JP2007321743A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒の暖機を促進させることが可能な内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気経路を流れる排気ガスを浄化する触媒の温度を検出または推定する触媒温度検出推定手段を備え、前記触媒温度検出推定手段により検出または推定された前記触媒の温度が予め定められた所定の温度よりも低い場合（Ｓ１０−Ｙ）に、前記内燃機関の気筒への新気の吸入量を減少させる制御が行われる（Ｓ３０）。前記内燃機関の気筒の残留ガス量を増加させる制御が行われる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に触媒の暖機を促進させることが可能な内燃機関の制御装置に関する。

一般に、内燃機関の燃焼室から排出された排気ガス中には、そのまま大気へ放出されると有害な一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）等のガス成分が含まれている。このため、従来より、内燃機関には、その有害なガス成分を浄化する排気浄化装置が備えられている。

排気浄化装置としては、例えば、プラチナ等の貴金属を担持した三元触媒装置のような触媒が用いられる。触媒が十分な浄化能力を発揮するためには、触媒の温度が活性化温度以上であることが要求される。

内燃機関の始動後の暖機中、あるいは低回転軽負荷の運転状態が長時間継続した場合などには、触媒の温度が活性化温度を下回る場合がある。このように触媒の温度が低いときには、排気ガスの温度を高めることにより、あるいは排気ガスの温度の低下を抑制することにより、触媒の暖機を促進させることが望ましい。

特開２００２−３０３１６４号公報 特開平１０−１７６５５８号公報 特開２００４−２１１６１４号公報

排気ガスを浄化する触媒の温度が予め定められた所定の温度よりも低い場合に、排気ガスの温度上昇を促進することにより、あるいは排気ガスの温度低下を抑制することにより、触媒の暖機を促進させることが望まれている。

本発明の目的は、触媒の暖機を促進させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。

本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気経路を流れる排気ガスを浄化する触媒の温度を検出または推定する触媒温度検出推定手段を備え、前記触媒温度検出推定手段により検出または推定された前記触媒の温度が予め定められた所定の温度よりも低い場合に、前記内燃機関の気筒への新気の吸入量を減少させる制御が行われることを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気経路を流れる排気ガスを浄化する触媒の温度を検出または推定する触媒温度検出推定手段を備え、前記触媒温度検出推定手段により検出または推定された前記触媒の温度が予め定められた所定の温度よりも低い場合に、前記内燃機関の気筒の残留ガス量を増加させる制御が行われることを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気経路を流れる排気ガスを浄化する触媒の温度を検出または推定する触媒温度検出推定手段を備え、前記触媒温度検出推定手段により検出または推定された前記触媒の温度が予め定められた所定の温度よりも低い場合に、前記内燃機関の排気行程における前記内燃機関の排気圧力を高める制御が行われることを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気経路を流れる排気ガスを浄化する触媒の温度を検出または推定する触媒温度検出推定手段を備え、前記触媒温度検出推定手段により検出または推定された前記触媒の温度が予め定められた所定の温度よりも低い場合に、前記内燃機関のバルブオーバーラップ期間における前記内燃機関の排気圧力を高める制御が行われることを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置において、更に、前記触媒の温度が前記所定の温度よりも低くない場合に比べて、前記バルブオーバーラップ期間が長くなるように設定されることを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置において、更に、前記触媒の温度が前記所定の温度よりも低い場合に、前記排気圧力が極大となるタイミングと前記バルブオーバーラップ期間の中心時期とを近づける制御が行われることを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置であって、前記排気経路に周期の異なる複数種類の排気脈動を選択的に生成することが可能な排気脈動生成手段を備え、前記周期の異なる複数種類の排気脈動が選択的に生成されることにより前記制御が行われることを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置であって、前記排気経路の実質的な長さを切替え可能な排気経路長切替手段を備え、前記排気経路の実質的な長さが切替えられることにより前記制御が行われることを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置であって、前記周期の異なる複数種類の排気脈動の選択的な生成、または前記排気経路の実質的な長さの切替えは、前記内燃機関の回転数に基づいて、行われることを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置であって、前記周期の異なる複数種類の排気脈動の選択的な生成、または前記排気経路の実質的な長さの切替えは、前記排気ガスの圧力の検出値に基づいて、行われることを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置であって、前記制御は、前記内燃機関においてフューエルカット制御が実行されているときに行われることを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気経路を流れる排気ガスを浄化する触媒の温度を検出または推定する触媒温度検出推定手段と、前記内燃機関の稼動時に前記内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方を閉弁状態で停止させることが可能なバルブ停止機構を備え、前記触媒温度検出推定手段により検出または推定された前記触媒の温度が予め定められた所定の温度よりも低い場合であり、かつ前記内燃機関においてフューエルカット制御が実行されている場合に、前記吸気バルブ及び前記排気バルブの少なくとも一方が閉弁状態で停止されることを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置であって、前記所定の温度は、前記触媒の活性化温度であることを特徴としている。

