１７の暖機が進み、同時に燃焼室１０内の温度が上昇するにつれて、燃焼重心をさらにリタードさせるとともに排気弁開時期をさらに遅角させるようにしてもよい。
　なお、実施例のように燃焼室１０内へ向けて燃料を噴射する筒内直接噴射式機関では、シリンダ壁面やピストン１１の冠面に燃料が付着しやすいことから、ポート噴射式機関に比較して、ＨＣの二次ピークが顕著となる。
　図３は、このような車両停止中のアイドルに相当する運転条件での燃焼重心（Ｍｂ５０）とエンジンアウトＨＣとの関係を示している。なお、大幅なリタード燃焼を前提とすることから、アイドル時であっても機関回転速度は１５００ｒｐｍ前後であり、供給される燃料量ならびに空気量に比較して出力（例えば有効平均圧力）は小さい。図３に示すように、燃焼重心がＡＴＤＣ８０°~９０°ＣＡ付近となる大幅なリタード燃焼では、第１のバルブタイミングの方が第２のバルブタイミングの場合よりもＨＣ排出量が少なくなる。第１のバルブタイミングでは、燃焼重心をリタードさせるに伴ってＡＴＤＣ９０°ＣＡ付近まで単純にＨＣが低下していく傾向を示すが、第２のバルブタイミングでは、ある燃焼重心の値（図示例ではＡＴＤＣ６０°ＣＡ付近）を境にして、逆にＨＣが増加する傾向を示す。これは、後述するように、排気弁開時期が燃焼重心に近付くことで、排気弁開弁直後におけるＨＣの一次ピークの影響が大きくなるためである。従って、図３から明らかなように、アイドル時には、燃焼重心をＡＴＤＣ８０°~９０°ＣＡ付近に制御するとともに第１のバルブタイミングとすることで、エンジンアウトＨＣが最小となる。
　触媒暖機運転の途中で運転者がアクセルペダル３６を踏み込んで発進・加速した場合には、発進・加速に必要な出力を確保するために、リタード燃焼におけるリタード量Ｒがアイドル時よりも小さく制限される。触媒暖機運転中の発進加速時には、燃焼重心がクランク角で上死点後Ｒ２~Ｒ１の範囲内（但し、Ｒ２＜Ｒ１である）のリタード燃焼となるように燃焼時期が制御される。Ｒ２は、例えば２０°ＣＡである。好ましい一例では、燃焼重心がＡＴＤＣ３０°付近となるように燃焼時期が制御される。そして、バルブタイミングとして、ネガティブオーバラップである第２のバルブタイミングが選択される。
　このような燃焼重心のリタード量Ｒが比較的に小さいリタード燃焼によっても、ある程度の排気温度上昇作用が得られ、必要な出力ないしトルクを確保しつつ触媒１６，１７の昇温が図れる。一方、第２のバルブタイミングでは、排気弁閉時期が上死点前であることから、上死点付近でピストン１１が未燃ＨＣを押し出していくことによるＨＣの二次ピークの影響が少なくなる。また、排気弁開時期におけるＨＣの一次ピークについては、燃焼重心のリタード量Ｒが比較的に小さいことから、排気弁開時期が燃焼重心から十分に離れたものとなり、一次ピークの影響が抑制される。そのため、エンジンアウトＨＣが低減し、触媒１６，１７が未暖機状態であっても、外部へ排出されるＨＣは少ない。
　図４は、このような車両の発進加速時に相当する運転条件での燃焼重心（Ｍｂ５０）とエンジンアウトＨＣとの関係を示している。なお、図４では、機関回転速度が例えば１５００ｒｐｍであり、負荷が比較的高い状態を仮定している。図４に示すように、このような運転条件では、燃焼重心がＡＴＤＣ３０°付近となるリタード燃焼では、第２のバルブタイミングの方が第１のバルブタイミングの場合よりもＨＣ排出量が少なくなる。これは、主に、上死点付近で増加する傾向を示す二次ピークのＨＣの影響によるものと考えられる。すなわち、排気弁開時期が上死点後である第１のバルブタイミングでは、上死点付近において開弁中の排気弁１４を通して未燃ＨＣが排出される。そして、アイドル時に比較してリタード量Ｒが小さいことから、後燃えによるＨＣ低減作用が比較的弱く、従って第１のバルブタイミングではエンジンアウトＨＣが増加することとなる。
　このように、発進加速時には、リタード量Ｒが比較的小さなリタード燃焼と第２のバルブタイミングとを組み合わせることで、発進加速に必要な出力ないしトルクを確保しつつ触媒１６，１７の昇温を図り、かつエンジンアウトＨＣを最小限とすることができる。
　次に、車両の走行中（換言すれば非アイドル時）は、内燃機関１の負荷と回転速度とに応じて低速低負荷側ほどリタード量Ｒが大となるように目標の燃焼重心（Ｍｂ５０）を設定してリタード燃焼を行う。そして、所定の高負荷域および高速域を除き、低速低負荷側の領域で第１のバルブタイミングが選択され、かつ高速高負荷側の領域で第２のバルブタイミングが選択される。
　図５は、内燃機関１の負荷と回転速度とをパラメータとして、目標の燃焼重心（Ｍｂ５０）の特性の一例と、第１のバルブタイミングが選択される領域Ａ１，Ａ２，Ａ３および第２のバルブタイミングが選択される領域Ｂと、を示したものである。図中の「３０」「４０」等の数字は、各々の運転点での目標の燃焼重心つまりリタード量Ｒを表している。また、図中の破線ｒ１，ｒ２，ｒ３からなる等高線は、目標とするリタード量Ｒの傾向を示しており、基本的には低速低負荷側ほど目標のリタード量Ｒが大きく設定される。また、低速低負荷側の領域Ａ１では、第１のバルブタイミングとなり、全負荷に近い高負荷領域Ａ２および最大速度に近い高速領域Ａ３においても第１のバルブタイミングとなる。そして、領域Ａ２，Ａ３を除いて、高速高負荷側となる領域Ｂで第２のバルブタイミングとなる。
　このようなバルブタイミングの特性は、ＨＣ抑制の観点に加えて燃費の観点を考慮して定められている。リタード量Ｒが比較的小さなリタード燃焼となる車両走行中は、図４で説明したように、ＨＣ抑制の上では第２のバルブタイミングが好ましいが、第２のバルブタイミングでは排気損失が増え、燃費が悪化傾向となるので、ＨＣ抑制のために必要最小限の領域で第２のバルブタイミングとするようにしている。
　図５に符号Ｐ１で示す点は、図３のアイドル条件に相当する運転点であり、この点Ｐ１では、前述したように、目標の燃焼重心がＡＴＤＣ８０°~９０°ＣＡ付近となり、かつ第１のバルブタイミングとなる。符号Ｐ２で示す点は、図４で例示した発進加速時に相当する運転点であり、この点Ｐ２では、前述したように、目標の燃焼重心がＡＴＤＣ３０°付近となり、かつ第２のバルブタイミングとなる。なお、車両の発進加速時も車両の走行中（非アイドル時）に含まれるので、運転者のアクセルペダル３６の踏込具合によっては点Ｐ２とは異なる運転点で車両の発進が開始されることもあり、この場合には、その運転点に対応した制御がなされることとなる。点Ｐ２は、典型的な車両の発進加速時の運転点を示している。
　ところで、図２（ｂ）には、第２のバルブタイミングとして排気弁閉時期（ＥＶＣ）が上死点前（ＢＴＤＣ）２５°ＣＡであるバルブタイミング特性を示したが、上死点付近での二次ピークの影響の排除と燃費悪化抑制とを両立させるために、第２のバルブタイミングとしたときの排気側可変バルブタイミング機構３９による進角量（つまり排気弁閉時期の進角位置）を内燃機関１の温度（例えば、シリンダ壁温に相関する冷却水温度や潤滑油温など）に応じたものとしてもよい。すなわち、内燃機関１の温度が低いほど進角量が大となるように、排気側可変バルブタイミング機構３９の進角量が設定される。二次ピークとして上死点付近で排出される未燃ＨＣは、シリンダ壁温が低いほど多くなるので、より早期に排気弁１４を閉じることでＨＣ排出がより確実に制限される。他方、内燃機関１の温度が高く二次ピークの未燃ＨＣが少ない場合には、排気弁閉時期および排気弁開時期が相対的に遅くなることで、第２のバルブタイミングとすることによる燃費の悪化が少なくなる。
　このように第２のバルブタイミングとしたときの排気側可変バルブタイミング機構３９の進角量を可変制御する場合には、燃焼重心の位置によっては、燃焼重心と排気弁開時期とが過度に近いことにより、ＨＣ排出の一次ピークによるエンジンアウトＨＣの悪化の問題が生じる。以下、これを図６，図７を用いて説明する。
　図６は、図２（ｂ）に例示した第２のバルブタイミングにおいて、リタード燃焼の燃焼重心（Ｍｂ５０）とエンジンアウトＨＣとの相関を示している。なお、図示の特性は、説明のための模式的な特性であるが、図３に示した第２のバルブタイミングによるＨＣ排出量特性に概ね対応している。