本発明の内燃機関の制御装置によれば、触媒の暖機が促進される。

以下、本発明の内燃機関の制御装置の一実施形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１から図５を参照して、第１実施形態について説明する。

第１実施形態では、触媒の暖機中にフューエルカット制御が行われた場合に、排気ガス中に混入する新気量を減少させる制御が行われる。これにより、排気ガスの温度が高くなり、触媒の暖機が促進される。排気ガス中に混入する新気量を減少させる制御は、例えば、気筒の残留ガス量を増加させる制御により実現されることができる。気筒の残留ガス量を増加させる制御は、例えば、バルブオーバーラップ期間または排気工程中に排気圧力を高める制御により実現されることができる。

上記のように、内燃機関の始動後の暖機中、あるいは低回転軽負荷の運転状態が長時間継続した場合など、触媒の温度が活性化温度を下回る場合には、触媒の暖機を促進することが求められる。しかしながら、触媒の暖機中にフューエルカット制御が行われた場合には、筒内で燃焼が行われないことにより新気がそのまま排気管に流れる。このため、排気ガス中に新気が混入することにより、排気ガスの温度が下がり、触媒暖機性が悪化する。一方、排気ガスの温度を上げるためにフューエルカット制御をやめると、燃費が悪化するという問題がある。

本実施形態のエンジンには、可変排気弁が設けられ、その可変排気弁の開閉状態が切替えられることにより、実質的な排気管長（実質的な排気経路の長さ）が切替えられる。実質的な排気管長が切替えられることで、排気管内に生成される排気脈動の周期が切替えられる。この場合、バルブオーバーラップ期間に排気圧力ができるだけ高くなるように排気脈動の周期が切替えられる。これにより、排気ガス中に混入する新気量が減少し（気筒の残留ガス量が増加し）、排気ガスの温度が上昇し、触媒の暖機が促進される。

図２は、第１実施形態に係る装置の概略構成図である。図２において、符号１はエンジンを示す。エンジン１は、直列に配置された４つの気筒４（第１気筒４ａ、第２気筒４ｂ、第３気筒４ｃ、第４気筒４ｄ）を有する。エンジン１のシリンダヘッド２には、吸気マニホルド５が接続されている。吸気マニホルド５における吸気の流れ方向の上流側は、吸気管６に接続されている。

吸気管６には、エンジン１に供給される吸気量を調節するスロットルバルブ７が設けられている。また、吸気管６には、スロットルバルブ７の開度を測定するスロットル開度センサ１６が設けられている。吸気管６において、スロットルバルブ７の設置位置よりも吸気の流れ方向の上流側には、吸気をろ過するエアクリーナ８が接続されている。また、吸気マニホルド５には、各気筒４に対応するように４つの燃料噴射弁９が設けられている。燃料噴射弁９は、各気筒４に供給される吸気に燃料を噴射する。

シリンダヘッド２には、排気マニホルド１０（排気経路）が接続されている。排気マニホルド１０は、第１排気マニホルド１０ａ及び第２排気マニホルド１０ｂを有する。

４つの気筒４は、互いに燃焼順序が干渉しない２つの気筒４を一組として２つの組に分けられる。本例では、第一気筒４ａ及び第四気筒４ｄで一つの組を構成し、第ニ気筒４ｂ及び第三気筒４ｃで他の一組を構成する。第一気筒４ａ及び第四気筒４ｄの組から排出される排気ガスは、第１排気マニホルド１０ａに流れる。また、第ニ気筒４ｂ及び第三気筒４ｃの組から排出される排気ガスは、第２排気マニホルド１０ｂに流れる。排気マニホルド１０は、このように４つの気筒４から排出される排気ガスの流路を２本とするデュアル排気管となっている。

第１排気マニホルド１０ａの排気ガスの流れ方向における下流側の端部には、排気ガスを浄化する触媒１１（第１触媒１１ａ）が接続されている。また、第２排気マニホルド１０ｂの排気ガスの流れ方向における下流側端部には、触媒１１（第２触媒１１ｂ）が接続されている。第１触媒１１ａは、集合管１８（第１集合管１８ａ）に接続されている。第２触媒１１ｂは、集合管１８（第２集合管１８ｂ）に接続されている。触媒１１及び集合管１８は、それぞれ排気経路の一部を構成している。触媒１１は、炭化水素（ＨＣ）と、一酸化炭素（ＣＯ）と、窒素酸化物（ＮＯｘ）との３物質を酸化・還元反応によって同時に除去するいわゆる三元触媒であることができる。

第１集合管１８ａ及び第２集合管１８ｂは、合流部５０において互いに接続されている。第１集合管１８ａ及び第２集合管１８ｂを流れる排気ガスは、合流部５０において合流する。第１集合管１８ａ及び第２集合管１８ｂの下流側端部は、合流部５０において、排気管１４（排気経路）に接続されている。また、第２集合管１８ｂにおいて、第２触媒１１ｂとの接続部の近傍には排気ガスの温度を測定する排気温センサ１７が設けられている。

集合管１８には、連通管１２が接続されている。連通管１２の一端は、第１集合管１８ａに接続されている。連通管１２の他端は、第２集合管１８ｂに接続されている。第１集合管１８ａ及び第２集合管１８ｂは、連通管１２を介して連通されている。連通管１２の内部には、可変排気弁１３が設けられている。

可変排気弁１３の開閉状態が切替えられることにより、集合管１８において排気ガスが合流する位置が可変にされる。これにより、集合管１８における排気ガスの流れ方向の上流側端部１００から排気ガスが合流する部分までの長さが切替えられる。

可変排気弁１３が閉じた状態では、第１集合管１８ａ及び第２集合管１８ｂを流れる排気ガスは、合流部５０において合流する。この場合、実質的な排気管長は、気筒４から合流部５０までの間の長さ１０２である。一方、可変排気弁１３が開いた状態では、第１集合管１８ａと第２集合管１８ｂとが連通管１２を介して連通される。このため、第１集合管１８ａ及び第２集合管１８ｂを流れる排気ガスは、連通管１２において合流する。従って、実質的な排気管長は、気筒４から集合管１８と連通管１２との接続部１０１までの間の長さ１０３となる。

図３は、気筒４の断面図である。シリンダヘッド２には、吸気ポート２１が設けられている。また、シリンダヘッド２には、排気ポート２２（排気経路）が設けられている。吸気ポート２１は、吸気マニホルド５（図２）に接続されている。排気ポート２２は、排気マニホルド１０（図２）に接続されている。シリンダヘッド２の下方には、シリンダブロック３が設けられている。シリンダブロック３には、シリンダブロック３内を往復動可能なピストン２３が設けられている。ピストン２３の上方には、燃焼室２４が形成されている。

吸気ポート２１と燃焼室２４との接続部には、吸気バルブ２５が設けられている。吸気バルブ２５の開閉動作は、吸気バルブ駆動機構２７により行われる。排気ポート２２と燃焼室２４との接続部には、排気バルブ２６が設けられている。排気バルブ２６の開閉動作は、排気バルブ駆動機構２８により行われる。吸気バルブ駆動機構２７及び排気バルブ駆動機構２８は、それぞれ吸気バルブ２５及び排気バルブ２６を開閉駆動するためのカムシャフトであることができる。シリンダヘッド２には、点火プラグ２９が設けられている。点火プラグ２９は、燃焼室２４内で圧縮された混合気に点火を行う。

図２に示すように、エンジン１を搭載する車両（図示省略）には、車両各部を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）を有する車両制御部２０が設けられている。また、車両には、エンジン１のエンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ１５が設けられている。エンジン回転数センサ１５、スロットル開度センサ１６及び排気温センサ１７は、車両制御部２０に接続されており、それぞれの計測結果が車両制御部２０に入力される。また、燃料噴射弁９及び可変排気弁１３は、それぞれ車両制御部２０により動作が制御される。

車両制御部２０は、エンジン１の運転状態が予め定められた所定の状態となった場合に、燃料噴射弁９からの燃料の噴射を停止するフューエルカット制御を実行する。フューエルカット制御は、例えばスロットル開度センサ１６及びエンジン回転数センサ１５から入力された情報に基づいて行われることができる。より具体的には、フューエルカット制御は、スロットルバルブ７が全閉状態であり、かつエンジン回転数が規定回転以上である場合に行われることができる。

図１は、第１実施形態の可変排気弁１３の開閉制御を説明するための図である。図１に示す実線の曲線Ａは、可変排気弁１３が閉じた状態で発生する排気脈動の波形の一例である。破線の曲線Ｂは、可変排気弁１３が開いた状態で発生する排気脈動の波形の一例である。排気脈動とは、排気管（排気経路）に排出された排気ガスの圧力波が、排気管の開口端や、排気管の合流部及び排気管に設けられた断面積拡大部など（実質的な開口端）において反射して戻ることにより生じる排気圧力の脈動である。排気脈動の周期は、排気ガスが排気管に排出されてから排気管の開口端または実質的な開口端において反射されるまでの実質的な排気管長（実質的な排気経路の長さ）によって決まる。

上記のように、可変排気弁１３が開いた状態では、可変排気弁１３が閉じた状態に比べて実質的な排気管長が短くなる。したがって、図１に示すように、可変排気弁１３が閉じた状態で発生する排気脈動Ａの周期は、可変排気弁１３が開いた状態で発生する排気脈動Ｂの周期よりも相対的に長くなる。

図１に示す吸気ＴＤＣ２００は、ピストン２３の上死点である。吸気ＴＤＣ２００から吸気行程が開始される。吸気バルブ２５と排気バルブ２６が共に開いた状態となるバルブオーバーラップ期間２０１は、通常、吸気ＴＤＣ２００付近に設定される。本実施形態では、可変排気弁１３が閉じた状態の排気脈動Ａと開いた状態の排気脈動Ｂは、互いに異なる周期で脈動しているため、所定の期間における両者の圧力を比較した場合に、一方の圧力が他方の圧力よりも大きい状態となる。