　図６に示すように、燃焼重心が比較的小さくリタードしているところから燃焼重心を徐々にリタードしていくと、ＨＣは徐々に低下していく。これは、リタード燃焼により排気温度が高くなるとともに未燃ＨＣの後燃えが生じるためである。しかしながら、ＨＣは、ある燃焼重心位置（あるリタード量Ｒ）において極小となり、それ以上燃焼重心がリタードすると、逆にＨＣ排出量が増加する傾向となる。これは、図２（ｂ）のように下死点から比較的大きく進角している排気弁開時期に対して燃焼重心が近くなりすぎ、排気弁１４が開いたときのＨＣの一次ピークの影響が大となることによる。つまり、一次ピークの影響による図６に示すようなＨＣの悪化を回避するためには、燃焼重心（Ｍｂ５０）と排気弁開時期（ＥＶＯ）とが近くなりすぎないことが必要である。
　図７は、このような観点から定められる第２のバルブタイミング時燃焼重心遅角限界ＲＬｉｍの特性を示している。すなわち、図７の横軸は、第２のバルブタイミングとしたときの排気弁開時期ＥＶＯ（これは排気側可変バルブタイミング機構３９の進角量に伴って変化する）であり、各排気弁開時期ＥＶＯに対して縦軸に示す燃焼重心Ｍｂ５０の遅角限界ＲＬｉｍが定められている。排気弁開時期ＥＶＯが遅れ側にあるほど燃焼重心Ｍｂ５０を遅れ側に設定することが可能であり、従って、燃焼重心遅角限界ＲＬｉｍは、図示するように傾斜した直線として表される。
　なお、図６においては、図示するようにＨＣの特性曲線の極小点に対応する燃焼重心Ｍｂ５０が燃焼重心遅角限界ＲＬｉｍとなる。あるいは、多少の余裕を見込んで、ＨＣの極小点よりも僅かに進角側に燃焼重心遅角限界ＲＬｉｍを設定してもよい。
　この図７は、排気弁開時期ＥＶＯが上述したように内燃機関１の温度（冷却水温度等）に基づいて設定され、かつ目標の燃焼重心Ｍｂ５０が上述したように内燃機関１の負荷および回転速度に基づいて設定されたときに、図６で説明したような一次ピークの影響によるＨＣの悪化が生じるか否かを示すものとなる。排気弁開時期ＥＶＯと目標燃焼重心Ｍｂ５０との交点となる制御点が図７において燃焼重心遅角限界ＲＬｉｍよりも下側にあれば、図６で説明したような一次ピークの影響によるＨＣの悪化が生じないことを意味する。例えば、図７に符号Ｐ３で示す点に排気弁開時期ＥＶＯと燃焼重心Ｍｂ５０とがあれば、一次ピークの影響によるＨＣの悪化が生じない。
　他方、排気弁開時期ＥＶＯと目標燃焼重心Ｍｂ５０との交点となる制御点が図７において燃焼重心遅角限界ＲＬｉｍよりも上側にあれば、燃焼重心が燃焼重心遅角限界ＲＬｉｍよりも遅角側にあり、従って図６で説明したような一次ピークの影響によるＨＣの悪化が生じることを意味する。例えば、図７に符号Ｐ４で示す点に排気弁開時期ＥＶＯと目標の燃焼重心Ｍｂ５０とがあれば、第２のバルブタイミングでは、一次ピークの影響によるＨＣの悪化が生る。
　このようなことから、本実施例においては、目標の燃焼重心Ｍｂ５０が第２のバルブタイミングとした場合の排気弁開時期ＥＶＯに対応した燃焼重心遅角限界ＲＬｉｍよりも遅角側にある場合には、第２のバルブタイミングとせずに第１のバルブタイミングを選択する。すなわち、図７において、燃焼重心遅角限界ＲＬｉｍの斜めの直線よりも下側の領域Ｂでは、内燃機関１の負荷および回転速度から定まる第２のバルブタイミングのままとし、燃焼重心遅角限界ＲＬｉｍよりも上側の領域Ａでは、内燃機関１の負荷および回転速度から第２のバルブタイミングが要求されていても第１のバルブタイミングとする。これにより、内燃機関１の温度に応じて排気弁開時期ＥＶＯが進角したときの一次ピークの影響によるＨＣの悪化が回避される。
　図８は、エンジンコントローラ３１において実行される触媒暖機運転制御の処理の流れを示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、内燃機関１の運転中、繰り返し実行される。ステップ１では、触媒１６の暖機が完了しているか否か、つまり、触媒１６の温度が所定の活性温度に到達しているか否か、を判定する。触媒１６の暖機が完了していれば、ステップ１１へ進み、通常の燃焼モードとする。この通常燃焼モードでは、特殊な状況を除き、燃焼重心がクランク角で上死点後Ｒ２（例えば２０°ＣＡ）よりも早期となるように燃焼時期が制御されるとともに、バルブタイミングが第１のバルブタイミングとなる。