例えば、図１の例では、バルブオーバーラップ期間２０１において、符号３００で示す期間（第１期間）では、可変排気弁１３が開いた状態における排気脈動Ｂの圧力が、可変排気弁１３が閉じた状態における排気脈動Ａの圧力よりも相対的に大きい。一方、符号３０１で示す期間（第２期間）では、排気脈動Ａの圧力が、排気脈動Ｂの圧力よりも相対的に大きい。

バルブオーバーラップ期間２０１において、気筒４の排気圧力が吸気圧力よりも高いほど、圧力差により排気側から吸気側へと多くの排気ガスが逆流する。このため、気筒４の残留ガス量が増加し、新気の吸入空気量が減少する。これにより、気筒４から排出される排気ガスの温度が高くなる。

本実施形態では、フューエルカット制御が行われている場合に、バルブオーバーラップ期間２０１において、排気圧力がより高くなるように可変排気弁１３の開閉状態が切り替えられる。例えば、バルブオーバーラップ期間２０１において、可変排気弁１３が開いた状態における排気脈動Ｂの圧力が相対的に大きくなる第１期間３００の長さと、可変排気弁１３が閉じた状態における排気脈動Ａの圧力が相対的に大きくなる第２期間３０１の長さが比較される。第１期間３００の方がより長い場合には、可変排気弁１３が開いた状態に切替えられる。一方、第２期間３０１の方がより長い場合には、可変排気弁１３が閉じた状態に切替えられる。

図１の例では、バルブオーバーラップ期間２０１において、第１期間３００が第２期間３０１よりも相対的に長いので、可変排気弁１３は、開状態に切り替えられる。この場合、上記のように第１期間３００及び第２期間３０１の長さに基づく判断に代えて、第１期間３００及び第２期間３０１の長さ、並びに第１期間３００及び第２期間３０１のそれぞれにおける排気脈動Ａ及び排気脈動Ｂの圧力差に基づいて判断することができる。

さらに、上記のように第１期間３００及び第２期間３０１の長さに基づく判断に代えて、例えば吸気ＴＤＣ２００のタイミングでの排気脈動Ａ及び排気脈動Ｂの圧力の大きい方が選択されるように、可変排気弁１３の開閉状態が切替えられることができる。上記のように、オーバーラップ期間２０１は、通常、吸気ＴＤＣ２００付近に設定されることから、バルブオーバーラップ期間２０１における排気脈動Ａ及び排気脈動Ｂの圧力の大小関係の判断時を吸気ＴＤＣ２００とすることができる。

本実施形態では、可変排気弁１３の開閉状態は、エンジン回転数に基づいて選択される。エンジン回転数が変化すると、排気行程の時間の長さが変動する。一方、排気脈動（Ａ、Ｂ）の周期は、実質的な排気管長により決まるので、エンジン回転数によらずほぼ一定である。このため、排気行程の開始によって生成された排気脈動（Ａ又はＢ）のバルブオーバーラップ期間２０１における圧力値は、エンジン回転数によって決まる。即ち、バルブオーバーラップ期間２０１において排気圧力がより高くなるのは可変排気弁１３が開状態及び閉状態のいずれの場合であるかは、エンジン回転数に応じて判定することができる。

図４は、第１実施形態の動作を示すフローチャートである。
ステップＳ１０において、車両制御部２０は、触媒１１の温度が活性化温度よりも低いか否かを判定する。この判定は、排気温センサ１７により測定された排気温度が、予め定められた所定値未満であるか否かにより行われる。触媒１１の温度が活性化温度よりも低いと判定された（ステップＳ１０肯定）場合には、次に、フューエルカット制御が行われているか否かを判定する。フューエルカット制御が行われていると判定された（ステップＳ２０肯定）場合には、ステップＳ３０に移行し、可変排気弁１３の開閉動作の制御が行われる。

ステップＳ３０における可変排気弁１３の開閉状態の選択は、例えば図５に示すマップが参照されて、エンジン回転数センサ１５により検出されたエンジン回転数に基づいて行われる。図５に示されるエンジン回転数と可変排気弁１３の開閉状態との対応関係は、例えば実機試験の結果に基づいて予め定められる。バルブオーバーラップ期間２０１において気筒４の排気圧力がより高くなるように、可変排気弁１３の開閉領域が定められている。

なお、ステップＳ１０において触媒１１の温度が活性化温度以上であると判定された（ステップＳ１０否定）場合、もしくはステップＳ２０においてフューエルカット制御中ではないと判定された（ステップＳ２０否定）場合には、本制御フローはリセットされる。