　触媒１６の暖機が未完了である場合は、ステップ２へ進み、車両停止中のアイドル状態であるか否かを判定する。非アイドル時つまり車両の発進時もしくは走行中であれば、ステップ６以降へ進む。アイドル状態であれば、ステップ３へ進み、リタード燃焼における目標の燃焼重心（Ｍｂ５０）を設定する。アイドル時の目標の燃焼重心は、前述したように、例えばＡＴＤＣ８０°~９０°ＣＡである。これは固定値であってもよく、あるいは触媒温度等に基づく多少の補正を加えた値であってもよい。ステップ３に続くステップ４では、排気側可変バルブタイミング機構３９および吸気弁側可変バルブタイミング機構２３を介して、バルブタイミングを第１のバルブタイミングとする。そして、ステップ５へ進み、目標の燃焼重心をＡＴＤＣ８０°~９０°ＣＡとしたリタード燃焼を実行する。
　非アイドル時であるときのステップ６では、前述したように、内燃機関１の負荷および回転速度に基づいて、目標の燃焼重心を設定する。このときの燃焼重心は、アイドル時の目標の燃焼重心よりは進角側（つまりリタード量Ｒが小さい）であり、例えばＡＴＤＣ２０°~５０°ＣＡの範囲内で設定される。次に、ステップ７で、内燃機関１の負荷および回転速度に基づき、図５に示した領域を参照して、第１のバルブタイミングとすべき領域であるか否かを判定する。第１のバルブタイミングとすべき領域であれば、ステップ４へ進み、前述したように、排気側可変バルブタイミング機構３９および吸気弁側可変バルブタイミング機構２３を介して、バルブタイミングを第１のバルブタイミングとする。そして、ステップ５へ進み、目標の燃焼重心をステップ６で設定した値（例えばＡＴＤＣ３０°~４０°ＣＡ）としたリタード燃焼を実行する。
　ステップ７において第２のバルブタイミングとすべき領域であると判定した場合には、ステップ８へ進み、内燃機関１の温度（例えば冷却水温度）に基づいて第２のバルブタイミングとしたときの目標の排気弁開時期（ＥＶＯ）を決定する。次にステップ９へ進み、ステップ６で設定した目標の燃焼重心がステップ８で決定した排気弁開時期に対応した燃焼重心遅角限界ＲＬｉｍよりも進角側であるか否かを判定する。
　目標の燃焼重心が燃焼重心遅角限界ＲＬｉｍよりも進角側であれば、第２のバルブタイミングの利用が可能であるので、ステップ１０へ進み、排気側可変バルブタイミング機構３９および吸気弁側可変バルブタイミング機構２３を介して、バルブタイミングを第２のバルブタイミングとする。そして、ステップ５へ進み、目標の燃焼重心をステップ６で設定した値（例えばＡＴＤＣ３０°~４０°ＣＡ）としたリタード燃焼を実行する。
　ステップ９において目標の燃焼重心が燃焼重心遅角限界ＲＬｉｍよりも遅角側であれば、第２のバルブタイミングの利用は好ましくないので、ステップ４へ進み、前述したように排気側可変バルブタイミング機構３９および吸気弁側可変バルブタイミング機構２３を介して、バルブタイミングを第１のバルブタイミングとする。そして、ステップ５へ進み、目標の燃焼重心をステップ６で設定した値（例えばＡＴＤＣ３０°~４０°ＣＡ）としたリタード燃焼を実行する。
　次に図９は、内燃機関１の冷間始動から触媒暖機完了に至るまでの触媒暖機運転制御の一例を示したタイムチャートである。図９における（ａ）は、車速変化および触媒１６の温度変化を示している。（ｂ）は、同じく車速変化および点火時期の変化を示している。点火時期の進角度合いは、基本的に燃焼重心の位置に相関しており、点火時期が遅角側にあるほどリタード燃焼におけるリタード量Ｒが大きいことを意味する。（ｃ）では、要求トルクの変化と、触媒暖機完了を示す触媒暖機完了フラグの状態と、バルブタイミングが第１のバルブタイミングであるか第２のバルブタイミングであるか、とを対比して示している。