第１実施形態によれば、触媒１１の温度が活性化温度よりも低く、かつフューエルカット制御が行われている場合に、バルブオーバーラップ期間２０１において気筒４の排気圧力がより高くなるように可変排気弁１３の開閉動作が制御される。これにより、気筒４の残留ガス量が増加し、排気ガスへの新気の混入量が減少し、排気ガスの温度が高くなって、触媒１１の暖機が促進される。

なお、本実施形態では、バルブオーバーラップ期間２０１において気筒４の排気圧力がより高くなるように可変排気弁１３の開閉状態が選択されたが、これに代えて、排気行程において気筒４の排気圧力がより高くなるように可変排気弁１３の開閉状態が選択されることができる。このように排気行程における気筒４の排気圧力が高くされることで、気筒４から排気ガスが排出されにくくなる。このため、残留ガス量が増加し、排気ガスの温度が高くなって、触媒１１の暖機が促進される。

なお、本実施形態においては、排気ガスの温度に基づいて触媒１１の温度を推定しているが、これに代えて、エンジン回転数及び吸気量などに基づいて触媒１１の温度を推定することができる。また、触媒１１の温度を推定する方法に代えて、触媒１１の温度を直接測定することができる。

また、本実施形態においては、エンジン回転数に基づいて可変排気弁１３を開状態とするか閉状態とするかの選択を行ったが、これに代えて、圧力センサにより測定される気筒４の背圧に基づいて、可変排気弁１３の開閉状態の選択を行うことができる。

なお、本実施形態では、触媒１１の温度が活性化温度より低く（ステップＳ１０肯定）且つフューエルカット制御が行われている（ステップＳ２０肯定）場合にステップＳ３０に進んだが、これに代えて、フューエルカット制御中か否かに関わらず（ステップＳ２０の判定を省略して）ステップＳ３０に進むことができる。この場合には、気筒４の残留ガス量が増大することによる燃焼状態の変化が生じる場合があるが、別途これに対応した燃焼制御を行うことで、燃焼状態の悪化を抑制しつつ触媒１１の暖機を促進させることができる。

なお、本実施形態において、気筒４の排気圧力を高くする制御を行う場合に、排気ガスの流路断面積を絞ることにより、さらに排気ガスの圧力を高めることができる。この場合、例えば集合管１８の内部に第２の可変排気弁を設け、第２の可変排気弁を閉じる側に動作させることで排気ガスの流路断面積を絞ることができる。これにより、気筒４の排気圧力をさらに高めて気筒４の残留ガス量を増加させ（新気の吸入空気量を減少させ）、触媒１１の暖機を促進することができる。

（第２実施形態）
図６及び図７を参照して、第２実施形態について説明する。
第２実施形態については、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

第１実施形態（図２）においては、可変排気弁１３の開閉状態を切り替えることにより、集合管１８における排気ガスの流れ方向の上流側端部１００から排気ガスが合流する部分までの長さ（実質的な排気管長）を切替えた。これに代えて、本実施形態では、集合管１８の一部に断面積を拡大させた部分を設け、断面積を拡大させた部分への排気ガスの通路を開閉することで実質的な排気管長の切替えを行う。

図６は、第２実施形態に係る装置の概略構成図である。第１実施形態（図２）における連通管１２に代えて、集合管１８には、断面積拡大部３０が設けられている。集合管１８の外周面には、カバー部材３６が設けられている。カバー部材３６は、集合管１８の外周面よりも集合管１８の径方向外方に突出する凸状に形成されている。集合管１８の外周面とカバー部材３６の間には、断面積拡大部３０が形成されている。

集合管１８には、開口部５１が設けられている。開口部５１は、集合管１８の内部と断面積拡大部３０とを連通させている。また、開口部５１には、開口部５１を開閉する可変排気弁３１が設けられている。可変排気弁３１の開閉動作は、車両制御部２０により制御される。なお、図６において、第１集合管１８ａに設けられる構成要素の符号には、末尾にａを付してある。また、第２集合管１８ｂに設けられる構成要素の符号には、末尾にｂを付してある。それ以外の構成は、第１実施形態と同様である。

可変排気弁３１が開かれると、集合管１８の内部と断面積拡大部３０とが開口部５１を介して連通されるので、開口部５１が実質的な開口端となって排気ガスの圧力波が反射する。従って、可変排気弁３１が開弁された状態における実質的な排気管長は、気筒４から開口部５１までの間の長さ１０４である。可変排気弁３１が閉じられた状態では、上記第１実施形態の場合と同様に、実質的な排気管長は気筒４から合流部５０までの間の長さ１０２である。

第２実施形態では、触媒１１の温度が活性化温度よりも低く、かつフューエルカット制御が行われている場合に、バルブオーバーラップ中において気筒４の排気圧力がより高くなるように可変排気弁３１の開閉動作が制御される。これにより、気筒４の残留ガス量が増加し、新気の吸入量が減少し、排気ガスの温度が高くなって、触媒１１の暖機が促進される。