　この図９の例では、内燃機関１を始動した後、車両停止状態のまま時間ｔ１まではアイドル状態である。時間ｔ１において運転者がアクセルペダル３６を踏み込んで発進加速を行い、（ｃ）の要求トルクおよび（ａ）の車速変化に示すように車両の走行がなされる。そして、時間ｔ２において触媒１６の暖機が完了する。この例では、アイドル状態である時間ｔ１までは、大幅なリタード量Ｒを伴うリタード燃焼が行われ、かつバルブタイミングとしては第１のバルブタイミングが選択されている。そして、走行開始後は、負荷つまり要求トルクと機関回転速度に応じた相対的に小さいリタード量Ｒでもってリタード燃焼がなされる。また図示例では、この触媒暖機完了前の走行中の間、第２のバルブタイミングとなる。時間ｔ２以降は、通常の燃焼モードに復帰する。
　以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は上記実施例にのみ限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例では、吸気弁５側も可変動弁機構を備えているが、吸気弁５側のバルブタイミングが固定のものであってもよい。また、排気弁１４側の可変動弁機構としては、カムシャフトの位相を変化させる可変バルブタイミング機構に限らず、他の形式の機構であってもよい。
　また、必ずしも第１のバルブタイミングでポジティブオーバラップとなり第２のバルブタイミングでネガティブオーバラップとなる必要はない。また、第１のバルブタイミングにおける排気弁閉時期は上死点後に限られず、上死点直前（例えばＢＴＤＣ３°ＣＡ程度）であってもよい。さらに、触媒の暖機完了は、触媒温度センサ３７を用いずに他の手段ないし方法によって判定するようにしてもよい。

Claims (9)

  1. 　一定の作動角でもって排気弁開時期と排気弁閉時期とを変更可能な可変動弁機構を有し、排気弁閉時期が相対的に遅い第１のバルブタイミングと、排気弁閉時期が相対的に早い第２のバルブタイミングと、に制御可能な車両用内燃機関の触媒暖機運転制御方法であって、
    　内燃機関の負荷が所定負荷より低いときには第１のバルブタイミングとし、
    　内燃機関の負荷が上記所定負荷より高いときには第２のバルブタイミングとする、
    　車両用内燃機関の触媒暖機運転制御方法。
  2. 　車両停車中のアイドル時には、燃焼重心が少なくともクランク角で上死点後Ｒ１以降のリタード燃焼となるように燃焼時期を制御するとともに、排気弁開時期が燃焼重心から離れるように第１のバルブタイミングとし、
    　車両の発進加速時には、燃焼重心がクランク角で上死点後Ｒ２~Ｒ１の範囲内（但し、Ｒ２＜Ｒ１）のリタード燃焼となるように燃焼時期を制御するとともに、第２のバルブタイミングとし、
    　触媒暖機完了後は、燃焼重心がクランク角で上死点後Ｒ２よりも早期となるようにリタード燃焼を終了するとともに、第１のバルブタイミングとする、
    　請求項１に記載の車両用内燃機関の触媒暖機運転制御方法。
  3. 　車両の走行中は、
    　内燃機関の負荷と回転速度とに応じて低速低負荷側ほどリタード量が大となるように目標燃焼重心を設定してリタード燃焼を行い、
    　所定の高負荷域および高速域を除き、低速低負荷側の領域で第１のバルブタイミングとし、かつ高速高負荷側の領域で第２のバルブタイミングとする、
    　請求項２に記載の車両用内燃機関の触媒暖機運転制御方法。
  4. 　第２のバルブタイミングとしたときの上記可変動弁機構の進角量を、内燃機関の温度が低いほど大きくする、請求項２または３に記載の車両用内燃機関の触媒暖機運転制御方法。
  5. 　第２のバルブタイミングとしたときの排気弁開時期が燃焼重心に近付くことによるＨＣ増加を回避するように、第２のバルブタイミング時燃焼重心遅角限界が排気弁開時期毎に予め定められており、
    　内燃機関の負荷と回転速度とに応じて設定された燃焼重心が上記第２のバルブタイミング時燃焼重心遅角限界よりも遅角側にあるときは第１のバルブタイミングとする、
    　請求項４に記載の車両用内燃機関の触媒暖機運転制御方法。