（第２実施形態の変形例）
なお、本実施形態の断面積拡大部３０の構成に代えて、集合管１８に設けられる断面積拡大部を図７に示すような構成とすることができる。

集合管１８の外周面には、集合管１８よりも径の大きい外筒３７が設けられている。外筒３７の軸線方向両端部は、先端へ向かうほど径が小さくなり、両端部において集合管１８の外周面に接触している。集合管１８の外周面と外筒３７の間には、断面積拡大部３２が形成されている。

集合管１８には、連通孔３３が設けられている。連通孔３３は、集合管１８の内部と断面積拡大部３２とを連通させている。連通孔３３は、集合管１８の周方向における所定の範囲内に複数配置されている。また、集合管１８の内部には、連通孔３３を開閉する可変排気弁３４が設けられている。可変排気弁３４は、集合管１８の内周面に沿って回転可能なように円筒状に形成されている。

可変排気弁３４には、連通孔３３が配置された範囲に対応する大きさの開口部３５が設けられている。可変排気弁３４は、図示しないアクチュエータによって軸線周りに回転される。開口部３５の径方向外方向に連通孔３３が位置するように可変排気弁３４を回転移動させることで、集合管１８の内部と断面積拡大部３２とが連通孔３３を介して連通される。このように集合管１８の内部と断面積拡大部３２とが連通された状態では、連通孔３３が実質的な開口端となって排気ガスの圧力波が反射する。

なお、断面積拡大部及び可変排気弁の構成については、上記の構成には限定されず、実質的な開口端とこれを開閉する機構を設けた様々な構成を適用することができる。

（第３実施形態）
図８から図１０を参照して、第３実施形態について説明する。
第３実施形態については、上記実施形態と異なる点についてのみ説明する。

第３実施形態は、上記第１実施形態の内容の一部が変更されている。以下では、その変更点を中心に説明する。

第３実施形態では、エンジン１は、ＶＶＴ（可変バルブタイミング機構）を備える。本実施形態では、可変排気弁１３を気筒４の残留ガス量が増加するように制御するとともに、ＶＶＴも残留ガス量が増大しかつ吸入空気量が最小になるように制御する。

上記第１実施形態においては、バルブオーバーラップ期間２０１に気筒４の排気圧力がより高くなるように、可変排気弁１３の開閉動作の制御が行われた。これに加えて、第３実施形態では、図８に示すように、触媒１１の暖機を行う際に、バルブオーバーラップ期間２０２（実線矢印）を、通常の場合のバルブオーバーラップ期間２０１（破線矢印、図１の符号２０１参照）よりも長くするようにバルブタイミングが制御される。これにより、気筒４の残留ガス量をより増大させて、触媒１１の暖機を促進させる。

図９は、本実施形態に係る装置の概略構成図である。本実施形態においては、吸気バルブ２５及び排気バルブ２６は、それぞれ可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）により、開閉タイミングが可変に調整される。吸気バルブ２５は、吸気ＶＶＴ４０により、開閉タイミングが可変に調節されて駆動される。また、排気バルブ２６は、排気ＶＶＴ４１により、開閉タイミングが可変に調節されて駆動される。吸気ＶＶＴ４０及び排気ＶＶＴ４１は、それぞれ、車両制御部２０により制御される。それ以外の構成は、上記第１実施形態（図２及び図３）と同様である。

図１０は、本実施形態の動作を示すフローチャートである。第１実施形態（図４）と同様に、触媒１１の温度が活性化温度未満であり（ステップＳ１１０肯定）、フューエルカット制御中である（ステップＳ１２０肯定）場合に、ステップＳ１３０において、バルブオーバーラップ期間２０１に気筒４の排気圧力がより高くなるように可変制御弁１３が開状態及び閉状態のいずれかに切り替えられる。次に、本実施形態では、車両制御部２０は、通常時のバルブオーバーラップ期間２０１よりも長いバルブオーバーラップ期間２０２となるように、吸気ＶＶＴ４０及び排気ＶＶＴ４１の動作を制御する（ステップＳ１３５）。

ここで、通常時のバルブオーバーラップ期間２０１よりも長いバルブオーバーラップ期間２０２とするための吸気ＶＶＴ４０及び排気ＶＶＴ４１の制御としては、例えば、吸気バルブ２５の開タイミングの進角制御及び排気バルブ２６の閉タイミングの遅角制御とすることができる。

なお、ステップＳ１１０において触媒１１の温度が活性化温度以上であると判定された（ステップＳ１１０否定）場合、もしくはステップＳ１２０においてフューエルカット制御中ではないと判定された（ステップＳ１２０否定）場合には、本制御フローはリセットされる。

第３実施形態によれば、バルブオーバーラップ期間２０１に気筒４の排気圧力がより高くなるように可変排気弁１３が制御され、かつ通常時のバルブオーバーラップ期間２０１よりも長いバルブオーバーラップ期間２０２とするように吸気バルブ２５及び排気バルブ２６の開閉動作が制御される。これにより、気筒４の排気圧力が高い状態が長く続くので、気筒４の残留ガス量の増加をより効率的に行うことができる。このように気筒４の残留ガスが増加され、新気の吸入量が減少され、排気ガスの温度が高くされて触媒１１の暖機が促進される。

なお、本実施形態では、バルブオーバーラップ期間２０２を通常時のバルブオーバーラップ期間２０１よりも長くするに際して、吸気バルブ２５の開タイミングの進角制御及び排気バルブ２６の閉タイミングの遅角制御を行ったが、これに代えて、吸気バルブ２５の開タイミングの進角制御及び排気バルブ２６の閉タイミングの遅角制御のいずれか一方を実施してバルブオーバーラップ期間２０２を長くすることができる。

また、バルブオーバーラップ期間２０２を長くする制御に加えて、または、バルブオーバーラップ期間２０２を長くする制御に代えて、バルブオーバーラップ期間２０２における排気圧力がより高くなる方向にバルブオーバーラップ期間２０２の中心時期を進める又は遅らせる制御とすることができる。この場合、例えば排気脈動Ｂの圧力が極大となる時期２０３（気筒４の排気圧力が極大となる時期）とバルブオーバーラップ期間２０２の中心時期をより近づけるようにすることができる。

（第４実施形態）
図１１を参照して、第４実施形態について説明する。
第４実施形態については、上記実施形態と異なる点についてのみ説明する。

上記実施形態（図４、図１０）においては、触媒１１の温度が活性化温度よりも低く、且つフューエルカット制御が行われている場合に、気筒４の残留ガス量を増加させるような制御を行ったが、本実施形態では、これに代えて、吸気バルブ２５及び排気バルブ２６を閉じた状態で停止させる制御を行う。これにより、新気が排気ガスに流入しなくなり、触媒１１の温度低下が抑制され、触媒１１の暖機が促進される。

第４実施形態における装置の構成は、上記第３実施形態（図９）の構成に対して、吸気ＶＶＴ４０及び排気ＶＶＴ４１の機能が異なる。本実施形態の吸気ＶＶＴ４０及び排気ＶＶＴ４１は、エンジン１の稼働中に吸気バルブ２５及び排気バルブ２６を閉弁状態で停止させることができる機構（バルブ停止機構）を有する。

図１１は、第４実施形態の動作を示すフローチャートである。触媒１１の温度が活性化温度未満であり（ステップＳ２１０肯定）、フューエルカット制御中である（ステップＳ２２０肯定）場合に、車両制御部２０は、吸気バルブ２５及び排気バルブ２６が閉弁状態で停止するように、吸気ＶＶＴ４０及び排気ＶＶＴ４１を制御する（ステップＳ２３０）。

なお、ステップＳ２１０において触媒１１の温度が活性化温度以上であると判定された（ステップＳ２１０否定）場合、またはステップＳ２２０においてフューエルカット制御中ではないと判定された（ステップＳ２２０否定）場合には、本制御フローはリセットされる。

第４実施形態によれば、触媒１１の温度が活性化温度未満でかつフューエルカット制御が行われた場合に、吸気バルブ２５及び排気バルブ２６が閉弁状態で停止される。これにより、気筒４の吸気側から排気側に新気が流れなくなる。このため、新気が排気ガス中に混入することによる排気ガスの温度低下が抑制され、触媒１１の温度の低下が抑制されるので、触媒１１の暖機が促進される。

なお、本実施形態では、吸気バルブ２５及び排気バルブ２６を共に閉弁状態で停止させたが、これに代えて、吸気バルブ２５及び排気バルブ２６のいずれか一方を閉弁状態で停止させることにより、新気の排気ガスへの流入を止めることができる。