  6. 　固定もしくは可変制御される吸気弁開時期に対して、第１のバルブタイミングではポジティブオーバラップとなり、第２のバルブタイミングではネガティブオーバラップとなる、
    　請求項１~５のいずれかに記載の車両用内燃機関の触媒暖機運転制御方法。
  7. 　第１のバルブタイミングでは排気弁閉時期が上死点後にあり、第２のバルブタイミングでは排気弁閉時期が上死点前にある、
    　請求項１~６のいずれかに記載の車両用内燃機関の触媒暖機運転制御方法。
  8. 　内燃機関の負荷が上記所定負荷より低いとき、触媒の暖機が進むほど排気弁の開閉時期を遅らせる、
    　請求項１~７のいずれかに記載の車両用内燃機関の触媒暖機運転制御方法。
  9. 　吸気弁と、
    　排気弁と、
    　排気系に設けられた触媒と、
    　一定の作動角でもって排気弁開時期と排気弁閉時期とが変化し、排気弁閉時期が相対的に遅い第１のバルブタイミングと、排気弁閉時期が相対的に早い第２のバルブタイミングと、に制御可能な可変動弁機構と、
    　燃焼時期の制御のために点火時期制御が可能な点火装置と、
    　を備えた車両用内燃機関の触媒暖機運転制御装置であって、
    　車両停車中のアイドル時には、燃焼重心が少なくともクランク角で上死点後Ｒ１以降のリタード燃焼となるように燃焼時期を制御するとともに、排気弁開時期が燃焼重心から離れるように第１のバルブタイミングとし、
    　車両の発進加速時には、燃焼重心がクランク角で上死点後Ｒ２~Ｒ１の範囲内（但し、Ｒ２＜Ｒ１）のリタード燃焼となるように燃焼時期を制御するとともに、第２のバルブタイミングとし、
    　触媒暖機完了後は、燃焼重心がクランク角で上死点後Ｒ２よりも早期となるようにリタード燃焼を終了するとともに、第１のバルブタイミングとする、
    　車両用内燃機関の触媒暖機運転制御装置。
PCT/IB2019/001326 2019-12-06 2019-12-06 車両用内燃機関の触媒暖機運転制御方法および触媒暖機運転制御装置 WO2021111163A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021562192A JP7359221B2 (ja) 2019-12-06 2019-12-06 車両用内燃機関の触媒暖機運転制御方法および触媒暖機運転制御装置
PCT/IB2019/001326 WO2021111163A1 (ja) 2019-12-06 2019-12-06 車両用内燃機関の触媒暖機運転制御方法および触媒暖機運転制御装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/IB2019/001326 WO2021111163A1 (ja) 2019-12-06 2019-12-06 車両用内燃機関の触媒暖機運転制御方法および触媒暖機運転制御装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021111163A1 true WO2021111163A1 (ja) 2021-06-10

Family

ID=76221658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2019/001326 WO2021111163A1 (ja) 2019-12-06 2019-12-06 車両用内燃機関の触媒暖機運転制御方法および触媒暖機運転制御装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7359221B2 (ja)
WO (1) WO2021111163A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0642379A (ja) * 1992-05-27 1994-02-15 Fuji Heavy Ind Ltd 動弁機構のバルブタイミング制御装置
JP2002161722A (ja) * 2000-11-28 2002-06-07 Mitsubishi Electric Corp 内燃機関のバルブタイミング制御装置
JP2009216035A (ja) * 2008-03-12 2009-09-24 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0642379A (ja) * 1992-05-27 1994-02-15 Fuji Heavy Ind Ltd 動弁機構のバルブタイミング制御装置
JP2002161722A (ja) * 2000-11-28 2002-06-07 Mitsubishi Electric Corp 内燃機関のバルブタイミング制御装置
JP2009216035A (ja) * 2008-03-12 2009-09-24 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2021111163A1 (ja) 2021-06-10
JP7359221B2 (ja) 2023-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6020770B2 (ja) エンジンの制御装置
US8141533B2 (en) Control apparatus and method for internal combustion engine
JP4395099B2 (ja) 過給機付き内燃機関の制御装置
JP4957611B2 (ja) 内燃機関の制御方法
JP5772025B2 (ja) 内燃機関の制御装置
US10718275B2 (en) Miller cycle engine
JP4172319B2 (ja) エンジンの可変バルブタイミング制御装置
JP4952732B2 (ja) 内燃機関の制御方法および内燃機関の制御システム
JP2012255366A (ja) 内燃機関の制御装置及び制御方法
CN104395587A (zh) 内燃机的控制装置
JP2000073803A (ja) 筒内噴射ガソリンエンジン
US11092108B2 (en) Control device for compression self-ignition engine
JP2006291939A (ja) エンジンの制御装置
JP5029517B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP4075679B2 (ja) 内燃機関の始動制御装置
JP3771101B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP5851463B2 (ja) 内燃機関のバルブタイミング制御装置
JP5593132B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP4419800B2 (ja) エンジン始動装置
WO2021111163A1 (ja) 車両用内燃機関の触媒暖機運転制御方法および触媒暖機運転制御装置
JP4140351B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP7276589B2 (ja) 内燃機関の制御方法および制御装置
JP2008008223A (ja) 内燃機関の排気温度抑制装置
JP2006132399A (ja) 過給機付エンジンの制御装置および制御方法
JP2010270708A (ja) 内燃機関の制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19955231

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2021562192

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19955231

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1