本発明の内燃機関の制御装置の第１実施形態の可変排気弁の制御を説明するための図である。 本発明の内燃機関の制御装置の第１実施形態に係る装置の概略構成図である。 本発明の内燃機関の制御装置の第１実施形態に係る装置の断面図である。 本発明の内燃機関の制御装置の第１実施形態の動作を示すフローチャートである。 本発明の内燃機関の制御装置の第１実施形態のエンジン回転数と可変排気弁の弁位置との対応関係を示す図である。 本発明の内燃機関の制御装置の第２実施形態に係る装置の概略構成図である。 本発明の内燃機関の制御装置の第２実施形態の装置の断面積拡大部の変形例を示す図である。 本発明の内燃機関の制御装置の第３実施形態のバルブタイミング制御の概要を示す図である。 本発明の内燃機関の制御装置の第３実施形態に係る装置の断面図である。 本発明の内燃機関の制御装置の第３実施形態の動作を示すフローチャートである。 本発明の内燃機関の制御装置の第４実施形態の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ シリンダヘッド
３ シリンダブロック
４ 気筒
５ 吸気マニホルド
６ 吸気管
７ スロットルバルブ
８ エアクリーナ
９ 燃料噴射弁
１０ 排気マニホルド
１０ａ 第１排気マニホルド
１０ｂ 第２排気マニホルド
１１ 触媒
１１ａ 第１触媒
１１ｂ 第２触媒
１２ 連通管
１３ 可変排気弁
１４ 排気管
１５ エンジン回転数センサ
１６ スロットル開度センサ
１７ 排気温センサ
１８ 集合管
１８ａ 第１集合管
１８ｂ 第２集合管
２０ 車両制御部
２１ 吸気ポート
２２ 排気ポート
２３ ピストン
２４ 燃焼室
２５ 吸気バルブ
２６ 排気バルブ
２７ 吸気バルブ駆動機構
２８ 排気バルブ駆動機構
２９ 点火プラグ
３０ 断面積拡大部
３１ 可変排気弁
３２ 断面積拡大部
３３ 連通孔
３４ 可変排気弁
３５ 開口部
３６ カバー部材
３７ 外筒
４０ 吸気ＶＶＴ
４１ 排気ＶＶＴ
５０ 合流部
５１ 開口部
１００ 排気ガスの流れ方向の上流側端部
１０１ 接続部
１０２ 実質的な排気管長
１０３ 実質的な排気管長
１０４ 実質的な排気管長
２００ 吸気ＴＤＣ
２０１ バルブオーバーラップ期間
２０２ バルブオーバーラップ期間
２０３ 排気脈動の圧力が極大となる時期
３００ 第１期間
３０１ 第２期間
Ａ 可変排気弁が閉の状態における排気脈動
Ｂ 可変排気弁が開の状態における排気脈動

Claims (13)

1. 内燃機関の排気経路を流れる排気ガスを浄化する触媒の温度を検出または推定する触媒温度検出推定手段を備え、
   前記触媒温度検出推定手段により検出または推定された前記触媒の温度が予め定められた所定の温度よりも低い場合に、前記内燃機関の気筒への新気の吸入量を減少させる制御が行われる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 内燃機関の排気経路を流れる排気ガスを浄化する触媒の温度を検出または推定する触媒温度検出推定手段を備え、
   前記触媒温度検出推定手段により検出または推定された前記触媒の温度が予め定められた所定の温度よりも低い場合に、前記内燃機関の気筒の残留ガス量を増加させる制御が行われる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 内燃機関の排気経路を流れる排気ガスを浄化する触媒の温度を検出または推定する触媒温度検出推定手段を備え、
   前記触媒温度検出推定手段により検出または推定された前記触媒の温度が予め定められた所定の温度よりも低い場合に、前記内燃機関の排気行程における前記内燃機関の排気圧力を高める制御が行われる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 内燃機関の排気経路を流れる排気ガスを浄化する触媒の温度を検出または推定する触媒温度検出推定手段を備え、
   前記触媒温度検出推定手段により検出または推定された前記触媒の温度が予め定められた所定の温度よりも低い場合に、前記内燃機関のバルブオーバーラップ期間における前記内燃機関の排気圧力を高める制御が行われる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項４記載の内燃機関の制御装置において、
   更に、
   前記触媒の温度が前記所定の温度よりも低くない場合に比べて、前記バルブオーバーラップ期間が長くなるように設定される
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 請求項４または５に記載の内燃機関の制御装置において、
   更に、
   前記触媒の温度が前記所定の温度よりも低い場合に、前記排気圧力が極大となるタイミングと前記バルブオーバーラップ期間の中心時期とを近づける制御が行われる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記排気経路に周期の異なる複数種類の排気脈動を選択的に生成することが可能な排気脈動生成手段を備え、
   前記周期の異なる複数種類の排気脈動が選択的に生成されることにより前記制御が行われる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記排気経路の実質的な長さを切替え可能な排気経路長切替手段を備え、
   前記排気経路の実質的な長さが切替えられることにより前記制御が行われる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
9. 請求項７または８に記載の内燃機関の制御装置であって、
   前記周期の異なる複数種類の排気脈動の選択的な生成、または前記排気経路の実質的な長さの切替えは、前記内燃機関の回転数に基づいて、行われる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
10. 請求項７または８に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記周期の異なる複数種類の排気脈動の選択的な生成、または前記排気経路の実質的な長さの切替えは、前記排気ガスの圧力の検出値に基づいて、行われる
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記制御は、前記内燃機関においてフューエルカット制御が実行されているときに行われる
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
12. 内燃機関の排気経路を流れる排気ガスを浄化する触媒の温度を検出または推定する触媒温度検出推定手段と、
    前記内燃機関の稼動時に前記内燃機関の吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方を閉弁状態で停止させることが可能なバルブ停止機構を備え、
    前記触媒温度検出推定手段により検出または推定された前記触媒の温度が予め定められた所定の温度よりも低い場合であり、かつ前記内燃機関においてフューエルカット制御が実行されている場合に、前記吸気バルブ及び前記排気バルブの少なくとも一方が閉弁状態で停止される
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記所定の温度は、前記触媒の活性化温度である
    ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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